KR101723052B1 - 배터리 셀 단자의 연결 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조 - Google Patents

Abstract

가이드 슬릿이 적어도 하나 이상 형성되는 카트리지; 상기 카트리지 내에 체결되는 회로 기판; 상기 가이드 슬릿을 향해 상기 회로 기판에 배치되는 포크 터미널; 및 일단이 상기 회로 기판에 연결되어 배터리 신호를 외부로 전송하는 연성 회로 기판;을 포함하는 배터리 셀 단자의 연결 어셈블리를 제공한다.

Description

배터리 셀 단자의 연결 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조{COUPLING ASSEMBLY OF BATTERY CELL TERMINAL AND COUPLING STRUCTURE FOR MEASURING BATTERY OF THE SAME}

본 발명은 배터리 셀을 적층하고 이를 직렬 연결하여 고전압을 형성하는 자동차용 배터리에 있어, 배터리 전원을 모니터링하기 위한 각 배터리 셀 단자 사이를 연결하는 연결 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조에 관한 것이다.

도 1은 종래 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 공정 별로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 사용되는 와이어(200)에 압착되는 버스 바(210) 및 터미널(220)을 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 고전압을 제공하기 위해 복수 개의 배터리 셀(110)이 적층되는 타입의 자동차용 배터리는 각 배터리 셀(110)의 양 단에 노출되는 (+) 및 (-)단자를 전기적으로 연결시키기 위해 와이어(200), 버스 바(210)(bus bar) 등을 사용하였다. 이 때, 와이어(200)의 단부에는 버스 바(210) 또는 터미널(220)이 압착 결합되었다.

구체적으로, 배터리는 배터리 셀(110)을 안정적으로 적층시키기 위해 배터리 셀(110)이 안착될 수 있는 셀 플레이트를 포함한다. 이 때, 셀 플레이트에는 양 단을 가로지르는 끼움 홈(111)이 형성된다. 그러면, 끼움 홈(111)에 와이어(200)를 끼워 넣는다. 그 다음, 배터리 셀(110)을 셀 플레이트 상면에 배치시킨다. 그리고, 배터리 셀(110)의 (+) 및 (-)단자와 버스 바(210)를 전기적으로 연결시킨다. 이런 과정은 적층되는 배터리 셀(110)의 개수에 따라 반복적으로 진행된다.

그러나, 종래 버스 바(210) 타입은 와이어(200)에 대한 버스 바(210) 또는 터미널(220)의 압착 공정을 포함하고 있어 조립성 및 생산성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 배터리 셀(110)이 적층될 때마다 레이져 용접을 해야 하는 이유로 작업 효율성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 배터리 전원 측정을 위한 회로 기판에 터미널(220)을 체결하기 위한 체결 구조 예를 들어, 볼트 결합 구조가 더 필요한 문제점이 있었다.

또한, 와이어(200), 버스 바(210) 및 터미널(220)을 사용하면 부품 수의 증가로 인해 부품의 제조 및 개발 비용, 그리고 부품 관리 비용이 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

가. 생산성 향상 - 버스 바 타입보다 간결한 구조를 제공하고자 한다. 또한, 와이어에 대한 버스 바 또는 터미널의 압착 공정을 제외시키는 공정을 제공하고자 한다. 즉, 신규한 배터리 셀 단자의 연결 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 제공하고자 한다.

나. 개발비 절감 - 사용되는 부품 수의 감소를 통해 부품의 제조 및 개발 비용을 절감하고 그 관리 비용을 절감하고자 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 가이드 슬릿이 적어도 하나 이상 형성되는 카트리지; 상기 카트리지 내에 체결되는 회로 기판; 상기 가이드 슬릿을 향해 상기 회로 기판에 배치되는 포크 터미널; 및 일단이 상기 회로 기판에 연결되어 배터리 신호를 외부로 전송하는 연성 회로 기판;을 포함하는 배터리 셀 단자의 연결 어셈블리를 제공한다.

상기 가이드 슬릿은 상기 카트리지의 측면에 형성되는 돌출부;에 각각 형성될 수 있다.

상기 가이드 슬릿은 서로 평행하게 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다.

상기 카트리지는 플라스틱 사출로 형성될 수 있다.

상기 카트리지는 상기 가이드 슬릿이 형성되는 측면의 반대 측면에 상기 회로 기판을 덮는 커버;를 더 포함하며, 상기 커버는 힌지 구조에 의해 개폐될 수 있다.

상기 회로 기판에는 헤더 핀;이 더 형성되고, 상기 연성 회로 기판의 일단은 상기 헤더 핀에 연결되며, 상기 연성 회로 기판의 타단에는 커넥터 단자;가 연결될 수 있다.

제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 배터리 셀 단자 연결 어셈블리;를 포함하는 배터리 셀의 연결 구조로서, 상기 배터리 셀은 일 측에 (+)단자, 타 측에 (-)단자가 돌출 형성되되, 상기 (+) 및 (-)단자는 상하 교대되도록 복수 개가 적층되고, 상기 배터리 셀 단자 연결 어셈블리는 상기 배터리 셀의 양 측에 각각 결합되되, 상기 (+) 및 (-)단자가 밴딩되어 서로 이웃하는 것끼리 접합부를 형성하여 상기 배터리 셀을 직렬 연결시키며, 상기 접합부가 상기 가이드 슬릿에 각각 삽입되어 상기 포크 터미널에 끼움 결합되는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 제공한다.

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.

가. 생산성 향상 - 포크 터미널 및 가이드 슬릿을 갖는 카트리지를 통해 배터리 셀 단자의 각 접합부가 안정적으로 회로 기판에 전기적으로 연결될 수 있어 버스 바 타입보다 간결한 구조를 제공할 수 있다. 동시에, 와이어에 대한 버스 바 또는 터미널의 압착 공정이 제외될 수 있어 작업 효율성이 향상될 수 있다. 그 결과, 신규한 배터리 셀 단자의 연결 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 제공하고자 한다.

나. 개발비 절감 - 종래 와이어, 버스 바 및 터미널이 더 이상 불필요하여 사용되는 부품 수가 감소되며 이를 통해 부품의 제조 및 개발 비용을 절감하고 그 관리 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 공정 별로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 사용되는 와이어에 압착되는 버스 바 및 터미널을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 도시한 사시도
도 4는 도 3을 공정 별로 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 맨 마지막 도면에 대한 단면 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 단자의 연결 어셈블리에 대한 사시도.
도 7은 도 6의 A 부분에 대한 분해 사시도.
도 8은 회로 기판과 배터리 셀 단자가 연결되는 것을 도시한 측면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3을 공정 별로 도시한 사시도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조는 도 6의 배터리 셀(110) 단자의 연결 어셈블리를 포함한다.

여기서, 배터리 셀(110)은 셀 플레이트(112)에 각각 단일 개가 안착되며, 복수 개가 적층되어 고전압 배터리를 형성할 수 있다. 그리고, 배터리 셀(110)의 일 측에는 (+)단자가 돌출 형성되고, 타 측에는 (-)단자가 돌출 형성되는데 이 때, 각 단자는 미세 두께(일 실시예에 따르면, 0.3 mm)를 갖는다.

셀 플레이트(112)는 전술한 것처럼 복수 개가 순차적으로 적층되어 고전압을 형성하는데, 이를 위해 적층되는 각 배터리 셀(110)은 단자의 극성이 상하 서로 교대되도록 배치해야 한다. 이는, 배터리 셀(110)의 각 전압이 합산되어 전체 전압을 생성하는 배터리의 직렬 연결을 고려할 때 쉽게 이해할 수 있다.

즉, 맨 아래 (+) 및 (-)단자가 어느 일 방향을 향하도록 셀 플레이트(112)를 배치하면, 그 바로 위에는 (-) 및 (+)단자가 배치되도록 셀 플레이트(112)를 교대하여 배열해야 한다. 그리고, 동일 방법으로 셀 플레이트(112)를 적층하면 소정 설계 전압을 형성할 수 있다.

이 때, 상하 위치 관계를 갖는 인접하는 서로 다른 극성의 두 단자가 연결되며, 이 때 각 단자는 밴딩되어 접합부(115)를 형성하게 된다. 즉, 접합부(115)는 미세 두께를 갖는 두 단자가 일정 부분 중첩되어 면 접촉되는 방법으로 형성된다. 그 결과, 배터리 셀(110)은 직렬 연결될 수 있다. 일 실시예에 따른 각 배터리 셀(110)의 전압은 3.75V이다. 또한, 일 실시예에 따른 배터리의 전체 전압은 48V이다.

도 4를 참조하면, 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조는 배터리 셀(110)을 순차적으로 적층한 후 양 단에 도 6의 배터리 셀(110) 단자의 연결 어셈블리를 사용하여 체결된다. 도 6을 참조하면, 배터리 셀(110) 단자의 연결 어셈블리는 가이드 슬릿(14) 및 포크 터미널(30)을 포함하는데, 전술한 접합부(115)가 가이드 슬릿(14)에 각각 삽입되면서 포크 터미널(30)에 끼움 결합된다. 그 결과, 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조가 형성되어 배터리 전압을 모니터링할 수 있다.

도 5는 도 4의 맨 마지막 도면에 대한 단면 사시도이다. 도 5를 참조하면, 배터리 셀(110) 단자의 연결 어셈블리에 포함되는 연성 회로 기판(40)의 타단은 비엠에스(미도시)에 연결되어, 배터리 전압에 관한 신호를 비엠에스에 전송할 수 있다.

이 때, 비엠에스는 배터리의 일 측에 배치되기 때문에 연성 회로 기판(40)은 길이가 서로 다른 2종류가 사용된다. 즉, 비엠에스에 인접하는 배터리 셀(110) 단자의 연결 어셈블리에는 짧은 것이 사용되며, 그 반대 편에 배치되는 연성 회로 기판(40)에는 보다 긴 것이 사용된다. 즉, 서로 다른 길이를 갖는 연성 회로 기판(40)을 비엠에스에 각각 연결하여 배터리 신호를 전송할 수 있다.

이상 살펴본 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조에는 와이어, 버스 바 및 터미널 등의 부품이 전혀 사용되지 않는다. 그 결과, 와이어에 대한 버스 바 및 터미널의 압착 공정은 더 이상 불필요하다.

이는, 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조에 있어 조립 품질을 제고하며 생산성을 향상시킬 수 있다. 동시에, 부품 수의 감소로 인한 경량화를 실현할 수 있어 자동차 연비 향상에 기여할 수 있다. 또한, 부품 관리 및 부품 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(110) 단자의 연결 어셈블리에 대한 사시도이고, 도 7은 도 6의 A 부분에 대한 분해 사시도이며, 도 8은 회로 기판(20)과 배터리 셀(110) 단자가 연결되는 것을 도시한 측면도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 배터리 셀(110) 단자의 연결 어셈블리는 카트리지(10)는 카트리지(10), 회로 기판(20), 포크 터미널(30), 커버(50) 및 연성 회로 기판(40)을 포함한다.

먼저, 카트리지(10)는 전체적으로 직육면체 형상을 갖는다. 이런, 카트리지(10)는 플라스틱 사출로 대량 형성될 수 있다. 그리고, 일 측면에는 배터리 셀(110) 단자가 삽입되는 가이드 슬릿(14)이 적어도 하나 이상 형성되어 있다. 이와 달리, 카트리지(10)의 일 측면에는 돌출부(12)가 적어도 하나 이상 더 형성될 수 있다. 이 때, 가이드 슬릿(14)은 돌출부(12)에 각각 형성될 수 있다.

이 때, 가이드 슬릿(14)의 개수는 적층되는 배터리 셀(110)의 개수에 따라 달라진다. 구체적으로, 배터리 전원 모니터링을 위해 카트리지(10)는 가이드 슬릿(14)의 개수에서 1개 차이를 갖을 뿐, 동일 형태를 갖는 2개가 요구된다. 예를 들어, 6개, 7개의 가이드 슬릿(14)이 각각 형성되어 있는 카트리지(10)를 한 조합으로 구성할 수 있다. 이 때, 7개의 가이드 슬릿(14)을 갖는 카트리지(10)는 직렬 연결되는 배터리 셀(110)의 시작 단자와 끝 단자가 존재하는 일 측에 체결된다.

이 때, 가이드 슬릿(14)은 서로 평행하게 소정 간격 이격되어 형성된다. 즉, 가이드 슬릿(14)은 배터리 셀(110)의 적층 방향과 동일하게 배열 형성된다. 가이드 슬릿(14)이 필요한 이유는 접합부(115)가 포크 터미널(30)에 끼움 결합될 때, 미세 두께로 인해 접합부(115)가 접히거나 휘어지는 것을 방지하기 위함이다.

그러나, 가이드 슬릿(14)으로 인해 접합부(115)는 이에 삽입되면서 평평하게 펴진 상태를 유지할 수 있고, 그 상태에서 동시에 포크 터미널(30)에 끼움 결합될 수 있다. 그 결과, 신호 전송에 있어 오류의 발생 가능성이 낮아진다.

한편, 회로 기판(20)은 카트리지(10) 내에 체결된다. 이 때, 체결 수단으로 볼트 등이 가능하다. 이를 위해, 카트리지(10)에는 회로 기판(20)이 수용되는 공간이 형성되어 있다. 회로 기판(20)은 일반적으로 PCB(printed circuit board)가 사용된다. 또한, 회로 기판(20)에는 헤더 핀(22)이 더 형성될 수 있다. 헤더 핀(22)은 회로 기판(20)에 수직하게 돌출되는 복수 개의 핀으로 이루어진다. 포크 터미널(30)을 통해 전송되는 배터리 전압 신호는 헤더 핀(22)에 집합될 수 있다.

회로 기판(20)에는 포크 부분이 가이드 슬릿(14)을 향하도록 포크 터미널(30)이 배치된다. 이 때, 포크 터미널(30)은 전기적 도체 재질로 형성되어, 포크 부분에 배터리 셀(110) 단자의 접합부(115)가 끼움 결합될 수 있다. 그 결과, 배터리 셀(110)의 전압 신호는 회로 기판(20)에 전송될 수 있다.

일 실시예에 따른 포크 터미널(30)은 가이드 슬릿(14) 별로 적어도 2개 이상 구비될 수 있다. 즉, 가이드 슬릿(14)을 통해 삽입되는 배터리 셀(110)의 접합부(115)는 적어도 2개 이상의 포크 터미널(30)과 끼움 결합된다.

또한, 카트리지(10)는 가이드 슬릿(14)이 형성되는 측면의 반대 측면에 회로 기판(20)을 덮는 커버(50)를 더 포함한다. 이 때, 커버(50)는 카트리지(10) 하단 양측으로 형성되는 힌지 구조에 의해 개폐될 수 있다. 따라서, 카트리지(10)는 일 측면이 개구되어 있어 그 내부에 수용되는 회로 기판(20), 포크 터미널(30)을 용이하게 보수, 관리할 수 있다.

이하 연성 회로 기판(40)을 보다 상술한다. 연성 회로 기판(40)은 일단이 회로 기판(20)에 연결되어 배터리 전압 신호를 외부로 전송할 수 있다. 구체적으로, 연성 회로 기판(40)의 일단은 회로 기판(20)의 헤더 핀(22)에 연결된다. 이와 달리, 연성 회로 기판(40)은 회로 기판(20)에 솔더링 등 전기 용접을 통해 직접 연결될 수 있다. 그리고, 타단에는 커넥터 단자(42)가 연결 형성되어 비엠에스에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

이와 달리, 연성 회로 기판(40)의 타단에는 어떤 부재도 연결 형성되지 않을 수 있다. 이 때, 타단은 솔더링 등 전기 용접 또는 레이져 용접을 통해 비엠에스에 연결될 수 있다.

또한, 연성 회로 기판(40)은 내부에 복수 개의 가닥을 갖는 선이 나란하게 배열되어 배터리 셀(110)의 각 전압 신호를 전송할 수 있다. 일 실시예에 따른 연성 회로 기판(40)은 6선 및 7선을 갖도록 형성된다. 또한, 연성 회로 기판(40)은 잘 휘어지는 플렉서블한 특성으로 인해 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 형성할 때 보다 향상된 조립성을 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: 카트리지 20: 회로 기판
30: 포크 터미널 40: 연성 회로 기판
50: 커버 12: 돌출부
14: 가이드 슬릿 22: 헤더 핀
42: 커넥터 단자 110: 배터리 셀
111: 끼움 홈 112: 셀 플레이트
115: 접합부

Claims (7)

1. 가이드 슬릿이 적어도 하나 이상 형성되는 카트리지;
   상기 카트리지 내에 체결되는 회로 기판;
   상기 가이드 슬릿을 향해 상기 회로 기판에 배치되는 포크 터미널; 및
   일단이 상기 회로 기판에 연결되어 배터리 신호를 외부로 전송하는 연성 회로 기판;을 포함하며,
   상기 가이드 슬릿은 상기 카트리지의 측면에 형성되는 돌출부;에 각각 형성되며,
   상기 카트리지는 상기 가이드 슬릿이 형성되는 측면의 반대 측면에 상기 회로 기판을 덮는 커버;를 더 포함하며, 상기 커버는 힌지 구조에 의해 개폐되고
   상기 카트리지는 배터리 전원 모니터링을 위해 상기 가이드 슬릿의 개수에서 1개 차이를 갖는 2개로 구성되며, 상기 카트리지는 사용시에 상기 가이드 슬릿이 서로 대향하도록 배치되는 배터리 셀 단자의 연결 어셈블리.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 가이드 슬릿은 서로 평행하게 소정 간격 이격되어 형성되는 배터리 셀 단자의 연결 어셈블리.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 카트리지는 플라스틱 사출로 형성되는 배터리 셀 단자의 연결 어셈블리.
   
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 회로 기판에는 헤더 핀;이 더 형성되고,
   상기 연성 회로 기판의 일단은 상기 헤더 핀에 연결되며,
   상기 연성 회로 기판의 타단에는 커넥터 단자;가 연결되는 배터리 셀 단자의 연결 어셈블리.
   
7. 제 1항, 제 3항, 제 4항 또는 제 6항 중 어느 한 항의 배터리 셀 단자 연결 어셈블리;를 포함하는 배터리 셀의 연결 구조로서,
   상기 배터리 셀은 일 측에 (+)단자, 타 측에 (-)단자가 돌출 형성되되, 상기 (+) 및 (-)단자는 상하 교대되도록 복수 개가 적층되고,
   상기 배터리 셀 단자 연결 어셈블리는 상기 배터리 셀의 양 측에 각각 결합되되,
   상기 (+) 및 (-)단자가 밴딩되어 서로 이웃하는 것끼리 접합부를 형성하여 상기 배터리 셀을 직렬 연결시키며, 상기 접합부가 상기 가이드 슬릿에 각각 삽입되어 상기 포크 터미널에 끼움 결합되는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조.

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