KR20170100271A - 배터리 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

배터리 보호 회로는, 배터리 셀의 제1전극에 직렬로 연결되는 충전 스위치, 상기 배터리 셀의 제2전극에 일단이 연결되는 제1저항, 충전 제어 전류를 출력하는 충전 제어부, 상기 충전 제어 전류에 따라서, 상기 제1저항의 타단과 상기 충전 스위치의 제어 단자를 연결하거나 차단하는 스위칭 회로, 상기 배터리 셀의 충전 경로에 직렬로 연결되며, 제어 단자로 인가되는 전압에 따라서 상기 충전 경로를 차단하는 퓨즈 소자, 그리고 상기 제1저항의 양단 전압에 따라서, 상기 퓨즈 소자의 제어 단자로 인가되는 전압을 스위칭하는 퓨즈 구동 회로를 포함할 수 있다.

Description

배터리 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩{BATTERY PROTECTION CIRCUIT AND BATTERY PACK INCLUDING SAME}
실시 예는 배터리 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
2차 전지(secondary battery)는 충방전이 가능하여, 다양한 휴대 전자 기기에 적용되고 있다. 2차 전지는 그 충방전 회로와 결합하여 배터리 팩으로 구성되며, 배터리 팩에 구비된 팩 단자를 통해 외부 전원에 의한 충전과 외부 부하로의 방전이 이루어진다.
배터리 팩은 충방전 시 발생할 수 있는 단락, 단선, 과전류, 과전압 등의 문제로부터 2차 전지를 구성하는 배터리 셀을 보호하기 위해 배터리 보호 회로를 포함한다. 배터리 보호 회로는 과충전 및 과방전 보호를 위해 능동적으로 퓨즈(fuse)를 오픈시키는 자가 제어 보호(Self Control Protection, SCP) 소자를 포함하기도 한다.
통상적으로 배터리 보호 회로에 포함된 SCP 소자를 동작시키는 방법은 MCU(Micro Controller Unit)를 이용하는 방법과 추가 보호 IC를 이용하는 방법으로 나누어진다.
MCU를 이용하는 경우, 배터리 팩 내부에 탑재된 MCU가 배터리 셀의 과충전 상황이나 과방전 상황을 감지하여 SCP 소자를 동작시킨다. 추가 보호 IC를 이용하는 경우, 배터리 팩 내부에 충방전 제어를 위한 배터리 IC 외에 SCP 소자를 동작시키기 위한 보호 IC를 추가로 탑재하고, 추가 보호 IC가 각 배터리 셀의 과충전 상황이나 과방전 상황을 감지하여 SCP를 동작시킨다.
전술한 바와 같이 MCU나 추가적인 보호 IC를 사용하여 SCP 소자를 동작시킬 경우, 과충전 상황이나 과방전 상황을 능동적으로 차단할 수 있는 반면에, 배터리 보호 회로의 단가가 상승하는 문제가 있다.
실시 예를 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는 MCU나 추가적인 보호 IC의 사용 없이도 퓨즈를 능동적으로 동작시킬 수 있는 배터리 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 배터리 보호 회로는, 배터리 보호 회로는, 배터리 셀의 제1전극에 직렬로 연결되는 충전 스위치, 상기 배터리 셀의 제2전극에 일단이 연결되는 제1저항, 충전 제어 전류를 출력하는 충전 제어부, 상기 충전 제어 전류에 따라서, 상기 제1저항의 타단과 상기 충전 스위치의 제어 단자를 연결하거나 차단하는 스위칭 회로, 상기 배터리 셀의 충전 경로에 직렬로 연결되며, 제어 단자로 인가되는 전압에 따라서 상기 충전 경로를 차단하는 퓨즈 소자, 그리고 상기 제1저항의 양단 전압에 따라서, 상기 퓨즈 소자의 제어 단자로 인가되는 전압을 스위칭하는 퓨즈 구동 회로를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀, 제1 및 제2 팩 단자, 상기 배터리 셀의 제1전극과 상기 제1팩 단자 사이에 직렬로 연결되는 충전 스위치, 상기 배터리 셀의 제2전극에 일단이 연결되는 제1저항, 충전 제어 전류를 출력하는 충전 제어부, 상기 충전 제어 전류에 따라서, 상기 제1저항의 타단과 상기 충전 스위치의 제어 단자를 연결하거나 차단하는 스위칭 회로, 상기 배터리 셀의 제2전극과 상기 제2팩 단자 사이에 직렬로 연결되며, 제어 단자로 인가되는 전압에 따라서 상기 충전 경로를 차단하는 퓨즈 소자, 그리고 상기 제1저항의 양단 전압에 따라서, 상기 퓨즈 소자의 제어 단자로 인가되는 전압을 스위칭하는 퓨즈 구동 회로를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따른 배터리 보호 회로는 MCU나 추가적인 IC의 사용 없이도 능동적으로 퓨즈를 동작시키는 것이 가능하여, 저비용으로 구현될 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 배터리 팩의 구체적인 예를 도시한 것이다.
도 3은 충전 스위치가 손상된 경우 실시 예에 따른 배터리 보호 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 실시 예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
실시 예들을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이도록 한다. 따라서 이전 도면에 사용된 구성요소의 참조 번호를 다음 도면에서 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시 예들은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 및 영역을 과장하여 나타낼 수 있다.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시 예에 따른 배터리 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 2는 실시 예에 따른 배터리 팩의 구체적인 예를 도시한 것이다. 도 3은 충전 스위치가 손상된 경우 실시 예에 따른 배터리 보호 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 배터리 팩(10)은, 배터리 셀(100), 배터리 보호 회로(200) 및 팩 단자들(310, 320)를 포함할 수 있다.
배터리 보호 회로(200)는 배터리 셀(100)과 팩 단자들(310, 320) 사이에 전기적으로 연결되며, 배터리 셀(100)의 충방전 시 발생할 수 있는 단락, 단선, 과전류, 과전압 등의 문제로부터 배터리 셀(100)을 보호한다.
배터리 보호 회로(200)는, 전원 공급 회로(210), 충전 제어부(220), 스위칭 회로(230), 퓨즈 소자(240), 퓨즈 구동 회로(250), 충전 스위치(T1) 및 저항들(R1, R2)을 포함할 수 있다.
전원 공급 회로(210)는 배터리 셀(100)의 양극(positive electrode)에 전기적으로 연결되며, 배터리 셀(100)의 양극으로부터 공급되는 전압을 충전 제어부(220)의 동작 전원으로 공급할 수 있다. 또한, 전원 공급 회로(210)는 제1저항(R1)을 통해 배터리 셀(100)의 양극으로부터 공급되는 전압을 스위칭 회로(230)에 전달할 수 있다.
도 2를 예로 들면, 전원 공급 회로(210)는, 배터리 셀(100)의 양극에 직렬로 연결되는 제1다이오드(D1) 및 제3저항(R3), 그리고 제1커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 제1다이오드(D1)는 애노드(anode) 및 캐소드(cathode)가 배터리 셀(100)의 양극과 제3저항(R3)에 각각 연결된다. 제3저항(R3)은 양단이 제1다이오드(D1)의 캐소드와 제1커패시터(C1)에 각각 연결된다. 제1커패시터(C1)는 일단이 제3저항(R3)에 연결되고, 타단이 접지된다. 제3저항(R3)에서 제1커패시터(C1)과 연결되는 일단에는, 충전 제어부(220)의 전원 공급 단자(Vcc) 및 제1저항(R1)이 연결될 수 있다.
전원 공급 회로(210)에서 제1다이오드(D1) 및 제3저항(R3)은 배터리 셀(100)의 양극에서 공급되는 전압을 충전 제어부(220)의 전원 공급 단자(Vcc) 및 제1저항(R1)으로 전달하며, 제1커패시터(C1)는 전원 공급 회로(210)에 의해 충전 제어부(220)의 전원 공급 단자(Vcc) 및 제1저항(R1)으로 전달되는 전압을 일정하게 유지할 수 있다.
충전 제어부(220)는 충전 제어 단자(CHG)를 통해서 스위칭 회로(230)에 충전 제어 전류(Icontrol)를 공급할 수 있다.
충전 제어 전류(Icontrol)는 온 레벨 또는 오프 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 충전 제어 전류(Icontrol)가 온 레벨일 경우 6uA의 전류 값을 가질 수 있다. 또한, 충전 제어부(220)가 충전 제어 단자(CHG)를 오픈한 경우, 충전 제어 전류(Icontrol)는 하이 임피던스(High impedance)에 의해 오프 레벨일 수 있다.
충전 제어부(220)는 배터리 셀(100)의 충전 전압이 과충전 전압 미만인 상태에서 배터리 팩(10)에 충전 장치(20)가 연결되면, 충전 제어 단자(CHG)로 온 레벨의 충전 제어 전류(Icontrol)를 출력할 수 있다. 충전 제어부(220)는 배터리 셀(100)의 충전 전압이 과충전 전압 이상이거나 충전 장치(20)가 배터리 팩(10)으로부터 분리되면, 충전 제어 단자(CHG)로 오프 레벨의 충전 제어 전류(Icontrol)를 출력할 수 있다.
충전 제어부(220)는 전원 공급 단자(Vcc)를 통해서 전원 공급 회로(210)로부터 전원을 공급받아 충전 제어 전류(Icontrol)를 생성할 수 있다.
충전 제어부(220)는 배터리 IC일 수 있고, 저비용을 위해서 MCU를 내장하지 않을 수 있다. 또한 충전 제어부(220)는 소모 전력을 최소화하기 위해서, 오픈-드레인 타입의 커런트 소스 방식을 채택할 수 있다.
제1저항(R1)은 전원 공급 회로(210)와 스위칭 회로(230) 사이에 연결된다. 제1저항(R1)은 일단이 전원 공급 회로(210)에 연결되고, 타단이 스위칭 회로(230)에 연결될 수 있다. 제1저항(R1)은 전원 공급 회로(210)를 통해 배터리 셀(100)의 양극에 연결되며, 배터리 셀(100)로부터 공급되는 전압을 스위칭 회로(230)로 전달할 수 있다.
스위칭 회로(230)는 충전 제어부(220)로부터 출력되는 충전 제어 전류(Icontrol)에 따라서 제1저항(R1)과 충전 스위치(T1)의 제어 단자를 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 회로(230)는 충전 제어 전류(Icontrol)가 온 레벨인 경우, 제1저항(R1)과 충전 스위치(T1)의 제어 단자를 도통시킨다. 또한, 스위칭 회로(230)는 충전 제어 전류(Icontrol)가 오프 레벨인 경우, 제1저항(R1)과 충전 스위치(T1)의 제어 단자 간의 연결을 차단한다.
도 2를 예로 들면, 스위칭 회로(230)는 서로 직렬로 연결되는 제1 및 제2스위치(T2, T3), 그리고 제4저항(R4)을 포함할 수 있다. 스위칭 회로(230)는 충전 제어부(220)의 충전 제어 단자(CHG)에 직렬로 연결되는 제2다이오드(D2) 및 제5저항(R5)을 추가로 포함할 수 있다.
제1스위치(T2)는 제1 및 제2단자가 각각 제1저항(R2)의 타단 및 충전 스위치(T1)의 제어 단자에 연결되며, 제어 단자가 충전 제어부(220)의 충전 제어 단자(CHG)에 연결될 수 있다. 제2스위치(T3)는 제1 및 제2단자가 각각 충전 스위치(T1)의 제1단자 및 제어 단자에 연결되고, 제어 단자가 충전 제어부(220)의 충전 제어 단자(CHG)에 연결된다. 제2스위치(T3)의 제1단자와 제어 단자 사이에는 제4저항(R4)이 연결될 수 있다.
제1 및 제2스위치(T2, T4)는 각각 NPN 트랜지스터 및 PNP 트랜지스터일 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2스위치(T2, T3)의 제1단자, 제2단자 및 제어 단자는 각각, 콜렉터 단자, 에미터 단자 및 베이스 단자일 수 있다.
제1 및 제2스위치(T2, T3)는 제어 단자가 서로 연결되고, 제2단자가 서로 연결되어 푸시 풀(push pull) 회로로 동작할 수 있다. 제1 및 제2스위치(T2, T3)로 구성된 푸시 풀 회로는, 충전 제어부(220)의 충전 제어 단자(CHG)에서 출력되는 충전 제어 전류(Icontrol)에 따라서 충전 스위치(T1)의 제어 단자로 인가되는 전압을 스위칭할 수 있다.
충전 제어부(220)의 충전 제어 단자(CHG)에서 온 레벨의 충전 제어 전류(Icontrol)를 출력되면, 푸시 풀 회로의 제1스위치(T2)는 턴 온되고, 제2스위치(T3)는 턴 오프된다. 이에 따라, 충전 스위치(T1)의 제어 단자와 제1저항(R1)이 도통되어 배터리 셀(100)의 양극에서 공급된 전압이 제1저항(R1)을 경유하여 충전 스위치(T1)의 제어 단자로 인가되고, 충전 스위치(T1)가 턴 온 된다.
반면에, 충전 제어부(220)의 충전 제어 단자(CHG)에서 오프 레벨의 충전 제어 전류(Icontrol)가 출력되면, 푸시 풀 회로의 제1스위치(T2)가 턴 오프되고 제2스위치(T3)는 턴 온된다. 이에 따라, 충전 스위치(T1)의 제어 단자와 제2스위치(T3)의 제1단자가 도통되어, 충전 스위치(T1)가 턴 오프 된다.
제1 및 제2스위치(T2, T3)의 제어 단자와 충전 제어부(220) 의 충전 제어 단자(CHG) 사이에는 제2다이오드(D1)가 직렬 연결되어, 충전 제어부(220)의 충전 제어 단자(CHG)로 전류가 역류되는 것을 방지할 수 있다.
충전 스위치(T1)는 배터리 셀(100)의 충전 경로에 직렬로 연결되며, 스위칭 회로(230)로부터 충전 스위치(T1)의 제어 단자로 공급되는 전압에 따라서 배터리 팩(10)의 충전 경로를 차단하거나 연결할 수 있다. 충전 경로는, 팩 단자들(310, 320)을 통해 연결되는 충전 장치(20)와 배터리 셀(100) 사이의 전류 경로이다. 충전 경로는, 이 경로를 통해 흐르는 전류의 크기가 비교적 크기 때문에 대전류 경로라 명명하여 사용하기도 한다.
도 2를 예로 들면, 충전 스위치(T1)는 배터리 셀(100)의 음극(negative electrode)과 연결되는 충전 경로에 직렬로 연결될 수 있다. 충전 스위치(T1)는 제1 및 제2단자가 각각 배터리 팩(10)의 음극 팩 단자(320)와 배터리 셀(100)의 음극에 연결된다. 충전 스위치(T1)는 스위칭 회로(230)에 의해 제어 단자에 인가되는 전압에 따라서 배터리 팩(10)의 음극 팩 단자(320)와 배터리 셀(100)의 음극 사이를 도통시키거나 차단함으로써, 충전 경로를 연결하거나 차단한다.
충전 스위치(T1)는 N채널 전계효과 트랜지스터일 수 있다. 이 경우, 충전 스위치의 제1단자, 제2단자 및 제어 단자는 각각 소스 단자, 드레인 단자 및 게이트 단자일 수 있다.
충전 스위치(T1)의 제1단자와 제어 단자 사이에는 제2저항(R2)이 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)은 충전 스위치(T1)의 제어 단자의 전압이 정의할 수 없는 상태에 빠지는 것을 방지하는 풀-다운 저항이다.
퓨즈 소자(240)는 배터리 셀(100)의 충전 경로에 직렬 연결되며, 배터리 셀(100)의 충전 경로를 차단할 수 있다.
도 2를 예로 들면, 퓨즈 소자(240)는 자가 제어 보호(Self Control Protection, SCP) 소자로서, 배터리 셀(100)의 충전 경로에 직렬 연결되는 한 쌍의 퓨즈(F1, F2)와, 퓨즈들(F1, F2)과 병렬 연결되는 발열용 저항들(RF1, RF2)을 포함할 수 있다.
퓨즈 소자(240)를 구성하는 한 쌍의 퓨즈들(F1, F2)은 배터리 셀(100)의 양극과 양극 팩 단자(310) 사이에 직렬로 연결된다. 제1퓨즈(F1)와 제2퓨즈(F2) 사이의 접점과 퓨즈 소자(240)의 제어 단자 사이에는 발열용 저항들 (RF1, RF2)이 병렬 연결된다. 발열용 저항들(RF1, RF2)은 퓨즈 소자(240)의 제어 단자로 인가되는 전압에 따라서 발열하며, 퓨즈들(F1, F2)은 발열용 저항들 (RF1, RF2)의 발열로 인해 용단되어 배터리 셀(100)의 충전 경로를 차단할 수 있다.
예를 들어, 퓨즈 소자(240)의 제어 단자가 배터리 셀(100)의 음극(또는 접지)과 연결되면, 대전류 경로를 통해 흐르는 전류가 제1퓨즈(F1)를 통해 발열용 저항들(RF1, RF2)로 유입되어 발열용 저항들(RF1, RF2)이 발열한다. 이에 따라, 발열용 저항(RF1, RF2)에서 방출되는 열에 의해 퓨즈(F1, F2)가 용단되어 배터리 셀(100)의 충전 경로가 차단된다.
퓨즈 구동 회로(250)는 제1저항(R1)의 양단 전압을 감지하고, 제1저항(R1)의 양단 전압에 따라서 퓨즈 소자(240)의 제어 단자로 퓨즈(F1, F2)의 용단에 필요한 전압을 인가할 수 있다. 퓨즈 구동 회로(250)는 제1저항(R1)의 양단 전압 차가 소정 치 이상이면, 퓨즈 소자(240)의 제어 단자로 퓨즈(F1, F2)의 용단에 필요한 전압을 인가하여 퓨즈(F1, F2)를 용단시킬 수 있다.
도 2를 예로 들면, 퓨즈 구동 회로(250)는 제1 및 제2퓨즈 구동 스위치(T4, T5)와 저항들(R6, R7)을 포함할 수 있다. 퓨즈 구동 회로(250)는 제1저항(R1) 양단의 전압을 안정적으로 유지하여 제1저항(R1) 또는 제1퓨즈 구동 스위치(T4)가 손상되는 것을 방지하기 위해, 제1저항(R1)과 병렬 연결되는 제어 다이오드(ZD)를 더 포함할 수도 있다.
제1퓨즈 구동 스위치(T4)는 제1단자가 제1저항(R1)의 일단에 연결되고, 제어 단자가 각각 제1저항(R1)의 타단에 연결된다. 즉, 제1퓨즈 구동 스위치(T4)의 제1단자는 제1저항(R1)과 전원 공급 회로(210) 사이의 접점에 연결되고, 제어 단자는 제1저항(R1)과 스위칭 회로(230) 사이의 접점에 연결된다. 제1퓨즈 구동 스위치(T4)의 제어 단자는 제6저항(R6)을 경유하여 제2퓨즈 구동 스위치(T5)의 제어 단자에 연결된다.
제2퓨즈 구동 스위치(T5)는 제1 및 제2단자가 각각 배터리 셀(100)의 음극(또는 접지)과 퓨즈 소자(240)의 제어 단자에 연결되고, 제어 단자는 제6저항(R6)을 경유하여 제1퓨즈 구동 스위치(T4)의 제2단자에 연결된다. 제2퓨즈 구동 스위치(T5)의 제1단자 및 제어 단자 사이에는 제7저항(R7)이 연결된다.
제1퓨즈 구동 스위치(T4) 및 제2퓨즈 구동 스위치(T5)는 각각 P채널 전계 효과 트랜지스터 및 N채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2퓨즈 구동 스위치(T4, T5)의 제1단자, 제2단자 및 제어 단자는 각각 소스 단자, 드레인 단자 및 게이트 단자일 수 있다.
제1퓨즈 구동 스위치(T4)는 제1저항(R1)의 양단 전압을 감지하여, 제1저항(R1)의 양단 전압이 소정치 이상이면 턴 온된다.
제1퓨즈 구동 스위치(T4)가 턴 온되면, 제1퓨즈 구동 스위치(T4)에 의해 전원 공급 회로(210)와 제2퓨즈 구동 스위치(T5)의 제어 단자가 연결된다. 이에 따라, 제2퓨즈 구동 스위치(T5)가 턴 온 되고, 제2퓨즈 구동 스위치(T5)에 의해 배터리 셀(100)의 음극(또는 접지)과 퓨즈 소자(240)의 제어 단자가 연결되어 퓨즈 소자(240)의 퓨즈(F1, F2)들이 용단된다.
반면에, 제1퓨즈 구동 스위치(T4)가 턴 오프되면, 전원 공급 회로(210)와 제2퓨즈 구동 스위치(T5)의 제어 단자 사이의 연결이 차단되어, 제2퓨즈 구동 스위치(T5)의 제어 단자는 배터리 셀(100)의 음극(또는 접지)과 연결된다. 이에 따라, 제2퓨즈 구동 스위치(T5)가 턴 오프 되고, 배터리 셀(100)의 음극(또는 접지)과 퓨즈 소자(240) 사이의 연결이 차단된다.
이하, 도 2의 배터리 보호 회로의 동작에 대해 상세히 설명하기로 한다.
충전 제어부(220)는 배터리 셀(100)의 충전 전압이 과충전 전압 미만인 상태에서 배터리 팩(10)에 충전 장치(20)가 연결되면, 온 레벨의 충전 제어 전류(Icontrol)를 출력한다. 충전 제어부(220)로부터 온 레벨의 충전 제어 전류(Icontrol)가 출력되면, 스위칭 회로(230)는 제1저항(R1)과 충전 스위치(T1)의 제어 단자를 도통시키고, 이로 인해 배터리 셀(100)의 양극에서 공급된 전압이 제1저항(R1)을 경유하여 충전 스위치(T1)의 제어 단자로 인가된다. 배터리 셀(100)의 양극에서 공급된 전압이 제1저항(R1)을 경유하여 충전 스위치(T1)의 제어 단자로 인가되면, 충전 스위치(T1)가 턴 온되어 배터리 셀(100)의 충전 경로를 연결하고, 이로 인해 배터리 셀(100)의 충전이 이루어진다.
충전 제어부(220)는 배터리 셀(100)의 충전 전압이 과충전 전압 이상이거나 충전 장치(20)가 배터리 팩(10)으로부터 분리되면, 오프 레벨의 충전 제어 전류(Icontrol)를 출력한다. 충전 제어부(220)로부터 오프 레벨의 충전 제어 전류(Icontrol)가 출력되면, 스위칭 회로(230)는 제1저항(R1)과 충전 스위치(T1)의 제어 단자 사이의 연결을 차단한다. 이에 따라, 충전 스위치(T1)는 턴 오프되어 배터리 셀(100)의 충전 경로를 차단하고, 이로 인해 배터리 셀(100)의 충전이 차단된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 충전 스위치(T1)가 파괴(Fail)되어 충전 스위치(T1)의 제1단자와 제어 단자가 쇼트되는 경우, 충전 스위치(T1)는 배터리 셀(100)의 음극 단자에 연결되는 다이오드로 동작한다. 이 상태에서, 스위칭 회로(230)에 의해 제1저항(R1)과 충전 스위치(T1)의 제어 단자가 연결되면, 제1저항(R1)이 일단은 전원 공급 회로(210)를 통해 배터리 셀(100)의 양극에 연결되고, 제1저항(R1)의 타단은 충전 스위치(T1)에 의해 배터리 셀(100)의 음극에 연결된다. 이에 따라, 제1저항(R1) 양단의 전압차가 증가하게 되고, 제1 및 제2퓨즈 구동 스위치(T4, T5)가 턴 온 된다. 제1 및 제2퓨즈 구동 스위치(T4, T5)가 턴 온되면, 퓨즈 소자(240)의 제어 단자는 배터리 셀(100)의 음극(또는 접지)에 연결되고, 이로 인해 퓨즈(F1, F2)가 용단되어 배터리 셀(100)의 충전 경로가 차단된다.
전술한 실시 예에 따르면, 배터리 보호 회로(200)는 배터리 셀(100)의 충전 상태에 따라서 충전 경로를 연결하거나 차단하여, 배터리 셀(100)이 과충전되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 배터리 보호 회로(200)는 충전 스위치(T1)의 손상(Fail)을 감지하고, 충전 스위치(T1)가 손상되면 퓨즈를 동작시켜 충전 경로를 차단함으로써, 배터리 셀(100)이 과충전되는 것을 방지할 수도 있다.
또한, 배터리 보호 회로(200)는 MCU나 추가적인 보호 IC의 사용 없이도, 충전 스위치(T1)의 손상을 감지하여 퓨즈를 능동적으로 동작시킴으로써, 저비용으로 구현이 가능한 장점이 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 배터리 보호 회로(200)는 충전과 관련된 구성만을 포함하도록 도시되어 있으나, 배터리 보호 회로(200)는 다른 보호 기능을 수행하기 위해 추가 회로 구성을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배터리 보호 회로는 방전과 관련된 보호 기능을 수행하기 위해 방전 스위치를 더 포함할 수 있다.
또한, 전술한 실시 예에서는 퓨즈 구동 회로가 충전 스위치의 손상을 감지하여 충전 경로를 차단하는 경우에 대해 설명하였으나, 퓨즈 구동 회로는 방전 스위치에 대해서도 동일한 방법으로 손상을 감지하여 충전 경로를 차단할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 배터리 팩
20: 충전 장치
100: 배터리 셀
200: 배터리 보호 회로
210: 전원 공급 회로
220: 충전 제어부
230: 스위칭 회로
240: 퓨즈 소자
250: 퓨즈 구동 회로
310, 320: 팩 단자
T1: 충전 스위치
R1: 제1저항

Claims (13)

  1. 배터리 셀의 제1전극에 직렬로 연결되는 충전 스위치,
    상기 배터리 셀의 제2전극에 일단이 연결되는 제1저항,
    충전 제어 전류를 출력하는 충전 제어부,
    상기 충전 제어 전류에 따라서, 상기 제1저항의 타단과 상기 충전 스위치의 제어 단자를 연결하거나 차단하는 스위칭 회로,
    상기 배터리 셀의 충전 경로에 직렬로 연결되며, 제어 단자로 인가되는 전압에 따라서 상기 충전 경로를 차단하는 퓨즈 소자, 그리고
    상기 제1저항의 양단 전압에 따라서, 상기 퓨즈 소자의 제어 단자로 인가되는 전압을 스위칭하는 퓨즈 구동 회로를 포함하는 배터리 보호 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 퓨즈 소자는 자가 제어 보호(Self Control Protection, SCP) 소자인 배터리 보호 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 퓨즈 소자는 상기 배터리 셀의 제2전극에 직렬로 연결되는 퓨즈 및 상기 퓨즈와 상기 퓨즈 소자의 제어 단자 사이에 병렬로 연결되는 적어도 하나의 발열용 저항을 포함하며,
    상기 발열용 저항은 상기 퓨즈 소자의 제어 단자에 인가되는 전압에 따라서 발열하는 배터리 보호 회로.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 퓨즈 구동 회로는,
    상기 배터리 셀의 제1전극과 상기 퓨즈 소자의 제어 단자 사이에 연결되는 N채널 트랜지스터, 그리고
    상기 제1저항의 양단에 제1단자 및 제어 단자가 연결되고, 상기 N채널 트랜지스터의 제어 단자에 제2단자가 연결되는 P채널 트랜지스터를 포함하는 배터리 보호 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 P채널 트랜지스터는, 상기 제1저항의 양단 전압이 상기 P채널 트랜지스터의 문턱 전압을 초과하면 턴 온되며, 턴 온 시 상기 제1저항의 일단에 인가되는 전압을 상기 N채널 트랜지스터의 제어 단자로 전달하는 배터리 보호 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 N채널 트랜지스터는, 상기 P채널 트랜지스터를 통해 제어 단자로 공급되는 전압에 따라서 턴 온되며, 턴 온 시 상기 배터리 셀의 제1전극을 상기 퓨즈 소자의 제어 단자에 연결하는 배터리 보호 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 회로는,
    상기 제1저항의 타단 및 상기 충전 스위치의 제어 단자 사이에 연결되며, 상기 충전 제어 전류에 따라서 상기 제1저항의 타단과 상기 충전 스위치의 제어 단자를 연결하는 트랜지스터를 포함하는 배터리 보호 회로.
  8. 배터리 셀,
    제1팩 단자 및 제2팩 단자,
    상기 배터리 셀의 제1전극과 상기 제1팩 단자 사이에 직렬로 연결되는 충전 스위치,
    상기 배터리 셀의 제2전극에 일단이 연결되는 제1저항,
    충전 제어 전류를 출력하는 충전 제어부,
    상기 충전 제어 전류에 따라서, 상기 제1저항의 타단과 상기 충전 스위치의 제어 단자를 연결하거나 차단하는 스위칭 회로,
    상기 배터리 셀의 제2전극과 상기 제2팩 단자 사이에 직렬로 연결되며, 제어 단자로 인가되는 전압에 따라서 상기 충전 경로를 차단하는 퓨즈 소자, 그리고
    상기 제1저항의 양단 전압에 따라서, 상기 퓨즈 소자의 제어 단자로 인가되는 전압을 스위칭하는 퓨즈 구동 회로를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 퓨즈 소자는 자가 제어 보호(Self Control Protection, SCP) 소자이고,
    상기 퓨즈 소자는 상기 배터리 셀의 제2전극과 상기 제2팩 단자 사이에 직렬로 연결되는 퓨즈 및 상기 퓨즈와 상기 퓨즈 소자의 제어 단자 사이에 병렬로 연결되는 적어도 하나의 발열용 저항을 포함하며,
    상기 발열용 저항은 상기 퓨즈 소자의 제어 단자에 인가되는 전압에 따라서 발열하는 배터리 팩.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 퓨즈 구동 회로는,
    상기 배터리 셀의 제1전극과 상기 퓨즈 소자의 제어 단자 사이에 연결되는 N채널 트랜지스터, 그리고
    상기 제1저항의 양단에 제1단자 및 제어 단자가 연결되고, 상기 N채널 트랜지스터의 제어 단자에 제2단자가 연결되는 P채널 트랜지스터를 포함하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 P채널 트랜지스터는, 상기 제1저항의 양단 전압이 상기 P채널 트랜지스터의 문턱 전압을 초과하면 턴 온되며, 턴 온 시 상기 제1저항의 일단에 인가되는 전압을 상기 N채널 트랜지스터의 제어 단자로 전달하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 N채널 트랜지스터는, 상기 P채널 트랜지스터를 통해 제어 단자로 공급되는 전압에 따라서 턴 온되며, 턴 온 시 상기 배터리 셀의 제1전극을 상기 퓨즈 소자의 제어 단자에 연결하는 배터리 팩.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 회로는,
    상기 제1저항의 타단 및 상기 충전 스위치의 제어 단자 사이에 연결되며, 상기 충전 제어 전류에 따라서 상기 제1저항의 타단과 상기 충전 스위치의 제어 단자를 연결하는 트랜지스터를 포함하는 배터리 팩.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017202349A1 (en) * 2016-05-27 2017-11-30 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Battery protection board, battery and mobile terminal
CN116487794A (zh) * 2017-01-09 2023-07-25 米沃奇电动工具公司 用于向电气设备提供输出电力的设备
KR102519119B1 (ko) * 2017-08-14 2023-04-06 삼성에스디아이 주식회사 배터리 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩
CN110350262B (zh) * 2018-04-02 2021-03-05 南京德朔实业有限公司 电池包及充电组合
US11451072B2 (en) * 2018-07-10 2022-09-20 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery system
DE102019102792B4 (de) * 2019-02-05 2021-08-19 Auto-Kabel Management Gmbh Schmelzvorrichtung, Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeug mit Schaltungsanordnung
US20210028632A1 (en) * 2019-07-25 2021-01-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery system
KR20210042655A (ko) 2019-10-10 2021-04-20 주식회사 엘지화학 히팅 패드 제어 장치
US11476690B2 (en) 2019-10-25 2022-10-18 Samsung Sdi Co., Ltd. Power supply system
KR20210070786A (ko) * 2019-12-05 2021-06-15 주식회사 엘지에너지솔루션 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩
TWI763242B (zh) * 2021-01-08 2022-05-01 和碩聯合科技股份有限公司 供電電路及其電源分配方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3982078B2 (ja) 1998-08-26 2007-09-26 ソニー株式会社 電池保護回路及び電子装置
JP3825387B2 (ja) * 2002-10-09 2006-09-27 ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 保護回路付き二次電池
KR101192146B1 (ko) 2006-03-27 2012-10-17 삼성에스디아이 주식회사 전지 팩
KR100807063B1 (ko) 2006-05-24 2008-02-25 삼성에스디아이 주식회사 전지 팩
JP4770918B2 (ja) 2008-11-18 2011-09-14 ソニー株式会社 電池パックおよび制御方法
CN102055211B (zh) 2009-11-10 2015-04-15 上海空间电源研究所 串联型顺序开关充电分流控制调节电路
JP2012060762A (ja) 2010-09-08 2012-03-22 Seiko Instruments Inc 充放電制御回路及びバッテリ装置
KR101213480B1 (ko) 2010-12-01 2012-12-20 삼성에스디아이 주식회사 배터리 보호회로 및 이의 제어방법
KR20130021839A (ko) 2011-08-24 2013-03-06 주식회사 파워로직스 배터리 보호회로의 퓨즈 어레이 지그 및 퓨즈 어레이 방법
US20130265010A1 (en) * 2012-04-06 2013-10-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Protective circuit module and battery pack
CN102709977A (zh) 2012-06-01 2012-10-03 常州鹰飞电子科技有限公司 带交流检测控制单元的太阳能发电***控制器
KR20140102072A (ko) * 2013-02-13 2014-08-21 페어차일드코리아반도체 주식회사 게이트 구동 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템
US10424915B2 (en) 2014-01-13 2019-09-24 Littelfuse, Inc. Secondary protection with permanent disable for a battery

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