KR101712709B1 - 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈 및 이를 포함하는 전자 담배 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 배터리 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상단부, 하단부 및 상기 상단부와 상기 하단부 사이에 경통부를 가지며, 상기 경통부 내에 수용되는 적어도 하나 이상의 배터리는 제 1 극성의 제 1 전극이 상기 상단부를 향하고 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성의 제 2 전극이 상기 하단부를 향하도록 배치되는 배터리 하우징; 상기 상단부의 적어도 일부와 전기적으로 절연되고 상기 상단부에 노출되는 제 1 외부 전극, 및 상기 하단부의 적어도 일부와 전기적으로 절연되고 상기 하단부에 노출되는 제 2 외부 전극; 상기 배터리 하우징 내에서, 상기 배터리의 상기 제 1 전극의 전원 신호를 하단부측으로 전달하기 위한 제 1 배선체; 상기 배터리 하우징 내에서, 상기 제 2 외부 전극과 상기 배터리의 상기 제 2 전극 사이에서 상기 배터리의 상기 제 2 전극 측에 배치되는 제 2 배선체; 상기 배터리 하우징 내에서, 상기 제 2 외부 전극과 상기 배터리의 상기 제 2 전극 사이에서 상기 제 2 외부 전극측에 배치되고 상기 제 2 배선체와 이격된 제 3 배선체; 및 상기 제 2 배선체와 상기 제 3 배선체 사이에 배치되어 상기 제 2 배선체와 상기 제 3 배선체 사이의 전기적 연결을 스위칭하는 스위치 부재를 포함하며, 상기 제 1 배선체는 상기 배터리의 상기 제 1 전극과 전기적으로 연결되어, 상기 제 2 배선체로 상기 제 1 극성의 전원 신호를 도통시키고, 상기 제 2 배선체는 수신된 상기 제 1 극성의 전원 신호를 상기 제 3 배선체로 도통시키고, 상기 배터리의 상기 제 2 전극과 전기적으로 연결되어 상기 스위치 부재로 상기 제 2 극성의 전원 신호를 도통시키며, 상기 제 3 배선체는 상기 제 2 배선체로부터 수신된 상기 제 1 극성의 전원 신호를 상기 제 2 외부 전극으로 도통시키고, 상기 스위치 부재가 턴온 상태일 때 상기 스위치 부재로부터 수신된 상기 제 2 극성의 전원 신호를 상기 하우징으로 도통시킨다.

Description

휴대용 전자 장치의 배터리 모듈 및 이를 포함하는 전자 담배{Battery module of portable electrical device and electric cigarette having the same}

본 발명은 휴대용 전력원에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈 및 이를 포함하는 전자 담배에 관한 것이다.

최근 반도체 제조 기술과 함께 스마트 폰을 대표로 디지털 카메라 및 태블릿 피씨와 같은 휴대용 전자 기기들의 수요가 증가하면서, 소형 전력원에 대한 관심도 집중되고 있다. 통상적으로 소형 전력원으로서 충방전이 가능한 이차 전지가 사용되고 있고, 상기 휴대용 전자 기기에 맞도록 고유한 형상과 규격을 갖도록 패키징되어 사용되고 있다. 그러나, AAA, AA, C, 또는 D와 같은 다양한 크기와 형상을 갖는 규격화된 배터리도 광범위하게 사용되고 있다. 이와 함께, 이들 규격화된 배터리의 성능 개선도 여전도 요구되고 있다.

휴대용 전자 기기의 다른 응용으로서, 전자 담배가 있다. 일반적으로 전자 담배는 휴대가 용이하도록 개발되어, 사용자가 상기 전자 담배에서 발생되는 연무를 흡입하여 기호성을 충족시키는 권련의 대체 수단으로 사용된다. 상기 전자 담배는, 제품 하우징 내부에 막대형 건전지 또는 충전지가 삽입되고, 적합한 제어 회로를 갖는 스위칭 장치에 의해 상기 건전지 또는 충전지로부터 전자 담배의 무화기에 전력을 공급하여 액상 컨테이너 내의 액상 소스를 기화시켜 연무를 발생시킨다. 상기 전력의 공급은 일반적으로 사용자의 온/오프 제어를 가능하게 하는 버튼과 같은 전자식 또는 기계식 스위치와 연동되는 상기 제어 회로를 통하여 이루어지며, 무화기의 가열 부재가 가열되면서 입력 신호의 크기에 따라 액상 소스가 기화된다.

전자 담배는 전술한 바와 같이 배터리를 포함하는 전원부, 제어 회로, 무화기 및 이들을 연결하는 배선 구조를 갖지만, 이들 구성 부재들의 간결한 구조를 확보하지 못하면 최근 전자 담배에서 요구되는 경박단소화 요구와 조작의 편리성을 실현하기 어렵다. 또한, 이들 구성 부재들의 효율적 어셈블리 구성을 확보하지 못하면, 어느 하나의 구성에 불량 또는 수명이 다하는 문제가 발생할 경우, 구성별로 수리 관리하지 못하고 다른 연결된 구성 부재들까지 모두 교체하여야 하는 낭비가 발생하거나 문제가 있는 구성을 적출하여 수리 후 다시 조립하는 것이 어려워, 유지 및 보수 비용이 증가할 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1446466호(2014.10.06.)에 개시되어 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 휴대용 전원으로서 동일 규격을 유지하면서 전압 또는 전류 용량의 변경이 용이하고, 효율적인 관리와 쉬운 사용이 가능한 배터리 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 이점을 갖는 배터리 모듈을 포함하는 전자 담배를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상단부, 하단부 및 상기 상단부와 상기 하단부 사이에 경통부를 가지며, 상기 경통부 내에 수용되는 적어도 하나 이상의 배터리는 제 1 극성의 제 1 전극이 상기 상단부를 향하고 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성의 제 2 전극이 상기 하단부를 향하도록 배치되는 배터리 하우징; 상기 상단부의 적어도 일부와 전기적으로 절연되고 상기 상단부에 노출되는 제 1 외부 전극, 및 상기 하단부의 적어도 일부와 전기적으로 절연되고 상기 하단부에 노출되는 제 2 외부 전극; 상기 배터리 하우징 내에서, 상기 배터리의 상기 제 1 전극의 전원 신호를 하단부측으로 전달하기 위한 제 1 배선체; 상기 배터리 하우징 내에서, 상기 제 2 외부 전극과 상기 배터리의 상기 제 2 전극 사이에서 상기 배터리의 상기 제 2 전극 측에 배치되는 제 2 배선체; 상기 배터리 하우징 내에서, 상기 제 2 외부 전극과 상기 배터리의 상기 제 2 전극 사이에서 상기 제 2 외부 전극측에 배치되고 상기 제 2 배선체와 이격된 제 3 배선체; 및 상기 제 2 배선체와 상기 제 3 배선체 사이에 배치되어 상기 제 2 배선체와 상기 제 3 배선체 사이의 전기적 연결을 스위칭하는 스위치 부재를 포함한다.

상기 제 1 배선체는 상기 배터리의 상기 제 1 전극과 전기적으로 연결되어, 상기 제 2 배선체로 상기 제 1 극성의 전원 신호를 도통시키고, 상기 제 2 배선체는 수신된 상기 제 1 극성의 전원 신호를 상기 제 3 배선체로 도통시키고, 상기 배터리의 상기 제 2 전극과 전기적으로 연결되어 상기 스위치 부재로 상기 제 2 극성의 전원 신호를 도통시키며, 상기 제 3 배선체는 상기 제 2 배선체로부터 수신된 상기 제 1 극성의 전원 신호를 상기 제 2 외부 전극으로 도통시키고, 상기 스위치 부재가 턴온 상태일 때 상기 스위치 부재로부터 수신된 상기 제 2 극성의 전원 신호를 상기 하우징으로 도통시킨다.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 전자 장치는, 상기 배터리 모듈을 전원으로서 사용하도록 상기 배터리 모듈의 상단부 또는 하단부에 체결 가능한 휴대용 전자 장치이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리 하우징의 양 단부에 제공되는 체결 구조와 상기 배터리 하우징의 상기 양 단부에 모두 제공되는 동일 극성의 배선체에 의해 각각 배터리의 제 1 신호와 다른 극성의 제 2 신호가 출력됨으로써 배터리 하우징의 체결 방향성에 무관하게 인접 모듈에 동일한 전력 신호를 인가할 수 있어, 쉬운 사용이 가능하고, 모듈화된 배터리 하우징에 의해 효율적이고 저비용의 관리가 가능한 배터리 모듈이 제공될 수 있다. 또한, 규격을 갖춘 배터리 하우징을 이용하기 때문에 크기 또는 형태의 변화 없이, 상기 배터리 하우징 내에 수용되는 배터리들 사이의 직렬, 병렬 또는 이의 조합을 통하여 출력 전력 및 용량의 구성이 자유로운 배터리 모듈이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 이점을 갖는 배터리 모듈을 전원으로서 사용하는 휴대용 전자 장치가 제공될 수 있다. 전술한 배터리 모듈과 함께, 전력 제어부 모듈도 모듈화하고, 이들 사이의 기계적 및 전기적 연결을 위한 통일된 공통 규격을 제공함으로써, 별도로 수리 및 보수가 가능하여 유지 및 관리 비용이 최소화된 전자 담배와 같은 휴대용 전자 장치가 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 담배의 분해 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 도시하는 분해 단면도이고, 도 2b는 배터리 모듈의 제 1 내지 제 3 배선 기판들과 배터리의 전기적 연결을 설명하기 위한 모식도이며, 도 2c는 배터리 모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 도시하는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 단면도이며, 도 4b는 배터리 모듈의 결합 단면도이며, 도 4c 및 도 4d는 배터리 규격화된 배터리 모듈의 분해 단면도 및 결합 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 배터리 모듈(400M1, 400M2)의 직렬 및 병렬 연결 구성을 도시하는 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡 스위치 부재를 갖는 배터리 모듈의 단면도들이며, 도 6a는 캡 스위치 부재에 의해 턴오프된 상태를 도시하고, 도 6b는 캡 스위치 부재에 의한 턴온 상태를 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.　 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.　 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.　 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다.　 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다.　 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 담배(1000)의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 휴대용 전자 장치의 일 실시예인 전자 담배(1000)는 액상 소스가 저장되는 액상 컨테이너 모듈(100M)을 포함한다. 액상 컨테이너 모듈(100M)은 액상 컨테이너 하우징(100)의 상단부(100_1)에 제공되는 상부 캡 또는 마우스 피스(200)를 포함할 수 있다. 액상 컨테이너 하우징(100)의 하단부에는 전력 제어를 위한 회로가 실장된 전력 제어부 모듈(300M) 및 배터리 모듈(400M)이 결합된다. 이들 모듈들(300M, 400M)은 원통형 실린더 형태의 하우징(300, 400)을 갖는 것이 예시되어 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하우징들(300, 400)은 각형 단면을 갖는 실린더 형태 또는 심미감과 용이한 파지를 고려하여 다양한 형태로 변형 실시될 수 있다.

액상 컨테이너 하우징(100)는 액상 소스의 리필이 가능한 적합한 구조를 가질 수 있으며, 액상 소스의 잔량을 확인할 수 있는 윈도우(100W)를 가질 수 있다. 액상 컨테이너 하우징(100)와 전력 제어부 하우징(300)은 도 1에 도시된 것과 달리 하나로 일체화될 수도 있다.

상기 액상 소스를 기화하기 위한 무화기(미도시)는 액상 컨테이너 하우징(100)의 내부에 결합되거나 전력 제어부 하우징(300)의 내부에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 무화기는 액상 컨테이너 하우징(100)와 전력 제어부 하우징(300) 사이에 결합될 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 공지 기술이 참조될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 무화기는 양극과 같은 제 1 전극 및 음극과 같은 제 2 전극을 갖는 2 극 단자 소자이며, 상기 2 극 단자 사이에 저항선이나 초음파 진동 부재가 제공될 수 있으며, 상기 무화기의 제 1 및 제 2 전극에 전류 및/또는 전압 신호를 인가하여 액상 컨테이너로부터 무화실로 흡수되는 액상 소소를 기화시킬 수 있다. 비제한적 예로서, 상기 액상 컨테이너 내에는 상기 액상 소스로부터 기화된 연부를 상부 캡(200)측으로 전달하기 위한 기체 유로(미도시)가 제공될 수 있다.

전력 제어부 하우징(300)의 상단부(300_1)는 액상 컨테이너 하우징(100)의 하단부(100_2)에 결합되고, 전력 제어부 하우징(300)의 하단부(300_2)는 배터리 하우징(400)의 상단부(400_1)에 결합될 수 있다. 전력 제어부 하우징(300)의 표면 상에는 사용자의 전력 제어를 위한 입력 및/또는 출력 인터페이스(300S)가 설치될 수 있다. 입력 및/또는 출력 인터페이스(300S)는 버튼 스위치 또는 정전기 인식 터치 버튼 스위치와 같은 입력 인터페이스이거나, 자발광 또는 비자발광 디스플레이 소자와 같은 디스플레이 인터페이스 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 또 다른 스위칭 소자로서 공기 흐름 센서를 이용할 수도 있다. 상기 공기 흐름 센서는 사용자가 흡입시 전력 제어부 하우징(300) 내의 공기 흐름에 의한 압력 변화에 대응하여 전력을 스위칭할 수 있는 소자로서, 상기 공기 흐름에 민감한 다이아프램 또는 미세전자기계시스템(또는 멤스)와 같은 미세 구조물을 스위치 부재로 이용하여 달성될 수 있다. 상기 디스플레이 인터페이스를 통하여, 입력된 전력 크기, 배터리 전압 레벨, 사용 시간 또는 흡입 회수가 표시될 수 있다.

액상 컨테이너 하우징(100), 전력 제어부 하우징(300) 및 배터리 하우징(400)은 서로 회전에 의한 나사 결합에 의해 체결되는 것이 예시되어 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 서로 인접하는 튜브를 연결하는 슬롯, 어뎁터, 또는 공지의 암수 체결 방식에 의해 액상 컨테이너 하우징(100), 전력 제어부 하우징(300) 및 배터리 하우징(400)이 서로 결합될 수 있다. 다른 실시예로서, 배터리 하우징(400)에 전원 스위치가 부설되어 배터리 하우징(400)이 액상 컨테이너 하우징(100)에 직접 결합될 수도 있다. 상기 전원 스위치의 일 예에 대하여는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 상세히 설명될 것이다.

일 실시예에서, 각 구성 부재들의 하우징들(100, 300, 400) 사이의 용이한 체결과 호환성을 극대화하기 위하여 서로 암수로 되어 있는 각 체결 규격은 서로 동일하게 정의될 수 있다. 예를 들면, 액상 컨테이너 하우징(100)의 하단부(100_2)는 전력 제어부 하우징(300)의 상단부(300_1)와 각각 나사선에 의한 암수 체결이 가능하면서, 액상 컨테이터 하우징(100)의 하단부(100_2)는 배터리 하우징(400)의 상단부(400_1)와도 나사선에 의한 암수 체결이 가능하도록 공통 체결 규격을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 배터리 하우징(400)의 상단부(400_1)와 하단부(400_2)는 소정 모듈이 상단부(400_1)에 결합되든지, 하단부(400_2)에 결합되든지 동일한 전기적 연결 규격을 제공하고, 기계적으로는, 배터리 하우징(400)이 다른 구성 부재, 또는 인접 모듈에 결합 가능하도록 배터리 하우징(400)의 상단부(400_1)와 하단부(400_2)는 공통 체결 규격을 가질 수 있다. 따라서, 화살표 A로 나타낸 바와 같이, 배터리 하우징(400)의 하단부(400_2)가 전력 제어부 하우징(300)의 하단부(300_2)로 향하도록 배터리 하우징(400)을 도시된 것과 반대로 하여 끼우더라도 배터리 하우징(400)의 하단부(400_2)와 전력 제어부 하우징(300)의 하단부(300_2)를 동일한 방식으로 체결될 수 있다. 따라서, 전력 제어부 하우징(300)은 배터리 하우징(400)의 상단부(400_1)와 하단부(400_2)의 체결을 구별하지 않고 동일하게 인식 및 동작할 수 있다. 또 다른 예로서, 배터리 하우징(400)의 하단부(400_2)가 액상 컨테이너 하우징(100)의 하단부(100_2)에 결합될 수도 있을 것이다.

각 구성 부재들의 하우징(100, 300, 400)은 도전성 금속 재료로 형성될 수 있으며, 하우징의 체결을 통해 무화기로 입력되는 전원의 일 신호, 예를 들면, 양극 신호, 음극 신호 또는 접지 중 어느 하나를 위한 도전 경로가 제공될 수 있다. 예를 들면, 음극의 신호 또는 접지가 무화기가 내장되는 하우징을 통하여 최종적으로 상기 무화기의 2 단자들 중 어느 하나의 단자로 입력될 수 있다.

상기 무화기의 2 단자들 중 다른 하나의 단자로는 상기 음극의 전원 신호 또는 접지와는 극성이 다른 전원 신호가 인가되어야 한다. 예를 들면, 음극 또는 접지의 전원 신호가 하우징을 통해 인가되는 경우, 양극 신호가 하우징(100, 300, 400)과 전기적으로 분리되고 하우징(100, 300, 400) 내부에 배치되는 배선체들, 예를 들면, 전극, 포고핀, 배선 부재, 배선 기판, 인쇄회로기판, 상기 배선 기판의 배선 또는 상기 배선 기판의 측부에 형성되는 솔더볼, 전극 패드를 통하여 무화기의 다른 단자에 입력될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 상기 제 1 극성의 전원 신호는 제 1 신호라 하고, 상기 제 1 극성은 양극이며, 제 2 극성의 전원 신호는 제 2 신호라 약칭하고, 상기 제 2 극성은 음극 또는 접지임을 가정하여 설명한다. 그러나, 상기 제 1 극성이 음극, 또는 접지이고, 상기 제 2 극성이 양극일 수 있음이 이해되어야 한다.

액상 컨테이너 하우징(100)의 하단부(100_2)에 제공되는 전극(100E)은 액상 컨테이너 하우징(100)의 표면과 전기적으로 절연된 전기적 신호의 입출력 단자가 된다. 전극(100E)을 통하여 양극의 전원 신호가 입력되고, 입력된 상기 양극의 전원 신호는 무화기의 다른 단자로 전달되어, 무화기의 2극 단자에 각각 양극의 전원 신호와 음극의 전원 신호가 전달될 수 있는 회로가 마련된다.

액상 컨테이너 모듈(100M)의 전극(100E)은 전력 제어부 하우징(300)의 상단부(300_1)에 마련된 전극(미도시, 300E와 유사 구조를 가짐)과 서로 접촉하여 전기적으로 연결되고, 상기 전극은 제 2 신호의 배선체로서 제 1 신호의 배선체인 전력 제어부 하우징(300)과 전기적으로 절연된다. 유사하게, 전력 제어부 하우징(300)의 하단부(300_2)에 마련된 전극(300E)은 제 2 신호의 배선체로서 전력 제어부 하우징(300)의 표면과 전기적으로 절연된 제 2 신호의 입출력 단자가 되며, 배터리 하우징(400)의 상단부(400_1)에 마련되는 제 2 신호의 배선체인 전극(도 2의 400E1 참조)과 서로 접촉하여 전기적으로 연결된다. 전술한 바와 같이, 배터리 하우징(400)의 상단부(400_1)에 마련되는 상기 전극은 배터리 하우징(400)의 하단부(400_2)의 전극(400E)과 동일한 구조를 가짐으로써, 사용자는 배터리 하우징(400)의 하단부(400_2)를 전력 제어부의 하우징(300)의 하단부(300_2)에 결합하여 전기적 연결을 달성할 수도 있다.

배터리 하우징(400)의 하단부(400_2)에는 전극(400_2)의 보호를 위한 캡 부재(500)가 결합되어, 배터리 하우징(400)의 하단부(400_2)를 마감한다. 캡 부재(500)는 배터리 하우징(400)의 하단부(400_2)와 동일한 구조를 갖는 배터리 하우징(400)의 상단부(400_1)에도 결합될 수도 있음이 이해될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(400M)을 도시하는 분해 단면도이고, 도 2b는 배터리 모듈(400M)의 제 1 내지 제 3 배선체들(400P1, 400P2, 400P3)과 배터리(BT)의 전기적 연결을 설명하기 위한 모식도이며, 도 2c는 배터리 모듈(400M)의 단면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 배터리 모듈(400M)의 배터리 하우징은 상단부(400UL), 하단부(400BL) 및 경통부(400PB)를 포함한다. 상단부(400UL), 하단부(400BL) 및 경통부(400PB)는 도전성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 도전성 재료는 알루미늄, 구리, 철과 같은 금속 또는 이의 합금일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 도전성 재료의 적어도 일부 상에 폴리머층 또는 세라믹층과 같은 전기적 절연 코팅이 이루어지고, 노출된 일부 표면이 전극으로 기능할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 배터리 하우징의 상단부(400UL), 하단부(400BL) 및 경통부(400PB)는 서로 착탈 가능한 체결 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 하우징의 상단부(400UL) 및 하단부(400BL)는 경통부(400PB)와 조립 라인으로 나타낸 바와 같이 탈부착 가능한 체결 구조를 가질 수 있다. 상기 체결 구조는 나사산 방식이나, 홈과 돌기와 같은 요철, 또는 단순히 끼워 넣는 것과 같은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

배터리(BT)는 경통부(400PB) 내에 수용된다. 도시된 배터리(BT)는 단일 막대형 전지에 한정되는 것은 아니며, 2 이상의 막대형 전지가 직렬 또는 병렬 연결되거나, 2 이상의 코인 전지가 직렬 결합된 것일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 배터리(BT)는 일차 전지뿐만 아니라 반복적인 충방전이 가능한 이차 전지일 수도 있다.

일 실시예에서, 배터리(BT)의 제 1 극성, 예를 들면, 양극인 제 1 전극(BTE1)은 상단부(400UL)를 향하고, 배터리(BT)의 제 2 극성, 예를 들면, 음극인 제 2 전극(BTE2)는 하단부(400BL)을 향하도록 배터리(BT)가 배치될 수 있다. 또는 이와 반대로, 배터리(BT)의 음극(BTE2)이 상단부(400UL)를 향하고, 배터리(BT)의 양극(BTE2)이 하단부(400BL)를 향하도록 배터리(BT)가 배치될 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 배터리(BT)의 양극(BTE1)이 상단부(400UL)를 향하고, 배터리(BT)의 음극(BTE2)이 하단부(400BL)을 향하는 실시예에 관하여 개시하기로 한다.

배터리 모듈(400M)은 상단부(400UL)와 전기적으로 절연되고 상단부(400UL)에 노출되는 제 1 외부 전극(400E1)과, 하단부(400BL)와 전기적으로 절연되고 하단부(400BL)에 노출되는 제 2 외부 전극(400E2)을 포함할 수 있다. 제 1 외부 전극(400E1)과 제 2 외부 전극(400E2)은 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이 액상 컨테이너 모듈(100M) 또는 제어 모듈(200M)과 같은 외부 회로와 연결되는 전극 단자로서 기능한다. 제 1 외부 전극(400E1)과 제 2 외부 전극(400E2)은 모두 제 1 극성인 양극의 전원 신호와 도통된다. 이러한 특징은 후술하는 설명으로부터 더욱 분명해질 것이다.

일 실시예에서, 제 1 외부 전극(400E1)과 제 2 외부 전극(400E2) 사이에는 제 1 내지 제 3 배선체(400P1 내지 400P3)가 배치될 수 있다. 제 1 외부 전극(400E1)은 제 1 배선체(400P1)에 일체화될 수도 있다. 또한, 제 2 외부 전극(400E2)은 제 3 배선체(400P3)와 일체화될 수도 있다. 상단부(400UL)에 배치되는 제 1 배선체(400P1)과 다른 부품들(400E1, 400I1, 400PC)은 상단부(400UL)의 하방쪽에서 상방으로 끼워지는 방식으로 조립되는 것이 도시되어 있지만, 이는 예시적이며, 제 1 배선체(400P1)과 다른 부품들(400E1, 400I1, 400PC)은 상단부(400UL)의 상방쪽에서 하방으로 끼워질 수도 있으며, 다른 방식으로 체결될 수도 있을 것이다.

제 1 내지 제 3 배선체(400P1, 400P2, 400P3)는 예를 들면, 전극, 포고핀, 배선 부재, 배선 기판, 상기 배선 기판의 배선, 상기 배선 기판의 측부에 형성되는 솔더볼, 전극 패드 또는 이들의 조합일 수 있다. 도시된 실시예는 제 1 내지 제 3 배선체(400P1, 400P2, 400P3)가 배선 기판인 것에 관한 것이다. 상기 배선 기판은 폴리머 또는 세라믹과 같은 절연성 기판 상에 배선 패턴이 형성된 인쇄회로기판일 수 있다. 이하에서는, 배선 기판에 관하여 설명하도록 한다. 마찬가지로, 제 2 배선체(400P2) 및 제(400P3)와 이에 부대하는 다른 부품들(400CC, 400CS, 400EP, 400E2, 400I2)도 하단부(400BL)에 다양한 방식으로 체결될 수 있다.

배선 기판들(400P1, 400P2, 400P3)의 상면 및 저면 중 적어도 어느 하나는 각각 하나 이상의 서로 전기적으로 분리된 전극들(EP1, EP2)을 포함할 수 있다. 참조 부호 EP1은 제 1 극성의 전원 신호에 연결되는 전극들을 가리키고, 참조 부호 EP2는 제 2 극성의 전원 신호에 연결되는 전극들을 가리킨다. 또한, 배선 기판들(400P1, 400P2, 400P3)는 하우징의 중심축에 수직한 주면을 갖도록 배치된 것을 비제한적으로 예시한다.

일 실시예에서, 전극들(EP1, EP2)은 관통 전극 또는 재배선 패턴과 같은 구성으로 각각 제 1 배선 기판(400P1), 제 2 배선 기판(400P2) 및 제 3 배선 기판(400P3)의 상면과 저면의 전극들이 서로 연결될 수 있다. 예를 들면, 제 3 배선 기판(400P3)의 제 1 극성의 전극(EP1)과 제 2 극성의 전극(EP2)는 상면과 저면에서 바깥쪽 링 및 안쪽 링 구성 배열이 재배선 패턴(400LD)을 통해 안쪽 링 및 바깥쪽 링 구성 배열로 반대가 된다. 제 3 배선 기판(400P3)의 저면의 바깥 쪽 링 구성의 전극(EP2)은 배터리 모듈(400M)의 모듈의 조립시 배터리 하우징의 하단부(400BL)와 접촉함으로써 전기적으로 배터리 하우징과 상시 연결을 확보할 수 있다.

제 1 배선 기판(400P1)은 제 1 외부 전극(400E1)과 배터리(BT)의 제 1 전극(BTE1) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 배선 기판(400P2)은 제 2 외부 전극(400E2)과 배터리(BT)의 제 2 전극(BTE2) 사이에서 배터리(BT)의 제 2 전극(BTE2) 측에 배치된다. 제 3 배선 기판(400P3)은 제 2 외부 전극(400E2)과 배터리(BT)의 제 2 전극(BTE2) 사이에서 배터리(BT)의 제 2 외부 전극(400E2) 측에 배치되고, 제 2 배선 기판(400P2)과 소정의 간격만큼 이격된다.

제 1 배선 기판(400P1)은 배터리(BT)의 제 1 전극(BTE1)과 전기적으로 연결되어, 제 1 외부 전극(400E1)과 제 2 배선 기판(400P2)으로 제 1 극성, 예를 들면, 양극의 전원 신호를 도통시킨다. 일 실시예에서는, 배터리 모듈(400M)의 조립시 제 1 배선 기판(400P1)에 형성된 전극(400PE)과 배터리(BT)의 전극(BTE1)이 서로 기계적으로 접촉함으로써 전기적 연결이 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 배선 기판(400P1)의 전극(400PE)과 배터리(BT)의 전극(BTE1)은 와이어와 같은 배선을 통해서 전기적으로 연결될 수도 있다. 제 1 배선 기판(400P1)으로부터 제 2 배선 기판(400P2)으로 양극의 전원 신호를 도통시키기 위하여, 제 1 배선 기판(400P1)과 제 2 배선 기판(400P2)은 와이어와 같은 배선 부재(WL)에 의해 연결될 수 있다.

일부 실시예에서, 제 1 배선 기판(400P1)은 제 1 극성의 전원 신호를 배터리(BT)의 제 1 전극(BTE1)과 제 2 배선 기판(400P2)로 중계할 수 있다. 또한, 제 1 배선 기판(400P1)에는 상기 전원 연결에 의한 배터리(BT)의 보호를 위해 과전류 또는 과충전 보호 회로(400PC)가 실장될 수 있다. 과전류 또는 과충전 보호 회로(400PC)는 퓨즈, 안티퓨즈 또는 폴리스위치를 포함할 수 있다.

제 2 배선 기판(400P2)은 수신된 상기 제 1 극성, 즉 양극성의 전원 신호를 제 3 배선 기판(400P3)으로 도통시킨다. 또한, 제 2 배선 기판(400P2)은 배터리(BT)의 제 2 전극(BTE2)과 전기적으로 연결되어 스위치 부재(400EP)로 제 2 극성, 즉, 음극성의 전원 신호를 도통시킨다. 일 실시예에서는, 배터리 모듈(400M)의 조립시 제 2 배선 기판(400P2)에 형성된 전극(400PE)과 배터리(BT)의 제 2 전극(BTE2)이 서로 기계적으로 접촉함으로써 전기적 연결이 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 제 2 배선 기판(400P2)의 전극(400PE)과 배터리(BT)의 전극(BTE2)은 와이어와 같은 배선을 통해서 전기적으로 연결될 수도 있다.

제 3 배선 기판(400P3)은 제 2 배선 기판(400P2)으로부터 수신된 상기 제 1 극성의 전원 신호를 제 2 외부 전극(400E2)으로 도통시킨다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 2 배선 기판(400P2)과 제 3 배선 기판(400P3)을 서로 이격시키기 위한 도전성 스페이서(400CS)가 더 제공될 수 있다. 도전성 스페이서(400CS)에 의해 상기 제 1 극성의 전원 신호가 제 2 배선 기판(400P2)과 제 3 배선 기판(400P3) 사이를 도통시킬 수 있다.

도전성 스페이서(400CS)는 소정 길이를 갖는 핀이거나 또는 소정 두께를 갖는 링 부재일 수 있다. 배터리 모듈(400M)의 조립 편의를 위하여, 도전성 스페이서(400CS)는 제 2 배선 기판(400P2) 또는 제 3 배선 기판(400P3)에 미리 고정될 수도 있다.

스위치 부재(400EP)는 턴온 상태에서는 제 2 배선 기판(400P2)과 제 3 배선 기판(400P3) 사이에서 제 2 극성인 음극의 전원 신호를 도통시키며, 턴오프 상태에서는 제 2 배선 기판(400P2)과 제 3 배선 기판(400P3) 사이에서 상기 음극의 전원 신호를 단절시킨다. 따라서, 스위치 부재(400EP)가 턴온 상태에서는 제 2 극성의 전원 신호가 배터리 하우징으로 전달될 수 있지만, 턴오프 상태에서는 상기 제 2 극성의 전원 신호가 배터리 하우징으로 전달되지 않는다.

일 실시예에서, 스위치 부재(400EP)는 제 2 배선 기판(400P2)과 제 3 배선 기판(400P3) 사이에서 거리 변형이 가능한 탄성 도전체일 수 있다. 상기 탄성 도전체는, 턴온 상태에서는, 제 2 배선 기판(400P2)와 제 3 배선 기판(400P3)에 모두 접촉하도록 신장되고, 턴오프 상태에서는, 제 2 배선 기판(400P2) 또는 제 3 배선 기판(400P3)으로부터 분리되도록 수축된다.

상기 탄성 도전체는 포고 핀을 포함할 수 있다. 상기 포고 핀은 하부 면(400EPS)에 압력이 인가되는 경우, 하부 면(400EPS)이 상단부(400UL)쪽으로 탄성적으로 후퇴하면서 하부 면(400EPS)이 제 3 배선 기판(400P3)의 상면의 전극(EP2)로부터 분리되면서 턴오프 상태가 된다. 다시 상기 압력이 해제되며, 상기 포고 핀의 하부 면(400EPS)은 다시 탄성적으로 복원되어 제 3 배선 기판(400P3)의 전극(EP2)에 대시 접촉하게 된다. 도시된 다른 부재들 중 400PC, 400CC는 체결 부재로서 각각 제 1 배선 기판(400P1)과 제 2 및 제 3 배선 기판들(400P2, 400P3)을 고정하며 하우징 내벽에서 나사선 체결될 수 있다. 이러한 고정 부재들은 하우징 내벽 상에 형성된 돌출부에 의해 대체되거나 조합되어 사용될 수 있다.

도 2c를 참조하면, 턴온 상태의 스위치 부재(400EP)에 의해 배터리 모듈(400M)은 상단부에는 제 1 외부 전극(400E1)에 의해 제 1 극성의 전원 신호가 출력되고, 그 주변의 배터리 하우징의 상단부(400UL)에 의해 제 2 극성의 전원 신호가 출력될 수 있다. 마찬가지로, 배터리 모듈(400M)의 하단부에는 제 2 외부 전극(400E2)에 의해 제 1 극성의 전원 신호가 출력되고, 그 주변의 배터리 하우징의 하단부(400BL)에 의해 제 2 극성의 전원 신호가 출력될 수 있다. 배터리 하우징(400M)의 상단부(400UL)와 하단부(400BL)가 동일한 크기, 동일한 체결 구조(400MC) 및 동일한 형상을 갖는다면, 배터리 하우징(400M)은 상단부(400UL)와 하단부(400BL)를 구별하지 않고 외부 회부에 동일한 전원 신호 구성을 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 배터리 하우징(400M)은 상단부(400UL)와 하단부(400BL)를 마감하는 적절한 부재를 제공함으로써, 배터리 하우징(400M)은 비제한적 예로서 AA 또는 AAA 규격과 같은 막대형 배터리의 표준 규격의 배터리를 제공할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 스위치 부재(400EP)를 스위칭함으로써 제 2 극성의 전원 신호를 스위칭하여 배터리 모듈(400M)의 전원을 차단할 수도 있다. 이에 관한 다른 이점들에 대하여는 상세히 후술하도록 한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(400Ma)을 도시하는 단면도이다. 도시된 구성 부재들 중 전술한 구성 부재들의 참조 부호와 동일한 참조 부호를 갖는 구성 부재에 관하여는 모순되지 않는 한 전술한 개시 사항을 참조할 수 있다.

도 3을 참조하면, 배터리 모듈(400Ma)에서, 내부에 수용된 배터리(BT)와 제 1 및 제 2 배선체(400P1, 400P2) 사이의 전기적 연결은 와이어(WL)를 통해 달성될 수 있다. 배터리 모듈(400Ma)의 스위치 부재(400EP)는 턴온 상태에 있어, 배터리 모듈(400Ma)의 상단부(400UL)에는 제 1 외부 전극(400E1)과 하우징 상단부(400UL)의 표면에 각각 양극 및 음극의 전원 신호가 제공될 수 있다.

배터리 모듈(400Ma)의 제 2 외부 전극(400E2)과 하우징 하단부(400BL)의 표면에 각각 양극 및 음극의 전원 신호가 제공될 수 있다. 하우징 하단부(400BL)의 체결 구조(400MC)에 의해 마감을 위한 캡 부재(500)가 결합될 수 있다. 캡 부재(500)에 의해 관통 홀(400BH)이 폐색될 수 있다. 캡 부재(500)가 도전체인 경우, 캡 부재(500)는 배터리 하우징의 하단부(400BL)과 접촉하여 음극성 전원 신호를 토통시킬 수 있다. 도시된 캡 부재(500)는 배터리 하우징(400)의 하단부(400BL)에 착탈 가능하게 결합되도록 나사산과 같은 체결 구조를 가질 수 있다. 캡 부재의 체결 구조(500MC)는 배터리 하우징(400)의 하단부(400BL)에 마련된 체결 구조(400MC)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

배터리 모듈(400Ma)의 상단부(400UL)에는 다른 외부 회로가 기계적 및 전기적으로 결합될 수 있다. 그러나, 상기 외부 회로는 배터리 모듈(400UL)의 하단부(400BL)에도 동일하게 결합될 수 있다. 상기 외부 회로는, 소정 전자적 기능을 갖는 모듈일 수 있다. 예를 들면, 상기 외부 회로는 전자 담배에 적용 가능한 전력 제어부 모듈(300M) 또는 액상 컨테이너(100M)일 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐 본 고안이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 외부 회로는 플래시와 같은 조명 장치, 또는 다른 휴대용 통신, 진단, 치료, 멀티미디어 재생, 센서, 컴퓨터와 같은 전자 장치일 수 있다.

상기 외부 회로가 전력 제어 모듈(300M)인 경우, 하우징(300)의 내부에, 전력 제어를 위한 집적 회로가 실장된 배선 기판(300D)이 수용될 수 있다. 도 3에서, 배선 기판(300D)은 하우징의 중심축에 평행한 주면을 갖도록 배치된 것을 비제한적으로 예시한다. 따라서, 배선 기판(300D)은 하우징의 중심축에 수직한 주면을 갖도록 배치될 수도 있다. 또한, 배선 기판(300D)의 가장자리에 배선체(300IE)를 형성하여 외부 전극(300F)과 전원 신호를 입력받을 수 있다. 배선체(300IE)는 비제한적 예로서 납땜, 전극 패드, 또는 와이어일 수 있지만, 바람직하게는 기계적 접촉만으로 전기적 연결이 달성될 수 있는 납땜 또는 전극 패드이다.

외부 전극(300F)은 하우징(300)이 도전체인 경우, 이와의 전기적 분리를 위한 절연체(300I)에 의해 절연될 수 있다. 유사하게, 전력 제어 모듈(300M)의 상부 측에도 외부와의 전기적 연결을 위한 외부 전극(300E1)을 가질 수 있으며, 외부 전극(300E1)도 절연체에 의해 절연될 수 있다.

도시된 실시예에서는, 제 1 극성의 전원 신호가 외부 전극(300F)를 통해 전원 제어 회로가 실장된 배선 기판(300D)으로 입력되고, 적합한 다른 배선 구조, 예를 들면, 전극, 포고핀, 솔더, 범프, 전극 패드, 전극 패턴, 리드선, 배선 기판의 배선 패턴, 배선 기판의 가장자리 도체의 일부, 하우징, 와이어, 도전성 스페이서 또는 이들의 조합과 같은 배선체를 통해 외부 전극(300E1)으로 전달되어 외부로 출력될 수 있다. 참조 부호 300EW, 300P는 배선체의 예로서, 도전성 스페이서 및 배선 기판을 예시한다. 일 실시예에서, 제 2 극성의 전원 신호는 하우징(300)을 통해 외부로 전달될 수 있을 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(400Mb)의 분해 단면도 및 결합 단면도이며, 도 4c 및 도 4d는 배터리 규격화된 배터리 모듈(400Mb)의 분해 단면도 및 결합 단면도이다. 이전의 도면들에 도시된 부재들과 동일한 참조 부호를 갖는 부재에 관하여는 전술한 사항들이 참조될 수 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 배터리 모듈(400Mb)은 배터리 하우징의 하단부(400BL)의 관통 홀(400BH)과 제 3 배선 기판(400P3)의 관통 홀(400PH)을 통하여 노출된 스위치 부재(400EP)의 표면을 눌러 턴온 또는 턴오프시킬 수 있는 핀 부재(400PP)를 포함한다. 핀 부재(400PP)는 고정체(400EI)에 결합되어 지지될 수 있다.

핀 부재(400PP)가 도전체인 경우, 고정체(400EI)는 절연체일 수 있다. 핀 부재(400PP)가 스위치 부재(400EP)를 누르면서 접촉하는 경우, 제 3 배선 기판(400P3)은 제 2 배선 기판(400P2)으로부터 분리되어 배터리 하우징의 하단부(400BL)에 제 2 극성의 전원 신호가 전달되지 않도록 턴오프된다. 그러나, 도전체인 핀 부재(400PP)는 스위치 부재(400EP)의 표면과 접촉하고 있기 때문에 제 2 극성의 전극 신호를 매개할 수 있게 된다.

핀 부재(400PP)가 극성을 갖기 때문에 배터리 하우징의 하단부(400BL)와 전기적 분리를 위해 절연체(400II)가 제공될 수 있다. 절연체(400II)는 배터리 하우징의 하단부(400BL)와 결합되기 위한 적합한 체결 구조(400MC)를 포함할 수 있다. 체결 구조(400MC)는 전술한 바와 같이 나사산 구조, 다른 공지의 암수 체결 구조 또는 강제로 삽입하는 구조일 수 있다. 절연체(400II)에 체결되어 배터리 하우징의 하단부를 마감하고, 턴오프 상태의 핀 부재(400PP)에 접촉하여 제 2 극성의 전원 신호를 도통시키는 제 3 외부 전극(400PL)이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 배터리 하우징의 상단부(400UL)에는 제 1 외부 전극(400E1)에 의해 양극성의 전원 신호가 제공될 수 있고, 배터리 하우징의 하단부(400BL)에는 제 3 하부 전극(400PL)에 의해 음극성의 전원 신호가 제공될 수 있다. 주목할만한 것으로서, 절연체(400II)에 의해 배터리 하우징의 상단부(400UL)에서는 양극만 제공될 뿐, 도 2c에 도시된 배터리 모듈(400M)과 달리 상단부(400UL)의 주변 표면(400US)에 의해 음극은 제공되지 않으며, 음극은 제 3 외부 전극(400PL)을 통하여 하단부(400BL)에서만 도통될 수 있다.

도 4c 및 도 4d를 참조하면, 배터리 하우징의 상단부(400UL)에도 제 1 외부 전극(400E1)과 전기적으로 연결되고 상단부 밖으로 노출된 도전체 핀(400PP')까지 구현한다면, 적절한 크기의 조절을 통하여 AA, 또는 AAA 규격을 만족하는 범용 가능한 배터리 모듈이 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 외부 전극(400E1)이 배터리 하우징의 상단부(400UL)의 위로 돌출되는 것에 의해서도 통상의 배터리 규격이 제공될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 통상의 AA 또는 AAA 규격과 같은 일차 전지 또는 이차 전지가 직렬 또는 병렬로 연결되어 사용되는 것과 동일하게, 2 이상의 모듈(400Mb)을 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있게 된다.

참조 부호 400EI' 및 400PL'는 각각 절연체 및 지지체를 도시한다. 제 4 외부 전극(400PL')은 제 1 외부 전극(400E1)과 일체일 수도 있음은 전술한 바와 같다. 또한, 지지체(400PL')는 상단부(400UL)에 마련된 비제한적 예로서 나사산과 같은 체결 구조를 이용하여 배터리 하우징에 결합될 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 배터리 모듈(400M1, 400M2)의 직렬 및 병렬 연결 구성을 도시하는 단면도이다.

도 5a를 참조하면, 제 1 배터리 모듈(400M1) 및 제 2 배터리 모듈(400M2)은 막대형 배터리 하우징을 가지며, 길이 방향으로 연결될 수 있다. 제 1 배터리 모듈(400M1)의 상단부(400UL)에는 상부 캡 부재(400PL')가 결합될 수 있다. 상부 캡 부재(400PL')에는 도전체 핀(400PP')이 결합되고, 도전체 핀(400PP')은 제 1 외부 전극(400E1)과 접촉하여 제 1 극성, 예를 들면, 양극의 전원 신호를 외부로 중계할 수 있다. 상부 캡 부재(400PL')와 도전체 핀(400PP')의 형상은 통상의 막대형 전지의 상단부의 돌출 전극과 동일하여 규격화될 수도 있다.

제 2 배터리 모듈(400M2)의 하단부(400BL)에는 제 3 외부 전극(400PL)을 포함하는 하부 캡 부재(400CU)가 결합될 수 있다. 제 3 외부 전극(400PL)은 도전체 핀(400PP)에 의해 스위치 부재(400EP)를 누르면서 스위치 부재(400EP)의 턴오프를 유도하고 스위치 부재(400EP)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이 경우, 제 3 외부 전극(400PL)은 제 2 극성, 예를 들면, 음극의 전원 신호를 외부로 중계할 수 있게 된다.

제 1 배터리 모듈(400M1)의 하단부(400BL)와 제 2 배터리 모듈(400M2)의 상단부(400UL) 사이의 기계적 체결과 전기적 연결은 이들에 각각 체결되는 직렬 연결 부재(CSS)에 의해 달성된다. 직렬 연결 부재(CSS)는 배터리 모듈들(400M1, 400M2)에 결합될 수 있는 비제한적으로 예시된 나사산과 같은 체결 구조를 가질 수 있으며, 이에 의해 조립 라인으로 도시된 바와 같이 서로 체결될 수 있다.

직렬 연결 부재(CSS)는 고정 지지부(400ISE) 및 고정 지지부(400ISE)에 의해 지지되는 전원 핀(400PP)을 갖는다. 고정 지지부(400ISE)가 도전성인 경우 전원 핀(400PP)과 고정 지지부(400ISE)를 전기적으로 분리하기 위한 절연체(400IPP)가 제공될 수 있다.

전원 핀(400PP)의 상부는 제 1 배터리 모듈(400M1)의 관통 홀을 지나 스위치 부재(400EP)의 턴오프를 유도하면서 스위치 부재(400EP)에 전기적으로 연결되고, 전원 핀(400PP)의 하부는 제 2 배터리 모듈(400M2)의 제 1 외부 전극(400E1)에 전기적으로 연결되어, 전원 핀(400PP)은 제 1 배터리 모듈(400M1)의 제 2 극성인 음극과 제 2 배터리 모듈(400M2)의 제 1 극성인 양극을 전기적으로 연결하여, 이들 사이의 직렬 연결을 달성한다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 배터리 모듈(400M1, 400M2)의 전압이 3.7 V인 경우, 양 단자(400PP', 400PL)에서 얻어지는 출력 전압은 7.4 V일 수 있다.

도 5b를 참조하면, 제 1 배터리 모듈(400M1) 및 제 2 배터리 모듈(400M2)은 막대형 배터리 하우징을 가지며, 길이 방향으로 연결될 수 있다. 도 5a를 참조하여 개시된 것과 유사하게, 제 1 배터리 모듈(400M1)의 상단부(400UL)에는 상부 캡 부재(400PL') 및 도전체 핀(400PP')이 결합되고, 도전체 핀(400PP')은 제 1 외부 전극(400E1)과 접촉하여 제 1 극성, 예를 들면, 양극의 전원 신호를 외부로 중계할 수 있다.

제 2 배터리 모듈(400M2)의 하단부(400BL)에는 제 3 외부 전극(400PL)을 포함하는 하부 캡 부재(400CU)가 결합될 수 있다. 제 3 외부 전극(400PL)과 연결되는 도전체 핀(400PP)은 도 5a의 직렬 연결의 경우와 달리 스위치 부재(400EP)를 누르지 않아 스위치 부재(400EP)가 턴온된 상태에서 스위치 부재(400EP)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 제 3 외부 전극(400PL)은 제 2 극성, 예를 들면, 음극의 전원 신호를 외부로 중계할 수 있게 된다.

제 1 배터리 모듈(400M1)의 하단부(400BL)와 제 2 배터리 모듈(400M2)의 상단부(400UL) 사이의 기계적 체결과 전기적 연결은 이들에 각각 체결되는 병렬 연결 부재(CSP)에 의해 달성된다. 병렬 연결 부재(CSP)는 배터리 모듈들(400M1, 400M2)에 결합될 수 있는 비제한적으로 예시된 나사산과 같은 체결 구조를 가질 수 있으며, 이에 의해 조립 라인으로 도시된 바와 같이 서로 체결될 수 있다.

병렬 연결 부재(CSP)는 고정 지지부(400ISE) 및 고정 지지부(400ISE)에 의해 지지되는 전원 핀(400PP)을 갖는다. 병렬 연결 부재(CSP)는 또한 전원 핀(400PP)과 고정 지지부(400ISE) 사이를 전기적으로 분리하기 위한 절연체(400IPP)를 더 포함할 수 있다.

전원 핀(400PP)의 상부는 제 1 배터리 모듈(400M1)의 제 2 외부 전극(400E2)에 전기적으로 연결되어 제 1 극성인 양극의 전원 신호를 도통하고, 전원 핀(400PP)의 하부도 제 2 배터리 모듈(400M2)의 제 1 외부 전극(400E1)에 전기적으로 연결되어, 제 1 배터리 모듈(400M1)의 양극과 제 2 배터리 모듈(400M2)의 양극을 공통으로 전기적으로 연결하고, 양극의 공통 전압은 와이어(WL), 배선 기판(400P1), 및 제 1 외부 전극(400E1)을 경유하여 제 1 배터리 모듈(400M1)의 상단부(400UL)에 있는 양극의 전원 핀(400PP')으로 전달될 수 있다.

제 1 및 제 2 배터리 모듈(400M1, 400M2)의 각 스위치 부재(400EP)는 턴온 상태에 있기 때문에 제 3 배선체(400P3)를 통하여 각 배터리 하우징에 제 2 극성인 음극의 전원 신호가 통전되고 각 배터리 모듈(400M1, 400M2)의 음극의 전원 신호는 병렬 연결 부재(CSP)의 도전성 고정 지지부(400ISE)에 의해 공통 연결되고, 이러한 공통의 음의 전압은 하부 캡 부재(400CU)의 제 3 외부 전극(400PP)으로 출력될 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 배터리 모듈(400M1, 400M2)의 전압이 3.7 V인 경우, 양 단자(400PP', 400PL)에서 얻어지는 출력 전압은 3.7 V일 수 있다.

도시된 실시예들은 2 개의 막대형 배터리 모듈들(400M1, 400M2)을 직렬 연결 부재 또는 병렬 연결 부재를 사용하여 전기적으로 연결한 것이지만, 본 발명이 이에 제한된 것은 아니다. 예를 들면, 3 개 이상의 배터리 모듈들(400M1, 400M2)을 직렬 또는 병렬 연결 부재를 사용하여 전기적으로 연결함으로써 다양한 출력 전압 및 용량을 얻을 수 있다. 또한, 직렬 또는 병렬 부재의 형상을 달리함으로써, 2 개의 배터리 모듈들을 길이 방향으로 연결할 수 있을 뿐만 아니라 직각 또는 예각, 둔각으로 연결하여 정사각형, 삼각형과 같이 다양한 형상으로 전기적 연결을 달성할 수 있을 것이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡 스위치 부재(500OS)를 갖는 배터리 모듈(400Mb)의 단면도들이며, 도 5a는 캡 스위치 부재(500OS)에 의해 턴오프된 상태를 도시하고, 도 5b는 캡 스위치 부재(500OS)에 의한 턴온 상태를 도시한다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 배터리 모듈(400Mb)의 하단부(400BL)에는 캡 스위치 부재(500OS)가 결합될 수 있다. 캡 스위치 부재(500OS)는 도전체인 핀 부재(400PP)에 전기적으로 결합 또는 탈결합됨으로써 스위칭 동작을 하는 스위치 부재(500B)를 포함할 수 있다. 스위치 부재(500B)는 도전성 표면을 갖는다.

캡 스위치 부재(500OS)는 배터리 하우징의 하단부(400BL)에 결합되어 턴온 상태에서 제 2 전원 신호를 위해 배터리 하우징과 도통되는 지지체(500HB, 500SB)를 포함한다. 일 실시예에서, 지지체(500HB, 500SB)는 탈부착 가능한 2 이상의 편들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 지지체(500HB, 500SB)는 배터리 하우징의 하단부(400BL)에 체결되는 스위치 하우징 본체(500HB)와 스위치 하우징 본체(500HB)의 하단부를 마감하는 마감 부재(500SL)를 포함할 수 있다.

스위치 부재(500B)는 가역적 또는 탄성적으로 변위할 수 있으며, 이를 위하여 스위치 부재(500B)에 스프링과 같은 탄성 부재(500CS)가 결합될 수 있다. 핀 부재(400PP)가 스위치 부재(400EP)를 눌러 스위치 부재(400EP)가 턴오프된 상태에서, 탄성 부재(500CS)에 의해 스위치 부재(500B)가 핀 부재(400PP)에 접촉 또는 비접촉 상태로 가역적으로 또는 탄성적으로 기동할 수 있다. 스위치 부재(500B)가 도 6a에서와 같이 하방으로 후퇴된 경우에는 핀 부재(400PP)와 비접촉 상태이다. 이 경우에는, 예를 들면, 배터리 하우징의 상단부의 표면(400US)에 제 2 극성의 전원 신호가 도통될 수 있다. 도 5b와 같이, 스위치 부재(500B)가 상방으로 전진한 상태에서는 핀 부재(400PP)와 접촉 상태가 되어 배터리 하우징의 상단부 표면(400PP)에 제 2 극성의 전원 신호가 도통될 수 있다.

일부 실시예에서, 스위치 부재(500B)의 접촉 상태가 유지될 수 있도록 고정 메커니즘이 제공될 수도 있다. 예를 들면, 스위치 부재(500B)의 지지 부재는 2 개의 상하방 상대 슬라이딩이 가능한 지지 부품들(500SB, 500SC)로 구성되고, 이 지지 부품들 중 제 1 지지 부품(500SB)은 스위치 부재(500B)에 체결되고, 제 2 지지 부품(500SC)은 지지체(500HB)에 체결될 수 있다. 이들 지지 부품들(500SB, 500SC) 사이의 상대 슬라이딩은 고정 핀과 같은 제한 부재(500CC)에 의해 제한될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제 1 지지 부품(500SB)의 내측벽은 상하 방향으로 스위치 부재(500B)가 운동할 때 같이 운동하는 제한 부재(500CC)가 이동할 수 있는 트렌치를 가질 수 있다.

사용자가 스위치 부재(500B)를 눌러 상방으로 이동하는 스위치 부재(500B)를 따라 제 1 지지 부품(500SB)의 홈(500T)을 따라 제한 부재(500CC)가 이동하다가, 제 1 지지 부품(500SB)의 상단부에 도달하면, 사용자가 스위치 부재(500B)의 홈(500T)을 이용해 회전시키면 제한 부재(500CC)는 제 1 지지 부품(500SB)의 상기 트렌치를 벗어나, 도 6b에 도시된 바와 같이 제 1 지지 부품(500SB)의 상단부에 걸쳐지게 된다. 이 경우, 스위치 부재(500B)의 턴온 상태는 사용자가 누르지 않더라도 그대로 유지되며, 배터리 하우징의 상단부에는 제 1 외부 전극(400E1)을 통해서 제 1 극성, 예를 들면 양극의 전원 신호와 상단부의 일부 표면(400US)을 통해서 제 2 극성, 예를 들면, 음극의 전원 신호가 도통될 수 있게 된다. 전술한 스위치 부재는 예시적이면, 당업자라면 본 발명의 가르침으로부터 다양한 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 모듈(400E)과 별도로 이에 탈부착 가능한 배터리 충전 모듈(700M)을 모듈화하여 제공함으로써, 다양한 규격의 출력 단자를 갖는 충전기에 부응하는 개별 배터리 충전 모듈(700M)이 사용될 수 있어, 사용자는 저비용으로 배터리 모듈(400M)의 충전 편의성을 확장할 수 있고, 배터리 충전 모듈(700)이 개별화되어 배터리 모듈(400M)과 별도로 수리 및 보수가 가능하여 유지 및 관리 비용을 최소화할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(400Mc)의 단면도이다.

도 7을 참조하면, 배터리 모듈(400Mc)의 하단부(400BL)에 또 다른 전원 스위치인 센서가 결합될 수 있다. 상기 센서는 외부의 온도, 광량, 소리, 가스, 중력, 위치, 또는 기울기와 같은 주변 환경을 인식하는 공지의 센서일 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 센서의 출력 신호에 따라 핀 부재(400PP)로부터 출력된 상기 제 2 극성의 전원 신호를 제어하기 위한 제어 회로가 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 센서와 제어 회로는 인쇄회로기판(400SS)에 실장될 수 있으며, 전원 핀(400PP)로부터 일 극성의 전원을 공급받을 수 있으며, 다른 전원은 접지 또는 하우징과의 전기적 연결을 통해 공급될 수 있다.

전술한 실시예들에 따른 배터리 모듈들은 모순되지 않는 특징적 구성이 상호 호환되거나, 조합되어 변형 실시될 수 있다. 이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (21)

1. 상단부, 하단부 및 상기 상단부와 상기 하단부 사이에 경통부를 가지며, 상기 경통부 내에 수용되는 적어도 하나 이상의 배터리는 제 1 극성의 제 1 전극이 상기 상단부를 향하고 상기 제 1 극성과 다른 제 2 극성의 제 2 전극이 상기 하단부를 향하도록 배치되는 배터리 하우징;
   상기 상단부의 적어도 일부와 전기적으로 절연되고 상기 상단부에 노출되는 제 1 외부 전극, 및 상기 하단부의 적어도 일부와 전기적으로 절연되고 상기 하단부에 노출되는 제 2 외부 전극;
   상기 배터리 하우징 내에서, 상기 배터리의 상기 제 1 전극의 전원 신호를 하단부측으로 전달하기 위한 제 1 배선체;
   상기 배터리 하우징 내에서, 상기 제 2 외부 전극과 상기 배터리의 상기 제 2 전극 사이에서 상기 배터리의 상기 제 2 전극 측에 배치되는 제 2 배선체;
   상기 배터리 하우징 내에서, 상기 제 2 외부 전극과 상기 배터리의 상기 제 2 전극 사이에서 상기 제 2 외부 전극측에 배치되고 상기 제 2 배선체와 이격된 제 3 배선체; 및
   상기 제 2 배선체와 상기 제 3 배선체 사이에 배치되어 상기 제 2 배선체와 상기 제 3 배선체 사이의 전기적 연결을 스위칭하는 스위치 부재를 포함하며,
   상기 제 1 배선체는 상기 배터리의 상기 제 1 전극과 전기적으로 연결되어, 상기 제 2 배선체로 상기 제 1 극성의 전원 신호를 도통시키고,
   상기 제 2 배선체는 수신된 상기 제 1 극성의 전원 신호를 상기 제 3 배선체로 도통시키고, 상기 배터리의 상기 제 2 전극과 전기적으로 연결되어 상기 스위치 부재로 상기 제 2 극성의 전원 신호를 도통시키며,
   상기 제 3 배선체는 상기 제 2 배선체로부터 수신된 상기 제 1 극성의 전원 신호를 상기 제 2 외부 전극으로 도통시키고, 상기 스위치 부재가 턴온 상태일 때 상기 스위치 부재로부터 도통된 상기 제 2 극성의 전원 신호를 상기 배터리 하우징으로 도통시키고,
   상기 제 2 배선체와 상기 제 3 배선체를 서로 이격시키기 위한 도전성 스페이서를 포함하며, 상기 도전성 스페이서에 의해 상기 제 1 극성의 전원 신호가 상기 제 2 배선체와 상기 제 3 배선체 사이에서 도통되고,
   상기 스위치 부재는 상기 턴온 상태에서는 상기 제 2 배선체와 상기 제 3 배선체와 모두 접촉하도록 신장되고, 턴오프 상태에서는 상기 제 3 배선체로부터 분리되도록 수축되는 탄성 도전체이고,
   상기 제 3 배선체는 상기 탄성 도전체의 표면을 노출하는 관통 홀을 포함하며, 상기 관통 홀을 통과하는 핀 부재로 상기 탄성 도전체의 상기 표면을 눌러 상기 턴오프 상태를 유도하여, 상기 턴오프 상태에서 상기 제 2 극성의 전원 신호가 상기 핀 부재로 도통되도록 하고,
   상기 제 3 배선체의 상면은 상기 제 1 극성의 전원 신호와 도통하는 상면 바깥쪽 링 구성 및 상기 제 2 극성의 전원 신호와 도통하는 상면 안쪽 링 구성을 포함하고, 상기 제 3 배선체의 저면은 상기 제 1 극성의 전원 신호와 도통하는 저면 안쪽 링 구성 및 상기 제 2 극성의 전원 신호와 도통하는 저면 바깥쪽 링 구성을 포함하고, 상기 상면 바깥쪽 링 구성과 상기 저면 안쪽 링 구성이 전기적으로 연결되고, 상기 상면 안쪽 링 구성과 상기 저면 바깥쪽 링 구성이 전기적으로 연결되며, 상기 저면 바깥쪽 링 구성이 상기 배터리 하우징의 상기 하단부와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 배터리 하우징의 상기 상단부, 상기 하단부 및 상기 경통부는 도전성을 갖는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 내지 제 3 배선체 중 적어도 어느 하나는 배선 기판을 포함하는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄성 도전체는 포고핀을 포함하는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 핀 부재는 도전체이고,
   상기 배터리 모듈은 상기 배터리 하우징의 상기 하단부에 결합되는 캡 부재를 포함하며,
   상기 캡 부재는,
   상기 상기 배터리 하우징의 상기 하단부에 체결되어 상기 핀 부재를 상기 배터리 하우징의 상기 하단부와 전기적으로 분리시키는 절연체; 및
   상기 절연체에 체결되어 상기 배터리 하우징의 하단부를 마감하고 상기 턴오프 상태의 상기 핀 부재에 접촉하여 상기 제 2 극성의 전원 신호를 도통시키는 제 3 외부 전극을 포함하는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 핀 부재는 도전체이고,
   상기 배터리 모듈은 상기 배터리 하우징의 상기 하단부에 결합되는 캡 스위치 부재를 포함하며,
   상기 캡 스위치 부재는, 상기 배터리 하우징의 상기 하단부에 체결되어 상기 배터리 하우징과 도통되는 지지체; 및
   상기 절연체에 체결되어 상기 턴오프 상태의 상기 핀 부재에 접촉 또는 비접촉 상태로 가역적으로 기동함으로써, 상기 접촉 상태에서 상기 지지체에 상기 제 2 극성의 전원 신호를 도통시키는 스위치 부재를 포함하는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 핀 부재는 도전체이고,
   상기 배터리 모듈은 센서 및 상기 센서의 출력 신호에 따라 상기 핀 부재로부터 출력된 상기 제 2 극성의 전원 신호를 제어하기 위한 제어 회로를 포함하는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 외부 전극은 상기 제 1 배선체에 일체화되거나, 상기 제 2 외부 전극은 상기 제 3 배선체에 일체화된 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리의 상기 제 1 전극은 상기 제 1 배선체와 기계적으로 접촉하여 전기적으로 연결되는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리의 상기 제 2 전극은 상기 제 2 배선체와 기계적으로 접촉하여 전기적으로 연결되는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 하우징의 상기 상단부 및 상기 하단부는 상기 경통부와 탈부착 가능한 체결 구조를 갖는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 상단부 및 상기 하단부 중 적어도 하나는 관통 홀을 갖고 상기 관통 홀을 통하여 상기 제 1 외부 전극 또는 상기 제 2 외부 전극이 노출되고, 상기 관통 홀의 외주의 적어도 일부의 표면이 상기 제 2 극성의 전극으로서 기능하는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
15. 삭제
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 스페이서는 핀 또는 링 형상을 갖는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 스페이서는 상기 제 2 배선체 및 상기 제 3 배선체 중 어느 하나에 미리 고정되거나 일체화되는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배선체는 상기 제 1 극성의 전원 신호의 과전류 또는 과충전 보호 회로를 포함하는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
19. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 막대형 전지 규격을 갖는 휴대용 전자 장치의 배터리 모듈.
20. 제 1 항 기재의 배터리 모듈을 전원으로서 사용하도록 상기 배터리 모듈의 상단부 또는 하단부에 체결 가능한 전자 담배.
    
21. 삭제

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