KR100659829B1 - 배터리 팩의 구조 - Google Patents

배터리 팩의 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 구조에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 셀의 전압을 감지하는 센싱 와이어가 쇼트되었을 때 이를 신속하게 개방시켜 배터리 팩의 안전성을 향상시키는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 배터리 셀에 연결되는 도전성의 제1코어와, 제1코어에 연결되어 과전류시에 융단되거나 또는 저항이 급격히 증가하는 소자부와, 소자부에 연결되는 동시에 보호회로기판에 연결되는 제2코어와, 상술한 제1코어, 소자부 및 제2코어를 감싸는 절연 피복으로 이루어진 센싱 와이어를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.
이와 같이 하여 본 발명에 의한 배터리 팩은 안전성이 우수하면서도 고용량을 필요로 하는 노트북 피씨 등의 전원 용도로 사용될 수 있다.
배터리 팩, 배터리 셀, 뱅크, 전압 감지, 센싱 와이어

Description

배터리 팩의 구조{battery pack}
도 1은 본 발명이 적용된 배터리 팩의 개략적인 회로를 도시한 회로도이다.
도 2는 도1의 회로가 적용된 본 발명에 의한 배터리 팩의 구조를 도시한 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 배터리 팩의 구조에서 센싱 와이어를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2a의 2a 영역을 확대 도시한 확대도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 배터리 팩
111,112,113; 제1,2,3뱅크 114; 배터리 셀
121,122,123,124; 제1,2,3,4도전성 플레이트
121a,122a,123a,124a; 탭 130; 최저 전원용 와이어
140; 최고 전원용 와이어 151; 제1센싱 와이어
152; 제2센싱 와이어
153; 제1코어 154; 소자부
155; 제2코어 156; 절연 피복
160; 보호회로기판 170; 케이스
본 발명은 배터리 팩의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면 배터리 셀의 전압을 감지하는 센싱 와이어가 쇼트되었을 때 이를 신속하게 개방시켜 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩의 구조에 관한 것이다.
일반적으로 노트북 피씨 등의 경우에는 하나의 배터리 셀만을 가지고서는 전원 용도로 사용하기가 어렵다. 따라서, 이러한 노트북 피씨의 경우, 전원 용도로 사용되는 배터리 팩은 다수의 배터리 셀이 직병렬로 연결된 것을 사용한다.
또한 이러한 배터리 팩은 배터리 셀의 충방전 상태를 제어하고, 또한 과충전이나 과방전으로부터 발생되는 각종 위험을 방지하기 위해 보호회로기판이 함께 조립된다. 더불어, 이러한 보호회로기판에는 병렬로 연결된 한셋트의 배터리 셀(이를 하나의 뱅크로 정의함) 전압을 감지하기 위해 센싱 와이어가 연결되어 있다. 물론, 이러한 뱅크는 다수가 하나의 배터리 팩 내부에 형성됨으로써, 상기 센싱 와이어도 다수가 존재한다.
한편, 이러한 센싱 와이어는 배터리 팩 내부에서 서로 교차되거나 또는 배터리 셀의 표면에 접촉되어 있다. 따라서, 배터리 셀의 과충전이나 기타 다른 원인으로 상기 센싱 와이어 상호간 또는 센싱 와이어와 배터리 셀 상호간 쇼트 현상이 발생할 수 있다. 물론, 상기 센싱 와이어는 최저 및 최고 전원 영역에 연결된 전원용 와이어와도 상호 쇼트되는 경우가 있다. 이와 같이 센싱 와이어 상호간, 센싱 와이 어와 배터리 셀 상호간 또는 센싱 와이어와 전원용 와이어가 상호 쇼트되는 경우에는 상기 배터리 셀들의 온도가 급격히 상승하면서 발화 또는 폭발 위험이 발생한다. 더욱이, 이러한 쇼트에 의해 보호회로기판이 손상되는 경우도 있으며, 또한 보호회로기판이 오작동하여 또다른 위험을 초래할 수도 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 각각의 배터리 셀에 대한 전압을 감지하는 센싱 와이어가 쇼트되었을 때 이를 신속하게 개방시켜 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩의 구조를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배터리 팩의 구조는 다수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 적어도 하나 이상의 뱅크와, 상기 각 뱅크를 직렬로 연결하는 적어도 하나 이상의 도전성 플레이트와, 상기 뱅크중 최저 전위 영역에 용접된 도전성 플레이트에 연결된 최저 전원용 와이어와, 상기 뱅크중 최고 전위 영역에 용접된 도전성 플레이트에 연결된 최고 전원용 와이어와, 상기 각 뱅크의 충방전 전압을 감지하기 위해, 상기 최저 전위 영역 및 최고 전윈 영역을 제외한 나머지 직렬 연결 영역에 위치된 도전성 플레이트에 연결된 적어도 하나 이상의 센싱 와이어와, 상기 최저 전원용 와이어, 최고 전원용 와이어 및 센싱 와이어가 연결되어, 각 뱅크의 충방전 상태를 제어하는 보호회로기판을 포함한다.
상기 최저 전원용 와이어, 최고 전원용 와이어 및 센싱 와이어는 대응되는 도전성 플레이트에 각각 납땜되어 연결될 수 있다.
상기 센싱 와이어는 도전성 플레이트에 용접된 제1코어와, 상기 제1코어에 연결되어 과전류가 흐를 때 오프되거나 저항이 증가하는 소자부와, 상기 소자부에 연결되어 보호회로기판에 각 뱅크의 센싱 전압을 전송하는 제2코어와, 상기 제1코어, 소자부 및 제2코어를 절연시키는 피복으로 이루어질 수 있다.
상기 제1코어는 상기 제2코어의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
상기 제1코어는 상기 도전성 플레이트에 근접하여 형성될 수 있다.
상기 소자부는 과전류 인가시 융단되는 퓨즈일 수 있다.
상기 소자부는 과전류 인가시 저항이 증가하는 정특성 써미스터(positive temperature coefficient thermistor)일 수 있다.
상기 센싱 와이어는 과전류 인가시 융단되는 코어와, 상기 코어를 감싸는 절연 피복으로 이루어질 수 있다.
상기 코어는 과전류 인가시 융단되는 퓨즈일 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 배터리 팩의 구조는 다수의 배터리 셀로 이루어진 각 뱅크의 전압을 감지하는 센싱 와이어를 과전류 인가시 자동적으로 끊어지거나 또는 저항이 증가하는 소재를 이용함으로써, 센싱 와이어 상호간, 센싱 와이어와 뱅크의 배터리 셀, 또는 센싱 와이어와 전원선의 쇼트시 이를 신속하게 차단하게 된다.
또한, 본 발명에 의한 배터리 팩의 구조는 센싱 와이어중 융단되는 영역이 되도록 도전성 플레이트에 인접하여 위치됨으로써, 비록 센싱 와이어가 끊어지더라 도 그 끊어진 부분과 나머지 배터리 셀과의 직접적인 쇼트가 예방된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명이 적용된 배터리 팩의 개략적인 회로가 도시되어 있고, 도 2를 참조하면, 도1의 회로가 적용된 본 발명에 의한 배터리 팩의 평면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 배터리 팩(100)의 구조는 적어도 하나 이상의 뱅크(111,112,113)와, 각 뱅크(111,112,113)를 연결하는 적어도 하나 이상의 도전성 플레이트(121,122,123,124)와, 최저 전원용 와이어(130)와, 최고 전원용 와이어(140)와, 센싱 와이어(151,152) 및 보호회로기판(160)을 포함한다.
상기 뱅크(111,112,113)는 다시 제1뱅크(111), 제2뱅크(112) 및 제3뱅크(113)로 이루어져 있다. 상기 각각의 뱅크(111,112,113)는 다수의 배터리 셀(114)이 병렬로 연결되어 있으며, 또한 각 뱅크(111,112,113)는 다시 직렬로 연결되어 있다. 도면에서는 상기 뱅크(111,112,113)가 3개로 도시되어 있으나, 그 갯수를 본 발명에서 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 각 뱅크(111,112,113)는 3개의 배터리 셀(114)로 이루어져 있으나, 이러한 배터리 셀(114)의 갯수도 한정하는 것은 아니다.
상기 도전성 플레이트(121,122,123,124) 역시 다시 제1도전성 플레이트 (121), 제2도전성 플레이트(122), 제3도전성 플레이트(123) 및 제4도전성 플레이트(124)로 이루어져 있다. 상기 제1도전성 플레이트(121)는 제1뱅크(111)의 최저 전원 즉, -극에 연결되어 있다. 다른 말로 하면, 제1뱅크(111)를 이루는 배터리 셀(114)의 -극에 병렬로 연결되어 있다. 상기 제2도전성 플레이트(122)는 상기 제1뱅크(111) 및 제2뱅크(112)를 상호 직렬로 연결한다. 물론, 상기 제2도전성 플레이트(122)는 제1뱅크(111)를 이루는 배터리 셀(114)의 +극을 병렬로 연결하는 동시에, 제2뱅크(112)를 이루는 배터리 셀(114)의 -극을 병렬로 연결한다. 상기 제3도전성 플레이트(123)는 상기 제2뱅크(112) 및 제3뱅크(113)를 상호 직렬로 연결한다. 물론, 상기 제3도전성 플레이트(123)는 제2뱅크(112)를 이루는 배터리 셀(114)의 +극을 병렬로 연결하는 동시에, 제3뱅크(113)를 이루는 배터리 셀(114)의 -극을 병렬로 연결한다. 상기 제4도전성 플레이트(124)는 제3뱅크(113)의 최고 전원 즉, +극에 연결되어 있다. 다른말로 하면, 상기 제3뱅크(113)를 이루는 배터리 셀(114)의 +극에 병렬로 연결되어 있다. 한편, 상기 제1 내지 제4도전성 플레이트(121~124)는 모두 하기할 와이어와의 용이한 용접을 위해 일정 길이 돌출된 탭(121a,122a,123a,124a)이 형성되어 있다. 더불어, 이러한 도전성 플레이트(121,122,123,124)의 갯수는 사용된 뱅크(111,112,123)의 갯수가 증가하면 당연히 함께 증가한다.
상기 최저 전원용 와이어(130)는 제1뱅크(111)의 최저 전원 영역에 용접되어 있다. 즉, 제1도전성 플레이트(121)의 탭(121a)에 일단이 납땜되어 있다.
상기 최고 전원용 와이어(140)는 제3뱅크(113)의 최고 전원 영역에 용접되어 있다. 즉, 제4도전성 플레이트(124)의 탭(124a)에 일단이 납땜되어 있다.
상기 센싱 와이어(151,152)는 도면에서 2개가 구비되어 있다. 설명의 편의를 위해 이를 다시 제1센싱 와이어(151) 및 제2센싱 와이어(152)로 구별한다. 상기 제1센싱 와이어(151)는 일단이 상기 제2도전성 플레이트(122)의 탭(122a)에 납땜되어 있다. 또한, 상기 제2센싱 와이어(152)는 일단이 제3도전성 플레이트(123)의 탭(123a)에 납땜되어 있다. 이러한 센싱 와이어(151,152)의 구체적인 구조는 아래에서 상세히 설명하기로 한다. 더불어, 이러한 센싱 와이어(151,152) 역시 상술한 뱅크 및 이에 따른 도전성 플레이트의 갯수가 증가하면 당연히 함께 증가한다.
상기 보호회로기판(160)은 도시된 바와 같이 상기 제1,2,3뱅크(111,112,113)의 측부 및 상부에 일체로 형성되어 있다. 즉, 대략 "ㄱ"자로 형성되어 있다. 여기서, 상기 최저 전원용 와이어(130)는 보호회로기판(160)의 B- 단자에, 제1센싱 와이어(151)는 B1 단자에, 제2센싱 와이어(152)는 B2 단자에, 최고 전원용 와이어(140)는 B+ 단자에 연결되어 있다. 한편, 상기 보호회로기판(160)은 상부에 P+단자 및 P-단자가 형성되어 있다. 물론, 이러한 P+ 단자 및 P-단자는 외부 충전기에 연결되거나 또는 외부 세트에 연결되는 부분이다. 도면중 미설명 부호 170은 상술한 모든 구성 요소가 위치되는 팩 케이스이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 의한 배터리 팩의 구조에서 센싱 와이어의 단면도가 도시되어 있다.
먼저 도 3a에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 배터리 팩(100)의 구조에서 센싱 와이어(151)는 제1코어(153), 소자부(154), 제2코어(155) 및 절연 피복(156)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상술한 2개의 센싱 와이어(151,152)는 모두 같은 구조이므로 1개의 구조만 설명하기로 한다.
먼저 상기 제1코어(153)는 일반적인 구리(Cu) 또는 그 등가물일 수 있으며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제1코어(153)는 제2도전성 플레이트(122) 또는 제3도전성 플레이트(123)에 납땜되는 영역이 된다.
상기 소자부(154)는 상기 제1코어(153)에 연결되며, 이것은 과전류가 흐를 때 오프되거나 또는 저항이 급격히 증가하여 전류 흐름을 차단하는 소자 또는 그 등가물을 이용할 수 있다. 일례로 상기 소자부(154)는 과전류가 흐를 때 융단되는 퓨즈를 이용하거나, 또는 과전류가 흐를 때 저항이 급격히 증가하는 정특성 써미스터(positive temperature coefficient thermistor)를 이용하여 구현할 수 있다. 그러나, 본 발명에서 상기 소자부(154)의 종류 및 재질을 한정하는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 소정 전류 이상 흐르면 융단되거나 또는 저항이 급격히 증가하여 전류 흐름을 차단하는 소재이면 어떤 것을 사용해도 좋다.
상기 제2코어(155) 역시 일반적인 구리 또는 그 등가물일 수 있으며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 물론, 상기 제2코어(155)는 일단이 상기 소자부(154)에 연결되고, 타단은 보호회로기판(160)에 연결된다.
마지막으로, 상기 절연 피복(156)은 상기 제1코어(153), 소자부(154) 및 제2코어(155)를 모두 감싸는 구조를 함으로써, 상기 제1코어(153), 소자부(154) 및 제2코어(155)가 다른 구성 요소와 쇼트되지 않도록 한다.
더불어, 이러한 구조의 센싱 와이어(151)는 상기 제1코어(153)의 길이가 상기 제2코어(155)의 길이에 비해 짧게 형성됨이 좋다. 즉, 상기 제1코어(153)와 제2코어(155) 사이의 소자부(154)는 제2 또는 제3도전성 플레이트(122,123)에 근접하여 위치된다. 따라서, 상기 소자부(154)가 융단되어 센싱 와이어(151) 자체가 끊어진다고 해도, 그 끊어진 부분이 다른 영역에 쇼트되지 않도록 할 수 있다. 물론, 상기 센싱 와이어(151)를 이루는 구성 요소는 쉽게 휘지 않고 어느 정도 강성을 갖는 재질로 형성하면, 이러한 쇼트 현상을 더욱 적극적으로 예방할 수 있다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이 센싱 와이어(151')는 코어(153')와 절연 피복(156')으로만 이루어질 수 도 있다. 그러나, 이때에는 상기 코어(153')가 소정 전류가 흐르면 융단되는 퓨즈 자체일 수 있다. 즉, 제2 또는 제3도전성 플레이트(122,123)와 보호회로기판(160)을 전기적으로 연결하는 코어(153') 자체가 퓨즈일 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 2a의 2a 영역을 확대 도시한 확대도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 센싱 와이어(151)중 제1코어(153)는 거의 도전성 플레이트(122)의 탭(122a) 길이를 벗어나지 않도록 형성됨이 바람직하다. 또한, 소자부(154)도 상기 탭(122a)의 내측에 위치되거나 또는 상기 탭(122a) 외측으로 약간만 벗어나는 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 구조에 의해, 상기 소자부(154)가 융단된다고 해도, 상기 제2코어(155)가 심하게 흔들리지 않는 한 다른 구성 요소(예를 들면, 다른 센싱 와이어(152), 최저 또는 최고 전원용 와이어(130,140) 등)에 쇼트되는 현상을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩의 구조는 다수의 배터리 셀로 이루어진 각 뱅크의 전압을 감지하는 센싱 와이어를 과전류 인가시 자동적으로 끊어지거나 또는 저항이 증가하는 소재로 형성함으로써, 센싱 와이어 상호간, 센싱 와이어와 뱅크의 배터리 셀, 또는 센싱 와이어와 전원선의 쇼트시 이를 신속하게 차단하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 배터리 팩의 구조는 센싱 와이어중 융단되는 영역이 되도록 도전성 플레이트에 인접하여 위치됨으로써, 비록 센싱 와이어가 끊어지더라도 그 끊어진 부분과 나머지 구성 요소와의 쇼트 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리 팩의 구조를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 다수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 적어도 하나 이상의 뱅크;
    상기 각 뱅크를 직렬로 연결하는 적어도 하나 이상의 도전성 플레이트;
    상기 뱅크중 최저 전위 영역에 용접된 도전성 플레이트에 연결된 최저 전원용 와이어;
    상기 뱅크중 최고 전위 영역에 용접된 도전성 플레이트에 연결된 최고 전원용 와이어;
    상기 각 뱅크의 충방전 전압을 감지하기 위해, 상기 최저 전위 영역 및 최고 전윈 영역을 제외한 나머지 직렬 연결 영역에 위치된 도전성 플레이트에 연결된 적어도 하나 이상의 센싱 와이어; 및,
    상기 최저 전원용 와이어, 최고 전원용 와이어 및 센싱 와이어가 연결되어, 각 뱅크의 충방전 상태를 제어하는 보호회로기판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 최저 전원용 와이어, 최고 전원용 와이어 및 센싱 와이어는 대응되는 도전성 플레이트에 각각 납땜되어 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 구조.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 센싱 와이어는
    도전성 플레이트에 용접된 제1코어;
    상기 제1코어에 연결되어 과전류가 흐를 때 오프되거나 저항이 증가하는 소자부;
    상기 소자부에 연결되어 보호회로기판에 각 뱅크의 센싱 전압을 전송하는 제2코어; 및,
    상기 제1코어, 소자부 및 제2코어를 절연시키는 피복으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 구조.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1코어는 상기 제2코어의 길이보다 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 구조.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제1코어는 상기 도전성 플레이트에 근접하여 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 구조.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 소자부는 과전류 인가시 융단되는 퓨즈인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 구조.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 소자부는 과전류 인가시 저항이 증가하는 정특성 써미스터(positive temperature coefficient thermistor)인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 구조.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 센싱 와이어는 과전류 인가시 융단되는 코어와, 상기 코어를 감싸는 절연 피복으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 구조.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 코어는 과전류 인가시 융단되는 퓨즈인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 구조.
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