KR100938080B1 - 안전 회로 및 이를 이용한 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안전 회로 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적과제는 전류가 흐르는 대전류 경로를 안정적으로 차단하는 안전 회로 및 이를 이용한 배터리 팩을 제공하는 데 있다.
이를 위해 전류가 흐르는 대전류 경로와 전기적으로 연결된 온도퓨즈; 상기 온도퓨즈와 전기적으로 연결되어 상기 온도퓨즈를 오프(off) 시키는 온도퓨즈용 스위칭소자; 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 대전류 경로에 전기적으로 연결되어 상기 대전류경로의 과전류 유입시 상기 온도퓨즈용 스위칭소자를 온 시키는 마이크로 컨트롤러 유닛; 및 상기 마이크로 컨트롤러 유닛과 상기 온도퓨즈용 스위칭소자가 전기적으로 연결되는 경로에 형성된 노이즈 제거유닛을 구비하는 안전회로를 개시한다.
따라서, 안전회로는 신뢰성이 더욱 증가하여 전류가 흐르는 대전류 경로를 안정적으로 차단한다. 또한, 안전회로를 이용한 배터리 팩은 배터리 팩의 과열시 정확한 시점에서 배터리 팩의 전류를 차단하므로, 배터리 팩의 과열 및 폭발을 방지한다.
온도퓨즈, 오동작, 과열, 무전기, 폭발

Description

안전 회로 및 이를 이용한 배터리 팩{SAFETY CIRCUIT AND BATTERY PACK USING THE SAME}
본 발명은 안전 회로 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전류가 흐르는 대전류 경로를 차단하는 안전 회로 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지는 일회용 전지와 달리 충전을 하면 반복해서 사용할 수 있는 전지로, 주로 통신용, 정보처리용, 오디오/비디오용 휴대기기의 주 전원으로 사용되고 있다. 최근에 이차 전지에 대한 관심이 집중되고 개발화가 급속히 이루어지고 있는 주된 이유는 이차 전지가 초경량, 고에너지밀도, 고출력전압, 낮은 자가방전율, 환경 친화적 배터리 및 긴 수명을 가진 전원이기 때문이다.
이차 전지는 전극 활물질에 따라 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬이온(Li-ion)전지 등으로 나뉘며, 특히 리튬이온전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 경우와 고체 폴리머 전해질 혹은 겔 상의 전해질을 사용하는 경우로 나뉠 수 있다. 또한, 전극조립체가 수용되는 용기의 형태에 따라 캔형과 파우치형 등 다양한 종류로 나눠진다.
한편, 이러한 재충전 가능한 이차 전지는 노트 피씨와 같은 휴대용 전자제품에 복수 개의 이차 전지가 팩으로 실장되어 사용된다. 또한, 이러한 배터리 팩 형태의 이차 전지에는 충방전 제어회로가 내장되어 충방전에 관한 사항을 제어하게 된다. 충방전 제어회로는 이차전지의 충방전 스위칭 소자를 온(on)/오프(off) 하여 충방전 경로를 연결 또는 차단하고, 그로 인해 배터리 팩은 충방전을 하게 된다. 만약, 배터리 팩의 충방전을 진행하던 도중에, 충방전 스위칭 소자가 동작하지 않게 되면, 배터리 팩은 과충전 또는 과방전되고, 이에 따라 과열 및 폭발의 위험이 있다.
또한, 배터리 팩에 탑재된 비가역성의 안전회로가 무전기와 같은 특정 주파수등에 의해 오동작하는 경우, 상기 안전회로는 비가역성이므로 다시 배터리 팩이 동작하지 않는 문제가 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는 배터리 팩의 과충전또는 과방전에 의한 과열 및 폭발의 위험을 방지하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 배터리 팩의 안전회로가 무선주파수 등에 의해 오동작 하는 것을 방지하는 데 있다.
상기한 기술적과제를 해결하기 위한 본 발명의 안전회로는 전류가 흐르는 대전류 경로와 전기적으로 연결된 온도퓨즈; 상기 온도퓨즈와 전기적으로 연결되어 상기 온도퓨즈를 오프(off) 시키는 온도퓨즈용 스위칭소자; 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 대전류 경로에 전기적으로 연결되어 상기 대전류경로의 과전류 유입시 상기 온도퓨즈용 스위칭소자를 온 시키는 마이크로 컨트롤러 유닛; 및 상기 마이크로 컨트롤러 유닛과 상기 온도퓨즈용 스위칭소자가 전기적으로 연결되는 경로에 형성된 노이즈 제거유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 안전회로를 이용한 본 발명의 배터리 팩은 재충전 가능한 배터리; 상기 배터리의 대전류 경로와 전기적으로 연결되어 상기 대전류 경로의 충방전 방향을 설정하는 충방전 스위칭소자; 상기 충방전 스위칭소자의 대전류 경로와 전기적으로 연결된 온도퓨즈; 상기 온도퓨즈와 전기적으로 연결되어 상기 온도퓨즈를 오프(off) 시키는 온도퓨즈용 스위칭소자; 상기 충방전 스위칭소자 사이에 전기적으로 연결되어 상기 충방전 스위칭소자를 온/오프 시키며, 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 전압을 측정하는 보호회로; 상기 보호회로와 전기적으로 연결되어 상기 보호회로에서 출력된 배터리 전압 정보 및 상기 보호회로의 동작상태 정보에 대한 신호를 입력 받으며, 상기 배터리의 대전류경로와 전기적으로 연결되어 상기 대전류 경로에 흐르는 전류를 감지하고, 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 전기적으로 연결되어 상기 온도퓨즈용 스위칭소자를 온 시키는 마이크로 컨트롤러 유닛; 및 상기 마이크로 컨트롤러 유닛과 상기 온도퓨즈용 스위칭소자가 전기적으로 연결되는 경로에 형성된 노이즈 제거유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 안전회로 및 배터리 팩은 아래와 같은 특징을 더 형성할 수 있다.
상기한 안전회로 및 배터리 팩에서 상기 온도퓨즈는 퓨즈와, 상기 퓨즈를 가열하는 히터를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 온도퓨즈용 스위칭소자의 소오스를 순방향으로 하여 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 온도퓨즈를 전기적으로 연결시키는 전류 역류 방지용 다이오드가 형성될 수 있으며, 상기 온도퓨즈용 스위칭소자는 전계효과 트랜지스터로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전계효과 트랜지스터의 소오스는 접지와 전기적으로 연결되고, 상기 소오스와 상기 접지를 전기적으로 연결시키는 전류 조절용 저항이 더 형성되어 상기 전계효과 트랜지스터의 전류량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 노이즈 제거유닛은 상기 온도퓨즈용 스위칭소자를 순방향으로 하여 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 마이크로 컨트롤러 유닛을 전기적으로 연결시키는 노이즈방지용 다이오드를 구비하여 형성될 수 있으며, 상기 노이즈방지용 다이오드는 쇼트키 다이오드일 수 있다.
또한, 상기 노이즈방지용 다이오드와 상기 마이크로 컨트롤러 유닛 사이를 연결하는 인쇄회로 패턴의 길이는 0.5mm 내지 3mm 이내 일 수 있다.
또한, 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 노이즈방지용 다이오드를 전기적으로 연결시키는 전류 완충용 저항이 더 형성될 수 있으며, 상기 전류 완충용 저항의 소비 전력은 1/2W 내지 1/16W일 수 있다.
본 발명의 안전회로는 전자제품의 대전류 경로를 차단하여 전자제품의 과열이나 폭발을 방지한다.
또한, 본 발명의 안전회로는 무전기에서 송출된 특정 주파수의 전력증폭 기능에 의해 온도퓨즈를 융단하는 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자를 동작시키는 회로가 오동작을 일으키지 않게 된다.
한편, 본 발명의 안전회로를 이용한 배터리 팩은 배터리 팩의 과충전 또는 과방전시 충방전 경로를 차단하여 배터리 팩의 과열 및 폭발을 방지한다.
또한, 본 발명의 안전회로를 이용한 배터리 팩은 무전기에서 송출된 특정 주파수의 전력증폭 기능에 의해 온도퓨즈를 융단하는 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자를 동작시키는 회로가 오동작을 일으키지 않게 되므로, 배터리의 충방전을 원할히 수행한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예들에서는 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 사용하기로 하면, 동일한 구성요소의 중복되는 설명은 하지 않기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전회로의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안전회로(100)는 온도퓨즈(110), 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와, 마이크로 컨트롤러 유닛(130) 및, 노이즈 제거유닛(140)을 포함하여 형성된다.
온도퓨즈(110)는 대전류 경로(30)와 전기적으로 연결된다. 이러한 온도퓨즈(110)는 임계값의 온도에 달했을 때 녹아내리거나, 내부저항이 무한대로 증가하 여 전류를 차단하는 퓨즈(111)와, 퓨즈(111)에 열을 가하는 히터(112)를 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 퓨즈(111)는 가역적 또는 비가역적인 퓨즈가 될 수 있다. 가역적 퓨즈로는 정특성 서미스터등으로 형성될 수 있는데, 이러한 정특성 서미스터는 히터(112)의 가열에 의해 저항값이 무한대로 증가하여 전류를 차단하였다가, 온도가 다시 내려가면 저항값이 내려가 전류를 흘려보낼 수 있다. 비가역적 퓨즈로는 일반적으로 많이 사용되는 납선이나 세라믹형의 퓨즈가 사용될 수 있는데, 이러한 비가역적 퓨즈에 한계전류 값을 넘어 전류가 흐르면 납선이나 세락믹이 단선되어 전류를 차단할 수 있다. 이때, 퓨즈(111)가 연결되는 대전류 경로(30)는 배터리가 충방전되는 대전류 경로이거나 전자제품 내에 전력을 공급하는 경로 일 수 있다.
또한, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)는 온도퓨즈(110)와 전기적으로 연결될 수 있는데, 마이크로 컨트롤러 유닛(130)에서 출력된 신호에 의해 온도퓨즈용 스위칭소자(120)가 온(on) 됨으로써, 히터(112)를 가열시키고, 가열된 히터(112)는 열에 의해 온도퓨즈(110)를 오프 시킬 수 있다.
마이크로 컨트롤러 유닛(130)은 대전류 경로(30)와 전기적으로 연결되어 대전류 경로(30)에 흐르는 전류를 감지하고, 감지된 전류값이 어느 특정한 임계값을 넘게되면, 마이크로 컨트롤러 유닛(130)에 전기적으로 연결된 온도퓨즈용 스위칭소자(120)에 신호를 출력하여 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 온(on) 시킨다. 더 상세하게 설명하면 먼저, 전류를 측정하는 방법은 대전류 경로(30)에 설치된 센스 레지스터(20)의 양 단에 걸리는 전압을 측정하여 전류를 측정할 수 있다. 이때, 대전류 경로(30)에 과전류가 흘러 마이크로 컨트롤러 유닛(130)이 이를 검출하였을 때, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와 전기적으로 연결된 마이크로 컨트롤러 유닛(130)은 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 온 시키게 되고, 과전류 상태가 해제 될까지 온도퓨즈(110)에 전류가 흐르게 된다. 따라서, 과전압 및 과전류 상태가 지속되면, 온도퓨즈(110)는 과열되어 융단되어 진다. 이 부분에서 마이크로 컨트롤러 유닛이 전류를 측정하는 것에 대하여, 센스 레지스터(20)에 대해 예를 들어 언급하였지만, 본 발명에서 마이크로 컨트롤러 유닛(130)이 전류를 측정하는 수단에 대해 센서 레지스터(20)로 한정하는 것은 아니다.
노이즈 제거유닛(140)은 마이크로 컨트롤러 유닛(130)과 온도퓨즈용 스위칭소자(120)가 전기적으로 연결되는 경로에 형성된다. 이러한 노이즈 제거유닛(140)은 마이크로 컨트롤러 유닛(130)에서 출력된 신호가 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 온(on) 시켜 온도퓨즈(110)를 가열시킬 때, 마이크로 컨트롤러 유닛(130)에서 발생된 노이즈를 차단하고, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)에서 마이크로 컨트롤러 유닛(130)까지의 전기적 경로인 인쇄회로 패턴들이 외부 전파에 의해 안테나 기능을 하여 노이즈 전류를 형성하는 것을 방지한다. 특히, 본 발명의 안전회로의 주변에서 소형 핸드 무전기의 송신기능을 실행하였을 때, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와 마이크로 컨트롤러 유닛(130)를 연결시키는 도선에 노이즈로 인한 전류가 발생되어 온도퓨즈용 스위칭소자(120)가 온(on) 되는 것을 방지한다. 이러한 노이즈 제거유닛(140)은 콘덴서와 저항등의 수동소자를 이용한 수동필터 등으로 형성될 수 있으며, 수동소자나 능동소자를 이용한 평활회로나, 정전류 기능을 가진 정전압 IC 소 자 등의 집적회로를 이용하여 형성할 수 있다.
이때, 온도퓨즈용 스위칭 소자(120)를 순방향으로 하여 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와 온도퓨즈(110)를 전기적으로 연결시키는 전류 역류 방지용 다이오드(113)가 형성될 수 있으며, 전류 역류 방지용 다이오드(113)는 온도퓨즈용 스위칭소자(120)의 드레인을 순방향으로 하여 연결될 수 있다. 이러한 전류 방지용 다이오드(113)는 히터(112)로 흘러드는 전류를 차단하여 히터(112)의 오동작을 방지한다.
또한, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)는 전계효과 트랜지스터 또는 바이폴라 트랜지스터등의 스위칭 소자로 형성될 수 있으며, 전계효과 트랜지스터로 형성된 경우에 온도퓨즈용 스위칭소자(120)의 게이트가 노이즈 제거유닛(140)과 전기적으로 연결되고, 마이크로 컨트롤러 유닛(130)에서 출력된 신호가 노이즈 제거유닛(140)에 의해 노이즈가 제거되어 게이트에 입력될 수 있다.
이때, 전계효과 트랜지스터의 소오스는 접지와 전기적으로 연결되고, 상기 소오스와 접지를 전기적으로 연결시키는 전류 조절용 저항(114)이 더 형성될 수 있다. 이러한 전류 조절용 저항(114)은 전계효과 트랜지스터의 드레인에서 소오스로 흐르는 전류를 조절하기 위해서 형성되며, 전류 조절용 저항(114)의 저항값을 조절하여 히터(112)에 흐르는 전류량을 조절할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 회로의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 안전회로(200)는 온도퓨즈(110), 온도퓨즈용 스위 칭소자(120)와, 마이크로 컨트롤러 유닛(130) 및, 노이즈방지용 다이오드(210)을 포함하여 형성된다. 이부분에서 온도퓨즈(110), 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와, 마이크로 컨트롤러 유닛(130)은 이미 설명하였기에 중복되는 설명은 피하기로 한다.
먼저, 노이즈 제거유닛은 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 순방향으로 하여 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와 마이크로 컨트롤러 유닛(130)을 전기적으로 연결시키는 노이즈방지용 다이오드(210)를 구비하여 형성된다. 이러한 노이즈방지용 다이오드(210)는 노이즈를 제거하기 위한 복잡한 회로 대신에 노이즈방지용 다이오드만으로 노이즈를 제거할 수 있다. 이러한 노이즈방지용 다이오드(210)는 주파수 대역이 낮은 신호를 통과시키는 쇼트키 다이오드로 형성되어 노이즈를 더 제거할 수 있다.
이때, 노이즈방지용 다이오드(210)와 마이크로 컨트롤러 유닛(130) 사이를 연결하는 인쇄회로 패턴(211)의 길이는 0.5mm 내지 3mm 이내 일 수 있다. 만약, 노이즈방지용 다이오드(210)를 3mm보다 큰 인쇄회로 패턴에 전기적으로 연결하였을 때, 마이크로 컨트롤러 유닛(130)의 근처에서 휴대용 무전기의 송신기능을 실행하게 되면, 3mm보다 큰 인쇄회로 패턴(211)이 안테나 역할을 하게되어 노이즈 전류를 발생시키고, 마이크로 컨트롤러 유닛(130)은 오동작을 일으켜 온도퓨즈용 스위칭소자(120)가 온(on) 될 수 있다. 그에 따라, 히터(112)는 가열되고 온도퓨즈(110)가 오프 됨으로 인해 대전류 경로(30)는 차단된다. 이와 반대로, 인쇄회로 패턴이 0.5mm보다 작게되면, 마이크로 컨트롤러 유닛(130)의 터미널 단자와 근접되어 노이지 방지용 다이오드(210)를 마이크로 컨트롤러 유닛(130)에 전기적으로 접속시키기 어렵게 될 수 있다.
또한, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와 노이즈방지용 다이오드(210)를 전기적으로 연결시키는 전류 완충용 저항(220)이 더 구성될 수 있다. 이러한 전류 완충용 저항(220)은 휴대용 무전기가 인쇄회로 패턴(211)의 근처에서 송신기능을 실행할 때, 인쇄회로 패턴(211)에 형성되는 노이즈 전류를 완충시켜 온도퓨즈용 스위칭소자(120)가 온(on) 되는 것을 더 방지한다.
이때, 전류 완충용 저항(220)은 저항의 소비 전력이 1/2W 내지 1/16W로 형성될 수 있다. 이러한 전류 완충용 저항(220)은 노이즈방지용 다이오드(210)와 마이크로 컨트롤러 유닛(130) 및 노이즈 제거유닛(140)이 송신 출력 4W의 소형 무전기에 인접하였을 때, 노이즈 전류를 완충시키는 효과를 보였다. 또한, 핸드 무전기의 주파수 대역은 UHF나 VHF의 주파수 대역에서 실험을 하였으며, 특히, 400MHz 에서 470MHz 의 대역에서 인쇄회로 패턴(211)에 형성되는 노이즈 전류가 완충되는 것을 확인하였다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기한 안전 회로를 이용한 본 발명의 배터리 팩(300)은 재충전 가능한 배터리(310)와, 충방전 스위칭소자(320), 온도퓨즈(110), 온도퓨즈용 스위칭소자(120), 보호회로(330), 마이크로 컨트롤러 유닛(340) 및, 노이즈 제거유닛(140)을 포함하여 형성된다.
배터리(310)는 재충전 가능하고, 적어도 하나 이상의 배터리(310)가 직렬 또는 병렬로 연결된 다. 또한, 배터리(310)는 리튬폴리머전지 또는 리튬이온전지로 구성될 수 있으며, 그 형태로는 전극조립체는 금속형 캔에 수납하여 개구부를 밀봉한 각형전지나, 전극조립체를 파우치로 밀봉한 파우치형 전지로 구성될 수 있다.
충방전 스위칭소자(320)는 배터리(310)의 대전류 경로(30)와 전기적으로 연결되어 대전류 경로(30)의 충방전 방향을 설정한다. 이러한 충방전 스위칭소자(320)는 P채널형이나 N채널형의 전계효과 트랜지스터로 형성될 수 있는데, 충전 스위칭소자(321)의 소오스와 드레인에는 방전경로 차단용 기생다이오드(321a)가 전기적으로 연결되어 충전시에 방전경로로 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 또한, 방전 스위칭소자(322)의 소오스와 드레인에는 충전경로 차단용 기생다이오드(322a)가 전기적으로 연결되어 방전시에 충전경로로 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 도 3에서는 충전경로가 반시계방향으로 형성되어 있으며, 방전경로는 시계방향으로 형성되어 있는데, 이때, 배터리(310)의 양극과 음극이 도시된 대전류경로(30)와 반대방향으로 연결되면 충전경로와 방전경로도 서로간에 바뀌게 된다.
온도퓨즈(110)는 배터리(310)의 대전류 경로(30)와 전기적으로 연결된다. 이러한 온도퓨즈(110)는 앞서 설명한 실시예에서 그 기능과 구성이 같으므로 이 부분에서 중복되는 설명은 피하기로 한다.
또한, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)는 온도퓨즈(110)와 전기적으로 연결되어 온도퓨즈(110)를 오프(off) 시킬 수 있으며, 앞서 설명한 실시예에 기재된 바와 같이 그 기능과 그 구성이 같다.
보호회로(330)는 충방전 스위칭소자(320) 사이에 전기적으로 연결되어 배터리(310)의 충전 또는 방전의 상태에 따라 충방전 스위칭소자(320)를 온/오프 시키 며, 배터리(310)와 전기적으로 연결되어 배터리(310)의 전압을 측정한다. 이때, 배터리(310)의 과충전 또는 과방전 검출시 충방전 스위칭소자(320)를 오프(off) 시켜 전류를 차단시킴으로써 배터리(310)를 보호하게 된다. 또한, 보호회로(330)는 배터리(310)에서 검출된 전압 및 충방전 스위칭 소자(321, 322)의 동작상태를 마이크로 컨트롤러 유닛(340)에게 전달할 수 있다.
마이크로 컨트롤러 유닛(340)은 보호회로(330)와 전기적으로 연결되어 보호회로(330)에서 출력된 배터리 전압 정보 및 보호회로(330)의 동작상태 정보에 대한 신호를 입력받으며, 배터리(310)의 대전류 경로(30)와 전기적으로 연결되어 대전류 경로(30)에 흐르는 전류를 감지하고, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와 전기적으로 연결되어 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 온 시킨다. 먼저, 배터리(310)에 흐르는 전류를 감지하는 방법은 센서 레지스터(20)를 이용하여 감지할 수 있다. 구체적으로는 마이크로 컨트롤러 유닛(340)이 배터리(310)의 대전류 경로에 연결된 센서 레지스터(20)와 전기적으로 연결되어 센서 레지스터(20)의 전압을 측정하고, 센서 레지스터(20)의 전압에 따라 배터리(310)의 대전류 경로에 흐르는 전류를 계산할 수 있다. 이때, 과전류가 유입되면 온도퓨즈용 스위칭 소자(120)에 온(on) 신호를 출력하여 온도퓨즈(110)를 융단시키게 된다. 또한, 마이크로 컨트로러 유닛(340)은 보호회로(330)와 전기적으로 연결될 수 있는데, 마이크로 컨트롤러 유닛(340)은 보호회로(330)가 충방전 스위칭 소자(321, 322)가 동작되는 정보를 읽어들여 충방전 스위칭 소자(321, 322)가 보호회로(330)에 의해 제어되지 않아 항상 온(on) 상태를 유지하는 등의 불완전 상태 및 위험 상태에 있는 경우에 이를 인식할 수 있게 된 다. 이때, 마이크로 컨트롤러 유닛(340)은 온도 퓨즈용 스위칭 소자(120)에 온(on) 신호를 보내 온도퓨즈(110)를 융단시킬 수 있다. 또한, 마이크로 컨트롤러 유닛(340)은 통신기능을 내장할 수 있으며, 배터리(310)의 상태 정보를 데이타 라인을 통해서, 외부의 부하인 휴대용 전자제품의 전력관리 시스템에 그 정보를 전달할 수 있다.
이때, 노이즈 제거유닛(140)은 마이크로 컨트롤러 유닛(340)과 온도퓨즈용 스위칭소자(120)가 전기적으로 연결되는 경로에 형성된다. 이러한 노이즈 제거유닛(140)은 마이크로 컨트롤러 유닛(340)에서 출력되는 신호의 노이즈를 제거하여 온도퓨즈용 스위칭소자(120) 및 마이크로 컨트롤러 유닛(340)과 전기적으로 연결된 인쇄회로 패턴에서 발생하는 노이즈 전류를 차단하게 된다. 특히, 소형 무전기가 본 발명의 배터리 팩(300)에 근접하여 송신기능을 실행하였을 때, 마이크로 컨트롤러 유닛(340)이 오동작하거나 마이크로 컨트롤러 유닛(340) 주변에 형성된 인쇄회로 패턴이 노이즈 전류를 발생시켜 온도퓨즈용 스위칭소자(120)가 온(on) 되는 것을 막게 된다. 또한, 보호회로(330)가 충방전 스위칭소자(320)에 신호를 보내 충방전 스위칭소자(320)가 온(on) 또는 오프(off) 동작시 발생하는 서지 전압 및 임펄스 전류가 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 통해 흘러드는 것을 방지하기도 한다. 또한, 마이크로 컨트롤러 유닛(340)이 보호회로(330), 센스 레지스터(20) 및, 부하 또는 충전기(700)등과 신호의 입/출력을 실행하거나, 마이크로 컨트롤러 유닛(340)의 중앙 연산부가 연산기능등의 내부연산을 실행할 때, 마이크로 컨트롤러 유닛(340)이 자체에서 발생하는 소신호 노이즈 전류가 온도퓨즈용 스위칭소자(120)로 흘러드는 것을 노이즈 제거유닛(140)에 의해 차단될 수 있다. 이러한 노이즈 제거유닛(140)은 앞서 설명한 또 다른 실시예에 기재된 바와 같이 그 구성이 같으므로, 이 부분에서 중복되는 설명은 피하기로 한다.
또한, 온도퓨즈(110)는 퓨즈(111)와, 퓨즈(111)를 가열하는 히터(112)를 포함하여 형성될 수 있으며, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 온(on) 되었을 때, 히터(112)에 전류가 흘러 히터(112)는 가열되고, 가열된 히터(112)에 의해 퓨즈(111)가 단선되어 배터리(310)의 과충전 혹은 과열 등의 위험한 상태에서 벗어나도록 전류를 차단하게 된다. 이러한 온도퓨즈(110)는 전술한바 있으므로, 중복되는 설명은 하지 않기로 한다.
또한, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 순방향으로 하여 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와 온도퓨즈(110)를 전기적으로 연결시키는 전류 역류 방지용 다이오드(113)가 더 형성될 수 있다. 이때, 전류 역류 방지용 다이오드(113)는 배터리(310)의 방전시에 접지부에서 온도퓨즈(110)로 흐르는 방전전류를 원천적으로 차단하여 히터(112)가 과열되는 것을 방지한다. 온도퓨즈(110)와 전류 역류 방지용 다이오드(113) 및 온도퓨즈용 스위칭소자(120)는 전술한바 있으므로, 이 부분에서 중복되는 설명은 피하기로 한다.
또한, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)는 전계효과 트랜지스터로 형성될 수 있으며, 전계효과 트랜지스터로 형성된 온도퓨즈용 스위칭소자(120)의 소오스는 접지와 전기적으로 연결되고, 소오스와 접지가 전기적으로 연결되는 사이에는 전류 조절용 저항(114)이 전기적으로 연결되어 전계효과 트랜지스터의 전류량을 조절할 수 있 다. 전계효과 트랜지스터에 흐르는 전류량은 배터리(310) 및 배터리(310)와 연결된 부하(700)의 용량에 따라 결정되므로, 전류 조절용 저항(114)의 저항값을 조절하여 히터(112)에 인가되는 전류량을 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 배터리 팩의 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기한 안전 회로를 이용한 본 발명의 배터리 팩(400)은 재충전 가능한 배터리(310)와, 충방전 스위칭소자(320), 온도퓨즈(110), 온도퓨즈용 스위칭소자(120), 보호회로(330), 마이크로 컨트롤러 유닛(340) 및 노이즈방지용 다이오드(210)를 포함하여 형성된다. 이 부분에서 배터리(310), 충방전 스위칭소자(320), 온도퓨즈(110), 온도퓨즈용 스위칭소자(120), 보호회로(330) 및, 마이크로 컨트롤러 유닛(340)은 전술한바 있으므로, 상세한 설명은 생략 하기로 한다.
노이즈 제거유닛은 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 순방향으로하여 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와 마이크로 컨트롤러 유닛(340)를 전기적으로 연결시키는 노이즈방지용 다이오드(210)로 형성된다. 이러한 노이즈방지용 다이오드(210)는 마이크로 컨트롤러 유닛(340)이 배터리(310)의 과열 또는 지속적인 과충전 등의 불안정 상태나 충방전 스위칭소자(320)의 과열 또는 쇼트등의 상태에서 온도퓨즈(110)를 융단시키기 위한 신호를 온도퓨즈용 스위칭소자(120)에 출력하게 될때, 이 출력되는 신호에 커플링된 노이즈 전류를 차단하게 된다. 더욱이, 마이크로 컨트롤러 유닛(340) 근처에서 소형 무전기의 송신기능을 사용할 때, 노이즈방지용 다이오 드(210)와 전기적으로 연결된 인쇄회로 패턴들이 안테나 역할을 하여 노이즈 전류를 발생시키게 될 때에는 노이즈방지용 다이오드(210)가 노이즈 전류를 감쇄시켜 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 온(on) 되지 않게 한다. 따라서, 온도퓨즈(110)도 융단되지 않게 된다. 이때, 노이즈방지용 다이오드(210)는 쇼트키 다이오드로 형성되어 고주파특성을 가진 노이즈 전류를 차단할 수 있다.
이때, 노이즈방지용 다이오드(210)와 마이크로 컨트롤러 유닛(340) 사이를 연결하는 인쇄회로 패턴(211)의 길이는 0.5mm 내지 3mm 이내 일 수 있다. 이러한 인쇄회로 패턴(211)의 길이는 전술한바 있으므로, 이 부분에서 중복되는 설명을 하지 않기로 한다.
또한, 온도퓨즈용 스위칭소자(120)와 노이즈방지용 다이오드(210)를 전기적으로 연결시키는 전류 완충용 저항(220)이 형성될 수 있다. 이러한 전류 완충용 저항(220)은 휴대용 무전기가 인쇄회로 패턴(211)의 근처에서 송신기능을 실행할 때, 인쇄회로 패턴(211)에 형성되는 노이즈 전류를 완충시켜 온도퓨즈용 스위칭소자(120)를 온(on) 되는 것을 더 방지한다.
이때, 배터리(310), 충방전 스위칭소자(320), 온도퓨즈용 스위칭소자(120), 보호회로(330), 온도퓨즈(110), 노이즈방지용 다이오드(210) 및, 마이크로 컨트롤러 유닛(340)이 송신 출력 4W의 핸드 무전기에 전기적으로 쇼트되지 않도록 인접한 범위 내에 위치하여 송신기능을 실행한 경우, 전류 완충용 저항(220)의 소비 전력은 1/2W 내지 1/16W로 형성하여 노이즈 전류를 완충시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 본 발명의 일시예에 따른 안전회로의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전회로의 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 블록도 이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 블럭도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20; 센스 레지스터 30; 대전류 경로
110; 온도퓨즈 111; 퓨즈
112; 히터 113; 전류 역류 방지용 다이오드
114; 전류 조절용 저항 120; 온도퓨즈용 스위칭소자
130, 340; 마이크로 컨트롤러 유닛 140; 노이즈 제거유닛
210; 노이즈 방지용 다이오드 220; 전류 완충용 저항
310; 배터리 320; 충방전 스위칭 소자
321; 충전 스위칭 소자 322; 방전 스위칭 소자
330; 보호회로 700; 부하 또는 충전기

Claims (20)

  1. 전류가 흐르는 대전류 경로와 전기적으로 연결된 온도퓨즈;
    상기 온도퓨즈와 전기적으로 연결되어 상기 온도퓨즈를 오프(off) 시키는 온도퓨즈용 스위칭소자;
    상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 대전류 경로에 전기적으로 연결되어 상기 대전류경로의 과전류 유입시 상기 온도퓨즈용 스위칭소자를 온 시키는 마이크로 컨트롤러 유닛; 및
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛과 상기 온도퓨즈용 스위칭소자가 전기적으로 연결되는 경로에 형성된 노이즈 제거유닛을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 안전 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도퓨즈는 퓨즈와, 상기 퓨즈를 가열하는 히터를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 안전 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도퓨즈용 스위칭소자를 순방향으로 하여 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 온도퓨즈를 전기적으로 연결시키는 전류 역류 방지용 다이오드가 형성되는 것을 특징으로 하는 안전 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도퓨즈용 스위칭소자는 전계효과 트랜지스터(field effect transistor)로 형성되는 것을 특징으로 하는 안전 회로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전계효과 트랜지스터의 소오스는 접지와 전기적으로 연결되고, 상기 소오스와 상기 접지를 전기적으로 연결시키는 전류 조절용 저항이 더 형성되어 상기 전계효과 트랜지스터의 전류량을 조절하는 것을 특징으로 하는 안전 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈 제거유닛은 상기 온도퓨즈용 스위칭소자를 순방향으로 하여 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 마이크로 컨트롤러 유닛을 전기적으로 연결시키는 노이즈방지용 다이오드를 구비하여 형성되는 것을 특징으로 하는 안전 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 노이즈방지용 다이오드는 쇼트키 다이오드(schottky diode)인 것을 특징으로 하는 안전 회로.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 노이즈방지용 다이오드와 상기 마이크로 컨트롤러 유닛 사이를 연결하는 인쇄회로 패턴의 길이는 0.5mm 내지 3mm 이내 인것을 특징으로 하는 안전 회로.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 노이즈방지용 다이오드를 전기적으로 연결시키는 전류 완충용 저항이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 안전 회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전류 완충용 저항은 소비 전력이 1/2W 내지 1/16W으로 형성되는 것을 특징으로 하는 안전 회로.
  11. 재충전 가능한 배터리;
    상기 배터리의 대전류 경로와 전기적으로 연결되어 상기 대전류 경로의 충방전 방향을 설정하는 충방전 스위칭소자;
    상기 충방전 스위칭소자의 대전류 경로와 전기적으로 연결된 온도퓨즈;
    상기 온도퓨즈와 전기적으로 연결되어 상기 온도퓨즈를 오프(off) 시키는 온도퓨즈용 스위칭소자;
    상기 충방전 스위칭소자 사이에 전기적으로 연결되어 상기 충방전 스위칭소자를 온/오프 시키며, 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 전압을 측정하는 보호회로;
    상기 보호회로와 전기적으로 연결되어 상기 보호회로에서 출력된 배터리 전압 정보 및 상기 보호회로의 동작상태 정보에 대한 신호를 입력 받으며, 상기 배터리의 대전류경로와 전기적으로 연결되어 상기 대전류 경로에 흐르는 전류를 감지하고, 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 전기적으로 연결되어 상기 온도퓨즈용 스위칭소자를 온 시키는 마이크로 컨트롤러 유닛; 및
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛과 상기 온도퓨즈용 스위칭소자가 전기적으로 연결되는 경로에 형성된 노이즈 제거유닛을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 온도퓨즈는 퓨즈와, 상기 퓨즈를 가열하는 히터를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 온도퓨즈용 스위칭소자를 순방향으로 하여 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 온도퓨즈를 전기적으로 연결시키는 전류 역류 방지용 다이오드가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 온도퓨즈용 스위칭소자는 전계효과 트랜지스터로 형성되는 것을 특징으 로 하는 배터리 팩.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전계효과 트랜지스터의 소오스는 접지와 전기적으로 연결되고, 상기 소오스와 상기 접지를 전기적으로 연결시키는 전류 조절용 저항이 더 형성되어 상기 전계효과 트랜지스터의 전류량을 조절하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 노이즈 제거유닛은 상기 온도퓨즈용 스위칭소자를 순방향으로 하여 상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 마이크로 컨트롤러 유닛을 전기적으로 연결시키는 노이즈방지용 다이오드를 구비하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 노이즈방지용 다이오드는 쇼트키 다이오드인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 노이즈방지용 다이오드와 상기 마이크로 컨트롤러 유닛 사이를 연결하는 인쇄회로 패턴의 길이는 0.5mm 내지 3mm 이내 인것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 온도퓨즈용 스위칭소자와 상기 노이즈방지용 다이오드를 전기적으로 연결시키는 전류 완충용 저항이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 전류 완충용 저항의 소비 전력은 1/2W 내지 1/16W인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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