KR20200001255U - 온도 감지 기능을 포함하는 배터리 보호장치 - Google Patents

온도 감지 기능을 포함하는 배터리 보호장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 온도 감지 기능을 포함하는 배터리 보호장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리의 온도를 감지하여 온도가 일정 수준 이상일 경우 배터리로부터의 전력 공급을 차단하고, 일정 수준 미만일 경우 배터리로부터의 전력 공급을 전자 장치로 연결하는, 온도 감지 기능을 포함하는 배터리 보호장치에 관한 것이다.
본 고안에 의하면, 배터리 보호장치에 감온장치를 구비하여, 배터리의 온도가 지나치게 높아지는 등의 문제가 발생한 경우에도 이를 감지하여 배터리 연결을 차단하고, 온도가 정상으로 돌아왔을 때에는 다시 배터리 연결을 수행함으로써 배터리를 보호하는 배터리 보호장치를 제공하고, 또한 소형의 전자장치에도 원활하게 사용할 수 있도록, 소비전력을 줄이고 크기를 줄이는 동시에 저전압에서의 동작이 가능하도록 하는 감온장치를 구비하는 배터리 보호장치를 제공한다.

Description

온도 감지 기능을 포함하는 배터리 보호장치{Battery protection apparatus including function of temperature sensing}
본 고안은 온도 감지 기능을 포함하는 배터리 보호장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리의 온도를 감지하여 온도가 일정 수준 이상일 경우 배터리로부터의 전력 공급을 차단하고, 일정 수준 미만일 경우 배터리로부터의 전력 공급을 전자 장치로 연결하는, 온도 감지 기능을 포함하는 배터리 보호장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 배터리 보호장치(100)를 포함하는 배터리 시스템을 블럭도로써 도시한 도면이다.
도 1에서 배터리(10)는 일 실시예로서 리튬 이온 배터리일 수 있으며, 전자장치(20)는 일 실시예로서 전자담배 구동회로, 블랙박스 구동회로 등이 될 수 있다. 종래 배터리 보호장치(100)는, 전압 이상이 발생한 경우 배터리(10) 연결을 차단함으로써 배터리를 보호하는 기능을 구비하였다. 그러나 배터리(10)의 온도가 지나치게 높아지는 등의 문제가 발생하였을 경우에는 이에 대한 조치를 취하지 못하여, 온도 이상에 따르는 배터리 보호 기능을 수행하지 못하는 문제점이 있었다.
KR 10-0984133 B1
본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 보호장치에 감온장치를 구비하여, 배터리의 온도가 지나치게 높아지는 등의 문제가 발생한 경우에도 이를 감지하여 배터리 연결을 차단하고, 온도가 정상으로 돌아왔을 때에는 다시 배터리 연결을 수행함으로써 배터리를 보호하는 배터리 보호장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 소형의 전자장치에도 원활하게 사용할 수 있도록, 소비전력을 줄이고 크기를 줄이는 동시에 저전압에서의 동작이 가능하도록 하는 감온장치를 구비하는 배터리 보호장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 배터리 이상을 감지하여 이상 발생 유무에 따라 배터리와의 연결을 제어하는 배터리 보호장치는, 배터리의 전압을 감지하고, 감지된 전압이 기 설정된 기준 전압 범위에 있는지 여부를 감지하여 기준 전압 범위를 벗어난 경우 배터리 차단 제어를 수행하고, 기준 전압 범위 내인 경우 배터리 연결 제어를 수행하는 보호장치; 및 배터리의 온도를 감지하고, 감지된 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인지 여부를 감지하여 기준 온도 이상인 경우 배터리 차단 제어를 수행하고, 기준 온도 미만인 경우 배터리 연결 제어를 수행하는 감온장치를 포함한다.
상기 감온장치는, 배터리 온도를 감지하는 온도감지부; 상기 온도감지부에서 감지된 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인지 여부를 감지하여 기준 온도 이상인 경우 배터리 차단 신호를 발생하고, 기준 온도 미만인 경우 배터리 연결 신호를 발생하는 입출력 제어신호 발생부; 및 상기 입출력 제어신호 발생부에서 발생한 신호에 따라 배터리 차단 또는 배터리 연결을 수행하고, 배터리 연결시 배터리 전력을 전자장치로 전달하는 입출력 제어부를 포함할 수 있다.
온도감지부는, 정특성 서미스터(positive temperature coefficient(PTC) thermistor), 부특성 서미스터(negative temperature coefficient(NTC) thermistor) 및 P-N 접합 온도 센서 중 하나 또는 두개 이상의 조합(이하 통칭하여 '서미스터'라 한다)을 구비할 수 있다.
상기 입출력 제어신호 발생부는, FET(field effect transistor)를 구비할 수 있다.
상기 서미스터의 온도가 기준 온도 이상인 경우 상기 입출력 제어신호 발생부의 FET가 OFF가 되고 이에 따라 상기 입출력 제어부의 게이트 전압이 0으로 되어 배터리 차단이 수행되고, 상기 서미스터의 온도가 기준 온도 미만인 경우 상기 입출력 제어신호 발생부의 FET가 ON이 되고 이에 따라 상기 입출력 제어부의 게이트에 전달된 전압으로 인해 배터리 연결이 수행될 수 있다.
본 고안에 의하면, 배터리 보호장치에 감온장치를 구비하여, 배터리의 온도가 지나치게 높아지는 등의 문제가 발생한 경우에도 이를 감지하여 배터리 연결을 차단하고, 온도가 정상으로 돌아왔을 때에는 다시 배터리 연결을 수행함으로써 배터리를 보호하는 배터리 보호장치를 제공하는 효과가 있다.
또한 소형의 전자장치에도 원활하게 사용할 수 있도록, 소비전력을 줄이고 크기를 줄이는 동시에 저전압에서의 동작이 가능하도록 하는 감온장치를 구비하는 배터리 보호장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래 배터리 보호장치를 포함하는 배터리 시스템을 블럭도로써 도시한 도면.
도 2는 본 고안의 감온장치가 구비된 배터리 보호장치를 포함하는 배터리 시스템을 블럭도로써 도시한 도면.
도 3은 본 고안의 감온장치를 포함하는 배터리 보호장치의 일 실시예로서의 회로도를 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 고안의 감온장치(220)가 구비된 배터리 보호장치(200)를 포함하는 배터리 시스템을 블럭도로써 도시한 도면이다.
기존의 배터리 보호장치는 보호 회로 IC만으로 구성되었다면 본 고안은 보호 회로 IC와는 별개로 감온장치(220)를 직렬로 구성하여 온도를 감지하고 제어하여 안전성을 추가 확보하였다. 즉, 배터리 온도가 일정 수준 이상이 됨을 감지한 경우 배터리와의 연결을 차단하고, 일정 수준 미만이 될 경우에는 다시 배터리와 연결하여 전자장치(20)로의 전력공급이 수행되도록 하는 것이다. 배터리(10)는 리튬이온 배터리일 수 있으며, 전자장치(20)는 다양한 장치가 연결될 수 있으나, 일 실시예로서, 전자담배, 자동차에 설치하는 블랙박스 등이 될 수 있다.
보호장치(210)의 보호 회로부(211)는 배터리 전압의 이상 등을 감지함으로써 배터리와의 연결을 차단하기 위한 회로이며, 보호장치(210)의 입출력 제어부(212)는 보호 회로부(211)의 전압 이상 감지에 따라 배터리(10)의 연결 차단 및 재연결 등을 직접 수행한다.
감온장치(220)의 감온 회로부(221)는 배터리 온도의 이상을 감지함으로써 배터리와의 연결을 차단하기 위한 회로이며, 감온장치(220)의 입출력 제어부(222)는 감온 회로부(221)의 온도 이상 감지에 따라 배터리(10)의 연결 차단 및 재연결 등을 직접 수행한다.
이하 도 3을 참조하여서는 감온장치(220)의 구성의 다른 실시예를 설명하기로 한다.
도 3은 본 고안의 감온장치(220)를 포함하는 배터리 보호장치(200)의 실시예로서의 회로도를 도시한 도면이다.
도 3의 본 고안의 감온장치의 주된 목적은, 리튬 이온 배터리 보호회로에 적합하도록 전압 특성을 가지며, 최소의 비용으로 최소의 소비 전력을 사용하며 소형의 배터리(예를 들어 단 전지(1 cell))에도 사용 가능하도록 저전압에서도 동작하는 감온장치를 구현하는 것이다.
이를 위해 도 3의 본 고안에서는 감온장치(220)에서 온도 차단 보호회로는 서미스터(일 예로서 NTC)를 이용하며, 이와 함께 FET(Q1)을 사용한다. FET(Q2)를 감온장치(220) 내에 있도록 함으로써, 온도 이상의 경우는 감온장치(220)가 보호장치(210)를 통하지 않고도 직접 FET(Q2)에 의해 배터리와의 연결을 차단 또는 재연결을 수행할 수 있도록 하였다.
이러한 도 3의 감온장치(220)의 동작에 대하여 이하에서 설명한다.
도 3에서, TH1(온도 감지 서미스터, 예를 들어 Negative Temperature Coefficient(NTC) Thermistor)의 특성은 온도에 따라 저항 값이 변하는 소자이다. 온도가 올라가면 저항 값이 낮아지고, 온도가 내려가면 저항 값이 높아진다. 이런 특성을 이용해 배터리의 전압은 TH1과 R1의 저항 값의 분배를 통해 Q1 FET 의 게이트로 전달된다
서미스터에서 감지되는 온도가 계산에 의한 설정 온도 보다 낮으면 Q1이 ON 된다. 이 때 배터리 전압이 Q1을 통해 Q2(배터리 보호 FET)의 게이트로 전달된다. Q2가 게이트에 전달된 배터리 전압으로 인해 ON상태가 되고, 배터리를 사용 할 수 있는 정상 상태가 된다.
서미스터에 감지되는 온도가 계산에 의한 설정 온도 보다 높으면 Q1이 OFF 된다. 이 때, Q2는 게이트에는 0V가 인가되어 그로 인해 OFF상태가 되고, 배터리를 사용 할 수 없는 온도 차단 상태가 된다.
이와 같은 구조에 의해, 약 2.5V의 저전압에서도 동작 가능하고 부피가 작은 감온장치를 구현할 수 있다.
전술한 설명을 도 2의 블럭도의 구성과 연결시켜 설명한다.
서미스터는 배터리 온도를 감지하는 온도감지부로서, 감온 회로부(221)에 포함된다. 후술하는 바와 같이, 온도감지부는, 정특성 서미스터(positive temperature coefficient(PTC) thermistor), 부특성 서미스터(negative temperature coefficient(NTC) thermistor) 및 P-N 접합 온도 센서 중 하나 또는 두개 이상의 조합(이하 통칭하여 '서미스터'라 한다)을 구비할 수 있다.
입출력 제어신호 발생부 역시 감온 회로부(221)에 포함되며, 전술한 도 2의 Q1의 FET(field effect transistor)를 포함한다. 즉, 입출력 제어신호 발생부(Q1)는, 온도감지부에서 감지된 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인지 여부를 감지하여 기준 온도 이상인 경우 배터리 차단 신호를 발생하고, 기준 온도 미만인 경우 배터리 연결 신호를 발생한다.
또한 입출력 제어부(222)는 입출력 제어신호 발생부에서 발생한 신호에 따라 배터리 차단 또는 배터리 연결을 수행하고, 배터리 연결시 배터리 전력을 전자장치로 전달하는 구성으로서, 전술한 도 3의 Q2이며, FET를 포함한다.
도 3의 본 고안의 감온장치(220)는 최소 소비 전력 및 최소 공간, 최소 비용에 상응할 수 있도록 설계를 하였다. 실제 배터리가 사용 동작(Load) 여부에 따라 히스테리시스를 가지므로 온도에 더 안정적으로 동작을 할 수 있으며, 배터리 충전 상태에 따라 차단 온도가 변동이 되어 배터리에 무리가 되지 않는 온도 차단 회로를 구현 할 수 있게 되었다. 또한 단 전지(1 cell)은 물론, 다 직렬 전지(멀티셀) 회로에도 적용 가능하다.
감온장치(220)의 회로는 PCM(protective circuit module) IC 회로(210, 보호장치) 부분에서의 입출력 제어와 상관없이 동작하는 제어부를 갖는다. 즉, PCM IC 회로에서의 제어에 추가적으로 감온장치(220)의 감온 회로를 구성하여 안정성을 더욱 확보한다. 또한 최소 소비 전류를 구현하여 배터리를 더욱 오래 사용 할 수 있고, 하드웨어적으로 더욱 작아지고 있는 추세에 따라 배터리에 할당되는 공간은 더욱 적어지고 있는 것을 감안할 때 본 고안은 더욱 유용성이 있다.
10: 배터리
20: 전자장치
100: 종래 배터리 보호장치
110: 보호 회로부
120: 입출력 제어부
200: 본 고안의 배터리 보호장치
210: 보호장치
211: 보호 회로부
212: 보호장치의 입출력 제어부
220: 감온장치
221: 감온 회로부
222: 감온장치의 입출력 제어부

Claims (5)

  1. 배터리 이상을 감지하여 이상 발생 유무에 따라 배터리와의 연결을 제어하는 배터리 보호장치로서,
    배터리의 전압을 감지하고, 감지된 전압이 기 설정된 기준 전압 범위에 있는지 여부를 감지하여 기준 전압 범위를 벗어난 경우 배터리 차단 제어를 수행하고, 기준 전압 범위 내인 경우 배터리 연결 제어를 수행하는 보호장치; 및
    배터리의 온도를 감지하고, 감지된 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인지 여부를 감지하여 기준 온도 이상인 경우 배터리 차단 제어를 수행하고, 기준 온도 미만인 경우 배터리 연결 제어를 수행하는 감온장치
    를 포함하는 배터리 보호장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감온장치는,
    배터리 온도를 감지하는 온도감지부;
    상기 온도감지부에서 감지된 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인지 여부를 감지하여 기준 온도 이상인 경우 배터리 차단 신호를 발생하고, 기준 온도 미만인 경우 배터리 연결 신호를 발생하는 입출력 제어신호 발생부; 및
    상기 입출력 제어신호 발생부에서 발생한 신호에 따라 배터리 차단 또는 배터리 연결을 수행하고, 배터리 연결시 배터리 전력을 전자장치로 전달하는 입출력 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    온도감지부는,
    정특성 서미스터(positive temperature coefficient(PTC) thermistor), 부특성 서미스터(negative temperature coefficient(NTC) thermistor) 및 P-N 접합 온도 센서 중 하나 또는 두개 이상의 조합(이하 통칭하여 '서미스터'라 한다)을 구비하는 것
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 입출력 제어신호 발생부는,
    FET(field effect transistor)를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 배터리 보호장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 서미스터의 온도가 기준 온도 이상인 경우 상기 입출력 제어신호 발생부의 FET가 OFF가 되고 이에 따라 상기 입출력 제어부의 게이트 전압이 0으로 되어 배터리 차단이 수행되고,
    상기 서미스터의 온도가 기준 온도 미만인 경우 상기 입출력 제어신호 발생부의 FET가 ON이 되고 이에 따라 상기 입출력 제어부의 게이트에 전달된 전압으로 인해 배터리 연결이 수행되는 것
    을 특징으로 하는 배터리 보호장치.
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