KR20050020372A - 배터리 팩의 보호 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과전류로 인한 회로의 보호를 위한 배터리 팩의 보호회로에 관한 것이다.

배터리 팩의 보호회로는, 수동 소자와 병렬로 연결되어 있는 유도회로가 정상 충전 상태에서는 오프 동작되고, 제어부의 제어신호에 의해 도통되어 수동소자에서 과전류를 유도하여 수동소자의 단락을 이끌어낸다.

이와 같이 하면, 수동소자를 임의로 제어할 수 있도록 과전류를 유도하는 회로를 구성하여 안전성을 위한 조치 등으로 회로의 단락이 요구될 때 내부 가열수단 없이 수동소자의 단락을 유도할 수 있고, 수동소자의 정격을 자유로이 정할 수 있어 높은 정격에서도 사용 가능하다.

Description

배터리 팩의 보호 회로{CIRCUIT FOR PROTECTING OF BATTERY PACK}

본 발명은 배터리 팩의 보호회로에 관한 것으로, 특히 수동 소자를 임의로 제어할 수 있도록 과전류를 유도하는 배터리 팩의 보호회로에 관한 것이다.

일반적으로, 충방전이 가능한 2차 전지(secondary battery)는 셀룰러 폰(cellular phone), 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA(personal digital assistants) 등 휴대용 전자기기의 개발로 활발한 연구가 진행되고 있다.

특히, 이러한 2차 전지는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH : nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery), 금속 리튬 전지, 공기 아연 축전지 등 다양한 종류가 개발되고 있다.

이러한 2차 전지는 셀(bare cell) 형태로 제작된 후, 충방전 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성하며, 배터리 팩에 설치되는 외부 단자를 통해 외부 전원 또는 부하에 의한 충전 또는 방전이 이루어진다.

종래의 배터리 팩은 크게 배터리 셀과, 충방전 회로를 포함하는 주변회로로 이루어지며, 이 주변회로는 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리 셀과 결합된다.

외부 단자를 통해 외부 전원이 연결되면, 외부 단자와 충방전 회로를 통해 공급되는 외부 전원에 의해 배터리 셀이 충전되며, 외부 단자를 통해 부하(load)가 연결되면, 배터리 셀의 전원이 충방전 회로와 외부 단자를 통해 부하에 공급되는 방전 동작이 일어난다.

이때, 충방전 회로는 외부 단자와 배터리 셀 사이에서 배터리 셀의 충방전을 제어한다.

2차 배터리는 일반 배터리와 비교해서 매우 낮은 내부 저항을 가지고 있으므로, 순간적인 많은 전류를 공급하기에 유리하고 방전 특성도 양호하여 방전 종지 전압에 이를 때까지 안정된 전압을 유지하는 장점을 지닌다.

여기서, 방전 종지 전압이라 함은 배터리의 시험에 있어서 방전을 종료하는 한도를 나타내는 전압을 일컫는다. 이러한 2차 배터리의 충전을 위해서는 적당한 량의 전류가 배터리로 유입되도록 해야한다.

전류가 클수록 충전은 단시간에 완료되겠지만 과충전(만충전을 넘어 충전을 계속하는 것)이 발생될 위험이 있다. 대부분의 배터리가 과충전되면 그것의 내부에서 가스가 발생하며, 소량의 가스는 배터리 내부에서 흡수되지만, 충전 전류가 클수록 더 많은 가스가 발생한다. 따라서, 배터리는 과충전되면 파열될 수 있다.

따라서, 종래 배터리 팩은 히터(heater)와 퓨즈(fuse)가 일체형인 자가 제어 보호장치(Self Control Protector)를 구비하고, 배터리 내부에서 과충전이 감지되면 내부 히터가 가열되어 퓨즈가 차단(cut off)된다.

그런데, 종래 배터리 팩 회로는 퓨즈가 배터리 셀과 외부 전원 장치 또는 부하 사이의 전류 경로인 대전류 경로 상에 위치하고 있어, 대전류 경로 상에 흐르는 비교적 큰 전류로 인해 퓨즈의 자체 발열량도 무시할 수 없는 수준이 된다.

따라서, 과충전으로 인한 배터리 셀의 온도에 퓨즈의 자체 발열로 인한 온도가 합쳐져서 퓨즈가 동작하므로, 퓨즈의 정격 온도보다 낮은 온도에서 배터리 셀의 동작이 차단될 수 있다.

종래 배터리 팩 회로는 위와 같은 구조의 배터리 팩을 채용한 2차 전지의 온도에 따른 동작 차단에 신뢰성의 문제를 일으키며, 배터리 셀에 대해 고출력이 요구될 때 이러한 문제가 더욱 심각하게 제기될 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 과충전으로 인한 회로 보호를 위해 내부 가열수단 없이 수동소자를 단락시킬 수 있는 과전류를 유도하는 회로를 구성하기 위한 배터리 팩의 보호회로를 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 과충전 방지를 위해 회로를 단락시키는 수동소자를 제어부의 제어 신호에 의해 과전류를 유도하여 단락시키도록 하는 유도회로를 구비한다.

본 발명의 특징에 따른 배터리 팩의 보호회로는, 배터리 셀(bare cell) 형태로 제작된 후, 충방전 회로를 포함한 주변 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성하고, 상기 배터리 팩에 설치되는 외부 단자를 통해 외부 전원 또는 부하에 의한 충전 또는 방전이 이루어지는 배터리 팩의 보호회로에 있어서, 상기 배터리 팩이 상기 외부단자와 충방전 회로를 통해 충전 동작시 정상 충전/과충전 상태를 감시하여 제어 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어 신호에 의해 상기 배터리 셀과 외부 단자 사이에 과충전으로부터 회로를 보호하기 위해 설치된 제1 및 제2 수동소자로 과충전 조건 발생시 과전류를 유도하여 상기 제1 및 제2 수동소자를 단락시키는 유도회로를 포함한다.

상기 유도회로는 전계효과 트랜지스터(FET)로, 상기 제1 및 제2 수동소자와 병렬 연결되어 정상 충전 조건에서 오프 동작되고, 상기 제어부의 제어 신호에 의해 온 동작되어 상기 제1 수동소자 또는 제2 수동소자에서 과전류를 유도하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2 수동소자는, 상기 수동소자의 정격 이상의 과전류가 상기 제1 수동소자와 제2 수동 소자 사이에서 흐르면, 상기 수동 소자 자체에서 오픈(open)되는 것이 바람직하다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 보호 회로에 대하여 도 1을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 보호회로의 구성을 도시한 것이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 보호회로는 배터리 셀(B), 제1 수동소자(11) 및 제2 수동소자(12), 유도회로(15), 제어부(20)를 포함하고, 그 외의 주변회로들은 설명의 편의상 도시되어 있지 않다.

충방전 회로(도시되지 않음)는 실제로 베터리 셀(B)에 연결되어 배터리 셀의 충방전 동작을 제어하고, 배터리 셀(B)과 팩 단자는 서로 전기적으로 연결되어 대전류 경로를 형성한다.

제어부(20)는 배터리 팩이 팩 단자와 충방전 회로를 통해 충전 동작시 정상 충전 동작을 수행하는지, 과충전 상태인지를 감시하다가 과충전이 감지되면 수동소자(11, 12)의 단락을 위해 제어 신호를 출력한다.

제1 수동소자(11)와 제2 수동소자(12)는 퓨즈로서 각 수동소자(11, 12)의 정격 이상의 과전류가 제1 수동소자(11)에서 제2 수동 소자(12)로, 또는 제2 수동소자(12)에서 제1 수동 소자(11)로 흐르면, 각 수동 소자(11, 12)의 자체 기능을 통해 오픈(open) 된다.

유도회로(15)는 전계효과 트랜지스터(FET)로, 제1 수동소자(11) 및 제2 수동소자(12)와 병렬 연결되어 정상 충전 조건에서 오프 동작되고, 제어부(20)의 제어 신호에 의해 온 동작되어 제1 수동소자(11) 또는 제2 수동소자(12)에서 과전류를 유도하여 수동소자(11, 12)의 단락을 이끌어 낸다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 보호회로의 동작은, 정상 충전 상태에서 제1 수동 소자(11)와 제2 수동 소자(12), 그리고 그라운드 사이에는 적정한 전압이 흐르고 있고 유도회로(15)는 오프 동작되어 있다.

이때, 제1 수동 소자(11)와 제2 수동 소자(12)는 회로를 연결하고 있는 역할을 하고 있다.

그런데, 과충전 상태에서, 제어부(20)는 회로를 단락시키기 위해 제어신호를 유도회로(15)로 출력하고, 유도회로(15)는 도통되어 제1 수동소자(11) 또는 제2 수동소자(12)에서 과전류를 유도하여 수동소자(11, 12)의 단락을 유도한다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 퓨즈와 같은 수동소자를 임의적으로 제어할 수 있도록 과전류를 유도하는 회로를 구성함으로써, 내부 가열기 없이 수동소자의 정격을 자유로이 설정할 수 있고, 높은 정격에서도 안정성 있게 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 의한 배터리 팩의 보호회로는 수동소자를 임의로 제어할 수 있도록 과전류를 유도하는 회로를 구성하여 안전성을 위한 조치 등으로 회로의 단락이 요구될 때 내부 가열수단 없이 수동소자의 단락을 유도할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 배터리 팩의 보호회로는 수동소자의 정격을 자유로이 정할 수 있어 높은 정격에서도 사용 가능하다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 보호회로의 구성을 도시한 것이다.

Claims (3)

1. 배터리 셀(bare cell) 형태로 제작된 후, 충방전 회로를 포함한 주변 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성하고, 상기 배터리 팩에 설치되는 외부 단자를 통해 외부 전원 또는 부하에 의한 충전 또는 방전이 이루어지는 배터리 팩의 보호회로에 있어서,

   상기 배터리 팩이 상기 외부 단자와 충방전 회로를 통해 충전 동작시 정상 충전/과충전 상태를 감시하여 제어 신호를 출력하는 제어부; 및

   상기 제어부의 제어 신호에 의해 상기 배터리 셀과 외부 단자 사이에 과충전으로부터 회로를 보호하기 위해 설치된 제1 및 제2 수동소자로 과충전 조건 발생시 과전류를 유도하여 상기 제1 및 제2 수동소자를 단락시키는 유도회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호 회로.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유도회로는,

   전계효과 트랜지스터(FET)로, 상기 제1 및 제2 수동소자와 병렬 연결되어 정상 충전 조건에서 오프 동작되고, 상기 제어부의 제어 신호에 의해 온 동작되어 상기 제1 수동소자 또는 제2 수동소자에서 과전류를 유도하도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호 회로.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 수동소자는,

   상기 수동소자의 정격 이상의 과전류가 상기 제1 수동소자와 제2 수동 소자 사이에서 흐르면, 상기 수동 소자 자체에서 오픈(open)되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호 회로.