KR20140062811A - 배터리 팩 및 무접점 충전 시스템 - Google Patents

배터리 팩 및 무접점 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 배터리 팩은 배터리 셀; 전원 공급 장치의 제 1 코일과 자기적으로 결합되어 유도 기전력이 생성되는 제 2 코일; 상기 생성된 유도 기전력에 의하여 상기 배터리 셀이 충전되도록, 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전원을 제어하는 보호회로 모듈을 구비하고, 상기 제 2 코일의 양단이 접촉 고정되는 회로기판; 및 내부 공간에 상기 배터리 셀이 수납되고, 상부에 상기 회로기판이 안착되며, 상기 회로기판과 상기 제 2 코일 사이에 상기 제 2 코일의 양 단부가 삽입되는 코일 가이딩부가 형성된 케이스를 포함한다.
상기 본 발명에 의하면, 무선 충전되는 배터리 팩의 구조 설계를 최적화하고 부품간 연결 구조를 개선할 수 있다.

Description

배터리 팩 및 무접점 충전 시스템{Battery pack and wireless charging system including the same}
본 발명은 전자기 유도에 의한 무접점 방식으로 충전이 수행되는 배터리 팩 및 이를 이용한 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 팩의 구조 설계를 최적화하고 부품 간 연결 구조를 개선할 수 있는 배터리 팩 및 이를 이용한 충전 시스템에 관한 것이다.
모바일 단말, PDA 등을 비롯하여 휴대형 전자기기나 소형 가전 제품 등에서는 사용자 편의성을 높이기 위하여 구동 전력원으로 재충전 가능한 이차전지 배터리가 흔히 이용되고 있다. 이러한 이차전지 배터리를 구동원으로 사용함으로써, 사용자는 전력 공급을 위한 유선 환경에서 자유로울 수 있어 더욱 편리한 제품 사용이 가능하다고 할 수 있다.
이차전지 배터리는 외부 전원에 의한 충전으로 에너지가 저장되는데 이와 같은 배터리의 충전을 위해서, 가정용 상용 전원을 이차전지 배터리에 필요한 가용 정격 전력으로 공급하는 별도의 유선 충전장치가 주로 사용되고 있다. 유선 충전 방식은 통상적으로 충전 장치의 단자와 배터리의 단자(또는 배터리가 탑재된 상태에서 배터리와 전기적으로 연결된 전자기기의 단자)가 서로 물리적으로 접촉됨으로써 전기적으로 연결되는 방식이 주로 이용되고 있다. 그러나 상기와 같은 방식의 전기적 결합은 단자가 상호 물리적으로 결합되는 방식으로 이루어지므로, 물리적 마모 현상이 발생하여 접속 신뢰성이 저하될 수 있으며, 접촉 단자가 외부로 노출되는 형태가 많아 이물질에 의한 오염 등으로 접촉 상태가 쉽게 불량해지는 문제점이 있다고 할 수 있다. 또한, 수분이나 습기가 많은 환경에서는 전기 단락 사고가 발생하거나 충전된 에너지가 쉽게 소실되는 등의 문제가 발생될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 충전 장치와 배터리가 물리적으로 비접촉되는 방식의 무접점 충전 시스템이 개시되고 있는데, 상기 무접점 충전은 알려진 바와 같이 제 1 코일에서 자기장(Magnetic Field)의 자속이 시간에 따라 변화하면 인접한 제 2 코일에서 상기 시간에 따라 변화되는 자기장에 의하여 상기 제 2 코일에 전력이 유도되는 현상을 이용하는 충전 방식이다.
한편, 자기유도 방식에 의해 제 2 코일에 전력이 유도되면, 에너지를 저장하기 위해 제 2 코일에 생성된 유도 기전력을 배터리 셀 등의 에너지 저장 소자에 전달해야 한다. 따라서, 제 2 코일에 생성된 유도 기전력을 에너지 저장 소자에 전달하기 위해 제 2 코일과 배터리 셀 등의 에너지 저장 소자가 전기적으로 연결되어야 한다. 배터리 셀 등의 에너지 저장 소자와 제 2 코일은 인쇄회로기판 등을 통해 전기적으로 연결이 이루어지는 것이 일반적이다.
그런데, 이러한 회로기판과 제 2 코일은 서로 연결하는 것이 용이하지 않을 뿐 아니라, 그러한 연결 상태를 안정적으로 유지하는 것 또한 쉽지 않다. 특히, 통상적으로 휴대용 장치 등에 널리 이용된다는 점에서 배터리는 진동이나 충격 등에 노출되기 쉬운데, 이 경우 제 2 코일의 유동으로 회로기판과 제 2 코일의 연결 부분이 쉽게 끊어질 수 있다. 한편, 이러한 제 2 코일과 회로기판 사이의 연결 상태를 안정적으로 유지하고자 별도의 연결 부재를 추가시킬 수도 있을 것이나, 이 경우 배터리의 생산에 따른 비용 및 시간 등이 크게 증가할 수 있어 생산성이 떨어질 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 인식하여 창안된 것으로서, 제 2 코일과 회로기판 사이의 연결 구조를 개선하여 그 연결 상태를 안정적으로 확보하면서 생산성도 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 무접점 충전 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀; 전원 공급 장치의 제 1 코일과 자기적으로 결합되어 유도 기전력이 생성되는 제 2 코일; 상기 생성된 유도 기전력에 의하여 상기 배터리 셀이 충전되도록, 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전원을 제어하는 보호회로 모듈을 구비하고, 상기 제 2 코일의 양단이 접촉 고정되는 회로기판; 및 내부 공간에 상기 배터리 셀이 수납되고, 상부에 상기 회로기판이 안착되며, 상기 회로기판과 상기 제 2 코일 사이에 상기 제 2 코일의 양 단부가 삽입되는 코일 가이딩부가 형성된 케이스를 포함한다.
바람직하게는, 상기 코일 가이딩부는, 1회 이상 절곡된 형태를 가진다.
또한 바람직하게는, 상기 케이스는 코일 가이딩부의 전면부가 개방되도록 형성되고, 상기 개방된 전면부를 덮는 덮개부를 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 케이스는, 상기 코일 가이딩부에, 상기 제 2 코일의 단부 중 적어도 일부가 삽입 체결되도록 홀더를 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 케이스는 상기 코일 가이딩부가 2개 형성되고, 각각의 코일 가이딩부에는 상기 제 2 코일의 양 단부가 하나씩 삽입된다.
또한 바람직하게는, 상기 회로기판은, 상기 제 2 코일에 의해 생성된 유도 기전력을 직류 전원으로 변환하는 변환 모듈을 더 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 제 2 코일은, 양단이 솔더링에 의해 상기 회로기판과 접촉 고정된다.
더욱 바람직하게는, 상기 회로기판은 상기 제 2 코일의 양단이 삽입되도록 홀이 형성되고, 상기 제 2 코일은 양단이 상기 홀에 삽입된 상태에서 솔더링된다.
또한 바람직하게는, 상기 케이스는, 플라스틱 재질로 이루어진다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무접점 충전 시스템은, 자기 발생을 위한 교류 전력을 공급하는 전원부와 상기 공급된 교류 전력에 의하여 전자기를 발생시키는 제 1 코일을 포함하는 전원 공급 장치; 및 배터리 셀, 전원 공급 장치의 제 1 코일과 자기적으로 결합되어 유도 기전력이 생성되는 제 2 코일, 상기 생성된 유도 기전력에 의하여 상기 배터리 셀이 충전되도록, 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전원을 제어하는 보호회로 모듈을 구비하고, 상기 제 2 코일의 양단이 접촉 고정되는 회로기판 및 내부 공간에 상기 배터리 셀이 수납되고, 상부에 상기 회로기판이 안착되며, 상기 회로기판과 상기 제 2 코일 사이에 상기 제 2 코일의 양 단부가 삽입되는 코일 가이딩부가 형성된 케이스를 포함하는 배터리 팩을 포함한다.
바람직하게는, 상기 코일 가이딩부는, 1회 이상 절곡된 형태를 가진다.
또한 바람직하게는, 상기 케이스는 상기 코일 가이딩부의 전면부가 개방되도록 형성되고, 상기 개방된 전면부를 덮는 덮개부를 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 케이스는, 상기 코일 가이딩부에, 상기 제 2 코일의 단부 중 적어도 일부가 삽입 체결되도록 홀더를 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 케이스는 상기 코일 가이딩부가 2개 형성되고, 각각의 코일 가이딩부에는 상기 제 2 코일의 양 단부가 하나씩 삽입된다.
또한 바람직하게는, 상기 회로기판은, 상기 제 2 코일에 의해 생성된 유도 기전력을 직류 전원으로 변환하는 변환 모듈을 더 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 제 2 코일은, 양단이 솔더링에 의해 상기 회로기판과 접촉 고정된다.
더욱 바람직하게는, 상기 회로기판은 상기 제 2 코일의 양단이 삽입되도록 홀이 형성되고, 상기 제 2 코일은 양단이 상기 홀에 삽입된 상태에서 솔더링된다.
또한 바람직하게는, 상기 케이스는, 플라스틱 재질로 이루어진다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩 케이스에 형성된 코일 가이딩부를 통해 제 2 코일의 단부가 회로기판에 안정적으로 장착될 수 있도록 함으로써 제 2 코일과 회로기판과의 연결 상태가 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
따라서, 배터리 팩의 진동이나 충격 등으로 인해 제 2 코일과 회로기판의 연결 상태가 불량이 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 제 2 코일과 회로기판을 연결하기 위한 별도의 부재가 구비되지 않아도 된다. 따라서, 이로 인해, 배터리 팩의 제조 비용 및 시간 등이 감소되어 생산성이 향상될 수 있고, 대량 생산을 하는 데에 있어서도 유리하게 적용될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 코일 가이딩부에 절곡부가 형성되거나, 코일 가이딩부에 제 2 코일 단부가 삽입 체결되도록 홀더를 구비함으로써, 제 2 코일과 회로기판을 연결하는 구조를 더욱 개선하여 배터리 팩의 체결 구조가 더욱 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 팩의 케이스가 플라스틱 재질로 이루어지도록 함으로써 케이스의 형상을 정형화하고, 케이스의 내구성을 강화할 수 있다. 뿐만 아니라, 배터리 셀이 삽입되는 케이스의 주물(casting)이 용이하므로 생산공정이 간소화될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 결합 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 덮개부가 분리된 상태의 배터리 팩의 케이스를 부분적으로 확대하여 도시한 분해 사시도이다.
도 6은, 도 5의 구성에서, 덮개부가 결합된 상태의 배터리 팩의 케이스를 확대하여 도시한 결합 측단면도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 회로기판과 제 2 코일의 연결 구성을 하측에서 바라본 사시도이다.
도 12는, 도 11의 X-X'선에 대한 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일 예로, 회로기판과 제 2 코일의 연결 구성을 하측에서 바라본 사시도이다.
도 14는, 도 13의 Y-Y'선에 대한 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 충전 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)을 개략적으로 도시한 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 셀(110), 제 2 코일(120), 회로기판(130) 및 케이스(140)를 포함한다.
상기 제 2 코일(120)은 전원 공급 장치(200)에 구비된 제 1 코일(220)과 자기적으로 결합된다. 이처럼, 제 1 코일(220)과 제 2 코일(120)이 자기적으로 결합되면, 제 2 코일(120)에는 유도 기전력이 생성된다.
한편, 상기 제 2 코일(120)의 형상은 도면에 도시된 평면 나선형에 한정되지 않는다. 상기 제 2 코일(120)의 형상은 당해 기술 분야에서 알려진 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 입체적인 형상을 갖는 권선형으로 구성될 수 있고 평면 나선형이 적층된 형태가 될 수도 있다.
상기 회로기판(130)에는 제 2 코일(120)의 양단이 접촉되어 고정된다. 상기 회로기판(130)은 제 2 코일(120)에 생성된 유도 기전력에 의한 전기적 에너지를 전달받고 이를 배터리 셀(110)에 공급하여 배터리 셀(110)이 충전될 수 있도록 한다. 배터리 셀(110)의 충전을 위해 회로기판(130)과 배터리 셀(110)은 전기적으로 연결된다.
이러한 회로기판(130)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있으며, 이 밖에 다양한 형태의 회로기판이 본 발명의 회로기판으로 채용될 수 있다.
상기 회로기판(130)은 보호회로 모듈(PCM: Protection Circuit Module)을 구비할 수 있다. 상기 보호회로 모듈은, 제 2 코일(120)과 배터리 셀(110) 사이에서 제 2 코일(120)로부터 배터리 셀(110)로 공급되는 충전 전원을 제어한다. 예를 들어, 상기 보호회로 모듈은, 과전류나 과충전 등을 감지하고, 이를 차단함으로, 이에 의한 배터리 셀(110)의 손상을 방지한다.
상기 배터리 셀(110)은 에너지를 저장하는 에너지 저장 소자이다. 제 2 코일(120)에 생성된 유도 기전력은 회로기판(130)을 거쳐 배터리 셀(110)에 전달될 수 있다. 이러한 과정을 통해 제 2 코일(120)에 생성된 유도 기전력에 의한 전기적 에너지는 배터리 셀(110)에 저장될 수 있다.
상기 케이스(140)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(110)이 수납될 수 있도록 내부에 공간이 형성되고 상기 케이스(140)의 상부에는 회로기판(130)이 안착된다.
또한, 상기 케이스(140)에는 상기 회로기판(130)과 상기 제 2 코일(120) 사이에 상기 제 2 코일의 양 단부가 삽입되는 코일 가이딩부(141)가 형성되어 있다. 여기서, 제 2 코일의 단부란, 제2 코일에서 자기유도를 위해 회전형으로 형성된 부분 이외의 부분을 의미한다. 즉, 제2 코일의 단부란, 도 1에서 A로 표시된 부분과 같이, 평면 나선형의 코일 부분을 제외한 부분을 의미한다.
본 발명에 의하면, 케이스(140)에 코일 가이딩부가 형성되어 있기 때문에, 제 2 코일의 양 단부(A)가 회로기판(130)에 용이하게 가이드 되어 제 2 코일(120)의 양단과 회로기판(130)의 접촉 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 여기서, 제 2 코일의 양단은, 도 1에서 C로 표시된 바와 같이, 제 2 코일의 단부(A) 중 끝부분으로 회로기판(120)과 접촉되는 부분이다. 보다 상세하게는, 제 2 코일의 양단(C)은 회로기판(120)의 도전부(131)와 접촉되어 전기적으로 연결된다.
상기 코일 가이딩부(141)는 제 2 코일(120)이 들어갈 수 있을 정도로만, 그 폭이 얇은 것이 좋다. 코일 가이딩부(141)의 폭이 얇을수록 제 2 코일의 양 단부(A)의 유동성이 더욱 감소되어 제 2 코일(120)과 회로기판(130)과의 연결 상태가 더욱 안정적으로 유지될 수 있기 때문이다.
특히, 본 발명에 의하면, 별도의 연결 부재를 이용하지 않고 상기 케이스(140)에 형성된 코일 가이딩부(141)를 통해 제 2 코일(120)과 회로기판(130)이 접속됨으로써, 제 2 코일(120)과 회로기판(130)과의 연결 상태가 안정적으로 유지되도록 할 수 있다. 따라서, 배터리 팩(100)의 제조 비용 및 제조 시간 등이 감소되어 생산성을 향상시킬 수 있고, 대량 생산을 하는 데에 있어서도 유리하게 적용될 수 있다.
바람직하게는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 케이스(140)의 코일 가이딩부(141)는 1회 이상 절곡된 형태를 가질 수 있다.
이러한 실시예와 같이, 코일 가이딩부(141)가 절곡된 형태를 가지면, 제 2 코일(120)이 코일 가이딩부(141) 내에서 움직이는 것이 절곡된 부분에 의해 억제될 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에 의하면, 제 2 코일(120)과 코일 가이딩부(141)가 보다 안정적으로 결합될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에서는 코일 가이딩부(141)가 2회 절곡된 형태를 가지고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 4는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다. 도면에 도시된 확대된 부분은 도 1에서 B로 표시된 부분에 대응하는 부분이라고 할 수 있다.
우선, 도 3에 도시된 바와 같이, 코일 가이딩부(141)는 3회 이상 절곡된 형태를 가질 수 있다. 즉, 도 3에서는 코일 가이딩부가 4회 절곡된 형태를 갖고 있다. 이처럼, 코일 가이딩부(141)의 절곡된 형태가 3회 이상으로 증가되는 경우, 코일 가이딩부(141)와 제 2 코일(120)의 체결이 더욱 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에서는 코일 가이딩부(141)가 대략 90도로 절곡된 형태로 도시되어 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 코일 가이딩부(141)는 90도 이외의 각도로 절곡된 형태를 가질 수도 있다.
바람직하게는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 코일 가이딩부(141)의 전면부는 개방된 형태를 갖는 것이 좋다. 이러한 실시예에 의하면, 배터리 팩(100)의 제조시 제 2 코일의 양 단부(A)가 코일 가이딩부(141)에 용이하게 삽입될 수 있다. 따라서, 이로 인해, 배터리 팩(100)의 제조 비용 및 시간 등이 감소되어 생산성이 향상될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 케이스는, 덮개부(143)를 포함할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 덮개부가 분리된 상태의 배터리 팩의 케이스를 부분적으로 확대하여 도시한 분해 사시도이고, 도 6은, 도 5의 구성에서, 덮개부가 결합된 상태의 배터리 팩의 케이스를 확대하여 도시한 결합 측단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 덮개부(143)는 케이스의 개방된 전면부를 덮을 수 있도록 케이스 본체(140)와 결합한다. 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에 따르면 케이스 본체(140)에 4개의 체결공(p)을 형성하고, 덮개부(143)에 4개의 체결돌기(q)를 형성하여 케이스 본체(140)와 덮개부(143)가 결합되도록 한다. 한편, 이러한 실시예 이외에도 덮개부(143)와 케이스 본체(140)는 다양한 방법으로 결합할 수 있다. 예를 들어, 케이스 본체(140)와 덮개부(143)는 나사와 같은 별도의 체결 부재에 의해 체결될 수도 있다.
이러한 실시예에 의하면, 상기 덮개부(143)가 케이스의 개방된 전면부를 덮어 코일 가이딩부(141)의 전면부를 폐쇄시키므로, 코일 가이딩부(141)에 삽입된 제 2 코일의 단부(A)가 진동이나 외부 충격 등으로 인해 전면부로 이탈하는 것이 방지될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 코일 가이딩부(141)는 도 1 내지 도 6에 도시된 실시예와 달리 코일 가이딩부(141)의 전면부가 폐쇄되어 있다. 코일 가이딩부(141)의 형태는 상기 도 1 내지 도 6에 도시된 실시예와 같이 전면부가 개방될 수도 있고, 도 7에 도시된 실시예와 같이 전면부가 폐쇄될 수도 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)으로서, 상기 코일 가이딩부(141)에 상기 제 2 코일(120)의 단부(A) 중 적어도 일부가 삽입 체결되도록 홀더(142)가 구비될 수 있다.
상기 홀더(142)는 제 2 코일의 단부 중 적어도 일부가 삽입 체결되도록 하여 제 2 코일(120)이 코일 가이딩부(141) 내에서 움직이는 것을 줄일 수 있다. 따라서, 제 2 코일(120)과 회로기판(130)이 보다 안정적으로 결합될 수 있다.
한편, 코일 가이딩부에 구비된 홀더(142)에 삽입 체결되는 제 2 코일의 단부(A)는 제 2 코일의 단부(A)의 영역의 일부일 수 있고, 제 2 코일의 단부(A)의 영역의 전부일 수도 있다. 도 8에 도시된 실시예에 의하면 제 2 코일의 단부(A)의 일부 영역을 홀더(142)로 지지하고 있다.
또한, 상기 홀더(142)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 코일 가이딩부(141)에 2개 구비될 수 있다. 따라서, 각각의 홀더(142)에 제2 코일의 단부(A)가 하나씩 삽입 체결될 수 있다. 다만, 이외에도, 홀더(142)는 케이스(140)의 코일 가이딩부(141)에 하나만 구비되어 제 2 코일의 양 단부(A) 중 어느 한 단부만이 홀더(142)에 삽입 체결되거나, 제 2 코일의 양 단부(A)가 함께 하나의 홀더(142)에 삽입 체결될 수도 있다.
또한, 케이스의 코일 가이딩부에 구비되는 홀더(142)의 개수와 형태에는 제한이 없다. 즉, 도 8에는 측면이 개방된 집게 형태의 홀더(142)를 2개 구비하여 제 2 코일의 2개의 단부(A)를 각각 하나씩 삽입 체결하도록 도시되어 있으나 홀더(142)의 개수를 증가시켜 제 2 코일의 단부(A)가 더욱 강하고 안정적으로 코일 가이딩부(141)에 안착되도록 할 수도 있다. 또한, 홀더(142)는 측면이 개방되지 않는 형태도 가능하며, 배터리 팩(100)의 제조상의 편의성과 제 2 코일(120)과 회로기판(130)의 연결 구조의 안정성 등을 고려하여 홀더(142)의 형태는 다양하게 구현될 수 있을 것이다.
또한, 도 8에서는, 설명의 편의를 위해 절곡부가 형성되지 않은 코일 가이딩부(141)에 홀더(142)가 구비된 것으로 도시되어 있으나, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 절곡부가 형성된 코일 가이딩부에도 홀더(142)가 구비될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 덮개부(143)를 포함하는 경우와 도 7에 도시된 바와 같이 코일 가이딩부(141)의 전면부가 폐쇄된 경우 등에도 코일 가이딩부(141)에 홀더(142)가 구비될 수 있다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)에서, 케이스는 코일 가이딩부(141)가 2개 형성될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 제 2 코일의 단부(A)는 2개의 코일 가이딩부(141)에 각각 삽입될 수 있다. 2개의 단부(A)가 각각 별도의 코일 가이딩부(141)에 삽입되므로, 코일 가이딩부(141) 내에서 제 2 코일의 양 단부(A)의 움직임이 보다 효과적으로 억제될 수 있고, 각각의 단부(A) 상호간의 접촉으로 인한 단락(short)을 피할 수 있다.
한편, 2개의 코일 가이딩부(141)는 같은 형태를 가질 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이 절곡 여부나 형태, 횟수 등을 달리 할 수도 있다. 나아가, 2개의 코일 가이딩부는 홀더의 구비 여부, 홀더의 형태 또는 홀더의 개수 등을 달리 하는 것도 가능하다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 코일 가이딩부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 케이스에는, 코일 가이딩부(141)가 2개 형성될 수 있다. 이때, 코일 가이딩부(141)는 제 2 코일의 단부(A) 중 적어도 일부가 삽입 체결될 수 있도록 개방단을 가진 홈 형태로 형성될 수 있다. 이때, 코일 가이딩부(141)의 개방단은 제 2 코일(120)의 크기보다 다소 작은 크기로 형성되는 것이 좋다.
이러한 실시예에 의하면, 상기 도 8의 실시예에서 상술한 코일 가이딩부에 홀더(142)가 구비된 실시예와 마찬가지로, 제 2 코일의 양 단부(A)가 코일 가이딩부(141) 내에서 움직이는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 제 2 코일(120)과 회로기판(130)의 결합 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
또한, 이와 같은 실시예에 의하면, 케이스의 제조에 있어서 주물(casting)과 동시에 코일 가이딩부(141)에 홈을 형성할 수 있다. 따라서, 케이스(140)의 제조가 용이해지므로, 배터리 팩(100)의 제조 비용 및 시간 등이 감소되어 생산성을 향상시킬 수 있고, 대량 생산을 하는 데에 있어서도 유리하게 적용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 회로기판(130)은, 상기 제 2 코일(120)에 의해 생성된 유도 기전력을 직류 전원으로 변환하는 변환 모듈을 더 구비할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 제 2 코일(120)에 의해 유도 기전력이 교류 형태로 생성된다 하더라도, 변환 모듈을 통해 직류 형태로 변환하여 이차 전지를 충전할 수 있다.
예를 들어, 상기 변환 모듈은 다이오드 등을 이용한 정류 회로로 구현될 수 있다. 또한, 실시형태에 따라서는, 배터리 팩(100)에 탑재되는 배터리 셀(110)의 정격 전압과 대응되도록 전압의 크기를 조정하는 구성을 포함할 수도 있다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서, 회로기판과 제 2 코일의 연결 구성을 하측에서 바라본 사시도이고, 도 12는, 도 11의 X-X'선에 대한 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 제 2 코일(120)의 양단(C)이 회로기판(130)에 접촉 고정된다. 이 경우, 상기 제 2 코일(120)의 양단(C)은 솔더링에 의해 회로기판(130)에 접촉 고정될 수 있다. 솔더링에 의한 땜납 부분은 도면에 D로 표시하였다. 솔더링을 통해 제 2 코일(120)의 양단(C)이 각각 회로기판(130)의 도전부(131)와 접촉 고정되고 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 본 발명이 반드시 이러한 제2 코일(120)의 양단(C)과 회로기판(130)의 구체적인 결합 형태에 의해 한정되는 것은 아니며, 이들 사이의 결합은 당해 기술 분야에서 알려진 다양한 방법을 이용하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 코일(120)의 양단(C)과 회로기판(130)의 결합은 초음파 용접 또는 레이저 용접 등에 의해 이루어질 수 있다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일 예로, 회로기판과 제 2 코일의 연결 구성을 하측에서 바라본 사시도이고, 도 14는, 도 13의 Y-Y'선에 대한 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 일 예로서, 상기 회로기판(130)은 상기 제 2 코일(120)의 양단이 삽입되도록 홀(132)이 형성되고, 상기 제 2 코일(120)은 양단이 상기 홀(132)에 삽입된 상태에서 솔더링이 될 수 있다.
도 13 및 도 14에 도시된 실시예에 의하면 홀(132)은 반구(hemisphere)형상인데, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 원통, 다각형의 기둥 또는 다각형의 뿔 등도 홀(132)의 형상으로 채용될 수 있다.
이러한 실시예에 의하면, 제 2 코일(120)과 회로기판(130)의 결합력이 높아질 수 있고, 솔더링이 보다 용이해질 수 있으며, 회로기판(130) 표면상태가 평평하게 유지될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 케이스(140)는, 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 이처럼, 플라스틱 재질로 케이스(140)를 구현할 경우 플라스틱의 특성에 의해 케이스의 내구성이 강화될 수 있다. 또한, 케이스(140)의 형상이 정형화되고, 케이스(140)의 주물(casting)이 용이해지므로 대량생산에 유리한 장점 등이 있다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 충전 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 충전 시스템은 전원 공급 장치(200) 및 배터리 팩(100)을 포함한다.
상기 전원 공급 장치(200)는 전원을 공급하는 구성 요소로서, 자체적으로 전기 에너지를 생성하거나 외부 전원으로부터 전기 에너지를 공급받아, 배터리 팩(100)으로 전기 에너지를 공급할 수 있다. 여기서, 외부 전원은 일반적인 상용 교류 전원(60Hz, 220V/100V)이 사용될 수 있고 전력 공급 환경이나 요구 조건 등에 따라 다른 형태의 교류 또는 직류 전원이 채택될 수도 있다.
상기 전원 공급 장치(200)는 전원부(210)와 제 1 코일(220)을 포함한다.
상기 전원부(210)는 자기 발생을 위한 교류 전력을 상기 제 1 코일(220)에 공급한다. 여기서, 전원부(210)는 정류부, 전력 구동부 및 PWM발생부를 포함할 수 있다.
제 1 코일 및(220) 제 2 코일(120) 간의 자기적 결합을 발생시키기 위해 상기 제 1 코일(220)에 교류 전원이 인가될 수 있다. 이때, 외부 교류 전원이 그대로 제 1 코일(220)에 전달될 수 있고, 실시예에 따라서는 외부 교류 전원에 필요한 가공을 거친 후 제 1 코일(220)에 전달할 수도 있다.
또한, 실시 형태에 따라 더욱 정교한 교류 주파수의 조정이 가능하도록 외부 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 후, 다시 후속 프로세싱을 수행하여 상기 제 1 코일(220)에 교류 전원이 인가되도록 구성할 수도 있다. 이와 같은 실시형태를 구현하기 위해 상기 전원부(210)는 정류부 및 전력 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 정류부는 이와 같은 실시형태를 구현하기 위한 구성으로서 외부 상용 교류 전원을 직류로 정류한 후, 상기 전력 구동부로 전달할 수 있다.
상기 전력 구동부는 상기 정류부로부터 공급받은 직류 전원을 이용하여 교류 전원 펄스를 생성하고, 이를 상기 제 1 코일(220)에 인가하여 시간에 따라 변화하는 자기장을 생성시킬 수 있다.
상기 PWM발생부는, 소정 레벨의 직류전압을 변환하여 상용 주파수 이상의 고주파 교류전압을 발진하는 고주파 발진회로와 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)된 고주파 교류 전류전압 펄스를 제 1 코일(220)에 인가할 수 있다.
본 발명에 따른 무접점 충전 시스템에 구비된 배터리 팩의 특징에 대해서는 상술한 설명들이 적용될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 배터리 팩(100)은 배터리 셀(110), 제 2 코일(120), 회로기판(130) 및 케이스(140)를 포함한다. 상기 제 2 코일(120)은 전원 공급 장치(200)의 제 1 코일(220)과 자기적으로 결합되어 유도 기전력을 생성하고, 상기 회로기판(130)은 상기 생성된 유도 기전력에 의하여 상기 배터리 셀(110)이 충전되도록, 상기 배터리 셀(110)로 공급되는 충전 전원을 제어하는 보호회로 모듈을 구비하고, 회로기판(130)에 상기 제 2 코일(120)의 양단이 접촉 고정되며, 상기 배터리 셀(110)은 제 2 코일에서 생성된 유도 기전력에 의한 전기적 에너지를 저장하고, 상기 케이스(140)는 상기 배터리 셀(110)이 수납될 수 있도록 내부에 공간이 형성되고 상기 케이스(140)의 상부에는 회로기판(130)이 안착되며, 상기 케이스(140)에는 상기 회로기판(130)과 상기 제 2 코일(120) 사이에 상기 제 2 코일(120)의 양 단부가 삽입되는 코일 가이딩부(141)가 형성되어 있다.
바람직하게는, 상기 무접점 충전 시스템에 구비된 배터리 팩(100)의 케이스(140)에 형성된 코일 가이딩부(141)가 1회 이상 절곡된 형태를 가질 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 무접점 충전 시스템에 구비된 배터리 팩(100)의 케이스(140)는, 코일 가이딩부(141)의 전면부가 개방되도록 형성되고, 상기 개방된 전면부를 덮는 덮개부(143)를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 무접점 충전 시스템에 구비된 배터리 팩(100)의 케이스(140)에 형성된 코일 가이딩부(141)에 제 2 코일(120) 단부 중 적어도 일부가 삽입 체결되도록 홀더(142)를 구비할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 무접점 충전 시스템에 구비된 배터리 팩(100)의 케이스(140)에는 2개의 코일 가이딩부(141)가 형성될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 제 2 코일의 단부(A)는 2개의 코일 가이딩부(141)에 각각 삽입될 수 있다. 또한 바람직하게는, 상기 무접점 충전 시스템에 구비된 배터리 팩(100)의 회로기판(130)에 제 2 코일(120)에 의해 생성된 유도 기전력을 직류 전원으로 변환하는 변환 모듈을 더 구비할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 무접점 충전 시스템에 구비된 배터리 팩(100)의 제 2 코일(120)의 양단이 솔더링에 의해 회로기판(130)과 접촉 고정되도록 할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 무접점 충전 시스템에 구비된 배터리 팩(100)의 회로기판(130)에 제 2 코일(120) 양단이 삽입되도록 홀(132)이 형성되고, 상기 제 2 코일(120)은 양단이 상기 홀(132)에 삽입된 상태에서 솔더링 되도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 무접점 충전 시스템에 구비된 배터리 팩(100)의 케이스(140)의 재질이 플라스틱으로 이루어지도록 할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 배터리 팩
200: 전원 공급 장치
210: 전원부
220: 제 1 코일 120: 제 2 코일
110: 배터리 셀
130: 회로기판
131: 회로기판의 도전부
132: 회로기판에 형성된 홀
140: 케이스
141: 케이스에 형성된 코일 가이딩부
142: 케이스의 코일 가이딩부에 구비된 홀더
143: 덮개부

Claims (18)

  1. 배터리 셀;
    전원 공급 장치의 제 1 코일과 자기적으로 결합되어 유도 기전력이 생성되는 제 2 코일;
    상기 생성된 유도 기전력에 의하여 상기 배터리 셀이 충전되도록, 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전원을 제어하는 보호회로 모듈을 구비하고, 상기 제 2 코일의 양단이 접촉 고정되는 회로기판; 및
    내부 공간에 상기 배터리 셀이 수납되고, 상부에 상기 회로기판이 안착되며, 상기 회로기판과 상기 제 2 코일 사이에 상기 제 2 코일의 양 단부가 삽입되는 코일 가이딩부가 형성된 케이스
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일 가이딩부는, 1회 이상 절곡된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는, 상기 코일 가이딩부의 전면부가 개방되도록 형성되고, 상기 개방된 전면부를 덮는 덮개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는, 상기 코일 가이딩부에, 상기 제 2 코일의 단부 중 적어도 일부가 삽입 체결되도록 홀더를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 코일 가이딩부가 2개 형성되고, 각각의 코일 가이딩부에는 상기 제 2 코일의 양 단부가 하나씩 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판은, 상기 제 2 코일에 의해 생성된 유도 기전력을 직류 전원으로 변환하는 변환 모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 코일은, 양단이 솔더링에 의해 상기 회로기판과 접촉 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회로기판은 상기 제 2 코일의 양단이 삽입되도록 홀이 형성되고,
    상기 제 2 코일은 양단이 상기 홀에 삽입된 상태에서 솔더링된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는, 플라스틱 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 자기 발생을 위한 교류 전력을 공급하는 전원부와 상기 공급된 교류 전력에 의하여 전자기를 발생시키는 제 1 코일을 포함하는 전원 공급 장치; 및
    배터리 셀, 전원 공급 장치의 제 1 코일과 자기적으로 결합되어 유도 기전력이 생성되는 제 2 코일, 상기 생성된 유도 기전력에 의하여 상기 배터리 셀이 충전되도록, 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전원을 제어하는 보호회로 모듈을 구비하고, 상기 제 2 코일의 양단이 접촉 고정되는 회로기판, 및 내부 공간에 상기 배터리 셀이 수납되고, 상부에 상기 회로기판이 안착되며, 상기 회로기판과 상기 제 2 코일 사이에 상기 제 2 코일의 양 단부가 삽입되는 코일 가이딩부가 형성된 케이스를 포함하는 배터리 팩
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 코일 가이딩부는, 1회 이상 절곡된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 케이스는, 상기 코일 가이딩부의 전면부가 개방되도록 형성되고, 상기 개방된 전면부를 덮는 덮개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 케이스는, 상기 코일 가이딩부에, 상기 제 2 코일의 단부 중 적어도 일부가 삽입 체결되도록 홀더를 구비하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 코일 가이딩부가 2개 형성되고, 각각의 코일 가이딩부에는 상기 제 2 코일의 양 단부가 하나씩 삽입되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 회로기판은, 상기 제 2 코일에 의해 생성된 유도 기전력을 직류 전원으로 변환하는 변환 모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제 2 코일은, 양단이 솔더링에 의해 상기 회로기판과 접촉 고정되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 회로기판은 상기 제 2 코일의 양단이 삽입되도록 홀이 형성되고,
    상기 제 2 코일은 양단이 상기 홀에 삽입된 상태에서 솔더링된 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 케이스는, 플라스틱 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템.
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