KR102646309B1 - 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 배터리 팩의 보호 회로는, 배터리 모듈의 방전 경로 상에 위치하며 상기 방전 경로를 차단하거나 연결하는 방전 제어 스위치, 복수의 팩 통신 단자를 통해 외부 장치와 통신하며, 상기 방전 제어 스위치의 온/오프를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기, 상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이에 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이의 연결을 제어하는 차단 회로, 그리고 상기 제어 신호에 따라서 상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이의 연결을 차단하도록 상기 차단 회로를 제어하는 차단 제어 회로를 포함할 수 있다.

Description

보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩{PROTECTION CIRCUIT AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 개시는 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
소형 배터리 팩에서는 방전 시 보호 동작을 위한 방전 제어 스위치로 FET(field effect transistor)가 주로 사용된다. 방전 제어 스위치용 FET는 배터리의 음극 측(또는 로우 사이드 측) 또는 양극 측(또는 하이 사이드 측)에 위치하며, 고객의 요청 사양, 또는 배터리 팩의 사양에 따라 그 위치가 선택될 수 있다.
방전 제어 스위치용 FET가 배터리의 양극 측에 위치하는 경우, 배터리와 부하의 연결 시 방전 제어 스위치용 FET가 오프 상태이더라도 배터리와 부하의 접지가 서로 연결된다. 따라서, 절연 소자 없이 배터리 팩의 통신 회로와 부하의 통신 회로 간에 통신이 가능하다. 반면, 방전 제어 스위치용 FET를 구동하기 위해 부가 회로가 별도로 사용되거나, 차지 펌핑(charge pumping) 회로가 내장된 아날로그 프론트 엔드(analog front end, AFE) 칩이 사용된다. 또한, 방전 제어 스위치용 FET가 배터리의 양극 측에 위치하는 경우 FET의 고속 스위칭이 매우 어려운 문제가 있다.
방전 제어 스위치용 FET가 배터리의 음극 측에 위치하는 경우, FET의 고속 스위칭이 가능하다. 따라서, 고출력/저저항 셀이 적용되어 단락 전류의 빠른 차단이 필요한 청소기, 파워 툴(power tool) 등에 사용되는 배터리 팩은 배터리의 음극 측에 방전 제어 스위치용 FET가 위치하도록 설계된다. 한편, 방전 제어 스위치용 FET가 배터리의 음극 측에 위치하는 경우, 방전 제어 스위치용 FET의 오프 시 배터리와 부하의 접지가 서로 분리되어 통신 회로에 과전압이 인가되는 문제가 발생한다.
실시 예들을 통해 해결하고자 하는 과제는, 방전 제어 스위치용 FET가 배터리의 음극 측에 위치하는 배터리 팩에서 방전 제어 스위치용 FET의 오프 시 발생하는 과전압 문제를 해결하기 위한 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 보호 회로는, 배터리 모듈의 방전 경로 상에 위치하며, 상기 방전 경로를 차단하거나 연결하는 방전 제어 스위치, 복수의 팩 통신 단자를 통해 외부 장치와 통신하며, 상기 방전 제어 스위치의 온/오프를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기, 상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이에 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이의 연결을 제어하는 차단 회로, 그리고 상기 제어 신호에 따라서 상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이의 연결을 차단하도록 상기 차단 회로를 제어하는 차단 제어 회로를 포함할 수 있다.
상기 차단 제어 회로는, 상기 제어 신호가 상기 방전 제어 스위치를 오프 시키기 위한 전압 레벨을 가지면, 상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이의 연결을 차단하도록 상기 차단 회로를 제어할 수 있다.
상기 차단 회로는, 상기 복수의 팩 통신 단자 중 제1 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이에 전기적으로 연결되는 제1 FET, 그리고 상기 복수의 팩 통신 단자 중 제2 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이에 전기적으로 연결되는 제2 FET를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 FET는, 상기 제어 신호가 상기 방전 제어 스위치를 오프 시키기 위한 전압 레벨을 가지면, 상기 차단 제어 회로에 의해 오프 상태로 제어될 수 있다.
상기 제1 FET는, 상기 제어기에 연결되는 소스 단자, 상기 제1 팩 통신 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 상기 차단 제어 회로에 연결되는 게이트 단자를 포함할 수 있다. 상기 제2 FET는, 상기 제어기에 연결되는 소스 단자, 상기 제2 팩 통신 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 상기 차단 제어 회로에 연결되는 게이트 단자를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 FET는 N채널 MOSFET일 수 있다.
상기 차단 회로는, 상기 제1 FET의 게이트 단자 및 소스 단자 사이에 연결되는 제1 저항, 그리고 상기 제2 FET의 게이트 단자 및 소스 단자 사이에 연결되는 제2 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 차단 제어 회로는, 제1 전압을 출력하는 전압원과 상기 제1 및 제2 FET의 게이트 단자 사이에 전기적으로 연결되는 제3 FET, 그리고 상기 제3 FET의 게이트 단자에 전기적으로 연결되며, 상기 제어 신호에 따라서 제2 전압과 상기 제3 FET의 게이트 단자 사이의 연결을 제어하는 제4 FET를 포함할 수 있다.
상기 제3 FET는, 상기 전압원에 연결되는 소스 단자, 상기 제1 및 제2 FET의 게이트 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 상기 제4 FET에 연결되는 게이트 단자를 포함하고, 상기 제4 FET는, 상기 제2 전압에 연결되는 소스 단자, 상기 제3 FET의 게이트 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 상기 제어기에서 상기 제어 신호를 출력하는 출력 단자에 연결되는 게이트 단자를 포함할 수 있다.
상기 제3 FET는 P채널 MOSFET이고, 상기 제4 FET는 N채널 MOSFET일 수 있다.
상기 차단 제어 회로는, 상기 제3 FET의 게이트 단자 및 소스 단자 사이에 연결되는 제3 저항, 그리고 상기 제3 FET의 게이트 단자와 상기 제4 FET의 드레인 단자 사이에 연결되는 제4 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 방전 제어 스위치는, 상기 배터리 모듈의 음극에 연결되는 소스 단자, 제1 팩 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 상기 제어기에서 상기 제어 신호를 출력하는 출력 단자에 연결되는 게이트 단자를 포함하는 FET일 수 있다.
상기 방전 제어 스위치는, N채널 MOSFET일 수 있다.
일 실시 예에 따른 배터리 팩은, 제1 및 제2 팩 단자, 적어도 하나의 셀을 포함하며 상기 제1 및 제2 팩 단자를 통해 외부 장치와 연결되는 배터리 모듈, 그리고 상기 보호 회로를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따르면, 방전 제어 스위치용 FET가 배터리의 음극 측에 위치하는 배터리 팩에서 방전 제어 스위치용 FET의 오프 시 발생하는 과전압 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한다.
도 2는 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 예시적인 회로도를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예들의 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 상세히 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타내며, 그에 대한 중복되는 설명은 생략된다. 그러나, 본 발명은 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시 예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 될 수 있도록 예로서 제공되며, 통상의 기술자에게 본 발명의 양태 및 특징을 충분히 전달할 것이다.
따라서, 본 발명의 양태들 및 특징들의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않다고 여겨지는 프로세스들, 요소들, 및 기술들은 설명되지 않을 수 있다. 도면에서, 소자들, 층들, 및 영역들의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
본 문서에서 "및/또는"이라는 용어는 관련되어 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 임의의 조합을 포함한다. 본 발명의 실시 예들을 기술할 때 "~할 수 있다", "~일 수 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시 예"를 의미한다. 다음의 본 발명의 실시 예에 대한 설명에서, 단수 형태의 용어는 문맥에 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다.
본 문서에서 "제1", "제2", ??제3"등의 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되지만, 이들 구성요소들은 이 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
본 문서에서 하나의 구성요소 또는 층이 다른 구성요소 또는 층에 대해 "상에", "연결된", 또는 "결합된" 것으로 기재되는 경우에 있어, "상에", "연결된" 및 "결합된" 것은 직접, 또는 하나 이상의 다른 구성요소 또는 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, 하나의 구성요소 또는 층이 2개의 구성요소 또는 층 "사이"에 있는 것으로 기재되는 경우, 2개의 구성요소 또는 층 사이의 유일한 구성요소 또는 층이거나, 하나 이상의 개재된 다른 요소 또는 층이 존재함으로 이해되어야 한다.
본 문서에서 2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우 뿐만 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 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(10)을 포함하며, 배터리 모듈(10)은 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결되는 적어도 하나의 셀(11)을 포함할 수 있다. 배터리 모듈(10)은 팩 단자들(P+, P-)을 통해 외부 장치(예를 들어, 부하(5))와 전기적으로 연결되어 외부 장치로부터 전력을 공급받거나, 또는 외부 장치로 전력을 공급할 수 있다.
배터리 팩(1)은 과전압, 과전류 등으로부터 배터리 팩(1)을 보호하기 위한 보호 회로를 더 포함할 수 있다. 보호 회로는, 방전 제어 스위치(D-FET), 배터리 제어기(20), 차단 회로(31), 차단 제어 회로(32) 등을 포함할 수 있다.
방전 제어 스위치(D-FET)는 배터리 모듈(10)과 어느 하나의 팩 단자 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 1을 예로 들면, 방전 제어 스위치(D-FET)는 배터리 모듈(10)의 음극(배터리 팩(1)의 접지)과 팩 단자(P-) 사이에 연결될 수 있다. 방전 제어 스위치(D-FET)는 배터리 제어기(20)의 제어에 따라 배터리 모듈(10)의 방전 경로를 연결하거나 차단하는 기능을 수행할 수 있다.
방전 제어 스위치(D-FET)는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 방전 제어 스위치(D-FET)는 배터리 모듈(10)의 음극 측에 연결되는 소스(source) 단자, 팩 단자(P-)에 연결되는 드레인(drain) 단자, 및 배터리 제어기(20)에 연결되는 게이트(gate) 단자를 포함하는 N채널 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)으로 구성될 수 있다.
방전 제어 스위치(D-FET)는 온(on) 상태가 되면 도통 되어 배터리 모듈(10)의 음극과 팩 단자(P-) 사이의 방전 경로를 연결하고, 오프(off) 상태가 되면 비도통 되어 배터리 모듈(10)의 음극과 팩 단자(P-) 사이의 방전 경로를 차단할 수 있다.
배터리 제어기(20)는 전압 검출 회로(미도시)를 통해 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀의 셀 전압 값을 획득할 수 있다. 배터리 제어기(20)는 션트 저항(SR)에 연결되는 전류 검출 회로(미도시)를 통해 배터리 모듈(10)과 팩 단자들(P+, P-1) 사이에 흐르는 전류 값을 획득할 수도 있다. 배터리 제어기(20)는 배터리 모듈(10)의 셀 전압 값, 전류 값 등에 기초해 배터리 팩(1)의 이상 상태(예를 들어, 과전류, 과전압, 단락 등)를 검출할 수 있다. 배터리 제어기(20)는 배터리 팩(1)의 이상 상태가 감지되면 방전 제어 스위치(D-FET)를 오프시키기 위한 제어 신호를 방전 제어 스위치(D-FET)로 출력할 수 있다. 즉, 배터리 제어기(20)는 배터리 팩(1)의 이상 상태가 감지되면, 방전 제어 스위치(D-FET)를 오프시켜 배터리 모듈(10)과 외부 장치 사이의 방전 경로를 차단할 수 있다. 배터리 제어기(20)는 배터리 팩(1)의 이상 상태가 감지되는 경우 외에도 충전 개시 등으로 방전을 중단해야 하는 경우, 방전 제어 스위치(D-FET)를 오프 시켜 방전 경로를 차단할 수도 있다.
배터리 제어기(20)는 팩 통신 단자들(T1, T2)을 통해 외부 장치의 제어기(예를 들어, 부하(5)의 제어기(50))와 연결되어, 외부 장치의 제어기와 통신할 수 있다. 예를 들어, 배터리 제어기(20)는 I2C(Inter-Integrated Circuit) 통신을 통해 외부 장치의 제어기와 통신할 수 있다. 이 경우, 배터리 제어기(20)와 팩 통신 단자들(T1, T2) 사이에는 데이터를 송수신하기 위한 통신 라인(L1)과 송수신 타이밍 동기화를 위한 클럭 신호를 송수신하기 위한 통신 라인(L2)이 각각 연결될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 방전 제어 스위치(D-FET)를 배터리 모듈(10)의 음극 측에 연결할 경우, 방전 제어 스위치(D-FET)를 오프 시키더라도 배터리 모듈(10)의 양극과 팩 단자(P+) 사이의 연결이 그대로 유지될 수 있다. 따라서, 방전 제어 스위치(D-FET)를 오프 시키더라도 배터리 팩(1)의 접지 대비 배터리 모듈(10)의 전압만큼 상승된 전압이 팩 단자(P+)를 통해 부하(5)에 인가되고, 이로 인해 부하(5)의 통신 단자들(SDA, SCL)에 배터리 모듈(10)의 전압 만큼의 과전압이 발생한다. 이러한 과전압이 통신 라인들(L1, L2)을 통해 배터리 제어기(20)에 그대로 전달될 경우 배터리 제어기(20)가 파괴될 수 있다.
이 실시 예에서는, 이러한 문제를 해결하기 위해 배터리 제어기(20)와 배터리 팩(1)의 팩 통신 단자들(T1, T2) 사이의 통신 라인들(L1, L2)에 차단 회로(31)를 배치할 수 있다.
차단 회로(31)는 배터리 제어기(20)의 통신 단자들(SDA, SCL)과 배터리 팩(1)의 팩 통신 단자들(T1, T2) 사이에 전기적으로 연결되며, 방전 제어 스위치(D-FET)의 오프 시 배터리 제어기(20)와 팩 통신 단자들(T1, T2) 사이의 연결을 차단하도록 동작할 수 있다.
차단 제어 회로(32)는 배터리 제어기(20)의 방전 제어 스위치(D-FET) 제어용 출력 단자(DFET)와 연결되며, 배터리 제어기(20)로부터 방전 제어 스위치(D-FET)로 출력되는 제어 신호를 수신할 수 있다. 차단 제어 회로(32)는 배터리 제어기(20)로부터 수신되는 제어 신호가 방전 제어 스위치(D-FET)의 오프 상태를 지시하면, 배터리 제어기(20)와 팩 통신 단자들(T1, T2) 사이의 연결을 차단하도록 차단 회로(31)를 제어할 수 있다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 예시적인 회로도를 도시한다.
도 2를 참조하면, 차단 회로(31)는 배터리 제어기(20)의 제1 통신 단자(SDA)와 제1 팩 통신 단자(T1) 사이에 전기적으로 연결되는 제1 FET(M1)를 포함할 수 있다. 제1 FET(M1)는 차단 제어 회로(32)에서 제1 FET(M1)의 게이트 단자에 인가되는 전압, 및 배터리 제어기(20)의 제1 통신 단자(SDA)에서 출력되는 신호의 전압 레벨에 따라서 온/오프가 제어될 수 있다. 제1 FET(M1)는 온 상태가 되면 도통 되어 제1 통신 단자(SDA)와 제1 팩 통신 단자(T1) 사이를 연결하고, 오프 상태가 되면 비도통 되어 제1 통신 단자(SDA)와 제1 팩 통신 단자(T1) 사이의 연결을 차단할 수 있다.
차단 회로(31)는 배터리 제어기(20)의 제2 통신 단자(SCL)와 제2 팩 통신 단자(T2) 사이에 전기적으로 연결되는 제2 FET(M2)를 더 포함할 수 있다. 제2 FET(M2)는 차단 제어 회로(32)에서 제2 FET(M2)의 게이트 단자에 인가되는 전압, 및 배터리 제어기(20)의 제2 통신 단자(SCL)에서 출력되는 신호의 전압 레벨에 따라서 온/오프가 제어될 수 있다. 제2 FET(M2)는 온 상태가 되면 도통 되어 제2 통신 단자(SCL)와 제2 팩 통신 단자(T2) 사이를 연결하고, 오프 상태가 되면 비도통 되어 제2 통신 단자(SCL)와 제2 팩 통신 단자(T2) 사이의 연결을 차단할 수 있다.
차단 제어 회로(32)는 전압원과 제1 및 제2 FET(M1, M2)의 게이트 단자 사이에 전기적으로 연결되는 제3 FET(M3), 및 제3 FET(M3)의 게이트 단자에 전기적으로 연결되는 제4 FET(M4)를 포함할 수 있다.
제3 FET(M3)는 제4 FET(M4)를 통해 제3 FET(M3)의 게이트 단자에 인가되는 전압에 따라서 온/오프가 제어될 수 있다. 제3 FET(M3)는 온 상태가 되면 도통 되어 전압원에서 인가되는 제1 전압을 제1 및 제2 FET(M1, M2)의 게이트 단자에 전달할 수 있다. 여기서, 제1 전압은 제1 및 제2 FET(M1, M2)를 온 상태로 제어할 수 있는 전압 레벨을 가질 수 있다.
제4 FET(M4)의 게이트 단자는 배터리 제어기(20)의 방전 제어 스위치(D-FET) 제어용 출력 단자(DFET)에 연결될 수 있다. 제4 FET(M4)는 배터리 제어기(20)의 출력 단자(DFET)를 통해 출력되는 제어 신호에 따라서 온/오프가 제어될 수 있다. 제4 FET(M4)는 배터리 제어기(20)의 출력 단자(DFET)를 통해 출력되는 제어 신호가 방전 제어 스위치(D-FET)를 온 시키기 위한 전압 레벨을 가지면 온 상태로 스위칭 될 수 있다. 또한, 제4 FET(M4)는 배터리 제어기(20)의 출력 단자(DFET)를 통해 출력되는 제어 신호가 방전 제어 스위치(D-FET)를 오프 시키기 위한 전압 레벨을 가지면 오프 상태로 스위칭 될 수 있다. 제4 FET(M4)는 온 상태가 되면 도통 되어 제2 전압을 제3 FET(M3)의 게이트 단자에 전달함으로써, 제3 FET(M3)를 온 시킬 수 있다. 여기서, 제2 전압은 제3 FET(M3)를 온 상태로 제어할 수 있는 전압 레벨을 가질 수 있다.
도 2를 예로 들면, 제1 및 제2 FET(M1, M2)는 N채널 MOSFET으로 구성될 수 있다. 또한, 제1 FET(M1)는 배터리 제어기(20)의 제1 통신 단자(SDA)에 연결되는 소스 단자, 제1 팩 통신 단자(T1)에 연결되는 드레인 단자, 및 차단 제어 회로(32)에 연결되는 게이트 단자를 포함할 수 있다. 제2 FET(M2)는 배터리 제어기(20)의 제2 통신 단자(SCL)에 연결되는 소스 단자, 제2 팩 통신 단자(T2)에 연결되는 드레인 단자, 및 차단 제어 회로(32)에 연결되는 게이트 단자를 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 FET(M1, M2)의 게이트 단자와 소스 단자 사이에는 저항(R11, R12)이 각각 연결되며, 제1 및 제2 FET(M1, M2)의 게이트 단자와 차단 제어 회로(32) 사이에는 저항(R12, R22)이 각각 연결될 수 있다. 제1 및 제2 FET(M1, M2)가 N채널 MOSFET인 경우, 전술한 제1 전압은 제1 및 제2 FET(M1, M2)의 문턱 전압 이상의 전압일 수 있다. 예를 들어, 제1 전압은 3.3V로, 배터리 제어기(20)의 3.3V 출력 단자로부터 공급될 수 있다.
또한, 도 2를 예로 들면, 제3 FET(M3)는 P채널 MOSFET으로 구성되고, 제4 FET(M4)는 N채널 MOSFET으로 구성될 수 있다. 또한, 제3 FET(M3)는 제1 전압을 공급하는 전압원과 연결되는 소스 단자, 제1 및 제2 FET(M1, M2)의 게이트 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 제4 FET(M4)에 연결되는 게이트 단자를 포함할 수 있다. 제4 FET(M4)는 제2 전압이 인가되는 소스 단자, 제3 FET(M3)의 게이트 단자에 연결되는 드레인 단자, 그리고 배터리 제어기(20)의 출력 단자(DFET) 및 방전 제어 스위치(D-FET)의 게이트 단자에 연결되는 게이트 단자를 포함할 수 있다. 또한, 제3 FET(M3)의 게이트-소스 단자 사이, 그리고 제3 FET(M3)의 게이트 단자와 제4 FET(M4)의 드레인 단자 사이에 저항들(R31, R32)이 각각 연결될 수 있다. 제3 FET(M3)가 P채널 MOSFET인 경우, 전술한 제2 전압은 접지 전압(배터리 팩(1)의 접지 전압)일 수 있다.
도 2를 참조하면, 배터리 제어기(20)가 방전 제어 스위치(D-FET)를 온 상태로 제어하는 제어 신호를 출력하면, 방전 제어 스위치(D-FET)와 제4 FET(M4)가 온 상태로 스위칭 된다. 이에 따라 제3 FET(M3)의 게이트 단자에 접지 전압이 인가되어 제3 FET(M3)가 온 상태가 되고, 온 상태가 된 제3 FET(M3)는 배터리 제어기(20)에서 출력되는 3.3V 전압을 제1 및 제2 FET(M1, M2)의 게이트 단자에 전달한다. 따라서, 제1 및 제2 FET(M1, M2)는 배터리 제어기(20)의 통신 단자들(SDA, SCL)을 통해 출력되는 신호들의 전압 레벨에 따라서 온/오프가 제어되어, 배터리 제어기(20)와 부하(5) 사이의 정상적인 통신이 가능해진다. 정상적인 통신 상태에서는, 배터리 제어기(20)의 통신 단자들(SDA, SCL)을 통해 로우 레벨의 신호가 출력되면 제1 및 제2 FET(M1, M2)가 온 상태가 되고, 이에 따라 배터리 제어기(20)의 통신 단자들(SDA, SCL)의 출력 신호가 부하(5)측 제어기(50)의 통신 단자들에 전달될 수 있다. 반면에, 배터리 제어기(20)의 통신 단자들(SDA, SCL)을 통해 하이 레벨의 신호가 출력되면 제1 및 제2 FET(M1, M2)가 오프 상태가 된다. 이 경우, 제1 및 제2 FET(M1, M2)가 오프 상태가 되더라도, 풀업 저항(도 1의 R51, R52 참조)에 의해 부하(5) 측 제어기(50)의 통신 단자들(SDA, SCL)에 하이 레벨의 신호가 전달될 수 있다.
배터리 제어기(20)가 방전 제어 스위치(D-FET)를 오프 상태로 제어하는 제어 신호를 출력하면, 방전 제어 스위치(D-FET)와 제4 FET(M4)가 오프 상태로 스위칭 된다. 이에 따라 제3 FET(M3)의 게이트 단자와 배터리 팩(1)의 접지 사이의 연결이 차단되어 제3 FET(M3)가 오프 상태가 되고, 제1 및 제2 FET(M1, M2)의 게이트 단자에 대한 3.3V의 공급이 차단된다. 따라서, 제1 및 제2 FET(M1, M2)는 배터리 제어기(20)의 통신 단자들(SDA, SCL)에서 출력되는 신호와 상관없이 오프 상태를 유지하고, 배터리 제어기(20)와 팩 통신 단자들(T1, T2) 사이의 통신 라인들(L1, L2)이 단선될 수 있다.
전술한 실시 예에 따르면, 별도의 절연 회로 없이도, 방전 제어 스위치(D-FET)가 배터리 모듈(10)의 음극 측에 연결된 상태에서 방전 제어 스위치(D-FET)의 오프 시 통신 라인들을 통해 부하(5)로부터 과전압이 유입되는 문제를 해결할 수 있다.
여기에 설명된 본 발명의 실시 예들에 따른 전자 또는 전기 장치 및/또는 임의의 다른 관련 장치 또는 구성 요소는 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 집적회로(application-specific integrated circuit)), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 집적 회로(IC) 칩 상에 또는 개별 IC 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소들은 가요성 인쇄 회로 필름(flexible printed circuit film), 테이프 캐리어 패키지(TCP: tape carrier package), 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board) 또는 하나의 기판 상에 구현될 수 있다. 본 명세서에 기재된 전기적 연결 또는 상호 연결은, 예를 들어, PCB 또는 다른 종류의 회로 캐리어 상의 배선 또는 전도성 소자들에 의해 구현될 수 있다. 전도성 소자는 예를 들어 표면 금속화(surface metallizations)와 같은 금속화, 및/또는 핀(pin)들을 포함할 수 있으며, 전도성 중합체(conductive polymers) 또는 세라믹(ceramics)을 포함할 수 있다. 또한 전기 에너지는 예를 들어, 전자기 방사 또는 빛을 이용한 무선 접속을 통해 전송될 수 있다.
또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 여기에 설명된 다양한 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서 상에서 실행되고, 하나 이상의 컴퓨팅 장치 내에서 실행되며, 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하고 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용하는 프로세스 또는 스레드일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory)와 같은, 표준 메모리 장치를 사용하는 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어 CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.
또한, 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 단일 컴퓨팅 장치에 결합되거나 또는 통합될 수 있거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 본 발명의 예시적인 실시 예들의 범위를 벗어나지 않으면서 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치에 걸쳐 분산될 수 있음을 인식해야 한다.
1: 배터리 팩
5: 부하
10: 배터리 모듈
11: 배터리 셀
20: 배터리 제어기
31: 차단 회로
32: 차단 제어 회로
50: 부하의 제어기
D-FET: 방전 제어 스위치
P+, P-: 팩 단자
T1, T2: 통신 단자
L1, L2: 통신 라인

Claims (13)

  1. 배터리 팩의 보호 회로로서,
    배터리 모듈의 방전 경로 상에 위치하며, 상기 방전 경로를 차단하거나 연결하는 방전 제어 스위치,
    복수의 팩 통신 단자를 통해 외부 장치와 통신하며, 상기 방전 제어 스위치의 온/오프를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기,
    상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이에 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이의 연결을 제어하는 차단 회로, 그리고
    상기 제어 신호에 따라서 상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이의 연결을 차단하도록 상기 차단 회로를 제어하는 차단 제어 회로를 포함하고,
    상기 차단 회로는,
    상기 복수의 팩 통신 단자 중 제1 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이에 전기적으로 연결되는 제1 FET, 그리고
    상기 복수의 팩 통신 단자 중 제2 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이에 전기적으로 연결되는 제2 FET를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 FET는, 상기 제어 신호가 상기 방전 제어 스위치를 오프 시키기 위한 전압 레벨을 가지면, 상기 차단 제어 회로에 의해 오프 상태로 제어되고,
    상기 차단 제어 회로는,
    제1 전압을 출력하는 전압원과 상기 제1 및 제2 FET의 게이트 단자 사이에 전기적으로 연결되는 제3 FET, 그리고
    상기 제3 FET의 게이트 단자에 전기적으로 연결되며, 상기 제어 신호에 따라서 제2 전압과 상기 제3 FET의 게이트 단자 사이의 연결을 제어하는 제4 FET를 포함하는, 보호 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차단 제어 회로는, 상기 제어 신호가 상기 방전 제어 스위치를 오프 시키기 위한 전압 레벨을 가지면, 상기 복수의 팩 통신 단자와 상기 제어기 사이의 연결을 차단하도록 상기 차단 회로를 제어하는, 보호 회로.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 FET는, 상기 제어기에 연결되는 소스 단자, 상기 제1 팩 통신 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 상기 차단 제어 회로에 연결되는 게이트 단자를 포함하고,
    상기 제2 FET는, 상기 제어기에 연결되는 소스 단자, 상기 제2 팩 통신 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 상기 차단 제어 회로에 연결되는 게이트 단자를 포함하는, 보호 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 FET는 N채널 MOSFET인, 보호 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 차단 회로는,
    상기 제1 FET의 게이트 단자 및 소스 단자 사이에 연결되는 제1 저항, 그리고
    상기 제2 FET의 게이트 단자 및 소스 단자 사이에 연결되는 제2 저항을 더 포함하는, 보호 회로.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 FET는, 상기 전압원에 연결되는 소스 단자, 상기 제1 및 제2 FET의 게이트 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 상기 제4 FET에 연결되는 게이트 단자를 포함하고,
    상기 제4 FET는, 상기 제2 전압에 연결되는 소스 단자, 상기 제3 FET의 게이트 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 상기 제어기에서 상기 제어 신호를 출력하는 출력 단자에 연결되는 게이트 단자를 포함하는, 보호 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 FET는 P채널 MOSFET이고,
    상기 제4 FET는 N채널 MOSFET인 보호 회로.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 차단 제어 회로는,
    상기 제3 FET의 게이트 단자 및 소스 단자 사이에 연결되는 제3 저항, 그리고
    상기 제3 FET의 게이트 단자와 상기 제4 FET의 드레인 단자 사이에 연결되는 제4 저항을 더 포함하는, 보호 회로.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 방전 제어 스위치는, 상기 배터리 모듈의 음극에 연결되는 소스 단자, 제1 팩 단자에 연결되는 드레인 단자, 및 상기 제어기에서 상기 제어 신호를 출력하는 출력 단자에 연결되는 게이트 단자를 포함하는 FET인, 보호 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방전 제어 스위치는, N채널 MOSFET인, 보호 회로.
  13. 제1 및 제2 팩 단자,
    적어도 하나의 셀을 포함하며, 상기 제1 및 제2 팩 단자를 통해 외부 장치와 연결되는 배터리 모듈, 그리고
    제1항, 제2항, 제4항 내지 제6항, 및 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항의 보호 회로를 포함하는 배터리 팩.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6753473B2 (ja) * 2016-12-12 2020-09-09 株式会社村田製作所 バッテリーパック、電子機器及びバッテリーパックの制御方法
KR102331840B1 (ko) * 2017-09-15 2021-12-01 주식회사 엘지에너지솔루션 통신 단 절연 기능을 포함하는 배터리 팩

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN210957854U (zh) * 2019-12-11 2020-07-07 欣旺达电子股份有限公司 电池储能系统的通讯保护电路及系统

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