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KR100877675B1 - Protection apparatus for secondary battery - Google Patents

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KR100877675B1
KR100877675B1 KR1020060066030A KR20060066030A KR100877675B1 KR 100877675 B1 KR100877675 B1 KR 100877675B1 KR 1020060066030 A KR1020060066030 A KR 1020060066030A KR 20060066030 A KR20060066030 A KR 20060066030A KR 100877675 B1 KR100877675 B1 KR 100877675B1
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Abstract

본 발명은 저온 환경에서의 갑작스런 방전으로 인한 전압 강하 현상을 저전류 소비를 통한 예비 방전을 통해 개선하는 이차전지 보호장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a secondary battery protection device and method for improving a voltage drop phenomenon due to sudden discharge in a low temperature environment through preliminary discharge through low current consumption.

상기한 본 발명에 따르는 이차전지 보호장치는, 상기 이차전지의 양단에 병렬 연결된 온도 감응형 가변저항; 상기 온도 감응형 가변저항의 양단에 병렬 연결된 보호수단을 구비함을 특징으로 한다. Secondary battery protection device according to the present invention, the temperature-sensitive variable resistor connected in parallel to both ends of the secondary battery; And protection means connected in parallel to both ends of the temperature sensitive variable resistor.

이차전지, 저온환경 Secondary Battery, Low Temperature Environment

Description

이차전지 보호장치{PROTECTION APPARATUS FOR SECONDARY BATTERY}Secondary Battery Protection Device {PROTECTION APPARATUS FOR SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 이차전지 보호장치의 구성도. 1 is a block diagram of a secondary battery protection device according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 온도감응형 가변저항의 동작 파형도를 도시한 도면. FIG. 2 is a diagram showing an operation waveform of the temperature sensitive variable resistor of FIG. 1. FIG.

도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 이차전지 보호장치의 구성도. 3 is a block diagram of a secondary battery protection device according to a second embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

100 : 이차전지100: secondary battery

102 : 이차전지 보호회로102: secondary battery protection circuit

200 : 이차전지200: secondary battery

202 : 이차전지 보호회로202: secondary battery protection circuit

204 : 온도센서204: temperature sensor

본 발명은 이차전지 보호장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 온도에서의 과전압을 차단하기 위한 이차전지 보호장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a secondary battery protection device, and more particularly, to a secondary battery protection device and method for blocking overvoltage at low temperatures.

일반적으로 이차 전지는 구동 방식의 화학적 특성에 따라 저온 환경에서의 방전 용량 및 특성이 상온 혹은 고온 환경에서의 방전 용량과 특성에 비해서 낮다. 이는 저온 방전시에 급격하게 전압이 강하(voltage drop)되는 것에 기인한 것이다. In general, the secondary battery has a lower discharge capacity and characteristics in a low temperature environment than a discharge capacity and characteristics in a room temperature or a high temperature environment, depending on the chemical characteristics of the driving method. This is due to a sudden voltage drop during low temperature discharge.

이러한 이차 전지의 특성은 추운 겨울 등의 저온환경에서 이차전지를 이용한 기기를 이용할 때에, 사용 시간이 급격하게 감소되거나 전원이 꺼지는 현상 등을 야기하곤 한다. Such characteristics of the secondary battery often cause a phenomenon in which the use time is drastically reduced or the power is turned off when the device using the secondary battery is used in a low temperature environment such as a cold winter.

상기한 이차 전지의 특성을 이해하지 못하는 일반 사용자는 상기한 현상을 막연히 이차 전지의 결함으로 오인하여, 제품의 신뢰도가 저하되는 문제가 있었다. A general user who does not understand the characteristics of the secondary battery has a problem in that the above phenomenon is vaguely mistaken as a defect of the secondary battery, and the reliability of the product is lowered.

이에 종래에는 저온 환경에서 이차전지의 방전 특성을 개선하기 위한 노력이 계속되고 있다. Accordingly, efforts have been made to improve the discharge characteristics of secondary batteries in a low temperature environment.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 저온 환경에서의 갑작스런 방전으로 인한 전압 강하 현상을 저전류 소비를 통한 예비 방전을 통해 개선하는 이차전지 보호장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a secondary battery protection device for overcoming the above-mentioned problems, and to improve the voltage drop due to sudden discharge in a low temperature environment through preliminary discharge through low current consumption.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따르는 이차전지 보호장치는, 상기 이차전지의 양단에 병렬 연결된 온도 감응형 가변저항; 상기 온도 감응형 가변저항의 양단에 병렬 연결된 보호수단을 구비함을 특징으로 한다. A secondary battery protection device according to the present invention for achieving the above object and to solve the problems of the prior art, the temperature-sensitive variable resistor connected in parallel to both ends of the secondary battery; And protection means connected in parallel to both ends of the temperature sensitive variable resistor.

특히, 상기 온도감응형 가변저항은, 미리 정해둔 온도 이하일 때에, 미리 정해둔 저전류를 통과시키는 저항치를 가짐을 특징으로 한다.In particular, the temperature-sensitive variable resistor is characterized by having a resistance value for passing a predetermined low current when the temperature is below a predetermined temperature.

또한 본 발명에 따르는 이차전지 보호장치는, 소정 온도 이하이면 소정 제어 신호를 출력하는 온도센서; 상기 온도센서가 출력하는 제어신호에 따라 스위칭 동작을 이행하는 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 상기 이차전지의 양단과 연결되는 저전류 소비수단을 구비함을 특징으로 한다. In addition, the secondary battery protection device according to the present invention, the temperature sensor for outputting a predetermined control signal when the predetermined temperature or less; A switching element for performing a switching operation according to a control signal output from the temperature sensor; And low current consumption means connected to both ends of the secondary battery by a switching operation of the switching element.

특히, 상기 저전류 소비수단은, 미리 정해둔 저전류를 통과시키는 저항치를 가지는 저항임을 특징으로 한다. In particular, the low current consumption means, characterized in that the resistance having a resistance value for passing a predetermined low current.

본 발명은 저온 환경에서의 갑작스런 방전으로 인한 전압 강하 현상을 저전류 소비를 통한 예비 방전으로 개선한다. The present invention improves the voltage drop phenomenon due to sudden discharge in low temperature environment to preliminary discharge through low current consumption.

여기서, 본 발명의 설명에 앞서, 저전류 소비를 통한 예비 방전으로 저온 환경에서의 갑작스런 방전으로 인한 전압 강하 현상이 개선되는 이유를 간략히 설명한다. 이차 전지의 전기화학적 원리는 전지의 충방전에 의해 양극과 음극의 사이를 리튬 이온이 이동함에 따라 전하의 움직임으로 인해 전류가 발생하는 원리이다. 이러한 이온의 이동성은 주위 환경의 온도에 직접적인 영향을 받는다. 특히, 온도가 내려갈수록 이온 키네틱(Ion kinetic)이 나빠져서 갑작스러운 방전의 경우에는 전압 강하 현상이 발생하게 된다. Here, prior to the description of the present invention, the reason why the voltage drop phenomenon due to the sudden discharge in the low temperature environment by the preliminary discharge through low current consumption is briefly described. The electrochemical principle of the secondary battery is a principle in which a current is generated due to the movement of charge as lithium ions move between the positive electrode and the negative electrode by charging and discharging of the battery. The mobility of these ions is directly affected by the temperature of the environment. In particular, as the temperature decreases, the ion kinetic becomes worse, and a sudden voltage drop occurs in the case of a sudden discharge.

이에따라 -20도 정도의 저온에서는 상온에서의 전지 성능 용량의 30% 정도만 구현이 되었으나, 저전류 예비 방전을 통해 이온의 움직임을 활성화시키는 실험을 이행해 본 결과, 상기 저전류 방전은 리튬 이온의 움직임을 워밍업(warming up)할 수 있었다. As a result, at a low temperature of about -20 degrees, only about 30% of the battery performance capacity at room temperature was realized. However, as a result of experiments for activating ion movement through low current preliminary discharge, the low current discharge caused lithium ion movement. Could warm up.

또한 저전류 방전후 급방전 시뮬레이션(simulation)을 해본 결과, 저전류 방전을 통한 저온 방전 용량이 현저히 향상되는 결과를 얻을 수 있었다.In addition, as a result of rapid discharge simulation after low current discharge, low temperature discharge capacity through low current discharge was significantly improved.

이제, 상기한 본 발명의 바람직한 제1실시예를 도 1을 참조하여 설명한다. Now, a first preferred embodiment of the present invention described above will be described with reference to FIG.

도 1은 온도감응형 가변저항을 채용한 이차전지 보호장치의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a secondary battery protection device employing a temperature sensitive variable resistor.

이차전지(100)에는 병렬로 이차전지 보호장치(102)가 연결된다. The secondary battery 100 is connected to the secondary battery protection device 102 in parallel.

상기 이차전지 보호장치(102)는 온도감응형 가변저항(TH)와 커패시터(C)로 구성된다. 상기 온도감응형 가변저항(TH)는 정특성 써미스터(THERMISTER) 등과 같이 온도에 따라 저항이 가변되는 성질을 가진 가변저항으로, 도 2에 도시한 바와 같이 온도가 낮을 경우 적은 저항치를 가지고, 온도가 높을수록 큰 저항치를 가진다. 상기 온도감응형 가변저항(TH)는 상기 이차전지(100)의 양(兩) 전극과 병렬 연결된다. 상기 커패시터(C)는 상기 온도감응형 가변저항(TH)과 병렬 연결되어, 전압 안정화를 이행한다. The secondary battery protection device 102 is composed of a temperature-sensitive variable resistor (TH) and a capacitor (C). The temperature-sensitive variable resistor TH is a variable resistor having a property of varying resistance according to temperature, such as a static characteristic thermistor, etc., and has a low resistance value when the temperature is low, as shown in FIG. The higher the value, the greater the resistance. The temperature sensitive variable resistor TH is connected in parallel with the positive electrode of the secondary battery 100. The capacitor C is connected in parallel with the temperature sensitive variable resistor TH to perform voltage stabilization.

상기한 바와 같이 구성되는 이차전지 보호장치의 동작을 설명한다. The operation of the secondary battery protection device configured as described above will be described.

상기 온도감응형 가변저항(TH)은 도 2에 도시한 바와 같이 10도에서 500KOhm의 저항치를 가지며, -20도에서 1KOhm에 근접한 저항치를 가진다. As shown in FIG. 2, the temperature sensitive variable resistor TH has a resistance value of 500 KOhm at 10 degrees and a resistance value close to 1 KOhm at −20 degrees.

상기 500KOhm은 개방상태에 근접하는 큰 저항치로, 상기 온도감응형 가변저항(TH)은 10도 이상의 환경에서는 이차전지(100)를 방전시키지 않고, 이차전지(100)의 전압이 그대로 전원출력단자로 출력되도록 한다. The 500KOhm is a large resistance value close to an open state, and the temperature-sensitive variable resistance (TH) does not discharge the secondary battery 100 in an environment of 10 degrees or more, and the voltage of the secondary battery 100 remains as a power output terminal. To be printed.

그리고 상기 1KOhm은 미세 전류를 통과시킬 수 있는 저항치로, 상기 온도감응형 가변저항(TH)는 -20도 이하의 환경에서는 이차전지(100)를 저전류 방전시킨다. 상기 저전류 방전시의 전류는 10~20mA일 수 있다. The 1KOhm is a resistance value capable of passing a fine current, and the temperature sensitive variable resistor TH discharges the secondary battery 100 at low current in an environment of -20 degrees or less. The current at the time of low current discharge may be 10 ~ 20mA.

이제, 본 발명의 바람직한 제2실시예를 도 3을 참조하여 설명한다. Now, a second preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

상기 도 3은 온도센서를 채용한 이차전지 보호장치의 구성도이다. 3 is a configuration diagram of a secondary battery protection device employing a temperature sensor.

이차전지(200)에는 병렬로 이차전지 보호장치(202)가 연결된다. The secondary battery 200 is connected to the secondary battery protection device 202 in parallel.

상기 이차전지 보호장치(202)는 온도센서(204)와 보호회로(R1~R3,C1~C3), 스위칭 소자(FET;Field Effect Transistor), 및 방전소자(R4)로 구성된다. The secondary battery protection device 202 includes a temperature sensor 204, a protection circuit (R1 ~ R3, C1 ~ C3), a switching element (FET; Field Effect Transistor), and a discharge element (R4).

상기 온도센서(204)는 이차전지(200)로부터 구동전원을 공급받아 주변온도를 센싱하고, 소정 온도이하로 주변온도가 강하되면 소정 레벨의 제어신호를 생성하여 스위칭 소자(FET)의 스위칭 동작을 제어한다. 즉, 온도센서(204)는 -20도 등과 같이 저온이 센싱되면 상기 스위칭 소자(FET)를 턴-온하는 제어신호를 생성하여 상기 스위칭 소자(FET)로 제공한다. The temperature sensor 204 receives the driving power from the secondary battery 200 and senses an ambient temperature. When the ambient temperature drops below a predetermined temperature, the temperature sensor 204 generates a predetermined level control signal to perform a switching operation of the switching element FET. To control. That is, the temperature sensor 204 generates a control signal for turning on the switching element FET when the low temperature is sensed, such as -20 degrees, and provides the control signal to the switching element FET.

상기 스위칭 소자(FET)는 게이트 단자로 상기 온도센서(204)로부터의 제어신호를 제공받아, 턴-온하여, 소스와 드레인 단자간을 연결한다. The switching element FET receives a control signal from the temperature sensor 204 as a gate terminal, turns on, and connects the source and drain terminals.

상기 스위칭 소자(FET)의 소스단자와 이차전지(200)의 일단 또는 드레인 단자와 이차전지(200)의 타단간에는 저온환경에서 이차전지(200)의 성능을 개선시킬 정도의 적절한 저전류를 흐릴 수 있는 저항치를 가지는 저전류 소비수단인 저항(R4)이 연결된다. Between the source terminal of the switching element (FET) and one end or the drain terminal of the secondary battery 200 and the other end of the secondary battery 200 can flow a suitable low current to improve the performance of the secondary battery 200 in a low temperature environment The resistor R4, which is a low current consumption means having a resistance value, is connected.

그외 보호회로(R1~R3,C1~C3)는 이차전지 또는 외부장치의 비정상동작에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 것이다. The other protection circuits R1 to R3 and C1 to C3 are for preventing circuit damage due to abnormal operation of the secondary battery or an external device.

상기한 본 발명의 바람직한 제2실시예의 이차전지 보호장치(202)의 동작을 설명한다. The operation of the secondary battery protection device 202 of the second preferred embodiment of the present invention described above will be described.

상기 온도센서(204)는 주변온도가 소정 온도 이하로 강하되면, 스위칭 소 자(FET)를 턴-온하기 위한 제어신호를 생성하여, 상기 스위칭 소자(FET)의 게이트 단자로 입력한다. When the ambient temperature falls below a predetermined temperature, the temperature sensor 204 generates a control signal for turning on the switching element FET and inputs it to the gate terminal of the switching element FET.

상기 게이트 단자로 상기 제어신호가 입력되면, 상기 스위칭 소자(FET)는 턴-온되며, 이에 따라 미리 정해둔 저전류를 통과시키기 위한 저항치의 저항(R4)이 이차전지(200)의 양단과 연결된다. When the control signal is input to the gate terminal, the switching device (FET) is turned on, so that a resistance R4 of a resistance value for passing a predetermined low current is connected to both ends of the secondary battery 200. do.

상기 저항(R4)가 이차전지(200)의 양단과 연결됨에 따라, 상기 이차전지(200)는 저전류 방전이 이루어져, 저온환경에서 이차전지(200)의 성능이 개선된다. As the resistor R4 is connected to both ends of the secondary battery 200, the secondary battery 200 has a low current discharge, thereby improving the performance of the secondary battery 200 in a low temperature environment.

상기한 이차전자 보호장치(202)는 이차전지(200)내에 구비되거나, 일반적인 이차전지 보호회로에 부가 설치될 수 있다. The secondary electron protection device 202 may be provided in the secondary battery 200 or may be additionally installed in a general secondary battery protection circuit.

상기한 본 발명은 온도감응형 가변저항 또는 소정 저항치를 가지는 저항을 통해 저온환경에서 저전류 방전토록 구현하였으나, 상기 이차전지를 공급받는 장치의 소정 회로만을 구동시켜 저전류 소비를 이행토록 할 수도 있다. 이는 본 발명에 의거 당업자에게 자명하므로, 그 상세한 설명은 생략한다. Although the present invention implements a low current discharge in a low temperature environment through a temperature sensitive variable resistor or a resistor having a predetermined resistance value, the low current consumption may be implemented by driving only a predetermined circuit of a device receiving the secondary battery. . Since this will be apparent to those skilled in the art based on the present invention, detailed description thereof will be omitted.

상기한 바와 같이 본 발명은 저온 환경에서의 갑작스런 방전으로 인한 전압 강하 현상을 저전류 소비를 통한 예비 방전을 통해 개선하는 효과가 있다. As described above, the present invention has the effect of improving the voltage drop due to sudden discharge in a low temperature environment through preliminary discharge through low current consumption.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible.

따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

Claims (6)

이차전지 보호장치에 있어서, In the secondary battery protection device, 상기 이차전지의 양단에 병렬 연결된 온도 감응형 가변저항; 및A temperature sensitive variable resistor connected in parallel to both ends of the secondary battery; And 상기 온도 감응형 가변저항의 양단에 병렬 연결된 커패시터;A capacitor connected in parallel to both ends of the temperature sensitive variable resistor; 를 구비함을 특징으로 하는 이차전지 보호장치. Secondary battery protection device characterized in that it comprises a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 온도감응형 가변저항은 정특성 써미스터이고,The temperature sensitive variable resistor is a static thermistor, 상기 정특성 써미스터의 큐리 온도는 이차 전지의 동작 특성이 저하되는 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 이차전지 보호장치. Curie temperature of the positive characteristic thermistor is a secondary battery protection device, characterized in that higher than the temperature at which operating characteristics of the secondary battery is lowered. 이차전지 보호장치에 있어서, In the secondary battery protection device, 상기 이차전지의 양단과 병렬 연결된 선로에 설치된 저항과 스위치; 및A resistor and a switch installed in a line connected in parallel with both ends of the secondary battery; And 상기 이차전지의 온도가 이차전지의 동작 특성이 저하되는 특정 온도 이하로 떨어지면 상기 스위치의 턴온을 위한 구동신호를 상기 스위치로 인가하는 온도센서를 포함하고,And a temperature sensor for applying a driving signal for turning on the switch to the switch when the temperature of the secondary battery drops below a specific temperature at which operating characteristics of the secondary battery are deteriorated. 상기 스위치는 상기 구동신호의 인가에 따라 턴온되어 상기 저항을 통해 전류가 흐르게 하여 이차전지를 방전시키는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호장치.The switch is turned on in response to the application of the drive signal, the secondary battery protection device, characterized in that to discharge the secondary battery by flowing a current through the resistance. 삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따르는 이차전지 보호장치를 포함하는 이차전지. A secondary battery comprising the secondary battery protection device according to any one of claims 1 to 3.
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