KR20180078776A - 배터리 전압 측정을 위한 버스바 어셈블리의 연결 구조 - Google Patents

Abstract

버스바프레임; 상기 버스바프레임에 고정 결합되는 버스바; 양 측면에 전도성 금속이 노출되는 랜드부가 형성되며, 상기 랜드부가 상기 버스바에 용접되면서 상기 버스바와 전기적으로 연결되는 연성회로기판; 및 상기 연성회로기판 중 상기 랜드부가 형성된 어느 일 단부를 덮는 보강플레이트;를 포함하는 배터리 전압 측정을 위한 버스바 어셈블리의 연결 구조를 제공한다.

Description

배터리 전압 측정을 위한 버스바 어셈블리의 연결 구조{CONNECTING STRUCTURE OF BUS-BAR ASSEMBLY FOR SENSING VOLTAGE OF BATTERY}

본 발명은 전기자동차 등에 장착되는 배터리셀 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리셀의 각 전압을 측정하기 위해 사용되는 버스바와 이에 대한 전기적 연결 방식을 개선한 버스바 어셈블리의 연결 구조에 관한 것이다.

이차전지는 모바일 기기, 보조 전력장치 등에 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 종래 가솔린 차량이나 디젤 차량이 갖는 대기 오염 등의 각 종 문제점을 해결하기 위한 대안으로 제시된 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차 등의 주된 동력원으로서도 주목 받고 있다. 다만, 전기자동차 등에는 고출력 대용량 배터리의 필요성으로 인해 복수 개의 배터리셀을 적층시킨 후 이를 전기적으로 직렬 및 병렬 연결한 배터리셀 모듈이 사용된다.

배터리셀 모듈은 복수 개의 배터리셀이 적층되며, 각 배터리셀의 양 단에 노출되는 단자는 (+)와 (-)가 서로 교대하면서 전기적으로 연결되어 고전압을 제공한다. 이 때, 각 배터리셀에는 버스바가 전기적으로 연결되어 배터리셀의 전압과 전류에 관한 정보 등은 버스바로 전달될 수 있다. 그리고, 버스바에는 와이어가 전기적으로 연결되어 이런 정보는 비엠에스로 전달된다.

도 1은 종래 버스바(2)와 와이어(1) 사이의 연결 구조를 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 그 연결은 버스바(2)의 단부에 형성되는 클램프 구조에 의해 와이어(1)가 클램핑되는 것으로 각 배터리셀마다 클램핑 공정을 반복하는 것은 생산성이 저하되며 조립 불량 등 조립 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 복수 개의 와이어(1)의 사용으로 인해 무게가 증가하여 연비 향상을 위한 경량화에 역행하는 문제점이 있었다. 동시에, 부품 수의 증가로 부품의 제조 및 개발 비용, 그리고 부품 관리 비용이 증가되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1647694 (등록일자 2016년 6월23일) 대한민국 공개특허 제10-2016-0026469 (공개일자 2016년 3월09일) 대한민국 등록특허 제10-1329250 (등록일자 2013년 11월07일) 대한민국 공개특허 제10-2015-0033176 (공개일자 2015년 4월01일)

본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래 사용되던 와이어를 대체하여 제품의 경량화를 통해 전기자동차의 연비 향상에 기여하고자 한다. 동시에 부피 절감으로 비엠에스 등의 효율적 배치가 가능한 신규한 버스바 어셈블리의 연결 구조를 제공하고자 한다.

또한, 신규한 연결 구조를 통해 작업 공정의 수, 공정에 소요되는 시간을 단축하여 생산성을 향상하고자 한다. 또한, 사용되는 부품의 수를 감소시켜 부품의 제조 및 개발 비용, 그 관리 비용을 절감하고자 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 버스바프레임; 상기 버스바프레임에 고정 결합되는 버스바; 양 측면에 전도성 금속이 노출되는 랜드부가 형성되며, 상기 랜드부가 상기 버스바에 용접되면서 상기 버스바와 전기적으로 연결되는 연성회로기판; 및 상기 연성회로기판 중 상기 랜드부가 형성된 어느 일 단부를 덮는 보강플레이트;를 포함하는 배터리 전압 측정을 위한 버스바 어셈블리의 연결 구조를 제공한다.

상기 보강플레이트에는 상기 랜드부를 노출시키는 노출공;이 더 형성되며, 상기 보강플레이트는 상기 노출공을 통해 노출되는 상기 랜드부를 제외하고 상기 단부를 전부 덮을 수 있다.

상기 랜드부는 이웃하는 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍의 상기 랜드부 사이에는 응력분산공이 형성될 수 있다.

상기 버스바프레임에는 체결홈이 형성되고, 상기 보강플레이트에는 체결공이 형성되며, 상기 연성회로기판은 상기 체결공과 상기 응력분산공을 순차적으로 관통하여 상기 체결홈에 체결되는 체결부재에 의해 상기 버스바프레임에 보조적으로 고정 결합될 수 있다.

상기 버스바에는 상기 보강플레이트가 안착되는 안착홈이 형성될 수 있다.

상기 버스바프레임에는 융착보스가 돌출 형성되고, 상기 연성회로기판은 상기 응력분산공이 상기 융착보스에 관통 결합된 상태에서 융착에 의해 상기 버스바프레임에 보조적으로 고정 결합될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조는 종래 사용되던 와이어 대신 가벼운 연성회로기판을 통한 신규한 연결 공법을 통해 제품의 경량화를 실현할 수 있으며 결과적으로 전기자동차의 연비 향상에 기여할 수 있다. 또한, 종래 복수 개의 와이어로 인한 배치 공간을 줄일 수 있어 설계 자유도가 향상된다.

또한, 연성회로기판에는 양 측면으로 노출되는 랜드부가 버스바에 다이렉트로 용접되는 바, 용접을 위한 별개 웰딩 플레이트의 사용이 불필요하다. 동시에, 종래 압착 공정 대신 레이져 용접을 통해 신속하게 연결 구조를 제공할 수 있어 생산성이 향상된다.

또한, 부품 수의 감소로 인해 부품의 제조 및 개발 비용을 절감하고 그 관리 비용을 절감할 수 있다. 또한, 보강플레이트를 사용하여 심한 진동이나 충격, 응력 집중 등으로부터 연성회로기판을 효과적으로 보호할 수 있다. 또한, 보조적인 고정 구조를 추가하여 연성회로기판의 위치를 보다 타이트하게 규제할 수 있다.

도 1은 종래 버스바와 와이어 사이의 연결 구조를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조롤 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조롤 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 분해 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20) 어셈블리의 연결 구조롤 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해 사시도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 버스바(20) 어셈블리의 연결 구조는 버스바프레임(10), 버스바(20), 연성회로기판(30), 보강플레이트(40), 체결부재(50) 등을 포함한다. 이런, 버스바(20) 어셈블리는 배터리셀 모듈의 일부를 구성한다.

버스바프레임(10)의 내측면에는 홀더부(미도시)가 형성되어 적층되는 복수 개의 배터리셀(미도시)이 각각 끼움 결합될 수 있다. 그리고, 이런 배터리셀은 전기적으로 서로 연결되어 미리 설정된 전압을 제공한다.

버스바프레임(10)은 배터리셀의 측면에 배치되며, 버스바프레임(10)의 외측면에는 버스바(20)가 고정 결합된다. 버스바(20)는 도전성 재질 중 전기 전도율이 높은 금속이 바람직하며, 사각형 플레이트 형상으로 형성된다. 버스바(20)는 배터리셀의 전압과 전류에 관한 정보를 연성회로기판(30)으로 전달한다.

버스바(20)에는 연성회로기판(30)이 레이져 용접에 의해 접합된다. 레이져 용접은 접합면의 유격 발생 가능성이 낮고, 접합면의 휘어짐 현상이 드물어 다른 용접과 비교할 때 접합 신뢰성이 상당히 높다. 이런, 레이져 용접은 전용 지그를 이용하며 평평한 접합면에 레이져를 몇 포인트 조사하는 방법으로 이루어진다.

연성회로기판(30)은 잘 휘어지는 플렉서블한 특성을 갖고 있으며, 내부에 복수 개의 선이 나란하게 배열되어 각 배터리셀의 전압과 전류에 관한 신호 등을 전송할 수 있다. 한편, 연성회로기판(30)의 양 측면에는 레이져 용접을 위해 전도성 금속이 노출되는 랜드부(34)가 형성된다.

연성회로기판(30)은 랜드부(34)의 일 측면이 버스바(20)에 레이져 용접되면서 버스바(20)와 전기적으로 연결된다. 랜드부(34)는 구리 등의 전도성 금속이 미세 두께를 갖는 금속박막의 형태로 형성된다. 랜드부(34)는 그 표면에 조사되는 레이져에 의해 버스바(20)와 고정 결합되면서 버스바(20)와 전기적으로 연결된다.

일 실시예에 따른 랜드부(34)는 이웃하는 한 쌍으로 이루어진다. 이는, 버스바프레임(10)에 한 쌍으로 배치되는 버스바(20)의 개수에 대응하여 각 버스바(20)와 서로 전기적 연결 상태를 형성하기 위함이다. 한편, 한 쌍의 랜드부(34) 사이에는 응력분산공(32)이 형성된다. 이런 응력분산공(32)은 원형홀의 형상을 갖는다. 응력분산공(32)은 랜드부(34) 사이의 연결 부분에 가해지는 응력 집중 현상을 개선하여 그 부분이 파단되는 것을 방지한다.

이와 같이, 버스바(20)에 연성회로기판(30)을 직접 부착시키는 신규한 연결 공법을 적용하면 용접을 위한 별도의 웰딩 플레이트를 사용할 필요가 없다. 또한, 경량화를 실현할 수 있어 자동차의 연비 향상에 일정 부분 기여할 수 있다. 또한, 부피 절감으로 배터리셀 모듈의 효율적인 공간 활용이 가능하다는 장점도 있다.

버스바(20) 어셈블리의 연결 구조는 보강플레이트(40)를 더 포함할 수 있다. 보강플레이트(40)는 연성회로기판(30) 중 랜드부(34)가 형성된 어느 일 단부를 덮어 그 부분에 대한 강성을 보강한다.

보강플레이트(40)는 연성회로기판(30)의 상면에 배치되어 연성회로기판(30)을 소정 압력을 가압함과 동시에 차량에서 전해지는 심한 진동이나 충격 등에 의한 외력을 일부 흡수하여 랜드부(34)와 이를 포함하는 연성회로기판(30)의 단부를 보호할 수 있다.

즉, 연성회로기판(30)은 보강플레이트(40)의 배치로 인해 버스바(20)에 대한 용접 결합을 보다 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 보강플레이트(40)를 사용하면 응력분산공(32)이 파단되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 다만, 이를 위한 보강플레이트(40)는 절연 재질이면 어떤 재질을 사용하더라도 무방하다.

일 실시예에 따른 보강플레이트(40)의 형상은 다음과 같다. 보강플레이트(40)는 소정 두께를 갖는 사각 플레이트 형상을 갖는다. 또한, 보강플레이트(40)에는 상하면이 관통되어 랜드부(34)를 노출시키는 노출공(44)이 형성되어 있다. 또한, 보강플레이트(40)에는 응력분산공(32)에 대응하여 한 쌍의 노출공(44) 사이에 체결공(42)이 관통 형성되어 있다.

이런 보강플레이트(40)는 노출공(44)을 통해 노출되는 랜드부(34)를 제외하고 최소한 연성회로기판(30)의 단부를 전부 덮는 크기로 형성된다. 이는 전술한 것처럼 연성회로기판(30)을 효과적으로 보호하기 위함이다.

보강플레이트(40)가 연성회로기판(30)의 상면에 안정적으로 배치되도록 버스바(20)에는 보강플레이트(40)가 안착되는 안착홈(21)이 형성된다. 동시에 이는 연성회로기판(30)이 버스바(20)에 배치되는 위치를 지시할 수 있다.

한편, 버스바(20) 어셈블리에는 연성회로기판(30)이 버스바(20)에 배치되는 위치를 가이드하거나 이를 제한하면서 버스바(20)에 대한 고정 효과를 향상시키는 보조적인 결합 구조가 더 형성될 수 있다. 또한, 이 결합 구조는 보강플레이트(40)에 대한 결합력을 증대시킨다.

이하 일 실시예에 따른 보조적인 결합 구조에 대해 설명한다. 버스바프레임(10)에는 체결홈(12)이 형성되어 있다. 체결홈(12)은 한 쌍의 버스바(20) 사이에 배치되며 특히 버스바(20)의 상면에 배치되는 연성회로기판(30)의 응력분산공(32)이 체결홈(12)과 서로 연통되는 위치에 형성된다.

이를 통해 연성회로기판(30)은 체결공(42)과 응력분산공(32)을 순차적으로 관통하여 체결홈(12)에 체결되는 체결부재(50)에 의해 버스바프레임(10)에 보조적으로 고정 결합될 수 있다. 동시에, 보강플레이트(40)는 버스바프레임(10)에 보다 견고하게 결합될 수 있다. 그 결과, 보강플레이트(40)는 안착홈(21)에 일차적으로 안착된 상태에서 체결부재(50)에 의해 그 결합력이 증대될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바(20) 어셈블리의 연결 구조롤 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 분해 사시도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 다른 실시예에 따른 보조적인 결합 구조는 다음과 같다.

버스바프레임(10)에는 적어도 하나 이상의 융착보스(60)가 돌출 형성되어 있다. 융착보스(60)는 원형 돌기 형상을 갖는다. 융착보스(60)는 열 융착, 초음파 융착 등의 융착 공정을 시작할 때 상단부터 녹아 내리는데 그 후에 이 부분이 냉각되어 경화되면 상대물에 대한 결합력을 발생시킨다. 그 결과, 보강플레이트(40)는 버스바프레임(10)에 견고하게 고정 결합될 수 있다.

이런 융착보스(60)는 다른 한편으로 융착보스(60)에 관통 결합되는 상대물의 고정 위치를 안내하는 역할도 한다. 전술한 바와 같이, 연성회로기판(30)에는 응력분산공(32)이 형성되며 응력분산공(32)이 융착보스(60)에 관통 결합되면 융착보스(60)는 연성회로기판(30)이 배치되는 위치를 제한할 수 있다.

구체적으로, 연성회로기판(30)은 응력분산공(32)이 융착보스(60)에 관통 결합된 상태에서 융착에 의해 버스바프레임(10)에 보조적으로 고정 결합될 수 있다. 이와 달리, 연성회로기판(30)의 응력분산공(32)이 융착보스(60)에 관통 결합되고, 그 상면에 체결공(42)이 융착보스(60)에 관통 결합되도록 보강플레이트(40)를 배치한 다음, 융착 공정을 진행하면 보강플레이트(40)에 대한 보다 향상된 고정 결합력을 제공할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

10: 버스바프레임 20: 버스바
30: 연성회로기판 40: 보강플레이트
50: 체결부재 12: 체결홈
21: 안착홈 32: 응력분산공
34: 랜드부 42: 체결공
44: 노출공 60: 융착보스

Claims (6)

1. 버스바프레임;
   상기 버스바프레임에 고정 결합되는 버스바;
   양 측면에 전도성 금속이 노출되는 랜드부가 형성되며, 상기 랜드부가 상기 버스바에 용접되면서 상기 버스바와 전기적으로 연결되는 연성회로기판; 및
   상기 연성회로기판 중 상기 랜드부가 형성된 어느 일 단부를 덮는 보강플레이트;를 포함하는 배터리 전압 측정을 위한 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 보강플레이트에는 상기 랜드부를 노출시키는 노출공;이 더 형성되며,
   상기 보강플레이트는 상기 노출공을 통해 노출되는 상기 랜드부를 제외하고 상기 단부를 전부 덮는 배터리 전압 측정을 위한 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 랜드부는 이웃하는 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍의 상기 랜드부 사이에는 응력분산공이 형성되는 배터리 전압 측정을 위한 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 버스바프레임에는 체결홈이 형성되고, 상기 보강플레이트에는 체결공이 형성되며,
   상기 연성회로기판은 상기 체결공과 상기 응력분산공을 순차적으로 관통하여 상기 체결홈에 체결되는 체결부재에 의해 상기 버스바프레임에 보조적으로 고정 결합되는 배터리 전압 측정을 위한 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 버스바에는 상기 보강플레이트가 안착되는 안착홈이 형성되는 배터리 전압 측정을 위한 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 버스바프레임에는 융착보스가 돌출 형성되고,
   상기 연성회로기판은 상기 응력분산공이 상기 융착보스에 관통 결합된 상태에서 융착에 의해 상기 버스바프레임에 보조적으로 고정 결합되는 배터리 전압 측정을 위한 버스바 어셈블리의 연결 구조.

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