KR20240037678A - 배터리 감시 회로를 위한 회로 기판 및 그와의 접속을 위한 와이어 하네스 - Google Patents

배터리 감시 회로를 위한 회로 기판 및 그와의 접속을 위한 와이어 하네스 Download PDF

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Abstract

배터리 감시 회로를 위한 회로 기판 및 그와의 접속을 위한 와이어 하네스가 개시된다. 상기 배터리 감시 회로는, 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀을 포함하고, 상기 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀 중 제(M-N+1) 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀에 전압이 인가되는 것을 동작 조건으로 한다. 상기 회로 기판은, 상호 전기적으로 분리되도록 형성되는 것으로서, 각각의 일단이 상기 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀에 전기적으로 연결되는 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴; 상기 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴 중, 상기 제(M-N+1) 전압 센싱 핀에 전기적으로 연결된 제(M-N+1) 도전 패턴에 일단이 전기적으로 연결되는 중계 도전 패턴; 상기 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴 각각의 타단에 전기적으로 연결되는 제1 내지 제(M+1) 보드 단자; 및 상기 중계 도전 패턴의 타단에 전기적으로 연결되는 중계 보드 단자를 포함한다. M은 3 이상의 자연수이고, N은 M 미만의 자연수이다.

Description

배터리 감시 회로를 위한 회로 기판 및 그와의 접속을 위한 와이어 하네스{CIRCUIT BOARD FOR BATTERY MONITORING CIRCUIT AND WIRE-HARNESS FOR CONNECTION THEREWITH}
본 발명은 배터리 감시 회로를 위한 회로 기판 및 그와의 접속을 위한 와이어 하네스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 배터리 셀의 직렬 접속체의 상태 감시용으로 제공되는 배터리 감시 회로를 실장하기 위한 회로 기판과, 직렬 접속체와 회로 기판을 상호 접속시키는 와이어 하네스에 관한 것이다.
최근 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리의 최소 단위를 배터리 셀이라고 칭할 수 있으며, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀의 직렬 접속체를 포함한다. 각 배터리 셀의 양단에 걸친 전압, 즉 셀 전압은 배터리 셀 자체는 물론 배터리 모듈 그리고 상기 배터리 모듈이 장착된 전기 차량 등과 같은 상위 장치의 안전과 효율성을 도모하기 위해 필수적으로 측정되어야 하는 상태 파라미터에 해당한다.
배터리 관리 시스템의 일 부품인 배터리 감시 회로는 와이어 하네스를 통해 배터리 모듈에 포함된 각 배터리 셀의 양극 단자 및 음극 단자와 개별적으로 접속되어, 배터리 셀 별 셀 전압을 측정하고, 측정된 셀 전압을 지시하는 전압 데이터를 MCU(micro control unit) 등에 전달하는 역할을 담당한다.
한편, 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 개수는 고정적이지 않고, 배터리 모듈의 용도에 따라 그에 포함되는 배터리 셀의 개수가 적게는 수 개에서 많게는 수십 개에 달하기도 한다.
배터리 모듈의 사양에 맞는 회로 기판을 개별적으로 제작하는 것은 비효율적이므로, 가능한 넓은 커버리지의 다양한 배터리 모듈들에 대응할 수 있도록 충분히 많은 수의 전압 센싱 경로가 마련된 회로 기판과 배터리 감시 회로를 채용할 필요가 있다.
도 1은 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과 복수의 전압 센싱 채널을 갖는 배터리 감시 회로가, 와이어 하네스와 회로 기판을 통해 접속된 상태를 예시하고 있다. 설명의 편의를 위해, 배터리 셀의 개수는 12개이고 전압 센싱 채널의 개수는 12개 이상인 14개인 것으로 예시하였다.
도 1을 참조하면, 배터리 감시 회로에는 15개의 전압 센싱 핀(P[1]~P[15])이 구비되고, 회로 기판에는 배터리 감시 회로의 전압 센싱 핀(P[1]~P[15])에 일대일 대응하는 15개의 도전 패턴(R[1]~R[15])과 15개의 보드 단자(T[1]~B[15])가 구비되어 있다. 전압 센싱 핀(P[1]~P[15]) 중 서로 인접한 두 전압 센싱 핀(예, P[2]와 P[3]) 당 하나의 전압 센싱 채널로 기능하므로, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀(C[1]~C[12])의 개수 이상인 총 14개의 전압 센싱 채널이 배터리 감시 회로에서 제공된다.
와이어 하네스는 배터리 셀의 개수보다 하나 많은 13개의 와이어(W[1]~W[13])를 포함한다. 와이어(W[1]~W[13])의 일단은 접속 단자(A[1]~A[13])에 연결되는 한편 와이어(W[1]~W[13])의 타단은 보드 단자(T[1]~B[13])에 연결된다.
12개의 배터리 셀(C[1]~C[12])은 와이어 하네스와 회로 기판을 통해 배터리 감시 회로의 14개 전압 센싱 채널들 중 최하측(최저 전위)의 전압 센싱 채널부터 순서대로 12개의 전압 센싱 채널들에 일대일로 접속될 수 있고, 상측 3개의 전압 센싱 핀(P[13], P[14]과 P[15])에 의해 형성되는 나머지 2개 전압 센싱 채널은 유휴 상태로 남아 있다.
별도의 제약 조건이 없는 배터리 감시 회로라면, 도 1에 도시된 접속 구조와 같이 상측 3개의 전압 센싱 핀(P[13], P[14]과 P[15])에 의해 형성되는 2개 전압 센싱 채널이 유휴 상태이더라도, 각 배터리 셀의 셀 전압이 배터리 감시 회로에 의해 정상적으로 측정 가능하다.
그러나, 여러 제조사에서 공급하는 몇몇 배터리 감시 회로들은 그 뛰어난 성능으로 채택되고 있으나 최상단(최고 전위)으로부터 순서대로 소정 개수의 전압 센싱 채널에 대한 제약 조건을 갖는다. 즉, 최상단으로부터 소정 개수의 전압 센싱 채널 각각에 일정 레벨 이상의 전압이 인가되어야 배터리 감시 회로가 정상 구동하여, 셀 전압(V[1]~V[12])의 측정을 실시하는 것이다. 이러한 제약 조건을 갖는 배터리 감시 회로는 상측 2개 전압 센싱 채널이 도 1에 도시된 것처럼 유휴 상태로 남아 있다면 정상 구동이 불가하며, 결과적으로 12개의 배터리 셀(C[1]~C[12]) 중 어느 것의 셀 전압도 측정할 수 없게 된다는 문제점이 따른다.
도 2는 상측 소정 개수의 배터리 셀을 배터리 감시 회로의 상측 소정 개수의 전압 센싱 채널에 접속시키도록 와이어 하네스의 접속 매커니즘을 변형시킴으로써, 전술된 배터리 감시 회로의 제약 조건으로 인한 문제점이 해소된 상태를 예시하고 있다. 구체적으로, 도 1의 와이어 하네스와 대비할 때, 도 2의 와이어 하네스에는 추가 와이어(WX)와 중계 보드 접속 단자(BX)가 더 구비되며, 하단 10개의 배터리 셀(C[1]~C[10])은 도 1과 동일하게 11개의 와이어(W[1]~W[11])와 11개의 보드 단자(T[1]~B[11]) 그리고 11개의 도전 패턴(R[1]~R[11])을 통해 하단 11개의 전압 센싱 핀(P[1]~P[11])에 순서대로 접속하는 한편 상단 2개의 배터리 셀(C[11], C[12])은 3개의 와이어(WX, W[12], W[13])과 3개의 보드 단자(T[13], B[14], B[15]) 그리고 3개의 도전 패턴(R[13], R[14], R[15])을 통해 상단 3개의 전압 센싱 핀(P[13]~P[15])에 순서대로 접속된다. 도 1과는 상이하게, 3개의 전압 센싱 핀(P[11]~P[13])에 의해 형성되는 중간부 2개의 전압 센싱 채널은 유휴 상태가 되나, 3개의 전압 센싱 핀(P[13]~P[15])에 의해 형성되는 상단 2개의 전압 센싱 채널에 대한 제약 조건이 만족되기 때문에 12개 배터리 셀(C[1]~C[12])에 대한 셀 전압 측정 동작은 정상적으로 실시될 수 있다.
도 2에 도시된 접속 관계를 이루기 위해서는, 와이어 하네스 내 두 와이어(W[11] 및 WX)의 단부를 접속 단자(A[11])에 구비된 단일의 홀(hole)에 삽입하여 특정 배터리 셀의 전극 단자에 접속시킴과 동시에 와이어 하네스 내부에서 분기되어 각각 회로 기판의 서로 다른 두 단자(T[11, T[13]])에 접속 가능한 구조가 마련되어야 한다. 그러나, 해당 구조의 와이어 하네스를 제작하는 데에는 접속 단자(A[11])의 홀 사이즈와 와이어 규격을 변경하고 단일 홀에 2개의 와이어(W[11], WX)를 삽입하는 공정이 요구된다는 점에서 그 난이도가 높고 불필요한 비용 상승이 유발되며 제작 시간도 길어진다는 단점이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 와이어 하네스의 홀 사이즈와 와이어 규격을 변경하지 않고도, 배터리 감시 회로의 제약 조건을 충족시킴과 아울러 다양한 커버리지의 배터리 모듈에 적용 가능한 회로 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
본 발명의 일 측면에 따른 회로 기판은 배터리 감시 회로를 위한 것이다. 상기 배터리 감시 회로는, 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀을 포함하고, 상기 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀 중 제(M-N+1) 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀에 전압이 인가되는 것을 동작 조건으로 한다. 상기 회로 기판은, 상호 전기적으로 분리되도록 형성되는 것으로서, 각각의 일단이 상기 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀에 일대일로 전기적으로 연결되는 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴; 상기 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴 중, 상기 제(M-N+1) 전압 센싱 핀에 전기적으로 연결된 제(M-N+1) 도전 패턴에 일단이 전기적으로 연결되는 중계 도전 패턴; 상기 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴 각각의 타단에 일대일로 전기적으로 연결되는 제1 내지 제(M+1) 보드 단자; 및 상기 중계 도전 패턴의 타단에 전기적으로 연결되는 중계 보드 단자를 포함한다. M은 3 이상의 자연수이고, N은 M 미만의 자연수이다.
상기 제1 내지 제(M+1) 보드 단자는, 상기 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀의 위치 순서에 대응하도록 순차적으로 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴 및 상기 중계 도전 패턴은, 상기 회로 기판의 제1 면 및 상기 제1 면에 반대면인 제2 면 중, 상기 배터리 감시 회로가 안착되는 상기 제1 면에 형성될 수 있다.
상기 중계 도전 패턴은, 상기 회로 기판의 제1 면 중에서 상기 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴 중 제(M-N) 도전 패턴과 제(M-N+1) 도전 패턴 간의 이격 영역 내에 형성될 수 있다.
상기 중계 보드 단자는, 상기 제1 내지 제(M+1) 보드 단자 중 제(M-N) 보드 단자와 제(M-N+1) 보드 단자 간의 이격 영역 내에 위치할 수 있다.
상기 중계 보드 단자는, 상기 회로 기판의 두께 방향으로 상기 제(M-N+1) 보드 단자와 대향 관계를 이루도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 와이어 하네스는, 상기 회로 기판과 배터리 모듈을 상호 접속시키기 위한 것이다. 상기 배터리 모듈은 직렬 연결된 제1 내지 제L 배터리 셀을 포함한다. 상기 와이어 하네스는, 제1 내지 제(L+1) 셀 접속 단자를 포함하는 제1 커넥터; 제1 내지 제(L+1) 보드 접속 단자, 제1 중계 보드 접속 단자 및 제2 중계 보드 접속 단자를 포함하는 제2 커넥터; 제1 내지 제(L+1) 와이어; 및 중계 와이어를 포함한다. 상기 제1 내지 제(L+1) 와이어 중 제k 와이어는, 상기 제1 내지 제(L+1) 셀 접속 단자 중 제k 셀 접속 단자와 상기 제1 내지 제(L+1) 접속 단자 중 제k 보드 접속 단자를 전기적으로 연결한다. 상기 제1 중계 보드 접속 단자와 상기 제2 중계 보드 접속 단자는, 상기 중계 와이어에 의해 전기적으로 연결된다. L는 N보다 크고 M보다 작은 자연수이고, k는 (L+1) 이하의 자연수이다.
상기 제1 중계 보드 접속 단자는, 상기 회로 기판의 상기 중계 보드 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 중계 보드 접속 단자는, 상기 회로 기판의 상기 제1 내지 제(M+1) 보드 단자 중 제(L-N+1) 보드 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 내지 제(L+1) 보드 접속 단자 중 제1 내지 제(L-N) 보드 접속 단자는, 상기 제1 내지 제(M+1) 보드 단자 중 제1 내지 제(L-N) 보드 단자에 일대일로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 내지 제(L+1) 보드 접속 단자 중 제(L-N+1) 내지 제(L+1) 보드 접속 단자는, 상기 제1 내지 제(M+1) 보드 단자 중 제(M-N+1) 내지 제(M+1) 보드 단자에 일대일로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 내지 제(L+1) 셀 접속 단자 중 제k 셀 접속 단자는, 상기 제1 내지 제L 배터리 셀 중 제k 배터리 셀의 음극 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제(L+1) 셀 접속 단자는, 상기 제L 배터리 셀의 양극 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 와이어 하네스의 홀 사이즈와 와이어 규격을 변경하지 않고도, 배터리 감시 회로의 제약 조건을 충족시킴과 아울러 다양한 커버리지의 배터리 모듈에 적용 가능한 회로 기판을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 다양한 커버리지의 배터리 모듈에 적용 가능한 회로 기판의 패턴 구조에 맞춰, 배터리 모듈의 복수의 배터리 셀의 셀 전압을 회로 기판에 전달 가능한 와이어 하네스를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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 상단 소정 개수의 전압 센싱 채널에 연관된 제약 조건이 없는 배터리 감시 회로가 와이어 하네스와 회로 기판을 통해 배터리 모듈에 접속된 상태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 접속 매커니즘이 변경된 와이어 하네스를 통해, 상단 소정 개수의 전압 센싱 채널에 연관된 제약 조건을 갖는 배터리 감시 회로가 실장된 회로 기판이 배터리 모듈에 접속된 상태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 기판을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 하네스를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈(BM)이 도 4에 도시된 와이어 하네스를 통해 도 3에 도시된 회로 기판에 접속된 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 "개방형"의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 기판(100)을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 3에 있어서, 회로 기판(100)에는 상단 N개의 전압 센싱 채널에 대한 제약 조건은 갖는 배터리 감시 회로(10)가 배치되어 있다. 여기서, N은 M 미만의 자연수이다.
도 3을 참조하면, 배터리 감시 회로(10)는 'BMIC'라고 호칭될 수 있으며, 기본적으로 셀 전압 측정을 위한 전압 측정 회로(미도시)를 내부에 포함하고 있으며, 추가적으로는 적어도 하나의 기능 회로를 더 포함할 수 있다. 기능 회로는, 예컨대 온도 측정 회로, 셀 밸런싱 회로 등을 들 수 있다.
배터리 감시 회로(10)는, 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀(P[1]~P[M+1])을 포함한다. 여기서, M은 3 이상의 자연수이다. 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀(P[1]~P[M+1]) 중, 서로 인접한 어느 두 전압 센싱 핀의 쌍은 하나의 전압 센싱 채널을 형성하게 된다. i는 M 이하의 자연수라고 할 때, 제i 전압 센싱 핀(P[i])과 제(i+1) 전압 센싱 핀은 제i 전압 센싱 채널을 형성하게 된다. 참고로, 제i 전압 센싱 핀(P[i])은 제(i+1) 전압 센싱 핀(P[i+1])보다 상대적으로 저전위이며, 제i 전압 센싱 핀(P[i])과 제(i+1) 전압 센싱 핀(P[i+1]) 간의 전압차가 셀 전압으로서 측정된다. 따라서, 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀(P[1]~P[M+1])은 총 M개의 전압 센싱 채널을 형성하며, 이들 M개의 전압 센싱 채널을 통해 최대 M개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에 대응 가능하다.
배터리 감시 회로(10)는, 전술한 바와 같이 상단 N개의 전압 센싱 채널에 대한 제약 조건을 갖는다. 즉, 배터리 감시 회로(10)의 동작 조건(셀 전압 측정 가능 조건)은, 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀(P[1]~P[M+1]) 중 제(M-N+1) 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀(P[M-N+1]~P[M+1])에 전압이 인가되는 이벤트이다. 따라서, 제(M-N+1) 내지 제M 전압 채널 각각에 일정 레벨 이상의 전압이 인가되어야, M개의 전압 센싱 채널 각각에서의 전압 측정이 가능한 상태로 된다. 제(M-N+1) 전압 센싱 핀(P[M-N+1])은 제약 조건을 갖는 (N+1)개의 전압 센싱 핀(P[M-N+1]~P[M+1]) 중에서 가장 낮은 전위에 대응한다.
회로 기판(100)은, 두께 방향으로 대향하는 제1 면과 제2 면을 가지며, 배터리 감시 회로(10)는 회로 기판(100)의 제1 면에 회로 실장 영역에 안착된다.
회로 기판(100)은, 상호 전기적으로 분리되도록 형성되는 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴(R[1]~R[M+1])을 포함한다.
제1 내지 제(M+1) 도전 패턴(R[1]~R[M+1])은, 각각의 일단이 배터리 감시 회로(10)의 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀(P[1]~P[M+1])에 일대일로 전기적으로 연결된다. 이때, 제i 도전 패턴(R[i])은 제i 전압 센싱 핀(P[i])에 직접 접촉하거나, SMT(Surface Mounter Technology)를 통해 간접적으로 연결될 수 있다.
회로 기판(100)은, 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴(R[1]~R[M+1]) 외에, 중계 도전 패턴(RA)을 더 포함한다. 중계 도전 패턴(RA)의 일단은 제(M-N+1) 도전 패턴(R[M-N+1])에 전기적으로 연결된다.
회로 기판(100)은, 단자 어레이를 더 포함한다. 단자 어레이는, 제1 내지 제(M+1) 보드 단자(T[1]~T[M+1]) 및 중계 보드 단자(TA)를 포함한다.
제1 내지 제(M+1) 도전 패턴(R[1]~R[M+1]) 각각의 타단은, 제1 내지 제(M+1) 보드 단자(T[1]~T[M+1])에 일대일로 전기적으로 연결된다. 이때, 제1 내지 제(M+1) 보드 단자(T[1]~T[M+1])는, 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀(P[1]~P[M+1])의 위치 순서에 대응하도록 순차적으로 서로 이격되어 위치할 수 있다.
중계 도전 패턴(RA)의 타단은, 중계 보드 단자(TA)에 전기적으로 연결된다. 중계 보드 단자(TA)는, 제1 내지 제(M+1) 보드 단자(T[1]~T[M+1]) 중 제(M-N) 보드 단자(T[M-N])와 제(M-N+1) 보드 단자(T[M-N+1]) 간의 이격 영역에 위치할 수 있다.
도 3에 따르면, 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴(R[1]~R[M+1]) 및 중계 도전 패턴(RA)은, 회로 기판(100)의 두께 방향으로 서로 대향하는 제1 면과 제2 면 중 어느 하나에 형성될 수 있다. 물론, 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴(R[1]~R[M+1]) 및 중계 도전 패턴(RA) 중 적어도 하나는 제1 면에 형성되고 나머지는 제2 면에 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 하네스(200)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 와이어 하네스(200)는, 도 3을 참조하여 전술한 회로 기판(100)을 배터리 모듈(BM, 도 5 참조)과 상호 접속시키기 위한 것이다.
와이어 하네스(200)는, 제1 커넥터, 제2 커넥터 및 접속부를 포함한다.
제1 커넥터는, 와이어 하네스(200)와 배터리 모듈(BM) 간의 기계적이면서 전기적인 결합을 위한 것으로서, 제1 내지 제(L+1) 셀 접속 단자(A[1]~A[L+1])를 포함한다. 참고로, L은 N보다 크고 M보다 작은 자연수로서, 제1 커넥터에 결합되는 배터리 모듈(BM)에 포함된 배터리 셀의 개수와 동일할 수 있다.
제2 커넥터는, 와이어 하네스(200)와 회로 기판(100) 간의 기계적이면서 전기적인 결합을 위한 것으로서, 제1 내지 제(L+1) 보드 접속 단자(B[1]~B[L+1]), 제1 중계 보드 접속 단자(BA[1]) 및 제2 중계 보드 접속 단자(BA[2])를 포함한다. 제1 중계 보드 접속 단자(BA[1]) 및 제2 중계 보드 접속 단자(BA[2])은, 제(L-N+1) 보드 접속 단자(B[L-N+1]) 및 제(L-N) 보드 접속 단자(B[L-N]) 간의 이격 영역에 위치할 수 있다.
접속부는, 제1 커네터와 제2 커넥터 간의 기계적이면서 전기적인 결합을 위한 것으로서, 제1 내지 제(L+1) 와이어(W[1]~W[L+1]) 및 중계 와이어(WA)를 포함한다.
k는 (L+1) 이하의 자연수라고 할 때, 제1 내지 제(L+1) 와이어(W[1]~W[L+1]) 중 제k 와이어(W[k])는, 제1 내지 제(L+1) 셀 접속 단자(A[1]~A[L+1]) 중 제k 셀 접속 단자(A[k])와 제1 내지 제(L+1) 보드 접속 단자(B[1]~B[L+1]) 중 제k 보드 접속 단자(B[k])를 전기적으로 연결한다.
중계 와이어(WA)는, 제1 중계 보드 접속 단자(BA[1])와 제2 중계 보드 접속 단자(BA[2])를 전기적으로 연결한다. 제1 중계 보드 접속 단자(BA[1])와 제2 중계 보드 접속 단자(BA[2])는 중계 와이어(WA)에 의해 실질적으로 동전위를 갖게 된다.
도 5는 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈(BM)이 도 4에 도시된 와이어 하네스(200)를 통해 도 3에 도시된 회로 기판(100)에 접속된 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 5에서는 M이 L보다 3 이상 크고, L은 N보다 4 이상 큰 것으로 예시하였다.
도 5을 참조하면, 배터리 모듈(BM)은 직렬로 연결된 제1 내지 제L 배터리 셀(C[1]~C[L])을 포함한다. 제1 내지 제L 배터리 셀(C[1]~C[L]) 중 제1 배터리 셀(C[1])의 음극 단자가 최저 전위를 갖고 제L 배터리 셀(C[L])의 양극 단자가 최고 전위를 갖는다. 이때, 인접한 두 배터리 셀(예, C[1]과 C[2]) 중 상대적으로 상측에 위치하는 배터리 셀(예, C[2])의 음극 단자는 다른 배터리 셀(예, C[1])의 양극 단자에 전기적으로 연결된다.
와이어 하네스(200)의 제1 커넥터가 배터리 모듈(BM)에 결합 시, 제1 내지 제L 배터리 셀(C[1]~C[L])의 양극 단자와 음극 단자는 와이어 하네스(200)의 제1 내지 제(L+1) 셀 접속 단자(A[1]~A[L+1]) 전기적으로 연결된다.
상세하게는, 제1 내지 제(L+1) 셀 접속 단자(A[1]~A[L+1]) 중 제k 셀 접속 단자(A[k])는, 제1 내지 제L 배터리 셀(C[1]~C[L]) 중 제k 배터리 셀(C[k])의 음극 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 제(L+1) 셀 접속 단자는, 제L 배터리 셀(C[L])의 양극 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
와이어 하네스(200)의 제2 커넥터가 회로 기판(100)에 결합 시, 제1 중계 보드 접속 단자(BA[1])는 회로 기판(100)의 중계 보드 단자(TA)에 전기적으로 연결되고, 제2 중계 보드 접속 단자(BA[2])는 회로 기판(100)의 제1 내지 제(M+1) 보드 단자(T[1]~T[M+1]) 중 제(L-N+1) 보드 단자(T[L-N+1])에 전기적으로 연결된다.
와이어 하네스(200)의 제2 커넥터가 회로 기판(100)에 결합 시, 제1 내지 제(L+1) 보드 접속 단자(B[1]~B[L+1]) 중 제1 내지 제(L-N) 보드 접속 단자(B[1]~B[L-N])는 제1 내지 제(M+1) 보드 단자(T[1]~T[M+1]) 중 제1 내지 제(L-N) 보드 단자(T[1]~T[L-N])에 일대일로 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 제1 내지 제L 배터리 셀(C[1]~C[L]) 중 제1 내지 제(L-N-1) 배터리 셀(C[1]~C[L-N-1]) 각각의 셀 전압(V[1]~V[L-N-1])이 배터리 감시 회로(10)의 제1 내지 제(L-N-1) 전압 센싱 채널에 전달된다.
또한, 와이어 하네스(200)의 제2 커넥터가 회로 기판(100)에 결합 시, 와이어 하네스(200)의 제1 중계 보드 접속 단자(BA[1])는 회로 기판(100)의 중계 보드 단자(TA)에 전기적으로 연결되고, 와이어 하네스(200)의 제2 중계 보드 접속 단자(BA[2])는 회로 기판(100)의 제(L-N+1) 보드 단자(T[L-N+1])에 전기적으로 연결된다.
제(L-N) 배터리 셀(C[L-N])의 양극 단자는, 제(L-N+1) 셀 접속 단자(A[L-N+1]), 제(L-N+1) 와이어(W[L-N+1]), 제(L-N+1) 보드 접속 단자(B[L-N+1]), 제(M-N+1) 보드 단자(T[M-N+1]), 제(M-N+1) 도전 패턴(R[M-N+1]), 중계 도전 패턴(RA), 중계 보드 단자(TA), 제1 중계 보드 접속 단자(BA[1]), 중계 와이어(WA), 제2 중계 보드 접속 단자(BA[2]), 제(L-N+1) 보드 단자(T[L-N+1]) 및 제(L-N+1) 도전 패턴(R[L-N+1])을 통해 배터리 감시 회로(10)의 제(L-N+1) 전압 센싱 핀(P[L-N+1])에 전기적으로 연결된다.
또한, 제(L-N) 배터리 셀(C[L-N])의 음극 단자는, 제(L-N) 셀 접속 단자(A[L-N]), 제(L-N) 와이어(W[L-N]), 제(L-N) 보드 접속 단자(B[L-N]), 제(L-N) 보드 단자(T[L-N]) 및 제(L-N) 도전 패턴(R[L-N])을 통해 배터리 감시 회로(10)의 제(L-N) 전압 센싱 핀(P[L-N])에 전기적으로 연결된다.
이에 따라, 제1 내지 제L 배터리 셀(C[1]~C[L]) 중 제(L-N) 배터리 셀(C[L-N])의 셀 전압(V[L-N])이 두 보드 단자(T[L-N+1]과 T[L-N])를 통해 배터리 감시 회로(10)의 제(L-N) 전압 센싱 채널에 전달된다.
또한, 와이어 하네스(200)의 제2 커넥터가 회로 기판(100)에 결합 시, 제1 내지 제(L+1) 보드 접속 단자(B[1]~B[L+1]) 중 제(L-N+1) 내지 제(L+1) 보드 접속 단자(B[L-N+1]~B[L+1])는, 제1 내지 제(M+1) 보드 단자(T[1]~T[M+1]) 중 제(M-N+1) 내지 제(M+1) 보드 단자(T[M-N+1]~T[M+1])에 일대일로 전기적으로 연결된다.
이에 따라, 제1 내지 제L 배터리 셀(C[1]~C[L]) 중 제(L-N+1) 내지 제L 배터리 셀(C[L-N+1]~C[L]) 각각의 셀 전압(V[L-N+1]~V[L])이 배터리 감시 회로의 제(M-N+1) 내지 제M 전압 센싱 채널에 전달됨으로써, 배터리 감시 회로(10)의 제약 조건이 온전히 충족될 수 있다.
위와 같은 접속 관계를 통해, 와이어 하네스(200)의 제1 커넥터와 제2 커넥터가 각각 배터리 모듈(BM)과 회로 기판(100)에 결합 시, 제1 내지 제(L-N-1) 배터리 셀(C[1]~C[L-N-1]), 제(L-N) 배터리 셀(C[L-N]) 및 제(L-N+1) 내지 제L 배터리 셀(C[L-N+1]~C[L]) 각각의 셀 전압을 정상적으로 측정 가능하다.
한편, 와이어 하네스(200)의 제2 커넥터가 회로 기판(100)에 결합 시, 회로 기판(100)의 제(L-N+2) 내지 제(M-N) 보드 단자(T[L-N+2]~T[M-N])는 개방 회로 상태이므로, 제(L-N+2) 내지 제(M-N) 전압 센싱핀(P[L-N+2]~P[M-N])에는 전압이 미인가되며, 따라서 (M-L-2)개의 전압 센싱 채널, 제(L-N+2) 내지 제(M-N) 전압 센싱 채널은 유휴 상태(open state)로 남아있게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 구별되어 이해되어서는 안 될 것이다.
BM: 배터리 모듈
10: 배터리 감시 회로
100: 회로 기판
200: 와이어 하네스

Claims (10)

  1. 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀을 포함하고, 상기 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀 중 제(M-N+1) 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀에 전압이 인가되는 것을 동작 조건으로 하는 배터리 감시 회로를 위한 회로 기판에 있어서,
    상호 전기적으로 분리되도록 형성되는 것으로서, 각각의 일단이 상기 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀에 일대일로 전기적으로 연결되는 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴;
    상기 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴 중, 상기 제(M-N+1) 전압 센싱 핀에 전기적으로 연결된 제(M-N+1) 도전 패턴에 일단이 전기적으로 연결되는 중계 도전 패턴;
    상기 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴 각각의 타단에 일대일로 전기적으로 연결되는 제1 내지 제(M+1) 보드 단자; 및
    상기 중계 도전 패턴의 타단에 전기적으로 연결되는 중계 보드 단자;
    를 포함하되,
    M은 3 이상의 자연수이고,
    N은 M 미만의 자연수인 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제(M+1) 보드 단자는,
    상기 제1 내지 제(M+1) 전압 센싱 핀의 위치 순서에 대응하도록 순차적으로 서로 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴 및 상기 중계 도전 패턴은,
    상기 회로 기판의 제1 면 및 상기 제1 면에 반대면인 제2 면 중, 상기 배터리 감시 회로가 안착되는 상기 제1 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중계 도전 패턴은,
    상기 회로 기판의 제1 면 중에서 상기 제1 내지 제(M+1) 도전 패턴 중 제(M-N) 도전 패턴과 제(M-N+1) 도전 패턴 간의 이격 영역 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중계 보드 단자는,
    상기 제1 내지 제(M+1) 보드 단자 중 제(M-N) 보드 단자와 제(M-N+1) 보드 단자 간의 이격 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 중계 보드 단자는,
    상기 회로 기판의 두께 방향으로 상기 제(M-N+1) 보드 단자와 대향 관계를 이루도록 배치되는 특징으로 하는 회로 기판.
  7. 제1항에 따른 상기 회로 기판과 배터리 모듈 - 상기 배터리 모듈은 직렬 연결된 제1 내지 제L 배터리 셀을 포함함 - 을 상호 접속시키기 위한 와이어 하네스에 있어서,
    제1 내지 제(L+1) 셀 접속 단자를 포함하는 제1 커넥터;
    제1 내지 제(L+1) 보드 접속 단자, 제1 중계 보드 접속 단자 및 제2 중계 보드 접속 단자를 포함하는 제2 커넥터;
    제1 내지 제(L+1) 와이어; 및
    중계 와이어;
    를 포함하되,
    상기 제1 내지 제(L+1) 와이어 중 제k 와이어는,
    상기 제1 내지 제(L+1) 셀 접속 단자 중 제k 셀 접속 단자와 상기 제1 내지 제(L+1) 접속 단자 중 제k 보드 접속 단자를 전기적으로 연결하고,
    상기 제1 중계 보드 접속 단자와 상기 제2 중계 보드 접속 단자는, 상기 중계 와이어에 의해 전기적으로 연결되고,
    L는 N보다 크고 M보다 작은 자연수이고,
    k는 (L+1) 이하의 자연수인 것을 특징으로 하는 와이어 하네스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 중계 보드 접속 단자는, 상기 회로 기판의 상기 중계 보드 단자에 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 중계 보드 접속 단자는, 상기 회로 기판의 상기 제1 내지 제(M+1) 보드 단자 중 제(L-N+1) 보드 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 와이어 하네스.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 내지 제(L+1) 보드 접속 단자 중 제1 내지 제(L-N) 보드 접속 단자는, 상기 제1 내지 제(M+1) 보드 단자 중 제1 내지 제(L-N) 보드 단자에 일대일로 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 내지 제(L+1) 보드 접속 단자 중 제(L-N+1) 내지 제(L+1) 보드 접속 단자는, 상기 제1 내지 제(M+1) 보드 단자 중 제(M-N+1) 내지 제(M+1) 보드 단자에 일대일로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 와이어 하네스.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 내지 제(L+1) 셀 접속 단자 중 제k 셀 접속 단자는, 상기 제1 내지 제L 배터리 셀 중 제k 배터리 셀의 음극 단자에 전기적으로 연결되고,
    상기 제(L+1) 셀 접속 단자는, 상기 제L 배터리 셀의 양극 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 와이어 하네스.
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