KR20130091585A

KR20130091585A - 온도감응회로, 배터리 팩, 및 배터리 과열방지장치

Info

Publication number: KR20130091585A
Application number: KR1020120012978A
Authority: KR
Inventors: 김경섭; 이병순; 전장한
Original assignee: 주식회사 아이티엠반도체; 김경섭; 이병순; 전장한
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2013-08-19
Also published as: KR101452771B1

Abstract

온도가 상승할수록 더 높은 전압을 출력하는 제1 온도감지부, 온도가 상승할수록 더 낮은 전압을 출력하는 제2 온도감지부, 및 제1 온도감지부의 제1 출력전압과 제2 온도감지부의 제2 출력전압을 입력받아 전력차단신호를 출력하는 TR 집적회로를 포함하는 온도감응회로를 공개한다. 위의 전력차단신호는, 온도가 상승하여 제1 온도에 도달하면 차단전압 레벨로 전환되고, 온도가 하강하여 제1 온도보다 낮은 제2 온도에 도달하면 도통전압 레벨로 전환된다.

Description

온도감응회로, 배터리 팩, 및 배터리 과열방지장치{Temperature responding circuit, battery pack, and battery overheat protection device}

본 발명은 과열방지회로 및 이를 갖는 배터리 팩에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 배터리 팩에 과열방지회로를 구성하여 배터리 팩이 과열되는 것을 방지함으로써, 배터리 팩의 소손 또는 폭발의 위험을 차단 및 예방할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 배터리 팩은 핸드폰과 같은 휴대용 기기에서부터 전기 자동차까지 다양한 기기에 탑재되어 각 기기에 전류를 공급하여 각 기기가 작동되게 한다.

이러한 배터리 팩은 보통 리튬이온 등으로 이루어질 수 있다. 충전식 리튬 배터리는 에너지 밀도가 상당히 높고, 환경과 안전에 대한 위해(危害) 가능성이 낮으며, 관련 물질 및 제조비용이 비교적 적게 든다. 이러한 리튬 배터리는 배터리의 전극들 사이에 전압을 인가하여, 배터리의 캐소드에 있는 리튬 호스트로부터 리튬 이온 또는 전자를 방출시킴으로써 충전된다. 그리고 리튬 배터리는 충전된 전자를 방출시킴으로써 각 전자기기에 전류를 공급한다.

그러나 이러한 종래의 배터리 팩에는 전자기기에 전류를 공급할 때 내부 온도가 올라가 폭발의 위험이 높아지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함한 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 배터리의 과열을 방지하는 배터리 과열방지회로 및 이를 갖는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 온도감응회로는, 온도가 상승할수록 더 높은 전압을 출력하는 제1 온도감지부, 온도가 상승할수록 더 낮은 전압을 출력하는 제2 온도감지부, 및 위의 제1 온도감지부의 제1 출력전압과 위의 제2 온도감지부의 제2 출력전압을 입력받아 전력차단신호를 출력하는 TR 집적회로를 포함한다. 이때, 위의 전력차단신호는, 온도가 상승하여 제1 온도에 도달하면 차단전압 레벨로 전환되고, 온도가 하강하여 위의 제1 온도보다 낮은 제2 온도에 도달하면 도통전압 레벨로 전환된다.

본 발명의 다른 관점에 따른 배터리 팩은 상술한 온도감응회로, 및 배터리를 포함하며, 위의 온도는 위의 배터리의 온도이며, 위의 TR 집적회로의 전원연결단자는 위의 배터리의 제1 극에 연결되고, 위의 TR 집적회로에서 전력차단신호를 출력하는 단자와 위의 배터리의 제2 극 사이에 부하가 연결되도록 되어 있다.

본 발명의 다른 관점에 따른 배터리 과열방지장치는, 상술한 온도감응회로, 및 배터리로부터 출력되는 전력을 제공 및 차단하도록 되어 있는 스위치를 포함한다. 이때, 위의 스위치는 위의 전력차단신호에 의해 온-오프되도록 되어 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따른 배터리 팩은, 상술한 온도감응회로, 배터리, 및 위의 배터리로부터 출력되는 전력을 제공 및 차단하도록 되어 있는 스위치를 포함하며, 위의 스위치는 위의 전력차단신호에 의해 온-오프되도록 되어 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과열방지회로를 포함하는 시스템의 구성 예를 나타낸다.
도 1b는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 과열방지회로를 포함하는 시스템의 구성 예를 나타낸다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로의 동작원리를 설명하기 위한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a에 따른 회로의 배터리 과열방지회로의 주요 노드에서의 신호변화의 예를 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4h는 각각 도 2a의 노드(N1) 내지 노드(N8)에서의 전압을 시뮬레이션하여 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로를 포함하는 구성 예를 나타낸 것이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로를 포함하는 다른 구성 예를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 과열방지회로의 동작원리를 설명하기 위한 것이다.
도 7a 내지 도 7j은 도 6의 노드(N1) 내지 노드(N10)의 전압을 시뮬레이션하여 도시한 것이다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 과열방지회로를 포함하는 구성을 나타낸 것이다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 과열방지회로를 포함하는 다른 구성을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 배터리 충전시 배터리의 과열을 방지하는 회로를 포함하는 구성을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 직류전력 공급장치 또는 배터리가 부하에 전력을 공급하며, 배터리의 온도에 따라 배터리의 전류를 차단하는 회로 구성을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로의 제어부에 전원을 공급하는 회로의 구성 예를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과열방지회로를 포함하는 시스템의 구성 예를 나타낸다.

도 1a를 참조하면, 부하(load)(3)는 스마트 폰 등 사용자 기기에서 배터리모듈과 전력공급모듈을 제외한 나머지 부분을 의미할 수 있다. 부하(3)는 직류전력 공급장치(5) 또는 배터리(2)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 직류전력 공급장치(5)는 상시 AC 전원으로부터 DC 전력을 출력할 수 있다. 배터리(2)는 부하(3)가 AC 전원에 연결된 경우에는 충전되는 상태이고 AC 전원에서 분리된 경우에는 부하(3)의 동작을 위해 방전될 수 있다. 보호장치(protector)(4)는 과전류 또는 과전압이 발생한 경우에 이를 차단하는 구성을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로(TCO)(1)는 배터리(2)가 과열되는 경우 이를 감지하여 부하(3)에 공급되는 전력을 차단하도록 되어 있다.

도 1b는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 과열방지회로를 포함하는 시스템의 구성 예를 나타낸다.

도 1b를 참조하면, 배터리(2)와 부하(3) 사이에는 스위치(6)가 추가적으로 포함될 수 있으며, 과열방지회로(1)는 스위치(6)를 온/오프하도록 되어 있는 전력차단신호(102)를 제공할 수 있다. 이때, 과열방지회로(1)의 동작에 필요한 전력은 배터리(2) 또는 별개의 다른 전원으로부터 공급받을 수 있으며 배터리(2)의 온도를 나타내는 신호를 측정하는 회로를 포함할 수 있다.

도 1a 및 도 1b에서, 과열방지회로(1)는 배터리(2)로부터 부하(3)에 공급되는 전력을 차단하도록 되어 있으며, 이때에도 배터리(2)는 과열방지회로(1)의 동작을 위한 전력을 공급할 수 있다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로의 동작원리를 설명하기 위한 것이다.

도 2a를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로는 두 개의 P채널 TR(트랜지스터)(Q1, Q3)과 한 개의 N채널 TR(Q2)을 포함하여 구성될 수 있다. 전원(V1)은 TR들에게 동작 전원을 공급할 수 있으며 상술한 배터리(2)로부터 제공되거나 또는 별도의 전원장치로부터 공급될 수 있다.

도 2b의 (i)은 제1 입력신호(V5)를 제공하는 제1 온도감지부(10)를 나타낸다. 온도가 올라갈수록 저항값이 상승하는 소자인 PTC1은 배터리(2)에 인접 배치되거나 부착되어 배터리(2)의 온도의 영향을 받을 수 있다. PTC1과 저항(R11) 사이의 노드로부터 출력되는 제1 입력신호(V5)는 배터리(2)의 온도가 제1 온도 이상일 때에 제1 임계값 이상의 전압을 출력하도록 되어 있다. 예컨대 전원(Vdd)이 5V의 전압을 공급할 때에 제1 온도는 80℃이고 제1 임계값은 2.5V일 수 있다.

제1 온도가 80℃가 되도록 하기 위하여, 온도에 따른 저항특성이 80℃에서 급변하는 물성을 갖는 소자를 PTC1으로 선택할 수 있다. 도 2b의 (ii)는 이러한 물성을 갖는 PTC1의 온도에 따른 저항값의 변화를 나타낸 그래프이다. 80℃에서 특성이 급격히 변하는 것을 관찰할 수 있다.

도 2c는 제2 입력신호(V4)를 제공하는 제2 온도감지부(20)를 나타낸다. 온도가 올라갈수록 저항값이 상승하는 소자인 PTC2는 배터리(2)에 인접 배치되거나 부착되어 배터리(2)의 온도의 영향을 받을 수 있다. PTC2와 저항(R12) 사이의 노드로부터 출력되는 제2 입력신호(V4)는 배터리(2)의 온도가 제2 온도 이상일 때에 제2 임계값 이하의 전압을 출력하도록 되어 있다. 예컨대 전원(Vdd)이 5V의 전압을 공급할 때에 제2 온도는 40℃이고 제2 임계값은 2.0V일 수 있다.

제2 온도가 40℃가 되도록 하기 위하여, 온도에 따른 저항특성이 40℃에서 급변하는 물성을 갖는 소자를 PTC2로 선택할 수 있다. 도 2c의 (ii)는 이러한 물성을 갖는 PTC2의 온도에 따른 저항값의 변화를 나타낸 그래프이다. 40℃에서 특성이 급격히 변하는 것을 관찰할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 도 2a에 따른 회로의 배터리 과열방지회로의 주요부에서의 신호변화의 예를 나타낸 것이다.

도 3a의 예에서 전원(V1)은 5.0V의 값을 갖는 것으로 설정하고, 제1 온도를 80℃, 제2 온도는 40℃, 제1 임계값은 2.5V, 제2 임계값은 2.0V로 설정하였다. 배터리(2)의 온도는 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로의 동작에 의하여 온도곡선(101)과 같이 변할 수 있다. 도 3a에는 제1 입력신호(V5), 제2 입력신호(V4), 및 도 2a의 노드(N8)의 전위에 의해 정의되는 전력차단신호(102)가 도시되어 있다. 이때 전력차단신호(102)는 배터리(2)에서 부하(3)로 제공되는 전력을 차단하는 기준이 되는 값이다. 제1 입력신호(V5)는 도 2a의 노드(N2)에서의 신호이고, 제2 입력신호(V4)는 도 2a의 노드(N1)에서의 신호이다.

배터리(2)가 부하(3)에게 제1 온도보다 낮은 상온에서 전력 공급을 시작한 경우, 제1 입력신호(V5)의 초기값은 제1 임계값보다 작은 값을 갖는다. 이때 상온이 제2 온도보다 낮은 경우 제2 입력신호(V4)의 초기값은 제2 임계값보다 큰 값을 갖고, 반대로 상온이 제2 온도보다 높은 경우 제2 입력신호(V4)의 초기값은 제2 임계값보다 작은 값을 갖는다. 배터리(2)로부터 부하(3)로 전력이 공급되게 되면 온도곡선(101)과 같이 온도가 상승할 수 있다.

배터리(2)의 온도는 시점(t1)에서 제2 온도보다 작은 값으로부터 제2 온도보다 큰 값으로 변할 수 있다. 이때, 제2 입력신호(V4)의 값은 도 2c의 구성에 의해 제2 임계값 이하로 떨어질 수 있다.

배터리(2)의 온도가 계속 상승하여 시점(t2)에서 제1 온도에 도달할 수 있다. 이때 제2 입력신호(V4)의 값은 제2 임계값보다 작은 값을 유지하고 있는 상태이다. 시점(t2)에서, 제1 입력신호(V5)는 제1 임계값보다 작은 값으로부터 큰 값으로 변화할 수 있으며, 제2 입력신호(V4)는 제2 임계값보다 작은 값을 여전히 유지할 수 있다. 이때, 도 2a의 회로구성에 따르면, 전력차단신호(102)의 값은 Von(≒3.8V)으로부터 Voff(≒0)으로 떨어진다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로는, 전력차단신호(102)가 Voff의 값을 가질 때에 배터리(2)로부터 부하(3)로의 전력공급을 차단하도록 되어 있다. 일단 배터리(2)로부터 공급되는 전력이 차단되면, 배터리(2)의 온도는 전력차단신호(102)와 같이 다시 하강하게 된다.

배터리(2)의 온도가 하강하여 시점(t3)에서 제2 온도에 도달하면, 제2 입력신호(V4)는 제2 임계값보다 작은 값으로부터 큰 값으로 변화할 수 있다. 이때, 배터리(2)의 온도는 이미 제1 온도 이하로 떨어졌기 때문에 제1 입력신호(V5)는 제1 임계값보다 작은 값을 갖는 상태이다. 이때, 도 2a의 회로구성에 따르면, 전력차단신호(102)의 값은 Voff(≒0)으로부터 Von(≒3.8V)으로 상승한다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로는 전력차단신호(102)가 Von의 값을 가질 때에 배터리(2)로부터 부하(3)로 전력을 공급하도록 되어 있다.

상술한 프로세스는 계속해서 반복될 수 있다. 상술한 프로세스는 다음과 같은 특성을 갖는다. 즉, 제2 입력신호(V4)가 제2 임계값 이하인 상태에서 제1 입력신호(V5)가 제1 임계값 이상으로 전환되면 전력차단신호(102)가 Von 값에서 Voff 값으로 변화한다. 그리고, 제1 입력신호(V5)가 제1 임계값 이하인 상태에서 제2 입력신호(V4)가 제2 임계값 이상으로 전환되면 전력차단신호(102)가 Voff 값에서 Von 값으로 변화한다. 즉, 히스테리시스 특성을 가질 수 있다. 이러한 특성은 도 2a에 도시한 3개의 TR의 연결구조에 의하여 얻을 수 있는 것이며, 제1 입력신호(V5)와 제2 입력신호(V4)의 변화는 도 2b 및 도 2c에 도시한 온도감지회로의 구조에 의해 얻을 수 있다.

도 3b는 도 3a에서 온도곡선(101)과 전력차단신호(102)와의 관계만을 따로 떼어 도시한 것이다.

도 3b를 참조하면, 온도가 상승하여 제1 온도에 도달하면 전력차단신호(102)가 Voff의 값을 가지게 됨으로써 배터리(2)가 과열된 상태라고 판단할 수 있다. 전력차단신호(102)가 Voff의 값을 가지게 되면 배터리(2)로부터 부하(3)로의 전력공급을 차단하게 되고, 이에 따라 온도가 다시 하강하게 된다. 온도가 하강하여 제2 온도에 도달하면 전력차단신호(102)가 Von의 값을 가지게 됨으로써 배터리(2)의 과열상태가 해제된 것이라고 판단할 수 있다. 전력차단신호(102)가 Von의 값을 가지게 되면 배터리(2)로부터 부하(3)로의 전력공급을 재개하게 되고, 이에 따라 온도가 다시 상승하게 된다. 이러한 과정은 반복되게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 전력공급의 차단은 제1 온도를 기준으로 실행하게 되고, 전력공급의 재개는 제1 온도보다 낮은 제2 온도를 기준으로 실행하게 된다. 만일 전력공급의 차단과 재개를 모두 제1 온도를 기준으로 실행하게 된다면, 전력의 차단과 공급이 너무 빈번하게 일어날 수밖에 없어서 실제로 사용할 수가 없다.

도 4a 내지 도 4h는 각각 도 2a의 노드(N1) 내지 노드(N8)에서의 전압을 시뮬레이션하여 도시한 것이다. 여기서 TR(Q1, Q3)로는 Q2N2907A가 사용되었고 TR(Q2)로는 Q2N2222가 사용되었고 저항(R1, R2, R3)의 값으로는 1k옴을 설정하였다. 또한 전원(V1)은 5V의 값을 갖는 것으로 설정하였다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로를 포함하는 구성을 나타낸 것이다.

도 5a를 참조하면, 과열방지회로(1)는 제1 TR(Q1), 제2 TR(Q2), 및 제3 TR(Q3)을 포함할 수 있다.

제1 TR(Q1)과 제3 TR(Q3)은 P채널 TR이고 제2 TR(Q2)은 N채널 TR일 수 있다. 제1 TR(Q1)의 이미터는 전원(Vcc)에 연결되고, 제1 TR(Q1)의 콜렉터는 제2 TR(Q2)의 베이스에 연결되고, 제1 TR(Q1)의 베이스는 제2 TR(Q2)의 콜렉터에 연결될 수 있다. 이때, 제1 TR(Q1)의 콜렉터는 제2 입력신호(V4)에 전기적으로 연결되도록 되어 있을 수 있다. 제2 TR(Q2)의 이미터는 제3 TR(Q3)의 이미터에 연결될 수 있다. 제3 TR(Q3)의 베이스는 제1 입력신호(V5)에 전기적으로 연결되도록 되어 있을 수 있고, 제3 TR(Q3)의 콜렉터는 전력차단신호(102)를 출력하도록 되어 있을 수 있다. 여기서 제3 TR(Q3)의 콜렉터는 도 2a의 노드(N8)에 대응하며, 전력차단신호(102)는 도 1b의 스위치(6)에 전달되어 스위치(6)의 온/오프를 제어할 수도 있다.

도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 과열방지회로(1)를 포함하는 구성을 나타낸 것이다.

도 5b에 따른 과열방지회로(1)는 기본적으로 도 5a에 나타낸 것과 동일하다. 다만, 노드(N8)와 배터리(2)의 음극 사이에 부하가 연결되도록 되어 있으며, 과열방지회로에 동작전원을 배터리(2)가 공급한다. 그리고 부하에 공급되는 전원은 과열방지회로를 통해 전달된다. 도 5b에서 과열방지회로(1)의 노드(N8)에서의 전압이 0V로 되면 부하(3)로의 전력공급이 차단되는 효과를 얻을 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 과열방지회로의 동작원리를 설명하기 위한 것이다.

도 6에 도시한 실시예는 기본적으로 도 2a에 나타낸 실시예에서 P채널 TR(Q4) 및 저항(R4)이 추가된 것이다. 이러한 구성에 의해 노드(N9, N10)가 추가적으로 형성된다. 도 6에 따른 과열방지회로의 동작원리는 기본적으로 도 2a에 나타낸 회로와 유사하다. 도 2a와 마찬가지로 노드(N1)에서 제2 입력신호(N4)를 입력받고, 노드(N2)에서 제1 입력신호(N5)를 입력받는다. 노드(N8)의 출력신호가 전원차단의 기준이 되는 전력차단신호(102)이다.

도 7a 내지 도 7j에 도 6의 노드(N1) 내지 노드(N10)의 전압을 도시하였다.

여기서 TR(Q1, Q3)로는 Q2N2907A가 사용되었고 TR(Q2, Q4)로는 Q2N2222가 사용되었고 저항(R1, R2, R3, R4)의 값으로는 1k옴을 설정하였다. 또한 전원(V1)은 5V의 값을 갖는 것으로 설정하였다.

도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 과열방지회로를 포함하는 구성을 나타낸 것이다.

도 8a를 참조하면, 과열방지회로(1)는 제1 TR(Q1), 제2 TR(Q2), 제3 TR(Q3), 및 제4 TR(Q4)을 포함할 수 있다.

제1 TR(Q1)과 제3 TR(Q3)은 P채널 TR이고 제2 TR(Q2)과 제4 TR(Q4)은 N채널 TR일 수 있다. 제1 TR(Q1)의 이미터는 전원(Vcc)에 연결되고, 제1 TR(Q1)의 콜렉터는 제2 TR(Q2)의 베이스에 연결되고, 제1 TR(Q1)의 베이스는 제2 TR(Q2)의 콜렉터에 연결될 수 있다. 이때, 제1 TR(Q1)의 콜렉터는 제2 입력신호(V4)에 전기적으로 연결되도록 되어 있을 수 있다. 제2 TR(Q2)의 이미터는 제4 TR(Q4)의 베이스에 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 TR(Q4)의 콜렉터는 전원(Vcc)에 연결되고, 제4 TR(Q4)의 이미터는 제3 TR(Q3)의 이미터에 연결될 수 있다. 제3 TR(Q3)의 베이스는 제1 입력신호(V5)에 전기적으로 연결되도록 되어 있을 수 있고, 제3 TR(Q3)의 콜렉터는 전력차단신호(102)를 출력하도록 되어 있을 수 있다. 그리고, 제3 TR(Q3)의 이미터는 제4 TR(Q4)의 이미터에 연결될 수 있다. 여기서 제3 TR(Q3)의 콜렉터는 도 6의 노드(N8)에 대응하며, 전력차단신호(102)는 도 1b의 스위치(6)에 전달되어 스위치(6)의 온/오프를 제어할 수 있다.

도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 과열방지회로(1)를 포함하는 구성을 나타낸 것이다.

도 8b에 따른 과열방지회로(1)는 기본적으로 도 8a에 나타낸 것과 동일하다. 다만, 노드(N8)와 배터리(2)의 음극 사이에 부하가 연결되도록 되어 있으며, 과열방지회로에 동작전원을 배터리(2)가 공급한다. 그리고 부하에 공급되는 전원은 과열방지회로를 통해 전달된다. 도 8b에서 과열방지회로(1)의 노드(N8)에서의 전압이 0V로 되면 부하(3)로의 전력공급이 차단되는 효과를 얻을 수 있다. 이때, 도 8b에서는, 도 5b와 달리, 부하에 흐르는 전류가 경로(800)를 통해 흐르기 때문에, 도 5b에 비해 도 8b에 따른 과열방지회로(1)가 더 큰 전력제공을 요구하는 부하(3)와 함께 사용되는데에 더 적합하다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 배터리 충전시 배터리의 과열을 방지하는 회로를 포함하는 구성을 나타낸 것이다. 이 회로는 상술한 도 8b의 회로와 동일하며, 도 8b와 비교하여 보면, 부하가 있던 자리에 배터리(2)가 존재하고, 배터리가 있던 자리에 직류전력 공급장치(5)가 존재한다는 차이가 있다. 도 8b 및 도 9는 모두 배터리(2)의 전력단자에 전류가 흐르는 상황에서, 배터리(2)의 온도를 측정하여 배터리의 온도가 일정 이상 상승하지 못하게 한다는 점에서 동일한 기술적 사상을 채택하고 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 직류전력 공급장치(5) 또는 배터리(3)가 부하(3)에 전력을 공급하며, 배터리(3)의 온도에 따라 배터리의 전류를 차단하는 회로 구성을 나타낸 것이다. 직류전력 공급장치(5)가 존재하는 경우 직류전력 공급장치(5)는 경로(800)를 통하여 배터리(3)를 충전하고, 경로(801, 803)를 통해 부하(3)에 전력을 공급할 수 있다. 직류전력 공급장치(5)가 존재하지 않는 경우, 배터리(3)는 경로(801, 802)를 통해 부하(3)에 전력을 공급할 수 있다. 경로(800)에는 제3 TR(Q3) 및 제4 TR(Q4)이 포함되어 있으며, 경로(802)에는 제5 TR(Q5) 및 제6 TR(Q6)이 포함되어 있다. 제4 TR(Q4)의 콜렉터에 연결된 노드와 제3 TR(Q3)의 콜렉터에 연결된 노드 사이의 전위차는 직류전력 공급장치(2)의 존재 유무 및 배터리(3)의 충방전 상태 정도에 따라 달라질 수 있다. 이 전위차에 따라 제4 TR(Q4)의 콜렉터에 연결된 노드와 제3 TR(Q3)의 콜렉터에 연결된 노드 사이에 흐르는 전류의 방향이 바뀔 수 있다. 제3 TR(Q3) 및 제4 TR(Q4)을 통해 전류가 흐를 때에는, 제5 TR(Q5) 및 제6 TR(Q6)을 통해서는 전류가 사실상 거의 흐르지 않는다. 반대로, 제5 TR(Q5) 및 제6 TR(Q6)을 통해 전류가 흐를 때에는, 제3 TR(Q3) 및 제4 TR(Q4)을 통해서는 전류가 사실상 거의 흐르지 않는다. 배터리(3)에 전류가 흘러들어가는 경우 및 배터리(3)로부터 전류가 흘러나오는 경우 모두 배터리(3)의 온도에 따라 그 전류가 차단될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 과열방지회로의 제어부에 전원을 공급하는 회로의 구성 예를 나타낸다. 제어부(controller)는 다이오드를 통해 직류전력 공급장치(5) 및/또는 배터리(3)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 위의 제어부는 도 2b 및 도 2c의 회로를 포함할 수 있다.

실시예 1

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응회로를 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 3a, 및 도 6을 참조하여 설명한다.

이 온도감응회로는 온도(101)가 상승할수록 더 높은 전압을 출력하는 제1 온도감지부(10), 온도(101)가 상승할수록 더 낮은 전압을 출력하는 제2 온도감지부(20), 및 제1 온도감지부(10)의 제1 출력전압(V5)과 상기 제2 온도감지부(20)의 제2 출력전압(V4)을 입력받아 전력차단신호(102)를 출력하는 TR 집적회로(Q1, Q2, Q3)를 포함한다. 이때, 전력차단신호(102)는, 온도(101)가 상승하여 제1 온도에 도달하면 차단전압(Voff) 레벨로 전환되고, 온도가 하강하여 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도에 도달하면 도통전압(Von) 레벨로 전환될 수 있다.

이때, 제1 온도감지부(10) 및 제2 온도감지부(20) 중 하나 이상은 온도 변화에 따라 저항값이 변하는 저항소자(PTC1, PTC2)를 포함할 수 있다.

이때, 제1 출력전압(V5)이 제1 임계값 이하인 상태에서 제2 출력전압(V4)이 상승하여 제2 임계값에 도달할 때에, 전력차단신호(102)가 차단전압(Voff) 레벨에서 도통전압(Von) 레벨로 전환될 수 있다. 또한, 제2 출력전압(V4)이 제2 임계값 이하인 상태에서 제1 출력전압(V5)이 상승하여 제1 임계값에 도달할 때에, 전력차단신호(102)가 도통전압(Von) 레벨에서 차단전압(Voff) 레벨로 전환될 수 있다.

이때, 위의 TR 집적회로는, 제1 TR(Q1), 제2 TR(Q2), 및 제3 TR(Q3)을 포함하며, 제1 TR(Q1)의 베이스는 제2 TR(Q2)의 콜렉터에 연결되고, 제2 TR(Q2)의 베이스는 제2 출력전압(V4)에 제1 저항(R1)을 통해 연결되고, 제2 TR(Q2)의 이미터는 제3 TR(Q3)의 이미터에 연결되고, 제3 TR(Q3)의 베이스는 제1 출력전압(V5)에 제2 저항(R3)을 통해 연결되고, 제3 TR(Q3)의 콜렉터는 전력차단신호(102)를 출력할 수 있다.

또한, 위의 TR 집적회로는 제4 TR(Q4)을 더 포함할 수 있으며, 제2 TR(Q2)의 이미터와 제3 TR(Q3)의 이미터는 제4 TR(Q4)을 통해 연결되어 있으며, 제4 TR(Q4)의 콜렉터는 전원에 연결되어 있을 수 있다.

이때, 제1 TR(Q1) 및 제3 TR(Q3)은 P채널 TR이고, 제2 TR(Q2) 및 제4 TR(Q4)은 N채널 TR일 수 있다.

실시예 2

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도 5b 및 도 8b를 참조하여 설명한다.

이 실시예에 따른 패터리 팩은 실시예 1에서 설명한 온도감응회로 및 배터리(2)를 포함할 수 있다. 이때, 위의 TR 집적회로의 전원연결단자(Q1의 이미터)는 배터리(2)의 제 1극(+ 극)에 연결되고, TR 집적회로에서 전력차단신호(102)를 출력하는 단자(N8)와 배터리(2)의 제2 극 사이(- 극)에 부하(3)가 연결되도록 되어 있다.

실시예 3

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과열방지장치를 도 1b를 참조하여 설명한다.

이 실시예에 따른 배터리 과열방지장치(1)는 실시예 1에서 설명한 온도감응회로 및 배터리(2)로부터 출력되는 전력을 제공 및 차단하도록 되어 있는 스위치(6)를 포함할 수 있다. 스위치(6)는 전력차단신호(102)에 의해 온-오프되도록 되어 있다.

실시예 4

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도 1b를 참조하여 설명한다.

이 실시예에 따른 배터리 팩은 실시예 1에서 설명한 온도감응회로, 배터리(2), 및 배터리(2)로부터 출력되는 전력을 제공 및 차단하도록 되어 있는 스위치(6)를 포함하며, 스위치(6)는 전력차단신호(102)에 의해 온-오프되도록 되어 있다.

상술한 실시예에서는 제1 온도감지부(10) 및 제2 온도감지부(20)가 온도가 높아지면 저항값이 상승하는 저항을 포함하였으나, 반대로 온도가 높아지면 저항값이 낮아지는 저항을 이용하여도 동일한 목적을 달성할 수 있음을 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 제1 온도감지부(10) 및/또는 제2 온도감지부(20)에 온도가 높아지면 저항값이 낮아지는 저항을 이용한 구조도 본 발명의 등가적 범위에 포함된다.

상술한 설명에서 과열방지장치는 3개 또는 4개의 TR을 포함하는 것으로 서술하였으나, 도 2b 및 도 2c에 나타낸 온도감지부(10, 20)를 더 포함하는 개념일 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 온도감응회로 또는 배터리 과열방지장치에는 배터리의 동작 상태를 식별하도록 하기 위하여 LED, 벨 등이 더 포함될 수 있으며, 배터리로부터 또는 배터리에게 전류가 흐르는지 여부에 따라 상기 LED 또는 벨이 동작할 수 있도록 구성될 수 있다.

상술한 배터리 팩이 자동차나 전자기기에 구비될 경우, 배터리가 과열되는 것을 방지할 수 있으며 배터리가 안정적인 상황으로 돌아올 때까지 전류를 차단시켜, 배터리의 신뢰성을 높일 수 있으며 과열로 인한 부상 등으로부터 사용자를 보호할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 과열방지회로 2: 배터리
6: 스위치 10: 제1 온도감지부
20: 제2 온도감지부 102: 전력차단신호
Von: 도통전압 Voff: 차단전압
Q1: 제1 TR Q2: 제2 TR
Q3: 제3 TR Q4: 제4 TR
PTC1, PTC2: 온도에 따라 저항값이 변하는 저항소자

Claims

온도가 상승할수록 더 높은 전압을 출력하는 제1 온도감지부;
온도가 상승할수록 더 낮은 전압을 출력하는 제2 온도감지부; 및
상기 제1 온도감지부의 제1 출력전압과 상기 제2 온도감지부의 제2 출력전압을 입력받아 전력차단신호를 출력하는 TR 집적회로;
를 포함하며,
상기 전력차단신호는, 온도가 상승하여 제1 온도에 도달하면 차단전압 레벨로 전환되고, 온도가 하강하여 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도에 도달하면 도통전압 레벨로 전환되는,
온도감응회로.
제1항에 있어서,
상기 제1 온도감지부 및 상기 제2 온도감지부 중 하나 이상은 온도 변화에 따라 저항값이 변하는 저항소자를 포함하는, 온도감응회로.
제1항에 있어서,
상기 제1 출력전압이 제1 임계값 이하인 상태에서 상기 제2 출력전압이 상승하여 제2 임계값에 도달할 때에, 상기 전력차단신호가 상기 차단전압 레벨에서 상기 도통전압 레벨로 전환되고,
상기 제2 출력전압이 제2 임계값 이하인 상태에서 상기 제1 출력전압이 상승하여 제1 임계값에 도달할 때에, 상기 전력차단신호가 상기 도통전압 레벨에서 상기 차단전압 레벨로 전환되는,
온도감응회로.
제1항에 있어서,
상기 TR 집적회로는, 제1 TR, 제2 TR, 및 제3 TR을 포함하며,
상기 제1 TR의 베이스는 상기 제2 TR의 콜렉터에 연결되고,
상기 제2 TR의 베이스는 상기 제2 출력전압에 제1 저항을 통해 연결되고,
상기 제2 TR의 이미터는 상기 제3 TR의 이미터에 연결되고,
상기 제3 TR의 베이스는 상기 제1 출력전압에 제2 저항을 통해 연결되고,
상기 제3 TR의 콜렉터는 상기 전력차단신호를 출력하는,
온도감응회로.
제4항에 있어서, 상기 제1 TR 및 상기 제3 TR은 P채널 TR이고, 상기 제2 TR은 N채널 TR인, 온도감응회로.
제4항에 있어서,
상기 TR 집적회로는 제4 TR을 더 포함하며,
상기 제2 TR의 이미터와 상기 제3 TR의 이미터는 상기 제4 TR을 통해 연결되어 있으며,
상기 제4 TR의 콜렉터는 전원에 연결되어 있는,
온도감응회로.
제6항에 있어서, 상기 제4 TR은 N채널 TR인, 온도감응회로.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 온도감응회로; 및 배터리를 포함하며,
상기 온도는 상기 배터리의 온도이며,
상기 TR 집적회로의 전원연결단자는 상기 배터리의 제1 극에 연결되고,
상기 TR 집적회로에서 전력차단신호를 출력하는 단자와 상기 배터리의 제2 극 사이에 부하가 연결되도록 되어 있는,
배터리 팩.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 온도감응회로; 및 배터리로부터 출력되는 전력을 제공 및 차단하도록 되어 있는 스위치를 포함하며,
상기 스위치는 상기 전력차단신호에 의해 온-오프되도록 되어 있는,
배터리 과열방지장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 온도감응회로; 배터리; 및 상기 배터리로부터 출력되는 전력을 제공 및 차단하도록 되어 있는 스위치를 포함하며,
상기 스위치는 상기 전력차단신호에 의해 온-오프되도록 되어 있는,
배터리 팩.