KR20180125771A - 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치를 공개한다. 본 발명은 스마트폰과 같은 소전류를 소비하는 전기 장치 및 자동차 시동 장치와 같이 대전류를 소비하는 전기 장치에 모두 전원을 공급할 수 있는 보조 배터리 장치를 제공함에 있어서, 소전류를 공급하는 보호 회로 부분(메인 보호 회로부)과 대전류를 공급하는 보호 회로 부분(서브 보호 회로부)을 물리적으로 분리하고, 보호 회로에서 중요한 기능을 수행하는 대부분의 구성 요소들(예컨대, 제어부, 밸런싱부 등)을 메인 보호 회로부에 배치한다. 따라서, 보조 배터리 장치의 소형화에 더 유리하고, 서브 보호 회로부에서 대전류를 공급할 때 발생하는 과부하, 단락, 누설 등이 발생하더라도, 그로 인한 피해를 서브 보호 회로부에 국한시키고, 메인 보호 회로부에 설치된 제어부 및 밸런싱부와 같은 보호 회로의 주요 부분으로 피해가 확산되는 것을 차단할 수 있으므로 보조 배터리 장치의 수리를 용이하게 하는 효과가 있다.

Description

이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치{Auxiliary battery including dual protection circuit}
본 발명은 보조 배터리 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자 기기가 보편화되면서 보조 배터리의 활용 범위가 확대되고 있고, 특히, 자동차 방전시에 시동 전원을 공급하는 간편한 방법으로 보조 배터리가 주목받고 있다.
자동차의 시동을 걸기 위해서는 90A 이상의 대전류가 필요하다. 최근 가장 많이 이용되는 보조 배터리는 그 내부에 리튬 이온 배터리를 구비하고 있으며, 자동차의 시동 전원을 공급하기 위해서는, 리튬 이온 배터리 셀을 3개 이상 연결하여 대전류를 공급하여야 한다.
그런데, 보조 배터리의 전원을 이용하여 자동차의 시동을 걸기 위해서 대전류를 공급하는 경우, 순간적으로 배터리 셀의 전압이 2.4V 이하 까지 떨어질 수 있고, 이 경우 리튬 이온 배터리 셀이 파손 될 수 있다.
그래서, 자동차에 시동 전원을 공급하기 위한 보조 배터리는 대전류 공급시 배터리 셀들을 보호하기 위해 보호 회로를 구비해는 것이 바람직하다. 그런데, 종래의 기술과 같이, 배터리 셀 보호 회로를 메인보드에 설치하고, 대전류를 제어하는 스위칭 소자를 메인 보드에 설치할 경우, 메인 보드의 공간을 많이 차지하게 되어 제품의 크기에 영향을 줄 뿐만 아니라, 자동차에 대전류를 공급할 때 메인보드에 과부하를 주는 현상이 발생하여, 메인 보드 전체의 고장, 더나아가 보조 배터리 전체의 고장을 유발하는 문제점이 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스마트폰과 같은 소전류를 소비하는 전기 장치 및 자동차 시동 장치와 같이 대전류를 소비하는 전기 장치에 모두 전원을 공급할 수 있는 보조 배터리 장치를 제공하되, 보조 배터리 장치의 소형화에 더 유리하고, 대전류를 공급할 때 보조 배터리의 메인 보드에 과부하가 인가되는 것을 방지할 수 있을뿐만 아니라, 대전류 공급으로 인한 고장 발생시 수리가 용이한 보조 배터리 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치는, 복수의 배터리셀들이 직렬로 연결된 배터리부; 제 1 커넥터에 연결되고, 상기 제 1 커넥터에 외부 전원이 연결되면 상기 외부 전원으로부터 충전 전류를 공급받아 상기 배터리부를 충전시키고, 상기 제 1 커넥터에 제 1 전기 장치가 연결되면, 상기 제 1 전기 장치로 상기 배터리부로부터 방전되는 제 1 전류를 출력하는 메인 보호 회로부; 및 상기 메인 회로부와 물리적으로 분리되고, 제 2 커넥터와 상기 배터리부 사이에 연결되며, 상기 제 2 커넥터에 상기 제 1 전기 장치보다 대전류를 소비하는 제 2 전기 장치가 연결되면, 상기 배터리부로부터 입력되는 상기 제 1 전류보다 대전류인 제 2 전류를 상기 제 2 전기 장치로 출력하는 서브 보호 회로부를 포함한다.
또한, 상기 메인 보호 회로부는, 상기 복수의 배터리셀들 간의 충전량을 서로 조절하는 밸런싱부; 온 또는 오프되어 상기 배터리부와 상기 제 1 커넥터 간의 통전 경로를 온 또는 오프시키는 제 1 스위칭부; 및 상기 제 1 스위칭부로 제어신호를 출력하여 상기 제 1 스위칭부를 온 또는 오프 시키는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 서브 보호 회로부는, 복수의 스위치가 병렬로 연결되고 상기 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서 동시에 온 또는 오프되어 상기 배터리부로부터 상기 제 2 전자장치로 전류를 공급하거나 차단할 수 있다.
또한, 상기 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치는, 상기 보조 배터리 장치의 온도를 측정하여 상기 제어부로 출력하는 온도 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도 감지부에서 과열을 감지하면, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부를 오프시키도록 제어신호를 출력할 수 있다.
본 발명은 스마트폰과 같은 소전류를 소비하는 전기 장치 및 자동차 시동 장치와 같이 대전류를 소비하는 전기 장치에 모두 전원을 공급할 수 있는 보조 배터리 장치를 제공함에 있어서, 소전류를 공급하는 보호 회로 부분(메인 보호 회로부)과 대전류를 공급하는 보호 회로 부분(서브 보호 회로부)을 물리적으로 분리하고, 보호 회로에서 중요한 기능을 수행하는 대부분의 구성 요소들(예컨대, 제어부, 밸런싱부 등)을 메인 보호 회로부에 배치한다.
따라서, 보조 배터리 장치의 소형화에 더 유리하고, 서브 보호 회로부에서 대전류를 공급할 때 발생하는 과부하, 단락, 누설 등이 발생하더라도, 그로 인한 피해를 서브 보호 회로부에 국한시키고, 메인 보호 회로부에 설치된 제어부 및 밸런싱부와 같은 보호 회로의 주요 부분으로 피해가 확산되는 것을 차단할 수 있으므로 보조 배터리 장치의 수리를 용이하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치의 전체적인 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치의 세부 구성을 도시하는 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치의 전체적인 구성을 도시하는 블록도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치는 복수의 배터리가 직렬로 연결된 배터리부(100), 메인 보호 회로부(200), 및 서브 보호 회로부(300)를 포함한다.
먼저, 배터리부(100)는 복수의 베터리 셀들(배터리1~배터리n)이 직렬로 연결되어, 외부 전원(미도시 됨)이 연결되면 메인 보호 회로부(200)에 의해서 충전되고, 충전된 전원을 메인 보호 회로부(200) 또는 서브 보호 회로부(300)를 통해서 전기 장치들(미도시 됨)로 출력한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 배터리부(100)는 복수의 리튬 이온 배터리셀들이 서로 직렬로 연결되어 구성되었으나, 다른 종류의 배터리 셀들의 결합된 형태일 수도 있다.
메인 보호 회로부(200)는 제 1 커넥터(410)와 배터리부(100) 사이에 연결되어, 제 1 커넥터(410)에 전력을 소비하는 제 1 전기 장치(미도시 됨)가 연결되면 배터리부(100)를 방전시켜 제 1 전기 장치로 제 1 전류를 공급하여 제 1 전기 장치를 충전시키거나 동작시킨다. 만약, 제 1 커넥터(410)에 외부 전원(미도시 됨)이 연결되면, 외부 전원으로부터 입력되는 충전 전류를 배터리부(100)로 출력하여 배터리부(100)를 충전시킨다. 제 1 커넥터(410)에 연결되어 전원을 공급받는 제 1 전기 장치는 주로 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 소전력을 소비하는 전기 장치들이다.
서브 보호 회로부(300)는 도 1에 도시된 바와 같이, 메인 회로부와 물리적으로 분리된 별도의 회로 기판 상에 구현되고, 제 2 커넥터(420)와 상기 배터리부(100) 사이에 연결된다. 제 2 커넥터(420)에는 제 1 전기 장치보다 대전류를 소비하는 제 2 전기 장치가 연결되고, 제 2 전기 장치가 연결되면 서브 보호 회로부(300)는 배터리부(100)를 방전시켜 제 2 전류를 제 2 전기 장치로 출력한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 2 전기 장치는 방전된 자동차의 시동을 걸기 위한 자동차 시동 장치와 같이, 대전류의 전력을 소비하는 전기 장치들이다. 이를 위해서, 배터리부(100)는 제 2 전기 장치로 제 1 전류보다 대전류인 제 2 전류를 공급하고, 본 발명은 도 1 에 도시된 바와 같이, 제 1 서브 보호 회로부(300)를 메인 보호 회로부(200)로부터 물리적으로 분리함으로써, 배터리부(100)로부터 제 2 전기 장치로 대전류를 공급하는 과정에서 발생하는 과부하, 누설 전류, 단락 등으로 인하여 회로의 손상이 발생하더라도 그 피해가 서브 보호 회로부(300)에 국한되고, 메인 보호 회로부(200)로 피해가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 메인 보호 회로부(200)의 세부 구성을 살펴보면, 메인 보호 회로부(200)는 밸런싱부(210), 제 1 스위칭부(240), 온도 감지부(230) 및 제어부(220)를 포함하여 구성된다.
밸런싱부(210)는 배터리부(100)로 충전 전류 공급시 각 배터리부(100)에 포함된 각 배터리들의 전압 레벨을 확인하여 서로 균일한 레벨의 전압으로 충전되도록 배터리들의 충전량을 조절한다.
제 1 스위칭부(240)는 적어도 하나의 반도체 스위칭 소자로 구현되어, 제어부(220)로부터 입력되는 제어신호에 따라서 온 또는 오프되어, 배터리부(100)와 제 1 커넥터(410) 간의 통전 경로를 온 또는 오프시킨다.
온도 감지부(230)는 보조 배터리 장치의 온도를 측정하여 제어부(220)로 출력한다.
제어부(220)는 밸런싱부(210)를 제어하여 배터리부(100)에 포함된 각 배터리의 충전량이 균일하도록 제어한다. 또한, 제어부(220)는 제 1 스위칭부(240)로 제어신호를 출력하여 상기 제 1 스위칭부(240)를 온 또는 오프시킴으로써 제 1 커넥터(410)에 연결된 제 1 전기 장치로 제 1 전류를 공급하거나, 공급되던 제 1 전류를 차단한다.
또한, 제어부(220)는 서브 보호 회로부(300)에 포함된 복수의 반도체 스위칭 소자들로 구성된 제 2 스위칭부(310)로 제어신호를 공급하여 제 2 스위칭부(310)를 온 또는 오프시킴으로써, 배터리부(100)로부터 제 2 커넥터(420)에 연결된 제 2 전기 장치로, 제 1 전류보다 대전류인 제 2 전류를 공급하거나 공급을 차단한다.
또한, 제어부(220)는 온도 감지부(230)에서 과열을 감지하면, 제 1 스위칭부(240) 및 제 2 스위칭부(310)를 모두 오프시키도록 제어신호를 출력하여 보조 배터리 장치의 파손을 방지한다.
한편, 서브 보호 회로부(300)는 내부에 복수의 반도체 스위칭 소자가 병렬로 연결된 제 2 스위칭부(310)를 포함하여 구성된다. 제 2 스위칭부(310)는 제어부(220)로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 동시에 온 또는 오프되어 배터리부(100)로부터 제 2 커넥터(420)에 연결된 제 2 전기 장치로 제 1 전류보다 대전류인 제 2 전류를 공급하거나, 제 2 전류의 공급을 차단시킨다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치의 세부 구성을 도시하는 회로도이다.
도 2를 더 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보조 배터리 장치의 구성을 설명하면, 먼저, 메인 보호 회로부(200)에 포함된 제 1 스위칭부(240)는 반도체 스위칭 소자 Q1 및 Q2와 반도체 스위칭 소자에 흐르는 전류를 측정하기 위한 저항(Rsens1)을 포함하여 구성된다.
보조 배터리 장치의 메인 보호 회로부(200)에 외부 전원이 제 1 커넥터(410)를 통해서 연결되면, 제어부(220)는 Cout 단자를 통해서 High(하이) 신호를 반도체 스위칭 소자 Q2의 게이트로 출력함으로써 Q2를 턴온시킨다.
반도체 스위칭 소자 Q2가 턴온되면 제 1 커넥터(410)의 + 단자를 통해서 충전 전류가 유입되고, 유입된 충전 전류는 밸런싱부(210)를 통해서 배터리부(100)를 구성하는 각각의 배터리셀들로 출력된다. 이 때, 제어부(220)는 각 배터리셀들의 전압 레벨을 측정하여 각 배터리셀들로 출력되는 충전 전류의 양을 조절함으로써, 각 배터리셀들이 균등한 레벨로 충전되도록 조절한다. 배터리부(100)를 통과한 전류는 반도체 스위칭 소자 Q1의 소오스에서 드레인 방향으로 형성된 순방향 다이오드와, 반도체 스위칭 소자 Q2의 드레인-소오스를 통해서 다시 외부 전원으로 흐르게 되고, 이러한 과정을 통해서 배터리부(100) 충전이 수행된다.
한편, 제 1 커넥터(410)에 전류를 소비하는 스마트폰과 같은 제 1 전기 장치가 연결되면, 제어부(220)는 Dout 단자를 통해서 High(하이) 신호를 반도체 스위칭 소자 Q1의 게이트로 출력함으로써 Q1을 턴온시킨다.
반도체 스위칭 소자 Q1이 턴온되면 배터리부(100)의 방전 전류가 제 1 커넥터(410)의 + 단자를 통해서 제 1 전기 장치로 출력되고, 제 1 전기 장치로 출력된 전류는 반도체 스위칭 소자 Q2의 소오스에서 드레인 방향으로 형성된 순방향 다이오드와, 턴온 상태인 반도체 스위칭 소자 Q1의 드레인-소오스를 통해서 다시 배터리부(100)로 흐르게 된다. 이 때, 제어부(220)는 sens 단자를 통해서 저항 Rsens1 양단에 걸리는 전압을 조사함으로써, 제 1 전기 장치로 출력되는 전류의 크기는 확인할 수 있다.
한편, 서브 보호 회로부(300)에 포함된 제 2 스위칭부(310)는 4개의 반도체 스위칭 소자(Q3~Q6)가 서로 병렬로 연결되어 구성된다. 다만, 반도체 스위칭 소자의 수는 설계 사양에 따라서 변경될 수 있다.
제 2 커넥터(420)에 자동차 시동 장치와 같은 대전류를 소비하는 제 2 전기 장치가 연결되면, 제어부(220)는 Dout 단자를 통해서 High(하이) 신호를 출력하고, 출력된 하이 신호는 반도체 스위칭 소자 Q3 내지 Q6의 게이트에 각각 입력되어 반도체 스위칭 소자 Q3 내지 Q6가 턴온된다.
반도체 스위칭 소자 Q3 내지 Q6 가 턴온되면 배터리부(100)의 방전 전류(제 2 전류)가 제 2 커넥터(420)의 + 단자를 통해서 제 2 전기 장치로 출력되고, 제 2 전기 장치로 출력된 전류는 다시 반도체 스위칭 소자 Q3 내지 Q6로 유입되고 저항(Rsens2 내지 Rsens2)을 통과하여 다시 배터리부(100)로 흐르게 된다. 이 때, 저항(Rsens2 내지 Rsens2) 양단에 걸리는 전압은 제어부(220)의 sens 단자로 입력되고, 제어부(220)는 sens 단자를 통해서 입력되는 전압값을 조사함으로써, 제 2 전기 장치로 출력되는 전류의 크기는 확인할 수 있다. 이 때, 제 2 전기 장치로 공급되는 제 2 전류는 제 1 전기 장치로 공급된 제 1 전류보다 큰 대전류임은 상술한 바와 같다.
한편, 온도 감지부(230)는 주변 온도에 따라서 저항값이 변화하는 서미스터(thermistor) 저항으로 구현되고, 제어부(220)는 서미스터 저항에 분배되는 전압값에 따라서 보조 배터리 장치의 온도를 측정하고, 보조 배터리 장치가 과열되었다고 판단되면, Dout 단자를 통해서 출력되던 하이 신호를 중단하거나 로우(low) 신호를 출력함으로써, 제 1 스위칭부(240) 및 제 2 스위칭부(310)를 모두 턴오프하여 전기 장치로의 전원 공급을 차단한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 배터리부
200 : 메인 보호 회로부
210 : 밸런싱부
220 : 제어부
230 : 온도 감지부
240 : 제 1 스위칭부
300 : 서브 보호 회로부
310 : 제 2 스위칭부
410 : 제 1 커넥터
420 : 제 2 커넥터

Claims (4)

  1. 복수의 배터리셀들이 직렬로 연결된 배터리부;
    제 1 커넥터에 연결되고, 상기 제 1 커넥터에 외부 전원이 연결되면 상기 외부 전원으로부터 충전 전류를 공급받아 상기 배터리부를 충전시키고, 상기 제 1 커넥터에 제 1 전기 장치가 연결되면, 상기 제 1 전기 장치로 상기 배터리부로부터 방전되는 제 1 전류를 출력하는 메인 보호 회로부; 및
    상기 메인 회로부와 물리적으로 분리되고, 제 2 커넥터와 상기 배터리부 사이에 연결되며, 상기 제 2 커넥터에 상기 제 1 전기 장치보다 대전류를 소비하는 제 2 전기 장치가 연결되면, 상기 배터리부로부터 입력되는 상기 제 1 전류보다 대전류인 제 2 전류를 상기 제 2 전기 장치로 출력하는 서브 보호 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 보호 회로부는
    상기 복수의 배터리셀들 간의 충전량을 서로 조절하는 밸런싱부;
    온 또는 오프되어 상기 배터리부와 상기 제 1 커넥터 간의 통전 경로를 온 또는 오프시키는 제 1 스위칭부; 및
    상기 제 1 스위칭부로 제어신호를 출력하여 상기 제 1 스위칭부를 온 또는 오프 시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 서브 보호 회로부는
    복수의 스위치가 병렬로 연결되고 상기 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서 동시에 온 또는 오프되어 상기 배터리부로부터 상기 제 2 전자장치로 전류를 공급하거나 차단하는 것을 특징으로 하는 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보조 배터리 장치의 온도를 측정하여 상기 제어부로 출력하는 온도 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 감지부에서 과열을 감지하면, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부를 오프시키도록 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치.
KR1020170060491A 2017-05-16 2017-05-16 이중 보호 회로를 구비하는 보조 배터리 장치 KR20180125771A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200134418A (ko) * 2019-05-22 2020-12-02 권오정 Ess의 화재 예방 및 확산을 방지하기 위한 에너지소비장치 및 그의 제어방법
WO2021194064A1 (ko) * 2020-03-27 2021-09-30 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩 및 전력 저장 장치

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