JP7380971B2 - 不良モード検知を通じたヒューズ制御システムおよび方法 - Google Patents

Description

本出願は２０１８年０８月３１日付の韓国特許出願第１０－２０１８－０１０３９１５号に基づいた優先権の利益を主張し、上記韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、不良モード検知を通じたヒューズ制御システムおよび方法に関し、過電流防止用ヒューズとシグナルヒューズを一体化することによって、回路設計時に空間活用度を高め、設計費用を節減し、回路抵抗を下げてバッテリーの効率を増加できるようにする不良モード検知を通じたヒューズ制御システムおよび方法に関する。

一般に、回路上に許容された臨界数値を超過する過電流、過電圧、高温、低温のような状態が発生する場合、回路上の素子保護のために電流導通状態を防ぐヒューズが用いられ、この時、過電流を遮断するためには過電流ヒューズを、その他の上述した異常状態を遮断するためにはシグナルヒューズが用いられている。

このような過電流ヒューズおよびシグナルヒューズが一つの回路上に配置されるためには直列連結になるべきであり、この場合、広い設計空間と高費用および抵抗増加によるバッテリー効率の減少のような問題が発生する。

本発明は、上述した問題を解決するために導き出されたものであり、過電流防止用ヒューズとシグナルヒューズを一体化することによって、回路設計時に空間活用度を高め、設計費用を節減し、回路抵抗を下げてバッテリーの効率を増加できるようにする不良モード検知を通じたヒューズ制御システムおよび方法を提供しようとする。

本発明の一実施形態による不良モード検知を通じたヒューズ制御システムは、回路上に導通する電流値が臨界値以上の場合に溶断する過電流ヒューズ、過電流ヒューズと隣接して位置し、発熱によって過電流ヒューズを溶断させる発熱部、発熱部に印加される電流の導通状態を変更するスイッチ部、および不良モード信号が発生する場合、不良モード信号を検知しスイッチ部をオン（ＯＮ）状態に制御する制御部を含み、過電流ヒューズ、発熱部、スイッチ部および制御部は一つにモジュール化された形態であることを特徴とする。

一つの実施形態において、回路に備えられた電源部の温度を測定した後、測定値を制御部に伝達する温度測定部、回路に備えられた電源部の電圧を測定した後、測定値を制御部に伝達する電圧測定部、および回路に流れている電流を測定した後、測定値を制御部に伝達する電流測定部をさらに含んでもよい。

一つの実施形態において、不良モード信号は、電圧測定部を介して測定された測定値が臨界電圧値を超過する場合に制御部から発生する第１不良モード信号、電流測定部を介して測定された測定値が臨界電流値を超過する場合に制御部から発生する第２不良モード信号、温度測定部を介して測定された測定値が臨界温度を超過する場合に制御部から発生する第３不良モード信号、第１～第３不良モード信号の発生状況の他に過電流ヒューズを手動で溶断させなければならない場合に制御部から自体的に発生する第４不良モード信号のうち一つ以上を含んでもよい。

一つの実施形態において、電流測定部は、回路に備えられた抵抗体と電気的に連結され、抵抗体の電流値を測定してもよい。

一つの実施形態において、過電流ヒューズが既に溶断した場合、制御部は、スイッチ部の動作状態をオン状態に制御しなくてもよい。

本発明の他の実施形態による不良モード検知を通じたヒューズ制御方法は、不良モード信号が発生する場合、制御部が、不良モード信号を検知しスイッチ部の動作状態をオン状態に制御するステップ、制御部によってスイッチ部の動作状態がオン状態に制御されることによって、発熱部に電流が印加されるステップ、および回路上に導通する電流値が臨界値以上の場合に溶断する過電流ヒューズと隣接して位置した発熱部の発熱によって過電流ヒューズが溶断するステップを含み、過電流ヒューズ、発熱部、スイッチ部および制御部は一つにモジュール化された形態であってもよい。

一つの実施形態において、温度測定部を介して回路に備えられた電源部の温度を測定した後、測定値を制御部に伝達するステップ、電圧測定部を介して回路に備えられた電源部の電圧を測定した後、測定値を制御部に伝達するステップ、および電流測定部を介して回路に流れている電流を測定した後、測定値を制御部に伝達するステップを含んでもよい。

一つの実施形態において、電流測定部を介して回路に流れている電流を測定した後、測定値を制御部に伝達するステップは、回路に備えられた抵抗体と電気的に連結された電流測定部を介して抵抗体の電流値を測定するステップを含んでもよい。

一つの実施形態において、不良モード信号が検知される場合、制御部がスイッチ部の動作状態をオン状態に制御するステップは、過電流ヒューズが既に溶断した場合、制御部がスイッチ部の動作状態をオン状態に制御しないステップを含んでもよい。

本発明の一実施形態による不良モード検知を通じたヒューズ制御システムおよび方法は、シグナルヒューズの溶断メカニズムを過電流ヒューズの溶ける部位と一体化する設計をすることによって、回路設計時にヒューズのための設計空間を縮小させることによって余分の空間をさらに創出し、全体的な回路設計費用を節減し、回路上の抵抗が下がることによってバッテリーの効率を増加できるという利点を有する。

従来の過電流ヒューズおよびシグナルヒューズが直列連結された回路１を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による不良モード検知を通じたヒューズ制御システム１００の形態を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による不良モード検知を通じたヒューズ制御システム１００の構成を示す図である。 図３に示された不良モード検知を通じたヒューズ制御システム１００の回路図を概略的に示す図である。 図３に示された不良モード検知を通じたヒューズ制御システム１００を介したヒューズ制御過程を説明するためのフローチャートである。

以下では本発明の理解を助けるために好ましい実施形態を提示する。但し、下記の実施形態は本発明をより容易に理解するために提供されるものに過ぎず、本実施形態によって本発明の内容が限定されるものではない。

図１は、従来の過電流ヒューズおよびシグナルヒューズが直列連結された回路１を概略的に示す図である。

図１を参照すれば、従来の過電流ヒューズおよびシグナルヒューズが直列連結された回路１は過電流ヒューズ１ａおよびシグナルヒューズ１ｂが互いに直列連結されており、この時、シグナルヒューズ１ｂはスイッチ部１ｃおよび制御部１ｄと連結される。

より具体的には、過電流ヒューズおよびシグナルヒューズが直列連結された回路１は、回路上に許容された臨界値を超過する電流の発生時に溶断する過電流ヒューズ１ａとその他に回路上に許容された臨界値を超過する条件の充足時（過電圧、高温、低温など）に溶断するシグナルヒューズ１ｂとを直列に配置するが、直列式素子配置はＰＣＢ上で多くの実装空間を占めることによって設計費用の側面で低い効率を有し、回路抵抗が増加することによってバッテリー効率に悪影響を及ぼすという問題を有する。

ここで、シグナルヒューズ１ｂとは、様々な目的の回路保護のために、外部の信号を受信して自体的に熱を発生する方式でヒューズを溶断させるヒューズを意味する。

図２は、本発明の一実施形態による不良モード検知を通じたヒューズ制御システム１００の形態を概略的に示す図であり、図３は、本発明の一実施形態による不良モード検知を通じたヒューズ制御システム１００の構成を示す図であり、図４は、図３に示された不良モード検知を通じたヒューズ制御システム１００の回路図を概略的に示す図である。

図２～図４を参照すれば、本発明の一実施形態による不良モード検知を通じたヒューズ制御システム１００は、大きく、過電流ヒューズ１０１、発熱部１０２、スイッチ部１０３および制御部１０４を含んで構成されることができる。また、更なる一実施形態において、温度測定部１０５、電圧測定部１０６および電流測定部１０７をさらに含むことができる。

この時、制御部１０４は温度測定部１０５、電圧測定部１０６、電流測定部１０７と連結され、温度測定部１０５と電圧測定部１０６は回路上に備えられる電源部１０と連結され、電流測定部１０７は回路上に備えられる抵抗体２０と連結されることができる。

先ず、過電流ヒューズ１０１は回路上に備えられた電源部１０の正（＋）極と連結され、回路に許容された電流値を超過する過電流が導通する場合、自体的に溶断することによって回路に実装された各種素子（図示せず）を保護する役割をすることができる。

一方、過電流ヒューズ１０１は、後述する発熱部１０２から伝達される熱によって溶けて切れることもできるが、これについては後述することにする。

この時、過電流ヒューズ１０１は後述する保護カプセル２００の内部に含まれており、保護カプセル２００は過電流ヒューズ１０１が溶断する過程で両端の電圧差によって多くのエネルギー差が発生するか、または瞬間的に多くの電流が発生する場合に起こる爆発による回路損失の遮断が可能な砂などの充填材で満たされている素子である。

次に、発熱部１０２は、過電流ヒューズ１０１と隣接して位置しており、スイッチ部１０３から電流が印加されることによって熱を発生させるようになる。この時、発熱部１０２と過電流ヒューズ１０１は熱伝導性導体（例えば、銅など）を介して連結されることによって、発熱部１０２の加熱によって発生する熱が熱伝導性導体を通して過電流ヒューズ１０１に伝達される。

次に、スイッチ部１０３は、後述する制御部１０４の制御動作によって、上述した発熱部１０２に電流を導通させるか、または発熱部１０２に電流を導通させない。

次に、制御部１０４は、不良モード信号の発生に応じた不良モード信号の検知有無に基づいて、上述したスイッチ部１０３の動作状態を遷移させる役割をする。

ここで、制御部１０４は、不良モード信号が検知される場合には、スイッチ部１０３の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御し、不良モード信号が検知されない場合には、スイッチ部１０３の動作状態をオフ（ＯＦＦ）状態に制御することができる。

また、不良モード信号とは、後述する温度測定部１０５、電圧測定部１０６および電流測定部１０７のうち一つ以上から回路上に許容された臨界値（電圧、電流、温度に対する）を超過する値を測定した場合に上述した制御部１０４から発生する信号を意味する。

また、不良モード信号とは、手動で過電流ヒューズ１０１を溶断させなければならない場合に制御部１０４から自体的に生成される信号を意味する。

また、不良モード信号は、電圧測定部を介して測定された測定値が臨界電圧値を超過する場合に制御部から発生する第１不良モード信号、電流測定部を介して測定された測定値が臨界電流値を超過する場合に制御部から発生する第２不良モード信号、温度測定部を介して測定された測定値が臨界温度を超過する場合に制御部から発生する第３不良モード信号、および第１～第３不良モード信号の発生状況の他に過電流ヒューズを手動で溶断させなければならない場合に制御部から自体的に発生する第４不良モード信号のうち一つ以上を含むことができる。

ここで、第１不良モード信号とは一種の過電圧検知信号を意味し、これは、電圧測定部１０６が上述した電源部１０から臨界電圧値を超過する電圧値を測定し、測定した電圧値を制御部１０４に提供した時、提供を受けた値に基づいて制御部１０４から発生する信号を意味する。

また、第２不良モード信号とは一種の過電流検知信号を意味し、これは、電流測定部１０７が上述した抵抗体２０から臨界電流値を超過する電流値を測定し、測定した電流値を制御部１０４に提供した時、提供を受けた値に基づいて制御部１０４から発生する信号を意味する。

また、第３不良モード信号とは一種の過温度検知信号を意味し、これは、温度測定部１０５が上述した電源部１０から臨界温度値を超過する温度値を測定し、測定した温度値を制御部１０４に提供した時、提供を受けた値に基づいて制御部１０４から発生する信号を意味する。

一方、第４不良モード信号とは、第１～第３不良モード信号の発生状況の他に過電流ヒューズ１０１を手動で溶断させなければならない場合、制御部１０４が温度測定部１０５、電圧測定部１０６および電流測定部１０７から測定値の提供を受け、提供を受けた測定値に基づいて発生させる信号でない、制御部１０４がスイッチ部の状態をオフからオンに遷移させるために自体的に発生させる信号を意味する。

再び説明すれば、制御部１０４は、第１不良モード信号～第４不良モード信号のいずれか一つ以上が検知される場合には、スイッチ部１０３の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御し、不良モード信号が検知されない場合には、スイッチ部１０３の動作状態をオフ（ＯＦＦ）状態に制御することができる。

次に、温度測定部１０５は、電源部１０の温度値を測定した後、それを制御部１０４に提供する役割をする。

このような温度測定部１０５は、電源部１０と隣接して位置し、隣接した電源部１０の発熱状態に応じた温度を検知する温度センサであってもよい。

電圧測定部１０６は、電源部１０の電圧値を測定した後、それを制御部１０４に提供する役割をする。

電流測定部１０７は、抵抗体２０に導通する電流値を測定した後、それを制御部１０４に提供する役割をする。温度測定部１０５、電圧測定部１０６および電流測定部１０７から提供された電流値に基づいて、制御部１０４は、スイッチ部１０３の開閉状態を決定し、それに応じてスイッチ部１０３を制御することができる。

次に、図５を参照して、このような不良モード検知を通じたヒューズ制御システム１００を介してヒューズを制御する過程を説明する。

図５は、図３に示された不良モード検知を通じたヒューズ制御システム１００を介したヒューズ制御過程を説明するためのフローチャートである。

図５を参照すれば、先ず、過電流ヒューズの溶断メカニズムは、制御部に起因した溶断の場合と制御部が上述した不良モード信号を検知しなかった時（例えば、回路上に許容された臨界電流値以上の電流が回路に流れる場合）の場合に分けることができる。

制御部に起因した溶断の場合を先に見てみれば、電源部から臨界値以上の温度が測定されるか、臨界値以上の電圧値が測定されるか、または抵抗体から臨界値以上の電流値が測定されて制御部から不良モード信号が発生する場合または制御部から不良モード信号が自体的に発生する場合に応じて、制御部は不良モード信号を検知し（Ｓ５０１）、制御部はスイッチ部の動作状態をオン状態に制御する（Ｓ５０２）。

次に、スイッチ部がオン状態で遷移することによって発熱部に電流が印加されて発熱が始まり（Ｓ５０３）、発生した熱によって過電流ヒューズが溶断する（Ｓ５０４）。

一方、制御部に不良モード信号が検知されなかった場合を前提にして回路上に許容された臨界電流値以上の電流が流れることにより（Ｓ５０１'）、過電流ヒューズは自体的に溶断する（Ｓ５０４）。

また、過電流ヒューズが結果的に溶断することにより、制御部はこれ以上スイッチ部に電流を導通させない（Ｓ５０５）。

以上、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、上記技術分野の熟練した当業者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更できることを理解することができるであろう。

Claims (4)

1. 回路上に導通する電流値が臨界値以上の場合に溶断する過電流ヒューズと、
   前記過電流ヒューズと隣接して位置し、前記過電流ヒューズと熱伝導性導体を介して連結され、発熱によって前記過電流ヒューズを溶断させる発熱部と、
   前記発熱部に印加される電流の導通状態を変更するスイッチ部と、
   不良モード信号が発生する場合、前記不良モード信号を検知し前記スイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御する制御部と、
   前記回路に備えられた電源部の温度を測定した後、測定値を前記制御部に伝達する温度測定部と、
   前記回路に備えられた電源部の電圧を測定した後、測定値を前記制御部に伝達する電圧測定部と、
   前記回路に流れている電流を測定した後、測定値を前記制御部に伝達する電流測定部と、
   を備え、
   前記過電流ヒューズと、前記発熱部と、前記スイッチ部と、前記制御部と、は一つにモジュール化され、
   前記過電流ヒューズ、及び前記発熱部は、前記過電流ヒューズの溶断の過程で発生する可能性のある回路損傷を防ぐための充填材で満たされている保護カプセルの内部に含まれ、
   前記過電流ヒューズが既に溶断した場合、前記制御部は、前記スイッチ部の動作状態をオン状態に制御せず、
   前記制御部は、
   前記電圧測定部を介して測定された測定値が臨界電圧値を超過する場合に第１不良モード信号を発生させ、前記スイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御し、
   前記電流測定部を介して測定された測定値が臨界電流値を超過する場合に第２不良モード信号を発生させ、前記スイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御し、
   前記温度測定部を介して測定された測定値が臨界温度を超過する場合に第３不良モード信号を発生させ、前記スイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御し、
   前記第１不良モード信号から前記第３不良モード信号の発生状況の他に前記過電流ヒューズを手動で溶断させなければならない場合に第４不良モード信号を発生させ、前記スイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御する、
   ヒューズ制御システム。
2. 前記電流測定部は、
   前記回路に備えられた抵抗体と電気的に接続され、前記抵抗体の電流値を測定する、請求項１に記載のヒューズ制御システム。
3. 不良モード信号が発生する場合、制御部が、前記不良モード信号を検知しスイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御するステップと、
   温度測定部を介して回路に備えられた電源部の温度を測定した後、測定値を前記制御部に伝達するステップと、
   電圧測定部を介して前記回路に備えられた電源部の電圧を測定した後、測定値を前記制御部に伝達するステップと、
   電流測定部を介して前記回路に流れている電流を測定した後、測定値を前記制御部に伝達するステップと、
   前記制御部によって前記スイッチ部の動作状態がオン状態になることにより、発熱部に電流が印加されるステップと、
   前記回路上に導通する電流値が臨界値以上の場合に溶断する過電流ヒューズと隣接して位置した前記発熱部の発熱によって熱伝導性導体を介して前記発熱部と連結された前記過電流ヒューズが溶断するステップと、
   を備え、
   前記過電流ヒューズと、前記発熱部と、前記スイッチ部と、前記制御部と、は一つにモジュール化され、
   前記過電流ヒューズ及び前記発熱部は、前記過電流ヒューズの溶断の過程で発生する可能性のある回路損傷を防ぐための充填材で満たされている保護カプセルの内部に含まれ、
   前記不良モード信号が検知される場合、前記制御部が前記スイッチ部の動作状態をオン状態に制御するステップは、
   前記過電流ヒューズが既に溶断した場合、前記制御部が前記スイッチ部の動作状態をオン状態に制御しないステップを含み、
   前記不良モード信号を検知しスイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御するステップは、
   前記電圧測定部を介して測定された測定値が臨界電圧値を超過する場合に前記制御部から発生する第１不良モード信号を検知すると、前記スイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御するステップと、
   前記電流測定部を介して測定された測定値が臨界電流値を超過する場合に前記制御部から発生する第２不良モード信号を検知すると、前記スイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御するステップと、
   前記温度測定部を介して測定された測定値が臨界温度を超過する場合に前記制御部から発生する第３不良モード信号を検知すると、前記スイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御するステップと、
   前記第１不良モード信号から前記第３不良モード信号の発生状況の他に前記過電流ヒューズを手動で溶断させなければならない場合に前記制御部から発生する第４不良モード信号を検知すると、前記スイッチ部の動作状態をオン（ＯＮ）状態に制御するステップと、を含む、
   ヒューズ制御方法。
4. 前記電流測定部を介して前記回路に流れている電流を測定した後、測定値を前記制御部に伝達するステップは、
   前記回路に備えられた抵抗体と電気的に接続された前記電流測定部を介して前記抵抗体の電流値を測定するステップを含む、請求項３に記載のヒューズ制御方法。