KR20150005288A

KR20150005288A - 배터리 팩 및 이에 적용되는 보호회로모듈

Info

Publication number: KR20150005288A
Application number: KR20130079051A
Authority: KR
Inventors: 박진규; 고동완
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-01-14

Abstract

본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀; 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되며, 인쇄회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 온도 센서; 및 상기 인쇄회로기판을 통해 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전력 단자 및 상기 인쇄회로기판을 통해 상기 온도 센서와 전기적으로 연결되며 상기 전력 단자와 전기적으로 분리되는 한 쌍의 온도 단자를 포함하는 외부 단자를 구비한다.
본 발명에 따르면, 기존의 배터리 팩 구조를 크게 변경시키지 않더라도 배터리 팩 내부의 온도를 정확히 측정할 수 있다.

Description

배터리 팩 및 이에 적용되는 보호회로모듈{Battery pack and Protective circuit module applied for the same}

본 발명은 배터리 팩 및 이에 적용되는 보호회로모듈에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 시그널 패턴(signal pattern)과 파워 패턴(power pattern)이 분리되어 온도 단자를 통한 온도 측정이 정확히 이루어질 수 있도록 하는 배터리 팩 및 이에 적용되는 보호회로모듈에 관한 것이다.

모바일 기기와 같은 소형 전자제품에 대한 전력 공급원으로 이용되는 배터리 팩은 충전 장치, 또는 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받아 동작하는 전자기기 등과의 접속을 위한 외부 단자를 구비한다. 이러한 외부 단자는 인쇄회로기판 상에 설치되며, 인쇄회로기판의 표면 및/또는 내부에 새겨진 인쇄회로패턴을 통해 IC 칩, PTC 소자와 같은 각종 소자 및 배터리 셀과 전기적으로 연결된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 배터리 팩은 배터리 셀(B) 및 이와 전기적으로 연결되는 보호회로모듈(M)을 포함하는데, 상기 보호회로모듈(M)은 일반적으로 4개의 외부 단자(1~4)를 구비한다.

이 중, 제1 단자(1) 및 제2 단자(2)는 인쇄회로기판(S)에 새겨진 파워 패턴(power pattern)과 연결되는 전력 단자에 해당하고, 제3 단자(3)는 배터리 정보의 파악을 위한 ID 단자(identification terminal)에 해당하며, 제4 단자(4)는 배터리 팩 내부의 온도 값을 파악하기 위한 온도 단자이다.

이처럼 온도 단자(4)가 하나만 구비된 배터리 팩의 경우, 온도 단자(4)와 연결된 시그널 패턴(signal pattern)이 배터리 셀(B)의 음극과 연결되는 파워 패턴과 중첩되는 형태를 갖는다. 즉, 배터리 셀(B)의 그라운드 단자에 해당하는 제2 단자(2)가 온도센서(T)의 그라운드 단자로서의 역할도 하게 되는 것이다.

이 경우, 파워 패턴으로부터 발생되는 노이즈의 영향으로 정확한 온도 값의 측정이 어려운 문제가 있어 이러한 노이즈의 영향을 받지 않고 내부의 온도를 정확히 센싱할 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩의 개발이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 셀의 온도 측정 시에 파워 패턴으로부터 발생되는 노이즈의 영향을 받지 않는 구조를 갖는 배터리 팩을 제공함을 일 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀; 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되며, 인쇄회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 온도 센서; 및 상기 인쇄회로기판을 통해 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전력 단자 및 상기 인쇄회로기판을 통해 상기 온도 센서와 전기적으로 연결되며 상기 전력 단자와 전기적으로 분리되는 한 쌍의 온도 단자를 포함하는 외부 단자를 구비한다.

상기 인쇄회로기판은, 상기 배터리 셀과 전력 단자 사이를 연결하는 파워 패턴 및 상기 온도 센서와 온도 단자 사이를 연결하는 시그널 패턴을 포함하는 인쇄회로패턴을 구비할 수 있다.

상기 배터리 팩 내에서 상기 시그널 패턴은 상기 파워 패턴과 전기적으로 분리될 수 있다.

상기 인쇄회로패턴은 상기 파워 패턴과 전기적으로 연결되는 ID 패턴을 더 포함하고, 상기 외부 단자는 상기 ID 패턴과 연결되는 ID 단자를 더 포함할 수 있다.

상기 배터리 팩은, 상기 배터리 셀을 수용하는 팩 케이스; 및 상기 외부 단자가 노출되는 단자 홀을 구비하며, 상기 보호회로기판의 상부에서 상기 팩 케이스의 상단 개구부를 마감하는 팩 커버를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 기술적 과제는 본 발명에 따른 보호회로모듈에 의해서도 달성될 수 있는데, 본 발명에 따른 보호회로모듈은, 배터리 셀과 전기적을 연결되며, 인쇄회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 온도 센서; 및 상기 인쇄회로기판을 통해 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전력 단자 및 상기 인쇄회로기판을 통해 상기 온도 센서와 전기적으로 연결되며 상기 전력 단자와 전기적으로 분리되는 한 쌍의 온도 단자를 포함하는 외부 단자를 구비한다.

본 발명에 따르면, 기존의 배터리 팩 구조를 크게 변경시키지 않더라도 배터리 팩 내부의 온도를 정확히 측정할 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 종래의 배터리 팩을 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩에 구비되는 보호회로모듈을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 팩에 구비되는 보호회로모듈을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.

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 일부 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.

먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 회로도이고, 도 4는 도 3에 도시된 배터리 팩에 구비되는 보호회로모듈을 나타내는 평면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 배터리 셀(10) 및 배터리 셀(10)과 전기적으로 연결되는 보호회로모듈(20, protective circuit module: PCM)을 포함한다.

상기 배터리 셀(10)을 이루는 단위 셀로는 다양한 형태의 이차전지가 사용될 수 있다. 이러한 단위 셀의 일 예로서 다층 구조를 갖는 파우치 필름(pouch film) 내에 전극조립체를 수용시키고, 전극조립체의 전극과 연결되는 전극리드가 외부로 인출되도록 파우치 필름을 열융착하여 밀봉시킴으로써 제조되는 파우치 타입의 이차전지를 들 수 있다.

다만, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 복수회의 충전 및 방전이 가능한 이차전지라면 본 발명의 배터리 셀(10)을 이루는 단위 셀로서 제한 없이 적용 가능하다.

또한, 상기 배터리 셀(10)은 이러한 단위 셀 하나만으로 이루어질 수도 있으나, 이차전지의 용도 및 이러한 용도에 따라 요구되는 용량이나 전압 등을 충족시킬 수 있도록 복수개의 단위 셀이 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 연결되어 이루어질 수도 있다.

상기 보호회로모듈(20)은 배터리 셀(10)과 전기적으로 연결되어 배터리 셀(10)의 충전 및 방전을 관리하는 것으로서, 인쇄회로기판(21, printed circuit board: PCB), 외부 단자(22), 온도 센서(23), IC 칩(24), 스위칭 소자(25) 및 보호 소자(26)를 포함할 수 있다.

상기 인쇄회로기판(21)은 기판의 표면 및/또는 내부에 형성된 인쇄회로패턴(P1~P3)을 구비한다, 이러한 인쇄회로패턴(P1~P3)은 전도성 물질로 이루어진 도전 패턴으로서, 기판에 실장되는 다양한 소자들 상호간을 전기적으로 연결시킬 수 있을 뿐만 아니라 배터리 셀(10)과 후술할 외부 단자(22) 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 여기서, 상기 외부 디바이스란 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받아 동작하는 전자기기 또는 배터리 팩에 전력을 공급하는 충전 장치 등을 의미하는 것이다.

상기 인쇄회로기판(21)은 단층 기판의 양 표면에 인쇄회로패턴(P1~P3)이 새겨진 형태를 가질 수도 있고, 다층 기판의 각 층에 인쇄회로패턴(P1~P3)이 새겨진 형태를 가질 수도 있다.

한편, 본 발명의 도면에서는 일부 인쇄회로패턴(P1~P3)에 대해서만 참조 부호가 표시되어 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며 예를 들어 기판 상에 실장되는 다양한 소자들 사이를 전기적으로 연결하는 라인들은 모두 인쇄회로패턴의 형태로 구현될 수 있음은 자명한 것이다.

상기 외부 단자(22)는 인쇄회로기판(21) 상에 실장되어 인쇄회로패턴(P1~P3)과 연결되는 제1 전력 단자(22a), 제2 전력 단자(22b), ID 단자(22c), 제1 온도 단자(22d) 및 제2 온도 단자(22e)를 포함할 수 있다.

상기 제1 전력 단자(22a) 및 제2 전력 단자(22b)는 파워 패턴(P1)을 통해 각각 배터리 셀(10)의 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 연결되어 외부 디바이스와 배터리 셀(10) 사이의 전기적 통로의 역할을 한다.

상기 ID 단자(22c)는 배터리 팩의 충전 정보를 읽기 위해 설치되는 단자로서, ID 패턴(P2)을 통해 ID 저항(R)과 연결되며, 이러한 ID 패턴(P2)은 파워 패턴(P1)과 연결될 수 있다. 상기 ID 저항(R)은 배터리 셀(10)의 전압을 고려하여 적절한 저항 값을 갖는 것이 적용될 수 있다.

상기 제1 온도 단자(22d) 및 제2 온도 단자(22e)는 시그널 패턴(P3)을 통해 온도 센서(23)와 연결되며, 시그널 패턴(P3)은 파워 패턴(P1)과는 전기적으로 분리된 상태를 유지한다.

즉, 상기 온도 단자(22d,22e)는 배터리 팩 내에서 전력 단자(22a,22b)와 전기적으로 분리된 상태를 유지하는데, 이는 배터리 셀(10)과 전력 단자(22a,22b) 사이에서 전력이 이동하는 라인에 해당하는 파워 패턴(P1)으로부터 발생되는 노이즈로 인해 온도 값의 센싱이 부정확해지는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 상기 IC 칩(24)은 인쇄회로기판(21) 상에 실장되는 것으로서, 배터리 셀(10)의 전압 및/또는 배터리 팩에 흐르는 전류에 관한 정보를 참조하여 배터리 팩을 보호할 수 있다.

예를 들어, 상기 IC 칩(24)은 배터리 팩에 소정의 값 이상의 과전류가 흐르는 경우 스위칭 소자(25)를 제어하여 보호 소자(26)가 전력 라인을 차단하도록 함으로써 배터리 팩의 발화나 폭발 등을 방지하는 보호동작을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 보호소자(26)로는 온도의 상승에 따라 가역적으로 전류를 차단하는 PTC(positive temperature coefficient) 소자나 비가역적으로 전류를 차단하는 퓨즈(fuse) 등이 사용될 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 상기 배터리 팩은 팩 케이스(30) 내에 배터리 셀(미도시)을 수용시키고, 팩 커버(40)를 이용하여 보호회로모듈(미도시)의 상부로부터 팩 케이스(30)의 상단 개구부를 마감시키되, 보호회로모듈에 구비된 외부 단자(22)가 팩 커버(30)의 단자 홀(H)을 통해 배터리 팩의 외측으로 노출되도록 함으로써 완성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩은 한 쌍의 온도 단자(22d,22e)를 구비하고, 온도 단자(22d,22e)와 온도 센서(23) 사이를 연결하는 시그널 패턴(P3)이 배터리 팩 내에서 파워 패턴(P1)과 전기적으로 분리된 구성을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩은 파워 패턴(P1)으로부터 발생되는 노이즈의 영향을 받지 않고 배터리 팩의 온도를 정확히 측정할 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.

10: 배터리 셀 20: 보호회로모듈(PCM)
21: 인쇄회로기판(PCB) P1: 파워 패턴
P2: ID 패턴 P3: 시그널 패턴
22: 외부 단자 22a: 제1 전력 단자
22b: 제2 전력 단자 22c: ID 단자
22d: 제1 온도 단자 22e: 제2 온도 단자
23: 온도 센서 24: IC 칩
25: 스위칭 소자 26: 보호소자
30: 팩 케이스 40: 팩 커버
H: 단자 홀

Claims

배터리 셀;
상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되며, 인쇄회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판;
상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 온도 센서;
상기 인쇄회로기판을 통해 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전력 단자 및 상기 인쇄회로기판을 통해 상기 온도 센서와 전기적으로 연결되며 상기 전력 단자와 전기적으로 분리되는 한 쌍의 온도 단자를 포함하는 외부 단자를 구비하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 인쇄회로기판은,
상기 배터리 셀과 전력 단자 사이를 연결하는 파워 패턴 및 상기 온도 센서와 온도 단자 사이를 연결하는 시그널 패턴을 포함하는 인쇄회로패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제2항에 있어서,
상기 시그널 패턴은 상기 파워 패턴과 전기적으로 분리된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제2항에 있어서,
상기 인쇄회로패턴은 상기 파워 패턴과 전기적으로 연결되는 ID 패턴을 더 포함하고,
상기 외부 단자는 상기 ID 패턴과 연결되는 ID 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 배터리 셀을 수용하는 팩 케이스; 및
상기 외부 단자가 노출되는 단자 홀을 구비하며, 상기 보호회로기판의 상부에서 상기 팩 케이스의 상단 개구부를 마감하는 팩 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
배터리 셀과 전기적을 연결되며, 인쇄회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판;
상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 온도 센서;
상기 인쇄회로기판을 통해 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전력 단자 및 상기 인쇄회로기판을 통해 상기 온도 센서와 전기적으로 연결되며 상기 전력 단자와 전기적으로 분리되는 한 쌍의 온도 단자를 포함하는 외부 단자를 구비하는 보호회로모듈.
제6항에 있어서,
상기 인쇄회로기판은,
상기 배터리 셀과 전력 단자 사이를 연결하는 파워 패턴 및 상기 온도 센서와 온도 단자 사이를 연결하는 시그널 패턴을 포함하는 인쇄회로패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 보호회로모듈.
제7항에 있어서,
상기 시그널 패턴은 상기 파워 패턴과 전기적으로 분리된 것을 특징으로 하는 보호회로모듈.
제7항에 있어서,
상기 인쇄회로패턴은 상기 파워 패턴과 전기적으로 연결되는 ID 패턴을 더 포함하고,
상기 외부 단자는 상기 ID 패턴과 연결되는 ID 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호회로모듈.