KR20210048851A - 배터리 차단 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

배터리 모듈을 포함하는 배터리 장치의 배터리 차단 장치가 제공된다. 제1 스위치와 제2 스위치가 배터리 장치의 연결 단자와 배터리 모듈의 출력 단자 사이에 직렬로 연결되어 있다. 제1 다이오드의 캐소드가 제1 스위치와 제2 스위치의 접점인 제1 노드에 연결되고, 제1 다이오드의 애노드가 제2 노드에 연결되어 있다. 제2 다이오드의 애노드가 제2 노드에 연결되고, 제2 다이오드의 캐소드가 접지단에 연결되어 있다.

Description

배터리 차단 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치{BATTERY DISCONNECT APPARATUS AND BATTERY APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 차단 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치에 관한 것이다.
전기 자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용하여 모터를 구동함으로써 동력을 얻는 자동차로서, 내연 자동차의 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 충전이 가능한 배터리는 전지 자동차 이외에 다양한 전자 장치에서 사용되고 있다. 배터리 모듈에서 전지 자동차나 전자 장치와 같이 외부 장치로 전력을 공급하거나 배터리 모듈을 충전하기 위해서, 외부 장치와의 연결을 위한 외부 연결 단자와 배터리 모듈 사이에 릴레이가 제공된다.
최근, 기계식 릴레이를 전자식 스위치, 예를 들면 트랜지스터로 대체하고 있다. 특히, 릴레이 대신에 직렬로 연결되는 두 개 이상의 트랜지스터를 사용하는 경우, 트랜지스터의 오프 시에 역전압이 발생하여 트랜지스터를 구동하는 드라이버가 파괴될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 트랜지스터의 오프 시에 드라이버의 파괴를 방지할 수 있는 배터리 차단 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 장치의 배터리 차단 장치가 제공된다. 상기 배터리 차단 장치는 제1 스위치, 제2 스위치, 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함한다. 상기 제1 스위치와 제2 스위치는 상기 배터리 장치의 연결 단자와 상기 배터리 모듈의 출력 단자 사이에 직렬로 연결되어 있다. 상기 제1 다이오드는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 접점인 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드 및 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가진다. 상기 제2 다이오드는 상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드와 접지단에 연결되어 있는 캐소드를 가진다.
상기 배터리 차단 장치는 제1 구동 회로와 제2 구동 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 구동 회로는 제1 제어 신호를 수신하는 입력 핀, 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하는 제1 구동 신호를 상기 제1 스위치의 제어 단자로 출력하는 출력 핀 및 상기 제1 노드에 연결되어 있는 연결 핀을 포함할 수 있다. 상기 제2 구동 회로는 제2 제어 신호를 수신하는 입력 핀, 상기 제2 제어 신호에 따라 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어하는 제2 구동 신호를 상기 제2 스위치의 제어 단자로 출력하는 출력 핀 및 상기 제2 노드에 연결되어 있는 연결 핀을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 스위치 중 어느 하나의 스위치의 제1 단자는 상기 배터리 장치의 연결 단자에 연결되고, 다른 하나의 스위치의 제1 단자는 상기 배터리 모듈의 출력 단자에 연결되며, 상기 제1 스위치의 제2 단자와 상기 제2 스위치의 제2 단자는 상기 제1 노드에 연결될 수 있다.
상기 배터리 차단 장치는 상기 제1 구동 회로의 입력 핀에 연결되어 있는 캐소드와 상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가지는 제1 제너 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 차단 장치는 상기 제2 구동 회로의 입력 핀에 연결되어 있는 캐소드와 상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가지는 제2 제너 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 구동 회로는 상기 제2 노드에 연결되어 있는 전원 핀을 더 포함하고, 상기 제2 구동 회로는 상기 제2 노드에 연결되어 있는 전원 핀을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치는 상기 제1 단자, 상기 제2 단자 및 상기 제어 단자를 각각 드레인, 소스 및 게이트로 가지는 NMOS 트랜지스터이며, 상기 제2 스위치는 상기 제1 단자, 상기 제2 단자 및 상기 제어 단자를 각각 드레인, 소스 및 게이트로 가지는 NMOS 트랜지스터일 수 있다.
상기 배터리 차단 장치는 상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되어 있는 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리 모듈, 외부 장치에 연결되는 연결 단자, 그리고 배터리 차단 회로를 포함하는 배터리 장치가 제공된다. 상기 배터리 차단 장치는, 상기 연결 단자와 상기 배터리 모듈의 출력 단자 사이에 직렬로 연결되어 있는 제1 스위치와 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 접점인 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드 및 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가지는 제1 다이오드, 그리고 상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드와 접지단에 연결되어 있는 캐소드를 가지는 제2 다이오드를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 장치의 배터리 차단 장치가 제공된다. 상기 배터리 차단 장치는 제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터, 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함한다. 상기 제1 트랜지스터는 상기 배터리 장치의 연결 단자에 연결되어 있는 드레인과 제1 노드에 연결되어 있는 소스를 가진다. 상기 제2 트랜지스터는 상기 배터리 모듈의 출력 단자에 연결되어 있는 드레인과 상기 제1 노드에 연결되어 있는 소스를 가진다. 상기 제1 다이오드는 상기 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드 및 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가진다. 상기 제2 다이오드는 상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드와 접지단에 연결되어 있는 캐소드를 가진다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 릴레이 대신에 전자식 스위치를 사용하는 경우, 스위치의 오프 시에 발생하는 역기전력에 의해 발생할 수 있는 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치에서 충전 경로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치에서 방전 경로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치에서 역기전력에 의해 형성되는 전류 경로를 나타내는 도면이다.
도 5, 도 6 및 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리 장치(100)는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치에 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 가진다. 외부 장치가 부하인 경우, 배터리 장치(100)는 부하로 전력을 공급하는 전원으로 동작하여 방전된다. 외부 장치가 충전기인 경우, 배터리 장치(100)는 충전기를 통해 외부 전력을 공급받아 충전된다. 부하로 동작하는 외부 장치는 예를 들면 전자 장치, 이동 수단 또는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)일 수 있으며, 이동 수단은 예를 들면 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 스마트 모빌리티(smart mobility)일 수 있다.
배터리 장치(100)는 배터리 모듈(110), 배터리 차단 회로(120) 및 프로세서(130)를 포함한다.
배터리 모듈(110)은 복수의 배터리 셀(도시하지 않음)을 포함한다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 한 실시예에서, 배터리 모듈(110)에서 소정 개수의 배터리 셀이 직렬 연결되어 배터리 세트를 구성하여 원하는 전력을 공급할 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 모듈(110)에서 소정 개수의 배터리 세트가 직렬 또는 병렬 연결되어 원하는 전력을 공급할 수 있다.
배터리 차단 회로(120)는 배터리 모듈(110)의 양극 출력 단자(PV(+))와 배터리 장치(100)의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 직렬로 연결되어 있는 복수의 스위치(Q1, Q2)와 복수의 스위치(Q1, Q2)를 각각 구동하는 구동 회로(U1, U2)를 포함한다. 스위치(Q1, Q2)의 온/오프 동작에 따라 배터리 모듈(110)은 연결 단자(DC(+), DC(-))를 통해 전력을 공급하거나 연결 단자(DC(+), DC(-))를 통해 충전될 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위치(Q1, Q2)는 바디 다이오드를 가지는 트랜지스터, 예를 들면 MOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)일 수 있다. 한 실시예에서, 도 1에 도시한 것처럼, 스위치(Q1, Q2)는 바디 다이오드를 가지는 n채널 트랜지스터, 예를 들면 NMOS 트랜지스터일 수 있다.
스위치(Q1)의 제1 단자는 배터리 장치(100)의 양극 연결 단자(DC(+))에 연결되고, 스위치(Q2)의 제1 단자는 배터리 모듈(110)의 양극 출력 단자(PV(+))에 연결되며, 스위치(Q1)의 제2 단자는 스위치(Q2)의 제2 단자에 연결되어 있다. 또한, 스위치(Q1)의 제어 단자는 구동 회로(U1)의 출력 핀(GATE)에 연결되고, 스위치(Q2)의 제어 단자는 구동 회로(U2)의 출력 핀(GATE)에 연결되어 있다. 또한, 스위치(Q1)의 바디 다이오드는 애노드가 스위치(Q1)의 제2 단자에 캐소드가 스위치(Q1)의 제1 단자에 연결되고, 스위치(Q2)의 바디 다이오드는 애노드가 스위치(Q2)의 제2 단자에 캐소드가 스위치(Q1)의 제1 단자에 연결되는 형태로 형성되어 있다. 어떤 실시예에서, 스위치(Q1, Q2)의 제1 단자, 제2 단자 및 제어 단자는 각각 드레인, 소스 및 게이트일 수 있다. 아래에서는 스위치(Q1, Q2)의 제1 단자, 제2 단자 및 제어 단자를 각각 드레인, 소스 및 게이트로 설명한다.
한 실시예에서, 배터리 차단 회로(120)는 배터리 모듈(110)의 음극 출력 단자(PV(-))와 배터리 장치(100)의 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 직렬로 연결되는 복수의 스위치(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 스위치(Q1, Q2)는 배터리 모듈(110)의 양극 출력 단자(PV(+))와 배터리 장치(100)의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이 대신에 배터리 모듈(110)의 음극 출력 단자(PV(-))와 배터리 장치(100)의 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
배터리 차단 회로(120)는 스위치(Q1, Q2)의 소스(즉, 스위치(Q1, Q2)가 공통으로 연결되어 있는 노드)와 접지단 사이에 연결되어 있는 다이오드(D1)를 더 포함한다. 어떤 실시예에서, 배터리 모듈(110)의 음극 출력 단자(PV(-))와 배터리 장치(100)의 음극 연결 단자(DC(-))는 접지단에 연결될 수 있다. 구체적으로, 다이오드(D1)의 캐소드가 스위치(Q1, Q2)의 소스에 연결되고, 다이오드(D1)의 애노드가 접지단에 연결되어 있다.
프로세서(130)는 구동 회로(U1, U2)의 동작을 제어하여서 스위치(Q1, Q2)의 온/오프 동작을 제어한다. 프로세서(130)는 예를 들면 마이크로 제어 장치(micro controller unit, MCU)일 수 있다. 어떤 실시예에서, 프로세서(130)는 두 구동 회로(U1, U2)로 각각 제어 신호를 전달하기 위한 제어 핀(CTRL_A, CTRL_B)과 접지단에 연결되어 있는 전원 핀(VSS), 즉 로우 레벨 전원 핀(VSS)를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서(130)의 전원 전압을 공급하기 하기 위한 전원 핀(VCC), 즉 하이 레벨 전원 핀(VCC)를 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 구동 회로(U1, U2)는 각각 입력 핀(INP), 출력 핀(GATE), 소스 연결 핀(TS), 두 개의 전원 핀(VCC, VSS)를 포함할 수 있다. 이 경우, 입력 핀(INP)은 프로세서(130)로부터 전달되는 대응하는 스위치(Q1, Q2)를 제어하기 위한 제어 신호를 수신한다. 출력 핀(GATE)은 대응하는 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 연결되어, 스위치(Q1, Q2)의 온/오프를 제어하기 위한 구동 신호를 인가한다. 소스 연결 핀(TS)은 대응하는 스위치(Q1, Q2)의 소스에 연결되어 있다. 두 전원 핀(VCC, VSS) 중 낮은 전압을 공급하는 전원 핀(VSS)은 접지단에 연결되어 있다. 이러한 구동 회로(U1, U2)는 게이트 드라이버일 수 있다.
어떤 실시예에서, 스위치(Q2)의 게이트와 구동 회로(U1)의 출력 핀(GATE) 사이에 저항(R1)이 연결되고, 스위치(Q1)의 게이트와 구동 회로(U2)의 출력 핀(GATE) 사이에 저항(R2)이 연결될 수 있다. 또한, 스위치(Q1)와 배터리 장치(100)의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 기생 인덕턱스 성분(L1)이 형성되고, 스위치(Q2)와 배터리 모듈(110)의 양극 출력 단자(PV(+)) 사이에 기생 인덕턴스 성분(L2)이 형성될 수 있다.
다음, 도 1에 도시한 배터리 장치(100)의 동작에 대해서 도 2, 도 3 및 도 4를 참고로 하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치에서 충전 경로를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치에서 방전 경로를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치에서 역기전력에 의해 형성되는 전류 경로를 나타내는 도면이다.
먼저, 프로세서(130)에서 스위치(Q1, Q2)를 온하기 위한 신호를 구동 회로(U1, U2)의 입력 핀(INP)로 전달하면, 구동 회로(U1, U2)는 각각 출력 핀(GATE)를 통해 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 스위치 온을 위한 구동 신호, 즉 하이 레벨의 전압을 전달한다. 이 경우, 프로세서(130)의 제어 핀(CTRL_A, CTRL_B)의 제어 신호도 하이 레벨의 전압을 가질 수 있다. 스위치(Q1, Q2)가 온되면, 외부 장치(10)와 배터리 모듈(110) 사이에서 에너지가 이동한다.
외부 장치(10)가 충전기인 경우, 도 2에 도시한 것처럼, 스위치(Q1, Q2)의 온에 의해 충전기(10)에서 배터리 모듈(110)로 충전 전류(I1)가 흘러서 배터리 모듈(110)로 에너지가 공급된다. 배터리 모듈(110)의 충전이 완료되는 경우, 프로세서(130)는 먼저 구동 회로(U1)를 제어하여서, 구동 회로(U1)의 출력 핀(GATE)을 하이 레벨로 로우 레벨로 변경하고, 이에 따라 스위치(Q1)가 오프된다. 이 경우, 스위치(Q1)의 오프에 따라 기생 인덕턴스 성분(L2)에 의해 역기전력이 발생하고, 역기전력에 의해 스위치(Q1, Q2)의 소스에 역전압이 발생하여 소스 전압(Vs)이 낮아질 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 구동 회로(U2)를 제어하여서, 구동 회로(U2)의 출력 핀(GATE)을 하이 레벨로 로우 레벨로 변경하고, 이에 따라 스위치(Q2)도 오프될 수 있다.
일반적으로, 게이트 드라이버와 같은 구동 회로(U1, U2)에서는 TS 핀이 견딜 수 있는 정격 전압(예를 들면, -6V)이 존재한다. 따라서, 역기전력에 의해 스위치(Q1, Q2)의 소스에 역전압이 발생하여 소스 전압(Vs)이 정격 전압보다 낮아지면, 구동 회로(U1, U2)가 파괴될 수 있다. 그러나 도 1에 도시한 회로에서는 다이오드(D1)의 순방향 전압(Vf)(예를 들면, 0.7V)에 의해 스위치(Q1, Q2)의 소스에 순방향 전압에 대응하는 전압(-Vf)(예를 들면, -0.7V)만 인가되므로, 소스 전압(Vs)의 크기가 정격 전압의 크기보다 작아서 구동 회로(U1, U2)가 보호될 수 있다.
외부 장치(10)가 차량인 경우, 도 3에 도시한 것처럼, 스위치(Q1, Q2)의 온에 의해 배터리 모듈(110)에서 차량(10)으로 방전 전류(I2)가 흘러서 차량(10)으로 에너지가 공급된다. 차량(10)으로 에너지 공급이 필요 없는 경우, 프로세서(130)는 먼저 구동 회로(U2)를 제어하여서, 구동 회로(U2)의 출력 핀(GATE)을 하이 레벨로 로우 레벨로 변경하고, 이에 따라 스위치(Q2)가 오프된다. 이 경우, 스위치(Q2)의 오프에 따라 기생 인덕턴스 성분(L1)에 의해 역기전력이 발생하고, 역기전력에 의해 스위치(Q1, Q2)의 소스에 역전압이 발생하여 소스 전압(Vs)이 낮아질 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 구동 회로(U1)를 제어하여서, 구동 회로(U1)의 출력 핀(GATE)을 하이 레벨로 로우 레벨로 변경하고, 이에 따라 스위치(Q1)도 오프될 수 있다.
이 경우에도, 다이오드(D1)의 순방향 전압(Vf)에 의해 스위치(Q1, Q2)의 소스에 순방향 전압에 대응하는 전압(-Vf)만 인가되므로, 소스 전압(Vs)의 크기가 정격 전압의 크기보다 작아서 구동 회로(U1, U2)가 보호될 수 있다.
한편, 역기전력에 의해 스위치(Q1, Q2)의 소스 전압(Vs)이 낮아지는 경우, 도 4에 도시한 것처럼, 다이오드(D1)와 스위치(Q1)의 바디 다이오드를 통해 전류(I3)가 흐를 수 있다. 즉, 외부 장치(10)로 불필요한 전류(I3)가 공급되는 문제점이 발생할 수 있다. 아래에서는 이러한 전류(I3)를 방지할 수 있는 실시예에 대해서 도 5, 도 6 및 도 7을 참고로 하여 설명한다.
도 5, 도 6 및 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 차단 회로(520)는 도 1에 도시한 배터리 차단 회로(120)에 비해 다이오드(D2)를 더 포함한다.
다이오드(D1)의 애노드와 구동 회로(U1, U2)의 전원 핀(VSS)은 다이오드(D2)를 통해 접지단에 연결되어 있다. 구체적으로, 다이오드(D1)의 애노드와 구동 회로(U1, U2)의 전원 핀(VSS)은 공통 노드(Gn)에 연결되어 있다. 다이오드(D2)의 애노드가 공통 노드(Gn)에 연결되고, 다이오드(D2)의 캐소드가 접지단에 연결되어 있다.
따라서, 역기전력에 의해 발생할 수 있는 전류(도 4의 I3)는 다이오드(D2)에 의해 차단될 수 있다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 차단 회로(620)는 도 5에 도시한 배터리 차단 회로(520)에 비해 제너 다이오드(ZD1, ZD2)를 더 포함한다.
제너 다이오드(ZD1)의 캐소드는 프로세서(130)의 제어 핀(CTRL_A) 및 구동 회로(U1)의 입력 핀(INP)에 연결되고, 제너 다이오드(ZD2)의 캐소드는 프로세서(130)의 제어 핀(CTRL_B) 및 구동 회로(U2)의 입력 핀(INP)에 연결되어 있다. 제어 다이오드(ZD1, ZD2)의 애노드는 다이오드(D1)의 애노드 및 구동 회로(U1, U2)의 전원 핀(VSS)이 공통으로 연결되는 공통 노드(Gn)에 연결되어 있다. 또한, 다이오드(D2)의 애노드가 공통 노드(Gn)에 연결되고, 다이오드(D2)의 캐소드가 접지단에 연결되어 있다.
도 5에 도시한 배터리 차단 회로(520)에서, 역기전력에 의해 스위치(Q1, Q2)의 소스에 역전압(Vs)이 발생하면, 역전압(Vs)이 공통 노드(Gn)에 전달된다. 즉, 공통 노드(Gn)의 전압이 (Vs-Vf)로 된다. 예를 들면, 역기전력에 의해 -14.4V의 역전압이 발생하고, 다이오드(D1)의 순방향 전압(Vf)이 0.7V라면, 공통 노드(Gn)의 전압은 대략 -15V로 된다. 스위치(Q1)는 오프 상태이므로, 프로세서(130)의 제어 핀(CTRL_A)과 구동 회로(U1)의 입력 핀(INP)의 전압은 로우 레벨(즉, 0V)이다. 마찬가지로, 스위치(Q2)도 오프 상태이므로, 프로세서(130)의 제어 핀(CTRL_B)과 구동 회로(U2)의 입력 핀(INP)의 전압은 로우 레벨(즉, 0V)이다. 즉, 프로세서(130)의 제어 핀(CTRL_A, CTRL_B)과 공통 노드(Gn) 사이의 전압차가 대략 15V로 된다. 15V의 전압은 프로세서(130)의 전원 전압(VCC)보다 높은 전압인데, 전원 전압(VCC)보다 높은 전압이 프로세서(130)에 지속적으로 인가되면, 전기적 과부하(electrical overstress, EOS)에 의해 프로세서(130)가 파괴될 수 있다.
그러나 도 6에 도시한 것처럼 제너 다이오드(ZD1)가 프로세서(130)의 제어 핀(CTRL_A)과 공통 노드(Gn)에 연결되어 있는 경우, 제너 다이오드(ZD1)의 항복 전압, 즉 제너 전압에 의해 제어 핀(CTRL_A)과 공통 노드(Gn)의 전압차가 제너 전압(예를 들면, 5V)으로 유지될 수 있다. 마찬가지로, 제너 다이오드(ZD2)가 프로세서(130)의 제어 핀(CTRL_B)과 공통 노드(Gn)에 연결되어 있는 경우, 제너 다이오드(ZD2)의 제너 전압에 의해 제어 핀(CTRL_B)과 공통 노드(Gn)의 전압차가 제너 전압(예를 들면, 5V)으로 유지될 수 있다. 이에 따라, 전기적 과부하에 의한 프로세서(130)의 파괴를 방지할 수 있다.
한편, 제너 다이오드(ZD1, ZD2)에 의해, 제어 핀(CTLR_A, CTRL_B)과 공통 노드(Gn) 사이의 전압차가 제너 전압으로 되는 경우, 구동 회로(U1, U2)의 출력 핀(GATE)의 전압이 하이 레벨로 변경되어, 스위치(Q1, Q2)가 온될 수 있다. 이 경우, 프로세서(130)는 다시 구동 회로(U1, U2)를 제어하여 스위치(Q1, Q2)를 오프할 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 차단 회로(720)는 도 5 또는 도 6에 도시한 배터리 차단 회로(520, 620)에 비해 커패시터(C1)를 더 포함한다. 커패시터(C1)는 다이오드(D2)에 병렬로 연결되어 있다. 또한 배터리 차단 회로(720)는 다이오드(D2)에 병렬로 연결되어 있는 저항(R3)을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 역기전력에 의해 역전압(Vs)이 발생하는 경우, 커패시터(C1)에 의해 접지단과 공통 노드(Gn) 사이의 전압차가 증가하는 것이 방지될 수 있다. 즉, 커패시터(C1)는 공통 노드(Gn)의 전압을 접지단의 전압과 대략 동일하게 만들 수 있다. 따라서, 제너 다이오드(ZD1, ZD2)를 사용하더라도 항복 전압이 발생하지 않으므로, 스위치(Q1, Q2)가 다시 온되는 경우를 방지할 수 있다. 또한, 도 5에 도시한 배터리 차단 회로(520)처럼 제너 다이오드(ZD1, ZD2)를 사용하지 않더라도, 공통 노드(Gn)의 전압이 역전압에 의해 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제너 다이오드(ZD1, ZD2)를 사용하지 않더라도 프로세서(130)가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
어떤 실시예에서, 커패시터(C1)의 용량은 역기전력에 의해 발생할 수 있는 역전압의 크기에 따라 설정될 수 있다. 예를 들면, 회로 설계 상 역전압이 크게 발생할 수 있다면, 커패시터(C1)의 용량도 크게 설정될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 배터리 모듈을 포함하는 배터리 장치의 배터리 차단 장치로서,
    상기 배터리 장치의 연결 단자와 상기 배터리 모듈의 출력 단자 사이에 직렬로 연결되어 있는 제1 스위치와 제2 스위치,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 접점인 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드 및 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가지는 제1 다이오드, 그리고
    상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드와 접지단에 연결되어 있는 캐소드를 가지는 제2 다이오드
    를 포함하는 배터리 차단 장치.
  2. 제1항에서,
    제1 제어 신호를 수신하는 입력 핀, 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하는 제1 구동 신호를 상기 제1 스위치의 제어 단자로 출력하는 출력 핀 및 상기 제1 노드에 연결되어 있는 연결 핀을 포함하는 제1 구동 회로, 그리고
    제2 제어 신호를 수신하는 입력 핀, 상기 제2 제어 신호에 따라 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어하는 제2 구동 신호를 상기 제2 스위치의 제어 단자로 출력하는 출력 핀 및 상기 제2 노드에 연결되어 있는 연결 핀을 포함하는 제2 구동 회로를 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 스위치 중 어느 하나의 스위치의 제1 단자는 상기 배터리 장치의 연결 단자에 연결되고, 다른 하나의 스위치의 제1 단자는 상기 배터리 모듈의 출력 단자에 연결되어 있으며,
    상기 제1 스위치의 제2 단자와 상기 제2 스위치의 제2 단자는 상기 제1 노드에 연결되어 있는
    배터리 차단 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 구동 회로의 입력 핀에 연결되어 있는 캐소드와 상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가지는 제1 제너 다이오드를 더 포함하는 배터리 차단 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되어 있는 커패시터를 더 포함하는 배터리 차단 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 제2 구동 회로의 입력 핀에 연결되어 있는 캐소드와 상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가지는 제2 제너 다이오드를 더 포함하는 배터리 차단 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 구동 회로는 상기 제2 노드에 연결되어 있는 전원 핀을 더 포함하고,
    상기 제2 구동 회로는 상기 제2 노드에 연결되어 있는 전원 핀을 더 포함하는
    배터리 차단 장치.
  7. 제2항에서,
    상기 제1 스위치는 상기 제1 단자, 상기 제2 단자 및 상기 제어 단자를 각각 드레인, 소스 및 게이트로 가지는 NMOS 트랜지스터이며,
    상기 제2 스위치는 상기 제1 단자, 상기 제2 단자 및 상기 제어 단자를 각각 드레인, 소스 및 게이트로 가지는 NMOS 트랜지스터인
    배터리 차단 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되어 있는 커패시터를 더 포함하는 배터리 차단 장치.
  9. 배터리 모듈,
    외부 장치에 연결되는 연결 단자, 그리고
    상기 연결 단자와 상기 배터리 모듈의 출력 단자 사이에 직렬로 연결되어 있는 제1 스위치와 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 접점인 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드 및 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가지는 제1 다이오드, 그리고 상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드와 접지단에 연결되어 있는 캐소드를 가지는 제2 다이오드를 포함하는 배터리 차단 회로
    를 포함하는 배터리 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 스위치를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 출력하는 제1 제어 핀과 상기 제2 스위치를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 출력하는 제2 제어 핀을 포함하는 프로세서를 더 포함하며,
    상기 배터리 차단 회로는,
    상기 제1 제어 핀에 연결되어 있는 입력 핀, 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하는 제1 구동 신호를 상기 제1 스위치의 제어 단자로 출력하는 출력 핀 및 상기 제1 노드에 연결되어 있는 연결 핀을 포함하는 제1 구동 회로, 그리고
    상기 제2 제어 핀에 연결되어 있는 입력 핀, 상기 제2 제어 신호에 따라 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어하는 제2 구동 신호를 상기 제2 스위치의 제어 단자로 출력하는 출력 핀 및 상기 제1 노드에 연결되어 있는 연결 핀을 포함하는 제2 구동 회로를 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 스위치 중 어느 하나의 스위치의 제1 단자는 상기 배터리 장치의 연결 단자에 연결되고, 다른 하나의 스위치의 제1 단자는 상기 배터리 모듈의 출력 단자에 연결되어 있으며,
    상기 제1 스위치의 제2 단자와 상기 제2 스위치의 제2 단자는 상기 제1 노드에 연결되어 있는
    배터리 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 구동 회로의 입력 핀에 연결되어 있는 캐소드와 상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가지는 제1 제너 다이오드를 더 포함하는 배터리 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제2 구동 회로의 입력 핀에 연결되어 있는 캐소드와 상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가지는 제2 제너 다이오드를 더 포함하는 배터리 장치.
  13. 제9항에서,
    상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되어 있는 커패시터를 더 포함하는 배터리 장치.
  14. 배터리 모듈을 포함하는 배터리 장치의 배터리 차단 장치로서,
    상기 배터리 장치의 연결 단자에 연결되어 있는 드레인과 제1 노드에 연결되어 있는 소스를 가지는 제1 트랜지스터,
    상기 배터리 모듈의 출력 단자에 연결되어 있는 드레인과 상기 제1 노드에 연결되어 있는 소스를 가지는 제2 트랜지스터,
    상기 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드 및 제2 노드에 연결되어 있는 애노드를 가지는 제1 다이오드, 그리고
    상기 제2 노드에 연결되어 있는 애노드와 접지단에 연결되어 있는 캐소드를 가지는 제2 다이오드
    를 포함하는 배터리 차단 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023075172A1 (ko) * 2021-10-26 2023-05-04 주식회사 엘지에너지솔루션 역방향 연결을 방지하는 보호 장치

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