KR101222334B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2차 보호 회로에 의해 제어되는 퓨즈 및 내부 가열기로 구성된 자가 제어 보호장치(SCP)중 내부 가열기를 제거하여 부품수를 절감함으로써 제조비용을 줄일 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 충전 가능한 배터리 셀; 상기 배터리 셀과 병렬로 연결되며, 외부 전원 또는 부하와 연결되어 배터리 셀로의 충전 또는 배터리 셀에 의한 방전시 단자로서 작동하는 외부 포트; 상기 외부 포트와 상기 배터리 셀 사이에 직렬로 연결되어 충전 및 방전을 수행하는 충전 소자 및 방전 소자; 상기 배터리 셀에 병렬로 연결되며, 상기 배터리 셀의 전압을 검출하여 상기 충전 소자 및 방전 소자의 동작을 제어하는 1차 보호 회로; 상기 충전 및 방전 소자 사이에 직렬로 연결되어 상기 배터리 셀의 과충전시 용단되는 퓨즈; 상기 퓨즈의 일단에 연결되어 상기 배터리 셀의 과충전시 동작되는 스위치부; 및 상기 배터리 셀과 상기 스위치부 사이에 직렬로 연결되어, 상기 배터리 셀의 과충전시 상기 스위치부를 온(on) 시키는 2차 보호 회로를 포함함을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
도 1은 종래의 배터리 팩의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩에 외부 전원이 연결된 상태를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 2의 배터리 팩에 외부 부하가 연결된 상태를 나타내는 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100: 배터리 팩 111: 배터리 셀
112: 외부 포트 113: 충전 소자
114: 방전 소자 115: 퓨즈
116: 1차 보호 회로 117: 2차 보호 회로
118: 제 1 스위치 119: 제 2 스위치
120: 센서 저항 200: 외부 전원
300: 외부 부하
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차 보호 회로에 의해 제어되는 퓨즈 및 내부 가열기로 구성된 자가 제어 보호장치(SCP)중 내부 가열기를 제거하여 부품수를 절감함으로써 제조비용을 줄일 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로, 충방전이 가능한 이차 전지(rechargeable battery)는 셀룰러 폰(cellular phone), 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA(personal digital assistants) 등 휴대용 전자기기의 개발로 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 이러한 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadimium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지((NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery), 금속 리튬 전지, 공기 아연 축전지 등 다양한 종류가 개발되고 있다. 이러한 이차 전지는 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성하며, 배터리 팩의 외부 포트를 통해 충전과 방전이 이루어진다.
도 1은 종래의 배터리 팩의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배터리 팩은 배터리 셀(11), 외부 포트(12), 충방전 FET(Field Effect Transistor)(13), 온도 퓨즈(14), 퓨즈(15), 1차 보호 회로(16), 2차 보호 회로(17), 스마트 기능부(18), 및 센서 저항(19)으로 이루어져 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 배터리 팩은 외부 포트(12)를 통해 외부의 전원 장치 또는 부하가 연결되어 충전 또는 방전이 이루어진다. 상기 외부 포트(12)와 배터리 셀(11) 사이의 경로는 충방전 경로로 사용되는 대전류 경로이며, 이 대전류 경로를 통해 비교적 큰 전류가 흐른다.
상기 외부 포트(12)에 전원 장치가 연결되면, 충전 동작이 일어나며, 이때의 충전 경로는 외부 포트(12), 충방전 FET 소자(13), 온도 퓨즈(14), 퓨즈(15)를 거쳐 배터리 셀(11)로 이어진다. 상기 외부 포트(12)에 부하(load)가 연결되면, 방전 동작이 일어나며, 이때의 방전 경로는 배터리 셀(11), 퓨즈(15), 온도 퓨즈(14), 충방전 FET 소자(13), 외부 포트(12)를 거쳐 부하로 이어진다.
상기 배터리 셀(11)은 그 내부의 각종 정보, 즉, 셀의 온도, 셀의 충전 전위 및 셀에 흐르는 전류량 등의 셀 관련 정보를 1차 및 2차 보호 회로(16,17)와 스마트 기능부(18)에 출력시킨다. 상기 1차 보호 회로(16)는 상기 배터리 셀(11)로부터 제공된 셀 관련 정보에 따라 충방전 FET 소자(13)의 온/오프(on/off)를 제어한다. 상기 2차 보호 회로(17)는 상기 배터리 셀(11)로부터 제공된 셀 관련 정보에 따라 상기 퓨즈(15)의 차단 여부를 제어하며, 예를 들어, 상기 배터리 셀(11)에 과전류가 흐를 경우에는 이를 감지하여 퓨즈(15)의 양단을 턴오프시킴으로써 배터리 셀(11)에 과전류가 흐르는 것을 방지한다. 이러한 퓨즈(15)는 히터(heater)와 함께 자가 제어 보호장치(Self Control Protector; SCP)를 구성하여, 배터리 셀(11)의 과충전시 히터가 가열되어 퓨즈(15)를 용단되게 하여 배터리 셀(11)의 충전을 차단한다. 상기 스마트 기능부(18)는 배터리 셀의 충전 상태 표시, 과충전 또는 과소 충전의 회피를 위한 경고등의 기능을 수행한다. 상기 온도 퓨즈(14)는 상기 충방전 FET 소자(13)의 온도 상태를 검출하여 정격 온도 이상인 경우에 양단을 차단시킴으로써, 상기 충방전 FET 소자(13)가 이상 현상에 의해 발화, 연소 또는 폭발하는 것을 방지한다.
상기와 같은 종래의 배터리 팩에서는, 대전류 경로상에 온도퓨즈가 구비되어 있으므로 대전류 경로 상의 소자 배치 설계에 어느 정도 제한을 가하는 요소가 되며, 상기 온도 퓨즈로 인해 대전류 경로의 임피던스(impeadance)가 상승하는 문제점이 발생하여 에너지 효율도 떨어 뜨린다.
또한, 종래의 배터리 팩에서는, 배터리 셀의 과충전시 충전을 차단하기 위해 퓨즈가 용단 되어야 하는데, 퓨즈를 용단 되게 만들기 위해서는 내부 가열기인 히터가 별도로 필요하다. 이러한 내부 가열기를 별도로 구비해야 하므로 별도의 가열기로 인해 부품이 증가할 뿐 아니라, 내부 가열기가 고가이므로 배터리 팩의 보호회로의 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2차 보호 회로에 의해 제어되는 퓨즈 및 내부 가열기로 구성된 자가 제어 보호장치(SCP) 중 내부 가열기를 제거하여 부품수를 절감함으로써 제조비용을 줄일 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은 충전 가능한 배터리 셀; 상기 배터리 셀과 병렬로 연결되며, 외부 전원 또는 부하와 연결되어 배터리 셀로의 충전 또는 배터리 셀에 의한 방전시 단자로서 작동하는 외부 포트; 상기 외부 포트와 상기 배터리 셀 사이에 직렬로 연결되어 충전 및 방전을 수행하는 충전 소자 및 방전 소자; 상기 배터리 셀에 병렬로 연결되며, 상기 배터리 셀의 전압을 검출하여 상기 충전 소자 및 방전 소자의 동작을 제어하는 1차 보호 회로; 상기 충전 및 방전 소자 사이에 직렬로 연결되어 상기 배터리 셀의 과충전시 용단되는 퓨즈; 상기 퓨즈의 일단에 연결되어 상기 배터리 셀의 과충전시 동작되는 스위치부; 및 상기 배터리 셀과 상기 스위치부 사이에 직렬로 연결되어, 상기 배터리 셀의 과충전시 상기 스위치부를 온(on) 시키는 2차 보호 회로를 포함함을 특징으로 한다.
상기 스위치부는 일단이 상기 충전 소자와 상기 퓨즈 사이에 연결되고 타단이 상기 2차 보호 회로와 연결된 제 1 스위치와, 일단이 상기 방전 소자와 타단이 상기 2차 보호 회로와 연결된 제 2 스위치를 포함할 수 있다.
상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)일 수 있다.
상기 충전 및 방전 소자 각각은 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Trransition)와 기생 다이오드(Parasitic Diode)로 이루어질 수 있다.
상기 배터리 셀이 과충전되면, 상기 1차 보호 회로의 제어 신호에 의해 상기 충전 소자의 전계 효과 트랜지스터가 오프(off) 되어 상기 배터리 셀로의 충전이 차단될 수 있다.
상기 배터리 셀이 과방전되면, 상기 1차 보호 회로의 제어 신호에 의해 상기 방전 소자의 전계 효과 트랜지스터가 오프(off) 되어 상기 배터리 셀의 방전이 차단될 수 있다.
상기 배터리 셀의 과충전시 상기 1차 보호 회로가 미작동할 경우, 상기 2차 보호 회로는 상기 퓨즈가 용단 되도록 상기 제 1 스위치를 온(on) 시킴으로써 상기 배터리 셀로 흐르는 대전류가 상기 퓨즈를 통해 상기 제 1 스위치로 흐를 수 있다.
상기 배터리 셀의 과방전시 상기 1차 보호 회로가 미작동할 경우, 상기 2차 보호 회로는 상기 방전 소자가 오프(off)시키도록 상기 제 2 스위치를 온(on)시킬 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 셀과 상기 외부 포트 사이에 직렬로 연결되어 상기 배터리 셀의 전류를 감지하는 센서저항을 더 포함할 수 있다.
상기 센서저항으로부터 과전류가 검출되면, 상기 2차 보호 회로가 상기 스위치부를 제어할 수 있다.
상기 충전 소자가 상기 배터리 셀과 상기 방전 소자 사이에 위치하는 경우, 상기 충전 소자의 기생 다이오드의 애노드가 상기 배터리 셀의 양극과 연결될 수 있다.
상기 배터리 셀의 과충전시 상기 1차 보호 회로 또는 상기 2차 보호 회로에 의해 충전이 차단되더라도 상기 기생 다이오드를 통해 상기 충전 소자와 상기 퓨즈 사이에 형성된 전원공급라인을 따라 상기 1차 보호 회로와 상기 2차 보호 회로에 전원이 공급될 수 있다.
상기 퓨즈는 상기 충전 및 방전 소자 위에 물리적으로 위치한 온도 퓨즈를 포함할 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 3은 도 2의 배터리 팩에 외부 전원이 연결된 상태를 나타내는 회로도이고, 도 4는 도 2의 배터리 팩에 외부 부하가 연결된 상태를 나타내는 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 셀(111), 배터리 셀(111)과 병렬 연결된 외부 포트(112), 배터리 셀(111)과 외부 포트(112) 사이에 직렬로 연결된 충전 및 방전 소자(113,114), 배터리 셀(111)에 병렬 연결되어 충전 및 방전 소자(113,114)를 제어하는 1차 보호 회로(116), 충전 및 방전 소자(113,114) 사이에 직렬로 연결된 퓨즈(115), 퓨즈(115)의 일단에 연결되는 제 1 스위치(118), 방전 소자(114)의 일단에 연결된 제 2 스위치(119), 및 배터리 셀(111)에 연결되어 제 1 및 제 2 스위치(118,119)를 제어하는 2차 보호 회로(117)를 포함하여 이루어진다. 또한, 배터리 팩(100)은 배터리 셀(111)과 외부포트(112) 사이에 센서 저항(120)을 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 배터리 팩은 외부 포트(112)를 통해 외부의 전원 장치 또는 부하가 연결되어 충전 또는 방전이 이루어진다. 상기 외부 포트(112)와 배터리 셀(111) 사이의 경로는 충방전 경로로 사용되는 대전류 경로이며, 이 대전류 경로를 통해 비교적 큰 전류가 흐른다.
상기 외부 포트(112)에 외부 전원 장치가 연결되면, 충전 동작이 일어나며, 이때의 충전 경로는 외부 전원으로부터 외부 포트(112), 방전 소자(114), 퓨즈(115), 충전 소자(113)를 거쳐 배터리 셀(111)로 이어진다. 상기 외부 포트(112)에 외부 부하(load)가 연결되면, 방전 동작이 일어나며, 이때의 방전 경로는 배터리 셀(111)로부터 충전 소자(113), 퓨즈(115), 방전 소자(114), 외부 포트(112)를 거쳐 부하로 이어진다.
상기 배터리 셀(111)은 그 내부의 각종 정보, 즉, 셀의 온도, 셀의 충전 전위 및 셀에 흐르는 전류량 등의 셀 관련 정보를 1차 및 2차 보호 회로(116,117)에 출력시킨다. 상기 1차 보호 회로(116)는 상기 배터리 셀(111)로부터 제공된 셀 관련 정보에 따라 충전 및 방전소자(113,114)의 온/오프(on/off)를 제어한다. 상기 2차 보호 회로(117)는 상기 배터리 셀(111)로부터 제공된 셀 관련 정보에 따라 제 1 스위치(118) 및 제 2 스위치(119)를 제어하여 상기 퓨즈(115) 및 방전 소자(114)의 차단여부를 제어하며, 예를 들어, 상기 배터리 셀(111)에 과전류가 흐를 경우에는 이를 감지하여 제 1 스위치(118)를 통해 퓨즈(115)의 양단을 턴오프시킴으로써 배터리 셀(111)에 과전류가 흐르는 것을 방지한다.
상기와 같은 배터리팩의 구성요소 및 배터리 팩의 보호 회로 동작을 도 3 및 도 4를 통해 자세히 살펴볼 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저, 배터리 셀(111)은 충전 및 방전이 가능한 2차 배터리 셀로, 도면에서 B+, B-는 대전류단을 표시하고, 직렬로 연결된 배터리 셀들(111)의 양 끝단의 전원부를 나타낸다.
외부 포트(112)는 배터리 셀(111)과 병렬로 연결되며, 외부 전원 또는 부하 와 연결되어 배터리 셀(111)로의 충전 또는 배터리 셀(111)에 의한 방전시 단자로서 작동한다. 도면에서 P+는 배터리 셀(111)의 양극 전원부(B+)와 연결되는 양극 단자를, P-는 배터리 셀(111)의 음극 전원부(B-)와 연결되는 음극 단자를 나타낸다. 상기 외부 포트(112)를 통해 외부 전원(200) 또는 외부 부하(300)에 배터리 팩이 연결된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 외부 포트(112)에 외부 전원(200)이 연결되면 외부 전원(200)으로부터 배터리 셀(111)로의 충전이 이루어지며, 도 4에 도시된 바와 같이,상기 외부 포트(112)에 외부 부하(300)가 연결되면 배터리 셀(111)로부터 외부 부하(300)로의 방전이 이루어진다.
충전 및 방전 소자(113,114)는 외부 포트(12)와 배터리 셀(111) 사이에 직렬로 연결되어 배터리 팩의 충전 또는 방전을 수행한다. 충전 및 방전 소자(113,114) 각각은 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; 이하 FET라함)와 기생 다이오드(parasitic diode; 이하 D라함)로 이루어진다, 즉 충전 소자(113)는 FET1과 D1으로 이루어지며, 방전 소자(114)는 FET2와 D2로 이루어진다. 충전 소자(113)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)의 소스와 드레인 사이의 접속방향은 방전 소자(114)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)와는 반대방향으로 설정한다. 이러한 구성으로 충전 소자(113)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)는 외부 포트(112)로부터 배터리 셀(111)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속되는 한편, 방전 소자의 전계 효과 트랜지스터(FET2)는 배터리 셀(111)로부터 외부 포트(112)의 전류 흐름을 제한하도록 접속된다. 여기서, 충전 및 방전 소자(113,114)의 전계 효과 트랜지스터(FET1, FET2)는 스위칭 소자이며, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고 다른 종 류의 스위칭 기능을 수행하는 전기소자가 사용될 수 있다. 또한, 충전 및 방전 소자(113,114)에 포함된 기생 다이오드(D1,D2)는 전류가 제한되는 방향에 반대방향으로 전류가 흐르도록 구성한다.
1차 보호 회로(116)는 배터리 셀(111)에 병렬로 연결되며, 배터리 셀(111)의 전압을 검출하여 상기 충전 및 방전 소자(113,114)의 동작을 제어한다. 자세히 설명하면, 배터리 셀(111)에 외부 전원(200)이 연결될 경우, 1차 보호 회로(116)는 충전 소자(113)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)를 온(on)상태로, 방전 소자(114)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)를 온(on)상태로 설정하여 배터리 셀(111)이 충전될 수 있도록 한다. 마찬가지로, 배터리 셀(111)에 외부 부하(300)가 연결되면, 1차 보호 회로(116)는 충전 소자(113)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)를 온(on)상태로, 방전 소자(114)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)를 온(on)상태로 설정하여 배터리 셀(111)이 방전될 수 있도록 한다.
한편, 배터리 셀(111)로부터 과전압이 검출되면, 1차 보호 회로(116)는 배터리 셀(111)을 과충전 상태로 판단하고 과전압(과충전)에 따른 제어신호를 출력하여 충전 소자(113)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)를 오프(off) 시키도록 한다. 그럼, 외부전원(200)으로부터 배터리 셀(111)로의 충전이 차단된다. 이때, 충전 소자(113)의 기생 다이오드(D1)는 충전 소자(113)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)가 오프(off)되더라도 배터리 팩의 방전기능이 수행될 수 있도록 하는 역할을 한다. 반대로, 배터리 셀(111)로부터 과소전압이 검출되면, 1차 보호 회로(116)는 배터리 셀(111)을 과방전 상태로 판단하고 과소 전압(과방전)에 따른 제어신호를 출력하여 방전 소자(114)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)를 오프(off) 시키도록 한다. 그럼, 배터리 셀(111)로부터 외부 부하(300)로의 방전이 차단된다. 이때, 방전 소자(113)의 기생 다이오드(D2)는 방전 소자(114)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)가 오프(off)되더라도 배터리 팩의 충전기능이 수행될 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기와 같은 1차 보호 회로(116)는 도면에는 표시하지 않았지만, 배터리 셀(111)의 과전압 및 과소전압을 검출하기 위한 비교기, 저항 소자 등을 포함한다.
본 발명의 특징인 퓨즈(115)는 상기 충전 및 방전 소자(113,114) 사이에 직렬로 연결되고, 제 1 스위치(118)는 상기 퓨즈(115)의 일단과 상기 충전 소자(113)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)의 소스 단자 사이에 연결되고, 제 2 스위치(119)는 상기 방전소자(114)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)의 게이트 단자에 연결된다. 이러한 제 1 및 제 2 스위치(118,119)는 배터리 셀(111)과 제 1 및 제 2 스위치(118,119) 사이에 연결된 2차 보호 회로(117)에 의해 제어되어 퓨즈(115)를 용단하거나 방전 소자(114)를 오프(off) 시킨다.
자세히 설명하면, 배터리 셀(111)이 과충전 상태인데 1차 보호 회로(116)가 정상적으로 동작하지 않을 때, 2차 보호 회로(117)는 제 1 스위치(SW1)(118)를 온(on)시켜 배터리 셀(111)로 흐르는 대전류를 제 1 스위치(118)로 유도시킨다. 이에 따라, 퓨즈(115)를 통과하여 제 1 스위치(118)로 유도된 과전류(I)로 인해 열이 발생하고, 발생된 열에 의해 퓨즈(15)가 용단되어 외부 전원(200)으로부터 배터리 셀(111)로의 충전이 차단된다. 여기서, 제 1 스위치(118)의 한 단자는 접지(ground)되어 있다. 상기와 같이, 본 발명의 퓨즈(115)는 종래의 내부 가열기에 의해 용단 되는 퓨즈와 달리 제 1 스위치(118)로 유도된 과전류에 의해 용단될 수 있어 별도의 내부 가열기가 필요 없다. 다른 말로, 충전 및 방전 소자(113,114) 위에 물리적으로 위치시켜, 그것의 온도가 허용치 이상 증가하면 끊어지는 온도퓨즈를 이용하여 충전 및 방전 소자(113,114)의 이상 온도시 온도퓨즈가 용단될 수 있어 발화, 연소 또는 폭발을 방지할 수 있다.
반대로, 배터리 셀(111)이 과방전 상태인데 1차 보호 회로(116)가 정상적으로 동작하지 않을 때, 2차 보호 회로는 제 2 스위치(SW2)(119)를 온(on) 시켜 방전 소자(114)를 오프(off)시킴으로써 배터리 셀(111)에서 외부 부하(300)로의 방전을 차단한다. 여기서, 제 2 스위치(119)의 한 단자는 접지(ground)되어 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 비록 1차 보호 회로(116)가 정상적으로 작동하지 않더라도, 배터리 셀(111)의 과충전 또는 과방전시 2차 보호 회로(117)가 제 1 스위치(118) 또는 제 2 스위치(119)를 제어하여 배터리 셀(111)과 외부 포트(112)에 흐르는 대전류를 제 1 스위치(118)로 유도하여 충전을 차단하거나 제 2 스위치(119)를 이용하여 방전 소자를 오프(off)되게 하여 방전을 차단하도록 한다.
이렇게 배터리 셀(111)의 충전 및 방전 등을 제어하는 1차 및 2차 보호 회로(116,117)는 그 작동을 위해 전원을 필요로 한다. 이에 1차 및 2차 보호 회로(116,117)에는 배터리 셀(111)로 부터 전원이 항상 공급되어야 한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 배터리 셀(111)의 방향에 충전 소자(113)가 있는 경우, 과충전시 상기 1차 보호 회로(116) 또는 상기 2차 보호 회로(117)의 제어로 인해 충전 소자 (113)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)가 오프(off)되어 충전이 차단되더라도 충전 소자(113)의 기생 다이오드(D1)에 의해 상기 1차 보호 회로(116)와 상기 2차 보호 회로(117)에 전원이 공급될 수 있다. 다시 말하면, 배터리 셀(111)과 방전 소자(114) 사이에 충전 소자(113)가 있고 충전 소자(113)의 기생 다이오드(D1)의 애노드와 배터리 셀(111)의 양극 전원단이 연결된 경우, 과충전시 보호 회로에 의해 충전 소자(113)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)가 오프되더라도 충전 소자(113)의 기생 다이오드(D1)를 통해 충전 소자(113)와 퓨즈(115) 사이에 1차 보호 회로(116)와 2차 보호 회로(117)로 전원을 공급하기 위해 형성된 전원공급라인(VSL)을 따라 1차 보호 회로(116)와 2차 보호 회로(117)에 전원을 계속적으로 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩은 배터리 셀(111)과 외부 포트(112) 사이에 직렬로 연결된 센서저항(120)을 더 포함한다.
센서저항(120)은 배터리 팩의 전류를 감지할 수 있는 수단이 된다. 이러한 센서저항에 감지된 전류 정보는 1차 보호 회(116)로 및 2차 보호 회로(117)에 입력된다. 만약 배터리 팩에 과전류가 흐르면, 1차 보호 회로(116) 또는 2차 보호 회로(117)는 전류의 흐름을 차단하는 제어신호를 출력하여 배터리 팩의 과전류 상태를 차단한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 셀과 외부 포트 사이의 대전류 경로상에 퓨즈를 구비하여 1차 보호 회로가 고장 난다고 해도 배터리 셀의 과충전시 2차 보호 회로에 의해 제어되는 스위치를 이용하여 퓨즈를 용단함으로 써 충전을 차단할 수 있다. 이러한 본 발명의 배터리 팩은 종래의 배터리 팩에서 2차 보호 회로에 의해 제어되는 퓨즈 및 내부 가열기로 구성된 자가 제어 보호장치(SCP) 중 내부 가열기를 제거함으로써 그에 따른 부품수를 절감할 수 있다. 특히, 고가인 내부 가열기에 대한 비용을 제거함으로써, 배터리 팩의 전체 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 2차 보호 회로에 의해 제어되는 또다른 스위치를 이용하여 비록 1차 보호 회로가 고장 난다고 해도 배터리 셀의과방전시 방전 소자를 오프시킴으로써 방전을 차단할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (13)

  1. 충전 가능한 배터리 셀;
    상기 배터리 셀과 연결되며, 외부 전원 또는 부하와 연결되어 배터리 셀로의 충전 또는 배터리 셀에 의한 방전시 단자로서 작동하는 외부 포트;
    상기 외부 포트와 상기 배터리 셀 사이에 연결되어 충전 및 방전을 수행하는 충전 소자 및 방전 소자;
    상기 배터리 셀에 연결되며, 상기 배터리 셀의 전압을 검출하여 상기 충전 소자 및 방전 소자의 동작을 제어하는 1차 보호 회로;
    상기 충전 및 방전 소자 사이에 연결되어 상기 배터리 셀의 과충전시 용단되는 퓨즈;
    상기 퓨즈의 일단에 연결되어 상기 배터리 셀의 과충전시 동작되는 스위치부; 및
    상기 배터리 셀과 상기 스위치부 사이에 연결되어, 상기 배터리 셀의 과충전시 상기 스위치부를 온(on) 시키는 2차 보호 회로를 포함하고,
    상기 스위치부는 일단이 상기 충전 소자와 상기 퓨즈 사이에 연결되고 타단이 상기 2차 보호 회로와 연결된 제 1 스위치와, 일단이 상기 방전 소자와 타단이 상기 2차 보호 회로와 연결된 제 2 스위치를 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 충전 및 방전 소자 각각은 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Trransition)와 기생 다이오드(Parasitic Diode)로 이루어짐을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 배터리 셀이 과충전되면, 상기 1차 보호 회로의 제어 신호에 의해 상기 충전 소자의 전계 효과 트랜지스터가 오프(off) 되어 상기 배터리 셀로의 충전이 차단됨을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 배터리 셀이 과방전되면, 상기 1차 보호 회로의 제어 신호에 의해 상기 방전 소자의 전계 효과 트랜지스터가 오프(off) 되어 상기 배터리 셀의 방전이 차단됨을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 과충전시 상기 1차 보호 회로가 미작동할 경우, 상기 2차 보호 회로는 상기 퓨즈가 용단 되도록 상기 제 1 스위치를 온(on)시킴으로써 상기 배터리 셀로 흐르는 대전류가 상기 퓨즈를 통해 상기 제 1 스위치로 흐르는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 과방전시 상기 1차 보호 회로가 미작동할 경우, 상기 2차 보호 회로는 상기 방전 소자가 오프(off)시키도록 상기 제 2 스위치를 온(on)시킴을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 셀과 상기 외부 포트 사이에 직렬로 연결되어 상기 배터리 셀의 전류를 감지하는 센서저항을 더 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 센서저항으로부터 과전류가 검출되면, 상기 2차 보호 회로는 상기 스위치부를 제어함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 충전 소자가 상기 배터리 셀과 상기 방전 소자 사이에 위치하는 경우, 상기 충전 소자의 기생 다이오드의 애노드가 상기 배터리 셀의 양극과 연결됨을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 과충전시 상기 1차 보호 회로 또는 상기 2차 보호 회로에 의해 충전이 차단되더라도 상기 기생 다이오드를 통해 상기 충전 소자와 상기 퓨즈 사이에 형성된 전원공급라인을 따라 상기 1차 보호 회로와 상기 2차 보호 회로에 전원이 공급됨을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 퓨즈는 상기 충전 및 방전 소자 위에 물리적으로 위치한 온도 퓨즈를 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩.
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