KR20110062384A - 회로 기판 모듈과, 이를 적용한 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

회로 기판 모듈과, 이를 적용한 전지 모듈을 개시한다. 본 발명은 복수의 전지 셀과, 전지 셀이 수용되는 공간을 제공하는 케이스와, 전지 셀과 연결되며, 전지 케이스의 외부로 돌출된 복수의 전극 단자 및 통신 커넥터를 가지는 복수의 전지 유니트;와, 전지 유니트상에 설치되며, 복수의 통신 커넥터와 전기적으로 연결된 복수의 회로 기판 커넥터가 실장된 회로 기판을 가지는 회로 기판 모듈;을 포함하되, 복수의 회로 기판 커넥터는 외부 기기와 접속되는 단일의 외부 커넥터와 전기적으로 연결된 것으로서, 전지 유니트로부터 인출된 써미스터 라인과, 밸런싱 라인이 통신 커넥터와 연결되고, 복수의 통신 커넥터와 복수의 회로 기판 커넥터 사이에 연결 라인의 양 단부가 각각 체결되는 구조이므로, 조립이 단순화된다.

Description

회로 기판 모듈과, 이를 적용한 전지 모듈{Circuit substrate module and battery module using the same}
본 발명은 복수의 전지 유니트로부터 인출된 복수의 통신 커넥터가 회로 기판 모듈에 접속되는 구조가 개선된 회로 기판 모듈과, 이를 적용한 전지 모듈에 관한 것이다.
통상적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더와 같은 소형의 모바일 기기나, 전동 드릴, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply, UPS)등과 같은 전자 기기 디바이스에서 널리 사용중이다. 대표적인 이차 전지는 리튬 이차 전지가 있다.
일반적으로 소형의 모바일 기기는 소량의 전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용한다. 이에 반하여, 고용량, 고출력이 요구되는 전기 자동차나, 무정전 전원공급장치와 같은 대형의 전자 기기 디바이스는 복수의 전지 셀이 수용되는 전지 유니트가 마련되고, 복수의 전지 유니트를 버스 바와 같은 연결 부재에 의하여 서로 연결시켜서 전지 모듈을 형성하여서 에너지원으로 사용하게 된다.
전지 유니트는 케이스 내에 복수의 전지 셀을 배치하고, 이들을 직렬 또는 병렬로 연결하며, 이들과 전기적으로 연결되는 양극 단자 및 음극 단자가 케이스에 형성되어 있다. 또한, 전지 유니트는 복수의 전지 셀의 작동을 제어하기 위하여 전지 관리 시스템(baatery management system, 이하, BMS)과 같은 컨트롤러와 전기적 신호를 전달하기 위한 통신 커넥터가 케이스에 형성되어 있다. 이때, 통신 커넥터에는 전지 셀의 온도나, 충전 상태를 알기 위한 복수의 써미스터 라인과, 밸런싱 라인이 전기적으로 연결되어 있다.
통상적인 전지 모듈은 케이스 내에 복수의 전지 셀을 삽입하여서 전지 유니트를 조립한 이후에, 전지 셀과 전기적으로 연결된 복수의 써미스터 라인과, 밸런싱 라인을 통신 커넥터에 연결하게 된다. 복수의 통신 커넥터로부터 인출된 연결 라인은 BMS와 같은 컨트롤러에 전기적으로 접속하게 된다.
그런데, 종래의 전지 모듈은 각 전지 유니트당 복수의 써미스터 라인과, 밸런싱 라인을 개별적으로 BMS와 같은 컨트롤러에 제각기 연결해야 하는등 제조 공정이 복잡하다. 한편, 인접한 전지 유니트를 전기적으로 접속시키는 버스 바와 같은 접속 부재의 결합을 보다 간단하게 구성할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 전지 유니트에 형성된 통신 커넥터가 BMS에 접속되는 구조가 단순화된 회로 기판 모듈과, 이를 적용한 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 인접한 전지 유니트의 전극 단자를 전기적으로 연결하는 버스 바의 결합이 단순화된 회로 기판 모듈과, 이를 적용한 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전지 모듈은,
복수의 전지 셀과, 상기 전지 셀이 수용되는 공간을 제공하는 케이스와, 상기 전지 셀과 연결되며, 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 복수의 전극 단자 및 통신 커넥터를 가지는 복수의 전지 유니트;와,
상기 전지 유니트상에 설치되며, 상기 복수의 통신 커넥터와 전기적으로 연결된 복수의 회로 기판 커넥터가 실장된 회로 기판을 가지는 회로 기판 모듈;을 포함하되,
상기 복수의 회로 기판 커넥터는 외부 기기와 접속되는 단일의 외부 커넥터와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 통신 커넥터는 대응되는 복수의 회로 기판 커넥터에 대하여 각각의 연결 라인에 의하여 전기적으로 접속된다.
게다가, 상기 복수의 회로 기판 커넥터에는 각각의 리이드가 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 리이드는 상기 회로 기판에 회로 패턴화되며, 외부 커넥터에 다같이 집합되어서 연결된다.
아울러, 상기 복수의 통신 커넥터에는 상기 복수의 전지 셀에 연결된 적어도 하나 이상의 써미스터 라인과, 밸런싱 라인이 접속된다.
나아가, 이웃하는 한 쌍의 전지 유니트는 전기적으로 접속되도록 이웃하는 한 쌍의 전지 유니트로부터 각각 인출된 극성이 다른 전극 단자에 양 단이 연결된 버스 바를 포함한다.
또한, 상기 회로 기판에는 복수의 결합공이 형성되며, 상기 결합공을 통하여 전극 단자가 삽입되어서 위치하고, 상기 버스 바는 상기 회로 기판의 상부에서 결합 부재에 의하여 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 결합공의 크기는 상기 전지 유니트의 변형시 상기 결합공이 형성된 회로 기판내에서 전극 단자가 유동할 수 있도록 상기 전극 단자의 크기보다 크게 형성된다.
또한, 상기 회로 기판에는 복수의 결합공이 형성되며, 상기 결합공을 통하여 버스 바가 삽입되어서 위치하고, 상기 버스 바는 상기 결합공이 형성된 회로 기판내에서 결합 부재에 의하여 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 결합공의 크기는 상기 전지 유니트의 변형시 상기 결합공이 형성된 회로 기판 내에서 버스 바가 유동할 수 있도록 상기 결합공이 형성된 기판의 내벽과 버스 단자 사이에는 간격이 형성된다.
또한, 상기 버스 바는 상기 회로 기판내에 인서트 사출되어 결합 부재에 의하여 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 버스 바는 상기 전지 유니트와 대향되는 회로 기판내에 형성된 홈내에 삽입되어서 결합 부재에 의하여 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 회로 기판 모듈은,
복수의 전지 셀이 수용되며, 상기 전지 셀과 전기적으로 연결된 복수의 전극 단자 및 통신 커넥터를 가지는 복수의 전지 유니트에 대하여 접속되는 회로 기판 모듈에 관한 것으로서,
상기 복수의 통신 커넥터와 전기적으로 연결되는 복수의 회로 기판 커넥터;
상기 회로 기판 커넥터가 실장된 회로 기판; 및
상기 복수의 회로 기판 커넥터와 전기적으로 연결되며, 외부 기기에 접속되는 단일의 외부 커넥터;를 포함한다.
또한, 상기 복수의 통신 커넥터는 이와 대응되는 복수의 회로 기판 커넥터에 대하여 각각의 연결 라인에 의하여 전기적으로 접속된다.
게다가, 상기 복수의 회로 기판 커넥터에는 각각의 리이드가 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 리이드는 상기 회로 기판에 회로 패턴화되며, 외부 커넥터에 다같이 집합되어서 연결된다.
또한, 상기 회로 기판과 전지 유니트 사이에는 이웃하는 전지 유니트의 극성이 다른 전극 단자에 연결된 버스 바가 고정된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회로 기판에는 복수의 결합공이 형성되며, 상기 결합공을 통하여 전극 단자가 삽입되어서 위치하고, 상기 버스 바는 상기 회로 기판의 상부에서 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회로 기판에는 복수의 결합공이 형성되며, 상기 결합공을 통하여 버스 바가 삽입되어서 위치하고, 상기 버스 바는 상기 결합공이 형성된 회로 기판 내에서 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회로 기판내에는 상기 버스 바가 인서트 사출되어 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전지 유니트와 대향되는 회로 기판의 일면에는 홈이 형성되고, 상기 버스 바는 상기 홈에 삽입되어 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 회로 기판 모듈과, 이를 적용한 전지 모듈은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 전지 유니트로부터 인출된 써미스터 라인과, 밸런싱 라인이 통신 커넥터와 연결되고, 복수의 통신 커넥터와 복수의 회로 기판 커넥터 사이에 연결 라인의 양 단부가 각각 체결되는 구조이므로, 조립이 단순화된다.
둘째, 회로 기판에 형성된 복수의 회로 기판 커넥터와 전기적으로 연결된 복수의 리이드가 단일의 외부 커넥터에 집합되어 연결되는 구조이므로, 작업성이 편리해진다.
셋째, 회로 기판의 상하부나, 회로 기판내에 버스 바가 위치하고, 버스 바에 대하여 전극 단자가 결합되는 구조이므로, 전지 유니트와 회로 기판 모듈과의 모듈화가 가능하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 유니트(100)를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 전지 유니트(100)는 복수의 전지 셀(101)이 수용되는 케이스(102)와, 상기 복수의 전지 셀(101)을 전기적으로 연결하는 전극 탭(103)과, 상기 전극 탭(103)에 전기적으로 연결되며, 상기 케이스(102)의 외부로 돌출된 복수의 전극 단자(104)와, 상기 전지 셀(101)의 온도나 충전 상태를 나타내는 전기적 신호를 전달하는 통신 커넥터(105)를 포함한다.
상기 전지 셀(101)은 원통형 이차 전지이다. 원통형 이차 전지는 양극판과, 음극판과, 그 사이에 개재되는 세퍼레이터가 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 감겨진 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 원통형 캔과, 상기 원통형 캔의 개구를 밀폐시키는 캡 조립체를 포함한다.
본 실시예에서는 고출력, 고용량의 전지 유니트(100)를 구성하기 위하여 복수의 전지 셀(101)이 연속적으로 나란하게 배치되어 있으며, 이들이 서로 전기적으로 연결되어 있다. 상기 전지 셀(101)은 원통형 이차전지뿐만 아니라, 각형 이차전지나, 폴리머 이차전지등 어느 하나의 이차전지에 한정되는 것은 아니다.
상기 케이스(102)는 상부 케이스(106)와, 상기 상부 케이스(106)와 결합되는 하부 케이스(107)를 포함한다. 상기 상부 케이스(106)와, 하부 케이스(107)는 결합시 복수의 전지 셀(101)을 수용할 수 있는 내부 공간을 제공하고 있다. 상기 상부 케이스(106)나 하부 케이스(107)에는 구동중 발생되는 열을 외부로 신속하게 방출하기 위한 다수의 방열공(108)이 형성되어 있다.
상기 전지 셀(101)은 상기 케이스(102) 내의 길이 방향을 따라 연속적으로 나란하게 배치되어 있으며, 복수의 전지 셀(101)은 전극 탭(103)에 의하여 연결되어 있다. 상기 전극 탭(103)은 전지 셀(101)의 일측, 즉, 캡 조립체측의 단자에 연결되는 제 1 전극 탭(109)과, 타측, 즉, 캔측의 단자에 설치되는 제 2 전극 탭(110)을 포함한다.
상기 제 1 전극 탭(109)과, 제 2 전극 탭(110)은 니켈과 같은 도전성 플레이트로서, 스트립형이다. 상기 제 1 전극 탭(109)과, 제 2 전극 탭(110)은 용접에 의하여 각각의 전지 셀(101)의 캡 조립체측의 단자와, 캔측의 단자에 극성을 달리하여 전기적으로 연결되어 있다.
상기 제 1 전극 탭(109)은 하부 케이스(107)의 길이 방향의 제 1 측벽(107a)의 내측에 배치되고, 상기 제 2 전극 탭(110)은 상기 제 1 측벽(107a)에 대하여 반대되는 제 2 측벽(107b)의 내측에 배치된다.
상기 복수의 전지 셀(101)은 제 1 전극 탭(109)과, 제 2 전극 탭(110)에 의하여 병렬 연결된다. 본 실시예에서는 전지 셀(101)이 병렬로 연결된 방식이나, 이외에도, 직렬로 연결한 방식이나, 직렬 및 병렬이 혼합되어 연결된 방식을 이용가능하는등 어느 하나의 연결 방식에 한정되는 것은 아니다.
상기 케이스(102)의 일측 전방에는 복수의 전극 단자(104)가 형성되어 있다. 상기 전극 단자(104)는 제 1 전극 탭(109)과 전기적으로 연결되는 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 탭(110)과 전기적으로 연결되는 제 2 전극 단자(112)를 포함한다. 상기 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)는 케이스(102)의 내부로 부터 연장되어서 외부로 돌출되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)는 보울트 형상이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 통신 커넥터(105)는 복수의 연결핀(113)이 커넥터 하우징부(114) 내에 설치된 상태에서 상기 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)가 설치된 케이스(102)의 일측 전방에 배치되어 있다. 상기 통신 커넥터(105)는 복수의 써미스터 라인(115) 및 밸런싱 라인(116)과 전기적으로 연결되어서, 상기 전지 셀(101)의 상태에 대한 데이터, 예컨대, 전지 셀(101)의 온도나, 충전 상태등을 나타내는 전기적인 신호를 BMS와 같은 컨트롤러와 전달가능하다.
상기 써미스터 라인(115)의 단부에는 온도를 검출하는 소자인 써미스터 센서(117)가 설치되어 있다. 상기 밸런싱 라인(116)의 단부에는 전지 유니트(100) 내부의 전기 충전량등을 검출하는 밸런싱 센서(118)가 설치되어 있다. 상기 써미스터 센서(117)와, 밸런싱 센서(118)는 복수의 전지 셀(101)에 전기적으로 연결되는 구조라면, 어느 한 위치에 한정되는 것은 아니다. 상기 복수의 써미스터 라인(115) 및 밸런싱 라인(116)은 연결핀(113)에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 연결핀(113)은 그 개수가 어느 하나에 제한적이지 않으며, 당업자라면 다양한 연결핀의 개수가 가능하다는 것을 알 수 있다.
상기 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)에는 인접한 한 쌍의 전지 유니트(100)를 전기적으로 연결시키기 위하여 각각 버스 바(119)가 설치되어 있다. 상기 버스 바(119)는 도전성의 플레이트이다. 상기 버스 바(119)에는 상기 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)가 삽입되는 삽입공(120)이 형성되어 있다. 상기 버스 바(119)에는 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)의 둘레에 와셔(121)가 개재된 상태에서, 너트(122)에 의하여 체결된다.
도 2는 도 1의 전지 유니트(100)가 적층된 전지 모듈(200)을 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 전지 유니트(100)는 복수개 마련되어 있다. 인접한 전지 유니트(100)는 극성이 서로 엇갈리도록 교차 배열하고 있다. 하나의 전지 유니트(100)의 제 1 전극 단자(111)는 버스 바(119)에 의하여 이와 이웃한 다른 하나의 전지 유니트(100)의 제 2 전극 단자(112)와 연결되어 있다. 상기 전지 유니트(100)는 연속적으로 연결되어 있으며, 하나의 전지 모듈(200)을 이루고 있다. 상기 전지 유니트(100)의 개수는 설계시 요구되는 충전 및 방전 용량을 고려하여 정해질 수 있다.
복수의 전지 유니트(100)는 상기 버스 바(119)에 의하여 직렬 또는 병렬로 연결된 상태에서, 케이스(201) 내에 배치되어 있다. 상기 케이스(201)는 상부 케이스(202)와, 상기 상부 케이스(202)와 결합되는 하부 케이스(203)를 포함한다.
상기 상부 케이스(202) 및 상기 하부 케이스(203)에는 결합시 복수의 전지 유니트(100)가 각각 장착되는 가이드 홈(204)이 복수개 형성되어 있다. 이에 따라, 개별적인 전지 유니트(100)는 상기 가이드 홈(204)을 통하여 안내되어 위치 오탈없이 결합되어 있다.
상기 케이스(201)의 개방구(205), 즉, 상기 전지 유니트(100)가 삽입되어서 장착되는 입구에는 회로 기판 모듈(300)이 설치되어 있다. 상기 회로 기판 모듈(300)은 회로 기판(302)을 구비하고, 상기 회로 기판(302)은 상기 개방구(205)와 인접한 하부 케이스(203)의 양 측벽을 따라 형성된 가이드부(206)의 홈을 따라 착탈식으로 결합된다. 대안으로는, 상기 회로 기판(302)은 상기 상부 케이스(202)나, 하부 케이스(203)에 보스와 같은 결합 부재를 설치하고, 나사 결합할 수 있는등 어느 하나의 결합 방식에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 각 전지 유니트(100)에 형성된 복수의 통신 커넥터(105)는 연결 라인(210)에 의하여 회로 기판 모듈(300)에 실장된 복수의 회로 기판 커넥터(301)에 전기적으로 연결되며, 복수의 회로 기판 커넥터(301)는 단일의 외부 커넥터(303)와 전기적으로 연결되어 있다.
보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 도 2의 회로 기판 모듈(300)이 설치된 부분을 도시한 정면도이고, 도 4는 도 3의 회로 기판 모듈(300)이 설치된 부분을 확대하여 분리 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 회로 기판 모듈(300)은 연결 라인(210)에 의하여 복수의 전지 유니트(100)에 형성된 통신 커넥터(105)와 전기적으로 연결되는 복수의 회로 기판 커넥터(301)와, 상기 회로 기판 커넥터(301)가 실장되는 회로 기판(302)과, 복수의 회로 기판 커넥터(301)와 전기적으로 연결되며, 케이블(304)에 의하여 BMS와 같은 컨트롤러에 접속되는 외부 커넥터(303)를 포함한다.
상기 회로 기판 커넥터(301)의 개수는 상기 통신 커넥터(105)의 개수와 대응되는 것으로서, 각각의 연결 라인(210)에 의하여 상기 회로 기판 커넥터(301)에 대하여 상기 통신 커넥터(105)는 대응되게 접속되어 있다.
이에 따라, 하나의 회로 기판 커넥터(301)에는 하나의 전지 유니트(100)의 전지 셀(101,도 1 참조)에 복수의 써미스터 라인(115) 및 밸런싱 라인(116)과 전기적으로 연결되어서, 전지 유니트(100) 내부의 전지 셀(101)의 온도나, 충전 상태에 같은 데이터 신호가 전달된다.
복수의 회로 기판 커넥터(301)는 상기 회로 기판(302)의 일 가장자리를 따라 소정 간격 이격되게 복수개 배치되어 있다. 복수의 회로 기판 커넥터(301)는 각각의 리이드(305)와 전기적으로 연결되어 있으며, 복수의 리이드(305)는 회로 기판(302) 내에 패턴화되어 있다. 복수의 리이드(305)는 상기 외부 커넥터(303)에 집합되어서 연결되어 있다.
이에 따라, 복수의 전지 유니트(100)는 각각의 통신 커넥터(105)에 대하여 각각의 회로 기판 커넥터(301)가 연결 라인(210)에 의하여 개별적으로 연결되고, 각각의 회로 기판 커넥터(301)와 연결된 각각의 리이드(305)가 다같이 단일의 외부 커넥터(303)에 연결되고, 상기 외부 커넥터(303)에 대하여 전기적으로 연결된 하나의 케이블(304)이 BMS와 같은 컨트롤러에 전기적으로 접속하게 된다.
이처럼, 상기 회로 기판 모듈(300)에는 다수의 회로 기판 커넥터(301)와, 이와 연결되어서 단일의 외부 커넥터(303)에 전기적 신호를 전달가능하도록 회로 기판(302)내에 패턴화된 리이드(305)가 형성되므로, 복수의 전지 유니트(100)내의 전지 셀(101)에 전기적으로 연결된 복수의 써미스터 라인(115) 및 밸런싱 라인(116)이 복수의 통신 커넥터(105), 복수의 연결 라인(210), 복수의 회로 기판 커넥터(301), 및 복수의 리이드(305)를 경유하여 다같이 단일의 외부 커넥터(303)에 집 합되어서 연결된다. 이에 따라, 복수의 전지 유니트(100) 내의 전지 셀(101)의 상태에 대한 제어를 용이하게 할 수 있다.
한편, 상기 전지 유니트(100)와 회로 기판(302) 사이에는 이웃하는 전지 유니트(100)의 제 1 전극 단자(111)와, 이와 이웃한 다른 하나의 전지 유니트(100)의 제 2 전극 단자(112)를 전기적으로 연결시키는 버스 바(119)가 설치되어 있다. 상기 버스 바(119)는 상기 전지 유니트(100)와 회로 기판(302) 사이에 위치한다.
이때, 상기 회로 기판 모듈(300)은 상술한 통신단을 서로 연결시키는 기능뿐만 아니라, 조립의 편의상 상기 버스 바(119)가 결합될 수 있는 수단을 더 구비할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 기판 모듈(500)이 설치된 부분을 확대하여 도시한 분리 사시도이고, 도 6은 도 5의 회로 기판 모듈(500)이 설치된 부분을 도시한 단면도이다.
이하, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.
도면을 참조하면, 인접하게 배치된 복수의 전지 유니트(100)의 상부에는 회로 기판(502)이 위치하고 있다. 상기 회로 기판(502)에는 그 길이 방향을 따라 복수의 회로 기판 커넥터(501)가 실장되어 있다. 복수의 회로 기판 커넥터(501)는 복수의 연결 라인(210)에 의하여 전지 유니트(100) 내의 써미스터 라인(도 1 참조, 115) 및 밸런싱 라인(116)과 전기적으로 연결된 통신 커넥터(105)가 접속되어 있다.
상기 회로 기판 커넥터(501)는 각각의 리이드(505)와 전기적으로 연결되어 있으며, 복수의 리이드(505)는 회로 기판(502) 내에 패턴화되어 있다. 패턴화된 리이드(505)는 단일의 외부 커넥터(503)에 집합되어서 연결되어 있으며, 외부 커넥터(503)에 대하여 전기적으로 연결된 하나의 케이블(504)이 BMS와 같은 컨트롤러에 전기적으로 접속하게 된다.
이때, 상기 회로 기판(502)에는 복수의 결합공(506)이 형성되어 있다. 상기 결합공(506)에는 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)가 각각 삽입되어 위치하고 있다. 이때, 상기 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)는 보울트 형상이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전지 유니트(100)와, 회로 기판(502) 사이에는 상기 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)의 둘레를 따라서 절연을 위한 가스켓(511)이 설치되고, 가스켓(511)의 윗면에는 와셔(512)와, 제 1 너트(513)가 개재되어 있다. 상기 제 1 너트(513) 상에는 인접한 한 쌍의 전지 유니트(100)의 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)를 전기적으로 연결시키기 위한 버스 바(119)가 위치한다.
상기 버스 바(119)는 인접한 한 쌍의 전지 유니트(110)의 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)에 각각 결합된다. 상기 버스 바(119)의 상부에는 제 2 너트(514)가 위치하여서, 상기 버스 바(119)에 대하여 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)를 견고하게 고정하게 된다.
상기 버스 바(119)에 대한 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)에 결합 방식은 보울트 및 너트 결합 방식 이외에도 용접 결합 방식이나, 레이저 결합 방식등 다양한 결합 방식이 있다 할 것이다. 또한, 상기 가스켓(511), 와셔(512), 제 1 너트(513), 제 2 너트(514)를 포함하는 결합 부재는 그 개수나 형상이 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.
이처럼, 상기 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)는 상기 전지 유니트(100)와 회로 기판(502)의 사이로부터 상기 회로 기판(502)의 결합공(506)을 통하여 연장되어서, 그 단부가 회로 기판(502)의 상부로 돌출하게 되고, 상기 버스 바(119)는 회로 기판(502)의 상부에서 상기 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)에 결합하게 된다.
또한, 상기 회로 기판(502)에 형성된 결합공(506)의 크기는 상기 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)의 크기보다 상대적으로 크게 형성되어 있다.
즉, 상기 전지 유니트(100)는 구동중에 내부 압력이 증가하게 되면, 열적으로 팽창하게 된다. 이때, 상기 전지 유니트(100)가 변형하게 되면, 버스 바(119)에 의하여 인접한 전지 유니트(100)를 연결시키는 부분에서도 마찬가지로 변형하게 된다.
이때, 상기 버스 바(119)에 대하여 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)가 결합된 부분이 변형되더라도, 상기 결합공(112)이 형성된 회로 기판(502)은 상기 변형량을 수용할 수 있는 유동 간격을 확보하도록 형성되어 있으므로, 상기 버스 바(119)에 대하여 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)가 결합된 부분의 파손등을 미연에 방지할 수 있다.
이처럼, 상기 회로 기판 모듈(500)에는 다수의 회로 기판 커넥터(501)와, 이와 연결되어서 단일의 외부 커넥터(503)에 전기적 신호를 전달가능하도록 패턴화된 리이드(505)가 형성되므로, 복수의 전지 유니트(100) 내의 전지 셀(101)의 상태에 대한 제어를 용이하게 할 수 있다.
게다가, 회로 기판(502)에 형성된 결합공(506)을 통하여 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)를 위치시키고, 상기 회로 기판(502)의 상부에서 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)를 결합고정시키므로, 전지 유니트(100)와, 회로 기판 모듈(500)을 모듈화시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로 기판 모듈(700)이 설치된 부분을 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 인접하게 배치된 복수의 전지 유니트(100)의 상부에는 회로 기판(702)이 위치하고 있다. 도시되어 있지 않지만, 상기 회로 기판(702) 상에는 복수의 연결 라인에 의하여 전지 유니트(110)의 통신 커넥터와 전기적으로 연결되는 복수의 회로 기판 커넥터가 실장되고, 복수의 회로 기판 커넥터에 대하여 전기적으로 연결된 복수의 리이드가 단일의 외부 커넥터에 집합되어서 연결되며, 외부 커넥터에 대하여 전기적으로 연결된 하나의 케이블이 BMS와 같은 컨트롤러에 전기적으로 접속되어 있다.
상기 회로 기판(702)에는 복수의 결합공(706)이 형성되어 있다. 상기 결합공(706)에는 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)가 각각 위치하며, 일단부가 상기 회로 기판(702)의 상부로 돌출되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극 단 자(111)와, 제 2 전극 단자(112)는 보울트 형상이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전지 유니트(100)와, 회로 기판(702) 사이에는 상기 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)의 둘레를 따라서 절연을 위한 가스켓(711)의 윗면에는 와셔(712)와, 제 1 너트(713)가 개재되어 있다. 상기 제 1 너트(713) 상에는 인접한 한 쌍의 전지 유니트(100)의 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)를 전기적으로 연결시키기 위한 버스 바(119)가 위치한다.
이때, 상기 회로 기판(702)에 형성된 결합공(706)의 크기는 상기 버스 바(119)의 크기보다 크다. 즉, 상기 회로 기판(702) 상에는 복수의 버스 바(119)와 대응되는 개수의 결합공(706)이 형성되며, 각각의 결합공(706)은 각각의 버스 바(119)가 수용될 수 있는 크기로 형성된다. 상기 결합공(706)에 대하여 버스 바(119)가 삽입시, 상기 결합공(706)이 형성된 회로 기판(702)의 내측벽과 버스 바(119)의 가장자리에는 간격(g)이 존재한다.
상기 버스 바(119)는 인접한 한 쌍의 전지 유니트(110)의 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)에 각각 결합된다. 상기 버스 바(119)의 상부에는 제 2 너트(714)가 위치하여서, 상기 버스 바(119)에 대하여 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)를 견고하게 고정하게 된다. 또한, 상기 버스 바(119)는 상기 회로 기판(702)에 대하여 실질적으로 동일한 평면상에서 상기 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)를 고정하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 작동중, 상기 전지 유니트(110)가 내압 상승으로 인하여 열적 변형시 상기 버스 바(119)에 대하여 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)가 결합된 부분에서도 변형이 발생되더라도, 상기 결합공(706)이 형성된 회로 기판(702)의 내측벽과 버스 바(119)의 가장자리에는 간격(g)이 존재하므로, 상기 버스 바(119)에 대하여 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)가 결합된 부분의 유동 공간을 확보할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로 기판 모듈(800)이 설치된 부분을 확대하여 분리 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 인접하게 배치된 복수의 전지 유니트(100)의 상부에는 회로 기판(802)이 위치하고 있다. 상기 회로 기판(802)에는 그 길이 방향을 따라 복수의 회로 기판 커넥터(801)가 실장되어 있다. 복수의 회로 기판 커넥터(801)는 복수의 연결 라인(210)에 의하여 전지 유니트(100) 내의 써미스터 라인(115) 및 밸런싱 라인(116)과 전기적으로 연결된 통신 커넥터(105)와 접속되어 있다.
상기 회로 기판 커넥터(801)는 각각의 리이드(805)와 전기적으로 연결되어 있으며, 복수의 리이드(805)는 회로 기판(802) 내에 패턴화되어 있다. 패턴화된 리이드(805)는 단일의 외부 커넥터(803)에 집합되어서 연결되어 있으며, 외부 커넥터(803)에 대하여 전기적으로 연결된 하나의 케이블(804)이 BMS와 같은 컨트롤러에 전기적으로 접속하게 된다.
이때, 상기 회로 기판(801)에는 버스 바(119)가 인서트 사출에 의하여 고정되어 있다. 상기 버스 바(119)에는 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)가 각각 삽입되어 위치하고 있다. 이때, 상기 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)는 보울트 형상이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 전지 유니트(100)와, 회로 기판(802) 사이에는 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)의 둘레를 따라서 절연을 위한 가스켓(811)이 설치되고, 가스켓(811)의 윗면에는 와셔(812)와, 제 1 너트(813)가 개재되어 있다. 상기 버스 바(119)의 상부에는 제 2 너트(814)가 위치하여서, 상기 버스 바(119)에 대하여 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)를 견고하게 고정하게 된다.
이처럼, 상기 회로 기판 모듈(800)에는 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)에 대하여 고정되는 버스 바(119)가 인서트 사출되어 있으므로, 전지 유니트(100), 회로 기판 모듈(800)을 모듈화시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로 기판 모듈(900)이 설치된 부분을 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 인접하게 배치된 복수의 전지 유니트(100)의 상부에는 회로 기판(902)이 위치하고 있다. 도시되어 있지 않지만, 상기 회로 기판(902) 상에는 복수의 연결 라인에 의하여 전지 유니트(100)의 통신 커넥터와 전기적으로 연결되는 복수의 회로 기판 커넥터가 실장되고, 복수의 회로 기판 커넥터에 대하여 전기적으로 연결된 복수의 리이드가 단일의 외부 커넥터에 집합되어서 연결되며, 외부 커넥터에 대하여 전기적으로 연결된 하나의 케이블이 BMS와 같은 컨트롤러에 전기적으로 접속되어 있다.
이때, 상기 전지 유니트(100)와 대향되는 회로 기판(902)의 일면에는 장착 홈(906)이 형성되어 있다. 상기 장착 홈(906)에는 버스 바(119)가 삽입 가능한 크기를 가지고 있다. 상기 장착 홈(906)의 개수는 상기 버스 바(119)의 개수와 대응 된다.
상기 버스 바(119)에는 상기 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)가 각각 삽입되어 위치하고 있다. 이때, 상기 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)는 보울트 형상이나,이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 전지 유니트(100)와, 버스 바(119) 사이에는 제 1 전극 단자(111)와, 제 2 전극 단자(112)의 둘레를 따라서 절연을 위한 가스켓(911)과, 와셔(912)와, 제 1 너트(913)가 개재되어 있다. 상기 회로 기판(902)의 상부에는 제 2 너트(914)가 위치하여서, 상기 버스 바(119)에 대하여 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)를 견고하게 고정하게 된다.
이처럼, 상기 회로 기판 모듈(900)에는 제 1 전극 단자(111) 및 제 2 전극 단자(112)에 대하여 고정되는 버스 바(119)가 회로 기판(902) 내의 장착 홈(906)에 장착되므로, 전지 유니트(100)와 회로 기판 모듈(900)을 모듈화시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 유니트를 도시한 분리 사시도,
도 2는 도 1의 전지 유니트가 적층된 전지 모듈을 도시한 분리 사시도,
도 3은 도 2의 회로 기판 모듈이 설치된 부분을 도시한 정면도,
도 4는 도 3의 회로 기판 모듈이 설치된 부분을 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 기판 모듈이 설치된 부분을 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 6은 도 5의 단면도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로 기판 모듈이 설치된 부분을 확대하여 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로 기판 모듈이 설치된 부분을 확대하여 도시한 분리 사시도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로 기판 모듈이 설치된 부분을 확대하여 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...전지 유니트 102...케이스
103...전극 탭 105...통신 커넥터
111...제 1 전극 단자 112...제 2 전극 단자
115...써미스터 라인 116...밸런싱 라인
119...버스 바 210...연결 라인
300...회로 기판 모듈 301...회로 기판 커넥터
302...회로 기판 303...외부 커넥터
304...케이블 305...리이드

Claims (24)

  1. 복수의 전지 셀과, 상기 전지 셀이 수용되는 공간을 제공하는 케이스와, 상기 전지 셀과 연결되며, 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 복수의 전극 단자 및 통신 커넥터를 가지는 복수의 전지 유니트;와,
    상기 전지 유니트상에 설치되며, 상기 복수의 통신 커넥터와 전기적으로 연결된 복수의 회로 기판 커넥터가 실장된 회로 기판을 가지는 회로 기판 모듈;을 포함하되,
    상기 복수의 회로 기판 커넥터는 외부 기기와 접속되는 단일의 외부 커넥터와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 통신 커넥터는 대응되는 복수의 회로 기판 커넥터에 대하여 각각의 연결 라인에 의하여 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 회로 기판 커넥터에는 각각의 리이드가 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 리이드는 상기 회로 기판에 회로 패턴화되며, 외부 커넥터에 다같이 집합되어서 연결된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 통신 커넥터에는 상기 복수의 전지 셀에 연결된 적어도 하나 이상의 써미스터 라인과, 밸런싱 라인이 접속된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    이웃하는 한 쌍의 전지 유니트는 전기적으로 접속되도록 이웃하는 한 쌍의 전지 유니트로부터 각각 인출된 극성이 다른 전극 단자에 양 단이 연결된 버스 바를 포함하는 전지 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 회로 기판과 전지 유니트 사이에서 결합 부재에 의하여 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 회로 기판에는 복수의 결합공이 형성되며, 상기 결합공을 통하여 전극 단자가 삽입되어서 위치하고,
    상기 버스 바는 상기 회로 기판의 상부에서 결합 부재에 의하여 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 결합공의 크기는 상기 전지 유니트의 변형시 상기 결합공이 형성된 회로 기판내에서 전극 단자가 유동할 수 있도록 상기 전극 단자의 크기보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 회로 기판에는 복수의 결합공이 형성되며, 상기 결합공을 통하여 버스 바가 삽입되어서 위치하고,
    상기 버스 바는 상기 결합공이 형성된 회로 기판내에서 결합 부재에 의하여 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 결합공의 크기는 상기 전지 유니트의 변형시 상기 결합공이 형성된 회로 기판 내에서 버스 바가 유동할 수 있도록 상기 결합공이 형성된 기판의 내벽과 버스 단자 사이에는 간격이 형성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 회로 기판내에 인서트 사출되어 결합 부재에 의하여 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 전지 유니트와 대향되는 회로 기판내에 형성된 홈내에 삽입되어서 결합 부재에 의하여 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  13. 제 6 항, 제 7 항, 제 9 항, 제 11 항, 또는 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 단자는 보울트 형상이며, 상기 결합 부재는 상기 전극 단자에 결합되는 너트인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  14. 복수의 전지 셀이 수용되며, 상기 전지 셀과 전기적으로 연결된 복수의 전극 단자 및 통신 커넥터를 가지는 복수의 전지 유니트에 대하여 접속되는 회로 기판 모듈에 관한 것으로서,
    상기 복수의 통신 커넥터와 전기적으로 연결되는 복수의 회로 기판 커넥터터;
    상기 회로 기판 커넥터가 실장된 회로 기판; 및
    상기 복수의 회로 기판 커넥터와 전기적으로 연결되며, 외부 기기에 접속되는 단일의 외부 커넥터;를 포함하는 회로 기판 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 통신 커넥터는 이와 대응되는 복수의 회로 기판 커넥터에 대하 여 각각의 연결 라인에 의하여 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 회로 기판 모듈.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 회로 기판 커넥터에는 각각의 리이드가 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 리이드는 상기 회로 기판에 회로 패턴화되며, 외부 커넥터에 다같이 집합되어서 연결된 것을 특징으로 하는 회로 기판 모듈.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 하나의 통신 커넥터에는 상기 복수의 전지 셀에 연결된 적어도 하나 이상의 써미스터 라인과, 밸런싱 라인이 접속되어서, 이들이 상기 하나의 통신 커넥터에 다같이 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 회로 기판 모듈.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 회로 기판과 전지 유니트 사이에는 이웃하는 전지 유니트의 극성이 다른 전극 단자에 연결된 버스 바가 고정된 것을 특징으로 하는 회로 기판 모듈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 회로 기판에는 복수의 결합공이 형성되며, 상기 결합공을 통하여 전극 단자가 삽입되어서 위치하고,
    상기 버스 바는 상기 회로 기판의 상부에서 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 하는 회로 기판 모듈.
  20. 제 21 항에 있어서,
    상기 결합공의 크기는 상기 전지 유니트의 변형시 상기 결합공이 형성된 회로 기판 내에서 전극 단자가 유동할 수 있도록 상기 전극 단자의 크기보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 회로 기판 모듈.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 회로 기판에는 복수의 결합공이 형성되며, 상기 결합공을 통하여 버스 바가 삽입되어서 위치하고,
    상기 버스 바는 상기 결합공이 형성된 회로 기판내에서 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 하는 회로 기판 모듈.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 결합공의 크기는 상기 전지 유니트의 변형시 상기 결합공이 형성된 회로 기판내에서 버스 바가 유동할 수 있도록 상기 결합공이 형성된 기판의 내벽과 버스 바 사이에는 간격이 형성된 것을 특징으로 하는 회로 기판 모듈.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 회로 기판내에는 상기 버스 바가 인서트 사출되어 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 하는 회로 기판 모듈.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 전지 유니트와 대향되는 회로 기판의 일면에는 장착 홈이 형성되고,
    상기 버스 바는 상기 장착 홈에 삽입되어 상기 전극 단자에 고정된 것을 특징으로 하는 회로 기판 모듈.
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