KR102666368B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀과, 다수의 배터리 셀을 가로질러 연장되면서 각각의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 것으로, 다수의 배터리 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위한 버스 영역과, 배터리 셀의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 BMS 영역을 포함하는 리지드 PCB를 포함한다.
본 발명에 의하면, 다수의 부품을 하나의 조립 단위로 모듈화시킴으로써, 조립 공정이 단순화될 수 있는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 모듈 형태로 사용되기도 한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 다수의 전지를 포함하는 모듈 형태가 선호되며, 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 다수의 부품을 하나의 조립 단위로 모듈화시킴으로써, 조립 공정이 단순화될 수 있는 배터리 팩을 포함한다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,
다수의 배터리 셀; 및
상기 다수의 배터리 셀을 가로질러 연장되면서 각각의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 것으로, 다수의 배터리 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위한 버스 영역과, 배터리 셀의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 BMS 영역을 포함하는 리지드 PCB;를 포함한다.
예를 들어, 상기 리지드 PCB는 한 쌍의 장변부와 한 쌍의 단변부를 포함하는 장방형으로 형성되며,
상기 버스 영역과 BMS 영역은 상기 장변부 방향을 따라 일 측 및 타 측에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 리지드 PCB의 한 쌍의 장변부를 따라서는 제1, 제2 접속부재의 연결을 위한 다수의 결합 홀이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 버스 영역과 BMS 영역은 서로 연속적으로 연결되는 공통의 기저층을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 공통의 기저층은 절연 기판일 수 있다.
예를 들어, 상기 공통의 기저층은 금속 기판일 수 있다.
예를 들어, 상기 리지드 PCB는 서로 반대되는 제1, 제2 면을 포함하고,
상기 버스 영역은, 상기 리지드 PCB의 제1 면에 형성된 제1 도전 영역과, 상기 리지드 PCB의 제2 면에 형성된 제2 도전 영역을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 제1, 제2 전극은, 배터리 셀의 길이 방향을 따라 배터리 셀의 일측 단부에 형성되며,
상기 리지드 PCB는 배터리 셀의 일측 단부를 가로질러 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 리지드 PCB에는 각 배터리 셀의 위치에서 상기 제1, 제2 전극을 노출시키기 위한 다수의 개구부가 형성되며,
상기 개구부의 주변에 안착된 제1, 제2 전극 탭을 통하여 배터리 셀의 제1, 제2 전극과 리지드 PCB가 서로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 리지드 PCB는, 상기 배터리 셀의 일측 단부를 가로질러 연장되는 제1 리지드 PCB와 상기 배터리 셀의 타측 단부를 가로질러 연장되는 제2 리지드 PCB를 포함하고,
상기 버스 영역은, 상기 제1 리지드 PCB에 형성된 제1 도전 영역과, 상기 제2 리지드 PCB에 형성된 제2 도전 영역을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 리지드 PCB는, 각각 패턴화되지 않은 판상의 제1, 제2 금속 기판을 포함하며,
상기 제1, 제2 금속 기판이 각각 제1, 제2 도전 영역을 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 리지드 PCB는, 각각 제1, 제2 금속 기판의 양면에 형성된 내측 절연층 및 외측 절연층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 내측 절연층 및 외측 절연층은, 상기 배터리 셀의 전극에 해당되는 위치에 형성된 전극 홀을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 BMS 영역은, 상기 제1 리지드 PCB에 형성된 제1 BMS 영역과, 상기 제2 리지드 PCB에 형성된 제2 BMS 영역을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 제1, 제2 BMS 영역을 서로 전기적으로 연결하는 연결부재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 버스 영역에는, 배터리 셀의 상태 정보를 BMS 영역으로 전달하기 위한 측정 패턴이 형성되며,
상기 측정 패턴은, 리지드 PCB의 제1 면 또는 제2 면 중에서 적어도 어느 일면에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 버스 영역은, 배터리 셀의 전극과 연결된 도전 영역을 포함하며,
상기 측정 패턴은, 상기 도전 영역이 형성된 리지드 PCB의 면에 함께 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 버스 영역에는 배터리 셀의 온도 측정을 위한 서미스터가 삽입되는 센서 홀이 마련될 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수의 배터리 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위한 버스 영역과, 배터리 셀의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 BMS 영역이 하나의 리지드 PCB(rigid PCB)로 마련됨으로써, 다수의 부품을 하나의 조립 단위로 모듈화시킬 수 있고, 배터리 팩의 조립 공정이 개선될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 배터리 셀과 리지드 PCB 간의 전기적인 연결을 매개하기 위한 전극 탭을 개재하지 않고 배터리 셀의 전극이 곧바로 리지드 PCB에 연결됨으로써, 배터리 셀의 연결 작업이 단순화될 수 있고, 충, 방전 패스 상의 전기적인 저항이 감소될 수 있으며, 이에 따라 전기적인 출력 성능이 향상될 수 있는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부를 발췌하여 확대 도시한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 3에는, 도 1에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다.
도 4에는 도 1에 도시된 리지드 PCB의 단면도가 도시되어 있다.
도 5에는 도 1에 도시된 버스 영역과 배터리 셀 간의 연결을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 6에는, 도 5에 도시된 리지드 PCB의 제1 면 측을 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 7에는, 도 6의 VII-VII 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 8에는, 도 5에 도시된 리지드 PCB의 제2 면 측을 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 9에는, BMS 영역의 개략적인 구성을 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 10에는 도 1에 도시된 리지드 PCB의 변형된 형태에 관한 도면이 도시되어 있다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 12에는 도 11에 도시된 배터리 셀과 리지드 PCB 간의 연결을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 13a 및 도 13b에는 도 11에 도시된 리지드 PCB의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도가 도시되어 있다.
도 14에는 도 11에 도시된 리지드 PCB의 일부를 도시한 사시도가 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부를 발췌하여 확대 도시한 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는, 도 1에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다.
본 발명의 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀(110)과, 다수의 배터리 셀(110)을 가로질러 연장되면서 각각의 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결되며, 배터리 셀(110)의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 리지드 PCB(130, rigid PCB)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있고, 다수의 원통형 배터리 셀(110)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 셀(110)은 길이 방향(상하 방향에 해당)을 따라 상측 단부(110u)와 하측 단부(110d)를 가질 수 있고, 상측 단부(110u)와 하측 단부(110d) 사이의 원주면을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 배터리 셀(110)로서는 원통형 배터리 셀(110)에 한정되지 않고, 예를 들어, 타원형이나 다각형 등과 같은 다양한 형태의 배터리 셀(110)이 적용될 수 있다.
상기 배터리 셀(110)은 서로 나란한 길이 방향(상하 방향)을 갖도록 배열될 수 있으며, 예를 들어, 열 방향 및 횡 방향을 따라 매트릭스 형태로 배열될 수 있고, 원통형 배터리 셀(110)들 사이의 골 영역으로 인한 사 공간을 줄이도록 이웃한 배터리 셀(110)의 골 영역으로 또 다른 배터리 셀(110)이 배열되도록 지그 재그 패턴으로 배열될 수도 있다.
상기 리지드 PCB(130)는 배터리 셀(110)의 상측 단부(110u) 또는 하측 단부(110d) 중에서 적어도 어느 하나의 단부를 가로질러 연장되면서 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)은 배터리 셀(110)의 상측 단부(110u)에 형성될 수 있고, 상기 리지드 PCB(130)는 배터리 셀(110)의 상측 단부(110u)를 가로질러 연장되면서 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 배터리 셀(110)은, 셀 홀더(120)에 의해 지지될 수 있으며, 셀 홀더(120)에 의해 각각의 정 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀 홀더(120)는 각각의 배터리 셀(110)의 정 위치를 정의하기 위해 배터리 셀(110)의 상측 단부(110u)와 하측 단부(110d)를 둘러싸는 측벽을 포함할 수 있고, 각각의 배터리 셀(110)은 셀 홀더(120)의 측벽에 의해 정의된 정 위치에 조립되며, 다수의 배터리 셀(110)은 셀 홀더(120)를 통하여 서로 구조적으로 결속될 수 있다. 상기 셀 홀더(120)는 배터리 셀(110)의 하측 및 상측에 각각 배치되는 제1, 제2 홀더(121,122)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 홀더(121)는 배터리 셀(110)의 하측 단부(110d)를 덮도록 배치될 수 있고, 상기 제2 홀더(122)는 배터리 셀(110)의 상측 단부(110u)를 커버하도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 홀더(122)에는 다수의 개구부(122h, 도 2 참조)가 형성될 수 있고, 각각의 개구부(122h)를 통하여 배터리 셀(110)의 상측 단부(110u)가 노출될 수 있다. 상기 배터리 셀(110)의 상측 단부(110u)에는 서로 반대되는 극성의 제1, 제2 전극(111,112)이 모두 형성될 수 있으며, 배터리 셀(110)의 상측 단부(110u)를 덮도록 배치된 제2 홀더(122)에 각각의 배터리 셀(110)에 대응되는 개구부(122h)가 형성됨으로써, 제2 홀더(122)의 개구부(122h)를 통하여 배터리 셀(110) 상측 단부(110u)의 제1, 제2 전극(111,112)이 모두 노출될 수 있고, 제2 홀더(122) 상에 배치된 리지드 PCB(130)를 통하여 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)이 충, 방전 전류의 패스에 연결될 수 있다.
본 발명에서는, 배터리 셀(110)의 상측 단부(110u)를 통하여 서로 다른 극성의 제1, 제2 전극(111,112)의 전기적인 접속이 모두 이루어질 수 있기 때문에, 배터리 셀(110) 하측 단부(110d) 측의 제1 홀더(121)에는 별도의 개구부(121h, 도 1 참조)가 형성될 필요가 없다. 다만, 전기적인 접속이 아닌, 방열의 목적을 위해, 상기 제1 홀더(121)에 별도의 개구부(121h)가 마련되어, 배터리 셀(110)의 하측 단부(110d)가 별도의 개구부(121h)를 통하여 노출될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(110)의 길이 방향(상하 방향)을 따라 상측 단부(110u) 측을 통하여 전기적인 접속이 이루어질 수 있고, 하측 단부(110d) 측을 통하여 방열이 이루어질 수 있다. 이를 위해, 상기 배터리 셀(110)의 상측 단부(110u) 측, 그러니까, 제2 홀더(122)의 상부에는 배터리 셀(110)과 전기적인 접속을 형성하기 위한 리지드 PCB(130)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀(110)의 하측 단부(110d) 측, 그러니까, 제1 홀더(121)의 하부에는 냉각 부재(160, 도 1 참조)가 배치될 수 있다. 상기 냉각 부재(160)는 배터리 셀(110)의 하측 단부(110d) 측과 열적으로 결합된 상태로서, 예를 들어, 상기 제1 홀더(121)에는 상기 배터리 셀(110)의 하측 단부(110d)의 적어도 일부를 노출시킬 수 있는 개구부(121h)가 형성될 수 있고, 상기 개구부(121h) 주변으로는 배터리 셀(110)의 하측 단부(110d)를 둘러싸는 측벽이 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 홀더(121)는 배터리 셀(110)의 정 위치를 정의하도록 배터리 셀(110)의 하측 단부(110d)를 둘러싸는 측벽을 포함하고, 상기 측벽에 의해 둘러싸인 제1 홀더(121) 바닥의 적어도 일부가 개방되어 개구부(121h)를 형성할 수 있으며, 제1 홀더(121)의 개방된 개구부(121h)를 통하여 냉각 부재(160)와의 열 전달이 효율적으로 이루어질 수 있다.
상기 냉각 부재(160)는 배터리 셀(110)의 방열을 수행할 수 있는 한도에서 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 우수한 열전도성 소재로 형성된 솔리드(solid) 플레이트 형태로 형성되거나 또는 냉각 매체의 패스를 형성하도록 내부에 유로가 형성된 블록 형태로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 냉각 부재(160)는 애노다이징된 알루미늄 판으로 형성될 수 있다.
배터리 팩을 형성하는 다수의 배터리 셀(110)은, 셀 홀더(120)에 의해 구조적으로 결속될 수 있고, 상기 리지드 PCB(130)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이, 셀 홀더(120) 및 리지드 PCB(130)에 의해 결속된 다수의 배터리 셀(110)은, 상측 커버(150) 및 하측 커버(170)와, 이들 상측 커버(150)와 하측 커버(170) 사이에 배치되는 사이드 플레이트(180)를 포함하는 하우징 내부에 수용되어, 외부 환경으로부터 절연될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 리지드 PCB(130)는, 서로 다른 배터리 셀(110)을 전기적으로 연결하기 위한 버스 영역(BUS)과, 배터리 셀(110)의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 BMS 영역(BMS)을 포함할 수 있다.
상기 버스 영역(BUS)과 BMS 영역(BMS)은 리지드 PCB(130)의 평면 상에서 서로 다른 영역에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리지드 PCB(130)는 한 쌍의 장변부와 한 쌍의 단변부를 갖는 대략 장방형으로 형성될 수 있으며, 장변부 방향을 따라 버스 영역(BUS)과 BMS 영역(BMS)은, 리지드 PCB(130)의 일 측과 타 측에 형성될 수 있다. 환언하면, 상기 BMS 영역(BMS)은 리지드 PCB(130)의 장변부 방향을 따라 일 단부 측에 배치될 수 있다. 한편, 상기 BMS 영역(BMS)에는, 서로 다른 극성의 제1, 제2 출력 단자(P1,P2)가 형성될 수 있으며, 상기 제1, 제2 출력 단자(P1,P2)는 리지드 PCB(130)의 한 쌍의 장변부를 따라 연장될 수 있다.
도 4에는 도 1에 도시된 리지드 PCB의 단면도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 리지드 PCB(130)는, 서로 다른 배터리 셀(110)을 전기적으로 연결하기 위한 버스 영역(BUS)과, 배터리 셀(110)의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 BMS 영역(BMS)을 포함할 수 있다. 상기 버스 영역(BUS) 및 BMS 영역(BMS)은 일체적으로 형성된 하나의 리지드 PCB(130)의 일부분으로서, 상기 버스 영역(BUS) 및 BMS 영역(BMS)은 서로 연속적으로 연결되는 공통의 기저층을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 버스 영역(BUS) 및 BMS 영역(BMS)은 공통의 기저층으로서 절연 기판(131)을 포함할 수 있다.
상기 버스 영역(BUS)과 BMS 영역(BMS)은 리지드 PCB(130)의 동일한 평면 상에 형성될 수 있다. 즉, 상기 버스 영역(BUS)과 BMS 영역(BMS)은 리지드 PCB(130)의 평면 상에서 서로 다른 영역에 형성될 수는 있으나, 리지드 PCB(130)의 두께 방향을 따라 서로 상하로 구분된 위치에 형성되지 않고, 리지드 PCB(130)의 같은 평면 상에 함께 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 버스 영역(BUS)과 BMS 영역(BMS)은 연속적으로 연결되는 공통의 기저층을 가질 수 있으며, 상기 공통의 기저층은 전기 절연 소재로 형성된 절연 기판(131)으로 마련될 수 있다. 상기 절연 기판(131)은, 리지드 PCB(130)의 강성을 제공할 수 있으며, 상대적으로 높은 강성을 갖는 절연 기판(131)을 포함하는 리지드 PCB(130)는, 플렉서블 PCB와 달리, 나풀거림이 방지되어 배터리 셀(110)과의 접속 작업에서 작업성이 향상될 수 있다.
상기 버스 영역(BUS)은, 상기 절연 기판(131)의 제1, 제2 면(S1,S2) 상에 각각 형성된 제1, 제2 도전 영역(CS1,CS2)을 포함하여 리지드 PCB(130)의 양면에 형성될 수 있으며, 유사하게, 상기 BMS 영역(BMS)은, 절연 기판(131)의 제1, 제2 면(S1,S2) 상에 형성된 도전 패턴(W)과, 상기 도전 패턴(W)과 전기적으로 연결되는 다수의 회로 소자(E)들을 포함하여, 리지드 PCB(130)의 제1, 제2 면(S1,S2)의 양면에 형성될 수 있다.
상기 절연 기판(131)의 서로 반대되는 제1, 제2 면(S1,S2)은, 리지드 PCB(130)의 서로 반대되는 제1, 제2 면(S1,S2)에 해당될 수 있고, 각각의 버스 영역(BUS) 및 BMS 영역(BMS)에서의 서로 반대되는 제1, 제2 면(S1,S2)에 해당될 수 있다.
상기 버스 영역(BUS) 및 BMS 영역(BMS)은, 리지드 PCB(130)의 일부이므로, 이하에서 리지드 PCB(130)란 버스 영역(BUS) 또는 BMS 영역(BMS)을 의미하는 것으로 해석될 수 있으며, 예를 들어, 배터리 셀(110)의 전극(111,112)과 연결되는 리지드 PCB(130)는, 리지드 PCB(130) 중에서 버스 영역(BUS)을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
도 5에는 도 1에 도시된 버스 영역과 배터리 셀 간의 연결을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 6에는, 도 5에 도시된 리지드 PCB의 제1 면 측을 도시한 도면이 도시되어 있다. 도 7에는, 도 6의 VII-VII 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 도 8에는, 도 5에 도시된 리지드 PCB의 제2 면 측을 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 6 및 도 8을 함께 참조하면, 상기 버스 영역(BUS)은, 절연 기판(131)의 제1, 제2 면(S1,S2)에 각각 형성된 제1 도전 영역(CS1) 및 제2 도전 영역(CS2)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 도전 영역(CS1,CS2)은 서로 다른 극성의 도전 영역(CS1,CS2)을 형성할 수 있으며, 제1 도전 영역(CS1,CS2)은 배터리 셀(110)의 제1 전극(111, 도 5 참조)과 전기적으로 연결되어 배터리 셀(110)의 제1 전극(111)과 같은 극성을 가질 수 있고, 배터리 셀(110)의 제1 전극(111)과 연결되어 배터리 셀(110)의 제1 전극(111)끼리를 병렬 연결할 수 있다. 상기 제2 도전 영역(CS2)은 배터리 셀(110)의 제2 전극(112, 도 5 참조)과 전기적으로 연결되어 배터리 셀(110)의 제2 전극(112)과 같은 극성을 가질 수 있고, 배터리 셀(110)의 제2 전극(112)과 연결되어 배터리 셀(110)의 제2 전극(112)끼리를 병렬 연결할 수 있다.
상기 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)은, 버스 영역(BUS)에 형성된 개구(OP)를 통하여 버스 영역(BUS)의 제1 면(S1)에 연결될 수 있으며, 제1 전극(111)은 제1 면(S1) 상에 형성되어 있는 제1 도전 영역(CS1)에 연결될 수 있고, 제2 전극(112)은 비아 홀(VA, 도 7 참조)을 통하여 버스 영역(BUS)의 제1 면(S1)으로부터 제2 면(S2)으로 연결되어 제2 면(S2) 상에 형성되어 있는 제2 도전 영역(CS2)에 연결될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(110)의 제1 전극(111)은, 버스 영역(BUS)의 제1 면(S1)에 형성된 제1 도전 패드(CP1)를 경유하여 제1 도전 영역(CS1)으로 연결될 수 있다. 또한, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(110)의 제2 전극(112)은, 버스 영역(BUS)의 제1 면(S1)에 형성된 제2 도전 패드(CP2)를 경유하고, 버스 영역(BUS)의 제1, 제2 면(S1,S2)을 연결해주는 비아 홀(VA)을 통하여 버스 영역(BUS)의 제2 면(S2)에 형성된 제2 도전 영역(CS2)으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)과 버스 영역(BUS, 리지드 PCB 130) 사이에는 제1, 제2 전극 탭(141,142)이 개재되어 제1, 제2 전극 탭(141,142)을 경유하여 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)과 버스 영역(BUS)의 제1, 제2 도전 영역(CS1,CS2)이 서로 연결될 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 전극 탭(141,142)은, 버스 영역(BUS)의 개구부(OP)를 통하여 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)에 연결될 수 있고, 개구부(OP) 주변에 걸쳐진 상태에서 버스 영역(BUS)의 제1 면(S1) 상의 제1, 제2 도전 패드(CP1,CP2) 상에 용접 또는 솔더링 결합될 수 있다. 이때, 상기 제1 전극 탭(141)은, 버스 영역(BUS)의 제1 면(S1)에 형성된 제1 도전 패드(CP1)를 통하여 제1 면(S1)의 제1 도전 영역(CS1)으로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제2 전극 탭(142)은, 버스 영역(BUS)의 제1 면(S1)에 형성된 제2 도전 패드(CP2)와, 버스 영역(BUS)의 제1, 제2 면(S1,S2)을 관통하는 비아 홀(VA)을 경유하여 제2 면(S2)의 제2 도전 영역(CS2, 도 8 참조)으로 연결될 수 있다.
상기 제1, 제2 전극 탭(141,142)은 판상의 금속 편으로 형성되며, 와이어 형태의 금속 세선과 달리, 구조적인 강성이 우수하여 보다 안정적인 도전성 결합을 형성할 수 있으므로, 금속 세선에 비하여 발화 등의 사고 위험성이 적다. 본 발명에서 상기 제1, 제2 전극 탭(141,142)은 생략될 수도 있으며, 후술하는 바와 같이, 도 11에 도시된 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)은, 별도의 제1, 제2 전극 탭(141,142)을 개재하지 않고 곧바로 버스 영역(BUS, 또는 리지드 PCB 130)에 연결될 수도 있다.
도 9에는, BMS 영역의 개략적인 구성을 도시한 도면이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 BMS 영역(BMS)은, 배터리 셀(110)의 상태를 모니터링하고 배터리 셀(110)의 충, 방전 동작을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 BMS 영역(BMS)은, 버스 영역(BUS)에 장착된 서미스터(TH)와 전압 측정 단자(V)를 통하여 온도 및 전압에 관한 정보를 입수할 수 있다. 도 6에 도시된 일 실시형태에서, 상기 버스 영역(BUS)에는 서미스터(TH)가 삽입될 수 있는 센서 홀(TH`)이 형성될 수 있고, 센서 홀(TH`)에 삽입된 서미스터(TH)를 통하여 배터리 셀(110)의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 센서 홀(TH`)의 주변에는 서미스터(TH)와 전기적으로 연결되어 서미스터(TH) 양단에 전원을 인가하기 위한 온도 측정 패턴(TD)이 형성될 수 있으며, 서미스터(TH)와 전기적으로 연결된 온도 측정 패턴(TD)은, 리지드 PCB(130)의 제1, 제2 면(S1,S2) 중에서 어느 일 면을 가로질러 버스 영역(BUS)으로부터 BMS 영역(BMS)으로 연결될 수 있다. 상기 온도 측정 패턴(TD)은, 리지드 PCB(130)의 제1, 제2 면(S1,S2) 중에서 어느 일 면에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제1, 제2 도전 영역(CS1,CS2) 중에서 제1 도전 영역(CS1)과 동일한 레벨에 형성될 수 있다. 이때, 상기 온도 측정 패턴(TD)과, 상기 온도 측정 패턴(TD)과 같은 제1 면(S1)에 형성된 제1 도전 영역(CS1) 사이에는 이들 사이의 절연을 위한 절연 갭이 형성될 수 있다.
상기 배터리 셀(110)의 전극(111,112)에는 전압 측정 단자(V, 도 9 참조)가 연결될 수 있다. 도 8에 도시된 일 실시형태에서, 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)에 연결된 제1, 제2 전극 탭(141,142)이 전압 측정 단자(V)의 기능을 할 수 있으며, 상기 제1, 제2 전극 탭(141,142)과 전기적으로 연결된 제1, 제2 도전 영역(CS1,CS2) 중 일부가 충, 방전 패스로부터 분기되어 전압 측정 패턴(VD)을 형성할 수 있다.
도 8에 도시된 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 전극 탭(142)이 전압 측정 단자(V)의 기능을 할 수 있으며, 제2 전극 탭(142)과 연결된 제2 도전 영역(CS2) 중에서 일부가 분기되어 전압 측정 패턴(VD)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 전압 측정 패턴(VD)은, 리지드 PCB(130)의 제2 면(S2) 상에서 제2 도전 영역(CS2)과 함께 형성될 수 있으며, 리지드 PCB(130)의 제2 면(S2)을 가로질러 버스 영역(BUS)으로부터 BMS 영역(BMS)으로 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 제1 전극 탭(141)이 전압 측정 단자(V)의 기능을 할 수 있으며, 제1 전극 탭(141)과 연결된 제1 도전 영역(CS1) 중에서 일부가 분기되어 전압 측정 패턴(VD)을 형성할 수 있고, 이 경우, 상기 전압 측정 패턴(VD)은, 리지드 PCB(130)의 제1 면(S1) 상에서 제1 도전 영역(CS1)과 함께 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 BMS 영역(BMS)에는 제1, 제2 출력 단자(P1,P2)와 연결된 충, 방전 패스가 형성될 수 있으며, 상기 충, 방전 패스 상에는 전류 센서(R)가 배치될 수 있다. 상기 BMS 영역(BMS)은 충, 방전 패스 상에 배치된 전류 센서(R)를 이용하여 충, 방전 전류량을 측정할 수 있다.
상기 BMS 영역(BMS)은 버스 영역(BUS)에 장착된 서미스터(TH)와 전압 측정 단자(V)를 통하여 온도 및 전압에 관한 정보를 입수할 수 있으며, 충, 방전 경로 상에 배치된 전류 센서(R)를 이용하여 충, 방전 전류량을 측정할 수 있고, 전압, 전류, 온도와 같은 상태 정보에 근거하여, 과충전, 과방전, 과전류와 같은 이상 상황을 포착하고 배터리 셀(110)의 충, 방전 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 BMS 영역(BMS)에는 충, 방전 패스 상에 연결된 충전 스위치(SW2) 및 방전 스위치(SW1)가 형성될 수 있고, 상기 충전 스위치(SW2) 및 방전 스위치(SW1)의 온/오프 동작을 제어함으로써, 배터리 셀(110)의 충, 방전 동작을 제어할 수 있다.
상기 BMS 영역(BMS)은, 각 배터리 셀(110)들 사이에서 충전 상태의 균형을 맞추기 위한 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있으며, 예를 들어, 상기 BMS 영역은 충전 상태가 비교적 높은 배터리 셀(110)은 방전시키고 충전 상태가 비교적 낮은 배터리 셀(110)은 충전시키는 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
상기 BMS 영역(BMS)에는 BMS 영역(BMS)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부(B10)가 형성될 수 있으며, 버스 영역(BUS)으로부터 전달되는 온도, 전압 등의 측정 값을 양자화된 디지털 값으로 변환하여 제어부(B10)로 전달하고, 제어부(B10)의 제어 신호에 따라 충전 스위치(SW2) 및 방전 스위치(SW1)에 대한 온/오프 신호를 출력하는 아날로그 프론트 엔드(B20, Analog Front End, AFE)를 포함할 수 있다.
도 10에는 도 1에 도시된 리지드 PCB(130)의 변형된 형태에 관한 도면이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 리지드 PCB(130) 중, 한 쌍의 장변부에는 제1, 제2 접속부재(CM1,CM2)가 연결될 수 있으며, 한 쌍의 장변부를 따라 제1, 제2 접속부재(CM1,CM2)의 연결을 위한 다수의 결합 홀(CH)이 형성될 수 있다. 상기 결합 홀(CH)을 통하여 제1, 제2 접속부재(CM1,CM2)와 리지드 PCB(130)가 서로 솔더링 결합될 수 있다. 상기 결합 홀(CH)은, 상기 리지드 PCB(130)의 장변부를 따라 열을 이루어 배열될 수 있으며, 결합 홀(CH)이 열을 지어 다수로 형성됨으로써, 리지드 PCB(130)와 제1, 제2 접속부재(CM1,CM2) 사이의 전기적인 저항을 줄일 수 있다. 상기 제1, 제2 접속부재(CM1,CM2)는, 버스 영역(BUS) 및 BMS 영역(BMS)을 가로질러 연장되면서 배터리 셀(110)의 충, 방전 전류를 소통시킬 수 있으며, 충, 방전 전류의 경로를 제공할 수 있다. 상기 리지드 PCB(130)의 장변부 방향은, 충, 방전 전류의 입출력 방향에 해당될 수 있다.
상기 BMS 영역(BMS)에는, 서로 다른 극성의 제1, 제2 출력 단자(P1,P2)가 형성될 수 있으며, 상기 제1, 제2 출력 단자(P1,P2)는 리지드 PCB(130)의 한 쌍의 장변부를 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 출력 단자(P1,P2)는, 버스 영역(BUS)으로부터 BMS 영역(BMS)을 가로질러 연장되는 제1, 제2 접속부재(CM1,CM2)의 일 단부로 제공될 수 있다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩을 도시한 사시도가 도시되어 있다. 도 12에는 도 11에 도시된 배터리 셀과 리지드 PCB 간의 연결을 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 13a 및 도 13b에는 도 11에 도시된 리지드 PCB의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도가 도시되어 있다. 도 14에는 도 11에 도시된 리지드 PCB의 일부를 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 상기 리지드 PCB(231,232)는 배터리 셀(210)의 상측 단부(210u)를 가로질러 연장되면서 배터리 셀(210)의 제1 전극(211)과 전기적으로 연결되는 제1 리지드 PCB(231)와, 배터리 셀(210)의 하측 단부(210d)를 가로질러 연장되면서 배터리 셀(210)의 제2 전극(212)과 전기적으로 연결되는 제2 리지드 PCB(232)를 포함할 수 있다.
도 1의 실시형태와 유사하게, 본 실시형태의 리지드 PCB(231,232)도, 서로 다른 배터리 셀(210)을 전기적으로 연결하기 위한 버스 영역(BUS1,BUS2)과, 배터리 셀(210)의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 BMS 영역(BMS1,BMS2)을 포함할 수 있다.
상기 버스 영역(BUS1,BUS2)은 제1, 제2 리지드 PCB(231,232)에 분산되어 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 버스 영역(BUS1,BUS2)은, 제1 리지드 PCB(231)에 형성된 제1 버스 영역(BUS1)과 제2 리지드 PCB(232)에 형성된 제2 버스 영역(BUS2)을 포함할 수 있다. 유사하게, 상기 BMS 영역(BMS1,BMS2)도 제1, 제2 리지드 PCB(231,232)에 분산되어 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 BMS 영역(BMS1,BMS2)은 제1 리지드 PCB(231)에 형성된 제1 BMS 영역(BMS1)과 제2 리지드 PCB(232)에 형성된 제2 BMS 영역(BMS2)을 포함할 수 있다.
상기 제1 리지드 PCB(231)는 제1 버스 영역(BUS1)과 제1 BMS 영역(BMS1)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 버스 영역(BUS1)과 제1 BMS 영역(BMS1)은 제1 리지드 PCB(231)의 평면 상에서 서로 다른 영역에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 리지드 PCB(231)는 한 쌍의 장변부와 한 쌍의 단변부를 갖는 대략 장방형으로 형성될 수 있으며, 장변부 방향을 따라 제1 버스 영역(BUS1)과 제1 BMS 영역(BMS1)은, 제1 리지드 PCB(231)의 일 측과 타 측에 형성될 수 있다. 환언하면, 상기 제1 BMS 영역(BMS1)은 제1 리지드 PCB(231)의 장변부 방향을 따라 일 단부 측에 배치될 수 있다.
상기 제2 리지드 PCB(232)는 제2 버스 영역(BUS2)과 제2 BMS 영역(BMS2)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 버스 영역(BUS2)과 제2 BMS 영역(BMS2)은 제2 리지드 PCB(232)의 평면 상에서 서로 다른 영역에 형성될 수 있고, 예를 들어, 장변부 방향을 따라 제2 리지드 PCB(232)의 일 측과 타 측에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 BMS 영역(BMS2)은 제2 리지드 PCB(232)의 장변부 방향을 따라 일 단부 측에 배치될 수 있다.
상기 제1, 제2 버스 영역(BUS1,BUS2) 및 제1, 제2 BMS 영역(BMS1,BMS2)은 각각 제1 리지드 PCB(231) 또는 제2 리지드 PCB(232)의 일부로서, 이하에서 제1, 제2 리지드 PCB(231,232)란 제1, 제2 버스 영역(BUS1,BUS2) 또는 제1, 제2 BMS 영역(BMS1,BMS2)을 의미할 수 있으며, 예를 들어, 배터리 셀(210)의 전극(211,212)이 연결되는 제1, 제2 리지드 PCB(231,232)란, 제1, 제2 리지드 PCB(231,232) 중에서 제1, 제2 버스 영역(BUS1,BUS2)을 의미할 수 있다.
이하에서, 버스 영역(BUS1,BUS2)이란, 제1, 제2 버스 영역(BUS1,BUS2) 중에서 어느 일 버스 영역(BUS1,BUS2) 또는 제1, 제2 버스 영역(BUS1,BUS2) 모두를 의미할 수 있고, BMS 영역(BMS1,BMS2)이란, 제1, 제2 BMS 영역(BMS1,BMS2) 중에서 어느 일 BMS 영역(BMS1,BMS2) 또는 제1, 제2 BMS 영역(BMS1,BMS2) 모두를 의미할 수 있다. 또한, 이하에서 리지드 PCB(231,232)란, 제1, 제2 리지드 PCB(231,232) 중에서 어느 일 리지드 PCB(231,232) 또는 제1, 제2 리지드 PCB(231,232) 모두를 의미할 수 있다.
도 12에 도시된 실시형태에서, 배터리 셀(210)의 제1, 제2 전극(211,212)은 곧바로 제1, 제2 리지드 PCB(231,232, 제1, 제2 버스 영역 BUS1,BUS2)에 연결될 수 있으며, 도 5에 도시된 실시형태와 같이, 제1, 제2 전극(111,112)과 리지드 PCB(130, 버스 영역 BUS) 사이에서 전기적인 연결을 매개하는 제1, 제2 전극 탭(141,142)이 개재되지 않을 수 있다. 이와 같이, 전극 탭(141,142)을 경유하지 않고, 배터리 셀(210)의 제1, 제2 전극(211,212)이 곧바로 제1, 제2 리지드 PCB(231,232, 제1, 제2 버스 영역 BUS1,BUS2)에 연결됨으로써 충, 방전 패스의 저항이 감소하여 출력이 향상될 수 있으며, 배터리 팩의 조립 공정이 단순화될 수 있다.
도 5에 도시된 배터리 팩에서는 리지드 PCB(130, 버스 영역 BUS)의 개구부(OP) 주변에 제1, 제2 전극 탭(141,142)을 결합시킨 상태에서, 리지드 PCB(130)의 제1, 제2 전극 탭(141,142)과 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)이 위치 정렬되도록 리지드 PCB(130)와 배터리 셀(110)을 정렬시킨 다음에, 리지드 PCB(130)에 결합된 제1, 제2 전극 탭(141,142)과 배터리 셀(110)의 제1, 제2 전극(111,112)을 각각 결합시키게 되므로, 배터리 셀(110)과 리지드 PCB(130) 간의 결합 공정이 복잡할 수 있다. 본 실시형태에서는 배터리 셀(210)의 제1, 제2 전극(211,212)을 제1, 제2 리지드 PCB(231,232, 제1, 제2 버스 영역 BUS1,BUS2)에 곧바로 결합시키게 되므로, 배터리 셀(210)과 리지드 PCB(231,232) 간의 결합 공정이 단순화될 수 있다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 버스 영역(BUS1,BUS2)과 BMS 영역(BMS1,BMS2)은 서로 연속적으로 연결되는 공통의 기저층을 가질 수 있고, 상기 공통의 기저층은 금속 기판(M1,M2)으로 마련될 수 있다. 상기 금속 기판(M1,M2)은, 리지드 PCB(231,232)의 강성을 제공할 수 있으며, 상대적으로 높은 강성을 갖는 금속 기판(M1,M2)을 포함하는 리지드 PCB(231,232)는, 플렉서블 PCB와 달리, 나풀거림이 방지되어 배터리 셀(210)과의 접속 작업에서 작업성이 향상될 수 있다. 상기 금속 기판(M1,M2)은, 버스 영역(BUS1,BUS2)과 BMS 영역(BMS1,BMS2)에 걸쳐서 연속적으로 형성될 수 있으며, 버스 영역(BUS1,BUS2)과 BMS 영역(BMS1,BMS2)에서 공통의 기저층을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1, 제2 버스 영역(BUS1,BUS2) 각각은, 제1, 제2 금속 기판(M1,M2)과, 제1, 제2 금속 기판(M1,M2)의 양면으로 형성된 내측 절연층(II) 및 외측 절연층(OI)을 포함할 수 있다.
상기 BMS 영역(BMS1,BMS2)은, 제1 리지드 PCB(231)에 형성된 제1 BMS 영역(BMS1)과 제2 리지드 PCB(232)에 형성된 제2 BMS 영역(BMS2)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 BMS 영역(BMS1)은, 제1 금속 기판(M1)의 양면 중에서 적어도 어느 일 면 상에 형성된 도전 패턴(W)과, 상기 도전 패턴(W)과 전기적으로 연결된 다수의 회로소자(미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 금속 기판(M1)과 도전 패턴(W) 및 회로소자(미도시) 사이에는 내측 절연층(II)이나 외측 절연층(OI)이 개재될 수 있다. 유사하게, 제2 BMS 영역(BMS2)은, 제2 금속 기판(M2)의 양면 중에서 적어도 어느 일 면 상에 형성된 도전 패턴(W)과, 상기 도전 패턴(W)과 전기적으로 연결된 다수의 회로소자(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 금속 기판(M2)과 도전 패턴(W) 및 회로소자(미도시) 사이에는 내측 절연층(II)이나 외측 절연층(OI)이 개재될 수 있다.
도 14를 참조하면, 상기 제1, 제2 금속 기판(M1,M2)은, 패턴화되지 않은 금속 플레이트로서, 전체적으로 균일한 폭(d1,d2)을 갖는 금속 플레이트로 형성될 수 있고, 충, 방전 패스의 방향을 의도적으로 설정하기 위한 도전 패턴이나 배터리 셀(210)의 제1, 제2 전극(211,212)을 향하여 돌출되는 패턴을 갖지 않을 수 있다.
상기 제1, 제2 금속 기판(M1,M2)은, 배터리 셀(210)의 전극(211,212)과 연결되는 도전 영역(CS1,CS2)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀(210)은, 제1 금속 기판(M1)에 의해 공통의 제1 전극(211)을 형성할 수 있고 서로 병렬 연결될 수 있으며, 상기 제1 금속 기판(M1)은, 복수의 배터리 셀(210)의 제1 전극(211)끼리를 병렬로 연결하는 제1 도전 영역(CS1)을 형성할 수 있다. 유사하게, 상기 복수의 배터리 셀(210)은, 제2 금속 기판(M2)에 의해 공통의 제2 전극(212)을 형성할 수 있고 서로 병렬 연결될 수 있으며, 상기 제2 금속 기판(M2)은, 복수의 배터리 셀(210)의 제2 전극(212)끼리를 병렬로 연결하는 제2 도전 영역(CS2)을 형성할 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 제1, 제2 금속 기판(M1,M2)의 양면에는 각각 내측 절연층(II) 및 외측 절연층(OI)이 형성될 수 있다. 상기 내측 절연층(II)은, 제1, 제2 금속 기판(M1,M2)을 기준으로, 배터리 셀(210)에 보다 가까운 내측 위치에 형성될 수 있으며, 상기 외측 절연층(OI)은, 제1, 제2 금속 기판(M1,M2)을 기준으로, 배터리 셀(210) 보다 먼 외측 위치에 형성될 수 있다. 상기 리지드 PCB(231,232)의 내측 절연층(II) 및 외측 절연층(OI)은, 배터리 셀(210)의 전극(211,212)에 해당되는 위치에 형성된 전극 홀(TEH)을 포함할 수 있다.
상기 내측 절연층(II)에 형성된 전극 홀(TEH)은, 제1, 제2 금속 기판(M1,M2)과 배터리 셀(210)의 전극(211,212) 간의 전기적인 연결을 방해하지 않도록 배터리 셀(210)의 전극(211,212)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 외측 절연층(OI)에 형성된 전극 홀(TEH)은, 제1, 제2 금속 기판(M1,M2)과 배터리 셀(210)의 전극(211,212) 간의 솔더링이나 용접을 허용하고, 결합 툴(미도시)의 접근을 허용하기 위해 배터리 셀(210)의 전극(211,212)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 한편, 상기 내측 절연층(II) 및 외측 절연층(OI)에 형성된 전극 홀(TEH)은, 배터리 셀(210)의 내부에 고압이 축적된 이상 상황에서, 배터리 셀(210)의 내부 압력을 해소하기 위한 벤트 홀로 기능할 수도 있다. 예를 들어, 배터리 셀(210)의 벤트(미도시)가 형성된 배터리 셀(210)의 상측 단부(210u)를 가로질러 연장되는 제1 리지드 PCB(231)에 형성된 내측 절연층(II) 및 외측 절연층(OI)의 전극 홀(TEH)은, 배터리 셀(210)의 벤트가 파열되면서 분출되는 고압의 가스를 외부로 배출시키기 위한 벤트 홀로 기능할 수도 있다.
도 9를 참조하여 설명된 바와 유사하게, 상기 BMS 영역(BMS1,BMS2)은 버스 영역(BUS1,BUS2)으로부터 전달되는 온도, 전압과 같은 상태 정보에 근거하여, 과충전, 과방전, 과전류와 같은 이상 상황을 포착하고 배터리 셀(210)의 충, 방전 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 상기 BMS 영역(BMS1,BMS2)에는, BMS 영역(BMS1,BMS2)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부(B10), 충, 방전 패스 상에 연결되어 충, 방전 패스를 개폐하기 위한 충전 스위치(SW2) 및 방전 스위치(SW1), 충, 방전 패스 상에 배치되어 충, 방전 전류량을 측정하기 위한 전류 센서(R), 버스 영역(BUS1,BUS2)으로부터 전달되는 온도, 전압 등의 측정 값을 양자화된 디지털 값으로 변환하여 제어부(B10)로 전달하고, 제어부(B10)의 제어 신호에 따라 충전 스위치(SW2) 및 방전 스위치(SW2)에 대한 온/오프 신호를 출력하는 아날로그 프론트 엔드(B20, Analog Front End, AFE) 등을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 BMS 영역(BMS1,BMS2)의 각 구성들은 제1, 제2 리지드 PCB(231,232)에 분산되어 배치될 수 있으며, 제1, 제2 리지드 PCB(231,232)에 배치된 제1, 제2 BMS 영역(BMS1,BMS2)은 서로 협력하여 배터리 셀(210)의 충, 방전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 BMS 영역(BMS1,BMS2)은 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 이를 위해, 상기 제1, 제2 BMS 영역(BMS1,BMS2) 사이에는 이들 사이의 전기적인 도통을 위한 연결부재(BC, 도 11 참조)가 형성될 수 있다. 상기 연결부재(BC)는, 대전류의 충, 방전 경로와 소전류의 측정 신호의 경로를 형성하기 위하여 서로 절연된 둘 이상의 전기적인 경로를 포함할 수 있다.
상기 BMS 영역(BMS1,BMS2)에는, 서로 다른 극성의 제1, 제2 출력 단자(P1,P2)가 형성될 수 있으며, 상기 제1, 제2 출력 단자(P1,P2)는 리지드 PCB(231,232)의 한 쌍의 장변부를 따라 연장될 수 있다. 상기 제1, 제2 출력 단자(P1,P2)는, 제1, 제2 BMS 영역(BMS1,BMS2) 중에서 어느 일 BMS 영역(BMS1,BMS2), 예를 들어, 제1 BMS 영역(BMS1)에 집중되어 형성될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
110,210: 배터리 셀 110u,210u: 배터리 셀의 상측 단부
110d,210d: 배터리 셀의 하측 단부 111,211: 배터리 셀의 제1 전극
112,212: 배터리 셀의 제2 전극 120: 셀 홀더
130: 리지드 PCB 131: 절연 기판
S1: 절연 기판의 제1 면 S2: 절연 기판의 제2 면
141,142: 제1, 제2 전극 탭 231,232: 제1, 제2 리지드 PCB
BUS: 버스 영역 BUS1,BUS2: 제1, 제2 버스 영역
OP: 개구부 CP1, CP2: 제1, 제2 도전 패드
VA: 비아 CS1: 제1 도전 영역
CS2: 제2 도전 영역 BMS: BMS 영역
BMS1,BMS2: 제1, 제2 BMS 영역
M1,M2: 제1, 제2 금속 기판
CH: 결합 홀 CM1,CM2: 제1, 제2 접속부재
TEH: 전극 홀 II: 내측 절연층
OI: 외측 절연층

Claims (18)

  1. 각각 제1, 제2 전극을 포함하는 다수의 배터리 셀; 및
    상기 다수의 배터리 셀을 가로질러 연장되면서 각각의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 것으로, 다수의 배터리 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위한 버스 영역과, 배터리 셀의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 BMS 영역을 포함하는 리지드 PCB;를 포함하고,
    상기 리지드 PCB는 서로 반대되는 제1, 제2 면을 포함하고,
    상기 버스 영역은, 제1 면 상에 형성된 제1 도전 영역 및 제2 면 상에 형성된 제2 도전 영역을 포함하며, 상기 제1 도전 영역은 다수의 배터리 셀 각각의 제1 전극과 연결되고, 상기 제2 도전 영역은 다수의 배터리 셀 각각의 제2 전극과 연결되며,
    다수의 배터리 셀 각각의 제2 전극은 리지드 PCB의 제1 면 상의 제2 도전 패드 및 리지드 PCB의 제1 면과 제2 면을 연결하는 비아 홀을 통하여 리지드 PCB의 제2 면 상의 제2 도전 영역으로 연결되는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리지드 PCB는 한 쌍의 장변부와 한 쌍의 단변부를 포함하는 장방형으로 형성되며,
    상기 버스 영역과 BMS 영역은 상기 장변부 방향을 따라 일 측 및 타 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리지드 PCB의 한 쌍의 장변부를 따라서는 상기 버스 영역 및 BMS 영역을 가로질러 연장되면서 다수의 배터리 셀의 충, 방전 패스를 형성하는 제1, 제2 접속부재의 연결을 위한 다수의 결합 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버스 영역과 BMS 영역은 서로 연속적으로 연결되는 공통의 기저층을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공통의 기저층은 절연 기판인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 공통의 기저층은 금속 기판인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 제1, 제2 전극은, 배터리 셀의 길이 방향을 따라 배터리 셀의 일측 단부에 형성되며,
    상기 리지드 PCB는 배터리 셀의 일측 단부를 가로질러 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리지드 PCB에는 각 배터리 셀의 위치에서 상기 제1, 제2 전극을 노출시키기 위한 다수의 개구부가 형성되며,
    상기 개구부의 주변에 안착된 제1, 제2 전극 탭을 통하여 배터리 셀의 제1, 제2 전극과 리지드 PCB가 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 리지드 PCB는, 상기 배터리 셀의 일측 단부를 가로질러 연장되는 제1 리지드 PCB와 상기 배터리 셀의 타측 단부를 가로질러 연장되는 제2 리지드 PCB를 포함하고,
    상기 버스 영역은, 상기 제1 리지드 PCB에 형성된 제1 도전 영역과, 상기 제2 리지드 PCB에 형성된 제2 도전 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1, 제2 리지드 PCB는, 각각 패턴화되지 않은 판상의 제1, 제2 금속 기판을 포함하며,
    상기 제1, 제2 금속 기판이 각각 제1, 제2 도전 영역을 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1, 제2 리지드 PCB는, 각각 제1, 제2 금속 기판의 양면에 형성된 내측 절연층 및 외측 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 내측 절연층 및 외측 절연층은, 상기 배터리 셀의 전극에 해당되는 위치에 형성된 전극 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 BMS 영역은, 상기 제1 리지드 PCB에 형성된 제1 BMS 영역과, 상기 제2 리지드 PCB에 형성된 제2 BMS 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1, 제2 BMS 영역을 서로 전기적으로 연결하는 연결부재를 더 포함하는 배터리 팩.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 버스 영역에는, 배터리 셀의 상태 정보를 BMS 영역으로 전달하기 위한 측정 패턴이 형성되며,
    상기 측정 패턴은, 리지드 PCB의 제1 면 또는 제2 면 중에서 적어도 어느 일면에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 버스 영역은, 배터리 셀의 전극과 연결된 도전 영역을 포함하며,
    상기 측정 패턴은, 상기 도전 영역이 형성된 리지드 PCB의 면에 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 버스 영역에는 배터리 셀의 온도 측정을 위한 서미스터가 삽입되는 센서 홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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