KR200448647Y1 - 범용직렬버스 단자를 외부 입출력 단자로서 포함하고 있는 전지팩이 장착된 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 고안은 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩에서, 전기의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 동시에 수행할 수 있는 범용직렬버스(USB) 단자가 팩 케이스 외면에 외부 입출력 단자로서 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

본 고안에 따르면, 전지의 작동 상태와 관련된 정보와 전지팩에서 발생되는 전기를 범용직렬버스(USB)를 이용하여 전지팩이 장착되는 디바이스에 제공함으로써, 전지팩의 안전성 및 사용의 편의성을 도모하고 공용화가 가능할 수 있다.

Description

범용직렬버스 단자를 외부 입출력 단자로서 포함하고 있는 전지팩이 장착된 디바이스 {Device employed with Battery Pack including Universal Serial Bus Terminal as External Input and Output Terminal}

도 1은 6 개의 원통형 이차전지들을 2P(Parallel) - 3S(Serial)의 전기적 연결 방식으로 결합하는 과정의 모식도이다;

도 2는 도 1에서 원통형 이차전지들을 전기적으로 연결하여 제조된 코어 팩의 모식도이다;

도 3은 본 고안의 하나의 실시예에 따라 USB 단자를 외부 입출력 단자로서 포함하고 있는 전지팩과 그것이 결합되는 노트북 본체의 모식적 사시도이다.

본 고안은 범용직렬버스 단자를 외부 입출력 단자로서 포함하고 있는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩에서 전기의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 동시에 수행할 수 있는 범용직렬버스(USB) 단자가 외부 입출력 단자로서 팩 케이스의 외면에 장착되 어 있는 전지팩에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.

이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(portable DVD), 소형 PC, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 전지팩의 사용이 요구된다.

전지팩은 다수의 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결하고 보호회로 등을 부가한 코어 팩을 팩 케이스의 내부에 장착함으로써 제조된다. 단위전지로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스 바 등의 접속부재에 의해 연결하여 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 전지팩을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 전지가 단위전지로서 유리하다.

반면에, 원통형 전지는 일반적으로 각형 및 파우치형 전지보다 큰 전기용량을 가지지만, 원통형 전지의 외형적 특성상 적층구조로의 배열이 용이하지 않다. 그러나, 전지팩의 형상이 전체적으로 선형 또는 판상형 구조일 때 각형 또는 파우치형 보다 구조적으로 잇점이 있다.

따라서, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC 등의 경우에는 다수의 원통형 전지들을 병렬 및 직렬방식으로 연결한 전지팩이 많이 사용되고 있다. 그러한 전지팩에 사용되는 코어 팩의 구조로서, 예를 들어, 2P(병렬)-3S(직렬)의 선형 구조, 2P-3S의 판상형 구조, 2P-4S의 선형 구조, 2P-4S의 판상형 구조 등이 사용되고 있다.

병렬방식의 연결 구조는, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하여, 버스 바로 용접함으로써 달성된다. 이러한 병렬방식의 원통형 전지들을 "뱅크(bank)"로 칭하기도 한다.

직렬방식의 연결구조는, 서로 반대 극성의 전극단자들을 연속되도록 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 길게 배열하거나, 또는 전극단자들이 서로 반대 방향을 향하도록 배열한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 측면방향으로 인접하게 배열하여, 버스 바로 용접함으로써 달성된다.

이러한 원통형 전지들의 전기적 연결에는 일반적으로 니켈 플레이트와 같은 얇은 판상형 버스 바를 사용하여 스팟 용접을 행하고 있다. 또한, 병렬 및/또는 직렬방식의 연결로 이루어진 코어 팩에 보호회로를 연결하여 전지팩을 제조한다.

또한, 노트북 컴퓨터 등과 같은 디바이스에 장착되는 전지팩은 제작사 및 제품의 종류에 따라 다양한 형태로 이루어져 있으며, 그것의 외부 입출력 단자(예를 들어, Connector) 역시 매우 다양하여 호환성 및 공용화가 실질적으로 불가능한 실정이다.

더욱이, 현재 상용화 중인 대부분의 전지팩은 각각의 제조사 별로 다양한 커 넥터를 사용하여 시스템과 접속하고 있으며, 이에 전지팩 제조사 시스템 별로 커넥터가 제조 및 관리가 되어 관리 및 전지팩을 공용화하는 데 문제가 존재한다.

이와 관련하여, 일부 선행기술들은 전지팩에서 외부 입출력 단자로서 범용직렬버스(USB)를 사용하는 구조를 제시하고 있다.

예를 들어, 한국 등록특허 제0477991호에는 외장형 전지팩에 관한 것으로 안전 제어부, 전지 관리부 및 충전 제어부를 구비하고 범용 직렬 버스(USB)를 통해 호스트 시스템과 연결되어 호스트 시스템의 입력 전압 및 입력 전류 정보를 전달받는 인터페이스부, 및 상기 호스트 시스템의 입력 전압 및 입력 전류 정보에 기초한 상기 전지관리부의 제어에 의해, 전원을 변환하여 상기 호스트 시스템에 공급하는 구성방법을 제시하고 있다.

그러나, 상기 기술은 디바이스에 전지팩을 추가적으로 장착하여 사용하는 외장형 전지팩에 관한 범용직렬버스 접속방법으로서, 전지팩을 가이드 부재와 범용직렬버스를 이용하여 디바이스에 직접 장착하거나 추가적으로 장착하여 보조 전원으로 사용하는 전지팩의 구성에 대한 기술 내용을 개시하고 있지는 않으며, USB 단자 뿐만 아니라 별도의 전기적 연결부재(접속부재)를 사용하여 전기적으로 연결하므로, 제조비용이 증가하고, 전기배선의 길이 증가로 인해 불필요한 공간 발생을 초래하는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제 를 일거에 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 고안의 목적은 전지팩의 안전성과 사용의 편의성 등을 달성하며 공용화가 가능할 수 있도록, 전지의 작동상태와 관련된 정보와 전지 충방전시의 전류를 범용직렬버스(USB) 단자를 이용하여, 전지팩이 장착되는 디바이스에 직접 제공하도록 구성된 전지팩을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 전지팩은, 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩에서, 전기의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 동시에 수행할 수 있는 범용직렬버스(USB) 단자가 팩 케이스의 외면에 외부 입출력 단자로서 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 본 고안에 따른 전지팩은, 디바이스에 대한 전지팩의 장착시 USB 단자가 디바이스와 접속되면서 전기 및 정보의 인터페이스가 달성되기 때문에, 디바이스의 여유 공간을 활용할 수 있고, 디바이스와 전지팩의 접속성이 향상된다. 또한, 접속부재로서의 USB 단자가 팩 케이스의 외면에 일체로서 형성되어 있으므로, 매우 콤팩트한 구조의 구현이 가능하며, 제품의 공용화가 가능하다.

본 고안에서의 상기 USB 단자에 대한 구조와 작용기전 등은 관련 업계에 잘 알려져 있으므로, 그에 대한 자세한 설명을 본 명세서에서는 생략한다.

본 고안의 주요 특징 중의 하나는, 앞서 설명과 같이, USB 단자가 팩 케이스의 외면에 일체로서 장착되어 있다는 점이다. 즉, USB를 접속부로서의 단자 부위 와 연결부로서의 선상(線狀) 부위로 구분할 때, 본 고안은 그 중 단자 부위만이 외면상으로 팩 케이스에 장착되어 있음을 의미한다. 따라서, 디바이스에 대한 전지팩의 전기적 접속은 전지팩의 외면에 노출되어 있는 USB 단자에 의해 달성되며, 전지팩의 외면을 기준으로 할 때, 전체적으로 매우 간소한 구조를 나타낸다.

이러한 USB 단자는 디바이스에 장착되면서 전기적 접속이 이루어질 수 있는 위치라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 팩 케이스의 전단부, 후단부 또는 측면부에 위치할 수 있다.

여기서, 팩 케이스의 전단부란 팩 케이스 내부에 내장되어 있는 전지셀들의 최종 전극단자들 중 양극 단자의 위치를 의미하며, 후단부는 최종 전극단자들 중 음극 단자의 위치를 의미한다. 따라서, 측면부는 전단부와 후단부의 사이로서 임의의 위치를 의미한다.

하나의 바람직한 예에서, USB 단자는 팩 케이스의 측면부 중앙에 위치할 수 있다. 디바이스에 대한 전지팩의 장착을 위해 전지팩에 힘을 가하는 과정에서, USB 단자가 측면부의 중앙에 위치하는 경우에는 전지팩 전체에 대한 힘의 분배가 원활해지기 때문이다.

본 고안에 따른 전지팩에서 USB 단자는 팩 케이스 내부의 전지셀들과 전기적 연결을 이루고 있으므로, 적어도 팩 케이스 내부에서는 전지셀과의 전기적 연결을 위한 와이어, 버스 바, PCB 등의 접속부재가 포함되어 있다. 그러나, 적어도 팩 케이스의 외면 상으로 이와 같은 접속부재들이 노출되지는 않는다.

전지팩을 구성하는 단위셀들은 충방전이 가능한 이차전지라면 그것의 형태와 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 원통형 구조의 리튬 이차전지일 수 있다. 리튬 이차전지는 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 고전압의 방전 특성을 발휘하므로 그것의 생산량이 최근 급격히 증가하고 있다.

팩 케이스의 전반적인 형태는 그것이 사용되는 디바이스의 사양에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 다수의 원통형 이차전지들을 직렬 및 병렬 방식으로 연결하여 대략 직육면체 형상으로 만들 때, 팩 케이스는 이러한 이차전지들을 안정적으로 내부에 장착하고, 소정의 보호회로 소자 등을 내장할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.

본 고안은 또한, 소정의 디바이스 본체와, 상기 본체의 일측에 형성되어 있는 전지팩 장착용 만입부에 장착되는 상기 전지팩을 포함하는 것으로 구성되어 있고, 상기 전지팩 중 만입부로의 장착을 위한 삽입방향의 팩 케이스 외면에 USB 단자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공한다.

따라서, 디바이스 본체의 만입부에 전지팩을 삽입방식으로 장착할 때, 전지팩의 USB 단자는 디바이스 본체의 해당 부위와 전기적 접속을 이루게 된다. 이러한 구조는 종래의 접속방식에 비해 매우 간편하고, 더욱이, USB 단자의 전기적 접속시 소정의 결합력이 발휘되므로, 우수한 장착 상태를 제공한다.

본 고안에 따른 상기 디바이스의 종류는 전원으로서의 상기 전지팩이 장착되는 구조를 포함하는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 노트북 컴퓨터일 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안의 내용을 상술하지만, 본 고안의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 6 개의 원통형 이차전지들을 2P(Parallel) - 3S(Serial)의 전기적 연결 방식으로 결합하는 과정이 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 그러한 전기적 연결을 이룬 코어 팩의 형상이 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 6 개의 원통형 전지들(20, 21)은 각각 양극이 좌측을 향하도록 2 개 씩 배열되어 총 3 개의 전지 쌍을 구성하고 있으며, 그 사이에 배치되는 니켈 플레이트(30)에 의해 전기적 접속을 이루고 있다. 즉, 니켈 플레이트(30)는 그것의 양면에 위치하는 2 쌍의 전지들이 스팟 용접에 의해 결합됨으로써, 세로 방향으로 인접한 전지들(뱅크)이 병렬 연결을 이루고, 가로 방향으로 인접한 전지들이 직렬 연결을 이루게 된다. 따라서, 전체적으로 2P-3S 연결 구조가 만들어진다.

또한, 각각의 전지들(20, 21)은 니켈 플레이트(30)에 연결된 양극 와이어(60)와 음극 와이어(70) 및 FPCB(80)을 통해 보호회로 모듈(90)에 연결되어 있다. 니켈 플레이트(30)에 대한 보호회로 모듈(90)의 전기적 연결은 일반적으로 솔더링에 의해 행해진다.

이렇게 제조된 코어 팩(50)을 소정의 팩 케이스에 삽입하면, 전지보호회로 모듈(90)의 접속부(92)가 USB 단자(도시하지 않음)와 연결되어 도 3에서와 같은 전지팩(110)이 만들어진다.

도 3에는 본 고안의 하나의 실시예에 따라 USB 단자를 외부 입출력 단자로서 포함하고 있는 전지팩과 그것이 결합되는 노트북 본체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 노트북(100)은 전체적으로 넓적한 육면체 구조로 이루어진 본체(120)와 그것의 일측에 장착되는 전지팩(110)으로 이루어져 있다.

노트북 본체(120)에는 각종 연산소자들이 내장되어 있고, 디스플레이부와 키보드 입력부 등을 포함하고 있으며, 후면에 전지팩의 장착을 위한 만입부(130)가 형성되어 있다. 이해의 편의를 위하여, 연산소자들, 디스플레이부, 키보드 입력부 등은 도면에서 생략하였다.

만입부(130)는 전지팩(110)의 형상에 대략 일치하는 구조로 이루어져 있고, 내측 중앙에 전지팩(110)의 USB 단자(112)와 접속되는 소켓(132)이 위치하며, 그것의 양측에 대칭적으로 체결용 홈(134)이 형성되어 있고, 양측 단부 내면에 가이드(136)가 형성되어 있다.

전지팩(110)은 팩 케이스 내부에 코어 팩(도 2의 50)이 내장되어 있고, 노트북 본체(120)의 만입부(130)로 향하는 방향의 중앙 측면에는 본체(120) 측 소켓(132)에 대응하는 위치에 USB 단자(112)가 형성되어 있다. 또한, USB 단자(112)의 양측에는 본체(120) 측 체결용 홈(134)에 대응하는 체결용 돌기(114)가 대칭적으로 형성되어 있고, 양측 단부 외면에는 본체(120) 측 가이드(136)에 대응하는 가이드 홈(116)이 형성되어 있다.

노트북 본체(120)에 대해 전지팩(110)을 장착하는 과정은 본체(120)의 만입부(130)에 전지팩(110)의 측면을 삽입하는 방식으로 진행되며, 이러한 삽입 과정은 전지팩(110)의 가이드 홈(116)이 만입부(130)의 가이드(136)를 따라 진행되면서 유도된다.

전지팩(110)을 만입부(130)에 완전히 밀어 넣으면, 체결용 돌기(114)가 체결용 홈(134)과 맞물리면서 결합이 이루어지고, 이때, USB 단자(112)가 소켓(132)과 결합되면서 전기적 접속이 달성된다.

따라서, 전지팩(110)은 외면상으로 별도의 선상 부재들을 포함하지 않는 간소한 구조를 가지며, 노트북 본체(120)에 대한 전지팩(110)의 장착 과정에서 전기적 접속이 손쉽게 달성될 수 있다.

본 고안이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 고안의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상의 설명과 같이, 본 고안에 따르면 전지팩의 전기와 전지팩의 작동 상태와 관련한 정보를 범용직렬버스(USB) 단자를 사용하여 그것이 장착되는 디바이스에 제공할 수 있도록 구성함으로써, 전지팩의 안전성 및 사용의 편리성을 도모할 수 있고 제품의 공용화가 가능하다.

Claims (6)

1. 소정의 디바이스 본체와, 상기 본체의 일측에 형성되어 있는 전지팩 장착용 만입부에 장착되는 전지팩을 포함하는 것으로 구성되어 있는 디바이스로서,

   상기 전지팩은 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 팩 케이스에 내장되어 있고, 전기의 입력 및 출력과 정보의 송수신을 동시에 수행할 수 있는 범용직렬버스(USB) 단자가 팩 케이스의 외면에 외부 입출력 단자로서 장착되어 있는 구조로 이루어져 있으며,

   상기 디바이스 본체의 전지팩 장착용 만입부는 내측 중앙에 전지팩의 USB 단자와 접속되는 소켓이 위치하며, 그것의 양측에 대칭적으로 체결용 홈이 형성되어 있고, 양측 단부 내면에 가이드가 형성되어 있으며,

   상기 전지팩은 본체 측 소켓에 대응하는 위치에 USB 단자가 형성되어 있고, USB 단자의 양측에는 본체 측 체결용 홈에 대응하는 체결용 돌기가 대칭적으로 형성되어 있으며, 양측 단부 외면에는 본체 측 가이드에 대응하는 가이드 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스에 내장되어 있는 단위셀은 원통형 구조의 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 디바이스.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 디바이스는 노트북 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 디바이스.

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