KR100750295B1

KR100750295B1 - 전지보호회로

Info

Publication number: KR100750295B1
Application number: KR1020060029149A
Authority: KR
Inventors: 이정도; 김귀철; 윤은구; 고두완; 이채봉
Original assignee: 주식회사 비츠로셀
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-08-21

Abstract

전지의 양극단에 연결되는 FET; 상기 전지의 음극단과 상기 FET을 직접 연결하거나 PCM IC를 개재하여 연결하도록 전환하는 선택스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지보호회로가 개시된다. 안전모드 실행시 PCM IC를 직접 제어하여 출력을 제어할 수 있는 회로를 구성하거나, 일반모드 실행시 PCM IC를 통과하지 않고 FET(전계효과트랜지스터)를 제어하여 전지 안전성을 확보할 수 있다.

선택 스위치, 안전보호회로, SPC, 커패시터, 리튬전지, 초기화, 전압지연

Description

전지보호회로{Battery protection circuit}

도 1은 종래의 전지보호회로도이다.

도 2는 종래의 전지보호회로를 장착하여 시험한 전압 거동 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지보호회로를 나타내는 회로도이다.

도 4는 도 3의 안전보호회로를 장착한 후 팩 전지를 안전모드 위치에서 방전하면서 얻은 전압 거동 그래프이다.

본 발명은 전지보호회로에 관한 것이다.

모든 단위전지 또는 집합전지는 사용 중 내외적 결함으로 인해 열이 발생하거나 누액이 생기거나 또는 심각한 경우 파열로 이어질 수 있다. 특히, 리튬 전지는 더욱 그러하다. 안전을 해치는 이런 경우를 사전에 방지하기 위해 단위전지 및 집합전지에 여러 가지 안전장치를 장착한다.

단위전지 및 집합전지에 사용되는 안전장치로 보호회로를 설계, 장착함으로써 안전성을 강화한다. 이런 보호회로는 집합전지 전체 전압을 모니터링하여 FET(전계효과트랜지스터)로 제어하는 방식과 각각 단위전지의 전압을 모니터링하면서 특정 전압 이하로 되면 보호회로가 작동하여 IC가 FET로 신호를 보냄으로써 외부 출력 전류를 차단하는 방식이 있다.

통상적인 전지보호회로는 전체 전압과 각각 단위전지 전압을 기록하면서 특정 전압 이하가 되면 PCM IC(Protection Circuit Module IC)를 동작시켜 전류를 차단하는 방식으로, 도 1은 이러한 전지보호회로의 일례를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시된 보호회로를 장착하여 전지를 사용하면서 얻은 전압 거동 그래프이다.

도 1에 도시된 전지보호회로는 모든 전지, 즉 1차 전지 또는 2차 전지에 적용되는 일반적인 방식이다. 이러한 보호회로 작동 방식은 초기 전압 지연이 특정 시간 이상 되면 PCM IC(1)가 작동되어 초기화 상태가 되고 전류를 외부로 보내지 않는 작동 불가 상태가 된다.

이 경우 사용용량이 많이 남아 있는 전지라도 더 이상 사용할 수 없는 상태의 전지가 된다. 이런 전압 지연 현상은 1차 전지, 특히 리튬전지 또는 오랫동안 사용하지 않는 전지에서 자주 나타나는 현상이다.

또한 보호회로가 장착된 전지의 경우, 오랫동안 전지를 사용하지 않는 경우에도 보호회로를 작동시키기 위해서 전류가 소모된다. 이와 같이, 전지를 사용하지 않음에도 전류 소모가 일어난다면 전지 용량을 감소시켜 수명 단축의 원인으로 작용한다. 일례로, 사용하지 않고 저장하는 도중 보호회로를 구동하기 위해 최대 50㎂의 전류를 소모한다면 하루에 1200㎂h의 용량이 감소하고 일 년 이면 0.438Ah의 용량이 감소한다.

그러나 전지를 사용하는 경우에는 이러한 영향이 작으며, 특히 리튬 1차 전지의 사용 시간이 최대 100시간 정도를 감안한다면, 이러한 용량감소는 0.005Ah의 감소만을 보임으로 사용 도중의 용량감소는 무시할 수 있다.

따라서, 전지 안전성을 고려하여 장착된 보호회로가 전지 용량을 감소시키고, 또한 초기 높은 전류를 요구하는 사용 조건으로 인해 전지 전압이 특정 전압 이하로 되어 보호회로가 초기화로 사용불가 상태로 될 수 있다.

상기한 단점으로 지적된, 보호회로의 초기화는 95% 이상의 용량을 갖는 전지를 사용하지 못하고 버리는 결과를 초래한다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전지보호회로를 장착한 경우, 전지를 장시간 보관하거나 초기 전압 지연으로 보호회로가 초기화되는 경우 제공된 선택스위치를 모드 간에 전환함으로써 전지의 용량 소모를 방지하고, 사용 조건으로 인한 제품의 불량을 감소시키며, 안전성을 제고시키기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적과 이점 및 특징은 이하 서술되는 실시예를 통하여 명확하게 이해될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전지의 양극단(음극단)에 연결되는 FET; 상기 전지의 음극단(양극단)과 상기 FET을 직접 연결하거나 각 단위전지의 전압을 모니터링하는 PCM IC(Protection Circuit Module IC)를 개재하여 연결하도록 전환하는 선택스위치를 포함한다.

바람직하게, 안전모드 설정시 상기 PCM IC가 작동되지 않는 특정 전압 이하가 되어도 일정 시간 동안 상기 PCM IC가 작동되는데 필요한 전원을 유지하는 커패시터가 상기 선택스위치와 상기 PCM IC 사이에 추가로 연결될 수 있다.

또한, 상기 선택스위치에는 전류가 직접 통과하지 않도록 설계될 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 따른 전지보호회로는 전지(30)의 양극단에 연결되는 FET(40)과, 전지(30)의 음극단과 FET(40)을 직접 연결하거나 제어회로부(10)를 개재하여 연결하도록 전환하는 선택스위치(20)를 포함한다.

제어회로부(10)는 각 단위전지의 전압을 모니터링하는 PCM IC(12)를 포함하며, 바람직하게 PCM IC(12)의 다른 출력단과 선택스위치(20) 사이에 커패시터(14)가 연결되어 안전모드 설정시 PCM IC(12)가 작동되지 않는 특정 전압 이하가 되어도 일정 시간 동안 PCM IC(12)가 작동되기 위해 필요한 전원을 유지할 수 있는 역할을 한다.

본 발명에 따르면, 장치(50)를 작동하기 위해 소모되는 전류는 선택스위치(20)를 직접 통과하지 않도록 설계된다.

도 3의 실시예와 달리, FET(40)가 전지(30)의 음극단에 연결되고, 선택스위 치(100는 전지(30)의 양극단과 FET(40)을 직접 연결하거나 PCM IC(12)를 개재하여 연결하도록 전환할 수도 있다.

(1) 일반모드

일반모드는 제어회로부(10)에 의해 영향을 받지 않고 FET(40)를 제어하는 방식이다.

도 3을 참조하면, 선택스위치(20)가 도 3의 b 단자에 접속함으로써 일반모드로 설정되며, PCM IC(12)를 통과하지 않고 전지(30)의 음극은 음극 출력단으로 연결되고 전지(30)의 양극은 FET(40)를 통과하여 양극 출력단으로 나간다.

FET(40)는 b 단자로부터 입력된 전압과 전지(30) 양극에 의해 2.0V 이하가 되지 않는다면 언제나 작동한다.

이와 같은 일반모드는 오랜 기간 동안 전지를 사용하지 않는 경우, 보호회로를 인식하기 위해서 소모되는 전류를 없애기 위해 최초 출하시 선택되는 모드이다.

(2) 안전모드

도 3을 참조하면, 선택스위치(20)를 a 단자에 접속함으로써 안전모드가 설정된다.

안전모드는 각 전지의 개별 전압을 모니터링하면서 단위 전지 중 어느 하나라도 2.0V 이하가 되면 PCM IC(12)를 직접 제어하고, 그 제어 신호를 FET(40)에 보내 양극단으로의 출력을 차단하는 모드이다. 이런 안전모드는 실제 전지 사용시 적 용되는 방식으로, 출력 전류가 선택스위치(20)를 통과하지 않기 때문에 작동 전압은 선택스위치의 저항과 무관하게 작동함으로써 감소하지 않는다.

상기한 바와 같이, 장시간 사용하지 않던 전지를 처음 사용하는 경우, 안전모드를 설정해서 사용한다면 리튬전지 특성 중 하나인 초기 전압 지연으로 인해 최소 요구 전압 이하로 형성하게 되면 PCM IC(12)가 초기화되어 사용 불가능한 상태로 된다.

이때 본 발명에 따르면, 선택스위치(30)를 안전모드(a 단자) - 일반모드(b 단자) - 안전모드(a 단자)로 전환하여 초기화를 해소하는 방식으로 선택스위치(30)를 활용할 수 있다.

또한, 만일 초기전압 지연으로 인해 일시적 전압 감소가 발생하고, 그로 인해 PCM IC(12)가 작동되지 않는 상황을 대비하여 시간 연장을 가능하게 하는 커패시터(14)가 PCM IC(12)의 다른 출력단에 연결된다. 즉, 안전모드 설정시 PCM IC(12)가 작동되지 않는 특정 전압 이하가 되어도 일정 시간 동안 PCM IC(12)가 작동되기 위해 필요한 전원을 유지할 수 있는 역할을 한다.

커패시터(14)의 용량은 최소 1㎌에서부터 최대 100㎌을 장착할 수 있다.

선택스위치(20)는 여러 가지의 사용 조건에 따라 편리하게 작동시키기 위해 보호회로 기판 끝단, 또는 집합전지 케이스 외부에 드러나도록 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 선택스위치(20)로는 2점 또는 3점용 딥 스위치, 푸시 스위치, 단계별 선택이 가능한 스위치, 또는 ON/OFF 기능이 가능한 모든 스위치가 이용될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 다양한 변경이나 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전류가 직접 통과하지 않는 선택스위치를 일반모드로 설정하여 저장함으로써, 보호회로를 작동하기 위해 사용되는 전류로 인한 용량 감소를 해결할 수 있다.

또한, 선택스위치를 안전모드로 설정하여 사용하는 경우, 리튬 전지 특성으로 인해 발생되는 초기전압 지연으로 특정 전압 이하가 되면 보호회로가 초기화되어 사용할 수 없게 되는 현상을 해결함으로써, 전지 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims

전지보호회로에 있어서,

전지의 양극단에 연결되는 FET;

상기 전지의 음극단과 상기 FET을 직접 연결하거나 각 단위전지의 전압을 모니터링하는 PCM IC(Protection Circuit Module IC)를 개재하여 연결하도록 전환하는 선택스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지보호회로.
전지보호회로에 있어서,

전지의 음극단에 연결되는 FET;

상기 전지의 양극단과 상기 FET을 직접 연결하거나 각 단위전지의 전압을 모니터링하는 PCM IC를 개재하여 연결하도록 전환하는 선택스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지보호회로.
청구항 1 또는 2에 있어서,

안전모드 설정시 상기 PCM IC가 작동되지 않는 특정 전압 이하가 되어도 일정 시간 동안 상기 PCM IC가 작동되는데 필요한 전원을 유지하는 커패시터가 상기 선택스위치와 상기 PCM IC 사이에 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는 전지보호회로.
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 선택스위치에는 전류가 직접 통과하지 않는 것을 특징으로 하는 전지보호회로.