JP6230181B2

JP6230181B2 - バッテリー保護回路及びこれを含むバッテリーパック

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Publication number: JP6230181B2
Application number: JP2013168865A
Authority: JP
Inventors: 世鎭智
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2033-08-15
Also published as: KR20200124187A; KR102220900B1; JP2014054169A; EP2704289B1; CN103683211B; EP2704289A1; US20140063670A1; KR20140031099A; CN103683211A

Description

本発明は、バッテリー保護回路およびこれを含むバッテリーパックに関し、より詳細には、充放電制御用トランジスタの制御電極と連結できる端子を備えることによって、充放電制御用トランジスタのターンオン抵抗を容易に変更することができ、これにより効率的なバッテリーの管理が可能なバッテリー保護回路およびこれを含むバッテリーパックに関する。

最近、携帯電話、ノートパソコン、ビデオカメラなどのコンパクトで軽量化された携帯用電子/電気機器が活発に開発、生産されており、前記携帯用電子/電気機器が別途の電源が完備されていない場所でも作動できるようにバッテリーを内蔵している。

ところが、バッテリーの化学的性質により過充電、過放電、端子間ショート等による過電流状態で、発火、破裂、爆発の被害が発生するおそれがある。したがって、図１に示した従来のバッテリーパック１００に示した、ベアセル１１０の過充電、過電流および過放電を検出してベアセル１１０を保護するバッテリー保護回路１２０が一緒に設けられる。

バッテリー保護回路１２０は、ＩＣチップの形態で製作することができ、内部に制御回路１３０とスイッチング部１４０を含むことにより、ベアセル１１０の保護動作を実行することができる。

一般に、スイッチング部１４０は、制御回路１３０によって制御される放電制御用トランジスタ１４１と充電制御用トランジスタ１４２で構成される。図１に示した、従来のバッテリー保護回路１２０では、充放電制御用トランジスタ１４１、１４２の各ソース/ドレイン電極に外部連結ができるように、別途の端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を備えている。ただし、従来のバッテリー保護回路１２０は、充放電制御用トランジスタ１４１、１４２の制御電極との電気的連結のための別途の外部端子は具備していない。

バッテリーパック１００の内部抵抗（ＩｎｔｅｒｎａｌＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を調節するためには、充放電制御用トランジスタ１４１、１４２の制御電極を制御する必要があるが、充放電制御用トランジスタ１４１、１４２の制御電極が外部に露出されていないので、充放電制御用トランジスタ１４１、１４２のターンオン抵抗を変更することができないという問題が存在した。

上述した問題を解決するために案出された本発明の目的は、充放電制御用トランジスタの制御電極と連結できる端子を備えることによって、充放電制御用トランジスタのターンオン抵抗を容易に変更することができ、これにより、効率的なバッテリーの管理が可能なバッテリー保護回路およびこれを含むバッテリーパックを提供することである。

上記目的を達成するための本発明の実施例によるバッテリー保護回路は、ベアセルの異常可否を検出する制御回路と、前記ベアセルの充放電を制御するための少なくとも一つのトランジスタを含むスイッチング部とを含む、集積回路で形成され、前記スイッチング部に含まれる少なくとも一つのトランジスタは、その制御電極が外部に露出される接続端子と連結されたことを特徴とする。

また、前記スイッチング部は、放電制御のための第１トランジスタと充電制御のための第２トランジスタとを含む。

また、前記第１トランジスタの制御電極は、外部に露出される第１接続端子に連結され、前記第２トランジスタの制御電極は、外部に露出される第２接続端子に連結されることを特徴とする。

また、前記第１トランジスタは、第１電極が外部に露出される第１端子に連結され、第２電極は、前記第２トランジスタの第２電極に連結され、前記第２トランジスタは、第１電極が外部に露出される第２端子に連結されることを特徴とする。

また、前記第１トランジスタの第２電極と前記第２トランジスタの第２電極は、外部に露出される第３端子に連結されることを特徴とする。

また、前記第１接続端子は、前記バッテリー保護回路の一側に形成され、前記第２接続端子は、前記バッテリー保護回路の他側に形成されることを特徴とする。

また、前記第１端子は、前記第１接続端子に隣接して形成され、前記第２端子は、前記第２接続端子に隣接して形成されることを特徴とする。

また、前記第１接続端子は、前記バッテリー保護回路の一側中央部に形成され、前記第２接続端子は、前記バッテリー保護回路の他側中央部に形成されることを特徴とする。

さらに、本発明の実施例によるバッテリーパックは、少なくとも一つのベアセルと、前記ベアセルの異常可否を検出する制御回路と、前記ベアセルの充放電を制御するための少なくとも一つのトランジスタとを含むスイッチング部を含む、集積回路で形成されたバッテリー保護回路を含み、前記スイッチング部に含まれる少なくとも一つのトランジスタは、その制御電極が外部に露出される接続端子と連結されたことを特徴とする。

また、前記スイッチング部は、放電制御のための第１トランジスタと充電制御のための第２トランジスタを含む。

また、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタと並列に連結される少なくとも一つのトランジスタを含む補助スイッチング部をさらに含む。

また、前記補助スイッチング部は、前記第１端子と前記第２端子との間に直列に連結される第１補助トランジスタ及び第２補助トランジスタを含む。

また、前記第１補助トランジスタは、第１電極が前記第１端子に連結され、第２電極は、前記第２補助トランジスタの第２電極に連結され、前記第２補助トランジスタは、第１電極が前記第２端子に連結されることを特徴とする。

また、前記第１補助トランジスタの制御電極は、前記第１接続端子に連結され、前記第２補助トランジスタの制御電極は、前記第２接続端子に連結されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、充放電制御用トランジスタの制御電極と連結できる端子を備えることによって、充放電制御用トランジスタのターンオン抵抗を容易に変更することができ、これにより、効率的なバッテリーの管理が可能なバッテリー保護回路およびこれを含むバッテリーパックを提供することができる。

従来のバッテリーパックを示した図面である。本発明の実施例によるバッテリーパックを示した図面である。本発明の実施例による制御回路の構成を示した図面である。本発明の他の実施例によるバッテリーパックを示した図面である。

その他の実施例の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付される図面とともに詳細に後述される実施例を参照すれば明らかになるだろう。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されるものではなく、さまざまな形態で具現することができ、以下の説明でいずれかの部分が他の部分と連結されているとき、これは直接連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を間に置いて電気的に連結されている場合をも含む。また、図面では、本発明と関係のない部分は、本発明の説明を明確にするために省略し、明細書全体を通じ類似する部分については同一の図面符号を付けた。

以下、本発明の実施例およびこれを説明するための図面を参照して本発明の実施例によるバッテリー保護回路およびこれを含むバッテリーパックについて説明する。

図２は、本発明の実施例によるバッテリーパックを示した図面である。図２を参照すると、本発明の実施例によるバッテリーパック２００は、ベアセル２１０およびバッテリー保護回路２２０を含む。

ベアセル２１０は、少なくとも１つ以上が存在することができ、複数のベアセル２１０は、直列および/または並列に連結されて位置することができる。また、ベアセル２１０の大電流経路には、充電器（図示せず）や電子製品（図示せず）等に連結される陽極端子２８１と陰極端子２８２が形成されることができる。

バッテリー保護回路２２０は、ベアセル２１０の異常状態（過充電、過放電、過電流など）によって発生する問題を防止するためのものであり、ベアセル２１０に連結されてベアセル２１０の保護動作を実行することができる。また、バッテリーの保護回路２２０は、集積回路の形態で製作することができる。

図２を参照すると、本発明の実施例によるバッテリー保護回路２２０は、制御回路２３０およびスイッチング部２４０を含む。制御回路２３０は、ベアセル２１０の異常可否を検出する役割を果たす。例えば、制御回路２３０は、ベアセル２１０の過充電、過放電、過電流などの状態を検出することができる。また、制御回路２３０は、スイッチング部２４０を制御することにより、ベアセル２１０の充放電状態を制御することができる。また、制御回路２３０は、集積回路ＩＣの形態で製作することができる。

スイッチング部２４０は、ベアセル２１０の充放電を制御するための少なくとも一つのトランジスタを含み、前記制御回路２３０によってその動作が制御されることができる。このとき、スイッチング部２４０に含まれる少なくとも一つのトランジスタは、制御電極（例えば、ゲート電極またはベース電極など）が外部に露出されたバッテリー保護回路２２０の接続端子と連結されることが好ましい。

スイッチング部２４０は、放電制御のための第１トランジスタ２４１と充電制御のための第２トランジスタ２４２を含むことが好ましいが、これを一例として説明する。この場合、第１トランジスタ２４１の制御電極は外部に露出されたバッテリー保護回路２２０の第１接続端子Ｇ１と連結され、第２トランジスタ２４２の制御電極は外部に露出されたバッテリー保護回路２２０の第２接続端子Ｇ２と連結することができる。すなわち、図１から分かるように、従来のバッテリー保護回路１２０では、スイッチング部１４０に含まれたトランジスタ１４１、１４２の制御電極がバッテリー保護回路１２０の内部で制御回路１３０と連結続するだけであった。

これにより、外部からトランジスタ１４１、１４２の制御電極に対する連結を行うことができないので、内部抵抗の調節などのためにトランジスタ１４１、１４２の制御電極を外部から制御することができないという問題があった。これに対し、本発明は、スイッチング部２４０に含まれたトランジスタ２４１、２４２の制御電極が接続端子Ｇ１、Ｇ２を介して外部に露出されるので、トランジスタ２４１、２４２のターンオン抵抗を容易に変更することができる。

第１トランジスタ２４１と第２トランジスタ２４２との連結関係を具体的に調べて見ると、第１トランジスタ２４１は、第１電極が外部に露出されたバッテリー保護回路２２０の第１端子Ｔ１に連結され、第２電極は、第２トランジスタ２４２の第２電極に連結されることができる。また、第２トランジスタ２４２は、第１電極が外部に露出されたバッテリー保護回路２２０の第２端子Ｔ２に連結されることができる。一例として、第１トランジスタ２４１の第１電極と第２電極は、それぞれソース電極とドレイン電極に設定することができ、第２トランジスタ２４２の第１電極と第２電極は、それぞれソース電極とドレイン電極に設定することができる。

また、第１トランジスタ２４１と第２トランジスタ２４２は、それぞれ並列に連結されるダイオード２５１、２５２を備えることによって、第１トランジスタ２４１と第２トランジスタ２４２とのうち、いずれか一つがターンオフされる充電または放電時に電源がダイオード２５１、２５２を介して供給されるようにすることができる。そして、第１トランジスタ２４１の第２電極と第２トランジスタ２４２の第２電極は、外部に露出されたバッテリー保護回路２２０の第３端子Ｔ３に連結することができる。

第１トランジスタ２４１と第２トランジスタ２４２は、電界効果トランジスタ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）で具現することができる。例えば、第１トランジスタ２４１と第２トランジスタ２４２は、ＮＭＯＳトランジスタまたはＰＭＯＳトランジスタで形成することができる。つまり、本発明の実施例によるバッテリー保護回路２２０は、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２、第３端子Ｔ３とともに第１接続端子Ｇ１と第２接続端子Ｇ２とをさらに備えることができる。このとき、第１端子Ｔ１は、ベアセル２１０の陰極に連結することができ、第２端子Ｔ２は、バッテリーパック２００の陰極端子２８２と連結することができる。また、バッテリーの保護回路２２０は、ベアセル２１０の陽極と連結するための電源端子ＶＤＤおよびバッテリーパック２００の陰極端子２８２と連結するための補助端子Ｖ−を備えることができる。

ベアセル２１０の陽極と電源端子ＶＤＤとの間には、抵抗Ｒ１が存在することができる。また、バッテリーの保護回路２２０の電源端子ＶＤＤと第１端子Ｔ１との間には、キャパシタＣが存在することができる。また、補助端子Ｖ−とバッテリーパック２００の陰極端子２８２との間には抵抗Ｒ２が存在することができる。このとき、第１接続端子Ｇ１と第２接続端子Ｇ２は、回路設計の便宜性のために互いに対向する位置に形成することができる。つまり、第１接続端子Ｇ１がバッテリー保護回路２２０の一側に形成される場合、第２接続端子Ｇ２は、それとは逆にバッテリー保護回路２２０の他側に形成することができる。

また、第１端子Ｔ１は、第１接続端子Ｇ１に隣接して形成され、第２端子Ｔ２も同様に第２接続端子Ｇ２に隣接して形成することができる。例えば、図２に示したように、バッテリー保護回路２２０の一側には、上から電源端子ＶＤＤ、第１接続端子Ｇ１、第１端子Ｔ１が順次に位置し、バッテリー保護回路２２０の他側では、上から補助端子Ｖ−、第２接続端子Ｇ２、第２端子Ｔ２が順次に配置することができる。すなわち、第１接続端子Ｇ１は、バッテリー保護回路２２０の一側中央部に位置し、第２接続端子Ｇ２は、バッテリー保護回路２２０の他側中央部に位置することができる。

図３は、本発明の実施例による制御回路の構成を示した図面である。図３を参照すると、本発明の実施例による制御回路２３０は、ベアセル２１０の過充電可否を検出する過充電検出部ＶＤ１、ベアセル２１０の過放電可否を検出する過放電検出部ＶＤ２、バッテリーの過電流可否を検出する放電過電流検出部ＶＤ3と充電過電流検出部ＶＤ４、第１ロジック回路３１１、第２ロジック回路３１２、遅延回路３２０、発振器３３０、カウンター３４０、レベルシフト回路３５０、短絡検出回路３６０などを含むことができる。

また、制御回路２３０は、バッテリー保護回路２２０の電源端子ＶＤＤおよび補助端子Ｖ−と連結することができ、スイッチング部２４０と連結される接地端子ＶＳＳ、放電制御端子Ｄｏｕｔ、充電制御端子Ｃｏｕｔを備えることができる。また、制御回路２３０は、発振器３３０と連結されるＤＳ端子を備えることができる。

具体的には、制御回路２３０の接地端子ＶＳＳは、スイッチング部２４０に含まれる第１トランジスタ２４１の第１電極および第１端子Ｔ１に連結することができ、放電制御端子Ｄｏｕｔは、スイッチング部２４０に含まれる第１トランジスタ２４１の制御電極および第１接続端子Ｇ１に連結することができ、充電制御端子Ｃｏｕｔは、スイッチング部２４０に含まれる第２トランジスタ２４２の制御電極および第２接続端子Ｇ２に連結することができる。

以下、バッテリー保護回路２２０によって実行される基本的な動作を説明する。
過充電、過放電、放電過電流、充電過電流または短絡が、過充電検出部ＶＤ１、過放電検出部ＶＤ２、放電過電流検出部ＶＤ3、充電過電流検出部ＶＤ４または短絡検出回路３６０によって検出されると、発振器３３０が活性化され、カウンター３４０は、カウント動作を開始する。

過充電または充電過電流検出の場合、カウンター３４０を介して予め決定された検出遅延時間を計測した後に、充電制御端子Ｃｏｕｔの出力は、第１ロジック回路３１１とレベルシフト回路３５０を介してローレベルでスイッチングされるので、第２トランジスタ２４２はオフされうる。また、過放電、放電過電流または短絡検出の場合、放電制御端子Ｄｏｕｔの出力は、第２ロジック回路３１２を介してローレベルでスイッチングされるので、第１トランジスタ２４１はオフされうる。

上述した制御回路２３０の構成および動作は、一実施例に過ぎないものであり、制御回路２３０の構成および動作は、他の形態でも変化可能である。

図４は、本発明の他の実施例によるバッテリーパックを示した図面である。図４を参照すると、本発明の他の実施例によるバッテリーパック２００は、補助スイッチング部３００をさらに含む。

補助スイッチング部３００は、バッテリーパック２００の内部抵抗、すなわち大電流経路に存在するスイッチング部２４０の抵抗を調節するために設けられ、スイッチング部２４０に含まれる第１トランジスタ２４１および第２トランジスタ２４２と並列に連結される少なくとも一つの補助トランジスタを含むことができる。このとき、補助スイッチング部３００は、スイッチング部２４０と同じ形態で形成されることが好ましいが、これによって、補助スイッチング部３００は、第１補助トランジスタ３１１と第２補助トランジスタ３１２を含むことができる。

第１補助トランジスタ３１１と第２補助トランジスタ３１２は、第１トランジスタ２４１および第２トランジスタ２４２と並列に位置するため、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に直列に連結することができる。具体的には、第１補助トランジスタ３１１は、第１電極が第１端子Ｔ１に連結され、第２電極は、第２補助トランジスタ３１２の第２電極に連結されることができる。また、第２補助トランジスタ３１２は、第１電極が第２端子Ｔ２に連結されることができる。

一例として、第１補助トランジスタ３１１の第１電極と第２電極は、それぞれソース電極とドレイン電極に設定することができ、第２補助トランジスタ３１２の第１電極と第２電極は、それぞれソース電極とドレイン電極に設定することができる。また、補助スイッチング部３００は、スイッチング部２４０と同じ機能を実行するために、第１補助トランジスタ３１１及び第２補助トランジスタ３１２にそれぞれ並列に連結される補助ダイオード３２１、３２２を備えることができる。そして、第１補助トランジスタ３１１は、第１トランジスタ２４１と同じ動作を実行するために、制御電極が第１接続端子Ｇ１に連結することができる。また、第２補助トランジスタ３１２は、第２トランジスタ２４２と同じ動作を実行するために、制御電極が第２接続端子Ｇ２に連結することができる。

図４において、一つのスイッチング部２４０が示されているが、スイッチング部２４０の数は、多様に変化されうる。つまり、バッテリー保護回路２２０に別途の接続端子Ｇ１、Ｇ２を追加することで、ＩＣチップの形態で製造されるバッテリー保護回路２２０の形態を変更しなくとも内部抵抗を調節するための補助スイッチング部３００を容易に追加設置できるようになる。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

２００バッテリーパック
２１０ベアセル
２２０バッテリー保護回路
２３０制御回路
２４０スイッチング部
３００補助スイッチング部
Ｇ１第１接続端子
Ｇ２第２接続端子

Claims

ベアセルの異常可否を検出する制御回路と、
前記ベアセルの充放電を制御するための少なくとも一つのトランジスタを含むスイッチング部とを含む、集積回路で形成され、
前記スイッチング部に含まれる少なくとも一つのトランジスタは、その制御電極が外部に露出される接続端子と連結され、
前記スイッチング部は、放電制御のための第１トランジスタと充電制御のための第２トランジスタとを含み、
前記第１トランジスタの制御電極は、外部に露出される第１接続端子に連結され、
前記第２トランジスタの制御電極は、外部に露出される第２接続端子に連結されることを特徴とするバッテリー保護回路。
前記第１トランジスタは、第１電極が外部に露出される第１端子に連結され、第２電極は、前記第２トランジスタの第２電極に連結され、
前記第２トランジスタは、第１電極が外部に露出される第２端子に連結されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー保護回路。
前記第１トランジスタの第２電極と前記第２トランジスタの第２電極は、外部に露出される第３端子に連結されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリー保護回路。
前記第１接続端子は、前記バッテリー保護回路の一側に形成され、前記第２接続端子は、前記バッテリー保護回路の他側に形成されることを特徴とする請求項２または３に記載のバッテリー保護回路。
前記第１端子は、前記第１接続端子に隣接して形成され、
前記第２端子は、前記第２接続端子に隣接して形成されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリー保護回路。
前記第１接続端子は、前記バッテリー保護回路の一側中央部に形成され、
前記第２接続端子は、前記バッテリー保護回路の他側中央部に形成されることを特徴とする請求項４または５に記載のバッテリー保護回路。
少なくとも一つのベアセルと、
前記ベアセルの異常可否を検出する制御回路と、
前記ベアセルの充放電を制御するための少なくとも一つのトランジスタとを含むスイッチング部を含む、集積回路で形成されたバッテリー保護回路を含み、前記スイッチング部に含まれる少なくとも一つのトランジスタは、その制御電極が外部に露出される接続端子と連結され、
前記スイッチング部は、放電制御のための第１トランジスタと充電制御のための第２トランジスタを含み、
前記第１トランジスタの制御電極は、外部に露出される第１接続端子に連結され、
前記第２トランジスタの制御電極は、外部に露出される第２接続端子に連結されることを特徴とするバッテリーパック。
前記第１トランジスタは、第１電極が外部に露出される第１端子に連結され、第２電極は、前記第２トランジスタの第２電極に連結され、
前記第２トランジスタは、第１電極が外部に露出される第２端子に連結されることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
前記第１トランジスタの第２電極と前記第２トランジスタの第２電極は、外部に露出される第３端子に連結されることを特徴とする請求項８に記載のバッテリーパック。
前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタと並列に連結される少なくとも一つのトランジスタを含む補助スイッチング部をさらに含むことを特徴とする請求項８または９に記載のバッテリーパック。
前記補助スイッチング部は、前記第１端子と前記第２端子との間に直列に連結される第１補助トランジスタ及び第２補助トランジスタを含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
前記第１補助トランジスタは、第１電極が前記第１端子に連結され、第２電極は、前記第２補助トランジスタの第２電極に連結され、
前記第２補助トランジスタは、第１電極が前記第２端子に連結されることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーパック。
前記第１補助トランジスタの制御電極は、前記第１接続端子に連結され、
前記第２補助トランジスタの制御電極は、前記第２接続端子に連結されることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーパック。
前記第１接続端子は、前記バッテリー保護回路の一側に形成され、
前記第２接続端子は、前記バッテリー保護回路の他側に形成されることを特徴とする請求項８乃至１３の何れか一項に記載のバッテリーパック。
前記第１端子は、前記第１接続端子に隣接して形成され、
前記第２端子は、前記第２接続端子に隣接して形成されることを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーパック。
前記第１接続端子は、前記バッテリー保護回路の一側中央部に形成され、
前記第２接続端子は、前記バッテリー保護回路の他側中央部に形成されることを特徴とする請求項１５に記載のバッテリーパック。