KR200280002Y1 - 리튬이온 배터리 보호회로 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 하위임계전압과 상위 임계전압으로 규정된 동작범위이내로 유지시켜 배터리를 보호하는 한편, 배터리 수명을 연장시킨 리튬이온 배터리 보호회로에 관한 것이다.
이를 위하여 본 고안은 리튬이온 배터리의 전압 특성차를 감지하고, 감지된 특성차를 토대로 상위임계전압과 하위임계전압을 비교하여 비교된 결과에 따라 배터리가 충전 또는 방전되도록 하거나 또는 종료되도록 하는 제어신호를 외부로 출력하는 제어수단; 및 상기 제어수단으로부터 출력된 제어신호에 따라 배터리 충전 또는 방전이 접속 또는 종료되도록 구동신호를 출력하는 제 1 및 제 2 구동수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 고안은 리튬이온 배터리 보호회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대폰 배터리에 적용되어 배터리를 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 수명 연장시킨 리튬이온 배터리 보호회로에 관한 것이다.
현재, 리튬이온(Lithium-ion) 배터리는 성능 및 소형화면에서 장점을 나타내고 있으며, 이동통신 단말기에 널리 사용되고 있는 배터리로서, 그 화학적 특성상 과방전시 배터리의 기능을 수행하지 못하게 되며, 과방전 또는 쇼트(Short)로 인한 과전류로 배터리의 팽창 및 폭발과 화재의 우려가 있어 이 배터리를 사용한 모든 전자제품은 과충전, 과방전, 과전류에 의하여 발생하는 안전사고를 예방하기 위해 고유한 동작 요구조건을 유지시켜야만 하는 문제점이 있었다.
또한, 리튬이온 배터리의 충전에서는 만충전 후에도 배터리 전압이 상승하고, 과충전 상태로 되면 내부 용매의 분해 등이 발생하여 발화나 파열 등의 위험성이 있었다.
또한, 니카드배터리나 니켈수소배터리에서는 메모리 효과가 있기 때문에 마지막까지 방전시킨 후에 충전을 함으로써 배터리 수명을 연장시켰으나, 상기 리튬이온 배터리는 메모리 효과가 없고, 마지막까지 방전시키면 배터리 내부의 구성 물질이 변질되어 배터리 수명을 저하시킬 수 있는 문제점이 있었다.
또한, 배터리를 보관하거나 들고 다닐 때에 귀금속 등의 도전물에서 단자간(+, -)을 쇼트시켜 버리거나 접속기기의 고장으로 쇼트 상태에 빠졌을 경우에는 과전류가 흘러 배터리의 발화나 파열의 위험성이 있었다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은하위 임계전압과 상위 임계전압으로 규정된 동작범위 이내에 리튬이온 배터리 전압잔량을 유지시켜 배터리를 보호하고, 배터리 성능 및 수명을 연장시킬 수 있는 리튬이온 배터리 보호회로를 제공하는데 있다.
또한, 본 고안에 다른 목적은 배터리로부터 과방전 또는 과충전 또는 과전류가 검출되면, 검출된 신호에 해당되는 제 1 및 제 2구동수단을 제어하여 충전 또는 방전을 종료시킴으로써 과방전, 과충전, 과전류로 인한 위험성 없이 안전사고를 예방할 수 있는 리튬이온 배터리 보호회로를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일 측면에 따른 대용량 리튬이온 배터리 보호회로는, 리튬이온 배터리의 전압 특성차를 감지하고, 감지된 특성차를 토대로 상위임계전압과 하위임계전압을 비교하여 비교된 결과에 따라 배터리가 충전 또는 방전되도록 하거나 또는 종료되도록 하는 제어신호를 외부로 출력하는 제어수단; 및 상기 제어수단으로부터 출력된 제어신호에 따라 배터리 충전 또는 방전이 접속 또는 종료되도록 구동신호를 출력하는 제 1 및 제 2 구동수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어수단은 직렬과 병렬로 연결된 복수개의 리튬이온 배터리에 대한 각각의 특성차를 감지하고, 감지된 신호를 불감응시간 후에 비교회로로 출력하고, 출력된 신호를 토대로 비교회로에서 제 1 또는 제 2 구동수단을 통해 충전 및 방전이 제어되도록 하는 제 1 제어IC 및 제 2 제어IC를 포함하여 구성됨으로써 과충전, 과방전, 과전류시 제 1 또는 제 2 구동수단을 오프시키는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어수단은 상기 리튬이온 배터리 전압이 과충전 검출전압 이상 또는 과전류 검출전압 이상 또는 과방전 검출전압이하이면, 상기 제 1 IC 및 제 2 IC의 과충전검출회로 또는 과방전 검출회로가 동작되고, 불감응 설정회로를 작동시켜 상기 불감응 설정회로에 연결된 콘덴서가 충전되어 전압임계값이 초과되면, 지연 시간이 결정되어 비교회로에 신호를 출력하는 한편, 출력된 신호를 토대로 비교회로에서 해당 단자 출력을 LOW레벨로 출력하여 제 1 또는 제 2 구동수단을 통해 배터리 충전 또는 방전이 종료되도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 고안에 따른 리튬이온 배터리 보호회로의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 2는 본 고안에 적용되는 8개 직렬, 9개 병렬로 조합된 리튬이온 배터리의 임계전압을 도시한 그래프,
도 3은 도 2의 보호회로의 등가회로를 설명하기 위한 블록도,
도 4는 본 고안에 따른 리튬이온 배터리 보호회로의 동작 타이밍을 도시한 그래프.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 리튬이온 배터리 20 : 제어수단
30 : 제 1 구동수단 40 : 제 2 구동수단
50 : 보호회로 60 : 부하
70 : 충전기
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
이하에서의 본 고안은 과방전, 과충전, 과전류로 인해 발생하는 배터리 성능 저하, 배터리 수명 단축 및 사고 위험성 없이 배터리 전압을 하위임계전압과 상위임계전압으로 규정된 동작범위 이내로 유지시켜 배터리를 보호하는 리튬이온 배터리 보호회로를 바람직한 실시예로써 설명할 것이나, 본 고안의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 고안에 따른 리튬이온 배터리회로에 대해 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안에 따른 리튬이온 배터리 보호회로의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 고안에 적용되는 8개 직렬, 9개 병렬로 조합된 리튬이온 배터리의 임계전압을 도시한 그래프이고, 도 3은 도 2의 보호회로의 등가회로를 설명하기 위한 블록도이며, 도 4는 본 고안에 따른 리튬이온 배터리 보호회로의 동작 타이밍을 도시한 그래프이다.
상기 본 고안에 따른 리튬이온 배터리 보호회로(이하, '보호회로'라 한다.)(50)는 상기 리튬이온 배터리의 전압 특성차를 감지하고, 감지된 특성차를 토대로 상위 임계전압과 하위 임계전압을 비교하여 비교된 결과에 따라 배터리가 충전 또는 방전되도록 하거나 또는 종료되도록 하는 제어신호를 출력하는 제어수단(20)과, 상기 제어수단(20)으로부터 출력된 제어신호에 따라 배터리 충전 또는 방전이 접속 또는 종료되도록 구동시키는 제 1 및 제 2 구동수단(30, 40) 등을 포함한다.
상기 보호회로(50)는 상기 제 1 및 제 2 구동수단(30, 40)을 보호하는 제 1 및 제 2 다이오드(80, 90)를 포함한다.
상기 제어수단(20)은 복수개(8개 직렬, 9개 병렬)로 조합하여 제조된 리튬이온 배터리로부터 검출된 특성차가 과충전, 과방전, 과전류인 경우, 해당 구동수단을 제어하여 배터리의 충전, 방전이 종료되도록 한다.
또한, 상기 리튬이온 배터리 보호회로는 복수개(8개 직렬, 9개 병렬)로 조합하여 제조된 리튬이온 배터리(10)의 전압이 상위임계전압과 하위임계전압사이에 있으면, 제 1 게이트(45)와 제 2 게이트(35)에 전압이 인가되어 상기 리튬이온 배터리(10)가 부하(60)와 충전기(70)에 접속되도록 제어신호를 출력하는 한편, 리튬이온 배터리(10)의 전압이 상위 임계값 또는 하위 임계값에 도달하면 제 1게이트(45)또는 제 2 게이트(35)를 통해 제 1 구동수단(40) 또는 제 2 구동수단(30)으로 전압 인가 종료신호를 전송하여 배터리의 충전 또는 방전이 종료되도록 제어신호를 출력한다. 이때, 상기 리튬이온 배터리는 단전지로 구성되어 있다.
도 1을 참조하여 상기 리튬이온 배터리 보호회로를 좀더 상세하게 설명하면, 상기 제어수단(20)은 리튬이온 배터리(10)의 전압을 수동적(passive)으로 감시하고, 감시된 전압의 특성차가 과충전, 과방전, 과전류 중 하나인지를 판단하고, 판단결과, 과충전, 과방전, 과전류 중 하나인 경우, 제 1 게이트(45) 및 제 2 게이트(35)를 거쳐 제 1 구동수단(40) 및 제 2 구동수단(30)으로 배터리 충전 또는 방전이 종료되도록 제어신호를 전송한다.
상기 제어수단(20)은 제 1 구동수단(40)의 제 1 게이트(45)와 제 1 구동수단(40)과 직렬로 배치된 제 2 구동수단(30)의 제 2 게이트(35)에 의해 전압이 수신된다.
그러면, 상기 제어수단(20)은 상기 제 1 구동수단(40)과 제 2 구동수단(30)을 통해 수신된 전압이 상위임계전압과 하위임계전압사이에 있으면, 제 1 게이트(45)와 제 2 게이트(35)에 전압이 인가되어 제 1 구동수단(40)과 제 2 구동수단(30)을 활성화시켜 상기 리튬이온 배터리(10)가 부하(60)와 충전기(70)에 접속되도록 하여 배터리의 충전 또는 방전이 수행되도록 한다.
한편, 상기 제어수단(20)은 상기 리튬이온 배터리(10)의 전압이 상위 임계값과 하위 임계값에 도달하면 제 1 게이트(45) 또는 제 2 게이트(35)을 거쳐 제 1 구동수단(40) 또는 제 2 구동수단(30)으로 전압인가 종료제어신호를 전송하여 리튬이온 배터리의 충전 또는 방전이 종료되도록 한다.
이러한 방식으로 상기 리튬이온 배터리(10)가 충전기(70)를 이용할 수 있거나 또는 충전기가 이용될 수 없더라도 부하(60)가 리튬이온 배터리(10)를 이용할 수 있어, 리튬이온 배터리(10)가 부하(60)와 충전기(70)에 접속된다.
상기 제어수단(20)은 제 1 및 제 2 게이트(34, 35)를 통해 제 1 및 제 2 구동수단(40, 30)에 공급되는 전압이 충전기(70)로부터 배터리(10)로 흐르도록 하며, 리튬이온 배터리(10)로부터 부하(60)로 흐르는 전류는 리튬이온 배터리(10)의 전압이 상위 임계전압과 하위 임계전압 사이를 유지하도록 제어한다.
도 2는 본 고안에 적용되는 8개 직렬, 9개 병렬로 조합된 리튬이온 배터리의 임계전압을 도시한 그래프이다.
이제, 도 3 및 도 4를 참조하여 상기 보호회로의 등가회로를 통해 상기 보호회로(50)를 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 보호회로(50)의 제어수단(20)은 복수개(8개 직렬과 9개 병렬)의 리튬이온 배터리에 대한 각각의 특성차를 제 1 제어IC(51)와 제 2 제어IC(53)를 통해 감지하고, 감지된 신호를 불감응시간(예를 들면, IC 내부설정에서 약 10ms) 후에 비교회로(55)로 출력하면, 비교회로(55)에서 CO 단자출력을 LOW(로우)레벨로 출력하여 제 2 구동수단(30)의 동작으로 충전이 종료되도록 한다.
또한, 상기 제어수단(20)은 배터리전압이 과방전 검출전압(2.2V)이상, 과충전 검출전압(4.35V)이하로서, VM-B+간의 전압이 과전류 검출전압(50mV)이하이면, 제 1 구동수단(40), 제 2 구동수단(30)을 모두 ON상태 즉, 충전, 방전이 가능한 통상모드(정상으로 동작되는 상태)로 유지되도록 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 고안에 의한 리튬이온 배터리 보호회로의 전체적인 동작을 설명하면, 상기 제어수단(20)은 복수개(8개 직렬과 9개 병렬)의 리튬이온 배터리에 대한 각각의 특성차를 제 1 제어IC(51)와 제 2 제어IC(53)를 통해 감지한다.
그러면, 상기 제어수단(20)은 상기 제 1 제어IC(51) 및 제 2 제어IC(53)를 통해 감지된 신호를 토대로 과방전, 과충전, 과전류 중 어느 하나인지를 판단하고, 판단된 과방전, 과충전, 과전류에 대한 제어신호를 제 1 및 제 2 구동수단(40, 30)에 제 1 및 제 2 게이트(45, 35)를 통해 전송하여 배터리의 충전 및 방전이 종료되도록 한다.
좀더 상세히 설명하면, 상기 제어수단(20)은 상기 리튬이온 배터리(10)로부터 감지된 신호를 불감응시간(예를 들면, IC 내부설정에서 약 10ms) 후에 비교회로(55)로 출력하고, 출력된 신호를 토대로 비교회로(55)에서 CO 단자출력을 LOW(로우)레벨로 하여 제 2 구동수단(30)을 통해 충전이 종료되도록 한다.
한편, 상기 제어수단(20)은 배터리 전압이 과충전 검출전압(4.35V) 이상이면, 제 1 제어IC(51)과 제 2 제어IC(53)의 과충전검출회로(51a, 53b)가 동작되고, 불감응 설정회로(52, 54)에 설정된 불감응시간후에 상기 불감응 설정회로(52, 54)에 연결된 콘덴서가 충전되어 전압임계값이 초과되면, 지연 시간이 결정되어 비교회로(55)에 신호를 출력하는 한편, 출력된 신호를 토대로 비교회로(55)에서 CO 단자출력을 LOW레벨로 출력하여 제 2 구동수단(30)을 통해 충전이 종료되도록 한다.
다시, 배터리 전압이 과충전 복귀전압(4.35V) 이하로 되면, 상기 제어수단(20)은 과충전 모드에서 통상모드로 복귀되도록 한다.
또한, 상기 제어수단(20)은 배터리 전압이 과방전 검출전압(2.2V) 이하로 되면, 제 1 제어IC(51)과 제 2 제어IC(53)의 과방전 검출회로(51b, 53b)와 불감응 설정회로(52, 54)를 작동시켜 불감응시간(IC 내부설정에서 약 10ms) 후 비교회로(55)로 감지된 신호를 출력하고, 출력된 신호를 토대로 비교회로(55)에서 제 1 구동수단(40)의 DO단자에 출력을 LOW레벨로 출력하여 제 1 제어수단(40)을 통해 방전이 종료되도록 한다.
한편, 과방전 모드에서 통상 모드로의 복귀방법은 재충전에 의해 배터리 전압이 과방전 복귀전압(2.2V)을 초과했을 경우에 이루어지며, 이러한 동작을 제어하는 것이 과방전 제어모드이다.
또한, 방전시의 과전류 검출은 통상 모드 및 과충전 모드 시에 가능하며, VM-B+간 전압(50mV)이 과전류 검출전압(50mV)을 초과하면, 상기 제어수단(20)은 제 1 제어IC(51)의 과충전, 과방전 검출회로(51a, 51b)와 불감응 설정회로(52)를 동작시켜 불감응 시간(IC 내부 설정에서 약10ms)후, 비교회로(55)로 감지된 신호를 출력하고, 출력된 신호를 토대로 비교회로(55)에서 제 1 구동수단(40)의 DO 단자출력을 LOW레벨로 출력하여 제 1 구동수단(40)을 통해 방전이 종료되도록 한다.
이상의 본 고안은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 고안의 취지와 범위에 포함된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안은 리튬이온 배터리 보호회로를 통해 배터리 전압이 상위임계전압과 하위임계전압을 유지시키기 때문에 과충전, 과방전, 과전류 상태로 빠질 염려가 없는 효과가 있다.
또한, 본 고안은 배터리 수명을 연장시키기 위해 마지막까지 방전시킨 후에 충전을 시킬 필요없이 마지막까지 방전시키지 않고도 검출된 배터리 전압이 규정 전압 이하이면 제 1 구동수단을 오프시킴으로써 방전전류를 차단할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 고안은 과전류가 흘러 배터리의 발화나 파열의 위험성 없이 부하전류를 검출하여 규정전류이상이 되면 제 2 구동수단을 오프시킴으로써 방전전류를 차단시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (3)
- 리튬이온 배터리(10)의 전압 특성차를 감지하고, 감지된 특성차를 토대로 상위임계전압과 하위임계전압을 비교하여 비교된 결과에 따라 배터리가 충전 또는 방전되도록 하거나 또는 종료되도록 하는 제어신호를 외부로 출력하는 제어수단(20); 및상기 제어수단으로부터 출력된 제어신호에 따라 배터리 충전 또는 방전이 접속 또는 종료되도록 구동신호를 출력하는 제 1 및 제 2 구동수단(40, 30)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리 보호회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어수단은,직렬과 병렬로 연결된 복수개의 리튬이온 배터리에 대한 각각의 특성차를 감지하고, 감지된 신호를 불감응시간 후에 비교회로(55)로 출력하고, 출력된 신호를 토대로 비교회로에서 제 1 또는 제 2 구동수단을 통해 충전 및 방전이 제어되도록 하는 제 1 제어IC(51) 및 제 2 제어IC(53)를 포함하여 구성됨으로써 과충전, 과방전, 과전류시 제 1 또는 제 2 구동수단을 오프시키는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리 보호회로.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제어수단은,상기 리튬이온 배터리 전압이 과충전 검출전압 이상 또는 과전류 검출전압 이상 또는 과방전 검출전압이하이면, 상기 제 1 IC 및 제 2 IC의 과충전검출회로 또는 과방전 검출회로가 동작되고, 불감응 설정회로를 작동시켜 상기 불감응 설정회로에 연결된 콘덴서가 충전되어 전압임계값이 초과되면, 지연 시간이 결정되어 비교회로에 신호를 출력하는 한편, 출력된 신호를 토대로 비교회로에서 해당 단자 출력을 LOW레벨로 출력하여 제 1 또는 제 2 구동수단을 통해 배터리 충전 또는 방전이 종료되도록 하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리 보호회로.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100478832B1 (ko) * | 2002-06-18 | 2005-03-24 | 오우석 | 충전용 배터리 관리기 |
| KR100596984B1 (ko) | 2004-09-15 | 2006-07-05 | 삼성전자주식회사 | 2차전지 보호회로의 불감응시간 설정회로 및 이를 이용한입/출력 방법 |
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2002
- 2002-03-29 KR KR2020020009373U patent/KR200280002Y1/ko not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100478832B1 (ko) * | 2002-06-18 | 2005-03-24 | 오우석 | 충전용 배터리 관리기 |
| KR100596984B1 (ko) | 2004-09-15 | 2006-07-05 | 삼성전자주식회사 | 2차전지 보호회로의 불감응시간 설정회로 및 이를 이용한입/출력 방법 |
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