KR20070009252A - 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈 - Google Patents

전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축전지에 연결되는 제1축전지연결단자 및 제2축전지연결단자와, 외부기기에 연결되는 제1외부연결단자 및 제2외부연결단자 사이에 구성되어, 상기 축전지의 충전전압을 감시하고, 상기 축전지의 충전전압에 따라 상기 축전지의 충방전 동작을 제어하기 위한 제어모듈에 있어서, 상기 제어모듈은, 상기 제1축전지연결단자 및 제2축전지연결단자를 통해 상기 축전지의 충전전압을 감시하고, 상기 축전지의 충전전압이 기준전압이상일 경우 제어신호를 출력하는 전압검출소자와, 상기 전압검출소자에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 축전지의 충전동작을 중단하도록 하는 스위칭회로로 구성된다.
따라서 배터리팩용 보호회로를 전압검출소자와 하나의 MOSFET으로 구성하여, 배터리팩의 축전지에 대한 과충전 전압만을 감시하고, 그에 따라 상기 축전지의 충전동작을 제어함으로써, 상기 배터리팩을 충분히 보호할 수 있음은 물론, 저가의 전압검출소자를 사용함에 따라 상기 배터리팩의 제조단가를 낮출 수 있으며, 상기 보호회로의 임피던스를 최소화하여 배터리팩의 연속사용시간 및 수명을 향상시킬 수 있는 것이다.
따라서 사용상의 편리성이 개선되어 보다 상품성이 향상되는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.
전압검출소자, 스위칭회로, N Channel MOSFET, P Channel MOSFET, 제어모듈

Description

전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈{PCM for Battery Pack using Voltage Detector}
도 1은 본 발명에 의한 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈의 일예를 나타낸 회로도.
도 2는 본 발명에 의한 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈의 다른 예를 나타낸 회로도.
도 3은 본 발명에 의한 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈의 또 다른 예를 나타낸 회로도.
도 4는 일반적인 배터리팩용 보호회로모듈을 나타낸 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 제1축전지연결단자 10' : 제2축전지연결단자
20 : 제1외부연결단자 20' ; 제2외부연결단자
30 : 제어모듈 31 : 전압검출소자
32 : 스위칭회로
본 발명은 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리팩용 보호회로를 전압검출소자와 하나의 MOSFET으로 구성하여, 배터리팩의 축전지에 대한 과충전 전압만을 감시하고, 그에 따라 상기 축전지의 충전동작을 제어함으로써, 상기 배터리팩을 충분히 보호할 수 있음은 물론, 저가의 전압검출소자를 사용함에 따라 상기 배터리팩의 제조단가를 낮출 수 있으며, 상기 보호회로의 임피던스를 최소화하여 배터리팩의 연속사용시간 및 수명을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
일반적으로, 핸드폰, 노트북, 휴대용 개인정보 단말기(PDA : Personal Digital Assistants) 등의 휴대용 단말기는 충방전이 가능한 2차전지인 축전지가 포함된 배터리팩을 단말기 일측면에 탈부착 가능하도록 결합하여 사용하기 때문에, 이동성이 보장되고 휴대가 간편하여 널리 사용되고 있다.
이러한 휴대용 단말기의 경우, 일정시간동안 사용하게 되면 단말기에 결합된 축전지가 방전되어, 상기 축전지로부터 단말기로 충분한 전원공급이 이루어지지 않게 되어 단말기를 사용하지 못하게 된다.
따라서 상기 휴대용 단말기를 재사용하기 위해서는 충전기를 이용하여 상기 방전된 축전지를 충전하여 사용하거나, 여분의 충전된 다른 축전지로 교체한 후 사용하게 된다.
상기와 같이 휴대용 단말기에 사용되는 배터리팩은 과전류 또는 과전압이 인가되면 상기 배터리팩이 소손되는 등의 안전사고가 발생하는 문제점이 있는 바, 대부분의 배터리팩에는 상기와 같은 안전사고를 방지하기 위하여 보호회로인 피씨엠(PCM : Protection Circuit Module)이 구성되어 있다.
도 4는 일반적인 배터리팩용 보호회로모듈을 나타낸 회로도로서, 축전지에 연결되는 제1축전지연결단자(10) 및 제2축전지연결단자(10')와, 외부기기에 연결되는 제1외부연결단자(20) 및 제2외부연결단자(20') 사이에, 제어소자(35)와 스위칭소자(36)로 구성된 제어모듈(PCM)(30)이 설치되어 있다.
상기 제어소자(35)는 상기 제1축전지연결단자(10) 및 제2축전지연결단자(10')를 통해 축전지의 충전전압을 감시하고, 상기 축전지의 과충전 및 과방전이 감지되면, 상기 스위칭소자(36)를 통해 상기 축전지의 충방전을 제어하게 된다.
또한, 상기 축전지측에는 PTC(Positive Temperature Coefficient Thermister)(도시하지 않음)가 구성되어 있어, 상기 축전지의 충전지 과전류를 감시하고, 상기 과전류 발생시 상기 축전지의 충전을 차단하게 된다.
즉, 일반적인 배터리팩용 보호회로의 기능은 주로 과충전 및 과방전 보호기능과 과전류 보호기능 및 쇼트 보호기능 등을 갖게 되는 것이다.
한편, 휴대용 단말기에 사용되는 배터리팩에 있어서 연속사용시간 및 수명 등이 가장 중요한 성능이며, 이러한 연속사용시간 및 수명은 부하저항에 따라 사용 시간이 결정되며, 이와 더불어 배터리팩 내부의 셀(Cell: 전지) 임피던스(Impedance)와 보호회로(PCM) 임피던스에 따라 결정된다.
그러나 상기와 같은 일반적인 배터리팩은, 상기 스위칭소자(36)에서 사용되는 듀얼(Dual) MOSFET으로 인해 보호회로의 임피던스가 상승하게 되며, 그에 따라 배터리팩의 연속사용시간 및 수명이 줄어들게 되는 문제점이 있었다.
또한, 고가의 제어소자(35), 즉 Control(Protection) IC를 사용함에 따라 상기 배터리팩의 제조단가가 상승하게 되는 문제점을 포함하게 되는 것이다.
최근에는, 전지의 성능이 개섬됨에 따라, 과방전과 과전류 및 쇼트에 대한 영향은 발생되지 않으며, 리튬이온(Li-Ion) 전지에 가장 큰 악영향을 주는 부분은 전지의 정격전압을 초과하는 과충전에 대한 부분이 가장 큰 문제점으로 부각되고 있다.
즉, 전격전압의 초과에 따른 과충전 차단기능 만으로도 상기 리튬이온전지를 보호할 수 있음에도 불구하고, 상기와 같은 일반적인 배터리팩용 보호회로는 불필요한 기능을 포함하고 있게 되는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 배터리팩용 보호회로를 전압검출소자와 하나의 MOSFET으로 구성하여, 배터리팩의 축전지에 대한 과충전 전압만을 감시하고, 그에 따라 상기 축전지의 충전동작을 제어함으로써, 상기 배터리팩을 충분히 보호할 수 있음은 물론, 저가의 전압검출소자를 사용함에 따라 상기 배터리팩의 제조단가를 낮출 수 있으며, 상기 보호회로의 임피던스를 최소화하여 배터리팩의 연속사용시간 및 수명을 향상시킬 수 있는 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 사용상의 편리성이 개선되어 보다 상품성이 향상되도록 한 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈은, 축전지에 연결되는 제1축전지연결단자 및 제2축전지연결단자와, 외부기기에 연결되는 제1외부연결단자 및 제2외부연결단자 사이에 구성되어, 상기 축전지의 충전전압을 감시하고, 상기 축전지의 충전전압에 따라 상기 축전지의 충방전 동작을 제어하기 위한 제어모듈에 있어서, 상기 제어모듈은, 상기 제1축전지연결단자 및 제2축전지연결단자를 통해 상기 축전지의 충전전압을 감시하고, 상기 축전지의 충전전압이 기준전압이상일 경우 제어신호를 출력하는 전압검출소자와, 상기 전압검출소자에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 축전지의 충전동작을 중단하도록 하는 스위칭회로로 구성된 것을 특징으로 한다.
따라서 보호회로모듈(PCM)의 임피던스를 최소화하여 배터리팩의 연속사용시간 및 수명을 향상시킬 수 있는 것이다.
또, 사용상의 편리성이 개선되어 보다 상품성이 향상되는 것이다.
이하에서 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 의한 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈의 일예를 나타낸 회로도로서, 축전지에 연결되는 제1축전지연결단자(10) 및 제2축전지연결단자(10')와, 외부기기에 연결되는 제1외부연결단자(20) 및 제2외부연결단자(20') 사이에 제어모듈(30)이 구성되어 있으며, 상기 제어모듈(30)은 전압검출소자(31) 및 스위칭회로(32)로 구성된다.
상기 전압검출소자(31)는 상기 제1축전지연결단자(10) 및 제2축전지연결단자(10')를 통해 상기 축전지의 충전전압을 감시하고, 상기 축전지의 충전전압이 기준전압이상일 경우 제어신호를 출력하며, 상기 전압검출소자(31)는 Voltage Detector IC 또는 Reset IC 등을 사용한다.
여기서, 상기 출력되는 제어신호는 상기 스위칭회로(32)에 구성된 스위칭소자의 종류에 따라 High 또는 Low 신호가 선택적으로 출력된다.
상기 스위칭회로(32)는 상기 전압검출소자(31)에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 축전지의 충전동작을 중단하도록 하는 것으로, 도 1에서는 제2축전지연결단자(10')와 제2외부연결단자(20')의 사이에 N Channel MOSFET을 포함하여 구성되어 있다.
따라서 상기 전압검출소자(31)에서 출력되는 제어신호가 High일 경우, 상기 N Channel MOSFET이 온상태가 되어 상기 축전지를 충전하게 되고, 상기 전압검출소자(31)에서 출력되는 제어신호가 Low일 경우, 상기 N Channel MOSFET이 오프상태가 되어 축전지의 충전을 중단하게 된다.
즉, 상기 전압검출소자(31)는 축전지의 양단 전압이 과충전 전압 이상일 경우, Low신호를 출력하여 상기 스위칭회로(32)의 N Channel MOSFET을 오프시키게 되 는 것이다.
상기 N Channel MOSFET이 오프되면, 상기 스위칭회로(32)에 구성된 다이오드에 의해 상기 축전지가 방전된다.
도 2는 본 발명에 의한 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈의 다른 예를 나타낸 회로도로서, 상기 전압검출소자(31)에 의해 동작되는 스위칭회로(32)가 상기 제1축전지연결단자(10)와 제1외부연결단자(20)의 사이에 P Channel MOSFET을 포함하여 구성되어 있다.
따라서 상기 전압검출소자(31)에서 출력되는 제어신호가 Low일 경우, 상기 P Channel MOSFET이 온상태가 되어 상기 축전지를 충전하게 되고, 상기 전압검출소자(31)에서 출력되는 제어신호가 High일 경우, 상기 P Channel MOSFET이 오프상태가 되어 축전지의 충전을 중단하게 된다.
즉, 상기 전압검출소자(31)는 축전지의 양단 전압이 과충전 전압 이상일 경우, High신호를 출력하여 상기 스위칭회로(32)의 P Channel MOSFET을 오프시키게 되는 것이다.
상기 P Channel MOSFET이 오프되면, 상기 스위칭회로(32)에 구성된 다이오드에 의해 상기 축전지가 방전된다.
도 3은 본 발명에 의한 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈의 또 다른 예를 나타낸 회로도로서, 상기 전압검출소자(31)가 High신호를 출력하면, N Channel MOSFET이 온되면서 P Channel MOSFET이 온되어 상기 축전지가 충전하게 된다.
이때, 상기 전압검출소자(31)가 상기 축전지의 과충전을 감지하게 되면, 상기 전압검출소자(31)는 Low신호를 출력하게 되며 상기 Low신호를 입력받은 N Channel MOSFET이 오프되면서 상기 P Channel MOSFET이 오프되어 상기 축전지가 방전하게 되는 것이다.
상기 본 발명은 당업자의 요구에 따라 기본 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 배터리팩용 보호회로를 전압검출소자와 하나의 MOSFET으로 구성하여, 배터리팩의 축전지에 대한 과충전 전압만을 감시하고, 그에 따라 상기 축전지의 충전동작을 제어함으로써, 상기 보호회로의 임피던스를 최소화하여 배터리팩의 연속사용시간 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 과충전 방지기능 만으로도 상기 배터리팩을 충분히 보호할 수 있음은 물론, 저가의 전압검출소자를 사용함에 따라 상기 배터리팩의 제조단가를 낮출 수 있는 것이다.
따라서 사용상의 편리성이 개선되어 보다 상품성이 향상되는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

  1. 축전지에 연결되는 제1축전지연결단자(10) 및 제2축전지연결단자(10')와, 외부기기에 연결되는 제1외부연결단자(20) 및 제2외부연결단자(20') 사이에 구성되어, 상기 축전지의 충전전압을 감시하고, 상기 축전지의 충전전압에 따라 상기 축전지의 충방전 동작을 제어하기 위한 제어모듈(30)에 있어서,
    상기 제어모듈(30)은,
    상기 제1축전지연결단자(10) 및 제2축전지연결단자(10')를 통해 상기 축전지의 충전전압을 감시하고, 상기 축전지의 충전전압이 기준전압이상일 경우 제어신호를 출력하는 전압검출소자(31)와,
    상기 전압검출소자(31)에서 출력되는 제어신호에 따라 상기 축전지의 충전동작을 중단하도록 하는 스위칭회로(32)로 구성된 것을 특징으로 하는 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭회로(32)는,
    상기 제2축전지연결단자(10')와 제2외부연결단자(20')사이에 설치된 N Channel MOSFET을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭회로(32)는,
    상기 제1축전지연결단자(10)와 제1외부연결단자(20)사이에 설치된 P Channel MOSFET을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스위칭회로(32)는,
    상기 전압검출소자(31)로부터 출력되는 제어신호를 입력받아, 상기 제1축전지연결단자(10)와 제1외부연결단자(20)사이에 설치된 P Channel MOSFET의 스위칭동작을 제어하는 N Channel MOSFET을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전압검출소자를 이용한 배터리팩용 보호회로모듈.
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