KR102587483B1 - protection circuit - Google Patents
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Abstract
노이즈를 확실하게 억제하면서, 간단한 구성으로 기기의 소형화를 실현하고, 나아가서는 노이즈의 인체에 대한 영향을 저감하는 것이 가능한 보호 회로를 제공한다. 보호 회로(2A)는, 배터리 팩(1) 내의 통전 경로 상에 접속된 가용 금속체(11)와, 가용 금속체(11)에 접속되어, 가용 금속체(11)를 가열에 의해 용단 가능한 발열체(12)를 갖는 보호 소자(10)와, 상기 통전 경로에 접속된 배터리(3)의 이상을 검출하는 보호 디바이스(20)와, 보호 디바이스(20)의 검출 결과에 의거하여, 보호 소자(10)의 발열체(12)로의 통전을 행하도록 동작하는 스위칭 소자(30)와, 스위칭 소자(30)와 병렬로 접속되어, 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈를 통과시키는 주파수 선택 소자(40)를 구비한다.A protection circuit is provided that reliably suppresses noise, realizes device miniaturization with a simple configuration, and further reduces the impact of noise on the human body. The protection circuit 2A includes a fusible metal body 11 connected on the electricity supply path in the battery pack 1, and a heating element connected to the fusible metal body 11 and capable of melting the fusible metal body 11 by heating. A protection element 10 having (12), a protection device 20 that detects an abnormality in the battery 3 connected to the energization path, and a protection element 10 based on the detection result of the protection device 20. ) is provided with a switching element 30 that operates to supply electricity to the heating element 12, and a frequency selection element 40 that is connected in parallel with the switching element 30 and passes noise in a predetermined frequency band. do.
Description
본 발명은, 보호 회로에 관한 것이며, 예를 들면, 2차 전지의 충방전 회로에 설치되는 보호 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a protection circuit, for example, to a protection circuit installed in a charging/discharging circuit of a secondary battery.
본원은, 2019년 2월 1일에, 일본에 출원된 특원2019-017085에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-017085, filed in Japan on February 1, 2019, the contents of which are hereby incorporated by reference.
종래, 보호 회로는, 휴대 전화나 휴대형 컴퓨터 등의 모바일 기기나, 충전식 전동 기기 등, 2차 전지가 탑재된 다양한 기기에 실장되어 있다. 리튬 이온 2차 전지를 탑재한 배터리 팩의 보호 회로로서, 예를 들면 배터리 팩의 충방전 회로 상에, 휴즈 엘리먼트와 히터로 구성되는 히터가 달린 휴즈를 접속한 구성이 알려져 있다.Conventionally, protection circuits are mounted on various devices equipped with secondary batteries, such as mobile devices such as mobile phones and portable computers, and rechargeable electric devices. As a protection circuit for a battery pack equipped with a lithium ion secondary battery, for example, a configuration in which a fuse with a heater consisting of a fuse element and a heater is connected to the charge/discharge circuit of the battery pack is known.
상기 보호 회로에 있어서, 과충전 등의 이상(異常) 시에는, 검지 소자가 히터에 급격하게 전류를 흘림으로써 히터가 발열하고, 그 열에 의해 휴즈 엘리먼트가 용단된다. 예를 들면, 전압 검지용 IC가 설치된 보호 회로에 있어서, 전압 검지용 IC가 과전압을 검지했을 때에, 히터의 통전 경로 상의 전계 효과 트랜지스터(FET)가 온(ON)이 되고, 이로 인해 히터가 발열하여, 당해 히터의 열에 의해 휴즈 엘리먼트가 용단되는 구성이 있다(특허문헌 1).In the above protection circuit, in the event of an abnormality such as overcharging, the detection element suddenly supplies current to the heater, causing the heater to generate heat, and the fuse element is blown by the heat. For example, in a protection circuit equipped with a voltage detection IC, when the voltage detection IC detects an overvoltage, the field effect transistor (FET) in the heater's current path is turned on, causing the heater to generate heat. Therefore, there is a configuration in which the fuse element is blown by the heat of the heater (Patent Document 1).
여기서, IC나 FET를 구성하는 반도체는, 기기 내부에서 발생하는 노이즈나 외부로부터 침입하는 노이즈에 의해 오동작할 리스크가 있다. 예를 들면, 리튬 이온 전지를 이용한 상기와 같은 보호 회로에 있어서, 과전압을 감시하기 위한 전압 검지용 IC가 오동작한 경우, 히터가 달린 휴즈가 의도치 않게 끊어져 버려, 기기가 사용 불능에 빠질 우려가 있다. 따라서, IC에 악영향을 줄 가능성이 있는 노이즈를 억제하기 위한 대책을 강구할 필요가 있다.Here, the semiconductors that make up ICs and FETs have a risk of malfunction due to noise generated inside the device or noise intruding from the outside. For example, in the above protection circuit using a lithium-ion battery, if the voltage detection IC to monitor overvoltage malfunctions, the fuse with the heater may blow unintentionally, potentially rendering the device unusable. there is. Therefore, it is necessary to take measures to suppress noise that may adversely affect the IC.
노이즈를 억제하는 수단으로서, 예를 들면, 리튬 이온 전지의 고주파 내부 임피던스보다 충분히 낮은 값의 대용량 콘덴서, 또는, 리튬 이온 전지의 고주파 내부 임피던스보다 낮은 값의 조전지(組電池)를, 리튬 이온 전지의 전압 이상의 전압이 되도록 리튬 이온 전지와 병렬로 접속하여 구성되는 리튬 이온 전지 팩의 보호 회로가 제안되고 있다(특허문헌 2).As a means of suppressing noise, for example, a large-capacity condenser with a value sufficiently lower than the high-frequency internal impedance of the lithium-ion battery, or a battery pack with a value lower than the high-frequency internal impedance of the lithium-ion battery can be used in the lithium-ion battery. A protection circuit for a lithium-ion battery pack that is constructed by connecting in parallel with a lithium-ion battery so that the voltage is higher than or equal to is proposed (Patent Document 2).
일반적으로, 노이즈를 억제하기 위한 방법으로서는, 이하의 (1)~(4)를 들 수 있다.In general, methods for suppressing noise include the following (1) to (4).
(1) 자성체 등을 분산한 노이즈 흡수 시트로 대표되는, 전자(電磁) 에너지를 열에너지로 변환하는 방법(1) A method of converting electromagnetic energy into thermal energy, represented by a noise-absorbing sheet containing dispersed magnetic substances, etc.
(2) 금속 실드로 대표되는, 불필요한 복사를 반사하는 방법(2) A method of reflecting unnecessary radiation, represented by a metal shield
(3) 필터로 대표되는, 전송 선로 상의 노이즈를 기판 GND에 배출하는 방법(3) Method of discharging noise on the transmission line, represented by a filter, to the board GND
(4) 기기 외부에 노이즈를 방출하는 방법(4) How to emit noise outside the device
그러나, 상기 (2), (3)의 방법에서는, 노이즈 자체의 에너지는 거의 감쇠되지 않고 유지되기 때문에, 기판 GND 등을 통해, 떨어진 개소에서 발생한 노이즈가 돌아 들어가는 경우가 있고, 결과적으로 기기 전체적으로 노이즈를 억제할 수 없는 경우가 있다. 따라서, 특허문헌 2에 있어서 콘덴서를 설치하는 구성에서는, 노이즈를 GND에 배출하기 때문에, 노이즈를 확실하게 억제할 수 없으며, 또, 조전지를 설치하는 구성에서는, 기기가 대형화된다는 문제가 있다.However, in the methods (2) and (3) above, the energy of the noise itself is maintained with almost no attenuation, so there are cases where noise generated at a distant location returns through the board GND, etc., resulting in noise throughout the device. There are cases where it cannot be suppressed. Therefore, in the configuration in which a condenser is installed in Patent Document 2, noise cannot be reliably suppressed because noise is discharged to GND, and in the configuration in which a battery pack is installed, there is a problem that the device becomes larger.
또, 상기 (4)의 방법에서는, 노이즈를 기기 외부에 방출함으로써 기기 내부의 노이즈 레벨은 저하되지만, 노이즈는 IC뿐만 아니라, 인체에 대해서도 악영향을 미칠 우려가 있기 때문에, 가능한 한 기기 내부에서 노이즈를 억제하는 것이 바람직하다.In addition, in the method (4) above, the noise level inside the device is lowered by emitting noise outside the device, but since noise may have a negative effect not only on the IC but also on the human body, noise is kept inside the device as much as possible. It is desirable to suppress it.
또, 상기 (1)의 방법, 즉 노이즈를 열에너지로 변환하는 노이즈 흡수 시트를 이용하는 방법에서는, 자성체의 투자율이나 입경(특히 입경)에 따라 노이즈 흡수 시트의 주파수 특성이 바뀌기 때문에, 수백kHz 정도의 저주파 노이즈를 흡수하기 위해서는, 입경이 큰 자성체를 노이즈 흡수 시트에 함유시킬 필요가 있다. 따라서, 노이즈 흡수 시트의 두께가 커져, 기기가 대형화된다는 문제가 있다.In addition, in the method (1) above, that is, the method of using a noise-absorbing sheet that converts noise into thermal energy, the frequency characteristics of the noise-absorbing sheet change depending on the magnetic permeability and particle size (especially particle size), so low frequencies of about several hundred kHz are used. In order to absorb noise, it is necessary to include a magnetic material with a large particle size in the noise-absorbing sheet. Therefore, there is a problem that the thickness of the noise-absorbing sheet increases and the device becomes larger.
본 발명의 목적은, 노이즈를 확실하게 억제하면서, 간단한 구성으로 기기의 소형화를 실현하고, 나아가서는 노이즈의 인체에 대한 영향을 저감하는 것이 가능한 보호 회로를 제공하는 것에 있다.The purpose of the present invention is to provide a protection circuit that reliably suppresses noise, realizes miniaturization of equipment with a simple structure, and further reduces the impact of noise on the human body.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
[1] 통전 경로 상에 접속된 가용 금속체와, 상기 가용 금속체에 접속되어, 상기 가용 금속체를 가열에 의해 용단 가능한 발열체를 갖는 보호 소자와, [1] a protection element having a fusible metal body connected on an electricity supply path, and a heating element connected to the fusible metal body and capable of melting the fusible metal body by heating;
상기 통전 경로에 접속된 기기의 이상을 검출하는 보호 디바이스와, a protection device that detects abnormalities in equipment connected to the electricity supply path;
상기 보호 디바이스의 검출 결과에 의거하여, 상기 보호 소자의 상기 발열체로의 통전을 행하도록 동작하는 스위칭 소자와, a switching element that operates to supply electricity to the heating element of the protection element based on the detection result of the protection device;
상기 스위칭 소자와 병렬로 접속되어, 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈를 통과시키는 주파수 선택 소자A frequency selection element connected in parallel with the switching element and allowing noise in a predetermined frequency band to pass through.
를 구비하는, 보호 회로.A protection circuit comprising:
[2] 상기 소정의 주파수 대역은 1kHz~1GHz인, 상기 [1]에 기재된 보호 회로.[2] The protection circuit according to [1] above, wherein the predetermined frequency band is 1 kHz to 1 GHz.
[3] 상기 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈의 자기 에너지가, 상기 발열체에서 열에너지로 변환되는, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 보호 회로.[3] The protection circuit according to [1] or [2] above, wherein the magnetic energy of noise in the predetermined frequency band is converted into thermal energy in the heating element.
[4] 상기 주파수 선택 소자는 하이패스 필터인, 상기 [1]에 기재된 보호 회로.[4] The protection circuit according to [1] above, wherein the frequency selection element is a high-pass filter.
[5] 상기 기기는, 상기 통전 경로에 접속된 배터리이며, [5] The device is a battery connected to the electricity supply path,
상기 보호 디바이스는, 상기 배터리의 전압을 검출하고, 상기 전압에 의거하여 상기 배터리에 이상이 발생했는지 여부를 판별하는, 상기 [1]에 기재된 보호 회로.The protection circuit according to [1], wherein the protection device detects the voltage of the battery and determines whether an abnormality has occurred in the battery based on the voltage.
[6] 통전 경로 상에 접속된 가용 금속체와, 상기 가용 금속체에 접속되어, 상기 가용 금속체를 가열에 의해 용단 가능한 발열체를 갖는 보호 소자와, [6] a protection element having a fusible metal body connected on an electricity supply path, and a heating element connected to the fusible metal body and capable of melting the fusible metal body by heating;
상기 통전 경로에 접속된 기기의 이상을 검출하는 보호 디바이스와, a protection device that detects abnormalities in equipment connected to the electricity supply path;
상기 보호 디바이스의 검출 결과에 의거하여, 상기 보호 소자의 상기 발열체로의 통전을 행하도록 동작하는 스위칭 소자A switching element that operates to supply electricity to the heating element of the protection element based on the detection result of the protection device.
를 구비하고,Equipped with
상기 스위칭 소자는, 소정의 주파수 대역의 노이즈를 선택적으로 출력하는 주파수 선택성을 갖는 반도체 소자로 구성되는, 상기 [1]에 기재된 보호 회로.The protection circuit described in [1] above, wherein the switching element is comprised of a semiconductor element with frequency selectivity that selectively outputs noise in a predetermined frequency band.
[7] 상기 소정의 주파수 대역은 1kHz~1GHz인, 상기 [6]에 기재된 보호 회로.[7] The protection circuit according to [6] above, wherein the predetermined frequency band is 1 kHz to 1 GHz.
[8] 상기 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈의 자기 에너지가, 상기 발열체에서 열에너지로 변환되는, 상기 [6] 또는 [7]에 기재된 보호 회로.[8] The protection circuit according to [6] or [7], wherein the magnetic energy of noise in the predetermined frequency band is converted into thermal energy in the heating element.
[9] 상기 반도체 소자는 전계 효과 트랜지스터인, 상기 [6]에 기재된 보호 회로.[9] The protection circuit according to [6] above, wherein the semiconductor element is a field effect transistor.
[10] 상기 기기는, 상기 통전 경로에 접속된 배터리이며,[10] The device is a battery connected to the electricity supply path,
상기 보호 디바이스는, 상기 배터리의 전압을 검출하고, 상기 전압에 의거하여 상기 배터리에 이상이 발생했는지 여부를 판별하는, 상기 [6]에 기재된 보호 회로.The protection circuit described in [6] above, wherein the protection device detects the voltage of the battery and determines whether an abnormality has occurred in the battery based on the voltage.
본 발명에 의하면, 노이즈를 확실하게 억제하면서, 간단한 구성으로 기기의 소형화를 실현하고, 나아가서는 노이즈의 인체에 대한 영향을 저감할 수 있다.According to the present invention, it is possible to achieve miniaturization of the device with a simple structure while reliably suppressing noise, and further reduce the influence of noise on the human body.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 보호 회로의 구성을 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 2는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 보호 회로의 구성을 개략적으로 나타내는 회로도이다.1 is a circuit diagram schematically showing the configuration of a protection circuit according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a circuit diagram schematically showing the configuration of a protection circuit according to the second embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 보호 회로의 구성을 개략적으로 나타내는 회로도이다. 본 실시 형태에서는, 휴대 전화 등의 모바일 기기에 실장되는 배터리 팩의 보호 회로를 예로 들어 설명한다.1 is a circuit diagram schematically showing the configuration of a protection circuit according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, the protection circuit of a battery pack mounted on a mobile device such as a mobile phone will be explained as an example.
도 1에 나타내는 바와 같이, 보호 회로(2A)는, 배터리 팩(1) 내의 통전 경로 상에 접속된 가용 금속체(11)와, 가용 금속체(11)에 접속되어, 가용 금속체(11)를 가열에 의해 용단 가능한 발열체(12)를 갖는 보호 소자(10)와, 상기 통전 경로에 접속된 배터리(3)(기기)의 이상을 검출하는 보호 디바이스(20)와, 보호 디바이스(20)의 검출 결과에 의거하여, 보호 소자(10)의 발열체(12)로의 통전을 행하도록 동작하는 스위칭 소자(30)와, 스위칭 소자(30)와 병렬로 접속되어, 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈를 통과시키는 주파수 선택 소자(40)를 구비한다.As shown in FIG. 1, the protection circuit 2A is connected to a fusible metal body 11 connected on the electricity supply path in the battery pack 1 and the fusible metal body 11, and the fusible metal body 11 A protection element 10 having a heating element 12 that can be melted by heating, a protection device 20 that detects an abnormality in the battery 3 (equipment) connected to the current supply path, and a protection device 20. Based on the detection result, a switching element 30 that operates to supply electricity to the heating element 12 of the protection element 10 is connected in parallel with the switching element 30 to reduce noise in a predetermined frequency band. It is provided with a frequency selection element 40 that passes through it.
보호 소자(10)는, 제1 접속부(A), 제2 접속부(B) 및 제3 접속부(C)로 외부 회로에 접속되어 있으며, 이로 인해 보호 회로(2A)의 일부를 구성하고 있다. 이 보호 소자(10)에서는, 가용 금속체(11)는, 제1 접속부(A) 및 제2 접속부(B)를 통해 배터리(3)의 통전 경로(충방전 경로)에 접속되는 것과 더불어, 발열체(12)가 스위칭 소자(30)를 통해 배터리(3)의 급전 경로에 접속되어 있으며, 보호 소자(10)의 동작이 보호 디바이스(20)에 의해 제어된다. 보호 소자(10)는, 예를 들면 히터가 달린 휴즈로 구성되어 있다.The protection element 10 is connected to an external circuit through the first connection part A, the second connection part B, and the third connection part C, and thereby forms a part of the protection circuit 2A. In this protection element 10, the fusible metal body 11 is connected to the current supply path (charge/discharge path) of the battery 3 through the first connection portion A and the second connection portion B, and the heating element (12) is connected to the power supply path of the battery (3) through the switching element (30), and the operation of the protection element (10) is controlled by the protection device (20). The protection element 10 is composed of, for example, a fuse with a heater.
가용 금속체(11)는, 예를 들면, 도시하지 않은 기판 상에서 직렬 접속된 제1 휴즈 엘리먼트(11A) 및 제2 휴즈 엘리먼트(11B)로 구성되어 있다. 발열체(12)는, 제1 휴즈 엘리먼트(11A)와 제2 휴즈 엘리먼트(11B) 사이에 접속되어 있다.The fusible metal body 11 is comprised, for example, of the 1st fuse element 11A and the 2nd fuse element 11B connected in series on a board|substrate not shown. The heating element 12 is connected between the first fuse element 11A and the second fuse element 11B.
제1 휴즈 엘리먼트(11A) 및 제2 휴즈 엘리먼트(11B)는, 일체로 형성되거나, 또는 별도의 부재로 구성되어 있다. 제1 휴즈 엘리먼트(11A) 및 제2 휴즈 엘리먼트(11B)는, 예를 들면 박편 형상 혹은 봉 형상이다.The first fuse element 11A and the second fuse element 11B are formed integrally or are made of separate members. The first fuse element 11A and the second fuse element 11B are, for example, flake-shaped or rod-shaped.
가용 금속체(11)는, 저융점 금속층과, 당해 저융점 금속보다 융점이 높은 고융점 금속으로 구성된 고융점 금속층을 포함하는 적층체인 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 휴즈 엘리먼트(11A) 및 제2 휴즈 엘리먼트(11B)도, 저융점 금속층과, 당해 저융점 금속보다 융점이 높은 고융점 금속으로 구성된 고융점 금속층을 포함하는 적층체이다. 또, 가용 금속체(11)는, 내층으로서의 저융점 금속층과, 상기 내층으로서의 저융점 금속층을 피복하는 외층으로서의 고융점 금속층으로 구성되는 피복 구조를 갖는 것이 보다 바람직하다.The fusible metal body 11 is preferably a laminate including a low-melting-point metal layer and a high-melting-point metal layer made of a high-melting-point metal whose melting point is higher than the low-melting-point metal. In this case, the first fuse element 11A and the second fuse element 11B are also a laminate including a low melting point metal layer and a high melting point metal layer made of a high melting point metal whose melting point is higher than the low melting point metal. Moreover, it is more preferable that the soluble metal body 11 has a covering structure comprised of a low-melting-point metal layer as an inner layer and a high-melting-point metal layer as an outer layer that covers the low-melting-point metal layer as an inner layer.
상기 저융점 금속층을 구성하는 재료는, 종래부터 휴즈 재료로서 사용되고 있는 여러 가지 저융점 금속을 이용할 수 있다. 저융점 금속으로서는, SnSb 합금, BiSnPb 합금, BiPbSn 합금, BiPb 합금, BiSn 합금, SnPb 합금, SnAg 합금, SnAgCu 합금, PbIn 합금, ZnAl 합금, InSn 합금, PbAgSn 합금 등을 들 수 있다. 저융점 금속층은, 반드시 리플로우 온도보다 높은 융점을 가질 필요는 없으며, 200℃ 정도에서 용융해도 된다.As the material constituting the low-melting-point metal layer, various low-melting-point metals that have conventionally been used as fuse materials can be used. Examples of low melting point metals include SnSb alloy, BiSnPb alloy, BiPbSn alloy, BiPb alloy, BiSn alloy, SnPb alloy, SnAg alloy, SnAgCu alloy, PbIn alloy, ZnAl alloy, InSn alloy, and PbAgSn alloy. The low melting point metal layer does not necessarily have to have a melting point higher than the reflow temperature, and may melt at about 200°C.
상기 고융점 금속층을 구성하는 재료는, 예를 들면, Ag, Cu, 또는, Ag 혹은 Cu를 주성분으로 하는 금속을 이용할 수 있다. 이 고융점 금속층은, 가용 금속체(11)를 리플로우 노(爐)에 의해 외부 회로 기판 상에 실장하는 경우에 있어서도 용융되지 않는 높은 융점을 갖는다.The material constituting the high melting point metal layer can be, for example, Ag, Cu, or a metal containing Ag or Cu as a main component. This high melting point metal layer has a high melting point that does not melt even when the fusible metal body 11 is mounted on an external circuit board using a reflow furnace.
발열체(12)는, 히터로 구성된다. 히터는, 예를 들면, 산화루테늄이나 카본 블랙 등의 도전 재료와, 물유리 등의 무기계 바인더나 열경화성 수지 등의 유기계 바인더로 이루어지는 저항 페이스트를 도포하고, 필요에 따라 소성함으로써 형성된다.The heating element 12 is composed of a heater. The heater is formed, for example, by applying a resistance paste made of a conductive material such as ruthenium oxide or carbon black and an inorganic binder such as water glass or an organic binder such as a thermosetting resin, and baking as necessary.
또, 히터로서는, 산화루테늄이나 카본 블랙 등의 박막을, 인쇄, 도금, 증착, 스퍼터의 공정을 거쳐 형성해도 되고, 이들 필름의 부착이나 적층 등에 의해 형성해도 된다.Additionally, as a heater, a thin film of ruthenium oxide or carbon black may be formed through a process of printing, plating, vapor deposition, or sputtering, or may be formed by attaching or lamination of these films.
보호 디바이스(20)는, 보호 소자(10)의 통전 경로에 접속된 배터리(3)의 전압, 구체적으로는 배터리 셀(3A, 3B, 3C, 3D) 각각의 전압을 검출하고, 당해 전압에 의거하여 배터리(3)(배터리 셀(3A~3D))에 과충전 등의 이상이 발생했는지 여부를 판별한다. 배터리 셀(3A~3D)에서 이상이 발생한 경우에는, 보호 디바이스(20)는, 보호 소자(10)를 작동시킴으로써 통전 경로를 차단한다. The protection device 20 detects the voltage of the battery 3 connected to the current supply path of the protection element 10, specifically the voltage of each of the battery cells 3A, 3B, 3C, and 3D, and determines the voltage based on the voltage. This determines whether an abnormality such as overcharging has occurred in the battery 3 (battery cells 3A to 3D). When an abnormality occurs in the battery cells 3A to 3D, the protection device 20 blocks the current supply path by activating the protection element 10.
보호 디바이스(20)는, 당해 보호 디바이스(20)의 검출 결과에 따라 보호 소자(10)로의 통전 동작을 제어하는 스위칭 소자(30)와 접속되어 있으며, 또한, 제3 접속부(C)를 통해 보호 소자(10)와 접속되어 있다. 그리고, 보호 디바이스(20)는, 배터리 셀(3A~3D)의 이상에 따라 제어 신호를 스위칭 소자(30)에 출력한다.The protection device 20 is connected to a switching element 30 that controls the operation of energizing the protection element 10 according to the detection result of the protection device 20, and also provides protection through the third connection portion C. It is connected to the element 10. Then, the protection device 20 outputs a control signal to the switching element 30 in accordance with abnormalities in the battery cells 3A to 3D.
스위칭 소자(30)는, 예를 들면 전계 효과 트랜지스터(이하, FET라고도 한다)로 구성되어 있다. 스위칭 소자(30)는, 보호 디바이스(20)로부터 출력되는 제어 신호에 의해, 배터리 셀(3A~3D)의 전압이 과방전 또는 과충전 상태를 나타내는 소정값 이상일 때에, 보호 소자(10)에 통전시켜 배터리(3)의 통전 경로를 차단하도록 동작한다.The switching element 30 is composed of, for example, a field effect transistor (hereinafter also referred to as FET). The switching element 30 supplies electricity to the protection element 10 when the voltage of the battery cells 3A to 3D is higher than a predetermined value indicating an overdischarge or overcharge state by a control signal output from the protection device 20. It operates to block the energizing path of the battery (3).
주파수 선택 소자(40)는, 예를 들면 하이패스 필터이며, 상기 소정의 주파수 영역에 있어서의 노이즈를 통과시킨다. 소정의 주파수 대역은, 예를 들면 1kHz~1GHz이며, 바람직하게는 1kHz~1MHz이다. 주파수 선택 소자(40)는, 상술한 바와 같이 스위칭 소자(30)와 병렬로 접속되어 있으며, 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈가 통전 경로를 전반(傳搬)하여 주파수 선택 소자(40)에 도달한다.The frequency selection element 40 is, for example, a high-pass filter and passes noise in the predetermined frequency range. The predetermined frequency band is, for example, 1 kHz to 1 GHz, and is preferably 1 kHz to 1 MHz. The frequency selection element 40 is connected in parallel with the switching element 30 as described above, and noise in a predetermined frequency band propagates through the conduction path and reaches the frequency selection element 40. do.
상기와 같이 구성되는 보호 회로(2A)에 있어서, 배터리(3)의 충전 시에는, 충전 장치(4)로부터 외부 회로를 통해 배터리(3)에 전력이 공급된다. 또, 배터리(3)의 방전 시에는, 배터리(3)로부터 외부 회로에 전력이 공급된다. 배터리(3)는, 1차 전지 혹은 2차 전지이며, 예를 들면 리튬 이온 2차 전지 등을 들 수 있다. 외부 회로에는, 예를 들면 도시하지 않은 모터나 컨버터 등의 부하가 접속된다.In the protection circuit 2A configured as above, when charging the battery 3, power is supplied to the battery 3 from the charging device 4 through an external circuit. Additionally, when the battery 3 is discharged, power is supplied from the battery 3 to the external circuit. The battery 3 is a primary battery or a secondary battery, and examples include a lithium ion secondary battery. To the external circuit, for example, a load such as a motor or converter (not shown) is connected.
보호 디바이스(20)는, 배터리 셀(3A~3D) 각각의 전압을 검출하고, 배터리 셀(3A~3D) 중 어느 하나에 과충전 등의 이상이 발생했다고 판별했을 때에는, 스위칭 소자(30)에 제어 신호를 출력한다. 이로 인해, 스위칭 소자(30)는 발열체(12)에 통전하도록 동작하고, 그 결과, 발열체(12)의 발열에 의해, 가용 금속체(11)를 구성하는 제1 휴즈 엘리먼트(11A) 및 제2 휴즈 엘리먼트(11B) 중 적어도 한쪽이 용단된다. 이로 인해, 배터리 셀(3A~3D)의 통전 경로가 차단된다.The protection device 20 detects the voltage of each of the battery cells 3A to 3D, and when it determines that an abnormality such as overcharge has occurred in one of the battery cells 3A to 3D, it controls the switching element 30. Output a signal. For this reason, the switching element 30 operates to supply electricity to the heating element 12, and as a result, the first fuse element 11A and the second fuse element 11A constituting the fusible metal body 11 are heated by the heating element 12. At least one of the fuse elements 11B is blown. As a result, the electricity supply path of the battery cells 3A to 3D is blocked.
또, 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈가 통전 경로를 전반하여 주파수 선택 소자(40)에 도달하면, 주파수 선택 소자(40)를 통과하여, 보호 소자(10)의 발열체(12)에 도달한다. 그리고, 발열체(12)에 있어서, 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈의 자기 에너지가, 발열체(12)에 의해 열에너지로 변환된다. 이 때, 노이즈에 의해 발열체(12)에서 발생하는 열에너지는, 보호 디바이스(20)의 이상 검출 시에 배터리(3)로부터 공급되는 전력에 의해 발생하는 열에너지보다 충분히 낮기 때문에, 보호 소자(10)의 가용 금속체(11)가 용단되는 일은 없다.In addition, when noise in a predetermined frequency band propagates through the conduction path and reaches the frequency selection element 40, it passes through the frequency selection element 40 and reaches the heating element 12 of the protection element 10. And in the heating element 12, the magnetic energy of noise in a predetermined frequency band is converted into thermal energy by the heating element 12. At this time, the thermal energy generated by the heating element 12 due to noise is sufficiently lower than the thermal energy generated by the power supplied from the battery 3 when the protection device 20 detects an abnormality, so the protection element 10 The fusible metal body 11 does not melt.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 주파수 선택 소자(40)가 스위칭 소자(30)와 병렬로 접속되어, 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈가 주파수 선택 소자(40)를 통과하기 때문에, 주파수 선택 소자(40)를 통과한 노이즈가 보호 소자(10)의 발열체(12)에 도달하고, 당해 노이즈를 발열체(12)에서 흡수할 수 있다. 따라서, 보호 디바이스(20)에 악영향을 미치는 노이즈를 확실하게 억제하는 것이 가능해진다. 또, 보호 회로(2A)에 주파수 선택 소자(40)를 설치함으로써 간단하게 노이즈를 흡수할 수 있으며, 노이즈 흡수 시트 등의 다른 부재를 설치할 필요가 없다. 특히, 저주파 영역에 있어서의 노이즈를 억제하는 경우여도, 두께가 큰 노이즈 흡수 시트를 설치할 필요가 없고, 보호 회로(2A)나 배터리 팩(1)을 소형화하는 것이 가능해진다. 또한, 주파수 선택 소자(40)를 통과한 노이즈가 발열체(12)에서 흡수되기 때문에, 모바일 기기의 내부에서 노이즈를 억제할 수 있으며, 노이즈의 인체에 대한 영향을 저감하는 것이 가능해진다.As described above, according to this embodiment, the frequency selection element 40 is connected in parallel with the switching element 30, and noise in a predetermined frequency band passes through the frequency selection element 40, so that the frequency selection element 40 is connected in parallel with the switching element 30. Noise passing through the selection element 40 reaches the heating element 12 of the protection element 10, and the noise can be absorbed by the heating element 12. Therefore, it becomes possible to reliably suppress noise that adversely affects the protection device 20. Additionally, noise can be easily absorbed by providing the frequency selection element 40 in the protection circuit 2A, and there is no need to provide other members such as noise absorbing sheets. In particular, even in the case of suppressing noise in the low-frequency region, there is no need to provide a thick noise-absorbing sheet, making it possible to miniaturize the protection circuit 2A and the battery pack 1. Additionally, since the noise passing through the frequency selection element 40 is absorbed by the heating element 12, noise can be suppressed inside the mobile device and the effect of noise on the human body can be reduced.
도 2는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 보호 회로의 구성을 개략적으로 나타내는 회로도이다. 본 제2 실시 형태에 따른 보호 회로는, 제1 실시 형태에 따른 보호 회로(2A)와 기본적으로 같고, 동일한 구성 요소에는, 동일 번호를 붙여 그 설명을 생략하고, 주로 상이한 부분을 이하에 설명한다.Figure 2 is a circuit diagram schematically showing the configuration of a protection circuit according to the second embodiment of the present invention. The protection circuit according to the second embodiment is basically the same as the protection circuit 2A according to the first embodiment, the same components are given the same numbers, their description is omitted, and the main different parts are explained below. .
도 2에 나타내는 바와 같이, 보호 회로(2B)는, 통전 경로 상에 접속된 가용 금속체(11)와, 가용 금속체(11)에 접속되어, 가용 금속체(11)를 가열에 의해 용단 가능한 발열체(12)를 갖는 보호 소자(10)와, 상기 통전 경로에 접속된 배터리(3)의 이상을 검출하는 보호 디바이스(20)와, 보호 디바이스(20)의 검출 결과에 의거하여, 보호 소자(10)의 발열체(12)로의 통전을 행하도록 동작하는 스위칭 소자(50)를 구비한다.As shown in FIG. 2, the protection circuit 2B is connected to the fusible metal body 11 and the fusible metal body 11 connected on the electricity supply path, and is capable of melting the fusible metal body 11 by heating. A protection element 10 having a heating element 12, a protection device 20 that detects an abnormality in the battery 3 connected to the energization path, and a protection element ( It is provided with a switching element 50 that operates to supply electricity to the heating element 12 of 10).
스위칭 소자(50)는, 소정의 주파수 대역의 노이즈를 선택적으로 출력하는 주파수 선택성을 갖는 반도체 소자로 구성되어 있다. 소정의 주파수 대역은, 예를 들면 1kHz~1GHz이며, 바람직하게는 1kHz~1MHz이다. 반도체 소자는, 예를 들면 FET이다. FET로서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 접합형 FET나 MOS형 FET를 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, FET의 게이트가 보호 디바이스(20)에 접속되고, 드레인이 발열체(12)에 접속되어 있다.The switching element 50 is composed of a semiconductor element with frequency selectivity that selectively outputs noise in a predetermined frequency band. The predetermined frequency band is, for example, 1 kHz to 1 GHz, and is preferably 1 kHz to 1 MHz. The semiconductor element is, for example, FET. There are no particular restrictions on the FET, but for example, a junction type FET or a MOS type FET can be used. In this embodiment, the gate of the FET is connected to the protection device 20, and the drain is connected to the heating element 12.
반도체 소자가 FET인 경우, FET는, 노이즈의 발생원이 되는 부하의 근방에 배치되는 것이 바람직하다. 스위칭 방식의 모터나 컨버터 등의 부하는, 스위칭 시에 노이즈가 발생하는 경우가 있기 때문에, 이러한 부하의 근방에 FET를 배치함으로써, 발생 직후의 노이즈를 억제하는 것이 가능해진다.When the semiconductor element is a FET, the FET is preferably placed near a load that is a source of noise. Loads such as switching motors and converters may generate noise during switching, so by placing a FET near such a load, it becomes possible to suppress noise immediately after generation.
본 제2 실시 형태에 의하면, 스위칭 소자(50)가, 스위치 기능에 더하여 주파수 선택 기능을 갖는 반도체 소자로 구성되어 있다. 따라서, 반도체 소자에 의해 소정의 주파수 대역의 노이즈가 선택적으로 출력되고, 스위칭 소자(50)로부터 출력된 노이즈가 보호 소자(10)의 발열체(12)에 도달하여, 당해 노이즈를 발열체(12)에서 흡수할 수 있다. 따라서, 노이즈를 확실하게 억제하면서, 간단한 구성으로 보호 회로(2B)나 배터리 팩(1)의 소형화를 실현하고, 나아가서는 노이즈의 인체에 대한 영향을 저감할 수 있다. 또, 보호 회로(2B)를 보다 간단한 구성으로 할 수 있으며, 보호 회로(2B)나 배터리 팩(1)을 더욱 소형화하는 것이 가능해진다.According to the second embodiment, the switching element 50 is comprised of a semiconductor element that has a frequency selection function in addition to the switch function. Therefore, noise in a predetermined frequency band is selectively output by the semiconductor element, the noise output from the switching element 50 reaches the heating element 12 of the protection element 10, and the noise is transmitted from the heating element 12. It can be absorbed. Therefore, while reliably suppressing noise, miniaturization of the protection circuit 2B and the battery pack 1 can be realized with a simple structure, and further, the influence of noise on the human body can be reduced. Additionally, the protection circuit 2B can be made into a simpler structure, making it possible to further miniaturize the protection circuit 2B and the battery pack 1.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세히 설명했는데, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 여러 가지 변형·변경이 가능하다.Above, the embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 보호 회로(2A, 2B)는, 리튬 이온 2차 전지의 배터리 팩(1)에 적용되는데, 이에 한정하지 않고, 전기 신호에 의한 통전 경로의 차단을 필요로 하는 다양한 용도에 적용할 수 있다.For example, in the above embodiment, the protection circuits 2A and 2B are applied to the battery pack 1 of a lithium ion secondary battery, but are not limited to this, and require blocking of the current supply path by an electric signal. It can be applied to a variety of uses.
보호 소자(10)는, 휴대 전화 등의 모바일 기기에 실장되는데, 이에 한정하지 않고, 충전식 전동 기기 등, 2차 전지가 탑재된 다양한 기기에 실장되어도 된다. The protection element 10 is mounted on mobile devices such as mobile phones, but is not limited to this and may be mounted on various devices equipped with secondary batteries, such as rechargeable electric devices.
또, 보호 소자(10)에서는, 발열체(12)의 발열에 의해 가용 금속체(11)가 용단되는데, 이에 한정하지 않고, 통전 경로가 과전류가 되었을 경우에, 가용 금속체(11)가 자기(自己) 발열(줄 열)에 의해 용단되어도 된다. 본 구성에 의해서도, 보호 소자(10)나 배터리(3)의 통전 경로를 차단할 수 있다.In addition, in the protection element 10, the fusible metal body 11 is melted due to the heat generated by the heating element 12, but this is not limited to this, and when the energizing path becomes overcurrent, the fusible metal body 11 magnetically ( It may be cut by spontaneous heat generation (Joule heat). Even with this configuration, the current supply path to the protection element 10 or the battery 3 can be blocked.
보호 디바이스(20)는, 통전 경로에 접속된 배터리(3)의 이상을 검출하는데, 이에 한정하지 않고, 상기 통전 경로에 접속된 다른 기기를 검출해도 된다.The protection device 20 detects abnormalities in the battery 3 connected to the electricity supply path, but is not limited to this and may detect other equipment connected to the electricity supply path.
1: 배터리 팩 2A: 보호 회로
2B: 보호 회로 3: 배터리
3A: 배터리 셀 3B: 배터리 셀
3C: 배터리 셀 3D: 배터리 셀
4: 충전 장치 10: 보호 소자
11: 가용 금속체 11A: 제1 휴즈 엘리먼트
11B: 제2 휴즈 엘리먼트 12: 발열체
20: 보호 디바이스 30: 스위칭 소자
40: 주파수 선택 소자 50: 스위칭 소자1: Battery pack 2A: Protection circuit
2B: Protection circuit 3: Battery
3A: Battery cell 3B: Battery cell
3C: Battery Cell 3D: Battery Cell
4: Charging device 10: Protection element
11: fusible metal body 11A: first fuse element
11B: second fuse element 12: heating element
20: protection device 30: switching element
40: frequency selection element 50: switching element
Claims (10)
상기 통전 경로에 접속된 기기의 이상을 검출하는 보호 디바이스와,
상기 보호 디바이스의 검출 결과에 의거하여, 상기 보호 소자의 상기 발열체로의 통전을 행하도록 동작하는 스위칭 소자와,
상기 스위칭 소자와 병렬로 접속되어, 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈를 통과시키는 주파수 선택 소자
를 구비하는, 보호 회로.a protection element having a fusible metal body connected on an electricity supply path, and a heating element connected to the fusible metal body and capable of melting the fusible metal body by heating;
a protection device that detects abnormalities in equipment connected to the electricity supply path;
a switching element that operates to supply electricity to the heating element of the protection element based on the detection result of the protection device;
A frequency selection element connected in parallel with the switching element and allowing noise in a predetermined frequency band to pass through.
A protection circuit comprising:
상기 소정의 주파수 대역은 1kHz~1GHz인, 보호 회로.In claim 1,
A protection circuit in which the predetermined frequency band is 1 kHz to 1 GHz.
상기 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈의 자기 에너지가, 상기 발열체에서 열에너지로 변환되는, 보호 회로.In claim 1 or claim 2,
A protection circuit in which magnetic energy of noise in the predetermined frequency band is converted into thermal energy in the heating element.
상기 주파수 선택 소자는 하이패스 필터인, 보호 회로.In claim 1,
A protection circuit wherein the frequency selection element is a high-pass filter.
상기 기기는, 상기 통전 경로에 접속된 배터리이며,
상기 보호 디바이스는, 상기 배터리의 전압을 검출하고, 상기 전압에 의거하여 상기 배터리에 이상이 발생했는지 여부를 판별하는, 보호 회로.In claim 1,
The device is a battery connected to the electricity supply path,
A protection circuit wherein the protection device detects the voltage of the battery and determines whether an abnormality has occurred in the battery based on the voltage.
통전 경로 상에 접속된 가용 금속체와, 상기 가용 금속체에 접속되어, 상기 가용 금속체를 가열에 의해 용단 가능한 발열체를 갖는 보호 소자와,
상기 통전 경로에 접속된 기기의 이상을 검출하는 보호 디바이스와,
상기 보호 디바이스의 검출 결과에 의거하여, 상기 보호 소자의 상기 발열체로의 통전을 행하도록 동작하는 스위칭 소자
를 구비하고,
상기 스위칭 소자는, 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈를 선택적으로 출력하는 주파수 선택성을 갖는 반도체 소자로 구성되는, 보호 회로.In claim 1,
a protection element having a fusible metal body connected on an electricity supply path, and a heating element connected to the fusible metal body and capable of melting the fusible metal body by heating;
a protection device that detects abnormalities in equipment connected to the electricity supply path;
A switching element that operates to supply electricity to the heating element of the protection element based on the detection result of the protection device.
Equipped with
A protection circuit in which the switching element is comprised of a semiconductor element with frequency selectivity that selectively outputs noise in a predetermined frequency band.
상기 소정의 주파수 대역은 1kHz~1GHz인, 보호 회로.In claim 6,
A protection circuit in which the predetermined frequency band is 1 kHz to 1 GHz.
상기 소정의 주파수 대역에 있어서의 노이즈의 자기 에너지가, 상기 발열체에서 열에너지로 변환되는, 보호 회로. In claim 6 or claim 7,
A protection circuit in which magnetic energy of noise in the predetermined frequency band is converted into thermal energy in the heating element.
상기 반도체 소자는 전계 효과 트랜지스터인, 보호 회로.In claim 6,
A protection circuit, wherein the semiconductor element is a field effect transistor.
상기 기기는, 상기 통전 경로에 접속된 배터리이며,
상기 보호 디바이스는, 상기 배터리의 전압을 검출하고, 상기 전압에 의거하여 상기 배터리에 이상이 발생했는지 여부를 판별하는, 보호 회로.
In claim 6,
The device is a battery connected to the electricity supply path,
A protection circuit wherein the protection device detects the voltage of the battery and determines whether an abnormality has occurred in the battery based on the voltage.
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