KR101872834B1

KR101872834B1 - 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조

Info

Publication number: KR101872834B1
Application number: KR1020150183109A
Authority: KR
Inventors: 신승환; 박규태
Original assignee: 주식회사 유라코퍼레이션
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2018-06-29
Also published as: KR20170074073A

Abstract

일 측에 (+)단자가 돌출 형성되고, 타 측에 (-)단자가 돌출 형성되며, 상기 (+) 및 (-)단자가 상하 교대하면서 복수 개가 적층되는 배터리 셀; 상기 배터리 셀이 직렬 연결되게 인접하는 상기 (+) 및 (-)단자가 접합되는 접합부; 및 상기 접합부와 각각 전기적 연결되는 연성 회로 기판;을 포함하는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 제공한다.

Description

배터리 전원 측정을 위한 연결 구조{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 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 배터리의 전체 무게가 증가하여 연비 향상을 위한 경량화에 역행하는 문제점이 있었다. 동시에 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, 배터리 전원 측정을 위한 신규한 연결 구조를 제공하고자 한다.

나. 중량 및 부피 절감 - 50% 이상의 경량화를 실현하여 자동차의 연비 향상에 기여하고자 한다. 동시에, 부피 절감으로 비엠에스 및 배터리의 쿨링 시스템의 효율적 배치가 가능하도록 한다.

다. 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, 일 측에 (+)단자가 돌출 형성되고, 타 측에 (-)단자가 돌출 형성되며, 상기 (+) 및 (-)단자가 상하 교대하면서 복수 개가 적층되는 배터리 셀; 상기 배터리 셀이 직렬 연결되게 인접하는 상기 (+) 및 (-)단자가 접합되는 접합부; 및 상기 접합부와 각각 전기적 연결되는 연성 회로 기판;을 포함하는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 제공한다.

상기 접합부는 상기 (+) 및 (-)단자가 각각 수직하게 밴딩되어 면 접촉으로 형성될 수 있다.

상기 접합부는 레이져 용접에 의해 접합될 수 있다.

상기 연성 회로 기판에는 일 측으로 돌출되는 복수 개의 연결부;가 더 형성될 수 있다.

상기 접합부 및 상기 연결부는 레이져 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 연성 회로 기판은 배터리 전압 신호를 외부로 전송하는 커넥터 단자;를 더 포함할 수 있다.

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

가. 생산성 향상 - 연성 회로 기판을 레이져 용접에 의해 접합부에 전기적으로 연결시킬 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, 배터리 전원 측정을 위한 신규한 연결 구조를 제공할 수 있다.

나. 중량 및 부피 절감 - 연성 회로 기판을 이용한 대체 공법을 통해 50% 이상의 경량화를 실현할 수 있으며, 결과적으로 자동차의 연비 향상에 기여할 수 있다. 동시에, 부피 절감으로 비엠에스 및 배터리의 쿨링 시스템의 효율적 배치가 가능하다.

다. 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 접합부가 형성되는 과정을 도시한 개략도.
도 6은 접합부와 연성 회로 기판이 결합되는 것을 도시한 측면도.
도 7은 도 4의 맨 마지막 도면에 대한 단면도

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 배터리 셀(110), 접합부(20) 연성 회로 기판(30)을 포함한다.

여기서, 배터리 셀(110)은 셀 플레이트에 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 플레이트는 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 플레이트를 배치하면, 그 바로 위에는 (-) 및 (+)단자가 배치되도록 셀 플레이트를 교대하여 배열해야 한다. 그리고, 동일 방법으로 셀 플레이트를 적층하면 소정 설계 전압을 형성할 수 있다.

도 5는 접합부(20)가 형성되는 과정을 도시한 개략도이다. 도 5를 참조하면, 상하 위치 관계를 갖는 인접하는 서로 다른 극성의 두 단자, 즉 (+) 및 (-)단자가 전기적으로 연결된다. 구체적으로, (+) 및 (-)단자는 셀 플레이트의 면과 평행하게 형성된다. 그리고, 각 단자는 셀 플레이트 면과 수직하게 밴딩된다. 즉, 상측에 위치하는 단자는 하측으로 90도 절곡되고, 하측에 위치하는 단자는 상측으로 90도 절곡된다.

이 때, 밴딩되는 각 단자는 일정 부분 중첩되어 면 접촉되게 대향 배치된다. 한편, 그 접촉으로 인해 접합면이 형성된다. 따라서, (+) 및 (-)단자가 접합되는 접합부(20)가 형성된다. 이 때, 접합부(20)는 예를 들어, 레이져 용접에 의해 접합되는 것이 바람직하다. 레이져 용접은 접합면의 유격 발생 가능성이 낮고, 접합면의 휘어짐을 방지할 수 있어 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이를 위해, 전용 레이져 용접 지그를 이용한다. 용접 지그는 레이져 용접을 할 때, 가이드 역할을 하며 접합면이 평평한 구조를 갖도록 한다. 구체적으로, 레이져 용접은 접합면에 대해 레이져를 몇 포인트 조사하여 접합하는 방식으로 이루어진다.

접합부(20)는 미세 두께를 갖는 (+) 및 (-)단자가 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 6은 접합부(20)와 연성 회로 기판(30)이 결합되는 것을 도시한 측면도이다. 도 6을 참조하면, 연성 회로 기판(30)이 접합부(20)와 각각 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 연성 회로 기판(30)에는 연결부(34)를 더 포함한다.

연성 회로 기판(30)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(30)은 6선 및 7선을 갖도록 형성된다. 연성 회로 기판(30)은 잘 휘어지는 플렉서블한 특성으로 인해 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조를 형성할 때 보다 향상된 조립성을 제공할 수 있다. 한편, 연결부(34)는 연성 회로 기판(30)의 연장 방향 일측으로 돌출되는 복수 개로 형성된다. 이 때, 연결부(34)는 접합부(20)의 개수와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 연성 회로 기판(30)을 이용한 직부착 연결 공법을 적용하면 종래 대비 약 50% 이상의 경량화를 실현할 수 있어, 결과적으로 자동차의 연비 향상에 일정 부분 기여할 수 있다. 동시에, 부피 절감으로 효율적인 공간 활용이 가능하여 비엠에스(미도시) 및 배터리의 쿨링 시스템(미도시)의 효율적 배치가 가능하다.

도 7은 도 4의 맨 마지막 도면에 대한 단면도이다. 도 7을 참조하면, 연성 회로 기판(30)은 접합부(20)와 전기적으로 연결되어 배터리 전압 신호를 외부로 전송할 수 있다. 구체적으로, 연결부(34)는 접합부(20)에 전기적으로 연결된다. 이 때, 연결 방법은 예를 들어, 레이져 용접이 바람직하다.

한편, 연성 회로 기판(30)의 타단은 비엠에스(미도시)에 전기적으로 연결된다. 그 결과, 배터리 전압 신호를 비엠에스에 전송할 수 있다. 또한, 연결 방법은 예를 들어, 솔더링 등 전기 용접 또는 레이져 용접 등이 바람직하다. 그러나, 이와 달리, 타단에는 커넥터 단자(32)가 연결 형성되어 비엠에스에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

비엠에스는 배터리의 일 측에 배치되기 때문에 연성 회로 기판(30)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(30)에는 보다 긴 것이 사용된다. 즉, 서로 다른 길이를 갖는 연성 회로 기판(30)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 모니터링을 위한 배터리 셀(110)의 연결 구조에 있어 조립 품질을 제고하며 생산성을 향상시킬 수 있다. 동시에, 부품 수의 감소로 인한 각 부품의 개발 및 제조 비용 그리고, 그 관리 비용을 절감시킬 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.

110: 배터리 셀 20: 접합부
30: 연성 회로 기판 32: 커넥터 단자
34: 연결부

Claims

일 측에 (+)단자가 돌출 형성되고, 타 측에 (-)단자가 돌출 형성되며, 상기 (+) 및 (-)단자가 교대하면서 복수 개가 적층되는 배터리 셀;
상기 배터리 셀이 직렬 연결되게 인접하는 상기 (+) 및 (-)단자가 접합되는 접합부; 및
상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되고, 길이가 서로 다른 복수 개의 연성 회로 기판;을 포함하고,
상기 연성회로기판은
일 측으로 돌출되어 상기 복수 개의 접합부와 각각 전기적으로 연결되는 복수 개의 연결부와 일체로 형성된 상대적으로 길이가 짧은 연성 회로 기판과 상기 길이가 짧은 연성 회로 기판과 전기적으로 연결되고, 비엠에스에 연결되어 상기 각 배터리 셀의 전압 신호를 외부로 전송하는 커넥터 단자와 일체로 형성된 상대적으로 길이가 긴 연성회로 기판으로 형성되며,
상기 접합부는 상기 (+) 및 상기 (-)단자가 각각 수직하게 밴딩되어 면 접촉으로 형성되는 배터리 전원 측정을 위한 연결구조.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 접합부는 레이져 용접에 의해 접합되는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 접합부 및 상기 연결부는 레이져 용접에 의해 전기적으로 연결되는 배터리 전원 측정을 위한 연결 구조.
삭제