보호회로(Protection Circuit Module) 기능

 리튬이온전지 및 리튬폴리머전지는 최적의 성능을 유지하기 위해서는 과충전(過充電) 및 과방전(過放電)으로부터 보호되어야 한다. 셀(Cell)당 충전전압이 4.5V를 넘을 경우 전해질이 분해되어 가스가 발생하게 되거나, 안전 밸브에 압력을 가함으로써 셀 간의 압력을 높이는 원인이 된다. 따라서 셀에서 전해질이 누출하게 된다. 즉, 폭발의 위험성을 유발하는 원인이 된다. 반면, 배터리를 과방전 시킬 경우 음극이 파손되어 배터리의 성능을 저하시킨다. 리튬이온 2차 전지의 위험성을 예방하기 위하여 결과적으로 다음과 같은 기능을 가진 보호회로(PCM)가 필요하다.

 그러나 리튬이온 전지는 이온상태의 액체 전해질을 사용하는 한 항시 폭발의 위험을 안고 있는 등 안전성이 떨어지는 것이 큰 단점으로 지적되고 있어 이를 보완하고 에너지 밀도를 더욱 높이기 위한 업체들의 연구개발이 끊임없이 이어지고 있다.

 ♣ Li-Ion전지의 특성상 충방전시의 최대치는 제한되어야 하며, Cell 온도가 모니터 되어야 한다. 그러므로 Li-Ion 전지팩은 각 셀의 절정 전압을 제한하고 방전시 Cell의 전압이 너무 낮게 떨어지는 것을 보호하는 PCM을 필요로 한다. PCM의 예방 조치로 인하여 과충전으로부터 생길 수 있는 Li-금속의 석출 가능성이 배제되었다. - 폭발의 위험성으로부터 보호

 ♣ 리튬 이온전지는 안전성확보가 어렵다는 이유로 상품화를 포기한 미국 및 유럽 전지업체들과 달리 이를 보완하는 보호회로를 개발 상품화를 실현한 일본 전지업체들에 의해 2차 전지 시장에서 빠른 속도로 성장하였으며, 최근에는 리튬전지 자체보다는 보호회로의 성능에 의하여 전지의 성능이 결정되는 등 보호회로의 중요성이 날로 증가하고 있다.

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보호회로(Protection Circuit Module)의 동작 원리

Block Diagram of Li-ion Rechargeable Battery Pack (2serial)

Symbol Name Description cell1    Li-ion cell 1    Li-ion Battery, 3.7V cell2    Li-ion cell 2    Li-ion Battery, 3.7V U1    IC    Protection controller V    Battery positive    V1 power input S1    Voltage sensor    cell 1 positive input VC    Battery center    cell 1 negative & cell 2 postive input VSS    Battery negative    cell 2 negative & negative power input S2    Current sensor    VM voltage input S3    Capacity    Delay time Q1    MosFET    Discharging on/off Q2    MosFET    Charging on/off F1    Fuse or PTC    2nd current off V+    Positive    Pack positive input & output plate G    Negative    Pack negative input & output plate

위의 조건에 의하여 배터리팩 및 보호회로의 동작은 아래와 같음.

♣ 과충전 방지전압, 과방전 방지전압, 과전류 방지전압 및 지연시간은 미리 설정되어 제작됩니다.

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