KR20190094025A - 배터리 보호회로 및 이를 갖는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 보호회로 및 이를 갖는 배터리 팩에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 방전 FET에 제1저항과 캐패시터를 장착하여 초기 방전시 부하 캐패시터를 소프트하게 충전할 수 있으며, 방전 FET에 트랜지스터와 제2저항을 장착하여 과방전시 방전 FET를 빠르게 차단하여 배터리 및 방전 FET의 손상을 방지 하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 배터리의 양극 및 음극과 전기적으로 연결되기 위한 셀단자와, 충전기 또는 전자 장치의 양극 및 음극과 전기적으로 연결되기 위한 외부 단자와, 셀단자와 외부단자 사이인 대전류 경로에 연결된 방전 FET와, 셀단자와 외부단자 사이인 대전류 경로에 연결되며, 방전 FET와 직렬로 연결된 충전 FET와, 방전 FET의 게이트전극에 제1단자가 전기적으로 연결되고, 충전 FET의 게이트 전극에 제2단자가 전기적으로 연결되어 방전 FET와 충전 FET의 구동을 제어하는 제어부와, 방전 FET의 제어전극과 제어부의 제1단자 사이에 전기적으로 연결된 제1저항과, 방전 FET의 제어전극과 방전 FET의 제1전극 사이에 전기적으로 연결된 캐패시터 및, 방전 FET의 제어전극과 방전 FET의 제2전극 사이에 전기적으로 연결된 트랜지스터를 포함하는 배터리 보호회로를 개시한다.

Description

배터리 보호회로 및 이를 갖는 배터리 팩{Battery protection circuit and battery pack having same}
본 발명은 배터리 보호회로 및 이를 갖는 배터리 팩에 관한 것이다.
배터리는 배터리의 충전 및 방전을 제어 및 관리하는 배터리 보호회로와 함께 배터리 팩 형태로 전자 장치에 제공된다. 배터리 팩은 충전 또는 방전 과정에서 배터리에 이상이 발생할 수 있으며, 배터리 보호회로는 배터리의 충전 및 방전을 안정적으로 제어하기 위하여 다양한 장치를 마련하고 있다. 배터리 팩은 외부 전원과 연결되면 외부 전원을 공급받아 충전될 수 있으며, 부하(load)로 배터리의 전원을 공급할 수 있다.
모터를 통해 동력을 발생시키는 전자 장치는 모터의 안정적인 구동을 위해, 배터리 팩과 모터 제어 회로 사이에 수백 또는 수천 마이크로패럿의 고용량 캐패시터가 사용된다. 이와 같은 전자 장치는 배터리 팩이 장착되거나, 배터리팩으로부터 전압을 공급 받게 될 때, 배터리팩의 고전압이 고용량 캐패시터로 직접적으로 공급되어 충전하게 되므로 아무런 제한이 없음 경우, 아주 큰 돌입 전류(inrush)가 흐르게 된다. 이와 같은 돌입 전류를 제한하지 않는 다면, 배터리 팩에 구비된 보호소자인 퓨즈가 손상되어 비정상적으로 오픈될 수 있으며, 보호회로의 구동 소자들에 불량이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 고용량 캐패시터를 소프트하게 충전할 수 있는 별도의 회로들이 장착되고 있다.
그러나 고용량 커패시터를 소프트하게 충전하기 위해 장착된 회로 구성에 의해서 초기 구동시 딜레이 타임이 발생되거나, 돌입전류를 줄이기 위해서 고성능 소자를 장착하여 비용이 증가할 수 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 방전 FET에 제1저항과 캐패시터를 장착하여 초기 방전시 부하 캐패시터를 소프트하게 충전할 수 있으며, 방전 FET에 트랜지스터와 제2저항을 장착하여 과방전시 방전 FET를 빠르게 차단하여 배터리 및 방전 FET의 손상을 방지할 수 있는 배터리 보호회로 및 이를 갖는 배터리 팩을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배터리 보호회로 및 이를 갖는 배터리 팩은 배터리의 양극 및 음극과 전기적으로 연결되기 위한 셀단자와, 충전기 또는 전자 장치의 양극 및 음극과 전기적으로 연결되기 위한 외부 단자와, 상기 셀단자와 상기 외부단자 사이인 대전류 경로에 연결된 방전 FET와, 상기 셀단자와 상기 외부단자 사이인 대전류 경로에 연결되며, 상기 방전 FET와 직렬로 연결된 충전 FET와, 상기 방전 FET의 게이트전극에 제1단자가 전기적으로 연결되고, 상기 충전 FET의 게이트 전극에 제2단자가 전기적으로 연결되어 상기 방전 FET와 상기 충전 FET의 구동을 제어하는 제어부와, 상기 방전 FET의 제어전극과 상기 제어부의 제1단자 사이에 전기적으로 연결된 제1저항과, 상기 방전 FET의 제어전극과 상기 방전 FET의 제1전극 사이에 전기적으로 연결된 캐패시터 및 상기 방전 FET의 제어전극과 상기 방전 FET의 제2전극 사이에 전기적으로 연결된 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 방전 FET와 상기 충전 FET의 제1전극은 드레인 전극이고, 제2전극은 소스 전극이며, 제어 전극은 게이트 전극일 수 있다.
상기 캐패시터는 제1전극이 상기 제1저항의 제2전극과 상기 방전 FET의 제어전극 사이에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 방전 FET의 제1전극과 상기 충전 FET의 제1전극 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1저항은 제1전극이 상기 제어부의 제1단자에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 캐패시터는 제1전극과 상기 방전 FET의 제어전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제어부의 제1단자와 상기 제1저항의 제1전극에 제1전극이 전기적으로 연결되고, 상기 트랜지스터의 제어 전극에 제2전극이 전기적으로 연결된 제2저항을 더 포함할 수 있다.
상기 트랜지스터는 제어전극인 베이스 전극이 상기 제2항의 제2전극에 전기적으로 연결되고, 에미터 전극이 상기 방전 FET의 제어 전극, 상기 캐패시터의 제1전극 및 상기 제1저항의 제2전극과 전기적으로 연결되고, 컬렉터 전극이 상기 방전 FET의 제2전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 트랜지스터와 상기 제2저항은 상기 방전 FET가 턴 오프될 경우, 상기 방전 FET의 오프 시간을 감소시킬 수 있다.
상기 제1저항과 상기 캐패시터는 상기 방전 FET가 턴 온될 경우, 상기 방전 FET의 제1전극과 제2전극 사이에 전압이 선형 특성을 오래 동안 갖도록 지연시킬 수 있다.
상기 충전 FET는 제1전극이 상기 방전 FET의 제1전극과 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 외부 단자에 전기적으로 연결되고, 제어전극이 상기 제어부의 제2단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 의한 배터리 보호회로 및 이를 갖는 배터리 팩은 방전 FET에 제1저항과 캐패시터를 장착하여 초기 방전시 부하 캐패시터를 소프트하게 충전할 수 있으며, 방전 FET에 트랜지스터와 제2저항을 장착하여 과방전시 방전 FET를 빠르게 차단하여 배터리 및 방전 FET의 손상을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의한 배터리 보호회로 및 이를 갖는 배터리 팩은 저가의 저항, 트랜지스터 및 캐패시터를 통해 방전 FET의 구동 시간을 제어하여, 전자 장치의 부하 캐패시터를 소프트하게 충전 가능하므로 별도의 충전회로를 구비하지 않으므로 비용 저감이 가능하며, 별도의 회로 구비를 위한 공간도 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩에 전자 장치가 장착된 일예를 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2의 구동 시뮬레이션 파형이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 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 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩의 구성을 도시한 구조도가 도시되어 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이 배터리팩(100)은 크게 배터리(110)와 배터리 보호회로(120)를 포함한다. 여기서 배터리 보호회로(120)은 통상적인 인쇄회로기판(PCB: Printed circuit board)에 전기 소자를 스폿 용접, 솔더링 방법으로 배치시켜 형성된다. 그리고 배터리(110)는 충방전이 가능한 하나 또는 복수개의 베어셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 이루어질 수 있다. 또한 배터리(110)의 베어셀은 각형, 원통형 또는 파우치형 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
상기 배터리 보호회로(120)는 배터리(110)의 과방전 및 과충전시 대전류 경로를 차단할 수 있다. 상기 배터리 보호회로(120)는 셀 단자(B+, B-), 외부 단자(P+, P-), 센싱저항(Rs), 제어부(BIC), 충방전 FET(Q1, Q2), 캐패시터(C1), 제1저항(R1), 제2저항(R2) 및 트랜지스터(T1)을 포함하며 이루어진다.
우선 셀 단자(B+, B-)는 배터리(110)의 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되기 위한 2개의 단자를 구비한다. 즉, 셀 단자(B+, B-)는 배터리(110)의 양극과 연결된 양극 셀단자(B+)와 배터리(110)의 음극과 전기적으로 연결된 음극 셀단자(B-)를 포함하여 이루어진다.
외부 단자(P+, P-)는 2개의 단자로 이루어져 있으며, 이는 충전기 또는 전자 장치와 전기적으로 접속될 수 있다. 이러한 외부 단자(P+, P-)는 충전기와 전기적으로 연결되면, 충전기를 통해 인가되는 전류에 의해 셀 단자(B+, B-)에 전기적으로 접속된 배터리(110)를 충전시킬 수 있으며, 전자 장치와 연결되면 배터리(110)의 방전에 의해 출력되는 전압에 의해서 전자 장치를 구동 시킬 수 있다. 이러한 외부 단자(P+, P-)는 셀 단자(B+, B-)와 병렬 연결될 수 있다.
센싱저항(Rs)은 셀 단자(B+, B-)와 외부 단자(P+, P-) 사이의 대전류 경로에 구비된 저항으로, 대전류 경로에 흐르는 전류를 센싱하기 위한 저항이다. 센싱저항(Rs)은 제어부(BIC)와 전기적으로 연결된다. 상기 제어부(BIC)는 센싱저항(Rs)의 저항값에 인가되는 전압을 감지하여, 배터리(110)의 충방전 전류를 감지할 수 있다. 또한 제어부(BIC)는 배터리(110)와 전기적으로 연결되어, 셀 단자(B+, B-)의 양단 전압을 측정하여 배터리(110)의 충방전 전압을 측정할 수 있다.
제어부(BIC)는 측정된 충방전전류 및 전압에 따라 충방전 FET(Q1, Q2)의 구동을 제어하여, 과충전 및 과방전으로부터 배터리(110)를 보호할 수 있다.
충방전 FET(Q1, Q2)는 셀 단자(B+, B-)와 외부 단자(P+, P-) 사이인 대전류 경로에 연결된 방전 FET(Q1) 및 충전 FET(Q2)를 포함한다. 상기 충방전 FET(Q1, Q2)는 제어부(BIC)에 제어전극이 전기적으로 연결되어, 제어부(BIC)의 제어 의해 구동된다.
우선 충전 FET(Q2)는 제어 전극(G)이 제어부(BIC)의 제2단자(PWM2)에 전기적으로 연결되고, 제2전극(2)이 음극 외부 단자(P-)에 전기적으로 연결되며, 제1전극(1)이 방전 FET(Q1)의 제1전극(1)과 전기적으로 연결된다. 또한 충전 FET(Q2)는 과충전시 제2단자(PWM2)를 통해 출력되는 제어신호에 의해서 오프되어 대전류 경로를 차단할 수 있다.
방전 FET(Q1)는 제어전극이 제어부(BIC)의 제1단자(PWM1)에 전기적으로 연결되고, 제2전극(2)이 음극 셀 단자(B-)에 전기적으로 연결되며, 제1전극(1)이 충전 FET(Q2)의 제1전극(1)에 전기적으로 연결된다. 방전 FET(Q1)는 과방전시 제어부(BIC)의 제1단자(PWM1)를 통해 출력되는 제어신호에 의해서 오프되어, 대전류 경로를 차단할 수 있다.
여기서, 방전 FET(Q1)와 충전 FET(Q2)의 제어 전극(G)은 게이트 전극일 수 있으며, 제1전극(1)은 드레인 전극, 제2전극(2)은 소스 전극일 수 있다. 또한 방전 FET(Q1)와 충전 FET(Q2)는 N채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.
또한 방전 FET(Q1)의 제어 전극(G)과 제어부(BIC) 사이에는 제1저항(R1)이 더 전기적으로 연결될 수 있다. 즉 제1저항(R1)은 제1전극이 제어부(BIC)의 제1단자(PWM1)에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 방전 FET(Q1)의 제어전극(G)에 전기적으로 연결된다. 또한 방전 FET(Q1)의 제어 전극(G)과 제1전극(1) 사이에는 캐패시터(C1)가 더 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 캐패시터(C1)는 제1전극이 제1저항(R1)의 제2전극과 방전 FET(Q1)의 제어전극(G)에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 방전 FET(Q1)의 제1전극(1)과 충전 FET(Q2)의 제1전극에 전기적으로 연결된다.
상기 캐패시터(C1)는 방전 FET(Q1)의 제1전극(1)과 제2전극(2) 사이에 전압이 선형 특성을 오래 동안 갖도록 지연 시킬 수 있다. 이와 같은 제1저항(R1)과 캐패시터(C1)는 방전 FET(Q1)의 초기 온 되는 시간을 지연시킬 수 있다. 이와 같은 제1저항(R1)과 캐패시터(C1)의 크기를 조절하여, 방전 FET(Q1)의 초기 구동 시간을 제어할 수 있다. 즉, 제1저항(R1)과 캐패시터(C1)의 크기를 조절하여, 방전 FET(Q1)의 제어 전극(G)와 제1전극(1) 사이의 충전 시간을 길게 유지시킴으로써, 방전 FET(Q1)의 제1전극(1)와 제2전극(2) 사이의 전압이 선형특성을 오래 갖도록 할 수 있다.
또한 방전 FET(Q1)는 제어 전극(G)과 제2전극(2) 사이에 트랜지스터(T1)가 더 전기적으로 연결되고, 트랜지스터(T1)의 제어전극(B)과 제어부(BIC)의 제1단자(PWM1) 사이에 제2저항(R2)이 더 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 트랜지스터(T1)는 PNP 트랜지스터로 제어 전극인 베이스 전극(B)과, 방전 FET(Q1)의 제어 전극(G)과 전기적으로 접속된 에미터 전극(E)과, 방전 FET(Q1)의 제2전극(2)과 전기적으로 연결된 컬렉터 전극(C)을 포함한다. 상기 트랜지스터(T1)의 베이스 전극(B)은 제2저항(R2)의 제2전극에 전기적으로 연결되고, 에미터 전극(E)은 방전 FET(Q1)의 제어전극(G), 제1저항(R1)의 제2전극 및 캐패시터(C1)의 제1전극에 전기적으로 연결되고, 컬렉터 전극(C)은 센싱저항(Rs)과 방전 FET(Q1)의 제2전극(2)에 전기적으로 연결된다. 또한 제2저항(R2)은 제1전극이 제1저항(R1)의 제1전극과 제어부(BIC)의 제1단자(PWM1)에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 트랜지스터(T1)의 베이스 전극(B)에 전기적으로 연결된다.
이와 같은 트랜지스터(T1)와 제2저항(R2)은 방전 FET(Q1)의 오프되는 시간을 제어할 수 있다. 즉, 트랜지스터(T1)와 제2저항(R2)의 크기를 조절하여 방전 FET(Q1)가 빠른 시간 안에 오프되도록 하여, 과방전시 대전류 경로를 빠르게 차단할 수 있다.
이와 같은 방전 FET(Q1)의 동작은 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(100)의 외부 단자(P+, P-)에 배터리 팩(100)에서 제공되는 전기 에너지에 의해서 구동되는 전자 장치(200)가 장착되었을 경우에 대해서 설명하고자 한다. 여기서 전자 장치(200)는 모터(220)를 구비하고 모터(220)에서 생성된 동력에 의해서 구동될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자 장치(200)는 배터리 팩(100)의 외부 단자(P+, P-)를 통해 출력되는 전력을 인가받아 모터를 구동시키는 모터 제어 유닛(210)과, 전자 장치(200)를 구동시키는 모터(220)을 포함할 수 있다.
여기서 모터 제어 유닛(210)은 외부 단자(P+, P-)에 병렬로 연결되어 모터(220)로 안정적으로 전원을 공급하기 위한 고용량의 부하 캐패시터(Cs)와, 외부 단자(P+, P-)로 출력되는 배터리(110)의 전원을 인가 받아 모터(220)의 구동을 제어하는 모터 제어부(MC)를 포함한다. 여기서 부하 캐패시터(Cs)는 일예로 3300 ㎌일 수 있다.
그리고 배터리 팩(100)의 배터리 보호회로(120)는 방전 FET(Q1)을 통해 고용량의 부하 캐패시터(Cs)를 손상 없이 소프트(soft)하게 충전하기 위해, 제1저항(R1)이 3.6㏀일 수 있으며, 캐패시터(C1)가 100㎋로 설정할 수 있다. 이와 같은 제1저항(R1)과 캐패시터(C1)의 크기는 전자 장치(200)에 구비된 부하 캐패시터(Cs)의 크기에 따라서 설정할 수 있으며, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
또한 배터리 보호회로(120)는 방전 FET(Q1)에 제1저항(R1)과 캐패시터(C1)만 장착될 경우, 방전 FET(Q1)의 턴 온 시간을 지연시키는 것과 같이 턴 오프 시간도 지연되어, 과방전시 방전 FET(Q1)이 차단되는 시간이 지연되어 배터리(110)를 손상시킬 수 있다. 그러나 본 발명에서는 방전 FET(Q1)에 트랜지스터(T1)와 제2저항(R2)을 장착하여, 과방전시 방전 FET(Q1)의 턴 오프 시간을 감소시킴으로써 배터리(110)를 보호할 수 있다.
제2저항(R2)은 10㏀이고, 트랜지스터(T1)는 PNP 트랜지스터일 수 있다. 여기서 제2저항(R2)과 트랜지스터(T1)는 부하 캐패시터(Cs)의 손상을 방지하기 위해서 방전 FET(Q1)의 초기 구동 시간을 지연시킬 경우, 증가되는 오프 시간을 다시 감소시키기 위한 구성으로, 제1저항(R1)과 캐패시터(C1)의 크기에 따라 설정할 수 있다.
또한 도 3을 참조하면, 도 2의 배터리 팩(100)에 전자 장치(200)가 장착된 후 초기 구동시 부하 캐패시터(Cs)의 전압(Vcs)과, 부하 캐패시터(Cs)를 충전 시키는 충전 전류(Ics)와, 방전 FET(Q1)의 전압(VQ1)에 대한 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 여기서 제1시간(a)은 제어부(BIC)에서 방전 FET(Q1)를 턴 온시키기 위한 신호가 방전 FET(Q1)에 인가된 후, 부하 캐패시터(Cs)가 충전이 완료될 때까지의 시간을 의미한다. 또한 제2시간(b)은 제어부(BIC)에서 방전 FET(Q1)를 턴 오프시키기 위한 신호가 방전 FET(Q1)에 인가된 후, 방전 FET(Q1)의 게이트 전극(G)과 소스 전극(2) 사이의 전압이 0 이 될 때까지의 시간을 의미한다.
예를 들어 배터리 팩(100)에 전자 장치(200)를 장착하거나, 배터리 팩(100)으로부터 전자 장치(200)로 전원을 공급하기 위해서 제어부(BIC)에서 방전 FET(Q1)를 턴 온 시키기 위한 신호가 인가되면, 방전 FET(Q1)가 제1시간(a)동안 서서히 턴 온 되면, 돌입 전류(Ics)가 흐르게 되어 부하 캐패시터(Cs)를 충전시키게 된다. 이때 돌입 전류(Ics)는 방전 FET(Q1)에 장착된 제1저항(R1)과 캐패시터(C1)로 인해서 대략 72A로 제한될 수 있으며, 대략 2.4ms동안 부하 캐패시터(Cs)를 충전시킬 수 있다. 즉 부하 캐패시터(Cs)는 방전 FET(Q1)에 턴 온 신호가 입력된 후 대략 2.4ms 내에 충전될 수 있으므로, 배터리 팩(100)에서 출력되는 과도한 전류에 의해서 전자 장치(200)에 구비된 부하 캐패시터(Cs)가 손상되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 부하 캐패시터(Cs)의 충전 지연도 방지할 수 있다.
또한 제어부(BIC)에서 방전 FET(Q1)를 턴 오프 시키기 위한 신호가 인가되면, 방전 FET(Q1)는 제2시간(b)안에 턴 오프된다. 여기서 방전 FET(Q1)가 턴 오프되면, 방전 FET(Q1)의 게이트 전극(G)과 소스 전극(2) 사이의 전압이 0이 된다.
이때 방전 FET(Q1)는 트랜지스터(T1)와 제2저항(R2)으로 인해서 제2시간(b)이 20㎲안에 방전 FET(Q1)를 차단할 수 있다. 즉, 과방전등에서 의해서 배터리 팩(100)의 대전류 경로를 차단해야 할 경우, 빠른 시간 내에 방전 FET(Q1)를 오프시킴으로써, 배터리(110) 및 방전 FET(Q1)를 과방전에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 배터리 팩(100)은 제1저항(R1), 제2저항(R2), 캐패시터(C1) 및 트랜지스터(T1)를 방전 FET(Q1)에 장착함으로써, 초기 방전시 돌입 전류에 의해서 부하 캐패시터(Cs)를 소프트하게 충전할 수 있으며, 과방전시 방전 FET(Q1)를 빠르게 차단하여 배터리(110)의 손상을 방지할 수 있다. 또한 배터리 팩(100)은 저가의 트랜지스터(T1), 제1저항(R1), 제2저항(R2) 및 캐패시터(C1)를 통해 방전 FET(Q1)의 구동을 제어하여, 전자 장치(200)의 부하 캐패시터(Cs)를 소프트하게 충전 가능하므로 별도의 충전회로를 구비하지 않으므로 비용 저감이 가능하며, 별도의 회로 구비를 위한 공간도 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 배터리 보호회로 및 이를 갖는 배터리 팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 배터리 팩 110; 배터리
120; 배터리 보호회로 B+, B-; 셀 단자
P+, P-; 외부 단자 BIC; 제어부
Q1; 방전 FET Q2; 충전 FET
R1; 제1저항 C1; 캐패시터
R2; 제2저항 T1; 트랜지스터
200; 전자 장치 210; 모터 제어 유닛
Cs; 부하 캐패시터 220; 모터

Claims (10)

  1. 배터리의 양극 및 음극과 전기적으로 연결되기 위한 셀단자;
    충전기 또는 전자 장치의 양극 및 음극과 전기적으로 연결되기 위한 외부 단자;
    상기 셀단자와 상기 외부단자 사이인 대전류 경로에 연결된 방전 FET;
    상기 셀단자와 상기 외부단자 사이인 대전류 경로에 연결되며, 상기 방전 FET와 직렬로 연결된 충전 FET;
    상기 방전 FET의 게이트전극에 제1단자가 전기적으로 연결되고, 상기 충전 FET의 게이트 전극에 제2단자가 전기적으로 연결되어 상기 방전 FET와 상기 충전 FET의 구동을 제어하는 제어부;
    상기 방전 FET의 제어전극과 상기 제어부의 제1단자 사이에 전기적으로 연결된 제1저항;
    상기 방전 FET의 제어전극과 상기 방전 FET의 제1전극 사이에 전기적으로 연결된 캐패시터; 및
    상기 방전 FET의 제어전극과 상기 방전 FET의 제2전극 사이에 전기적으로 연결된 트랜지스터를 포함하는 배터리 보호회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전 FET와 상기 충전 FET의 제1전극은 드레인 전극이고, 제2전극은 소스 전극이며, 제어 전극은 게이트 전극인 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐패시터는 제1전극이 상기 제1저항의 제2전극과 상기 방전 FET의 제어전극 사이에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 방전 FET의 제1전극과 상기 충전 FET의 제1전극 사이에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1저항은 제1전극이 상기 제어부의 제1단자에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 캐패시터는 제1전극과 상기 방전 FET의 제어전극에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  5. 청구항 1항 있어서,
    상기 제어부의 제1단자와 상기 제1저항의 제1전극에 제1전극이 전기적으로 연결되고, 상기 트랜지스터의 제어 전극에 제2전극이 전기적으로 연결된 제2저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 트랜지스터는 제어전극인 베이스 전극이 상기 제2항의 제2전극에 전기적으로 연결되고, 에미터 전극이 상기 방전 FET의 제어 전극, 상기 캐패시터의 제1전극 및 상기 제1저항의 제2전극과 전기적으로 연결되고, 컬렉터 전극이 상기 방전 FET의 제2전극과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 트랜지스터와 상기 제2저항은 상기 방전 FET가 턴 오프될 경우, 상기 방전 FET의 오프 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1저항과 상기 캐패시터는 상기 방전 FET가 턴 온될 경우, 상기 방전 FET의 제1전극과 제2전극 사이에 전압이 선형 특성을 오래 동안 갖도록 지연시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전 FET는 제1전극이 상기 방전 FET의 제1전극과 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 외부 단자에 전기적으로 연결되고, 제어전극이 상기 제어부의 제2단자에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  10. 청구항 1항 내지 청구항 9항 중 어느 하나의 항의 배터리 보호회로를 포함하는 배터리 팩에 있어서,
    상기 배터리 보호회로의 상기 셀 단자에 양극과 음극이 전기적으로 연결된 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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