KR20210086091A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20210086091A
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battery
bus bar
long side
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안병국
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀과, 다수의 배터리 셀이 배치된 셀 영역의 가장자리에 배치된 본체와, 본체로부터 셀 영역을 향하여 분기되는 것으로, 전압 검출을 위한 제1 가지부와, 온도 검출을 위한 제2 가지부를 구비하는 연성 배선을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수의 배터리 셀로부터 상태 정보를 용이하게 취합할 수 있도록 구조가 개선된 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 모듈 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 모듈 형태가 선호되며, 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 다수의 배터리 셀로부터 상태 정보를 용이하게 취합할 수 있도록 구조가 개선된 배터리 팩을 포함한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,
서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀; 및
상기 다수의 배터리 셀이 배치된 셀 영역의 가장자리에 배치된 본체와, 상기 본체로부터 셀 영역을 향하여 분기되는 것으로, 전압 검출을 위한 제1 가지부와, 온도 검출을 위한 제2 가지부를 구비하는 연성 배선;을 포함한다.
예를 들어, 상기 셀 영역은, 다수의 배터리 셀의 외주 면을 둘러싸면서 외주 면에 접하도록 직선 상으로 연장되는 장변부를 포함하고,
상기 연성 배선의 본체는, 상기 셀 영역의 장변부를 따라 제1 방향으로 연장되며,
상기 제1 가지부는, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되고,
상기 제2 가지부는, 상기 제1 방향과 제2 방향을 동시에 추종하도록 제1, 제2 방향 사이의 비스듬한 사선 방향으로 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 연성 배선의 본체는, 상기 장변부와 맞닿는 셀 영역의 코너 위치에 배치된 회로기판으로부터 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 다수의 버스 바를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 배터리 셀 각각의 상단부에는 서로 다른 제1, 제2 전극이 형성되며,
상기 다수의 배터리 셀의 제1, 제2 전극은 제1 접속 부재를 통하여 상기 다수의 버스 바에 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 연성 배선은, 상기 다수의 버스 바 상에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 가지부는 상기 다수의 버스 바와 전기적으로 연결되는 다수의 제1 가지부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 버스 바는 상기 제1 방향을 따라 배열될 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 버스 바는, 상기 다수의 배터리 셀 중에서 서로 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함하는 다수의 병렬 모듈을 형성하고,
상기 다수의 병렬 모듈은 제1 방향을 따라 배열될 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 버스 바는, 상기 병렬 모듈을 사이에 두고 배치된 서로 다른 기저부로부터 서로 마주하는 방향으로 연장되면서 서로 서로에 대해 끼워지는 콤 전극을 포함하는 제1, 제2 버스 바를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 콤 전극의 배열 방향을 따라 최외측에는 제2 버스 바의 콤 전극이 배치되고,
상기 콤 전극의 배열 방향을 따라 최외측의 내측 위치에는 제1 버스 바의 콤 전극이 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 가지부는,
상기 제1 버스 바와 전기적으로 연결되는 것으로, 상대적으로 길게 연장되는 원거리의 제1 가지부; 및
상기 제2 버스 바와 전기적으로 연결되는 것으로, 상대적으로 짧게 연장되는 근거리의 제1 가지부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 연성 배선의 본체가 연장되는 장변부 방향을 따라 상기 원거리의 제1 가지부와 근거리의 제1 가지부는 서로 교번되게 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 가지부의 말단에는 도전성 패드가 형성되며,
상기 도전성 패드와 각각의 버스 바는, 제2 접속 부재를 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 가지부는 상기 사선 방향을 따라 연장되면서, 상기 다수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀의 외주 면을 향하여 절곡되어 제1 배터리 셀의 외주 면에 대해 탄성 바이어스 될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 배터리 셀은, 상기 다수의 배터리 셀 중에서 셀 영역의 장변부를 통하여 외주 면이 노출되는 배터리 셀일 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 것으로, 서로 서로에 대해 끼워지는 콤 전극을 포함하는 제1, 제2 버스 바를 포함하고,
상기 제2 가지부는, 상기 콤 전극의 배열 방향을 따라 셀 영역의 장변부에 상대적으로 인접한 최외측 콤 전극을 포함하는 제2 버스 바가 배제된 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 연성 배선이 수용되는 채널 형태의 홈이 형성된 배선 홀더를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 가지부의 말단은 상기 배선 홀더 상에 지지되며,
상기 제1 가지부의 말단에 형성된 도전성 패드와 버스 바는 와이어 본딩에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 배선 홀더는, 연성 배선의 본체를 지지하기 위한 본체와, 제1 가지부를 지지하기 위한 가지부와, 제2 가지부를 안내하기 위한 가이드를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 배터리 셀이 조립되는 셀 홀더를 더 포함하고,
상기 제2 가지부는, 상기 배선 홀더의 가이드를 따라 셀 홀더의 관통 홀을 통과하여, 셀 홀더로부터 노출된 배터리 셀의 외주 면을 향하여 연장될 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수의 배터리 셀의 온도 정보와 전압 정보를 함께 검출하기 위하여, 셀 영역의 가장자리에 배치된 본체로부터 셀 영역을 향하여 분기되는 가지부를 통하여 배터리 셀의 상태 정보를 취합할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전압 센싱 구조 및 온도 센싱 구조를 갖춘 제1, 제2 가지부를 포함하는 연성 배선을 통하여 서로 다른 버스 바로부터 전압 정보를 검출하는 한편으로, 셀 영역의 측면을 통하여 노출된 배터리 셀의 외주 면으로부터 온도 정보를 취합할 수 있다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 배터리 팩의 또 다른 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 3에는 도 2에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다.
도 4에는 도 2에 도시된 다수의 배터리 셀이 배치되는 셀 영역을 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 5에는 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부를 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 6에는 도 1에 도시된 버스 바의 배치를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 7에는 도 6의 일부에 관한 버스 바의 배치를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 8에는, 도 1에 도시된 연성 배선의 구성을 설명하기 위한 도면으로, 도 8의 A1 내지 A6 영역에 대한 확대 도면이 함께 도시되어 있다.
도 9에는 도 8에 도시된 연성 배선 및 배선 홀더의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 10에는 도 9에 도시된 연성 배선을 평면 상으로 전개한 도면이 도시되어 있다.
도 11에는 도 9의 XI-XI 선을 따라 절취한 절개 사시도로서, 이해의 편의를 위하여 회전된 시각에서 도시된 절개 사시도가 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 배터리 팩의 또 다른 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 2에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는 도 2에 도시된 다수의 배터리 셀이 배치되는 셀 영역을 도시한 도면이 도시되어 있다. 도 5에는 도 1에 도시된 배터리 팩의 일부를 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀(10)과, 다수의 배터리 셀(10)이 조립되는 조립 위치를 제공하며 다수의 배터리 셀(10)을 구조적으로 결속하기 위한 셀 홀더(150)와, 상기 다수의 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결하기 위한 버스 바(160)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은 길이 방향을 따라 상단부(10a)와 하단부(10b)를 포함할 수 있고, 상단부(10a)와 하단부(10b) 사이에서 원통 형상의 외주 면(10c)을 포함하는 원형 배터리 셀(10)로 마련될 수 있다. 상기 배터리 셀(10)은 상단부(10a) 및 하단부(10b) 중에서 어느 하나의 단부, 예를 들어, 상단부(10a)를 통하여 전기적인 연결이 모두 이루어질 수 있으며, 이를 위하여, 배터리 셀(10)의 상단부(10a)에는 서로 다른 극성의 제1, 제2 전극(11,12)이 함께 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 전극(11,12)은 배터리 셀(10) 상단부(10a)의 서로 다른 개소에 각각 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 전극(11)은 상단부(10a)의 중앙 위치에 형성될 수 있고, 상기 제2 전극(12)은 제1 전극(11)을 둘러싸는 상단부(10a)의 테두리 위치에 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2 전극(11,12) 사이에는 절연 가스켓(미도시)이 개재되어 이들 간의 단락을 방지할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 배터리 셀(10)은, 제1 접속 부재(21)를 통하여 버스 바(160)에 연결될 수 있으며, 제1 접속 부재(21)를 통하여 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12)은 서로 다른 제1, 제2 버스 바(161,162)에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 접속 부재(21)는 본드 와이어로 형성될 수 있으며, 와이어 본딩을 통하여 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12)과 버스 바(160)가 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, 서로 전기적으로 연결된 일군의 배터리 셀(10)은 셀 영역(C)을 형성할 수 있다. 상기 셀 영역(C)은, 일군의 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)을 둘러싸면서 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 접하도록 직선 상으로 연장되는 변부(S)들을 포함할 수 있다. 이때, 상기 셀 영역(C)은 다수의 변부(S)들 중에서 최장의 제1 장변부(S11)와, 상기 제1 장변부(S11)와 마주하게 배치되는 제2 장변부(S12)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 장변부(S11,S12)는 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있으며, 서로 나란하게 연장될 수 있다. 본 명세서를 통하여 셀 영역(C)의 장변부(S1)란, 제1, 제2 장변부(S11,S12) 중에서 어느 하나의 장변부(S1)를 의미하거나 또는 제1, 제2 장변부(S11,S12)를 모두 의미할 수도 있다.
도 2에 도시된 실시형태에서, 상기 셀 영역(C)의 장변부(S1)는 셀 홀더(150)의 장변부(150S1)와 대응되는 위치에서 나란하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 셀 영역(C)의 장변부 방향(Z1)은 셀 홀더(150)의 장변부(150S1) 방향(Z1)과 같은 방향을 의미할 수 있으며, 이하에서 장변부 방향(Z1)이란 셀 영역(C)의 장변부 방향(Z1) 또는 셀 홀더(150)의 장변부(150S1) 방향(Z1)을 의미할 수 있다. 또한, 상기 셀 영역(C)의 장변부(S1)와 셀 홀더(150)의 장변부(150S1)는 서로 대응되는 위치를 나타낼 수 있고, 배터리 팩의 가장자리 위치를 나타낼 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 셀 홀더(150)는, 배터리 셀(10)의 조립 위치를 정의하도록 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)의 적어도 일부를 둘러싸는 셀 조립부(151)와, 상기 셀 조립부(151) 내에 형성된 단자 홀(h)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 외주 면(10c)끼리 이웃한 배터리 셀(10)은 서로 서로의 골 영역에 끼워지도록 조밀하게 배열될 수 있으며, 조밀한 배터리 셀(10)의 배열에 따라, 배터리 셀(10)의 조립부(151)도 조밀하게 배열될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 단자 홀(h)은, 배터리 셀(10) 상단부(10a)의 적어도 일부를 노출시킬 수 있으며, 단자 홀(h)을 통하여 노출된 제1, 제2 전극(11,12)은, 각각 제1 접속 부재(21)를 통하여 서로 다른 제1, 제2 버스 바(161,162)에 연결될 수 있다. 즉, 상기 단자 홀(h)은, 배터리 셀(10) 상단부(10a) 중에서 중앙 위치의 제1 전극(11)과 테두리 위치의 제2 전극(12)을 함께 노출시킬 수 있으며, 각각의 제1, 제2 전극(11,12)은 제1 접속 부재(21)를 통하여 서로 다른 제1, 제2 버스 바(161,162)에 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 셀 홀더(150)는 배터리 셀(10)의 상단부(10a)와 인접한 외주 면(10c)을 둘러싸는 상부 셀 홀더(150a)와, 배터리 셀(10)의 하단부(10b)와 인접한 외주 면(10c)을 둘러싸는 하부 셀 홀더(150b)를 포함할 수 있다. 그리고, 상부 셀 홀더(150a) 및 하부 셀 홀더(150b) 사이로는 배터리 셀(10)의 외주 면(10c) 일부가 노출될 수 있으며, 후술하는 바와 같이, 상부 셀 홀더(150a) 및 하부 셀 홀더(150b) 사이로 노출된 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)을 통하여 온도 정보를 검출할 수 있다. 도 2를 참조하면, 상부 셀 홀더(150a) 및 하부 셀 홀더(150b) 사이에는, 이들 사이에서 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 배터리 셀(10)을 수용할 수 있도록 적정의 간격을 유지하기 위한 기둥 부재(CL)가 개재될 수 있다. 상기 기둥 부재(CL)는, 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 연장될 수 있고, 상부 셀 홀더(150a) 및 하부 셀 홀더(150b) 중에서 어느 하나의 셀 홀더(150a,150b)를 기저(base)로 하여, 상기 어느 하나의 셀 홀더(150a,150b)로부터 나머지 다른 셀 홀더(150a,150b)를 향하여 돌출될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 기둥 부재(CL)는, 하부 셀 홀더(150b)로부터 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 상부 셀 홀더(150a)를 향하여 돌출될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 기둥 부재(CL)는 하부 셀 홀더(150b)로부터 배터리 셀(10)의 높이 방향을 따라 상부 셀 홀더(150a)를 향하여 돌출될 수 있고, 상기 상부 셀 홀더(150a)에는 상기 기둥 부재(CL)의 조립위치가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 셀 홀더(150a) 중에서 상기 기둥 부재(CL)에 대응되는 조립위치에는 상기 기둥 부재(CL)가 끼워지기 위한 공간이 형성될 수 있다. 한편, 상기 기둥 부재(CL)는, 상기 상부 셀 홀더(150a) 및 하부 셀 홀더(150b) 중에서 어느 하나의 셀 홀더(150a,150b)의 구조적인 강성을 보강해줄 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 기둥 부재(CL)는, 하부 셀 홀더(150b)에 형성되어, 하부 셀 홀더(150b)의 구조적인 강성을 보강해줄 수 있다. 상기 기둥 부재(CL)에 대응되는 위치에는 배터리 셀(10)이 채워지지 않은 배터리 셀(10)의 공백이 형성될 수 있고, 상기 배터리 셀(10)의 공백을 통하여 다수의 배터리 셀이 배열된 셀 영역(C) 내부에서, 다수의 배터리 셀(10)이 서로 조밀하게 인접하여 배치됨으로써 야기될 수 있는 방열 부족 및 열 집중을 다소 완화시킬 수 있다.
상기 셀 홀더(150), 그러니까, 상부 셀 홀더(150a) 상에는, 버스 바(160)와, 버스 바(160)와 전기적으로 연결되는 연성 배선(180)이 순차적으로 배치될 수 있고, 상기 연성 배선(180)과 버스 바(160) 사이에는, 연성 배선(180)이 수용되는 배선 홀더(190)가 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 버스 바(160)와 연성 배선(180)은, 상부 셀 홀더(150a) 상에 배치될 수 있는데, 버스 바(160)와 연성 배선(180)은, 서로에 대해 적어도 일부에서 겹쳐지는 위치에 배치될 수도 있고, 또는 서로에 대해 겹쳐지지 않는 위치에 배치될 수 있다. 상기 버스 바(160)와 연성 배선(180)이 서로에 대해 겹쳐지는 위치에 배치되더라도, 이들 사이에는 절연성의 배선 홀더(190)가 개재되므로, 전기적인 간섭을 차단할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 연성 배선(180) 중에서 제2 가지부(182)는 상부 셀 홀더(150a)의 관통 홀(150`)을 통과하여 상부 셀 홀더(150a)로부터 노출되어 있는 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)을 향하여 접근할 수 있다. 즉, 상기 상부 셀 홀더(150a)에는 제2 가지부(182)를 통과시키기 위한 관통 홀(150`)이 형성될 수 있다. 이에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서는 배터리 셀(10)의 상단부(10a)를 통하여 제1, 제2 전극(11,12)의 전기적인 연결이 모두 이루어질 수 있으며, 배터리 셀(10)의 하단부(10b)를 통해서는 배터리 셀(10)의 냉각이 이루어질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(10)의 하단부(10b)는, 하부 셀 홀더(150b)로부터 노출되어 냉각 플레이트(110)에 의해 냉각될 수 있으며, 배터리 셀(10)의 하단부(10b)와 냉각 플레이트(110) 사이에는 열전달 매체(120)가 개재될 수 있다. 한편, 다수의 배터리 셀(10)이 조립된 셀 홀더(150)의 둘레를 따라서는 프레임(130)이 배치될 수 있으며, 상기 프레임(130)은 셀 홀더(150) 및 냉각 플레이트(110)를 둘러싸면서 배터리 팩의 내부 구성을 보호할 수 있다.
도 6에는 도 1에 도시된 버스 바의 배치를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 7에는 도 6의 일부에 관한 버스 바의 배치를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 8에는, 도 1에 도시된 연성 배선의 구성을 설명하기 위한 도면으로, 도 8의 A1 내지 A6 영역에 대한 확대 도면이 함께 도시되어 있다. 도 9에는 도 8에 도시된 연성 배선 및 배선 홀더의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 10에는 도 9에 도시된 연성 배선을 평면 상으로 전개한 도면이 도시되어 있다. 도 11에는 도 9의 XI-XI 선을 따라 절취한 절개 사시도로서, 이해의 편의를 위하여 회전된 시각에서 도시된 절개 사시도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 상기 셀 홀더(150) 상에는 다수의 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결하기 위한 버스 바(160)가 배치될 수 있다. 상기 버스 바(160)는, 셀 영역(C)의 장변부 방향(Z1) 또는 셀 홀더(150)의 장변부(150S1) 방향(Z1)을 따라 서로 교번되게 배치되는 제1, 제2 버스 바(161,162)를 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 버스 바(161,162)는, 서로 서로에 대해 콤(comb) 형태로 끼워지는 다수의 콤 전극(161a,162a)을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 버스 바(161,162)의 콤 전극(161a,162a)은, 어느 일 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)과의 전기적인 연결을 형성하도록 해당 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)을 사이에 두고 배치된 서로 다른 기저부(161b,162b)로부터 해당 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)을 향하여 돌출될 수 있다. 여기서, 상기 제1, 제2 버스 바(161,162)란, 셀 영역(C)의 장변부 방향(Z1)을 따라 교번되게 배치되는 서로 다른 버스 바(160)를 의미할 수 있고, 어느 일 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)에 대해, 해당 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)과 전기적인 연결을 형성하도록 서로 서로에 대해 콤(comb) 형태로 끼워지는 서로 다른 버스 바(160)를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 버스 바(161,162)는, 구조 상의 차이에 따른 구분은 아니므로, 제1 버스 바(161)끼리 구조가 같다거나 또는 제2 버스 바(162)끼리 구조가 같을 필요는 없으며, 또한, 제1, 제2 버스 바(161,162)의 구조가 서로 다를 필요도 없다.
본 발명의 일 실시형태에서, 서로 교번되게 배치되는 제1, 제2 버스 바(161,162)가 서로 서로에 대해 끼워지면서, 콤 전극(161a,162a)의 배열 방향(Z2)을 따라 최외측 위치에는 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a)가 형성될 수 있고, 상기 최외측의 내측 위치에는 제1 버스 바(161, 제1 버스 바 161의 콤 전극 161a)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 버스 바(162)는 제1 버스 바(161) 보다 상대적으로 더 많은 개수의 콤 전극(162a)을 포함할 수 있다. 이때, 콤 전극(161a,162a)의 배열 방향(Z2)을 따라 최외측 위치에 형성된 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a)는 상대적으로 셀 영역(C)의 장변부(S1) 또는 셀 홀더(150)의 장변부(150S1)에 근접한 위치에 형성될 수 있으며, 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a)의 내측 위치에 형성된 제1 버스 바(161, 제1 버스 바 161의 콤 전극 161a)는 상대적으로 셀 영역(C)의 장변부(S1) 또는 셀 홀더(150)의 장변부(150S1)로부터 상대적으로 먼 위치에 형성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연성 배선(180)은, 전압 검출을 위한 제1 가지부(181)와, 온도 검출을 위한 제2 가지부(182)를 포함할 수 있는데, 상기 제1 가지부(181)는 교번되게 배치된 제1, 제2 버스 바(161,162)의 위치에 따라 상대적으로 먼 거리로 연장되는 원거리의 제1 가지부(181a)와, 상대적으로 짧은 거리로 연장되는 근거리의 제1 가지부(181b)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 가지부(182)는 셀 영역(C)의 장변부(S1) 또는 셀 홀더(150)의 장변부(150S1)에 근접한 제2 버스 바(160)가 배제된 위치에서 형성될 수 있다. 이에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 상기 제1, 제2 버스 바(161,162)의 콤 전극(161a,162a)은, 기저부(161b,162b)로부터 장변부 방향(Z1)을 따라 정 방향 및 역 방향의 서로 반대 방향으로 돌출되면서, 서로 마주하는 방향으로 돌출되는 제1, 제2 버스 바(161,162)의 콤 전극(161a,162a)이 서로 서로에 대해 끼워질 수 있다. 상기 버스 바(160)는, 기저부(161b,162b)를 경계로 하여 서로 다른 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 버스 바(161,162)의 기저부(161b,162b) 사이 마다 하나의 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)이 형성될 수 있다. 상기 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)은 서로 병렬 연결된 일군의 배터리 셀(10)을 의미할 수 있으며, 서로 이웃한 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)끼리는 직렬 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 버스 바(160)는, 기저부(161b,162b)를 경계로 같은 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)에 속하는 배터리 셀(10)의 제1 전극(11)끼리, 그리고, 제2 전극(12)끼리를 연결하면서 병렬 연결을 형성할 수 있다. 또한, 상기 버스 바(160)는, 기저부(161b,162b)를 경계로 서로 이웃하게 배치된 서로 다른 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)에 속하는 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 전극(11,12)끼리를 연결하면서 직렬 연결을 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 버스 바(160)는, 콤(comb) 형태로 서로에 대해 끼워진 제1, 제2 버스 바(161,162)를 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2 버스 바(161,162)의 기저부(161b,162b) 사이로는 하나의 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4), 예를 들어, 제2 병렬 모듈(P2)이 형성될 수 있다. 그리고, 제2 버스 바(162)의 기저부(162b)를 경계로, 상기 제2 병렬 모듈(P2)과 이웃한 제1 병렬 모듈(P1)은 서로 직렬 연결될 수 있으며, 유사하게, 제1 버스 바(161)의 기저부(161b)를 경계로, 상기 제2 병렬 모듈(P2)과 이웃한 제3 병렬 모듈(P3)은 서로 직렬 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서 상기 버스 바(160)가 같은 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)에 속하는 배터리 셀(10)을 병렬 연결한다거나 또는 상기 버스 바(160)가 이웃한 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)에 속하는 배터리 셀(10)을 직렬 연결한다는 것은, 버스 바(160)의 구조 자체에 의해 직렬 연결 또는 병렬 연결이 구현된다기 보다는, 버스 바(160)와 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12) 간의 접속 구조, 그러니까, 제1 접속 부재(21)가 서로 다른 배터리 셀(10)의 제1 전극(11)끼리를 동일한 버스 바(160)에 연결하는지, 이와 달리, 제1 접속 부재(21)가 서로 다른 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12)끼리를 동일한 버스 바(160)에 연결하는지에 따라 병렬 연결 또는 직렬 연결이 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 접속 부재(21)가 같은 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)에 속하는 배터리 셀(10)의 제1 전극(11)끼리, 그리고 제2 전극(12)끼리를 동일한 버스 바(160)에 연결함으로써, 병렬 연결을 형성할 수 있고, 이와 달리, 상기 제1 접속 부재(21)가 서로 이웃한 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)에 속하는 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 전극(11,12)끼리를 동일한 버스 바(160)에 연결함으로써, 직렬 연결을 형성할 수 있다.
상기 제2 병렬 모듈(P2)과 전기적으로 연결되는 제1, 제2 버스 바(161,162)는, 제2 병렬 모듈(P2)에 속하는 서로 다른 열의 배터리 셀(10)을 사이 사이에 개재하여 번갈아 배치되는 다수의 콤 전극(161a,162a)을 포함할 수 있다. 즉, 제1, 제2 버스 바(161,162)의 콤 전극(161a,162a)은, 일 열의 배터리 셀(10)을 사이 사이에 개재하여 서로 마주하게 배치될 수 있고, 이때 일 열의 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12)이, 제1 접속 부재(21)를 통하여 서로 반대편에 배치된 제1, 제2 버스 바(161,162)의 콤 전극(161a,162a)에 대해 함께 연결됨으로써, 병렬 연결을 형성할 수 있다. 이와 같이, 제1, 제2 버스 바(161,162)의 기저부(161b,162b) 사이에 배치된 제2 병렬 모듈(P2)은 제1, 제2 버스 바(161,162)의 콤 전극(161a,162a)에 함께 연결되어 병렬 연결을 형성할 수 있다.
상기 기저부(162b)를 경계로 하여 제2 병렬 모듈(P2)과 제1 병렬 모듈(P1)을 가로질러 연장되는 제2 버스 바(162)는, 제2 병렬 모듈(P2)에서는 제2 전극(12)과 연결되되, 제1 병렬 모듈(P1)에서는 제1 전극(11)과 연결됨으로써, 제1, 제2 병렬 모듈(P1,P2)을 서로 직렬 연결할 수 있다. 유사하게, 기저부(161b)를 경계로 하여 제2 병렬 모듈(P2)과 제3 병렬 모듈(P3)을 가로질러 연장되는 제1 버스 바(161)는, 제2 병렬 모듈(P2)에서는 제1 전극(11)과 연결되되, 제3 병렬 모듈(P3)에서는 제2 전극(12)과 연결됨으로써, 제2, 제3 병렬 모듈(P2,P3)을 서로 직렬 연결할 수 있다.
상기 기저부(161b,162b)는, 서로 다른 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4) 사이의 경계를 형성할 수 있으며, 배터리 셀(10)의 상단부(10a), 보다 구체적으로, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 전극(11,12)을 노출시키기 위한 단자 홀(h)들 사이를 가로질러 곡선 형태로 연장된 부분을 포함할 수 있다. 상기 기저부(161b,162b)는 다수의 콤 전극(161a,162a)을 전기적으로 연결할 수 있으며, 다수의 콤 전극(161a,162a)을 가로질러 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 기저부(161b,162b)의 일부는 서로 인접한 한 쌍의 콤 전극(161a,162a)을 연결할 수 있으며, 서로 인접한 한 쌍의 콤 전극(161a,162a)의 서로 다른 개소를 연결하도록 곡선 형태로 연장될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서는, 서로 다른 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)이 배열된 방향을 따라 서로 이웃한 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)이 직렬 연결될 수 있으므로, 서로 다른 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)이 배열된 방향(Z1)을 직렬 연결 방향이라고 할 수 있고, 직렬 연결 방향(Z1)을 따라 제1, 제2 버스 바(161,162)가 번갈아 배열되면서 서로 이웃한 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)을 직렬 연결할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 직렬 연결 방향(Z1)은, 셀 영역(C)의 장변부 방향(Z1) 또는 셀 홀더(150)의 장변부(150S1) 방향(Z1)에 해당될 수 있으며, 장변부 방향(Z1)을 따라 다수의 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)이 배열될 수 있고, 장변부 방향(Z1)을 따라 제1, 제2 버스 바(161,162)가 교대로 배열되면서 서로 이웃한 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)을 직렬로 연결할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 직렬 연결 방향(Z1)을 셀 영역(C)의 장변부 방향(Z1)으로 형성함으로써, 셀 영역(C)의 장변부 방향(Z1)을 따라 다수의 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)이 배열될 수 있고, 배터리 팩의 출력을 요구되는 수준으로 충분히 높일 수 있다. 한편, 제1, 제2 버스 바(161,162)의 기저부(161b,162b) 사이에 형성된 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)은 장변부 방향(Z1)과 교차하는 방향, 예를 들어, 장변부 방향(Z1)과 수직한 방향(Z2)을 따라 형성될 수 있고, 장변부 방향(Z1)과 수직한 방향(Z2)을 병렬 연결 방향(Z2)으로 정의할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 셀 홀더(150) 상에는, 상기 버스 바(160)와 더불어 연성 배선(180)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 셀 홀더(150) 상에는 상기 연성 배선(180)과 전기적으로 연결된 회로기판(140)이 배치될 수 있다. 상기 연성 배선(180)은 배터리 셀(10)의 전압, 온도와 같은 배터리 셀(10)의 상태 정보를 검출하기 위한 구성일 수 있다. 상기 연성 배선(180)은, 회로기판(140)으로부터 장변부 방향(Z1)을 따라 연장될 수 있으며, 배터리 셀(10)의 전압 정보와 온도 정보를 회로기판(140)으로 전달할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연성 배선(180)은 장변부 방향(Z1)을 따라 연장되는 본체(185)와, 상기 본체(185)로부터 분기되는 것으로, 전압 검출을 위한 제1 가지부(181)와, 온도 검출을 위한 제2 가지부(182)를 포함할 수 있다.
상기 연성 배선(180), 보다 구체적으로 연성 배선(180)의 본체(185)는, 셀 영역(C)의 장변부(S1) 또는 셀 홀더(150)의 장변부(150S1) 위치에서 장변부 방향(Z1)을 따라 연장될 수 있다. 상기 장변부 방향(Z1)은, 서로 다른 병렬 모듈(P1,P2,P3,P4)이 배열되는 직렬 연결 방향(Z1)으로, 제1, 제2 버스 바(161,162)가 교대로 배열되는 방향을 의미할 수 있으며, 상기 연성 배선(180)은, 제1, 제2 버스 바(161,162)가 교대로 배열되는 장변부 방향(Z1)을 따라 연장되면서 서로 다른 제1, 제2 버스 바(161,162)와 전기적으로 연결되어 각각의 전압 정보를 검출할 수 있다.
상기 연성 배선(180)의 본체(185)는, 회로기판(140)으로부터 연장될 수 있으며, 장변부(S1)와 맞닿는 셀 영역(C)의 코너 위치에 배치된 회로기판(140)으로부터 연장되어 장변부(S1)를 따라 연장될 수 있다. 상기 연성 배선(180)의 본체(185)는, 셀 영역(C)의 장변부(S1)를 따라 연장되면서 셀 영역(C)을 향하여 연장되는 제1, 제2 가지부(181,182)를 통하여 배터리 셀(10)의 전압 정보 및 온도 정보를 검출할 수 있다.
상기 제1, 제2 가지부(181,182)는 셀 영역(C)의 장변부(S1)에 배치된 본체(185)로부터 분기되어 셀 영역(C)을 향하여 연장될 수 있다. 이때, 상기 제1 가지부(181)는, 버스 바(160)와 전기적으로 연결된 말단의 도전성 패드를 포함하여, 버스 바(160)로부터 전압 정보를 검출할 수 있다. 상기 제1 가지부(181)의 말단에 형성된 도전성 패드는 연성 배선(180)의 절연 피복으로부터 노출될 수 있으며, 상기 도전성 패드와 버스 바(160)는 제2 접속 부재(22)를 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다(도 8의 A2~A5 영역 참조). 예를 들어, 제2 접속 부재(22)로서의 본드 와이어를 통하여 도전성 패드와 버스 바(160)가 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 제1 가지부(181)를 포함하는 연성 배선(180)은 배선 홀더(190) 상에 지지될 수 있으며, 절연성의 배선 홀더(190) 상에 지지되는 제1 가지부(181)는 배선 홀더(190)와 마주하는 하부 보다는 상부를 통하여 전기적으로 연결될 수 있고, 제1 가지부(181)의 말단에 형성된 도전성 패드 상으로부터 버스 바(160)를 향하여 현수된 상태로 연장되는 제2 접속 부재(22)를 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 가지부(181)의 말단은 배선 홀더(190) 상에서 견고하게 지지될 수 있으므로, 제1 가지부(181)의 말단에 형성된 도전성 패드와 버스 바(160)는, 와이어 본딩을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 도 9를 참조하면, 상기 제2 가지부(182)는 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 접촉되거나 근접한 위치로 접근하는 말단의 서미스터(182a)를 포함하여, 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)으로부터 온도 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 서미스터(182a)는 연성 배선(180) 상에 솔더 마운팅을 통하여 직접 장착될 수 있는 칩형 서미스터로 마련될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제1 가지부(181)는 연성 배선(180)의 본체(185)로부터 장변부 방향(Z1)과 교차하는 방향, 예를 들어, 장변부 방향(Z1)과 수직한 방향(Z2)을 따라 분기될 수 있다. 이때, 상기 제1 가지부(181)는 장변부 방향(Z1)을 따라 교대로 배열된 제1, 제2 버스 바(161,162)로부터 전압 정보를 검출하도록 본체(185)의 길이 방향(장변부 방향 Z1에 해당됨)을 따라 서로 다른 위치에서 분기되는 다수의 제1 가지부(181)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가지부(181)는 연성 배선(180)의 본체(185)로부터 버스 바(160)를 향하여 연장될 수 있으며, 제1 가지부(181)의 길이를 단축하기 위해, 연성 배선(180)의 본체(185)가 위치한 셀 홀더(150)의 장변부(S1) 또는 셀 영역(C)의 장변부(150S1)에 근접한 위치에 있는 최외측의 콤 전극(161a,162a)과 전기적으로 연결을 형성할 수 있다. 즉, 상기 제1 가지부(181)는 각각의 버스 바(160) 중에서 최외측의 콤 전극(161a,162a)과 전기적인 연결을 형성할 수 있다.
상기 제1 가지부(181)는, 연성 배선(180)의 본체(185)로부터 전압 검출 대상이 되는 버스 바(160, 버스 바 160의 콤 전극 161a,162a)까지의 거리에 따라 상대적으로 길게 연장되는 원거리의 제1 가지부(181a, 도 8의 A3, A5 영역 참조)와, 상대적으로 짧게 연장되는 근거리의 제1 가지부(181b, 도 8의 A2, A4 영역 참조)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시형태에서, 원거리의 제1 가지부(181a, A3, A5 영역 참조)와 근거리의 제1 가지부(181b, A2, A4 영역 참조)는 장변부 방향(Z1)을 따라 서로 교번되게 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 콤 전극(161a,162a)의 배열 방향(Z2)을 따라 셀 영역(C)의 장변부(S1)로부터 상대적으로 먼 제1 버스 바(161, 제1 버스 바 161의 콤 전극 161a)와, 셀 영역(C)의 장변부(S1)에 상대적으로 근접한 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a)가 장변부 방향(Z1)을 따라 교번되게 배치될 수 있고, 이러한 제1, 제2 버스 바(161,162)의 교번 배치에 따라 원거리의 제1 가지부(181a)와 근거리의 제1 가지부(181b)도 장변부 방향(Z1)을 따라 서로 교번되게 배치될 수 있다. 즉, 원거리의 제1 가지부(181a, A3, A5 영역 참조)는 셀 영역(C)의 장변부(S1)로부터 상대적으로 먼 제1 버스 바(161, 제1 버스 바 161의 콤 전극 161a)에 연결되어 전압 정보를 검출할 수 있고, 근거리의 제1 가지부(181b, A2, A4 영역 참조)는 셀 영역(C)의 장변부(S1)에 상대적으로 근접한 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a)에 연결되어 전압 정보를 검출할 수 있다. 이때, 원거리의 제1 가지부(181a, A3, A5 영역 참조)는 제1 버스 바(161) 상으로 겹쳐지지 않도록 제1 버스 바(161)에 근접한 위치까지만 연장될 수 있고, 제2 접속 부재(22)를 통하여 제1 버스 바(161)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 원거리의 제1 가지부(181a)는 셀 영역(C)의 장변부(S1)와 인접한 위치의 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a)를 가로질러 연장되거나(도 8의 A5 영역 참조) 또는 서로 다른 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a)의 사이의 갭(g)을 통하여 제1 버스 바(161, 제1 버스 바 161의 콤 전극 161a)를 향하여 연장될 수 있다(도 8의 A3 영역 참조). 한편, 상기 근거리의 제1 가지부(181b, 도 8의 A2, A4 영역 참조)는, 제2 버스 바(162)와 겹쳐지도록 제2 버스 바(162) 상으로 연장될 수 있고, 제2 버스 바(162) 상에서 제2 접속 부재(22)를 통하여 제2 버스 바(162)와 전기적으로 연결될 수 있다(도 8의 A2, A4영역 참조). 본 발명의 일 실시형태에서, 원거리의 제1 가지부(181a)와 근거리의 제1 가지부(181b)에 연결되는 제2 접속 부재(22)는, 각각의 제1 가지부(181)와 제1, 제2 버스 바(161,162) 간의 상대적인 배치에 따라 서로 다른 방향으로 연장될 수 있으며, 예를 들어, 근거리의 제1 가지부(181b)에 연결되는 제2 접속 부재(22)는 장변부 방향(Z1)으로 연장될 수 있으며(도 8의 A2, A4 영역 참조), 원거리의 제1 가지부(181a)에 연결되는 제2 접속 부재(22)는 장변부 방향(Z1)과 교차하는 방향, 예를 들어, 장변부 방향(Z1)과 수직한 방향(Z2), 그러니까, 제1 가지부(181)와 나란한 방향(Z2)을 따라 연장될 수 있다(도 8의 A3, A5 영역 참조).
이와 같이, 상기 제1 가지부(181)는, 장변부 방향(Z1)을 따라 교대로 배열된 제1, 제2 버스 바(161,162)와 전기적으로 연결되어 각각의 버스 바(160)로부터 전압 정보를 검출할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 팩에 구비된 모든 버스 바(160)에 대해 제1 가지부(181)가 연결되지는 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 회로기판(140)과 가장 가까운 위치의 버스 바(160)는, 제1 가지부(181)와 연결되지 않을 수 있다(도 8의 A6 영역 참조). 회로기판(140)과 인접한 위치의 버스 바(160)는 회로기판(140)과 직접 연결될 수 있으며, 제2 접속 부재(22)를 통하여 회로기판(140)과 직접 연결될 수 있고, 제1 가지부(181)를 경유하지 않고 곧바로 회로기판(140)으로 전압 정보가 전달될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제2 가지부(182, 도 10의 A3 영역 참조)는 연성 배선(180)의 본체(185)로부터 비스듬한 각도로 연장될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 가지부(182)는, 본체(185)가 연장되는 제1 방향(장변부 방향 Z1)과, 제1 가지부(181)가 연장되는 제2 방향(장변부 방향 Z1과 교차하는 방향 Z2) 사이의 비스듬한 사선 방향으로 연장될 수 있으며, 제1 방향(Z1)과 제2 방향(Z2)을 동시에 추종하는 비스듬한 사선 방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 제1 방향(Z1)은 장변부 방향(Z1)에 해당될 수 있고, 제2 방향(Z2)은, 장변부 방향(Z1)과 교차하는 방향, 예를 들어, 장변부 방향(Z1)과 수직한 방향에 해당될 수 있다. 상기 제2 가지부(182)가, 본체(185)가 연장되는 제1 방향(장변부 방향 Z1)과, 제1 가지부(181)가 연장되는 제2 방향(장변부 방향 Z1과 교차하는 방향 Z2) 사이의 비스듬한 사선 방향으로 연장됨으로써, 제2 가지부(182)의 절곡이 용이하게 이루어질 수 있으며, 제2 가지부(182)의 절곡시에 제2 가지부(182)와 인접한 본체(185)와 제1 가지부(181)로부터의 간섭을 최소화시킬 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 제2 가지부(182)는 본체(185)로부터 분기되면서 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)을 향하여 하방으로 절곡될 수 있고, 절곡부(180b)의 변형에 따른 탄성 복원력 내지는 스프링 백의 영향으로 제2 가지부(182)의 말단(말단에 형성된 서미스터 182a)은 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 대해 탄성 바이어스 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 가지부(182)는 라운드진 절곡부(180b)를 통하여 하방으로 연장될 수 있으며, 탄성 복원력 내지는 스프링 백의 영향으로 제2 가지부(182)의 말단(말단에 형성된 서미스터 182a)이 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 대해 근접할 수 있다. 이때, 상기 제2 가지부(182)는 각진 절곡부가 아니라, 라운드진 절곡부(180b)를 포함할 수 있으며, 라운드진 절곡부(180b)는 제2 가지부(182)의 말단(말단에 형성된 서미스터 182a)을 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 대해 효과적으로 탄성 바이어스 시킬 수 있도록 탄성 복원력을 발휘할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 가지부(182)가 각진 절곡부를 포함할 경우, 절곡부의 각진 부분이 소성 변형되면서 탄성 복원력이 라운드진 절곡부(180b) 보다 상대적으로 약할 수 있으며, 이에 따라, 제2 가지부(182)의 말단(말단에 형성된 서미스터 182a)이 탄성 복원력에 따라 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)을 향하여 접근하려는 경향의 탄성 바이어스가 그 만큼 약할 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 가지부(182)는 각진 절곡부가 아니라, 라운드진 절곡부(180b)를 포함할 수 있으며, 라운드진 절곡부(180b)는 제2 가지부(182)의 말단(말단에 형성된 서미스터 182a)을 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 대해 접근시킬 수 있으며, 예를 들어, 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 대해 접촉시킬 수 있다.
상기 제2 가지부(182)는 배선 홀더(190)에 형성된 가이드(192, 도 9 참조)를 따라 상부 셀 홀더(150a)에 형성된 관통 홀(150`, 도 11 참조)을 통과하면서 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)을 향하여 접근할 수 있다. 이때, 상기 제2 가지부(182)가 탄성 바이어스 되는 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)은, 상부 셀 홀더(150a) 및 하부 셀 홀더(150b) 사이로 노출될 수 있으며, 상부 셀 홀더(150a)를 관통한 제2 가지부(182)의 말단(말단에 형성된 서미스터 182a)은 상부 셀 홀더(150a)와 하부 셀 홀더(150b) 사이로 노출되어 있는 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 대해 접근할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 제2 가지부(182)의 말단(말단에 형성된 서미스터 182a)과 배터리 셀(10)의 외주 면(10c) 사이에는 써멀 실리콘(thermal silicone)과 같은 열전도성 접착제(TS)가 개재되어 이들 사이의 열적인 결합을 견고하게 유지할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 제2 가지부(182)의 접근에 따라 온도 검출 대상이 되는 배터리 셀(10, 청구범위의 제1 배터리 셀에 해당됨)은, 셀 영역(C)의 장변부(S1)를 통하여 외주 면(10c)이 노출되어 있는 배터리 셀(10)일 수 있다. 상기 제2 가지부(182)는 셀 영역(C)의 장변부(S1)에 배치된 연성 배선(180)의 본체(185)로부터 분기되므로, 셀 영역(C)의 장변부(S1)를 통하여 외주 면(10c)이 노출된 배터리 셀(10)에 대해 용이하게 접근할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 제2 가지부(182)는, 연성 배선(180)의 본체(185)를 따라 하나 이상 다수의 개소에서 분기될 수 있다(도 9에서 A1, A3 영역 참조). 상기 제2 가지부(182)는 셀 영역(C)의 장변부(S1)에 배치된 연성 배선(180)의 본체(185)로부터 분기되어 장변부(S1)에 인접한 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 접근하여 온도 정보를 검출할 수 있다. 즉, 상기 제2 가지부(182)는 셀 영역(C)의 장변부(S1)와 인접한 위치에서 셀 홀더(150)를 관통하여 셀 영역(C)의 장변부(S1)에 인접한 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 대해 접근할 수 있다. 이때, 상기 제2 가지부(182)는 셀 영역(C)의 장변부(S1)에 상대적으로 인접한 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a)가 배치되어 있는 개소에서는 제2 버스 바(162)를 관통하지 않는 한, 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)에 대해 접근하기 어려우므로, 장변부(S1)에 상대적으로 인접한 제2 버스 바(162)에 의해 방해 받지 않도록, 상기 제2 가지부(182)는 제2 버스 바(162)가 배제된 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 가지부(182)는, 연성 배선(180)의 본체(185)를 따라 제2 버스 바(160)가 배제된 위치(도 8에서 A1, A3 영역 참조)에서 분기될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 가지부(182)는 연성 배선(180)의 본체(185)를 따라 서로 다른 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a) 사이의 갭(g)에 해당되는 위치(도 8에서 A3 영역 참조)에서 분기될 수 있다. 또한 상기 제2 가지부(182)는, 연성 배선(180)의 본체(185)를 따라 회로기판(140)과 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a) 사이의 위치(도 8에서 A1 영역 참조), 그러니까, 회로기판(140)으로부터 연성 배선(180)이 연장되기 시작하는 위치에서 분기될 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 서로 다른 제2 버스 바(162, 제2 버스 바 162의 콤 전극 162a) 사이의 갭(g)에 해당되는 위치(A3 영역 참조)에서, 상기 제2 가지부(182)는 원거리의 제1 가지부(181a)와 함께 본체(185)로부터 분기될 수 있고, 본체(185)와 제1 가지부(181) 사이에서 비스듬한 사선 방향을 따라 연장되면서 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)을 향하여 하방으로 절곡될 수 있다. 이때, 제2 가지부(182)의 절곡부(180b) 주변으로는 절개 홈(180`)이 형성되어 제2 가지부(182)와 인접하면서 서로 다른 방향으로 연장되는 본체(185)와 제1 가지부(181)에 의해 제2 가지부(182)의 절곡이 방해되지 않도록 할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 회로기판(140)과 인접한 위치(A1 영역 참조)에서, 상기 제2 가지부(182)는 연성 배선(180)의 본체(185)로부터 비스듬한 사선 방향으로 연장되어 배터리 셀(10)의 외주를 향하여 하방으로 절곡될 수 있다. 이때, 회로기판(140)과 인접한 위치의 제2 가지부(182, A1 영역 참조)와, 서로 다른 제2 버스 바(162) 사이의 갭(g)에 해당되는 위치의 제2 가지부(182, A3 영역 참조)는, 연성 배선(180)의 본체(185)에 대해 실질적으로 같은 사선 방향을 따라 본체(185)로부터 분기될 수 있다. 한편, 상기 회로기판(140)과 연성 배선(180)의 본체(185)가 서로 연결되는 위치(A1 영역 참조)에서, 상기 연성 배선(180)의 본체(185)는 상대적으로 넓은 폭으로 형성될 수 있으며, 제2 가지부(182)의 절곡부(180b) 주변으로는 절개 홈(180`)이 형성되어 제2 가지부(182)의 절곡이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 연성 배선(180), 그러니까, 연성 배선(180)의 본체(185)는 셀 영역(C)의 장변부(S1) 또는 셀 홀더(150)의 장변부(150S1)에 배치될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 연성 배선(180)의 본체(185)는, 셀 영역(C) 또는 셀 홀더(150)의 가장자리 위치에 배치될 수 있다. 상기 셀 영역(C)에서는 다수의 배터리 셀(10)과 버스 바(160) 간의 전기적인 연결이 이루어지므로, 상기 연성 배선(180)은, 배터리 셀(10)과 버스 바(160) 간의 전기적인 연결을 방해하지 않도록 셀 영역(C)의 가장자리에 해당되는 위치에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 연성 배선(180)의 본체(185)로부터 분기되는 제1, 제2 가지부(181,182)는 셀 영역(C)의 가장자리로부터 셀 영역(C)을 향하여 연장될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 연성 배선(180)은, 셀 홀더(150) 상에 배치된 배선 홀더(190) 내에 수용될 수 있으며, 배선 홀더(190) 내에서 주변환경으로부터 절연 및 보호될 수 있다. 또한, 상기 배선 홀더(190)는 연성 배선(180)에 대해 견고한 지지 기반을 제공함으로써, 연성 배선(180)에 대한 와이어 본딩을 허용할 수 있다. 예를 들어, 연성 배선(180)의 제1 가지부(181, 제1 가지부 181 말단의 도전성 패드)와 버스 바(160)는, 와이어 본딩(도 8의 제2 접속 부재 22에 해당됨)을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배선 홀더(190)는, 연성 배선(180)을 수용할 수 있는 채널 형태의 홈을 제공할 수 있으며, 절연성 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배선 홀더(190)는 셀 홀더(150)와 같은 수지 소재로 형성될 수 있다. 상기 배선 홀더(190)는 대체로 연성 배선(180)과 같은 형태로 연장되면서 연성 배선(180)의 본체(185) 및 제1 가지부(181)를 지지할 수 있으며, 제2 가지부(182)를 배터리 셀(10)을 향하는 하방으로 안내할 수 있다. 즉, 상기 제2 가지부(182)는 배선 홀더(190)의 가이드(192)를 통하여 배선 홀더(190)의 하방으로 연장될 수 있고, 배터리 셀(10)의 외주 면(10c)을 향하여 접근할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배선 홀더(190)는 연성 배선(180)의 본체(185)를 지지하기 위한 본체(195)와, 제1 가지부(181)를 지지하기 위한 가지부(191)와, 제2 가지부(182)를 안내하기 위한 가이드(192)를 포함할 수 있으며, 연성 배선(180)의 본체(185), 제1 가지부(181), 및 제2 가지부(182)에 대응되는 각각의 형상을 구비하여, 연성 배선(180)의 형태와 정합되는 형상을 가질 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.
10: 배터리 셀 10a: 상단부
10b: 하단부 10c: 외주 면
11: 제1 단자 12: 제2 단자
21,22: 제1, 제2 접속 부재 110: 냉각 플레이트
120: 열전달 매체 130: 프레임
150: 셀 홀더 150a: 상부 셀 홀더
150b: 하부 셀 홀더 160: 버스 바
161,162: 제1, 제2 버스 바 161a:162a: 콤 전극
161b,162b: 기저부 180: 연성 배선
181: 제1 가지부 181a: 원거리의 제1 가지부
181b: 근거리의 제1 가지부 182: 제2 가지부
182a: 서미스터 185: 본체
190: 배선 홀더 191: 가지부
192: 가이드 195: 본체
C: 셀 영역 S1: 셀 영역의 장변부
150S1: 셀 홀더의 장변부 h: 단자 홀
P1,P2,P3,P4: 제1 내지 제4 병렬 모듈

Claims (21)

  1. 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀; 및
    상기 다수의 배터리 셀이 배치된 셀 영역의 가장자리에 배치된 본체와, 상기 본체로부터 셀 영역을 향하여 분기되는 것으로, 전압 검출을 위한 제1 가지부와, 온도 검출을 위한 제2 가지부를 구비하는 연성 배선;을 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 영역은, 다수의 배터리 셀의 외주 면을 둘러싸면서 외주 면에 접하도록 직선 상으로 연장되는 장변부를 포함하고,
    상기 연성 배선의 본체는, 상기 셀 영역의 장변부를 따라 제1 방향으로 연장되며,
    상기 제1 가지부는, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되고,
    상기 제2 가지부는, 상기 제1 방향과 제2 방향을 동시에 추종하도록 제1, 제2 방향 사이의 비스듬한 사선 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연성 배선의 본체는, 상기 장변부와 맞닿는 셀 영역의 코너 위치에 배치된 회로기판으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 다수의 버스 바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀 각각의 상단부에는 서로 다른 제1, 제2 전극이 형성되며,
    상기 다수의 배터리 셀의 제1, 제2 전극은 제1 접속 부재를 통하여 상기 다수의 버스 바에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 연성 배선은, 상기 다수의 버스 바 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 가지부는 상기 다수의 버스 바와 전기적으로 연결되는 다수의 제1 가지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 버스 바는 상기 제1 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 버스 바는, 상기 다수의 배터리 셀 중에서 서로 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함하는 다수의 병렬 모듈을 형성하고,
    상기 다수의 병렬 모듈은 제1 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 버스 바는, 상기 병렬 모듈을 사이에 두고 배치된 서로 다른 기저부로부터 서로 마주하는 방향으로 연장되면서 서로 서로에 대해 끼워지는 콤 전극을 포함하는 제1, 제2 버스 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 콤 전극의 배열 방향을 따라 최외측에는 제2 버스 바의 콤 전극이 배치되고,
    상기 콤 전극의 배열 방향을 따라 최외측의 내측 위치에는 제1 버스 바의 콤 전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 가지부는,
    상기 제1 버스 바와 전기적으로 연결되는 것으로, 상대적으로 길게 연장되는 원거리의 제1 가지부; 및
    상기 제2 버스 바와 전기적으로 연결되는 것으로, 상대적으로 짧게 연장되는 근거리의 제1 가지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연성 배선의 본체가 연장되는 장변부 방향을 따라 상기 원거리의 제1 가지부와 근거리의 제1 가지부는 서로 교번되게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 제1 가지부의 말단에는 도전성 패드가 형성되며,
    상기 도전성 패드와 각각의 버스 바는, 제2 접속 부재를 통하여 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 제2 가지부는 상기 사선 방향을 따라 연장되면서, 상기 다수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀의 외주 면을 향하여 절곡되어 제1 배터리 셀의 외주 면에 대해 탄성 바이어스 되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀은, 상기 다수의 배터리 셀 중에서 셀 영역의 장변부를 통하여 외주 면이 노출되는 배터리 셀인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 것으로, 서로 서로에 대해 끼워지는 콤 전극을 포함하는 제1, 제2 버스 바를 포함하고,
    상기 제2 가지부는, 상기 콤 전극의 배열 방향을 따라 셀 영역의 장변부에 상대적으로 인접한 최외측 콤 전극을 포함하는 제2 버스 바가 배제된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 연성 배선이 수용되는 채널 형태의 홈이 형성된 배선 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 가지부의 말단은 상기 배선 홀더 상에 지지되며,
    상기 제1 가지부의 말단에 형성된 도전성 패드와 버스 바는 와이어 본딩에 의해 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 배선 홀더는, 연성 배선의 본체를 지지하기 위한 본체와, 제1 가지부를 지지하기 위한 가지부와, 제2 가지부를 안내하기 위한 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀이 조립되는 셀 홀더를 더 포함하고,
    상기 제2 가지부는, 상기 배선 홀더의 가이드를 따라 셀 홀더의 관통 홀을 통과하여, 셀 홀더로부터 노출된 배터리 셀의 외주 면을 향하여 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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