KR20010113941A - 전지 보호 회로 - Google Patents

Abstract

충전이 가능한 이차 전지의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 전지 보호 회로를 제공한다. 휴대용 정보 단말은, 본체 회로(30)와 전지 블록(60)을 구비한다. 전지 블록(60)은 전지(20)와 전류량 제어 회로(50)를 포함한다. 전지(20)는 AC 어댑터를 통해 충전된다. 전류량 제어 회로(50)는 전지(20)에 흐르는 전류량이 전지(20)를 충전할 수 있는 충전 보증 영역의 경계치 부근이 되면, 전류량을 저감시키도록 동작하는 전류 온도 검지 회로(PCT 소자 등)를 포함한다.

Description

전지 보호 회로{CELL PROTECTIVE CIRCUIT}

최근, 휴대 전화기, 노트북 컴퓨터 및 비디오 카메라 등의 휴대 정보 단말이 보급되고 있다. 이들의 휴대 정보 단말에는 전력을 공급하기 위한 전지가 이용되고 있다. 이 전지로는 충전이 가능한 2차 전지가 이용되고 있다.

그런데, 어떠한 원인(전기 회로의 단락, 또는 대전압에 따른 충전 등)으로 전지에 흐르는 전류가 커지면, 전지가 과도하게 발열하고, 전지가 열화·손상할 가능성이 있다.

그래서, 이들의 기기에는 종래부터 전지를 보호하기 위한 전지 보호 회로가 탑재되어 있다. 해당 전지 보호 회로의 일례로서는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient)나 서멀프로텍터 등을 예로 들 수 있다. PTC 소자·서멀프로텍터는 소자에 흐르는 전류치가 커져 온도가 높아짐에 따라 전기 저항이 커지고, 임의의 온도에 도달하면 급격히 저항이 상승하여 전류를 억제하는 전류 온도 검지 회로로서 기능한다. 또한, 더미스터는 주위 온도가 상승하면 저항치가 변화하는 기능이 있다.

그런데, 종래의 전지 보호 회로는 이하에 나타내는 문제점이 있었다. 종래의 전지 보호 회로의 문제점에 대하여 도 12를 이용하여 설명한다.

도 12에 있어서 종축은 전압을, 횡축은 전류를, A는 전지를 충전할 수 있는 충전 보증 영역을, BZ는 PTC 소자나 서멀프로텍터 등의 전류 온도 검지 회로에 따른 보호 영역을 각각 나타내고 있다.

충전 보증 영역 A는 전지에 흐르는 전류와 전지의 양단 전압과의 관계를 나타내고 있다. 보호 영역 BZ는 PTC 소자 등(및 전지)에 흐르는 전류와 PCT 소자 등의 양단 전압과의 관계를 나타내고 있다.

충전 보증 영역 A는 전지 자신이 보호할 수 있는 영역이고, 보호 영역 BZ는 전류 온도 검지 회로가 기능하는 영역이다.

어떤 원인으로 전지에 흐르는 전류치가 보호 영역 BZ에 들어오면, PTC 소자 등의 내부 저항이 증대한다. 이 결과, 회로를 흐르는 전류량이 감소하게 된다.

그러나, 종래의 전지 보호 회로는 도 12에 도시된 바와 같이 충전 보증 영역 A와 무관하게, 대전류가 흐르면 보호 기능이 발휘되는 것이 사용되었다.

따라서, 충전 보증 영역 A와 보호 영역 BZ 사이의 전류치에 대해서는 어떤 전지의 안전성·신뢰성을 보증받지 못한다. 따라서, 전지의 종류에 따라서는 전지를 보호할 수 없으며, 또한 해당 전지에 의해 동작하는 장치의 안전성 및 신뢰성을 보증할 수 없는 것이 우려된다.

그래서, 본 발명은 상술된 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로 그 목적은 충방전이 가능한 전지 및 해당 전지에 의해 동작하는 장치의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 전지 보호 회로를 제공하는 것에 있다.

<발명의 개시>

본 발명의 임의의 국면에 따른 전지 보호 회로는 충전할 수 있는 전지에 대하여 설치되는 전지 보호 회로에 있어서, 전지 근방에 설치되고, 전지에 흐르는 전류치 및 주변 온도를 검지하여, 전류치 및 주변 온도가 보호 영역의 값에 달하면 전류치를 감소시키도록 동작하는 전류 온도 검지 회로를 포함하는 전류량 제어 회로를 구비하고, 보호 영역에서의 최소 전류치는 전지를 충전할 수 있는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 작고, 또한 보호 영역에서의 최대 전류치는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 크다.

본 발명의 또 다른 국면에 따른 전지 보호 회로는 충전할 수 있는 전지에 대하여 설치되는 전지 보호 회로에 있어서, 전지 근방에 설치되고, 전지에 흐르는 전류치 및 주변 온도를 검지하여, 전류치 및 주변 온도가 제1 보호 영역의 값에 달하면 전류치를 감소시키도록 동작하는 전류 온도 검지 회로를 포함하는 전류량 제어 회로와, 전지에 흐르는 전류치가 제2 보호 영역의 값에 달하면 용융 절단하는 가용융 부분을 포함하고, 또한 전지에 흐르는 전류를 공급하는 배선층을 구비하며, 제1 보호 영역에서의 최소 전류치는 전지를 충전할 수 있는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 작으며, 또한 제1 보호 영역에서의 최대 전류치는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 크고, 제2 보호 영역에서의 최소 전류치는 제1 보호 영역에서의 최대 전류치보다 작고, 또한 제2 보호 영역에서의 최소 전류치는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 크고, 배선층에서 가용융 부분은 상대적으로 작은 단면적을 갖으며, 배선층의 가용융 부분 이외의 부분은 상대적으로 큰 단면적을 갖는다.

배선층의 가용융 부분은 적어도 2 이상 배치되는 것이 바람직하다.

상기 전지 보호 회로에 따르면, 전지에 유입되는 전류치가 증대한 경우에도 전지가 열화·손상되기 전에 전류치를 감소시킬 수 있다.

그 결과, 전지를 확실하게 보호할 수 있으며, 전지 및 해당 전지에 의해 동작하는 장치의 신뢰성 및 안전성이 향상된다.

또한, 과충전이나 역충전 등에 의해 전류량이 전류 온도 검지 회로의 동작 조건의 경계 영역에 근접하면, 전류량 제어 회로에 손상을 끼치지 않은 시점에서 배선층이 용융 절단되고, 전류가 차단된다.

그 때문에, 전지가 너무 고온이 되지 않고, 또한 전류량 제어 회로에 부담을 주지도 않는다. 그 결과, 전지 및 전류량 제어 회로를 포함하는 장치 전체의 신뢰성 및 안전성이 향상된다.

본 발명의 또 다른 국면에 따른 전지 보호 회로는 충전할 수 있는 전지에 대하여 설치되는 전지 보호 회로에 있어서 전지 근방에 설치되고, 전지에 흐르는 전류치 및 주변 온도를 검지하여, 전류치 및 주변 온도가 제1 보호 영역의 값에 달하면 전류치를 감소시키도록 동작하는 전류 온도 검지 회로를 포함하는 전류량 제어 회로와, 전지에 흐르는 전류치가 제2 보호 영역의 값에 달하면 용융 절단하는 가용융 부분을 포함하며, 또한 전지에 흐르는 전류를 공급하는 배선층을 구비한다.제1 보호 영역에서의 최소 전류치는 전지를 충전할 수 있는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 작고, 또한 제1 보호 영역에서의 최대 전류치는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 크다. 제2 보호 영역에서의 최소 전류치는 제1 보호 영역에서의 최대 전류치보다 작고, 또한 제2 보호 영역에서의 최소 전류치는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 크다. 배선층에서 가용융 부분은 상대적으로 작은 단면적을 갖고, 배선층의 가용융 부분 이외의 부분은 상대적으로 큰 단면적을 갖는다. 배선층에서, 제2 보호 영역에서의 전류치가 커짐에 따라 가용융 부분이 용융 절단하기까지의 시간이 짧아진다.

상기 전지 보호 회로에 따르면, 전지에 유입되는 전류치가 증대한 경우에도, 전지가 열화·손상되기 전에 전류치를 감소시킬 수 있기 때문에, 전지를 확실하게 보호할 수 있으며, 전지 및 해당 전지에 의해 동작하는 장치의 신뢰성 및 안전성이 향상된다. 또한, 과충전이나 역충전 등에 의해 전류량이 전류 온도 검지 회로의 동작 조건의 경계 영역에 근접하면, 전류량 제어 회로에 손상을 끼치지 않은 시점에서 배선층이 용융 절단되고, 전류가 차단된다. 이 때문에, 전지가 너무 고온이 되지 않고, 또한 전류량 제어 회로에 부담을 주지도 않는다. 그 결과, 전지 및 전류량 제어 회로를 포함하는 장치 전체의 신뢰성 및 안전성이 향상된다. 또한, 제2 보호 영역에서의 전류치가 커짐에 따라 가용융 부분이 용융 절단하기까지의 시간이 짧아지기 때문에, 대전류가 흐른 경우에도 흐르는 시간이 짧으면 가용융 부분은 용융 절단되지 않는다. 그 결과, 전지의 단자가 순간적으로 쇼트된 경우에도 단시간의 쇼트이면, 가용융 부분이 용융되지 않기 때문에, 안전성에 문제가 없을 정도의단시간의 쇼트에 의해 전지가 고장난다고 하는 문제가 발생하지 않는다.

본 발명은 전지 보호 회로에 관한 것으로, 특히 단락이나 과충전이 행해졌을 때에 전지에 흐르는 전류치가 보증 전류 이상으로 상승하는 것을 방지하기 위한 구성에 관한 것이다.

도 1은 제1 실시예에 따른 휴대 전화기에서의 주요부 구성의 일례를 나타내는 도면.

도 2는 제1 실시예에 따른 전류량 제어 회로(50)에 따른 전지 보호 기능에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 3은 제1 실시예에 따른 휴대 전화기에서의 주요부 구성의 일례를 나타내는 도면.

도 4는 제2 실시예에 따른 휴대 전화기(1)의 주요부의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 5A는 제2 실시예에 따른 배선층(24)의 구조를 설명하기 위한 단면도로서, 도 4 내의 A-A선을 따라 자른 단면을 나타내는 도면.

도 5B는 제2 실시예에 따른 배선층(24)의 구조를 설명하기 위한 단면도로서, 도 4 내의 B-B선을 따라 자른 단면을 나타내는 도면.

도 5C는 제2 실시예에 따른 배선층(24)의 구조를 설명하기 위한 단면도로서, 도 4 내의 C-C선을 따라 자른 단면을 나타내는 도면.

도 6은 제2 실시예에 따른 배선층(24) 및 전류량 제어 회로(50)에 따른 전지 보호 기능에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 7은 제2 실시예에 따른 휴대 전화기(1)에서의 주요부 구성의 일례를 나타내는 도면.

도 8은 제2 실시예에 따른 휴대 전화기(1)에서의 주요부 구성의 일례를 나타내는 도면.

도 9는 제2 실시예에 따른 휴대 전화기(1)에서의 주요부 구성의 일례를 나타내는 도면.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 보호 회로에서, 전류치와 각 요소가 기능하는 시간과의 관계를 나타내는 그래프.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 보호 회로에서, 전류치와 각 요소가 기능하는 시간과의 구체적인 관계를 나타내는 그래프.

도 12는 종래의 전지 보호 회로에서의 문제점을 설명하기 위한 도면.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 이용하여 상세히 설명한다. 또, 도면 중 동일 부분 또는 상당 부분에는 동일 기호를 붙여, 그 설명을 생략한다.

[제1 실시예]

제1 실시예에 따른 전지 보호의 구성에 대하여, 도 1을 이용하여 설명한다. 또, 이하의 설명에서는 휴대 정보 단말의 하나로서 휴대 전화기를 일례로 설명한다. 도 1은 제1 실시예에 따른 휴대 전화기에서의 주요부 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 휴대 전화기는 신호를 송수신하는 처리 회로 등을 포함하는 본체 회로(30)와, 본체 회로(30)에 전력을 공급하기 위한 전지 블록(60)과 제어 회로(80)를 포함한다.

전지 블록(60)은 전지(20)와 전지(20)를 보호하기 위한 전류량 제어 회로(50)를 포함한다. 전지(20)를 충전할 때에는 AC 어댑터 단자(72)에 AC 어댑터(70)를 접속한다. AC 어댑터 단자(72)와 전기적으로 접속되는 노드 P로부터 전지(20)에 대하여 전류가 유입된다.

전지 블록(60)은 휴대 전화기의 케이싱 내부에 내장된다. 또, 휴대 전화기의 케이싱으로부터 착탈 가능하도록 구성해도 무방하다.

전류량 제어 회로(50)는, 예를 들면 전류 온도 검지 회로인 PTC 소자나, 온도 검출 소자인 더미스터 등 또는 이들의 복합 소자로 구성되어 있다. 여기서, 전류 온도 검지 회로란 PTC 소자나 서멀프로텍터 등을 의미하며, 전류치 및 온도를 항상 검지하여 전류치를 제어하는 기능을 갖는다. 또, 일정한 전류치 및 온도에 달하면 전류 온도 검지 회로에 의해 전류는 차단된다. 도 1에서는 전류량 제어 회로(50)는 PTC 소자(55)로 구성되어 있다. PTC 소자(55)는 전지(20)의 음극 단자측에 접속되어 있다.

본체 회로(30)는 노드 P와 접속되어 있다. 본체 회로(30)는 배선, 저항, 캐패시터, 코일 등의 전자 부품에 의해 구성되고, 전지(20)로부터 전원 공급을 받아 동작한다. 본체 회로(30)는 전류량 제어 회로(50)에서의 저항치의 변화(신호 S)를 모니터할 수 있다. 예를 들면, 본체 회로(30)는 신호 S에 의해 노드 P의 전압이 일정치가 되도록 충전을 제어하는 회로를 포함하도록 구성할 수 있다.

또, 본체 회로(30)는 AC 어댑터 단자(72)와 전기적으로 접속되는 노드 R로부터 제공되는 전원 전압에 의해 동작하는 회로(시계 등)를 포함하고 있다.

제어 회로(80)는 AC 어댑터(70)로부터 전지(20) 및 본체 회로(30)로 공급하는 전압 및 전류를 제어한다. 제어 회로(80)는 저항 소자 RE와 트랜지스터 T를 포함한다. 트랜지스터 T는 노드 R과 저항 소자 RE의 한쪽 단자 사이에 접속되고, 저항 소자 RE의 다른 한쪽의 단자는 노드 P와 접속된다. 트랜지스터 T는 본체 회로(30)로부터 수신된 제어 신호에 따라 온한다. 제어 회로(80)의 제어에 기초하여, 전지 충전의 전류, 전압이 제어된다.

전류량 제어 회로(50)를 구성하는 PTC 소자(55)는 소자에 흐르는 전류치가 커져 주변 온도가 높아짐에 따라 서서히 전기 저항이 상승한다. 그리고, 전류치, 주변 온도가 소정의 값을 넘으면 급격히 저항이 커진다. 이 때문에, PTC 소자(55)는 전지(20)에 흐르는 전류치 및 주변 온도에 따라 전지(20) 내에 흐르는 전류치를 감소시키도록 동작한다.

여기서, 제1 실시예에 따른 전류량 제어 회로(50)에 따른 전지의 보호 기능에 대하여, 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2에서 종축은 전압을, 횡축은 전류를, A는 전지를 손상없이 충전할 수 있는 충전 보증 영역을, B는 제1 실시예에 따른 전류 온도 검지 회로(PCT 소자(55))에 의한 보호 영역을 각각 나타내고 있다.

충전 보증 영역 A는 손상없이 전지에 충전할 수 있는 영역, 즉 전지 자신이 보호할 수 있는 영역이다. 충전 보증 영역 A는 0A에서 F0A까지이다. 도면에서, F0은 약 (2+α)A(전지 내력에 따라 전류치는 변동함)이다.

전류 온도 검지 회로의 보호 영역 B는 전지를 보호하는 영역이다. 보호 영역 B는 전류치 F1로부터 전류치 F2이고, 전류치 F1은 충전 보증 영역 A의 경계 영역에 포함되어 있다. 도면에서는 F1은 약 2A이고, F2는 약 (12+β)A이다.

전류 온도 검지 회로는 전지(20)에 흐르는 전류치가 보호 영역 B에 들어오면 저항을 증대시키고, 전지(20)로 유입되는 전류를 감소시키도록 기능한다. 이 때, 전류 온도 검지 회로는 전지(20)의 충전 보증 영역 A의 경계치 부근으로부터 보호 기능을 발휘한다. 따라서, 전지(20)에 흐르는 전류치가 충전 보증 영역 A의 경계치 부근이 되면, 전지(20)에 유입되는 전류치를 충전 보증 영역 A로 이행시킬 수 있다.

그 결과, 전지(20)의 열화·손상을 확실하게 막을 수 있으며, 전지를 포함하는 장치 전체의 안전성 및 신뢰성을 보증할 수 있다.

또, 전류량 제어 회로(50)의 구성은 도 1에 도시된 것에 한정되지 않는다. 전류량 제어 회로(50)의 일례로서 서멀프로텍터를 이용할 수도 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 전지(20)의 양극 단자에, PTC 소자(55)를 음극 단자에 온도 검출 소자인 더미스터 등(56)을 배치하도록 해도 무방하다.

[제2 실시예]

제2 실시예에 따른 전지 보호의 구성에 대하여 설명한다. 제2 실시예에서는 전지(20)에 대하여, 상술된 전류량 제어 회로(50) 외에 전류치에 따라 용융 절단하는 가용융 부분을 갖는 배선층을 배치한다.

도 4는 제2 발명의 실시예에 따른 휴대 전화기의 주요부 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 휴대 전화기(1)는 케이싱(2)과, 절연 기판으로서의 프린트 기판(10)과, 본체 회로(30)와, 전지(20)와, 안테나(40)를 구비한다. 안테나(40)의 대부분은 케이싱(2) 내에 수납되어 있고 휴대 전화기(1)를 사용하는 경우에 케이싱(2)으로부터 돌출하도록 연장시켜 사용한다.

케이싱(2)에 프린트 기판(10)이 고정되어 있다. 프린트 기판(10) 위에는 본체 회로(30)가 설치되어 있다. 본체 회로(30)에는 전지(20)로부터 전력이 공급된다.

전지(20)는 프린트 기판(10)에 고정되어 있다. 전지(20)는 발전 요소로서의 전지 코어(21)와, 외장 부재(26)와, 양극 단자(22)와, 음극 단자(23)를 갖는다. 전지 코어(21)에 양극 단자(22) 및 음극 단자(23)가 전기적으로 접속되어 있다.

프린트 기판(10) 위에는 또한, 배선층(24)과, 전류량 제어 회로로서의 PTC 소자(55)가 배치되어 있다. PTC 소자(55) 및 배선층(24)은 양극 단자(22)와 본체 회로(30) 사이에 접속되어 있다. 음극 단자(23)와 본체 회로 사이에는 배선층(31)이 접속되어 있다.

배선층(24)은 구리에 의해 형성된다. 배선층(24) 양단의 배선 부분(24b)은 상대적으로 폭이 넓고, 중앙부에 위치하는 가용융 부분(24a)은 상대적으로 폭이 좁아지도록 형성되어 있다.

도 5A는 도 4의 A-A선을 따라 자른 단면을 나타내는 도면이고, 도 5B는, 도 4의 B-B선을 따라 자른 단면을 나타내는 도면이다. 도 5C는, 도 4의 C-C선을 따라 자른 단면을 나타내는 도면이다.

도 5A를 참조하면, 가용융 부분(24a)은 프린트 기판(10) 위에 형성되어 있다. 가용융 부분(24a)의 단면은 거의 장방형이다. 가용융 부분(24a)의 높이는T1, 폭은 W1이다. 도 5B를 참조하면, 배선 부분(24b)은 프린트 기판(10) 위에 형성된다. 배선 부분(24b)의 단면은 거의 장방형이다. 배선 부분(24b)의 높이는 T1이고, 폭 W2는 W2>W1이다. 도 5C를 참조하면, 가용융 부분(24a)의 길이는 L이다.

가용융 부분(24a)의 단면적이 배선 부분(24b)의 단면적보다도 작다. 이 때문에, 배선층(24)에 전류를 공급한 경우, 배선 부분(24b)를 통하는 전류의 전류 밀도는 상대적으로 작으며, 가용융 부분(24a)을 통하는 전류의 전류 밀도는 커진다. 따라서, 가용융 부분(24a)은 전류가 소정치를 넘으면 급격히 발열한다. 발열에 의해 가용융 부분(24a)은 용융한다. 이에 따라, 배선층(24)은 단선한다.

가용융 부분(24a)의 단면적(T1×W1)을 작게 하면 가용융 부분(24a)의 저항이 커지고, 작은 전류로 가용융 부분(24a)이 용융 절단된다. 또한, 가용융 부분(24a)의 길이 L을 길게 하면 가용융 부분(24a)의 저항이 커지고, 작은 전류로 가용융 부분(24a)이 용융 절단된다. 따라서, 가용융 부분(24a)의 길이 및 단면적을 조정함으로써, 가용융 부분(24a)이 용융 절단하는 전류치를 설정할 수 있다. 예를 들면, 높이 T1을, 약 35㎛, 폭 W1을 약 150㎛, 길이 L을 약 10㎜로 하면, 약 7A로 가용융 부분(24a)은 용융 절단된다. 이러한 배선층을 두개 병렬로 배열하면, 약 14A로 가용융 부분(24a)은 용융 절단된다.

여기서, 배선층(24) 및 전류량 제어 회로(50)에 따른 전지의 보호 기능에 대하여, 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6에서 종축은 전압을, 횡축은 전류를, A는 전지를 손상없이 충전할 수 있는 충전 보증 영역을, B는 전류량 제어 회로(50)를 구성하는 전류 온도 검지 회로(PTC 소자나 서멀프로텍터 등)에 따른 보호 영역을각각 나타내고 있다. 또한 C는 배선층의 보호 영역을 나타내고 있다.

손상없이 전지에 충전할 수 있는 충전 보증 영역 A는 0A로부터 F0A까지이다. 도면에서는 F0은 약 (2+α)A이다.

전류 온도 검지 회로의 보호 영역 B는 전류치 F1로부터 전류치 F2이고, 전류치 F1은 충전 보증 영역 A의 경계 영역에 포함되어 있다. 도면에서는 F1은 약 2A이고, F2는 약 (12+β)A이다.

이에 대해, 배선층(24)은 전지에 흐르는 전류치가 F3 이상이 되면 가용융 부분(24a)이 용융하도록 형성된다. 여기서, 전류치 F3은 전류 온도 검지 회로의 보호 영역의 경계 영역에 포함되는 값으로 한다. 도면에서는 F3은 약 12A이다.

즉, 제2 실시예에서는 배선층(24)에 따른 보호 영역(가용융 부분(24a)이 용융되고, 배선층이 절단되는 전류 영역)이 전류 온도 검지 회로의 보호 영역의 경계치와 중복되도록 배선층(24)을 형성한다.

전지에 흐르는 전류가 충전 보증 영역 A(0A∼F0A) 내의 전류치이면, 전지는 손상없이 충전할 수 있다.

전지에 흐르는 전류치가 보호 영역 B에 들어오면, 전류 온도 검지 회로는 저항을 증대시키고, 전지(20)로 유입되는 전류를 감소시키도록 기능한다. 이 때, 전류량 제어 회로(50)는 전지의 충전 보증 영역 A의 경계치 부근으로부터 보호 기능을 발휘한다.

또한, 전지에 흐르는 전류치가 보호 영역 B의 경계치 부근이 되면 가용융 부분(24a)이 용융하여 배선층(24)이 절단되며, 전류량 제어 회로(50) 및 전지(20)에흐르는 전류가 차단된다. 따라서, 보호 영역 B를 초과하는 전류가 원인이 되어 발생하는 PTC 소자의 탄화에 따른 PTC 소자 사이의 쇼트를 방지할 수 있다. 또한, PTC 소자(55)에 따른 전류 억제 효과에는 시간 지연이 있지만, 이 시간 지연에 의한 전지(20)에 대한 영향도 억제할 수 있다.

또, 두개의 영역이 중복되는 부분, 예를 들면 충전 보증 영역 A와 전류 온도 검지 회로의 보호 영역 B가 중복되는 부분(전류치가 F1이상 F0이하의 부분)에서는좌측의 영역인 전지의 충전 보증 영역 A가 우선하여 기능하도록 설계된다. 또한, 전류 온도 검지 회로의 보호 영역 B와 배선층의 보호 영역 C가 중복되는 부분(전류치가 F3 이상 F2 이하의 부분)에서는 좌측의 영역인 전류 온도 검지 회로의 보호 영역 B가 우선하여 기능하도록 설계된다.

이와 같이, 제2 실시예에 따르면, 단락 등에 의해 전지 코어(21) 내에 큰 전류가 흐른 경우에는 PTC 소자(55)가 작동됨으로써 전지 코어(21) 내를 흐르는 전류치를 저하시킬 수 있다. 또한, 과전압에 따른 충전이나 역충전 등에 의해 PTC 소자(55)가 정상적으로 기능하는 조건을 초과하는 환경에 근접하면, 가용융 부분(24a)이 용융 절단된다.

이에 따라 전류를 차단할 수 있으므로, 전지 코어(21)가 너무 고온이 되는 것을 막을 수 있다. 또한, 전류량 제어 회로(50)에 대해서도 열화·손상을 방지할 수 있다. 이 결과, 전지를 포함하는 장치 전체의 안전성 및 신뢰성을 보증할 수 있다.

이러한 배선층(24)과 전류량 제어 회로와의 관계의 일례를 도 7∼도 9에 나타낸다. 도 7에 나타낸 예에서는 전류량 제어 회로(50)는 PTC 소자(55)와 더미스터(56)로 구성된다. 배선층(24)과 PTC 소자(55)는 전지(20)의 양극 단자와 본체 회로(30) 사이에 접속되고, 더미스터(56)는 전지(20)의 음극 단자측에 접속되어 있다.

도 8에 나타낸 예에서는 배선층(24)은 본체 회로(30)와 전지(20)의 양극 단자 사이에 배치되고, 전류량 제어 회로(50)를 구성하는 PTC 소자(55) 및 더미스터(56)는 전지(20)의 음극 단자측에 접속되어 있다.

또한 도 9에 나타내어지는 예에서는 전류량 제어 회로(50)를 구성하는 PTC 소자(55) 및 더미스터(56)는 전위가 낮은 측에 접속되어 있다. 그리고, 배선층(24)은 PTC 소자(55)와 접지 단자 사이에 접속되어 있다.

도 7∼도 9에서는 전류량 제어 회로(50)를 구성하는 PTC 소자(55) 및 더미스터(56)를 나타내었지만, 이것에 한정되지 않는다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 보호 회로에서 전류치와 각 요소가 기능하는 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10에서, 종축은 각 소자가 동작에 이르기까지의 시간을, 횡축은 전류치를 나타낸다. 곡선(110)은 전류량 제어 회로(50)를 구성하는 전류 온도 검지 회로(PTC 소자나 서멀프로텍터 등)가 작동하는 전류치와 시간과의 관계를 나타낸다. 곡선(120)은 배선층(24)의 가용융 부분(24a)이 용융 절단되기 위해 필요한 전류치와 시간과의 관계를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 곡선(110)으로 나타낸 바와 같이 온도 검지 회로(PTC 소자나 서멀프로텍터 등)에 흐르는 전류의 전류치가 커짐에 따라, 전류량 제어 회로(50)가 작동까지 이르는 시간은 짧아진다. 마찬가지로 곡선(120)으로 나타낸 바와 같이, 배선층(24)에 흐르는 전류의 전류치가 커짐에 따라 가용융 부분(24a)이 용융 절단에 이르는 시간은 짧아진다. 곡선(110 및 120)은 모두 아래에 볼록 형상을 갖고, 전류치가 커짐에 따라 각각이 작동에 걸리는 시간이 짧아진다.

전류 온도 검지 회로의 보호 영역은 전류치 F1로부터 전류치 F2이고, 전류치 F1은 충전 보증 영역의 경계 영역에 포함되어 있다.

이에 대해, 배선층(24)에 있어서 전지에 흐르는 전류치가 F3 이상이 되면, 가용융 부분(24a)이 용융한다. 여기서, 전류치 F3은 전류 온도 검지 회로의 보호 영역의 경계 영역에 포함되는 값으로 한다.

이어서, 도 5A에 나타내는 가용융 부분(24a)의 폭 W1이 0.2㎜, 두께 T1이 35㎛, 길이 10㎜의 배선층(24)을 3개 준비하였다. 이들을 병렬로 접속하고, 이 배선층에서 가용융 부분이 용융에 이르기까지의 전류의 전류치와 시간을 고온 분위기 및 저온 분위기에서 측정하였다. 또한, PTC가 작동에 이르기까지의 전류의 전류치와 시간을 고온 분위기 및 저온 분위기에서 측정하였다. 그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11에서 종축은 각 소자가 동작에 이르기까지의 시간을, 횡축은 전류치를 나타낸다. 곡선(201)은 고온 분위기에서 PTC가 작동하는데 필요한 전류의 전류치와 시간과의 관계를 나타낸다. 곡선(202)은 저온 분위기에서 PTC가 작동하는데 필요한 전류의 전류치와 시간과의 관계를 나타낸다. 곡선(203)은 고온 분위기에서, 가용융 부분(24a)이 용융 절단하는데 필요한 전류치와 시간과의 관계를 나타낸다. 곡선(204)은 저온 분위기에서 가용융 부분(24a)이 용융 절단하는데 필요한 전류의 전류치와 시간과의 관계를 나타낸다. 도 11로부터, 본 발명에 따른 배선층에서는 가용융 부분(24a)이 용융 절단할 때의 전류의 전류치가 커짐에 따라 가용융 부분(24a)이 용융 절단하기까지의 시간이 짧아지는 것을 알 수 있다. 또한, 고온 분위기에서는 저온 분위기에 비해 가용융 부분(24a)이 단시간에 용융 절단되는 것을 알 수 있다.

이러한 본 발명의 보호 회로에서는 저항치가 50㏁ 이하에서, 단락 시간이 1초 정도의 외부 단락(소위 체인 쇼트)에서는 가용융 부분(24a)이 용융 절단되지 않으므로, 전지를 재사용할 수 있다.

이상, 제1 및 제2 실시예에 대하여 설명했지만, 여기서 나타낸 실시예는 여러가지로 변형하는 것이 가능하다.

휴대 정보 단말로서 휴대 전화기를 일례로 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 노트북 컴퓨터나 비디오 테이프 레코더에 적용해도 무방하다.

전지(20)는 리튬 전지, 니켈카드뮴 전지, 폴리머 전지 등 모두 적용 가능하다.

전지의 양극 단자(22) 및 음극 단자(23)에 대하여 배치되는 PTC 소자(55)와 더미스터(56)와 배선층(24)과의 관계는 상술된 것에 한정되지 않는다.

배선층(24)의 재질은 구리등뿐만 아니라, 각종 재료를 이용할 수 있다. 또한, 배선 부분(24b)을 융점이 높은 재질로, 가용융 부분(24a)을 융점이 낮은 재질로 각각 구성해도 무방하다.

또한, 배선층(24)의 수는 하나로 한정되는 것이 아니고, 필요에 따라 적절하게 변경할 수 있다. 배선층(24)을 복수개 설치한 경우, 어느 하나의 가용융 부분(24a)이 확실하게 용융되기 때문에, 장치의 신뢰성이 더 향상된다.

또한, 배선층에서의 가용융 부분의 형상은 도시된 바와 같은 직선 형상의 것에 한정되지 않고, 길게 확보하기 위해, 예를 들면 구불구불하게 연장되도록 형성해도 무방하다.

본 발명에 따르면, 전지에 유입되는 전류치가 증대된 경우에도 전지가 열화·손상되기 전에 전류치를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 전지를 확실하게 보호할 수 있어, 전지 및 해당 전지에 의해 동작하는 장치의 신뢰성 및 안전성이 향상된다.

본 발명에 따르면, 과충전이나 역충전 등에 의해 전류량이 전류 온도 검지 회로의 동작 조건의 경계 영역에 근접하면, 전류량 제어 회로에 손상을 끼치지 않은 시점에서 배선층이 용융 절단되고, 전류가 차단된다.

이 때문에, 전지가 너무 고온이 되지 않고, 또한 전류량 제어 회로에 부담을 주지도 않는다. 그 결과 또한 전지 및 해당 전지에 의해 동작하는 장치의 신뢰성 및 안전성이 향상된다.

또한 본 발명에 따르면, 가용융 부분을 갖는 배선층을 복수개 설치함에 따라 배선층의 보호 영역에 들어왔을 때에 각각 상이한 위치에서 전류를 차단하도록 할 수 있다. 특히, 동일한 배선층을 병렬로 설치한 경우에는 신뢰성이 향상된다.

이번에 개시된 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각해야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기된 설명이 아니고 특허 청구의 범위에 의해 정의되며, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

본 발명의 전지 보호 회로는 휴대 전화기, 노트북 컴퓨터, 워드 프로세서, 액정 텔레비전, 카메라 일체형 VTR 등에 이용할 수 있다.

Claims (4)

1. 충전할 수 있는 전지에 대하여 설치되는 전지 보호 회로에 있어서,

   상기 전지 근방에 설치되고, 상기 전지에 흐르는 전류치 및 주변 온도를 검지하여, 상기 전류치 및 상기 주변 온도가 보호 영역의 값에 달하면 상기 전류치를 감소시키도록 동작하는 전류 온도 검지 회로를 포함하는 전류량 제어 회로를 구비하고,

   상기 보호 영역에 있어서의 최소 전류치는 상기 전지를 충전할 수 있는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 작고, 또한 상기 보호 영역에 있어서의 최대 전류치는 상기 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 큰 전지 보호 회로.
2. 충전할 수 있는 전지에 대하여 설치되는 전지 보호 회로에 있어서,

   상기 전지 근방에 설치되고, 상기 전지에 흐르는 전류치 및 주변 온도를 검지하여, 상기 전류치 및 상기 주변 온도가 제1 보호 영역의 값에 달하면 상기 전류치를 감소시키도록 동작하는 전류 온도 검지 회로를 포함하는 전류량 제어 회로와,

   상기 전지에 흐르는 전류치가 제2 보호 영역의 값에 달하면 용융 절단되는 가용융 부분을 포함하며, 또한 상기 전지에 흐르는 전류를 공급하는 배선층을 구비하고,

   상기 제1 보호 영역에 있어서의 최소 전류치는 상기 전지를 충전할 수 있는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 작고, 또한 상기 제1 보호 영역에 있어서의최대 전류치는 상기 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 크고,

   상기 제2 보호 영역에 있어서의 최소 전류치는 상기 제1 보호 영역에서의 최대 전류치보다 작으며, 또한 상기 제2 보호 영역에 있어서의 최소 전류치는 상기 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 크고,

   상기 배선층에 있어서, 상기 가용융 부분은 상대적으로 작은 단면적을 갖고, 상기 배선층의 가용융 부분 이외의 부분은 상대적으로 큰 단면적을 갖는 전지 보호 회로.
3. 제2항에 있어서,

   상기 배선층의 가용융 부분은, 적어도 2 이상 배치되는 전지 보호 회로.
4. 충전할 수 있는 전지에 대하여 설치되는 전지 보호 회로에 있어서,

   상기 전지 근방에 설치되고, 상기 전지에 흐르는 전류치 및 주변 온도를 검지하여, 상기 전류치 및 상기 주변 온도가 제1 보호 영역의 값에 달하면 상기 전류치를 감소시키도록 동작하는 전류 온도 검지 회로를 포함하는 전류량 제어 회로와,

   상기 전지에 흐르는 전류치가 제2 보호 영역의 값에 달하면 용융 절단되는 가용융 부분을 포함하며, 또한 상기 전지에 흐르는 전류를 공급하는 배선층을 구비하며,

   상기 제1 보호 영역에 있어서의 최소 전류치는 상기 전지를 충전할 수 있는 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 작고, 또한 상기 제1 보호 영역에 있어서의최대 전류치는 상기 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 크고,

   상기 제2 보호 영역에 있어서의 최소 전류치는 상기 제1 보호 영역에서의 최대 전류치보다 작으며, 또한 상기 제2 보호 영역에 있어서의 최소 전류치는 상기 충전 보증 영역에서의 최대 전류치보다 크고,

   상기 배선층에 있어서, 상기 가용융 부분은 상대적으로 작은 단면적을 갖고, 상기 배선층의 가용융 부분 이외의 부분은 상대적으로 큰 단면적을 가지며,

   상기 배선층에 있어서, 상기 제2 보호 영역에 있어서의 전류치가 커짐에 따라 상기 가용융 부분이 용융 절단되기까지의 시간이 짧아지는 전지 보호 회로.