KR20120020052A

KR20120020052A - 배터리 어레이 및 이를 구비한 배터리 팩

Info

Publication number: KR20120020052A
Application number: KR1020110078356A
Authority: KR
Inventors: 황금율
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2012-03-07
Also published as: EP2424002B1; JP5881993B2; CN102386359B; CN102386359A; JP2012049131A; US20120052367A1; KR101282535B1; US9276250B2; EP2424002A1

Abstract

본 발명은 배터리 어레이 및 배터리 팩에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 병렬 및 직렬 연결 구조를 갖는 배터리 어레이를 구비한 배터리 팩에 관한 것이다.
본 발명에 의한 배터리 팩은 다 병렬로 배치된 한쌍의 배터리를 번들로 하여 복수의 직렬 연결이 형성된 배터리 어레이를 구비하더라도, 양 전극 단자간의 거리를 최소화할 수 있다. 결과적으로 본 발명에 따르면 단자간의 거리를 좁히기 위한 별도의 부재나 공정 등을 필요로 하지 않는다.

Description

배터리 어레이 및 이를 구비한 배터리 팩{Battery array and battery pack having the same}

본 발명은 배터리 팩에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 병렬 및 직렬 연결 구조를 갖는 배터리 어레이를 구비한 배터리 팩에 관한 것이다.

근대 사회에 들어 각종 모바일 기기의 보급이 활발해짐에 따라 그 구동전원으로 사용되는 일차 전지와 이차 전지 같은 배터리의 사용이 활발하게 이루어지고 있다.

산업체나 중대형 전기기기에 사용되는 배터리는 고출력이 요구되는 바, 대용량의 배터리를 사용하던지 표준형 배터리를 복수개 연결시켜 출력량을 높이는 방식으로 사용된다.

본 발명의 과제는 복수의 배터리가 다 병렬 및 직렬 구조로 배치되는 경우에도 양 전극단자가 최단 거리에 형성되는 배터리 어레이 및 이를 포함한 배터리 팩을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일실시예에서는 평행하게 병렬 배치된 (M+1) 배터리를 포함하는 각 번들 단위로 이루어지고 (2N+1)개의 번들로 배치된 복수개의 배터리 (단, N 및 M은 자연수); 제1번들에서 제(2N+1)번들을 전기적으로 직렬 연결하기 위하여 대응하는 각쌍의 번들을 연결하며 배터리 어레이의 제1단부와 제2단부에 배치된 복수의 연결탭; 제1극성을 갖고 제1번들에 전기적으로 연결된 제1 극성 출력단; 및 제2극성을 갖고 제(2N+1)번들에 전기적으로 연결되고 상기 제1번들에 인접하게 배치된 제2 극성 출력단;을 포함하는 배터리 어레이를 제공한다.

본 발명에서 상기 제1 극성 출력단은 제1번들의 제1배터리 일측에 위치하고, 상기 제2 극성 출력단은 (2N+1)번들의 제2배터리의 일측에 배치되며, 상기 제1배터리는 상기 제2배터리에 인접하여 위치된다.

본 발명에서 상기 제1 극성 출력단은 제1단부에 위치하고, 제2 극성 출력단은 제2 단부에 위치한다.

본 발명에서 상기 제1번들에서 제(2N+1)번들은 폐곡선을 이루면서 배치되고, 각 번들의 극성은 상기 배터리 어레이의 제1단부 또는 제2단부를 따라서 번갈아 보이도록 배치된다.

본 발명에서 상기 번들은 시계방향 또는 반시계방향의 루프를 따라서 각 번들의 극성이 번갈아 보이도록 배치된다.

본 발명에서 상기 배터리는 복수개의 열(row)로 배치되고 상기 열의 제1열 또는 마지막열의 하나의 번들은 수평으로 배치되고, 상기 번들의 나머지 번들은 수직으로 배치된다.

본 발명에서 상기 제1 극성 출력단에서 제2 극성 출력단이 위치하는 대응 대터리의 외표면으로 연장된 확장탭을 더 포함한다.

본 발명에서 상기 확장탭은 상기 제1 극성 출력단과 일체로 형성된다.

본 발명에서 상기 확장탭은 상기 제1 극성 출력단에 용접된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 (2N+1)개의 번들이 전기적으로 직렬 연결되도록 배치된 복수개의 배터리 (단, N은 자연수); 대응하는 한쌍의 번들을 전기적으로 직렬 연결하기 위한 복수의 연결탭; 제1극성을 갖고 제1번들에 전기적으로 연결된 제1 극성 출력단; 및 제2극성을 갖고 상기 제1번들에 인접하게 배치된 제(2N+1)번들에 전기적으로 연결된 제2 극성 출력단; 상기 제1 및 제2 극성 출력단과 연결된 보호회로모듈; 및 상기 배터리, 연결탭, 제1 및 제2 극성 출력단과 보호회로모듈을 수용하는 케이스;를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

본 발명에서 상기 각 번들은 병렬로 배치된 (M+1)개의 배터리를 포함한다.

(단, M은 자연수)

본 발명에서 상기 배터리와 케이스 사이에 홀더케이스를 더 포함한다.

본 발명에서 상기 번들은 폐곡선으로 배치된다.

본 발명에서 상기 제1 극성 출력단은 배터리의 외표면상에 위치하고, 상기 배터리 팩은 상기 제1 극성 출력단에서 제2 극성 출력단이 위치하는 배터리의 외표면상으로 연장된 확장탭을 더 포함한다.

본 발명에서 상기 확장탭은 상기 제1 극성 출력단과 일체로 형성되거나 상기 제1 극성 출력단에 용접된다.

본 발명에서 상기 제1 극성 출력단은 제1단부에 위치하고, 상기 제2 극성 출력단은 제1단부와 마주하는 제2단부에 위치한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 복수의 번들로 배치된 복수의 배터리; 첫번째 번들 에서 마지막 번들을 전기적으로 직렬 연결하기 위하여 대응하는 각쌍의 번들을 연결하며 배터리 어레이의 제1단부와 제2단부에 배치된 복수의 연결탭; 제1극성을 갖고 첫번째 번들에 전기적으로 연결되며 복수의 배터리의 제1배터리의 일측에서 제1단부에 구비된 제1 극성 출력단; 및 제2극성을 갖고 마지막 번들에 전기적으로 연결되고 상기 제1배터리에 인접한 제2배터리의 일측에서 제2단부에 구비된 제2 극성 출력단;을 포함하는 배터리 어레이를 제공한다.

본 발명에 의한 배터리 팩은 병렬로 연결된 한쌍의 배터리를 번들로 하여 복수의 직렬 연결이 형성된 배터리 어레이를 구비하더라도, 양 전극 단자간의 거리를 최소화할 수 있다. 이렇게 함으로써 별도의 부재를 사용하지 않을 수 있으며 별도의 부재 사용시 발생할 수 있는 전기적인 전압강하(Voltage Drop) 현상을 최소화할 수 있다.

결과적으로 본 발명에 따르면 단자간의 거리를 좁히기 위한 별도의 부재나 공정 등을 필요로 하지 않는다.

도 1a는 일반적인 다 병렬/직렬 형태의 배터리 어레이를 나타내는 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 배터리 어레이의 타 측면을 나타내는 사시도이다.
도 2a는 도 1a의 배터리 어레이를 연결탭으로 연결하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 배터리 어레이의 타 측면을 나타내는 사시도이다.
도 3a는 배터리 어레이의 각 측면에서의 배터리의 위치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3b는 배터리 어레이를 일 측면에서 투시해 본 개념도이다.
도 4a는 본 발명에 의한 5S2P 배터리 어레이의 일 측면을 나타내는 개념도이다.
도 4b는 도 4a의 배터리 어레이의 타 측면을 나타내는 개념도이다.
도 4c는 도 4a의 배터리 어레이의 일 측면에서 투시한 개념도이다.
도 4d는 도 4c의 배터리 어레이의 일측면을 나타내는 사시도이다.
도 4e는 상기 도 4d의 배터리 어레이의 출력단이 형성된 상태를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 4f는 도 4c의 배터리 어레이의 타측면을 나타내는 사시도이다.
도 5a는 본 발명에 의한 7S2P 배터리 어레이의 일 측면을 나타내는 개념도이다.
도 5b는 도 5a의 배터리 어레이의 타 측면을 나타내는 개념도이다.
도 5c는 도 5a의 배터리 어레이의 일 측면에서 투시한 개념도이다.
도 6a는 본 발명에 의한 3S2P 배터리 어레이의 일 측면을 나타내는 개념도이다.
도 6b는 도 6a의 배터리 어레이의 타 측면을 나타내는 개념도이다.
도 6c는 도 6a의 배터리 어레이의 일 측면에서 투시한 개념도이다.
도 7은 배터리 어레이를 구비하는 배터리 팩의 일 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명에 의한 3S3P 배터리 어레이의 일 측면을 나타내는 개념도이다.
도 9은 본 발명에 의한 3S4P 배터리 어레이의 일 측면을 나타내는 개념도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 '상하좌우' 등 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다.

요구되는 전압이 단일 배터리의 전압보다 높은 경우 복수의 배터리를 직렬로 연결하여 이를 충족시킨다. 한편, 요구되는 용량이 단일 배터리의 용량보다 큰 경우 복수의 배터리를 병렬로 연결하여 이를 충족시키게 된다. 한편, 일정한 전압과 용량을 얻기 위해서 복수의 배터리를 직렬 및 병렬로 연결하여 사용하게 된다. 본 명세서에 있어서 이러한 직렬 및 병렬로 연결된 복수의 배터리를 배터리 어레이(battery array)라 칭한다. 또한 이하에서는 y수 만큼 병렬 연결된 배터리를 하나의 번들(Bundle)이라 칭한다. 또한 이러한 번들을 x개를 구비하여 직렬 연결한 경우 xSyP(x Series y Parallel)로 표시한다.

한편, 각 배터리의 배치 및 연결은 아래와 같은 단계로 간단히 표현할 수 있다.

제1 단계: 병렬 연결될 배터리 수에 따라 각 번들로 구분한다.

제2 단계: 연결될 순서에 따라 번들을 배치한다.

제3 단계: 각 번들을 구성하는 배터리 간을 연결하고, 각 번들 간을 직렬 연결한다.

단, 제3 단계에서는 배터리 간의 연결의 이해를 돕기 위하여 개념적으로 설명하는 것에 불과하므로 반드시 번들이 먼저 전기적으로 연결되어야 한다거나 별도의 부재로 연결되어야 함을 의미하는 것은 아니다.

이러한 단계에 따라 5S2P 배터리 어레이의 연결 구성을 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1a는 다 병렬/직렬 형태의 배터리 어레이를 나타내는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 배터리 어레이의 타 측면을 나타내는 사시도이다.

먼저 제1 단계에 따라 전체 배터리를 번들 단위로 구분한다. 2P는 병렬로 연결될 배터리의 수, 즉 번들을 구성하는 배터리의 수 이다. 따라서 총 10개의 배터리(10)를 두 개 단위로 동일한 단자끼리 배치되도록 번들을 구성한다. 이 때 총 번들 수는 5개가 된다. 이는 5S, 즉 직렬 연결될 번들 수와 동일하다.

제2 단계에 따라 번들간을 직렬로 연결하기 위하여 먼저 번들을 배치한다. 도 1a는 5S2P 방식으로 복수의 배터리(10)를 배치한 배터리 어레이(100)의 일 예를 나타내고 있다. 각 번들은 층층이 겹쳐 쌓은 형상으로 배치된다. 이 때 전극이 배치된 일 측면을 살펴보면 최 상단이 양극(11)으로 배치되고, 아래로 가면서 각 번들의 전극 방향이 번갈아 바뀌도록 배치되어 있음을 알 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 전극이 배치된 타 측면에서 본 각 배터리의 전극은 도 1a에 도시된 각 배터리의 전극과 반대가 된다. 즉 타 측면의 최 상단은 음극(12)으로 배치되고, 아래로 가면서 각 번들의 전극 방향이 번갈아 바뀌도록 배치된다.

다음은 제3 단계에 따라 상기 배터리 어레이(100)의 연결관계를 살펴보기로 한다. 도 2a는 도 1a과 같이 배치된 배터리를 연결탭(21)으로 연결한 모습을 나타내는 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 타 측면을 나타내는 사시도이다.

먼저 각 번들을 구성하는 두 배터리(10)끼리 연결되어 있음을 알 수 있다. 이는 도 2b에 도시된 타 측면의 경우에도 마찬가지이다. 다음으로 각 출력단(20a, 20a')으로부터 시작하여 각 번들 간을 직렬로 연결하게 된다. 이 때 양 출력단(20a, 20a')간의 거리를 좁히기 위하여 와이어와 같은 별도의 전도성 부재(25)를 사용하여야 하는 경제적, 공간적 불리함이 따르게 된다.

본 발명은 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 배터리 어레이(100)에서의 출력단(20, 20')사이의 거리를 최소화하기 위한 새로운 배치구조를 가진 배터리 어레이(100)를 제공한다. 즉 본 발명에서는 복수의 배터리(10)와 상기 복수의 배터리(10)를 연결하는 연결탭(21)과 상기 배터리의 어느 하나의 일측면에 위치한 제1출력단(20)과 상기 제1출력단(20)이 위치하는 배터리와 서로 인접하게 배치된 배터리의 타측면에 위치한 제2출력단(20')을 가진 배터리 어레이(100)를 제공한다.

한편, 이하에서는 본 발명에 관한 각 배터리의 배치를 간편하게 설명하기 위하여 도 3a 및 도3b에 도시된 방식의 좌표계를 사용한다. 도 3a는 배터리 어레이의 측면에서의 배터리의 위치를 설명하기 위한 개념도이고, 도 3b는 배터리 어레이를 일 측면에서 투시해 본 개념도이다. 배터리 어레이에 있어서 각 전극이 배치된 일 측면 및 타 측면을 직접 바라본 경우는 도 3a의 좌표를 사용한다. 배터리 어레이의 일 측면에서 타 측면까지 투시하여 바라본 경우에는 도 3b의 좌표를 사용한다. 이 때 타 측면의 좌표는 직접 바라본 경우 즉 도 3a 를 수평으로 뒤집어 놓은 것, 즉 도 3a를 수평으로 180도 회전한 것과 동일하다.

도 3a, 3b를 참조하면 상기 배터리 어레이(100)는 일측면에서 바라보았을 때 총 5행 2열로 구성되어 총 10개의 배터리가 배치되어 있다. 상기 좌측의 제1열은 (1,1), (2,1), (3,1), (4,1) 및 (5,1)의 5개의 행으로 구성되고, 상기 우측의 제2열은 (1,2), (2,2), (3,2), (4,2) 및 (5,2)의 5개의 행으로 구성된 것으로 가정한다. 또한 도 3b의 경우, 도 3a를 전면에서 후면까지 투시한 개념도로서 후면의 경우 전면과 그 행의 위치는 동일하나 공간적으로 그 열의 좌표는 반대로 정의되어 있다.

이하에서는 상술한 바와 같이 각 행의 두개의 배터리가 병렬로 배치된 것을 하나의 번들로 규정하여 설명하기로 한다. 상기의 번들은 극성이 동일한 방향으로 병렬 배치된 한쌍의 배터리를 의미하는 것으로 이와 같은 번들은 수평 또는 수직방향으로 본 발명의 배터리 어레이(100) 상에서 배치될 수 있다.

본 발명에서는 (2N+1)S(M+1)P 방식의 배터리 어레이에 관한 것으로, 병렬로 배치된 둘 이상의 배터리(M+1)P를 하나의 번들로 하고, 총 (2N+1)개의 번들을 직렬로 연결하게 된다. 단 이 때 N과 M은 자연수이다. 이하 본 발명을 5S2P, 7S2P, 3S2P, 3S3P 및 3S4P의 경우를 실시예로 구분하여 설명하기로 한다.

<실시예 1>

실시예 1은 N이 2이고 M이 1인 경우, 즉 5S2P 배터리 어레이를 예로서 설명한다. 상술한 배터리 배치 규칙 순서에 따라 실시예 1의 배터리 어레이(100)를 설명한다. 도 4a는 배터리 어레이의 전극이 배치되어 있는 일 측면(P1)을 나타내는 개념도이고, 도 4b는 타 측면(P2)의 모습을 나타내는 개념도이다. 도 4c는 일 측면(P1)에서 투시해 본 일 측면(P1) 및 타 측면(P2)의 모습을 나타내고 있다. 앞서 설명한 바와 같이 도 4c의 타 측면(P2)을 수평으로 뒤집으면 도 4b의 배열 모습과 동일하다.

본 실시예는 도 4d에 도시된 바와 같이 복수의 배터리(10)와 복수의 배터리(10)를 연결하는 연결탭(21)과 배터리(10)의 어느 하나의 일 측면에 위치한 제1출력단(20)과 제1출력단(20)이 위치하는 배터리와 서로 인접하게 배치된 배터리의 타 측면에 위치한 제2출력단(20')을 가진 배터리 어레이(100)를 특징으로 한다.

이를 위하여 본 실시예에서는 상술한 바와 같이 병렬로 연결된 2개의 배터리를 하나의 번들로 구분한다. 실시예 1의 경우 5S, 총 5개의 번들이 구비된다.

다음으로 상기 5개의 번들을 직렬로 연결하기 위하여 일 측면(P1)에 도 4a에 도시된 것처럼 각 번들을 배치한다. 1행의 1열과 2열에는 제1번들(B1)을 양극이 보이도록 수평으로 배치한다. 다음으로 1열 내의 2행과 3행 및 4행과 5행에는 각각 음극과 양극이 번갈아 배치되도록 제2번들(B2)과 제3번들(B3)을 수직으로 배치한다. 다음으로 2열의 5행부터 역으로 2행까지 4번들(B4)과 제5번들(B5)을 음극과 양극으로 번갈아 배치한다.

즉 실시예 1에서는 1행의 1열과 2열에 제1번들(B1)을 수평으로 양극이 전면에 위치하도록 배치한 후에 1열의 2행 및 3행에 음극이 보이도록 제2번들(B2)을 배치하고, 1열의 4행 및 5행에 양극이 보이도록 제3번들(B3)을 연이어 수직으로 배치한다. 이어서 2열의 5행 및 4행에 음극이 보이도록 제4번들(B4)을 수직으로 배치하고, 2열의 3행 및 2행에 양극이 보이도록 제5번들(B5)을 수직으로 배치한다. 이 때 타 측면(P2)에는 도 4b에 도시된 것처럼 각 번들이 반대의 극성이 보이도록 배치된다. 이는 도 4c의 개념적인 투시도로부터 명확하게 확인할 수 있다. 한편, 제1번들이 배치되는 위치는 한정되지 않는다. 즉 본 실시예의 경우와 같이 1행 1열 및 2열에 제1번들이 배치되는 것 이외에도 제2 내지 제5번들이 배치된 자리에 제1번들이 배치될 수 있다.

다음은 도 4c를 참조하여 각 배터리 간의 연결관계를 설명한다. 이 때 하기에서 설명하는 행과 열의 배치는 도 3b를 기준으로 하여 설명하며 연결탭은 도면상에서 음영으로 처리하였다.

먼저, 각 번들을 구성하는 배터리 간을 연결한다.

다음으로 제1 번들(B1) 내지 제5 번들을 차례대로 직렬로 연결하게 된다. 즉, 타 측면(P2)에서 제1번들(B1)과 제2번들(B2)을 직렬 연결하고, 일 측면(P1) 상에서 제2번들(B2)과 제3번들(B3)을 직렬 연결한다. 이어서 타 측면(P2)에서 제3번들(B3)과 제4번들(B4)을 직렬 연결하고, 일 측면(P1)에서 제4번들(B4)과 제5번들(B5)을 직렬 연결한다. 이 때 양극 출력단(D1)은 일 측면(P1)의 1행 2열(1,2)의 연결탭으로부터 연장 형성할 수 있으며, 음극 출력단(D2)은 타 측면(P2)의 2행 1열(2,1)의 연결탭으로부터 연장 형성될 수 있다.

실시예 1에 의한 배터리 어레이(100)를 도 4d에 도시하였다. 이 경우 일반적인 5S2P 배터리 어레이(100a; 도 2a참조)와는 달리 양극 및 음극 출력단(20, 20') 간의 거리가 최소화될 수 있다. 이러한 양극 및 음극 출력단(20, 20')은 제1번들 및 제5번들의 배치위치에 따라 달라지게 되므로 배터리 어레이(100)의 어느 위치에나 형성될 수 있다.

또한, 상기 양극 출력단(20)이 동일한 배터리(10) 외주면 상에 놓여 출력단(20, 20')사이의 거리가 더욱 최소화될 수 있도록 추가의 확장탭(22)을 상기 양, 음극 출력단(20, 20')의 어느 하나에 형성할 수 있다. 본 실시예에서의 확장탭(22)은 양극 출력단(20) 중 어느 하나로부터 연장하여 음극 출력단(20')이 위치하는 배터리(10) 외주면 상에 이르도록 연장된다. 또한, 본 실시예에서의 확장탭(22)은 양극 출력단(20)으로부터 일체로 형성될 수도 있고 용접 등의 방식을 통해 추가로 형성될 수도 있다.

본 실시예의 배터리 어레이(100)의 경우 원통형 배터리(10)를 이용하는 것이 바람직하나 그 형상에 있어서는 특별히 제한하지 않는다. 또한 본 실시예의 연결탭(21)은 니켈 또는 니켈 합금으로 형성될 수 있다.

한편, 실시예 1에서 양극 및 음극은 서로 바뀔 수 있으며, 또한 도 4a와 4b의 구성을 동시에 수평 또는 수직으로 뒤집어 대칭적으로 배치하는 경우에도 동일한 결과를 얻을 수 있다.

도 4e의 경우 상기 도 4d의 배터리 어레이(100)의 측면도로서 양극 출력단(20)과 음극 출력단(20')이 나타난 상태를 도시하고 있다. 추가의 확장탭(22)이 양극 출력단(20)의 하부 배터리(10)로 연장되어 음극 출력단(20')이 위치하는 배터리(10) 외주면상에 위치하도록 할 수 있다.

도 4f의 경우 배터리 어레이(100)를 타측면에서 바라본 사시도로서 도 4c에 나타난 연결탭(10)의 연결관계를 상세히 보여주고 있다.

<실시예 2>

실시예 2는 N이 3이고 M이 1인 7S2P 배터리 어레이를 예로서 설명한다.

우선 상기 실시예 1과 같이 각 배터리를 번들로 구분한다. 본 실시예에서는 2개의 배터리를 하나의 번들로 하여, 총 7개의 번들이 구비된다.

다음으로 번들을 배치한다. 실시예 2에서는 도 5a에 도시된 바와 같이 일 측면(P1) 상에서 1행에 양극이 보이도록 제1번들(B1)을 배치하고, 2행 1열(2,1)로부터 시계 반대방향으로 제2번들(B2) 내지 제7번들(B7)을 연이어 수직으로 배치하여 제1번들 내지 제7번들이 폐곡선을 이루도록 한다. 이 때 각 번들은 반대의 극성이 번갈아 보이도록 배치되어야 한다. 타 측면(P2) 상에서는 도 5b에 도시된 바와 같이 각 번들의 극성이 반대로 보이게 된다.

연결탭은 실시예 1과 동일한 방식으로 연결한다. 즉 각 번들을 구성하는 배터리간을 연결하거나 연결 가능하도록 구비하고, 동시에 제1 번들 내지 제7 번들을 직렬로 연결하게 된다.

한편, 앞서 설명한 극성이 바뀔 수 있다는 점과 배터리 어레이의 대칭성이 있다는 점은 실시예 1의 경우와 동일하다. 또한 양 출력단(D1, D2)에 대한 특징 및 설명도 실시예 1의 특징 및 설명이 동일하게 적용될 수 있다.

<실시예 3>

실시예 3은 N이 1이고 M이 1인 경우, 즉 3S2P 배터리 어레이에 대한 것이다. 도 6a 내지 6c를 참조하여 실시예 3을 설명한다. 도 6a는 본 발명에 의한 3S2P 배터리 어레이의 일 측면을 나타내는 개념도이고, 도 6b는 도 6a의 배터리 어레이의 타 측면을 나타내는 개념도이다. 도 6c는 도 6a의 배터리 어레이의 일 측면에서 투시한 개념도이다.

3S2P 배터리 어레이는 도 6a에 도시된 바와 같이 일 측면(P1)을 기준으로 1행 1열과 2열에 에 제1번들(B1)이 수평으로 배치되고, 이어서 시계 반대방향으로 제2번들(B2) 및 제3번들(B3)이 수직으로 배치된다. 제1번들 내지 제3번들은 앞서 설명한 실시예 1과 마찬가지로 폐곡선을 이룬다. 이 때 제2번들은 음극, 제3번들은 양극이 보이도록 배치된다. 타측면(P2) 상에서는 일 측면 상에서의 극성과 반대의 극성이 보이게 된다. 이는 도 6c를 살펴보면 명확히 이해될 수 있다.

<실시예 4>

실시예 4는 앞서 설명한 5S2P, 7S2P 및 3S2P 경우 뿐 아니라 (2N+1)S2P (단, N은 자연수) 배터리 어레이의 모든 경우에 적용할 수 있는 일반화된 배치방법에 대한 것이다.

먼저, 배터리를 번들 단위로 배치하고, 배치된 번들을 직렬로 연결함으로써 간단히 배터리 어레이를 구성할 수 있다는 사실을 알 수 있었다. 배치된 번들 간을 연결하는 단계는 각 번들을 순차적으로 직렬 연결하는 작업에 불과하기 때문에, 배터리를 배치하는 방법이 본 발명의 핵심이라는 사실 또한 알 수 있었다. 따라서 앞서 설명한 실시예를 통하여 도출되는 배터리 배치 방법에 관한 몇 가지 규칙으로부터 (2N+1)S2P 배터리 어레이 구성방법을 일반화하고자 한다. 한편, 일 측면을 기준으로 배터리의 극성을 배치하고 나면 타 측면의 극성 배치는 자동적으로 결정이 된다. 따라서 배터리의 극성 배치는 일 측면의 극성 배치만을 설명하는 것으로 충분하다.

(2N+1)S2P (단, N은 자연수) 배터리 어레이를 구성하기 위한 배터리 극성 배치는 다음과 같다.

1. 전체 배터리를 병렬로 연결될 2개 단위로 배터리를 묶어 제1번들 내지 제(2N+1)번들로 구분한다.

2. 폐곡선을 이루도록 제1번들 내지 제(2N+1)번들을 순차적으로 배치한다.

3. 이 때 각 번들은 양극 음극이 번갈아 보이도록 번들을 배치하여야 한다.

이러한 규칙을 검증하기 위하여 도 4c를 참조하여 실시예 1이 이러한 규칙에 부합하는지를 다시 한번 살펴본다. 실시예 1의 경우 일 측면(P1)을 살펴보면, 배터리가 동일한 단자끼리 묶여있는 번들 단위로 구성되어 있음을 알 수 있다. 또한 제1번들(B1)으로부터 제5번들(B5)에 이르기까지 서로 인접하도록 순차적으로 배치되고 있다. 이 때 마지막 제5번들(B5)이 제1번들에 인접하도록 배치됨으로써 제1번들(B1) 내지 제5번들(B5)이 폐곡선을 이루고 있음을 알 수 있다. 따라서 실시예 1은 앞서 설명한 제1 내지 제3 규칙 모두를 만족하고 있다. 이는 실시예 2와 실시예 3의 경우에도 마찬가지이다.

한편, 제1번들(B1)과 제5번들(B5)은 일 측면(P1)을 기준으로 동일한 극성을 보이고 있다. 이는 일반화한 경우에도 동일하다. 즉 제1번들과 제(2N+1)번들은 동일 측면 상에서 동일한 극성을 보이게 된다. 따라서 제1측면 상에서 제1번들에 일 극성의 단자가 형성되면, 제2측면 상에서 제(2N+1)번들에 타 극성의 단자가 형성되어 한 쌍(양극성, 음극성)의 전극 단자가 형성될 수 있다. 이 경우 제1번들과 제(2N+1)번들은 인접하고 있으므로 양 단자간의 거리는 최소화된다.

한편, 제2규칙에서 제1번들의 시작위치는 실시예 1 내지 3의 경우에 한정되지 않는다. 즉 폐곡선을 이루면서 전체 번들이 순차적으로 배치가 가능한 한 제1번들의 위치는 배터리 어레이 내 어느 위치라도 무방하다. 즉 실시예 1 내지 3의 경우와 같이 1행에 배치 될 수도 있고, 마지막 5행에 배치될 수도 있으며, 1열 또는 2열 내 어느 지점에도 배치될 수 있다.

또한 각 번들은 시계방향 또는 시계반대방향으로 순차적인 배치가 가능하다. 이는 배터리 어레이의 대칭성으로 인하여 당연히 도출되는 결과이다.

<실시예 5>

실시예 4를 통하여 상술한 배터리 어레이(100)를 구비한 배터리 팩의 개략적인 구조를 설명한다.

양 출력단(20, 20')은 인쇄회로기판에 구비된 보호회로모듈(200, PCM) 연결용 단자에 연결된다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이 단자 간의 간격을 보다 좁히기 위하여 확장탭(22)을 더 형성할 수 있다. 이 경우 확장탭(22)과 확장탭(22)이 형성되지 않은 타 출력단(20 또는 20')을 보호회로모듈(200)의 단자에 연결하게 된다.

케이스는 배터리를 지지하고 수용하는 구성이다. 케이스는 홀더 케이스(300)와 외부 케이스(400a, 400b)로 구분될 수 있다. 홀더 케이스(300)는 배터리 어레이(100)의 배치상태를 지지하고 보호회로모듈(200)이 고정되는 지지체 역할을 하게 된다. 외부 케이스(400a, 400b)는 앞서 설명한 구성들을 내장하여 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하게 된다. 외부 케이스(400a, 400b)는 필요에 따라 보호회로모듈(200)과 외부회로를 연결하는 연결부(미도시)를 구비할 수도 있다.

<실시예 6>

도 8을 참조하여 실시예 6을 설명한다. 도 8은 본 발명에 의한 3S3P 배터리 어레이의 일 측면을 나타내는 개념도이다.

실시예 6은 3S3P 배터리 어레이에 관한 것이다. 즉 병렬로 연결된 3개의 배터리가 하나의 번들을 이루는 경우에 대한 것이다. 이는 (2N+1)S(M+1)P (단 N 및 M은 자연수) 배터리 어레이 중 (M+1)이 홀수인 경우에 해당한다.

본 실시예에 있어서 직렬로 연결될 번들의 수가 홀수이므로 하나의 번들을 이루는 배터리 수가 홀수인 경우 총 배터리 수 또한 홀수가 된다. 따라서 도 8에 도시된 바와 같이 1열과 2열의 배터리수가 일치하지 않는다.

3S3P 배터리 어레이의 경우 배터리 어레이의 일 측면(P1) 상에서 2열 1행 및 2행 그리고 1열 1행에 걸쳐 제1 번들(B1)이 배치된다. 이어서 1열 2행부터 1열 4행까지 제2 번들(B2)이 배치된다. 마찬가지로 1열 5행, 2열 4행 및 2열 3행에 걸쳐서 제3 번들(B3)이 배치된다. 제1 내지 제3 번들(B1, B2, B3)은 하나의 폐곡선을 이루도록 배치되며, 각 번들은 극성이 번갈아 바뀌도록 배치된다. 따라서 본 실시예의 경우도 실시예 4에서 설명한 일반화 규칙에 부합함을 알 수 있다.

한편, 배터리 어레이의 타 측면의 경우는 앞서 설명한 바와 같이 일 측면(P2) 배치와 정반대로 형성되며, 각 번들간의 연결은 앞서 설명한 실시예 4의 일반화 규칙에 따라 연결하게 된다. 또한 제1 번들과 마지막인 제3 번들은 동일한 극성이 보이도록 배치되므로 출력단의 형성위치도 앞서 설명한 실시예 4의 일반화 규칙이 동일하게 적용된다. 다만 앞서 설명한 실시예 1 내지 3과는 제1 번들(B1)의 시작위치가 2열 2행이라는 점에서 차이가 있다. 따라서 본 실시예의 경우 출력단의 위치가 배터리 어레이의 중앙부분에 형성된다.

<실시예 7>

도 9를 참조하여 실시예 7을 설명한다. 도 9은 본 발명에 의한 3S4P 배터리 어레이의 일 측면을 나타내는 개념도이다.실시예 7은 3S4P 배터리 어레이에 관한 것이다. 즉 병렬로 연결된 4개의 배터리가 하나의 번들을 이루는 경우에 대한 것이다. 이는 (2N+1)S(M+1)P (단 N 및 M은 자연수) 배터리 어레이 중 (M+1)이 짝수인 경우에 해당한다.

도 9에 도시된 바와 같이 제1 번들(B1)은 2열 3행 내지 1행 그리고 1열 1행에 걸쳐 배치된다. 제2 번들(B2)은 1열 2행 내지 5행에 걸쳐 배치된다. 마찬가지로 제3 번들(B3)은 1열 6행과 2열 6행 내지 4행에 걸쳐 배치된다. 제1 내지 제3 번들(B1, B2, B3)은 하나의 폐곡선을 이루도록 배치되며, 각 번들은 극성이 번갈아 바뀌도록 배치된다. 따라서 본 실시예의 경우도 실시예 4에서 설명한 일반화 규칙에 부합함을 알 수 있다.

이외에 배터리 어레이의 타측면의 배치, 번들 간의 연결 및 출력단의 형성 등은 앞서 설명한 실시예 4의 일반화 규칙이 그대로 적용이 가능하다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 살펴본 바와 같이 본 발명은 (2N+1)S (M+1)P (단, M 및 N은 자연수) 의 배터리 어레이 구조에 있어 양극 및 음극 출력단이 서로 인접하는 번들에 형성되는 구조에 대한 것이나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 배터리 어레이 및 이를 구비한 배터리 팩으로 구현될 수 있다.

10: 배터리
11, 12: 전극 단자
100: 배터리 어레이
B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7: (배터리)번들
D1, D2: 전극 단자

Claims

평행하게 병렬 배치된 (M+1) 배터리를 포함하는 각 번들 단위로 이루어지고 (2N+1)개의 번들로 배치된 복수개의 배터리 (단, N 및 M은 자연수);
제1번들에서 제(2N+1)번들을 전기적으로 직렬 연결하기 위하여 대응하는 각쌍의 번들을 연결하며 배터리 어레이의 제1단부와 제2단부에 배치된 복수의 연결탭;
제1극성을 갖고 제1번들에 전기적으로 연결된 제1 극성 출력단; 및
제2극성을 갖고 제(2N+1)번들에 전기적으로 연결되고 상기 제1번들에 인접하게 배치된 제2 극성 출력단;을 포함하는 배터리 어레이.
제1항에 있어서,
상기 제1 극성 출력단은 제1번들의 제1배터리 일측에 위치하고, 상기 제2 극성 출력단은 (2N+1)번들의 제2배터리의 일측에 배치되며, 상기 제1배터리는 상기 제2배터리에 인접하여 위치되는 배터리 어레이.
제2항에 있어서,
상기 제1 극성 출력단은 제1단부에 위치하고, 제2 극성 출력단은 제2 단부에 위치하는 배터리 어레이.
제1항에 있어서,
상기 제1 극성 출력단은 제1단부에 위치하고, 제2 극성 출력단은 제2 단부에 위치하는 배터리 어레이.
제1항에 있어서,
상기 제1번들에서 제(2N+1)번들은 폐곡선을 이루면서 배치되고, 각 번들의 극성은 상기 배터리 어레이의 제1단부 또는 제2단부를 따라서 번갈아 보이도록 배치되는 배터리 어레이.
제5항에 있어서,
상기 번들은 시계방향 또는 반시계방향의 루프를 따라서 각 번들의 극성이 번갈아 보이도록 배치되는 배터리 어레이.
제1항에 있어서,
상기 배터리는 복수개의 열(row)로 배치되고 상기 열의 제1열 또는 마지막열의 하나의 번들은 수평으로 배치되고, 상기 번들의 나머지 번들은 수직으로 배치되는 배터리 어레이.
제1항에 있어서,
상기 제1 극성 출력단에서 제2 극성 출력단이 위치하는 대응 대터리의 외표면으로 연장된 확장탭을 더 포함하는 배터리 어레이.
제8항에 있어서,
상기 확장탭은 상기 제1 극성 출력단과 일체로 형성되는 배터리 어레이.
제8항에 있어서,
상기 확장탭은 상기 제1 극성 출력단에 용접되는 배터리 어레이.
(2N+1)개의 번들이 전기적으로 직렬 연결되도록 배치된 복수개의 배터리 (단, N은 자연수);
대응하는 한쌍의 번들을 전기적으로 직렬 연결하기 위한 복수의 연결탭;
제1극성을 갖고 제1번들에 전기적으로 연결된 제1 극성 출력단; 및
제2극성을 갖고 상기 제1번들에 인접하게 배치된 제(2N+1)번들에 전기적으로 연결된 제2 극성 출력단;
상기 제1 및 제2 극성 출력단과 연결된 보호회로모듈; 및
상기 배터리, 연결탭, 제1 및 제2 극성 출력단과 보호회로모듈을 수용하는 케이스;를 포함하는 배터리 팩.
제11항에 있어서,
상기 각 번들은 병렬로 배치된 (M+1)개의 배터리를 포함하는 배터리 팩.
(단, M은 자연수)
제11항에 있어서,
상기 배터리와 케이스 사이에 홀더케이스를 더 포함하는 배터리 팩.
제11항에 있어서,
상기 번들은 폐곡선으로 배치되는 배터리 팩.
제11항에 있어서,
상기 제1 극성 출력단은 배터리의 외표면상에 위치하고, 상기 배터리 팩은 상기 제1 극성 출력단에서 제2 극성 출력단이 위치하는 배터리의 외표면상으로 연장된 확장탭을 더 포함하는 배터리 팩.
제15항에 있어서,
상기 확장탭은 상기 제1 극성 출력단과 일체로 형성되는 배터리 팩.
제15항에 있어서,
상기 확장탭은 상기 제1 극성 출력단에 용접되는 배터리 팩.
제11항에 있어서,
상기 제1 극성 출력단은 제1번들의 제1배터리 일측에 위치하고, 상기 제2 극성 출력단은 (2N+1)번들의 제2배터리의 일측에 배치되며, 상기 제1배터리는 상기 제2배터리에 인접하여 위치되는 배터리 팩.
제18항에 있어서,
상기 제1 극성 출력단은 제1단부에 위치하고, 상기 제2 극성 출력단은 제1단부와 마주하는 제2단부에 위치하는 배터리 팩.
복수의 번들로 배치된 복수의 배터리;
첫번째 번들에서 마지막 번들을 전기적으로 직렬 연결하기 위하여 대응하는 각쌍의 번들을 연결하며 배터리 어레이의 제1단부와 제2단부에 배치된 복수의 연결탭;
제1극성을 갖고 첫번째 번들에 전기적으로 연결되며 복수의 배터리의 제1배터리의 일측에서 제1단부에 구비된 제1 극성 출력단; 및
제2극성을 갖고 마지막 번들에 전기적으로 연결되고 상기 제1배터리에 인접한 제2배터리의 일측에서 제2단부에 구비된 제2 극성 출력단;을 포함하는 배터리 어레이.