KR19990063692A - 접속 차단 스위치 회로를 가지고 있는 전지 팩 - Google Patents

Abstract

돌출 접점(14)을 가지고 있는 전지 팩이 접속 차단 스위치 회로를 구비한다. 이 회로는 최소한 한 개의 전지 셀(22)과 전자 스위치 회로(36)의 작동을 제어하는 기계적 스위치(24)를 포함한다. 래치 부재(16)는 장치에 전력을 공급하기 위해 전지 팩에 부착되도록 제공되며, 첫 번째 위치와 두 번째 위치 사이를 이동할 수 있고, 스프링 수단에 의해 첫 번째 위치에 바이어스 되어 있다. 첫 번째 위치에서, 래치 부재는 기계적 스위치에 작동하여 전기 스위치 회로가 전지 셀 또는 셀들로부터 전지 접점을 접속 차단시키도록 한다. 래치 부재가 두 번째 위치로 이동하면, 회로는 전지 접점이 전지 셀 또는 전지에 연결되도록 작동한다.

Description

접속 차단 스위치 회로를 가지고 있는 전지 팩

재충전 가능한 전지 팩과 같은 휴대용 에너지 저장 시스템들의 안전성은 평판 좋은 제조 업체들의 주관심사였다. 전형적인 전지 팩의 비용 중 상당 부분은 안전 장치에 들게 된다. 그러한 안전 장치 중의 하나가 폴리스위치(polyswitch)이다. 폴리스위치의 사용은 본 기술 분야에서 공지되어 있으며, 전지 단자 양단의 고전류 단락 사고-보통 하드 단락으로 언급됨-를 방지하는데 매우 효과적이다. 그러나, 폴리스위치를 거쳐가기에 충분한 전류를 끌어오지 못하는 단자에 부하가 가해져 안전 사고가 발생할 수도 있다. 그러한 단락 상황은 소프트 단락으로 언급된다.

휴대폰과 양방향 휴대용 라디오를 위한 전지 팩은 종종 주머니 속에 넣고 다니므로, 주머니 속에 넣고 다니는 동전이나 열쇠 같은 전도성 물질들에 의해 그러한 전지들이 단락될 잠재성이 존재한다. 이러한 전도성 물질들은 일반적으로 평평하다. 평평한 전도성 물질로 인한 단락의 발생을 최소화하기 위해, 전지 접점은 보통 전지통의 표면으로부터 오목하게 들어가 있다. 전지 팩에 부착되어 있는 이와 대응하는 전지 접점은 일반적으로 장치로부터 돌출 되어 있어, 전지 팩이 부착되면 장치와 전지 팩의 사이에서 보이지 않도록 위치되어 있다.

그러나, 작동 시간 중에 전지 팩이 부착되어 있는 표면을 볼 수 있을 때가 있다. 예를 들어, 자동차에서와 같이 관례대로 전력 코드를 통해 휴대폰에 전력이 공급될 때 이것은 사실이다. 만일 장치가 자동차로부터 전지 전력을 받을 수 있다면, 사용자들에게는 매우 편리할 것이다. 장치의 표면 대부분이 보여질 수 있기 때문에, 전지 접점이 장치로부터 돌출 되면 장식적인 외양이 저하될 것이다. 이것은 상기에 설명된 것과 반대의 상황-장치에 오목하게 들어간 접점과 전지 팩으로부터 돌출된 접점-이 구현될 것을 제안한다. 폴리스위치가 여전히 하드 단락을 방지하는 데에는 사용될 수 있지만, 돌출 접점은 소프트 단락 문제를 남긴다.

그러므로, 전지 접점이 노출될 때 발생하는 회로 단락을 방지하는 수단으로 휴대용 장치에 부착하는 돌출 접점을 가진 전지 팩의 필요성이 존재한다.

본 발명은 일반적으로 전지 팩에 관한 것으로, 특히 자기 작동 접속 차단 스위치(self actuating disconnect switch)를 가지고 있는 전지 팩에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전지 팩의 측면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전지 팩의 측면 절개도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전지 팩의 커버를 제거한 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 스위치 회로를 위한 회로 다이어그램이다.

명세서가 신규한 것으로 생각되는 본 발명의 특징을 정의하는 청구 범위로 결론지어 있긴 하지만, 유사 참조 번호가 쓰여진 다음의 도면과 관련한 설명을 고려하면 더 잘 이해될 것으로 믿어진다.

도 1을 보면, 본 발명에 따른 전지 팩(10)과 장치에 전력을 공급하기 위해 전지 팩이 부착되는 일반적인 휴대용 장치(11)의 측면도가 있다. 장치는 예를 들어 휴대폰이나 휴대용 라디오, 또는 무선 전력 도구일 수 있다. 전지 팩(10)은 전기적으로 절연성인 물질-예를 들어 플라스틱과 같은-로 만들어진 케이스 또는 통(12)을 포함한다. 전지 팩은 전도성 물질인-예를 들어 니켈이나 철과 같은-전지 접점(14)을 가지고 있다. 전지 접점(14)은 전지 팩으로부터 돌출되어 있고, 전지 팩이 부착될 장치(11)에 위치한 접점(15)과 대응하고 있다. 본 발명의 한 실시예에서는 한 개 이상의 전지 접점이 나타나며, 그들 모두는 장치의 접점과 대응한다. 전지 팩은 전형적으로 최소 두 개의 돌출된 전지 접점을 가지고 있을 것이지만, 본 논의에서는 한 개의 특정한 전지 접점에 대해서만 다룬다. 한 개 이상의 전지 접점이 사용되는 경우에, 접점(14)은 스프링이 장착되어 장치 상의 접점 두께의 변경을 가능하게 하는 것이 선호된다. 여기에서는 거의 가상적으로 보여진 래치 부재(16)는 전지 팩에 배치되며, 맞물림 부분(18)을 포함할 수 있다. 래치 부재는 예를 들어 래치 부재의 끝을 아래로 향하게 함으로써 형성된 작동부(19)를 가지고 있다. 래치 부재는 전지 팩을 장치에 부착하는데 사용된다. 맞물림 부분은 장치 위에 구조물을 맞물리게 하는데, 이것은 래치 부재가 화살표(20)의 축을 따라 도면의 첫 번째 위치로부터 가상적으로 보여진 두 번째 위치로 이동하게 한다.

도 2를 보면, 본 발명에 따른 전지 팩(10)의 측면 절개도가 도시되어 있다. 전지 팩은 최소한 한 개의 전지 셀(22)과 기계적 스위치(24) 및 스프링 수단(26)을 더 포함한다. 기계적 스위치는 지지대(28)에 의해 지지된다. 한 실시예에서, 기계적 스위치는 누름 버튼에 의해 정상적으로 개방되는 누름 버튼이다. 누름 버튼(30)이 눌리면, 누름 버튼 스위치는 폐쇄되고, 즉 전기 전도가 허용된다. 스프링 수단(26)은 래치 부재(16)를 첫 번째 위치로 바이어스 시켜 작동부가 누름 버튼을 지탱하고, 그 결과로 누름 버튼을 눌러 기계적 스위치가 닫히게 한다. 그 결과, 기계적 스위치(24)는 래치 부분(16)이 첫 번째 위치에 있을 때 닫힌다. 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 래치 부재와 스프링 장치 및 기계적 스위치가 이런 방식, 즉 래치 부재가 첫 번째 위치에 있을 때 기계적 스위치가 개방되는 방식으로 구성될 수 도 있다는 것을 인식할 것이다. 전지 팩이 장치에 부착될 때, 래치 부재는 두 번째 위치로 옮겨가고, 그 결과 기계적 스위치가 폐쇄에서 개방으로 상태를 바꾸게 된다.

이제 도 3을 보면, 본 발명에 따른 전지 팩(10)의 커버가 제거된 평면도가 도시되어 있다. 한 쌍의 가이드 레일(32)이 래치 부재(16)가 화살표(20) 방향으로만 움직일 수 있도록 가이드 한다. 또, 도면에서 래치 부재를 바이어스 하는 데에 이용된 스프링 장치(26)가 래치 부재로부터 뻗쳐 나온 한 쌍의 캔틸레버 암(cantilevered arm)임을 알 수 있다. 래치 부재가 한 쪽의 캔틸레버 암과만 바이어스될 수 있거나 또는 나선형으로 감겨 있는 스프링이 캔틸레버 대신 또는 그에 부가되어 사용될 수도 있다는 것이 고려된다. 캔틸레버 암은 각각 대응하는 지지벽(34)을 지탱한다. 다르게는, 캔틸레버 빔은 래치 부재의 작동부 뒤에서 두 지지벽(34) 사이에 배치될 수도 있다.

기계적 스위치(24)에 의해 제어되는 전자 스위치 회로(36)도 전지 팩(10)에 포함되어 있다. 전자 스위치 회로(36)는 래치 부재가 첫 번째 위치로 갈 때 기계적 스위치의 상태 변경의 결과로 전지 셀(22)과 전지 접점을 연결하고, 래치 부재가 두 번째 위치로 옮겨가면 전지 셀을 전지 접점으로부터 분리시킨다. 기계적 스위치는 예를 들어 전선(38)에 의해 전자 스위치 회로와 연결된다. 전자 스위치 회로는 회로 기판 위에 장착되는데, 회로 기판은 유연성 있는 회로 기판이 더 선호된다.

도 4를 보면, 본 발명에 따른 스위치 회로를 위한 회로 다이어그램(50)이 도시되어 있다. 그 안에는 최소 한 개의 전지 셀(22)과 기계적 스위치(24) 및 전자 스위치 회로(36)가 도시되어 있다. 래치 부재는 기계적 스위치의 작동을 제어하고, 기계적 스위치는 전자 스위치 회로의 작동을 제어한다. 전자 스위치 회로는 예를 들어 MOSFET과 같은, 전력 단자(54)와 제어 단자(56)를 지니는 반도체 스위치(52)를 포함한다. 전력 단자는 전지 셀(또는 셀들)의 음극 단자(58)와 전지 접점(14) 사이에 직렬로 연결된다. 만일 MOSFET 스위치가 사용된다면, MOSFET의 고유 다이오드로 인해 도시된 바와 같이 연결되어야 한다. 만일 이 다이오드가 역방향으로 된다면, 그것은 화살표(60)를 따라 방전 방향에서 전류를 막지 못할 것이다. 풀 업 저항(62)은 제어 단자(56)와 전지 셀(또는 셀들)의 양극 단자(64) 사이에 연결된다. 기계적 스위치(24)는 제어 단자(56)와 전지 셀 (또는 셀들)의 음극 단자(58) 사이에 풀 다운 저항(66)과 직렬로 연결된다. 풀 다운 저항은 풀 업 저항(62)보다 상당히 낮은 값을 가져야만 한다.

기계적 스위치와 전자 스위치 회로로 구성되는 접속 차단 스위치 회로는 래치 부재가 두 번째 위치로 옮겨가지 않으면, 아마도 전지 팩이 장치에 부착되어 있음으로 인해 전지 팩으로부터의 전류 흐름을 막는다. 래치 부재가 첫 번째 위치에 있으면 기계적 스위치는 폐쇄된다. 도 4로부터 이것은 기계적 스위치가 풀 다운 저항(66)을 제어 단자(56)와 전지 셀(또는 셀들)의 음극 단자(58)를 통해 직접적으로 연결한 결과라는 것을 알 수 있다. 풀 다운 저항의 저항이 풀 업 저항(62)보다 훨씬 낮으므로, 제어 단자(56)에서의 전압이 음극 단자(58)에 대하여 매우 작아서 반도체 스위치(52)는 오프 되고, 전지 셀 또는 셀들은 전지 접점(14)으로부터 분리된다. 그러나 일단 래치 부재가 두 번째 위치로 옮겨가면, 기계적 스위치(24)는 개방되고, 그 결과로 풀 다운 저항을 제어 단자(56)로부터 분리한다. 풀 업 저항(62)은 제어 단자에 고전압을 제공하고, 반도체 스위치는 폐쇄되며, 그 결과로 전지 셀 또는 셀들을 전지 접점(14)에 연결시킨다.

전지 팩 자체로 충전하는 경우와 같이 전지 팩이 장치에 부착되지 않으나 분리 스위치 회로가 폐쇄될 필요가 있는 경우에, 스위치를 폐쇄시킬 방법이 필요하다. 하나의 양호한 실시예에서 전지 팩은 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 전지 팩의 음극 접점인 전지 접점(14)을 포함하는 최소 3개의 접점을 구비한다. 전형적으로 양극(67) 접점과 음극 접점(14)이외에 한 개 또는 두 개의 보조 접점이 제공된다. 제어 접점(68)과 같은 첫 번째 보조 접점은 서미스터나 메모리 장치와 같은 첫 번째 보조 전지 요소(70)로 사용될 수 있다. 일단 전지 팩이 충전기에 삽입되면 예를 들어 전지 팩의 온도를 결정하기 위한 전자 신호가 가해진다. 충전을 할 수 있도록 제어 네트워크(72)가 제공되어, 반도체 스위치의 제어 접점과 제어 단자 사이에 연결된다. 제어 네트워크는 전기 신호를 조절하여 제어 단자에 이 신호를 가하여 반도체 스위치가 래치 부재와 무관하게 폐쇄되도록 한다. 제어 네트워크는 풀 다운 저항에 충분한 전류를 공급함으로써 이를 수행하여, 반도체 스위치가 폐쇄되기에 충분한 전압을 발생시킨다. 제어 네트워크의 실제 설계는 어떤 유형의 전기 신호가 제어 접점에 가해지는가와 같은 시스템의 특정 파라미터에 의존하며, 회로 설계자의 설계 선택으로 남겨진다. 그러나 많은 경우에 있어서 전기 신호는 기본적으로 DC 전압일 것이며, 제어 네트워크는 단순하게 다이오드 저항 네트워크일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 그렇게 제한되는 것이 아니라는 것은 분명하다. 첨부된 청구의 범위에 정의된 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않고서 많은 수정과 변경, 변화, 대체 및 등가물들이 본 기술의 기술자들에 의해 이루어질 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. 접속 차단 스위치 회로를 가지는 전지 팩에 있어서,

   최소한 한 개의 전지 셀;

   상기 전지 팩으로부터 돌출된 전지 접점;

   상기 전지 팩 내에 배치되고, 상기 전지와 상기 최소한 한 개의 전지 셀 사이에 전기적으로 직렬 연결된 전자 스위치 회로;

   상기 전지 팩 내에 배치되고, 상기 전자 스위치 회로의 작동을 제어하기 위한 기계적 스위치;

   상기 전지 팩 내에 배치되고, 상기 기계적 스위치의 작동을 제어하기 위한 래치 부재로서, 첫 번째 위치와 두 번째 위치 사이에서 이동 가능한 래치 부재 및

   상기 래치 부재를 상기 첫 번째 위치에 바이어스 시키기 위한 스프링 수단 을 포함하며;

   상기 전자 스위치 회로는 상기 래치 부재가 상기 첫 번째 위치에 있을 때는 상기 최소한 한 개의 전지 셀을 상기 전지 접점으로부터 접속 차단시키고, 상기 래치 부재가 상기 두 번째 위치에 있을 때는 상기 최소한 한 개의 전지 셀을 상기 전지 접점에 연결하는 전지 팩.
2. 제1항에 있어서,

   전기 신호를 수신하기 위한 제어 접점과;

   상기 제어 접점과 상기 전자 스위치 회로 사이에 연결된 제어 네트워크를 더 포함하며;

   상기 제어 네트워크가 상기 전기 신호에 응답하여 상기 전자 스위치 회로가 폐쇄되도록 하는 전지 팩.
3. 제1항에 있어서, 상기 래치 부재가 상기 전지 팩으로부터 뻗쳐 나온 맞물림 부분을 갖는 전지 팩.
4. 제1항에 있어서, 상기 스프링 장치가 상기 래치 부재로부터 뻗쳐 나온 최소한 한 개의 캔틸레버 암인 전지 팩.
5. 제4항에 있어서, 상기 최소한 한 개의 캔틸레버 암이 두 개의 캔틸레버 암인 전지 팩.
6. 제1항에 있어서 상기 기계적 스위치가 정상적으로 개방되는 누름 버튼 스위치이고, 누름 버튼을 가지고 있어서 상기 누름 버튼이 눌리면, 상기 누름 버튼 스위치가 폐쇄되는 전지 팩.
7. 제6항에 있어서, 상기 래치 부재가 상기 첫 번째 위치에 있을 때, 상기 래치 부재가 상기 누름 버튼 스위치의 상기 누름 버튼을 누르는 전지 팩.
8. 제1항에 있어서,

   상기 최소한 한 개의 전지 셀은 양극 단자와 음극 단자를 가짐으로써 더 한정되며,

   상기 전자 스위치 회로는 전력 단자와 제어 단자를 가지는 반도체 스위치- 상기 전력 단자는 상기 전지 접점과 상기 최소한 한 개의 전지 셀의 상기 음극 단자 사이에 전기적으로 직렬 연결됨-및 상기 제어 단자와 상기 최소한 한 개의 전지 셀의 상기 양극 단자 사이에 연결된 풀 업 저항을 포함하며,

   상기 기계적 스위치는 상기 반도체 스위치의 상기 제어 단자와 상기 최소한 한 개의 전지 셀의 상기 음극 단자 사이에서 전류 제한 저항과 직렬로 연결되어 있는 전지 팩.
9. 제8항에 있어서, 상기 반도체 스위치가 MOSFET인 전지 팩.