KR20130066462A - 배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩 - Google Patents

배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩 Download PDF

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KR20130066462A
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 팩의 보호회로 내에 저장부를 구비하여, 배터리의 특성에 따라 보호 레벨 스펙을 설정할 수 있으므로, 신규 배터리팩에도 보호회로를 손쉽게 적용 가능하여 신규 배터리팩의 보호회로를 제작하기 위해 필요한 기종 변환 손실을 최소화 할 수 있으며, 보호회로의 공용화가 가능하게 하는데 있다.

Description

배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩{PROTECTION CIRCUIT OF BATTERY PACK AND BATTERY PACK USING THE SAME}
본 발명은 배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩에 관한 것이다.
일반적으로, 충방전이 가능한 2차 전지(secondary battery)는 셀룰러 폰(cellular phone), PCS(personalcommunications services), 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA(personal digital assistants) 등 휴대용 전자기기의 개발로 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 이러한 2차 전지는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납축전지, 니켈-수소전지(NiMH : nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymerbattery), 금속 리튬 전지, 공기 아연 축전지 등 다양한 종류가 개발되고 있다. 이러한 2차 전지는 충방전이 가능한 2차전지인 배터리의 충방전을 제어하고, 과충전 및 과방전으로부터 배터리를 보호하기 위한 보호 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성한다.
이러한 배터리 팩의 보호회로는 배터리의 보호를 위해, 과충전, 과방전 및 과전류를 판단하기 위한 기준이 되는 고정 값인 보호 레벨 스펙을 포함한다. 즉, 배터리팩의 보호회로는 배터리의 특성에 따른 과충전 기준 전압, 과방전 기준 전압, 과충전 기준 전류 및 과방전 기준 전류가 고정된 값으로 회로 설계 시 설정되며, 이를 기준으로 배터리팩의 이상 여부를 판단한다. 이와 같은 배터리 팩의 보호회로는 새로운 배터리가 개발되면, 고정 값인 보호 레벨 스펙으로 인해, 새로운 배터리에 맞는 회로를 새로 설계해야 하여 회로 개발에 대한 기종 변환 손실 및 타임 손실이 발생된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 팩의 보호회로 내에 저장부가 구비되어, 보호 레벨 스펙 설정이 용이하여 신규 배터리팩에도 기존의 보호회로를 손쉽게 적용 가능하므로, 신규 배터리팩의 보호회로의 제작을 위한 기종 변환 손실을 최소화 할 수 있는 배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 배터리 팩의 보호회로 내에 저장부를 구비하여, 배터리의 특성에 따라 보호 레벨 스펙을 설정할 수 있으므로 보호회로의 공용화가 가능할 수 있는 배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩은 충전기 또는 외부세트와 연결되는 외부 단자와, 배터리가 연결되는 셀 단자와, 상기 셀 단자에 연결될 배터리를 보호하기 위한 과충전/과방전 기준 전류와 과충전/과방전 기준 전압에 대한 데이터인 보호 레벨 스펙이 저장되는 저장부와, 상기 저장부와 전기적으로 연결되어, 상기 저장부에 저장된 상기 보호레벨 스펙을 읽어서 아날로그 데이터인 아날로그 보호레벨 스펙으로 변환하는 D/A 컨버터와, 상기 셀 단자와 연결되어, 상기 셀 단자에 연결된 상기 배터리의 충방전 전압과, 충방전 전류를 측정하는 측정부와, 상기 측정부 및 상기 D/A 컨버터와 전기적으로 연결되어, 상기 측정부에서 측정된 충방전 전압 및 충방전 전류를 상기 D/A컨버터를 통해 인가되는 아날로그 보호레벨 스펙과 각각 비교하는 비교부와, 상기 셀 단자와 상기 외부 단자 사이에 직렬로 연결되어, 과충전/과방전 시 오프 되는 충/방전 FET 및 상기 비교부 및 충/방전 FET와 전기적으로 연결되어, 상기 비교부에서 출력되는 신호에 의해 과충전 및 과방전을 판단하고, 상기 충/방전 FET의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 저장부는 상기 셀 단자에 연결되는 배터리의 특성에 따른 보호레벨 스펙을 입력 받아, 저장할 수 있다.
상기 저장부와 전기적으로 연결되어, 상기 저장부에 저장되는 보호 레벨 스펙을 입력하기 위한 데이터 입력 단자를 더 포함할 수 있다.
상기 저장부는 복수의 보호 레벨 스펙이 저장되어 있으며, 상기 셀 단자에 연결되는 상기 배터리의 특성에 따라 하나의 보호 레벨 스펙이 읽혀지도록 세팅될 수 있다.
상기 저장부와 전기적으로 연결되어, 상기 저장부에 저장된 복수의 보호 레벨 스펙 중 하나의 보호 레벨 스펙이 읽혀지도록 선택하기 위한 데이터 입력 단자를 더 포함할 수 있다.
상기 비교부는 상기 측정부에서 측정된 충방전 전압을 상기 D/A 컨버터에서 전달되는 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과충전 기준 전압과 비교하는 과충전 전압 비교기 및, 상기 측정부에서 측정된 충방전 전압을 상기 D/A 컨버터에서 전달되는 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과방전 기준 전압과 비교하는 과방전 전압 비교기를 포함할 수 있다.
상기 비교부는 상기 측정부에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압을 상기 D/A 컨버터에서 전달되는 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과충전 기준 전류에 대한 전압과 비교하는 과충전 전류 비교기 및, 상기 측정부에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압을 상기 D/A 컨버터에서 전달되는 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과방전 기준 전류에 대한 전압과 비교하는 과방전 전류 비교기로 이루어질 수 있다 .
상기 비교부는 상기 측정부에서 측정된 충방전 전압을 설정된 단락 기준 전압과 비교하는 단락 비교기를 더 포함할 수 있다.
상기 저장부에 저장되는 보호레벨 스펙은 배터리의 단락 여부를 판단하기 위한 단락 기준 전압을 더 포함할 수 있다.
상기 충/방전 FET는 상기 셀 단자와 상기 외부 단자 사이에 연결되어, 상기 측정부에서 측정된 충방전 전압과 충방전 전류가 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과충전 기준 전압과 과충전 기준 전류 중 어느 하나를 초과하면 상기 제어부의 제어에 의해 오프 되는 충전 FET 및 상기 셀 단자와 상기 외부 단자 사이에 상기 충전 FET와 직렬로 연결되어, 상기 측정부에서 측정된 충방전 전압과 충방전 전류가 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과방전 기준 전압과 과방전 기준 전류 중 어느 하나 미만이면 상기 제어부의 제어에 의해 오프 되는 방전 FET를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩은 배터리 팩의 보호회로 내에 저장부가 구비되어, 보호 레벨 스펙 설정이 용이하여 신규 배터리팩에도 기존의 보호회로를 손쉽게 적용 가능하므로, 신규 배터리팩의 보호회로의 제작을 위한 기종 변환 손실을 최소화할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의한 배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩은 배터리 팩의 보호회로 내에 저장부를 구비하여, 배터리의 특성에 따라 보호 레벨 스펙을 설정할 수 있으므로 보호회로의 공용화가 가능할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩의 보호 회로와 배터리로 이루어진 배터리 팩을 도시한 회로도이다.
도 2는 도 1의 비교부의 내부의 일예를 도시한 내부도이다.
도 3은 도 1의 저장부의 데이터 저장의 일예를 도시한 룩업테이블이다.
도 4는 도 1의 저장부의 데이터 저장의 다른 예를 도시한 룩업테이블이다.
도 5는 도 1의 비교부의 내부의 다른 예를 도시한 내부도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩의 보호 회로를 도시한 회로도가 도시되어 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이 배터리 팩(10)은 크게 배터리 팩의 보호회로(100)와, 배터리(200)로 이루어진다. 우선, 배터리팩의 보호회로(100)는 통상적으로 인쇄회로기판(PCB: Printed circuit board)에 전기 소자를 스폿 용접, 솔더링 방법으로 배치시켜 형성된다. 그리고 배터리(200)는 충방전이 가능한 하나 또는 복수개의 베어셀로 이루어질 수 있으며, 베어셀은 각형, 원통형 또는 파우치형 중 어느 형상을 가질 수 있다.
그리고 배터리팩의 보호회로(100)는 셀 단자(110), 외부 단자(120), 측정부(130), 저장부(140), D/A 컨버터(150), 비교부(160), 제어부(170), 충/방전 FET(180) 및 데이터 입력 단자(190)를 포함하여 이루어지며, 각각의 구성 요소는 블록도로 나타내었다. 이하에서는 비교부(160)의 구성이 도 2의 구성으로 이루어질 경우를 참조하여 설명하고자 한다.
우선 셀 단자(120)는 배터리(200)의 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되기 위한 2개의 단자를 구비한다.
그리고 외부 단자(120)는 2개로 이루어져 있으며, 이는 충전기 또는 외부 세트에 연결된다. 이러한 외부 단자(110)는 충전기에 연결되면 셀 단자(120)에 연결된 배터리(200)를 충전시킬 수 있으며, 외부 세트에 연결되면 배터리(200)를 방전 시킬 수 있다. 이러한 외부 단자(120)는 셀 단자(110)와 병렬 연결될 수 있다.
그리고 측정부(130)는 상기 셀 단자(110)와 전기적으로 연결되며, 셀 단자(110)와 외부 단자(120) 사이에 구비된 센서 저항(Rs)과 전기적으로 연결된다. 여기서 센서 저항(Rs)은 셀 단자(110)와 외부 단자(120) 사이의 경로인 대전류 경로에 흐르는 전류를 감지하기 위한 저항이다. 또한 측정부(130)는 센서 저항(Rs)의 저항 값을 미리 알고 있는 상태이므로, 센서 저항(Rs)에 인가되는 전압을 감지하면 배터리(200)의 충방전 전류와, 외부 단락 상태도 감지할 수 있다. 그리고 측정부(130)는 배터리(200)의 양단의 전압 측정을 통해서, 배터리(200)의 충방전 전압을 측정할 수 있다.
그리고 저장부(140)는 D/A 컨버터(150)와 전기적으로 연결되며, 배터리(200)를 과충전 및 과방전으로부터 보호하기 위한 기준이 되는 데이터인 보호 레벨 스펙이 저장된다. 여기서, 보호 레벨 스펙은 셀 단자(110)에 연결되는 배터리(200)의 특성에 따른 과충전 기준 전압, 과방전 기준 전압, 과충전 기준 전류 및 과방전 기준 전류에 대한 데이터를 포함한다.
그리고 저장부(140)는 데이터인 보호 레벨 스펙을 저장할 수 있는 롬(ROM), 이이피롬(EEPROM), 플래시 메모리(Flash Memory) 및 이의 등가 메모리 소자로 이루어질 수 있다.
이러한 저장부(140)는 셀 단자(110)에 연결될 배터리(200)의 특성 따른 하나의 보호 레벨 스펙이 저장될 수 있다. 이와 같은 저장부(140)에 저장되는 보호 레벨 스펙(Sp1)의 일예는 도 3과 같을 수 있다.
상기 저장부(140)는 배터리팩의 보호회로(100)가 설계될 때에는 별도의 보호 레벨 스펙이 저장되지 않은 상태이며, 배터리팩(10)이 출고되기 이전에 배터리팩의 보호회로(100)의 셀 단자(110)에 연결되는 배터리(200)의 특성에 따라 상기 저장부(140)에 전기적으로 연결된 데이터 입력 단자(190)를 통해 보호 레벨 스펙(SP1)이 저장된다. 즉 저장부(140)는 배터리 팩(10) 출고 전에, 배터리팩의 보호회로(100)에 연결되는 배터리(200)의 특성에 대응되는 보호 레벨 스펙(Sp1)이 데이터 입력 단자(190)를 통해 입력되면, 저장된다. 이때 저장부(140)는 배터리 팩(10)을 보호하기 위한 기준이 되는 보호 레벨 스펙(Sp1)인 과충전 기준 전압, 과방전 기준 전압, 과충전 기준 전류 및 과방전 기준 전류에 대한 데이터(DVcoc, DVdoc, DIcoc, DIdoc)가 저장된다.
이와 다른 방법으로, 저장부(140)는 보호회로(100)가 설계될 때 복수의 보호 레벨 스펙이 저장될 수도 있다. 이와 같은 저장부(140)에 저장되는 보호 레벨 스펙(Sp2)의 일예는 도 4의 룩업 테이블과 같을 수 있다.
이러한 저장부(140)는 셀 단자(110)에 연결될 수 있는 다수의 배터리(100)에 대한 다수의 보호 레벨 스펙(SP_A, SP_B, …, SP_X)이 룩업 테이블 형태로 저장되어 있다. 그리고 다수의 보호 레벨 스펙(SP_A, SP_B, …, SP_X) 중에서, 배터리팩(10)이 출고되기 전에 배터리팩의 보호회로(100)의 셀 단자(110)에 연결되는 배터리(200)의 특성에 따른 하나의 보호 레벨 스펙이 읽혀지도록 설정된다.
즉, 저장부(140)는 배터리 팩(10)이 출고 전에, 복수의 보호 레벨 스펙 중에서 배터리팩의 보호회로(100)에 연결되는 배터리(200)의 특성에 대응되는 보호 레벨 스펙이 데이터 입력 단자(190)를 통해 설정되면, 설정된 보호 레벨 스펙에 대한 데이터가 읽혀진다.
이때, 저장부(140)에 저장되어 있는 다수의 보호 레벨 스펙(SP_A, SP_B, …, SP_X)에서 보호 레벨 스펙(Sp_X)은 임의의 값을 의미하는 것으로, 저장되는 데이터 개수 및 출력되는 데이터 값을 별도로 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 저장부(140)를 포함하는 배터리팩의 보호회로(100)는, 배터리(200)의 특성에 따른 보호 레벨 스펙을 저장하거나 설정할 수 있으므로, 신규 배터리팩에도 손쉽게 적용 가능하여, 신규 배터리팩의 보호회로(100)를 제작하기 위한 기종 변환 손실(job change loss)을 최소화 할 수 있다. 그리고 이러한 저장부(140)를 포함하는 배터리팩의 보호회로(100)는 셀 단자(110)에 연결되는 배터리(200)의 특성에 따른 보호 레벨 스펙을 저장하거나 설정할 수 있으므로, 공용화가 가능하다.
그리고 D/A 컨버터(150)는 저장부(140)와 비교부(160) 사이에 전기적으로 연결된다. 이러한 D/A 컨버터(150)는 저장부(140)에 읽어지는 디지털 데이터인 보호 레벨 스펙을 아날로그 데이터인 아날로그 보호 레벨 스펙으로 변환한다.
그리고 비교부(160)는 측정부(130), D/A 컨버터(150) 및 제어부(170)와 전기적으로 연결된다. 이러한 비교부(160)는 측정부(130)에서 측정된 충방전 전류와 충방전 전압을 D/A 컨버터(150)에서 변환된 아날로그 보호 레벨 스펙과 각각 비교하여, 이상 동작 여부에 관한 신호를 제어부(170)로 출력한다.
이러한 비교부(160)는 도 2에 도시된 바와 같이, 과충전 전압 비교기(161), 과방전 전압 비교기(162), 과충전 전류 비교기(163), 과방전 전류 비교기(164) 및 단락 비교기(165)를 포함한다. 이러한 비교부(160)의 비교기들은 전압값을 비교하는 비교기일 수 있다.
우선 과충전 전압 비교기(161)는 측정부(130)에서 측정된 충방전 전압(Vcd)을, 저장부(140)에서 읽어져서 D/A 컨버터(150)를 통해 전달되는 아날로그 보호 레벨 스펙의 데이터인 과충전 기준 전압(Vcoc)과 비교한다. 이러한 과충전 전압 비교기(161)는 충방전 전압(Vcd)과 과충전 기준 전압(Vcoc)을 비교하여, 비교 결과를 출력하여 제어부(170)로 전달한다. 이러한 과충전 전압 비교기(161)는 충방전 전압(Vcd)이 과충전 기준 전압(Vcoc) 보다 크면, 하이 레벨(high level)의 출력 신호를 제어부(170)로 인가한다.
그리고 과방전 전압 비교기(162)는 측정부(130)에서 측정된 충방전 전압(Vcd)을, 저장부(140)에서 읽어져서 D/A 컨버터(150)를 통해 전달되는 아날로그 보호 레벨 스펙의 데이터인 과방전 기준 전압(Vdoc)과 비교한다. 이러한 과방전 전압 비교기(162)는 충방전 전압(Vcd)과 과방전 기준 전압(Vdoc)을 비교하여, 비교 결과를 출력하여 제어부(170)로 전달한다. 이러한 과방전 전압 비교기(162)는 충방전 전압(Vcd)이 과방전 기준 전압(Vdoc) 보다 작으면, 로우 레벨(low level)의 출력 신호를 제어부(170)로 인가한다.
그리고 과충전 전류 비교기(163)는 측정부(130)에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압(Icd)을, 저장부(140)에서 읽어져서 D/A 컨버터(150)를 통해 전달되는 아날로그 보호 레벨 스펙의 데이터인 과충전 기준 전류와 비교한다. 여기서 측정부(130)에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압은 센서 저항(Rs)에 인가되는 전압을 의미한다. 그리고 저장부(140)에서 읽어지는 과충전 기준 전류는 과충전 여부를 판단하기 위한 기준 전류를 센서 저항(Rs)에 대한 전압 값으로 변환한 값이다. 즉, 과충전 전류 비교기(163)는 측정부(130)에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압(Icd)과 과충전 기준 전류에 대한 전압(Icoc)을 비교한다. 그리고 과충전 전류 비교기(163)는 충방전 전류에 대한 전압(Icd)과 과충전 기준 전류에 대한 전압(Icoc)을 비교하여, 비교 결과를 출력하여 제어부(170)로 전달한다. 이러한 과충전 전류 비교기(163)는 충방전 전류에 대한 전압(Icd)이 과충전 기준 전류에 대한 전압(Icoc)보다 크면, 하이 레벨(high level)의 출력 신호를 제어부(170)로 인가한다.
그리고 과방전 전류 비교기(164)는 측정부(130)에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압(Icd)을, 저장부(140)에서 읽어져서 D/A 컨버터(150)를 통해 전달되는 아날로그 보호 레벨 스펙의 데이터인 과방전 기준 전류와 비교한다. 여기서 측정부(130)에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압은 센서 저항(Rs)에 인가되는 전압을 의미한다. 그리고 저장부(140)에서 읽어지는 과방전 기준 전류는 과방전 여부를 판단하기 위한 기준 전류를 센서 저항(Rs)에 대한 전압 값으로 변환한 값이다. 즉, 과방전 전류 비교기(164)는 측정부(130)에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압(Icd)과 과방전 기준 전류에 대한 전압(Idoc)을 비교한다. 그리고 과방전 전류 비교기(164)는 충방전 전류에 대한 전압(Icd)과 과방전 기준 전류에 대한 전압(Idoc)을 비교하여, 비교 결과를 출력하여 제어부(170)로 전달한다. 이러한 과방전 전류 비교기(164)는 충방전 전류에 대한 전압(Icd)이 과방전 기준 전류에 대한 전압(Idoc)보다 작으면, 로우 레벨(low level)의 출력 신호를 제어부(170)로 인가한다.
마지막으로 단락 비교기(165)는 측정부(130)에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압(Icd)을, 고정값으로 설정되어 있는 단락 기준 전압(Vsc)과 비교한다. 그리고 단락 비교기(165)는 충방전 전류에 대한 전압(Icd)과 단락 기준 전압(Vsc)을 비교하여, 비교 결과를 출력하여 제어부(170)로 전달한다. 이러한 단란 비교기(165)는 충방전 전류에 대한 전압(Icd)이 단락 기준 전압(Vsc) 보다 크면, 하이(high) 레벨의 출력 신호를 출력하여 제어부(170)로 인가한다.
그리고 비교기(160)의 내부 구조는 도 5에 도시된 비교기(160a)와 같이, 과충전 전압 비교기(161), 과방전 전압 비교기(162), 과충전 전류 비교기(163), 과방전 전류 비교기(164) 및 단락 비교기(165a)로 이루어질 수 있다.
상기 과충전 전압 비교기(161), 과방전 전압 비교기(162), 과충전 전류 비교기(163) 및 과방전 전류 비교기(164)는 도 2의 비교기(160)의 구성과 동일하므로, 단락 비교기(165a)를 위주로 설명하고자 한다.
상기 단락 비교기(165a)는 측정부(130)에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압(Icd)을, 저장부(140)에서 읽어져서 D/A 컨버터(150)를 통해 전달되는 아날로그 보호 레벨 스펙의 데이터인 단락 기준 전압(Vsca)과 비교한다.
이때 저장부(140)에 저장되는 보호 레벨 스펙은 과충전 기준 전압, 과방전 기준 전압, 과충전 기준 전류 및 과방전 기준 전류에 대한 데이터뿐만 아니라, 배터리(200)를 단락으로부터 보호하기 위해, 기준이 되는 단락 기준 전압에 대한 데이터를 더 포함한다. 여기서 보호 레벨 스펙에 포함되는 단락 기준 전압에 대한 데이터는 셀 단자(110)에 연결되는 배터리(200)의 특성에 따른 값이 된다.
그리고 측정부(130)에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압은 센서 저항(Rs)에 인가되는 전압(Icd)을 의미한다. 그리고 저장부(140)에서 읽어지는 단락 기준 전압은 배터리 및 대전류 경로의 단락 여부를 판단하기 위한 전압 값이다.
그리고 단락 비교기(165a)는 충방전 전류에 대한 전압(Icd)과 D/A 컨버터(150)에서 전달된 단락 기준 전압(Vsca)을 비교하여, 비교 결과를 출력하여 제어부(170)로 전달한다. 이러한 단란 비교기(165a)는 충방전 전류에 대한 전압(Icd)이 단락 기준 전압(Vsc) 보다 크면, 하이(high) 레벨의 출력 신호를 출력하여 제어부(170)로 인가한다.
그리고 제어부(170)는 충/방전 FET(180)와 전기적으로 연결되어, 배터리(200) 충전 시에는 충전 FET(CFET)를 제어하여 충전 동작을 제어하고, 방전 시에는 방전 FET(DFET)를 제어하여 방전 동작을 제어한다. 또한, 제어부(170)는 비교부(160)와 전기적으로 연결되어, 비교부(160)에서 인가되는 각 비교기들의 출력 신호에 의해 과충전, 과방전 및 단락 여부를 판단하여 충/방전 FET(180)의 구동을 제어한다. 즉, 제어부(170)는 과방전, 과충전 또는 단락에 의한 과전류 발생 시에 충/방전 FET(180)를 제어하여 충전 또는 방전이 이루어지지 않도록 전기적 흐름을 차단하는 역할을 한다.
이러한 제어부(170)는 비교부(160)의 과충전 전압 비교기(161)와 과충전 전류 비교기(163)에서 출력되는 신호 중 적어도 하나가 하이레벨이면, 배터리 팩(10)에 과충전이 발생된 것으로 판단한다. 이때, 제어부(170)는 배터리 팩(10)의 과충전에 의한 구동을 방지하기 위해서 충/방전 FET(180)의 충전 FET(CFET)을 오프 시킨다.
또한 제어부(170)는 비교부(160)의 과방전 전압 비교기(162)와 과방전 전류 비교기(164)에서 출력되는 신호 중 적어도 하나가 로우레벨이면, 배터리 팩(10)에 과방전이 발생된 것으로 판단한다. 이때, 제어부(170)는 배터리 팩(10)의 과방전에 의한 구동을 방지하기 위해서 충/방전 FET(180)의 방전 FET(DFET)을 오프 시킨다.
또한 제어부(170)는 비교부(160)의 단락 비교기(165)에서 출력되는 신호가 하이레벨이면, 배터리 팩(10)에 단락(short-circuiting)이 발생된 것으로 판단한다. 이때 제어부(170)는 배터리 팩(10)의 구동을 방지하기 위해서 충/방전 FET(180)을 모두 오프 시킨다.
그리고 충/방전 FET(180)는 셀 단자(110)와 외부 단자(120) 사이인 대전류 경로에 연결된 충전 FET(CFET)과 방전 FET(DFET)를 포함하며, 제어부(170)에 제어전극이 전기적으로 연결되어, 제어부(170)의 제어에 의해 구동된다. 이러한 충/방전 FET(180)는 방전 시에는 방전 FET(DFET)가 온 되고, 충전 시에는 충전 FET(CFET)가 온 되어, 배터리(200)의 방전 및 충전이 이루어지도록 한다.
또한, 충/방전 FET(180)는 과방전, 과충전, 과전류 등의 이상 동작 발생 시에, 제어부(170)의 제어 신호에 의해 오프 되어, 방전 및 충전 동작을 차단한다. 이러한 충/방전 FET(180)는 전계 효과 트랜지스터(FET : Field Effect Transistor)로 이루어지며, N형 전계 효과 트랜지스터 또는 P형 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.
이와 같은 본 발명의 배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩은 배터리(200)의 특성에 따른 보호 레벨 스펙을 설정할 수 있고, 신규 배터리팩에도 손쉽게 적용 가능하므로, 신규 배터리팩의 보호회로(100)를 제작하기 위한 기종 변환 손실(job change loss)을 최소화 할 수 있으며, 보호회로의 공용화가 가능하다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 배터리 팩의 보호회로 및 이를 포함하는 배터리팩을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10; 배터리 팩 100; 배터리 팩의 보호회로
110; 셀 단자 120; 외부 단자
130; 측정부 140; 저장부
150; D/A 컨버터 160, 160a; 비교부
170; 제어부 180; 충/방전 FET
200; 배터리

Claims (11)

  1. 충전기 또는 외부세트와 연결되는 외부 단자;
    배터리가 연결되는 셀 단자;
    상기 셀 단자에 연결될 배터리를 보호하기 위한 과충전/과방전 기준 전류와 과충전/과방전 기준 전압에 대한 데이터인 보호 레벨 스펙이 저장되는 저장부;
    상기 저장부와 전기적으로 연결되어, 상기 저장부에 저장된 상기 보호레벨 스펙을 읽어서 아날로그 데이터인 아날로그 보호레벨 스펙으로 변환하는 D/A 컨버터;
    상기 셀 단자와 연결되어, 상기 셀 단자에 연결된 상기 배터리의 충방전 전압과, 충방전 전류를 측정하는 측정부;
    상기 측정부 및 상기 D/A 컨버터와 전기적으로 연결되어, 상기 측정부에서 측정된 충방전 전압 및 충방전 전류를 상기 D/A컨버터를 통해 인가되는 아날로그 보호레벨 스펙과 각각 비교하는 비교부;
    상기 셀 단자와 상기 외부 단자 사이에 직렬로 연결되어, 과충전/과방전 시 오프 되는 충/방전 FET; 및
    상기 비교부 및 충/방전 FET와 전기적으로 연결되어, 상기 비교부에서 출력되는 신호에 의해 과충전 및 과방전을 판단하고, 상기 충/방전 FET의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장부는 상기 셀 단자에 연결되는 배터리의 특성에 따른 보호레벨 스펙을 입력 받아, 저장하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 저장부와 전기적으로 연결되어, 상기 저장부에 저장되는 보호 레벨 스펙을 입력하기 위한 데이터 입력 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호회로.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장부는 복수의 보호 레벨 스펙이 저장되어 있으며,
    상기 셀 단자에 연결되는 상기 배터리의 특성에 따라 하나의 보호 레벨 스펙이 읽혀지도록 세팅되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호회로.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 저장부와 전기적으로 연결되어, 상기 저장부에 저장된 복수의 보호 레벨 스펙 중 하나의 보호 레벨 스펙이 읽혀지도록 선택하기 위한 데이터 입력 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호회로.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 비교부는
    상기 측정부에서 측정된 충방전 전압을 상기 D/A 컨버터에서 전달되는 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과충전 기준 전압과 비교하는 과충전 전압 비교기; 및
    상기 측정부에서 측정된 충방전 전압을 상기 D/A 컨버터에서 전달되는 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과방전 기준 전압과 비교하는 과방전 전압 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호회로.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 비교부는
    상기 측정부에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압을 상기 D/A 컨버터에서 전달되는 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과충전 기준 전류에 대한 전압과 비교하는 과충전 전류 비교기; 및
    상기 측정부에서 측정된 충방전 전류에 대한 전압을 상기 D/A 컨버터에서 전달되는 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과방전 기준 전류에 대한 전압과 비교하는 과방전 전류 비교기로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호회로.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 비교부는 상기 측정부에서 측정된 충방전 전압을 설정된 단락 기준 전압과 비교하는 단락 비교기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호회로.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 저장부에 저장되는 보호레벨 스펙은 배터리의 단락 여부를 판단하기 위한 단락 기준 전압을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호회로.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 충/방전 FET는
    상기 셀 단자와 상기 외부 단자 사이에 연결되어, 상기 측정부에서 측정된 충방전 전압과 충방전 전류가 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과충전 기준 전압과 과충전 기준 전류 중 어느 하나를 초과하면 상기 제어부의 제어에 의해 오프 되는 충전 FET; 및
    상기 셀 단자와 상기 외부 단자 사이에 상기 충전 FET와 직렬로 연결되어, 상기 측정부에서 측정된 충방전 전압과 충방전 전류가 상기 아날로그 보호레벨 스펙의 과방전 기준 전압과 과방전 기준 전류 중 어느 하나 미만이면 상기 제어부의 제어에 의해 오프 되는 방전 FET를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 보호회로.
  11. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 청구항에 기재된 배터리 팩의 보호회로를 구비하는 배터리 팩.
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