KR20060059679A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리팩에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 팩전원단의 인위적인 과전압, 역전압, 쇼트, 이상방전 등을 방지함으로써, 안전성 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 배터리팩을 제공하는데 있다.The present invention relates to a battery pack, and the technical problem to be solved is to provide a battery pack that can further improve safety and reliability by preventing artificial overvoltage, reverse voltage, short, abnormal discharge, etc. of the pack power supply stage.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 팩전원단에 병렬 연결된 베어셀과, 베어셀에 병렬로 연결되어 충방전 전압 및 전류를 감지하고, 이를 소정 순서에 따라 제어 처리하는 보호회로부와, 팩전원단과 베어셀 사이에 직렬로 연결된 동시에, 보호회로부의 제어에 따라 베어셀의 충방전을 제어하는 충방전 스위치와, 팩전원단과 베어셀 사이에 직렬로 연결된 동시에, 팩전원단이 지정된 충전기 또는 외부세트에 연결된 상태에서만 온(on)되는 제어 스위치를 포함하는 배터리팩이 개시된다.To this end, the gist of the solution method according to the present invention includes a bare cell connected in parallel to the pack power supply terminal, a protection circuit unit connected in parallel to the bare cell to sense charge / discharge voltage and current, and control processing the same according to a predetermined order; A charger or external device connected in series between the power supply terminal and the bare cell and simultaneously connected to the pack power supply terminal and the bare cell in series with a charge / discharge switch for controlling charging and discharging of the bare cell under the control of the protection circuit. A battery pack is disclosed that includes a control switch that is only on when connected to a set.
배터리팩, 과충전, 과방전, 스위치, 전계효과트랜지스터Battery Pack, Overcharge, Over Discharge, Switch, Field Effect Transistor
Description
도 1은 종래의 배터리팩을 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a conventional battery pack.
도 2는 종래 배터리팩의 과충전시 제어 상태를 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram illustrating a control state during overcharging of a conventional battery pack.
도 3은 종래 배터리팩의 과방전시 제어 상태를 도시한 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a control state during overdischarge of a conventional battery pack.
도 4는 본 발명에 의한 배터리팩을 도시한 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating a battery pack according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 배터리팩의 작동 상태(오프 상태)를 도시한 간략 회로도이다.5 is a simplified circuit diagram showing an operating state (off state) of a battery pack according to the present invention.
도 6은 본 발명에 의한 배터리팩의 작동 상태(온 상태)를 도시한 간략 회로도이다.6 is a simplified circuit diagram showing an operating state (on state) of a battery pack according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100; 본 발명에 의한 배터리팩100; Battery pack according to the present invention
110; 베어셀 120; 보호회로부110;
130; 충방전 스위치 131; 충전 스위치130; Charge /
132; 방전 스위치 140; 제어 스위치132;
141; 제1스위치 142; 제2스위치141;
B+,B-; 베어셀의 양극 셀전원단, 음극 셀전원단B +, B-; Bare cell anode cell power supply and cathode cell power supply
P+,P-; 배터리팩의 양극 팩전원단, 음극 팩전원단P +, P-; Positive pack power terminal, negative pack power terminal of battery pack
PT; 보호단PT; Protection
R1,R2,R3,R4; 저항R1, R2, R3, R4; resistance
C1,C2,C3,C4,C5,C6; 캐패시터C1, C2, C3, C4, C5, C6; Capacitor
본 발명은 배터리팩에 관한 것으로서, 보다 상세히는 팩전원단의 인위적인 과전압, 역전압, 쇼트, 이상방전 등을 방지함으로써, 안전성 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 배터리팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack, and more particularly, to a battery pack that can further improve safety and reliability by preventing artificial overvoltage, reverse voltage, short, abnormal discharge, and the like of the pack power supply stage.
일반적으로 배터리팩은 순수하게 충방전 동작만 하는 베어셀과, 상기 베어셀의 충방전 상태를 제어하는 보호회로로 이루어져 있다. 최근의 베어셀(예를 들면, 리튬 이온 전지)은 에너지 밀도가 높은 장점이 있지만, 그만큼 위험하기 때문에 과충전이나 과방전으로부터 소비자를 보호하기 위한 보호회로의 기능은 더욱 중요해지고 있다.In general, a battery pack is composed of a bare cell which performs only a pure charge / discharge operation, and a protection circuit that controls the charge / discharge state of the bare cell. In recent years, bare cells (for example, lithium ion batteries) have advantages of high energy density, but since they are dangerous, the function of a protection circuit for protecting consumers from overcharge or overdischarge becomes more important.
이러한 보호회로를 갖는 배터리팩을 도 1을 참조하여 그 구성 및 작용을 간단히 설명하면 다음과 같다.The configuration and operation of the battery pack having such a protection circuit will be described with reference to FIG. 1 as follows.
도시된 바와 같이 종래의 배터리팩(10')은 팩전원단(P+',P-')에 병렬로 연결되는 베어셀(11')과, 상기 베어셀(11')에 병렬로 연결되어 과충전 및 과방전 등을 감지하여 소정 순서에 따라 제어 처리하는 보호회로부(12')와, 상기 베어셀(11')의 일측과 팩전원단(P-')의 일측 사이에 직렬로 연결된 동시에, 상기 보호회로부(12') 의 제어를 받는 충방전 스위치(13')로 이루어져 있다.As shown, a conventional battery pack 10 'is connected to a pack cell terminal P +' and P- 'in parallel with a bare cell 11', and is connected in parallel with the bare cell 11 'and overcharged. And a protection circuit unit 12 'that detects overdischarge and the like and performs a control process in a predetermined order, and is connected in series between one side of the bare cell 11' and one side of the pack power supply terminal P- '. The charging /
여기서, 상기 팩전원단(P+',P-')에는 충전기 또는/및 외부 세트가 연결된다.Here, the pack power terminal (P + ', P-') is connected to a charger or / and an external set.
또한, 상기 충방전 스위치(13')는 충전을 제어하며 기생 다이오드(D1')를 갖는 충전 제어용 전계효과트랜지스터(13a'), 방전을 제어하며 기생 다이오드(D2')를 갖는 방전 제어용 전계효과트랜지스터(13b')로 이루어져 있고, 각각의 게이트는 상기 보호회로부(12')에 연결되어 있다.In addition, the charge /
더불어, 도면중 미설명 부호는 R1, R2는 정전기 방지용 저항이고, C1, C2, C3는 전원 변동 방지용 캐패시터이다.In the drawings, reference numerals R1 and R2 denote antistatic resistors, and C1, C2 and C3 denote power supply fluctuation preventing capacitors.
이러한 구성을 하는 종래의 배터리팩은 팩전원단을 통하여 베어셀에 과충전이 이루어질 때, 도 2에 도시된 바와 같이 보호회로부가 충전 스위치를 오프시킴으로써, 과충전 상태가 정지되도록 한다. 또한, 팩전원단을 통하여 베어셀의 과방전이 이루어질 때, 도 3에 도시된 바와 같이 보호회로부가 방전 스위치를 오프시킴으로써, 과방전 상태가 정지되도록 한다.In the conventional battery pack having such a configuration, when overcharging is performed on the bare cell through the pack power supply terminal, as shown in FIG. 2, the protection circuit unit turns off the charging switch to stop the overcharge state. In addition, when the over-discharge of the bare cell is made through the pack power supply terminal, as shown in FIG. 3, the protection circuit unit turns off the discharge switch to stop the over-discharge state.
그러나, 이러한 종래의 배터리팩은 지정된 충전기나 외부 세트에 연결된 상태에서 과충전이나 과방전을 어느 정도 효율적으로 방지하게 되지만, 배터리팩이 지정되지 않는 충전기, 외부 세트에 연결되거나, 또는 인위적으로 과충전, 과방전, 역충전, 팩전원단 쇼트, 이상 방전 등을 시킬 때는 상당히 위험해지는 문제가 있다. 예를 들어, 소비자가 인위적으로 팩전원단을 통하여 과충전을 시키거나, 역충전을 시키거나, 또는 쇼트를 시키거나 할 때는 보호회로부가 이를 신속히 감지하지 못할 뿐만 아니라, 충방전 스위치에 과부하가 걸려 보호회로부 및 충방전 스위치 등이 파손될 수 있다. 물론, 이러한 보호회로부 및 충방전 스위치가 실장된 회로기판 자체의 파손 현상도 일어날 수 있다.However, such a conventional battery pack effectively prevents overcharging or overdischarging to some extent while being connected to a designated charger or an external set, but is connected to a charger, an external set that is not specified, or artificially overcharged or overcharged. There is a problem that it becomes considerably dangerous when electric charge, reverse charge, pack power supply short circuit, abnormal discharge, and the like are performed. For example, when a customer artificially overcharges, reverses, or shorts through a pack power supply, the protection circuit does not detect this quickly and overloads the charge / discharge switch. The circuit unit and the charge / discharge switch may be damaged. Of course, such damage may occur in the circuit board itself on which the protection circuit unit and the charge / discharge switch are mounted.
이와 같은 보호회로부, 충방전 스위치 및 회로기판의 파손은 배터리팩이 과충전이나 과방전 등에 그대로 노출되도록 함으로써, 결국 배터리팩의 성능 저하는 물론, 누액, 발열, 연기, 발화, 파열 등의 각종 위험 상황을 초래하게 된다.Such damage to the protection circuit unit, the charge / discharge switch, and the circuit board causes the battery pack to be exposed to overcharging or overdischarging. As a result, the battery pack is degraded, and various dangerous situations such as leakage, heat generation, smoke, fire, and rupture are caused. Will result.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 팩전원단의 인위적인 과전압, 역전압, 쇼트, 이상방전 등을 방지함으로써, 안전성 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 배터리팩을 제공하는데 있다.The present invention is to overcome the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to prevent the artificial overvoltage, reverse voltage, short, abnormal discharge, etc. of the pack power supply terminal, to further improve the safety and reliability of the battery pack To provide.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배터리팩은 팩전원단에 병렬 연결된 베어셀과, 상기 베어셀에 병렬로 연결되어 충방전 전압 및 전류를 감지하고, 이를 소정 순서에 따라 제어 처리하는 보호회로부와, 상기 팩전원단과 베어셀 사이에 직렬로 연결된 동시에, 상기 보호회로부의 제어에 따라 상기 베어셀의 충방전을 제어하는 충방전 스위치와, 상기 팩전원단과 베어셀 사이에 직렬로 연결된 동시에, 팩전원단이 지정된 충전기 또는 외부세트에 연결된 상태에서만 온(on)되는 제어 스위치를 포함한다.In order to achieve the above object, a battery pack according to the present invention includes a bare cell connected in parallel to a pack power supply terminal and a parallel connection to the bare cell to sense charge / discharge voltage and current, and to control and process the same in a predetermined order A charge / discharge switch connected in series between the circuit unit, the pack power supply terminal and the bare cell, and at the same time connected in series between the pack power supply terminal and the bare cell, controlling charge / discharge of the bare cell under control of the protection circuit unit, It includes a control switch that is on only when the pack power stage is connected to a designated charger or external set.
여기서, 상기 베어셀은 양극 셀전원단과 음극 셀전원단을 포함하고, 상기 팩전원단은 양극 팩전원단과 음극 팩전원단으로 이루어지며, 상기 충방전 스위치는 음극 셀전원단과 음극 팩전원단 사이에 연결되고, 상기 제어 스위치는 양극 셀전원단과 음극 팩전원단 사이에 연결될 수 있다.Here, the bare cell includes a positive cell power supply terminal and a negative cell power supply terminal, the pack power supply terminal is composed of a positive electrode pack power supply terminal and a negative electrode pack power supply terminal, the charge and discharge switch between the negative cell power supply terminal and the negative electrode pack power supply terminal. The control switch may be connected between the positive cell power supply terminal and the negative electrode pack power supply terminal.
또한, 상기 제어 스위치는 베어셀의 양극 셀전원단과 양극 팩전원단에 소스 및 드레인이 직렬 연결된 적어도 하나 이상의 전계효과트랜지스터와, 상기 전계효과트랜지스터의 게이트와 음극 팩전원단 사이에 접속된 제어용 캐패시터와, 상기 게이트와 제어용 캐패시터 사이에 연결되어, 배터리팩이 지정된 충전기 또는 외부 세트에 결합되었을 때 음극 팩전원단과 연결되는 보호단을 포함할 수 있다.The control switch may include at least one field effect transistor having a source and a drain connected in series to a cathode cell power supply terminal and a cathode pack power supply terminal of the bare cell, and a control capacitor connected between the gate and the cathode pack power supply terminal of the field effect transistor. And a protection stage connected between the gate and the control capacitor and connected to the negative pack power supply terminal when the battery pack is coupled to a designated charger or an external set.
더불어, 상기 전계효과트랜지스터는 보호단이 개방되어 있을 경우에는 상기 제어용 캐패시터에 충전된 전압에 의해 게이트가 하이 상태를 유지하여 오프 상태가 되고, 상기 보호단이 음극 팩전원단에 연결되었을 때는 상기 제어용 캐패시터가 방전되어 게이트가 로우 상태를 유지하여 온 상태가 될 수 있다.In addition, the field effect transistor is turned off when the protection stage is open, the gate is held in a high state by the voltage charged in the control capacitor, the control when the protection stage is connected to the negative pack power supply terminal The capacitor may be discharged and the gate may be turned on to be in an on state.
상기와 같이 하여 본 발명은 배터리팩이 미리 지정된 충전기 또는 외부세트에 접속되었을 때만 제어 스위치가 온되어 충방전이 가능한 상태가 된다.As described above, in the present invention, the control switch is turned on only when the battery pack is connected to a predetermined charger or an external set, thereby enabling a state of charge and discharge.
따라서, 배터리팩이 지정되지 않은 충전기 또는 외부 세트에 접속되거나, 또는 인위적인 과충전, 역충전, 쇼트시에 충방전이 원천적으로 차단됨으로써, 더욱 안전하고 신뢰성이 높아지게 된다.Therefore, the battery pack is connected to an unspecified charger or an external set, or charging / discharging is essentially blocked at the time of artificial overcharge, reverse charge, and short, thereby increasing safety and reliability.
물론, 본 발명은 배터리팩이 지정된 충전기 또는 외부세트에 접속되었을 때 정상적으로 충방전 동작이 가능하도록 하며, 이에 따라 보호회로부 및 충방전 스위치가 충방전 상태를 제어하게 된다.Of course, when the battery pack is connected to a designated charger or an external set, the present invention enables normal charge / discharge operation, and thus the protection circuit unit and the charge / discharge switch control the charge / discharge state.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings such that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 배터리팩(100)을 도시한 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating a
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 배터리팩(100)은 베어셀(110), 보호회로부(120), 충방전 스위치(130) 및 제어 스위치(140)를 포함한다.As shown, the
먼저 베어셀(110)은 충방전이 가능한 통상의 이차전지이다. 예를 들면, 통상의 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 또는 그 등가물이 가능하지만, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 더욱이, 도면에서는 상기 베어셀(110)이 하나로 도시되어 있으나, 그 이상의 개수도 가능하며, 본 발명에서 상기 베어셀(110)의 개수를 한정하는 것은 아니다.First, the
또한, 상기 베어셀(110)은 팩전원단(P+,P-)과 병렬로 연결되어 있다. 즉, 베어셀(110)의 양극 셀전원단(B+)은 팩전원단의 양극 팩전원단(P+)과 연결되고, 베어셀(110)의 음극 셀전원단(B-)은 팩전원단의 음극 팩전원단(P-)과 연결되어 있다.In addition, the
상기 보호회로부(120)는 상기 베어셀(110)에 병렬로 연결되어 있다. 따라서, 이러한 보호회로부(120)는 상기 베어셀(110)의 충전 전압 및 방전 전압을 감지할 수 있으며, 상기 감지된 충방전 전압에 따라 소정 순서에 따라 제어 처리를 수행한다. 이러한 보호회로부(120)는 통상의 집적회로(Integrated Circuit) 또는 그 등가회로로 이루어질 수 있으나, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.The
이어서, 상기 충방전 스위치(130)는 상기 베어셀(110)과 팩전원단(P+,P-) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 즉, 상기 충방전 스위치(130)는 상기 베어셀(110)의 음극 셀전원단(B-)과 팩전원단의 음극 팩전원단(P-) 사이에 연결되어 있다. 또한, 이러한 충방전 스위치(130)는 충전 상태를 제어하는 충전 스위치(131)와 방전 상태를 제어하는 방전 스위치(132)로 이루어질 수 있다. 더욱이, 상기 충전 스위치(131)는 기생 다이오드(D1)를 갖는 n채널 전계효과트랜지스터, 방전 스위치(132)는 역시 기생 다이오드(D2)를 갖는 n채널 전계효과트랜지스터일 수 있다. 물론, 상기 각 전계효과트랜지스터의 게이트는 보호회로부(120)의 CO 단자 및 DO 단자에 각각 연결되어 있으며, 따라서 보호회로부(120)로부터 출력되는 하이 또는 로우 신호에 의해 상기 각 전계효과트랜지스터의 온,오프 상태가 제어된다. 또한, 상기 충방전 스위치(130)의 양단에는 전원 변동을 방지하고 정전기 등으로부터 소자를 보호하기 위한 캐패시터(C1)가 병렬로 연결되어 있다.Subsequently, the charge /
한편, 상기 충방전 스위치(130)의 일단은 충방전 전류 감지용 저항(R1)을 경유하여 보호회로부(120)의 VM 단자에 연결되어 있다. 따라서, 보호회로부(120)는 VSS 단자와 VM 단자 사이에 인가되는 전압을 감지함으로써, 충방전 전류를 계산할 수 있게 된다. 즉, 충방전 전류 감지용 저항(R1)의 저항값은 이미 알고 있는 값이기 때문에, 저항(R1)에 인가되는 전압을 감지하여 전류를 계산하게 된다. 더불어, 상기 베어셀(110)에는 병렬로 정전기 방지용 저항(R2) 및 전원 변동 방지용 캐패시터(C2)가 연결되어 있고, 상기 정전기 방지용 저항(R2) 및 전원 변동 방지용 캐패시터(C2) 사이에는 보호회로부(120)의 VDD 단자가 연결되어 있다. 따라서, 상기 보 호회로부(120)는 VDD 단자와 VSS 단자를 이용하여 베어셀(110)의 충방전 전압을 감지할 수 있게 된다.Meanwhile, one end of the charge /
물론, 이러한 보호회로부(120)는 상기 VDD 단자와 VSS 단자로부터 얻어진 충방전 전압 및 VSS 단자와 VM 단자로부터 얻어진 충방전 전류를 기준값과 비교하여 소정 제어처리를 할 수 있도록 비교기를 내장하고 있다.Of course, the
상기 제어 스위치(140)는 상기 베어셀(110)과 팩전원단(P+,P-) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 즉, 상기 제어 스위치(140)는 베어셀(110)의 양극 셀전원단(B+) 및 팩전원단의 양극 팩전원단(P+) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 또한, 이러한 제어 스위치(140)는 제1제어 스위치(141) 및 제2제어 스위치(142)가 직렬로 연결될 수 있다. 다른말로 하면, 상기 제어 스위치(140)는 적어도 하나 이상의 전계효과트랜지스터가 직렬로 연결된 것일 수 있다. 실제로 도면에서는 두 개의 p 채널 전계효과트랜지스터가 직렬로 연결된 상태를 한다. 상기 전계효과트랜지스터는 게이트가 정전기 방지용 저항(R3) 및 제어용 캐패시터(C3)를 경유하여 충방전 스위치(130)와 음극 팩전원단(P-)의 사이에 연결되어 있다.The
여기서, 상기 제어 스위치(140)는 양단에 전원 변동 및 정전기 방지를 위해 캐패시터(C4)가 병렬로 연결되어 있고, 또한 상기 저항(R3) 및 캐패시터(C3) 사이와 양극 팩전원단(P+) 사이에도 전원 변동 및 정전기 방지를 위해 캐패시터(C5)가 연결되어 있다. 더욱이, 상기 두 개의 전계효과트랜지스터 사이와 공통 게이트 사이에도 전원 변동 및 정전기 방지를 위해 저항(R4) 및 캐패시터(C6)가 연결되어 있다.Here, the
한편, 상기 저항(R3) 및 캐패시터(C3) 사이 또는 캐패시터(C5) 및 저항(R3) 사이에는 보호단(PT)이 더 연결되어 있다. 이러한 보호단(PT)은 미리 지정된 충전기 또는 외부 세트에 접속되었을 때 상기 음극 팩전원단(P-)과 전기적으로 접속된다. 즉, 상기 보호단(PT)은 그라운드 상태가 됨으로써, 상기 제어 스위치(140)의 게이트(즉, 전계효과트랜지스터의 게이트)에 로우 신호를 인가하게 되고, 이에 따라 상기 제어 스위치(140)는 온 상태가 된다. 물론, 상기 보호단(PT)이 개방된 상태(즉, 배터리팩(100)이 지정되지 않은 충전기, 외부 세트에 연결되거나, 또는 충전기, 외부 세트로부터 분리된 상태)일 때는 상기 캐패시터(C3)의 충전 전압에 의해 상기 제어 스위치(140)의 게이트에 하이 신호가 인가됨으로써, 제어 스위치(140)가 오프된 상태가 된다. 따라서, 이러한 상태에 상기 팩전원단(P+,P-)에 과충전, 역충전, 또는 쇼트 등을 수행한다고 해도 베어셀(110)의 전원은 팩전원단(P+,P-)으로 공급되지 않게 되고, 이에 따라 배터리팩(100)의 안전성 및 신뢰성이 증가하게 된다.On the other hand, a protective terminal PT is further connected between the resistor R3 and the capacitor C3 or between the capacitor C5 and the resistor R3. This protective stage PT is electrically connected to the negative pack power supply stage P- when connected to a predetermined charger or external set. That is, the protection stage PT is in the ground state, thereby applying a low signal to the gate of the control switch 140 (that is, the gate of the field effect transistor), whereby the
더불어, 여기서는 상기 보호단(PT)을 직접 음극 팩전원단(P-)에 기계적으로 접촉하는 구성으로 설명하였으나, 이러한 구성 외에 바이폴라 트랜지스터 또는 전계효과트랜지스터 등에 의해 전기적으로 연결되도록 하는 구성도 가능하다.In addition, although the protection stage PT has been described as a configuration in which the negative electrode pack power supply terminal P- is in direct mechanical contact, in addition to such a configuration, it is also possible to be configured to be electrically connected by a bipolar transistor or a field effect transistor.
더욱이, 여기서는 상기 제어 스위치(140)가 보호단(PT)이 음극 팩전원단(P-)에 접촉하여만 온 상태가 되는 구성으로 설명하였으나, 이러한 구성 외에 충전기 또는 외부 세트에 별도의 전자 회로를 구성하고, 이것이 상기 제어 스위치를 직접 온,오프시키는 구성도 가능하다.Furthermore, although the
이러한 구성을 하는 본 발명에 의한 배터리팩(100)의 작동을 도 4와 함께 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the
먼저 배터리팩(100)의 보호단(PT)이 개방된 경우의 작동을 설명한다. 즉, 배터리팩(100)의 보호단(PT)이 미리 지정된 충전기 또는 외부 세트에 결합되지 않거나, 또는 지정되지 않은 충전기 또는 외부 세트에 결합된 상태이다. 여기서, 배터리팩(100)이 지정된 충전기 또는 외부 세트에 결합되었다는 의미는 보호단(PT)과 음극 팩전원단(P-)이 서로 접속된 구성을 의미하지만, 그 이외의 경우에 있어서는 상기 보호단(PT)과 음극 팩전원단(P-)이 모두 분리된 구성을 의미한다.First, the operation when the protection stage PT of the
이와 같이 보호단(PT)이 개방된 경우에는 제어용 캐패시터(C3)가 베어셀(110)의 전압에 의해 충전된다. 즉, 제어 스위치(140)중 제2제어 스위치(142)(즉, 전계효과트랜지스터)에 형성된 기생 다이오드(D3)를 통해 상기 제어용 캐패시터(C3)의 일측에 양극 전압이 인가되고, 베어셀(110)의 음극 셀전원단(B-) 및 충방전 스위치(130)를 통해 상기 제어용 캐패시터(C3)의 타측에 음극 전압이 인가됨으로써, 상기 제어용 캐패시터(C3)는 소정 전압으로 충전된다. 이에 따라, 제어 스위치(140)의 게이트(즉, 전계효과트랜지스터의 게이트)에는 하이 전압이 인가됨으로써, 오프상태가 된다. 즉, p채널형 전계효과트랜지스터의 게이트에 하이 전압이 인가됨으로써, 오프상태가 된다.When the protection stage PT is opened in this manner, the control capacitor C3 is charged by the voltage of the
따라서, 이러한 상태에서 팩전원단(P+,P-)에 과충전, 과방전, 쇼트 등의 상 태가 수행된다고 해도, 베어셀(110)과 양극 팩전원단(P+)은 개방된 상태이기 때문에, 상기 베어셀(110)에는 어떠한 영향도 없다. 또한, 제어 스위치(140)에 구비된 기생 다이오드(D3,D4) 역시 캐소드가 서로 마주 보며 결선된 상태이므로 다이오드(D3,D4)를 통한 전류 흐름도 없다.Therefore, even when overcharge, overdischarge, short, or the like is performed in the pack power stages P + and P- in this state, the
한편, 배터리팩(100)의 보호단(PT)이 음극 팩전원단(P-)에 접속된 경우의 작동을 설명한다. 즉, 배터리팩(100)의 보호단(PT)이 미리 지정된 충전기 또는 외부 세트에 결합됨으로써, 상기 충전기 또는 외부 세트의 내부에서 상기 보호단(PT)과 음극 팩전원단(P-)이 기계적으로 또는 회로적으로 서로 접속된 상태를 의미한다.On the other hand, the operation when the protective terminal PT of the
이와 같이 보호단(PT)이 음극 팩전원단(P-)에 접속된 경우에는 제어용 캐패시터(C3)가 방전된다. 이에 따라, 제어 스위치(140)의 게이트(즉, 전계효과트랜지스터의 게이트)에는 로우 전압이 인가됨으로써, 온상태가 된다. 즉, p채널형 전계효과트랜지스터의 게이트에 로우 전압이 인가됨으로써, 온 상태가 된다.In this way, when the protective end PT is connected to the negative electrode pack power supply terminal P-, the control capacitor C3 is discharged. Accordingly, a low voltage is applied to the gate of the control switch 140 (that is, the gate of the field effect transistor), thereby turning on. That is, the low voltage is applied to the gate of the p-channel field effect transistor, thereby turning on.
따라서, 이러한 상태에서 충전시 양극 팩전원단(P+), 제어 스위치(140), 베어셀(110), 충방전 스위치(130) 및 음극 팩전원단(P-)으로 전류가 흐르고, 방전시 베어셀(110), 제어 스위치(140), 양극 팩전원단(P+), 음극 팩전원단(P-) 및 충방전 스위치(130)로 전류가 흐른다. 즉, 베어셀(110)이 정상적으로 충방전하게 된다.Therefore, in this state, a current flows through the positive electrode pack power supply terminal P +, the
한편, 이와 같이 제어 스위치(140)가 온된 상태에서 베어셀(110)의 과충방전 제어 상태를 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, the overcharge / discharge control state of the
먼저 과충전 전압시에 보호회로부(120)는 베어셀(110)에 병렬로 연결된 VDD 단자 및 VSS 단자를 이용하여 베어셀(110)의 과충전 전압을 감지하게 된다. 이와 같이 베어셀(110)의 과충전 전압 상태가 되면, 보호회로부(120)는 충방전 스위치(130)중 충전 스위치(131)(즉, 전계효과트랜지스터)의 게이트에 로우 신호를 인가하여 오프시킴으로써, 과충전 상태가 정지되도록 한다. 또한, 과충전 전류시에 보호회로부(120)는 충방전 스위치(130)에 저항(R1)을 경유하여 연결된 VM 단자 및 VSS 단자를 이용하여 과충전 전류를 감지하게 된다. 물론, 이와 같이 과충전 전류 상태가 되면, 보호회로부(120)는 충방전 스위치(130)중 충전 스위치(131)의 게이트에 로우 신호를 인가하여 오프시킴으로서, 과충전 전류 상태가 정지되도록 한다.First, when the overcharge voltage is applied, the
물론, 이러한 과충전 상태에서 방전 상태가 될 경우(즉, 팩전원단(P+,P-)에 외부 세트가 연결된 경우)에는 충전 스위치(131)에 기생 다이오드(D1)가 형성되어 있기 때문에 정상적인 방전이 가능하다.Of course, when the discharge state in the overcharge state (that is, when the external set is connected to the pack power supply terminals (P +, P-)), since the parasitic diode (D1) is formed in the
이어서, 과방전 전압시에 보호회로부(120)는 베어셀(110)에 병렬로 연결된 VDD 단자 및 VSS 단자를 이용하여 베어셀(110)의 과방전 전압을 감지하게 된다. 이와 같이 베어셀(110)이 과방전 전압 상태가 되면, 보호회로부(120)는 충방전 스위치(130)중 방전 스위치(132)(즉, 전계효과트랜지스터)의 게이트에 로우 신호를 인가하여 오프시킴으로써, 과방전 상태가 정지되도록 한다. 또한, 과방전 전류시(또는 외부 쇼트)에 보호회로부(120)는 충방전 스위치(130)에 저항(R1)을 경유하여 연결된 VM 단자 및 VSS 단자를 이용하여 과방전 전류를 감지하게 된다. 물론, 이와 같이 과방전 전류 상태가 되면, 보호회로부(120)는 충방전 스위치(130)중 방전 스위치(132)의 게이트에 로우 신호를 인가하여 오프시킴으로서, 과방전 상태가 정지되도록 한다.Subsequently, the
물론, 이러한 과방전 상태에서 충전 상태가 될 경우(즉, 팩전원단(P+,P-)에 충전기가 연결된 경우)에는 방전 스위치(132)에 기생 다이오드(D2)가 형성되어 있기 때문에 정상적인 충전이 가능하다.Of course, when the charging state is in the over-discharge state (that is, when the charger is connected to the pack power terminals P + and P-), since the parasitic diode D2 is formed in the
상기와 같이 하여 본 발명은 배터리팩이 미리 지정된 충전기 또는 외부세트에 접속되었을 때만 제어 스위치가 온되어 충방전이 가능한 상태가 된다.As described above, in the present invention, the control switch is turned on only when the battery pack is connected to a predetermined charger or an external set, thereby enabling a state of charge and discharge.
따라서, 배터리팩이 지정되지 않은 충전기 또는 외부 세트에 접속되거나, 또는 인위적인 과충전, 역충전, 쇼트시에 베어셀의 충방전이 원천적으로 차단됨으로써, 더욱 안전하고 신뢰성이 높아지게 된다.Therefore, the battery pack is connected to an unspecified charger or external set, or the charge and discharge of the bare cell at the time of artificial overcharge, reverse charge, and short-circuit are blocked at the source, thereby increasing safety and reliability.
물론, 본 발명은 배터리팩이 지정된 충전기 또는 외부세트에 접속되었을 때 정상적으로 충방전 동작이 가능하도록 하며, 이에 따라 보호회로부 및 충방전 스위치가 충방전 상태를 제어하게 된다.Of course, when the battery pack is connected to a designated charger or an external set, the present invention enables normal charge / discharge operation, and thus the protection circuit unit and the charge / discharge switch control the charge / discharge state.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for carrying out the battery pack according to the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment, the scope of the present invention as claimed in the claims below Without this, anyone skilled in the art to which the present invention pertains will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
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