KR20040027465A - 전지 상태 모니터링 회로 및 전지 장치 - Google Patents

전지 상태 모니터링 회로 및 전지 장치 Download PDF

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KR20040027465A
KR20040027465A KR1020030067153A KR20030067153A KR20040027465A KR 20040027465 A KR20040027465 A KR 20040027465A KR 1020030067153 A KR1020030067153 A KR 1020030067153A KR 20030067153 A KR20030067153 A KR 20030067153A KR 20040027465 A KR20040027465 A KR 20040027465A
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세이코 인스트루먼트 가부시키가이샤
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Abstract

연속적인 노이즈가 들어와도 검출이 신뢰성있게 행해지는 전지 상태 모니터링 회로를 구현하고, 긴 수명을 가지고 안전한 전지 장치를 제공하는 것이다. 전지 상태 모니터링 회로에서, 검출 회로는 특정 전압값과 특정 전류값 중 하나에 관하여 이차 전지의 상태에 따라 스위치 회로를 제어할 수 있는 신호를 출력한다. 상기 신호는, 이차 전지의 충전 보호와 방전 보호 중 하나를 개시하는 검출 신호; 및 상기 이차 전지의 충전 보호와 방전 보호 중 하나를 해제하는 해제 신호 중 하나이다. 해제 신호에서 검출 신호로의 스위칭 속도는 검출 신호에서 해제 신호로의 스위칭 속도보다 빠르다.

Description

전지 상태 모니터링 회로 및 전지 장치{BATTERY STATE MONITORING CIRCUIT AND BATTERY DEVICE}
본 발명은 이차 전지의 충전/방전 동작을 제어할 수 있는 전지 상태 모니터링 회로와 이 회로를 사용하는 전지 장치에 관한 것이다.
도 2의 회로 블록도에 도시된 전원 장치는 이차 전지로 구성된 종래의 전지 장치로서 공지되어 왔다. 즉, 이차 전지(201)는 전류 제한 유닛인 스위치 회로(203)를 통하여 외부 단자(-V0(205) 또는 +V0(204))와 접속된다. 또한, 전지 상태 모니터링 회로(202)는 이차 전지(201)와 병렬로 접속된다. 전지 상태 모니터링 회로(202)는 이차 전지(201)의 전압 및 전류를 검출하는 기능을 가진다. 이차 전지(201)가 소정 전압값보다 높은 전압값을 가지는 과충전 상태, 이차 전지(201)가 소정 전압값보다 낮은 전압값을 가지는 과방전 상태, 및 스위치 회로(203)에 흐르는 전류가 소정 전압값을 초과하여 외부 단자(-V0)(205)가 특정 전압에 도달하게 되는 과전류 상태 중 어느 하나의 상태에서, 충전/방전 금지 신호가 전지 상태 모니터링 회로(202)에서 출력되어, 스위치 회로(203)가 오프되어 충전 전류 또는 방전 전류를 중지시킬 수 있다. 여기서, 충전/방전 금지 신호가 필요 지연 시간만큼 출력됨으로써, 일시적 노이즈로부터 유발되는 오기능을 방지한다(예컨대, 일본 특허 제02-075430호 A 참조(도 1 및 도 2)).
종래의 전원 장치에서, 일시적 노이즈로부터 유발된 오기능이 방지될 수 있다. 그러나, 연속적 노이즈가 장치에 들어오면, 상술된 상태들은 검출되기 어려워지게 되어 검출 전압을 시프트시킨다.
과충전 검출이 달성되기 어려워 검출 전압이 보다 높은 전압으로 시프트되면, 이차 전지가 과충전되어, 안전 마진이 감소된다. 또한, 과방전 검출이 달성되기 어려워 검출 전압이 보다 낮은 전압으로 시프트되면, 이차 전지가 과방전되어, 전지 수명이 단축된다. 또한, 과전류 검출이 달성되기 어려워 검출 전류가 보다 높은 전류로 시프트되면, 대량의 과전류가 스위치 회로(203)를 통하여 흘러, 스위치 회로(203)의 수명이 단축된다. 따라서, 상술된 문제점을 방지하기 위하여, 종래의 전원 장치를 안전 마진 범위내에서 각 검출 전압들을 설정하는 것이 필수적이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 상술된 종래의 문제점들을 해결하는 것이며, 연속적인 노이즈가 들어와도 검출이 신뢰성있게 행해지는 전지 상태 모니터링 회로를 구현하여 긴 수명과 안정성을 가지는 전지 상태를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전지 상태 모니터링 회로를 포함하는 전지 상태의 실시예를 도시하는 회로 블록도이다.
도 2는 전지 상태 모니터링 회로를 포함하는 종래의 전지 장치의 예를 도시하는 회로 블록도이다.
도 3은 본 발명의 전지 상태 모니터링 회로의 과충전 검출 동작의 예를 도시하는 타임 챠트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
102 : 전지 상태 모니터링 회로 106 : 과충전 검출 회로
107 : 과방전 검출 회로 108 : 과전류 검출 회로
203 : 스위치 회로 301 : 충전기
302 : 부하 305 : 논리 회로
상술된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 전지 상태 모니터링 회로는 과충전 검출 회로, 과방전 검출 회로, 및 과전류 검출 회로를 포함하고, 각각의 회로가 해제 속도보다 빠른 검출 속도를 가지는 신규한 구성을 가진다. 따라서, 검출 회로들 각각은 연속 노이즈가 들어오는 상태에서 검출 및 해제를 반복할 때, 노이즈의 평균 전압이 검출 전압에 도달하기 전에 검출이 행해질 수 있다.
본 발명에 따르면,
충전가능하고 방전가능한 이차 전지의 전류를 조정하는 스위치 회로; 및
상기 이차 전지의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 모니터링하여 스위치 회로를 제어하기 위한 신호를 출력하는 검출 회로를 포함하고,
상기 검출 회로는 특정 전압값과 특정 전류값 중 하나에 관하여 이차 전지의상태에 따라 상기 스위치 회로를 제어하기 위한 신호를 출력하고,
상기 신호는, 상기 이차 전지의 충전 보호와 방전 보호 중 하나를 개시하기 위한 검출 신호, 및 상기 이차 전지의 충전 보호와 방전 보호 중 하나를 해제하기 위한 해제 신호 중 하나이고,
상기 해제 신호에서 상기 검출 신호로의 스위칭 속도는 상기 검출 신호에서 상기 해제 신호로의 스위칭 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 전지 상태 모니터링 회로를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 전지 상태 모니터링 회로는,
상기 검출 회로는 이차 전지의 충전 상한 전압을 검출할 수 있는 과충전 검출 회로이고,
상기 과충전 검출 회로는,
상기 이차 전지의 전압이 상기 이차 전지의 충전 상한 전압보다 클 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 충전 보호용 검출 신호; 및
상기 이차 전지의 상기 전압이 상기 이차 전지의 충전 상한 전압 이하일 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 충전 보호 해제용 해제 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전지 상태 모니터링 회로는,
상기 검출 회로는 이차 전지의 방전 하한 전압을 검출할 수 있는 과방전 검출 회로이고,
상기 과방전 검출 회로는,
상기 이차 전지의 전압이 상기 이차 전지의 방전 하한 전압 이하일 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호용 검출 신호; 및
상기 이차 전지의 상기 전압이 상기 이차 전지의 방전 하한 전압보다 클 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호 해제용 해제 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전지 상태 모니터링 회로는,
상기 검출 회로는 이차 전지의 방전 상한 전류를 검출할 수 있는 과전류 검출 회로이고,
상기 과전류 검출 회로는,
상기 이차 전지의 전류가 상기 이차 전지의 방전 상한 전압보다 클 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호용 검출 신호; 및
상기 이차 전지의 상기 전류가 상기 이차 전지의 방전 상한 전류 이하일 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호 해제용 해제 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전지 장치는 전지 상태 모니터링 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 전지 상태 모니터링 회로를 포함하는 전지 장치의 실시예를 도시하는 회로 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전지 상태 모니터링 회로(102)는 과충전 검출회로(106), 과방전 검출 회로(107), 과전류 검출 회로(108), 및 논리 회로(305)를 포함한다.
충전기(301)는 외부 단자(+V0)(204)와 외부 단자(-V0)(205) 사이에 접속되어 충전 동작이 개시된다. 이차 전지의 충전 상한 전압보다 이차 전지의 전압이 커질 때, 검출 신호가 과충전 검출 회로(106)에서 출력된다. 검출 신호에 응답하여, 논리 회로(305)는 Lo 신호를 스위치 회로(203) 내 FET-B(304)에 출력하여, FET-B(304)를 오프시킨다. 반면, 이차 전지의 전압이 이차 전지의 충전 상한 전압 이하가 될 때, 해제 신호가 과충전 검출 회로(106)에서 출력된다. 해제 신호에 응답하여, 논리 회로(305)는 Hi 신호를 스위치 회로(203) 내 FET-B(304)에 출력하여 FET-B(304)를 온시킨다.
도 3은 본 발명의 전지 상태 모니터링 회로의 과충전 검출 동작의 예를 도시하는 타임 챠트이다. 연속 노이즈 성분이 이차 전지 전압에 부과되는 경우에서의 동작이 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 본 발명의 전지 상태 모니터링 회로(102)에서, 연속 노이즈 성분이 부과된 이차 전지 전압이 증가되어, 이차 전지의 충전 상한 전압에 도달하면, 과충전 검출 회로(106)는 노이즈 성분에 따라 과충전의 검출과 과충전 보호의 해제를 번갈아 반복한다. 검출 속도(tr)가 과충전 검출 회로(106)에서의 해제 속도(tf)보다 빠르므로, 검출은 항상 이차 전지 전압이 이차 전지의 충전 상한 전압 도달 전에 행해진다. 그러므로, 과충전 검출이 달성되기 어려워 검출 전압이 보다 높은 전압으로 시프트하는 종래 문제점이 해결되므로, 안전 마진을 충분히 보증할 수 있는 전지 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 전지 상태 모니터링 회로(102)에서, 부하(302)가 외부 단자(+V0)(204)와 외부 단자(-V0)(205) 사이에 접속되어, 방전 동작이 개시된다. 이차 전지의 전압이 이차 전지의 방전 하한 전압 이하가 될 때, 검출 신호가 과방전 검출 회로(107)로부터 출력된다. 상기 검출 신호에 응답하여, 논리 회로(305)는 Lo 신호를 스위치 회로(203) 내 FET-A(303)에 출력하여 FET-A(303)를 오프시킨다. 반면, 이차 전지의 전압이 이차 전지의 방전 하한 전압보다 커질 때, 해제 신호가 과방전 검출 회로(107)로부터 출력된다. 상기 해제 신호에 응답하여, 논리 회로(305)는 Hi 신호를 스위치 회로(203) 내 FET-A(303)에 출력하여, FET-A(303)를 온시킨다.
여기서, 예컨대, 연속 노이즈 성분이 이차 전지 전압에 부과되는 경우를 고찰한다. 본 발명의 전지 상태 모니터링 회로(102)에서, 노이즈 성분이 부과된 이차 전지 전압이 감소되어 이차 전지의 방전 하한 전압에 도달할 때, 과방전 검출 회로(107)는 노이즈 성분에 따라 과방전의 검출과 과방전 보호의 해제를 번갈아 반복한다. 검출 속도가 과방전 검출 회로(107)에서의 해제 속도보다 빠르므로, 검출은 항상 이차 전지 전압이 이차 전지의 방전 상한 전압 도달 전에 행해진다. 그러므로, 과방전 검출이 달성되기 어려워 검출 전압이 보다 낮은 전압으로 시프트하는 종래 문제점이 해결됨으로써, 긴 전지 수명을 가지는 전지 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지 상태 모니터링 회로(102)에서, 부하(302)가 외부 단자(+V0)(204)와 외부 단자(-V0)(205) 사이에 접속되어, 방전 동작이 개시된다. 스위치 회로(203)로 흐르는 방전 전류가 증가하여, 외부 단자(-V0)(205)의 전위가소정값 이상이 될 때(즉, 스위치 회로(203)로 흐르는 방전 전류가 상한값 이상이 될 때), 검출 신호가 과전류 검출 회로(108)로부터 출력된다. 검출 신호에 응답하여, 논리 회로(305)는 Lo 신호를 스위치 회로(203) 내 FET-A(303)에 출력하여 FET-A(303)를 오프시킨다. 반면, 스위치 회로(203)로 흐르는 방전 전류가 감소하여, 외부 단자(-V0)(205)의 전위가 소정값보다 작아 졌을 때(즉, 스위치 회로(203)로 흐르는 방전 전류가 상한값보다 작을 때), 해제 신호가 과전류 검출 회로(108)로부터 출력된다. 상기 해제 신호에 응답하여, 논리 회로(305)는 Hi 신호를 스위치 회로(203) 내 FET-A(303)에 출력하여 FET-A(303)를 온시킨다.
여기서, 예컨대 연속 노이즈 성분이 이차 전지 방전 전류에 부과되는 경우를 고찰한다. 본 발명의 전지 상태 모니터링 회로(102)에서, 노이즈 성분이 부과된 방전 전류가 증가하여, 이차 전지의 방전 상한 전류에 도달할 때, 과전류 검출 회로(108)는 노이즈 성분에 따라 과전류의 검출과 과전류 보호의 해제를 번갈아 반복한다. 검출 속도는 과전류 검출 회로(108)에서의 해제 속도보다 빠르므로, 검출은, 이차 전지 방전 전류가 이차 전지의 방전 상한 전류 도달 전에 항상 행해진다. 그러므로, 과전류 검출이 달성되기 어려워 검출 전류가 보다 높은 전류로 시프트되는 종래의 문제점이 해결됨으로써, 긴 스위치 수명을 가지는 전지 장치가 제공될 수 있다.
또한, 논리 회로(305)에 의해 각 검출 신호들과 각 해제 신호들이 과충전 검출 회로(106), 과방전 검출 회로(107), 및 과전류 검출 회로(108)로부터 필요 지연 시간만큼 출력될 때, 일시적인 노이즈로부터 유발되는 오기능이 방지될 수 있다.또한, 필요 히스테리시스 전압(또는 히스테리시스 전류)이 과충전 검출 회로(106), 과방전 검출 회로(107), 및 과전류 검출 회로(108)에서 검출 전압(또는 검출 전류)과 해제 전압(또는 해제 전류) 사이에 설정될 때, 검출과 해제시 오기능이 방지될 수 있다.
본 발명의 요지는, 전지 상태 모니터링 장치에서, 과충전 검출 회로, 과방전 검출 회로, 및 과전류 검출 회로를 제공하며, 각각의 회로는 해제 속도보다 빠른 검출 속도를 가진다는 것이다. 그러므로, 이것이 획득될 수 있다면, 본 발명은 상술된 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다른 다양한 구성도 사용될 수 있다. 또한, 단일 이차 전지의 예가 설명되었지만, 본 발명은 복수의 이차 전지들을 모니터링하는 전지 상태 모니터링 회로에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 PMOS-FET를 제어하는 전지 상태 모니터링 회로에 적용할 수 있다. 따라서, 전지 장치의 구성에 상관없이 동일한 효과가 획득된다.
본 발명의 전지 상태 모니터링 회로와 전지 장치에 따르면, 과충전 검출 회로, 과방전 검출 회로, 및 과전류 검출 회로 각각은 해제 속도보다 빠른 검출 속도를 가지고, 전지 상태 모니터링 회로에 제공된다. 따라서, 연속적인 노이즈가 들어와도, 검출이 신뢰성있게 행해진다는 효과가 있다.
따라서, 이차 전지가 과충전되지 않고, 따라서 안전 마진을 신뢰성있게 유지할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 이차 전지가 과방전되지 않고, 따라서 전지 수명이 증가한다는 효과가 있다. 또한, 대량의 과전류가 스위치 회로를 통하여 흐르지 않고, 따라서 스위치 회로의 수명을 증가시킨다는 효과가 있다. 그 결과, 긴 수명을 가지고 안전한 전지 장치가 제공될 수 있다는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 충전가능하고 방전가능한 이차 전지의 전류를 조정하는 스위치 회로; 및
    상기 이차 전지의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 모니터링하여 상기 스위치 회로를 제어하기 위한 신호를 출력하는 검출 회로를 포함하고,
    상기 검출 회로는 특정 전압값과 특정 전류값 중 하나에 관하여 상기 이차 전지의 상태에 따라 상기 스위치 회로를 제어하기 위한 신호를 출력하고,
    상기 신호는, 상기 이차 전지의 충전 보호와 방전 보호 중 하나를 개시하기 위한 검출 신호, 및 상기 이차 전지의 충전 보호와 방전 보호 중 하나를 해제하기 위한 해제 신호 중 하나이고,
    상기 해제 신호에서 상기 검출 신호로의 스위칭 속도는 상기 검출 신호에서 상기 해제 신호로의 스위칭 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 전지 상태 모니터링 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 회로는 상기 이차 전지의 충전 상한 전압을 검출할 수 있는 과충전 검출 회로이고,
    상기 과충전 검출 회로는,
    상기 이차 전지의 전압이 상기 이차 전지의 충전 상한 전압보다 클 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 충전 보호용 검출 신호; 및
    상기 이차 전지의 상기 전압이 상기 이차 전지의 충전 상한 전압 이하일 때,상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 충전 보호 해제용 해제 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전지 상태 모니터링 회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 회로는 상기 이차 전지의 방전 하한 전압을 검출할 수 있는 과방전 검출 회로이고,
    상기 과방전 검출 회로는,
    상기 이차 전지의 전압이 상기 이차 전지의 방전 하한 전압 이하일 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호용 검출 신호; 및
    상기 이차 전지의 전압이 상기 이차 전지의 방전 하한 전압보다 클 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호 해제용 해제 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전지 상태 모니터링 회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 회로는 상기 이차 전지의 방전 상한 전류를 검출할 수 있는 과전류 검출 회로이고,
    상기 과방전 검출 회로는,
    상기 이차 전지의 상기 전류가 상기 이차 전지의 방전 상한 전류보다 클 때, 상기 스위치 회로에 의하여 이차 전지의 방전 보호용 검출 신호; 및
    상기 이차 전지의 상기 전류가 상기 이차 전지의 충전 상한 전류 이하일 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호 해제용 해제 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전지 상태 모니터링 회로.
  5. 충전가능하고 방전가능한 이차 전지의 전류를 조정하는 스위치 회로; 및
    상기 이차 전지의 전압과 전류 중 적어도 하나를 모니터링하여, 상기 스위치 회로를 제어하기 위한 신호를 출력하는 검출 회로를 구비하고,
    상기 검출 회로는 특정 전압값과 특정 전류값 중 하나에 관하여 상기 이차 전지의 상태에 따라 상기 스위치 회로를 제어하기 위한 신호를 출력하고,
    상기 신호는, 상기 이차 전지의 충전 보호와 방전 보호 중 하나를 개시하기 위한 검출 신호; 및 상기 이차 전지의 상기 충전 보호와 상기 방전 보호 중 하나를 해제하기 위한 해제 신호 중 하나이며,
    상기 해제 신호에서 상기 검출 신호로의 스위칭 속도는 상기 검출 신호에서 상기 해제 신호로의 스위칭 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 전지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 검출 회로는 상기 이차 전지의 방전 상한 전압을 검출할 수 있는 과충전 검출 회로이고,
    상기 과충전 검출 회로는,
    상기 이차 전지의 상기 전압이 상기 이차 전지의 충전 상한 전압보다 클 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 충전 보호용 검출 신호; 및
    상기 이차 전지의 상기 전압이 상기 이차 전지의 충전 상한 전압 이하일 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 충전 보호 해제용 해제 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전지 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 검출 회로는 상기 이차 전지의 방전 하한 전압을 검출할 수 있는 과방전 검출 회로이고,
    상기 과방전 검출 회로는,
    상기 이차 전지의 상기 전압이 상기 이차 전지의 방전 하한 전압 이하일 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호용 검출 신호; 및
    상기 이차 전지의 상기 전압이 상기 이차 전지의 방전 하한 전압보다 클 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호 해제용 해제 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전지 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 검출 회로는 상기 이차 전지의 방전 상한 전류를 검출할 수 있는 과전류 검출 회로이고,
    상기 과방전 검출 회로는,
    상기 이차 전지의 상기 전류가 상기 이차 전지의 충전 상한 전류보다 클 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호용 검출 신호; 및
    상기 이차 전지의 상기 전류가 상기 이차 전지의 충전 상한 전류 이하일 때, 상기 스위치 회로에 의하여 상기 이차 전지의 방전 보호 해제용 해제 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전지 장치.
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