KR20210012554A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20210012554A
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설지환
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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 길이 방향을 따라 제1, 제2 단부와 제1, 제2 단부 사이의 외주면을 포함하는 배터리 셀과, 배터리 셀을 모니터링 하기 위한 회로기판과, 회로기판으로부터 배터리 셀을 향하여 연장되며, 배터리 셀의 외주면에 대해 접촉되는 센서 유닛을 포함하되, 센서 유닛은, 배터리 셀의 외주면을 향하여 오목한 곡면을 포함하는 외장재와, 외장재 내의 서미스터 칩으로부터 외장재 외부로 인출되어 회로기판에 연결되는 리드선과, 외장재 내에 채워진 충진재를 포함한다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀의 온도를 민감하게 측정해낼 수 있으며, 배터리 셀의 이상 과열을 누락 없이 포착해내고, 충, 방전의 중지와 같은 보호동작을 신속하게 취할 수 있는 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 팩 형태로 사용되기도 한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 다수의 전지를 포함하는 팩 형태가 선호되며, 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 배터리 셀의 온도를 민감하게 측정해낼 수 있으며, 배터리 셀의 이상 과열을 누락 없이 포착해내고, 충, 방전의 중지와 같은 보호동작을 신속하게 취할 수 있는 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태는, 배터리 셀의 온도 정보와 더불어, 배터리 셀의 전압 정보를 함께 전달하는 통합형 센서 유닛을 적용함으로써, 온도 정보와 전압 정보의 전달을 위한 소신호 배선 구조가 단순화되면서도 서로 다른 정보를 전달하는 소신호 배선 간의 단락이나 주변 다른 구성과의 물리적인 간섭이나 전기적인 단락의 위험이 제거되는 배터리 팩을 포함한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,
길이 방향을 따라 제1, 제2 단부와, 상기 제1, 제2 단부 사이의 외주면을 포함하는 배터리 셀;
상기 배터리 셀을 모니터링 하기 위한 회로기판; 및
상기 회로기판으로부터 배터리 셀을 향하여 연장되며, 상기 배터리 셀의 외주면에 대해 접촉되는 센서 유닛을 포함하되,
상기 센서 유닛은,
상기 배터리 셀의 외주면을 향하여 오목한 곡면을 포함하는 외장재;
상기 외장재 내의 서미스터 칩으로부터 외장재 외부로 인출되어 회로기판에 연결되는 리드선; 및
상기 외장재 내에 채워진 충진재를 포함한다.
예를 들어, 상기 센서 유닛은, 상기 배터리 셀의 길이 방향을 추종하며 상기 회로기판에 대해 직립한 자세로 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 리드선은, 상기 외장재의 개방 단부를 통하여 외장재의 외부로 인출되며, 상기 회로기판의 리드 홀에 직립한 자세로 끼워져 결합될 수 있다.
예를 들어, 상기 센서 유닛은, 상기 개방 단부의 양편으로부터 회로기판을 향하여 돌출되는 결합 돌기의 쌍을 더 포함하며,
상기 결합 돌기의 쌍은, 상기 회로기판에 형성된 한 쌍의 결합 홀에 끼워질 수 있다.
예를 들어, 상기 외장재는,
상기 배터리 셀의 라운드진 외주면과 정합되도록 오목한 곡면을 포함하는 제1 면;
상기 제1 면과 반대편에 형성되며, 평편한 평면을 포함하는 제2 면;
상기 제1 면과 제2 면을 연결하는 측면으로, 제1 면과 접하는 제1 측면과, 제2 면과 접하는 제2 측면을 포함하는 측면을 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 면, 제2 면 및 측면은 상기 외장재의 폐쇄된 단면을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 면은, 외장재의 단면 중에서 가장 넓은 면적으로 형성되며,
상기 제2 면은, 외장재의 단면 중에서 가장 좁은 면적으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 측면은 제1 면으로부터 제1, 제2 측면의 경계를 향하여 확장되는 경향의 기울기를 갖고,
상기 제2 측면은 상기 제1, 제2 측면의 경계로부터 제2 면을 향하여 축소되는 경향의 기울기를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 셀의 외주면을 향하여 상기 센서 유닛을 압박하는 가압 부재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가압 부재는, 상기 센서 유닛 중, 배터리 셀과 접촉되는 제1 면과 반대되는 제2 면에 접촉될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 셀은, 다수의 배터리 셀을 포함하며,
상기 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀에 대한 조립 위치를 제공하며, 다수의 배터리 셀을 구조적으로 결속하는 셀 홀더를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 셀의 외주면을 향하여 상기 센서 유닛을 압박하는 가압 부재를 더 포함하며,
상기 가압 부재는,
상기 셀 홀더에 대해 고정된 일단 측의 고정부; 및
상기 일단 측의 고정부로부터 연장되어 상기 센서 유닛에 대해 접촉되는 타단 측의 가압부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가압 부재는, 상기 센서 유닛으로부터 이격된 일단 측의 고정부로부터 센서 유닛을 향하여 비스듬하게 연장되다가, 타단 측의 가압부에서 센서 유닛에 밀착되어 센서 유닛과 함께 배터리 셀의 길이 방향을 따라 수직으로 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 홀더는, 상기 회로기판과 배터리 셀 사이에 형성되며,
상기 셀 홀더에는, 상기 회로기판과 배터리 셀 사이에서 연장되는 센서 유닛이 관통하는 센서 관통 홀이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 외장재와 충진재는 서로 다른 수지 소재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 외장재는 열 가소성 수지를 포함하며,
상기 충진재는 열 경화성 수지를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 센서 유닛은, 상기 배터리 셀의 제1, 제2 단부 중에서 어느 일 단부와 전기적으로 연결되는 탭 부재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 탭 부재는, 상기 배터리 셀의 외주면을 가로질러 외장재를 관통하도록 연장되며, 상기 배터리 셀의 일 단부와 상기 회로기판을 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들어, 상기 탭 부재는 상기 외장재의 개방 단부를 통하여 리드선과 나란하게 외장재의 외부로 인출되어 회로기판에 연결되며,
상기 개방 단부와 반대되는 외장재의 바닥부를 관통하여 배터리 셀의 일 단부로 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 충진재는, 상기 탭 부재와, 리드선 사이에 개재되어 전기적인 절연을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀의 온도 정보를 출력하는 센서 유닛을 배터리 셀의 외주면에 대해 밀착시킴으로써, 배터리 셀의 온도를 민감하게 측정해낼 수 있으며, 배터리 셀의 이상 과열을 누락 없이 포착해내고, 이에 따라, 충, 방전의 중지와 같은 보호동작을 신속하게 취할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀의 온도 정보와 더불어, 배터리 셀의 전압 정보를 함께 전달하는 통합형 센서 유닛을 적용함으로써, 온도 정보와 전압 정보의 전달을 위한 소신호 배선 구조가 단순화되면서도 서로 다른 정보를 전달하는 소신호 배선 간의 단락이나 주변 다른 구성과의 물리적인 간섭이나 전기적인 단락의 위험을 제거할 수 있다.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩의 서로 다른 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 3에는 도 1에 도시된 배터리 셀의 전기적인 연결 상태를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 4 내지 도 6에는 본 발명의 일 실시형태에 관한 센서 유닛을 설명하기 위한 도면들로서, 도 4에는 센서 유닛의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 센서 유닛의 장착 상태를 보여주는 사시도가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5의 VI-VI 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 7에는 가압 부재를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 8에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 9에는 도 8의 일부를 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 10에는 도 9에 도시된 센서 유닛의 측면을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩의 서로 다른 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 1에 도시된 배터리 셀(10)의 전기적인 연결 상태를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀(10)과, 다수의 배터리 셀(10)이 끼워지는 셀 홀더(20)와, 상기 셀 홀더(20) 상에 배치되는 회로기판(50)을 포함할 수 있다.
이해의 편의를 위하여, 먼저 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 셀(10) 및 배터리 셀(10)의 전기적인 연결에 대해 살펴본 후에, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 배터리 팩의 전체적인 구조에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은, 제1, 제2 단부(10a,10b)와 상기 제1, 제2 단부(10a,10b) 사이를 연결하는 외주면(10c)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)에는 서로 다른 극성의 단자가 형성될 수 있고, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)와 연결되는 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)를 통하여 서로 다른 배터리 셀(10)과 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 방식으로 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 본 발명에서 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)는 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 상대적으로 상측에 배치된 단부와 상대적으로 하측에 배치된 단부를 구별하기 위한 것이며, 공간적인 배치에 따른 구분이므로, 서로 다른 배터리 셀(10)의 제1 단부(10a)는 서로 같은 극성을 갖거나 또는 서로 다른 극성을 가질 수 있고, 유사하게 서로 다른 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)는 서로 같은 극성을 갖거나 또는 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이에서 상하 반전되도록 상하 뒤집어지게 배치된 경우, 이들 배터리 셀(10)의 제1 단부(10a) 및 제2 단부(10b)는 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(10)은, 원통형 배터리 셀(10)로 마련될 수 있고, 제1, 제2 단부(10a,10b)는 소정의 반경을 갖는 원형으로 형성될 수 있으며, 상기 제1, 제2 단부(10a,10b)를 연결하는 외주면(10c)은 라운드진 형상으로 형성될 수 있다. 본 명세서를 통하여 상하 방향 또는 수직 방향은, 상기 배터리 셀(10)의 길이 방향, 그러니까, 상기 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)를 연결하는 외주면(10c)의 연장 방향을 의미할 수 있다.
상기 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)는 각각 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)는 각각 서로 다른 제1, 제2 셀 홀더(21,22, 도 1 참조) 상에 배치될 수 있고, 상기 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)는, 각각 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)로부터 회로기판(50)으로 연장되는 제1, 제2 탭(11a,12a)을 통하여 회로기판(50)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1, 제2 탭 플레이트(11,12) 및 회로기판(50)의 연결 구조에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 셀 홀더(20)는, 배터리 셀(10)을 사이에 개재하고 서로 마주하게 결합되는 제1, 제2 셀 홀더(21,22)를 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 셀 홀더(21,22)에는, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)를 둘러싸도록 수용부(20`)가 형성될 수 있고, 각각의 배터리 셀(10)은 제1, 제2 단부(10a,10b)가 수용부(20`)에 끼워지도록 제1, 제2 셀 홀더(21,22)에 조립되면서 배터리 셀(10)의 위치가 고정될 수 있다. 즉, 상기 셀 홀더(20)는 다수의 배터리 셀(10) 각각에 대한 조립 위치를 제공하면서 다수의 배터리 셀(10)을 구조적으로 결속할 수 있고, 다수의 배터리 셀(10)은, 셀 홀더(20)에 조립되면서 하나의 배터리 팩 형태로 모듈화될 수 있다.
상기 수용부(20`)는 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)를 둘러싸도록 원형으로 형성될 수 있고, 상기 수용부(20`)에 의해 둘러싸인 제1, 제2 단부(10a,10b)의 적어도 일부는, 셀 홀더(20)의 외측으로 노출될 수 있다. 상기 셀 홀더(20)의 외측으로 노출된 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)는, 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)와 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)는 수용부(20`)의 오프닝을 통하여 셀 홀더(20)의 외측으로 노출될 수 있으며, 수용부(20`)의 오프닝 주변에 형성된 스톱퍼(25, 도 2 참조)에 의해 배터리 셀(10)이 수용부(20`)의 오프닝을 통하여 이탈되지 않도록 위치 고정될 수 있다.
상기 제1, 제2 셀 홀더(21,22) 또는 상기 제1, 제2 셀 홀더(21,22)의 수용부(20`)는, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)를 둘러싸도록 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 소정의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 수용부(20`)는 소정의 두께로 형성되어 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 외주면(10c)의 적어도 일부를 노출시킬 수 있고, 노출된 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에는 배터리 셀(10)의 온도 정보를 검출하기 위한 센서 유닛(30)이 접촉될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1, 제2 셀 홀더(21,22) 또는 상기 제1, 제2 셀 홀더(21,22)의 수용부(20`)는 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 소정의 두께를 가질 수 있는데, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 중앙 영역에서는 수용부(20`)가 배제되도록 제1, 제2 셀 홀더(21,22) 또는 제1, 제2 셀 홀더(21,22)의 수용부(20`)의 두께가 제한될 수 있다. 이때, 제1, 제2 셀 홀더(21,22)의 수용부(20`)로부터 노출된 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에는 센서 유닛(30)이 접촉될 수 있다. 상기 센서 유닛(30)은 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 접촉하여 배터리 셀(10)의 온도 정보를 출력할 수 있다. 상기 센서 유닛(30)에 관한 기술적 사항은, 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 셀 홀더(20) 상에는 서로 다른 배터리 셀(10)의 전기적인 연결을 위한 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)와, 상기 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)와 전기적으로 연결되는 회로기판(50)이 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1, 제2 셀 홀더(21,22) 상에는 각각 서로 다른 배터리 셀(10)의 제1, 제2 단부(10a,10b)를 전기적으로 연결하기 위한 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)가 배치될 수 있고, 상기 제1, 제2 셀 홀더(21,22) 중에서 어느 하나의 셀 홀더(20), 예를 들어, 제1 셀 홀더(21) 상에는 회로기판(50)이 배치될 수 있다.
상기 회로기판(50)은, 배터리 셀(10)의 상태를 모니터링 하기 위하여, 배터리 셀(10)의 전압 정보 및 온도 정보를 입수할 수 있고, 입수된 배터리 셀(10)의 전압 정보 및 온도 정보에 근거하여 배터리 셀(10)의 충, 방전 동작을 제어하거나 또는 상기 회로기판(50)과 별도의 회로구성으로 하여금 배터리 셀(10)의 충,방전 동작을 제어하도록 할 수 있다.
상기 회로기판(50)은 제1, 제2 탭(11a,12a)을 통하여 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)와 전기적으로 연결될 수 있고, 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)와 연결된 배터리 셀(10)의 전압 정보를 입수할 수 있다. 상기 제1, 제2 탭(11a,12a)은, 각각 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)로부터 연장되어 회로기판(50)에 연결될 수 있으며, 제1, 제2 탭 플레이트(11,12)에 연결된 배터리 셀(10)의 전압 정보를 회로기판(50)으로 전달해줄 수 있다. 이때, 상기 회로기판(50)은 셀 홀더(20) 상에 배치될 수 있는데, 제1, 제2 셀 홀더(21,22) 중에서 선택적으로 제1 셀 홀더(21) 상에 배치되어 상대적으로 제2 탭 플레이트(12) 보다는 제1 탭 플레이트(11)에 인접한 위치에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 탭 플레이트(11)와 회로기판(50) 사이의 제1 탭(11a)의 길이는 상대적으로 짧게 형성될 수 있고, 제2 탭 플레이트(12)와 회로기판(50) 사이의 제2 탭(12a)의 길이는 상대적으로 길게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 탭(12a)은 셀 홀더(20)의 외측면을 따라 연장될 수 있으며, 제1, 제2 셀 홀더(21,22)의 외측면을 따라 연장되어 회로기판(50)으로 연결될 수 있다. 상기 제2 탭(12a)과 배터리 셀(10)의 외주면(10c) 사이에 셀 홀더(20)가 개재됨으로써, 제2 탭(12a)과 배터리 셀(10) 간의 전기적인 간섭이나 단락이 방지될 수 있다.
상기 제1, 제2 탭(11a,12a)은 회로기판(50)의 탭 홀(51)에 끼워질 수 있고, 셀 홀더(20) 상에 회로기판(50)을 장착하면서 회로기판(50)의 탭 홀(51)에, 제1, 제2 탭(11a,12a)이 함께 끼워지도록 조립됨으로써 일괄적으로 제1, 제2 탭(11a,12a)과 회로기판(50) 간의 전기적인 연결이 동시에 이루어질 수 있다. 상기 제1, 제2 탭(11a,12a)은 회로기판(50)의 탭 홀(51)에 솔더링 결합될 수 있다.
상기 회로기판(50)은, 센서 유닛(30)을 통하여 배터리 셀(10)의 온도 정보를 입수할 수 있다. 상기 센서 유닛(30)은 배터리 셀(10)의 외주면(10c) 상에 밀착되어 배터리 셀(10)의 온도 정보에 관한 전기적인 신호를 출력할 수 있고, 출력된 온도 전보는 회로기판(50)으로 전달될 수 있다. 상기 센서 유닛(30)은, 배터리 셀(10)에 대해 밀착되며, 배터리 셀(10)에 대해 밀착되는 제1 면(S1)과 반대되는 센서 유닛(30)의 제2 면(S2)에는 셀 홀더(20)로부터 연장되는 가압 부재(40)가 접촉되면서 센서 유닛(30)을 배터리 셀(10)에 대해 밀착시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6에는 본 발명의 일 실시형태에 관한 센서 유닛(30)을 설명하기 위한 도면들이 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 도 4에는 센서 유닛(30)의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 센서 유닛(30)의 장착 상태를 보여주는 사시도가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5의 VI-VI 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 상기 센서 유닛(30)은, 외장재(31)와, 상기 외장재(31) 내에 수용된 서미스터 칩(32)과, 서미스터 칩(32)으로부터 외장재(31)의 외부로 인출되는 한 쌍의 리드선(33)과, 상기 외장재(31) 내에 채워진 충진재(35)를 포함할 수 있다.
상기 외장재(31)는, 서미스터 칩(32) 및 서미스터 칩(32)과 연결된 한 쌍의 리드선(33)을 내부에 수용하도록 내부가 비워져 있는 튜브 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외장재(31)는 외부를 향하여 개방된 개방 단부(OP)를 포함할 수 있고, 상기 개방 단부(OP)를 통하여 한 쌍의 리드선(33)이 연결된 서미스터 칩(32)이 외장재(31) 내에 수용될 수 있다. 이때, 외장재(31)의 개방 단부(OP)를 통하여 충진재(35)가 주입되면서 서미스터 칩(32)이 위치 고정될 수 있으며, 외장재(31)로부터 서미스터 칩(32)을 향하는 열 흐름이 원활하게 형성될 수 있고, 외장재(31) 내부의 서미스터 칩(32)이 충진재(35)를 경유하여 배터리 셀(10)의 온도를 민감하게 포착해낼 수 있다. 상기 개방 단부(OP)를 제외한 외장재(31)의 다른 부분은 밀폐된 형태로 형성되어 액상 또는 겔상으로 주입되는 충진재(35)를 누출 없이 수용할 수 있다.
상기 충진재(35)는 유동성을 갖는 액상 또는 겔상으로 주입된 후에 경화 가능하도록 열경화성 수지로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 열전도성 측면에서 유리한 에폭시 수지로 형성될 수 있다. 상기 충진재(35)는, 배터리 셀(10)과 직접 접촉을 형성하는 외장재(31)로부터 서미스터 칩(32)을 향하는 열 흐름이 원활하게 이루어지도록 열전도성이 우수한 소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 서미스터 칩(32)은, 온도에 따라 저항이 변화되는 가변 저항체를 포함할 수 있고, 한 쌍의 리드선(33)을 연결하는 가변 저항체를 포함하여, 한 쌍의 리드선(33) 양단의 전압차를 측정하는 방식으로 온도 변화를 포착할 수 있다. 상기 서미스터 칩(32)과 한 쌍의 리드선(33)은 서로 전기적으로 연결될 수 있고, 한 쌍의 리드선(33)이 연결된 서미스터 칩(32)이 외장재(31)의 개방 단부(OP)를 통하여 외장재(31) 내부에 수용된 후에, 외장재(31) 내부에 충진재(35)를 주입함으로써 한 쌍의 리드선(33)이 연결된 서미스터 칩(32)이 외장재(31) 내에서 위치 고정될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 외장재(31)는, 배터리 셀(10)의 외주면(10c)과 마주하는 제1 면(S1)과, 상기 제1 면(S1)과 반대편의 제2 면(S2)과, 제1, 제2 면(S1,S2)을 서로 연결해주는 측면(S3)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 외장재(31)의 제1, 제2 면(S1,S2)과 측면(S3)은, 외장재(31)의 폐쇄된 단면을 형성할 수 있다. 한편, 상기 외장재(31)는 센서 유닛(30)의 외형을 형성하는 것으로, 상기 외장재(31)의 제1 면(S1), 제2 면(S2) 및 측면(S3)은, 센서 유닛(30)의 제1 면(S1), 제2 면(S2) 및 측면(S3)에 해당될 수 있다.
상기 외장재(31)의 제1 면(S1)은 라운드진 배터리 셀(10)의 외주면(10c)과 마주하는 오목한 곡면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 셀(10)은 원통형 배터리 셀(10)로 마련될 수 있고, 이때, 상기 제1 면(S1)은, 원통형 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 정합되도록 일정한 곡률을 갖는 오목한 곡면을 포함할 수 있으며, 배터리 셀(10)을 둘러싸는 원호의 일부로 형성될 수 있다. 상기 외장재(31)의 제1 면(S1)이 배터리 셀(10)의 외주면(10c)을 둘러싸면서 밀착될 수 있도록 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대응되는 오목한 곡면으로 형성됨으로써, 외장재(31)와 배터리 셀(10) 사이가 들뜨거나 이들 사이에 틈새가 생기지 않을 수 있고, 이에 따라, 외장재(31)와 배터리 셀(10) 사이의 열 저항이 줄어들 수 있다. 상기 외장재(31)의 제1 면(S1)은, 센서 유닛(30) 중 배터리 셀(10)과 마주하는 외면을 형성하며 배터리 셀(10)에 대해 접촉되는 부분으로, 외장재(31)의 제1 면(S1)이 배터리 셀(10)과의 사이에 틈새 없이 배터리 셀(10)에 대해 밀착됨으로써, 배터리 셀(10)의 온도를 민감하게 측정해낼 수 있으며, 배터리 셀(10)의 이상 과열을 누락 없이 포착해내고, 이에 따라, 충, 방전의 중지와 같은 보호동작을 신속하게 취할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 외장재(31)의 제1 면(S1)은, 배터리 셀(10)과의 충분한 접촉 면적을 확보할 수 있도록 외장재(31)의 단면 중에서 가장 넓은 면적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외장재(31)의 제1 면(S1)은, 반대편의 제2 면(S2)이나, 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 연결해주는 측면(S3) 보다 넓은 면적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 면(S2)은, 오목한 곡면을 포함하는 제1 면(S1)과 반대되는 편에 형성되며, 평편한 평면을 포함할 수 있다. 상기 제2 면(S2)에는, 센서 유닛(30)을 배터리 셀(10)의 외주면(10c)을 향하여 압박하는 가압 부재(40)가 접촉될 수 있고, 가압 부재(40)와의 안정적인 면 접촉을 유지하도록 상기 제2 면(S2)은, 제1 면(S1)과 달리, 평편한 평면을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 외장재(31)의 제2 면(S2)은, 외장재(31)의 단면 중에서 가장 좁은 면적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외장재(31)의 제2 면(S2)은, 반대편의 제1 면(S1)이나, 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 연결해주는 측면(S3) 보다 좁은 면적으로 형성될 수 있다. 상기 외장재(31)는 센서 유닛(30)의 외형을 형성하는 것으로, 주변의 다른 구성과의 물리적인 간섭을 야기할 수 있으며, 예를 들어, 상기 센서 유닛(30)은 조밀하게 배열된 배터리 셀(10)들 사이에 개재될 수 있으므로, 측정 대상의 배터리 셀(10)로부터 가장 멀리 배치되어 주변의 다른 배터리 셀(10)과의 간섭이 우려되는 외장재(31)의 제2 면(S2)은 가장 좁은 면적으로 형성할 수 있다. 상기 외장재(31)의 제2 면(S2)은 가압 부재(40)와의 면 접촉을 통하여 충분한 압력을 발휘할 수 있는 한도에서 충분히 좁게 형성됨으로써, 주변 다른 배터리 셀(10)과의 간섭을 회피할 수 있다.
상기 제1 면(S1)과 제2 면(S2) 사이의 측면(S3)은, 제1 면(S1)과 접하는 제1 측면(S31)과, 제2 면(S2)과 접하는 제2 측면(S32)을 포함할 수 있다. 상기 측면(S3)은, 가장 넓은 제1 면(S1)과 가장 좁은 제2 면(S2) 사이를 연결할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 측면(S31)은 제1 면(S1)으로부터 제1, 제2 측면(S31,S32)의 경계를 향하여 확장되는 경향의 기울기를 갖는 빗면을 포함할 수 있고, 제1 면(S1)으로부터 확장되면서 제1 면(S1)을 안정적으로 떠받쳐 지지해줄 수 있다. 상기 제2 측면(S32)은 제1, 제2 측면(S31,S32)의 경계로부터 제2 면(S2)을 향하여 축소되는 경향의 기울기를 갖는 빗면을 포함할 수 있고, 제2 면(S2)을 향하여 축소되면서 주변 다른 배터리 셀(10)과의 물리적인 간섭을 회피할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 측면(S31)과 제2 측면(S32)은 서로 반대되는 기울기를 가질 수 있고, 상기 제1, 제2 측면(S31,S32)의 경계에서 기울기가 반전되는 마름모 형태의 측면을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 측면(S31) 보다는 제2 측면(S32)이 상대적으로 넓게 형성될 수 있고, 이에 따라, 주변 다른 배터리 셀(10)과의 간섭을 최대한 회피하도록 설계될 수 있다.
상기 외장재(31)는 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대해 밀착될 수 있도록 탄성 내지는 유연성을 갖는 연성 소재로 형성될 수 있고, 예를 들어, 열가소성 수지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외장재(31)는, 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대해 가압 접촉될 수 있는데, 이때, 상기 외장재(31)는 유연하게 변형되면서 배터리 셀(10)의 외주면(10c)을 둘러싸며 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대해 밀착될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 외장재(31)에는 회로기판(50)을 향하여 돌출된 결합 돌기(38)의 쌍이 형성될 수 있다. 상기 결합 돌기(38)의 쌍은, 회로기판(50)에 형성된 결합 홀(58)의 쌍에 끼워지면서 외장재(31)를 포함하는 센서 유닛(30)을 위치 고정시킬 수 있다. 상기 결합 돌기(38)는, 외장재(31)의 개방 단부(OP)에 형성될 수 있고, 개방 단부(OP)로부터 회로기판(50)을 향하여 돌출되도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 결합 돌기(38)는, 개방 단부(OP)의 양단부(10)에서 쌍으로 형성될 수 있으며, 쌍으로 형성된 결합 돌기(38)의 내측으로 한 쌍의 리드선(33)이 인출될 수 있다. 상기 센서 유닛(30)의 결합 돌기(38)가 회로기판(50)의 결합 홀(58)에 끼워지면서 센서 유닛(30)은 회로기판(50)에 대해 직립한 상태로 결합될 수 있다.
상기 센서 유닛(30)은, 배터리 셀(10)의 길이 방향을 추종하면서 회로기판(50)에 대해 직립한 상태로 결합될 수 있다. 여기서, 센서 유닛(30)이 회로기판(50)에 대해 직립한 상태로 결합된다는 것은, 센서 유닛(30)이 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 회로기판(50)으로부터 수직 또는 수직에 가깝게 세워진 형태로 연장되면서 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 접촉한다는 것을 의미할 수 있다. 여기서, 센서 유닛(30)의 연장 방향은, 한 쌍의 리드선(33)의 연장 방향을 의미할 수 있고, 한 쌍의 리드선(33)은 회로기판(50)으로부터 수직 또는 수직에 가깝게 세워진 형태로 연장될 수 있다. 상기 한 쌍의 리드선(33)은 직립한 자세로 회로기판(50)의 서로 다른 리드 홀(53)에 끼워져 도전성 결합될 수 있으며, 한 쌍의 리드선(33)의 결합을 통하여 센서 유닛(30)이 회로기판(50)에 대해 결합될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 센서 유닛(30)과 회로기판(50)은, 센서 유닛(30)의 결합 돌기(38)와 회로기판(50)의 결합 홀(58) 간의 끼움 결합과, 센서 유닛(30)의 한 쌍의 리드선(33)과 회로기판(50)의 리드 홀(53) 간의 도전성 결합에 의해 이중으로 위치 고정될 수 있다. 예를 들어, 1차적으로 센서 유닛(30)의 결합 돌기(38)와 회로기판(50)의 결합 홀(58) 간의 끼움 결합에 의해 센서 유닛(30)이 안정적으로 위치 고정된 상태에서, 2차적으로 센서 유닛(30)의 한 쌍의 리드선(33)과 회로기판(50)의 리드 홀(53) 간의 도전성 결합이 이루어질 수 있다. 상기 한 쌍의 리드선(33)과 회로기판(50) 간의 도전성 결합은 솔더링 결합으로 이루어질 수 있으며, 상기 한 쌍의 리드선(33)은, SMT(surface mount technology)에 의해 리플로우 솔더링 될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 한 쌍의 리드선(33)은 리지드한 금속 로드 또는 금속 박판으로 형성되어 한 쌍의 리드선(33)은 회로기판(50)의 리드 홀(53)에 끼워진 후 리플로우 솔더링으로 회로기판(50)과 결합될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 한 쌍의 리드선(33)은, 유연한 금속 와이어로 형성되어 한 쌍의 리드선(33)은 회로기판(50)의 도전 패드(미도시) 상에 솔더링 결합될 수도 있다.
상기 센서 유닛(30)은 회로기판(50)으로부터 수직 또는 수직에 가깝게 세워진 형태로 연장되면서 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 접촉될 수 있다. 이때, 회로기판(50)에 대해 결합된 센서 유닛(30)의 결합 위치(P)와 배터리 셀(10)의 외주면(10c)은 서로 수직으로 위치 정렬되거나 또는 센서 유닛(30)의 결합 위치(P)는 배터리 셀(10)의 외주면(10c)으로부터 여유 갭을 두고 형성되되 상기 센서 유닛(30)의 결합 위치(P)로부터 연장되는 센서 유닛(30)이 가압 부재(40)에 의해 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대해 압박되면서 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대해 밀착될 수 있다.
도 7에는 가압 부재(40)를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 5 및 도 7을 함께 참조하면, 상기 가압 부재(40)는 센서 유닛(30)을 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대해 압박할 수 있다. 즉, 상기 가압 부재(40)는 센서 유닛(30)의 제2 면(S2)과 면 접촉을 형성하면서 센서 유닛(30)을 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대해 압박하여 센서 유닛(30)의 제1 면(S1)이 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대해 밀착되도록 할 수 있다. 상기 가압 부재(40)는 일단 측의 고정부(41)과 타단 측의 가압부(42)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가압 부재(40)는 셀 홀더(20)에 고정될 수 있고, 셀 홀더(20)에 고정된 일단 측의 고정부(41)로부터 센서 유닛(30)을 따라 하방으로 연장되면서 타단 측의 가압부(42)를 통하여 센서 유닛(30)을 압박할 수 있다. 즉, 상기 가압 부재(40)는 일단 측의 고정부(41)로부터 센서 유닛(30)을 향하여 비스듬하게 연장되다가 가압부(42)에 이르러 센서 유닛(30)에 대해 밀착되면서 휨 변형되어 센서 유닛(30)과 나란하게 배터리 셀(10)의 길이 방향을 따라 수직으로 연장될 수 있다. 즉, 상기 가압 부재(40)는 센서 유닛(30) 중에서 한 쌍의 리드선(33)이 형성된 상부 보다는 서미스터 칩(32)이 형성된 하부를 집중적으로 압박할 수 있으며, 상기 가압 부재(40) 중에서 한 쌍의 리드선(33)과 마주하는 고정부(41) 측은 센서 유닛(30)으로 이격되되, 서미스터 칩(32)과 마주하는 가압부(42) 측은 센서 유닛(30)에 대해 밀착되면서 센서 유닛(30, 보다 구체적으로 서미스터 칩 32)을 배터리 셀(10)의 외주면(10c) 방향으로 압박할 수 있다. 상기 센서 유닛(30) 중에서 서미스터 칩(32)은 실질적으로 배터리 셀(10)의 온도를 측정하는 부분에 해당되므로, 배터리 셀(10)과의 열적 접촉이 원활하게 이루어질 수 있도록 서미스터 칩(32)은 배터리 셀(10)을 향하여 압박될 수 있다. 이와 같이, 상기 가압 부재(40)는 센서 유닛(30)의 전체가 아닌 서미스터 칩(32)이 배치된 하부를 집중적으로 가압함으로써, 서미스터 칩(32)을 배터리 셀(10)을 향하여 효과적으로 밀착시킬 수 있다.
상기 센서 유닛(30)과 관련하여, 상기 셀 홀더(20)에는 상기 가압 부재(40)와 함께, 센서 관통 홀(21`)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가압 부재(40) 및 센서 관통 홀(21`)은, 제1, 제2 셀 홀더(21,22) 중에서 회로기판(50)이 배치된 제1 셀 홀더(21)에 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 센서 유닛(30)은 제1 셀 홀더(21)에 형성된 센서 관통 홀(21`)을 경유하여 제1 셀 홀더(21) 위의 회로기판(50)과 제1 셀 홀더(21) 아래의 배터리 셀(10) 사이에서 연장될 수 있다. 즉, 상기 센서 유닛(30)은 회로기판(50)으로부터 직립한 자세로 연장되면서 셀 홀더(20)의 센서 관통 홀(21`)을 통과하여 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 접촉될 수 있다. 이때, 상기 가압 부재(40)는 센서 관통 홀(21`)의 주변에 형성된 일단 측의 고정부(41)로부터 연장되어 센서 유닛(30)과 대체로 나란한 방향을 따라 직립한 자세로 연장될 수 있고, 타단의 가압부(42)를 통하여 센서 유닛(30)을 압박할 수 있다.
도 8에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 9에는 도 8의 일부를 도시한 사시도가 도시되어 있다. 그리고, 도 10에는 도 9에 도시된 센서 유닛(130)의 측면을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 상기 배터리 팩은, 배터리 셀(10)과, 배터리 셀(10)이 끼워진 셀 홀더(20)와, 상기 셀 홀더(20) 상에 배치되는 회로기판(50)과, 상기 회로기판(50)과 연결되는 센서 유닛(130)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시형태에서, 상기 센서 유닛(130)은, 배터리 셀(10)의 온도 신호와 더불어, 전압 신호를 함께 회로기판(50)으로 전달해줄 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 실시형태에서 센서 유닛(30)은, 배터리 셀(10)의 온도 신호를 전달하며, 배터리 셀(10)의 전압 신호는 별도의 제1, 제2 탭(11a,12a)을 통하여 회로기판(50)으로 전달되는 구조를 갖고 있으나, 도 8에 도시된 실시형태에서 센서 유닛(130)은, 배터리 셀(10)의 온도 신호는 물론이고 전압 신호도 함께 회로기판(50)으로 전달해줄 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 센서 유닛(130)은, 외장재(131)와, 상기 외장재(131) 내에 수용된 서미스터 칩(132)과, 서미스터 칩(132)으로부터 외장재(131)의 외부로 인출되는 한 쌍의 리드선(133)과, 상기 외장재(131)를 관통하도록 연장되면서 배터리 셀(10)의 일 단부, 예를 들어, 제2 단부(10b)와 전기적으로 연결되는 탭 부재(136)와, 상기 외장재(131) 내에 채워진 충진재(135)를 포함할 수 있다.
상기 외장재(131)는 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대해 밀착될 수 있으며, 가압 부재(미도시)에 의해 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 대해 압박될 수 있다. 상기 외장재(131)의 단면 구조는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명된 바와 같이, 배터리 셀(10)의 외주면(10c)을 향하여 오목한 곡면을 포함하는 제1 면(S1)과, 상기 제1 면(S1)과 반대되는 평편한 제2 면(S2)과, 상기 제1, 제2 면(S1,S2)을 연결하는 측면(S3)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 측면(S3)은 상대적으로 넓은 제1 면(S1)과 상대적으로 좁은 제2 면(S2)을 연결하면서, 제1 면(S1)과 연결되는 제1 측면(S31)과 제2 면(S2)과 연결되는 제2 측면(S32)을 포함할 수 있다. 상기 외장재(131) 및 충진재(135)의 소재 특성이나 기타 다른 기술적 사항은 앞서 설명된 바와 사실상 유사하므로, 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
도 9 및 도 10을 함께 참조하면, 상기 탭 부재(136)는, 상기 외장재(131)를 관통하도록 연장될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탭 부재(136)는, 회로기판(50)에 연결된 일단의 제1 도전부(136a)와, 배터리 셀(10)의 일 단부, 예를 들어, 제2 단부(10b)와 전기적으로 연결되는 타단의 제2 도전부(136b)와, 상기 제1, 제2 도전부(136b) 사이에서 외장재(131)를 가로질러 연장되는 연장부(136c)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 탭 부재(136)의 제2 도전부(136b)는, 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 배터리 셀(10)의 외주면(10c, 보다 구체적으로, 외장재 131)을 가로질러 연장되면서 회로기판(50)으로부터 상대적으로 멀리 배치된 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 탭 부재(136)의 제2 도전부(136b)는 배터리 셀(10)의 제1 단부(10a)와 전기적으로 연결될 수도 있다. 다만, 상기 탭 부재(136)는 배터리 셀(10)의 외주면(10c, 보다 구체적으로, 외장재 131)을 가로질러 연장되면서 회로기판(50)과 배터리 셀(10)의 일 단부, 예를 들어, 제2 단부(10b)를 연결하므로, 상대적으로 회로기판(50)에 인접한 배터리 셀(10)의 제1 단부(10a) 보다는 상대적으로 회로기판(50)으로부터 멀리 배치된 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)와 전기적으로 연결되는 것이 선호될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)는 배터리 셀(10)의 외주면(10c, 보다 구체적으로, 외장재 131)을 가로질러 상대적으로 긴 길이로 연장될 수 있으나, 상기 배터리 셀(10)의 제1 단부(10a)는 상대적으로 짧은 길이로 연장되는 제1 탭(11a, 도 8 참조)을 통하여 회로기판(50)과 전기적으로 연결될 수 있으므로, 배터리 셀(10)의 외주면(10c, 보다 구체적으로, 외장재 131)을 경유하도록 우회하지 않을 수 있다.
본 발명에서 탭 부재(136)의 제2 도전부(136b)가 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)와 전기적으로 연결된다는 것은, 탭 부재(136)의 제2 도전부(136b)가 직접 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)에 연결되거나 또는 제2 탭 플레이트(12)를 통하여 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)와 연결되는 것을 모두 포괄할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 탭 부재(136)의 제2 도전부(136b)는, 제2 탭 플레이트(12)에 연결될 수 있고, 제2 탭 플레이트(12)를 통하여 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 탭 부재(136)의 제2 도전부(136b)는, 직접 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)에 연결될 수도 있다.
도 9를 참조하면, 상기 탭 부재(136)는 외장재(131)의 개방 단부(OP)를 통하여 한 쌍의 리드선(133)과 함께 나란하게 외부로 인출될 수 있다. 상기 외장재(131)의 개방 단부(OP)에는 한 쌍의 결합 돌기(138)가 형성될 수 있고, 상기 결합 돌기(138)의 내측에서 상기 탭 부재(136)와 한 쌍의 리드선(133)이 나란하게 외부로 인출될 수 있다. 이때, 탭 부재(136)의 제1 도전부(136a)와 한 쌍의 리드선(133)은, 회로기판(50)에서 서로 인접하게 형성된 탭 부재 홀(56) 및 리드 홀(53)에 연결됨으로써, 탭 부재(136)를 통하여 입수되는 전압 정보와, 한 쌍의 리드선(133)을 통하여 입수되는 온도 정보를 처리하는 회로 영역이 서로 밀집된 형태로 형성되어 회로 영역의 면적이 감소될 수 있고, 그 만큼 회로기판(50)의 면적이 줄어들거나 또는 절약된 면적이 다른 처리를 위한 회로 영역으로 할애될 수 있다. 예를 들어, 상기 탭 부재(136)의 제1 도전부(136a)와 한 쌍의 리드선(133)은, 직립한 자세로 회로기판(50)의 탭 부재 홀(56) 및 리드 홀(53)에 끼워져 결합될 수 있고, 예를 들어, 회로기판(50)의 탭 부재 홀(56) 및 리드 홀(53)에 솔더링 결합될 수 있다. 이때, 상기 한 쌍의 리드선(133)과 더불어, 탭 부재(136)가 회로기판(50)에 함께 결합되면서 센서 유닛(130)을 보다 견고하게 위치 고정시켜줄 수 있고, 예를 들어, 외부 진동이나 충격에도 불구하고 센서 유닛(130)이 유동하지 않고 견고하게 위치 고정될 수 있다.
상기 탭 부재(136)는 개방 단부(OP)와 반대되는 외장재(131)의 바닥부를 관통하여 배터리 셀(10)의 제2 단부(10b)를 향하여 연장될 수 있다. 상기 외장재(131)의 바닥부에는 탭 부재(136)의 관통 홀(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 관통 홀(미도시)과 탭 부재(136) 사이는 실링 처리되어 외장재(131)의 내부로 주입되는 충진재(135)가 누출되지 않도록 할 수 있다.
상기 센서 유닛(130)은 회로기판(50)에 대해 직립한 상태로 결합될 수 있다. 즉, 센서 유닛(130)은 배터리 셀(10)의 길이 방향을 추종하며 회로기판(50)으로부터 수직 또는 수직에 가깝게 세워진 형태로 연장되면서 배터리 셀(10)의 외주면(10c)에 접촉할 수 있다. 여기서, 센서 유닛(30)의 연장 방향이란, 탭 부재(136)의 연장 방향을 의미할 수 있고, 또한, 한 쌍의 리드선(133)의 연장 방향을 의미할 수 있다. 적어도 상기 탭 부재(136) 중에서 연장부(136c)는, 한 쌍의 리드선(133)과 나란하게 회로기판(50)으로부터 수직 또는 수직에 가깝게 세워진 형태로 연장되면서 센서 유닛(130)의 연장 방향을 형성할 수 있다. 상기 탭 부재(136)와 한 쌍의 리드선(133)은 서로 다른 전기 신호, 그러니까, 전압 정보 및 온도 정보를 전달하는 것으로, 외장재(131) 내에 주입된 충진재(135)에 의해 서로로부터의 이격이 확보될 수 있고 서로로부터의 전기적인 절연이 확보될 수 있다. 본 실시형태에서는, 회로기판(50)에 대해 배터리 셀(10)의 온도 정보와 더불어, 배터리 셀(10)의 전압 정보를 함께 전달하는 통합형 센서 유닛(130)을 적용함으로써, 온도 정보와 전압 정보의 전달을 위한 소신호 배선 구조가 단순화되면서도 서로 다른 정보를 전달하는 소신호 배선 간의 단락이나 주변 다른 구성과의 물리적인 간섭이나 전기적인 단락의 위험을 제거할 수 있다. 동일한 외장재(131) 내에서 탭 부재(136)와, 한 쌍의 리드선(133)을 위치 고정시킴으로써, 전체적으로 배선 구조를 단순화시킬 수 있고, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 센서 유닛(30)과 별도로 형성되면서 상대적으로 길게 연장되는 제2 탭(12a)이 생략될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 실시형태에서, 제2 탭(12a)은 배터리 셀(10)과의 전기적인 단락을 피하기 위해 셀 홀더(20)의 외측면을 따라 연장되면서 제2 탭(12a)의 유동이나 나풀거림에 의해 주변 다른 구성과의 물리적인 간섭이나 전기적인 단락의 위험이 있으나, 도 10에 도시된 실시형태에서는 센서 유닛(130)을 통하여 탭 부재(136)를 견고하게 위치 고정시킬 수 있고, 외장재(131)를 개재하여 배터리 셀(10)이나 주변 다른 구성과의 절연을 확보할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10 : 배터리 셀 11: 제1 탭 플레이트
12 : 제2 탭 플레이트 20 : 셀 홀더
20` : 수용부 21` : 센서 관통 홀
30,130 : 센싱 유닛 31,131 : 외장재
32,132 : 서미스터 칩 33,133 : 리드선
35,135 : 충진재 38,138 : 결합 돌기
40: 가압 부재 41 : 고정부
42: 가압부 50 : 회로기판
51 : 탭 홀 53 : 리드 홀
56 : 탭 부재 홀 58 : 결합 홀
136 : 탭 부재 136a : 제1 도전부
136b : 제2 도전부 136c : 연장부

Claims (20)

  1. 길이 방향을 따라 제1, 제2 단부와, 상기 제1, 제2 단부 사이의 외주면을 포함하는 배터리 셀;
    상기 배터리 셀을 모니터링 하기 위한 회로기판; 및
    상기 회로기판으로부터 배터리 셀을 향하여 연장되며, 상기 배터리 셀의 외주면에 대해 접촉되는 센서 유닛을 포함하되,
    상기 센서 유닛은,
    상기 배터리 셀의 외주면을 향하여 오목한 곡면을 포함하는 외장재;
    상기 외장재 내의 서미스터 칩으로부터 외장재 외부로 인출되어 회로기판에 연결되는 리드선; 및
    상기 외장재 내에 채워진 충진재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 유닛은, 상기 배터리 셀의 길이 방향을 추종하며 상기 회로기판에 대해 직립한 자세로 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리드선은, 상기 외장재의 개방 단부를 통하여 외장재의 외부로 인출되며, 상기 회로기판의 리드 홀에 직립한 자세로 끼워져 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개방 단부의 양편으로부터 회로기판을 향하여 돌출되는 결합 돌기의 쌍을 더 포함하며,
    상기 결합 돌기의 쌍은, 상기 회로기판에 형성된 한 쌍의 결합 홀에 끼워지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외장재는,
    상기 배터리 셀의 라운드진 외주면과 정합되도록 오목한 곡면을 포함하는 제1 면;
    상기 제1 면과 반대편에 형성되며, 평편한 평면을 포함하는 제2 면;
    상기 제1 면과 제2 면을 연결하는 측면으로, 제1 면과 접하는 제1 측면과, 제2 면과 접하는 제2 측면을 포함하는 측면을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 면, 제2 면 및 측면은 상기 외장재의 폐쇄된 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 면은, 외장재의 단면 중에서 가장 넓은 면적으로 형성되며,
    상기 제2 면은, 외장재의 단면 중에서 가장 좁은 면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 측면은 제1 면으로부터 제1, 제2 측면의 경계를 향하여 확장되는 경향의 기울기를 갖고,
    상기 제2 측면은 상기 제1, 제2 측면의 경계로부터 제2 면을 향하여 축소되는 경향의 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 외주면을 향하여 상기 센서 유닛을 압박하는 가압 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가압 부재는, 상기 센서 유닛 중, 배터리 셀과 접촉되는 제1 면과 반대되는 제2 면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은, 다수의 배터리 셀을 포함하며,
    다수의 배터리 셀에 대한 조립 위치를 제공하며, 다수의 배터리 셀을 구조적으로 결속하는 셀 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 외주면을 향하여 상기 센서 유닛을 압박하는 가압 부재를 더 포함하며,
    상기 가압 부재는,
    상기 셀 홀더에 대해 고정된 일단 측의 고정부; 및
    상기 일단 측의 고정부로부터 연장되어 상기 센서 유닛에 대해 접촉되는 타단 측의 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가압 부재는, 상기 센서 유닛으로부터 이격된 일단 측의 고정부로부터 센서 유닛을 향하여 비스듬하게 연장되다가, 타단 측의 가압부에서 센서 유닛에 밀착되어 센서 유닛과 함께 배터리 셀의 길이 방향을 따라 수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 셀 홀더는, 상기 회로기판과 배터리 셀 사이에 형성되며,
    상기 셀 홀더에는, 상기 회로기판과 배터리 셀 사이에서 연장되는 센서 유닛이 관통하는 센서 관통 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 외장재와 충진재는 서로 다른 수지 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 외장재는 열 가소성 수지를 포함하며,
    상기 충진재는 열 경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 센서 유닛은, 상기 배터리 셀의 제1, 제2 단부 중에서 어느 일 단부와 전기적으로 연결되는 탭 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 탭 부재는, 상기 배터리 셀의 외주면을 가로질러 외장재를 관통하도록 연장되며, 상기 배터리 셀의 일 단부와 상기 회로기판을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 탭 부재는 상기 외장재의 개방 단부를 통하여 리드선과 나란하게 외장재의 외부로 인출되어 회로기판에 연결되며,
    상기 개방 단부와 반대되는 외장재의 바닥부를 관통하여 배터리 셀의 일 단부로 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 충진재는, 상기 탭 부재와, 리드선 사이에 개재되어 전기적인 절연을 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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