KR100908568B1 - 균일 분배형 접속부재 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 둘 또는 그 이상의 디바이스들을 하나의 외부회로에 연결하기 위한 접속부재로서, 외부회로의 접속점과 연결되는 제 1 접속회로; 및 상기 외부회로 접속점을 기준으로 디바이스 접속 위치의 거리 증가에 따라, 단면적이 증가하거나 및/또는 제 1 접속회로로부터의 길이가 감소하며, 제 1 접속회로에 순차적으로 연결되어 있는 제 2 접속회로; 로 구성되어 있어서, 상기 외부회로 접속점을 기준으로 디바이스 접속점들 간의 내부 저항이 균일하도록 구성되어 있는 균일 분배형 접속부재 및 이를 포함하는 중대형 전지팩을 제공한다.
본 발명에 따른 균일 분배형 접속부재는 회로의 내부 저항 차이를 감소시켜 전지팩 전체의 수명을 높이고, 전지모듈 또는 전지셀의 균일한 충방전 성능을 획득할 수 있으므로, 최적화된 성능의 전지모듈 및 이를 포함한 중대형 전지팩의 제조를 가능하게 한다.

Description

균일 분배형 접속부재 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 {Equal Distribution-typed Connecting Member, and Middle or Large-sized Battery Pack Employed with the Same}
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 균일 분배형 접속부재의 구조에 대한 개념도이다;
도 2는 도 1의 접속부재의 하나의 실시예에 따른 제조방법의 개념도이다;
도 3은 도 2에서와 같은 방법으로 제조된 접속부재를 필요에 따라 절취하여 사용하는 개념도이다.
본 발명은 균일 분배형 접속부재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 둘 또는 그 이상의 디바이스들을 하나의 외부회로에 연결하기 위한 접속부재로서, 상기 외부회로의 접속점을 기준으로 디바이스 접속점들 간의 내부 저항이 균일하도록 구성되어 있는 버스 바 및 이를 포함하는 중대형 전지팩에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들이 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 단위전지들을 사용함에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.
전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 충방전 전원으로 사용되는 중대형 전지팩은 다수의 전지모듈들을 직렬/병렬 방식에 의해 전기적으로 연결하고 또한 기계적으로 체결함으로써 제조된다. 따라서, 전지모듈들 간의 전기적 접속에 와이어, 구리 플레이트, 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 플렉서블 인쇄회로기판(Flexible-PCB) 등 다양한 종류의 버스 바들이 사용되고 있다.
그러나, 다수의 전지모듈들을 접속시키는 전지팩의 구조적 특성상, 외부회로의 접속 위치를 기준으로 각 전지모듈의 위치는 거리상으로 차이를 가지게 된다. 즉, 외부회로의 접속 위치를 기준으로, 각 전지모듈의 접속 위치에서 버스 바의 불가피한 길이 차이에 따른 내부 저항 차이가 유발되며, 이로 인해, 충전 및/또는 방전 과정에서 고전류가 흐를 경우, 각 전지모듈 간 전류의 차이가 유발된다.
전기자동차 등에 사용되는 중대형 전지팩은 상당히 오랜 기간의 수명이 요구되고 고온 고압의 전류가 흐르므로, 내부 저항의 작은 차이로 인해 초래된 작동 조건의 차이는, 특정 전지모듈의 열화(구체적으로, 전지모듈을 구성하는 전지셀의 열 화 등)를 촉진하여, 궁극적으로 전지팩 전체의 수명 저하를 초래한다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 일부 연구들이 수행된 바 있다. 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2003-346772호는 전지셀 내부의 양극 및 음극 전극판과 전극판들을 집전하여 연결하는 부분 사이의 회로("연결회로")에서, 각 연결회로의 거리에 따라 길이 또는 두께를 변화시켜, 연결회로가 균일한 내부 저항을 가지도록 하는 구조를 개시하고 있다.
그러나, 내부 저항을 균일하게 하기 위해 연결회로의 길이 또는 두께를 상이하게 제조하는 방법은 길이에 따라 단면적 계산을 하여 연결회로 각각의 형상(길이 또는 두께)을 가지도록 연결회로를 설계하여 하므로, 복잡한 형상을 가지게 되어 제조방법이 어려워지고, 이에 따른 제조원가의 상승을 초래한다.
또한, 중대형 전지팩의 구성시, 전지모듈들의 위치 변화에 따라, 내부 저항을 균일하게 할 수 있도록 정밀하게 계산된 각각 다른 연결회로들을 제조하여야 하는 문제점도 존재한다. 더욱이, 회로의 내부 저항은 온도에 의해서도 달라지는 바, 상기와 같이 길이 또는 두께가 기설정된 연결회로의 내부 저항은 실제 작동 조건에서 온도 변화에 따라 달라질 수 있으므로, 이를 정확하게 예측하여 연결회로를 구성하는 것은 실제 적용에 있어서 한계가 있으며, 설계 변경에 의한 형상 변경이 자주 발생하므로 연결회로의 확장성 및 유연성도 매우 낮게 된다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 도선 또는 회로에 의한 내부 저항 차이를 감소시켜 최적화된 성능의 전지모듈 및 이를 포함한 중대형 전지팩을 제조할 수 있는 접속부재를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 접속부재는, 둘 또는 그 이상의 디바이스들을 하나의 외부회로에 연결하기 위한 접속부재로서,
외부회로의 접속점과 연결되는 제 1 접속회로; 및
상기 외부회로 접속점을 기준으로 디바이스 접속 위치의 거리 증가에 따라, 단면적이 증가하거나 및/또는 제 1 접속회로로부터의 길이가 감소하며, 제 1 접속회로에 순차적으로 연결되어 있는 제 2 접속회로;
로 구성되어 있어서,
상기 외부회로 접속점을 기준으로 디바이스 접속점들 간의 내부 저항이 균일한 구조로 이루어져 있다.
일반적으로, 버스 바는 디바이스들 간 전기적 접속을 수행하기 위하여 사용하는 접속부재로서, 구리 플레이트, 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 플렉서블 인쇄회로기판(Flexible-PCB) 등이 사용된다.
그러나, 종래의 접속부재를 사용하여 다수의 디바이스들을 접속시켜 연결회로를 구성하는 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 외부회로의 접속 위치를 기준으로 각 디바이스의 위치는 거리상으로 차이가 발생하게 되고, 거리 차이가 발생한 버스 바의 길이는 내부 저항의 차이를 유발하여, 디바이스 간에 미세한 전류 차이를 초래한다.
반면에, 본 발명에 따른 접속부재에서는, 외부회로의 접속점과 디바이스 접속점들 사이를 연결하기 위한 분배회로가 제 1 접속회로와 제 2 접속회로로 구성되고, 외부회로의 접속점과 연결하는 제 1 접속회로는 공용으로 사용하며, 제 1 접속회로와 디바이스 접속점들과 연결하는 제 2 접속회로는 단면적 및/또는 길이만을 변화시켜 제조되므로, 앞서 설명한 바와 같이 종래기술에 비해 원가 절감 및 디바이스가 필요로 하는 저항에 따른 유연성 또는 확장성을 향상시킬 수 있다.
또한, 외부회로의 접속점을 기준으로 각 디바이스 접속단자들과 전기적으로 연결한 접속이 균일한 내부 저항을 가지게 되어, 전류 차이가 전혀 발생하지 않게 된다.
균일한 내부 저항의 설정을 위해 제 2 접속회로의 단면적을 증가시키는 경우, 상기 단면적은 폭, 두께 또는 폭과 두께의 증가에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 접속부재에서 상기 제 1 접속회로는 바람직하게는 동일한 폭과 두께를 가지고 외부회로의 접속점과 연결되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 접속회로 및 제 2 접속회로는, 예를 들어, 각각 독립적으로 금속 플레이트, 와이어, 버스 바, 플렉서블 버스 바, 또는 기판에 인쇄된 회로로 구성될 수 있다. 일 예로, 제 1 접속회로 및 제 2 접속회로는 각각 기판에 인쇄된 회로로서, 이러한 제 1 접속회로 및 제 2 접속회로는 하나의 기판상에 형성되어 있는 구조로서, 전지모듈을 제조하는 데 있어서 장착 및 탈리가 용이하여 생산성과 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 접속회로 및 제 2 접속회로는 도전성 소재라면 특별히 제한되지는 않으며, 하나의 바람직한 예에서, 금속 소재로 이루어질 수 있다. 일 예로, 금속 재질의 와이어 및 금속 플레이트 등으로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 금속 플레이트를 제 1 접속회로와 제 2 접속회로의 소재로 사용함으로써, 디바이스 배치 형상 및 위치를 고려한 저항값의 계산에 의해 기설정한 형상대로 재단하기 용이하다.
이러한 금속 플레이트로 제조된 제 1 접속회로 및 제 2 접속회로는 하나의 금속판을 재단하여 동시에 제조할 수 있으므로, 재료의 절감 및 작업의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 제 2 접속회로의 금속 플레이트는 제 1 접속회로의 금속 플레이트와 동일한 두께를 가지며, 외부회로 접속점을 기준으로 디바이스 접속 위치의 거리 증가에 따라 폭을 증가시키거나 및/또는 제 1 접속회로로부터의 길이를 감소시키도록 설계함으로써, 각각의 외부회로의 접속점과 디바이스 접속점들 사이에 균일한 내부 저항을 가지게 할 수 있다.
상기 접속회로들을 재단하는 경우, 제 1 접속회로 및 제 2 접속회로는 연결된 상태로 재단할 수도 있고, 또는 분리된 상태로 재단한 후, 용접 또는 솔더링을 행하거나, 도전성 접속부재의 단부에 관통구를 형성하여 각각의 접속회로들을 볼팅함으로써, 전기적 접속을 이룰 수도 있다.
상기 디바이스들은 전기적 연결이 요구되는 구조라면 그것의 종류가 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 충방전이 가능한 이차전지 셀 또는 이차전지 셀들을 다수 개 포함하고 있는 전지모듈일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 접속부재를 사용하여 다수의 전지모듈들을 직렬 및/또는 병렬 방식으로 연결한 중대형 전지팩을 제작할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 접속부재를 사용하여 전기적 연결을 이룬 중대형 전지팩을 제공한다.
본 발명에 따른 중대형 전지팩은, 예를 들어, 전기자전거(E-bike), 전기오토바이, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 차량의 동력원, 기타 산업용 또는 가정용 기기 등 다양한 분야와 제품들의 전원으로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 전기자동차의 충방전 전원으로 사용될 수 있다.
본 발명의 중대형 전지팩은, 전지모듈들의 전기적 연결에 상기와 같은 균일 분배형 접속부재를 사용함으로써, 대전류의 조건에서도 전지모듈들 상호간의 전류차를 유발하지 않으므로, 장기간의 사용시 특정 전지모듈 또는 그것의 이차전지 셀이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 균일 분배형 접속부재의 구조에 대한 개념도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 접속부재(100)는 디바이스로서의 각각의 전지모듈들(M1, M2, M3, M4, M5)을 병렬 방식에 의해 전기적으로 연결하고 있다. 구체적으로, 접속부재(100)는, 외부회로 접속점(110)과 연결되는 제 1 접속회로(A0)와, 제 1 접속회로(A0)에 순차적으로 연결되고 각각의 전지모듈들(M1, M2, M3, M4, M5)과 접속되는 제 2 접속회로(A1, A2, A3, A3, A4, A5)로 구성되어 있다.
제 1 접속회로(A0)는 일정한 폭과 두께로 이루어져 있다.
반면에, 제 1 접속회로(A0)에 연결되는 제 2 접속회로들(A1, A2, A3, A3, A4, A5)은 제 1 접속회로(A0)로부터 동일한 길이(L1)와 두께로 연결되어 있지만, 외부회로 접속점(110)으로부터 전지모듈들(M1, M2, M3, M4, M5)의 전기적 연결 거리가 증가함에 따라, 그것의 폭이 순차적으로 증가하도록 구성됨으로써, 외부회로의 접속점(110)에 대해 디바이스 접속점들 사이에는 균일한 내부 저항을 가지게 된다.
도 1의 구조와는 달리, 제 2 접속회로들(A1, A2, A3, A3, A4, A5)의 폭과 두께를 동일하게 하고 길이가 순차적으로 감소하도록 구성할 수도 있으며, 또는 길이와 폭을 동일하게 두께가 순차적으로 증가하도록 구성할 수도 있다. 또는, 길이, 두께 및 폭 중 어느 한 요소만을 동일하게 하고 나머지 두 요소들을 변화시키는 구성도 가능함은 물론이다.
도 2에는 도 1의 접속부재를 제조하는 하나의 실시예에 따른 방법의 개념도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 각각의 디바이스의 저항 값을 계산하여 제 1 접속회로(A0)와 제 2 접속회로(A1, A2, A3, A3, A4, A5)들 각각의 단면적과 길이를 결정하여 하나의 금속 플레이트(10)에 제 1 접속회로(A0)와 제 2 접속회로(A1, A2, A3, A3, A4, A5)를 드로잉하고 소정의 절단부재(도시하지 않음)를 사용하여 드로잉 표시대로 재단한다. 재단 작업시 제 1 접속회로(A0)와 제 2 접속회로들(A1, A2, A3, A3, A4, A5)은 서로 연결된 상태로 한 번에 재단함으로써 제조의 생산성을 높일 수 있다.
접속부재를 제조하는 또 다른 하나의 방법으로는, 하나의 금속 플레이트(10)에 제 1 접속회로(A0)와 제 2 접속회로들(A1, A2, A3, A3, A4, A5)을 각각 드로잉 표시대로 별도로 재단한 후, 제 2 접속회로들(A1, A2, A3, A3, A4, A5)을 제 1 접속회로(A0)에 결합시켜 하나의 접속부재를 제조함으로써 설계 변경에 따른 형상변경에 대해 유연하게 대응이 가능하고 재사용이 가능하게 된다.
도 3에는 도 2에서와 같은 방법으로 제조된 접속부재를 필요에 따라 절취하여 사용하는 개념도가 도시되어 있다. 즉, 본 발명에 따른 접속부재는 규격화된 일정한 크기로 제조된 후, 디바이스의 수에 따라 유연하게 절취하여 사용할 수도 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 접속부재는 제 1 접속회로와 제 2 접속회로 두 개의 파트로 구성되어 있어서, 설계 변경에 대응한 유연성 및 확장성을 향상시킬 수 있고, 회로에 의한 내부 저항 차이를 감소시켜 고전류의 통전시에도 전류차가 발생하지 않게 된다. 따라서, 일 예로, 중대형 전지팩에 사용되는 경우, 전지모듈 또는 그것을 구성하는 전지셀의 열화를 방지하여 전지팩 전체의 수명을 높이고, 전지모듈 또는 전지셀의 균일한 충방전 성능을 획득할 수 있으므로, 최적화된 성능의 전지모듈 및 이를 포함한 중대형 전지팩을 용이하게 제조할 수 있다.

Claims (11)

  1. 둘 또는 그 이상의 디바이스들을 하나의 외부회로에 연결하기 위한 접속부재로서,
    외부회로 접속점과 연결되는 제 1 접속회로; 및 일단부에서 상기 제 1 접속회로에 접속하는 제 1 접속회로 연결부위와, 타단부에서 디바이스와 전기적으로 연결되는 디바이스 접속점을 각각 구비한 제 2 접속회로들;로 구성되어 있으며,
    상기 제 2 접속회로들은 제 1 접속회로에 순차적으로 연결되어 있고,
    상기 제 2 접속회로들 각각에서 디바이스 접속점은 제 1 접속회로 연결부위에 대해 대향측 단부에 위치하며,
    상기 제 2 접속회로들은 상기 외부회로 접속점을 기준으로 디바이스 접속점의 거리 증가에 따라, 단면적이 증가하거나 및/또는 제 1 접속회로로부터의 길이가 감소하는 것으로 구성되어 있고, 상기 디바이스들은 충방전이 가능한 전지셀, 또는 상기 전지셀들을 다수 개 포함하고 있는 전지모듈인 것을 특징으로 하는 접속부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단면적의 증가는 제 2 접속회로의 폭 및 두께 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 접속부재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 접속회로는 동일한 폭과 두께를 가진 것을 특징으로 하는 접속부재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 접속회로 및 제 2 접속회로는 각각 독립적으로 금속 플레이트, 와이어, 버스 바, 플렉서블 버스 바, 또는 기판에 인쇄된 회로인 것을 특징으로 하는 접속부재.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 접속회로 및 제 2 접속회로는 각각 기판에 인쇄된 회로로서 하나의 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 접속부재.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 접속회로 및 제 2 접속회로는 각각 금속 플레이트인 것을 특징으로 하는 접속부재.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 접속회로 및 제 2 접속회로는 하나의 금속판을 재단하여 동시에 제조하는 것을 특징으로 하는 접속부재.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 접속회로의 금속 플레이트는 제 1 접속회로의 금속 플레이트와 동일한 두께를 가지며, 외부회로 접속점을 기준으로 디바이스 접속점의 거리 증가에 따라 폭이 증가하거나 및/또는 길이가 감소하는 것을 특징으로 하는 접속부재.
  9. 삭제
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나에 따른 접속부재를 사용하여 전기적 연결을 이룬 중대형 전지팩.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전지팩은 고전류가 흐르는 전기자동차의 충방전 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
KR1020060102631A 2006-10-23 2006-10-23 균일 분배형 접속부재 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 KR100908568B1 (ko)

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