KR20180027875A - 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

다양한 실시예들에 따른 보호회로 모듈 및 배터리 팩이 제공된다. 복수의 배터리 셀들 각각과 전기적으로 연결되는 복수의 패드들, 상기 복수의 배터리 셀들의 전압을 모니터링하고, 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱을 수행하는 보호회로, 및 상기 복수의 패드들과 상기 보호회로 사이에 미리 설정된 배열 순서로 배치되는 복수의 접촉패드를 포함하는 보호회로 모듈 및 배터리 팩을 개시한다.

Description

배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법 {battery pack And manufacturing method}
본 발명의 실시 예들은 보호회로 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법에 관한 것이다.
휴대용 전자기기, 예를 들어 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등이 널리 사용됨에 따라서 이들 휴대용 전자기기를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 배터리의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이 밖에도 전기모터를 사용하는 이동장치 이를테면 전기자전거, EV등 배터리의 셀배열수가 상대적으로 많은 어플리케이션에는 그 접속방식 및 순서가 제조조립 공정에서 중요하다. 배터리는 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로와 함께 배터리 팩 형태로 제공되며, 배터리를 효율적으로 충전하기 위한 충전 방법 및 장치에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다.
배터리 팩은 배터리와 보호회로 모듈을 포함한다. 보호회로 모듈은 배터리의 전압을 모니터링하기 위해 배터리와 전기적 연결이 된다. 배터리가 복수의 배터리 셀들을 포함하는 경우, 배터리 셀들 각각의 전압을 센싱하기 위해 보호회로 모듈은 각 배터리 셀과 전기적으로 연결된다. 이 경우, 보호회로 모듈 내의 보호회로는 연결된 배터리 셀들과 각각 전기적으로 연결할 때 회로의 안전한 동작을 위하여 정해진 순서로 접속되어야 한다. 임의의 순서로 임의의 전압을 가지는 배터리를 보호회로와 전기적으로 연결할 시 센싱값을 오계측 하여 오동작을 하거나 보호회로가 소손되는 상황이 발생한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 복수의 배터리 셀과 보호회로 모듈을 안전하게 전기적으로 연결할 수 있는 보호회로 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 보호회로 모듈은, 복수의 배터리 셀들 각각과 전기적으로 연결되는 복수의 패드들, 상기 복수의 배터리 셀들의 전압을 모니터링하고, 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱을 수행하는 보호회로, 및 상기 복수의 패드들과 상기 보호회로 사이에 미리 설정된 배열 순서로 배치되는 복수의 접촉패드를 포함한다.
보호회로 모듈의 일 예에 따르면, 상기 접촉패드는 상기 패드와 전기적으로 연결되는 주 접촉패드, 상기 주 접촉패드와 이격되고 상기 보호회로와 전기적으로 연결된 보조 접촉패드를 포함한다.
보호회로 모듈의 다른 예에 따르면, 상기 주 접촉패드와 상기 보조 접촉패드는 용접 또는 납땜으로 연결되어 있다.
보호회로 모듈의 다른 예에 따르면, 상기 미리 설정된 배열 순서는 상기 보호회로에 인가되는 상기 복수의 배터리 셀들의 전압의 크기에 따라 결정된다.
보호회로 모듈의 다른 예에 따르면, 상기 복수의 접촉패드는 일직선상에 상기 미리 설정된 배열 순서로 배치된다.
보호회로 모듈의 다른 예에 따르면, 복수의 커넥터 핀이 형성되고 상기 복수의 배터리 셀들 각각과 전기적으로 연결된 커넥터를 수용하는 커넥터 수용부를 더 포함하고, 상기 커넥터 수용부는 상기 복수의 패드들 각각과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리, 및 상기 복수의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되어 상기 복수의 배터리 셀들의 전압을 모니터링하고, 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱을 수행하는 보호회로를 포함하는 보호회로 모듈을 포함하고, 상기 보호회로 모듈은, 상기 복수의 배터리 셀들 각각과 전기적으로 연결된 복수의 패드 및 상기 복수의 패드들과 상기 보호회로 사이에 미리 설정된 배열 순서로 배치되는 복수의 접촉패드를 포함한다.
배터리 팩의 일 예에 따르면, 상기 접촉패드는 상기 패드와 전기적으로 연결되는 주 접촉패드, 상기 주 접촉패드와 이격되고 상기 보호회로와 전기적으로 연결된 보조 접촉패드를 포함한다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 주 접촉패드와 상기 보조 접촉패드는 용접 또는 납땜으로 연결되어 있다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 미리 설정된 배열 순서는 상기 보호회로에 인가되는 상기 복수의 배터리 셀들의 전압의 크기에 따라 결정된다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 복수의 접촉패드는 일직선상에 상기 미리 설정된 배열 순서로 배치된다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 복수의 배터리 셀들 각각과 전기적으로 연결된 복수의 커넥터 핀을 포함하는 커넥터 및 상기 커넥터를 수용하고 상기 복수의 패드들과 각각 전기적으로 연결되고 상기 커넥터를 수용하는 커넥터 수용부를 더 포함한다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 접촉패드는 도전성 금속 패턴으로 형성된다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩의 제조 방법은 주 접촉패드와 보조 접촉패드로 이루어지고 미리 설정된 배열 순서로 배열되어 있는 접촉패드, 복수의 배터리 셀들과 연결되는 복수의 패드 및 보호회로를 포함하는 보호회로 모듈을 준비하는 단계, 상기 복수의 패드와 상기 복수의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하여 상기 복수의 배터리 셀들과 상기 보호회로 모듈을 조립하는 단계, 및 상기 주 접촉패드와 보조 접촉패드를 미리 설정된 방향으로 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.
배터리 팩의 제조방법의 일 예에 따르면, 상기 주 접촉패드와 보조 접촉패드는 전기적으로 연결되면 상기 패드에 인가되는 전압이 상기 보호회로로 전달된다.
배터리 팩의 제조방법의 다른 예에 따르면, 상기 조립하는 단계에서, 상기 복수의 패드와 상기 복수의 배터리 셀들이 연결되어도 상기 보호회로에 상기 복수의 배터리 셀들의 전압이 전달되지 않는다.
배터리 팩의 제조방법의 다른 예에 따르면, 상기 전기적으로 연결하는 단계에서, 상기 주 접촉패드와 보조 접촉패드를 상기 미리 설정된 방향으로 전기적으로 연결하면, 기 설정된 권장 인가 순서로 전압이 상기 보호회로에 인가된다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 배터리 셀들과 보호회로 모듈을 순서와 관계없이 연결시키고, 보호회로 모듈 상의 구성으로 간단한 구성으로 보호회로와 복수의 배터리 셀들이 연결될 때 필요한 모든 조건을 만족하도록 하여 보호회로 손상 방지와 생산성 증대 및 조립 공정의 단순화시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부의 구성을 간략하게 도시한다.
도 2은 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀들과 연결된 보호회로 모듈을 개략적으로 도시한다.
도 3는 일 실시예에 따른 보호회로 모듈의 내부의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 구성을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시 예로부터 다른 실시 예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 즉 설명된 특정 세부사항들은 단순한 예시이다. 특정 구현들은 이러한 예시적인 세부사항들로부터 변할 수 있고, 본 발명의 정신 및 범위 내에서 계속 고려될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부의 구성을 간략하게 도시한다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(10)은 배터리(20), 보호회로(210), 스위치 부(120)를 포함한다.
배터리(20)는 전력을 저장하는 부분으로서, 적어도 하나의 배터리 셀(23)을 포함한다. 배터리(20)에 하나의 배터리 셀(23)이 포함되거나, 배터리(20)에는 복수의 배터리 셀(23)들이 포함될 수 있으며, 배터리 셀(23)들은 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있다. 배터리(20)에 포함되는 배터리 셀(23)들의 개수 및 연결 방식은 요구되는 출력 전압 및 전력 저장 용량에 따라서 결정될 수 있다.
배터리 셀(23)은 충전이 가능한 이차 전지를 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(23)은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전치, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
보호회로(210)는 배터리(20)를 보호하기 위해 스위치 부를 제어한다.
스위치부가 없는 회로의 경우 시스템에 위험 신호를 보낼 수 있다. 보호회로(210)는 스위치 부를 이용하여 배터리(20)로 유입되거나 유출되는 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 예컨대, 보호회로(2110)는 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다.
보호회로(210)는 배터리(20)의 전류, 전압, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(State of Charge, SOC)등을 얻을 수 있다. 예컨대, 보호회로(210)는 센서들을 이용하여 배터리 셀의 셀 전압 및 온도를 측정할 수 있다.
배터리(20)에 과충전, 과방전, 과전류, 및 고온 등과 같은 이상 상황이 발생하였음을 감지하는 경우, 보호회로(210)는 충전 스위치(SW1) 및/또는 방전 스위치(SW2)를 개방하여 배터리(20)를 보호할 수 있다. 보호회로(210)는 충전 스위치(SW1) 및/또는 방전 스위치(SW2)를 제어하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.
스위치부(120)는 충전 전류 및 방전 전류가 흐르는 대전류 경로 상에 배치된다. 상기 대전류 경로는 상기 배터리(20)와 상기 배터리(20) 팩에 구비되는 충방전 단자를 연결하는 경로를 의미하며, 따라서 상기 배터리(20), 상기 충방전 단자 및 상기 스위치부(120)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 스위치부(120)는 보호회로(210)의 제어 신호에 따라 배터리(20)의 충전 및 방전을 차단할 수 있다. 스위치부(120)는 트랜지스터 또는 릴레이로 구성될 수 있다. 스위치부(120)는 충전 스위치(SW1), 방전 스위치(SW2), 별도 보호 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다. 한편, 스위치부(120)는 충전과 방전을 모두 차단할 수 있는 하나의 릴레이 스위치를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 팩은 스위치 부를 포함하지 않을 수 있으며, 이 경우 외부 시스템과 통신을 통해 배터리의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 보호회로는 과전류, 과충전, 과전류 및 고온과 같은 이상 상황이 발생한 경우, 외부 시스템에 상기 이상 상황을 알릴 수 있다. 외부 시스템은 상기 이상 상황에 대한 정보를 전달 받으면 배터리 팩의 충전 또는 방전을 차단시킬 수 있다. 예를 들면, 고출력이 요구되는 배터리 팩은 큰 방전 전류가 흐르기 때문에 다이오드나 FET으로 구성된 스위치를 사용할 수 없다. 큰 전류가 흐르는 경우 다이오드나 FET으로 구성된 스위치는 소손될 수 있기 때문이다. 이 경우, 보호회로는 외부 시스템에 배터리의 상태를 전달하여 배터리의 충전 또는 방전을 제어하도록 할 수 있다.
도 2은 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀들과 연결된 보호회로 모듈을 개략적으로 도시한다.
도 2을 참조하면, 보호회로 모듈(200)은 금속 탭들(21-1 내지 21-n) 각각과 전기적으로 연결되는 패드들(220-1 내지 220-n)을 포함하고, 금속 탭들 금속 탭들(21-1 내지 21-n)을 통해 복수의 배터리 셀들(23) 각각과 전기적으로 연결되어 있다.
복수의 배터리 셀들(23)은 직렬로 연결되어 있다. 두 개의 배터리 셀들(23)이 연결된 노드들 각각은 서로 상이한 전압을 가지고 있다. 노드들(N0 내지 Nn-1)은 순차적으로 점차 높은 전압을 갖는다. 복수의 배터리 셀들(23) 양 끝은 제0 노드(N0)와 제n-1 노드(Nn-1)를 갖는다. 제0 노드(N0)는 최하위 전압을 갖고, 제n-1 노드(Nn-1)는 최고위 전압을 갖는다. 제n-1 노드(Nn-1)는 배터리(20)의 양극 단자(B+)와 동일 전위를 갖고, 제0 노드(N0)는 그라운드 전위(GND)와 동일한 전위를 갖는다.
금속 탭들(21-1 내지 21-n)은 복수의 배터리 셀(23)들 각각의 셀 전압이 인가된다. 금속 탭들(21-1 내지 21-n)은 제0 내지 제n 노드(N0 내지 Nn-1)와 일대일로 전기적으로 연결되어, 복수의 배터리 셀(23)들의 각각의 셀 전압을 측정할 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 예를 들면, 제0 노드(N0)와 제1 노드(N1) 사이와 연결된 금속 탭(220-1, 220-2)들 사이의 전압을 측정하면 제0 노드(N0)와 제1 노드(N1) 사이에 위치하는 배터리 셀의 전압을 알 수 있다. 마찬가지로 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 위치하는 배터리 셀의 전압은 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)에 각각 연결된 금속 탭(21-1, 21-2)들 사이의 전압을 측정하여 알 수 있다. 금속 탭들(21-1 내지 21-n)은 서로 다른 전위를 갖고 있다. 제n-1 노드(Nn-1)와 연결된 금속 탭(21-n)이 최고위 전압을 갖는다. 제0 노드(N0)와 연결된 금속 탭(21-1)은 그라운드 전위와 동일한 전위를 갖는다. 한편, 금속 탭들(21-1 내지 21-n)은 와이어 등을 통해 제0 내지 제n 노드(N0 내지 Nn-1)과 일대일로 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 패드들(220)은 복수의 배터리 셀(23)들과 각각 연결된다. 복수의 패드들(220)은 복수의 배터리 셀(23)들 각각의 전압에 관한 정보를 제공받을 수 있다. 보호회로(210)는 상기 복수의 패드들(220)에 인가된 전압에 관한 정보를 통해 배터리 셀(23)들의 전압 불균형 등을 모니터링할 수 있으며, 복수의 배터리 셀(23)들의 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 패드들(220)은 금속 탭(21)이 인입될 수 있는 홀을 구비할 수 있다. 복수의 패드들(220)은 상기 홀에 금속 탭(21)이 인입된 후 납땜이나 용접을 통해 금속 탭(21)과 고정 및 전기적으로 연결된다.
다른 실시예에 따르면, 보호회로 모듈(200)은 복수의 패드들(220) 각각과 전기적으로 연결된 커넥터 수용부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 커넥터 수용부(미도시)는 복수의 배터리 셀들 각각과 전기적으로 연결되는 복수의 커넥터 핀을 포함하는 커넥터(미도시)를 수용한다. 커넥터 수용부가 상기 커넥터를 수용하면 상기 복수의 배터리 셀(23)들 각각과 상기 복수의 패드들(220)이 전기적으로 연결된다.
도 3는 일 실시예에 따른 보호회로 모듈의 내부의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 3을 참조하면, 보호회로 모듈(200)은 패드들(220-1 내지 220-6), 복수의 접촉패드(240) 및 보호회로(210)를 포함한다. 복수의 접촉패드(240)는 주 접촉패드(230) 및 보조 접촉패드(231)를 각 각 포함한다.
복수의 접촉패드(240)는 패드(220)와 보호회로(210) 사이에 위치한다. 접촉패드(240)는 주 접촉패드(230)와 보조 접촉패드(231) 한 쌍을 포함하고 있다. 주 접촉패드(230)와 보조 접촉패드(231)는 일정 간격 이격되어 있으며, 용접이나 납땜으로 연결되면 패드(220)와 보호회로(210) 사이를 연결하는 경로를 제공할 수 있다. 상기 경로는 패드에 연결된 배터리 셀(23)간의 전위를 제공할 수 있으며, 보호회로(210)는 상기 경로로부터 제공 받은 전위 정보로 복수의 배터리 셀(23)들의 전압을 모니터링할 수 있다. 한편, 상기 복수의 접촉패드(240) 중 일부는 보호회로(210)의 전원을 공급하는 경로를 제공할 수 있다.
주 접촉패드(230)는 패드(220)와 전기적으로 연결되어 있다. 보조 접촉패드(231)는 보호회로(210)와 연결된다. 주 접촉패드(230)와 보조 접촉패드(231)는 금속 패드이거나, PBC 기판에 도전성 금속 패턴일 수도 있다. 주 접촉패드(230)와 보조 접촉패드(231)는 일정 간격으로 이격되어 있어서 패드(220)에 인가되는 전위가 보호회로(210)로 전달되지 않는다. 즉. 복수의 배터리 셀(23)들이 패드에 연결되더라도 주 접촉패드(230)에 배터리 셀(23)들의 전위가 인가되고, 보조 접촉패드(231)에는 전위가 인가되지 않는다. 주 접촉패드(230)와 보조 접촉패드(231)가 연결되면 주 접촉패드(230)에 인가되는 전위가 보조 접촉패드(231)에도 인가되며, 보호회로(210)는 배터리 셀(23)의 전압을 측정할 수 있는 전위 정보를 제공받을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 보호회로(210)는 접촉패드(240)와 인접하는 접촉패드(240) 사이의 전압을 모니터링하여 배터리 셀(23)의 전압을 측정할 수 있다. 보호회로(210)는 셀 밸런싱 기능 등을 수행하기 위해 복수의 배터리 셀(23)들 각각의 전압 정보를 검출한다. 예를 들면, 제1 접촉패드(240-1)와 제2 접촉패드(240-2)가 제공하는 경로 사이의 전위차를 이용하여 제2 접촉패드(240-2)와 제3 접촉패드(240-3) 사이에 연결된 배터리 셀(23)의 전압을 측정할 수 있다. 마찬가지로 제2 접촉패드(240-2)와 제3 접촉패드(240-3)가 제공하는 경로 사이의 전위 차를 이용하여 제2 접촉패드(240-2)와 제3 접촉패드(240-3) 사이에 연결된 배터리 셀(23)의 전압을 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 접촉패드(240)들은 미리 설정된 배열 순서에 따라 배열될 수 있다. 상기 미리 설정된 배열 순서는 복수의 배터리 셀(23)들의 각 노드에 형성된 전위가 보호회로(210)에 인가되는 순서를 고려하여 설정된다. 예컨대, 보호회로(210)에 과도한 전압이 인가되지 않도록 복수의 배터리 셀(23)들의 각 노드가 보호회로(210)와 연결되는 순서(이하, 권장 인가 순서)를 고려하여 상기 배열 순서를 미리 결정할 수 있다.
예를 들면, 상기 권장 인가 순서가 GND, VDD, V1, V2, V3, V4, V5일 경우에, 복수의 접촉패드(240)는 보호회로(210)에 전원을 공급하는 접촉패드(240)인 전원 접촉패드(240-0), 제1 접촉패드(240-1), 제2 접촉패드(240-2), 제3 접촉패드(240-3), 제4 접촉패드(240-4), 제5 접촉패드(240-5), 제6 접촉패드(240-6) 순이 상기 미리 설정된 배열 순서로 설정된다. 이 경우, 상기 미리 설정된 배열 순서에 따라 접촉패드(240)들이 배열되며, 전원 접촉패드(240-0)부터 제6 접촉패드(240-6)까지 일정한 방향으로 순차적으로 주 접촉패드(230)와 보조 접촉패드(231)를 연결하기만 하면 상기 권장 인가 순서에 따라 보호회로(210)에 복수의 배터리 셀(23)들의 노드와 순차적으로 연결될 수 있다.
즉, 접촉패드(240)들을 상기 권장 인가 순서에 기초하여 미리 설정된 배열 순서로 배치하면, 그 후 복수의 배터리 셀(23)들과 보호회로 모듈(200)을 연결하려는데 있어서, 잘못된 연결로 보호회로(210)의 소자가 소손되는 위험을 급감시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 접촉패드(240)들은 보호회로 모듈(200) 상의 미리 설정된 영역에 밀집하여 배열될 수 있다. 복수의 접촉패드(240)들은 일정한 방향으로 배열된다. 상기 일정한 방향은 복수의 접촉패드(240)들이 일직선 상에서 배치시키는 방향일 수 있다. 상기 미리 설정된 영역은 패드들(220-1 내지 220-6)의 위치에 종속되지 않는다. 한편, 상기 미리 설정된 영역은 용접이나 납땜을 불편함 없이 수행할 수 있는 영역이면 되고, 도시된 영역으로 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 서로 대응하는 보조 접촉패드(231)와 주 접촉패드(230)는 솔더링(Soldering)이나 납땜을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 서로 대응하는 보조 접촉패드(231)와 주 접촉패드(230)는 인접하여 배치된다. 서로 대응하는 보조 접촉패드(231)와 주 접촉패드(230)가 납땜 등을 통해 전기적으로 연결되면 보호회로(210)는 복수의 배터리 셀(23)들 각각과 전기적으로 연결된다.
다른 실시예에 따르면, 인접하는 주 접촉패드(230)들은 서로 어긋나게 밀접하여 배치될 수 있다. 예를 들면, 주 접촉패드(230)들은 삼각파의 모양을 이뤄 각 꼭지점 위치에 배치될 수 있다. 보조 접촉패드(231)도 삼각파의 모양을 이뤄 각 꼭지점 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 단위면적에 포함되는 주 접촉패드(230)들과 보조 접촉패드(231)들의 개수가 증가될 수 있고, 주 접촉패드(230)와 대응되는 위치에 배치되는 보조 접촉패드(231)를 상호 납땜하여 연결할 때 다른 주 접촉패드(240) 또는 보조 접촉패드(231)와 전기적으로 연결될 우려 없이 서로 연결 시킬 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 구조를 개략적으로 도시한다.
도 4를 참조하면, 배터리 팩(10)은 배터리와 보호회로 모듈(200)을 포함한다. 보호회로 모듈(200)은 복수의 패드(220-1 내지 220-6), 복수의 접촉패드(240)를 포함하고, 복수의 접촉패드(240) 각각은 주 접촉패드(230)와 보조 접촉패드(231)를 포함하고 있다.
복수의 배터리 셀들(23)은 양 끝 노드(N0, N5)와 배터리 셀들(23) 간 연결되는 노드(N2 내지 N4)를 포함한다. 기준 노드(N0), 제1 노드 내지 제5 노드(N1 내지 N5) 각각은 복수의 패드(220-1 내지 220-6)들 각각과 일대일로 연결되어 있다. 기준 노드(N0)는 V0의 전위를 갖고, 제1 노드(N1)는 V1의 전위를, 제2 노드(N2)는 V2의 전위를, 제3 노드(N3)는 V3의 전위를, 제4 노드(N4)는 V4의 전위를, 제5 노드(N5)는 V5 전위를 갖는다. 예를 들면, 배터리 셀의 전위가 3V이고, 기준 노드(N0)의 전위가 0V라 하면, V1은 3V, V2는 6V, V3는 9V, V4는 12V, V5는 15V를 갖는다.
복수의 패드들(220-1 내지 220-6)은 노드들(N0 내지 N5)과 각각 전기적으로 연결되어 있다. 예를 들면, 기준 노드(N0)와 연결되는 제1 패드(220-1)는 V0의 전위를 갖고, 제1 노드(N1)와 연결되는 제2 패드(220-2)는 V1의 전위를 가지며, 제2 노드(N2)와 연결되는 제3 패드(220-3)는 V2 전위를, 제3 노드(N3)와 연결되는 제4 패드(220-4)는 V3 전위를, 제4 노드(N4)와 연결되는 제5 패드(220-5)는 V4 전위를, 제5 노드(N5)와 연결되는 제6 패드(220-6)는 V5 전위를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 제1 패드(220-1)와 제6 패드(220-6)는 보호회로(210)의 전원을 공급하는 경로에 포함될 수 있다. 제1 패드(220-1)는 보호회로(210)의 그라운드(GND) 단자와 연결되어 기준 전위값을 제공할 수 있다. 제6 패드(220-6)는 보호회로(210)의 전원이 되는 전압(GDD)이 인가되는 전원단과 연결되며, 상기 전원단과 상기 제6 패드(220-6) 사이에 전원 접촉패드(240-0)가 더 포함되어 있다. 즉, 보호회로(210)의 그라운드 단자에 인가되는 상기 기준 전위값은 제1 패드(220-1)에 인가되는 전위가 동일한 값을 가지고, 상기 전원단에 입력되는 전위는 제6 패드(220-6)에 인가되는 전위와 동일한 값을 갖느다. 이 경우, 제1 패드(220-1)는 보호회로(210)가 복수의 배터리 셀들을 전압을 측정하는데 필요한 기준 노드(N0)의 전위 정보를 제공하면서 보호회로(210)의 그라운드 단자와 연결되고, 제6 패드(220-6)는 보호회로(210)가 복수의 배터리 셀(23)들의 전압을 측정하는데 필요한 제5 노드(N5)의 전위 정보를 제공하면서 상기 전원단과 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 패드들(220-1 내지 220-6)은 금속 탭(21)이 인입될 수 있는 홀을 포함할 수 있으며, 노드들(N0 내지 N5) 각각과 연결된 급속 탭(21)이 상기 홀에 인입되어 노드들(N0 내지 N5)과 일대일로 패드(220)가 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 팩(10)은 상기 노드들(N0 내지 N5)과 각각 연결된 커넥터 핀(미도시)을 포함하는 커넥터(미도시)와, 복수의 패드들(220-1 내지 220-6)과 전기적으로 연결되고 상기 커넥터를 수용하는 커넥터 수용부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 커넥터 수용부는 보호회로 모듈(200)에 포함되며, 상기 커넥터 수용부에 상기 커넥터 핀이 인입되면, 복수의 패드들(220-1 내지 220-6) 각각은 노드들(N0 내지 N5)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 단순히 상기 커넥터를 상기 커넥터 수용부에 연결하기만 하면 복수의 패드들(220-1 내지 220-6)과 노드들(N0 내지 N5)은 전기적을 연결된다.
일 실시예에 따르면, 보호회로 모듈(200)과 노드들(N0 내지 N5)이 전기적으로 연결될 때 보호회로(210)의 제조사가 요구하는 접속 순서로 연결할 수 있다. 보호회로 모듈(200)과 노드들(N0 내지 N5)과 전기적으로 연결할 때, 상기 접속 순서로 전기적으로 연결되지 않으면 보호회로(210) 내의 소자들에 갑작스런 큰 전압의 인가될 수 있고, 이에 의해 보호회로(210) 내의 소자들이 소손되거나 오작동 될 수 있다.
예컨대, 복수의 패드들(220-1 내지 220-6)에 상기 복수의 노드들이 연결만으로 보호회로(210)에 상기 노드들(N0 내지 N5)의 전위가 전달되고 상기 복수의 배터리 셀(23)들과 보호회로 모듈(200)을 전기적으로 연결할 경우, 상기 접속 순서에 따라 복수의 패드들(220-1 내지 220-6) 사이를 움직이면서 납땜하거나 용접해야 한다. 이 경우, 복수의 배터리 셀(23)들과 보호회로 모듈(200)을 전기적으로 연결하는 조립 공정이 복잡하고 효율성이 떨어지며, 잘못된 순서로 납땜이나 용접이 될 수 있어, 보호회로(210)의 소자들이 소손될 우려도 크다.
일 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀(23)들과 보호회로 모듈(200)을 전기적으로 연결 한 후, 접촉패드(240)의 주 접촉패드(230)와 보조 접촉패드(231)가 전기적으로 연결될 때 노드들(N0 내지 N5)의 전위가 보호 회로에 인가된다. 접촉패드(240)들은 앞서 설명한 바와 같이 상기 접속 순서에 기초하여 상기 미리 설정된 배열 순서에 따라 일정한 방향으로 배열되어 있다. 이 경우, 보호회로(210)와 노드들(N0 내지 N5)을 전기적으로 연결하는 조립 공정에서 상기 일정한 방향으로 용접 내지 납땜을 진행하면 상기 접속 순서에 따라 보호회로(210)와 노드들(N0 내지 N5)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 한편, 복수의 배터리 셀(23)들과 보호회로 모듈(200)을 전기적으로 연결할 때, 상기 접속 순서를 지키지 않아도 되므로 일괄적으로 복수의 배터리 셀(23)들과 보호회로 모듈(200)을 전기적으로 연결하여 조립 공정을 간소화할 수 있으며 신속하게 조립 공정을 진행시킬 수 있다. 또한, 상기 일정한 방향은 접촉패드(240)들이 일직선 상에 위치하는 방향을 말한다.
일 실시예에 따르면, 도 4의 권장 인가 순서가 GND, VDD, V1, V2, V3, V4, V5일 때, 노드들(N0 내지 N5)과 연결되는 접촉패드(240)의 배열을 상기 권장 인가 순서를 갖도록 할 수 있다. 예를 들면, 전원 접촉패드(240-0)는 Vdd의 전위를 갖고, 제6 접촉패드(240-6)는 V5(Vdd와 동일한 전위), 제4 접촉패드(240-4)는 V4, 제3 접촉패드(240-3)는 V3, 제2 접촉패드(240-2)는 V2, 제1 접촉패드(240-1)는 V1, 기준 접촉패드(240)는 V0의 전위를 갖는다. 상기 미리 설정된 배열 순서는 특정 방향(C)으로 상기 권장 인가 순서에 따른다. 예를 들면, 상기 특정 방향(C)으로 전원 접촉패드(240-0), 기준 접촉패드(240), 제1 접촉패드(240-1), 제2 접촉패드(240-2), 제3 접촉패드(240-3), 제4 접촉패드(240-4), 제5 접촉패드(240-5), 제6 접촉패드(240-6) 순으로 배열시킨다. 한편, 보호회로(210)는 제1 패드(220-1)와 기준 노드(N0)가 전기적으로 연결되면 접촉패드(240)의 주 접촉패드(230)와 보조 접촉패드(231)의 연결과 무관하게 V0가 보호회로(210)의 그라운드 단자(GND)에 인가된다.
이 경우, 노드들(N0 내지 N5)의 전위를 보호회로(210)에 인가시킬 때, 상기 특정 방향(C)으로 용접이나 납땜을 진행하기만 하면 상기 권장 인가 순서를 지킬 수 있다. 따라서, 복수의 배터리 셀(23)들과 보호회로 모듈(200)을 전기적으로 연결시키는 조립 공정에서 상기 특정 방향(C)만 따르면 상기 권장 인가 순서에 의해 상기 노드들의 전위를 보호회로(210)에 순차적으로 인가할 수 있으므로, 상기 조립 공정을 단순화시킬 수 있고, 상기 조립 공정 중에 보호회로(210)의 소자가 소손되거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 보호회로(210)는 복수의 배터리 셀(23)들의 셀 밸런싱을 하기 위해 복수의 셀 밸런싱 저항(미도시)과 밸런싱 스위치(미도시)를 포함한다. 상기 밸런싱 스위치는 정격 전압 이상의 전압이 인가되면 소손될 수 있다. 특히, 보호회로(210)는 셀 밸런싱을 위해 복수의 배터리 셀(23)들 각각의 전압을 측정한다. 보호회로(210)는 복수의 배터리 셀(23)들 각각과 밸런싱 스위치(219)를 전기적으로 연결하고 있다. 보호회로(210)는 상기 밸런싱 스위치를 제어하여 복수의 배터리 셀(23)들의 셀 밸런싱을 수행한다. 보호회로(210)에 포함된 상기 밸런싱 스위치는 정격 전압 이하의 전압이 인가되어야 하는데, 복수의 배터리 셀(23)들과 보호회로 모듈(200)을 연결시킬 때 잘못된 순서로 연결되면 상기 밸런싱 스위치에 정격 전압을 초과하는 전압이 인가될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 상술한 바와 같이 접촉패드(240)들을 미리 설정된 방향으로 배열하고, 특정 방향으로 접촉패드(240)에 포함된 주 접촉패드(230)와 보조 접촉패드(231)를 전기적으로 연결시키면 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
10: 배터리 팩
20: 배터리
21: 금속 탭
23: 배터리 셀
120: 스위치 부
200: 보호회로 모듈
210: 보호회로
220: 패드
230: 주 접촉패드
231: 보조 접촉패드
240: 접촉패드

Claims (17)

  1. 복수의 배터리 셀들 각각과 전기적으로 연결되는 복수의 패드들;
    상기 복수의 배터리 셀들의 전압을 모니터링하고, 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱을 수행하는 보호회로; 및
    상기 복수의 패드들과 상기 보호회로 사이에 미리 설정된 배열 순서로 배치되는 복수의 접촉패드;를 포함하는 보호회로 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접촉패드는 상기 패드와 전기적으로 연결되는 주 접촉패드, 상기 주 접촉패드와 이격되고 상기 보호회로와 전기적으로 연결된 보조 접촉패드를 포함하는 보호회로 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주 접촉패드와 상기 보조 접촉패드는 용접 또는 납땜으로 연결되어 있는 보호회로 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미리 설정된 배열 순서는 상기 보호회로에 인가되는 상기 복수의 배터리 셀들의 전압의 크기에 따라 결정되는 보호회로 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 접촉패드는 일직선상에 상기 미리 설정된 배열 순서로 배치되는 보호회로 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 커넥터 핀이 형성되고 상기 복수의 배터리 셀들 각각과 전기적으로 연결된 커넥터를 수용하는 커넥터 수용부를 더 포함하고,
    상기 커넥터 수용부는 상기 복수의 패드들 각각과 전기적으로 연결된 보호회로 모듈.
  7. 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리; 및
    상기 복수의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되어 상기 복수의 배터리 셀들의 전압을 모니터링하고, 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱을 수행하는 보호회로를 포함하는 보호회로 모듈;을 포함하고,
    상기 보호회로 모듈은,
    상기 복수의 배터리 셀들 각각과 전기적으로 연결된 복수의 패드; 및
    상기 복수의 패드들과 상기 보호회로 사이에 미리 설정된 배열 순서로 배치되는 복수의 접촉패드;를 포함하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접촉패드는 상기 패드와 전기적으로 연결되는 주 접촉패드, 상기 주 접촉패드와 이격되고 상기 보호회로와 전기적으로 연결된 보조 접촉패드를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 주 접촉패드와 상기 보조 접촉패드는 용접 또는 납땜으로 연결되어 있는 배터리 팩.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 미리 설정된 배열 순서는 상기 보호회로에 인가되는 상기 복수의 배터리 셀들의 전압의 크기에 따라 결정되는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 접촉패드는 일직선상에 상기 미리 설정된 배열 순서로 배치되는 배터리 팩.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들 각각과 전기적으로 연결된 복수의 커넥터 핀을 포함하는 커넥터; 및
    상기 커넥터를 수용하고 상기 복수의 패드들과 각각 전기적으로 연결되고 상기 커넥터를 수용하는 커넥터 수용부;를 더 포함하는 배터리 팩.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 접촉패드는 도전성 금속 패턴으로 형성되는 배터리 팩.
  14. 주 접촉패드와 보조 접촉패드로 이루어지고 미리 설정된 배열 순서로 배열되어 있는 접촉패드, 복수의 배터리 셀들과 연결되는 복수의 패드 및 보호회로를 포함하는 보호회로 모듈을 준비하는 단계;
    상기 복수의 패드와 상기 복수의 배터리 셀들을 전기적으로 연결하여 상기 복수의 배터리 셀들과 상기 보호회로 모듈을 조립하는 단계; 및
    상기 주 접촉패드와 보조 접촉패드를 미리 설정된 방향으로 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 배터리 팩 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 주 접촉패드와 보조 접촉패드는 전기적으로 연결되면 상기 패드에 인가되는 전압이 상기 보호회로로 전달되는 배터리 팩의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 조립하는 단계에서,
    상기 복수의 패드와 상기 복수의 배터리 셀들이 연결되어도 상기 보호회로에 상기 복수의 배터리 셀들의 전압이 전달되지 않는 배터리 팩의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전기적으로 연결하는 단계에서,
    상기 주 접촉패드와 보조 접촉패드를 상기 미리 설정된 방향으로 전기적으로 연결하면, 기 설정된 권장 인가 순서로 전압이 상기 보호회로에 인가되는 배터리 팩의 제조방법.
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