KR102503796B1 - 배터리 보호 회로 - Google Patents

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Abstract

배터리 보호 회로는, 셀과 결합하는 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판에 배치되며, 상기 셀의 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 상기 인쇄회로기판에 배치되며, 상기 인쇄회로기판의 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 및 상기 제2 온도 센서를 통해 측정된 상기 인쇄회로기판의 온도를 이용하여, 상기 제1 온도 센서를 통해 측정된 상기 셀의 온도를 보정하는 집적 회로를 포함할 수 있다.

Description

배터리 보호 회로{BATTERY PROTECTION CIRCUIT}
실시 예는 배터리 보호 회로에 관한 것이다.
2차 전지(secondary cell)는 충전과 방전을 교대로 반복할 수 있는 전지를 말한다. 2차 전지는 화학적(chemical) 에너지를 전기적(electrical) 에너지로 변환시켜 방전할 수 있으며, 역으로 방전된 상태에서 전기 에너지를 충전하면 이를 화학 에너지의 형태로 다시 저장할 수 있다.
2차 전지는 다양한 휴대 전자 기기에 적용되고 있다. 2차 전지는 그 충방전 회로와 결합하여 배터리 팩으로 구성되며, 배터리 팩에 구비된 팩 단자를 통해 외부 전원에 의한 충전과 외부 부하로의 방전이 이루어진다.
배터리 팩은 충방전 시 발생할 수 있는 단락, 단선, 과전류, 과전압 등의 문제로부터 2차 전지를 보호하기 위해 배터리 보호 회로를 포함한다. 배터리 보호 회로는 배터리 보호 동작을 위해 필요한 2차 전지의 온도를 측정하기 위해 온도 센서를 포함한다.
통상적으로 배터리 팩에 탑재되는 온도 센서로는, 칩 타입(chip type) 온도 센서 또는 와이어 타입(wire type) 온도 센서가 사용된다.
와이어 타입 온도 센서는, 와이어를 통해 연결되므로 2차 전지에 인접하게 배치될 수 있다, 그러나, 와이어 타입 온도 센서는 칩 타입 온도 센서에 비해 상대적으로 많은 설치 공간을 필요로 하여 배터리 팩의 슬림화에 어려움이 있다.
칩 타입 온도 센서는 배터리 보호 회로가 탑재되는 인쇄회로기판 상에 실장되므로, 별도의 설치 공간을 마련할 필요가 없어 배터리 팩의 슬림화에 유리하다. 그러나, 칩 타입 온도 센서는 인쇄회로기판의 발열에 영향을 받을 수 있어, 측정 정확도가 떨어질 수 있다.
실시 예를 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는 셀 온도 측정의 정확도를 향상시킨 배터리 보호 회로를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 실시 예에 따른 배터리 보호 회로는, 셀과 결합하는 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판에 배치되며, 상기 셀의 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 상기 인쇄회로기판에 배치되며, 상기 인쇄회로기판의 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 및 상기 제2 온도 센서를 통해 측정된 상기 인쇄회로기판의 온도를 이용하여, 상기 제1 온도 센서를 통해 측정된 상기 셀의 온도를 보정하는 집적 회로를 포함할 수 있다.
상기 제1 온도 센서는 상기 인쇄회로기판에 실장되는 칩 타입 서미스터일 수 있다.
상기 제2 온도 센서는 상기 집적 회로에 내장될 수 있다.
상기 제2 온도 센서는 상기 인쇄회로기판에 실장되는 칩 타입 서미스터일 수 있다.
상기 집적 회로는 상기 제2 온도 센서를 통해 측정된 온도에 가중치를 적용한 값을, 상기 제1 온도 센서를 통해 측정된 상기 셀의 온도에서 차감함으로써 상기 셀의 온도를 보정할 수 있다.
상기 집적 회로는 보정된 상기 셀의 온도에 기초하여 상기 셀의 용량을 추정할 수 있다.
상기 배터리 보호 회로는 상기 셀과 복수의 팩 단자 사이의 대전류 경로에 직렬 연결되는 충전 제어 스위치를 더 포함하며, 상기 집적 회로는 보정된 상기 셀의 온도에 기초하여 상기 충전 제어 스위치를 제어할 수 있다.
실시 예에 따른 배터리 보호 회로는 셀 온도 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 칩 타입 온도 센서와 와이어 타입 온도 센서의 방전 시 온도 측정 결과를 비교하여 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 배터리 보호 회로가 탑재되는 인쇄회로기판의 일 예를 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 배터리 보호 회로에서 셀 온도를 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 실시 예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
실시 예들을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이도록 한다. 따라서 이전 도면에 사용된 구성요소의 참조 번호를 다음 도면에서 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시 예들은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 및 영역을 과장하여 나타낼 수 있다.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시 예에 따른 배터리 보호 회로에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 문서에서는 '셀(cell)'은 각각의 2차 전지(secondary cell)를 나타내며, '배터리 모듈(battery module)'은 하나 이상의 셀이 직렬 또는 병렬 결합된 상태를 나타내며, '배터리 팩(battery pack)'은 배터리 모듈과 배터리 보호 회로가 케이스 내에 패키징된 상태를 나타낸다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 칩 타입 온도 센서와 와이어 타입 온도 센서의 방전 시 온도 측정 결과를 비교하여 도시한 것이다. 또한, 도 3은 도 1의 배터리 보호 회로가 탑재되는 인쇄회로기판의 일 예를 도시한 것이고, 도 4는 도 1의 배터리 보호 회로에서 셀 온도를 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 모듈(10), 인터페이스(30) 및 배터리 보호 회로를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 서로 직렬 또는 병렬 연결되는 복수의 셀(11)을 포함할 수 있다. 한편, 도 1에서는 배터리 모듈(10)이 서로 직렬 연결되는 3개의 셀(11)을 포함하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀(11)의 개수 또는 결합 방법은 변경될 수 있다.
인터페이스(30)는 외부 기기와의 인터페이스를 수행하기 위한 복수의 단자들을 포함할 수 있다. 인터페이스(30)는 외부의 부하로 전기 에너지를 공급하거나, 외부의 충전 장치로부터 전기 에너지를 인가 받기 위한 팩 단자들(P+, P-)과, 외부 기기와 통신하기 위한 통신 단자들(T1, T2)을 포함할 수 있다.
배터리 보호 회로는, 배터리 모듈(10)의 보호 기능을 수행하는 회로이다. 배터리 보호 회로는, 충전 제어 스위치(C-SW), 방전 제어 스위치(D-SW), 퓨즈 소자(F1), 제1 및 제2 온도 센서(TS1, TS2), 션트 저항(SR) 및 배터리 제어기(21)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 보호 회로는, 배터리 모듈(10)의 셀(11)들과 결합하며, 배터리 보호 회로를 구성하는 소자들이 실장되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)(도 3의 도면부호 200 참조)을 더 포함할 수 있다.
충전 제어 스위치(C-SW)는 배터리 모듈(10)의 충전 경로에 직렬로 연결되며, 배터리 모듈(10)의 충전 전류를 차단하거나 공급할 수 있다. 충전 경로는, 배터리 팩(100)의 팩 단자들(P+, P-)을 통해 연결되는 충전 장치(미도시)와 배터리 모듈(10) 사이의 전류 흐름 경로로서, 충전 장치로부터 공급되는 충전 전류를 배터리 모듈(10)로 전달하기 위한 경로이다.
방전 제어 스위치(D-SW)는 배터리 모듈(10)의 방전 경로에 직렬로 연결되며, 배터리 모듈(10)의 방전 전류를 차단하거나 공급할 수 있다. 방전 경로는, 배터리 팩(100)의 팩 단자들(P+, P-)을 통해 연결되는 부하(미도시)와 배터리 모듈(10) 사이의 전류 흐름 경로로서, 배터리 모듈(10)로부터 공급되는 방전 전류를 부하로 전달하기 위한 경로이다.
충전 경로 및 방전 경로는, 배터리 팩(100) 내 다른 전류 흐름 경로에 비해 경로를 통해 흐르는 전류의 크기가 비교적 크다. 본 문서에서는 방전 경로 및 충전 경로를 '대전류 경로'라 명명하여 사용하기도 한다.
충전 제어 스위치(C-SW) 및 방전 제어 스위치(D-SW)는 대전류 경로에 직렬로 연결되며, 배터리 제어기(21)로부터 제어 단자로 인가되는 제어 신호에 따라 대전류 경로를 통해 공급되는 전류(방전 전류 또는 충전 전류)를 차단하거나 허용할 수 있다.
충전 제어 스위치(C-SW)는 외부의 충전 장치로부터 대전류 경로를 통해 배터리 모듈(10)로 공급되는 충전 전류의 흐름을 차단하거나 허용할 수 있다. 제어 신호에 의해 충전 제어 스위치(C-SW)가 닫히면, 대전류 경로를 통해 충전 장치로부터 배터리 모듈(10)로 충전 전류가 흐를 수 있다. 반면에, 제어 신호에 의해 충전 제어 스위치(C-SW)가 오픈 되면, 충전 장치와 배터리 모듈(10) 사이의 대전류 경로를 흐르는 충전 전류의 흐름이 차단될 수 있다.
방전 제어 스위치(D-SW)는 대전류 경로를 통해 배터리 모듈(10)로부터 외부의 부하로 공급되는 방전 전류의 흐름을 차단하거나 허용할 수 있다. 방전 제어 스위치(D-SW)가 닫히면, 대전류 경로를 통해 배터리 모듈(10)로부터 부하로 방전 전류가 흐를 수 있다. 반면에, 방전 제어 스위치(D-SW)가 오픈되면, 배터리 모듈(10)과 부하 사이의 대전류 경로를 흐르는 방전 전류 흐름이 차단될 수 있다.
한편, 도 1에서는 충전 제어 스위치(C-SW) 및 방전 제어 스위치(D-SW)가 배터리 모듈(10)의 양극과 배터리 팩(100)의 양극 팩 단자(P+) 사이에 연결되는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예에 따르면, 충전 제어 스위치(C-SW) 또는 방전 제어 스위치(D-SW)가 배터리 모듈(10)의 음극과 배터리 팩(100)의 음극 팩 단자(P-) 사이에 연결될 수도 있다.
충전 제어 스위치(C-SW) 및 방전 제어 스위치(D-SW)는 각각 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)(미도시)를 포함할 수 있다. 이 경우, 충전 제어 스위치(C-SW) 및 방전 제어 스위치(D-SW)는 각각 기생 다이오드 (parasitic diode, 미도시)를 포함할 수 있다. 기생 다이오드들은 대응하는 FET에 의해 전류가 제한되는 방향에 반대 방향으로 전류가 흐르도록 동작한다. 예를 들어, 충전 제어 스위치(C-SW)에 포함된 기생 다이오드는 방전 경로로 전류가 흐르도록 하며, 방전 제어 스위치(D-SW)에 포함된 기생 다이오드는 충전 경로로 전류가 흐르도록 한다.
퓨즈 소자(F1)는 대전류 경로에 직렬 연결되며, 배터리 모듈(10)의 대전류 경로를 차단할 수 있다.
퓨즈 소자(F1)는 자가 제어 보호(Self Control Protection, SCP) 소자로 구현될 수 있다. 이 경우, 퓨즈 소자(F1)는 대전류 경로에 직렬 연결되는 한 쌍의 퓨즈(미도시)와 각 퓨즈에 병렬 연결되는 발열용 저항들(미도시)을 포함할 수 있다. 퓨즈 소자(F1)를 구성하는 한 쌍의 퓨즈들은 배터리 모듈(10)의 양극과 양극 팩 단자(P+) 사이에 직렬로 연결된다. 퓨즈 소자(F1)를 구성하는 한 쌍의 퓨즈들은 대응하는 발열용 저항의 발열에 의해 용단되며, 각 발열용 저항은 배터리 제어기(21) 또는 보호 회로(22)로부터 인가되는 제어신호(전압)에 의해 발열할 수 있다.
션트 저항(SR)은 전류 센싱 저항으로, 대전류 경로에 직렬 연결되어 대전류 경로를 통해 흐르는 전류(충전 전류 또는 방전 전류)를 측정하기 위해 사용될 수 있다.
도 1에서는 션트 저항(SR)이 배터리 모듈(10)의 음극 과 음극 팩 단자(P-) 사이에 연결되는 경우를 예로 들어 도시하였다. 그러나, 본 발명은 이로 한정되는 것은 아니어서, 다른 실시 예에 따르면, 션트 저항(SR)은 배터리 모듈(10)의 양극과 양극 팩 단자(P+) 사이의 대전류 경로에 연결될 수도 있다.
배터리 제어기(21)는 전압 측정용 단자들을 통해 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(11)에 연결되는 전압 검출 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 전압 검출 회로는 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(11)의 셀 전압과, 배터리 모듈(10)의 양단 전압을 검출할 수도 있다.
또한, 배터리 제어기(21)는 전류 측정용 단자들을 통해 션트 저항(SR)의 양 단에 전기적으로 연결되는 전류 검출 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 전류 검출 회로는 션트 저항(SR)을 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 션트 저항(SR)은 배터리 모듈(10)과 어느 하나의 팩 단자(P-) 사이의 대전류 경로 상에 위치하므로, 전류 검출 회로는 션트 저항(SR)을 흐르는 전류를 측정하여 대전류 경로를 통해 흐르는 전류(충전 전류 또는 방전 전류)를 측정할 수 있다.
또한, 배터리 제어기(21)는 제1 및 제2 온도 센서(TS1, TS2)를 통해 각 셀(11)의 셀 온도를 검출할 수 있다.
제1 온도 센서(TS1)는 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀(11)의 온도(이하, '셀 온도'라 명명하여 사용함)를 검출하여 배터리 제어기(21)로 전달한다.
제1 온도 센서(TS1)는 서미스터(Thermistor)를 포함할 수 있다.
제1 온도 센서(TS1)는 칩 타입(chip type)으로, 인쇄회로기판 상에 실장될 수 있다. 이 경우, 제1 온도 센서(TS1)는 셀(11)과 제1 온도 센서(TS1) 간의 열 저항을 최소화하여 셀 온도의 측정 정확도를 향상시키기 위해, 인쇄회로기판에서 셀(11)과 가장 인접한 영역 내에 실장될 수 있다.
칩 타입인 제1 온도 센서(TS1)는 인쇄회로기판 상에 실장되므로, 인쇄회로기판과 인쇄회로기판에 실장되는 발열 부품의 영향을 받아 측정 정확도가 떨어질 수 있다.
도 2는 칩 타입 온도 센서와 와이어 타입 온도 센서를 통해 방전 시 셀 온도를 측정한 일 예를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 인쇄회로기판 없이 셀(11)에 접하도록 배치되는 와이어 타입 온도 센서에 비해, 칩 타입 온도 센서를 통해 측정된 셀 온도가 높게 나타남을 알 수 있다. 예를 들어, 와이어 타입 온도 센서를 통해 측정된 셀 온도는 대략 최고 48.2°C인 반면, 칩 타입 온도 센서로 측정된 셀 온도는 대략 최고 62.6°C 로 나타낸다. 이는 칩 타입 온도 센서가 탑재되는 인쇄회로기판의 발열과 칩 타입 온도 센서 주변에 위치하는 발열 부품들의 발열에 의해 칩 타입 온도 센서의 영향을 받기 때문이다.
따라서, 제1 온도 센서(TS1)는 전류 패턴, 발열 부품 등 발열원과 이격되어 배치될 수 있다. 도 3을 예로 들면, 제1 온도 센서(TS1)는 인쇄회로기판(200)에서 발열이 심한 충방전 전류 패턴과 중첩되지 않는 영역(202)에 배치될 수 있다.
또한, 실시 예에서는, 별도의 제2 온도 센서(TS2)를 통해 측정된 인쇄회로기판의 온도를 이용하여 제1 온도 센서(TS1)를 통해 측정된 셀 온도를 보상할 수 있다.
제2 온도 센서(TS2)는 제1 온도 센서(TS1)가 탑재되는 인쇄회로기판 즉, 배터리 보호 회로가 탑재되는 인쇄회로기판의 온도를 검출하여 배터리 제어기(21)로 전달할 수 있다.
제2 온도 센서(TS2)는 서미스터(Thermistor)를 포함할 수 있다.
제2 온도 센서(TS2)는 배터리 보호 회로를 구성하는 어느 하나의 집적 회로(Integrated Circuit) 내에 내장된 온도 센서일 수 있다. 최근, 주변 온도에 따라 성능이 변화할 수 있는 집적 회로 내에 온도 센서가 내장되어 출시되기도 한다. 따라서, 배터리 보호 회로를 구성하는 집적 회로들 중 온도 센서를 내장한 집적 회로가 존재하면, 이를 이용하여 인쇄회로기판의 온도를 측정함으로써 부품 추가에 따른 단가 상승을 최소화할 수 있다.
도 1을 예로 들면, 제2 온도 센서(TS2)는 배터리 제어기(21)로 동작하는 집적 회로 내 온도 센서일 수 있다. 이 경우, 전류 패턴, 발열 부품 등 다른 발열원의 제2 온도 센서(TS2)에 대한 영향을 최소화하기 위해, 제2 온도 센서(TS2)가 내장된 집적 회로는 다른 발열원들과 이격되어 배치될 수 있다. 도 3을 예로 들면, 제2 온도 센서(TS2)가 내장된 배터리 제어기(21)는 인쇄회로기판(200)에서 발열이 심한 충방전 전류 패턴과 최대한 중첩되지 않는 영역(201)에 배치될 수 있다.
배터리 제어기(21)는 제1 온도 센서(TS1)를 통해 각 셀(11)의 셀 온도를 획득하면, 제2 온도 센서(TS2)를 통해 측정된 인쇄회로기판의 온도를 이용하여 이를 보정한다.
도 4를 참조하면, 제1 온도 센서(TS1)를 통해 측정된 셀 온도는 실제 셀 온도에 높게 나타남을 알 수 있다. 따라서, 배터리 제어기(21)는 제2 온도 센서(TS2)를 통해 측정된 인쇄회로기판의 온도에 가중치를 곱한 후, 이를 배터리 제어기(21)는 제1 온도 센서(TS1)를 통해 측정된 셀 온도에서 감산하여 셀 온도를 보정할 수 있다.
이렇게 보정된 셀 온도는, 배터리 제어기(21)에서 각 셀(11)의 용량(또는 충전 상태(State Of Charge, SOC))을 예측하거나, 충방전 제어를 수행하는데 사용될 수 있다.
배터리 제어기(21)는 배터리 모듈(10)의 충방전 전류, 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(11)의 용량(또는 충전 상태(State Of Charge, SOC)), 셀 전압, 셀 온도 등을 획득하고, 이를 토대로 충전 제어 스위치(C-SW) 또는 방전 제어 스위치(D-SW)를 제어하여 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어할 수 있다.
배터리 제어기(21)는 충전 제어 스위치(C-SW), 방전 제어 스위치(D-SW) 또는 퓨즈 소자(F1)를 제어하여, 과전압, 과전류, 단락 등으로부터 배터리모듈(10)을 보호하는 보호 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 배터리 제어기(21)는 현재 배터리 모듈(10)이 과전압 상태로 판단되면, 충전 제어 스위치(C-SW)를 턴 오프 시키거나, 충전 제어 스위치(C-SW) 및 방전 제어 스위치(D-SW)를 턴 오프 시킬 수 있다. 또한, 배터리 제어기(21)는 배터리 모듈(10)이 과전압 상태로 판단되면, 퓨즈 소자(F1)를 제어하여 대전류 경로를 차단할 수도 있다.
또한, 예를 들어, 배터리 제어기(21)는 대전류 경로를 흐르는 전류를 토대로 배터리 모듈(10)의 과전류(과충전 전류, 과방전 전류) 상태를 검출하고, 배터리 모듈(10)이 과전류 상태이면 충전 제어 스위치(C-SW)를 턴 오프 시키거나, 충전 제어 스위치(C-SW) 및 방전 제어 스위치(D-SW)를 턴 오프 시킬 수 있다. 또한, 배터리 제어기(21)는 배터리 모듈(10)이 과전류 상태로 판단되면, 퓨즈 소자(F1)를 제어하여 대전류 경로를 차단할 수도 있다.
또한, 예를 들어, 배터리 제어기(21)는 대전류 경로를 흐르는 전류 또는 배터리 모듈(10)의 주변 온도를 토대로 배터리 팩(100) 내 단락(short) 고장을 검출하고, 단락 고장이 검출되면 퓨즈 소자(F1)를 제어하여 대전류 경로를 차단할 수 있다.
배터리 제어기(21)는 각 셀(11)의 셀 전압을 토대로 배터리 모듈(10)의 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 회로(미도시)의 동작을 제어할 수도 있다.
배터리 제어기(21)는 배터리 팩(100)의 통신 단자들(T1, T2)을 통해 외부 기기와 연결되어, 외부 기기와 통신을 수행할 수도 있다.
배터리 제어기(21)의 각 기능은, 하나 이상의 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩셋, 마이크로컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU), 마이크로프로세서(microprocessor) 등으로 구현되는 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
배터리 제어기(21)는 하나 이상의 집적 회로(Integreated Circuit)로 구현되어, 배터리 보호 회로가 탑재되는 인쇄회로기판 상에 실장될 수 있다.
실시 예에 따른 배터리 보호 회로는, 보호 회로(22)를 추가로 더 포함할 수 있다.
보호 회로(22)는, 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(11)에 연결되는 전압 검출 회로(미도시)를 포함하며, 전압 검출 회로를 통해 각 셀(11)의 셀 전압을 검출할 수 있다. 보호 회로(22)는 각 셀(11)의 셀 전압에 기초하여 각 셀(11)의 과전압 상태를 검출하고, 특정 셀이 과전압 상태가 되면 퓨즈 소자(F1)를 제어하여 대전류 경로를 차단할 수 있다.
한편, 도 1에서는 배터리 보호 회로가 셀 온도 측정을 위한 제1 온도 센서(TS1)를 하나만 포함하는 경우를 예로 들어 도시하였다. 그러나, 본 발명은 이로 한정되는 것은 아니어서, 다른 실시 예에 따르면, 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀의 개수에 따라 배터리 보호 회로에 포함되는 제1 온도 센서(TS1)의 개수가 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 가티 3개의 셀(11)이 직렬 연결되어 배터리 모듈(10)을 구성하는 경우, 배터리 모듈(10)은 각 셀(11)에 대해 개별적으로 셀 온도를 측정하기 위해 3개의 제1 온도 센서(TS1)를 포함할 수도 있다.
또한, 전술한 일 실시 예에서는 제2 온도 센서(TS2)가 배터리 제어기(21)로 동작하는 집적 회로 내에 내장된 온도 센서인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이로 한정되는 것은 아니다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(100')에서 제2 온도 센서(TS2')는 배터리 제어기(21)와는 별도의 칩 타입 소자로 구현되어 인쇄회로기판 상에 실장될 수도 있다. 이 경우, 제2 온도 센서(TS2')는 전류 패턴, 발열 부품 등 다른 발열원의 영향을 최소화하기 위해, 전류 패턴 등 다른 발열원들과 최대한 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
전술한 실시 예들에 따르면, 배터리 보호 회로는 인쇄회로기판의 온도를 측정하고, 이를 이용하여 칩 타입 온도 센서를 통해 측정된 셀 온도를 보정함으로써, 셀 온도의 측정 정확도가 향상될 수 있다. 셀 온도의 측정 정확도가 향상됨에 따라, 배터리 보호 회로의 셀 용량 예측의 정확도 또한 향상되어 배터리 안전성이 확보될 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 고율 방전 시 배터리 보호 회로를 통해 측정된 셀 온도가 실제 셀 온도보다 높아 불필요한 보호 동작이 수행되는 것을 방지할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 배터리 모듈
11: 셀
30: 인터페이스
100, 100': 배터리 팩
21: 배터리 제어기
22: 보호 회로
200: 인쇄회로기판
TS1, TS2, TS2': 온도 센서
C-SW: 충전 제어 스위치
D-SW: 방전 제어 스위치
F1: 퓨즈 소자

Claims (7)

  1. 셀과 결합하는 인쇄회로기판,
    상기 인쇄회로기판에 배치되며, 상기 셀의 온도를 측정하는 제1 온도 센서,
    상기 인쇄회로기판에 배치되며, 상기 인쇄회로기판의 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 및
    상기 제2 온도 센서를 통해 측정된 상기 인쇄회로기판의 온도를 이용하여, 상기 제1 온도 센서를 통해 측정된 상기 셀의 온도를 보정하는 집적 회로를 포함하며,
    상기 제2 온도 센서는 상기 집적 회로에 내장되는, 배터리 보호 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 센서는 상기 인쇄회로기판에 실장되는 칩 타입 서미스터인 배터리 보호 회로.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집적 회로는 상기 제2 온도 센서를 통해 측정된 온도에 가중치를 적용한 값을, 상기 제1 온도 센서를 통해 측정된 상기 셀의 온도에서 차감함으로써 상기 셀의 온도를 보정하는 배터리 보호 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집적 회로는 보정된 상기 셀의 온도에 기초하여 상기 셀의 용량을 추정하는 배터리 보호 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 셀과 복수의 팩 단자 사이의 대전류 경로에 직렬 연결되는 충전 제어 스위치를 더 포함하며,
    상기 집적 회로는 보정된 상기 셀의 온도에 기초하여 상기 충전 제어 스위치를 제어하는 배터리 보호 회로.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3937337B1 (en) * 2020-07-09 2022-11-09 Japan Tobacco Inc. Power supply unit for aerosol inhaler comprising a temperature sensor
KR102652768B1 (ko) * 2021-03-29 2024-04-01 엘에스일렉트릭(주) 배터리 보호 장치 및 그 배터리 보호 장치의 제어 방법
CN113314772B (zh) * 2021-04-09 2022-10-11 厦门凯跃利自动化有限公司 一种蓄电池组件及加工工艺

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005287092A (ja) * 2004-03-26 2005-10-13 Matsushita Electric Works Ltd 充電装置及びこの充電装置を備えてなる充電式電動器具セット

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4305995B2 (ja) * 1999-03-05 2009-07-29 ソニー株式会社 バッテリーパック及びそのバッテリー残容量算出方法
JP4228760B2 (ja) * 2002-07-12 2009-02-25 トヨタ自動車株式会社 バッテリ充電状態推定装置
JP5035428B2 (ja) * 2010-04-28 2012-09-26 トヨタ自動車株式会社 電池温度測定装置および電池温度測定方法、電池の製造方法
KR20170087336A (ko) * 2016-01-20 2017-07-28 한국전자통신연구원 배터리 보호 회로 및 그것을 포함하는 웨어러블 디바이스
KR102582363B1 (ko) * 2016-02-24 2023-09-25 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005287092A (ja) * 2004-03-26 2005-10-13 Matsushita Electric Works Ltd 充電装置及びこの充電装置を備えてなる充電式電動器具セット

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