KR20070056835A - 배터리 셀 보호장치를 구비한 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 셀 보호장치에 관한 것이다.
본체 내부에 보호 회로를 구비한 이동통신 단말기, 노트북, PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 카메라 및 디지털 캠코더를 포함한 전자기기에 장착되어 상기 본체에 전원을 공급하며 충전 및 방전이 가능한 배터리 팩에 있어서, 상기 배터리 팩 내부에 구비된 배터리 셀의 일면에 상기 배터리 셀의 온도의 변화에 따라 동작하는 바이메탈(Bimetal)의 일단부를 부착하고 상기 바이메탈의 타단부는 상기 배터리 셀의 일면 밖으로 돌출되도록 구비하며 상기 바이메탈의 상기 타단부의 하부에 상기 바이메탈이 온도 상승으로 인해 굴절되었을 때 접촉 가능하도록 접촉부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치를 구비한 배터리 팩을 제공한다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀의 온도가 상승하여 바이메탈이 작동하고 접촉부와 접촉하게 되면, 보호 회로는 배터리 셀에 공급하는 전류와 전압을 재감지하여 보호 회로가 1차적으로 감지하지 못하더라도 바이메탈을 통해 2차적으로 재감지함으로써 과충전이나 열 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
배터리, 배터리 팩, 배터리 셀, 바이메탈

Description

배터리 셀 보호장치를 구비한 배터리 팩{Battery Pack Having Battery Cell Protector}
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 셀 보호장치의 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 배터리 셀 보호장치의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 배터리 셀 보호장치의 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 배터리 셀 보호장치의 작동 순서도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 본체 110: 보호 회로
120: 배터리 팩 130: 충전 단자
140: 충전기 210: 배터리 셀
220: 접촉부 250: 바이메탈
260: 제 1 리드선 270: 제 2 리드선
본 발명은 배터리 셀 보호장치를 구비한 배터리 팩에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 배터리 내부에 구비된 바이메탈을 이용한 배터리 셀 보호장치를 구비하 여 전기적인 원인, 물리적인 충격이나 이물질의 침투에도 불구하고 배터리 셀의 온도 상승을 저지하여 배터리 셀 수명을 증가시키고 배터리 셀의 폭발 위험을 감소시키는 배터리 셀 보호장치에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신 단말기, 노트북, PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 카메라 및 디지털 캠코더 등의 전자기기는 휴대하면서 사용 가능하도록 충방전이 가능한 배터리 팩을 사용한다. 이러한 배터리 팩을 사용하는 전자기기는 배터리의 과열 또는 폭발로부터 전지를 보호하기 위해서 보호 회로 모듈(Protection Circuit Module)을 구비하고 있다. 보호 회로 모듈은, 특정 전압을 넘는 경우 충전을 정지하는 과충전 보호(Overcharge Protection) 기능, 과방전으로 인한 전지의 손상을 막기 위해 특정 전압 이하일 경우 방전을 정지하는 과방전 보호(Overdischarge Protection) 기능, 기기 오류로 인해 전지에 비정상적인 전류의 흐름이 있는 경우 방전을 정지하는 과전류 보호(Overcurrent Protection) 기능 및 배터리 팩의 외부 단자의 단락으로 인해 다량의 전류가 흐를 경우 순간적으로 충전을 정지하는 단락 보호(Short-Circuit Protection) 기능을 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 셀 보호장치의 블록도이다.
종래의 배터리 셀 보호장치는 본체(100), 보호 회로(110) 및 배터리 팩(120)을 포함하여 구성된다. 본체(100)에 구비된 보호 회로(110)는 배터리 팩(120)에 구비된 충전 단자(130)의 외부 접점이 쇼트되는 것을 감지하거나, 배터리 팩(120)의 외부에서 입출력되는 전류의 양 및 전압을 감지하는 등 전기와 관련된 파라미터를 감지하여 배터리를 보호하는 역할을 한다. 예컨데 과전류 또는 과전압이 감지되는 경우 보호 회로(110)는 배터리 팩(120) 내부의 배터리 셀로 인가되는 전원을 차단하여 온도 상승 및 폭발을 방지한다.
그러나 이러한 종래의 배터리 셀 보호장치는 배터리 팩(120) 내부에 구비된 배터리 셀의 온도와 관련된 파라미터를 감지하지 못하고 전기와 관련된 파라미터만 감지할 수 있기 때문에, 배터리 팩(120) 내부로 이물질이 침투하거나 배터리 팩(120)에 물리적인 충격이 가해지는 경우 배터리에 큰 손상이 가거나 폭발의 위험성이 높아지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 배터리 내부에 구비된 바이메탈을 이용한 배터리 셀 보호장치를 구비하여 전기적인 원인, 물리적인 충격이나 이물질의 침투에도 불구하고 배터리 셀의 온도 상승을 저지하여 배터리 셀 수명을 증가시키고 배터리 셀의 폭발 위험을 감소시키는 배터리 셀 보호장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 목적에 의하면, 본체 내부에 보호 회로를 구비한 이동통신 단말기, 노트북, PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 카메라 및 디지털 캠코더를 포함한 전자기기에 장착되어 본체에 전원을 공급하며 충전 및 방전이 가능한 배터리 팩에 있어서, 배터리 팩 내부에 구비된 배터리 셀의 일면에 배터리 셀의 온도의 변화에 따라 동작하는 바이메탈(Bimetal)의 일단부를 부착하고 바이메탈의 타단부는 배터리 셀의 일면 밖으로 돌 출되도록 구비하며 바이메탈의 타단부의 하부에 바이메탈이 온도 상승으로 인해 굴절되었을 때 접촉 가능하도록 접촉부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치를 구비한 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명의 제 2 목적에 의하면, 본체 내부에 보호 회로를 구비한 전자기기에 장착되어 본체에 전원을 공급하는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀을 보호하는 방법에 있어서, 보호 회로를 이용하여 배터리 팩이 본체에 연결되었는지 여부를 감지하는 단계; 보호 회로를 이용하여 배터리 셀로부터 과전압, 과전류 및 쇼트를 포함하는 전기적인 이상 신호가 검출되는지 판단하는 단계; 전기적인 이상 신호가 검출되지 않는 경우 보호 회로에 연결된 바이메탈이 접촉부와 접촉하는지 판단하는 단계; 및 바이메탈이 접촉부와 접촉되었다고 판단하면 배터리 셀의 충전 또는 방전을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치 작동 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 제 3 목적에 의하면, CPU(Central Processing Unit), PCB(Printed Circuit Board), 버튼부 및 액정부를 포함하며 전반적인 작동을 수행하는 본체; 본체에 전원을 공급하며 충전 및 방전이 가능한 배터리 팩; 및 배터리 팩 내부의 배터리 셀을 보호하기 위한 본체의 PCB에 보호 회로를 포함하는 전자기기에 있어서, 배터리 셀의 일면에 배터리 셀의 온도의 변화에 따라 동작하는 바이메탈(Bimetal)의 일단부를 부착하고 바이메탈의 타단부는 배터리 셀의 일면 밖으로 돌출되도록 구비하며 바이메탈의 타단부의 하부에 바이메탈이 온도 상승으로 인해 굴절되었을 때 접촉 가능하도록 접촉부를 포함하며, 바이메탈의 일단부에 제 1 리 드선을 구비하며 접촉부의 바이메탈과 접촉되는 반대측에 제 2 리드선을 구비하여 배터리 팩의 외부 단자와 각각 연결되되, 외부 단자는 배터리 팩을 본체에 장착했을 때 본체에 구비된 보호 회로와 연결되어 배터리 셀을 보호하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치를 구비한 전자기기를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 셀 보호장치의 사시도인데, 배터리 셀 보호장치는 배터리 셀, 보호 회로, 바이메탈, 제 1 리드선 및 제 2 리드선을 포함하여 구성된다.
바이메탈(250)은 상이한 팽창계수를 갖는 두 개의 얇은 띠 형상의 금속판을 적층한 후 접합한 것이다. 온도의 변화에 따라 구부러지는 성질을 이용하여, 온도 변화의 검출, 온도 조정 등의 목적으로 널리 사용되며, 재료는 팽창이 적은 쪽에는 니켈과 철의 합금, 팽창이 큰 쪽에는 구리·아연의 합금, 니켈·망간·철의 합금, 니켈·몰리브덴·철의 합금, 망간·니켈·구리의 합금 등이 사용된다. 저온일 때에는 수평이던 것이 고온이 되면 팽창이 적은 쪽으로 구부러지며, 따라서 저온에서는 바이메탈을 통해 전류가 흐르지만, 고온일 때는 접점이 떨어져 전류가 흐르지 않게 된다. 반대로 저온일 때 수평을 유지하되 접촉부(220)에서 떨어져 있도록 하고 고온일 때 구부러져서 접촉부(220)에 접점되어 신호를 입력하도록 구성할 수도 있다.
바이메탈(250)의 일단부는 배터리 셀(210)의 상면에 위치하도록 접합하고 타단부는 배터리 셀(210)의 상면을 벗어나 돌출되도록 구비하되, 바이메탈(250)의 상층부는 열 팽창 계수가 큰 금속재질이며 하층부는 열 팽창 계수가 작은 금속재질로 구성한다. 돌출된 바이메탈(250) 단부의 하부에는 바이메탈(250)이 열에 의해 구부러졌을 때 바이메탈(250)의 단부가 접촉될 수 있도록 접촉부(220)를 구비한다.
바이메탈(250)의 일단부에는 제 1 리드선(260)을 연결하고 바이메탈(250)과 접촉되는 접촉부(220)의 상면 반대측에는 제 2 리드선(270)을 연결하여 배터리 팩(120) 외부 단자와 연결되도록 구성한다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 셀 보호장치의 블록도이다.
배터리 팩(120) 내부에 구비된 배터리 셀(210) 상면에 바이메탈(250)을 구비하고, 바이메탈(250)의 단부와 접촉 가능한 접촉부(220)를 구비하고 각각 리드선을 연결하여 배터리 팩(120)의 외부 단자와 연결한 후 배터리 팩(120) 측 외부 단자와 전자기기 본체(100) 측 외부 단자와 연결되도록 구비하여 본체(100) 측 외부 단자는 본체(100) 내부에 구비된 보호 회로(110)와 연결되도록 한다. 보호 회로(110)는 바이메탈(250)의 단부와 접촉부(220)가 접촉하는지 감지함으로써 배터리 셀(210)을 보호하는 기능을 수행한다.
CPU(Central Processing Unit), PCB(Printed Circuit Board), 버튼부 및 액정부를 포함하며 전반적인 작동을 수행하는 본체(100)의 PCB에 구비된 보호 회로 (110)가 1 차적으로 배터리 셀(210)로 입력 또는 출력되는 전류 및 전압을 감지하고 이상이 없다고 판단하더라도 과전압, 과전류 또는 쇼트 등의 전기적인 요인 이외의 다른 요인에 의해 배터리 셀(210)의 온도가 상승하게 되면 배터리 셀(210) 상면에 구비된 바이메탈(250)이 2차적으로 감지하여 보호 회로에 이상 신호를 전달하여 배터리 셀(210)을 보호한다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 셀 보호장치의 작동 순서도이다.
이동통신 단말기를 포함한 전자기기를 사용하기 위해 전자기기에 배터리 팩을 장착하면 전자기기의 본체 내부에 구비된 보호 회로는 배터리 팩 연결을 감지한다(S400).
전자기기의 배터리 팩(120) 내부에 구비된 배터리 셀(210)에 과전류, 과전압 또는 쇼트 등의 전기적인 영향을 끼치면 본체(100) 내부에 구비된 보호 회로(110)는 배터리 셀(210)로부터 이상 신호가 검출되는지 판단한다(S410). 이상 신호가 검출되지 않더라도 외부의 충격을 받거나 또는 이물질 등이 삽입되면 배터리 셀(210)의 온도가 상승하게 된다. 배터리 셀(210)의 온도가 상승하면 두 개의 다른 재질로 형성된 바이메탈(250)이 구부러지며, 소정의 온도에 다다르면 바이메탈(250)이 접촉부(220)와 접촉하여 바이메탈(250) 및 접촉부(220)와 연결된 보호 회로(110)는 바이메탈(250)과 접촉부(220)의 접촉을 감지한다(S420).
바이메탈(250)과 접촉부(220)가 접촉하게 되면 보호 회로(110)로 충전 또는 방전의 차단을 요청하는 차단 제어신호를 송신하고 보호 회로(110)는 접촉을 감지한 후 배터리 셀(210)의 충전 또는 방전을 차단하여 배터리 셀(210)의 온도 상승을 억제한다(S430). 배터리 셀의 충전 또는 방전을 차단하면 배터리 셀(210)의 온도가 소정의 온도 이하로 하강하게 된다. 보호 회로(110)는 바이메탈(250)이 접촉부(220)와 이격되는지 판단한다(S440). 보호 회로(110)는 바이메탈(250)과 접촉부(220)가 이격되었다고 판단하면 배터리 셀(210)의 충전 또는 방전 차단을 해제하고(S450), 이격되지 않았다고 판단하면 충전 또는 방전 차단 상태를 유지한다(S430).
S410 단계에서 보호 회로가 배터리 이상 신호를 검출하면 충전 또는 방전을 차단한다(S460). 차단 후 배터리 이상 신호 검출 여부를 판단한다(S470). 이상 신호 검출 여부를 판단하여 검출되지 않는 경우 충전 또는 방전 차단을 해제하고(S450), 검출되는 경우 충전 또는 방전 차단상태를 유지한다(S460).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 배터리 팩 외부 단자의 쇼트, 과전압 및 과전류의 입력, 과충전 또는 과방전 등의 전기적인 요인 및 전기적인 요 인 및 배터리 팩이 충격을 받거나 배터리 팩 내부에 이물질이 침투하는 등의 비전기적인 요인에 의해 배터리 셀의 온도가 상승하게 되면 배터리 팩 내부의 배터리 셀에 장착된 바이메탈이 작동하여 접촉부와 접촉하게 되고, 보호 회로는 배터리 셀에 공급하는 전류와 전압을 재감지하여 보호 회로가 1차적으로 감지하지 못하더라도 바이메탈을 통해 2차적으로 재감지함으로써 배터리 셀의 온도 상승을 저지하여 배터리 셀 수명을 증가시키고 배터리 셀의 폭발 위험을 감소시켜 휴대성이 높은 이동통신 단말기, 디지털 카메라 등의 전자기기를 안전하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 본체 내부에 보호 회로를 구비한 이동통신 단말기, 노트북, PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 카메라 및 디지털 캠코더를 포함한 전자기기에 장착되어 상기 본체에 전원을 공급하며 충전 및 방전이 가능한 배터리 팩에 있어서,
    상기 배터리 팩 내부에 구비된 배터리 셀의 일면에 상기 배터리 셀의 온도의 변화에 따라 동작하는 바이메탈(Bimetal)의 일단부를 부착하고 상기 바이메탈의 타단부는 상기 배터리 셀의 일면 밖으로 돌출되도록 구비하며 상기 바이메탈의 상기 타단부의 하부에 상기 바이메탈이 온도 상승으로 인해 굴절되었을 때 접촉 가능하도록 접촉부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치를 구비한 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이메탈의 상기 일단부에 제 1 리드선을 구비하며 상기 접촉부의 상기 바이메탈과 접촉되는 반대측에 제 2 리드선을 구비하여 상기 배터리 팩의 외부 단자와 각각 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치를 구비한 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 단자는 상기 배터리 팩을 상기 본체에 장착했을 때 상기 본체에 구비된 상기 보호 회로와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치를 구비한 배터 리 팩.
  4. 본체 내부에 보호 회로를 구비한 전자기기에 장착되어 상기 본체에 전원을 공급하는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀을 보호하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 보호 회로를 이용하여 상기 배터리 팩이 상기 본체에 연결되었는지 여부를 감지하는 단계;
    (b) 상기 보호 회로를 이용하여 배터리 셀로부터 과전압, 과전류 및 쇼트를 포함하는 전기적인 이상 신호가 검출되는지 판단하는 단계;
    (c) 상기 단계 (b)의 판단 결과, 상기 전기적인 이상 신호가 검출되지 않는 경우 상기 보호 회로에 연결된 바이메탈이 접촉부와 접촉하는지 판단하는 단계; 및
    (d) 상기 단계 (c)에서 상기 바이메탈이 상기 접촉부와 접촉되었다고 판단하면 상기 배터리 셀의 충전 또는 방전을 차단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치 작동 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 단계 (d) 이후에
    (e) 상기 바이메탈과 상기 접촉부가 이격되었는지 판단하는 단계; 및
    (f) 상기 단계 (e)의 판단 결과 상기 바이메탈과 상기 접촉부가 이격되었다고 판단한 경우 상기 충전 또는 방전의 차단을 해제하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치 작동 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단계 (f) 이후에,
    (g) 상기 단계 (e)의 판단결과 상기 바이메탈과 상기 접촉부가 접촉되어 있다고 판단한 경우 상기 충전 또는 방전 차단 상태를 유지하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치 작동 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 단계 (d) 이후에,
    (h) 상기 단계 (c)의 확인 결과, 상기 바이메탈과 상기 접촉부가 접촉되지 않은 경우, 상기 단계 (a)로 다시 진행하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치 작동 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 단계 (d)에서,
    상기 바이메탈은 상기 접촉부와 접촉되면, 상기 보호 회로로 상기 충전 또는 방전의 차단을 요청하는 차단 제어신호를 송신하되, 상기 보호회로는 상기 차단 제어신호를 수신하면 상기 충전 또는 방전을 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치 작동 방법.
  9. CPU(Central Processing Unit), PCB(Printed Circuit Board), 버튼부 및 액정부를 포함하며 전반적인 작동을 수행하는 본체; 상기 본체에 전원을 공급하며 충전 및 방전이 가능한 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩 내부의 배터리 셀을 보호하기 위한 상기 본체의 상기 PCB에 보호 회로를 포함하는 전자기기에 있어서,
    상기 배터리 셀의 일면에 상기 배터리 셀의 온도의 변화에 따라 동작하는 바이메탈(Bimetal)의 일단부를 부착하고 상기 바이메탈의 타단부는 상기 배터리 셀의 일면 밖으로 돌출되도록 구비하며 상기 바이메탈의 상기 타단부의 하부에 상기 바이메탈이 온도 상승으로 인해 굴절되었을 때 접촉 가능하도록 접촉부를 포함하며, 상기 바이메탈의 상기 일단부에 제 1 리드선을 구비하고 상기 접촉부의 상기 바이메탈과 접촉되는 반대측에 제 2 리드선을 구비하여 상기 배터리 팩의 외부 단자와 각각 연결되되, 상기 외부 단자는 상기 배터리 팩을 상기 본체에 장착했을 때 상기 본체에 구비된 상기 보호 회로와 연결되어 상기 배터리 셀을 보호하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 보호장치를 구비한 전자기기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101496658B1 (ko) * 2012-07-13 2015-03-02 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 중대형 전지모듈
WO2023080479A1 (ko) * 2021-11-02 2023-05-11 주식회사 엘지에너지솔루션 과충전 방지가 가능한 이차전지 및 이의 충전방법

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