WO2015030475A1 - 배터리 과충전 방지 장치 - Google Patents

배터리 과충전 방지 장치 Download PDF

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WO2015030475A1
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electrode tab
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overcharge
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Inventor
이윤녕
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에스케이이노베이션 주식회사
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    • H02J7/00302—Overcharge protection

Definitions

  • the present invention relates to a battery overcharge preventing device, and more particularly, to a battery overcharge preventing device that detects an overcharge of a battery and blocks charging power to prevent the battery from being overcharged.
  • Lithium ion batteries which are generally rechargeable batteries, can explode or ignite when overcharged above a certain voltage.
  • a battery pack typically includes a plurality of battery cells in order to obtain a required output, and when one of the battery cells included in the battery pack is overcharged to explode or ignite, other than the battery cell in which the overcharge has occurred Since it also affects the battery cells, preventing overcharging of the battery is essential to ensure the safety of the battery.
  • the patent document described in the following prior art document discloses that when the swelling occurs in the battery cell due to overcharging, the controller 160 melts the fuse 300 to block the charge / discharge current of the battery pack.
  • the first electrode plate 100 attached to the cell exterior material and the second electrode plate 120 attached to the electrode assembly have a predetermined distance. Spaced apart from each other, the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120 serves as a capacitor by the electrolyte filled between the cell packaging material and the electrode assembly.
  • the phase difference detector 150 detects the phase difference between the current and the voltage, and when the phase difference is about 90 degrees, the controller 160 determines that the swelling has occurred due to overcharging of the cell 200, and the controller 160 melts the fuse 300 to pack the battery pack. It is disclosed that the charge / discharge current of.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Registration No. 10-1262879.
  • the present invention was created to solve the above-described problems of the prior art, and the problem to be solved by the present invention is a sensing circuit of a battery cell without the need to add a function for preventing overcharge to the controller using only passive elements.
  • the configuration is simple enough to be added to, and when overcharge occurs, it is to provide a battery overcharge protection device that can ensure additional safety of the battery by blocking the voltage applied to the battery cells in the battery module.
  • a voltage divider having one end connected to the positive electrode tab of the battery and the other end connected to the negative electrode tab of the battery
  • One end is connected to the positive electrode tab and the other end is connected to the negative electrode tab and includes a switching section which is shorted or opened according to the voltage distributed in the voltage divider,
  • the switching unit When the voltage between the positive electrode tab and the negative electrode tab is greater than or equal to the first voltage, the switching unit is short-circuited and the battery is short-circuited to cause an overcurrent to destroy the positive electrode tab, thereby electrically disconnecting the battery from the charging power source.
  • the positive electrode tab may be formed of a conductive material that is melted and destroyed by the rise in temperature caused by the overcurrent generated by the short circuit of the battery.
  • the positive electrode tab may be formed of aluminum.
  • the voltage divider comprises: a first resistor having one end connected to the positive electrode tab; And a second resistor having one end connected to the other end of the first resistor and the other end connected to the negative electrode tab.
  • the switching unit may include a shunt regulator.
  • the shunt regulator includes a control terminal, when the control terminal is applied when the second voltage or more that is a reference voltage of the shunt regulator is short-circuited, It may be open if less than two voltages are applied.
  • the battery includes a battery cell
  • the battery overcharge protection device is mounted on the sensing portion of the battery cell
  • the positive electrode tab and the negative electrode tab of the battery cell Can be connected to.
  • the battery includes a battery module including a plurality of battery cells
  • the battery overcharge prevention device is a sensing unit of one of the battery cells in the battery module It may be mounted on and connected to the positive electrode tab and the negative electrode tab of the battery cell.
  • the battery overcharge protection device may be included in the battery module.
  • the plurality of battery cells may be connected in series.
  • the battery module may include eight battery cells.
  • the first voltage may be 4.7 volts to 4.9 volts.
  • the battery may include a lithium ion battery.
  • the battery pack may include the battery overcharge preventing device.
  • the present invention it is not necessary to add a function for preventing overcharge to the control unit using only passive elements, and the configuration is simple enough to be added to the sensing circuit of the battery cell, and when overcharge occurs, the battery
  • the additional safety of the battery can be ensured by cutting off the voltage applied to the battery cell in the module.
  • the present invention not only prevents overcharging by detecting overvoltage, but also cuts off the voltage applied to the battery even when overvoltage occurs due to an unexpected or unavoidable situation. Can prevent a dangerous condition.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery overcharge protection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery overcharge protection device according to an embodiment of the present invention.
  • one end is connected to the positive electrode tab 102 of the battery cell 100 and the other end is connected to the negative electrode tab 104 of the battery cell 100.
  • Switching unit 108 is connected to the voltage divider 106 and one end is connected to the positive electrode tab 102, the other end is connected to the negative electrode tab 104, the short circuit or open according to the voltage distributed in the voltage divider 106 ).
  • the switching unit 108 is short-circuited when the voltage between the positive electrode tab 102 and the negative electrode tab 104, that is, the voltage of the battery cell 100 is greater than or equal to a first voltage.
  • the switching unit 108 is short-circuited, the battery cell 100 is short-circuited to generate an overcurrent, so that the positive electrode tab 102 is destroyed, so that the battery cell 100 is electrically disconnected from the charging power source.
  • the positive electrode tab 102 is formed of aluminum which is destroyed by melting due to an overcurrent generated by a short circuit of the battery cell 100.
  • the present invention is not limited thereto, and may be formed of any type of conductive material that is melted and destroyed when the temperature rises above a predetermined temperature due to overcurrent.
  • the voltage divider 106 includes a first resistor R1 having one end connected to the positive electrode tab 102 and one end connected to the other end of the first resistor R1 and the other end connected to the negative electrode tab 104.
  • 2 includes a resistor (R2)
  • the switching unit 108 includes a shunt regulator (SR).
  • the shunt regulator SR includes a control terminal CT, and the voltage distributed by the voltage divider 106 is applied to the control terminal CT of the shunt regulator SR.
  • the second voltage which is the reference voltage of the shunt regulator SR
  • the battery overcharge preventing device is mounted on a sensing unit (not shown) of the battery cell 100 and is connected to the positive electrode tab 102 and the negative electrode tab 104 of the battery cell 100.
  • the battery overcharge preventing device is mounted on the sensing unit of one of the battery cells in the battery module and is connected to the positive electrode tab 102 of the battery cell 100. May be connected to the negative electrode tab 104.
  • the battery overcharge protection device may be included in the battery module, the plurality of battery cells may be connected in series.
  • the battery module may include eight battery cells.
  • the first voltage may be a voltage that determines whether the battery cell 100 is overcharged, and may be a voltage in a range of 4.7 volts to 4.9 volts, and the battery cell 100 may include a lithium ion battery cell.
  • the battery cell 100 When power from the charging power is applied to the positive electrode tab 102 and the negative electrode tab 104 of the battery cell 100, the battery cell 100 is charged by the charging power.
  • the voltage applied between the positive electrode tab 102 and the negative electrode tab 104 of the battery cell 100 may be reduced. Will rise.
  • SOC state of charge
  • the voltage applied between the positive electrode tab 102 and the negative electrode tab 104 that is, the voltage applied to the battery cell 100 is 4.7 volts or more
  • the voltage distributed by the voltage divider 106 also increases to shunt regulator SR.
  • a voltage exceeding the reference voltage is applied to the control terminal CT.
  • the shunt regulator SR is short-circuited or opened according to the voltage applied to the control terminal CT, and shorted when a voltage above the reference voltage is applied to the control terminal CT, and a voltage less than the reference voltage is applied to the control terminal CT. When applied, it is electrically open.
  • the voltage greater than or equal to the reference voltage is applied to the control terminal CT of the shunt regulator SR.
  • the shunt regulator SR is electrically shorted.
  • the battery cell 100 When the shunt regulator SR is short-circuited, the battery cell 100 is also shorted to generate an overcurrent, which is a very large current.
  • the temperature of the positive electrode tab 102 exceeds 660 ° C., which is the melting point temperature of aluminum, the positive electrode tab ( 102 is melted and destroyed. Therefore, the power of the charging power applied to the battery cell 100 through the positive electrode tab 102 is cut off to prevent overcharging, thereby preventing ignition and explosion of the battery cell 100.
  • the battery overcharge preventing device when the overvoltage, which is a voltage for determining whether overcharge is different, the resistance values of the first resistor R1 and the second resistor R2 constituting the voltage divider 106 are appropriately changed or referred to.
  • the battery overcharge preventing device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 may operate to prevent overcharging of the battery according to the changed overvoltage.
  • a conductive tab having an appropriate cross-sectional area may be used as the positive electrode tab 102 in consideration of a short circuit current flowing when the battery cell 100 is shorted.
  • the positive electrode tab 102 reaches the melting temperature due to overcurrent and melts, and the battery cell 100 is electrically disconnected from the charging power supply that supplies the charging power. Therefore, overcharging of the battery cell 100 can be prevented and ignition and explosion of the battery cell 100 can be prevented.
  • battery cell 102 positive electrode tab
  • switching unit R1 first resistor
  • R2 second resistor SR: shunt regulator

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명에 의한 배터리 과충전 방지 장치는, 일단이 배터리의 양극 탭에 연결되고 타단은 상기 배터리의 음극 탭에 연결된 전압 분배부; 및 일단이 상기 양극 탭에 연결되고 타단은 상기 음극 탭에 연결되며 상기 전압 분배부에서 분배된 전압에 따라 단락 또는 개방되는 스위칭부를 포함하며, 상기 양극 탭과 상기 음극 탭 간의 전압이 제1 전압 이상인 경우 상기 스위칭부가 단락되고 상기 배터리가 단락되어 과전류가 발생하여 상기 양극 탭이 파괴됨으로써 상기 배터리가 충전 전원으로부터 전기적으로 분리되며, 수동 소자만을 사용하여 제어부에 과충전을 방지하기 위한 기능을 추가할 필요가 없고 배터리 셀의 센싱 회로에 추가할 수 있을 정도로 구성이 간단하며, 과충전이 발생하는 경우, 배터리 모듈 내에서 배터리 셀에 인가되는 전압을 차단하여 배터리의 추가적인 안전성을 확보할 수 있고, 과전압을 감지하여 과충전을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 감지하는 배터리의 전압이 미처 예상하지 못한 상황이나 불가피한 상황으로 인하여 과전압이 발생하는 경우에도 배터리에 인가되는 전압을 차단함으로써 배터리가 위험한 상태에 이르게 되는 것을 방지할 수 있다.

Description

배터리 과충전 방지 장치
[관련출원의 상호참조]
본 출원은 2013년 9월 2일 출원된 한국특허 출원번호 제10-2013-0105110호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.
본 발명은 배터리 과충전 방지 장치에 관한 것으로, 특히 배터리의 과충전을 감지하여 충전 전원을 차단해 배터리가 과충전되는 것을 방지하는 배터리 과충전 방지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 충전가능한 배터리인 리튬이온 배터리는 일정 전압 이상으로 과충전되는 경우에, 폭발하거나 발화할 수 있다. 또한, 통상적으로 배터리 팩은 요구되는 출력을 획득하기 위하여 복수의 배터리 셀들을 포함하며, 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중 하나의 셀이라도 과충전되어 폭발하거나 발화하는 경우, 과충전이 발생한 배터리 셀 뿐만 아니라 다른 배터리 셀들에도 영향을 미치게 되므로, 배터리의 과충전을 방지하는 것은 배터리의 안전성을 확보하기 위하여 필수적이다.
종래 기술로서 과충전으로 배터리 셀의 전압이 상승하는 경우 과전압을 감지하여 파워 릴레이 어셈블리(PRA: Power Relay Assembly) 내의 릴레이를 오프시켜 과충전을 차단하는 방법이 있으나, 릴레이가 붙어 버리는 경우 릴레이가 오프되지 않기 때문에 과충전을 방지할 수 없는 문제점이 있었다.
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌은 과충전으로 배터리 셀에 스웰링이 발생하는 경우 제어부(160)가 퓨즈(300)를 융단시켜 배터리 팩의 충방전 전류를 차단하는 것을 개시하고 있다. 하기의 특허문헌의 도 1을 참조하면, 배터리 셀(200)에 스웰링이 발생한 경우, 셀 외장재에 부착된 제1극판(100)과 전극 조립체에 부착된 제2극판(120)이 소정 거리를 두고 이격되며, 셀 외장재와 전극 조립체 사이에 채워져 있는 전해액에 의해 제1극판(110)과 제2극판(120)은 커패시터로서 역할을 하게 된다. 위상차 감지부(150)에서는 전류와 전압의 위상차를 감지하여 위상차가 약 90도인 경우, 셀(200)에 과충전으로 스웰링이 발생한 것으로 판단하여 제어부(160)가 퓨즈(300)를 융단시켜 배터리 팩의 충방전 전류를 차단하는 것을 개시하고 있다.
하지만, 하기의 특허문헌은, 제1극판(110), 제2극판(120), 저항부(140), 교류전원 공급부(130), 위상차 감지부(150) 및 제어부(160) 등과 같은 다수의 복잡한 구성요소를 추가해야 하므로, 구성이 복잡해지고, 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 수동 소자만을 사용하여 제어부에 과충전을 방지하기 위한 기능을 추가할 필요가 없고 배터리 셀의 센싱 회로에 추가할 수 있을 정도로 구성이 간단하며, 과충전이 발생하는 경우, 배터리 모듈 내에서 배터리 셀에 인가되는 전압을 차단하여 배터리의 추가적인 안전성을 확보할 수 있는 배터리 과충전 방지 장치가 요구된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국등록특허 등록번호 10-1262879.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수동 소자만을 사용하여 제어부에 과충전을 방지하기 위한 기능을 추가할 필요가 없고 배터리 셀의 센싱 회로에 추가할 수 있을 정도로 구성이 간단하며, 과충전이 발생하는 경우, 배터리 모듈 내에서 배터리 셀에 인가되는 전압을 차단하여 배터리의 추가적인 안전성을 확보할 수 있는 배터리 과충전 방지 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치는,
일단이 배터리의 양극 탭에 연결되고 타단은 상기 배터리의 음극 탭에 연결된 전압 분배부; 및
일단이 상기 양극 탭에 연결되고 타단은 상기 음극 탭에 연결되며 상기 전압 분배부에서 분배된 전압에 따라 단락 또는 개방되는 스위칭부를 포함하며,
상기 양극 탭과 상기 음극 탭 간의 전압이 제1 전압 이상인 경우 상기 스위칭부가 단락되고 상기 배터리가 단락되어 과전류가 발생하여 상기 양극 탭이 파괴됨으로써 상기 배터리가 충전 전원으로부터 전기적으로 분리된다.
본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 양극 탭은 상기 배터리가 단락되어 발생하는 과전류에 의한 온도 상승으로 용융되어 파괴되는 전도성 재질로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 양극 탭은 알루미늄으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 전압 분배부는 상기 양극 탭에 일단이 연결된 제1 저항; 및 일단이 상기 제1 저항의 타단에 연결되고 타단은 상기 음극 탭에 연결된 제2 저항을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 스위칭부는, 션트 레귤레이터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 션트 레귤레이터는 제어 단자를 포함하고, 상기 제어 단자에 상기 션트 레귤레이터의 기준 전압인 제2 전압 이상이 인가되는 경우 단락되고, 상기 제2 전압 미만이 인가되는 경우 개방될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 배터리는 배터리 셀을 포함하며, 상기 배터리 과충전 방지 장치는 배터리 셀의 센싱부에 장착되어 상기 배터리 셀의 상기 양극 탭과 상기 음극 탭에 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 배터리는 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 포함하며, 상기 배터리 과충전 방지 장치는 상기 배터리 모듈 내의 배터리 셀들 중 한 셀의 센싱부에 장착되어 상기 배터리 셀의 양극 탭과 음극 탭에 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 배터리 과충전 방지 장치는 상기 배터리 모듈 내에 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 복수 개의 배터리 셀은 직렬로 연결되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 배터리 모듈은 8개의 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 제1 전압은 4.7 볼트 내지 4.9 볼트일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치에 있어서, 상기 배터리는 리튬이온 배터리를 포함할 수 있다.
배터리 팩은 상기 배터리 과충전 방지 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 수동 소자만을 사용하여 제어부에 과충전을 방지하기 위한 기능을 추가할 필요가 없고 배터리 셀의 센싱 회로에 추가할 수 있을 정도로 구성이 간단하며, 과충전이 발생하는 경우, 배터리 모듈 내에서 배터리 셀에 인가되는 전압을 차단하여 배터리의 추가적인 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 과전압을 감지하여 과충전을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 감지하는 배터리의 전압이 미처 예상하지 못한 상황이나 불가피한 상황으로 인하여 과전압이 발생하는 경우에도 배터리에 인가되는 전압을 차단함으로써 배터리가 위험한 상태에 이르게 되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치의 블록도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치의 블록도이다.
도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치는, 일단이 배터리 셀(100)의 양극 탭(102)에 연결되고 타단은 상기 배터리 셀(100)의 음극 탭(104)에 연결된 전압 분배부(106) 및 일단이 상기 양극 탭(102)에 연결되고 타단은 상기 음극 탭(104)에 연결되며 상기 전압 분배부(106)에서 분배된 전압에 따라 단락 또는 개방되는 스위칭부(108)를 포함한다.
상기 스위칭부(108)는 상기 양극 탭(102)과 상기 음극 탭(104) 간의 전압, 즉 배터리 셀(100)의 전압이 제1 전압 이상인 경우 단락된다. 상기 스위칭부(108)가 단락되면 상기 배터리 셀(100)이 단락되어 과전류가 발생하여 상기 양극 탭(102)이 파괴됨으로써 상기 배터리 셀(100)이 충전 전원으로부터 전기적으로 분리된다.
상기 양극 탭(102)은 상기 배터리 셀(100)이 단락되어 발생되는 과전류에 의해 온도가 융점 온도 이상 상승하여 용융됨으로써 파괴되는 알루미늄으로 형성되어 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 과전류 인하여 소정 온도 이상으로 온도가 상승하면 용융되어 파괴되는 어떤 유형의 전도성 재질로 형성될 수 있다.
상기 전압 분배부(106)는 상기 양극 탭(102)에 일단이 연결된 제1 저항(R1) 및 일단이 상기 제1 저항(R1)의 타단에 연결되고 타단은 상기 음극 탭(104)에 연결된 제2 저항(R2)을 포함하고, 상기 스위칭부(108)는 션트 레귤레이터(SR)를 포함한다.
상기 션트 레귤레이터(SR)는 제어 단자(CT)를 포함하고, 상기 전압 분배부(106)에서 분배된 전압은 상기 션트 레귤레이터(SR)의 제어 단자(CT)에 인가된다. 상기 션트 레귤레이터(SR)의 제어 단자(CT)에 션트 레귤레이터(SR)의 기준 전압인 제2 전압 이상이 인가되는 경우 단락되고, 상기 제2 전압 미만이 인가되는 경우 전기적으로 개방된다.
상기 배터리 과충전 방지 장치는 배터리 셀(100)의 센싱부(미도시)에 장착되어 상기 배터리 셀(100)의 양극 탭(102)과 음극 탭(104)에 연결된다.
복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈로 배터리가 구성되는 경우, 상기 배터리 과충전 방지 장치는 상기 배터리 모듈 내의 배터리 셀들 중 한 셀의 센싱부에 장착되어 상기 배터리 셀(100)의 양극 탭(102)과 음극 탭(104)에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 과충전 방지 장치는 상기 배터리 모듈 내에 포함될 수 있고, 상기 복수 개의 배터리 셀은 직렬로 연결되어 있을 수 있다. 또한, 상기 배터리 모듈은 8개의 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
상기 제1 전압은 상기 배터리 셀(100)이 과충전되었는지를 판별하는 전압으로서 4.7 볼트 내지 4.9 볼트 범위의 전압일 수 있고, 상기 배터리 셀(100)은 리튬이온 배터리 셀을 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치의 동작을 도 1을 참조하여 하기에 설명하기로 한다.
상기 배터리 셀(100)의 양극 탭(102) 및 음극 탭(104)에 충전 전원으로부터의 전력이 인가되면 상기 배터리 셀(100)은 충전 전원에 의해 충전된다.
상기 배터리 셀(100)이 충전 전원에 의해 충전되는 동안에 어떤 문제가 발생하여 배터리 셀(100)에 과충전이 발생하면 배터리 셀(100)의 양극 탭(102)과 음극 탭(104) 간에 걸리는 전압이 상승하게 된다.
배터리 셀의 충전 상태(SOC)가 100%인 경우를 배터리 셀의 만충전 상태라 하고, 통상적으로 만충전시 예를 들어 4.2 볼트의 전압이 배터리 셀(100) 양단 간에 걸리는 것이 정상이라고 가정하며, 배터리 셀(100)에 과충전이 발생하여 4.7 볼트 이상의 전압이 배터리 셀(100)의 양단에 걸린다고 가정하자.
상기 양극 탭(102)과 상기 음극 탭(104) 간에 걸리는 전압, 즉 배터리 셀(100)에 걸리는 전압이 4.7 볼트 이상인 경우, 전압 분배부(106)에 의해 분배된 전압도 상승하여 션트 레귤레이터(SR)의 제어 단자(CT)에는 기준 전압을 넘는 전압이 인가된다.
션트 레귤레이터(SR)는 제어 단자(CT)에 인가되는 전압에 따라 단락되거나 개방되며, 기준 전압 이상의 전압이 제어 단자(CT)에 인가되면 단락되고, 기준 전압 미만의 전압이 제어 단자(CT)에 인가되면 전기적으로 개방된다.
따라서, 배터리 셀(100)에 과충전이 발생하여 4.7 볼트를 넘는 과전압이 양극 탭(102)과 음극 탭(104) 간에 걸리는 경우, 션트 레귤레이터(SR)의 제어 단자(CT)에 기준 전압 이상의 전압이 인가되어, 션트 레귤레이터(SR)가 전기적으로 단락된다.
션트 레귤레이터(SR)가 단락되면, 배터리 셀(100)도 단락되어 매우 큰 전류인 과전류가 발생하며, 과전류로 인하여 양극 탭(102)의 온도가 알루미늄의 융점 온도인 660℃를 넘어가면 양극 탭(102)이 용융되어 파괴된다. 따라서, 양극 탭(102)을 통해 배터리 셀(100)로 인가되는 충전 전원의 전력이 차단되어, 과충전이 방지됨으로써, 배터리 셀(100)의 발화 및 폭발을 방지할 수 있다.
상기 배터리 과충전 방지 장치에서, 과충전 여부를 판단하는 전압인 과전압이 다른 경우, 전압 분배부(106)를 구성하는 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 저항값을 적절하게 변경하거나 기준 전압이 다른 션트 레귤레이터(SR)를 사용함으로써 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 배터리 과충전 방지 장치는 변경된 과전압에 따라 배터리의 과충전을 방지하도록 동작할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서, 과충전이 발생하는 경우 배터리 셀(100)의 단락시 흐르는 단락 전류를 고려하여 적절한 단면적을 갖는 전도성 탭을 양극 탭(102)으로서 사용할 수 있다. 이 경우 과충전시 양극 탭(102)이 과전류로 인하여 용융 온도에 도달하여 용융되고, 배터리 셀(100)이 충전 전력을 공급하는 충전 전원으로부터 전기적으로 분리된다. 따라서, 배터리 셀(100)의 과충전이 방지되고 배터리 셀(100)의 발화 및 폭발을 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
[부호의 설명]
100 : 배터리 셀 102 : 양극 탭
104 : 음극 탭 106 : 전압 분배부
108 : 스위칭부 R1 : 제1 저항
R2 : 제2 저항 SR : 션트 레귤레이터

Claims (14)

  1. 일단이 배터리의 양극 탭에 연결되고 타단은 상기 배터리의 음극 탭에 연결된 전압 분배부; 및
    일단이 상기 양극 탭에 연결되고 타단은 상기 음극 탭에 연결되며 상기 전압 분배부에서 분배된 전압에 따라 단락 또는 개방되는 스위칭부를 포함하며,
    상기 양극 탭과 상기 음극 탭 간의 전압이 제1 전압 이상인 경우 상기 스위칭부가 단락되고 상기 배터리가 단락되어 과전류가 발생하여 상기 양극 탭이 파괴됨으로써 상기 배터리가 충전 전원으로부터 전기적으로 분리되는 배터리 과충전 방지 장치.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 양극 탭은 상기 배터리가 단락되어 발생하는 과전류에 의한 온도 상승으로 용융되어 파괴되는 전도성 재질로 형성되는 배터리 과충전 방지 장치.
  3. 청구항 2항에 있어서,
    상기 양극 탭은 알루미늄으로 형성된 배터리 과충전 방지 장치.
  4. 청구항 3항에 있어서,
    상기 전압 분배부는 상기 양극 탭에 일단이 연결된 제1 저항; 및
    일단이 상기 제1 저항의 타단에 연결되고 타단은 상기 음극 탭에 연결된 제2 저항을 포함하는 배터리 과충전 방지 장치.
  5. 청구항 4항에 있어서,
    상기 스위칭부는, 션트 레귤레이터를 포함하는 배터리 과충전 방지 장치.
  6. 청구항 5항에 있어서,
    상기 션트 레귤레이터는 제어 단자를 포함하고, 상기 제어 단자에 상기 션트 레귤레이터의 기준 전압인 제2 전압 이상이 인가되는 경우 단락되고, 상기 제2 전압 미만이 인가되는 경우 개방되는 배터리 과충전 방지 장치.
  7. 청구항 6항에 있어서,
    상기 배터리는 배터리 셀을 포함하며, 상기 배터리 과충전 방지 장치는 배터리 셀의 센싱부에 장착되어 상기 배터리 셀의 상기 양극 탭과 상기 음극 탭에 연결되는 배터리 과충전 방지 장치.
  8. 청구항 6항에 있어서,
    상기 배터리는 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 포함하며, 상기 배터리 과충전 방지 장치는 상기 배터리 모듈 내의 배터리 셀들 중 한 셀의 센싱부에 장착되어 상기 배터리 셀의 양극 탭과 음극 탭에 연결되는 배터리 과충전 방지 장치.
  9. 청구항 8항에 있어서,
    상기 배터리 과충전 방지 장치는 상기 배터리 모듈 내에 포함되는 배터리 과충전 방지 장치.
  10. 청구항 9항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀은 직렬로 연결되어 있는 배터리 과충전 방지 장치.
  11. 청구항 10항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 8개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 과충전 방지 장치.
  12. 청구항 11항에 있어서,
    상기 제1 전압은 4.7 볼트 내지 4.9 볼트인 배터리 과충전 방지 장치.
  13. 청구항 12항에 있어서,
    상기 배터리는 리튬이온 배터리를 포함하는 배터리 과충전 방지 장치.
  14. 청구항 1항에 의한 배터리 과충전 방지 장치를 포함하는 배터리 팩.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016218978A (ja) * 2015-05-26 2016-12-22 富士通株式会社 電子機器及び電子機器制御方法
KR102449399B1 (ko) * 2015-09-11 2022-09-30 현대모비스 주식회사 과충전 방지 회로 및 이의 제어 방법
KR102297930B1 (ko) 2016-03-08 2021-09-06 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 이용한 배터리 과충전 방지 방법
WO2024196013A1 (ko) * 2023-03-22 2024-09-26 삼성전자 주식회사 과열 방지 방법을 채용한 전력변환기를 포함하는 가전장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02250634A (ja) * 1989-03-20 1990-10-08 Fujitsu Ltd バッテリ充電保護回路
JP2004135400A (ja) * 2002-10-09 2004-04-30 Sony Chem Corp 保護回路付き二次電池
JP2004266882A (ja) * 2003-02-06 2004-09-24 Sony Chem Corp バイパス抵抗付き二次電池と二次電池の保護方法
KR20100054294A (ko) * 2008-11-14 2010-05-25 주식회사 엘지화학 센스 저항 파괴를 감지하여 배터리 팩을 보호하는 장치 및 방법
JP2011172399A (ja) * 2010-02-19 2011-09-01 Sony Chemical & Information Device Corp 保護回路、バッテリ制御装置、及び、バッテリパック

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002095157A (ja) * 2000-07-10 2002-03-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 過充電防止回路
KR100420146B1 (ko) 2001-10-18 2004-03-02 삼성에스디아이 주식회사 서모 프로텍터가 장착된 이차전지
KR100782101B1 (ko) * 2005-04-08 2007-12-04 유니썸테크놀로지 주식회사 보호회로 및 이를 포함하는 전지 팩
JP4637001B2 (ja) * 2005-10-28 2011-02-23 三洋電機株式会社 保護素子とこの保護素子を備えるパック電池
JP4598815B2 (ja) * 2007-11-27 2010-12-15 株式会社タムラ製作所 二次電池用充電回路
KR101262879B1 (ko) 2009-12-02 2013-05-09 주식회사 엘지화학 배터리 셀의 스웰링 현상을 감지하여 배터리 팩을 보호하는 장치 및 방법
CN102195333A (zh) * 2010-03-17 2011-09-21 新神户电机株式会社 直流电源装置
KR101659088B1 (ko) * 2010-07-15 2016-09-30 엘지이노텍 주식회사 Ｌｅｄ 전원 장치
JP5870763B2 (ja) * 2012-03-02 2016-03-01 ミツミ電機株式会社 二次電池監視装置および電池パック

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02250634A (ja) * 1989-03-20 1990-10-08 Fujitsu Ltd バッテリ充電保護回路
JP2004135400A (ja) * 2002-10-09 2004-04-30 Sony Chem Corp 保護回路付き二次電池
JP2004266882A (ja) * 2003-02-06 2004-09-24 Sony Chem Corp バイパス抵抗付き二次電池と二次電池の保護方法
KR20100054294A (ko) * 2008-11-14 2010-05-25 주식회사 엘지화학 센스 저항 파괴를 감지하여 배터리 팩을 보호하는 장치 및 방법
JP2011172399A (ja) * 2010-02-19 2011-09-01 Sony Chemical & Information Device Corp 保護回路、バッテリ制御装置、及び、バッテリパック

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