KR101137376B1

KR101137376B1 - 배터리 팩

Info

Publication number: KR101137376B1
Application number: KR1020100033327A
Authority: KR
Inventors: 김대원
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2012-04-20
Also published as: KR20110113960A; US20110248676A1

Abstract

본 발명은 배터리 팩에 대한 것으로, 복수의 배터리 셀들과, 복수의 배터리 셀들의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로 모듈과, 복수의 배터리 셀들로부터 출력되는 중간 전압을 상기 보호회로 모듈로 인가하며, 댐핑 저항 성분을 갖는 연결부재를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

Description

배터리 팩{Battery pack}

본 발명은 배터리 팩에 대한 것이다.

휴대용 전자기기, 예를 들어 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등이 널리 사용됨에 따라서 이들 휴대용 전자기기를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 배터리에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.

배터리는 배터리 셀과 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로를 포함하는 배터리 팩 형태로 제공되며, 배터리 셀의 종류에 따라서 리튬 이온(Li-ion) 배터리, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리 등으로 분류할 수 있다. 이러한 배터리 셀은 재충전이 가능한 이차전지로서 재충전하여 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 배터리 셀들로부터 중간전압을 출력하는 배선들 사이의 쇼트 발생에 의한 화재를 감소시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀들과, 복수의 배터리 셀들의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로 모듈과, 복수의 배터리 셀들로부터 출력되는 중간 전압을 상기 보호회로 모듈로 인가하며, 댐핑 저항 성분을 갖는 연결부재를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

이러한 본 실시예의 다른 특징에 의하면, 연결부재는 댐핑 저항 성분을 갖는 제1 배선과 제1 배선보다 작은 비저항 값을 갖는 소재로 형성된 제2 배선을 포함할 수 있다.

본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 연결부재는 보호회로 모듈과 배터리 셀들 사이에 연결되며, 제1 배선이 배터리 셀들의 단자 측에 연결되고 제2 배선이 보호회로 모듈의 입력 단자 측에 연결될 수 있다.

본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 연결부재는 댐핑 저항 성분을 갖는 단일 전선으로 형성될 수 있다.

본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 연결부재는 보호회로 모듈의 외부에 구비될 수 있다.

본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 복수의 배터리 셀들은 서로 다른 크기를 갖는 복수의 중간 전압을 출력하며, 복수의 중간 전압을 각각 보호회로 모듈에 인가하도록 중간 전압의 개수만큼 연결부재를 구비할 수 있다.

본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 복수의 배터리 셀들은 충전가능한 배터리 셀일 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하여 배터리 셀들로부터 중간전압을 출력하는 배선들 사이의 쇼트 발생에 의한 화재를 감소시킬 수 있게 된다. 또한 보호회로 모듈의 댐핑 저항을 제거하여 보호회로 모듈의 내부 회로를 단순하게 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 팩에 포함된 보호회로 모듈의 개략적인 회로도이다.
도 3은 도 1에 따른 배터리 팩에 포함된 연결부재의 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 배터리 팩에 포함된 연결부재의 개략적인 회로도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 배터리(10), 제1 결합부재(20), 제2 결합부재(30), 보호회로 모듈(40), 연결부재(50)를 포함할 수 있다.

배터리(10)는 하나 또는 2 이상의 배터리 셀들(11~14)을 포함할 수 있으며, 충전 단자를 통하여 외부 장치와 연결되어 충전 또는 방전을 수행한다. 배터리 셀들(11~14) 각각은 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체와 전극 조립체를 수용하며 상단에 개구부를 형성하는 캔 및 캔의 개구부에 구비되어 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 구비한다. 이러한 배터리 셀들(11~14)은 충전하여 사용하는 것이 가능한 이차 전지이다. 본 실시예에서는 배터리(10)가 4개의 배터리 셀들(11~14)을 포함하는 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 배터리 팩(1)의 용량 규격 등에 따라서 포함하는 배터리 셀의 개수를 다양하게 할 수 있을 것이다.

제1 결합부재(20) 및 제2 결합부재(30)는 배터리 셀들(11~14)을 직렬 또는 병렬로 연결하고, 배터리 셀들(11~14)이 움직이지 않도록 고정한다. 제1 결합부재(20) 및 제2 결합부재(30)의 구성은 배터리 셀들의 연결 구성에 따라서 다양하게 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 4개의 배터리 셀들(11~14)이 모두 직렬로 연결되었으며, 이를 위하여 제1 결합부재(20)는 배터리 셀 11의 양극과 배터리 셀 12의 음극, 그리고 배터리 셀 13의 양극과 배터리 셀 14의 음극을 전기적으로 연결하는 도전성 부재를 구비할 수 있다. 또한 제2 결합부재(30)는 배터리 셀 12의 양극과 배터리 셀 13의 음극을 전기적으로 연결하는 도전성 부재를 구비할 수 있다.

보호회로 모듈(40)은 배터리(10)의 충전 및 방전을 제어한다. 보호회로 모듈(40)은 배터리(10)의 출력 전압을 인가받기 위한 입력 단자와 배터리(10)에서 발생하는 적어도 하나의 중간 전압을 인가받기 위한 입력 단자들을 포함할 수 있다. 또한 보호회로 모듈(40)은 충전기 또는 부하와 연결되는 충전단자를 포함할 수 있다.

연결부재(50)는 보호회로 모듈(40)의 외부에 형성되어 배터리(10)로부터 출력되는 중간전압을 보호회로 모듈(40)로 인가하며, 댐핑 저항 성분을 포함한다. 배터리(10)는 배터리 셀들(11~14)의 연결 구성에 따라서 다양한 중간전압을 출력할 수 있다. 연결부재(50)는 배터리(10)로부터 출력하고자 하는 중간 전압의 개수만큼을 구비하여, 각각의 중간 전압을 보호회로 모듈(40)의 해당 입력 단자로 인가할 수 있다. 본 실시예에서는 4개의 배터리 셀들(11~14)이 모두 직렬로 연결되어 있으며, 이로 인하여 3개의 서로 다른 크기의 중간 전압의 출력이 가능하다. 따라서 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 3개의 연결부재(50)를 구비할 수 있다.

도 2는 도 1에 따른 배터리 팩에 포함된 보호회로 모듈의 개략적인 회로도이다. 도 2를 참조하여 보호회로 모듈(40)에 대하여 좀더 구체적으로 살펴보도록 한다.

본 실시예에 따른 보호회로 모듈(400은 복수의 입출력 단자들, 복수의 스위치(SW1~SW3), 복수의 퓨즈(F1, F2), 복수의 논리회로(41, 42) 등을 포함할 수 있다.

+ 단자 및 - 단자는 외부 기기 또는 충전기와 연결된다.

제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 FET라 함)와 기생 다이오드(parasitic diode)로 이루어진다. 즉, 제1 스위치(SW1)는 FET1과 D1으로 이루어지며, 제2 스위치(SW2)는 FET2와 D2로 이루어진다. 제1 스위치(SW1)의 전계효과 트랜지스터(FET1)의 소스와 드레인 사이의 접속방향은 제2 스위치(SW2)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)와는 반대방향으로 설정한다. 이러한 구성으로 제1 스위치(SW1)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)는 + 및 - 단자로부터 배터리(10)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속되는 한편, 제2 스위치(SW2)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)는 배터리(10)로부터 + 및 - 단자로의 전류 흐름을 제한하도록 접속된다. 여기서, 제1 스위치 및 제2 스위치(SW1, SW2)의 전계 효과 트랜지스터(FET1, FET2)는 스위칭 소자이며, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고 다른 종류의 스위칭 기능을 수행하는 전기소자가 사용될 수 있다. 또한, 제1 스위치 및 제2 스위치(SW1, SW2)에 포함된 기생 다이오드(D1, D2)는 전류가 제한되는 방향에 반대방향으로 전류가 흐르도록 구성한다.

복수의 퓨즈(F1, F2)는 과전류가 흐르는 경우 등, 배터리(10)가 불안정한 상태일 때 회로를 개방상태로 만들어 전류의 흐름을 차단한다.

제3 스위치(SW3)는 대전류 경로에 과전류가 흐르는 등, 배터리 팩(1)에 이상 상황이 발생한 경우, 온 상태가 되어 퓨즈(F1, F2)를 끊도록 한다.

제1 논리회로(41) 및 제2 논리회로(42)는 배터리(10)의 과충전, 과방전, 온도 등을 감지하거나, 배터리(10)에 과전류가 흐르는 것을 감지할 수 있다. 제1 논리회로(41)는 배터리(10)의 충전 및 방전을 제어하기 위하여 제1 스위치(SW1)나 제2 스위치(SW2)의 온/오프를 제어할 수 있다. 제2 논리회로(42) 대전류 경로를 차단하여 배터리 팩(1)의 동작을 정지시키기 위하여 제3 스위치(SW3)의 온/오프를 제어할 수 있다.

복수의 입력 단자에는 배터리(10)에서 출력되는 복수의 전압들이 인가된다. 본 실시예의 경우 1번 및 5번 단자에 배터리(10)의 출력 전압이 인가되며, 2번 내지 4번 단자에 배터리(10)에서 출력되는 복수의 중간 전압들이 인가된다.

또한 본 실시예에 따른 보호회로 모듈(40)에는 복수의 저항(R1~R13) 및복수의 커패시터(C1~C13), 다이오드(D4) 등이 포함될 수 있다.

제1 논리회로(41) 및 제2 논리회로(42)는 배터리 셀들(11~14)의 셀 밸런싱(Cell balancing)을 위하여 배터리(10)로부터 복수의 중간 전압들을 인가받을 수 있다. 이때, 본 실시예에 따른 보호회로 모듈(40)에서는 배터리(10)의 중간 전압이 인가되는 단자(2번 내지 4번 단자)와 상기 중간 전압이 입력되는 제1 논리회로(41) 및 제2 논리회로(42)의 입력 단자 사이에는 저항성분을 갖는 소자를 구비하지 않는다.

도 3은 도 1에 따른 배터리 팩에 포함된 연결부재의 개략적인 회로도이다.

도 3을 참조하면, 배터리(10)의 출력 전압이 보호회로 모듈(40)의 1번 및 5번 단자에 인가된다. 또한 배터리 셀들(11~14)이 서로 연결되는 부분에서는 중간 전압이 발생하고, 각 중간 전압들은 보호회로 모듈(40)의 2번 내지 4번 단자에 인가된다. 이때, 각 중간 전압들은 각각 연결부재(50)에 의하여 배터리 셀들(11~14)로부터 보호회로 모듈(40)로 전달된다. 연결부재(50)는 합선 등이 발생하는 경우에 화재 등의 사고를 방지하기 위하여 댐핑 저항 성분을 갖는다. 연결부재(50)는 댐핑 저항 성분을 갖기 위하여 전체가 높은 저항값을 갖는 하나의 소재로 이루어질 수 있다. 즉, 연결부재(50)는 비저항 값이 높은 재질로 이루어진 단일 전선일 수 있다.

종래에는 보호회로 모듈 내부에 구비된 논리회로에 배터리의 중간 전압을 인가하는 경우, 중간 전압이 인가되는 보호회로 모듈의 입력 단자와 논리회로의 중간 전압 입력 단자 사이에 회로 보호를 위한 댐핑 저항을 형성하였다. 댐핑 저항을 형성함으로 인하여 보호회로에서 발생하기 쉬운 단락 등의 문제에 대응하였다.

그러나 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)에서는 보호회로 모듈(40) 내부에 댐핑 저항 성분을 모두 제거하여 보호회로 모듈(40) 내부 회로를 단순화할 수 있게 된다. 또한 보호회로 모듈 내부의 회로를 보호하기 위한 댐핑 저항 성분이 연결부재(50)에 형성되도록 하였다. 따라서 연결부재(50)들 사이에 합선이 발생하는 경우라도, 자체적인 저항 성분을 가지고 있기 때문에 쇼트에 의한 화재 발생을 현저히 감소시킬 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다. 본 실시예에 따른 배터리 팩(2)은 도 1에 따른 배터리 팩(1)과 유사한 구성 및 기능을 가지므로 차이점에 대하여만 설명하도록 한다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩(2)은 배터리(10)로부터 출력되는 중간 전압을 제1 연결부재(60) 및 제2 연결부재(61)를 사용하여 보호회로 모듈(40)로 인가한다.

제1 연결부재(60)는 댐핑 저항 성분을 갖는 소자 혹은 배선이다. 제1 연결부재(60)는 배터리 셀들(11~14)과 보호회로 모듈(40)의 입력 단자 사이에서 배터리 셀들(11~14)의 단자 측, 예를 들어 +전극 단자 또는 -전극 단자에 연결된다.

제2 연결부재(61)는 제1 연결부재(60)에 비하여 비저항 값이 작은, 즉 내부 저항이 매우 작은 소재의 배선이다. 제2 연결부재(61)는 배터리 셀들(11~14)과 보호회로 모듈(40)의 입력 단자 사이에서 보호회로 모듈(40) 측에 연결된다.

도 5는 도 4에 따른 배터리 팩에 포함된 연결부재의 개략적인 회로도이다.

도 4에서 설명한 바와 같이, 배터리 셀들(11~14) 사이에 제1 연결부재(60)들이 각각 접속하며, 제1 연결부재(60)의 일부는 제2 연결부재(61)들과 각각 연결된다. 또한 제2 연결부재(61)들 각각은 보호회로 모듈(40)의 제2 내지 제4 입력 단자에 연결되어 중간 전압을 각각 인가한다.

상기와 같이, 본 실시예에 따른 배터리 팩(2)에서는 보호회로 모듈(40) 내부에 댐핑 저항 성분을 모두 제거하여 보호회로 모듈(40) 내부 회로를 단순화할 수 있게 된다. 또한 제1 연결부재(60)가 댐핑 저항 성분을 갖도록 형성하고, 제1 연결부재(60)가 배터리 셀들(11~14)의 단자에 가깝도록 연결함으로 인하여 쇼트에 의한 화재 발생을 현저히 감소시킬 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 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.

1 배터리 팩 10 배터리
11~14 배터리 셀 20 제1 결합부재
30 제2 결합부재 40 보호회로 모듈
50 연결부재 60 제1 연결부재
61 제2 연결부재

Claims

복수의 배터리 셀들;
상기 복수의 배터리 셀들의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로 모듈; 및
상기 복수의 배터리 셀들로부터 출력되는 중간 전압을 상기 보호회로 모듈로 인가하며, 댐핑 저항 성분을 갖는 연결부재;를 포함하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 연결부재는 댐핑 저항 성분을 갖는 제1 배선과 상기 제1 배선보다 작은 비저항 값을 갖는 소재로 형성된 제2 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제2항에 있어서,
상기 연결부재는 상기 보호회로 모듈과 상기 배터리 셀들 사이에 연결되며, 상기 제1 배선이 상기 배터리 셀들의 단자 측에 연결되고 상기 제2 배선이 상기 보호회로 모듈의 입력 단자 측에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 연결부재는 댐핑 저항 성분을 갖는 단일 전선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 연결부재는 상기 보호회로 모듈의 외부에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 복수의 배터리 셀들은 서로 다른 크기를 갖는 복수의 중간 전압을 출력하며, 상기 복수의 중간 전압을 각각 상기 보호회로 모듈에 인가하도록 상기 중간 전압의 개수만큼 상기 연결부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.