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KR101182868B1 - 전지 팩 - Google Patents

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KR101182868B1
KR101182868B1 KR1020060020124A KR20060020124A KR101182868B1 KR 101182868 B1 KR101182868 B1 KR 101182868B1 KR 1020060020124 A KR1020060020124 A KR 1020060020124A KR 20060020124 A KR20060020124 A KR 20060020124A KR 101182868 B1 KR101182868 B1 KR 101182868B1
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KR
South Korea
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battery
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Prior art date
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KR1020060020124A
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Inventor
김종삼
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 전지 팩에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 간단한 회로 구조를 이용하여 2차 전지의 예비 충전과 주충전이 가능하고, 또한 예비 충전에서 주충전으로의 전환시 전지의 전류 충격을 억제하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 적어도 하나의 재충전 가능한 전지와, 전지와 병렬로 연결된 단자와, 전지와 단자 사이에 연결되어, 전지의 과충방전시 전지와 단자 사이의 충방전 경로를 차단하는 제1스위치와, 제1스위치에 연결되어, 제1스위치를 통해 예비 충전 전류, 주충전 전류 또는 예비 충전 전류와 주충전 전류 사이의 값을 갖는 전류가 흐르도록 제1스위치를 제어하는 제2스위치와, 전지에 연결되어, 전지의 과충방전 전압 및 전류를 감지하고, 감지된 과충방전 전압 및 전류에 따라 제2스위치 또는 제1스위치를 제어하는 제어부로 이루어진 전지 팩이 개시된다.
전지 팩, 예비 충전, 주충전, MOSFET, 전류 충격

Description

전지 팩{Battery pack}
도 1은 본 발명에 따른 전지 팩의 구성을 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지 팩의 충방전 상태를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전지 팩의 예비 충전 상태를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전지 팩의 예비 충전 상태에서 주충전 상태로의 전환 상태를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전지 팩의 주충전 상태를 도시한 회로도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 전지 팩
110; 전지 121,122; 단자
130; 제1스위치 131; 충전 스위치
131a; 기생 다이오드 132; 방전 스위치
132a; 기생 다이오드 140; 제2스위치
141; 주충전 스위치 142; 예비 충전용 저항
143; 예비 충전 스위치 150; 제어부
160; 전류 센서 201; 충전기
202; 외부 부하
본 발명은 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 상세히는 간단한 회로 구조를 이용하여 2차 전지의 예비 충전과 주충전이 가능하고, 또한 예비 충전에서 주충전으로의 전환시 전지의 전류 충격을 줄일 수 있는 전지 팩에 관한 것이다.
최근 휴대전화와 노트북 PC(Personal Computer)를 비롯하여 PDA(Personal Digital Assistants), 캠코더, 디지털카메라, MD(Mini Disk) 플레이어와 같은 고성능 모바일 기기가 계속 상품화되고 있다. 이러한 기기를 포터블(portable)화하는 핵심 부품의 하나가 2차 전지 즉, 재충전 가능한 전지이다. 전자 기기를 소형화, 경량화하기 위해 전지는 가급적 작고, 가벼우며, 오랜 동작 시간을 유지하기 위한 전지의 고 에너지밀도화 기술을 토대로 비약적으로 발전해 왔다.
모바일(mobile) 기기용 2차 전지의 역사는 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 리튬 이온 전지 순으로, 대략 3단계에 걸쳐 발전해 왔다고 할 수 있다. 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지가 가진 충방전 특성과 사이클 특성의 불안정, 메모리 효과(memory effect), 자기방전, 고용량화 등의 문제점을 거의 해결한 리튬 이온 전지는 리튬이 가진 고용량을 계승하면서, 안전하고 신뢰성이 높으며, 반복 충전회수도 비약적으로 많아졌다. 특히 높은 에너지밀도를 자랑하는 리튬 이온 폴리머 전지의 등장으로 시장은 급속히 확대되어, 시장 규모도 선행하는 니켈카드뮴 전지나 니켈수소 전지를 크게 웃돌고 있으며, 2차 전지 시장을 장악해 나가고 있다.
그러나 이와 같이 2차 전지가 높은 에너지 밀도를 갖게 되고, 고용량화 됨에 따라 전지의 특성이 아주 예민해져 전지의 안전성이나 신뢰성을 극대화할 필요가 있다. 즉, 리튬 이온 전지와 같은 2차 전지는 과충전에 의한 발화와, 과방전에 의한 특성의 열화라고 하는 위험성이 있기 때문에, 정밀한 전압 및 전류를 관리하지 않으면 그 성능을 발휘할 수 없다고 하는 까다로운 점이 있다.
따라서, 일반적으로 전지에는 과충전, 과방전 및 외부 쇼트 등을 방지하기 위한 보호 회로가 장착되고 있으며, 이와 같이 재충전 가능한 전지에 보호 회로가 부착된 것을 통상 전지 팩이라 한다.
상술한 바와 같이 상기 전지 팩의 보호 회로는 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 외부 쇼트 보호 기능 및 통상의 충방전 기능이 함께 구비되어 있다.
한편, 통상의 전지 팩은 주지된 바와 같이 충전기에 의한 정전류 정전압 충전 방식을 이용한다. 즉, 충전 초기에는 비교적 큰 전류를 흘리고 전지가 만충전이 됨에 따라 점차 전류를 감소시킨다. 물론, 충전의 초기에는 낮은 전압을 인가하고 전지가 만충전됨에 따라 점차 전압을 소정 전위까지 증가시킨 후 일정하게 유지한다.
그런데, 이러한 전지 팩은 초기 충전시 비교적 큰 충전 전류가 흐르기 때문에 과방전된 전지 및 충방전 경로에 있는 각종 스위치가 전류 충격을 받게 되고, 이에 따라 전지 및 스위치의 수명이 단축되고 열화되는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 종래에는 충전 스위치의 양단에 고가의 예비 충전 스위치(예를 들면, Power MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor))를 연결함과 동시에, 상기 예비 충전 스위치를 제어하기 위한 별도의 보조 회로를 구비하는 방안이 연구되고 있으나, 이는 추가적인 부품이 필요함으로써 전지 팩의 제조 비용을 증가시키는 문제가 있다. 더불어, 이러한 회로는 예비 충전 상태에서 주충전 상태로 변경시 상기 예비 충전 스위치가 오프됨으로써, 충전 스위치에 많은 전류가 갑자기 인가되어 그 충전 스위치 및 이것에 연결된 전지가 손상 및 열화될 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 회로 구조를 이용하여 2차 전지의 예비 충전과 주충전이 가능하고, 또한 예비 충전에서 주충전으로의 전환시 전류 충격을 줄일 수 있는 전지 팩을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 전지 팩은 적어도 하나의 재충전 가능한 전지와, 상기 전지와 병렬로 연결된 단자와, 상기 전지와 상기 단자 사이에 연결되어, 상기 전지의 과충방전시 상기 전지와 단자 사이의 충방전 경로를 차단하는 제1스위치와, 상기 제1스위치에 연결되어, 상기 제1스위치를 통해 예비 충전 전류, 주충전 전류 또는 상기 예비 충전 전류와 주충전 전류 사이의 값을 갖는 전류가 흐르도록 상기 제1스위치를 제어하는 제2스위치와, 상기 전지에 연결되어, 상기 전지의 과충방전 전압 및 전류를 감지하고, 상기 감지된 과충방전 전압 및 전류에 따라 상기 제2스위치 또는 제1스위치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있 다.
여기서, 상기 제어부는 상기 전지의 과충전 감지시, 상기 제2스위치에 소정 신호를 인가함으로써, 상기 제2스위치가 상기 제1스위치에 소정 신호를 인가하도록 하고, 이에 따라 상기 제1스위치가 충방전 경로를 차단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전지의 과방전 감지시, 상기 제1스위치에 소정 신호를 인가함으로써, 상기 제1스위치가 충방전 경로를 차단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전지에 예비 충전 전류를 인가할 때, 상기 제2스위치에 소정 신호를 인가함으로써, 상기 제2스위치가 상기 제1스위치에 소정 신호를 인가하도록 하고, 이에 따라 상기 제1스위치가 주충전 전류에 비해 작은 량의 예비 충전 전류를 전지에 인가할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전지에 예비 충전 전류에서 주충전 전류로 전환하여 인가시, 상기 제2스위치에 소정 신호를 인가함으로써, 상기 제2스위치가 제1스위치에 소정 신호를 인가하도록 하고, 이에 따라 상기 제1스위치가 주충전 전류와 예비 충전 전류 사이의 값을 갖는 전류를 전지에 인가할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전지에 주충전 전류를 인가할 때, 상기 제2스위치에 소정 신호를 인가함으로써, 상기 제2스위치가 제1스위치에 소정 신호를 인가하도록 하고, 이에 따라 상기 제1스위치가 주충전 전류를 전지에 인가할 수 있다.
또한, 상기 전지와 단자 사이에는 전류 센서가 연결되고, 상기 전류 센서는 충방전 경로를 따라 흐르는 전류량을 감지하여 상기 제어부에 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1스위치는 기생 다이오드를 갖는 MOSFET형 충전 스위치와, 기 생 다이오드를 갖는 MOSFET형 방전 스위치로 이루어지고, 상기 충전 스위치와 방전 스위치는 소스 단자끼리 상호 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2스위치는 자신의 드레인이 충전 스위치의 게이트에 연결되고, 자신의 게이트는 제어부에 연결된 MOSFET형 주충전 스위치와, 상기 충전 스위치와 주충전 스위치 사이에 일단이 연결되어 상기 충전 스위치의 게이트에 소정 전압을 인가하는 예비 충전용 저항과, 자신의 드레인이 상기 예비 충전용 저항에 연결되고, 자신의 게이트는 제어부에 연결된 MOSFET형 예비 충전 스위치로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전지의 과충전 감지시, 상기 제2스위치의 주충전 스위치 및 예비 충전 스위치를 오프시킴으로써, 상기 제1스위치중 충전 스위치가 오프되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전지의 과방전 감지시, 상기 제1스위치중 방전 스위치를 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전지에 예비 충전 전류를 인가할 때, 상기 제2스위치중 주충전 스위치를 오프하는 동시에, 상기 제2스위치중 예비 충전 스위치를 온시킴으로써, 상기 제1스위치중 충전 스위치를 통하여 주충전 전류보다 작은 값을 갖는 예비 충전 전류가 흐르도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전지에 예비 충전 전류에서 주충전 전류로 전환되는 전류를 인가할 때, 상기 제2스위치중 주충전 스위치를 온하는 동시에, 상기 제2스위치중 예비 충전 스위치를 온시킴으로써, 상기 제1스위치중 충전 스위치를 통하 여 예비 충전 전류와 주충전 전류 사이의 값을 갖는 전류가 흐르도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전지에 주충전 전류를 인가할 때, 상기 제2스위치중 주충전 스위치를 온하는 동시에, 상기 제2스위치중 예비 충전 스위치를 오프시킴으로써, 상기 제1스위치중 충전 스위치를 통하여 예비 충전 전류보다 큰 값을 갖는 주충전 전류가 흐르도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부와 제2스위치는 하나의 집적회로로 구현될 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 전지 팩은 제1스위치중 충전 스위치에 병렬로 별도의 외부 예비 충전용 MOSFET을 연결하지 않고서도, 저전압으로 동작하는 제2스위치를 이용하여 전지의 예비 충전과 주충전이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의한 전지 팩은 예비 충전에서 주충전으로의 전환시, 대략 예비 충전 전류와 주충전 전류 사이의 값을 갖는 전류를 흘려준 후, 이어서 주충전 전류를 흘려주기 때문에, 전지나 제1스위치 등에의 전류 충격을 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의한 전지 팩은 제2스위치(저항 포함) 등을 제어부와 함께 하나의 집적회로로 구현할 수 있기 때문에, 집적회로 외의 부품 개수를 줄일 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에 의한 전지 팩은 필요에 따라 상기 저항을 집적회로 내부의 조정 수단을 활용하면 EEPROM의 설정값으로 예비 충전 전류량을 조정할 수도 있게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 전지 팩의 구성을 도시한 회로도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전지 팩(100)은 재충전 가능한 전지(110)와, 상기 전지(110)에 병렬로 연결된 단자(121,122)와, 상기 전지(110)와 단자(121) 사이에 연결되어 충방전 전류를 단속하는 제1스위치(130)와, 상기 제1스위치(130)에 연결되어 상기 제1스위치(130)중 일부를 제어하는 제2스위치(140)와, 상기 전지(110)의 충방전 전압을 감지함과 동시에 상기 제1스위치(130) 및 제2스위치(140)에 연결되어 상기 제2스위치(140) 또는 제1스위치(130)중 일부를 제어하는 제어부(150)와, 상기 전지(110)와 단자(122) 사이에 연결되어 충방전 전류를 감지하는 전류 센서(160)를 포함한다.
상기 재충전 가능한 전지(110)는 적어도 한 개 이상이 구비될 수 있다. 또한, 이러한 재충전 가능한 전지(110)는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 또는 그 등가물이 될 수 있으나, 여기서 상기 재충전 가능한 전지(110)의 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 단자(121,122)는 상기 전지(110)에 병렬로 연결되어 있다. 이러한 단자(121,122)는 상기 전지(110)의 양극에 연결된 양극 단자(121)와, 상기 전지(110)의 음극에 연결된 음극 단자(122)로 이루어진다. 물론, 상기 전지(110)의 양극과 양극 단자(121)는 배선(L1)으로 연결되고, 또한 상기 전지(110)의 음극과 음극 단자(122)도 배선(L2)으로 연결된다. 더불어, 이러한 배선(L1,L2)은 전지(110)의 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로가 된다.
상기 제1스위치(130)는 상기 전지(110)와 단자(121) 사이에 연결된다. 즉, 상기 제1스위치(130)는 전지(110)의 양극과 양극 단자(121) 사이의 배선(L1)에 직렬로 연결될 수 있다. 물론, 상기 제1스위치(130)는 전지(110)의 음극과 음극 단자(122) 사이의 배선(L2)에 직렬로 연결될 수도 있다. 좀더 구체적으로, 상기 제1스위치(130)는 P채널 MOSFET 충전 스위치(131) 및 P채널 MOSFET 방전 스위치(132)로 이루어질 수 있다. 더욱이, 상기 P채널 MOSFET 충전 스위치(131) 및 P채널 MOSFET 방전 스위치(132)는 상호간 소스가 직렬로 연결되고, 또한 상기 P채널 MOSFET 충전 스위치(131)는 드레인이 전지(110)의 양극에 연결되고, 상기 P채널 MOSFET 방전 스위치(132)는 드레인이 양극 단자(121)에 연결된다. 더불어, 상기 P채널 MOSFET 충전 스위치(131)의 게이트는 하기할 제2스위치(140)에 연결되고, 상기 P채널 MOSFET 방전 스위치(132)는 게이트가 하기할 제어부(150)에 연결된다. 물론, 상기 P채널 MOSFET 충전 스위치(131)는 드레인에서 소스 방향으로 순방향인 기생 다이오드(131a)를 포함한다. 더불어 상기 P채널 MOSFET 방전 스위치(132) 역시 드레인에서 소스 방향으로 순방향인 기생 다이오드(132a)를 포함한다. 이러한 기생 다이오드(131a,132a)는 예를 들면 과충전에 의해 충전 스위치(131)가 오프된 상태라고 해도, 방전 전류가 흐르도록 하거나, 또는 방전 스위치(132)가 오프된 상태라고 해도, 충전 전류가 흐르도록 하는 역할을 한다. 여기서, 상기 제1스위치(130)는 P채 널 MOSFET을 예로 하여 설명하였으나, 이러한 소자로 본 발명을 한정하는 것은 아니며 N 채널 MOSFET도 가능하다.
상기 제2스위치(140)는 상기 제1스위치(130)중 일부 구성 요소에 연결되어 있다. 이러한 제2스위치(140)는 N채널 MOSFET 주충전 스위치(141), 예비 충전용 저항(142) 및 N채널 MOSFET 예비 충전 스위치(143)로 이루어질 수 있다. 좀더 구체적으로, 상기 제2스위치(140)중 N채널 MOSFET 주충전 스위치(141)는 자신의 드레인이 P채널 MOSFET 충전 스위치(131)의 게이트에 연결되고, 자신의 소스는 접지단 또는 소정 전압원에 연결되며, 자신의 게이트는 하기할 제어부(150)에 연결된다. 또한, 상기 제2스위치(140)중 예비 충전용 저항(142)은 일단이 상기 P채널 MOSFET 충전 스위치(131)의 게이트와 N채널 MOSFET 주충전 스위치(141)의 드레인 사이에 연결되고, 타단은 N채널 MOSFET 예비 충전 스위치(143)의 드레인에 연결된다. 더불어, 상기 제2스위치(140)중 N채널 MOSFET 예비 충전 스위치(143)는 상술한 바와 같이 자신의 드레인이 상기 예비 충전용 저항(142)에 연결되고, 자신의 소스는 접지단 또는 소정 전압원에 연결되며, 자신의 게이트는 하기할 제어부(150)에 연결된다. 여기서, 상기한 제2스위치(140)중 주충전 스위치(141) 및 예비 충전 스위치(143)는 N채널 MOSFET으로 한정하였으나, 이러한 소자로 본 발명을 한정하는 것은 아니며 P채널 MOSFET도 가능하다. 더욱이, 이러한 주충전 스위치(141) 및 예비 충전 스위치(143)는 바이폴라 트랜지스터도 가능하다. 더불어, 이러한 제2스위치(140)는 저전압, 저전류로 구동가능하기 때문에, 하기할 제어부(150)와 함께 하나의 집적회로(즉, IC)로 구현될 수도 있다. 이때, 상기 제2스위치(140)중 예비 충전용 저항(142) 은 집적회로 내부의 조정 수단을 활용하면 집적회로에 연결된 EEPROM의 설정값으로 예비 충전 전류량을 조정할 수도 있을 것이다.
상기 제어부(150)는 상기 전지(110)에 병렬로 연결됨으로써, 상기 전지(110)의 전압을 감지한다. 물론, 상기 제어부(150)는 상기 전지(110)의 개수가 다수개일 경우 각 전지(110)마다 전압을 각각 감지하게 된다. 더불어, 이러한 제어부(150)는 상술한 바와 같이 제1스위치(130)중 방전 스위치(132)의 게이트, 제2스위치(140)중 주충전 스위치(141)의 게이트 및 예비 충전 스위치(143)의 게이트 전압(게이트-소스 전압)을 제어한다. 따라서, 상기 제어부(150)는 상기 전지(110)의 충방전 전압에 따라 미리 정해진 알고리즘대로 상기 제1스위치(130) 및 제2스위치(140)를 제어하게 된다. 한편, 상기 제어부(150)에는 도시되어 있지는 않지만 과충전 감지 회로, 과방전 감지 회로, 과전류 감지 회로, 각종 비교 논리 회로, 내장 메모리 등이 탑재되어 있으며, 이는 통상 보호회로(protect circuit)라고도 불리운다. 이러한 제어부(150)의 회로 구조 및 그 동작은 이미 당업자에게 주지된 사항이므로, 더 이상의 구조 및 동작 설명은 생략하기로 한다.
상기 전류 센서(160)는 상기 전지(110)와 단자(122) 사이에 연결되어 있다. 즉, 상기 전류 센서(160)는 상기 전지(110)의 음극과 음극 단자(122) 사이의 배선에 연결되어 있다. 이러한 전류 센서(160)는 자신의 저항값이 고정되어 있음으로써, 예를 들면 그것에 인가되는 전압을 감지하여 간접적으로 전지(110)를 통해 흐르는 충방전 전류를 감지하게 된다. 물론, 이밖에도 다양한 방법으로 전지(110)의 전류를 감지할 수 있으며, 여기에 기술된 구조 및 방법으로 본 발명을 한정하는 것 은 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 전지 팩의 충방전 상태를 도시한 회로도이다.
도시된 바와 같이 전지 팩(100)중 단자(121)에는 충전기(201) 또는 외부 부하(202)가 연결될 수 있다. 먼저 충전기(201)를 통해서 전지(110)에 정상적인 충전이 수행될 경우, 제어부(150)는 제2스위치(140)부중 주충전 스위치(141)를 턴온시킴으로써, 제1스위치(130)중 충전 스위치(131)가 턴온되도록 한다. 또한, 상기 제어부(150)는 제1스위치(130)중 방전 스위치(132)를 직접 제어함으로써, 상기 방전 스위치(132)가 턴온되도록 한다. 따라서, 충전기(201)로부터의 충전 전류는 제1스위치(130)의 방전 스위치(132) 및 충전 스위치(131)를 통해서 전지(110)에 제공된다. 물론, 이때 제2스위치(140)중 예비 충전 스위치(143)는 턴오프된 상태이다.
또한, 전지(110)에 의해 외부 부하(202)로 정상적인 방전이 수행될 경우, 제어부(150)는 위와 마찬가지의 동작으로 제1스위치(130)중 충전 스위치(131) 및 방전 스위치(132)가 모두 턴온되도록 한다. 따라서, 전지(110)로부터의 방전 전류는 제1스위치(130)의 충전 스위치(131) 및 방전 스위치(132)를 통해서 외부 부하(202)에 제공된다. 여기서도, 상기 제2스위치(140)중 예비 충전 스위치(143)는 턴오프된 상태이다.
한편, 상기 충전 단계에서 상기 전지(110) 또는 충전기(201)의 이상으로 상기 전지(110)가 과충전되는 경우가 있다. 물론, 이러한 전지(110)의 과충전은 그것에 병렬로 연결된 제어부(150)가 감지하게 된다. 그러면, 상기 제어부(150)는 상기 제2스위치(140)중 주충전 스위치(141)를 턴오프시킴으로써, 상기 제1스위치(130)중 충전 스위치(131)가 오프되도록 한다. 그러면, 충전기(201)로부터의 충전 전류는 상기 제1스위치(130)중 충전 스위치(131)에 의해 차단됨으로써, 전지(110)에 공급되지 않게 된다. 물론, 이때 단자(121,122)에 외부 부하(202)가 연결되어 전지(110)의 전류를 소모하게 되면, 제1스위치(130)중 충전 스위치(131)에 형성된 기생 다이오드(131a)에 의해 상기 전지(110)는 정상적으로 방전 전류를 흘리게 된다. 더불어, 이때 제2스위치(140)중 예비 충전 스위치(143)는 턴오프된 상태이다.
더불어, 상기 방전 단계에서 상기 전지(110)가 과방전되거나 또는 외부 단자(121,122)에서 쇼트가 발생되는 경우가 있다. 물론, 이러한 전지(110)의 과방전이나 외부 쇼트 상태를 그것에 병렬로 연결된 제어부(150) 또는 전류 센서(160)에 의해 감지된다. 그러면, 상기 제어부(150)는 상기 제1스위치(130)중 방전 스위치(132)를 오프시킨다. 그러면, 단자(121)를 통한 전지(110)의 방전이 정지된다. 물론, 이때 단자(121,122)에 충전기(201)가 연결되어 충전 전류를 공급하게 되면, 제1스위치(130)중 방전 스위치(132)에 형성된 기생 다이오드(132a)에 의해 상기 전지(110)는 정상적으로 충전 전류가 공급된다.
도 3은 본 발명에 따른 전지 팩의 예비 충전 상태를 도시한 회로도이다.
본 발명에 의한 전지 팩(100)은 종래와 같이 제1스위치(130)중 충전 스위치(131)에 병렬로 외부 MOSFET을 연결하는 구성없이도 예비 충전이 가능하다. 주지된 바와 같이 이러한 예비 충전은 통상 전지(110)가 과방전됨으로써, 초기 충전시 많 은 주충전 전류에 의한 전지(110) 및 제1스위치(130)의 전류 충격을 억제하기 위해 수행될 수도 있다. 물론, 이러한 전지(110)의 과방전 상태는 제어부(150)가 감지하게 된다. 즉, 제어부(150)가 전지(110)의 과방전 상태를 감지하게 되고, 이어서 단자(121,122)에 충전기(201)가 연결되어 충전 전류가 공급될 경우, 비교적 큰 충전 전류(주충전 전류)가 전지(110)에 공급되는 것이 아니라 본 발명에 개시된 제2스위치(140)의 동작에 의해 작은 전류(예비 충전 전류)가 공급된다.
이를 위해 제어부(150)는 먼저 제2스위치(140)중 주충전 스위치(141)를 턴오프시킨다. 그런후, 상기 제2스위치(140)중 예비 충전 스위치(143)를 턴온시킨다. 그러면, 예비 충전용 저항(142)에 의한 전압이 제1스위치(130)중 충전 스위치(131)의 게이트에 인가됨으로서, Vgs-Id의 특성에 따라 상기 충전 스위치(131)를 통해서 흐르는 충전 전류(Id)를 조절할 수 있게 된다. 즉, 상기 충전 스위치(131)를 통해서 주충전 전류보다 작은 량의 예비 충전 전류가 흐르게 된다. 따라서, 과방전된 전지(110) 및 충전 스위치(131)의 전류 충격을 감소시킬 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 전지 팩의 예비 충전 상태에서 주충전 상태로의 전환 상태를 도시한 회로도이다.
본 발명에 의한 전지 팩(100)은 예비 충전이 어느 정도 수행되어, 전지(110)의 전압이 소정 전압에 도달하게 되면 주충전 상태로 자동 전환된다. 물론, 이러한 전류 전환은 종래에도 수행되었던 방법이며 당업자에게는 자명한 사실이다.
다만, 본 발명에 의한 전지 팩(100)은 예비 충전 상태에서 곧바로 주충전 상 태로 전환되지 않음으로써, 전류 전환시 발생될 수 있는 전류 충격을 완화시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 전지 팩(100)은 예비 충전 상태에서 주충전 상태로 전환시 예비 충전 전류와 주충전 전류 사이의 값을 갖는 전류가 전지(110)에 공급된다.
이를 위해 제어부(150)는 제2스위치(140)중 주충전 스위치(141) 및 예비 충전 스위치(143)를 모두 턴온시킨다. 그러면, 제1스위치(130)중 충전 스위치(131)에는 상기 주충전 스위치(141) 및 예비 충전 스위치(143)의 턴온 동작에 의해 예비 충전 전로보다는 많고 주충전 전류보다는 작은 전류가 흐르게 된다. 따라서, 작은 전류에서 많은 전류로의 변환시 전지(110) 및 충전 스위치(131)에의 전류 충격을 줄일 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 전지 팩의 주충전 상태를 도시한 회로도이다.
본 발명에 의한 전지 팩(100)은 예비 충전 전류와 주충전 전류 사이의 값을 갖는 전류로 충전을 수행하다가, 전지(110)의 전압이 소정 전압에 도달하면 완전히 주충전 전류로 전지(110)를 충전하게 된다.
이와 같이 전지 팩(100)이 주충전 상태로 완전히 전환되는 경우에는, 제어부(150)가 제2스위치(140)중 주충전 스위치(141)만을 턴온시킨다. 즉, 예비 충전 스위치(143)는 턴오프시킨다. 따라서, 충전 스위치(131)의 게이트-소스 전압은 드레인-소스 사이를 통해 최대 전류가 흐를 수 있는 정도의 전압에 도달한다. 따라서, 상기 충전 스위치(131)를 통해서는 충전기(201)에서 공급되는 전류(주충전 전류)가 그대로 통과하게 되어 전지(110)에 공급된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 팩은 제1스위치중 충전 스위치에 병렬로 별도의 외부 예비 충전용 MOSFET을 연결하지 않고서도, 저전압으로 동작하는 제2스위치를 이용하여 전지의 예비 충전과 주충전이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 전지 팩은 예비 충전에서 주충전으로의 전환시, 대략 예비 충전 전류와 주충전 전류 사이의 값을 갖는 전류를 흘려준 후, 이어서 주충전 전류를 흘려주기 때문에, 전지나 제1스위치 등에의 전류 충격을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 전지 팩은 제2스위치(저항 포함) 등을 제어부와 함께 하나의 집적회로로 구현할 수 있기 때문에, 집적회로 외의 부품 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 전지 팩은 필요에 따라 상기 저항을 집적회로 내부의 조정 수단을 활용하면 EEPROM의 설정값으로 예비 충전 전류량을 조정할 수도 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전지 팩을 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.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 재충전 가능한 전지와,
    상기 전지와 병렬로 연결된 단자와,
    상기 전지와 상기 단자 사이에 연결되어, 상기 전지의 과충방전시 상기 전지와 단자 사이의 충방전 경로를 차단하는 제1스위치와,
    상기 제1스위치에 연결되어, 상기 제1스위치를 통해 예비 충전 전류, 주충전 전류 또는 상기 예비 충전 전류와 주충전 전류 사이의 값을 갖는 전류가 흐르도록 상기 제1스위치를 제어하는 제2스위치와,
    상기 전지에 연결되어, 상기 전지의 과충방전 전압 및 전류를 감지하고, 상기 감지된 과충방전 전압 및 전류에 따라 상기 제2스위치 또는 제1스위치를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전지의 과충전 감지시, 상기 제2스위치에 소정 신호를 인가함으로써, 상기 제2스위치가 상기 제1스위치에 소정 신호를 인가하도록 하고, 이에 따라 상기 제1스위치가 충방전 경로를 차단함을 특징으로 하는 전지 팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전지의 과방전 감지시, 상기 제1스위치에 소정 신호를 인가함으로써, 상기 제1스위치가 충방전 경로를 차단함을 특징으 로 하는 전지 팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전지에 예비 충전 전류를 인가할 때, 상기 제2스위치에 소정 신호를 인가함으로써, 상기 제2스위치가 상기 제1스위치에 소정 신호를 인가하도록 하고, 이에 따라 상기 제1스위치가 주충전 전류에 비해 작은 량의 예비 충전 전류를 전지에 인가함을 특징으로 하는 전지 팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전지에 예비 충전 전류에서 주충전 전류로 전환하여 인가시, 상기 제2스위치에 소정 신호를 인가함으로써, 상기 제2스위치가 제1스위치에 소정 신호를 인가하도록 하고, 이에 따라 상기 제1스위치가 주충전 전류와 예비 충전 전류 사이의 값을 갖는 전류를 전지에 인가함을 특징으로 하는 전지 팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전지에 주충전 전류를 인가할 때, 상기 제2스위치에 소정 신호를 인가함으로써, 상기 제2스위치가 제1스위치에 소정 신호를 인가하도록 하고, 이에 따라 상기 제1스위치가 주충전 전류를 전지에 인가함을 특징으로 하는 전지 팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지와 단자 사이에는 전류 센서가 연결되고, 상기 전류 센서는 충방전 경로를 따라 흐르는 전류량을 감지하여 상기 제어부에 제공함 을 특징으로 하는 전지 팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1스위치는
    기생 다이오드를 갖는 MOSFET형 충전 스위치와,
    기생 다이오드를 갖는 MOSFET형 방전 스위치로 이루어지고,
    상기 충전 스위치와 방전 스위치는 소스 단자끼리 상호 연결된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제2스위치는
    자신의 드레인이 충전 스위치의 게이트에 연결되고, 자신의 게이트는 제어부에 연결된 MOSFET형 주충전 스위치와,
    상기 충전 스위치와 주충전 스위치 사이에 일단이 연결되어 상기 충전 스위치의 게이트에 소정 전압을 인가하는 예비 충전용 저항과,
    자신의 드레인이 상기 예비 충전용 저항에 연결되고, 자신의 게이트는 제어부에 연결된 MOSFET형 예비 충전 스위치로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전지의 과충전 감지시, 상기 제2스위치의 주충전 스위치 및 예비 충전 스위치를 오프시킴으로써, 상기 제1스위치중 충전 스위치가 오프되도록 함을 특징으로 하는 전지 팩.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전지의 과방전 감지시, 상기 제1스위치중 방전 스위치를 오프시킴을 특징으로 하는 전지 팩.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전지에 예비 충전 전류를 인가할 때, 상기 제2스위치중 주충전 스위치를 오프하는 동시에, 상기 제2스위치중 예비 충전 스위치를 온시킴으로써, 상기 제1스위치중 충전 스위치를 통하여 주충전 전류보다 작은 값을 갖는 예비 충전 전류가 흐르도록 함을 특징으로 하는 전지 팩.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전지에 예비 충전 전류에서 주충전 전류로 전환되는 전류를 인가할 때, 상기 제2스위치중 주충전 스위치를 온하는 동시에, 상기 제2스위치중 예비 충전 스위치를 온시킴으로써, 상기 제1스위치중 충전 스위치를 통하여 예비 충전 전류와 주충전 전류 사이의 값을 갖는 전류가 흐르도록 함을 특징으로 하는 전지 팩.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전지에 주충전 전류를 인가할 때, 상기 제2스위치중 주충전 스위치를 온하는 동시에, 상기 제2스위치중 예비 충전 스위치를 오프시킴으로써, 상기 제1스위치중 충전 스위치를 통하여 예비 충전 전류보다 큰 값을 갖는 주충전 전류가 흐르도록 함을 특징으로 하는 전지 팩.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부와 제2스위치는 하나의 집적회로로 구현됨을 특징으로 하는 전지 팩.
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