본 논문에서는 스마트폰 배터리로 사용되는 리튬 이온 배터리에서 과충전, 과방전, 단락 등으로 인한 폭발 위험성을 막기 위해 사용되는 배터리 보호회로 모듈에 대한 정전기 방전 실험을 연구하였다. 실험 시료로 S사의 리튬이온 배터리를 사용하였고, 정전기 방전 인가를 위해 IEC 61000-4-2 표준에 호환되는 ESD Gun simulator를 사용하였다. 배터리 보호회로 모듈의 여러 핀에 2kV ~ 10kV에서는 2kV 단위로 증가시키고, 10kV ~ 30kV에서는 5kV단위로 증가시켜 접촉방전을 인가하였다.
본 논문에서는 스마트폰 배터리로 사용되는 리튬 이온 배터리에서 과충전, 과방전, 단락 등으로 인한 폭발 위험성을 막기 위해 사용되는 배터리 보호회로 모듈에 대한 정전기 방전 실험을 연구하였다. 실험 시료로 S사의 리튬이온 배터리를 사용하였고, 정전기 방전 인가를 위해 IEC 61000-4-2 표준에 호환되는 ESD Gun simulator를 사용하였다. 배터리 보호회로 모듈의 여러 핀에 2kV ~ 10kV에서는 2kV 단위로 증가시키고, 10kV ~ 30kV에서는 5kV단위로 증가시켜 접촉방전을 인가하였다.
In this paper, we have studied the electrostatic discharge test for the battery protection circuit module in the lithium ion battery used as a smartphone battery which is used to prevent the explosion hazard due to overcharge, over discharge, and short-circuit. A lithium ion battery of S company was...
In this paper, we have studied the electrostatic discharge test for the battery protection circuit module in the lithium ion battery used as a smartphone battery which is used to prevent the explosion hazard due to overcharge, over discharge, and short-circuit. A lithium ion battery of S company was used as an experimental sample, and an ESD gun simulator compliant with IEC 61000-4-2 standard was used for electrostatic discharge injection. The contact discharge was applied to the various pins of the battery protection circuit module in increments of 2 kV in the range of 2 kV to 10 kV and in 5 kV increments in the range of 10 kV to 30 kV.
In this paper, we have studied the electrostatic discharge test for the battery protection circuit module in the lithium ion battery used as a smartphone battery which is used to prevent the explosion hazard due to overcharge, over discharge, and short-circuit. A lithium ion battery of S company was used as an experimental sample, and an ESD gun simulator compliant with IEC 61000-4-2 standard was used for electrostatic discharge injection. The contact discharge was applied to the various pins of the battery protection circuit module in increments of 2 kV in the range of 2 kV to 10 kV and in 5 kV increments in the range of 10 kV to 30 kV.
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문제 정의
본 논문에서는 배터리 보호회로에 인위적인 악조건을 만들기 위하여, 리튬이온 배터리의 PCM에 정전기 방전(electrostatic discharge; ESD)를 직접 인가하여 PCM의 안정성을 시험하였다. 배터리의 PCM과 같은 디지털 IC는 고밀도 집적 회로로 구성되어 상대적으로 ESD에 약한 내성을 가지고 있다 [3].
제안 방법
ESD Gun 인가 후 영향을 분석하기 위해 ESD Gun 인가 후 리튬이온 배터리를 스마트폰에 장착하여 완전충전을 시킨 후 스마트폰을 ON시켜 OS를 켠 후 다시 OFF하여 배터리를 약간 사용한 후 다시 완전충전 시킬 때까지 걸리는 시간을 측정하였다.
배터리 시료를 접지시키기 위해 아래 그림처럼 배터리 상단부의 외관 포장재를 제거하여 배터리 케이스를 노출하였다. ESD 실험을 위해 나무 탁자 위에 리튬이온 배터리를 수직으로 세워 고정한 후 ESD Gun의 접지선과 배터리 케이스를 멀티탭에 각각 접지하였다.
그림 2는 실험 구성을 나타내고 있다. 배터리 시료를 접지시키기 위해 아래 그림처럼 배터리 상단부의 외관 포장재를 제거하여 배터리 케이스를 노출하였다. ESD 실험을 위해 나무 탁자 위에 리튬이온 배터리를 수직으로 세워 고정한 후 ESD Gun의 접지선과 배터리 케이스를 멀티탭에 각각 접지하였다.
위의 규격에 따라 접촉 방전 실험을 할 경우, 일반적으로 2~8kV까지 진행하며 보다 높은 레벨의 실험을 진행할 수 있다. 본 실험에서는 접촉 방전 방법을 이용하여 진행하면서, 규격에서 제안되어있는 시험 레벨보다 높은 범위까지 최대 30kV 레벨까지 시험하였다. ESD 실험을 위해 IEC 61000-4-2 표준에 호환되는 독일 SCHLODER사의 SESD 30000 모델을 사용하였다.
대상 데이터
본 실험에서는 접촉 방전 방법을 이용하여 진행하면서, 규격에서 제안되어있는 시험 레벨보다 높은 범위까지 최대 30kV 레벨까지 시험하였다. ESD 실험을 위해 IEC 61000-4-2 표준에 호환되는 독일 SCHLODER사의 SESD 30000 모델을 사용하였다.
5mm(가로×세로×높이)이며, KC(Korea Certification) 인증 제품이다. 배터리는 KS C 8541[4]과 KS C IEC 61960[5] 기준으로 완전 충전시켜 실험하였다. 사용된 배터리의 PCM은 I사의 모델이다.
배터리의 주요 사양은 용량 2800mAh, 충전전압 4.4V 그리고 크기는 84.0×42.3 ×5.5mm(가로×세로×높이)이며, KC(Korea Certification) 인증 제품이다.
본 실험에서 사용된 배터리는 그림 1에서 나타낸 S사의 리튬 이온 배터리이다. 배터리의 주요 사양은 용량 2800mAh, 충전전압 4.
배터리는 KS C 8541[4]과 KS C IEC 61960[5] 기준으로 완전 충전시켜 실험하였다. 사용된 배터리의 PCM은 I사의 모델이다.
배터리의 PCM과 같은 디지털 IC는 고밀도 집적 회로로 구성되어 상대적으로 ESD에 약한 내성을 가지고 있다 [3]. 실험의 재현성을 위하여 다수의 실험 시료들을 사용하여 실험을 진행하였다.
이론/모형
보호 회로 모듈의 ESD 안정성 실험을 진행하기 위해 KN 61000-4-2[6] 규격에 따라 시험 방법을 진행하였다. 위의 규격에 따라 접촉 방전 실험을 할 경우, 일반적으로 2~8kV까지 진행하며 보다 높은 레벨의 실험을 진행할 수 있다.
성능/효과
실험 결과 PCM의 핀 중에서 배터리 충전 전압을 센싱하는 핀에 양극(+)의 ESD를 접촉방전으로 15 kV 이상을 인가할 때만 고장이 발생하였다.
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