WO2016167467A1 - 배터리 보호회로 패키지 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

배터리 보호회로 패키지 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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WO2016167467A1
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battery
protection
circuit module
transistor
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PCT/KR2016/001862
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나혁휘
황호석
김영석
안상훈
이현석
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주식회사 아이티엠반도체
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Definitions

  • the present invention relates to a battery for an electronic device, and more particularly, to a battery protection circuit package for protecting a battery cell and a battery pack including the same.
  • Lithium-ion batteries are the most widely used batteries in portable terminals and the like. They generate heat during overcharging and overcurrent, and if the heating continues and the temperature rises, performance deterioration and risk of explosion occur. Therefore, in order to prevent such deterioration of performance, the necessity to provide a battery with a battery protection circuit device that blocks the operation of the battery is increasing.
  • a thermistor element for example, a positive temperature coefficient (PTC) element, is additionally used in the battery protection circuit device to block overcurrent and overheating.
  • PTC element can be formed by, for example, dispersing conductive particles in a crystalline polymer. Below the set temperature, the PTC element becomes a passage through which current flows between the conductive connecting members. However, when the temperature rises above the set temperature due to overcurrent, the crystalline polymer expands and the connection between the conductive particles dispersed in the crystalline polymer is separated, thereby rapidly increasing the resistance. Therefore, the flow of current between the conductive connecting members is interrupted or the flow of current is reduced.
  • the PTC device serves as a safety device for preventing the battery from rupturing.
  • the temperature is lowered below the set temperature, the crystalline polymer shrinks in the PTC device to restore the connection between the conductive particles, thereby smoothly flowing the current.
  • such a PTC device has a problem in that the cost of parts increases, so that the overall manufacturing cost increases and the size of the battery is increased.
  • the present invention has been made to solve various problems including the above problems, and an object thereof is to provide a battery protection circuit package and a battery pack, which are advantageous for integration and miniaturization while effectively blocking overcurrent and / or overheating.
  • these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • a battery protection circuit package includes a substrate having a pair of internal connection terminals electrically connected to electrode terminals of a battery bare cell and a pair of external connection terminals electrically connected to a charger or an electronic device. ; And a first protective circuit module and a second protective circuit module mounted on at least a portion of the substrate.
  • the first protection circuit module controls at least one first transistor connected between at least one of the pair of internal connection terminals and at least one of the pair of external connection terminals, and the at least one first transistor.
  • a first protection integrated circuit device wherein the second protection circuit module is connected between at least one of the pair of internal connection terminals and at least one of the pair of external connection terminals and is connected to the at least one first transistor. At least one second transistor connected in series with the second protection circuit, and a second protection integrated circuit device for controlling the at least one second transistor.
  • the at least one first transistor may include a first field effect transistor and a second field effect transistor connected in series with each other.
  • the first protection circuit module may further include at least one first passive device connected to the first protection integrated circuit device.
  • the at least one second transistor may include a third field effect transistor and a fourth field effect transistor connected in series with each other.
  • the second protection circuit module may further include at least one second passive device connected to the second protection integrated circuit device.
  • At least one of the first protection circuit module and the second protection circuit module can operate for overcurrent protection to replace a PTC thermistor.
  • the first protection integrated circuit device in the first protection circuit module controls the at least one first transistor to control overcharge and / or overdischarge of the battery bare cell
  • the second protection integrated circuit device may control the at least one second transistor to block an overcurrent flowing to the battery bare cell.
  • the first protection circuit module and the second protection circuit module may be composed of elements having the same arrangement as each other.
  • a battery pack includes a battery bare cell and a battery protection circuit package connected to the battery bare cell.
  • the battery protection circuit package may include: first and second terminals electrically connected to electrode terminals of the battery bare cell, third and fourth terminals electrically connected to a charger or an electronic device, and the first terminal. Or at least one first transistor connected between at least one of the second terminals and at least one of the third and fourth terminals, and a first protection integrated circuit element for controlling the at least one first transistor.
  • a second protection circuit module comprising a second transistor and a second protection integrated circuit element for controlling the second transistor.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram illustrating a battery protection circuit package according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing a battery protection circuit package according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 4 to 8 are diagrams illustrating a part of a battery protection circuit package according to various other embodiments of the present disclosure.
  • the lead frame is a structure in which lead terminals are patterned on a metal frame, and may be distinguished from a printed circuit board having a metal wiring layer formed on an insulating core in structure or thickness thereof.
  • an integrated circuit may mean an electronic component in which many devices are integrated into one chip to process a specific complex function.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram illustrating a battery protection circuit package according to an embodiment of the present invention.
  • a battery protection circuit package includes a first terminal 102 and a second terminal 104 electrically connected to an electrode terminal of a battery bare cell, and a charger or an electronic device.
  • the third terminal 106 and the fourth terminal 108 may be electrically connected to each other.
  • the first terminal 102 is an internal positive terminal B + connected to the positive electrode of the battery bare cell inside the battery pack
  • the second terminal 104 is an internal negative terminal connected to the negative electrode of the battery bare cell ( B-)
  • the third terminal 106 is an external positive terminal (P +) connected to the positive pole of the charger or the electronic device outside the battery pack
  • the fourth terminal 108 is an external connected to the negative pole of the charger or the electronic device.
  • the first terminal 102 and the second terminal 104 electrically connected to the electrode terminals of the battery bare cell may be understood as a pair of internal connection terminals of the battery protection circuit package.
  • the third terminal 106 and the fourth terminal 108 that are electrically connected to each other may be understood as a pair of external connection terminals P + and P ⁇ of the battery protection circuit package.
  • the battery protection circuit package may further include a separate additional external connection terminal.
  • the test terminals TP1 connected to the nodes n3 and n8 between the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may be configured as external connection terminals.
  • the test terminal TP1 may be an external connection terminal for testing whether the battery operates in a package state to detect an overdischarge, overcharge, and / or overcurrent of the battery to effectively block the charge / discharge or operation of the battery bare cell.
  • the external connection terminals P +, P ⁇ , and TP1 described above are illustrated by way of example in the battery protection circuit package 300 shown in FIG. 3.
  • the first protection circuit module 110 may include at least one agent connected between at least one of the first terminal 102 or the second terminal 104 and at least one of the third terminal 106 and the fourth terminal 108.
  • One transistor 112 and a first protection integrated circuit device 118 for controlling the first transistor 112 may be included.
  • the first transistor 112 is connected between the second terminal 104 and the fourth terminal 108, and the first protection integrated circuit device 118 is at least to control this first transistor 112. It may be electrically connected to the gate terminal of the first transistor 112.
  • the second protection circuit module 120 is at least one agent connected between at least one of the first terminal 102 or the second terminal 104 and at least one of the third terminal 106 and the fourth terminal 108.
  • a second protection integrated circuit device 128 for controlling the second transistor 122 and the second transistor 122 is connected between the second terminal 104 and the fourth terminal 108, and the second protection integrated circuit device 128 is at least to control this second transistor 122. It may be electrically connected to the gate terminal of the second transistor 122.
  • the first transistor 112 and the second transistor 122 may be connected in series with each other.
  • the first protection circuit module 110 and / or the second protection circuit module 120 may detect overdischarge, overcharge and / or overcurrent of the battery to block charging or discharging or operation of the battery bare cell.
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may be used to complement each other.
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 are configured in series to similarly detect overdischarge, overcharge and / or overcurrent of the battery to thereby charge or discharge the battery bare cell. May operate to block. Accordingly, even if a problem occurs in any one of the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120, the battery may be protected by using another one.
  • first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may be functionally separated from each other.
  • at least one of the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may operate to replace a conventional overcurrent protection device, such as a PTC thermistor.
  • one of the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may control overdischarge and overcharge of the battery, and control the other to sense overcurrent.
  • the first protection integrated circuit device 118 controls the first transistor 112 to control overcharge and / or overdischarge of the battery bare cell, and the second protection circuit module At 120, the second protection integrated circuit device 128 may control the second transistor 122 to block overcurrent flowing to the battery bare cell. As another example, in the second protection circuit module 120, the second protection integrated circuit device 128 controls the second transistor 122 to control overcharge and / or overdischarge of the battery bare cell, and the first protection circuit module 120. At 110, the first protection integrated circuit device 118 may control the first transistor 112 to block overcurrent flowing to the battery bare cell.
  • the first transistor 112 may include a first field effect transistor 114 and a second field effect transistor 116 connected in series with each other.
  • the first field effect transistor 114 and the second field effect transistor 116 may be of the same type, for example, an N-type MOSFET (NMOSFET), and the second terminal 104 and the fourth terminal 108 may be used. It may be connected in series to share drains with each other at nodes n5 therebetween. Accordingly, at least one reverse diode is formed between the drain and the source of the first field effect transistor 114 and the second field effect transistor 116 to form the second terminal 104 and the fourth terminal 108.
  • the current flow can be controlled.
  • the first protection integrated circuit device 118 may include a control logic for controlling the first transistor 112, for example, the first field effect transistor 114 and the second field effect transistor 116.
  • the control logic may include a reference voltage setting unit, a comparison unit for comparing the reference voltage and the charge / discharge voltage, an overcurrent detector, and a charge / discharge detector. Criteria for determining the state of charge and discharge can be changed to a specification required by the user, and the state of charge and discharge is determined by recognizing the voltage difference of each terminal of the first protection integrated circuit device 118 according to the specified criteria. do.
  • the first protection integrated circuit device 118 may include a reference terminal Vss, a power supply terminal Vdd, a sensing terminal V ⁇ , a discharge blocking signal output terminal Dout, and a charging circuit.
  • the blocking signal output terminal Cout may be included.
  • the first protection integrated circuit device 118 may be connected to the nodes n1, n3, and n7 through at least one passive device.
  • the power supply terminal vvd is connected to the node n1 between the first terminal 102 and the third terminal 106 via the resistor R11
  • the reference terminal Vss is connected to the second terminal 104.
  • node n3 between and fourth terminal 108.
  • a capacitor C11 may be interposed between the reference terminal Vss and the power supply terminal Vdd between the node n1 and the node n3 to prevent a short circuit between the two nodes n1 and n3.
  • the sensing terminal V ⁇ may be connected to the node n7 through the resistor R12.
  • the first protection integrated circuit device 118 may apply the charging voltage or the discharge voltage through the power supply terminal Vdd based on the voltage of the reference terminal Vss, and the sensing terminal V ⁇ . It can detect the state of charge and discharge and overcurrent.
  • the discharge blocking signal output terminal Dout may be connected to a gate of the first field effect transistor 114 to control the on-off of the first transistor 112 when the battery is discharged.
  • the charge blocking signal output terminal Cout may be connected to a gate of the second field effect transistor 116 to control the on-off of the first transistor 112 when the battery is charged.
  • the charging current flows from the third terminal 106 to the first terminal 102 and from the second terminal 104 to the fourth terminal 108.
  • the discharge current flows from the first terminal 102 to the third terminal 106 and from the fourth terminal 108 to the second terminal 104.
  • the first protection integrated circuit device 118 When the first protection integrated circuit device 118 detects an overcurrent or an overdischarge state when the battery is discharged, the first protection integrated circuit device 118 outputs a low signal through the discharge cutoff signal output terminal Dout to operate the first field effect transistor 114.
  • the controller When the controller is turned off and senses an overcurrent or an overcharge state when the battery is being charged, the second field effect transistor 116 may be turned off by outputting a low signal through the charge blocking signal output terminal Cout. Accordingly, at least one of the first field effect transistor 114 and the second field effect transistor 116 connected in series with each other is turned off, so that the circuit between the second terminal 104 and the fourth terminal 108 is blocked. Overcharging, overdischarging and / or overcurrent of the battery may be interrupted.
  • the resistor R11 and the capacitor C11 serve to stabilize the fluctuation of the power supply of the first protection integrated circuit device 118.
  • the resistance value of the resistor R11 is a predetermined value, for example, 1 K ⁇ or less. It can be set to a value.
  • the capacitance value of the capacitor C11 may be appropriately adjusted for stable operation, and may have a suitable value of, for example, 0.01 ⁇ F or more.
  • the resistors R11 and R12 become current limiting resistors when the high voltage charger or chargers that exceed the absolute maximum rating of the first protection integrated circuit element 118 are connected upside down. Since the resistors R11 and R12 may cause power consumption, the sum of the resistance value at the resistor R11 and the resistance value at the resistor R12 may be generally set to be larger than 1K ⁇ . If the resistance value of the resistor R12 is too large, no recovery may occur after the overcharge cutoff, and thus the resistance value of the resistor R12 may be set to a value of 10 K ⁇ or less.
  • the capacitor C11 does not significantly affect the characteristics of the battery protection circuit product, but is added for the user's request or stability.
  • the capacitor C11 is for the effect of stabilizing the system by improving resistance to voltage fluctuations or external noise.
  • a structure in which a resistor and a varistor are connected in parallel to each other may be added for electrostatic discharge (ESD) and surge protection.
  • the varistor device is a device that lowers the resistance when an overvoltage occurs, and when the overvoltage occurs, the resistance is lowered, thereby minimizing circuit damage due to the overvoltage.
  • the number or arrangement of passive elements in the above-described first protection circuit module 110 may be appropriately modified according to additional functions.
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may be composed of elements of the same or similar circuit arrangement, in which case overlapping description is omitted.
  • the second transistor 122 may include a third field effect transistor 124 and a fourth field effect transistor 126 connected in series with each other.
  • the third field effect transistor 124 and the fourth field effect transistor 126 may be of the same type, for example, an N-type MOSFET (NMOSFET), and the second terminal 104 and the fourth terminal 108 may be used. It may be connected in series to share drains with each other at nodes n6 therebetween. Accordingly, at least one reverse diode is formed between the drain and the source of the third field effect transistor 124 and the fourth field effect transistor 126 to form the second terminal 104 and the fourth terminal 108.
  • the current flow can be controlled.
  • the second protection integrated circuit device 128 may include a control logic for controlling the second transistor 122, for example, the third field effect transistor 124 and the fourth field effect transistor 126.
  • the control logic may include a reference voltage setting unit, a comparison unit for comparing the reference voltage and the charge / discharge voltage, an overcurrent detector, and a charge / discharge detector.
  • the second protection integrated circuit device 128 may include a reference terminal Vss, a power supply terminal Vdd, a sensing terminal V ⁇ , a discharge blocking signal output terminal Dout, and a charge.
  • the blocking signal output terminal Cout may be included.
  • the second protection integrated circuit device 128 may be connected to the nodes n2, n4, and n8 through at least one passive device.
  • the power supply terminal vvd is connected to the node n2 between the first terminal 102 and the third terminal 106 via the resistor R21
  • the reference terminal Vss is connected to the second terminal 104.
  • node n4 between and fourth terminal 108.
  • a capacitor C21 may be interposed between the reference terminal Vss and the power supply terminal Vdd between the node n2 and the node n4 to prevent a short circuit between the two nodes n2 and n4.
  • the sensing terminal V ⁇ may be connected to the node n8 through the resistor R22.
  • the second protection integrated circuit device 128 may apply the charging voltage or the discharge voltage through the power supply terminal Vdd based on the voltage of the reference terminal Vss, and the sensing terminal V ⁇ . It can detect the state of charge and discharge and overcurrent.
  • the second protection integrated circuit device 128 may be manufactured in the same structure as the first protection integrated circuit device 118 due to the similarity of functions thereof, but may be manufactured to have some differences when the additional functions are different from each other.
  • the discharge blocking signal output terminal Dout may be connected to a gate of the third field effect transistor 124 in order to control the on-off of the second transistor 122 when the battery is discharged.
  • the charge blocking signal output terminal Cout may be connected to a gate of the fourth field effect transistor 126 to control the on-off of the second transistor 122 when the battery is charged.
  • the second protection integrated circuit device 128 When the second protection integrated circuit device 128 detects an overcurrent or overdischarge state when the battery is discharged, the second protection integrated circuit device 128 outputs a low signal through the discharge blocking signal output terminal Dout to generate the third field effect transistor 124.
  • the fourth field effect transistor 126 When the controller is turned off and detects an overcurrent or an overcharge state during battery charging, the fourth field effect transistor 126 may be turned off by outputting a low signal through the charge blocking signal output terminal Cout. Accordingly, at least one of the third field effect transistor 124 and the fourth field effect transistor 126 connected in series with each other is turned off, so that a circuit between the second terminal 104 and the fourth terminal 108 is blocked. Overcharging, overdischarging and / or overcurrent of the battery may be interrupted.
  • the resistors R21 and R22 and the capacitor C21 may refer to the resistors R11 and R12 and the capacitor C11 of the first protection circuit module 110, and thus redundant descriptions thereof are omitted.
  • the values of the resistors R21 and R22 and the capacitor C21 in the second protection circuit module 120 may be equal to the values of the resistors R11 and R12 and the capacitor C11 of the first protection circuit module 110. It may be different for fine tuning.
  • a structure in which a resistor and a varistor are connected in parallel to each other may be added for electrostatic discharge (ESD) and surge protection.
  • ESD electrostatic discharge
  • the number or arrangement of passive elements in the above-described second protection circuit module 120 may be appropriately modified according to additional functions.
  • the dual protection circuit configuration of the present invention described above, as the battery bare cell is protected using the dual protection structure of the first and second protection circuit modules 110 and 120, a conventional overcurrent or overheat protection device, for example, The PTC thermistor or bimetal junction structure and the like can be omitted, thereby reducing the total volume thereof.
  • the first and second protection circuit modules 110 and 120 may be implemented as semiconductor chips, and thus, the silicon process technology may be used to manufacture the micro and nanometers minutely.
  • first protection integrated circuit device 118 the second protection integrated circuit device, and the first to fourth field effect transistors 114, 116, 124, and 126 may be manufactured as semiconductor chips, but also passive.
  • Devices such as resistors R11, R12, R21, and R22 and capacitors C11 and C21 may also be manufactured in chip form.
  • Such a chip structure can be easily mounted on a substrate using surface mounting technology (SMT).
  • SMT surface mounting technology
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may protect the battery bare cell while performing almost the same function as each other.
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may have almost identical circuit elements and circuit arrangements.
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may further perform different functions while performing the same or similar functions.
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may have similar circuit elements and circuit arrangements, but may have additional differences.
  • the number of NMOSFETs may be doubled than in the related art, thereby increasing the internal resistance. Accordingly, the first to fourth field effect transistors 114, 116, 124, and 126 may be manufactured to be two to three times larger than the conventional ones, thereby reducing the internal resistance to a conventional level. However, even in this case, the sizes and specifications of the first to fourth field effect transistors 114, 116, 124, and 126 may be the same or may be different from each other.
  • the battery protection circuit package may include a substrate on which the above-described first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may be mounted.
  • the substrate may include a lead frame and / or a printed circuit board.
  • a first terminal 102 and a second terminal 104 which are a pair of internal connection terminals described above;
  • a third terminal 106 and a fourth terminal 108 which are a pair of external connection terminals, may be a portion of the substrate or an additional conductive structure formed on the substrate.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a battery protection circuit package according to an embodiment of the present invention.
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 described above may be mounted on the substrate 50.
  • the substrate 50 may include a printed circuit board and / or a lead frame.
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may be encapsulated in one package by using the molding material 55.
  • the molding material encapsulating the first protection circuit module 110 and the molding material encapsulating the second protection circuit module 120 may be integrally formed or separated from each other.
  • the first protective circuit module 110 and the second protective circuit module 120 are each on the substrate 50 in the form of a chip scale package (CSP) to reduce its volume. It can also be mounted. In this case, the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may be packaged and mounted on the substrate 50, respectively.
  • CSP chip scale package
  • the first protection circuit module 110 is a stack in which the first protection integrated circuit device 118 is stacked on the first field effect transistor 114 and the second field effect transistor 116. It may be manufactured in a package structure or a package on package (POP) structure.
  • the second protection circuit module 120 may have a stacked package structure or package-on in which the second protection integrated circuit device 128 is stacked on the third field effect transistor 124 and the fourth field effect transistor 126. It may be manufactured in a package on package (POP) structure.
  • FIG. 3 is a schematic exploded perspective view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery protection circuit package 300 described above is inserted between the upper surface of the battery bare cell and the upper case 500 embedded in the battery can 400 to form a battery pack.
  • the upper case 500 has a through hole 550 formed in a corresponding portion so that the external connection terminals P + and P- may be exposed to plastic and / or metal.
  • This battery bare cell comprises an electrode assembly and a cap assembly.
  • the electrode assembly is interposed between a positive electrode plate formed by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector, a negative electrode plate formed by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector, and between the positive electrode plate and the negative electrode plate to prevent short circuit between the two electrode plates and to allow movement of lithium ions. It can be made of a separator.
  • the positive electrode tab attached to the positive electrode plate and the negative electrode tab attached to the negative electrode plate are drawn out to the electrode assembly.
  • the cap assembly includes a cathode terminal 410, a gasket 420, a cap plate 430, and the like.
  • the cap plate 430 may serve as a positive electrode terminal.
  • the negative electrode terminal 410 may be referred to as a negative electrode cell or an electrode cell.
  • the gasket 420 may be formed of an insulating material to insulate the negative electrode terminal 410 from the cap plate 430. Accordingly, the electrode terminal of the battery bare cell may include the negative electrode terminal 410 and the cap plate 430.
  • the electrode terminal of the battery bare cell includes a plate 430 of a first polarity (eg, a positive electrode) and an electrode cell 410 of a second polarity (eg, a negative electrode) disposed in the center of the plate 430.
  • the first internal connection lead B + is electrically connected to the plate 430 of the first polarity (for example, the positive electrode), and the second internal connection lead B- is connected to the second.
  • the electrode cells 410 of the polarity (for example, the cathode) may be electrically connected to each other by bonding.
  • the length of the lead frame 50 is the length L from one end of the plate 430 of the first polarity (for example, the anode) to the electrode cell 410 of the second polarity (for example, the cathode). / 2).
  • the battery protection circuit package module 300 is mounted using only one side area of the upper part based on the electrode cell 410 of the second polarity (for example, the negative electrode), the battery is miniaturized or has a high capacity.
  • an additional cell may be formed in the other side region of the electrode cell 410 to increase battery capacity or to place a chip having another additional function, thereby contributing to miniaturization of an application having such a battery.
  • 4 to 8 are diagrams illustrating a part of a battery protection circuit package according to various other embodiments of the present invention.
  • the first protective circuit module 110 and the second protective circuit module 120 are mounted on at least a portion of the substrate 50.
  • the first protection circuit module 110 includes a stacked package structure or package-on-package in which the first protection integrated circuit device 118 is stacked on the first field effect transistor 114 and the second field effect transistor 116. (package on package, POP) structure.
  • the second protection circuit module 120 may have a stacked package structure or package-on in which the second protection integrated circuit device 128 is stacked on the third field effect transistor 124 and the fourth field effect transistor 126. It may be manufactured in a package on package (POP) structure.
  • An electrical connection member 140 may be configured to electrically connect any one selected from the third field effect transistor 124, the fourth field effect transistor 126, and the substrate 50.
  • the electrical connection member 140 may include, for example, a bonding wire or a bonding ribbon.
  • the first passive element 119 constituting the first protection circuit module 110 may include, for example, the resistors R11 and R12 or the capacitor C11 illustrated in FIG. 1.
  • the second passive element 129 constituting the second protection circuit module 120 may include, for example, resistors R21 and R22 and capacitor C21 shown in FIG. 1.
  • the third field effect transistor 124, the fourth field effect transistor 126, and the second protection integrated circuit device 128 may be mounted directly on the substrate 50 on which the third field effect transistor 124, the second protection integrated circuit device 128 is mounted, or an additional substrate other than the substrate 50 (not shown). It can be mounted separately on).
  • a first passive element constituting the first protection circuit module 110 For example, a first passive element constituting the first protection circuit module 110; And a second passive element constituting the second protection circuit module 120; the first field effect transistor 114, the second field effect transistor 116, the first protection integrated circuit device 118, and the third field effect.
  • Additional substrates eg, printed circuits
  • Substrate bonded to the substrate 50 without being directly mounted on the substrate 50 on which the transistor 124, the fourth field effect transistor 126, and the second protection integrated circuit device 128 are mounted.
  • the first passive element 119 constituting the first protection circuit module 110 may include a first field effect transistor 114, a second field effect transistor 116, and a first field effect transistor 116. 1
  • the protection integrated circuit device 118 may be directly mounted on the substrate 50 on which the protection integrated circuit device 118 is mounted.
  • the second passive element 129 constituting the second protection circuit module 120; the third field effect transistor 124, the fourth field effect transistor 126, the second protection integrated circuit device 128 It may be separately mounted on an additional substrate (eg, a printed circuit board) bonded to the substrate 50 without being directly mounted on the substrate 50 to be mounted.
  • the second passive element 129 constituting the second protection circuit module 120 may include a third field effect transistor 124 and a fourth field effect transistor 126.
  • the second protection integrated circuit device 128 may be directly mounted on the substrate 50 on which the second protection integrated circuit device 128 is mounted.
  • the first passive element 119 constituting the first protection circuit module 110 includes a first field effect transistor 114, a second field effect transistor 116, and a first protection integrated circuit device 118.
  • the substrate 50 may be separately mounted on an additional substrate (eg, a printed circuit board) bonded to the substrate 50.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a part of a battery protection circuit package according to still another embodiment of the present invention.
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may be mounted on the printed circuit board 150, respectively.
  • the first protection circuit module 110 includes a stacked package structure or package-on-package in which the first protection integrated circuit device 118 is stacked on the first field effect transistor 114 and the second field effect transistor 116. (package on package, POP) structure.
  • the second protection circuit module 120 may have a stacked package structure or package-on in which the second protection integrated circuit device 128 is stacked on the third field effect transistor 124 and the fourth field effect transistor 126. It may be manufactured in a package on package (POP) structure.
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may be mounted on the printed circuit board 150 in the form of a chip scale package (CSP).
  • the first protection circuit module 110 and the second protection circuit module 120 may be packaged and mounted on the printed circuit board 150, respectively.
  • the semiconductor protection circuit package illustrated in FIGS. 4 to 8 may be implemented in a sawing manner or as a trim as one package.
  • the battery protection circuit package and the battery pack having the same according to embodiments of the present invention have the following advantageous effects as compared to products using conventional overcurrent or overheating protection devices, such as PTC thermistors.
  • an overcurrent can be effectively blocked while using an electronic component having a lower component cost than a PTC thermistor.
  • the high unit cost of PTC thermistors is a major reason for increasing the production cost of the battery protection circuit device. It is expected that the present invention can effectively overcome this problem.
  • the PTC thermistor is disposed outside of the battery protection circuit package, a process of bonding the PTC thermistor and the battery protection circuit package is additionally required, and the strength of the structure may be accompanied by the failure of the bonding process.
  • a process of joining the metal layer of the PTC thermistor and the lead of the battery protection circuit package by laser welding or resistance welding is additionally required, and the structural strength of the bonded assembly may be relatively weak.

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Abstract

본 발명은 과전류 및 과열을 효과적으로 방지할 수 있고, 저비용으로 컴팩트하게 구현할 수 있는 배터리 보호회로 패키지에 관한 것으로서, 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 제 1 단자 및 제 2 단자와, 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 제 3 단자 및 제 4 단자와, 상기 제 1 단자 또는 제 2 단자 중 적어도 하나와 상기 제 3 단자 및 제 4 단자 중 적어도 하나 사이에 접속되는 적어도 하나의 제 1 트랜지스터, 및 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자를 포함하는, 제 1 보호회로 모듈과, 상기 제 1 단자 또는 제 2 단자 중 적어도 하나와 상기 제 3 단자 및 제 4 단자 중 적어도 하나 사이에 접속되며 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터와 직렬 연결되는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터, 및 상기 제 2 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자를 포함한다.

Description

배터리 보호회로 패키지 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 발명은 전자장치용 배터리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배터리 셀을 보호하기 위한 배터리 보호회로 패키지와 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, PDA 등의 전자장치 등에 배터리가 사용되고 있다. 리튬이온 배터리는 휴대단말기 등에 가장 널리 사용되는 배터리로 과충전, 과전류 시에 발열하고, 발열이 지속되어 온도가 상승하게 되면 성능열화는 물론 폭발의 위험성까지 갖는다. 따라서, 이러한 성능 열화를 방직하기 위해서 배터리의 동작을 차단하는 배터리 보호회로 장치를 배터리에 제공해야 할 필요성이 높아지고 있다.
통상적으로, 과전류 및 과열을 차단하기 위하여 써미스터 소자, 예컨대 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자를 배터리 보호회로 장치에 부가적으로 사용하고 있다. 이러한 PTC 소자는, 예를 들어, 도전성 입자를 결정성 고분자에 분산시킴으로써 형성될 수 있다. 설정된 온도 이하에서 PTC 소자는 도전성의 연결부재 사이에서 전류가 흐르는 통로가 된다. 그러나 과전류 발생으로 인해 설정 온도 이상이 되면 결정성 고분자가 팽창되어 결정성 고분자에 분산되어 있는 상기 도전성 입자 사이의 연결이 분리되면서 저항이 급격하게 증가된다. 따라서 도전성의 연결부재 사이의 전류의 흐름이 차단되거나 전류의 흐름이 감소된다. 이와 같이 PTC 소자에 의해 전류의 흐름이 차단될 수 있으므로, PTC 소자는 배터리의 파열을 방지하는 안전장치의 역할을 수행한다. 그리고 다시 설정 온도 이하로 냉각되면 PTC 소자에서 결정성 고분자가 수축하여 도전성 입자 사이의 연결이 복원되므로 전류의 흐름이 원활하게 수행될 수 있다. 그러나 이러한 PTC 소자는 부품의 단가가 높아 전체 제조비용이 상승하고, 배터리의 크기를 크게 한다는 문제점을 가진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 과전류 및/또는 과열을 효과적으로 차단하면서 집적화 및 소형화에 유리한 배터리 보호회로 패키지 및 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 배터리 보호회로 패키지는 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결될 수 있는 한 쌍의 내부연결단자와 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 한 쌍의 외부연결단자를 구비하는 기판; 및 상기 기판의 적어도 일부 상에 실장된 제 1 보호회로 모듈 및 제 2 보호회로 모듈;을 포함한다. 상기 제 1 보호회로 모듈은 상기 한 쌍의 내부연결단자 중 적어도 하나와 상기 한 쌍의 외부연결단자 중 적어도 하나 사이에 접속되는 적어도 하나의 제 1 트랜지스터, 및 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자를 포함하며, 상기 제 2 보호회로 모듈은 상기 한 쌍의 내부연결단자 중 적어도 하나와 상기 한 쌍의 외부연결단자 중 적어도 하나 사이에 접속되며 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터와 직렬 연결되는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터, 및 상기 적어도 하나의 제 2 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자를 포함한다.
상기 배터리 보호회로 패키지에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터는 서로 직렬 연결된 제 1 전계효과 트랜지스터 및 제 2 전계효과 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 패키지에 있어서, 상기 제 1 보호회로 모듈은 제 1 프로텍션 집적회로 소자와 접속되는 적어도 하나의 제 1 수동소자를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 패키지에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 트랜지스터는 서로 직렬 연결된 제 3 전계효과 트랜지스터 및 제 4 전계효과 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 패키지에 있어서, 상기 제 2 보호회로 모듈은 제 2 프로텍션 집적회로 소자와 접속되는 적어도 하나의 제 2 수동소자를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 패키지에 있어서, 상기 제 1 보호회로 모듈 및 상기 제 2 보호회로 모듈 둘 중 적어도 하나의 모듈은 피티씨 써미스터를 대체하도록 과전류 보호용으로 동작할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 패키지에 있어서, 제 1 보호회로 모듈에서 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자는 상기 배터리 베어셀의 과충전 및/또는 과방전을 제어하도록 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터를 제어하고, 상기 제 2 보호회로 모듈에서 상기 2 프로텍션 집적회로 소자는 상기 배터리 베어셀로 흐르는 과전류를 차단하도록 상기 적어도 하나의 제 2 트랜지스터를 제어할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 패키지에 있어서, 제 1 보호회로 모듈과 제 2 보호회로 모듈은 서로 동일한 배치의 소자들로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 배터리 팩은, 배터리 베어셀과, 상기 배터리 베어셀과 접속되는 배터리 보호회로 패키지를 포함한다. 상기 배터리 보호회로 패키지는, 상기 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 제 1 단자 및 제 2 단자와, 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 제 3 단자 및 제 4 단자와, 상기 제 1 단자 또는 제 2 단자 중 적어도 하나와 상기 제 3 단자 및 제 4 단자 중 적어도 하나 사이에 접속되는 적어도 하나의 제 1 트랜지스터, 및 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자를 포함하는, 제 1 보호회로 모듈과, 상기 제 1 단자 또는 제 2 단자 중 적어도 하나와 상기 제 3 단자 및 제 4 단자 중 적어도 하나 사이에 접속되며 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터와 직렬 연결되는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터, 및 상기 제 2 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자를 포함하는, 제 2 보호회로 모듈을 포함한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따르면, 과전류 및 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 배터리 보호회로와 이를 저비용으로 컴팩트하게 구현할 수 있는 배터리 보호회로 패키지 및 배터리팩을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 보여주는 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 사시도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 다양한 다른 실시예들에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도시하는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 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 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 리드프레임은 금속 프레임에 리드 단자들이 패터닝 된 구성으로서, 절연코어 상에 금속 배선층이 형성된 인쇄회로기판과는 그 구조나 두께 등에서 구분될 수 있다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 동일한 참조부호에 대하여, 배터리 보호회로의 관점에서는 회로의 개념으로 설명할 수 있으나, 배터리 보호회로 패키지의 관점에서는 소자나 회로부품의 개념으로 설명할 수 있다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 집적회로(IC, integrated circuit)는 특정의 복잡한 기능을 처리하기 위해 많은 소자를 하나의 칩 안에 집적화한 전자부품을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 보여주는 개략적인 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 이 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지는 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 제 1 단자(102)와 제 2 단자(104)와, 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 제 3 단자(106)와 제 4 단자(108)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 단자(102)는 배터리 팩 내부의 배터리 베어셀의 양극과 연결되는 내부 양극 단자(B+)이고, 제 2 단자(104)는 배터리 베어셀의 음극과 연결되는 내부 음극 단자(B-)이고, 제 3 단자(106)는 배터리 팩 외부의 충전기 또는 전자기기의 양극에 연결되는 외부 양극 단자(P+)이고, 제 4 단자(108)는 충전기 또는 전자기기의 음극에 연결되는 외부 음극 단자(P-)일 수 있다. 이에 따르면, 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 제 1 단자(102)와 제 2 단자(104)는 배터리 보호회로 패키지의 한 쌍의 내부연결단자로 이해될 수 있으며, 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 제 3 단자(106)와 제 4 단자(108)는 배터리 보호회로 패키지의 한 쌍의 외부연결단자(P+, P-)로 이해될 수 있다.
나아가, 본 발명의 일부 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지는 별도의 추가적인 외부연결단자를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120) 사이의 노드(n3, n8)에 연결된 테스트 단자(TP1)를 외부연결단자로 구성할 수 있다. 테스트 단자(TP1)는 패키지 상태에서 배터리의 과방전, 과충전 및/또는 과전류를 감지하여 배터리 베어셀의 충방전 또는 동작을 효과적으로 차단하도록 동작하는지 여부를 테스트하기 위한 외부연결단자일 수 있다.
도 3에 도시된 배터리 보호회로 패키지(300)에서 상술한 외부연결단자들(P+, P-, TP1)을 예시적으로 나타내었다.
제 1 보호회로 모듈(110)은 제 1 단자(102) 또는 제 2 단자(104) 중 적어도 하나와 제 3 단자(106) 및 제 4 단자(108) 중 적어도 하나 사이에 접속되는 적어도 하나의 제 1 트랜지스터(112)와, 제 1 트랜지스터(112)를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 트랜지스터(112)는 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이에 접속되고, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)는 이러한 제 1 트랜지스터(112)를 제어하도록 적어도 제 1 트랜지스터(112)의 게이트 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
제 2 보호회로 모듈(120)은 제 1 단자(102) 또는 제 2 단자(104) 중 적어도 하나와 제 3 단자(106) 및 제 4 단자(108) 중 적어도 하나 사이에 접속되는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(122)와, 제 2 트랜지스터(122)를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 트랜지스터(122)는 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이에 접속되고, 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 이러한 제 2 트랜지스터(122)를 제어하도록 적어도 제 2 트랜지스터(122)의 게이트 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 나아가, 제 1 트랜지스터(112)와 제 2 트랜지스터(122)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
제 1 보호회로 모듈(110) 및/또는 제 2 보호회로 모듈(120)은 배터리의 과방전, 과충전 및/또는 과전류를 감지하여 배터리 베어셀의 충방전 또는 동작을 차단할 수 있다. 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 서로 보완적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 직렬로 구성되어 동일하게 배터리의 과방전, 과충전 및/또는 과전류를 감지하여 배터리 베어셀의 충방전 또는 동작을 차단하도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120) 중 어느 하나에 문제가 발생하더라도 다른 하나를 이용하여 이중으로 배터리를 보호할 수 있다.
다른 예로, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 서로 기능적으로 구분되어 사용될 수도 있다. 이 경우, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120) 중 적어도 하나의 모듈은 종래의 과전류 보호용 장치, 예컨대 피티씨(PTC) 써미스터를 대체하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120) 중 하나는 배터리의 과방전과 과충전을 제어하고, 다른 하나는 과전류를 감지하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제 1 보호회로 모듈(110)에서 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)는 배터리 베어셀의 과충전 및/또는 과방전을 제어하도록 제 1 트랜지스터(112)를 제어하고, 제 2 보호회로 모듈(120)에서 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 배터리 베어셀로 흐르는 과전류를 차단하도록 제 2 트랜지스터(122)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 제 2 보호회로 모듈(120)에서 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 배터리 베어셀의 과충전 및/또는 과방전을 제어하도록 제 2 트랜지스터(122)를 제어하고, 제 1 보호회로 모듈(110)에서 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)는 배터리 베어셀로 흐르는 과전류를 차단하도록 제 1 트랜지스터(112)를 제어할 수 있다.
이하에서는 제 1 보호회로 모듈(110)의 구성 및 동작을 보다 구체적으로 설명한다.
제 1 트랜지스터(112)는 서로 직렬 연결된 제 1 전계효과 트랜지스터(114) 및 제 2 전계효과 트랜지스터(116)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116)는 서로 동일한 타입, 예컨대 N타입 모스펫(NMOSFET)일 수 있고, 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이의 노드(n5)에서 서로 드레인(drain)을 공유하도록 직렬 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116)의 드레인과 소스 사이에는 적어도 하나의 역방향의 다이오드가 구성되어, 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108)의 전류 흐름을 제어할 수 있게 된다.
제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)는 제 1 트랜지스터(112), 예컨대 제 1 전계효과 트랜지스터(114) 및 제 2 전계효과 트랜지스터(116)를 제어하는 제어로직을 내부에 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어로직은 기준전압 설정부, 기준전압과 충방전 전압을 비교하기 위한 비교부, 과전류 검출부, 충방전 검출부를 포함할 수 있다. 충전 및 방전상태의 판단 기준은 유저가 요구하는 스펙(SPEC)으로 변경이 가능하며 그 정해진 기준에 따라 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)의 각 단자별 전압차를 인지하여 충ㆍ방전상태를 판정한다. 예를 들어, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)는 제어로직을 출력하기 위해서, 기준단자(Vss), 전원단자(Vdd), 감지단자(V-), 방전차단신호출력단자(Dout) 및 충전차단신호출력단자(Cout)를 포함할 수 있다.
제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)는 적어도 하나의 수동소자를 개재하여 노드(n1, n3, n7)에 연결될 수 있다. 예컨대, 전원단자(vdd)는 저항(R11)을 개재하여 제 1 단자(102)와 제 3 단자(106) 사이의 노드(n1)에 접속되고, 기준단자(Vss)는 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이의 노드(n3)에 접속될 수 있다. 노드(n1)와 노드(n3) 사이의 기준단자(Vss)와 전원단자(Vdd) 사이에는 두 노드(n1, n3) 사이의 단락을 방지하기 위해서 커패시터(C11)가 개재될 수 있다. 감지단자(V-)는 저항(R12)을 개재하여 노드(n7)에 접속될 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)는 기준단자(Vss)의 전압을 기준으로, 전원단자(Vdd)를 통해서 충전전압 또는 방전전압을 인가할 수 있고, 감지단자(V-)를 통해서 충방전 및 과전류 상태를 감지할 수 있다.
방전차단신호출력단자(Dout)는 배터리의 방전시 제 1 트랜지스터(112)의 온-오프(on-off)를 제어하기 위해서, 제 1 전계효과 트랜지스터(114)의 게이트에 접속될 수 있다. 충전차단신호출력단자(Cout)는 배터리의 충전시 제 1 트랜지스터(112)의 온-오프(on-off)를 제어하기 위해서, 제 2 전계효과 트랜지스터(116)의 게이트에 접속될 수 있다.
배터리의 충전 시 충전전류는 제 3 단자(106)로부터 제 1 단자(102) 방향으로, 그리고 제 2 단자(104)로부터 제 4 단자(108) 방향으로 흐르게 된다. 배터리의 방전 시 방전전류는 제 1 단자(102)로부터 제 3 단자(106) 방향 그리고, 제 4 단자(108)로부터 제 2 단자(104) 방향으로 흐르게 된다.
제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)는 배터리 방전 시에 과전류 또는 과방전 상태를 감지하면, 방전차단신호출력단자(Dout)를 통해 로우(LOW) 신호를 출력하여 제 1 전계효과 트랜지스터(114)를 오프 시키고, 배터리 충전 시에 과전류 또는 과충전 상태를 감지하면 충전차단신호출력단자(Cout)를 통해서 로우(LOW) 신호를 출력하여 제 2 전계효과 트랜지스터(116)를 오프 시키도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 서로 직렬 연결된 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116) 중 적어도 하나가 오프되게 됨에 따라서, 제 2 단자(104)에서 제 4 단자(108) 사이의 회로가 차단되어 배터리의 과충전, 과방전 및/또는 과전류가 차단될 수 있다.
저항(R11)과 커패시터(C11)는 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)의 공급전원의 변동을 안정시키는 역할을 한다. 저항(R11)의 저항값을 크게 하면 전압 검출 시 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118) 내부에 침투되는 전류에 의해서 검출전압이 높아지기 때문에 저항(R11)의 저항값은 소정의 값, 예컨대 1KΩ 이하의 값으로 설정될 수 있다. 또한, 안정된 동작을 위해서 커패시터(C11)의 용량값은 적절하게 조절될 수 있고, 예컨대 0.01μF 이상의 적당한 값을 가질 수 있다.
저항(R11), 저항(R12)은 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)의 절대 최대정격을 초과하는 고전압 충전기 또는 충전기가 거꾸로 연결되는 경우 전류 제한 저항이 된다. 저항(R11), 저항(R12)은 전원소비의 원인이 될 수 있으므로 통상적으로 저항(R11)에서의 저항값과 저항(R12)에서의 저항값의 합은 1KΩ 보다 크게 설정될 수 있다. 저항(R12)의 저항값이 너무 크다면 과충전 차단 후에 복귀가 일어나지 않을 수 있으므로, 저항(R12)의 저항값은 10KΩ 또는 그 이하의 값으로 설정될 수 있다.
커패시터(C11)는 배터리 보호회로 제품의 특성에 크게 영향을 끼치지는 않지만, 유저의 요청이나 안정성을 위해 추가되고 있다. 커패시터(C11)는 전압변동이나 외부 노이즈에 대한 내성을 향상시켜 시스템을 안정화시키는 효과를 위한 것이다.
선택적으로, 도면에 도시되지 않았으나, ESD(Electrostatic Discharge), 서지(surge) 보호를 위하여, 저항 및 배리스터가 서로 병렬 연결되는 구조가 부가될 수 있다. 배리스터 소자는 과전압 발생시 저항이 낮아지는 소자로, 과전압이 발생되는 경우 저항이 낮아져 과전압으로 인한 회로손상 등을 최소화할 수 있다. 전술한 제 1 보호회로 모듈(110)에서 수동소자의 수나 배치는 부가 기능에 따라서 적절하게 변형될 수 있다.
이하에서는 제 2 보호회로 모듈(120)의 구성 및 동작을 보다 구체적으로 설명한다. 예를 들어, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 동일 또는 유사한 회로배치의 소자들로 구성될 수 있고, 이 경우 중복되는 설명은 생략한다.
제 2 트랜지스터(122)는 서로 직렬 연결된 제 3 전계효과 트랜지스터(124) 및 제 4 전계효과 트랜지스터(126)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 3 전계효과 트랜지스터(124)와 제 4 전계효과 트랜지스터(126)는 서로 동일한 타입, 예컨대 N타입 모스펫(NMOSFET)일 수 있고, 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이의 노드(n6)에서 서로 드레인(drain)을 공유하도록 직렬 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 3 전계효과 트랜지스터(124)와 제 4 전계효과 트랜지스터(126)의 드레인과 소스 사이에는 적어도 하나의 역방향의 다이오드가 구성되어, 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108)의 전류 흐름을 제어할 수 있게 된다.
제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 제 2 트랜지스터(122), 예컨대 제 3 전계효과 트랜지스터(124) 및 제 4 전계효과 트랜지스터(126)를 제어하는 제어로직을 내부에 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어로직은 기준전압 설정부, 기준전압과 충방전 전압을 비교하기 위한 비교부, 과전류 검출부, 충방전 검출부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 제어로직을 출력하기 위해서, 기준단자(Vss), 전원단자(Vdd), 감지단자(V-), 방전차단신호출력단자(Dout) 및 충전차단신호출력단자(Cout)를 포함할 수 있다.
제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 적어도 하나의 수동소자를 개재하여 노드(n2, n4, n8)에 연결될 수 있다. 예컨대, 전원단자(vdd)는 저항(R21)을 개재하여 제 1 단자(102)와 제 3 단자(106) 사이의 노드(n2)에 접속되고, 기준단자(Vss)는 제 2 단자(104)와 제 4 단자(108) 사이의 노드(n4)에 접속될 수 있다. 노드(n2)와 노드(n4) 사이의 기준단자(Vss)와 전원단자(Vdd) 사이에는 두 노드(n2, n4) 사이의 단락을 방지하기 위해서 커패시터(C21)가 개재될 수 있다. 감지단자(V-)는 저항(R22)을 개재하여 노드(n8)에 접속될 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 기준단자(Vss)의 전압을 기준으로, 전원단자(Vdd)를 통해서 충전전압 또는 방전전압을 인가할 수 있고, 감지단자(V-)를 통해서 충방전 및 과전류 상태를 감지할 수 있다. 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 그 기능의 유사성으로 인해서 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)와 동일한 구조로 제조될 수 있으나, 서로 부가기능을 달리하는 경우 일부 차이가 나게 제조될 수도 있다.
방전차단신호출력단자(Dout)는 배터리의 방전시 제 2 트랜지스터(122)의 온-오프(on-off)를 제어하기 위해서, 제 3 전계효과 트랜지스터(124)의 게이트에 접속될 수 있다. 충전차단신호출력단자(Cout)는 배터리의 충전시 제 2 트랜지스터(122)의 온-오프(on-off)를 제어하기 위해서, 제 4 전계효과 트랜지스터(126)의 게이트에 접속될 수 있다.
제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)는 배터리 방전 시에 과전류 또는 과방전 상태를 감지하면, 방전차단신호출력단자(Dout)를 통해 로우(LOW) 신호를 출력하여 제 3 전계효과 트랜지스터(124)를 오프 시키고, 배터리 충전 시에 과전류 또는 과충전 상태를 감지하면 충전차단신호출력단자(Cout)를 통해서 로우(LOW) 신호를 출력하여 제 4 전계효과 트랜지스터(126)를 오프 시키도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 서로 직렬 연결된 제 3 전계효과 트랜지스터(124)와 제 4 전계효과 트랜지스터(126) 중 적어도 하나가 오프되게 됨에 따라서, 제 2 단자(104)에서 제 4 단자(108) 사이의 회로가 차단되어 배터리의 과충전, 과방전 및/또는 과전류가 차단될 수 있다.
저항(R21, R22)과 커패시터(C21)은 제 1 보호회로 모듈(110)의 저항(R11, R12)과 커패시터(C11)을 참조할 수 있고, 따라서 중복된 설명은 생략된다. 다만, 제 2 보호회로 모듈(120)에서 저항(R21, R22)과 커패시터(C21) 값은 제 1 보호회로 모듈(110)의 저항(R11, R12)과 커패시터(C11) 값과 같을 수도 있고, 미세 조정을 위해서 다를 수도 있다.
선택적으로, 도면에 도시되지 않았으나, ESD(Electrostatic Discharge), 서지(surge) 보호를 위하여, 저항 및 배리스터가 서로 병렬 연결되는 구조가 부가될 수 있다. 전술한 제 2 보호회로 모듈(120)에서 수동소자의 수나 배치는 부가 기능에 따라서 적절하게 변형될 수 있다.
전술한 본 발명의 듀얼 보호회로 구성에 따르면, 배터리 베어셀을 제 1 및 제 2 보호회로 모듈(110, 120)의 이중 보호 구조를 이용하여 보호하게 됨에 따라서, 종래의 과전류 또는 과열 보호 장치, 예컨대 PTC 써미스터 또는 바이메탈 접합구조 등을 생략할 수 있어서, 그 전체 부피를 줄일 수 있다. 제 1 및 제 2 보호회로 모듈(110, 120)은 반도체칩으로 구현 가능하기 때문에 실리콘 공정 기술을 이용하면 마이크로 내지 나노 미터 단위로 미소하게 제작할 수 있기 때문이다.
예를 들어, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118), 제 2 프로텍션 집적회로 소자, 제 1 내지 제 4 전계효과 트랜지스터(114, 116, 124, 126)를 모두 반도체칩으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 수동 소자들, 예컨대 저항들(R11, R12, R21, R22), 커패시터들(C11, C21)도 칩형태로 제조할 수 있다. 이러한 칩 구조는 표면실장기술을(surface mounting technology, SMT) 이용하여 용이하게 기판 상에 실장될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 서로 거의 동일한 기능을 수행하면서 이중적으로 배터리 베어셀을 보호할 수 있다. 이 경우, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 거의 동일한 회로소자와 회로배치를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일부 실시예에서, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 서로 동일 또는 유사한 기능을 수행하면서, 부가적으로 서로 다른 기능을 더 수행할 수도 있다. 이 경우, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 대체로 유사한 회로소자와 회로배치를 갖되, 부가적인 차별점을 가질 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들에서, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)이 듀얼로 부가됨에 따라서, 종래 보다 NMOSFET의 수가 2배로 늘어 내부 저항이 증가할 수 있다. 이에 따라, 제 1 내지 제 4 전계효과 트랜지스터들(114, 116, 124, 126)은 종래보다 2배 내지 3배 정도 크게 제조되어 종래 수준으로 내부 저항을 줄일 수도 있다. 다만, 이 경우에도 제 1 내지 제 4 전계효과 트랜지스터들(114, 116, 124, 126)의 크기 및 스펙은 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 보호회로 패키지는 상술한 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)이 실장될 수 있는 기판을 포함할 수 있다. 상기 기판은 리드프레임 및/또는 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 상술한 한 쌍의 내부연결단자인 제 1 단자(102)와 제 2 단자(104); 및 한 쌍의 외부연결단자인 제 3 단자(106)와 제 4 단자(108);는 기판의 일부분일 수 있거나 기판에 추가적으로 형성된 도전성 구조체일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 전술한 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 기판(50) 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 기판(50)은 인쇄회로기판 및/또는 리드프레임을 포함할 수 있다. 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 몰딩재(55)를 이용하여 하나의 패키지로 봉지될 수 있다. 제 1 보호회로 모듈(110)을 봉지하는 몰딩재와 제 2 보호회로 모듈(120)을 봉지하는 몰딩재는 일체로 형성되거나 서로 이격되어 구분되어 형성될 수 있다.
이 실시예의 변형된 예에서, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 그 부피를 줄이기 위해서 각각 칩스케일 패키지(chip scale package, CSP) 형태로 기판(50) 상에 실장될 수도 있다. 이 경우, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 각각 패키지화 되어 기판(50) 상에 실장될 수 있다.
이 실시예의 다른 변형된 예에서, 제 1 보호회로 모듈(110)은 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116) 상에 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)가 적층된 적층 패키지 구조나 또는 패키지-온-패키지(package on package, POP) 구조로 제조될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 보호회로 모듈(120)은 제 3 전계효과 트랜지스터(124)와 제 4 전계효과 트랜지스터(126) 상에 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)가 적층된 적층 패키지 구조나 또는 패키지-온-패키지(package on package, POP) 구조로 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 개략적인 전개 사시도이다.
도 3을 참조하면, 배터리 캔(400) 내에 내장된 배터리 베어셀의 상부면과 상부케이스(500) 사이에 상술한 배터리 보호회로 패키지(300)이 삽입되어 배터리 팩을 구성하게 된다. 상부케이스(500)는 플라스틱 및/또는 금속 재질로 외부연결단자들(P+, P-)이 노출될 수 있도록 대응되는 부분에 관통홀(550)이 형성되어 있다.
이러한 배터리 베어셀은 전극 조립체와 캡 조립체를 포함하여 구성된다. 전극 조립체는 양극 집전체에 양극 활물질을 도포해서 형성된 양극판, 음극 집전체에 음극 활물질을 도포해서 형성된 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되어 두 극판의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 세퍼레이터로 이루어질 수 있다. 전극 조립체에는 상기 양극판에 부착된 양극탭과 상기 음극판에 부착된 음극탭이 인출되어 있다.
캡 조립체는 음극단자(410), 가스켓(420), 캡 플레이트(430) 등을 포함한다. 캡 플레이트(430)는 양극단자의 역할을 할 수 있다. 음극단자(410)는 음극셀 또는 전극셀로 명명될 수도 있다. 가스켓(420)은 음극단자(410)와 캡 플레이트(430)를 절연시키기 위하여 절연성 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 베어셀의 전극단자는 음극단자(410)와 캡 플레이트(430)를 포함할 수 있다.
배터리 베어셀의 전극단자는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)와 플레이트(430) 내의 중앙에 배치되는 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)을 포함하며, 제 1 내부연결단자용 리드(B+)는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)와 접합하여 전기적으로 연결되고, 제 2 내부연결단자용 리드(B-)는 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)과 접합하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 리드프레임(50)의 길이는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)의 일단에서 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)까지의 길이(L/2)에 해당할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)을 기준으로 상단 부분의 편측 영역만을 사용하여 배터리 보호회로 패키지모듈(300)을 장착하므로, 배터리의 소형화 또는 고용량화를 구현할 수 있다. 예를 들어, 전극셀(410)의 다른 편측 영역에 셀을 더 형성하여 배터리 용량을 늘이거나 또는 다른 추가 기능을 갖는 칩 등을 배치함으로써 이러한 배터리를 갖는 응용제품의 소형화에 기여할 수 있다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 그 밖의 다양한 다른 실시예들에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도시하는 구성도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 기판(50)의 적어도 일부 상에 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)이 실장된다. 제 1 보호회로 모듈(110)은 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116) 상에 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)가 적층된 적층 패키지 구조나 또는 패키지-온-패키지(package on package, POP) 구조로 제조될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 보호회로 모듈(120)은 제 3 전계효과 트랜지스터(124)와 제 4 전계효과 트랜지스터(126) 상에 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)가 적층된 적층 패키지 구조나 또는 패키지-온-패키지(package on package, POP) 구조로 제조될 수 있다.
나아가, 도 1에 도시된 회로를 구현하기 위하여 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118), 제 1 전계효과 트랜지스터(114), 제 2 전계효과 트랜지스터(116), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128), 제 3 전계효과 트랜지스터(124) , 제 4 전계효과 트랜지스터(126) 및 기판(50) 중에서 선택된 어느 둘 사이를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재(140)를 구성할 수 있다. 전기적 연결부재(140)는, 예를 들어, 본딩 와이어 또는 본딩 리본 등을 포함할 수 있다.
한편, 제 1 보호회로 모듈(110)을 구성하는 제 1 수동소자(119)는, 예를 들어, 도 1에 도시된 저항(R11, R12)이나 커패시터(C11)를 포함할 수 있다. 제 2 보호회로 모듈(120)을 구성하는 제 2 수동소자(129)는, 예를 들어, 도 1에 도시된 저항(R21, R22)이나 커패시터(C21)를 포함할 수 있다.
제 1 보호회로 모듈(110)을 구성하는 제 1 수동소자(119); 및/또는 제 2 보호회로 모듈(120)을 구성하는 제 2 수동소자(129);는 제 1 전계효과 트랜지스터(114), 제 2 전계효과 트랜지스터(116), 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118), 제 3 전계효과 트랜지스터(124) , 제 4 전계효과 트랜지스터(126), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)가 실장되는 기판(50) 상에 직접 실장되거나 기판(50) 외의 추가적인 기판(미도시) 상에 별도로 실장될 수 있다.
도 4를 참조하여, 예를 들면, 제 1 보호회로 모듈(110)을 구성하는 제 1 수동소자; 및 제 2 보호회로 모듈(120)을 구성하는 제 2 수동소자;는 제 1 전계효과 트랜지스터(114), 제 2 전계효과 트랜지스터(116), 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118), 제 3 전계효과 트랜지스터(124) , 제 4 전계효과 트랜지스터(126), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)가 실장되는 기판(50) 상에 직접 실장되지 않고 기판(50)과 접합되는 추가적인 기판(예컨대, 인쇄회로기판) 상에 별도로 실장될 수 있다.
도 5를 참조하여, 다른 예를 들면, 제 1 보호회로 모듈(110)을 구성하는 제 1 수동소자(119); 및 제 2 보호회로 모듈(120)을 구성하는 제 2 수동소자(129);는 제 1 전계효과 트랜지스터(114), 제 2 전계효과 트랜지스터(116), 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118), 제 3 전계효과 트랜지스터(124) , 제 4 전계효과 트랜지스터(126), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)가 실장되는 기판(50) 상에 직접 실장될 수 있다.
도 6을 참조하여, 또 다른 예를 들면, 제 1 보호회로 모듈(110)을 구성하는 제 1 수동소자(119)는 제 1 전계효과 트랜지스터(114), 제 2 전계효과 트랜지스터(116), 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)가 실장되는 기판(50) 상에 직접 실장될 수 있다. 한편, 제 2 보호회로 모듈(120)을 구성하는 제 2 수동소자(129);는 제 3 전계효과 트랜지스터(124) , 제 4 전계효과 트랜지스터(126), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)가 실장되는 기판(50) 상에 직접 실장되지 않고 기판(50)과 접합되는 추가적인 기판(예컨대, 인쇄회로기판) 상에 별도로 실장될 수 있다.
도 7을 참조하여, 그 밖에 다른 예를 들면, 제 2 보호회로 모듈(120)을 구성하는 제 2 수동소자(129);는 제 3 전계효과 트랜지스터(124) , 제 4 전계효과 트랜지스터(126), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)가 실장되는 기판(50) 상에 직접 실장될 수 있다. 한편, 1 보호회로 모듈(110)을 구성하는 제 1 수동소자(119)는 제 1 전계효과 트랜지스터(114), 제 2 전계효과 트랜지스터(116), 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)가 실장되는 기판(50) 상에 직접 실장되지 않고 기판(50)과 접합되는 추가적인 기판(예컨대, 인쇄회로기판) 상에 별도로 실장될 수 있다.
도 8은 본 발명의 그 밖의 또 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도시하는 구성도이다.
도 8을 참조하면, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 인쇄회로기판(150) 상에 각각 실장될 수 있다.
제 1 보호회로 모듈(110)은 제 1 전계효과 트랜지스터(114)와 제 2 전계효과 트랜지스터(116) 상에 제 1 프로텍션 집적회로 소자(118)가 적층된 적층 패키지 구조나 또는 패키지-온-패키지(package on package, POP) 구조로 제조될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 보호회로 모듈(120)은 제 3 전계효과 트랜지스터(124)와 제 4 전계효과 트랜지스터(126) 상에 제 2 프로텍션 집적회로 소자(128)가 적층된 적층 패키지 구조나 또는 패키지-온-패키지(package on package, POP) 구조로 제조될 수 있다.
변형된 형태로서, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 칩스케일 패키지(chip scale package, CSP) 형태로 인쇄회로기판(150) 상에 실장될 수도 있다. 이 경우, 제 1 보호회로 모듈(110)과 제 2 보호회로 모듈(120)은 각각 패키지화 되어 인쇄회로기판(150) 상에 상에 실장될 수 있다.
도 4 내지 도 8에 도시된 반도체 보호회로 패키지는 하나의 패키지로서 소잉(sawing) 방식으로 구현될 수 있거나 트림(trim) 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 보호회로 패키지 및 이를 구비하는 배터리 팩은 종래의 과전류 또는 과열 보호 장치, 예컨대 PTC 써미스터를 사용한 제품에 비해서 다음과 같은 유리한 효과를 가진다.
첫째, 본 발명의 실시예들에서는 PTC 써미스터보다 상대적으로 부품 단가가 낮은 전자 부품을 사용하면서도 효과적으로 과전류를 차단할 수 있다. 일반적으로 PTC 써미스터의 단가가 높아 배터리 보호회로 장치의 생산단가를 상승시키는 주요한 원인이 되고 있다. 본 발명에 따르면 이러한 문제점을 효과적으로 극복할 수 있을 것으로 기대된다.
둘째, PTC 써미스터는 배터리 보호회로 패키지의 외부에 배치되기 때문에 PTC 써미스터와 배터리 보호회로 패키지를 접합하는 공정이 추가적으로 필요하며, 접합 공정의 불량에 따른 구조체의 강도 저하가 수반될 수 있다. 즉, PTC 써미스터의 금속층과 배터리 보호회로 패키지의 리드를 레이저 용접이나 저항용접 등으로 접합하는 공정이 추가적으로 필요하며, 접합된 어셈블리의 구조적 강도는 상대적으로 취약할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결될 수 있는 한 쌍의 내부연결단자와 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 한 쌍의 외부연결단자를 구비하는 기판; 및
    상기 기판의 적어도 일부 상에 실장된 제 1 보호회로 모듈 및 제 2 보호회로 모듈;
    을 포함하고,
    상기 제 1 보호회로 모듈은 상기 한 쌍의 내부연결단자 중 적어도 하나와 상기 한 쌍의 외부연결단자 중 적어도 하나 사이에 접속되는 적어도 하나의 제 1 트랜지스터, 및 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자를 포함하며,
    상기 제 2 보호회로 모듈은 상기 한 쌍의 내부연결단자 중 적어도 하나와 상기 한 쌍의 외부연결단자 중 적어도 하나 사이에 접속되며 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터와 직렬 연결되는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터, 및 상기 적어도 하나의 제 2 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자를 포함하는,
    배터리 보호회로 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터는 서로 직렬 연결된 제 1 전계효과 트랜지스터 및 제 2 전계효과 트랜지스터를 포함하는, 배터리 보호회로 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 보호회로 모듈은 제 1 프로텍션 집적회로 소자와 접속되는 적어도 하나의 제 1 수동소자를 더 포함하는, 배터리 보호회로 패키지.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 트랜지스터는 서로 직렬 연결된 제 3 전계효과 트랜지스터 및 제 4 전계효과 트랜지스터를 포함하는, 배터리 보호회로 패키지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 보호회로 모듈은 제 2 프로텍션 집적회로 소자와 접속되는 적어도 하나의 제 2 수동소자를 더 포함하는, 배터리 보호회로 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보호회로 모듈 및 상기 제 2 보호회로 모듈 둘 중 적어도 하나의 모듈은 피티씨 써미스터를 대체하도록 과전류 보호용으로 동작하는, 배터리 보호회로 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제 1 보호회로 모듈에서 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자는 상기 배터리 베어셀의 과충전 및/또는 과방전을 제어하도록 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터를 제어하고,
    상기 제 2 보호회로 모듈에서 상기 2 프로텍션 집적회로 소자는 상기 배터리 베어셀로 흐르는 과전류를 차단하도록 상기 적어도 하나의 제 2 트랜지스터를 제어하는, 배터리 보호회로 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 1 보호회로 모듈과 제 2 보호회로 모듈은 서로 동일한 배치의 소자들로 구성되는, 배터리 보호회로 패키지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    배터리의 과방전, 과충전 및/또는 과전류를 감지하여 배터리 베어셀의 충방전 또는 동작을 효과적으로 차단하도록 동작하는지 여부를 테스트할 수 있는 추가적인 외부연결단자를 더 포함하되, 상기 추가적인 외부연결단자는 상기 제 1 보호회로 모듈과 상기 제 2 보호회로 모듈 사이에 전기적으로 연결된, 배터리 보호회로 패키지.
  10. 배터리 베어셀; 및
    상기 배터리 베어셀과 전기적으로 연결된 배터리 보호회로 패키지;
    를 포함하고,
    상기 배터리 보호회로 패키지는,
    배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결될 수 있는 한 쌍의 내부연결단자와 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는 한 쌍의 외부연결단자를 구비하는 기판; 및 상기 기판 상에 실장된 제 1 보호회로 모듈 및 제 2 보호회로 모듈;을 포함하고, 상기 제 1 보호회로 모듈은 상기 한 쌍의 내부연결단자 중 적어도 하나와 상기 한 쌍의 외부연결단자 중 적어도 하나 사이에 접속되는 적어도 하나의 제 1 트랜지스터, 및 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터를 제어하기 위한 제 1 프로텍션 집적회로 소자를 구비하며, 상기 제 2 보호회로 모듈은 상기 한 쌍의 내부연결단자 중 적어도 하나와 상기 한 쌍의 외부연결단자 중 적어도 하나 사이에 접속되며 상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터와 직렬 연결되는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터, 및 상기 제 2 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 프로텍션 집적회로 소자를 구비하는,
    배터리팩.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 보호회로 모듈 및 상기 제 2 보호회로 모듈 둘 중 적어도 하나의 모듈은 피티씨 써미스터를 대체하도록 과전류 보호용으로 동작하는, 배터리팩.
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