KR102252176B1

KR102252176B1 - 배터리 보호회로 보호 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102252176B1
Application number: KR1020170024213A
Authority: KR
Inventors: 조성현; 허진석; 김덕수; 이종국; 김호수; 임근욱; 박종두
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2021-05-14
Also published as: KR20180097345A

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 장치는, 외부전원으로부터 배터리에 과전류가 유입되는 것을 감지하는 과전류 감지부, 상기 외부 전원과 배터리를 연결 또는 차단하는 파워 FET, 상기 과전류 감지부에서 과전류가 감지되면, 상기 파워 FET를 오프 시키는 파워 FET 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 파워 FET 제어부는, 과전류로 인한 상기 파워 FET의 손상을 방지하는 파워 FET 보호부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

Description

배터리 보호회로 보호 장치 및 방법{APRATUS AND METHOD FOR PROTECTING BATTERY PROTECTION CIRTUIT}

본 발명은 과전류로 인한 배터리 보호회로의 손상을 방지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 과전류로 인한 배터리 보호 회로의 FET 손상을 방지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

대표적으로 전지의 재료면에서 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이차전지에 대한 수요가 높고, 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있고 높은 집적도로 적층되어 제조되는 전지모듈의 전지로도 사용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높다.

그러나 리튬 이차전지는 상기와 같은 장점을 가지는 반면에, 전지에 과전류가 흐르게 되는 경우 전극에서의 전해액 분해반응이 촉진되어 가연성 가스가 발생하고, 내부 단락 등과 같은 다양한 의해 야기된 과전류는 전지의 온도를 상승시켜 전지 구성요소의 분해반응을 유발하여 전지는 발화하기 쉽고 경우에 따라서는 폭발할 가능성도 있다.

따라서, 리튬 이차전지에는 이러한 문제점을 해결하기 위한 보호회로가 내장되어 있다.

이러한 보호 회로에서 과전류가 흐르는 경우 과전류의 유입을 방지하기 위해 FET 소자를 사용하고 있다.

한편, FET 소자는 반응 속도가 빠르고, 수명이 오래 유지되는 장점이 있지만, 순간 과전류가 흐르게 되면, FET 소자가 손상되어 과전류 제때 차단하지 못하는 문제점이 존재한다.

따라서, 본 발명에서는 이와 같이 순간 과전류가 흘렀을 때 FET소자가 손상되는 것을 방지하는 장치 및 방법을 제안한다.

본 발명은 관전류로 인한 배터리 보호회로의 손상 및 오동작을 방지하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

구체적으로, 과전류에 의한 배터리 보호회로의 FET손상을 방지하는 장치 및 방법을 제공한다.

보다 구체적으로 상기 파워 FET 보호부는 싱크(sink) FET 및 상기 싱크 FET의 동작을 제어하는 싱크 FET 제어부를 더 포함하여 구성되고, 상기 싱크 FET가 온 되면, 상기 파워 FET의 소스단과 게이트 단을 쇼트 시킬 수 있다.

한편, 상기 싱크 FET의 소스 단은 상기 파워 FET의 소스 단과 연결되고, 상기 싱크 FET의 드레인 단은 상기 파워 FET의 게이트 단과 연결되며, 상기 싱크 FET의 게이트 단은 상기 싱크 FET 제어부와 연결될 수 있다.

한편, 상기 파워 FET 보호부는, 상기 싱크 FET의 게이트 단과 상기 싱크 FET 제어부 사이에 구비되되, 일단은 상기 싱크 FET 제어부와 연결되어 싱크 FET로부터 차단 신호를 수신 받고, 타단은 싱크 FET의 게이트 단과 연결되는 포토 릴레이를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 방법은, 과전류 감지부에서 배터리의 과전류 유무를 판단하는 단계, 상기 배터리에 과전류가 흐른다고 판단되는 경우, 파워 FET 제어부에서 파워 FET 차단 신호를 생성하여 파워 FET를 오프하는 단계 를 포함하여 구성되되, 상기 파워 FET를 차단하는 단계는, 상기 파워 FET의 소스 단과 게이트 단을 쇼트 시켜 파워 FET를 오프 할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 파워 FET 차단 단계는, 상기 파워 FET 차단 신호를 수신 받은 싱크 FET 제어부에서 싱크 FET 온 신호를 생성하여 싱크 FET로 전송하는 싱크 FET 오프 신호 전송 단계 및 상기 싱크 FET에서 싱크 FET 오프 신호를 받아 싱크 FET를 온 하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명은 과전류로 인해 배터리 보호 회로의 FET가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 실제 회로도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

1. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 장치.

도 1은 본 발명의 실시 에에 따른 배터리 보호 장치의 구성도이다.

이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 장치를 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 장치는, 배터리, 상기 배터리에 연결되는 외부 전원, 상기 베터리를 과충전, 과방전, 과전류 및 과열로부터 보호하는 배터리 보호부를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 배터리 보호부는, 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하는 과충전 및 과방전 방지부, 배터리의 과전류를 방지하는 배터리 과전류 방지부, 배터리의 과열을 방지하는 배터리 과열 방지부를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 과충전 및 과방전 방지부는, 배터리의 충전량을 측정하는 배터리 충전량 측정부, 측정된 배터리의 충전량을 기반으로 과충전 또는 과방전 유무를 판단하는 과충전/과방전 판단부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 과충전/과방전 판단부는 배터리에 탑재되어 있는 BMS에서 수행되거나, 별도의 장치로 구성될 수 있다.

한편, 상기 과열 방지부는, 배터리의 온도를 측정하는 온도 측정부 및 상기 온도 측정부에서 측정된 온도가 정상인지를 판단하는 온도 판단부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 과전류 방지부는, 외부전원으로부터 배터리에 과전류가 유입되는 것을 감지하는 과전류 감지부(100), 상기 외부전원(10)과 배터리를 연결 또는 차단하는 파워 FET(300), 상기 과전류 감지부(100)에서 과전류가 감지되면, 상기 파워 FET(300)를 오프 시키는 파워 FET 제어부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 파워 FET 제어부(미도시)는, 과전류로 인한 상기 파워 FET(300)의 손상을 방지하기 위해 파워 FET 보호부(200)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

일반적으로 FET를 오프 시킬 때, 게이트 전압과 소스 전압을 동 전위로 맞춰서 FET를 오프 시키게 되는데, FET의소스와 드레인의 커패시터 성분으로 인해 소스 전압이 떨어지는데 시간이 걸릴 수 있다. 이러한 시간은 정상 전류가 흐를 경우, 매우 짧은 시간으로 전류에 의한 소자의 손상이 발생하지 않지만, 과전류가 흐르는 경우, FET의 허용 영역을 벗어나 FET의 손상을 발생 시킬 수 있다.

따라서, 이와 같이 별도의 파워 FET(300)를 보호하기 위한 파워 FET보호부(200)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 파워 FET 보호부(200)는, 싱크(sink) FET(230) 및 상기 싱크 FET(230)의 동작을 제어하는 싱크 FET 제어부(210)를 더 포함하여 구성되며, 상기 싱크 FET(230)가 동작하면, 상기 파워 FET(300)의 소스 단과 게이트 단이 쇼트 될 수 있다.

이와 같이 파워 FET(300)의 소스 단과 게이트 단이 쇼트가 되면 FET의 동작 특성상, 게이트 단과 소스 단의 전압이 같으면 FET가 오프 상태로 전환되므로, 파워 FET(300)가 단 시간 내에 오프되어 과전류로 인한 파워 FET(300)의 손상을 방지할 수 있다.

이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 파워 FET(300)와 싱크 FET(230)의 연결 구조를 보다 상세히 설명하도록 한다.

상기 파워 FET(300)와 싱크 FET(230)는 도2와 같이 상기 싱크 FET(230)의 소스 단은 상기 파워 FET(300)의 소스 단과 연결되고, 상기 싱크 FET(230)의 드레인 단은 상기 파워 FET(300)의 게이트 단과 연결되며, 상기 싱크 FET(230)의 게이트 단은 상기 싱크 FET 제어부(210)와 연결될 수 있다.

한편, 상기 싱크 FET(230)의 게이트 단과 상기 싱크 FET 제어부(210) 사이에는, 일단은 상기 싱크 FET 제어부(210)와 연결되어 싱크 FET(230)로부터 차단 신호를 수신 받고, 타단은 싱크 FET(230)의 게이트 단과 연결되는 포토 릴레이(220)가 추가로 구비될 수도 있다.

상기 포토 릴레이(220)는, 상기 싱크 FET 제어부(210)에서 생성되는 싱크 FET 제어 신호에 의해 싱크 FET(230)가 동작하도록 변환 시켜주는 장치일 수 있다.

2. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 방법

본 발명의 배터리 보호 방법은, 과전류 감지부에서 배터리의 과전류 유무를 판단하는 단계, 상기 배터리에 과전류가 흐른다고 판단되는 경우, 파워 FET 제어부에서 파워 FET 차단 신호를 생성하여 파워 FET를 차단하는 단계를 포함하여 구성되되, 상기 파워 FET를 차단하는 단계는, 상기 파워 FET의 소스 단과 게이트 단을 쇼트 시켜 파워 FET를 오프하여 배터리를 보호할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 파워 FET 차단 단계는, 상기 파워 FET 차단 신호를 수신 받은 싱크 FET 제어부에서 싱크 FET 오프 신호를 생성하여 싱크 FET로 전송하는 싱크 FET 오프 신호 전송 단계 및 상기 싱크 FET에서 싱크 FET 오프 신호를 받아 싱크 FET를 온 하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같은 보호 방법은 종래의 파워 FET에 직접 오프 신호를 전송하여 파워 FET를 오프 시킬 때, 과전류로 인한 파워 FET의 손상을 방지 할 수 있다.

보다 구체적으로는, 상기 파워 FET와 싱크 FET는 상기 싱크 FET의 소스 단은 상기 파워 FET의 소스 단과 연결되고, 상기 싱크 FET의 드레인 단은 상기 파워 FET의 게이트 단과 연결되며, 상기 싱크 FET의 게이트 단은 상기 싱크 FET 제어부와 연결될 수 있다.

이때, 상기 싱크 FET 온 신호를 수신 받아 싱크 FET가 온 되는 경우, 상기 파워 FET의 소스 단과 게이트 단이 쇼트되어 동 전위가 되어 파워 FET가 오프될 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 외부 전원
100 : 과전류 감지부
200 : 파워 FET 보호부
210 : 싱크 FET 제어부
220 : 포토 릴레이
230 : 싱크 FET
300 : 파워 FET

Claims

배터리;
상기 배터리에 연결되는 외부 전원;
상기 배터리를 과충전, 과방전, 과전류 및 과열로부터 보호하는 배터리 보호부;
상기 배터리 보호부는,
배터리의 과충전 및 과방전을 방지하는 과충전 및 과방전 방지부;
배터리의 과전류를 방지하는 배터리 과전류 방지부; 및
배터리의 과열을 방지하는 배터리 과열 방지부;
를 포함하여 구성되며,
상기 과전류 방지부는,
외부전원으로부터 배터리에 과전류가 유입되는 것을 감지하는 과전류 감지부;
상기 외부 전원과 배터리를 연결 또는 차단하는 파워 FET; 및
상기 과전류 감지부에서 과전류가 감지되면, 상기 파워 FET를 오프 시키는 파워 FET 제어부;
를 포함하여 구성되며,
상기 파워 FET 제어부는,
과전류로 인한 상기 파워 FET의 손상을 방지하는 파워 FET 보호부를 더 포함하여 구성되며,
상기 파워 FET 보호부는
싱크(sink) FET; 및
상기 싱크 FET의 동작을 제어하는 싱크 FET 제어부;
를 더 포함하여 구성되고,
상기 싱크 FET의 소스 단은 상기 파워 FET의 소스 단과 연결되고,
상기 싱크 FET의 드레인 단은 상기 파워 FET의 게이트 단과 연결되며,
상기 싱크 FET의 게이트 단은 상기 싱크 FET 제어부와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 보호장치.
삭제
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 싱크 FET가 온 되면, 상기 파워 FET의 소스단과 게이트 단이 쇼트 되어 파워 FET가 오프되는 것을 특징으로 하는 배터리 보호 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 파워 FET 보호부는,
포토 릴레이를 더 포함하여 구성되며,
상기 포토 릴레이의 일단은 상기 싱크 FET 제어부와 연결되어 싱크 FET로부터 차단 신호를 수신 받고, 타단은 싱크 FET의 게이트 단과 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 보호 장치.
과전류 감지부에서 배터리의 과전류 유무를 판단하는 단계;
상기 배터리에 과전류가 흐른다고 판단되는 경우, 파워 FET 제어부에서 파워 FET 차단 신호를 생성하여 파워 FET를 오프하는 단계;
를 포함하여 구성되되,
상기 파워 FET를 차단하는 단계는,
상기 파워 FET의 소스 단과 게이트 단을 쇼트 시켜 파워 FET를 오프 하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 파워 FET 차단 단계는,
상기 파워 FET 차단 신호를 수신 받은 싱크 FET 제어부에서 싱크 FET 온 신호를 생성하여 싱크 FET로 전송하는 싱크 FET 오프 신호 전송 단계; 및
상기 싱크 FET에서 싱크 FET 오프 신호를 받아 싱크 FET를 온 하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 보호 방법