本開示はバスバーアセンブリ及びフレーム組立体に関するものである。
ハイブリッド自動車または電気自動車は自動車内部に設けられた二次電池を電力源として用いることができ、一般道路用自動車、レジャー用カートなど多様な分野で用いられている。このようなハイブリッド自動車または電気自動車は二次電池に充電された電力で電気モータを回転させてホイールを駆動でき、二次電池が放電された後に電気自動車は外部電力によって二次電池を充電し、ハイブリッド自動車は内燃機関の駆動または外部電力によって二次電池を充電できる。また、多数の電気自動車メーカーが市場に新たに進入しており、その数が持続的に増加している。
二次電池は1つのバッテリ形態で用いられ得るだけでなく、複数のバッテリセルが1つのバッテリモジュールにおいてクラスタリング(clustering)されて用いられ得る。このような複数のバッテリモジュールは直列に連結されるように自動車の車体下部に設けられ、内燃機関の出力に相当する電気モータを駆動させるための高電圧を生成する。また、複数のバッテリセルがクラスタリングされる時、それぞれのバッテリセルの端子はフレーム組立体によって直列または並列に連結され得る。
軟性回路基板(FPCB,flexible printed circuit board)は、柔軟な材料で構成された基板層を製造し、このような基板層を薄い絶縁層で取り囲むことによって製造される。FPCBは重さが軽く、空間を少なく占める長所があり、このような特性のため、最近多様な分野に軟性回路基板を採用している。しかし、FPCBは一般のPCBとは異なって相当薄い厚さを有するので、外部衝撃によって裂けたり破損したりしやすい問題があり、これを解決するための多様な研究開発が進められている。
本開示による実施例は、軟性回路基板の連結回路部が多様な接合工法(例、レーザウェルディング、ウルトラソニック、抵抗溶接等)によってフレームに付着したバスバーに直接的に接合されるフレーム組立体を提供する。また、回路部とバスバーの結合性を強化するための多様な構造を提供する。
本開示による実施例は、フレームと軟性回路基板が連結されたフレーム組立体を提供する。また、バッテリの並列/直列連結構成を自由にできるため、車両パッケージに応じてバッテリ容量を手軽に変えることができ、接合工程回数を縮小させることができるフレーム組立体を提供する。
本開示の実施例は、バスバーと軟性回路基板間を電気的に連結する過程でその作業工数を減らし、連結に要される費用を節減できるバスバーアセンブリを提供する。また、バスバーと軟性回路基板間の連結部位に対する構造的脆弱点を改善して製品の信頼性を向上させ、使用される部品数を減少させて部品の製造及び開発費用とその管理費用を節減しようとする。
本開示の一実施例による積層された複数のバッテリセルを固定させるためのフレームに設けられるバスバーアセンブリにおいて、フレームに固定されるバスバー;バスバーと電気的に連結されて複数のバッテリセルをセンシングするように構成された軟性回路基板;及び一面に軟性回路基板を貫通して軟性回路基板と電気的に連結されるように構成された突起が形成され、他面がバスバーに接合されてバスバーと電気的に連結される連結端子を含み得る。
一実施例によると、連結端子は、第1面及びバスバーに接合される第2面を含む接合部;及び突起が形成され、接合部から延びて軟性回路基板に重ね継ぎ(lap joint)結合する結合部を含み得る。
一実施例によると、突起は互いに対向配列されるように複数で提供され、複数の突起は軟性回路基板の予め設定される位置を貫通し、貫通突出した部分は圧着されて反り変形され得る。
一実施例によると、第2面はバスバーに隣接するように配置され、第2面は第1面に接合工法を適用することによりバスバーに接合され得る。
一実施例によると、バスバーには連結端子が安着される安着部が形成され得る。
一実施例によると、バスバー及び連結端子は、それぞれ一対で提供され、軟性回路基板は軟性回路基板の端部から二股に分岐して一対の連結端子それぞれが結合した一対の連結回路部を含み、一対の連結回路部それぞれは、一対の連結端子を通じて一対のバスバーと電気的に連結されるように構成され得る。
一実施例によると、連結端子がバスバーに接合された状態で、連結端子及び連結端子周辺のバスバーの一部をカバーするようにコンフォーマルコーティング処理され得る。
本開示の他の実施例による積層された複数のバッテリセルを固定させるためのフレームに設けられるバスバーアセンブリにおいて、フレームに固定されるバスバー;バスバーと電気的に連結されて複数のバッテリセルをセンシングするように構成された軟性回路基板;一面に軟性回路基板を貫通して軟性回路基板と電気的に連結されるように構成された突起が形成され、他面はバスバーに接触するように構成された連結端子;及び連結端子及びバスバーを貫通して連結端子をバスバーに固定するように構成された結合部材を含み得る。
一実施例によると、連結端子は、結合部材が貫通してバスバーに接触するように構成された接触部;及び突起が形成され、接触部から延びて軟性回路基板に重ね継ぎ(lap joint)結合する結合部を含み得る。
一実施例によると、接触部は結合部材が貫通するホールが形成されたリング部を含み得る。
一実施例によると、バスバーには連結端子が安着される安着部が形成され、安着部には結合部材が貫通するホールが形成され得る。
一実施例によると、バスバー、連結端子、及び結合部材は、それぞれ一対で提供され、軟性回路基板は軟性回路基板の端部から二股に分岐して一対の連結端子それぞれが結合した一対の連結回路部を含み、一対の連結回路部それぞれは、一対の結合部材それぞれにより貫通する一対の連結端子を通じて一対のバスバーと電気的に連結されるように構成され得る。
本開示の他の実施例による積層された複数のバッテリセルを固定させるためのフレームに設けられるバスバーアセンブリにおいて、フレームに固定されて第1ホールが形成されたバスバー;バスバーと電気的に連結されて複数のバッテリセルをセンシングするように構成され、第2ホールが形成され、第2ホールを介して露出する伝導性金属で構成された回路層を含む軟性回路基板;及び第1ホール及び第2ホールを貫通して軟性回路基板とバスバーを電気的に連結して軟性回路基板をバスバーに固定するように構成された結合部材を含み得る。
一実施例によると、第1及び第2ホールは、それぞれ一対で提供され、一対の第1ホールは一定の間隔で離隔され、一対の第2ホールは一定の間隔と同一の間隔で離隔され得る。
一実施例によると、軟性回路基板は、軟性回路基板の第2ホールがバスバーの第1ホールと連通するようにバスバー上に配置され、結合部材は連通する第2ホール及び第1ホールを貫通して軟性回路基板とバスバーを重ね継ぎ結合させるように構成され得る。
一実施例によると、結合部材はリベットであってもよい。
一実施例によると、バスバーは軟性回路基板を安着させるように構成された安着部が形成され、安着部には、第1ホールが形成され得る。
一実施例によると、バスバー及び結合部材は、それぞれ一対で提供され、軟性回路基板は軟性回路基板の端部から二股に分岐した一対の連結回路部を含み、一対の連結回路部それぞれは、一対の結合部材を介して一対のバスバーと電気的に連結されるように構成され得る。
本開示の更に他の実施例による積層された複数のバッテリセルを固定させるためのフレーム組立体において、上面、上面の一端に連結された第一側面、上面の他端に連結された第2側面を含み複数のバッテリセルを取り囲むように構成されたフレーム;フレームの第一側面に配置された複数の第1バスバー;フレームの第2側面に配置された複数の第2バスバー;上面に配置される回路部、回路部の一端から延びて第一側面で複数股に分岐する複数の第1連結回路部、及び回路部の他端から延びて第2側面で複数股に分岐する第2連結回路部を含む軟性回路基板;第1連結回路部を貫通して第1連結回路部と電気的に連結されるように構成された突起が形成される第1面及びバスバーに接触するように構成された第2面を含む複数の第1連結端子;及び第2連結回路部を貫通して第2連結回路部と電気的に連結されるように構成された突起が形成される第1面及びバスバーに接触するように構成された第2面を含む複数の第2連結端子を含み得る。
一実施例によると、複数の第1連結端子の第2面は複数の第1バスバーに隣接するように配置され、複数の第1連結端子の第2面は複数の第1連結端子の第1面に接合工法を適用することにより複数の第1バスバーに接合され、複数の第2連結端子の第2面は複数の第2バスバーに隣接するように配置され、複数の第2連結端子の第2面は複数の第2連結端子の第1面に接合工法を適用することにより複数の第2バスバーに接合され得る。
一実施例によると、複数の第1バスバーは、第1連結端子を安着させるように構成された第1安着部が形成され、複数の第2バスバーは、第2連結端子を安着させるように構成された第2安着部が形成され得る。
一実施例によると、第1連結端子及び第1バスバーを貫通して第1連結端子を第1バスバーに固定するように構成された複数の第1結合部材;及び第2連結端子及び第2バスバーを貫通して第2連結端子を第2バスバーに固定するように構成された複数の第2結合部材をさらに含み得る。
一実施例によると、第1連結端子は、第1結合部材が貫通するホールが形成された第1リング部を含み、第2連結端子は、第2結合部材が貫通するホールが形成された第2リング部を含み得る。
一実施例によると、第1バスバーには、第1結合部材が貫通するように構成されたホールが形成され、第2バスバーには、第2結合部材が貫通するように構成されたホールが形成され得る。
一実施例によると、フレームは上面に配置される第1フレーム;第一側面に配置され、第1フレームの一端に対して回動可能に結合し、複数の第1バスバーが配置される第2フレーム;及び第2側面に配置され、第1フレームの他端に対して回動可能に結合し、複数の第2バスバーが配置される第3フレームを含み得る。
一実施例によると、第1バスバーは複数のバッテリセルの一側端子と接合するように構成され、第2バスバーは複数のバッテリセルの他側端子と接合するように構成され得る。
本開示の実施例によると、軟性回路基板の連結回路部がバスバーに多様な接合工法(レーザウェルディング、ウルトラソニック、抵抗溶接等)によって直接的に接合されるので、連結回路部とバスバーの接合工程を単純化させることができる。また、部品の種類及び数が縮小されて原価が節減され得、連結回路部とバスバーの間の接触安定性を向上させることができる。
本開示の実施例によると、複数のバッテリセルをバスバーに接合することによって電気的に直列連結するので、バッテリの並列/直列連結構成を自由にできるため車両パッケージによってバッテリ容量を自由に変えることができ、バッテリセル同士互いに連結する方式に比べて接合工程回数を縮小させることができる。
本開示の実施例によると、伝導性の連結端子を用いて簡単にバスバーと軟性回路基板を電気的に連結でき、生産性が向上し得る。また、バスバーと軟性回路基板間の連結部位に対する構造的脆弱点を改善して製品の信頼性を向上させることができ、部品数の減少によって部品の製造及び開発費用とその管理費用を節減できる。
本開示の実施例によると、連結端子は連結端子のリングの形状とこれを貫通する結合部材によりバスバーに堅固に固定結合され得る。即ち、リング状を有する連結端子を用いれば、バスバーと軟性回路基板を電気的に連結する過程が簡単であり、生産性が向し得る。
本開示の一実施例によるフレーム組立体を含むバッテリモジュールが車両に設けられる構造を示した概略図である。
本開示の一実施例によるフレーム組立体を含むバッテリモジュールの組み立てられた構成を示した斜視図である。
本開示の一実施例によるフレーム組立体を含むバッテリモジュールの分解された構成を示した分解斜視図である。
本開示の一実施例によるフレーム組立体とバッテリセルが結合した構成を示した斜視図である。
本開示の一実施例による軟性回路基板の構成全体を示した斜視図である。
第1実施例による軟性回路基板の連結回路部とバスバーが接合された構成を示した斜視図である。
第1実施例による軟性回路基板の連結回路部とバスバーが分解された構成を示した分解斜視図である。
図6に示された連結回路部及びバスバーをI‐I線に沿って切断した断面図である。
第2実施例による軟性回路基板の連結回路部を示した斜視図である。
図9に示された連結回路部をII‐II方向に切断した断面図である。
第3実施例による連結回路部とバスバーが接合された構成を示した斜視図である。
第3実施例による連結回路部とバスバーが接合された構成を示した断面図である。
第4実施例によるジグを用いて連結回路部をバスバーに接合する過程を示した断面図である。
第4実施例による連結回路部とバスバーが接合された状態でコンフォーマルコーティング処理された構成を示した上面図である。
図14に示されたコンフォーマルコーティング処理された構成をIII‐III線に沿って切断した断面図である。
第5実施例による連結回路部の第1及び第2絶縁層それぞれに形成された開口の大きさが異なる構成を示した断面図である。
第6実施例による連結回路部の基板層にめっき層がめっきされた構成を示した断面図である。
第7実施例による連結回路部の第1及び第2絶縁層それぞれに第3及び第4絶縁層を積層した構成を示した断面図である。
第8実施例によるフレーム組立体の製造方法を示した順序図である。
図19に示されたフレーム組立体の製造方法において軟性回路基板を製造する段階を示した順序図である。
第9実施例によるバッテリモジュールの分解された構成を示した分解斜視図である。
図21に示されたフレーム組立体のうちフレームの一部とバスバーを示した斜視図である。
図21に示されたバッテリモジュールにおいてバッテリセルとフレーム組立体が分解された構成を示した分解斜視図である。
図21に示されたバッテリモジュールにおいてバッテリセルとフレーム組立体が結合する過程の中間過程を示した斜視図である。
図21に示されたバッテリモジュールにおいてバッテリセルとフレーム組立体が結合した構成を示した斜視図である。
図25に示されたバッテリモジュールのバスバー部分を拡大した斜視図である。
図25に示されたバッテリモジュールにおいて図26に示されたバスバー部分と反対側に位置した、バスバー部分を拡大した斜視図である。
第10実施例によるフレームと軟性回路基板が組み立てられた構成を示した斜視図である。
図28に示されたフレームと軟性回路基板が分解された構成を示した斜視図である。
第11実施例によるフレーム組立体に軟性回路基板カバーが設けられるための構成を示した分解斜視図である。
第12実施例によるバスバーとモジュールカバー間に絶縁カバーが設けられた構成を示した分解斜視図である。
第13実施例によるフレームの構造を示した斜視図である。
図32に示されたフレームに適用されるヒンジ構造を拡大した斜視図である。
図33に示されたヒンジ構造をIV‐IV方向に切断した断面を示した断面図である。
第14実施例による軟性回路基板の温度センサ部と上部フレームの押圧部材の構造を示すための斜視図である。
図35に示された温度センサ部と押圧部材をV‐V方向に切断した構成を示した断面図である。
図35の上部フレームと軟性回路基板が結合した場合の内部構造を示した斜視図である。
第15実施例による上部フレームの下側面にフォームパッドが付着した構造を示した斜視図である。
第16実施例によるフレーム組立体の製造方法を示した順序図である。
図39の「複数のバスバーが結合した第2及び第3フレームを製造する段階」の細部過程を示した順序図である。
図40の順序図を説明するためにバスバーとフレームが一体に射出された構成を示した斜視図である。
第17実施例によるバッテリモジュールの製造方法を示した順序図である。
図42に示したバッテリモジュールの製造方法のうちレジン注入工程を示すための斜視図である。
第18実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
図44に示されたバスバーアセンブリの分解された様子を示した分解斜視図である。
図44に示されたバスバーアセンブリをVI‐VI方向に切断した断面を示した断面図である。
図44に示されたバスバーアセンブリの連結端子を示した斜視図である。
第19実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
第20実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
図49に示されたバスバーアセンブリの分解された様子を示した分解斜視図である。
図49に示されたバスバーアセンブリをVII‐VII方向に切断した断面を示した断面図である。
図49に示されたバスバーアセンブリの連結端子を示した斜視図である。
第21実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
第22実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
図54に示されたバスバーアセンブリの分解された様子を示した分解斜視図である。
図54に示されたバスバーアセンブリをVIII‐VIII方向に切断した断面図である。
第23実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
本開示の実施例は、本開示の技術的思想を説明する目的で例示されたものである。本開示による権利範囲が以下に提示される実施例やこれらの実施例に関する具体的説明に限定されない。
本開示に用いられる全ての技術的用語及び科学的用語は、異なって定義されない限り、本開示が属する技術分野で通常の知識を有する者に一般に理解される意味を有する。本開示に用いられる全ての用語は、本開示をさらに明確に説明する目的で選択されたものであって本開示による権利範囲を制限するために選択されたものではない。
本開示で用いられる「含む」、「備える」、「有する」などのような表現は、当該表現が含まれる語句または文章で異なって言及されない限り、他の実施例を含む可能性を内包する開放型用語(open‐ended terms)と理解されるべきである。
本開示で記述された単数形の表現は異なって言及しない限り複数形の意味を含み得、これは請求の範囲に記載された単数形の表現にも同様に適用される。
本開示で用いられる「第1」、「第2」などの表現は複数の構成要素を相互に区分するために用いられ、該当構成要素の順序または重要度を限定するものではない。
本開示で、ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか、「接続されて」いると言及された場合、前記ある構成要素が前記他の構成要素に直接的に連結または接続され得るものとして、あるいは新たな他の構成要素を媒介として連結または接続され得るものとして理解されるべきである。
以下、添付の図面を参照して、本開示の実施例を説明する。添付の図面で、同一または対応する構成要素には同一の参照符号が付与されている。また、以下の実施例の説明において、同一または対応する構成要素を重複して記述することが省略され得る。しかし、構成要素に関する記述が省略されても、そのような構成要素がある実施例に含まれないものとして意図されはしない。
図1は、本開示の一実施例によるフレーム組立体を含むバッテリモジュール(M)が車両に設けられる構造を示した概略図であり、図2は、本開示の一実施例によるフレーム組立体を含むバッテリモジュール(M)の組み立てられた構成を示した斜視図である。
バッテリモジュール(M)は車両の車体底に複数配列され得る。同一の出力電圧を示す複数のバッテリモジュール(M)は互いに直列または並列に連結されて最終出力電圧を形成できる。このような最終出力電圧で負荷(load)を駆動できる。例えば、負荷の一種であるモータで発生する駆動力は車両のホイールを回転させることができる。複数のバッテリモジュール(M)それぞれの充電/放電に対する制御は制御器(controller)によって制御され得る。
図1には、バッテリモジュール(M)は互いに直列に連結された構成が示されているが、各バッテリモジュール(M)の出力電圧、車両のレイアウト、負荷が求める電圧などの条件に応じて、バッテリモジュール(M)の配列が変わり得る。
図3は、本開示の一実施例によるフレーム組立体(1)を含むバッテリモジュール(M)の分解された構成を示した分解斜視図であり、図4は、本開示の一実施例によるフレーム組立体(1)とバッテリセル(C)が結合した構成を示した斜視図である。
バッテリモジュール(M)は、積層された複数のバッテリセル(C,battery cell)、これらを固定させるためのフレーム組立体(1)、フレーム組立体(1)の両側面を覆う絶縁カバー(3)、モジュールカバー(4)、及び筐体(6)を含み得る。バッテリセル(C)は、例えば二次電池となり得るが、これに限定されるものではなく、充電または放電が可能な電池形態であればいかなるものでも適用され得る。
バッテリセル(C)の端子は導電性であり変形可能な材料で構成されたタブ端子(tap terminal)であり得る。バッテリセル(C)は、セルボディ(C1)、セルボディ(C1)の一側に形成された(+)タブ(T1)、及びセルボディ(C1)の他側に形成された(−)タブ(T2)を含み得る。(+)タブ(T1)及び(−)タブ(T2)は導電性であり柔軟な材質で変形可能な(flexible)タブ端子であってもよい。(+)及び(−)タブ(T1,T2)は、例えば鉛またはアルミニウムを含む材料で構成され得るが、これに限定されるわけではなく、柔軟に曲げられる金属材料であれば種類に関係なく適用され得る。
図3を参考にすると、複数のバッテリセル(C)のうち互いに隣接したバッテリセル(C)のタブ端子が連結されている構成が示されている。例えば、同一極性を有するタブ端子同士連結される場合、前記隣接したバッテリセル(C)は互いに電気的に並列連結され得る。また、隣接したバッテリセル(C)のタブ端子は面接合工程を通じて互いに電気的に連結され得る。
モジュールカバー(4)は車両の事故発生時にバッテリセル(C)の崩壊または破損による車両火災を防止し、フレーム組立体(1)がバッテリセル(C)と結合した組立体内部を保護することができる。また、筐体(6)は外部衝撃からフレーム組立体(1)及び複数のバッテリセル(C)の結合状態を保護することができる。例えば、モジュールカバー(4)及び筐体(6)は高強度を有する金属材料で構成され得る。
フレーム組立体(1)はフレーム(10)、複数のバスバー(121,122,131,132)、軟性回路基板(20,FPCB)及びコネクタ(5)を含み得る。軟性回路基板(20)はフレーム(10)の長手方向に沿って配置され得る。コネクタ(5)は複数のバッテリセル(C)の状態を示す信号、例えば、電圧センシング及び温度センシングと関連した信号を図1に示された制御器で送受信するように構成され、軟性回路基板(20)に結合され得る。
一実施例において、フレーム(10)はフレーム(10)の上面に配置される第1フレーム(110)、フレーム(10)の第一側面に配置されて第1フレーム(110)の一端に対して回動可能に結合する第2フレーム(120)、及びフレーム(10)の第2側面に配置されて第1フレーム(110)の他端に対して回動可能に結合する第3フレーム(130)を含み得る。また、フレーム(10)は複数のバッテリセル(C)の上面及び両側面を取り囲むように構成され得る。フレーム(10)は非伝導性の合成樹脂材料で構成され得る。
複数のバスバー(121,122,131,132)は伝導性の金属材料で構成され得、複数の第1バスバー(121,122)及び複数の第2バスバー(131,132)を含み得る。第2フレーム(120)には、複数の第1バスバー(121,122)が配置され、第3フレーム(130)には複数の第2バスバー(131,132)が配置され得る。複数の第1バスバー(121,122)及び複数の第2バスバー(131,132)は複数のバッテリセル(C)の端子と接合されるように構成され得る。
バッテリセル(C)はフレーム組立体(1)と連結される前の状態では、(+)及び(−)タブ(T1,T2)がまっすぐに広げられた形態を有し得る。このような広げられたタブ(T1,T2)は、第1バスバー(121,122)に形成された開口(1211,1221)及び第2バスバー(131,132)に形成された開口(1311,1321)を通過できる。
バッテリセル(C)とフレーム組立体(1)は、下記のような過程を通じて結合され得る。フレーム組立体(1)の第2及び第3フレーム(120,130)はバッテリセル(C)の外側に広がりながらバッテリセル(C)上に被せられることができる。次に、広がった第2及び第3フレーム(120,130)を再度すぼめながらバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)を第1バスバー(121,122)に形成された開口(1211,1221)及び第2バスバー(131,132)に形成された開口(1311,1321)を通過させる。次に、タブ(T1,T2)の一面が第1バスバー(121,122)及び第2バスバー(131,132)の前面と接するように曲げる。次に、タブ(T1,T2)の他面上に接合工法を適用し、タブ(T1,T2)と第1バスバー(121,122)及び第2バスバー(131,132)を電気的に接合連結させる。
上記のような方式は、それぞれのバッテリセル(C)を一列に連結する方式に比べ、バスバー(121,122,131,132)を用いるので、タブ端子間の接合工程を半分以上減少させることができる。また、バスバーによってバッテリセルグループが互いに直列に連結されるので、バスバーを用いて車両の種類に応じて電池容量及び出力電圧を制約なしに構成可能である。図4及び5を参考にすれば、バスバー(121,122)と軟性回路基板(20)が直接電気的に連結されるので、軟性回路基板(20)を通じてバッテリセル(C)の過電圧及び温度センシングが可能である。
図3を参考にすると、絶縁カバー(3)は複数のバスバー(121,122,131,132)とモジュールカバー(4)間に配置され得、フレーム組立体(1)の両側に配置され得る。また、絶縁カバー(3)は非伝導性の合成樹脂材質で構成され得る。従って、フレーム組立体(1)に結合したバスバー(122,124,132,134)とモジュールカバー(4)間のショート現象を防止できる。
図5は、本開示の一実施例による軟性回路基板(20)の構成全体を示した斜視図である。
図3及び4を参考にすれば、軟性回路基板(20)は、第1〜第3フレーム(110,120,130)に沿って密着するように配置され得る。軟性回路基板(20)は導電性金属材料の基板層及び非導電性合成樹脂材料の絶縁層を含み得る。軟性回路基板(20)は伝導性基板層を非伝導性の絶縁層が取り囲む形態となり得、実質的に薄い厚さ(例えば、2mm以下)で形成されて全体的に柔軟に曲げられる。
図3及び4を参考にすれば、軟性回路基板(20)はフレーム(10)の上面及び両側面に沿って配置され得る。一実施例において、軟性回路基板(20)は、第1フレーム(110)に配置される回路部(230)、回路部(230)の一端から延びて複数の第1バスバー(121,122)に結合する第1連結回路部(210)、及び回路部(230)の他端から延びて複数の第2バスバー(131,132)に結合する第2連結回路部(220)を含み得る。また、第1連結回路部(210)は、一側に延びた第1a接合部(211)及び他側に延びた第1b接合部(212)を含み得る。また、第2連結回路部(220)は、一側に延びた第2a接合部(221)及び他側に延びた第2b接合部(222)を含み得る。
一実施例において、軟性回路基板(20)は回路部(230)から延びて温度測定センサが固定される温度センサ部(240)を含み得る。また、軟性回路基板(20)は、第2連結回路部(220)と隣接した位置で回路部(230)から延びた端子部(250)を含み得る。端子部(250)は図3に示されたコネクタ(5)が直接結合され得る。
図6は、第1実施例による軟性回路基板(20)の連結回路部とバスバーが接合された構成を示した斜視図であり、図7は、第1実施例による軟性回路基板(20)の連結回路部とバスバーが分解された構成を示した分解斜視図であり、図8は図6に示された連結回路部及びバスバーをI‐I線に沿って切断した断面図である。上述した実施例で説明された内容と重複する説明は省略する。
図5及び6を参考にすれば、複数の第1バスバー(121,122)は、第1aバスバー(121)及び第1bバスバー(122)を含み得る。第1aバスバー(121)には、2つのスリット(1211)が形成され得る。また、第1bバスバー(122)には、1つのスリット(1221)が形成され得る。このようなスリット(1211,1221)にはバッテリセル(C)のタブ端子が貫通することができる。
第1連結回路部(210)は、一側に延びた第1a接合部(211)及び他側に延びた第1b接合部(212)を含み得る。第1a接合部(211)は、第1aバスバー(121)に接合され、第1b接合部(212)は、第1bバスバー(122)に接合され得る。図8を参考にすると、第1a及び第1b接合部(211,212)は、それぞれ柔軟な材質で構成された導電性基板層(2112,2122)、基板層(2112,2122)の一面上に配置されて少なくとも1つの第1開口(2111a,2122a)が形成されて基板層(2112,2122)の第1面(2112a,2122a)が露出した第1絶縁層(2111,2121)及び基板層(2112,2122)の他面上に配置されて少なくとも1つの第2開口(2113a,2123b)が形成されて基板層(2112,2122)の第2面(2112b,2122b)が露出した第2絶縁層(2113,2123)を含み得る。
第1連結回路部(210)を第1バスバー(121,122)に接合する工程は、下記の通り進行され得る。まず、第1a及び第1b接合部(211,212)の第2面(2112b,2122b)をそれぞれの第1a及び第2aバスバー(121,122)の上面のコーナーに配置された接合面(1212,1222)に接触させる。次に、第1a及び第1b接合部(211,212)の第1面(2112a,2122a)に接合工法(レーザウェルディング、ウルトラソニック、抵抗溶接等)を適用して融着させれば、第2面(2112b,2122b)と接合面(1212,1222)が直接的に接合されて電気的に連結され得る。一実施例において、接合面(1212,1222)は、第1a及び第1bバスバー(121,122)から突出したり、内側に入ったり、第1a及び第1bバスバー(121,122)の接合面(1212,1222)と隣接した部分と平行に形成され得る。
上述した方式は、第1a及び第1b接合部(211,212)と第1a及び第1bバスバー(121,122)が上述した接合工法のうち1つ以上を用いて直接電気的に連結されるので、連結回路部とバスバーの間の電気伝導度を向上させることができ、固定安定性が向上し得る。また、第1連結回路部(210)とバスバー(121,122)間にクランプのような結合手段がないので、電気接触に対する安定性が向上し、部品の品数が縮小されて原価が節減され、工程過程が短縮され得る。また、基板層(2112,2122)の両面が露出するので、連結回路部がバスバーに直接的に結合され得る構造が確保されることができ、適用部品数量の減少及び作業工数の節減が可能であり、重量及びコストの削減が可能である。
図6〜8を参考にすれば、第1連結回路部(210)と第1バスバー(121,122)の結合過程について説明したが、上述した接合工程と同一の接合工程が第2連結回路部(220)と第2バスバー(131,132)の接合工程に対しても適用され得る。従って、これと関連した重複する説明については省略する。
図9は、第2実施例による軟性回路基板の連結回路部(260)を示した斜視図であり、図10は図9に示された連結回路部(260)をII‐II方向に切断した断面図である。上述した実施例で説明された内容と重複する説明は省略する。
連結回路部(260)は一方向に延びて両面が露出した第1接合部(261)及び一方向の反対側の他方向に延びて両面が露出した第2接合部(262)を含み得る。連結回路部(260)は導電性材料で構成された基板層(2611)及び基板層(2611)を取り囲む非導電性材料で構成された絶縁層(2612,2613,2614)を含み得る。また、導電性材料は銅を含み得、非導電性材料はPENまたはPI材料を含み得る。
一実施例において絶縁層(2612,2613,2614)は基板層(2611)の一面に付着する第1絶縁層(2612)、基板層(2611)の他面に付着する第2絶縁層(2613)、及び第1基板層(2611)上に付着する第3基板層(2614)を含み得る。それぞれの第1〜第3絶縁層(2612,2613,2614)は非導電層(2612a,2613a,2614a)及びこれを接着するための接着層(2612b,2613b,2614b)で構成され得る。
他の実施例において、フレーム組立体の作業工程または連結回路部(260)に対して求められる引張強度に応じて積層される層の数または配置が変わり得る。例えば、基板層(2611)の他面に対しても2つの絶縁層が提供され得る。
一実施例によると、基板層(2611)の両面をそれぞれ1つの絶縁層が取り囲むのに比べ、基板層(2611)の他面に第2絶縁層(2613)が配置されて基板層(2612)の一面に第1及び第3絶縁層(2612,2614)が配置されるので、連結回路部(260)の引張に対する破損可能性を減少させることができる。また、フレーム組立体の移送または組立過程で連結回路部(260)に外力が加えられる場合、絶縁層が1つで構成される場合にはこれに耐えられず一部が断絶する可能性があるので、上記のように連結回路部(260)の一面に2つの絶縁層を配置させて連結回路部(260)の引張力を向上させることができる。また、軟性回路基板で基板層を取り囲むカバー層を二重に構成するので、回路部分の引張力の信頼性を確保して破損を防止できる。
上述した実施例のように基板層の一面に2つの絶縁層を配置させる方式は破損しやすい連結回路部(260)に適用され得る。また、車両の特性及び車両製作原価の状況に応じて連結回路部(260)をはじめとした軟性回路基板(20)全体にも適用され得る。絶縁層(2231a,2231b)に形成された開口は、図10に示された形態で基板層(2611)の両面を露出させることができるように形成され得る。従って、回路部がバスバーに直接的に結合され得る構造が確保されることができ、適用部品数量の減少及び作業工数の節減が可能であり、重量及びコストの削減が可能である。
図11は、第3実施例による連結回路部(270)とバスバー(125)が接合された構成を示した斜視図であり、図12は、第3実施例による連結回路部(270)とバスバー(125)が接合された構成を示した断面図である。上述した実施例で説明された内容と重複する説明は省略する。
連結回路部(270)は一方向に延びて両面が露出した第1接合部(271)及び一方向の反対側の他方向に延びて両面が露出した第2接合部(272)を含み得る。一実施例において、バスバー(125,126)には、第1及び第2接合部(271,272)をそれぞれ安着させるように構成された安着部(1251,1261)が形成され得る。安着部(1251,1261)は側部フレーム(140)に向かって曲がった形状を有し得、第1及び第2接合部(271,272)に対応する大きさを有し得る。
一実施例において、安着部(1251,1261)の深さ(D1)は、第1及び第2接合部(271,272)の厚さ(D2)より大きくなるように構成され得る。また、第1接合部(271)の下面(2711)は安着部(1251)の上面(1252)に接合され得、これと同様に第2接合部(272)の下面は安着部(1252)の上面に接合され得る。従って、第1及び第2接合部(271,272)が安着部(1251,1261)に接合された状態では、フレーム組立体を移送または組立する過程で第1及び第2接合部(271,272)に損傷が発生する状況を減少させることができる。
上述した実施例によると、バスバーに回路部が安着され得るポジショニング構造を形成し、作業者の肉眼で接合位置を識別させることができるので、作業性を向上させることができ、回路部を要求される位置に定位置させるので品質を向上させることができる。
図13は、第4実施例によるジグを用いて連結回路部(275)をバスバー(127)に接合する過程を示した断面図である。上述した実施例で説明された内容と重複する説明は省略する。
連結回路部(275)は基板層(277)、基板層(277)の上面(2771)に付着する第1絶縁層(276)及び基板層(277)の下面(2772)に付着する第2絶縁層(278)を含み得る。連結回路部(275)をバスバー(127)上に安着させた状態で、基板層(277)の下面(2772)とバスバー(127)の上面(1271)間には、第2絶縁層(278)の厚さと対応する大きさのギャップ(G)、即ち、エアーギャップが存在し得る。従って、このようなギャップ(G)が存在した状態で接合工法(welding,W)を基板層(277)の上面(2771)に行う場合、要求される水準の接合品質を達成できない状況が発生し得る。また、基板層(277)の下面(2772)にバスバー(127)の上面(1271)と接触できない部分が存在する場合、接合工法(W)が加えられる基板層(277)の部分がすすける現象が発生したり、絶縁層が燃焼する現象が発生し得る。
一実施例において、連結回路部(270)をバスバー(127)上に接触させた後、ジグ(jig,Z)を用いて基板層(277)の上面(2771)を加圧できる。この状態で、基板層(277)とバスバー(127)間のギャップ(G)がなくなるようになるので、基板層(277)の下面(2772)とバスバー(127)の上面(1271)間の接触面積が増加し得る。また、ジグ(Z)で基板層(277)を押している状態で、基板層(277)の上面(2771)に接合工法(W)を適用する場合、ウェルディング性能が向上し得、作業性が向上し得る。
図14は、第4実施例による連結回路部(280)とバスバー(128)が接合された状態でコンフォーマルコーティング処理された構成を示した上面図であり、図15は図14に示されたコンフォーマルコーティング処理された構成をIII‐III線に沿って切断した断面図である。
一実施例において、連結回路部(280)がバスバー(128)に結合した状態で、連結回路部(280)及び連結回路部(280)周辺領域、即ち、連結回路部(280)を囲む領域のバスバー(128)の一部をカバーするようにコンフォーマルコーティング処理され得る。コンフォーマルコーティング層(30)は非伝導性材料で構成され得、例えば、アクリル、ウレタンなどの材料を含み得る。また、コンフォーマルコーティング層(30)はノズル(図示せず)を用いて要求される領域にのみ塗布され得る。
図15を参考にすれば、まず、連結回路部(280)をバスバー(128)に形成された安着部(1281)に安着させる。次に、連結回路部(280)の基板層(281)の下面(2811)とバスバー(128)の上面(1282)を接合させる。以後、連結回路部(280)上にコンフォーマルコーティングを行ってコンフォーマルコーティング層(30)を形成する。このように、連結回路部(280)上にコンフォーマルコーティング層(30)が形成された場合、基板層(281)の腐食を防止でき、連結回路部(280)とバスバー(128)を保護することができる。また、連結回路部(280)とバスバー(128)の接合強度が向上し得る。
図16は、第5実施例による連結回路部(290)の第1及び第2絶縁層(292,293)それぞれに形成された開口の大きさが異なる構成を示した断面図である。
一実施例において、連結回路部(290)は柔軟な材質で構成された導電性基板層(291)、基板層(291)の一面上に配置されて少なくとも1つの第1開口(2921)が形成されて基板層(291)の第1面(2911)が露出した第1絶縁層(292)、及び基板層(291)の他面上に配置されて基板層(291)を基準に第1開口(2921)の反対側の位置で少なくとも1つの第2開口(2941)が形成されて基板層(291)の第2面(2912)が露出した第2絶縁層(293)を含み得る。第1絶縁層(292)はバスバーに向かうように配置され得、第1絶縁層(292)はバスバーの外側に向かうように配置され得る。
第2開口(2931)は、第1開口(2921)に比べて大きさが大きくなるように形成され得る。また、第1面(2911)の面積は、第2面(2912)の面積より小さく形成され得る。従って、連結回路部(290)の断面方向で、第1絶縁層(292)の一部は、第2開口(2931)が形成する領域と部分的に重なるようになり得る。連結回路部(290)をバスバーに接合する間、基板層(291)はバスバーに向かって曲がるようになり、この過程で基板層(291)と第1絶縁層(292)間に広がりが発生し得る。また、連結回路部(290)で基板層(291)の第1面(2911)を囲む境界線部分は破損に脆弱であり得る。従って、第1絶縁層(292)によって露出する第1面(2911)の面積をさらに小さくすることにより、連結回路部(290)の剛性を増加させて連結回路部(290)の破損を防止できる。
図17は、第6実施例による連結回路部(300)の基板層(320)にめっき層(340,350)がめっきされた構成を示した断面図である。
連結回路部(300)は基板層(320)、第1絶縁層(310)、及びバスバー(129)に向かって配置される第2絶縁層(330)を含み得る。第1絶縁層(310)には、基板層(320)の第1面(321)を露出させるために第1開口(310a)が形成され得る。第2絶縁層(330)には、基板層(320)の第2面(322)を露出させるために第2開口(330a)が形成され得る。一実施例において、第2開口(330a)には、第2面(322)の少なくとも一部を覆うように第2めっき層(350)がめっきされ得る。また、第1開口(310a)には、第1面(321)の少なくとも一部を覆うように第1めっき層(340)がめっきされ得る。第1及び第2めっき層(340,350)は導電性材料で構成され得、例えば、基板層(320)と同一の材料で構成され得る。
連結回路部(290)がバスバー(129)上に接触するように配置された状況で、第2めっき層(350)は基板層(320)とバスバー(129)間に存在するエアーギャップ(air gap)を埋めることができる。また、第2めっき層(350)の厚さは、第2絶縁層(330)の厚さ(T3)と対応する大きさを有し得る。従って、第1めっき層(340)または第1面(321)上に接合工法(W)が適用される場合、ジグを用いて基板層(320)を曲げる工程を行わなくても第2めっき層(350)とバスバー(129)の上面(1291)を接合させることができる。
図18は、第7実施例による連結回路部(400)の第1及び第2絶縁層(410,430)それぞれに第3及び第4絶縁層(440,450)を積層した構成を示した断面図である。
連結回路部(400)は、基板層(420)、基板層(420)の一面上に配置されて少なくとも1つの第1開口(410a)が形成されて基板層(420)の第1面(421)が露出した第1絶縁層(410)、及び基板層(420)の他面上に配置されて少なくとも1つの第2開口(430a)が形成されて基板層(420)の第2面(422)が露出した第2絶縁層(430)を含み得る。また、第1及び第2開口(410a,430a)を通じて露出した第1面(421)及び第2面(422)上の少なくとも一部には、第1及び第2めっき層(460,470)がめっきされ得る。
一実施例において、連結回路部(400)は、第1絶縁層(410)の部分及び第1絶縁層(410)の部分に隣接した第1めっき層(460)の部分に付着する第3絶縁層(440)、及び第2絶縁層(430)の部分及び第2絶縁層(430)の部分に隣接した第2めっき層(470)の部分に付着する第4絶縁層(450)をさらに含み得る。
第3絶縁層(440)は、第1絶縁層(410)と第1めっき層(460)が接触する位置に密着するように付着され、第4絶縁層(450)は、第2絶縁層(430)と第2めっき層(470)が接触する位置に密着するように付着され得る。即ち、第3及び第4絶縁層(440,450)の一部は、第1及び第2めっき層(460,470)の縁部部分を覆うように構成され得る。従って、連結回路部(400)の断面方向で、第3及び第4絶縁層(440,450)の一部は、第1及び第2めっき層(460,470)が形成する領域と部分的に重なるようになり得る。
第4絶縁層(450)の端部はバスバー(150)の端部と接触するように配置され得る。第2めっき層(470)がバスバー(150)に接合される過程で、第1めっき層(460)と第1絶縁層(410)間及び第2めっき層(470)と第2絶縁層(430)間にクラック(crack)が発生し得、第3及び第4絶縁層(440,450)が第1及び第2めっき層(460,470)の一部を覆うように構成されるためこのようなクラック現象の発生を防止できる。また、第3及び第4絶縁層(440,450)は連結回路部(400)の曲げ強度を向上させる補強材の役割をすることができ、基板層(420)の断線を防止できる。
図19は、第8実施例によるフレーム組立体の製造方法(S1200)を示した順序図である。上述した実施例で説明した内容と重複する説明は省略する。
フレーム組立体の製造方法(S1200)は、第1フレーム、複数の第1バスバーが結合して第1フレームの一端に回動可能に結合する第2フレーム、及び複数の第2バスバーが結合して第1フレームの他端に回動可能に結合する第3フレームを含むフレームを製造する段階(S1210)、第1フレームに配置される回路部、第2フレームに配置されて回路部の一端から延びた第1連結回路部、第3フレームに配置されて回路部の他端から延びた第2連結回路部を含む軟性回路基板を製造する段階(S1220)、第1連結回路部の一面を複数の第1バスバー上に配置させて第2連結回路部の一面を複数の第2バスバー上に配置させる段階(S1230)、第1連結回路部の他面に接合工法を加えて第1連結回路部の一面を複数の第1バスバーに接合させ、第2連結回路部の他面に接合工法を加えて第2連結回路部の一面を複数の第2バスバーに接合させる段階(S1250)を含み得る。
一実施例において、組立体の製造方法(S1200)は、ジグを用いて複数の第1及び第2連結回路部の他面を加圧する段階(S1240)及び第1及び第2連結回路部及び第1及び第2連結回路部それぞれの周辺の第1及び第2バスバーの一部をカバーするようにコンフォーマルコーティング処理する段階(S1260)をさらに含み得る。
図20は図19に示されたフレーム組立体の製造方法(S1200)において軟性回路基板を製造する段階(S1220)を示した順序図である。
軟性回路基板を製造する段階(S1220)は、導電性材料から予め定められた形状に切断して基板層を製造する段階(S1221)、絶縁性材料から基板層をカバーする大きさを有する形状に切断して第1絶縁層を製造する段階(S1222)、絶縁性材料から基板層をカバーする大きさを有する形状に切断して第2絶縁層を製造する段階(S1223)、第1絶縁層の予め定められた位置に少なくとも1つの第1開口を形成する段階(S1224)、基板層を基準に第1開口の反対側の位置で、第2絶縁層に少なくとも1つの第2開口を形成する段階(S1225)、及び第1絶縁層を基板層の一面上に配置して第2絶縁層を基板層の他面上に配置し、第1絶縁層、基板層、第2絶縁層を一体に結合させる段階(S1226)を含み得る。
一実施例において、軟性回路基板を製造する段階(S1220)は、少なくとも1つの第1開口を通じて露出した基板層の一面の少なくとも一部に導電性材料をめっきして第1めっき層を形成し、少なくとも1つの第2開口を通じて露出した基板層の他面の少なくとも一部に導電性材料をめっきして第2めっき層を形成する段階(S1227)、第1絶縁層の部分及び第1絶縁層の部分に隣接した第1めっき層の部分に第3絶縁層を付着する段階(S1228)、及び第2絶縁層の部分及び第2絶縁層の部分に隣接した第2めっき層の部分に第4絶縁層を付着する段階(S1229)を含み得る。
図21は、第9実施例によるバッテリモジュール(M2)の分解された構成を示した分解斜視図である。上述した実施例で説明した内容と重複する説明は省略する。
バッテリモジュール(M2)は、積層された複数のバッテリセル(C)、これらを固定させるためのフレーム組立体(500)、モジュールカバー(502)、絶縁カバー(541,542)、及び筐体(503)を含み得る。絶縁カバー(541,542)は複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)とモジュールカバー(502)間に配置され得る。
フレーム組立体(500)はフレーム(501)、複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)、軟性回路基板(600)、及びコネクタ(603)を含み得る。フレーム(501)は複数のバッテリセル(C)の上面及び両側面を取り囲むように構成され得る。フレーム(501)は複数のバッテリセル(C)の上面を取り囲むように構成された第1フレーム(510)、第1フレーム(510)の一側に結合して複数のバッテリセル(C)の一側面を取り囲むように構成された第2フレーム(520)、及び第1フレーム(510)の他側に結合して複数のバッテリセル(C)の他側面を取り囲むように構成された第3フレーム(530)を含み得る。
複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)はフレーム(501)の部分のうち複数のバッテリセル(C)の両側面を取り囲む部分上に配置され、複数のバッテリセル(C)の端子と接合するように構成され得る。第1バスバー(522,524)は、第2フレーム(520)上に配置され、第2バスバー(532,534)は、第3フレーム(530)上に配置され得る。
図21を参考にすれば、複数のバッテリセル(C)のうち互いに隣接したバッテリセル(C)の端子が連結され得る。例えば、複数のバッテリセル(C)の同極端子が連結される場合、隣接したバッテリセル(C)が互いに電気的に並列連結され得る。この時、同極端子が面接合されることによって互いに連結され得る。
一実施例において、複数のバッテリセル(C)内で隣接したN個(N≧2、整数)のバッテリセルの同極端子同士並列に連結されて1つの端子対が形成され得る。1つの端子対で並列連結されたバッテリセルは1つのバッテリグループを形成でき、このようなバッテリグループが多数形成される場合、複数のバッテリグループと称することができる。例えば、12個のバッテリセルを積層した場合、図3を参考にすると、バッテリセル2つを並列に連結(バッテリセル2つの同極端子を直接連結)したバッテリグループ6つに構成することができる。従って、複数のバッテリセル(C)は複数のバッテリグループを含むように構成される。図3で、複数のバッテリセル(C)は12個のバッテリセルが積層されるものとして示されているが、任意のバッテリセルが積層されるように形成され得る。また、図3の複数のバッテリセル(C)では2つのバッテリセルが並列連結されて6つのバッテリグループに分かれるように示されているが、これに限定されず、3つ以上のバッテリセルが並列連結され得、これにより複数のバッテリグループに分かれるように形成され得る。
複数のバッテリグループの端子は複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)を通じて直列連結されるように構成され得る。一実施例によると、複数のバッテリグループの端子がバスバーに接合されることによって直列連結され得、詳細な技術的構成は後述する。このような構成下で、複数のバッテリグループが直列連結されてバッテリモジュール(M)の出力電圧を形成できる。
軟性回路基板(600)は、第1回路部(610)、第2回路部(620)、第1回路部及び第2回路部間を連結する中間部(630)及び中間部(630)から延長形成された温度センサ部(640)を含み得る。また、軟性回路基板(600)はフレーム(501)の上面及び両側面に沿って配置され、複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)と電気的に連結され、複数のバッテリセルをセンシングするように構成される。軟性回路基板(600)は、第1フレーム〜第3フレーム(510,520,530)に沿っって形成され、第1フレーム〜第3フレーム(510,520,530)に密着するように配置され得る。
第1フレーム(510)には、軟性回路基板(20)の中間部(630)を収容するための経路溝(512)が形成され得る。また、第1フレーム(510)には、温度センサ部(640)をバッテリセル(C)側に向かうようにするための押圧部材(516)が形成され得る。
コネクタ(603)は複数のバッテリセル(C)を制御するための信号を送受信するように構成され、軟性回路基板(600)に結合され得る。コネクタ(603)は外部の制御装置と信号を送受信するように構成され得る。例えば、コネクタ(603)は複数のバッテリセル(C)の状態を示す信号を送信したり、複数のバッテリセルを制御する信号を受信するように構成され得る。
図22は図21に示されたフレーム組立体(500)のうちフレーム(501)の一部、即ち、第2フレーム(520)及び第3フレーム(530)及び第1及び第2バスバー(522,524,532,534)を別途に示した斜視図である。フレーム(501)及び第2バスバー(522,524,532,534)それぞれにはタブ端子によって貫通する少なくとも1つの開口が形成され得る。例えば、開口はスリット形態に形成され得る。図4を参考にすると、第2フレーム(520)には、6つの開口(520a,520b,520c,520d,520e,520f)が形成され得、6つの開口(520a,520b,520c,520d,520e,520f)のうち3つの開口(520b,520d,520e)は、第1バスバー(522,524)に形成された開口(522b,524d,524e)と対応する位置に形成され得る。同様に、第3フレーム(530)には、6つの開口(530a,530b,530c,530d,530e,530f)が形成され得、6つの開口(530a,530b,530c,530d,530e,530f)のうち3つの開口(530b,530c,530e)は、第2バスバー(532,534)に形成された開口(534b,534c,532e)と対応する位置に形成され得る。
以下、図23〜図25を参考にし、一実施例によるフレーム組立体(1)とバッテリセル(C)が結合する過程を説明する。
図23は一実施例によるフレーム組立体(1)とバッテリセル(C)が分解された構成を示した分解斜視図であり、図24は一実施例によるフレーム組立体(1)とバッテリセル(C)が結合する過程の中間状態を示した斜視図である。また、図25は一実施例によるフレーム組立体(1)とバッテリセル(C)が結合した構成を示した斜視図である。
バッテリセル(C)は、セルボディ(C1)、セルボディ(C1)の(+)タブ(T1)及びセルボディ(C1)の(−)タブ(T2)を含み得る。(+)タブ(T1)及び(−)タブ(T2)は導電性であり柔軟な材質で変形可能な(flexible)タブ端子であってもよい。図23に示された複数のバッテリセル(C)は2つのバッテリセルの同極端子が直接連結された6つのバッテリグループで構成されている。
フレーム組立体(500)と連結される前の状態では、バッテリセル(C)の(+)及び(−)タブ(T1,T2)がまっすぐに広げられている形態に形成され得る。図23及び24を参考にすれば、積層されたバッテリセル(C)の両側縁部に位置した(+)タブ(T1)は、第2フレーム(520)に形成された開口(520a,520b,520e,520f)を通過し、中央に配置された(−)タブ(T2)は、第2フレーム(520)に形成された開口(520c,520d)を通過するように構成され得る。このような広げられているタブ(T1,T2)はバスバー(522,524)に形成された開口(522b,524d,524e)を通過できる。同様に、第3フレーム(530)とバスバー(532,534)が結合する面も第2フレーム及びバスバー(522,524)に対するタブ(T1,T2)の通過方式と類似の方式でタブ(T1,T2)が通過することができる。
図24を参考にすれば、フレーム組立体(500)の第2及び第3フレーム(520,530)はバッテリセル(C)の外側に広がりながらバッテリセル(C)上に被せられることができる。以後、広がった第2及び第3フレーム(520,530)を矢印(R)方向に沿って再度すぼめながらバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)を第2フレームに形成された開口(520a,520b,520c,520d,520e,520f)とバスバー(522,524)に形成された開口(522b,524d,524e)を通過させる。次に、タブ(T1,T2)の一面が第1バスバー(522,524)の前面と接するように曲げる。最後に、タブ(T1,T2)の他面上に接合工法を適用し、タブ(T1,T2)をバスバー(522,524)と電気的に接合連結させる。第3フレーム(530)上に配置された第2バスバー(532,534)及びバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)の接合方式は、第2フレーム(520)上に配置されたバスバー(522,524)への接合方式と類似の方式で実行され得る。
図26は図25に示されたバッテリモジュール(M2)の第1バスバー(522,524)部分を拡大した斜視図であり、図27は図25に示されたバッテリモジュール(M2)で図26に示された第1バスバー(522,524)部分と反対側の第2バスバー(532,534)部分を拡大した斜視図である。
図26を参考にすれば、複数のバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)のうち左側の(+)タブ(T1)はバスバー(522)に直接接合され、右側の(+)タブ(T1)及び中央の(−)タブ(T2)はバスバー(524)に直接接合される。このような構成を通じて、中央の(−)タブ(T2)及び右側の(+)タブ(T1)が電気的に連結される。同様に、図27を参考にすれば、複数のバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)のうち左側の(−)タブ(T2)はバスバー(532)に直接接合され、右側の(−)タブ(T2)及び中央の(+)タブ(T1)はバスバー(534)に直接接合される。このような構成を通じて、中央の(+)タブ(T2)及び右側の(−)タブ(T1)が電気的に連結される。これにより、図23に示された6つのバッテリグループのうち、隣接した2つのバッテリグループは互いに並列に連結され、並列に連結された2つのバッテリグループの3つのセットは互いに直列に連結され得る。このような方式は、それぞれのバッテリセル(C)を一列に連結する方式に比べ、第1及び第2バスバー(522,524,532,534)を用いてタブ間の接合工程を半分以上減少させることができる。また、バスバーによってセル(C)パッケージが互いに直列に連結されるので、バスバーを用いて車両の種類に応じて電池容量及び出力電圧を制約なしに構成可能である。
図28は、第10実施例による第1フレーム(510)と軟性回路基板(600)が組み立てられた構成を示した斜視図であり、図29は図28に示された第1フレーム(510)と軟性回路基板(600)が分解された構成を示した斜視図である。
軟性回路基板(600)の中間部(630)は、第1フレーム(510)に形成された経路溝(512)に安着され得る。第1フレーム(510)には、軟性回路基板(600)の分離を防止するための構造が提供され得、第1フレーム(510)には、経路溝(512)に沿って配置された複数のリブ(514)が形成され得る。即ち、リブ(514)は中間部(630)と第1フレーム(510)間の離隔を防止できる。また、リブ(514)は、第1フレーム(510)の長手方向に沿ってジグザグ形態で配置され得る。
図28及び29で、中間部(630)が経路溝(512)に安着された後には、中間部(630)の一部がリブ(514)と経路溝(512)の底間に配置されるので、軟性回路基板(600)と第1フレーム(510)の離隔が防止され得る。また、中間部(630)を固定するための両面テープのような固定手段が必要でなくなるので、組立性が改善され得る。また、軟性回路基板(600)が第1フレーム(510)と結合する過程で折られる現象を改善できる。また、軟性回路基板(600)が浮き上がる場合を防止できるので、図21に示された筐体(503)とフレーム組立体(1)の組立過程において軟性回路基板(600)と筐体(503)間の干渉を防止できる。
図30は、第11実施例によるフレーム組立体(500)に軟性回路基板カバー(550)が設けられるための構成を示した分解斜視図である。
バッテリモジュール(M2)の組立過程で第1フレーム(510)上に軟性回路基板(600)の中間部(630)が結合した後、中間部(630)上に軟性回路基板カバー(550)が配置され得る。このような構成下で、軟性回路基板(600)が第1フレーム(510)から離隔される現象を防止でき、突出防止用テープを用いる必要がなく、バッテリモジュール(M2)の移送または組立過程において軟性回路基板(600)が折られる問題を解決できる。これに加え、軟性回路基板(600)が軟性回路基板カバー(550)内に配置されるので、図21に示された筐体(503)とフレーム組立体(500)の組立過程において軟性回路基板(600)の中間部(630)と筐体(503)間の干渉を防止できる。
図31は、第12実施例に第1バスバー(522,524)とモジュールカバー(502)間に絶縁カバー(541)が設けられた様子を示した分解斜視図である。
第1バスバー(522,524)はバッテリセル(C)と直接連結されるため、第1バスバー(522,524)及びバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)と金属材質のモジュールカバー(502)が接触するようになる場合、ショート現象が発生し得る。このような現象は図31に示された部分と、反対側に配置された第2バスバー(532,534)とバッテリセル(C)の端子に対しても発生し得る。図21を参考にすれば、第2フレーム(520)に結合した複数の第2バスバー(522,524)とモジュールカバー(502)間に第1絶縁カバー(541)が配置され、第3フレーム(530)に結合した複数の第2バスバー(532,534)とモジュールカバー(502)間に第2絶縁カバー(542)が配置され得る。第1絶縁カバー(541)及び第2絶縁カバー(542)は非導電性合成樹脂材質で構成され得る。
第1及び第2絶縁カバー(541,542)は、第1及び第2バスバー(522,524,532,534)と金属カバー(2)間を絶縁させてショート発生を防止できるように構成され得る。第1及び第2絶縁カバー(541,542)は、第1及び第2バスバー(522,524,532,534)とカバー(2)間に配置されるので、第1及び第2バスバー(522,524,532,534)及びタブ(T1,T2)とカバー(2)の直接的な接触を遮断し、ショート現象を防止できる。
図32は、第13実施例によるフレーム(501)の構造を示した斜視図であり、図33は図32に示されたフレーム(501)に適用されるヒンジ構造(H)を拡大した斜視図であり、図34は図33に示されたヒンジ構造(H)をIV‐IV方向に切断した断面を示した断面図である。
第2及び第3フレーム(520,530)は、第1フレーム(510)に対してヒンジ構造(H)によって回転可能に固定され得る。ヒンジ構造(H)は、第2フレーム(520)に形成されたフック(525)、及び第1フレーム(510)の一端に形成されてフック(525)がかかるための軸(518)を含み得る。このような軸(518)は、第1フレーム(510)の他端に形成され得、フック(525)は、第3フレーム(530)に形成され得る。
ヒンジ構造(H)は、軸(518)とフック(525)の結合構造の剛性を補強して第1〜第3フレーム(510,520,530)間の離脱及びヒンジ構造の破損問題を解決できる。一実施例において、第2及び第3フレーム(520,530)は、第1フレーム(510)と平行な水準まで回転する必要がない。また、図34に点線で示した通り概ね第1フレーム(510)と45゜の角度をなす程の回転が必要なので、フック(525)が軸(518)を完全には取り囲めない。従って、フック(525)は軸(518)の3/4程度のみ取り囲むように形成され得、残りの部分は開放され得る。このような構造では、第2及び第3フレーム(520,530)が第1フレーム(510)に対して回転してもフック(525)に無理な力が加えられないので、フック(525)の剛性が補強され得、フック(525)の破損が防止され得る。
図35〜38を参考にすれば、バッテリセルの温度を測定する温度センサとバッテリセルの間の接触性を向上させることができる構造が提供される。
図35は、第14実施例による軟性回路基板(600)の温度センサ部(640)と上部フレーム(510)の押圧部材(516)の構造を示すための斜視図であり、図36は図35に示された温度センサ部(640)と押圧部材(516)をIV‐IV方向に切断した構成を示した断面図であり、図37は図35の上部フレーム(510)と軟性回路基板(600)が結合した場合の内部構造を示した斜視図である。
図35及び36を参照すれば、第1フレーム(510)には、複数のバッテリセルの方向に突出している押圧部材(516)が形成され得る。また、軟性回路基板(600)の温度センサ部(640)は、第1フレーム(510)を貫通するように構成され、バッテリセル(C)の温度を測定するための温度センサ(650)を含み得る。図37を参考にすれば、押圧部材(516)は、このような温度センサ部(640)をバッテリセル(C)側に向かって曲がるように持続的にテンションを加えるため、寸法偏差があっても温度センサ部(640)がバッテリセル(C)から離隔される現象を防止できる。従って、温度センサ(650)がバッテリセル(C)と接触状態を常に維持するため、常時バッテリセル(C)の温度を測定できる。
図38は、第15実施例による上部フレーム(510)の下側面にフォームパッド(517)が付着した構造を示した斜視図である。
一実施例において、第1フレーム(510)には、温度センサ部(640)がバッテリセル(C)側に向かって曲がるようにフォームパッド(517)が提供され得る。例えば、フォームパッド(517)は弾性がある素材で構成され得、第1フレーム(510)とバッテリセルの間で圧縮されながら温度センサ部(640)をバッテリセル側に加圧するようになり、温度センサ部(640)とバッテリセルの間の接触性を向上させる。フォームパッド(517)を備える場合、長期間使用時にもバッテリにダメージ発生を最小化でき、材料費及び工数を節減できる。
図39は、第16実施例によるフレーム組立体の製造方法(S1300)を示した順序図である。
フレーム組立体の製造方法(S1300)は複数のバスバーが結合した第2フレーム及び第3フレームを製造する段階(S1310)、第2及び第3フレームそれぞれを第1フレームの両側に回転可能に結合させる段階(S1320)、端子部及び複数の回路部を有する軟性回路基板を複数のバスバーに電気的に連結する段階(S1330)及び端子部にコネクタを結合させる段階(S1340)を含み得る。
図40は図39のフレーム組立体の製造方法(S1300)のうち「複数のバスバーが結合した第2及び第3フレームを製造する段階(S1310)」の細部過程を示した順序図であり、図41は図40の順序図を説明するために第1バスバー(522,524)と第2フレーム(520)が一体に射出される構成を説明するための斜視図である。
一実施例において、複数のバスバーが結合した第2フレーム及び第3フレームを製造する段階(S1310)は、複数のバスバーを金型内に配置させる段階(S1312)、複数のバスバーの位置を固定する段階(S1314)及び複数のバスバー上にインサートモールディングを射出させて複数のバスバーと一体に第2フレーム及び第3フレームそれぞれを形成する段階(S1316)を含み得る。図21を参考にすれば、フレーム組立体(500)において、第1バスバー(522,524)と第2フレーム(520)は一体に射出され、第2バスバー(532,534)と第3フレーム(530)は一体に射出され得る。
このような過程によると、フレーム(520)とバスバー(522,524)が一体に結合するので、バスバー(522,524)をフレーム(520)上に結合させるための熱融着工程のような別途の工程または結合手段が必要ではないので、設備投資額を節減し、工程節減により生産性が向上し、部品原価を節減できる。
一実施例において、バッテリセル上部でのレジン注入工程を削除して生産性を向上させることができるバッテリモジュールの製造方法が提供される。図42は、第17実施例によるバッテリモジュールの製造方法(S1400)を示した順序図であり、図43は図42のバッテリモジュールの製造方法(S1400)のうちレジン注入工程(S1450)を示すための斜視図である。以下では図21を参考にし、バッテリモジュールの製造方法(S1400)について説明する。
バッテリモジュールの製造方法(S1400)は、第1フレーム(510)、第1フレームの両側に回転可能に結合して複数のバスバーが一体に結合した第2及び第3フレーム(520,530)及び軟性回路基板(600)を含むフレーム組立体(500)を製造する段階(S1410)、第1フレーム(510)を複数のバッテリセル(C)の上面上に位置させ、第2フレーム(520)及び第3フレーム(530)が複数のバッテリセル(C)の側面を取り囲むように複数のバッテリセル(C)及びフレーム組立体(500)を配置する段階(S1420)、複数のバッテリセル(C)の端子を複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)に形成された開口(522b,524d,524e,532e,534c,534b)に通過させる段階(S1430)及び複数のバッテリセル(C)の端子それぞれの一面を複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)にそれぞれ接合する段階(S1440)を含み得る。バッテリモジュールの製造方法(S1400)は、バッテリセルの位置を固定するためにバッテリセルの下側から上側方向へレジンを注入する段階(S1450)をさらに含み得る。
一実施例において、バッテリセル(C)とフレーム組立体(500)を結合させた状態で、バッテリモジュール(M2)で筐体(503)が組み立てられる前、バッテリセル(C)の位置を固定するためのレジンがバッテリセル(C)の下側から上側方向へ注入され得る。車両の運行過程で電池に大きい振動または衝撃が加えられる場合、バッテリセル(C)に注入されたレジンがバッテリセル(C)の位置を拘束させることができるので、外部衝撃に対してバッテリセル(C)を保護することができる。
バッテリモジュール(M2)においてバッテリセル(C)の上部に絶縁構造の機構物、即ち、第1フレーム(510)が配置されるので、バッテリセル(C)の上側にレジンを注入する工程を削除できる。従って、レジンを1回のみ注入するようになるので、2回を注入する工程に比べてバッテリセル上部でのレジン注入工程を削除して生産性を向上させ、レジン注入時間及び硬化時間(例えば、約5分以上)を節減できる。
図44は、第18実施例によるバスバーアセンブリ(70)の構成を示した斜視図であり、図45は図44に示されたバスバーアセンブリ(70)の分解された様子を示した分解斜視図であり、図46は図44に示されたバスバーアセンブリ(70)をVI‐VI方向に切断した断面を示した断面図であり、図47は図44に示されたバスバーアセンブリ(70)の連結端子(800)を示した斜視図である。
図44〜図47を参照すれば、一実施例によるバスバーアセンブリ(70)はバスバー(710)、軟性回路基板(720)、連結端子(800)を含み得る。図3を参考にすると、バスバーアセンブリ(70)はフレーム(10)上に設けられてフレーム組立体(1)の一部を構成することができる。図3を参考にすると、バスバー(710)は、第2フレーム(120)または第3フレーム(130)に固定結合され得る。
軟性回路基板(720)はバッテリセルの電圧と温度をセンシングし、センシングした値をコネクタを介してBMSに伝達するように構成され得る。軟性回路基板(720)は十分に曲がるフレキシブルな特性を有しており、内部に構成された回路パターンにより各バッテリセルの電圧と温度に関する信号などを伝送できる。軟性回路基板(720)の一端はバスバー(710)と電気的に連結され、他端はBMS(BMS,battery management system)(図示せず)と電気的に連結され得る。一方、図3を参考にすると、軟性回路基板(720)の他端にはコネクタ(5)が装着されて軟性回路基板(720)はBMSと脱着可能に電気的に結合され得る。BMSは各バッテリセル(C)の充電と放電を管理する。例えば、BMSは充電モードで互いに異なる電圧レベルで放電された複数のバッテリセルを均一の電圧レベルを有するように充電する。
バスバー(710)と軟性回路基板(720)は連結端子(800)により互いに電気的に連結され得る。このために、連結端子(800)は伝導性金属で形成される。連結端子(1000)は接合部(810)及び接合部(810)から延びた結合部(820)を含み得る。結合部(820)は接合部(810)から結合部(820)の端部に向かって幅が多少狭い金属板が延長形成された形態を有し得る。接合部(810)と結合部(820)は実際に製造する時に一体として形成され得る。
結合部(820)の一面(820a)には、突起(830)が形成され得る。他の実施例において、突起(830)は結合部(820)の他面(820b)に形成され得る。突起(830)は軟性回路基板(720)に連結端子(800)が固定結合するようにする。突起(830)はより堅固な固定力を提供するために、複数個で提供され得る。図45を参考にすれば、複数の突起(830)は互いに対向配列され得る。
連結端子(800)の結合部(820)は軟性回路基板(720)と重ね継ぎ(lap joint)結合され得る。具体的には、突起(830)は軟性回路基板(720)のうち予め設定される特定位置に貫通して軟性回路基板(720)と電気的に連結され得る。以後、突起(830)の貫通突出した部分は別途に設けられる圧着機構(図示せず)により圧着されて反り変形されながら連結端子(800)が軟性回路基板(720)から離脱しないように固定させることができる。
図8を参考にすると、突起(830)が貫通する軟性回路基板(720)の内部には銅などの伝導性金属を含み微細厚さを有する金属薄膜の形態の回路層が形成されて配置され得る。突起(830)は金属薄膜形態の回路層を貫通しながら回路層と接触し得る。これにより、連結端子(800)と軟性回路基板(720)は互いに電気的に連結され得る。
接合部(810)は結合部(820)の面積より多少大きい大きさの金属板で形成され得る。図46を参考にすれば、連結端子(800)の他面(800b)、例えば、接合部(810)の他面(810b)はバスバー(710)に隣接するように配置され得る。この時、連結端子の一面(800a)、例えば、接合部(810)の一面(810a)に接合工法(W)を適用することにより、連結端子(800)の他面(800b)、例えば、接合部(810)の他面(810b)はバスバー(710)の接合面(712a)に接合され得る。これにより、接合部(810)はバスバー(710)と固定結合され得る。
接合工法(W)として、例えば、レーザ溶接が適用され得る。レーザ溶接は連結端子(800)の接合面とバスバー(710)間の隙間の発生の可能性が低く、連結端子(800)の接合面の反り現象が稀であり他の溶接と比較すると接合信頼性が相当高い。このような、レーザ溶接は専用ジグを用いて平らな接合面にレーザを数個のポイント(Several point)に照射する方法でなされる。このような、レーザ溶接により連結端子(800)とバスバー(710)は互いに電気的に連結され得る。
バスバー(710)には、連結端子(800)が安着される安着部(712)が形成され得る。安着部(712)は接合部(810)と対応する形状を有し得る。安着部(712)はバスバー(710)に対する連結端子(800)の配置位置を指定でき、バスバー(710)に連結端子(800)が安定的に配置されるようにすることができる。
他の実施例において、連結端子(800)がバスバー(710)に接合された状態で、連結端子(800)及び連結端子(800)周辺のバスバー(710)の一部をカバーするようにコンフォーマルコーティング処理され得る。コンフォーマルコーティング処理する過程は、図14及び15に示された構成を参考にすると、まず連結端子(800)をバスバー(710)に接合させた後、安着部(712)の領域にコーティング物質を塗布できる。
上述した実施例によると、連結端子(800)の一面(800a)に形成される突起(830)が軟性回路基板(720)に貫通した後圧着される工程により連結端子(800)と軟性回路基板(720)を堅固に固定結合させることができる。また、連結端子(800)の他面(800b)はレーザ溶接によりバスバー(710)に堅固に固定結合され得る。
図48は、第19実施例によるバスバーアセンブリ(75)の構成を示した斜視図である。バスバーアセンブリ(75)は図44に示されたバスバーアセンブリ(70)の構造が拡張された形態で適用され得る。
一実施例において、バスバー(711,712)及び連結端子(801,802)は、それぞれ一対で提供され得る。軟性回路基板(720)は、軟性回路基板(720)の端部から二股に分岐した一対の連結回路部(721,722)を含み得る。連結回路部(721,722)は一対の連結端子(801,802)それぞれが結合され得る。一対の連結端子(801,802)の一面(801a,802a)に接合工法を適用することにより連結端子(801,802)の他面(801b,802)は一対のバスバー(711,712)に接合され得る。これを通じて、一対の連結回路部(721,722)それぞれは、一対の連結端子(801,802)を通じて一対のバスバー(711,712)と電気的に連結されるように構成され得る。
図6を参考にすると、第2フレーム(120)の外側面には一対の第1バスバー(121,122)が固定されて結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(711,712)に対応し得る。また、図6を参考にすると、一対の第1バスバー(121,122)には、第1a及び第1b接合部(211,212)が結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(711,712)に一対の連結端子(801,802)がそれぞれ接合される構成に対応し得る。従って、一対の連結回路部(721,722)は一対の連結端子(801,802)により一対のバスバー(711,712)とそれぞれ電気的に連結され得る。
図49は、第20実施例によるバスバーアセンブリ(90)の構成を示した斜視図であり、図50は図49に示されたバスバーアセンブリ(90)の分解された様子を示した分解斜視図であり、図51は図49に示されたバスバーアセンブリ(90)をVII‐VII方向に切断した断面を示した断面図であり、図52は図49に示されたバスバーアセンブリ(90)の連結端子を示した斜視図である。
図49〜図52を参照すれば、一実施例によるバスバーアセンブリ(90)はバスバー(910)、軟性回路基板(920)、連結端子(1000)、及び結合部材(930)を含み得る。図3を参考にすると、バスバーアセンブリ(90)はフレーム(10)上に設けられてフレーム組立体(1)の一部を構成することができる。図3を参考にすると、バスバー(910)は、第2フレーム(120)または第3フレーム(130)に固定結合され得る。また、軟性回路基板(920)はバッテリセルの電圧と温度をセンシングし、センシングした値をコネクタを介してBMSに伝達するように構成され得る。
バスバー(910)と軟性回路基板(920)は連結端子(1000)により互いに電気的に連結され得る。連結端子(1000)は伝導性金属で形成され得る。連結端子(1000)は結合部材が貫通してバスバー(910)に接触するように構成された接触部(1020)及び接触部(1020)から延びる結合部(1010)を含み得る。接触部(1020)及び結合部(1010)は実際に製造する時に一体として形成され得る。
結合部(1010)は接触部(1010)から結合部(1010)の端部に至るまで幅が多少狭い金属板で形成され得る。また、結合部(1010)には、突起(1110)が形成され得る。突起(1110)は軟性回路基板(920)に連結端子(1000)が固定結合するようにすることができる。この時、突起(1110)はより堅固な固定力を提供するために対向配列されるように複数個で提供され得る。
連結端子(1000)の結合部(1010)は軟性回路基板(920)と重ね継ぎ結合され得る。突起(1110)は軟性回路基板(920)のうち予め設定される特定位置に貫通して軟性回路基板(920)と電気的に連結され得る。突起(1110)の貫通突出した部分は別途に設けられる圧着機構(図示せず)により圧着されて反り変形されながら連結端子(1000)が軟性回路基板(920)から離脱しないように固定させる。
突起(1110)が貫通する軟性回路基板(920)の内部には銅などの伝導性金属を含み微細厚さを有する金属薄膜の回路層が形成及び配置され得る。これにより、突起(1110)は回路層を貫通しながら回路層と接触することができ、連結端子(1000)と軟性回路基板(920)は互いに電気的に連結され得る。
連結端子(1000)の接触部(1020)は結合部材(930)によりバスバー(910)に固定結合され得る。接触部(1020)は、結合部材(930)が貫通するリング部(1030)を含み得る。図50を参考にすれば、バスバー(910)には、結合部材(930)が貫通する結合ホール(911)が形成され得る。結合ホール(911)は、バスバー(910)の所定の位置にタッピング(tapping)する過程によって生成され得る。また、リング部(1030)には、リングホール(1030a)が形成され得る。
結合部材(930)によって連結端子(1000)をバスバー(910)に結合させる過程は次の通りである。まず、バスバー(910)の結合ホール(911)とリング部(1030)のリングホール(1030a)が連通するように、連結端子(1000)をバスバー(910)上に配置させる。次に、結合部材(930)がリングホール(1030a)を貫通して結合ホール(911)を貫通することによって、連結端子(1000)がバスバー(910)に固定結合され得る。この過程で、連結端子(1000)の一面(1000a)の部分は結合部材(930)と接触し、連結端子(1000)の他面(1000b)はバスバー(910)に接触し得る。
一実施例において、結合部材(930)は伝導性金属で形成されるスクリュボルトで構成され得る。この場合、スクリュボルトのヘッド下面は連結端子(1000)の一面(1000a)の部分、即ち、リング部(1030)と接触し、連結端子(1000)とスクリュボルトは電気的に連結され得る。また、スクリュボルトのネジ山部は、ネジ山部がバスバー(910)の結合ホール(911)に貫通する時にバスバー(910)と接触して電気的に連結され得る。これにより、連結端子(1000)とバスバー(910)は伝導体である結合部材(930)を媒介として電気的に連結され得る。
図50を参考にすれば、バスバー(910)には、連結端子(1000)が安着される安着部(912)が形成され得る。安着部(912)はバスバー(910)に対する連結端子(1000)の配置位置を指示でき、バスバー(910)に連結端子(1000)が安定的に配置されるようにすることができる。
図53は、第21実施例によるバスバーアセンブリ(95)の構成を示した斜視図である。バスバーアセンブリ(95)は図49に示されたバスバーアセンブリ(70)の構造が拡張された形態で適用され得る。
一実施例において、バスバー(913,914)、連結端子(1001,1002)、及び結合部材(931,932)は、それぞれ一対で提供され得る。軟性回路基板(920)は、軟性回路基板(920)の端部から二股に分岐して形成された一対の連結回路部(921,922)を含み得る。一対の連結回路部(921,922)には、一対の連結端子(1001,1002)のそれぞれが結合され得る。一対の連結回路部(921,922)それぞれは、一対の結合部材(931,932)それぞれにより貫通する一対の連結端子(1001,1002)を通じて一対のバスバー(913,914)と電気的に連結されるように構成され得る。
一対の連結端子(1001,1002)は一対の連結回路部(921,922)をそれぞれ貫通する一対の突起(1111,1112)を含み得る。また、一対の連結端子(1001,1002)は一対の結合部材(931,932)のそれぞれが貫通するリング部(1031,1032)を含み得る。
図6を参考にすると、第2フレーム(120)の外側面には一対の第1バスバー(121,122)が固定されて結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(913,914)に対応し得る。また、図6を参考にすると、一対の第1バスバー(121,122)には、第1a及び第1b接合部(211,212)が結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(913,914)に一対の連結端子(1001,1002)が一対の締結部材(931,932)によりそれぞれ結合する構成に対応し得る。従って、一対の連結回路部(921,922)は一対の連結端子(1001,1002)により一対のバスバー(913,914)とそれぞれ電気的に連結され得る。
図54は、第22実施例によるバスバーアセンブリ(1400)の構成を示した斜視図であり、図55は図54に示されたバスバーアセンブリ(1400)の分解された様子を示した分解斜視図であり、図56は図54に示されたバスバーアセンブリ(1400)をVIII‐VIII方向に切断した断面図である。
図54〜図56を参照すれば、バスバーアセンブリはバスバー(1410)、軟性回路基板(1420)、結合部材(1430)などを含み得る。図3を参考にすると、バスバーアセンブリ(1400)はフレーム(10)上に設けられてフレーム組立体(1)の一部を構成することができる。図3を参考にすると、バスバー(1410)は、第2フレーム(120)または第3フレーム(130)に固定結合され得る。
バスバー(1410)には、第1ホール(1411)が形成され得る。第1ホール(1411)は複数で提供され、複数の第1ホール(1411)は一列に配列され得る。他の実施例において、複数の第1ホール(1411)は2列で配列され得、各列には少なくとも1つのホールが配置され得る。
軟性回路基板(1410)はバッテリセルの電圧と温度をセンシングし、センシングした値をコネクタを介してBMSに伝達するように構成され得る。軟性回路基板(1410)は内部に構成された回路パターンにより各バッテリセルの電圧と温度に関する信号などを伝送できる。軟性回路基板(1420)の一端はバスバー(1410)と電気的に連結され、他端はBMSと電気的に連結され得る。また、軟性回路基板(1420)の他端にはコネクタが装着されて軟性回路基板(1420)はBMSと脱着可能に電気的に結合され得る。
軟性回路基板(1420)には、第1ホール(1411)に対応する第2ホール(1421)が形成され得る。第1及び第2ホール(1411,1421)は、それぞれ一対で提供され得る。一対の第1ホール(1411)は一定の間隔で離隔され、一対の第2ホール(1421)は、上記一定の間隔と同一の間隔で離隔され得る。このような構成によれば、バスバー(1410)と軟性回路基板(1420)間の締結部位が最小限の締結により軸回動されるのを防止できる。
図56を参考にすれば、軟性回路基板(1420)は、第1及び第2ホール(1421)を通じて露出する伝導性金属からなる回路層(1423)を含み得る。回路層(1423)は銅などの伝導性金属が微細厚さを有する金属薄膜の形態に形成され得る。回路層(1423)の一面には、第1絶縁層(1422)が付着され、回路層(1423)の他面には、第2絶縁層(1424)が付着され得る。
結合部材(1430)は伝導性金属で形成され得る。結合部材(1430)は、第1ホール(1411)及び第2ホール(1421)をそれぞれ貫通し、軟性回路基板(1420)をバスバー(1410)に固定するように構成され得る。この過程で、結合部材(1430)は回路層(1423)と接触して軟性回路基板(1420)と電気的に連結され得る。また、結合部材(1430)は、第1ホール(1411)の内径またはその周辺に接触してバスバー(1410)と電気的に連結され得る。これにより、軟性回路基板(1420)とバスバー(1410)は結合部材(1430)により互いに電気的に連結され得る。
軟性回路基板(1420)は、軟性回路基板(1420)の第2ホール(1421)がバスバー(1410)の第1ホール(1411)と連通するようにバスバー(1410)上に配置され得る。結合部材(1430)は連通する第2ホール及び第1ホール(1421,1411)を貫通して軟性回路基板(1420)とバスバー(1410)を重ね継ぎ結合させるように構成され得る。即ち、軟性回路基板(1420)の端部のうち一部がバスバー(1410)の上面に配置されながら部分的に重なる面が発生し得る。
一実施例によると、結合部材(1430)はリベットとなり得る。リベットはヘッド部(1431)及びリベット作業により変形される変形部(1432)を含み得る。リベット結合は永久的な結束力を提供できる。リベット結合は厚さが薄い部材間の接合に有用に用いられ得る。リベット結合は溶接結合による材質変化や熱による捩れ、溶接部位に発生する亀裂などの問題を解決できる。また、リベット結合はボルト結合後その結合部位に伝達される振動などによる緩み現象の問題を解決できる。これにより、バスバー(1410)と軟性回路基板(1420)間の連結部位に対する結合信頼性が向上し得る。
バスバー(1410)には、軟性回路基板(1420)と重ね継ぎ結合する部位に安着部(1412)が形成され得る。安着部(1412)には、第1ホール(1411)が形成され得る。安着部(1412)はバスバー(1410)に対する軟性回路基板(1420)の配置位置を指示し、バスバー(1410)に軟性回路基板(1420)が安定的に配置されるようにすることができる。
図57は、第23実施例によるバスバーアセンブリ(1450)の構成を示した斜視図である。バスバーアセンブリ(1450)は図54に示されたバスバーアセンブリ(1400)の構造が拡張された形態で適用され得る。
バスバー(1414,1415)及び結合部材(1431,1432)は、それぞれ一対で提供され得る。軟性回路基板(1420)は軟性回路基板の端部から二股に分岐した一対の連結回路部(1422,1423)を含み得る。一対の連結回路部(1422,1423)それぞれは、一対の結合部材(1431,1432)を通じて一対のバスバー(1414,1415)と電気的に連結されるように構成され得る。一対の連結回路部(1422,1423)それぞれは、第2ホールが形成され、第2ホールを介して露出する伝導性金属からなる回路層を含み得る。一対の結合部材(1431,1432)はバスバー(1414,1415)及び連結回路部(1422,1423)の回路層と同時に接触するように構成され得る。
図6を参考にすると、第2フレーム(120)の外側面には一対の第1バスバー(121,122)が固定されて結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(1414,1415)に対応し得る。また、図6を参考にすると、一対の第1バスバー(121,122)には、第1a及び第1b接合部(211,212)が結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(1414,1415)に一対の連結回路部(1422,1423)がそれぞれ接合される構成に対応し得る。図57を参考にすれば、一対の連結回路部(721,722)は一対の連結端子(801,802)により一対のバスバー(711,712)とそれぞれ電気的に連結され得る。
図19、図20、図39、図40、及び図42に示されたフローチャートでプロセス段階、方法段階、アルゴリズムなどが段階的な順序で説明されたが、そのようなプロセス、方法及びアルゴリズムは任意の適した順序で作動するように構成され得る。言い換えれば、本開示の多様な実施例で説明されるプロセス、方法及びアルゴリズムの段階が本開示で記述された順序で行われる必要はない。また、一部の段階が非同時的に行われるものとして説明されても、他の実施例では、このような一部の段階が同時に行われ得る。また、図面での描写によるプロセスの例示は例示されたプロセスがそれに関する他の変化及び修正を除くことを意味せず、例示されたプロセスまたはその段階のうち任意のものが本開示の多様な実施例のうち1つ以上に必須であることを意味せず、例示されたプロセスが好ましいということを意味しない。
以上、一部の実施例と添付の図面に示された例によって本開示の技術的思想が説明されたが、本開示が属する技術分野で通常の知識を有する者が理解することができる本開示の技術的思想及び範囲を逸脱しない範囲で多様な置換、変形及び変更がなされるという点を知らなければならない。また、そのような置換、変形及び変更は添付の請求の範囲内に属すると考えられるべきである。
本開示はバスバーアセンブリ及びフレーム組立体に関するものである。
ハイブリッド自動車または電気自動車は自動車内部に設けられた二次電池を電力源として用いることができ、一般道路用自動車、レジャー用カートなど多様な分野で用いられている。このようなハイブリッド自動車または電気自動車は二次電池に充電された電力で電気モータを回転させてホイールを駆動でき、二次電池が放電された後に電気自動車は外部電力によって二次電池を充電し、ハイブリッド自動車は内燃機関の駆動または外部電力によって二次電池を充電できる。また、多数の電気自動車メーカーが市場に新たに進入しており、その数が持続的に増加している。
二次電池は1つのバッテリ形態で用いられ得るだけでなく、複数のバッテリセルが1つのバッテリモジュールにおいてクラスタリング(clustering)されて用いられ得る。このような複数のバッテリモジュールは直列に連結されるように自動車の車体下部に設けられ、内燃機関の出力に相当する電気モータを駆動させるための高電圧を生成する。また、複数のバッテリセルがクラスタリングされる時、それぞれのバッテリセルの端子はフレーム組立体によって直列または並列に連結され得る。
軟性回路基板(FPCB,flexible printed circuit board)は、柔軟な材料で構成された基板層を製造し、このような基板層を薄い絶縁層で取り囲むことによって製造される。FPCBは重さが軽く、空間を少なく占める長所があり、このような特性のため、最近多様な分野に軟性回路基板を採用している。しかし、FPCBは一般のPCBとは異なって相当薄い厚さを有するので、外部衝撃によって裂けたり破損したりしやすい問題があり、これを解決するための多様な研究開発が進められている。
本開示による実施例は、軟性回路基板の連結回路部が多様な接合工法(例、レーザウェルディング、ウルトラソニック、抵抗溶接等)によってフレームに付着したバスバーに直接的に接合されるフレーム組立体を提供する。また、回路部とバスバーの結合性を強化するための多様な構造を提供する。
本開示による実施例は、フレームと軟性回路基板が連結されたフレーム組立体を提供する。また、バッテリの並列/直列連結構成を自由にできるため、車両パッケージに応じてバッテリ容量を手軽に変えることができ、接合工程回数を縮小させることができるフレーム組立体を提供する。
本開示の実施例は、バスバーと軟性回路基板間を電気的に連結する過程でその作業工数を減らし、連結に要される費用を節減できるバスバーアセンブリを提供する。また、バスバーと軟性回路基板間の連結部位に対する構造的脆弱点を改善して製品の信頼性を向上させ、使用される部品数を減少させて部品の製造及び開発費用とその管理費用を節減しようとする。
本開示の一実施例による積層された複数のバッテリセルを固定させるためのフレームに設けられるバスバーアセンブリにおいて、フレームに固定されるバスバー;バスバーと電気的に連結されて複数のバッテリセルをセンシングするように構成された軟性回路基板;及び一面に軟性回路基板を貫通して軟性回路基板と電気的に連結されるように構成された突起が形成され、他面がバスバーに接合されてバスバーと電気的に連結される連結端子を含み得る。
一実施例によると、連結端子は、第1面及びバスバーに接合される第2面を含む接合部;及び突起が形成され、接合部から延びて軟性回路基板に重ね継ぎ(lap joint)結合する結合部を含み得る。
一実施例によると、突起は互いに対向配列されるように複数で提供され、複数の突起は軟性回路基板の予め設定される位置を貫通し、貫通突出した部分は圧着されて反り変形され得る。
一実施例によると、第2面はバスバーに隣接するように配置され、第2面は第1面に接合工法を適用することによりバスバーに接合され得る。
一実施例によると、バスバーには連結端子が安着される安着部が形成され得る。
一実施例によると、バスバー及び連結端子は、それぞれ一対で提供され、軟性回路基板は軟性回路基板の端部から二股に分岐して一対の連結端子それぞれが結合した一対の連結回路部を含み、一対の連結回路部それぞれは、一対の連結端子を通じて一対のバスバーと電気的に連結されるように構成され得る。
一実施例によると、連結端子がバスバーに接合された状態で、連結端子及び連結端子周辺のバスバーの一部をカバーするようにコンフォーマルコーティング処理され得る。
本開示の他の実施例による積層された複数のバッテリセルを固定させるためのフレームに設けられるバスバーアセンブリにおいて、フレームに固定されるバスバー;バスバーと電気的に連結されて複数のバッテリセルをセンシングするように構成された軟性回路基板;一面に軟性回路基板を貫通して軟性回路基板と電気的に連結されるように構成された突起が形成され、他面はバスバーに接触するように構成された連結端子;及び連結端子及びバスバーを貫通して連結端子をバスバーに固定するように構成された結合部材を含み得る。
一実施例によると、連結端子は、結合部材が貫通してバスバーに接触するように構成された接触部;及び突起が形成され、接触部から延びて軟性回路基板に重ね継ぎ(lap joint)結合する結合部を含み得る。
一実施例によると、接触部は結合部材が貫通するホールが形成されたリング部を含み得る。
一実施例によると、バスバーには連結端子が安着される安着部が形成され、安着部には結合部材が貫通するホールが形成され得る。
一実施例によると、バスバー、連結端子、及び結合部材は、それぞれ一対で提供され、軟性回路基板は軟性回路基板の端部から二股に分岐して一対の連結端子それぞれが結合した一対の連結回路部を含み、一対の連結回路部それぞれは、一対の結合部材それぞれにより貫通する一対の連結端子を通じて一対のバスバーと電気的に連結されるように構成され得る。
本開示の他の実施例による積層された複数のバッテリセルを固定させるためのフレームに設けられるバスバーアセンブリにおいて、フレームに固定されて第1ホールが形成されたバスバー;バスバーと電気的に連結されて複数のバッテリセルをセンシングするように構成され、第2ホールが形成され、第2ホールを介して露出する伝導性金属で構成された回路層を含む軟性回路基板;及び第1ホール及び第2ホールを貫通して軟性回路基板とバスバーを電気的に連結して軟性回路基板をバスバーに固定するように構成された結合部材を含み得る。
一実施例によると、第1及び第2ホールは、それぞれ一対で提供され、一対の第1ホールは一定の間隔で離隔され、一対の第2ホールは一定の間隔と同一の間隔で離隔され得る。
一実施例によると、軟性回路基板は、軟性回路基板の第2ホールがバスバーの第1ホールと連通するようにバスバー上に配置され、結合部材は連通する第2ホール及び第1ホールを貫通して軟性回路基板とバスバーを重ね継ぎ結合させるように構成され得る。
一実施例によると、結合部材はリベットであってもよい。
一実施例によると、バスバーは軟性回路基板を安着させるように構成された安着部が形成され、安着部には、第1ホールが形成され得る。
一実施例によると、バスバー及び結合部材は、それぞれ一対で提供され、軟性回路基板は軟性回路基板の端部から二股に分岐した一対の連結回路部を含み、一対の連結回路部それぞれは、一対の結合部材を介して一対のバスバーと電気的に連結されるように構成され得る。
本開示の更に他の実施例による積層された複数のバッテリセルを固定させるためのフレーム組立体において、上面、上面の一端に連結された第一側面、上面の他端に連結された第2側面を含み複数のバッテリセルを取り囲むように構成されたフレーム;フレームの第一側面に配置された複数の第1バスバー;フレームの第2側面に配置された複数の第2バスバー;上面に配置される回路部、回路部の一端から延びて第一側面で複数股に分岐する複数の第1連結回路部、及び回路部の他端から延びて第2側面で複数股に分岐する第2連結回路部を含む軟性回路基板;第1連結回路部を貫通して第1連結回路部と電気的に連結されるように構成された突起が形成される第1面及びバスバーに接触するように構成された第2面を含む複数の第1連結端子;及び第2連結回路部を貫通して第2連結回路部と電気的に連結されるように構成された突起が形成される第1面及びバスバーに接触するように構成された第2面を含む複数の第2連結端子を含み得る。
一実施例によると、複数の第1連結端子の第2面は複数の第1バスバーに隣接するように配置され、複数の第1連結端子の第2面は複数の第1連結端子の第1面に接合工法を適用することにより複数の第1バスバーに接合され、複数の第2連結端子の第2面は複数の第2バスバーに隣接するように配置され、複数の第2連結端子の第2面は複数の第2連結端子の第1面に接合工法を適用することにより複数の第2バスバーに接合され得る。
一実施例によると、複数の第1バスバーは、第1連結端子を安着させるように構成された第1安着部が形成され、複数の第2バスバーは、第2連結端子を安着させるように構成された第2安着部が形成され得る。
一実施例によると、第1連結端子及び第1バスバーを貫通して第1連結端子を第1バスバーに固定するように構成された複数の第1結合部材;及び第2連結端子及び第2バスバーを貫通して第2連結端子を第2バスバーに固定するように構成された複数の第2結合部材をさらに含み得る。
一実施例によると、第1連結端子は、第1結合部材が貫通するホールが形成された第1リング部を含み、第2連結端子は、第2結合部材が貫通するホールが形成された第2リング部を含み得る。
一実施例によると、第1バスバーには、第1結合部材が貫通するように構成されたホールが形成され、第2バスバーには、第2結合部材が貫通するように構成されたホールが形成され得る。
一実施例によると、フレームは上面に配置される第1フレーム;第一側面に配置され、第1フレームの一端に対して回動可能に結合し、複数の第1バスバーが配置される第2フレーム;及び第2側面に配置され、第1フレームの他端に対して回動可能に結合し、複数の第2バスバーが配置される第3フレームを含み得る。
一実施例によると、第1バスバーは複数のバッテリセルの一側端子と接合するように構成され、第2バスバーは複数のバッテリセルの他側端子と接合するように構成され得る。
本開示の実施例によると、軟性回路基板の連結回路部がバスバーに多様な接合工法(レーザウェルディング、ウルトラソニック、抵抗溶接等)によって直接的に接合されるので、連結回路部とバスバーの接合工程を単純化させることができる。また、部品の種類及び数が縮小されて原価が節減され得、連結回路部とバスバーの間の接触安定性を向上させることができる。
本開示の実施例によると、複数のバッテリセルをバスバーに接合することによって電気的に直列連結するので、バッテリの並列/直列連結構成を自由にできるため車両パッケージによってバッテリ容量を自由に変えることができ、バッテリセル同士互いに連結する方式に比べて接合工程回数を縮小させることができる。
本開示の実施例によると、伝導性の連結端子を用いて簡単にバスバーと軟性回路基板を電気的に連結でき、生産性が向上し得る。また、バスバーと軟性回路基板間の連結部位に対する構造的脆弱点を改善して製品の信頼性を向上させることができ、部品数の減少によって部品の製造及び開発費用とその管理費用を節減できる。
本開示の実施例によると、連結端子は連結端子のリングの形状とこれを貫通する結合部材によりバスバーに堅固に固定結合され得る。即ち、リング状を有する連結端子を用いれば、バスバーと軟性回路基板を電気的に連結する過程が簡単であり、生産性が向上し得る。
本開示の一実施例によるフレーム組立体を含むバッテリモジュールが車両に設けられる構造を示した概略図である。
本開示の一実施例によるフレーム組立体を含むバッテリモジュールの組み立てられた構成を示した斜視図である。
本開示の一実施例によるフレーム組立体を含むバッテリモジュールの分解された構成を示した分解斜視図である。
本開示の一実施例によるフレーム組立体とバッテリセルが結合した構成を示した斜視図である。
第1実施例による軟性回路基板の連結回路部とバスバーが分解された構成を示した分解斜視図である。
図5に示された連結回路部とバスバーが互いに結合した状態で連結回路部とバスバーを厚み方向に切断した構成を示した断面図である。
本開示の一実施例による軟性回路基板の全体構成を示した斜視図である。
本開示の一実施例によるフレーム組立体とバッテリセルが結合した構成を示した斜視図である。
第2実施例による軟性回路基板の連結回路部を示した斜視図である。
図9に示された連結回路部をII‐II方向に切断した断面図である。
第3実施例による連結回路部とバスバーが接合された構成を示した斜視図である。
第3実施例による連結回路部とバスバーが接合された構成を示した断面図である。
第4実施例によるジグを用いて連結回路部をバスバーに接合する過程を示した断面図である。
第4実施例による連結回路部とバスバーが接合された状態でコンフォーマルコーティング処理された構成を示した上面図である。
図14に示されたコンフォーマルコーティング処理された構成をIII‐III線に沿って切断した断面図である。
第5実施例による連結回路部の第1及び第2絶縁層それぞれに形成された開口の大きさが異なる構成を示した断面図である。
第6実施例による連結回路部の基板層にめっき層がめっきされた構成を示した断面図である。
第7実施例による連結回路部の第1及び第2絶縁層それぞれに第3及び第4絶縁層を積層した構成を示した断面図である。
第8実施例によるフレーム組立体の製造方法を示した順序図である。
図19に示されたフレーム組立体の製造方法において軟性回路基板を製造する段階を示した順序図である。
第9実施例によるバッテリモジュールの分解された構成を示した分解斜視図である。
図21に示されたフレーム組立体のうちフレームの一部とバスバーを示した斜視図である。
図21に示されたバッテリモジュールにおいてバッテリセルとフレーム組立体が分解された構成を示した分解斜視図である。
図21に示されたバッテリモジュールにおいてバッテリセルとフレーム組立体が結合する過程の中間過程を示した斜視図である。
図21に示されたバッテリモジュールにおいてバッテリセルとフレーム組立体が結合した構成を示した斜視図である。
図25に示されたバッテリモジュールのバスバー部分を拡大した斜視図である。
図25に示されたバッテリモジュールにおいて図26に示されたバスバー部分と反対側に位置した、バスバー部分を拡大した斜視図である。
第10実施例によるフレームと軟性回路基板が組み立てられた構成を示した斜視図である。
図28に示されたフレームと軟性回路基板が分解された構成を示した斜視図である。
第11実施例によるフレーム組立体に軟性回路基板カバーが設けられるための構成を示した分解斜視図である。
第12実施例によるバスバーとモジュールカバー間に絶縁カバーが設けられた構成を示した分解斜視図である。
第13実施例によるフレームの構造を示した斜視図である。
図32に示されたフレームに適用されるヒンジ構造を拡大した斜視図である。
図33に示されたヒンジ構造をIV‐IV方向に切断した断面を示した断面図である。
第14実施例による軟性回路基板の温度センサ部と第1フレームの押圧部材の構造を示すための斜視図である。
図35に示された温度センサ部と押圧部材をV‐V方向に切断した構成を示した断面図である。
図35の第1フレームと軟性回路基板が結合した場合の内部構造を示した斜視図である。
第15実施例による第1フレームの下側面にフォームパッドが付着した構造を示した斜視図である。
第16実施例によるフレーム組立体の製造方法を示した順序図である。
図39の「複数のバスバーが結合した第2及び第3フレームを製造する段階」の細部過程を示した順序図である。
図40の順序図を説明するためにバスバーとフレームが一体に射出された構成を示した斜視図である。
第17実施例によるバッテリモジュールの製造方法を示した順序図である。
図42に示したバッテリモジュールの製造方法のうちレジン注入工程を示すための斜視図である。
第18実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
図44に示されたバスバーアセンブリの分解された様子を示した分解斜視図である。
図44に示されたバスバーアセンブリをVI‐VI方向に切断した断面を示した断面図である。
図44に示されたバスバーアセンブリの連結端子を示した斜視図である。
第19実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
第20実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
図49に示されたバスバーアセンブリの分解された様子を示した分解斜視図である。
図49に示されたバスバーアセンブリをVII‐VII方向に切断した断面を示した断面図である。
図49に示されたバスバーアセンブリの連結端子を示した斜視図である。
第21実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
第22実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
図54に示されたバスバーアセンブリの分解された様子を示した分解斜視図である。
図54に示されたバスバーアセンブリをVIII‐VIII方向に切断した断面図である。
第23実施例によるバスバーアセンブリの構成を示した斜視図である。
本開示の実施例は、本開示の技術的思想を説明する目的で例示されたものである。本開示による権利範囲が以下に提示される実施例やこれらの実施例に関する具体的説明に限定されない。
本開示に用いられる全ての技術的用語及び科学的用語は、異なって定義されない限り、本開示が属する技術分野で通常の知識を有する者に一般に理解される意味を有する。本開示に用いられる全ての用語は、本開示をさらに明確に説明する目的で選択されたものであって本開示による権利範囲を制限するために選択されたものではない。
本開示で用いられる「含む」、「備える」、「有する」などのような表現は、当該表現が含まれる語句または文章で異なって言及されない限り、他の実施例を含む可能性を内包する開放型用語(open‐ended terms)と理解されるべきである。
本開示で記述された単数形の表現は異なって言及しない限り複数形の意味を含み得、これは請求の範囲に記載された単数形の表現にも同様に適用される。
本開示で用いられる「第1」、「第2」などの表現は複数の構成要素を相互に区分するために用いられ、該当構成要素の順序または重要度を限定するものではない。
本開示で、ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか、「接続されて」いると言及された場合、前記ある構成要素が前記他の構成要素に直接的に連結または接続され得るものとして、あるいは新たな他の構成要素を媒介として連結または接続され得るものとして理解されるべきである。
以下、添付の図面を参照して、本開示の実施例を説明する。添付の図面で、同一または対応する構成要素には同一の参照符号が付与されている。また、以下の実施例の説明において、同一または対応する構成要素を重複して記述することが省略され得る。しかし、構成要素に関する記述が省略されても、そのような構成要素がある実施例に含まれないものとして意図されはしない。
図1は、本開示の一実施例によるフレーム組立体を含むバッテリモジュール(M)が車両に設けられる構造を示した概略図であり、図2は、本開示の一実施例によるフレーム組立体を含むバッテリモジュール(M)の組み立てられた構成を示した斜視図である。
バッテリモジュール(M)は車両の車体底に複数配列され得る。同一の出力電圧を示す複数のバッテリモジュール(M)は互いに直列または並列に連結されて最終出力電圧を形成できる。このような最終出力電圧で負荷(load)を駆動できる。例えば、負荷の一種であるモータで発生する駆動力は車両のホイールを回転させることができる。複数のバッテリモジュール(M)それぞれの充電/放電に対する制御は制御器(controller)によって制御され得る。
図1には、バッテリモジュール(M)は互いに直列に連結された構成が示されているが、各バッテリモジュール(M)の出力電圧、車両のレイアウト、負荷が求める電圧などの条件に応じて、バッテリモジュール(M)の配列が変わり得る。
図3は、本開示の一実施例によるフレーム組立体(1)を含むバッテリモジュール(M)の分解された構成を示した分解斜視図であり、図4は、本開示の一実施例によるフレーム組立体(1)とバッテリセル(C)が結合した構成を示した斜視図である。
バッテリモジュール(M)は、積層された複数のバッテリセル(C,battery cell)、これらを固定させるためのフレーム組立体(1)、フレーム組立体(1)の両側面を覆う絶縁カバー(3)、モジュールカバー(4)、及び筐体(6)を含み得る。バッテリセル(C)は、例えば二次電池となり得るが、これに限定されるものではなく、充電または放電が可能な電池形態であればいかなるものでも適用され得る。
バッテリセル(C)の端子は導電性であり変形可能な材料で構成されたタブ端子(tap terminal)であり得る。バッテリセル(C)は、セルボディ(C1)、セルボディ(C1)の一側に形成された(+)タブ(T1)、及びセルボディ(C1)の他側に形成された(−)タブ(T2)を含み得る。(+)タブ(T1)及び(−)タブ(T2)は導電性であり柔軟な材質で変形可能な(flexible)タブ端子であってもよい。(+)及び(−)タブ(T1,T2)は、例えば鉛またはアルミニウムを含む材料で構成され得るが、これに限定されるわけではなく、柔軟に曲げられる金属材料であれば種類に関係なく適用され得る。
図3を参考にすると、複数のバッテリセル(C)のうち互いに隣接したバッテリセル(C)のタブ端子が連結されている構成が示されている。例えば、同一極性を有するタブ端子同士連結される場合、前記隣接したバッテリセル(C)は互いに電気的に並列連結され得る。また、隣接したバッテリセル(C)のタブ端子は面接合工程を通じて互いに電気的に連結され得る。
モジュールカバー(4)は車両の事故発生時にバッテリセル(C)の崩壊または破損による車両火災を防止し、フレーム組立体(1)がバッテリセル(C)と結合した組立体内部を保護することができる。また、筐体(6)は外部衝撃からフレーム組立体(1)及び複数のバッテリセル(C)の結合状態を保護することができる。例えば、モジュールカバー(4)及び筐体(6)は高強度を有する金属材料で構成され得る。
フレーム組立体(1)はフレーム(10)、複数のバスバー(121,122,131,132)、軟性回路基板(20,FPCB)及びコネクタ(5)を含み得る。軟性回路基板(20)はフレーム(10)の長手方向に沿って配置され得る。コネクタ(5)は複数のバッテリセル(C)の状態を示す信号、例えば、電圧センシング及び温度センシングと関連した信号を図1に示された制御器で送受信するように構成され、軟性回路基板(20)に結合され得る。
一実施例において、フレーム(10)はフレーム(10)の上面に配置される第1フレーム(110)、フレーム(10)の第一側面に配置されて第1フレーム(110)の一端に対して回動可能に結合する第2フレーム(120)、及びフレーム(10)の第2側面に配置されて第1フレーム(110)の他端に対して回動可能に結合する第3フレーム(130)を含み得る。また、フレーム(10)は複数のバッテリセル(C)の上面及び両側面を取り囲むように構成され得る。フレーム(10)は非伝導性の合成樹脂材料で構成され得る。
複数のバスバー(121,122,131,132)は伝導性の金属材料で構成され得、複数の第1バスバー(121,122)及び複数の第2バスバー(131,132)を含み得る。第2フレーム(120)には、複数の第1バスバー(121,122)が配置され、第3フレーム(130)には複数の第2バスバー(131,132)が配置され得る。複数の第1バスバー(121,122)及び複数の第2バスバー(131,132)は複数のバッテリセル(C)の端子と接合されるように構成され得る。
バッテリセル(C)はフレーム組立体(1)と連結される前の状態では、(+)及び(−)タブ(T1,T2)がまっすぐに広げられた形態を有し得る。このような広げられたタブ(T1,T2)は、第1バスバー(121,122)に形成されたスリット(1211,1221)及び第2バスバー(131,132)に形成されたスリット(1311,1321)を通過できる。
バッテリセル(C)とフレーム組立体(1)は、下記のような過程を通じて結合され得る。フレーム組立体(1)の第2及び第3フレーム(120,130)はバッテリセル(C)の外側に広がりながらバッテリセル(C)上に被せられることができる。次に、広がった第2及び第3フレーム(120,130)を再度すぼめながらバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)を第1バスバー(121,122)に形成されたスリット(1211,1221)及び第2バスバー(131,132)に形成されたスリット(1311,1321)を通過させる。次に、タブ(T1,T2)の一面が第1バスバー(121,122)及び第2バスバー(131,132)の前面と接するように曲げる。次に、タブ(T1,T2)の他面上に接合工法を適用し、タブ(T1,T2)と第1バスバー(121,122)及び第2バスバー(131,132)を電気的に接合連結させる。
上記のような方式は、それぞれのバッテリセル(C)を一列に連結する方式に比べ、バスバー(121,122,131,132)を用いるので、タブ端子間の接合工程を半分以上減少させることができる。また、バスバーによってバッテリセルグループが互いに直列に連結されるので、バスバーを用いて車両の種類に応じて電池容量及び出力電圧を制約なしに構成可能である。図4及び5を参考にすれば、バスバー(121,122)と軟性回路基板(20)が直接電気的に連結されるので、軟性回路基板(20)を通じてバッテリセル(C)の過電圧及び温度センシングが可能である。
図3を参考にすると、絶縁カバー(3)は複数のバスバー(121,122,131,132)とモジュールカバー(4)間に配置され得、フレーム組立体(1)の両側に配置され得る。また、絶縁カバー(3)は非伝導性の合成樹脂材質で構成され得る。従って、フレーム組立体(1)に結合したバスバー(122,124,132,134)とモジュールカバー(4)間のショート現象を防止できる。
図5は、第1実施例による軟性回路基板(20)の連結回路部とバスバーが分解された構成を示した分解斜視図であり、図6は図5に示された連結回路部とバスバーが互いに結合した状態で連結回路部とバスバーを厚み方向に切断した構成を示した断面図である。上述した実施例で説明された内容と重複する説明は省略する。
図5を参考にすれば、複数の第1バスバー(121,122)は、第1aバスバー(121)及び第1bバスバー(122)を含み得る。第1aバスバー(121)には、2つのスリット(1211)が形成され得る。また、第1bバスバー(122)には、1つのスリット(1221)が形成され得る。このようなスリット(1211,1221)にはバッテリセル(C)のタブ端子が貫通することができる。
第1連結回路部(210)は、一側に延びた第1a接合部(211)及び他側に延びた第1b接合部(212)を含み得る。第1a接合部(211)は、第1aバスバー(121)に接合され、第1b接合部(212)は、第1bバスバー(122)に接合され得る。図6を参考にすると、第1a及び第1b接合部(211,212)は、それぞれ柔軟な材質で構成された導電性基板層(2112,2122)、基板層(2112,2122)の一面上に配置されて少なくとも1つの第1開口(2111a,2121a)が形成されて基板層(2112,2122)の第1面(2112a,2122a)が露出した第1絶縁層(2111,2121)及び基板層(2112,2122)の他面上に配置されて少なくとも1つの第2開口(2113a,2123b)が形成されて基板層(2112,2122)の第2面(2112b,2122b)が露出した第2絶縁層(2113,2123)を含み得る。
第1連結回路部(210)を第1バスバー(121,122)に接合する工程は、下記の通り進行され得る。まず、第1a及び第1b接合部(211,212)の第2面(2112b,2122b)をそれぞれの第1a及び第2aバスバー(121,122)の上面のコーナーに配置された接合面(1212,1222)に接触させる。次に、第1a及び第1b接合部(211,212)の第1面(2112a,2122a)に接合工法(レーザウェルディング、ウルトラソニック、抵抗溶接等)を適用して融着させれば、第2面(2112b,2122b)と接合面(1212,1222)が直接的に接合されて電気的に連結され得る。一実施例において、接合面(1212,1222)は、第1a及び第1bバスバー(121,122)から突出したり、内側に入ったり、第1a及び第1bバスバー(121,122)の接合面(1212,1222)と隣接した部分と平行に形成され得る。
上述した方式は、第1a及び第1b接合部(211,212)と第1a及び第1bバスバー(121,122)が上述した接合工法のうち1つ以上を用いて直接電気的に連結されるので、連結回路部とバスバーの間の電気伝導度を向上させることができ、固定安定性が向上し得る。また、第1連結回路部(210)とバスバー(121,122)間にクランプのような結合手段がないので、電気接触に対する安定性が向上し、部品の品数が縮小されて原価が節減され、工程過程が短縮され得る。また、基板層(2112,2122)の両面が露出するので、連結回路部がバスバーに直接的に結合され得る構造が確保されることができ、適用部品数量の減少及び作業工数の節減が可能であり、重量及びコストの削減が可能である。
図5及び6を参考にすれば、第1連結回路部(210)と第1バスバー(121,122)の結合過程について説明したが、上述した接合工程と同一の接合工程が第2連結回路部(220)と第2バスバー(131,132)の接合工程に対しても適用され得る。従って、これと関連した重複する説明については省略する。
図7は、本開示の一実施例による軟性回路基板(20)の構成全体を示した斜視図である。
図3及び4を参考にすれば、軟性回路基板(20)は、第1〜第3フレーム(110,120,130)に沿って密着するように配置され得る。軟性回路基板(20)は導電性金属材料の基板層及び非導電性合成樹脂材料の絶縁層を含み得る。軟性回路基板(20)は伝導性基板層を非伝導性の絶縁層が取り囲む形態となり得、実質的に薄い厚さ(例えば、2mm以下)で形成されて全体的に柔軟に曲げられる。
図3及び4を参考にすれば、軟性回路基板(20)はフレーム(10)の上面及び両側面に沿って配置され得る。一実施例において、軟性回路基板(20)は、第1フレーム(110)に配置される回路部(230)、回路部(230)の一端から延びて複数の第1バスバー(121,122)に結合する第1連結回路部(210)、及び回路部(230)の他端から延びて複数の第2バスバー(131,132)に結合する第2連結回路部(220)を含み得る。また、第1連結回路部(210)は、一側に延びた第1a接合部(211)及び他側に延びた第1b接合部(212)を含み得る。また、第2連結回路部(220)は、一側に延びた第2a接合部(221)及び他側に延びた第2b接合部(222)を含み得る。
一実施例において、軟性回路基板(20)は回路部(230)から延びて温度測定センサが固定される温度センサ部(240)を含み得る。また、軟性回路基板(20)は、第2連結回路部(220)と隣接した位置で回路部(230)から延びた端子部(250)を含み得る。端子部(250)は図3に示されたコネクタ(5)が直接結合され得る。
図9は、第2実施例による軟性回路基板の連結回路部(260)を示した斜視図であり、図10は図9に示された連結回路部(260)をII‐II方向に切断した断面図である。上述した実施例で説明された内容と重複する説明は省略する。
連結回路部(260)は一方向に延びて両面が露出した第1接合部(261)及び一方向の反対側の他方向に延びて両面が露出した第2接合部(262)を含み得る。連結回路部(260)は導電性材料で構成された基板層(2611)及び基板層(2611)を取り囲む非導電性材料で構成された絶縁層(2612,2613,2614)を含み得る。また、導電性材料は銅を含み得、非導電性材料はPENまたはPI材料を含み得る。
一実施例において絶縁層(2612,2613,2614)は基板層(2611)の一面に付着する第1絶縁層(2612)、基板層(2611)の他面に付着する第2絶縁層(2613)、及び第1絶縁層(2612)上に付着する第3絶縁層(2614)を含み得る。それぞれの第1〜第3絶縁層(2612,2613,2614)は非導電層(2612a,2613a,2614a)及びこれを接着するための接着層(2612b,2613b,2614b)で構成され得る。
他の実施例において、フレーム組立体の作業工程または連結回路部(260)に対して求められる引張強度に応じて積層される層の数または配置が変わり得る。例えば、基板層(2611)の他面に対しても2つの絶縁層が提供され得る。
一実施例によると、基板層(2611)の両面をそれぞれ1つの絶縁層が取り囲むのに比べ、基板層(2611)の他面に第2絶縁層(2613)が配置されて基板層(2611)の一面に第1及び第3絶縁層(2612,2614)が配置されるので、連結回路部(260)の引張に対する破損可能性を減少させることができる。また、フレーム組立体の移送または組立過程で連結回路部(260)に外力が加えられる場合、絶縁層が1つで構成される場合にはこれに耐えられず一部が断絶する可能性があるので、上記のように連結回路部(260)の一面に2つの絶縁層を配置させて連結回路部(260)の引張力を向上させることができる。また、軟性回路基板で基板層を取り囲むカバー層を二重に構成するので、回路部分の引張力の信頼性を確保して破損を防止できる。
上述した実施例のように基板層の一面に2つの絶縁層を配置させる方式は破損しやすい連結回路部(260)に適用され得る。また、車両の特性及び車両製作原価の状況に応じて連結回路部(260)をはじめとした軟性回路基板(20)全体にも適用され得る。絶縁層(2612,2613,2614)に形成された開口は、図10に示された形態で基板層(2611)の両面を露出させることができるように形成され得る。従って、回路部がバスバーに直接的に結合され得る構造が確保されることができ、適用部品数量の減少及び作業工数の節減が可能であり、重量及びコストの削減が可能である。
図11は、第3実施例による連結回路部(270)とバスバー(125)が接合された構成を示した斜視図であり、図12は、第3実施例による連結回路部(270)とバスバー(125)が接合された構成を示した断面図である。上述した実施例で説明された内容と重複する説明は省略する。
連結回路部(270)は一方向に延びて両面が露出した第1接合部(271)及び一方向の反対側の他方向に延びて両面が露出した第2接合部(272)を含み得る。一実施例において、バスバー(125,126)には、第1及び第2接合部(271,272)をそれぞれ安着させるように構成された安着部(1251,1261)が形成され得る。安着部(1251,1261)は側部フレーム(140)に向かって曲がった形状を有し得、第1及び第2接合部(271,272)に対応する大きさを有し得る。
一実施例において、安着部(1251,1261)の深さ(D1)は、第1及び第2接合部(271,272)の厚さ(D2)より大きくなるように構成され得る。また、第1接合部(271)の下面(2711)は安着部(1251)の上面(1252)に接合され得、これと同様に第2接合部(272)の下面は安着部(1261)の上面に接合され得る。従って、第1及び第2接合部(271,272)が安着部(1251,1261)に接合された状態では、フレーム組立体を移送または組立する過程で第1及び第2接合部(271,272)に損傷が発生する状況を減少させることができる。
上述した実施例によると、バスバーに回路部が安着され得るポジショニング構造を形成し、作業者の肉眼で接合位置を識別させることができるので、作業性を向上させることができ、回路部を要求される位置に定位置させるので品質を向上させることができる。
図13は、第4実施例によるジグを用いて連結回路部(275)をバスバー(127)に接合する過程を示した断面図である。上述した実施例で説明された内容と重複する説明は省略する。
連結回路部(275)は基板層(277)、基板層(277)の上面(2771)に付着する第1絶縁層(276)及び基板層(277)の下面(2772)に付着する第2絶縁層(278)を含み得る。連結回路部(275)をバスバー(127)上に安着させた状態で、基板層(277)の下面(2772)とバスバー(127)の上面(1271)間には、第2絶縁層(278)の厚さと対応する大きさのギャップ(G)、即ち、エアーギャップが存在し得る。従って、このようなギャップ(G)が存在した状態で接合工法(welding,W)を基板層(277)の上面(2771)に行う場合、要求される水準の接合品質を達成できない状況が発生し得る。また、基板層(277)の下面(2772)にバスバー(127)の上面(1271)と接触できない部分が存在する場合、接合工法(W)が加えられる基板層(277)の部分がすすける現象が発生したり、絶縁層が燃焼する現象が発生し得る。
一実施例において、連結回路部(270)をバスバー(127)上に接触させた後、ジグ(jig,Z)を用いて基板層(277)の上面(2771)を加圧できる。この状態で、基板層(277)とバスバー(127)間のギャップ(G)がなくなるようになるので、基板層(277)の下面(2772)とバスバー(127)の上面(1271)間の接触面積が増加し得る。また、ジグ(Z)で基板層(277)を押している状態で、基板層(277)の上面(2771)に接合工法(W)を適用する場合、ウェルディング性能が向上し得、作業性が向上し得る。
図14は、第4実施例による連結回路部(280)とバスバー(128)が接合された状態でコンフォーマルコーティング処理された構成を示した上面図であり、図15は図14に示されたコンフォーマルコーティング処理された構成をIII‐III線に沿って切断した断面図である。
一実施例において、連結回路部(280)がバスバー(128)に結合した状態で、連結回路部(280)及び連結回路部(280)周辺領域、即ち、連結回路部(280)を囲む領域のバスバー(128)の一部をカバーするようにコンフォーマルコーティング処理され得る。コンフォーマルコーティング層(30)は非伝導性材料で構成され得、例えば、アクリル、ウレタンなどの材料を含み得る。また、コンフォーマルコーティング層(30)はノズル(図示せず)を用いて要求される領域にのみ塗布され得る。
図15を参考にすれば、まず、連結回路部(280)をバスバー(128)に形成された安着部(1281)に安着させる。次に、連結回路部(280)の基板層(281)の下面(2811)とバスバー(128)の上面(1282)を接合させる。以後、連結回路部(280)上にコンフォーマルコーティングを行ってコンフォーマルコーティング層(30)を形成する。このように、連結回路部(280)上にコンフォーマルコーティング層(30)が形成された場合、基板層(281)の腐食を防止でき、連結回路部(280)とバスバー(128)を保護することができる。また、連結回路部(280)とバスバー(128)の接合強度が向上し得る。
図16は、第5実施例による連結回路部(290)の第1及び第2絶縁層(292,293)それぞれに形成された開口の大きさが異なる構成を示した断面図である。
一実施例において、連結回路部(290)は柔軟な材質で構成された導電性基板層(291)、基板層(291)の一面上に配置されて少なくとも1つの第1開口(2921)が形成されて基板層(291)の第1面(2911)が露出した第1絶縁層(292)、及び基板層(291)の他面上に配置されて基板層(291)を基準に第1開口(2921)の反対側の位置で少なくとも1つの第2開口(2931)が形成されて基板層(291)の第2面(2912)が露出した第2絶縁層(293)を含み得る。第1絶縁層(292)はバスバーに向かうように配置され得、第2絶縁層(293)はバスバーの外側に向かうように配置され得る。
第2開口(2931)は、第1開口(2921)に比べて大きさが大きくなるように形成され得る。また、第1面(2911)の面積は、第2面(2912)の面積より小さく形成され得る。従って、連結回路部(290)の断面方向で、第1絶縁層(292)の一部は、第2開口(2931)が形成する領域と部分的に重なるようになり得る。連結回路部(290)をバスバーに接合する間、基板層(291)はバスバーに向かって曲がるようになり、この過程で基板層(291)と第1絶縁層(292)間に広がりが発生し得る。また、連結回路部(290)で基板層(291)の第1面(2911)を囲む境界線部分は破損に脆弱であり得る。従って、第1絶縁層(292)によって露出する第1面(2911)の面積をさらに小さくすることにより、連結回路部(290)の剛性を増加させて連結回路部(290)の破損を防止できる。
図17は、第6実施例による連結回路部(300)の基板層(320)にめっき層(340,350)がめっきされた構成を示した断面図である。
連結回路部(300)は基板層(320)、第1絶縁層(310)、及びバスバー(129)に向かって配置される第2絶縁層(330)を含み得る。第1絶縁層(310)には、基板層(320)の第1面(321)を露出させるために第1開口(310a)が形成され得る。第2絶縁層(330)には、基板層(320)の第2面(322)を露出させるために第2開口(330a)が形成され得る。一実施例において、第2開口(330a)には、第2面(322)の少なくとも一部を覆うように第2めっき層(350)がめっきされ得る。また、第1開口(310a)には、第1面(321)の少なくとも一部を覆うように第1めっき層(340)がめっきされ得る。第1及び第2めっき層(340,350)は導電性材料で構成され得、例えば、基板層(320)と同一の材料で構成され得る。
連結回路部(300)がバスバー(129)上に接触するように配置された状況で、第2めっき層(350)は基板層(320)とバスバー(129)間に存在するエアーギャップ(air gap)を埋めることができる。また、第2めっき層(350)の厚さは、第2絶縁層(330)の厚さ(T3)と対応する大きさを有し得る。従って、第1めっき層(340)または第1面(321)上に接合工法(W)が適用される場合、ジグを用いて基板層(320)を曲げる工程を行わなくても第2めっき層(350)とバスバー(129)の上面(1291)を接合させることができる。
図18は、第7実施例による連結回路部(400)の第1及び第2絶縁層(410,430)それぞれに第3及び第4絶縁層(440,450)を積層した構成を示した断面図である。
連結回路部(400)は、基板層(420)、基板層(420)の一面上に配置されて少なくとも1つの第1開口(410a)が形成されて基板層(420)の第1面(421)が露出した第1絶縁層(410)、及び基板層(420)の他面上に配置されて少なくとも1つの第2開口(430a)が形成されて基板層(420)の第2面(422)が露出した第2絶縁層(430)を含み得る。また、第1及び第2開口(410a,430a)を通じて露出した第1面(421)及び第2面(422)上の少なくとも一部には、第1及び第2めっき層(460,470)がめっきされ得る。
一実施例において、連結回路部(400)は、第1絶縁層(410)の部分及び第1絶縁層(410)の部分に隣接した第1めっき層(460)の部分に付着する第3絶縁層(440)、及び第2絶縁層(430)の部分及び第2絶縁層(430)の部分に隣接した第2めっき層(470)の部分に付着する第4絶縁層(450)をさらに含み得る。
第3絶縁層(440)は、第1絶縁層(410)と第1めっき層(460)が接触する位置に密着するように付着され、第4絶縁層(450)は、第2絶縁層(430)と第2めっき層(470)が接触する位置に密着するように付着され得る。即ち、第3及び第4絶縁層(440,450)の一部は、第1及び第2めっき層(460,470)の縁部部分を覆うように構成され得る。従って、連結回路部(400)の断面方向で、第3及び第4絶縁層(440,450)の一部は、第1及び第2めっき層(460,470)が形成する領域と部分的に重なるようになり得る。
第4絶縁層(450)の端部はバスバー(150)の端部と接触するように配置され得る。第2めっき層(470)がバスバー(150)に接合される過程で、第1めっき層(460)と第1絶縁層(410)間及び第2めっき層(470)と第2絶縁層(430)間にクラック(crack)が発生し得、第3及び第4絶縁層(440,450)が第1及び第2めっき層(460,470)の一部を覆うように構成されるためこのようなクラック現象の発生を防止できる。また、第3及び第4絶縁層(440,450)は連結回路部(400)の曲げ強度を向上させる補強材の役割をすることができ、基板層(420)の断線を防止できる。
図19は、第8実施例によるフレーム組立体の製造方法(S1200)を示した順序図である。上述した実施例で説明した内容と重複する説明は省略する。
フレーム組立体の製造方法(S1200)は、第1フレーム、複数の第1バスバーが結合して第1フレームの一端に回動可能に結合する第2フレーム、及び複数の第2バスバーが結合して第1フレームの他端に回動可能に結合する第3フレームを含むフレームを製造する段階(S1210)、第1フレームに配置される回路部、第2フレームに配置されて回路部の一端から延びた第1連結回路部、第3フレームに配置されて回路部の他端から延びた第2連結回路部を含む軟性回路基板を製造する段階(S1220)、第1連結回路部の一面を複数の第1バスバー上に配置させて第2連結回路部の一面を複数の第2バスバー上に配置させる段階(S1230)、第1連結回路部の他面に接合工法を加えて第1連結回路部の一面を複数の第1バスバーに接合させ、第2連結回路部の他面に接合工法を加えて第2連結回路部の一面を複数の第2バスバーに接合させる段階(S1250)を含み得る。
一実施例において、組立体の製造方法(S1200)は、ジグを用いて複数の第1及び第2連結回路部の他面を加圧する段階(S1240)及び第1及び第2連結回路部及び第1及び第2連結回路部それぞれの周辺の第1及び第2バスバーの一部をカバーするようにコンフォーマルコーティング処理する段階(S1260)をさらに含み得る。
図20は図19に示されたフレーム組立体の製造方法(S1200)において軟性回路基板を製造する段階(S1220)を示した順序図である。
軟性回路基板を製造する段階(S1220)は、導電性材料から予め定められた形状に切断して基板層を製造する段階(S1221)、絶縁性材料から基板層をカバーする大きさを有する形状に切断して第1絶縁層を製造する段階(S1222)、絶縁性材料から基板層をカバーする大きさを有する形状に切断して第2絶縁層を製造する段階(S1223)、第1絶縁層の予め定められた位置に少なくとも1つの第1開口を形成する段階(S1224)、基板層を基準に第1開口の反対側の位置で、第2絶縁層に少なくとも1つの第2開口を形成する段階(S1225)、及び第1絶縁層を基板層の一面上に配置して第2絶縁層を基板層の他面上に配置し、第1絶縁層、基板層、第2絶縁層を一体に結合させる段階(S1226)を含み得る。
一実施例において、軟性回路基板を製造する段階(S1220)は、少なくとも1つの第1開口を通じて露出した基板層の一面の少なくとも一部に導電性材料をめっきして第1めっき層を形成し、少なくとも1つの第2開口を通じて露出した基板層の他面の少なくとも一部に導電性材料をめっきして第2めっき層を形成する段階(S1227)、第1絶縁層の部分及び第1絶縁層の部分に隣接した第1めっき層の部分に第3絶縁層を付着する段階(S1228)、及び第2絶縁層の部分及び第2絶縁層の部分に隣接した第2めっき層の部分に第4絶縁層を付着する段階(S1229)を含み得る。
図21は、第9実施例によるバッテリモジュール(M2)の分解された構成を示した分解斜視図である。上述した実施例で説明した内容と重複する説明は省略する。
バッテリモジュール(M2)は、積層された複数のバッテリセル(C)、これらを固定させるためのフレーム組立体(500)、モジュールカバー(502)、絶縁カバー(541,542)、及び筐体(503)を含み得る。絶縁カバー(541,542)は複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)とモジュールカバー(502)間に配置され得る。
フレーム組立体(500)はフレーム(501)、複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)、軟性回路基板(600)、及びコネクタ(603)を含み得る。フレーム(501)は複数のバッテリセル(C)の上面及び両側面を取り囲むように構成され得る。フレーム(501)は複数のバッテリセル(C)の上面を取り囲むように構成された第1フレーム(510)、第1フレーム(510)の一側に結合して複数のバッテリセル(C)の一側面を取り囲むように構成された第2フレーム(520)、及び第1フレーム(510)の他側に結合して複数のバッテリセル(C)の他側面を取り囲むように構成された第3フレーム(530)を含み得る。
複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)はフレーム(501)の部分のうち複数のバッテリセル(C)の両側面を取り囲む部分上に配置され、複数のバッテリセル(C)の端子と接合するように構成され得る。第1バスバー(522,524)は、第2フレーム(520)上に配置され、第2バスバー(532,534)は、第3フレーム(530)上に配置され得る。
図21を参考にすれば、複数のバッテリセル(C)のうち互いに隣接したバッテリセル(C)の端子が連結され得る。例えば、複数のバッテリセル(C)の同極端子が連結される場合、隣接したバッテリセル(C)が互いに電気的に並列連結され得る。この時、同極端子が面接合されることによって互いに連結され得る。
一実施例において、複数のバッテリセル(C)内で隣接したN個(N≧2、整数)のバッテリセルの同極端子同士並列に連結されて1つの端子対が形成され得る。1つの端子対で並列連結されたバッテリセルは1つのバッテリグループを形成でき、このようなバッテリグループが多数形成される場合、複数のバッテリグループと称することができる。例えば、12個のバッテリセルを積層した場合、図3を参考にすると、バッテリセル2つを並列に連結(バッテリセル2つの同極端子を直接連結)したバッテリグループ6つに構成することができる。従って、複数のバッテリセル(C)は複数のバッテリグループを含むように構成される。図3で、複数のバッテリセル(C)は12個のバッテリセルが積層されるものとして示されているが、任意のバッテリセルが積層されるように形成され得る。また、図3の複数のバッテリセル(C)では2つのバッテリセルが並列連結されて6つのバッテリグループに分かれるように示されているが、これに限定されず、3つ以上のバッテリセルが並列連結され得、これにより複数のバッテリグループに分かれるように形成され得る。
複数のバッテリグループの端子は複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)を通じて直列連結されるように構成され得る。一実施例によると、複数のバッテリグループの端子がバスバーに接合されることによって直列連結され得、詳細な技術的構成は後述する。このような構成下で、複数のバッテリグループが直列連結されてバッテリモジュール(M)の出力電圧を形成できる。
軟性回路基板(600)は、第1回路部(610)、第2回路部(620)、第1回路部及び第2回路部間を連結する中間部(630)及び中間部(630)から延長形成された温度センサ部(640)を含み得る。また、軟性回路基板(600)はフレーム(501)の上面及び両側面に沿って配置され、複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)と電気的に連結され、複数のバッテリセルをセンシングするように構成される。軟性回路基板(600)は、第1フレーム〜第3フレーム(510,520,530)に沿って形成され、第1フレーム〜第3フレーム(510,520,530)に密着するように配置され得る。
第1フレーム(510)には、軟性回路基板(20)の中間部(630)を収容するための経路溝(512)が形成され得る。また、第1フレーム(510)には、温度センサ部(640)をバッテリセル(C)側に向かうようにするための押圧部材(516)が形成され得る。
コネクタ(603)は複数のバッテリセル(C)を制御するための信号を送受信するように構成され、軟性回路基板(600)に結合され得る。コネクタ(603)は外部の制御装置と信号を送受信するように構成され得る。例えば、コネクタ(603)は複数のバッテリセル(C)の状態を示す信号を送信したり、複数のバッテリセルを制御する信号を受信するように構成され得る。
図22は図21に示されたフレーム組立体(500)のうちフレーム(501)の一部、即ち、第2フレーム(520)及び第3フレーム(530)及び第1及び第2バスバー(522,524,532,534)を別途に示した斜視図である。フレーム(501)及び第2バスバー(522,524,532,534)それぞれにはタブ端子によって貫通する少なくとも1つの開口が形成され得る。例えば、開口はスリット形態に形成され得る。図22を参考にすると、第2フレーム(520)には、6つの開口(520a,520b,520c,520d,520e,520f)が形成され得、6つの開口(520a,520b,520c,520d,520e,520f)のうち3つの開口(520b,520d,520e)は、第1バスバー(522,524)に形成された開口(522b,524d,524e)と対応する位置に形成され得る。同様に、第3フレーム(530)には、6つの開口(530a,530b,530c,530d,530e,530f)が形成され得、6つの開口(530a,530b,530c,530d,530e,530f)のうち3つの開口(530b,530c,530e)は、第2バスバー(532,534)に形成された開口(534b,534c,532e)と対応する位置に形成され得る。
以下、図23〜図25を参考にし、一実施例によるフレーム組立体(1)とバッテリセル(C)が結合する過程を説明する。
図23は一実施例によるフレーム組立体(500)とバッテリセル(C)が分解された構成を示した分解斜視図であり、図24は一実施例によるフレーム組立体(500)とバッテリセル(C)が結合する過程の中間状態を示した斜視図である。また、図25は一実施例によるフレーム組立体(500)とバッテリセル(C)が結合した構成を示した斜視図である。
バッテリセル(C)は、セルボディ(C1)、セルボディ(C1)の(+)タブ(T1)及びセルボディ(C1)の(−)タブ(T2)を含み得る。(+)タブ(T1)及び(−)タブ(T2)は導電性であり柔軟な材質で変形可能な(flexible)タブ端子であってもよい。図23に示された複数のバッテリセル(C)は2つのバッテリセルの同極端子が直接連結された6つのバッテリグループで構成されている。
フレーム組立体(500)と連結される前の状態では、バッテリセル(C)の(+)及び(−)タブ(T1,T2)がまっすぐに広げられている形態に形成され得る。図23及び24を参考にすれば、積層されたバッテリセル(C)の両側縁部に位置した(+)タブ(T1)は、第2フレーム(520)に形成された開口(520a,520b,520e,520f)を通過し、中央に配置された(−)タブ(T2)は、第2フレーム(520)に形成された開口(520c,520d)を通過するように構成され得る。このような広げられているタブ(T1,T2)はバスバー(522,524)に形成された開口(522b,524d,524e)を通過できる。同様に、第3フレーム(530)とバスバー(532,534)が結合する面も第2フレーム及びバスバー(522,524)に対するタブ(T1,T2)の通過方式と類似の方式でタブ(T1,T2)が通過することができる。
図24を参考にすれば、フレーム組立体(500)の第2及び第3フレーム(520,530)はバッテリセル(C)の外側に広がりながらバッテリセル(C)上に被せられることができる。以後、広がった第2及び第3フレーム(520,530)を矢印(R)方向に沿って再度すぼめながらバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)を第2フレームに形成された開口(520a,520b,520c,520d,520e,520f)とバスバー(522,524)に形成された開口(522b,524d,524e)を通過させる。次に、タブ(T1,T2)の一面が第1バスバー(522,524)の前面と接するように曲げる。最後に、タブ(T1,T2)の他面上に接合工法を適用し、タブ(T1,T2)をバスバー(522,524)と電気的に接合連結させる。第3フレーム(530)上に配置された第2バスバー(532,534)及びバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)の接合方式は、第2フレーム(520)上に配置されたバスバー(522,524)への接合方式と類似の方式で実行され得る。
図26は図25に示されたバッテリモジュール(M2)の第1バスバー(522,524)部分を拡大した斜視図であり、図27は図25に示されたバッテリモジュール(M2)で図26に示された第1バスバー(522,524)部分と反対側の第2バスバー(532,534)部分を拡大した斜視図である。
図26を参考にすれば、複数のバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)のうち左側の(+)タブ(T1)はバスバー(522)に直接接合され、右側の(+)タブ(T1)及び中央の(−)タブ(T2)はバスバー(524)に直接接合される。このような構成を通じて、中央の(−)タブ(T2)及び右側の(+)タブ(T1)が電気的に連結される。同様に、図27を参考にすれば、複数のバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)のうち左側の(−)タブ(T2)はバスバー(532)に直接接合され、右側の(−)タブ(T2)及び中央の(+)タブ(T1)はバスバー(534)に直接接合される。このような構成を通じて、中央の(+)タブ(T2)及び右側の(−)タブ(T1)が電気的に連結される。これにより、図23に示された6つのバッテリグループのうち、隣接した2つのバッテリグループは互いに並列に連結され、並列に連結された2つのバッテリグループの3つのセットは互いに直列に連結され得る。このような方式は、それぞれのバッテリセル(C)を一列に連結する方式に比べ、第1及び第2バスバー(522,524,532,534)を用いてタブ間の接合工程を半分以上減少させることができる。また、バスバーによってセル(C)パッケージが互いに直列に連結されるので、バスバーを用いて車両の種類に応じて電池容量及び出力電圧を制約なしに構成可能である。
図28は、第10実施例による第1フレーム(510)と軟性回路基板(600)が組み立てられた構成を示した斜視図であり、図29は図28に示された第1フレーム(510)と軟性回路基板(600)が分解された構成を示した斜視図である。
軟性回路基板(600)の中間部(630)は、第1フレーム(510)に形成された経路溝(512)に安着され得る。第1フレーム(510)には、軟性回路基板(600)の分離を防止するための構造が提供され得、第1フレーム(510)には、経路溝(512)に沿って配置された複数のリブ(514)が形成され得る。即ち、リブ(514)は中間部(630)と第1フレーム(510)間の離隔を防止できる。また、リブ(514)は、第1フレーム(510)の長手方向に沿ってジグザグ形態で配置され得る。
図28及び29で、中間部(630)が経路溝(512)に安着された後には、中間部(630)の一部がリブ(514)と経路溝(512)の底間に配置されるので、軟性回路基板(600)と第1フレーム(510)の離隔が防止され得る。また、中間部(630)を固定するための両面テープのような固定手段が必要でなくなるので、組立性が改善され得る。また、軟性回路基板(600)が第1フレーム(510)と結合する過程で折られる現象を改善できる。また、軟性回路基板(600)が浮き上がる場合を防止できるので、図21に示された筐体(503)とフレーム組立体(500)の組立過程において軟性回路基板(600)と筐体(503)間の干渉を防止できる。
図30は、第11実施例によるフレーム組立体(500)に軟性回路基板カバー(550)が設けられるための構成を示した分解斜視図である。
バッテリモジュール(M2)の組立過程で第1フレーム(510)上に軟性回路基板(600)の中間部(630)が結合した後、中間部(630)上に軟性回路基板カバー(550)が配置され得る。このような構成下で、軟性回路基板(600)が第1フレーム(510)から離隔される現象を防止でき、突出防止用テープを用いる必要がなく、バッテリモジュール(M2)の移送または組立過程において軟性回路基板(600)が折られる問題を解決できる。これに加え、軟性回路基板(600)が軟性回路基板カバー(550)内に配置されるので、図21に示された筐体(503)とフレーム組立体(500)の組立過程において軟性回路基板(600)の中間部(630)と筐体(503)間の干渉を防止できる。
図31は、第12実施例に第1バスバー(522,524)とモジュールカバー(502)間に絶縁カバー(541)が設けられた様子を示した分解斜視図である。
第1バスバー(522,524)はバッテリセル(C)と直接連結されるため、第1バスバー(522,524)及びバッテリセル(C)のタブ(T1,T2)と金属材質のモジュールカバー(502)が接触するようになる場合、ショート現象が発生し得る。このような現象は図31に示された部分と、反対側に配置された第2バスバー(532,534)とバッテリセル(C)の端子に対しても発生し得る。図21を参考にすれば、第2フレーム(520)に結合した複数の第1バスバー(522,524)とモジュールカバー(502)間に第1絶縁カバー(541)が配置され、第3フレーム(530)に結合した複数の第2バスバー(532,534)とモジュールカバー(502)間に第2絶縁カバー(542)が配置され得る。第1絶縁カバー(541)及び第2絶縁カバー(542)は非導電性合成樹脂材質で構成され得る。
第1及び第2絶縁カバー(541,542)は、第1及び第2バスバー(522,524,532,534)とモジュールカバー(502)間を絶縁させてショート発生を防止できるように構成され得る。第1及び第2絶縁カバー(541,542)は、第1及び第2バスバー(522,524,532,534)とモジュールカバー(502)間に配置されるので、第1及び第2バスバー(522,524,532,534)及びタブ(T1,T2)とモジュールカバー(502)の直接的な接触を遮断し、ショート現象を防止できる。
図32は、第13実施例によるフレーム(501)の構造を示した斜視図であり、図33は図32に示されたフレーム(501)に適用されるヒンジ構造(H)を拡大した斜視図であり、図34は図33に示されたヒンジ構造(H)をIV‐IV方向に切断した断面を示した断面図である。
第2及び第3フレーム(520,530)は、第1フレーム(510)に対してヒンジ構造(H)によって回転可能に固定され得る。ヒンジ構造(H)は、第2フレーム(520)に形成されたフック(525)、及び第1フレーム(510)の一端に形成されてフック(525)がかかるための軸(518)を含み得る。このような軸(518)は、第1フレーム(510)の他端に形成され得、フック(525)は、第3フレーム(530)に形成され得る。
ヒンジ構造(H)は、軸(518)とフック(525)の結合構造の剛性を補強して第1〜第3フレーム(510,520,530)間の離脱及びヒンジ構造の破損問題を解決できる。一実施例において、第2及び第3フレーム(520,530)は、第1フレーム(510)と平行な水準まで回転する必要がない。また、図34に点線で示した通り概ね第1フレーム(510)と45゜の角度をなす程の回転が必要なので、フック(525)が軸(518)を完全には取り囲めない。従って、フック(525)は軸(518)の3/4程度のみ取り囲むように形成され得、残りの部分は開放され得る。このような構造では、第2及び第3フレーム(520,530)が第1フレーム(510)に対して回転してもフック(525)に無理な力が加えられないので、フック(525)の剛性が補強され得、フック(525)の破損が防止され得る。
図35〜38を参考にすれば、バッテリセルの温度を測定する温度センサとバッテリセルの間の接触性を向上させることができる構造が提供される。
図35は、第14実施例による軟性回路基板(600)の温度センサ部(640)と第1フレーム(510)の押圧部材(516)の構造を示すための斜視図であり、図36は図35に示された温度センサ部(640)と押圧部材(516)をV‐V方向に切断した構成を示した断面図であり、図37は図35の第1フレーム(510)と軟性回路基板(600)が結合した場合の内部構造を示した斜視図である。
図35及び36を参照すれば、第1フレーム(510)には、複数のバッテリセルの方向に突出している押圧部材(516)が形成され得る。また、軟性回路基板(600)の温度センサ部(640)は、第1フレーム(510)を貫通するように構成され、バッテリセル(C)の温度を測定するための温度センサ(650)を含み得る。図37を参考にすれば、押圧部材(516)は、このような温度センサ部(640)をバッテリセル(C)側に向かって曲がるように持続的にテンションを加えるため、寸法偏差があっても温度センサ部(640)がバッテリセル(C)から離隔される現象を防止できる。従って、温度センサ(650)がバッテリセル(C)と接触状態を常に維持するため、常時バッテリセル(C)の温度を測定できる。
図38は、第15実施例による第1フレーム(510)の下側面にフォームパッド(517)が付着した構造を示した斜視図である。
一実施例において、第1フレーム(510)には、温度センサ部(640)がバッテリセル(C)側に向かって曲がるようにフォームパッド(517)が提供され得る。例えば、フォームパッド(517)は弾性がある素材で構成され得、第1フレーム(510)とバッテリセルの間で圧縮されながら温度センサ部(640)をバッテリセル側に加圧するようになり、温度センサ部(640)とバッテリセルの間の接触性を向上させる。フォームパッド(517)を備える場合、長期間使用時にもバッテリにダメージ発生を最小化でき、材料費及び工数を節減できる。
図39は、第16実施例によるフレーム組立体の製造方法(S1300)を示した順序図である。
フレーム組立体の製造方法(S1300)は複数のバスバーが結合した第2フレーム及び第3フレームを製造する段階(S1310)、第2及び第3フレームそれぞれを第1フレームの両側に回転可能に結合させる段階(S1320)、端子部及び複数の回路部を有する軟性回路基板を複数のバスバーに電気的に連結する段階(S1330)及び端子部にコネクタを結合させる段階(S1340)を含み得る。
図40は図39のフレーム組立体の製造方法(S1300)のうち「複数のバスバーが結合した第2及び第3フレームを製造する段階(S1310)」の細部過程を示した順序図であり、図41は図40の順序図を説明するために第1バスバー(522,524)と第2フレーム(520)が一体に射出される構成を説明するための斜視図である。
一実施例において、複数のバスバーが結合した第2フレーム及び第3フレームを製造する段階(S1310)は、複数のバスバーを金型内に配置させる段階(S1312)、複数のバスバーの位置を固定する段階(S1314)及び複数のバスバー上にインサートモールディングを射出させて複数のバスバーと一体に第2フレーム及び第3フレームそれぞれを形成する段階(S1316)を含み得る。図21を参考にすれば、フレーム組立体(500)において、第1バスバー(522,524)と第2フレーム(520)は一体に射出され、第2バスバー(532,534)と第3フレーム(530)は一体に射出され得る。
このような過程によると、フレーム(520)とバスバー(522,524)が一体に結合するので、バスバー(522,524)をフレーム(520)上に結合させるための熱融着工程のような別途の工程または結合手段が必要ではないので、設備投資額を節減し、工程節減により生産性が向上し、部品原価を節減できる。
一実施例において、バッテリセル上部でのレジン注入工程を削除して生産性を向上させることができるバッテリモジュールの製造方法が提供される。図42は、第17実施例によるバッテリモジュールの製造方法(S1400)を示した順序図であり、図43は図42のバッテリモジュールの製造方法(S1400)のうちレジン注入工程(S1450)を示すための斜視図である。以下では図21を参考にし、バッテリモジュールの製造方法(S1400)について説明する。
バッテリモジュールの製造方法(S1400)は、第1フレーム(510)、第1フレームの両側に回転可能に結合して複数のバスバーが一体に結合した第2及び第3フレーム(520,530)及び軟性回路基板(600)を含むフレーム組立体(500)を製造する段階(S1410)、第1フレーム(510)を複数のバッテリセル(C)の上面上に位置させ、第2フレーム(520)及び第3フレーム(530)が複数のバッテリセル(C)の側面を取り囲むように複数のバッテリセル(C)及びフレーム組立体(500)を配置する段階(S1420)、複数のバッテリセル(C)の端子を複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)に形成された開口(522b,524d,524e,532e,534c,534b)に通過させる段階(S1430)及び複数のバッテリセル(C)の端子それぞれの一面を複数の第1及び第2バスバー(522,524,532,534)にそれぞれ接合する段階(S1440)を含み得る。バッテリモジュールの製造方法(S1400)は、バッテリセルの位置を固定するためにバッテリセルの下側から上側方向へレジンを注入する段階(S1450)をさらに含み得る。
一実施例において、バッテリセル(C)とフレーム組立体(500)を結合させた状態で、バッテリモジュール(M2)で筐体(503)が組み立てられる前、バッテリセル(C)の位置を固定するためのレジンがバッテリセル(C)の下側から上側方向へ注入され得る。車両の運行過程で電池に大きい振動または衝撃が加えられる場合、バッテリセル(C)に注入されたレジンがバッテリセル(C)の位置を拘束させることができるので、外部衝撃に対してバッテリセル(C)を保護することができる。
バッテリモジュール(M2)においてバッテリセル(C)の上部に絶縁構造の機構物、即ち、第1フレーム(510)が配置されるので、バッテリセル(C)の上側にレジンを注入する工程を削除できる。従って、レジンを1回のみ注入するようになるので、2回を注入する工程に比べてバッテリセル上部でのレジン注入工程を削除して生産性を向上させ、レジン注入時間及び硬化時間(例えば、約5分以上)を節減できる。
図44は、第18実施例によるバスバーアセンブリ(70)の構成を示した斜視図であり、図45は図44に示されたバスバーアセンブリ(70)の分解された様子を示した分解斜視図であり、図46は図44に示されたバスバーアセンブリ(70)をVI‐VI方向に切断した断面を示した断面図であり、図47は図44に示されたバスバーアセンブリ(70)の連結端子(800)を示した斜視図である。
図44〜図47を参照すれば、一実施例によるバスバーアセンブリ(70)はバスバー(710)、軟性回路基板(720)、連結端子(800)を含み得る。図3を参考にすると、バスバーアセンブリ(70)はフレーム(10)上に設けられてフレーム組立体(1)の一部を構成することができる。図3を参考にすると、バスバー(710)は、第2フレーム(120)または第3フレーム(130)に固定結合され得る。
軟性回路基板(720)はバッテリセルの電圧と温度をセンシングし、センシングした値をコネクタを介してBMSに伝達するように構成され得る。軟性回路基板(720)は十分に曲がるフレキシブルな特性を有しており、内部に構成された回路パターンにより各バッテリセルの電圧と温度に関する信号などを伝送できる。軟性回路基板(720)の一端はバスバー(710)と電気的に連結され、他端はBMS(BMS,battery management system)(図示せず)と電気的に連結され得る。一方、図3を参考にすると、軟性回路基板(720)の他端にはコネクタ(5)が装着されて軟性回路基板(720)はBMSと脱着可能に電気的に結合され得る。BMSは各バッテリセル(C)の充電と放電を管理する。例えば、BMSは充電モードで互いに異なる電圧レベルで放電された複数のバッテリセルを均一の電圧レベルを有するように充電する。
バスバー(710)と軟性回路基板(720)は連結端子(800)により互いに電気的に連結され得る。このために、連結端子(800)は伝導性金属で形成される。連結端子(800)は接合部(810)及び接合部(810)から延びた結合部(820)を含み得る。結合部(820)は接合部(810)から結合部(820)の端部に向かって幅が多少狭い金属板が延長形成された形態を有し得る。接合部(810)と結合部(820)は実際に製造する時に一体として形成され得る。
結合部(820)の一面(820a)には、突起(830)が形成され得る。他の実施例において、突起(830)は結合部(820)の他面(820b)に形成され得る。突起(830)は軟性回路基板(720)に連結端子(800)が固定結合するようにする。突起(830)はより堅固な固定力を提供するために、複数個で提供され得る。図45を参考にすれば、複数の突起(830)は互いに対向配列され得る。
連結端子(800)の結合部(820)は軟性回路基板(720)と重ね継ぎ(lap joint)結合され得る。具体的には、突起(830)は軟性回路基板(720)のうち予め設定される特定位置に貫通して軟性回路基板(720)と電気的に連結され得る。以後、突起(830)の貫通突出した部分は別途に設けられる圧着機構(図示せず)により圧着されて反り変形されながら連結端子(800)が軟性回路基板(720)から離脱しないように固定させることができる。
図45を参考にすると、突起(830)が貫通する軟性回路基板(720)の内部には銅などの伝導性金属を含み微細厚さを有する金属薄膜の形態の回路層が形成されて配置され得る。突起(830)は金属薄膜形態の回路層を貫通しながら回路層と接触し得る。これにより、連結端子(800)と軟性回路基板(720)は互いに電気的に連結され得る。
接合部(810)は結合部(820)の面積より多少大きい大きさの金属板で形成され得る。図46を参考にすれば、連結端子(800)の他面(800b)、例えば、接合部(810)の他面(810b)はバスバー(710)に隣接するように配置され得る。この時、連結端子の一面(800a)、例えば、接合部(810)の一面(810a)に接合工法(W)を適用することにより、連結端子(800)の他面(800b)、例えば、接合部(810)の他面(810b)はバスバー(710)の接合面(712a)に接合され得る。これにより、接合部(810)はバスバー(710)と固定結合され得る。
接合工法(W)として、例えば、レーザ溶接が適用され得る。レーザ溶接は連結端子(800)の接合面とバスバー(710)間の隙間の発生の可能性が低く、連結端子(800)の接合面の反り現象が稀であり他の溶接と比較すると接合信頼性が相当高い。このような、レーザ溶接は専用ジグを用いて平らな接合面にレーザを数個のポイント(Several point)に照射する方法でなされる。このような、レーザ溶接により連結端子(800)とバスバー(710)は互いに電気的に連結され得る。
バスバー(710)には、連結端子(800)が安着される安着部(712)が形成され得る。安着部(712)は接合部(810)と対応する形状を有し得る。安着部(712)はバスバー(710)に対する連結端子(800)の配置位置を指定でき、バスバー(710)に連結端子(800)が安定的に配置されるようにすることができる。
他の実施例において、連結端子(800)がバスバー(710)に接合された状態で、連結端子(800)及び連結端子(800)周辺のバスバー(710)の一部をカバーするようにコンフォーマルコーティング処理され得る。コンフォーマルコーティング処理する過程は、図14及び15に示された構成を参考にすると、まず連結端子(800)をバスバー(710)に接合させた後、安着部(712)の領域にコーティング物質を塗布できる。
上述した実施例によると、連結端子(800)の一面(800a)に形成される突起(830)が軟性回路基板(720)に貫通した後圧着される工程により連結端子(800)と軟性回路基板(720)を堅固に固定結合させることができる。また、連結端子(800)の他面(800b)はレーザ溶接によりバスバー(710)に堅固に固定結合され得る。
図48は、第19実施例によるバスバーアセンブリ(75)の構成を示した斜視図である。バスバーアセンブリ(75)は図44に示されたバスバーアセンブリ(70)の構造が拡張された形態で適用され得る。
一実施例において、バスバー(711,713)及び連結端子(801,802)は、それぞれ一対で提供され得る。軟性回路基板(720)は、軟性回路基板(720)の端部から二股に分岐した一対の連結回路部(721,722)を含み得る。連結回路部(721,722)は一対の連結端子(801,802)それぞれが結合され得る。一対の連結端子(801,802)の一面(801a,802a)に接合工法を適用することにより連結端子(801,802)の他面(801b,802b)は一対のバスバー(711,713)に接合され得る。これを通じて、一対の連結回路部(721,722)それぞれは、一対の連結端子(801,802)を通じて一対のバスバー(711,713)と電気的に連結されるように構成され得る。
図5を参考にすると、第2フレーム(120)の外側面には一対の第1バスバー(121,122)が固定されて結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(711,713)に対応し得る。また、図5を参考にすると、一対の第1バスバー(121,122)には、第1a及び第1b接合部(211,212)が結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(711,713)に一対の連結端子(801,802)がそれぞれ接合される構成に対応し得る。従って、一対の連結回路部(721,722)は一対の連結端子(801,802)により一対のバスバー(711,713)とそれぞれ電気的に連結され得る。
図49は、第20実施例によるバスバーアセンブリ(90)の構成を示した斜視図であり、図50は図49に示されたバスバーアセンブリ(90)の分解された様子を示した分解斜視図であり、図51は図49に示されたバスバーアセンブリ(90)をVII‐VII方向に切断した断面を示した断面図であり、図52は図49に示されたバスバーアセンブリ(90)の連結端子を示した斜視図である。
図49〜図52を参照すれば、一実施例によるバスバーアセンブリ(90)はバスバー(910)、軟性回路基板(920)、連結端子(1000)、及び結合部材(930)を含み得る。図3を参考にすると、バスバーアセンブリ(90)はフレーム(10)上に設けられてフレーム組立体(1)の一部を構成することができる。図3を参考にすると、バスバー(910)は、第2フレーム(120)または第3フレーム(130)に固定結合され得る。また、軟性回路基板(920)はバッテリセルの電圧と温度をセンシングし、センシングした値をコネクタを介してBMSに伝達するように構成され得る。
バスバー(910)と軟性回路基板(920)は連結端子(1000)により互いに電気的に連結され得る。連結端子(1000)は伝導性金属で形成され得る。連結端子(1000)は結合部材が貫通してバスバー(910)に接触するように構成された接触部(1020)及び接触部(1020)から延びる結合部(1010)を含み得る。接触部(1020)及び結合部(1010)は実際に製造する時に一体として形成され得る。
結合部(1010)は接触部(1020)から結合部(1010)の端部に至るまで幅が多少狭い金属板で形成され得る。また、結合部(1010)には、突起(1110)が形成され得る。突起(1110)は軟性回路基板(920)に連結端子(1000)が固定結合するようにすることができる。この時、突起(1110)はより堅固な固定力を提供するために対向配列されるように複数個で提供され得る。
連結端子(1000)の結合部(1010)は軟性回路基板(920)と重ね継ぎ結合され得る。突起(1110)は軟性回路基板(920)のうち予め設定される特定位置に貫通して軟性回路基板(920)と電気的に連結され得る。突起(1110)の貫通突出した部分は別途に設けられる圧着機構(図示せず)により圧着されて反り変形されながら連結端子(1000)が軟性回路基板(920)から離脱しないように固定させる。
突起(1110)が貫通する軟性回路基板(920)の内部には銅などの伝導性金属を含み微細厚さを有する金属薄膜の回路層が形成及び配置され得る。これにより、突起(1110)は回路層を貫通しながら回路層と接触することができ、連結端子(1000)と軟性回路基板(920)は互いに電気的に連結され得る。
連結端子(1000)の接触部(1020)は結合部材(930)によりバスバー(910)に固定結合され得る。接触部(1020)は、結合部材(930)が貫通するリング部(1030)を含み得る。図50を参考にすれば、バスバー(910)には、結合部材(930)が貫通する結合ホール(911)が形成され得る。結合ホール(911)は、バスバー(910)の所定の位置にタッピング(tapping)する過程によって生成され得る。また、リング部(1030)には、リングホール(1030a)が形成され得る。
結合部材(930)によって連結端子(1000)をバスバー(910)に結合させる過程は次の通りである。まず、バスバー(910)の結合ホール(911)とリング部(1030)のリングホール(1030a)が連通するように、連結端子(1000)をバスバー(910)上に配置させる。次に、結合部材(930)がリングホール(1030a)を貫通して結合ホール(911)を貫通することによって、連結端子(1000)がバスバー(910)に固定結合され得る。この過程で、連結端子(1000)の一面(1000a)の部分は結合部材(930)と接触し、連結端子(1000)の他面(1000b)はバスバー(910)に接触し得る。
一実施例において、結合部材(930)は伝導性金属で形成されるスクリュボルトで構成され得る。この場合、スクリュボルトのヘッド下面は連結端子(1000)の一面(1000a)の部分、即ち、リング部(1030)と接触し、連結端子(1000)とスクリュボルトは電気的に連結され得る。また、スクリュボルトのネジ山部は、ネジ山部がバスバー(910)の結合ホール(911)に貫通する時にバスバー(910)と接触して電気的に連結され得る。これにより、連結端子(1000)とバスバー(910)は伝導体である結合部材(930)を媒介として電気的に連結され得る。
図50を参考にすれば、バスバー(910)には、連結端子(1000)が安着される安着部(912)が形成され得る。安着部(912)はバスバー(910)に対する連結端子(1000)の配置位置を指示でき、バスバー(910)に連結端子(1000)が安定的に配置されるようにすることができる。
図53は、第21実施例によるバスバーアセンブリ(95)の構成を示した斜視図である。バスバーアセンブリ(95)は図49に示されたバスバーアセンブリ(90)の構造が拡張された形態で適用され得る。
一実施例において、バスバー(913,914)、連結端子(1001,1002)、及び結合部材(931,932)は、それぞれ一対で提供され得る。軟性回路基板(920)は、軟性回路基板(920)の端部から二股に分岐して形成された一対の連結回路部(921,922)を含み得る。一対の連結回路部(921,922)には、一対の連結端子(1001,1002)のそれぞれが結合され得る。一対の連結回路部(921,922)それぞれは、一対の結合部材(931,932)それぞれにより貫通する一対の連結端子(1001,1002)を通じて一対のバスバー(913,914)と電気的に連結されるように構成され得る。
一対の連結端子(1001,1002)は一対の連結回路部(921,922)をそれぞれ貫通する一対の突起(1111,1112)を含み得る。また、一対の連結端子(1001,1002)は一対の結合部材(931,932)のそれぞれが貫通するリング部(1031,1032)を含み得る。
図5を参考にすると、第2フレーム(120)の外側面には一対の第1バスバー(121,122)が固定されて結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(913,914)に対応し得る。また、図5を参考にすると、一対の第1バスバー(121,122)には、第1a及び第1b接合部(211,212)が結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(913,914)に一対の連結端子(1001,1002)が一対の締結部材(931,932)によりそれぞれ結合する構成に対応し得る。従って、一対の連結回路部(921,922)は一対の連結端子(1001,1002)により一対のバスバー(913,914)とそれぞれ電気的に連結され得る。
図54は、第22実施例によるバスバーアセンブリ(1400)の構成を示した斜視図であり、図55は図54に示されたバスバーアセンブリ(1400)の分解された様子を示した分解斜視図であり、図56は図54に示されたバスバーアセンブリ(1400)をVIII‐VIII方向に切断した断面図である。
図54〜図56を参照すれば、バスバーアセンブリ(1400)はバスバー(1410)、軟性回路基板(1420)、結合部材(1430)などを含み得る。図3を参考にすると、バスバーアセンブリ(1400)はフレーム(10)上に設けられてフレーム組立体(1)の一部を構成することができる。図3を参考にすると、バスバー(1410)は、第2フレーム(120)または第3フレーム(130)に固定結合され得る。
バスバー(1410)には、第1ホール(1411)が形成され得る。第1ホール(1411)は複数で提供され、複数の第1ホール(1411)は一列に配列され得る。他の実施例において、複数の第1ホール(1411)は2列で配列され得、各列には少なくとも1つのホールが配置され得る。
軟性回路基板(1420)はバッテリセルの電圧と温度をセンシングし、センシングした値をコネクタを介してBMSに伝達するように構成され得る。軟性回路基板(1420)は内部に構成された回路パターンにより各バッテリセルの電圧と温度に関する信号などを伝送できる。軟性回路基板(1420)の一端はバスバー(1410)と電気的に連結され、他端はBMSと電気的に連結され得る。また、軟性回路基板(1420)の他端にはコネクタが装着されて軟性回路基板(1420)はBMSと脱着可能に電気的に結合され得る。
軟性回路基板(1420)には、第1ホール(1411)に対応する第2ホール(1421)が形成され得る。第1及び第2ホール(1411,1421)は、それぞれ一対で提供され得る。一対の第1ホール(1411)は一定の間隔で離隔され、一対の第2ホール(1421)は、上記一定の間隔と同一の間隔で離隔され得る。このような構成によれば、バスバー(1410)と軟性回路基板(1420)間の締結部位が最小限の締結により軸回動されるのを防止できる。
図56を参考にすれば、軟性回路基板(1420)は、第1及び第2ホール(1411,1421)を通じて露出する伝導性金属からなる回路層(1425)を含み得る。回路層(1425)は銅などの伝導性金属が微細厚さを有する金属薄膜の形態に形成され得る。回路層(1425)の一面には、第1絶縁層(1424)が付着され、回路層(1425)の他面には、第2絶縁層(1426)が付着され得る。
結合部材(1430)は伝導性金属で形成され得る。結合部材(1430)は、第1ホール(1411)及び第2ホール(1421)をそれぞれ貫通し、軟性回路基板(1420)をバスバー(1410)に固定するように構成され得る。この過程で、結合部材(1430)は回路層(1425)と接触して軟性回路基板(1420)と電気的に連結され得る。また、結合部材(1430)は、第1ホール(1411)の内径またはその周辺に接触してバスバー(1410)と電気的に連結され得る。これにより、軟性回路基板(1420)とバスバー(1410)は結合部材(1430)により互いに電気的に連結され得る。
軟性回路基板(1420)は、軟性回路基板(1420)の第2ホール(1421)がバスバー(1410)の第1ホール(1411)と連通するようにバスバー(1410)上に配置され得る。結合部材(1430)は連通する第2ホール及び第1ホール(1421,1411)を貫通して軟性回路基板(1420)とバスバー(1410)を重ね継ぎ結合させるように構成され得る。即ち、軟性回路基板(1420)の端部のうち一部がバスバー(1410)の上面に配置されながら部分的に重なる面が発生し得る。
一実施例によると、結合部材(1430)はリベットとなり得る。リベットはヘッド部(1433)及びリベット作業により変形される変形部(1434)を含み得る。リベット結合は永久的な結束力を提供できる。リベット結合は厚さが薄い部材間の接合に有用に用いられ得る。リベット結合は溶接結合による材質変化や熱による捩れ、溶接部位に発生する亀裂などの問題を解決できる。また、リベット結合はボルト結合後その結合部位に伝達される振動などによる緩み現象の問題を解決できる。これにより、バスバー(1410)と軟性回路基板(1420)間の連結部位に対する結合信頼性が向上し得る。
バスバー(1410)には、軟性回路基板(1420)と重ね継ぎ結合する部位に安着部(1412)が形成され得る。安着部(1412)には、第1ホール(1411)が形成され得る。安着部(1412)はバスバー(1410)に対する軟性回路基板(1420)の配置位置を指示し、バスバー(1410)に軟性回路基板(1420)が安定的に配置されるようにすることができる。
図57は、第23実施例によるバスバーアセンブリ(1450)の構成を示した斜視図である。バスバーアセンブリ(1450)は図54に示されたバスバーアセンブリ(1400)の構造が拡張された形態で適用され得る。
バスバー(1414,1415)及び結合部材(1431,1432)は、それぞれ一対で提供され得る。軟性回路基板(1420)は軟性回路基板の端部から二股に分岐した一対の連結回路部(1422,1423)を含み得る。一対の連結回路部(1422,1423)それぞれは、一対の結合部材(1431,1432)を通じて一対のバスバー(1414,1415)と電気的に連結されるように構成され得る。一対の連結回路部(1422,1423)それぞれは、第2ホールが形成され、第2ホールを介して露出する伝導性金属からなる回路層を含み得る。一対の結合部材(1431,1432)はバスバー(1414,1415)及び連結回路部(1422,1423)の回路層と同時に接触するように構成され得る。
図5を参考にすると、第2フレーム(120)の外側面には一対の第1バスバー(121,122)が固定されて結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(1414,1415)に対応し得る。また、図5を参考にすると、一対の第1バスバー(121,122)には、第1a及び第1b接合部(211,212)が結合され得、これは本実施例の一対のバスバー(1414,1415)に一対の連結回路部(1422,1423)がそれぞれ接合される構成に対応し得る。また、図48を参考にすれば、一対の連結回路部(721,722)は一対の連結端子(801,802)により一対のバスバー(711,713)とそれぞれ電気的に連結され得る。
図19、図20、図39、図40、及び図42に示されたフローチャートでプロセス段階、方法段階、アルゴリズムなどが段階的な順序で説明されたが、そのようなプロセス、方法及びアルゴリズムは任意の適した順序で作動するように構成され得る。言い換えれば、本開示の多様な実施例で説明されるプロセス、方法及びアルゴリズムの段階が本開示で記述された順序で行われる必要はない。また、一部の段階が非同時的に行われるものとして説明されても、他の実施例では、このような一部の段階が同時に行われ得る。また、図面での描写によるプロセスの例示は例示されたプロセスがそれに関する他の変化及び修正を除くことを意味せず、例示されたプロセスまたはその段階のうち任意のものが本開示の多様な実施例のうち1つ以上に必須であることを意味せず、例示されたプロセスが好ましいということを意味しない。
以上、一部の実施例と添付の図面に示された例によって本開示の技術的思想が説明されたが、本開示が属する技術分野で通常の知識を有する者が理解することができる本開示の技術的思想及び範囲を逸脱しない範囲で多様な置換、変形及び変更がなされるという点を知らなければならない。また、そのような置換、変形及び変更は添付の請求の範囲内に属すると考えられるべきである。