KR20240022975A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 전자 디바이스 - Google Patents

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KR20240022975A
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Abstract

본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 전자 디바이스에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수개의 전지 셀을 포함하는 셀 모듈과; 상기 셀 모듈과 전기적으로 연결되며, 실장면과, 상기 실장면과 접하는 복수의 측면을 포함하는 회로 기판과; 상기 회로 기판의 실장면 상에 배치되며, 적어도 하나의 체결홀을 포함하는 적어도 하나의 단자대와; 상기 적어도 하나의 체결홀에 체결되는 적어도 하나의 체결 볼트를 포함하며, 상기 체결 볼트의 적어도 일부는 상기 회로 기판의 복수의 측면 중 적어도 어느 하나의 측면이 향하는 제1 방향으로 상기 단자대 보다 돌출되고, 상기 체결 볼트는 상기 단자대에 간이 하게 고정될 수 있다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 전자 디바이스{BATTERY PACK AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 전자 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조립 작업 편의성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전자 디바이스에 관한 것이다.
최근 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기와 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
이차 전지는 대용량의 배터리 팩에 복수개 구비될 수 있다. 배터리 팩은 전지 작동 상태나, 전지 수명을 파악하기 위해 기본적으로 복수의 전지셀의 전류 및 온도 변화를 측정하고, 복수의 전지셀의 충반전을 제어 하도록 구성된 배터리 관시 시스템(Battery Management System: BMS) 모듈을 구비할 수 있다. BMS 모듈은 복수의 전지셀들의 전기적 제어를 위한 퓨즈 및 릴레이 등을 포함할 수 있다. 퓨즈 및 릴레이와 같은 전자 부품은 체결 볼트 및 체결 너트를 통해 체결되기 전까지 간이로 거치 및 고정될 수 없어 작업 편의성이 저하될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 작업 편의성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수개의 전지 셀을 포함하는 셀 모듈과; 상기 셀 모듈과 전기적으로 연결되며, 실장면과, 상기 실장면과 접하는 복수의 측면을 포함하는 회로 기판과; 상기 회로 기판의 실장면 상에 배치되며, 적어도 하나의 체결홀을 포함하는 적어도 하나의 단자대와; 상기 적어도 하나의 체결홀에 체결되는 적어도 하나의 체결 볼트를 포함하며, 상기 체결 볼트의 적어도 일부는 상기 회로 기판의 복수의 측면 중 적어도 어느 하나의 측면이 향하는 제1 방향으로 상기 단자대 보다 돌출되고, 상기 체결 볼트는 상기 단자대에 간이 하게 고정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 체결 볼트는 상기 체결홀보다 직경이 큰 헤드와; 상기 체결홀에 일부가 삽입되고 나머지 일부가 상기 단자대 보다 돌출되는 바디를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단자대는 상기 체결홀을 포함하는 제1 단자 영역과; 상기 제1 단자 영역의 일측과 접하는 제2 단자 영역과; 상기 제2 단자 영역과 마주보도록 상기 제1 단자 영역의 타측과 접하는 제3 단자 영역을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 단자 영역은, 상기 제1 방향을 향하는 외측면과; 상기 제1 방향의 반대 방향을 향하는 내측면을 포함하며, 상기 헤드는 상기 외측면 보다 상기 내측면에 인접하게 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배터리 팩은 상기 체결 볼트에 체결되며 상기 제1 단자 영역의 외측면에 인접하게 배치되는 체결 너트를 더 포함하며, 상기 체결 볼트의 바디는 상기 체결 너트보다 상기 제1 방향으로 돌출될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 체결 볼트가 상기 단자대에 간이 하게 고정될 수 있는 수단으로, 상기 제1 단자 영역은 상기 체결홀 주변에 배치되는 적어도 하나의 제1 접촉 영역과; 상기 적어도 하나의 제1 접촉 영역과 이격되도록 상기 체결홀 주변에 배치되는 적어도 하나의 제2 접촉 영역을 포함하며, 상기 헤드는 상기 제1 접촉 영역과 대면하며 상기 제1 접촉 영역과 인력을 형성하는 제3 접촉 영역과 상기 제2 접촉 영역과 대면하며 상기 제2 접촉 영역과 인력을 형성하는 제4 접촉 영역을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 체결 볼트가 상기 단자대에 간이 하게 고정될 수 있는 수단으로, 상기 제1 단자 영역은, 상기 제1 접촉 영역 및 상기 제2 접촉 영역 사이에 배치되는 제1 결합 영역을 더 포함하며, 상기 헤드는, 상기 제3 접촉 영역 및 상기 제4 접촉 영역 사이에 배치되며, 상기 제1 결합 영역과 맞물리는 제2 결합 영역을 더 포함하며, 상기 제1 결합 영역은 홈 및 돌기 중 어느 하나의 형태로 형성되며, 상기 제2 결합 영역은 상기 홈 및 상기 돌기 중 나머지 하나의 형태로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배터리 팩은 상기 회로 기판의 실장면에 형성되는 개구부와; 상기 제1 단자 영역 내지 제3 단자 영역 중 적어도 어느 하나의 결합 영역으로부터 상기 개구부로 신장되어 상기 개구부에 삽입되는 실장 핀을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 실장 핀은 상기 개구부에 의해 형성된 상기 회로 기판의 내부면을 향해 돌출되는 돌출 영역을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 개구부는 홀 형태로 형성되며, 상기 돌출 영역은 상기 실장면의 반대면인 상기 회로 기판의 배면과 접촉할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 개구부는 상기 돌출 영역과 대응하는 형상을 가지는 홈 형태로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 회로 기판은 상기 셀 모듈에 대하여 충방전 제어 기능을 제공하는 배터리 관리 시스템 보드일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배터리 팩은 상기 체결 볼트의 바디에 거치되는 퓨즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 전술한 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 단자대에 체결되는 체결 볼트의 바디는 단자대 보다 외부로 돌출될 수 있다. 단자대와 체결되는 전자 부품(예: 퓨즈)는 단자대보다 돌출되는 체결 볼트의 바디에 간이로 거치될 수 있으므로, 전자 부품과 단자대의 체결 작업의 편의성이 향상될 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 생산성 증대 및 제품 품질 향상을 도모할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회로 기판 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 회로 기판 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회로 기판 모듈을 일측에서 바라본 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회로 기판 모듈을 타측에서 바라본 분해 사시도이다.
도 5a는 도 3에서 선"A-A'"를 따라 절취한 단자대를 나타내는 단면도이며, 도 5b는 도 4에서 선"B-B'"를 따라 절취한 체결 볼트를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 회로 기판 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 회로 기판 모듈의 실장 핀과 회로 기판과의 조립 방법의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 6에 도시된 회로 기판 모듈의 실장 핀과 회로 기판과의 조립 방법의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 단자대 모듈이 장착된 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 C 영역을 확대한 분해 사시도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
제1 실시 예에 따른 회로 기판 모듈
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회로 기판 모듈을 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 회로 기판 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회로 기판 모듈(100)는 회로 기판(200)과, 회로 기판(200) 상에 실장되는 단자대 모듈(300)을 포함할 수 있다.
회로 기판(200)은 단자대 모듈(300)을 향하는 제1 외면(201)(또는, 실장면)과, 제1 외면(201)과 반대 방향을 향하는 제2 외면(202)(또는, 배면)과, 제1 외면(201) 및 제2 외면(202) 사이에 형성되는 복수개의 측면(203)을 포함할 수 있다. 회로 기판(200)의 제1 외면(201) 상에는 적어도 하나의 단자대 모듈(300)이 실장될 수 있다.
회로 기판(200)은 복수개의 개구부(210)를 포함할 수 있다. 복수개의 개구부(210)는 제1 외면(201)으로부터 제2 외면(202)을 향하는 홀 또는 홈 형태로 형성될 수 있다. 개구부들(210)은 단자대(310)의 복수개의 실장 핀들(330)의 위치와 대응되게 배치될 수 있다. 복수개의 개구부(210) 각각에는 단자대(310)의 복수개의 실장 핀들(330) 각각이 삽입될 수 있다. 복수개의 개구부(210)의 깊이는 단자대(310)의 실장 핀(330)의 높이와 대응될 수 있다.
단자대 모듈(300)은 단자대(310) 및 체결 부재(340)를 포함할 수 있다. 단자대(310) 및 체결 부재(340) 중 적어도 어느 하나는 도금 처리됨으로써 부식을 방지할 수 있다.
단자대(310)는 베이스부(320)와 실장 핀(330)을 포함할 수 있다. 베이스부(320)는 제1 단자 영역(321), 제2 단자 영역(322) 및 제3 단자 영역(323)을 포함할 수 있다.
제1 단자 영역(321)은 제1 외측면(3211)과 제1 내측면(3212)을 포함할 수 있다. 제1 외측면(3211)은 단자대(310)의 외부를 향하도록 형성될 수 있다. 제1 내측면(3212)은 제1 외측면(3211)과 반대 방향을 향하도록 형성될 수 있다. 제1 단자 영역(321)에는 체결 볼트(350)가 삽입되는 적어도 하나의 체결홀(325)이 형성될 수 있다. 체결홀(325)은 제1 단자 영역(321)의 외측면(3211) 및 내측면(3212)을 관통하도록 형성될 수 있다. 체결홀(325)의 깊이 방향은 회로 기판(200)의 두께 방향에 수직하게 형성될 수 있다. 체결홀(325)의 깊이 방향은 개구부(210)의 깊이 방향과 수직하게 형성될 수 있다.
제2 단자 영역(322) 및 제3 단자 영역(323) 각각은 제1 단자 영역(321)으로부터 절곡되어 연장된 형태로 형성될 수 있다. 제2 단자 영역(322)은 제1 단자 영역(321)의 일측으로부터 절곡되어 연장된 형태로 형성될 수 있다. 제2 단자 영역(322)은 제2 외측면(3221)과 제2 내측면(3222)을 포함할 수 있다. 제2 외측면(3221)은 단자대(310)의 외부를 향하도록 형성될 수 있다. 제2 외측면(3221)은 제1 외측면(3211)의 일측과 접하도록 형성되며, 제1 외측면(3211)의 일측으로부터 절곡되게 형성될 수 있다. 제2 내측면(3222)은 제2 외측면(3221)과 반대 방향을 향하도록 형성될 수 있다. 제2 내측면(3222)은 제1 내측면(3212)의 일측과 접하도록 형성될 수 있다.
제3 단자 영역(323)은 제1 단자 영역(321)의 타측으로부터 절곡되어 연장된 형태로 형성될 수 있다. 제3 단자 영역(323)은 제1 단자 영역(321)을 사이에 두고 제2 단자 영역(322)과 마주보도록 배치될 수 있다. 제3 단자 영역(323)은 제3 외측면(3231)과 제3 내측면(3232)을 포함할 수 있다. 제3 외측면(3231)은 단자대(310)의 외부를 향하도록 형성될 수 있다. 제3 외측면(3231)은 제1 외측면(3211)의 타측과 접하도록 형성될 수 있다. 제3 내측면(3232)은 제2 외측면(3221)과 반대 방향을 향하도록 형성될 수 있다. 제3 내측면(3232)은 제2 내측면(3222)과 마주보도록 형성될 수 있다. 제3 내측면(3232)은 제1 내측면(3212)의 타측과 접하도록 형성되며, 제1 내측면(3212)의 타측으로부터 절곡되게 형성될 수 있다.
일 예로, 제1 단자 영역(321), 제2 단자 영역(322) 및 제3 단자 영역(323)을 포함하는 베이스부(320)는 "U"자 형태 또는 "C"자 형태로 형성될 수 있다. 제1 단자 영역(321), 제2 단자 영역(322) 및 제3 단자 영역(323)에 의해 둘러싸인 내부 공간(324)에는 체결 볼트(350)의 헤드(352)가 배치될 수 있다.
베이스부(320)는 통전성을 위해 금속 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스부(320)는 구리 또는 스틸(steel)의 재질로 형성될 수 있다.
복수개의 실장 핀(330)은 제2 단자 영역(322) 및 제3 단자 영역(323) 각각으로부터 체결홀(325)의 깊이 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 복수개의 실장 핀(330)은 개구부(210)의 깊이 방향과 나란한 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 실장 핀(330)은 회로 기판(200)에 고정되도록 형성될 수 있다. 실장 핀(330)는 회로 기판(200)에 삽입된 상태로 고정되어 회로 기판(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수개의 실장 핀(330)은 솔더링 공정에 유리하도록 Ni 또는 Sn 또는 도금으로 형성될 수 있다.
체결 부재(340)는 체결 볼트(350) 및 체결 너트(360)를 포함할 수 있다. 체결 볼트(350)는 단자대(310)의 체결홀(325)에 삽입될 수 있다. 체결 볼트(350)는 제1 단자 영역(321)의 내측면(3212)으로부터 외측면(3211)을 향하는 제1 방향으로 체결홀(325)에 삽입될 수 있다.
체결 볼트(350)는 헤드(352)와 바디(354)를 포함하는 압입용 볼트일 수 있다.
체결 볼트(350)의 바디(354)는 단자대(310)의 체결홀(325)에 삽입될 수 있다. 체결 볼트(350)는 체결 너트(360)와 나사결합되도록 나사선이 형성될 수 있다. 체결 볼트(350)의 바디(354)에는 나사선이 형성될 수 있다. 체결 볼트(350)의 바디(354)의 적어도 일부는 회로 기판(200)의 복수의 측면(203) 중 적어도 어느 하나의 측면(203)이 향하는 제1 방향(예: Y축의 반대 방향)으로 단자대(310)보다 돌출되게 형성될 수 있다. 이때, 체결 볼트(350)는 단자대(310)에 간이 하게 고정될 수 있다.
체결 볼트(350)의 바디(354)는 체결 너트(360)보다 제1 방향으로 돌출될 수 있다. 체결 볼트(350)의 바디(354)의 일부는 체결홀(325) 내에 삽입되고, 체결 볼트(350)의 바디(354)의 나머지 일부는 단자대(310)의 제1 외측면(3211)보다 외부로 돌출되게 형성될 수 있다.
제1 외측면(3211)보다 외부로 돌출되는 체결 볼트(350)의 바디(354)에는 회로 기판 모듈(100)에 배치되는 전자 부품(퓨즈 등)이 체결 작업시 간이로 거치될 수 있어 작업 편의성이 향상될 수 있다. 즉, 단자대(310)에 간이하게 고정된 체결 볼트(350)의 바디(354)에 퓨즈, 접속 단자 등의 전자 부품을 간이로 거치하고 필요한 작업을 할 수 있고, 추후 체결 너트(360)를 체결 볼트(350)의 바디(354)에 결합 시 최종적인 고정이 이루어지는 방식일 수 있다.
체결 볼트(350)의 헤드(352)는 베이스부(320)의 제1 내측면(3212), 제2 내측면(3222) 및 제3 내측면(3232)에 의해 둘러싸인 내부 공간(324)에 배치될 수 있다. 체결 볼트(350)의 헤드(352)는 제1 외측면(3212) 보다 제1 내측면(3211)과 인접하게 배치될 수 있다. 일 예로, 체결 볼트(350)의 헤드(352)는 제1 내측면(3211)과 접촉할 수 있다. 다른 예로, 체결 볼트(350)의 헤드(352)와 제1 내측면(3211)은 근거리에서 서로 이격되게 배치될 수 있다. 체결 볼트(350)의 헤드(352)와 제1 내측면(3211) 사이에는 소정의 구조물(예: 와셔)이 배치될 수 있다.
체결 너트(360)는 체결 볼트(350)에 삽입되도록 형성될 수 있다. 체결 너트(360)는 체결 볼트(350)와 결합됨으로써 체결 볼트(350)의 이동을 제한할 수 있다. 예를 들어, 체결 너트(360)는 단자대(310)를 제1 방향의 반대 방향으로 가압하고 제1 방향으로의 이동을 제한할 수 있다.
체결 너트(360)와 체결 볼트(350) 사이에는 탄성 부재(370)가 배치될 수 있다. 탄성 부재(370)는 중공(372)의 링 형상으로 형성될 수 있다. 탄성 부재(370)의 중공(372)에는 체결 볼트(350)가 체결될 수 있다. 탄성 부재(370)는 체결 볼트(350)와 체결 너트(360) 사이에 배치될 수 있다. 탄성 부재(370)는 체결 너트(360)의 내측 및 체결 볼트(350)의 외측에 밀착될 수 있다. 탄성 부재(370)는 체결 볼트(350)와 체결 너트(360) 사이에 배치된 상태로 체결 너트(360)에 의해 압착될 수 있다. 탄성 부재(370)는 체결 너트(360)와의 마찰력에 의해 체결 볼트(350) 및 체결 너트(360)의 회전 이동을 구속할 수 있다. 이에 따라, 외부의 충격 및 진동으로 체결 볼트(350)로부터 체결 너트(360)의 풀림을 방지할 수 있다.
탄성 부재(370)는 체결 너트(360)에 의해 가압될 경우, 탄성 변형이 일어날 수 있고 높은 마찰력을 가질 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄성 부재(370)는 고무 또는 고분자 수지로 형성될 수 있다.
제2 실시 예에 따른 회로 기판 모듈
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회로 기판 모듈을 일측에서 바라본 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회로 기판 모듈을 타측에서 바라본 분해 사시도이다. 이하에서는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회로 기판 모듈의 구성과 동일한 구성에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회로 기판 모듈(100)에 포함되는 베이스부(320)는 제1 단자 영역(321), 제2 단자 영역(322) 및 제3 단자 영역(323)을 포함할 수 있다.
제1 단자 영역(321)은 제1 외측면(3211)과 제1 내측면(3212)을 포함할 수 있다. 제1 내측면(3212) 상에는 제1 접촉 부재(410)가 배치될 수 있다. 제1 접촉 부재(410)는 적어도 하나의 제1 접촉 영역(401)과, 적어도 하나의 제2 접촉 영역(402)을 포함할 수 있다.
제1 접촉 영역(401) 및 제2 접촉 영역(402)은 링 형상으로 배치될 수 있다. 제1 접촉 영역(401) 및 제2 접촉 영역(402) 각각은 체결홀(325)의 일부를 감싸는 호(arc) 형상으로 형성될 수 있다. 제1 접촉 영역(401)과 제2 접촉 영역(402)은 체결홀(325)의 둘레에 교대로 배치될 수 있다. 제1 접촉 영역(401)과 제2 접촉 영역(402)은 서로 반대 극성의 자극을 가질 수 있다. 제1 접촉 영역(401)은 N극 및 S극 중 어느 하나의 극성을 가질 수 있다. 제2 접촉 영역(402)은 N극 및 S극 중 나머지 하나의 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 접촉 영역(401)은 N극의 극성을 가지며, 제2 접촉 영역(402)은 S극의 극성을 가질 수 있다.
체결 볼트(350)는 제1 내측면(3212)과 마주보는 영역에 제2 접촉 부재(420)가 배치될 수 있다. 제2 접촉 부재(420)는 적어도 하나의 제3 접촉 영역(403)과, 적어도 하나의 제4 접촉 영역(404)을 포함할 수 있다.
제3 접촉 영역(403) 및 제4 접촉 영역(404)은 링 형상으로 배치될 수 있다. 제3 접촉 영역(403) 및 제4 접촉 영역(404) 각각은 체결 볼트(350)의 바디(354)의 일부를 감싸는 호(arc) 형상으로 형성될 수 있다. 제3 접촉 영역(403)과 제4 접촉 영역(404)은 체결 볼트(350)의 바디(354)의 둘레에 교대로 배치될 수 있다. 제3 접촉 영역(403)은 제1 접촉 영역(401) 및 제4 접촉 영역(404)과 반대 극성의 자극을 가지며, 제2 접촉 영역(402)과 동일 극성의 자극을 가질 수 있다. 제4 접촉 영역(403)은 제2 접촉 영역(402) 및 제3 접촉 영역(403)과 반대 극성의 자극을 가지며, 제1 접촉 영역(401)과 동일 극성의 자극을 가질 수 있다. 제3 접촉 영역(403)은 N극 및 S극 중 어느 하나의 극성을 가질 수 있다. 제4 접촉 영역(404)은 N극 및 S극 중 나머지 하나의 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 접촉 영역(403)은 S극의 극성을 가지며, 제4 접촉 영역(404)은 N극의 극성을 가질 수 있다. 체결 볼트(350)가 체결홀(325)에 삽입시, 제1 접촉 영역(401)과 제3 접촉 영역(403) 사이에는 인력이 발생되고, 제2 접촉 영역(402)과 제4 접촉 영역(404) 사이에는 인력이 발생될 수 있다. 이에 따라, 체결볼트(350)는 단자대(310)에 용이하게(또는, 자동으로) 부착됨으로써 체결 볼트(350)와 단자대(310) 사이의 결합력을 높일 수 있다.
이러한 제1 접촉 영역(401), 제2 접촉 영역(402), 제3 접촉 영역(403), 및 제4 접촉 영역(404)은 앞서 언급한 체결 볼트(350)가 단자대(310)에 간이 하게 고정될 수 있는 수단일 수도 있다.
제1 접촉 영역(401)과 제2 접촉 영역(402) 사이에는 적어도 하나의 제1 결합 영역(510)이 배치될 수 있다. 제3 접촉 영역(403)과 제4 접촉 영역(404) 사이에는 적어도 하나의 제2 결합 영역(520)이 배치될 수 있다. 제1 결합 영역(510) 및 제2 결합 영역(520) 중 어느 하나는 홈 형상으로 형성되고, 제1 결합 영역(510) 및 제2 결합 영역(520) 중 나머지 하나는 돌기 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 결합 영역(510)은 홈 형상으로 형성되고 제2 결합 영역(520)은 돌기 형상으로 형성될 수 있다. 홈 형상의 제1 결합 영역(510)은 제1 접촉 영역(401) 및 제2 접촉 영역(402)보다 오목하게 형성될 수 있다. 돌기 형상의 제2 결합 영역(520)은 제3 접촉 영역(403) 및 제4 접촉 영역(404)보다 돌출되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 결합 영역(510) 및 제2 결합 영역(520)은 맞물려 결합됨으로써 체결 볼트(350)는 단자대(310)의 정확한 위치에 고정될 수 있다.
이러한 제1 결합 영역(510) 및 제2 결합 영역(520)은 앞서 언급한 체결 볼트(350)가 단자대(310)에 간이 하게 고정될 수 있는 수단일 수도 있다.
제3 실시 예에 따른 회로 기판 모듈
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 회로 기판 모듈을 나타내는 분해 사시도이며, 도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 회로 기판 모듈의 실장 핀과 회로 기판과의 조립 방법의 일 예를 나타내는 단면도이며, 도 8a 및 도 8b는 도 6에 도시된 회로 기판 모듈의 실장 핀과 회로 기판과의 조립 방법의 다른 예를 나타내는 단면도이다. 이하에서는, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회로 기판 모듈의 구성과 동일한 구성에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6 내지 도 8b를 참조하면, 복수개의 실장 핀(330)은 제2 단자 영역(322) 및 제3 단자 영역(323) 각각으로부터 체결홀(325)의 깊이 방향과 수직한 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 복수개의 실장 핀(330)은 개구부(210)의 깊이 방향과 나란한 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 실장 핀(330)은 회로 기판(200)에 고정되도록 형성될 수 있다. 실장 핀(330)는 회로 기판(200)에 삽입된 상태로 고정되어 회로 기판(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
실장 핀(330)은 돌출 영역(610)을 포함할 수 있다. 돌출 영역(610)은 실장 핀(330)의 삽입 방향인 제2 방향과 다른 방향(예: 수직한 방향)으로 돌출될 수 있다. 돌출 영역(610)은 회로 기판(200)의 내측면을 향해 돌출되게 형성될 수 있다.
회로 기판(200)은 도 7a 및 도 7b에 도시된 홀 형태의 개구부(210) 또는 도 8a 및 도 8b에 도시된 홈 형태의 개구부(210)를 포함할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 홀 형태의 개구부(210)는 회로 기판(200)을 관통하도록 형성될 수 있다. 홀 형태의 개구부(210)는 회로 기판(200)의 제1 외면(201) 및 제2 외면(202)을 관통하도록 형성될 수 있다. 홀 형태의 개구부(210)는 일정한 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 홀 형태의 개구부(210) 내에는 실장 핀(330)이 삽입될 수 있다. 개구부(210)에 삽입된 실장 핀(330)의 돌출 영역(610)은 회로 기판(200)의 배면(예: 도 2의 제2 외면(202))과 접촉할 수 있다. 한편, 개구부(210)의 폭은 돌출 영역(610)을 포함하는 실장 핀(330)의 폭보다 좁게 형성될 수 있다. 이에 따라, 홀 형태의 개구부(210)에 삽입된 돌출 영역(610)을 가지는 실장 핀(330)는 개구부(210)로부터 이탈되고 않고 회로 기판(200)에 고정될 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 홈 형태의 개구부(210)는 돌출 영역(610)을 포함하는 실장 핀(330)와 대응하는 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 홈 형태의 개구부(210) 내에는 실장 핀(330)이 삽입될 수 있다. 실장 핀(330)에 형성된 돌출 영역(610)은 개구부(210)에 의해 형성된 회로 기판(200)의 내부면을 향해 돌출될 수 있다. 실장 핀(330)에 형성된 돌출 영역(610)은 개구부(210)에 의해 형성된 회로 기판(200)의 내부면과 접촉할 수 있다. 한편, 회로 기판(200)의 제1 외면(201)과 인접한 개구부(210)의 최소폭은 돌출 영역(610)을 포함하는 실장 핀(330)의 폭보다 좁게 형성될 수 있다. 이에 따라, 홈 형태의 개구부(210)에 삽입된 돌출 영역(610)을 가지는 실장 핀(330)는 개구부(210)로부터 이탈되고 않고 회로 기판(200)에 고정될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시 예에 따른 단자대 모듈(300)은 소정의 전자 기기에 장착될 수 있다. 예를 들어, 단자대 모듈(300)은 충방전이 가능한 이차 전지를 구비하는 배터리 팩에 장착될 수 있다. 배터리 팩은 과방전, 과충전, 과전류 등으로부터 전지셀을 보호하기 위해 안전 시스템인 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)을 포함할 수 있다. BMS는 회로 기판(200) 상에 실장될 수 있다. 회로 기판(200) 상에 실장된 BMS를 포함하는 배터리 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
도 9는 본 발명의 단자대 모듈이 장착된 배터리 팩을 나타내는 사시도이며, 도 10은 도 9의 C 영역을 확대한 분해 사시도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(800)은, 셀 모듈(810) 및 BMS 모듈(820)을 포함할 수 있다.
셀 모듈(810)은 매트릭스 형태로 배열된 복수개의 전지셀(811)과, 전지셀(811)을 수용하는 셀 프레임(813)과, 금속 플레이트(840)를 포함할 수 있다.
셀 프레임(813)은 복수의 전지셀(811)의 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 셀 프레임(813)은 복수개로 이루어질 수 있다.
전지셀(811)은, 충방전이 가능한 리튬 이차전지일 수 있다. 전지셀(811)은 캔형 전지셀(811)일 수 있다. 전지셀(811)은, 일단 및 타단 각각에 양극 단자 및 음극 단자가 구비될 수 있다. 도 8에서는, 원통형 전지셀이 일예로 도시화하였으나, 전지셀(811)은 도 8에 도시된 원통형 전지셀로 한정되지 않으며, 다양한 전지셀 중 적어도 어느 하나가 적용될 수 있다.
금속 플레이트(840)는 복수의 전지셀(811)을 전기적으로 연결할 수 있다. 금속 플레이트(840)는 BMS 모듈(820)(예: 도 1의 회로 기판 모듈(100), 도 2 내지 도 4와 도 6의 회로 기판 모듈)과의 전기적 연결을 위한 연결 단자(812)를 구비할 수 있다.
BMS 모듈(820)은, BMS 보드(200)(예: 도 2, 도 3, 도 4, 도 6, 도 7a 내지 도 8b의 회로 기판(200)), 단자대(310), 체결 볼트(350), 및 체결 너트(360)를 구비할 수 있다.
BMS 보드(200)는 셀 모듈(810)들에 대한 충방전 제어 기능을 비롯하여, 셀 밸런싱 제어와 같은 셀 관리 기능을 제공할 수 있는 복수의 전자부품 및 복수의 인쇄회로패턴 중 적어도 어느 하나가 집합된 회로 기판일 수 있다.
BMS 보드(200)에 배치되는 복수의 전자 부품 중 적어도 어느 하나와, 복수의 인쇄 회로 패턴 중 적어도 어느 하나는 단자대(310)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. BMS 보드(200)에는 복수의 전지셀(811)의 전기 제어를 위한 퓨즈(910), 릴레이 등이 실장될 수 있다.
단자대(310)는 BMS 보드(200)에 탑재되도록 구성될 수 있다. 단자대(310)는 케이블(830)을 통해 전지셀(811)과 전기적으로 연결될 수 있다. 케이블(830)의 단부에는 접속 단자(920)가 구비될 수 있다. 접속 단자(920)는 단자대(310) 및 퓨즈(910) 사이에 배치되어 단자대(310) 및 퓨즈(910)를 전기적으로 접속시킬 수 있다.
단자대(310)에는 체결 볼트(350)가 삽입가능하도록 체결홀(325)이 형성될 수 있다. 체결홀(325)은 체결 볼트(350)의 바디(354)가 삽입되도록 좌우 방향으로 천공된 홀일 수 있다.
체결 볼트(350)는 체결 너트(360)가 체결 볼트(350)의 바디(354)에 끼워진 상태로 체결 너트(360)를 조임으로써 체결 볼트(350)는 단자대(310)에 고정될 수 있다. 체결 너트(360)와 단자대(310) 사이에는 케이블(830)의 접속단자(920)가 개재된 상태로 체결 볼트(350)는 단자대(310)에 고정될 수 있다.
단자대(310)는 BMS 보드(200) 상에 실장된 제1 단자대(310a) 및 제2 단자대(310b)를 구비한다.
제1 단자대(310a) 및 제2 단자대(310b) 중 어느 하나는 셀 모듈(810)에서 연장된 케이블(830)과 전기적으로 연결되고, 나머지 하나는 BMS 보드(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 단자대(310a)는 셀 모듈(810)에서 연장된 케이블(830)과 전기적으로 연결되고, 제2 단자대(310b)는 BMS 보드(200)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 단자대(310a) 및 제2 단자대(310b)에 체결 볼트(350)가 삽입될 수 있다. 체결 볼트(350)의 바디(354)는 제1 단자대(310a) 및 제2 단자대(310b) 보다 외부로 돌출될 수 있다. 퓨즈(910)는 제1 단자대(310a) 및 제2 단자대(310b)보다 외부로 돌출된 체결 볼트(350)의 바디(354)에 간이로 거치될 수 있다. 체결 볼트(350)의 바디(354)는 퓨즈(910)의 거치홀들(911)을 통과할 수 있다. 제1 단자대(310a)의 체결홀(325) 및 제2 단자대(310b)의 체결홀(235) 사이의 이격 거리는 체결 볼트(350)가 끼워지는 퓨즈(910)의 양단에 배치되는 거치홀들(911)의 이격 거리와 대응(예: 일치)될 수 있다. 퓨즈(910)의 거치홀(911) 각각의 직경은 체결 볼트(350)의 바디(354)의 직경 및 체결홀(325)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 바디(354)에 퓨즈(910)가 거치된 체결 볼트(350)는 체결 너트(360)와 결합됨으로써 퓨즈(910)는 제1 단자대(310a) 및 제2 단자대(310b)에 고정될 수 있다. 퓨즈(910)는 단자대(310)에 장착되어 과전류 발생 시 용단됨으로써 과전류 차단 기능을 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 단자대(310)보다 돌출되는 체결 볼트(350)의 바디(354)에 퓨즈(910)를 간이로 거치함으로써 퓨즈(910)와 단자대(310)의 체결 작업을 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 퓨즈(910)와 BMS 보드(200)를 연결하는 별도의 와이어가 필요치 않으므로 배터리 팩의 내부 구성을 간소화할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
100: 회로기판 모듈
200: 회로 기판
210: 개구부
300: 단자대모듈
310: 단자대
330: 실장핀
350: 체결볼트
360: 체결 너트
401,402,403,404: 접촉 영역
510,520: 결합 영역
610: 돌출 영역
810: 셀 모듈
820: BMS 모듈
910: 퓨즈

Claims (14)

  1. 복수개의 전지 셀을 포함하는 셀 모듈과;
    상기 셀 모듈과 전기적으로 연결되며, 실장면과, 상기 실장면과 접하는 복수의 측면을 포함하는 회로 기판과;
    상기 회로 기판의 실장면 상에 배치되며, 적어도 하나의 체결홀을 포함하는 적어도 하나의 단자대와;
    상기 적어도 하나의 체결홀에 체결되는 적어도 하나의 체결 볼트를 포함하며,
    상기 체결 볼트의 적어도 일부는
    상기 회로 기판의 복수의 측면 중 적어도 어느 하나의 측면이 향하는 제1 방향으로 상기 단자대 보다 돌출되고,
    상기 체결 볼트는 상기 단자대에 간이 하게 고정될 수 있는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 체결 볼트는
    상기 체결홀보다 직경이 큰 헤드와;
    상기 체결홀에 일부가 삽입되고 나머지 일부가 상기 단자대 보다 돌출되는 바디를 포함하는 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단자대는
    상기 체결홀을 포함하는 제1 단자 영역과;
    상기 제1 단자 영역의 일측과 접하는 제2 단자 영역과;
    상기 제2 단자 영역과 마주보도록 상기 제1 단자 영역의 타측과 접하는 제3 단자 영역을 포함하는 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 단자 영역은,
    상기 제1 방향을 향하는 외측면과;
    상기 제1 방향의 반대 방향을 향하는 내측면을 포함하며,
    상기 헤드는 상기 외측면 보다 상기 내측면에 인접하게 배치되는 배터리 팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 체결 볼트에 체결되며 상기 제1 단자 영역의 외측면에 인접하게 배치되는 체결 너트를 더 포함하며,
    상기 체결 볼트의 바디는 상기 체결 너트보다 상기 제1 방향으로 돌출되는 배터리 팩.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 체결 볼트가 상기 단자대에 간이 하게 고정될 수 있는 수단으로,
    상기 제1 단자 영역은
    상기 체결홀 주변에 배치되는 적어도 하나의 제1 접촉 영역과;
    상기 적어도 하나의 제1 접촉 영역과 이격되도록 상기 체결홀 주변에 배치되는 적어도 하나의 제2 접촉 영역을 포함하며,
    상기 헤드는
    상기 제1 접촉 영역과 대면하며 상기 제1 접촉 영역과 인력을 형성하는 제3 접촉 영역과
    상기 제2 접촉 영역과 대면하며 상기 제2 접촉 영역과 인력을 형성하는 제4 접촉 영역을 포함하는 배터리 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 체결 볼트가 상기 단자대에 간이 하게 고정될 수 있는 수단으로,
    상기 제1 단자 영역은,
    상기 제1 접촉 영역 및 상기 제2 접촉 영역 사이에 배치되는 제1 결합 영역을 더 포함하며,
    상기 헤드는,
    상기 제3 접촉 영역 및 상기 제4 접촉 영역 사이에 배치되며, 상기 제1 결합 영역과 맞물리는 제2 결합 영역을 더 포함하며,
    상기 제1 결합 영역은 홈 및 돌기 중 어느 하나의 형태로 형성되며,
    상기 제2 결합 영역은 상기 홈 및 상기 돌기 중 나머지 하나의 형태로 형성되는 배터리 팩.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 회로 기판의 실장면에 형성되는 개구부와;
    상기 제1 단자 영역 내지 제3 단자 영역 중 적어도 어느 하나의 단자 영역으로부터 상기 개구부로 신장되어 상기 개구부에 삽입되는 실장 핀을 더 포함하는 배터리 팩.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실장 핀은
    상기 개구부에 의해 형성된 상기 회로 기판의 내부면을 향해 돌출되는 돌출 영역을 포함하는 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 개구부는 홀 형태로 형성되며,
    상기 돌출 영역은 상기 실장면의 반대면인 상기 회로 기판의 배면과 접촉하는 배터리 팩.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 돌출 영역과 대응하는 형상을 가지는 홈 형태로 형성되는 배터리 팩.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 기판은
    상기 셀 모듈에 대하여 충방전 제어 기능을 제공하는 배터리 관리 시스템 보드인 배터리 팩.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 체결 볼트의 바디에 거치되는 퓨즈를 더 포함하는 배터리 팩.
  14. 제 1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항 기재의 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 전자 디바이스.
KR1020230065849A 2022-08-12 2023-05-22 배터리 팩 및 이를 포함하는 전자 디바이스 KR20240022975A (ko)

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