KR20100133560A - Pcm with novel structure and battery pack including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 신규한 구조의 보호회로 모듈 및 이를 포함하고 있는 전지 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 과충전, 과방전, 충전 과전류 및 방전 과전류로부터 이차전지를 보호하는 보호회로모듈로서, 보호 집적회로, 충전 제어용 FET 소자, 방전 제어용 FET 소자, 및 부특성 써미스터를 포함하고 있고, 상기 보호 집적회로는 전류를 정밀하게 센싱하는 감도 저항소자; 열을 센싱하여 전기적 신호로 변환하는 열감지 센싱소자; 및 보호 집적회로에 전원을 공급하기 위한 입력 저항(제 1 저항) 및 보호 집적회로의 내부 로직을 보호하기 위한 전류 제한 저항(제 2 저항)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하고 있는 보호회로 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a protection circuit module having a novel structure and a battery pack including the same, and more particularly, a protection integrated circuit module that protects a secondary battery from overcharge, overdischarge, charge overcurrent and discharge overcurrent. And a charge control FET device, a discharge control FET device, and a negative characteristic thermistor, wherein the protection integrated circuit includes a sensitivity resistor device for accurately sensing current; A heat sensing element for sensing heat and converting the heat into an electrical signal; And at least one selected from the group consisting of an input resistor (first resistor) for supplying power to the protection integrated circuit and a current limiting resistor (second resistor) for protecting the internal logic of the protection integrated circuit. It relates to a circuit module and a battery pack including the same.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on secondary batteries that can meet various needs have been conducted.
대표적으로 전지의 재료면에서 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이차전지에 대한 수요가 높고, 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있고 높은 집적도로 적층되어 제조되는 전지모듈의 전지로도 사용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높다. Representatively, there is a high demand for lithium secondary batteries with high energy density, discharge voltage, and output stability in terms of battery material, and in the form of a thin film, they can be applied to products such as mobile phones and are stacked with high integration. There is a high demand for square cells and pouch cells that can also be used as batteries.
그러나, 리튬 이차전지는 상기와 같은 장점을 가지는 반면에, 안전성이 낮다는 근본적인 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 전지가 과충전되는 경우에는 전극에서의 전해액 분해반응이 촉진되어 가연성 가스가 발생하고, 내부 단락 등과 같은 다양한 의해 야기된 과전류는 전지의 온도를 상승시켜 전지 구성요소의 분해반응을 유발한다. 이러한 과충전, 과전류 등으로 인해 전지는 발화하기 쉽고 경우에 따라서는 폭발할 가능성도 있다. 또한, 과전류가 아니더라도 기타의 원인에 의한 온도 상승은 상기와 같은 문제점을 유발한다. 따라서, 리튬 이차전지에는 이러한 문제점을 해결하기 위한 다양한 안전소자들이 내장되어 있다. However, while lithium secondary batteries have the above advantages, they have a fundamental problem of low safety. For example, when the battery is overcharged, the electrolyte decomposition reaction at the electrode is promoted to generate a flammable gas, and the overcurrent caused by various internal short circuits increases the temperature of the battery, causing decomposition of the battery components. . Due to such overcharge and overcurrent, the battery is easy to ignite, and in some cases, may explode. In addition, even if it is not an overcurrent, the temperature rise due to other causes causes the above problems. Therefore, the lithium secondary battery has a variety of safety devices are built in to solve this problem.
이러한 안전소자의 대표적인 예로는, PTC, 퓨즈, 바이메탈 등을 들 수 있다. 그 중, PTC는 과전류 등에 의한 온도 상승시 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 안전소자이고, 퓨즈는 역시 과전류 등에 의한 온도 상승시 절단되어 전류를 차단하는 안전소자이다. 또한, 바이메탈은 온도 상승시 열팽창률의 차이에 의해 전기적 연결을 차단하는 안전소자이다. Representative examples of such safety devices include PTC, fuses, bimetals, and the like. Among them, PTC is a safety device that cuts off the current due to a large increase in resistance due to an overcurrent or the like, and a fuse is a safety device that cuts off when the temperature rises due to an overcurrent or the like and cuts off the current. In addition, bimetal is a safety device that blocks an electrical connection due to a difference in thermal expansion rate when a temperature rises.
이러한 안전소자들은 모두 과전류에 의한 문제점을 해결하는 효과는 있지만, 과충전, 과방전 등과 같은 과전압에 의한 문제점을 해결하지는 못한다. 전지의 과 방전은 안전성 문제를 초래하지는 않지만, 음극 재료의 붕괴를 유발하여 전지의 성능을 크게 저하시키는 원인으로 작용한다. 따라서, 전지의 과전압을 해소하기 위하여 일반적으로는 보호회로 모듈(PCM)이 이차전지에 추가로 장착된다. All of these safety devices are effective in solving problems caused by overcurrent, but do not solve problems caused by overvoltage such as overcharge and overdischarge. The over-discharge of the battery does not cause safety problems, but causes the collapse of the negative electrode material, thereby causing a significant decrease in the performance of the battery. Therefore, in order to eliminate the overvoltage of the battery, a protection circuit module (PCM) is generally additionally installed in the secondary battery.
도 1에는 종래기술에 따라 이차전지에 PCM이 장착되는 구조의 하나의 예시적인 전지 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.1 is an exploded perspective view of one exemplary battery pack having a structure in which a PCM is mounted on a secondary battery according to the related art.
도 1을 참조하면, 전지 팩(100)은 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극조립체(도시하지 않음)가 전해질과 함께 내장되어 있는 이차전지(전지셀: 110)의 상단에, PTC 블록(201)과 PCM 기판(202)이 니켈 플레이트(120, 122, 124, 126)에 의해 전기적으로 연결되어 탑재되며, 그 상부에 전지절연성 소재의 탑 캡(300)이 장착되는 구조로 이루어져 있다. 전지 팩(100)의 조립이 완료된 상태에서, PCM 기판(202)의 상단에 형성되어 있는 외부 입출력 단자들(204, 206)은 탑 캡(300)의 개구들(304, 306)을 통해 외부로 노출된다. 따라서, 이차전지(110)는 PTC 블록(201)과 PCM 기판(202)을 경유하여 그것의 전류가 통전되게 되므로, 이들 안전소자들(201, 202)에 의해 과전류 및 과전압이 제어된다. Referring to FIG. 1, the
도 2에는 전지 팩에서의 PCM의 구조를 보여주는 회로도가 예시적으로 도시되어 있다. 2 is an exemplary circuit diagram showing the structure of a PCM in a battery pack.
도 2를 참조하면, PCM(200)은 보호 집적회로(210)와 FET 소자들(220, 230)과 같은 능동소자들로 이루어져 있고, NTC 써미스터(240)를 포함하고 있다. Referring to FIG. 2, the PCM 200 includes active devices such as the protection integrated
이차전지(110)의 음극 쪽에는 PTC 소자(260)가 연결되어 있고, 양 단부에 외부 입출력 전극 단자들(V+, V-)이 연결되어 있다. The
이들의 작동을 설명하면, 이차전지(110)의 전압이 과충전 방지 전압에 도달하면, 보호 집적회로(210)는 충전 제어용 FET 소자(230)를 오프 상태로 전환시켜 전류를 차단한다. 반대로, 이차전지(110)의 전압이 과방전 방지 전압에 도달하면, 보호 집적회로(210)는 방전 제어용 FET 소자(220)를 오프 상태로 전환시켜 전류를 차단한다. 상기 검출전압이 과충전 방지 전압 이하로 떨어지거나 과방전 방지 전압 이상으로 올라가면, 보호 집적회로(210)는 충전 제어용 FET 소자(230) 또는 방전 제어용 FET 소자(220)를 온 상태로의 재전환에 의해 통전시킨다. 과전류의 경우에, 보호 집적회로(210)는 방전 제어용 FET 소자(220)를 오프 상태로 전환시켜 전류를 차단한다. 또한, 전류가 소정값 이상으로 증가하여 온도가 상승하는 경우에는 PTC 소자(260)에 의해 차단됨으로써 안전성을 보장하게 된다.Referring to these operations, when the voltage of the
그러나, 이러한 PCM의 구성은 하기와 같은 문제점이 있다.However, the configuration of such a PCM has the following problems.
첫째, 보호 집적회로(210)에서 전류를 검출하는 방식은 충전 제어용 FET 소자(230)와 방전 제어용 FET 소자(220) 양 단의 온 저항(Rdson) 값에 걸리는 전압의 차이 값으로 센싱하는 방식이다. 그러나, 이러한 전류 센싱 방식은 전류 센싱 기술인 감도저항 소자(sense resistor)를 사용하여 전압에 의한 전류 값을 검출하는 방식과 비교하여 검출력이 많이 저하되는 문제점이 있다.First, a method of detecting a current in the protection integrated
둘째, 고온에 대해 전지 팩을 보호하기 위해 PTC 소자(260) 또는 NTC 써미스터(240)를 사용하여 열에 대한 정보를 휴대폰 장치에서 인식하여 충전을 막는 방식이 사용된다. 그러나, 이러한 고온 검출 방식은 온도를 정밀하게 감지 하지 못하는 문제점이 있다.Second, in order to protect the battery pack against high temperature, a method of using the
셋째, 현재의 전지 팩에 사용되는 보호 집적회로의 경우, 보호 집적회로에 전원을 공급하기 위한 입력 저항 및 보호 집적회로의 내부 로직을 보호하기 위한 전류 제한 저항을 사용한다. 그러나, 이러한 저항들은 PCM의 부품 수를 증가시키므로 전체적으로 PCM의 부피가 커지는 문제점이 있다.Third, the protection integrated circuits used in current battery packs use an input resistor for supplying power to the protection integrated circuit and a current limiting resistor for protecting the internal logic of the protection integrated circuit. However, these resistors increase the number of parts of the PCM, so that the overall volume of the PCM is problematic.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 감도 저항소자, 열감지 센싱 소자, 또는 입력 저항 및 전류 제한 저항을 보호 집적회로에 하나의 패키지로 구성함으로써 전류 값과 고온에 대한 검출을 보다 정밀하게 하고 부품 수를 최소화시키는 보호회로 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 기술이 매우 필요한 실정이다.Therefore, in order to solve the above problems, the sensitivity resistor element, the thermal sensing element, or the input resistor and the current limiting resistor are configured in the protection integrated circuit in one package to more accurately detect the current value and the high temperature and There is a great need for a technology related to a protection circuit module and a battery pack including the same.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험들을 거듭한 끝에, 감도 저항소자, 열감지 센싱 소자, 또는 입력 저항 및 전류 제한 저항을 보호 집적회로에 하나의 패키지로 구성함으로써 전류 값과 고온에 대한 검출을 보다 정밀하게 하고 부품 수를 최소화할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다. After in-depth research and various experiments, the inventors have developed a sensitivity package, a thermal sensing element, or an input resistor and a current limiting resistor in a single package in a protection integrated circuit to detect current value and high temperature. It has been found that the precision and the number of parts can be minimized and the present invention has been completed.
따라서, 본 발명에 따른 보호회로 모듈은, 과충전, 과방전, 충전 과전류 및 방전 과전류로부터 이차전지를 보호하는 보호회로모듈로서, 과충전 검출 회로, 과방전 검출 회로, 충전 과전류 검출 회로, 방전 과전류 검출 회로를 집적하고 있는 보호 집적회로(Protection IC); 상기 과충전 검출 회로에 의해 과충전이 검출되는 경우 또는 상기 충전 과전류 검출 회로에 의해 충전 과전류가 검출되는 경우에 오프(OFF)되는 충전 제어용 FET 소자; 상기 과방전 검출 회로에 의해 과방전이 검출되는 경우 또는 상기 방전 과전류 검출 회로에 의해 방전 과전류가 검출되는 경우에 오프되는 방전 제어용 FET 소자; 및 온도 변화에 따라 저항값이 변하는 부특성 써미스터(NTC Thermisor)를 포함하고 있고, 상기 보호 집적회로는 전류를 정밀하게 센싱하는 감도 저항소자(Sense Resistor); 열을 센싱하여 전기적 신호로 변환하는 열감지 센싱소자(Thermal Sense); 및 보호 집적회로에 전원을 공급하기 위한 입력 저항(제 1 저항) 및 보호 집적회로의 내부 로직을 보호하기 위한 전류 제한 저항(제 2 저항)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하고 있는 것으로 구성되어 있다.Accordingly, the protection circuit module according to the present invention is a protection circuit module that protects the secondary battery from overcharge, overdischarge, charge overcurrent and discharge overcurrent, and includes an overcharge detection circuit, an overdischarge detection circuit, a charge overcurrent detection circuit, and a discharge overcurrent detection circuit. A protection integrated circuit (IC) integrated therein; A charge control FET element that is turned off when overcharge is detected by the overcharge detection circuit or when charge overcurrent is detected by the charge overcurrent detection circuit; A discharge control FET element which is turned off when over discharge is detected by the over discharge detection circuit or when discharge over current is detected by the discharge over current detection circuit; And a negative characteristic thermistor (NTC Thermisor) whose resistance value changes with temperature change, wherein the protection integrated circuit includes a sensitivity resistor that senses current accurately; A thermal sensing element for sensing heat and converting it into an electrical signal; And an input resistor (first resistor) for supplying power to the protection integrated circuit and a current limiting resistor (second resistor) for protecting the internal logic of the protection integrated circuit. Consists of.
따라서, 본 발명의 보호회로 모듈에서 보호 집적회로가 전류를 정밀하게 센싱하는 감도 저항소자(Sense Resistor)를 포함하는 경우, 과전류를 보다 정밀한 단위까지 검출할 수 있다.Therefore, in the protection circuit module of the present invention, when the protection integrated circuit includes a sense resistor that senses current accurately, overcurrent can be detected to a more precise unit.
또한, 보호 집적회로가 열을 센싱하여 전기적 신호로 변환하는 열감지 센싱소자(Thermal Sense)를 포함하는 경우, 고온에 대한 검출력을 보다 향상시킬 수 있다.In addition, when the protection integrated circuit includes a thermal sensing element that senses heat and converts it into an electrical signal, the detection force against high temperature may be further improved.
더욱이, 보호 집적회로가 전원을 공급하기 위한 입력 저항(제 1 저항) 및 보 호 집적회로의 내부 로직을 보호하기 위한 전류 제한 저항(제 2 저항)을 포함하는 경우, PCM에 포함되는 부품의 수를 2개 이상 절감할 수 있다.Moreover, if the protection integrated circuit includes an input resistor (first resistor) for supplying power and a current limiting resistor (second resistor) for protecting the internal logic of the protection integrated circuit, the number of components included in the PCM. You can save more than two.
이러한 감도 저항소자, 열감지 센싱소자, 입력 저항(제 1 저항), 전류 제한 저항(제 2 저항) 등은 보호 집적회로에 하나 이상이 포함될 수 있으며, 이러한 구조는 전지팩 분야에서 PCM의 구성시 종래에 개시되지 않은 신규한 구조이다.One or more of these sensitivity resistors, thermal sensing elements, input resistors (first resistors), current limiting resistors (second resistors), and the like may be included in the protection integrated circuit. It is a novel structure not disclosed in the prior art.
상기 감도 저항소자는 수백 mA 단위까지의 과전류를 검출할 수 있으며, 구체적으로는 -200 mA 내지 +200 mA 범위까지 과전류를 검출할 수 있다.The sensitivity resistive element may detect an overcurrent up to several hundred mA, and specifically, may detect an overcurrent in a range of -200 mA to +200 mA.
따라서, 이러한 감도 저항소자를 포함하고 있는 보호회로 모듈은 종래의 -1 A 내지 +1 A 범위의 검출력을 수백 mA 단위까지 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.Therefore, the protective circuit module including such a sensitivity resistor element is preferable because it can improve the detection force in the conventional -1 A to +1 A range up to several hundred mA units.
상기 열감지 센싱 소자는 소정 온도에서 충전 제어용 FET 소자와 방전 제어용 FET 소자를 차단하는 기능을 수행하며, 구체적인 예로서 상기 소정 온도는 섭씨 80 내지 90도일 수 있다.The heat sensing device performs a function of blocking the charge control FET device and the discharge control FET device at a predetermined temperature. As a specific example, the predetermined temperature may be 80 to 90 degrees Celsius.
따라서, 이러한 열감지 센싱 소자를 포함하고 있는 보호회로 모듈은 고온에 대한 검출력을 확보하면서도 보호회로 모듈의 부피를 증가시키지 않는 장점이 있다.Therefore, the protection circuit module including the heat sensing sensing element has an advantage of not increasing the volume of the protection circuit module while ensuring the detection force against high temperature.
한편, 상기 감도 저항 소자, 열감지 소자, 제 1 저항, 제 2 저항 등을 보호회로 모듈에 포함시키는 방식은 각각의 소자들을 보호회로 기판에 탑재하거나 보호 집적회로에 하나의 패키지로 집적시킬 수 있으며, 후자의 경우 보호회로 모듈의 전체 부피를 증가시키지 않으므로 바람직하다. Meanwhile, the method of including the sensitivity resistor element, the thermal sensing element, the first resistor, and the second resistor in the protection circuit module may be mounted on the protection circuit board or integrated in a package in the protection integrated circuit. In the latter case, it is preferable to increase the total volume of the protection circuit module.
하나의 예로서, 상기 감도 저항 소자는 하나의 패키지로 보호 집적회로에 집 적되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 이 경우 소망하는 전류 검출 능력을 정밀하게 확보하면서도 보호회로 모듈의 부피를 증가시키지 않으므로 바람직하다.As one example, the sensitivity resistive element may be configured to be integrated into a protection integrated circuit in one package, and in this case, it is desirable to precisely secure a desired current detection capability while not increasing the volume of the protection circuit module. Do.
또 다른 예로서, 상기 열감지 센싱소자는 하나의 패키지로 보호 집적회로에 집적되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 이 경우 소망하는 고온에 대한 검출력을 용이하게 확보하면서도 보호회로 모듈의 부피를 증가시키지 않으므로 바람직하다.As another example, the heat sensing sensing element may be configured to be integrated into a protection integrated circuit in one package. In this case, since the sensing force for a desired high temperature is easily secured, the volume of the protection circuit module is not increased. desirable.
경우에 따라서는, 상기 제 1 저항 및 제 2 저항은 하나의 패키지로 보호 집적회로에 집적되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 이 경우 보호 회로 모듈의 부품 수를 2개 절감할 수 있으므로 설계 최적화에 큰 효과가 있다. In some cases, the first resistor and the second resistor may be integrated into the protection integrated circuit in a single package, and in this case, two parts of the protection circuit module may be reduced, thus greatly improving design optimization. It works.
본 발명에 따른 이차전지는 안전성 확보가 요구되는 충방전 전지라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 그 중에서도 리튬 이차전지에 바람직하게 사용될 수 있다. 리튬 이차전지는 전지 구성요소의 종류에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 리튬이온의 가역적인 흡장 및 탈리에 의해 충방전이 이루어지는 전지라면 어느 것이라도 무관하다.The secondary battery according to the present invention is not particularly limited as long as it is a charge / discharge battery requiring safety, and may be preferably used for a lithium secondary battery. Lithium secondary batteries may be classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, and lithium polymer batteries according to the type of battery components. Any lithium secondary battery may be a battery that is charged and discharged by reversible occlusion and desorption of lithium ions. .
본 발명은 또한, 보호회로모듈, 전원을 공급하기 위한 이차전지, 및 소정 온도에서 저항이 급격히 증가하는 PTC 소자를 포함하고 있는 전지 팩을 제공한다.The present invention also provides a battery pack including a protection circuit module, a secondary battery for supplying power, and a PTC element whose resistance increases rapidly at a predetermined temperature.
이 경우, 상기 전지 팩은 휴대폰, 노트북 컴퓨터 등 다양한 전자기기의 전원으로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 휴대폰의 전원으로 사용될 수 있다. In this case, the battery pack may be used as a power source for various electronic devices such as a mobile phone and a notebook computer. Preferably, the battery pack may be used as a power source for a mobile phone.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the content of the present invention will be described with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 3 내지 도 5에는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전지 팩의 회로도들이 예시적으로 도시되어 있다.3 through 5 illustrate circuit diagrams of a battery pack according to various embodiments of the present disclosure.
먼저 도 3을 참조하면, 전지 팩(102)은 전원을 공급하기 위한 이차전지(110), 이차전지(110)의 양극 및 외부 양극 입출력 단자와 연결되어 있는 보호회로 모듈(202), 및 소정 온도에서 저항이 급격히 증가하고 이차전지의 음극과 연결되어 있는 PTC 소자(260)로 구성되어 있다. First, referring to FIG. 3, the
보호회로 모듈(202)은 보호 집적회로(212), 이차전지(110)의 외부 음극 입출력 단자(V-) 및 보호 집적회로(212)와 연결되어 있는 충전 제어용 FET 소자(230), PTC 소자(260) 및 보호 집적회로(212)와 연결되어 있는 방전 제어용 FET 소자(220), 및 온도 변화에 따라 저항값이 극단적으로 변하는 부특성 써미스터(240)로 구성되어 있다.The
보호 집적회로(212)는 과충전 검출 회로, 과방전 검출 회로, 충전 과전류 검출 회로, 방전 과전류 검출 회로, 및 전류를 정밀하게 센싱하는 감도 저항소자를 하나의 패키지로 집적하고 있다. 즉, 보호 집적회로(212)는 감도 저항소자를 포함하고 있으므로 전류를 -200 mA 내지 +200 mA 단위까지 정밀하게 검출하게 된다.The protection integrated
또한, 충전 제어용 FET 소자(230)는 보호집적 회로(212)의 과충전 검출 회로에 의해 과충전이 검출되는 경우 또는 보호집적 회로(212)의 충전 과전류 검출 회로에 의해 충전 과전류가 검출되는 경우에 오프(OFF) 된다. 방전 제어용 FET 소 자(220)는 보호집적 회로(212)의 과방전 검출 회로에 의해 과방전이 검출되는 경우 또는 보호집적 회로(212)의 방전 과전류 검출 회로에 의해 방전 과전류가 검출되는 경우에 오프 된다. Further, the charge
이차전지(110)는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 리튬 전해질에 함침된 상태로 전지케이스 내부에 밀봉되어 있는 충방전이 가능한 전지셀이다. 이러한 전극조립체는 양면에 활물질이 도포되어 있는 긴 시트형의 양극과 음극을 분리막을 개재시킨 상태에서 둥글게 권취한 젤리-롤 구조(권취형)와, 활물질이 양면에 도포된 소정 크기의 양극과 음극 다수 개를 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 구조가 일반적이다. The
이차전지(110)로는, 전지의 형태에 따라 금속 캔의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 원통형 및 각형과, 알루미늄 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀들이 모두 사용될 수 있다. 이차전지(110)는 둘 이상의 전지셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 구조일 수 있다.As the
PTC 소자(260)는 열에 의해 저항값이 비직선적으로 증가하는 성질을 가진 고분자 복합체로서, 일반적으로 고분자 매트릭스에 카본 분말이 분산되어 있는 구조로 이루어져 있다. PTC 소자(260)는 이차전지(110)의 음극에 연결되어 외부 입출력 음극 단자(V-)에 접속되어 있다. 따라서, 전지 팩(102)의 방전 과정에서 이차전지(110)로부터 과전류가 흐르면 회로의 전반적인 온도가 상승하게 되고, 이때, PTC 소자(260)의 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하게 된다. 다시 온도가 적정 한 수준으로 저하되면, PTC 소자(260)의 저항값도 낮아져서 재차 통전이 이루어진다.The
다음으로, 도 4를 참조하면, 감도 저항소자(250)가 보호 집적회로(210)와 외부 음극 입출력 단자(V-)의 사이에 전기적으로 연결된 것을 제외하고는 도 3의 설명과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Next, referring to FIG. 4, the description is the same as that of FIG. 3 except that the
도 3 및 도 4를 비교하면, 감도 저항소자(250)는 도 3의 구조와 같이 보호 집적회로(212)에 하나의 패키지로 집적되어 칩의 형태를 가지거나, 도 4의 구조와 같이 보호회로 모듈 내부의 회로에서 보호 집적회로(210)와 외부 음극 입출력 단자(V-)의 사이에 위치한 구조로 이루어질 수 있다. 3 and 4, the sensitivity
도 5를 참조하면, 열감지 센싱 소자가 보호 집적회로(214)에 하나의 패키지로 집적되어 있어서, 섭씨 80 내지 90도의 온도에서 충전 제어용 FET 소자(230)와 방전 제어용 FET 소자(220)를 차단하는 기능을 수행한다.Referring to FIG. 5, the heat sensing sensing element is integrated in a single package in the protection integrated
도 6에는 종래의 전지 팩에서 PCM이 포함되어 있는 구조의 또 다른 예시적인 회로도가 모식적으로 도시되어 있다.6 schematically shows another exemplary circuit diagram of a structure in which a PCM is included in a conventional battery pack.
도 6을 참조하면, 전지 팩(104)은 충방전이 가능한 이차전지(110)에, 수동소자로서의 캐패시터(270), 보호 집적회로(216), 및 충전 제어용 FET 소자(230) 및 방전 제어용 FET 소자(220)가 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다. 또한, 보호 집적회로(216)에 전원을 공급하기 위한 입력 저항인 제 1 저항(280) 및 보호 집적회로의 내부 로직을 보호하기 위한 전류 제한 저항인 제 2 저항(282)이 보호 집적회로(216)와 외부 입출력 전극단자들(V+, V-) 사이에 위치하고 있다.Referring to FIG. 6, the
캐패시터(270)는 0.1 μF의 용량을 가지면서 제 1 저항(280)과 인접한 위치에 있으며, 이차전지(110)에 대해 병렬 구조로 연결되어 있다.The
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩의 회로도가 모식적으로 도시되어 있다.7 is a circuit diagram of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
도 7을 도 6과 함께 참조하면, 제 1 저항(280)과 제 2 저항(282)이 보호집적회로(218)에 하나의 패키지로 집적되어 있어서, 보호회로 모듈의 부품 수를 6개에서 4개로 감소시키게 된다.Referring to FIG. 7 together with FIG. 6, the
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 보호회로 모듈은 감도 저항소자, 열감지 센싱 소자, 또는 입력 저항 및 전류 제한 저항을 보호 집적회로에 하나의 패키지로 구성함으로써 전류 값과 고온에 대한 검출을 보다 정밀하게 수행하고 부품 수를 최소화할 수 있다. 또한, 이차전지의 과전류 및 과전압을 정밀하게 제어하여 전지의 안전성을 담보할 수 있으므로, 저렴한 비용으로 이차전지 팩의 제조가 가능하다.As described above, the protection circuit module according to the present invention comprises a sensitivity resistor element, a heat sensing sensing element, or an input resistor and a current limiting resistor in one package in a protection integrated circuit to more accurately detect current values and high temperature. Performance and the number of parts can be minimized. In addition, since the overcurrent and the overvoltage of the secondary battery can be precisely controlled to ensure the safety of the battery, the secondary battery pack can be manufactured at low cost.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
도 1은 종래기술에 따라 이차전지에 PCM이 장착되는 구조의 하나의 예시적인 전지 팩의 분해 사시도이다;1 is an exploded perspective view of one exemplary battery pack with a structure in which a PCM is mounted to a secondary battery according to the prior art;
도 2는 종래의 전지 팩에서 PCM이 포함되어 있는 구조의 하나의 예시적인 회로도이다;2 is one exemplary circuit diagram of a structure in which a PCM is included in a conventional battery pack;
도 3 내지 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전지 팩의 회로도들이다;3 to 5 are circuit diagrams of a battery pack according to various embodiments of the present disclosure;
도 6은 종래의 전지 팩에서 PCM이 포함되어 있는 구조의 또 다른 예시적인 회로도이다;6 is another exemplary circuit diagram of a structure in which a PCM is included in a conventional battery pack;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩의 회로도이다.7 is a circuit diagram of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
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