KR20170006965A

KR20170006965A - 배터리 보호 회로 장치

Info

Publication number: KR20170006965A
Application number: KR1020150098459A
Authority: KR
Inventors: 박광민; 이석훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2017-01-18
Also published as: KR102135271B1

Abstract

본 발명은 배터리의 보호 동작을 제어하는 배터리 보호 회로 장치에 있어서, 상기 배터리의 보호 동작을 수행하는 보호 IC와, 상기 보호 IC의 제어 신호에 따라 전류를 차단하는 모스펫 IC와, 외부 저항 단자가 하나의 패키지에 포함된 멀티칩 IC 및 상기 외부 저항 단자와 상기 배터리 보호 회로 장치의 접지단 사이에 전기적으로 연결된 온도 감응 소자; 를 포함하며, 상기 멀티칩 IC는 상기 온도 감응 소자의 전압 값이 미리 설정된 보호 동작 전압 값 이상인지 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 온도 감응 소자의 전압 값이 상기 보호 동작 전압 값 이상인 경우, 상기 보호 IC의 현재 OCP(Over-current Protection) 범위를 보다 낮은 값들로 구성된 하위 범위로 변경시키며, 상기 보호 IC는 상기 변경된 하위 범위에 따라 상기 보호 동작을 수행하되, 상기 멀티칩 IC의 내부에 흐르는 전류가 차단되도록 상기 모스펫 IC의 동작을 제어하는 배터리 보호 회로 장치가 제시된다.

Description

배터리 보호 회로 장치{PROTECTION CIRCUIT DEVICE FOR BATTERY}

본 발명은 배터리 보호 회로 장치에 관한 것으로, 특히 보호 회로 상에 발생된 고온 또는 고전류에 의해 온도 감응 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있는 배터리 보호 회로 장치에 관한 것이다.

최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리듐 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경향으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리듐 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다. 위와 같은 장점에도 불구하고, 리튬 이온 전지는 과충전에 취약하다는 단점을 가진고 있다. 리튬 이온 전지가 과충전에 대한 안전 장치 없이 방치되었을 경우, 배터리의 폭발하거나 발화로 인한 인명사고 또는 재산상의 손실을 초래할 수 있다.

종래의 이차 전지의 과충전을 방지하기 위해 제너 다이오드와 이와 열적으로 접합된 온도 퓨즈를 사용하는 배터리 보호 회로 장치가 사용되었다. 이러한 보호 회로 장치가 구비된 이차 전지의 경우, 과충전 전압에서 제너 다이오드 쪽으로 흐르는 전류가 급증하고, 제너 다이오드의 소비 전력이 급증하여 발열이 커지고, 상기 발열에 의하여 제너 다이오드에 연결된 온도 퓨즈가 비가역적으로 끊어지도록 함으로써, 전지로 인가되는 전류를 막을 수 있다. 여기서 제너 다이오드의 파괴 전압은 전지의 과충전 전압에서 온도 퓨즈를 끊어주기 위해 사용된다. 그러나, 제너 다이오드의 파괴 전압이 전지의 사용 충전전압의 최고 값 보다 약간 큰 경우에는 전지의 과충전은 방지될 수 있을지 모르지만, 전지의 정상 작동시 제너 다이오드의 누설 전류를 막을 수는 없다.

한편, 최근 이차 전지의 과충전을 방지하기 위해 PTC 소자와 같은 온도 감응 소자를 사용하는 배터리 보호 회로 장치가 개시되어 있다. PTC 소자와 같은 온도 감응 소자는 온도에 따라 가역적으로 전류를 온/오프(on/off)하는 기능을 가지고 있다. PTC 소자는 일정한 온도 이상으로 온도가 올라가면 전류를 오프하는 기능을 수행하여 이차 전지의 과충전을 방지할 수 있다. 그러나 PTC 소자를 사용하는 보호 회로 장치는, 일정한 온도 이상으로 온도가 올라갈 때만 오프 동작하는 PTC 소자를 사용한다. PTC 소자에 의해 전류가 오프 되기 전까지 소정의 시간 동안 진행되는 과충전으로 인해 이차 전지는 열적 충격을 받아 손상이 발생한다. 또한, 보호 회로 장치에 실장된 PTC 소자는 과충전으로 인해 발생하는 고온 또는 과전류에 의해 정상 상태를 벗어나 팽창하는 트립 현상이 발생한다. 또한, 트립 현상이 특정 횟수 이상 반복하여 발생하는 PTC 소자는 영구적으로 손상된다.

따라서, 배터리의 충전 과정 중 발생하는 고온 또는 과전류에 의해 이차 전지의 열적 손상 및 PTC 소자의 영구 손상의 위험을 미연에 방지할 수 있는 배터리 보호 회로 장치의 개발이 요구된다.

한국특허공개 제2007-0087519호

본 발명은 과충전에 의한 온도 감응 소자의 영구 손상을 방지할 수 있는 배터리 보호 회로 장치를 제공한다.

본 발명은 온도 감응 소자의 트립 현상 발생하기 이전에 보호 회로의 전원을 차단하여 배터리의 열적 손상을 방지할 수 있는 배터리 보호 회로 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 회로 장치는 배터리의 보호 동작을 제어하는 배터리 보호 회로 장치에 있어서, 상기 배터리의 보호 동작을 수행하는 보호 IC와, 상기 보호 IC의 제어 신호에 따라 전류를 차단하는 모스펫 IC와, 외부 저항 단자가 하나의 패키지에 포함된 멀티칩 IC 및 상기 외부 저항 단자와 상기 배터리 보호 회로 장치의 접지단 사이에 전기적으로 연결된 온도 감응 소자; 를 포함하며, 상기 멀티칩 IC는 상기 온도 감응 소자의 전압 값이 미리 설정된 보호 동작 전압 값 이상인지 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 온도 감응 소자의 전압 값이 상기 보호 동작 전압 값 이상인 경우, 상기 보호 IC의 현재 OCP(Over-current Protection) 범위를 보다 낮은 값들로 구성된 하위 범위로 변경시키며, 상기 보호 IC는 상기 변경된 하위 범위에 따라 상기 보호 동작을 수행하되, 상기 멀티칩 IC의 내부에 흐르는 전류가 차단되도록 상기 모스펫 IC의 동작을 제어할 수 있다.

상기 온도 감응 소자는, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자를 포함할 수 있다.

상기 보호 IC는, 상기 모스펫 IC의 동작을 제어하는 모스펫 IC 구동부; 상기 외부 저항 단자를 통해 상기 온도 감응 소자에 흐르는 전압 값을 감지하는 전압 감지부; 상기 전압 감지부를 통해 감지된 전압 값이 상기 보호 동작 전압 값 이상인지 판단하는 보호 동작 시작 여부 판단부; 및 상기 판단 결과, 상기 감지된 전압 값이 상기 보호 동작 전압 값 이상인 경우, 상기 OCP의 하위 범위에 따라 상기 보호 동작을 수행하되, 상기 모스펫 구동부를 통해 상기 멀티칩 IC의 내부에 흐르는 전류가 차단되도록 상기 모스펫 IC의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.

상기 모스펫 IC는, 상기 모스펫 IC 구동부의 제어 신호에 따라 각각 별도로 동작하는 제1 및 제2 모스펫을 포함할 수 있다.

상기 멀티칩 IC는, 상기 제1 모스펫과 전기적으로 연결된 제1 단자; 및 상기 제2 모스펫과 전기적으로 연결된 제2 단자; 를 포함하되, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 사이에 마련된 적어도 하나의 캐패시터를 통해 전기적으로 서로 연결될 수 있다.

상기 제1 단자는, 상기 배터리의 음극 단자와 상기 적어도 하나의 캐패시터 사이를 전기적으로 연결하며, 상기 접지단과 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제2 단자는, 상기 배터리의 충전을 위해 입력되는 전원의 음극 단자와 상기 적어도 하나의 캐패시터 사이를 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 멀티칩 IC는, 상기 보호 동작이 수행된 후, 상기 온도 감응 소자에 흐르는 전압 값이 미리 설정된 보호 동작 전압 값 이하인 경우, 상기 보호 IC의 현재 OCP의 범위를 변경 이전의 범위로 재변경하여 상기 보호 IC의 동작을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 따른 배터리 보호 회로 장치는 멀티칩 IC에 마련된 외부 저항 단자와 접지단 사이를 전기적으로 연결하는 온도 감응 소자의 전압 값을 검출하고, 검출된 전압 값이 미리 설정된 보호 동작 범위 전압 값 이상인 경우, 전원을 차단하는 전원 차단 동작을 수행하여 온도 감응 소자의 손상을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 배터리 보호 회로 장치는 과충전 또는 과방전 상태에서 발생하는 고온 또는 과전류로 인해 배터리가 열적 손상을 받는 것을 상기 전원 차단 동작을 수행하여 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 보호 회로 장치의 구성도.
도 2는 종래의 보호 회로 장치에서 사용된 PTC 소자에 대한 온도의 함수에 대한 저항의 그래프도.
도 3은 종래의 보호 회로 장치에서 사용된 PTC 소자에 대한 온도의 함수에 대한 저항 변화에 따른 PTC 소자의 전도성 폴리머 합성물의 배열을 나타내는 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호 회로 장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호 회로 장치에서 사용된 PTC 소자에 대한 온도의 함수에 대한 저항의 그래프도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호 회로 장치에서 사용된 PTC 소자에 대한 온도의 함수에 대한 저항의 그래프에 대한 보호 IC의 OCP 범위를 나타내는 예시표.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리는 전기 에너지를 저장하고 제공한다. 이러한 배터리는 충전 및 방전 가능한 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리는 소정 수의 배터리 셀이 배터리 모듈을 이룰 수 있다. 즉, 배터리는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈은 배터리나 부하 등의 스펙(specification)에 부합되도록 다양한 방법으로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있고, 복수의 배터리 셀 또한 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 배터리 셀의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.

1. 종래의 보호 회로 장치의 일 예

도 1은 종래의 보호 회로 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 종래의 보호 회로 장치(100)는 배터리의 보호 동작을 수행하는 보호 IC(110), 충전 FET과 방전 FET으로 구성된 FET IC(120) 및 온도 감응 소자인 PTC(Positive Temperature Coefficient)(130)을 포함한다.

보호 IC(110)는 1차 보호 장치로서, 보호 회로 상에 과충전 상태, 과방전 상태, 과전류 상태 및 합선 상태를 중 적어도 하나의 상태가 검출되면, FET IC(120)에 구비된 충전 FET 또는 방전 FET의 동작을 제어하여 배터리의 보호 동작을 수행한다. 여기서 배터리의 보호 동작은 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능 및 합선 보호 기능 중 적어도 하나의 기능을 포함할 수 있다.

과충전 보호 기능은 과충전으로 인한 배터리의 발열 또는 파열 등을 방지하기 위한 기능이다.

더욱 상세하게는, 보호 IC(110)는 VSS 단자 및 VDD 단자를 통해 배터리의 셀(CELL) 전압을 센싱(Sensing)하여, 셀 전압이 미리 설정된 과충전 검출 전압(Over-charge detection Voltage) 이상인 경우, 과충전 상태로 판단하여 COUNT 단자를 통해 FET IC(120)의 충전 FET의 동작을 오프(OFF) 되도록 제어하여 과충전을 차단하는 동작을 수행한다. 여기서 보호 IC(110)의 COUNT 단자와 FET IC(120)의 G2 단자는 서로 전기적으로 연결되며, 충전 FET의 동작은 G2 단자로부터 입력되는 신호에 따라 제어된다.

과방전 보호 기능은 과방전으로 인한 배터리의 열화를 방지하기 위한 기능이다.

더욱 상세하게는, 보호 IC(110)는 VSS 단자 및 VDD 단자를 통해 배터리의 셀(CELL) 전압을 센싱(Sensing)하여, 셀 전압이 미리 설정된 과방전 검출 전압(Over-discharge detection Voltage) 이하인 경우, 과방전 상태로 판단하여 DOUNT 단자를 통해 FET IC(120)의 방전 FET의 동작을 오프(OFF) 되도록 제어하여 과방전을 차단하는 동작을 수행한다. 여기서 보호 IC(110)의 DOUNT 단자와 FET IC(120)의 G1 단자는 서로 전기적으로 연결되며, 방전 FET의 동작은 G1 단자로부터 입력되는 신호에 따라 제어된다.

과전류 보호 기능은 배터리와 전기적으로 연결된 전자장치의 고장 등으로 이상 전류가 흐를 경우, 방전을 차단하는 기능이다.

더욱 상세하게는, 보호 IC(110)는 VSS 단자 및 V- 단자를 통해 FET IC(120)의 전압을 센싱(Sensing)하여, FET IC(120)의 전압이 미리 설정된 미리 설정된 과전류 검출 전압(Over-current detection Voltage) 이상인 경우, 과전류 상태로 판단하여 DOUNT 단자를 통해 FET IC(120)의 방전 FET의 동작을 오프(OFF) 되도록 제어하여 과전류를 차단하는 동작을 수행한다.

합선 보호 기능은 배터리 팩(Pack) 외부 단자가 금속 물질에 의해 합선(Short) 시 배터리가 과전류로 방전되는 경우, 소정의 전류 이상으로 방전되지 않도록 방전 전류를 차단하는 기능이다.

더욱 상세하게는, 보호 IC(110)는 VSS 단자 및 V- 단자를 통해 FET IC(120)의 전압을 센싱(Sensing)하여, FET IC(120)의 전압이 미리 설정된 미리 설정된 합선 검출 전압(Short-current detection Voltage) 이상인 경우, 합선 상태로 판단하여 DOUNT 단자를 통해 FET IC(120)의 방전 FET의 동작을 오프(OFF) 되도록 제어하여 방전 전류를 차단하는 동작을 수행한다.

FET IC(120)는 보호 IC(110)의 제어 신호에 따라 구비된 충전 FET나 방전 FET의 동작을 제어한다.

PTC(130)는 온도 감응 소자로서, 일정 온도 이상이 되면 저항 값이 급상승하여 PTC(130)에 흐르는 전류를 차단하여 배터리 보호 회로를 보호한다. 그 후, PTC(130)의 온도가 정상 범위로 돌아오면, PTC(130)는 정상 상태의 저항 값을 갖는다.

더욱 상세하게는, 도 2는 종래의 보호 회로 장치에서 사용된 PTC 소자에 대한 온도의 함수에 대한 저항의 그래프도이며, 도 3은 종래의 보호 회로 장치에서 사용된 PTC 소자에 대한 온도의 함수에 대한 저항 변화에 따른 PTC 소자의 전도성 폴리머 합성물의 배열을 나타내는 예시도이다.

도 2를 참조하면, PTC(130)에 일정 이상의 전류가 지속적으로 흐르면 자체 발열에 의해 PTC(130)의 온도가 상승하게 된다.

그 후, PTC(130)의 자체 온도가 큐리 온도에 도달하게 되면, PTC(130)의 저항 값이 급격하게 증가하게 되어 PTC(130)를 통해 흐르는 전류가 차단된다. 여기서 큐리 온도는 PTC(130)의 저항 값이 급격하게 증가하는 온도 점을 의미하며, 전환 온도(Switching Temperature) 또는 급변 온도 라고도 한다.

그 후, PTC(130)의 온도가 정상 범위로 돌아오면, PTC(130)는 정상 상태의 저항 값을 갖게 되며, 고저항 상태의 PTC(130)에 의해 차단되었던 전류가 다시 흐르게 된다.

도 3을 참조하면, PTC(130)는 일반적으로 미립자 전도성 충진재가 결정화된 중합체 성분으로 분산된 전도성 폴리머 합성물로 구성된다. 큐리 온도 이전의 동작 상태인 정상 동작 상태의 PTC(130)를 구성하는 전도성 폴리머 합성물의 배열은 일정한 방향성이 있는 형상을 갖는다.

큐리 온도를 넘는 상태의 PTC(130)를 구성하는 전도성 폴리머 합성물의 각각의 중합체 성분은 서로 간의 연결되지 않고 분산된다. 이에 따라 큐리 온도를 넘어선 PTC(130)는 고온에 따라 팽창하는 트립 현상이 발생한다. 서로 떨어진 각각의 중합체 성분으로 인해 PTC(130)는 고저항 상태가 되고, PTC(130)를 통해 흐르던 전류는 차단된다. 여기서, PTC(130)의 트립 현상은 합선 상태, 과충전 상태 및 과방전 상태 중 어느 하나의 상태로 인해 발생한 과전류가 PTC(130)에 흐르게 되어 PTC(130)의 자체 온도를 증가시키기 때문에 발생한다.

큐리 온도에서 정상 상태의 온도가 되면, PTC(130)를 구성하는 전도성 폴리머 합성물의 배열은 다시 일정한 방향성이 있는 형상을 갖는다. 하지만, 트립 현상이 발생한 PTC(130)의 중합체 합성물의 배열의 형상은 트립 현상 발생 이전의 상태가 될 수 없다. 이는 PTC(130)가 고온 및 고전류 상태에서 정상 상태로 복귀하는 동안 수축하는 동안 중합체 합성물의 배열의 형상이 변형되기 때문이다.

또한, 큐리 온도에서 정상 상태의 온도로 복귀한 PTC(130)의 중합체 합성물을 구성하는 각각의 의 중합체 성분을 연결하는 산화막에 의해 접속 저항이 발생한다.

한편, 상기 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세하게 설명된 종래의 보호 회로 장치는 다음과 같은 문제점을 갖는다.

종래의 보호 회로 장치(100)의 보호 IC(110)의 과전류 보호(Over-current Protection, 이하 OCP)의 범위가 고정적이기 때문에 PTC(130)의 큐리 온도에 근접한 전류가 지속적으로 흐를 경우 PTC(130)의 영구 파괴가 발생할 수 있다.

더욱 상세하게는, 보호 IC(110)가 보호 동작을 수행하는 판단 조건을 만족하지 않은 상태에서 PTC(130)는 정상 상태가 아닌 고온 또는 고전류의 비정상 상태에 지속적으로 노출되는 경우가 발생될 수 있다. 이 경우 보호 IC(110)가 보호 동작을 수행하지 못하므로, 상기 도 3의 상세한 설명과 같이 PTC(130)는 트립 현상과 정상 상태로 복귀하는 동안 수축하는 과정을 반복하게 된다. 트립 현상과 수축 현상을 소정의 횟수를 반복한 PTC(130)의 중합체 합성물의 배열이 비틀어지며, 이는 PTC(130)의 영구적인 손상을 발생시킨다.

또한, 종래의 보호 회로 장치(100)의 보호 IC(110)의 OCP 범위의 공차가 넓어 2차 보호 기능의 PTC(130) 보다 1차 보호 기능을 수행하는 보호 IC(110)가 먼저 보호 동작을 수행하는 것이 실제로 불가능하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 보호 IC(110)의 OCP 공차 자체를 줄이거나 분류기(shunt resistor)를 적용하는 방법이 있지만 이러한 방법들은 보호 회로 장치(100)의 제조 비용을 상승시키게 된다.

또한, 종래의 보호 회로 장치(100)의 PTC(130)가 반복적인 트립 현상과 수축 과정으로 인해 손상되어 내부 저항이 증가될수록, 증가되는 내부 저항에 의해 배터리의 에너지 저장 용량의 감소가 발생한다.

또한, 종래의 보호 회로 장치(100)의 PTC(130)에 트립 현상이 발생한 경우, 미세 전류가 배터리를 구성하는 셀로 흘러 배터리 셀의 폭발을 유발할 수 있다.

2. 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호 회로 장치

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호 회로 장치의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호 회로 장치(400)는 멀티칩 IC(multi chip ic)(410) 및 온도 감응 소자(420)를 포함할 수 있다.

멀티칩 IC(410)는 배터리의 보호 동작을 수행하는 보호 IC, 보호 IC의 제어 신호에 따라 전류를 차단하는 동작을 수행하는 제1 모스펫 및 제2 모스펫으로 구성된 스위치 모스펫(Mos-Fet) IC 및 온도 감응 소자와 전기적으로 연결되는 외부 저항 단자를 포함할 수 있다. 여기서 온도 감응 소자(420)는 멀티칩 IC(410)의 외부 저항 단자와 접지단 사이에 위치하여 외부 저항 단자와 접지단 사이를 전기적으로 서로 연결할 수 있다. 또한, 온도 감응 소자(420)는 PTC 소자를 포함할 수 있다.

멀티칩 IC(410)는 외부 저항 단자를 통해 전기적으로 연결된 온도 감응 소자(420)에 흐르는 전압 값을 감지할 수 있다.

멀티칩 IC(410)는 온도 감응 소자(420)에 흐르는 전압 값이 미리 설정된 보호 동작 전압 값 이상인지 판단할 수 있다. 여기서 보호 동작 전압 값은 멀티칩 IC(410)의 내부에 구비된 롬(ROM) 또는 램(RAM)과 같은 저장 소자에 미리 저장 될 수 있다. 또한, 보호 동작 전압 값은 온도 감응 소자의 트립 현상 발생 직전의 저항 값과 전류 값으로부터 결정될 수 있다. 또한, 보호 동작 전압 값은 보호 회로에 실장되는 온도 감응 소자의 스펙에 따라 미리 설정될 수 있다. 또한, 보호 동작 전압 값은 온도 감응 소자에 트립 현상이 발생하기 이전의 온도 감응 소자의 전압 값들 중 어느 하나의 전압 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 판단 결과, 감지된 전압 값이 미리 설정된 보호 동작 전압 값 이상인 경우, 멀티칩 IC(410)는 동작 중인 보호 IC의 OCP 범위를 낮출 수 있다.

더욱 상세하게는, 멀티칩 IC(410)는 동작 중인 보호 IC의 OCP 범위를 현재 범위보다 더 낮은 값들을 갖는 하위 범위로 변경하여, 보호 IC가 현재의 OCP 범위보다 낮은 OCP 범위로 배터리의 보호 동작을 수행하도록 보호 IC의 동작을 제어할 수 있다.

그 후, 하위 범위로 변경된 OCP에 따라 멀티칩 IC(410)의 보호 IC는 배터리의 보호 동작을 수행할 수 있다.

더욱 상세하게는, 멀티칩 IC(410)의 보호 IC는 모스펫 IC에 구비된 제1 모스펫 또는 제2 모스펫 중 어느 하나의 동작을 제어하여 멀티칩 IC(410) 내부에 흐르는 전류를 차단하여 멀티칩 IC (410)의 전원을 차단하는 보호 동작인 전원 차단 동작을 수행할 수 있다.

따라서 멀티칩 IC(410)는 온도 감응 소자(420)에 트립 현상이 발생되기 이전에 전원을 차단하는 차단 동작을 수행하여 온도 감응 소자(420)의 손상을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티칩 IC(410)의 보호 IC는 모스펫 IC 구동부, 전압 감지부, 보호 동작 시작 여부 판단부 및 제어부를 포함할 수 있다.

모스펫 IC 구동부는 제어부의 제어에 따라 모스펫 IC의 동작을 제어할 수 있다.

전압 감지부는 외부 저항 단자를 통해 온도 감응 소자에 흐르는 전압 값을 감지할 수 있다.

보호 동작 시작 여부 판단부는 전압 감지부를 통해 감지된 전압 값이 보호 동작 전압 값 이상인지 판단할 수 있다.

제어부는 보호 IC는 모스펫 IC 구동부, 전압 감지부 및 보호 동작 시작 여부 판단부의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 제어부는 감지된 전압 값이 보호 동작 전압 값 이상인 경우, 멀티칩 IC(410)에 의해 변경된 OCP 하위 범위에 따라 배터리의 보호 동작을 수행하되, 모스펫 구동부를 통해 멀티칩 IC(410)의 내부에 흐르는 전류가 차단되도록 모스펫 IC의 동작을 제어하는 전류 차단 동작을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 모스펫 IC는 제1 및 제2 모스펫을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 모스펫 IC의 제1 및 제2 모스펫은 보호 IC에 구비된 모스펫 IC 구동부의 제어 신호에 따라 각각 별도로 동작할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티칩(410)은 모스펫 IC의 제1 모스펫과 전기적으로 연결된 제1 단자(430)와 제2 모스펫과 전기적으로 연결된 제2 단자(440)을 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 단자(430)과 제2 단자(440) 사이에는 적어도 하나의 캐패시터가 마련되어 제1 단자(430)과 제2 단자(440)를 서로 전기적으로 연결할 수 있다.

제1 단자(430)는 배터리의 음극 단자와 적어도 하나의 캐패시터 사이를 전기적으로 연결하며, 접지단과 전기적으로 연결할 수 있다.

제2 단자(440)는 배터리의 충전을 위해 입력되는 전원의 음극 단자와 적어도 하나의 캐패시터 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 멀티칩(410)은 온도 감응 소자의 손상을 방지 하기 위해 멀티칩(410) 내부에 흐르는 전류를 차단하는 보호 동작이 수행된 후, 온도 감응 소자에 흐르는 전압 값이 미리 설정된 보호 동작 전압 값 이하인 경우, 보호 IC의 현재 OCP의 범위를 변경 이전의 OCP 범위로 재변경할 수 있다.

3. 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호 IC의 OCP 범위

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호 회로 장치에서 사용된 PTC 소자에 대한 온도의 함수에 대한 저항의 그래프도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호 회로 장치에서 사용된 PTC 소자에 대한 온도의 함수에 대한 저항의 그래프에 대한 보호 IC의 OCP 범위를 나타내는 예시표이다.

도 5를 참조하면, PTC 소자의 저항 값은 정상 상태 구간(A와 B사이의 510 구간)에서는 PTC를 구성하는 전도성 폴리머 합성물의 배열은 일정한 방향성이 있는 형상을 갖는다.

큐리 온도(100도와 110도 사이의 온도)를 넘는 상태의 PTC를 구성하는 전도성 폴리머 합성물의 각각의 중합체 성분은 서로 간의 연결되지 않고 분산된다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 회로 장치(400)의 멀티칩 IC(410)에 구비된 보호IC의 OCP는 PTC가 트립 상태가 되기 전의 온도를 감지하는 범위로 설정되는 것이 바람직하다.

더욱 상세하게는, 종래의 배터리 보호 회로 장치(100)의 보호 IC(110)는 정해진 OCP의 범위에 따라 동작하여 PTC(130)의 손상을 초래할 수 있는 반면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 회로 장치(400)의 멀티칩 IC(410)에 구비된 보호 IC의 OCP는 610에 표시된 바와 같이 과전류 또는 고온으로 인해 가변되는 PTC 소자의 저항 값에 따라 보호 IC의 OCP 범위가 멀티칩 IC(410)에 의해 현재의 OCP 범위와 다른 OCP 범위로 변경되어 재설정될 수 있다. 따라서 변경된 OCP 범위에 따라 동작하는 보호 IC가 수행하는 보호 동작인 전류 차단 동작을 통해 온도 감응 소자인 PTC 소자의 영구적인 손상을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 종래의 보호 회로 장치 110 : 보호 IC
120 : FET IC 130 : PTC
400 : 보호 회로 장치 410 : 멀티칩 IC
420 : 온도 감응 소자 430 : 제1 단자
440 : 제2 단자 450 : 캐페시터

Claims

배터리의 보호 동작을 제어하는 배터리 보호 회로 장치에 있어서,
상기 배터리의 보호 동작을 수행하는 보호 IC와, 상기 보호 IC의 제어 신호에 따라 전류를 차단하는 모스펫 IC와, 외부 저항 단자가 하나의 패키지에 포함된 멀티칩 IC 및 상기 외부 저항 단자와 상기 배터리 보호 회로 장치의 접지단 사이에 전기적으로 연결된 온도 감응 소자; 를 포함하며,
상기 멀티칩 IC는 상기 온도 감응 소자의 전압 값이 미리 설정된 보호 동작 전압 값 이상인지 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 온도 감응 소자의 전압 값이 상기 보호 동작 전압 값 이상인 경우, 상기 보호 IC의 현재 OCP(Over-current Protection) 범위를 보다 낮은 값들로 구성된 하위 범위로 변경시키며, 상기 보호 IC는 상기 변경된 하위 범위에 따라 상기 보호 동작을 수행하되, 상기 멀티칩 IC의 내부에 흐르는 전류가 차단되도록 상기 모스펫 IC의 동작을 제어하는 배터리 보호 회로 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 온도 감응 소자는,
PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자를 포함하는 배터리 보호 회로 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 보호 IC는,
상기 모스펫 IC의 동작을 제어하는 모스펫 IC 구동부;
상기 외부 저항 단자를 통해 상기 온도 감응 소자에 흐르는 전압 값을 감지하는 전압 감지부;
상기 전압 감지부를 통해 감지된 전압 값이 상기 보호 동작 전압 값 이상인지 판단하는 보호 동작 시작 여부 판단부; 및
상기 판단 결과, 상기 감지된 전압 값이 상기 보호 동작 전압 값 이상인 경우, 상기 OCP의 하위 범위에 따라 상기 보호 동작을 수행하되, 상기 모스펫 구동부를 통해 상기 멀티칩 IC의 내부에 흐르는 전류가 차단되도록 상기 모스펫 IC의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하는 배터리 보호 회로 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 모스펫 IC는,
상기 모스펫 IC 구동부의 제어 신호에 따라 각각 별도로 동작하는 제1 및 제2 모스펫을 포함하는 배터리 보호 회로 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 멀티칩 IC는,
상기 제1 모스펫과 전기적으로 연결된 제1 단자; 및
상기 제2 모스펫과 전기적으로 연결된 제2 단자;
를 포함하되, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 사이에 마련된 적어도 하나의 캐패시터를 통해 전기적으로 서로 연결되는 배터리 보호 회로 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 제1 단자는,
상기 배터리의 음극 단자와 상기 적어도 하나의 캐패시터 사이를 전기적으로 연결하며, 상기 접지단과 전기적으로 연결되는 배터리 보호 회로 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 제2 단자는,
상기 배터리의 충전을 위해 입력되는 전원의 음극 단자와 상기 적어도 하나의 캐패시터 사이를 전기적으로 연결하는 배터리 보호 회로 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 멀티칩 IC는,
상기 보호 동작이 수행된 후, 상기 온도 감응 소자에 흐르는 전압 값이 미리 설정된 보호 동작 전압 값 이하인 경우, 상기 보호 IC의 현재 OCP의 범위를 변경 이전의 범위로 재변경하여 상기 보호 IC의 동작을 제어하는 배터리 보호 회로 장치.