KR20170082244A - Battery protection circuit module and battery pack including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 과전류 및 과열을 효과적으로 방지할 수 있고, 저비용으로 컴팩트하게 구현하기 위해, 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 제 1 단자 및 제 2 단자와, 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 제 3 단자 및 제 4 단자와, 상기 제 1 단자와 제 3 단자의 사이 또는 상기 제 2 단자와 제 4 단자의 사이에 접속되는 적어도 하나의 트랜지스터와, 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자와, 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자를 포함하며, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 서로 동기화된 신호를 상기 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트 단자에 보내는, 배터리 보호회로 모듈이 제공된다.In order to effectively prevent overcurrent and overheating, and to achieve a compact and low cost, the present invention provides a battery charger comprising a first terminal and a second terminal electrically connected to an electrode terminal of a battery bare cell, A third terminal and a fourth terminal, at least one transistor connected between the first terminal and the third terminal or between the second terminal and the fourth terminal, and at least one transistor for controlling the at least one transistor And a second protection integrated circuit element for controlling the at least one transistor, wherein the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element output a signal synchronized with each other to the at least one To a gate terminal of the transistor.
Description
본 발명은 전자장치용 배터리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배터리 셀을 보호하기 위한 배터리 보호회로 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery for an electronic device, and more particularly, to a battery protection circuit module for protecting a battery cell and a battery pack including the battery protection circuit module.
일반적으로 휴대폰, PDA 등의 전자장치 등에 배터리가 사용되고 있다. 리튬이온 배터리는 휴대단말기 등에 가장 널리 사용되는 배터리로 과충전, 과전류 시에 발열하고, 발열이 지속되어 온도가 상승하게 되면 성능열화는 물론 폭발의 위험성까지 갖는다. 따라서, 이러한 성능 열화를 방지하기 위해서 배터리의 동작을 차단하는 배터리 보호회로 장치를 배터리에 제공해야 할 필요성이 높아지고 있다. Generally, batteries are used in electronic devices such as mobile phones and PDAs. Lithium-ion batteries are the most widely used batteries in portable handsets, and they have overcharging and over-currents, and when the temperature rises due to the heat generation, the performance deteriorates as well as the risk of explosion. Therefore, in order to prevent such performance deterioration, there is an increasing need to provide a battery protection circuit device that cuts off the operation of the battery.
통상적으로, 과전류 및 과열을 차단하기 위하여 써미스터 소자, 예컨대 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자를 배터리 보호회로 장치에 부가적으로 사용하고 있다. 이러한 PTC 소자는, 예를 들어, 도전성 입자를 결정성 고분자에 분산시킴으로써 형성될 수 있다. 설정된 온도 이하에서 PTC 소자는 도전성의 연결부재 사이에서 전류가 흐르는 통로가 된다. 그러나 과전류 발생으로 인해 설정 온도 이상이 되면 결정성 고분자가 팽창되어 결정성 고분자에 분산되어 있는 상기 도전성 입자 사이의 연결이 분리되면서 저항이 급격하게 증가된다. 따라서 도전성의 연결부재 사이의 전류의 흐름이 차단되거나 전류의 흐름이 감소된다. 이와 같이 PTC 소자에 의해 전류의 흐름이 차단될 수 있으므로, PTC 소자는 배터리의 파열을 방지하는 안전장치의 역할을 수행한다. 그리고 다시 설정 온도 이하로 냉각되면 PTC 소자에서 결정성 고분자가 수축하여 도전성 입자 사이의 연결이 복원되므로 전류의 흐름이 원활하게 수행될 수 있다. 그러나 이러한 PTC 소자는 부품의 단가가 높아 전체 제조비용이 상승하고, 배터리의 크기를 크게 한다는 문제점을 가진다. Typically, a thermistor element, such as a PTC (Positive Temperature Coefficient) element, is additionally used in the battery protection circuit device to prevent overcurrent and overheating. Such a PTC device can be formed, for example, by dispersing conductive particles in a crystalline polymer. Below the set temperature, the PTC element becomes a passage through which the current flows between the conductive connecting members. However, when the temperature exceeds the set temperature due to the occurrence of the overcurrent, the crystalline polymer swells and the resistance between the conductive particles dispersed in the crystalline polymer is separated and the resistance is rapidly increased. Accordingly, the flow of the current between the conductive connecting members is blocked or the flow of the current is reduced. Since the flow of current can be cut off by the PTC element, the PTC element serves as a safety device for preventing the battery from being ruptured. When the temperature is lower than the set temperature again, the crystalline polymer is shrunk in the PTC device and the connection between the conductive particles is restored, so that the current can flow smoothly. However, such a PTC device has a problem that the manufacturing cost is increased and the size of the battery is increased because the unit price of the PTC device is high.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 과전류 및/또는 과열을 효과적으로 차단하면서 집적화 및 소형화에 유리한 배터리 보호회로 모듈 및 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a battery protection circuit module and a battery pack which are advantageous in terms of integration and miniaturization while effectively preventing overcurrent and / or overheating. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.
본 발명의 일 관점에 의하면, 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 제 1 단자 및 제 2 단자와, 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 제 3 단자 및 제 4 단자와, 상기 제 1 단자와 제 3 단자의 사이 또는 상기 제 2 단자와 제 4 단자의 사이에 접속되는 적어도 하나의 트랜지스터와, 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자와, 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자를 포함하며, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 서로 동기화된 신호를 상기 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트 단자에 보내는, 배터리 보호회로 모듈이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery bare cell including a first terminal and a second terminal electrically connected to an electrode terminal of a battery bare cell, a third terminal and a fourth terminal electrically connected to the charger or the electronic device, At least one transistor connected between the first terminal and the third terminal or between the second terminal and the fourth terminal, a first protection integrated circuit element for controlling the at least one transistor, Wherein the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element transmit a synchronized signal to a gate terminal of the at least one transistor, do.
상기 배터리 보호회로 모듈에 있어서, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 서로 동기화된 신호를 상기 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트 단자에 보내도록 각각의 동기화 단자를 통해서 서로 연결될 수 있다.In the battery protection circuit module, the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element may be connected to each other through respective synchronization terminals to send synchronized signals to the gate terminals of the at least one transistor .
상기 배터리 보호회로 모듈에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터는 서로 직렬 연결된 제 1 전계효과 트랜지스터 및 제 2 전계효과 트랜지스터를 포함할 수 있다.In the battery protection circuit module, the at least one first transistor may include a first field effect transistor and a second field effect transistor connected in series with each other.
상기 배터리 보호회로 모듈에 있어서, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 방전제어단자 및 충전제어단자를 각각 포함하고, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자의 방전제어단자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자의 방전제어단자는 서로 연결되어 상기 제 1 전계효과 트랜지스터의 게이트에 접속되고, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자의 충전제어단자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자의 충전제어단자는 서로 연결되어 상기 제 2 전계효과 트랜지스터의 게이트에 접속될 수 있다.Wherein the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element each include a discharge control terminal and a charge control terminal, and the discharge control terminal of the first protection integrated circuit element and the discharge control terminal of the first protection integrated circuit element, The discharge control terminals of the two protection integrated circuit elements are connected to each other to be connected to the gates of the first field effect transistor and the charge control terminals of the first protection integrated circuit elements and the charge control terminals of the second protection integrated circuit elements are connected to each other And may be connected to the gate of the second field effect transistor.
상기 배터리 보호회로 모듈에 있어서, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 서로 동일한 구조를 가질 수 있다.In the battery protection circuit module, the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element may have the same structure.
본 발명의 다른 관점에 따른 배터리 팩은, 배터리 베어셀과, 상기 배터리 베어셀과 접속되는 배터리 보호회로 모듈을 포함한다. 상기 배터리 보호회로 모듈은, 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 제 1 단자 및 제 2 단자와, 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 제 3 단자 및 제 4 단자와, 상기 제 1 단자와 제 3 단자의 사이 또는 상기 제 2 단자와 제 4 단자의 사이에 접속되는 적어도 하나의 트랜지스터와, 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자와, 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자를 포함한다. 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 서로 동기화된 신호를 상기 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트 단자에 보낸다.A battery pack according to another aspect of the present invention includes a battery bare cell and a battery protection circuit module connected to the battery bare cell. The battery protection circuit module includes a first terminal and a second terminal electrically connected to an electrode terminal of a battery bare cell, a third terminal and a fourth terminal electrically connected to the charger or the electronic device, At least one transistor connected between the first terminal and the third terminal or between the second terminal and the fourth terminal, a first protection integrated circuit element for controlling the at least one transistor, And a second protection integrated circuit device. The first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element send a synchronized signal to a gate terminal of the at least one transistor.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따르면, 과전류 및 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 배터리 보호회로와 이를 저비용으로 컴팩트하게 구현할 수 있는 배터리 보호회로 패키지를 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the embodiments of the present invention described above, it is possible to provide a battery protection circuit that can effectively prevent overcurrent and overheating, and a battery protection circuit package that can be compactly implemented at a low cost. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈을 보여주는 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 사시도이다. 1 is a schematic circuit diagram showing a battery protection circuit module according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic perspective view illustrating a battery protection circuit module according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of explanation.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 동일한 참조부호에 대하여, 배터리 보호회로의 관점에서는 회로의 개념으로 설명할 수 있으나, 배터리 보호회로 패키지의 관점에서는 소자나 회로부품의 개념으로 설명할 수 있다. In describing embodiments of the present invention, the same reference numerals can be used to describe the concept of a circuit from the viewpoint of a battery protection circuit, but the concept of a device or a circuit part can be described from the viewpoint of a battery protection circuit package.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 집적회로(IC, integrated circuit)는 특정의 복잡한 기능을 처리하기 위해 많은 소자를 하나의 칩 안에 집적화한 전자부품을 의미할 수 있다.In describing embodiments of the present invention, an integrated circuit (IC) may mean an electronic component in which many devices are integrated into one chip to process a specific complicated function.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈을 보여주는 개략적인 회로도이다.1 is a schematic circuit diagram showing a battery protection circuit module according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 이 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈은 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 제 1 단자(102)와 제 2 단자(104)와, 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 제 3 단자(106)와 제 4 단자(108)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 단자(102)는 배터리 팩 내부의 배터리 베어셀의 양극과 연결되는 내부 양극 단자(B+)이고, 제 2 단자(104)는 배터리 베어셀의 음극과 연결되는 내부 음극 단자(B-)이고, 제 3 단자(106)는 배터리 팩 외부의 충전기 또는 전자기기의 양극에 연결되는 외부 양극 단자(P+)이고, 제 4 단자(108)는 충전기 또는 전자기기의 음극에 연결되는 외부 음극 단자(P-)일 수 있다.Referring to FIG. 1, a battery protection circuit module according to this embodiment of the present invention includes a
나아가, 도면에서 도시되지 않았으나, 본 발명의 일부 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈은 별도의 추가적인 외부 연결 단자를 더 포함할 수 있다.Further, although not shown in the drawings, the battery protection circuit module according to some embodiments of the present invention may further include a separate additional external connection terminal.
적어도 하나의 트랜지스터(112)는 제 1 단자(102)와 제 3 단자(106)의 사이 또는 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108)의 사이에 접속될 수 있다. 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118) 및 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 적어도 하나의 트랜지스터(112)를 제어하도록 적어도 하나의 트랜지스터(112)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118) 및 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 서로 동기화된 신호를 적어도 하나의 트랜지스터(112)의 게이트 단자에 출력할 수 있다.At least one
예를 들어, 트랜지스터(112)는 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이에 접속되고, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 이러한 트랜지스터(112)를 제어하도록 적어도 트랜지스터(112)의 게이트 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.For example, the
제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 은 배터리의 과방전, 과충전 및/또는 과전류를 감지하여 배터리 베어셀의 충방전 또는 동작을 차단할 수 있다. 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 서로 보완적으로 사용될 수 있다. The first protection integrated
예를 들어, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 병렬적으로 구성되어 동일하게 배터리의 과방전, 과충전 및/또는 과전류를 감지하여 배터리 베어셀의 충방전 또는 동작을 차단하도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128) 중 어느 하나에 문제가 발생하더라도 다른 하나를 이용하여 이중으로 배터리를 보호할 수 있다. 다만, 어느 하나의 소자가 과방전, 과충전 또는 과전류를 감지하고 다른 하나의 소자가 이를 감지하지 못하더라도, 감지된 신호를 동기화하여 두 소자들은 서로 동일하게 배터리 베어셀의 충방전 또는 동작을 차단하도록 동작할 수 있다.For example, the first protection integrated
다른 예로, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 서로 기능적으로 구분되어 사용될 수도 있다. 이 경우, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128) 중 적어도 하나의 소자는 종래의 과전류 보호용 장치, 예컨대 피티씨(PTC) 써미스터를 대체하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128) 중 하나는 배터리의 과방전과 과충전을 제어하고, 다른 하나는 과전류를 감지하도록 제어할 수 있다. 다만, 이 경우에도 두 소자들 중 어느 하나의 소자에서 제어 신호가 출력되면 두 소자들에서 서로 동기화 되어 트랜지스터(112)에 동일하게 출력될 수 있다.As another example, the first protection integrated
보다 구체적으로 보면, 트랜지스터(112)는 서로 직렬 연결된 제 1 전계효과 트랜지스터(114) 및 제 2 전계효과 트랜지스터(116)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116)는 서로 동일한 타입, 예컨대 N타입 모스펫(NMOSFET)일 수 있고, 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이에서 서로 드레인(drain)을 공유하도록 직렬 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116)의 드레인과 소스 사이에는 적어도 하나의 역방향의 다이오드가 구성되어, 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이의 전류 흐름을 제어할 수 있게 된다.More specifically, the
제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 제 1 전계효과 트랜지스터(114) 및 제 2 전계효과 트랜지스터(116)를 제어하는 제어로직을 내부에 각각 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어로직은 기준전압 설정부, 기준전압과 충방전 전압을 비교하기 위한 비교부, 과전류 검출부, 충방전 검출부를 포함할 수 있다. The first protection integrated
충전 및 방전상태의 판단 기준은 유저가 요구하는 스펙(SPEC)으로 변경이 가능하며 그 정해진 기준에 따라 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)의 각 단자별 전압차를 인지하여 충ㆍ방전상태를 판정한다. 예를 들어, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 제어로직을 출력하기 위해서, 기준단자(Vss), 전원단자(Vdd), 감지단자(V-), 방전제어단자(Dout) 및 충전제어단자(Cout)를 포함할 수 있다.The charging and discharging state determination criteria can be changed to the SPEC required by the user and the voltage of each terminal of the first protection integrated
나아가, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 출력 신호를 동기화시키기 위한 동기화 단자(Sout)를 각각 포함할 수 있다. 이를 위해서, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 제어 로직 내에 또는 제어 로직과 분리되게 동기화 제어부를 더 포함할 수 있다. 이에 따르면, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 서로 동기화된 신호를 제 1 전계효과 트랜지스터(114) 및 제 2 전계효과 트랜지스터(116)의 게이트 단자에 보내도록 동기화 단자들(Sout)이 서로 연결될 수 있다. 이에 따르면, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128) 중 하나의 소자의 동기화 제어부의 신호는 동기화 단자(Sout)들을 통해서 다른 소자로 전송되어 두 신호들이 동일하게 출력될 수 있다.Furthermore, the first protection integrated
이러한 구성에 따르면, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 서로 동일한 구조를 가질 수 있다. 하지만, 이 실시예의 변형된 예에서, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 대체로 동일한 구조를 가지면서도 서로 다른 기능을 부가적으로 수행하도록 서로 다른 구조를 가질 수도 있다.According to this configuration, the first protection integrated
제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)는 적어도 하나의 수동소자를 개재하여 노드(n2, n4, n6)에 연결될 수 있다. 예컨대, 전원단자(Vdd)는 저항(R11)을 개재하여 제 1 단자(102)와 제 3 단자(106) 사이의 노드(n2)에 접속되고, 기준단자(Vss)는 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이의 노드(n4)에 접속될 수 있다. 노드(n2)와 노드(n4) 사이의 기준단자(Vss)와 전원단자(Vdd) 사이에는 두 노드(n2, n4) 사이의 단락을 방지하기 위해서 커패시터(C11)가 개재될 수 있다. 감지단자(V-)는 저항(R12)을 개재하여 노드(n6)에 접속될 수 있다.The first protection integrated
제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 적어도 하나의 수동소자를 개재하여 노드(n1, n3, n5)에 연결될 수 있다. 예컨대, 전원단자(vdd)는 저항(R21)을 개재하여 제 1 단자(102)와 제 3 단자(106) 사이의 노드(n1)에 접속되고, 기준단자(Vss)는 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이의 노드(n3)에 접속될 수 있다. 노드(n1)와 노드(n3) 사이의 기준단자(Vss)와 전원단자(Vdd) 사이에는 두 노드(n1, n3) 사이의 단락을 방지하기 위해서 커패시터(C21)가 개재될 수 있다. 감지단자(V-)는 저항(R22)을 개재하여 노드(n5)에 접속될 수 있다.The second protection integrated
저항(R11, R21)과 커패시터(C11, C21)는 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)의 공급전원의 변동을 안정시키는 역할을 한다. 저항(R11, R21)의 저항값을 크게 하면 전압 검출 시 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128) 내부에 침투되는 전류에 의해서 검출전압이 높아지기 때문에 저항(R11, R21)의 저항값은 소정의 값, 예컨대 1KΩ 이하의 값으로 설정될 수 있다. 또한, 안정된 동작을 위해서 커패시터(C11, C21)의 용량값은 적절하게 조절될 수 있고, 예컨대 0.01μF 이상의 적당한 값을 가질 수 있다.The resistors R11 and R21 and the capacitors C11 and C21 serve to stabilize fluctuations in the power supply of the first and second protection integrated
커패시터(C11, C21)는 배터리 보호회로 제품의 특성에 크게 영향을 끼치지는 않지만, 유저의 요청이나 안정성을 위해 추가되고 있다. 커패시터(C11, C21)는 전압변동이나 외부 노이즈에 대한 내성을 향상시켜 시스템을 안정화시키는 효과를 위한 것이다.The capacitors C11 and C21 do not significantly affect the characteristics of the battery protection circuit product, but are added for user's request or stability. The capacitors C11 and C21 are for stabilizing the system by improving resistance to voltage fluctuation and external noise.
선택적으로, 도면에 도시되지 않았으나, ESD(Electrostatic Discharge), 서지(surge) 보호를 위하여, 저항 및 배리스터가 서로 병렬 연결되는 구조가 부가될 수 있다. 배리스터 소자는 과전압 발생시 저항이 낮아지는 소자로, 과전압이 발생되는 경우 저항이 낮아져 과전압으로 인한 회로손상 등을 최소화할 수 있다. 전술한 수동소자의 수나 배치는 부가 기능에 따라서 적절하게 변형될 수 있다.Alternatively, although not shown in the drawing, a structure in which a resistor and a varistor are connected in parallel may be added for ESD (Electrostatic Discharge) and surge protection. The varistor device has a low resistance when overvoltage is generated. When the overvoltage is generated, the resistance is lowered to minimize circuit damage due to overvoltage. The number or arrangement of the above-described passive elements can be appropriately modified in accordance with the additional function.
이러한 구성에 따르면, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 기준단자(Vss)의 전압을 기준으로, 전원단자(Vdd)를 통해서 충전전압 또는 방전전압을 인가할 수 있고, 감지단자(V-)를 통해서 충방전 및 과전류 상태를 감지할 수 있다. The first protection integrated
제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들의 방전제어단자(Dout)는 배터리의 방전시 트랜지스터(112)의 온-오프(on-off)를 제어하기 위해서, 제 1 전계효과 트랜지스터(114)의 게이트에 공유로 접속될 수 있다. 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들의 충전제어단자(Cout)는 배터리의 충전시 트랜지스터(112)의 온-오프(on-off)를 제어하기 위해서, 제 2 전계효과 트랜지스터(116)의 게이트에 접속될 수 있다.The discharge control terminals Dout of the first protection integrated
배터리의 충전 시 충전전류는 제 3 단자(106)로부터 제 1 단자(102) 방향으로, 그리고 제 2 단자(104)로부터 제 4 단자(108) 방향으로 흐르게 된다. 배터리의 방전 시 방전전류는 제 1 단자(102)로부터 제 3 단자(106) 방향 그리고, 제 4 단자(108)로부터 제 2 단자(104) 방향으로 흐르게 된다.The charging current flows from the
제 1 프로텍션 집적회로 소자(118) 및/또는 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 배터리 방전 시에 과전류 또는 과방전 상태를 감지하면, 방전제어단자(Dout)를 통해 동기화된 로우(LOW) 신호를 함께 출력하여 제 1 전계효과 트랜지스터(114)를 오프 시키고, 배터리 충전 시에 과전류 또는 과충전 상태를 감지하면 충전제어단자(Cout)를 통해서 동기화된 로우(LOW) 신호를 함께 출력하여 제 2 전계효과 트랜지스터(116)를 오프 시키도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 서로 직렬 연결된 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116) 중 적어도 하나가 오프되게 됨에 따라서, 제 2 단자(104)에서 제 4 단자(108) 사이의 회로가 차단되어 배터리의 과충전, 과방전 및/또는 과전류가 차단될 수 있다.When the first protection integrated
이러한 동작은 아래 표 1과 같이 나타낼 수 있다. 아래에서 "H"는 로직 하이 신호로서 예컨대 전원전압(Vdd)일 수 있고, "L"은 로직 로우 신호로서 예컨대 기준전압(Vss)일 수 있다.This behavior can be shown in Table 1 below. In the following, "H" may be a logic high signal, for example a power supply voltage (Vdd), and "L" may be a logic low signal, for example a reference voltage (Vss).
표 1을 참조하면, 동기화 단자(Sout)를 통해서 과충전, 과방전, 과전류, 단락(short) 상태 감지 시 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들의 출력 신호가 동기화되어 동일하게 출력되는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, the output signals of the first and second protection integrated
전술한 본 발명의 보호회로 구성에 따르면, 배터리 베어셀을 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들을 이용하여 이중으로 보호하면서도 동기화가 가능함에 따라서, 종래의 과전류 또는 과열 보호 장치, 예컨대 PTC 써미스터 또는 바이메탈 접합구조 등을 생략할 수 있어서, 그 전체 부피를 줄일 수 있다. 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들은 반도체칩으로 구현 가능하기 때문에 실리콘 공정 기술을 이용하면 마이크로 내지 나노 미터 단위로 미소하게 제작할 수 있기 때문이다. According to the above-described protection circuit configuration of the present invention, since the battery bare cell can be synchronized while being doubly protected by using the first and second protection integrated
예를 들어, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들, 제 1 내지 제 2 전계효과 트랜지스터(114, 116)를 모두 반도체칩으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 수동 소자들, 예컨대 저항들(R11, R12, R21, R22), 커패시터들(C11, C21)도 칩형태로 제조할 수 있다. 이러한 칩 구조는 표면실장기술을(surface mounting technology, SMT) 이용하여 용이하게 기판 상에 실장될 수 있다.For example, both the first protection integrated
전술한 실시예에서 전계효과 트랜지스터(112)가 듀얼 전계효과 트랜지스터 구조를 갖는 것으로 설명되었지만, 다른 실시예에서 전계효과 트랜지스터(112)는 싱글 전계효과 트랜지스터 구조를 가질 수도 있고, 이 경우 충방전 제어를 하나의 단자로 수행하도록 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들의 구조도 변형될 수 있다.Although the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈을 개략적으로 도시하는 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing a battery protection circuit module according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 전술한 보호회로 구조는 기판(50) 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 기판(50)은 인쇄회로기판 또는 리드프레임을 포함할 수 있다. 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들, 제 1 내지 제 2 전계효과 트랜지스터(114, 116)들, 저항들(R11, R12, R21, R22), 커패시터들(C11, C21)은 몰딩재(55)를 이용하여 하나의 패키지로 봉지될 수 있다.Referring to FIG. 2, the above-described protection circuit structure may be mounted on the
이 실시예의 변형된 예에서, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들은 그 부피를 줄이기 위해서 각각 칩스케일 패키지(chip scale package, CSP) 형태로 기판(50) 상에 실장될 수도 있다. 이 경우, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들은 각각 패키지화 되어 기판(50) 상에 실장될 수 있다.The first protection integrated
이 실시예의 다른 변형된 예에서, 제 1 전계효과 트랜지스터(114), 제 2 전계효과 트랜지스터(116) 및 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)는 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116) 상에 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)가 적층된 적층 패키지 구조나 또는 패키지-온-패키지(package on package, POP) 구조로 제조될 수 있다.In another variation of this embodiment, the first
이 실시예의 또 다른 변형된 예에서, 제 1 전계효과 트랜지스터(114), 제 2 전계효과 트랜지스터(116) 및 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116) 상에 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)가 적층된 적층 패키지 구조나 또는 패키지-온-패키지(package on package, POP) 구조로 제조될 수도 있다.The second
이 실시예의 또 다른 변형된 예에서, 제 1 전계효과 트랜지스터(114) 및 제 2 전계효과 트랜지스터(116)의 듀얼 모스펫 구조는 단일 전계효과 트랜지스터로 대체될 수도 있고, 이 경우 이를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)들의 구조도 일부 변경될 수 있다.In another variation of this embodiment, the dual MOSFET structure of the first
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 개략적인 전개 사시도이다.3 is a schematic exploded perspective view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 배터리 캔(400) 내에 내장된 배터리 베어셀의 상부면과 상부케이스(500) 사이에 상술한 배터리 보호회로 모듈(300)이 삽입되어 배터리 팩(600)을 구성하게 된다. 상부케이스(500)는 플라스틱 및/또는 금속 재질로 외부연결단자들(P+, P-)이 노출될 수 있도록 대응되는 부분에 관통홀(550)이 형성되어 있다. Referring to FIG. 3, the battery
이러한 배터리 베어셀은 전극 조립체와 캡 조립체를 포함하여 구성된다. 전극 조립체는 양극 집전체에 양극 활물질을 도포해서 형성된 양극판, 음극 집전체에 음극 활물질을 도포해서 형성된 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되어 두 극판의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 세퍼레이터로 이루어질 수 있다. 전극 조립체에는 상기 양극판에 부착된 양극탭과 상기 음극판에 부착된 음극탭이 인출되어 있다. The battery bare cell includes an electrode assembly and a cap assembly. The electrode assembly includes a positive electrode plate formed by applying a positive electrode active material to a positive electrode collector, a negative electrode plate formed by applying a negative electrode active material to a negative electrode collector, and a negative electrode plate interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, As shown in Fig. A positive electrode tab attached to the positive electrode plate and a negative electrode tab attached to the negative electrode plate are drawn out from the electrode assembly.
캡 조립체는 음극단자(410), 가스켓(420), 캡 플레이트(430) 등을 포함한다. 캡 플레이트(430)는 양극단자의 역할을 할 수 있다. 음극단자(410)는 음극셀 또는 전극셀로 명명될 수도 있다. 가스켓(420)은 음극단자(410)와 캡 플레이트(430)를 절연시키기 위하여 절연성 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 베어셀의 전극단자는 음극단자(410)와 캡 플레이트(430)를 포함할 수 있다. The cap assembly includes an
배터리 베어셀의 전극단자는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)와 플레이트(430) 내의 중앙에 배치되는 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)을 포함하며, 제 1 내부연결단자용 리드(B+)는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)와 접합하여 전기적으로 연결되고, 제 2 내부연결단자용 리드(B-)는 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)과 접합하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 리드프레임(50)의 길이는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)의 일단에서 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)까지의 길이에 해당할 수 있다. The electrode terminal of the battery bare cell includes a
이 실시예에 따르면, 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)을 기준으로 상단 부분의 편측 영역만을 사용하여 배터리 보호회로 패키지모듈(300)을 장착하므로, 배터리의 소형화 또는 고용량화를 구현할 수 있다. 예를 들어, 전극셀(410)의 다른 편측 영역에 셀을 더 형성하여 배터리 용량을 늘이거나 또는 다른 추가 기능을 갖는 칩 등을 배치함으로써 이러한 배터리를 갖는 응용제품의 소형화에 기여할 수 있다.According to this embodiment, since the battery protection
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 및 이를 구비하는 배터리 팩은 종래의 과전류 또는 과열 보호 장치, 예컨대 PTC 써미스터를 사용한 제품에 비해서 다음과 같은 유리한 효과를 가진다. The battery protection circuit module and the battery pack having the battery protection circuit module according to the embodiments of the present invention have the following advantages as compared with the conventional overcurrent or overheat protection device, for example, a product using the PTC thermistor.
첫째, 본 발명의 실시예들에서는 PTC 써미스터보다 상대적으로 부품 단가가 낮은 전자 부품을 사용하면서도 효과적으로 과전류를 차단할 수 있다. 일반적으로 PTC 써미스터의 단가가 높아 배터리 보호회로 장치의 생산단가를 상승시키는 주요한 원인이 되고 있다. 본 발명에 따르면 이러한 문제점을 효과적으로 극복할 수 있을 것으로 기대된다. First, in the embodiments of the present invention, it is possible to effectively prevent the overcurrent while using an electronic component having a relatively lower component price than the PTC thermistor. In general, the unit price of PTC thermistor is high, which is a major cause of increasing the production cost of the battery protection circuit device. According to the present invention, it is expected that this problem can be effectively overcome.
둘째, PTC 써미스터는 배터리 보호회로 패키지의 외부에 배치되기 때문에 PTC 써미스터와 배터리 보호회로 패키지를 접합하는 공정이 추가적으로 필요하며, 접합 공정의 불량에 따른 구조체의 강도 저하가 수반될 수 있다. 즉, PTC 써미스터의 금속층과 배터리 보호회로 모듈의 리드를 레이저 용접이나 저항용접 등으로 접합하는 공정이 추가적으로 필요하며, 접합된 어셈블리의 구조적 강도는 상대적으로 취약할 수 있다.Second, since the PTC thermistor is disposed outside the battery protection circuit package, a process of bonding the PTC thermistor and the battery protection circuit package is additionally required, and the strength of the structure may be reduced due to the failure in the bonding process. That is, a process of joining the metal layer of the PTC thermistor and the lead of the battery protection circuit module by laser welding or resistance welding is additionally required, and the structural strength of the bonded assembly may be relatively weak.
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.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
118, 128 : 프로텍션 집적회로 소자
114, 116 : 전계효과 트랜지스터118, 128: Protection integrated circuit device
114, 116: field effect transistor
Claims (9)
충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 제 3 단자 및 제 4 단자;
상기 제 1 단자와 제 3 단자의 사이 또는 상기 제 2 단자와 제 4 단자의 사이에 접속되는 적어도 하나의 트랜지스터;
상기 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자; 및
상기 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자;를 포함하고,
상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 서로 동기화된 신호를 상기 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트 단자에 보내는,
배터리 보호회로 모듈.A first terminal and a second terminal electrically connected to an electrode terminal of the battery bare cell;
A third terminal and a fourth terminal electrically connected to the charger or the electronic device;
At least one transistor connected between the first terminal and the third terminal or between the second terminal and the fourth terminal;
A first protection integrated circuit device for controlling said at least one transistor; And
And a second protection integrated circuit device for controlling the at least one transistor,
Wherein the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element transmit a synchronized signal to a gate terminal of the at least one transistor,
Battery protection circuit module.
상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자의 방전제어단자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자의 방전제어단자는 서로 연결되어 상기 제 1 전계효과 트랜지스터의 게이트에 접속되고,
상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자의 충전제어단자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자의 충전제어단자는 서로 연결되어 상기 제 2 전계효과 트랜지스터의 게이트에 접속된, 배터리 보호회로 모듈.4. The apparatus of claim 3, wherein the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element each include a discharge control terminal and a charge control terminal,
A discharge control terminal of the first protection integrated circuit element and a discharge control terminal of the second protection integrated circuit element are connected to each other and connected to a gate of the first field effect transistor,
Wherein the charge control terminal of the first protection integrated circuit element and the charge control terminal of the second protection integrated circuit element are connected to the gate of the second field effect transistor.
상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 서로 동일한 구조를 갖는, 배터리 보호회로 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element have the same structure.
상기 배터리 베어셀과 접속되는 배터리 보호회로 모듈을 포함하고,
상기 배터리 보호회로 모듈은,
상기 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 제 1 단자 및 제 2 단자;
충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 제 3 단자 및 제 4 단자;
상기 제 1 단자와 제 3 단자의 사이 또는 상기 제 2 단자와 제 4 단자의 사이에 접속되는 적어도 하나의 트랜지스터;
상기 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자; 및
상기 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자;를 포함하고,
상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 서로 동기화된 신호를 상기 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트 단자에 보내는,
배터리팩.Battery bare cell; And
And a battery protection circuit module connected to the battery bare cell,
The battery protection circuit module includes:
A first terminal and a second terminal electrically connected to the electrode terminal of the battery bare cell;
A third terminal and a fourth terminal electrically connected to the charger or the electronic device;
At least one transistor connected between the first terminal and the third terminal or between the second terminal and the fourth terminal;
A first protection integrated circuit device for controlling said at least one transistor; And
And a second protection integrated circuit device for controlling the at least one transistor,
Wherein the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element transmit a synchronized signal to a gate terminal of the at least one transistor,
Battery pack.
상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자의 방전제어단자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자의 방전제어단자는 서로 연결되어 상기 제 1 전계효과 트랜지스터의 게이트에 접속되고,
상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자의 충전제어단자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자의 충전제어단자는 서로 연결되어 상기 제 2 전계효과 트랜지스터의 게이트에 접속된, 배터리팩.9. The apparatus of claim 8, wherein the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element each include a discharge control terminal and a charge control terminal,
A discharge control terminal of the first protection integrated circuit element and a discharge control terminal of the second protection integrated circuit element are connected to each other and connected to a gate of the first field effect transistor,
Wherein the charge control terminal of the first protection integrated circuit element and the charge control terminal of the second protection integrated circuit element are connected to the gate of the second field effect transistor.
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