KR20190124446A - 센싱 기판 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20190124446A
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Abstract

본 발명에 의하면, 센싱 기판에 더미 단자를 구비시킴으로써 배터리 모듈의 양측면에서 센싱 기판을 공용으로 사용할 수 있게 되며, 이에 따라 기판 단자의 배치를 달리한 2종류의 센싱 기판을 제작하는 대신, 더미 단자가 구비된 1종류의 센싱 기판만 제작하면 되기 때문에 양산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

Description

센싱 기판 및 이를 포함하는 배터리 모듈{SUBSTRATE FOR SENSING AND BATTERY MODULE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 양산성을 향상시킬 수 있는 센싱 기판 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 에너지 저장 시스템은 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 수요 패턴에 맞게 전력을 공급하는 시스템을 말한다. 보다 구체적으로, 에너지 저장 시스템은 발전소에서 생산한 전력을 가정이나 공장 등에 바로 공급하지 않고, 배터리랙과 같은 대형 에너지 저장 수단에 전력을 저장해 두었다가, 이후 전력 공급이 필요한 시기에 가정이나 공장 등에 전력을 공급하도록 구성되어 있다.
에너지 저장 시스템은 최근에 급부상한 스마트 그리드(Smart Grid)의 구축에 있어서 반드시 필요한 핵심 기술이다. 스마트 그리드란 발전-송전-판매의 단계로 이루어지던 기존의 단방향 전력망에 정보 기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 지능형 전력망을 가리킨다.
에너지 저장 시스템은 다수의 배터리랙과 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)을 포함하는 배터리랙의 운영 시스템, 전력 변환 시스템(PCS: Power Conversion System), 그리고 에너지 관리 시스템(EMS: Energy Management System)을 포함한다. 여기서, 다수의 배터리랙은 에너지를 충전하여 저장하고 필요시 에너지를 방전하여 출력하기 위한 것이고, 배터리 관리 시스템은 다수의 배터리랙을 관리하기 위한 것이다.
배터리랙의 운영 시스템은 통상적으로 릴레이를 통해 그리드에 서로 병렬로 연결되는 다수의 배터리랙을 포함하며, 여기서 다수의 배터리랙 각각은 다수의 배터리 모듈을 포함하고, 각각의 배터리 모듈은 다수의 배터리셀과 상기 다수의 배터리셀을 관리하는 배터리 BMS를 포함한다.
배터리 BMS는 각각의 배터리셀의 전압이나 온도에 관한 정보를 수신하며, 상기 배터리셀의 전압이나 온도는 배터리 모듈에 구비된 소자로부터 센싱이 이루어진다. 다만, 종래에는 배터리 BMS와 센싱 기판을 하나의 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board)에 구현하였는데, 이 경우에는 배터리 BMS에서 발생한 열 대부분이 센싱 기판에 전달되어 정확한 온도 센싱이 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 배터리 모듈은 각각 양극단자 및 음극단자를 구비하는 다수의 배터리셀과, 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 및 음극단자를 전기적으로 연결시키는 다수의 버스바를 포함한다. 다만, 버스바의 배치가 배터리 모듈의 양측면에서 서로 다르기 때문에, 배터리셀의 전압이나 온도를 센싱하는 센싱 기판 역시 배터리 모듈의 양측면에서 서로 다른 형태로 구비될 필요가 있다. 하지만 이 경우에는 배터리 모듈의 양측면에서 각각 사용될 수 있도록 센싱 기판을 2종류로 제작하여야 하기 때문에 양산성이 떨어진다는 문제점이 있다.
한국 등록특허공보 제0659829호(2006.12.13)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 양산성을 향상시키기 위해 배터리 모듈의 양측면에 공용으로 사용될 수 있는 센싱 기판과 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 배터리셀의 온도를 비교적 정확하게 센싱해낼 수 있는 센싱 기판과 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 센싱 기판은, 각각 양극단자 및 음극단자를 구비하는 다수의 배터리셀과, 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 및 음극단자를 연결시키는 다수의 버스바를 포함하는 배터리 모듈에서, 상기 다수의 배터리셀의 전압 또는 온도를 센싱하는 센싱 기판으로서, 기판 몸체; 및 상기 기판 몸체에서 돌출되어, 상기 버스바를 통해 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 각각 결합하는 다수의 기판 단자;를 포함하며, 상기 센싱 기판이 상기 배터리 모듈의 양측면에 공용으로 사용될 수 있도록, 상기 다수의 기판 단자 중 2개의 기판 단자는 상기 다수의 버스바 중 하나의 버스바를 통해 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 2개와 결합되거나, 상기 다수의 배터리셀의 음극단자 2개와 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 기판 몸체 또는 상기 다수의 기판 단자 중 적어도 하나의 기판 단자에는 온도센서가 실장될 수 있으며, 여기서 상기 다수의 기판 단자 각각은, 상기 기판 몸체에서 돌출되는 기판 단자 몸체; 상기 기판 단자 몸체의 상부에 구비되어 각 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 결합하며, 각 배터리셀의 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및 열전도성이 있는 재질로 이루어지며, 상기 셀 전압 센싱부에서 상기 기판 단자 몸체의 하부 쪽으로 연장 형성되되, 상기 기판 단자 몸체의 한쪽 면에 형성되는 연장부;를 포함하고, 상기 온도센서는 상기 연장부가 형성되어 있는 면의 반대쪽 면에 실장될 수 있다.
또한, 상기 다수의 기판 단자 중 적어도 하나의 기판 단자에는 퓨즈가 실장될 수 있으며, 여기서 상기 다수의 기판 단자 각각은, 상기 기판 몸체에서 돌출되는 기판 단자 몸체; 상기 기판 단자 몸체의 상부에 구비되어 각 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 결합하며, 각 배터리셀의 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및 열전도성이 있는 재질로 이루어지며, 상기 셀 전압 센싱부에서 상기 기판 단자 몸체의 하부 쪽으로 연장 형성되되, 상기 기판 단자 몸체의 한쪽 면에 형성되는 연장부;를 포함하고, 상기 퓨즈는 상기 연장부가 형성되어 있는 면의 반대쪽 면에 실장될 수 있다.
그리고 상기 배터리 모듈은 상기 다수의 배터리셀을 관리하는 배터리 BMS(Battery Management System)를 더 포함하고, 상기 센싱 기판은 상기 기판 몸체를 상기 배터리 BMS와 연결시키는 와이어 하니스(wire harness)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 각각 양극단자 및 음극단자를 구비하는 다수의 배터리셀; 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 및 음극단자를 연결시키는 다수의 버스바; 및 상기 다수의 배터리셀의 전압 또는 온도를 센싱하는 센싱 기판;을 포함하며, 상기 센싱 기판은, 기판 몸체; 및 상기 기판 몸체에서 돌출되어, 상기 버스바를 통해 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 각각 결합하는 다수의 기판 단자;를 포함하고, 상기 센싱 기판이 상기 배터리 모듈의 양측면에 공용으로 사용될 수 있도록, 상기 다수의 기판 단자 중 2개의 기판 단자는 상기 다수의 버스바 중 하나의 버스바를 통해 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 2개와 결합되거나, 상기 다수의 배터리셀의 음극단자 2개와 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 기판 몸체 또는 상기 다수의 기판 단자 중 적어도 하나의 기판 단자에 온도센서가 실장될 수 있으며, 상기 다수의 기판 단자 각각은, 상기 기판 몸체에서 돌출되는 기판 단자 몸체; 상기 기판 단자 몸체의 상부에 구비되어 각 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 결합하며, 각 배터리셀의 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및 열전도성이 있는 재질로 이루어지며, 상기 셀 전압 센싱부에서 상기 기판 단자 몸체의 하부 쪽으로 연장 형성되되, 상기 기판 단자 몸체의 한쪽 면에 형성되는 연장부;를 포함하고, 상기 온도센서는 상기 연장부가 형성되어 있는 면의 반대쪽 면에 실장될 수 있다.
또한, 상기 다수의 기판 단자 중 적어도 하나의 기판 단자에는 퓨즈가 실장될 수 있으며, 여기서 상기 다수의 기판 단자 각각은, 상기 기판 몸체에서 돌출되는 기판 단자 몸체; 상기 기판 단자 몸체의 상부에 구비되어 각 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 결합하며, 각 배터리셀의 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및 열전도성이 있는 재질로 이루어지며, 상기 셀 전압 센싱부에서 상기 기판 단자 몸체의 하부 쪽으로 연장 형성되되, 상기 기판 단자 몸체의 한쪽 면에 형성되는 연장부;를 포함하고, 상기 퓨즈는 상기 연장부가 형성되어 있는 면의 반대쪽 면에 실장될 수 있다.
그리고 상기 배터리 모듈은 상기 다수의 배터리셀을 관리하는 배터리 BMS를 더 포함하고, 상기 센싱 기판은 상기 기판 몸체를 상기 배터리 BMS와 연결시키는 와이어 하니스를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 센싱 기판에 더미 단자를 구비시킴으로써 배터리 모듈의 양측면에서 센싱 기판을 공용으로 사용할 수 있게 되며, 이에 따라 기판 단자의 배치를 달리한 2종류의 센싱 기판을 제작하는 대신, 더미 단자가 구비된 1종류의 센싱 기판만 제작하면 되기 때문에 센싱 기판 및 이를 포함하는 배터리 모듈의 양산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 온도센서를 기판에 실장함으로써 배터리셀의 온도 센싱의 정확도를 높일 수 있으며, 기판 몸체를 배터리 BMS와 연결시키는 와이어 하니스를 구비함으로써 배터리 BMS에서 발생한 열이 기판 몸체 및 기판 단자에 전달되는 현상을 최소화하여 온도센서를 통한 온도 센싱의 정확도를 한층 더 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 에너지 저장 시스템용으로 사용될 수 있으며, 이 경우에는 배터리 모듈 및 이에 포함되는 센싱 기판의 양산성 향상과 온도 센싱의 정확도 향상으로 인해, 에너지 저장 시스템을 구동함에 있어서 원가 절감 및 에너지 저장의 효율 상승도 기대할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈에 구비되는 배터리셀의 예시도이다.
도 3a는 도 1에 도시된 배터리 모듈을 전방 우측에서 바라봤을 때 배터리 모듈의 내부 모습을 나타낸 도면이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 센싱 기판을 나타낸 도면이다.
도 4a는 도 1에 도시된 배터리 모듈을 후방 우측에서 바라봤을 때 배터리 모듈의 내부 모습을 나타낸 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 센싱 기판을 나타낸 도면이다.
도 5는 센싱 기판의 일면에 온도센서 및 퓨즈가 실장된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 센싱 기판의 타면에서 다수의 기판 단자 중 하나를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 7은 기판 몸체의 일측에 와이어 하니스가 구비된 모습을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 센싱 기판 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈에 구비되는 배터리셀의 예시도이다. 도 3a는 도 1에 도시된 배터리 모듈을 전방 우측에서 바라봤을 때 배터리 모듈의 내부 모습을 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 센싱 기판을 나타낸 도면이다. 그리고 도 4a는 도 1에 도시된 배터리 모듈을 후방 우측에서 바라봤을 때 배터리 모듈의 내부 모습을 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 센싱 기판을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 기판(1000)은 도 3a 및 도 4a에 도시한 바와 같이 배터리 모듈(1)의 양측면에 구비된다. 그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 다수의 배터리셀(10), 다수의 버스바(20), 배터리 BMS(30), 하우징(40) 및 센싱 기판(1000)을 포함하여 이루어질 수 있다.
다수의 배터리셀(10)은 하우징(40) 내에서 하우징(40)의 길이방향을 따라 배치되며, 도 1에서는 총 23개의 배터리셀(10)이 배치된 것으로 도시하였지만, 배터리셀(10)의 수는 얼마든지 변경 가능하다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 다수의 배터리셀(10) 각각은 양극단자(11) 및 음극단자(12)를 구비하며, 양극단자(11)는 배터리셀(10)의 상측에 위치하고 음극단자(12)는 배터리셀(10)의 하측에 위치하는 것으로 도시하였으나, 양극단자(11) 및 음극단자(12)의 위치는 서로 반대로 위치시켜도 무방하다.
다수의 버스바(20)는 다수개 배터리셀(10)의 양극단자(11) 및 음극단자(12)를 전기적으로 연결시킨다.
먼저 도 3a를 참고하면, 1번 배터리셀(10)의 양극단자(11)에는 1번 버스바(20)가 단독으로 연결되고, 1번 배터리셀(10)의 음극단자(12)와 2번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 2번 버스바(20)가 공동으로 연결된다. 그리고 2번 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 3번 배터리셀(10)의 양극단자(11)에는 3번 버스바(30)가 공동으로 연결되고, 3번 배터리셀(10)의 음극단자(12)와 4번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 4번 버스바(30)가 공동으로 연결된다. 또한, 21번 배터리셀(10)의 음극단자(12)와 22번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 22번 버스바(20)가 공동으로 연결되고, 22번 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 23번 배터리셀(10)의 양극단자(11)에는 23번 버스바(20)가 공동으로 연결되며, 23번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 24번 버스바(20)가 단독으로 연결된다.
다음으로 도 4a를 참고하면, 23번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 25번 버스바(20)가 단독으로 연결되고, 23번 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 22번 배터리셀(10)의 양극단자(11)에는 26번 버스바(20)가 공동으로 연결된다. 그리고 22번 배터리셀(10)의 음극단자(12)와 21번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 27번 버스바(20)가 공동으로 연결되고, 21번 배터리셀(1)의 양극단자(11)와 20번 배터리셀(1)의 양극단자(11)에는 28번 버스바(20)가 공동으로 연결된다. 또한, 3번 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 2번 배터리셀(10)의 양극단자(11)에는 46번 버스바(20)가 공동으로 연결되고, 2번 배터리셀(10)의 음극단자(12)와 1번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 47번 버스바(20)가 공동으로 연결되며, 1번 배터리셀(10)의 양극단자(11)에는 48번 버스바(20)가 단독으로 연결된다.
이와 같이 다수의 버스바(20)는 다수개 배터리셀(10)의 양극단자(11) 및 음극단자(12)를 직렬 연결시킬 수 있으며, 여기서 배터리셀(10)의 전압을 센싱하기 위해서는 양극단자(11)와 결합한 버스바(20)와 음극단자(12)와 결합한 버스바(20)에 각각 단자를 배치시켜야 한다.
예를 들어, 도 3a에 나타낸 배터리 모듈(1)에서, 1번 배터리셀(10)의 전압을 센싱하기 위해서는 1번 버스바(20)와 2번 버스바(20)에 각각 단자를 배치시켜야 하고, 2번 배터리셀(10)의 전압을 센싱하기 위해서는 2번 버스바(20)와 3번 버스바(20)에 각각 단자를 배치시켜야 한다. 그리고 22번 배터리셀(10)의 전압을 센싱하기 위해서는 22번 버스바(20)와 23번 버스바(20)에 각각 단자를 배치시켜야 하고, 23번 배터리셀(10)의 전압을 센싱하기 위해서는 23번 버스바(20)와 24번 버스바(20)에 각각 단자를 배치시켜야 한다.
다만, 도 3a에 나타낸 배터리 모듈(1)의 일측면을 참고하면, 1번 배터리셀(10)의 양극단자(11)에는 1번 버스바(20)가 단독으로 연결되고, 1번 배터리셀(10)의 음극단자(12)와 2번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 2번 버스바(20)가 공동으로 연결되며, 22번 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 23번 배터리셀(10)의 양극단자(11)에는 23번 버스바(20)가 공동으로 연결되고, 23번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 24번 버스바(20)가 단독으로 연결된다.
한편, 도 4a에 나타낸 배터리 모듈(1)의 타측면을 참고하면, 23번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 25번 버스바(20)가 단독으로 연결되고, 23번 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 22번 배터리셀(10)의 양극단자(11)에는 26번 버스바(20)가 공동으로 연결되며, 2번 배터리셀(10)의 음극단자(12)와 1번 배터리셀(10)의 음극단자(12)에는 47번 버스바(20)가 공동으로 연결되며, 1번 배터리셀(10)의 양극단자(11)에는 48번 버스바(20)가 단독으로 연결된다.
즉, 도 3a 및 도 4a에서 알 수 있는 바와 같이, 다수의 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 음극단자(12)를 연결시키는 다수의 버스바(20)의 배치가 배터리 모듈(1)의 일측면과 타측면에서 각각 상이하며, 이로 인해 배터리 모듈(1)의 일측면에 사용되는 센싱 기판과 배터리 모듈(1)의 타측면에 사용되는 센싱 기판의 형태가 각각 달리 마련될 필요가 있다. 하지만 이 경우에는 센싱 기판의 양산성이 떨어질 수밖에 없으며, 이에 따라 양산성을 향상시키기 위해 배터리 모듈(1)의 양측면에 공용으로 사용될 수 있는 센싱 기판이 도입될 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 기판(1000)은 도 3a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이 기판 몸체(100) 및 다수의 기판 단자(200)를 포함한다.
기판 몸체(100)는 전체적으로 직사각형 형태를 가지며, 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 음극단자(12) 사이에 배치된다. 여기서, 기판 몸체(100)는 인쇄 회로 기판일 수 있다.
다수의 기판 단자(200)는 기판 몸체(100)의 상방향 및 하방향으로 수직 돌출된 형태를 가지며, 다수의 버스바(20)를 통해 다수의 배터리셀(10)의 양극단자(11) 또는 음극단자(12)와 각각 결합한다.
다만 상술한 바와 같이, 배터리 모듈(1)의 일측면과 타측면에서 다수의 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 음극단자(12)를 연결시키는 다수의 버스바(20)의 배치가 상이하기 때문에, 센싱 기판(1000)의 양산성을 향상시키기 위해서는 이 점을 고려하여 기판 단자(200)를 마련할 필요가 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 기판(1000)에서 다수의 기판 단자(200) 중 2개의 기판 단자는 다수의 버스바(20) 중 하나의 버스바를 통해, 다수의 배터리셀(10)의 양극단자(11) 2개와 결합하거나 다수의 배터리셀(10)의 음극단자(12) 2개와 결합되도록 구성된다.
도 3a 및 도 3b를 참고하면, 다수의 기판 단자(200) 중 1~12번 및 15~25번 기판 단자는 각각 하나의 버스바(20)에 단독으로 결합되도록 구성되어 있지만, 13번 및 14번 기판 단자는 하나의 버스바(20)에 동시에 결합되도록 구성되어 있다. 즉, 13번 및 14번 기판 단자는 2번 버스바 하나를 통해 1번 배터리셀(10)의 음극단자(12) 및 2번 배터리셀(10)의 음극단자(12)와 결합되도록 구성되어 있다.
참고로, 도 3a 및 도 3b에 의하면, 다수의 기판 단자(200) 중 24번 기판 단자는 22번 버스바를 통해 21번 배터리셀(10)의 음극단자(12) 및 22번 배터리셀(10)의 음극단자(12)와 결합되도록 구성되어 있고, 25번 기판 단자는 24번 버스바를 통해 23번 배터리셀(10)의 음극단자(12)와 결합되도록 구성되어 있다.
이에 반해, 도 4a 및 도 4b를 참고하면, 다수의 기판 단자(200) 중 1~23번 기판 단자는 각각 하나의 버스바(20)에 단독으로 결합되도록 구성되어 있지만, 24번 및 25번 기판 단자는 하나의 버스바(20)에 동시에 결합되도록 구성되어 있다. 즉, 24번 및 25번 기판 단자는 26번 버스바 하나를 통해 22번 배터리셀(10)의 양극단자(11) 및 23번 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 결합되도록 구성되어 있다.
참고로, 도 4a 및 도 4b에 의하면, 다수의 기판 단자(200) 중 13번 기판 단자는 48번 버스바를 통해 1번 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 결합되도록 구성되어 있고, 14번 기판 단자는 46번 버스바를 통해 2번 배터리셀(10)의 양극단자(11) 및 3번 배터리셀(10)의 양극단자(11)와 결합되도록 구성되어 있다.
즉, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 배터리 모듈(1)의 일측면에 센싱 기판(1000)이 구비될 경우에는 13번 및 14번 기판 단자는 모두 2번 버스바에 연결되기 때문에, 13번 및 14번 기판 단자 중 어느 하나는 더미 단자가 된다.
그리고 도 4a에 나타낸 바와 같이, 배터리 모듈(1)의 타측면에 센싱 기판(1000)이 구비될 경우에는 24번 및 25번 기판 단자는 모두 26번 버스바에 연결되기 때문에, 24번 및 25번 기판 단자 중 어느 하나는 더미 단자가 된다.
이와 같이, 센싱 기판에 더미 단자를 구비시킴으로써 배터리 모듈의 양측면에서 센싱 기판을 공용으로 사용할 수 있게 되며, 이에 따라 기판 단자의 배치를 달리한 2종류의 센싱 기판을 제작하는 대신, 더미 단자가 구비된 1종류의 센싱 기판만 제작하면 되기 때문에 센싱 기판 및 이를 포함하는 배터리 모듈의 양산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 종래에는 배터리 BMS와 센싱 기판을 하나의 인쇄 회로 기판(PCB)에 구현했기 때문에, 배터리 BMS에서 발생한 열 대부분이 센싱 기판에 전달되어 정확한 온도 센싱이 어려웠다. 다만, 배터리 BMS(30)와 센싱 기판(1000)을 배터리 모듈(1)에서 공간적으로 분리하여 설치하고, 온도센서(300)를 센싱 기판(1000)의 기판 몸체(100)나 적어도 하나의 기판 단자(200)에 칩의 형태로 실장할 경우, 온도 센싱의 정확도를 높일 수 있게 된다.
도 5는 센싱 기판의 일면에 온도센서 및 퓨즈가 실장된 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 센싱 기판의 타면에서 다수의 기판 단자 중 하나를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 다수의 기판 단자(200) 각각은 기판 단자 몸체(210), 셀 전압 센싱부(220) 및 연장부(230)를 포함하여 이루어질 수 있다.
기판 단자 몸체(210)는 기판 몸체(100)에서 상방향 및 하방향으로 수직 돌출된 형태를 가지며, 기판 몸체(100)와 마찬가지로 인쇄 회로 기판일 수 있다.
셀 전압 센싱부(220)는 기판 단자 몸체(210)의 상부에 구비되어 각 배터리셀(10)의 양극단자(11) 또는 음극단자(12)와 결합하며, 전기전도성이 있는 재질로 이루어져 각 배터리셀(10)의 전압을 센싱한다.
각 배터리셀(10)의 양극단자(11) 및 음극단자(12)는 도 2 등에 나타낸 바와 같이 전방을 향해 돌출된 볼트 형태일 수 있으며, 셀 전압 센싱부(220)에는 각 배터리셀(10)의 양극단자(11) 또는 음극단자(12)의 수용을 위해 원 모양의 구멍(225)이 마련될 수 있다.
각 배터리셀(10)의 양극단자(11) 또는 음극단자(12)는 버스바(20)에 마련된 구멍(미도시) 및 셀 전압 센싱부(220)에 마련된 구멍(225)에 수용된 뒤 너트에 의해 체결되어, 도 3a 또는 도 4a에 나타낸 바와 같이 배터리셀(10), 버스바(20) 및 센싱 기판(1000)으로 이루어진 조립체가 만들어질 수 있다. 여기서, 배터리셀(10), 버스바(20) 및 센싱 기판(1000)의 조립체는 볼트 및 너트를 통한 체결뿐 아니라 상호간 레이저 용접이나 초음파 용접 등을 통해서도 만들어질 수 있다.
그리고 셀 전압 센싱부(220)는 배터리셀(10)의 전압 센싱을 위해 구리와 같이 전기전도성이 우수한 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 기판 단자 몸체(210)의 일면과 타면에 모두 형성될 수 있다.
한편, 연장부(230)는 열전도성이 우수한 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 셀 전압 센싱부(220)에서 기판 단자 몸체(210)의 하부 쪽으로 연장 형성되되, 기판 단자 몸체(210)의 한쪽 면에만 형성된다.
온도센서(300)는 셀 전압 센싱부(220)와는 전기적으로 절연이 이루어져야 하기 때문에 셀 전압 센싱부(220)에 직접적으로 실장될 수는 없다. 다만, 기판 단자 몸체(210)를 사이에 두고 연장부(230)가 형성되어 있는 면의 반대쪽 면에 온도센서(300)가 실장될 경우에는, 기판 단자 몸체(210)로 인해 전기적인 절연이 보장될 수 있음은 물론, 열전도성 재질로 이루어진 연장부(230)로 인해 배터리셀(10)의 온도가 온도센서(300)에 의해 비교적 정확하게 센싱될 수 있게 된다.
퓨즈(400)는 다수의 기판 단자(200) 중 적어도 하나의 기판 단자에 실장될 수 있다. 여기서, 퓨즈(400) 역시 온도센서(300)와 마찬가지로 기판 단자 몸체(210)를 사이에 두고 연장부(230)가 형성되어 있는 면의 반대쪽 면에 실장되는 것이 바람직한데, 이는 기판 단자 몸체(210)로 인해 전기적인 절연이 보장될 수 있음은 물론, 열전도성 재질로 이루어진 연장부(230)로 인해 퓨즈(400)의 전원 차단 기능이 한층 더 향상될 수 있기 때문이다.
도 7은 기판 몸체의 일측에 와이어 하니스가 구비된 모습을 나타낸 도면이다.
배터리 BMS(30)에서는 셀 전압의 밸런싱이 이루어지거나 MCU(Micro Controller Unit)의 가동으로 인해 다량의 열이 발생하며, 이때 발생한 열이 기판 몸체(100) 및 기판 단자(200)에 전달될 경우 배터리셀(10)의 온도를 정확하게 센싱하기 어렵고, 퓨즈(400) 또한 그 기능을 제대로 발휘하기 어려워진다.
이에 따라, 기판 몸체(100)의 일측에 기판 몸체(100)를 배터리 BMS(30)와 연결시키는 와이어 하니스(500)를 구비하여, 배터리 BMS(30)에서 발생한 열이 기판 몸체(100) 및 기판 단자(200)에 전달되는 현상을 최소화하는 것이 바람직하다.
와이어 하니스(500)는 케이블 또는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 와이어 하니스(500)는 기판 단자(200)의 수만큼 구비될 수 있으며, 기판 단자(200)에 의해 센싱된 배터리셀(10)의 전압 또는 온도는 와이어 하니스(500)를 통해 배터리 BMS(30)에 전달될 수 있다.
이와 같이, 기판 몸체(100)를 배터리 BMS(30)와 연결시키는 와이어 하니스(500)를 구비함으로써, 배터리 BMS(30)에서 발생한 열이 기판 몸체(100) 및 기판 단자(200)에 전달되는 현상을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 온도센서를 통한 온도 센싱의 정확도를 한층 더 높일 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 배터리 모듈
10: 배터리셀
11: 양극단자
12: 음극단자
20: 버스바
30: 배터리 BMS
40: 하우징
100: 기판 몸체
200: 기판 단자
210: 기판 단자 몸체
220: 센 전압 센싱부
225: 구멍
230: 연장부
300: 온도센서
400: 퓨즈
500: 와이어 하니스
1000: 센싱 기판

Claims (14)

  1. 각각 양극단자 및 음극단자를 구비하는 다수의 배터리셀과, 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 및 음극단자를 연결시키는 다수의 버스바를 포함하는 배터리 모듈에서, 상기 다수의 배터리셀의 전압 또는 온도를 센싱하는 센싱 기판으로서,
    기판 몸체; 및
    상기 기판 몸체에서 돌출되어, 상기 버스바를 통해 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 각각 결합하는 다수의 기판 단자;를 포함하며,
    상기 센싱 기판이 상기 배터리 모듈의 양측면에 공용으로 사용될 수 있도록, 상기 다수의 기판 단자 중 2개의 기판 단자는 상기 다수의 버스바 중 하나의 버스바를 통해 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 2개와 결합되거나, 상기 다수의 배터리셀의 음극단자 2개와 결합되는 것을 특징으로 하는 센싱 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 몸체에 온도센서가 실장된 것을 특징으로 하는 센싱 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 기판 단자 중 적어도 하나의 기판 단자에 온도센서가 실장된 것을 특징으로 하는 센싱 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 기판 단자 각각은,
    상기 기판 몸체에서 돌출되는 기판 단자 몸체;
    상기 기판 단자 몸체의 상부에 구비되어 각 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 결합하며, 각 배터리셀의 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및
    열전도성이 있는 재질로 이루어지며, 상기 셀 전압 센싱부에서 상기 기판 단자 몸체의 하부 쪽으로 연장 형성되되, 상기 기판 단자 몸체의 한쪽 면에 형성되는 연장부;를 포함하고,
    상기 온도센서는 상기 연장부가 형성되어 있는 면의 반대쪽 면에 실장된 것을 특징으로 하는 센싱 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 기판 단자 중 적어도 하나의 기판 단자에 퓨즈가 실장된 것을 특징으로 하는 센싱 기판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 기판 단자 각각은,
    상기 기판 몸체에서 돌출되는 기판 단자 몸체;
    상기 기판 단자 몸체의 상부에 구비되어 각 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 결합하며, 각 배터리셀의 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및
    열전도성이 있는 재질로 이루어지며, 상기 셀 전압 센싱부에서 상기 기판 단자 몸체의 하부 쪽으로 연장 형성되되, 상기 기판 단자 몸체의 한쪽 면에 형성되는 연장부;를 포함하고,
    상기 퓨즈는 상기 연장부가 형성되어 있는 면의 반대쪽 면에 실장된 것을 특징으로 하는 센싱 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 다수의 배터리셀을 관리하는 배터리 BMS(Battery Management System)를 더 포함하고,
    상기 기판 몸체를 상기 배터리 BMS와 연결시키는 와이어 하니스를 더 포함하는 센싱 기판.
  8. 각각 양극단자 및 음극단자를 구비하는 다수의 배터리셀;
    상기 다수의 배터리셀의 양극단자 및 음극단자를 연결시키는 다수의 버스바; 및
    상기 다수의 배터리셀의 전압 또는 온도를 센싱하는 센싱 기판;을 포함하며,
    상기 센싱 기판은,
    기판 몸체; 및
    상기 기판 몸체에서 돌출되어, 상기 버스바를 통해 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 각각 결합하는 다수의 기판 단자;를 포함하고,
    상기 센싱 기판이 상기 배터리 모듈의 양측면에 공용으로 사용될 수 있도록, 상기 다수의 기판 단자 중 2개의 기판 단자는 상기 다수의 버스바 중 하나의 버스바를 통해 상기 다수의 배터리셀의 양극단자 2개와 결합되거나, 상기 다수의 배터리셀의 음극단자 2개와 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 몸체에 온도센서가 실장된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 다수의 기판 단자 중 적어도 하나의 기판 단자에 온도센서가 실장된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 기판 단자 각각은,
    상기 기판 몸체에서 돌출되는 기판 단자 몸체;
    상기 기판 단자 몸체의 상부에 구비되어 각 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 결합하며, 각 배터리셀의 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및
    열전도성이 있는 재질로 이루어지며, 상기 셀 전압 센싱부에서 상기 기판 단자 몸체의 하부 쪽으로 연장 형성되되, 상기 기판 단자 몸체의 한쪽 면에 형성되는 연장부;를 포함하고,
    상기 온도센서는 상기 연장부가 형성되어 있는 면의 반대쪽 면에 실장된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 다수의 기판 단자 중 적어도 하나의 기판 단자에 퓨즈가 실장된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다수의 기판 단자 각각은,
    상기 기판 몸체에서 돌출되는 기판 단자 몸체;
    상기 기판 단자 몸체의 상부에 구비되어 각 배터리셀의 양극단자 또는 음극단자와 결합하며, 각 배터리셀의 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및
    열전도성이 있는 재질로 이루어지며, 상기 셀 전압 센싱부에서 상기 기판 단자 몸체의 하부 쪽으로 연장 형성되되, 상기 기판 단자 몸체의 한쪽 면에 형성되는 연장부;를 포함하고,
    상기 퓨즈는 상기 연장부가 형성되어 있는 면의 반대쪽 면에 실장된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 다수의 배터리셀을 관리하는 배터리 BMS를 더 포함하고,
    상기 센싱 기판은 상기 기판 몸체를 상기 배터리 BMS와 연결시키는 와이어 하니스를 더 포함하는 배터리 모듈.
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