KR102179991B1

KR102179991B1 - 배터리모듈용 직렬연결장치

Info

Publication number: KR102179991B1
Application number: KR1020180167846A
Authority: KR
Inventors: 박진홍
Original assignee: 한국단자공업 주식회사
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-11-17
Also published as: KR20200078188A

Abstract

본 발명은 다른 배터리모듈과 연결함과 동시에 고전류 인가시 끊어지도록 구성된 외부연결버스바의 노치부를 안전성 향상을 위해 오버몰딩 처리한 배터리모듈용 직렬연결장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수 개의 배터리셀로 구성되는 배터리모듈에 사용되는 것으로 상기 배터리셀들을 직렬로 연결함과 동시에 다수 개의 상기 배터리모듈을 직렬로 연결하도록 배터리모듈에 구비되는 배터리모듈용 직렬연결장치에 있어서, 프레임과, 하나의 배터리모듈에 있는 다수 개의 배터리셀에 각각 전기적으로 연결되어 직렬로 연결되는 버스바들과, 상기 버스바들의 직렬연결된 양단에 연결되어 인접한 배터리모듈과 직렬연결되는 제1외부연결버스바 및 제2외부연결버스바와, 상기 제1외부연결버스바와 제2외부연결버스바 중 적어도 어느 하나에 구비되고 고전류 인가시 연결상태가 끊어지는 노치부와, 상기 노치부를 둘러싸서 외부와 차폐하는 오버몰딩부를 포함하는 배터리모듈용 직렬연결장치에 관한 것이다.

Description

배터리모듈용 직렬연결장치{SERIES CONNECTING APPARATUS FOR BATTERY MODULE}

본 발명은 배터리모듈용 직렬연결장치에 관한 것으로, 특히, 다른 배터리모듈과 연결함과 동시에 고전류 인가시 끊어지도록 구성된 외부연결버스바의 노치부를 안전성 향상을 위해 오버몰딩 처리한 배터리모듈용 직렬연결장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 배터리모듈용 직렬연결장치(10)에 관한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 배터리모듈용 직렬연결장치(10)에는 다수의 배터리셀과 연결되는 다수의 버스바(11)들과, 다수의 버스바(11)들의 양단에 구비되는 제1, 2외부연결버스바(12, 13)를 포함하여 구성된다.

제1외부연결버스바(12)는 (+)단자를 형성하고 제2외부연결버스바(13)는 (-)단자를 형성하며, 제1외부연결버스바(12)와 제2외부연결버스바(13)를 통해 다른 배터리모듈에 구비된 배터리모듈용 직렬연결장치(10)와 전기적으로 연결되는 구조를 갖는다.

제1외부연결버스바(12)에는 고전류 인가시 연결상태가 끊어지도록 노치부(12-1)를 형성하는데, 특히, 리튬 배터리의 항공 운송법 상 DOT 28.3 테스트를 만족해야 하므로 이와 같은 노치부(12-1)의 구성은 매우 중요하다. 즉, 리튬 배터리의 경우 항공 운송 도중 대기압의 차이에 의해 배터리 내부에서의 전기적/화학전 변화에 기인한 고전류가 발생할 수 있으며, 이와 같은 고전류 발생시 안전을 위해 노치부(12-1)가 끊어지면서 배터리셀과의 전기적 접속이 함께 차단되야만 한다.

그러나, 이와 같은 문제를 해결하기 위해 구성한 노치부(12-1)가 끊어지면서 아크(ARC) 발생으로 오히려 배터리모듈용 직렬연결장치(10)에 화재가 발생하는 문제점이 제기되었다.

이를 해결하기 위해 제1외부연결버스바(120)를 고전압 퓨즈로 대체하고자 하였으나, 이는 과도한 비용 상승 문제로 이어졌다.

국내등록특허 제10-1799096호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리모듈용 직렬연결장치에 있는 노치부에서의 아크(ARC) 발생에 의한 화재를 방지하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명인 배터리모듈용 직렬연결장치는, 다수 개의 배터리셀로 구성되는 배터리모듈에 사용되는 것으로 상기 배터리셀들을 직렬로 연결함과 동시에 다수 개의 상기 배터리모듈을 직렬로 연결하도록 배터리모듈에 구비되는 배터리모듈용 직렬연결장치에 있어서, 프레임과, 하나의 배터리모듈에 있는 다수 개의 배터리셀에 각각 전기적으로 연결되어 직렬로 연결되는 버스바들과, 상기 버스바들의 직렬연결된 양단에 연결되어 인접한 배터리모듈과 직렬연결되는 제1외부연결버스바 및 제2외부연결버스바와, 상기 제1외부연결버스바와 제2외부연결버스바 중 적어도 어느 하나에 구비되고 고전류 인가시 연결상태가 끊어지는 노치부와, 상기 노치부를 둘러싸서 외부와 차폐하는 오버몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노치부는 상기 제1외부연결버스바에 형성되며, 상기 제1외부연결버스바는 몸체부와 상기 몸체부로부터 일정 간격 이격된 상부에 위치하는 외부연결부를 포함하고, 상기 몸체부와 외부연결부는 상기 노치부에 의해 연결되며, 상기 오버몰딩부의 폭은 상기 몸체부의 폭보다 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오버몰딩부의 상하높이는 상기 몸체부와 외부연결부 사이의 높이차에 대응되는 치수를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오버몰딩부의 최상단은 상기 외부연결부의 상면보다 낮게 위치하고 상기 오버몰딩부의 최하단은 상기 몸체부의 저면보다 높게 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오버몰딩부는 난연성 및 절연성 재질로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 배터리모듈용 직렬연결장치는 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 고전압 퓨즈를 사용하지 않고 제1외부연결버스바에 형성된 노치부를 난연성 및 절연성 재질로 오버몰딩 처리함으로써 생산 단가를 절감시키고 제품 안전성을 높일 수 있다.

또한, 오버몰딩 처리시 오버몰딩부가 기존 제품 규격에 맞춰 빈 공간에 배치되므로, 별도의 디자인 변경 없이 제품 적용이 가능하다.

또한, 아크(ARC) 발생 문제를 갖는 노치부가 구비된 타 제품에도 다양한 형태로 적용할 수 있다.

도 1은 종래의 배터리모듈용 직렬연결장치를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 배터리모듈용 직렬연결장치의 일 실시례에 의한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 오버몰딩부가 형성된 제1외부연결버스바를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 오버몰딩부가 형성된 요부 확대 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도면들에 도시된 바에 따르면, 본 발명인 배터리모듈용 직렬연결장치(100)의 바람직한 실시례에 의하면, 제1외부연결버스바(120)에 형성된 노치부(121)는 오버몰딩 처리되어 구성된다.

먼저, 일반적으로 차량 등에 탑재되는 배터리(미도시)는 다수의 배터리모듈(미도시)로 구성되고, 배터리모듈(배터리팩)은 다수의 배터리셀(미도시)이 모여 구성된다. 즉, 상기 배터리모듈 내부에는 다수의 배터리셀이 배열되어 있으며, 본 발명인 배터리모듈용 직렬연결장치(100)는 상기 배터리모듈에 구비되어 각각의 배터리셀들을 직렬로 연결해줌과 동시에 다른 배터리모듈에 구비된 배터리모듈용 직렬연결장치(100)와 전기적으로 직렬 접속되는 구조를 갖는다.

이를 위해 본 발명인 배터리모듈용 직렬연결장치(100)는 절연성 합성수지로된 프레임(101)이 골격을 형성하고, 프레임(101)에는 다수 개의 버스바(110)들이 위치된다. 프레임(101)에 배치된 버스바(110)들 중 양단부에는 외부와의 전기적 연결을 위한 제1외부연결버스바(120) 및 제2외부연결버스바(130)가 있다. 다수 개의 버스바(110)들은 프레임(101)에 구비된 기판(102)을 통해 상호 간에 직렬로 연결되며, 제1외부연결버스바(120)와 제2외부연결버스바(130)도 기판(102)을 통해 버스바(110)들에 직렬로 연결된다.

노치부(121)는 제1외부연결버스바(120)와 제2외부연결버스바(130)의 적어도 어느 한 곳에 형성될 수 있으며, 전류가 (+)에서 (-) 방향으로 흐르므로 이상 상황시 최초 고전류가 인가되는 (+)단자인 제1외부연결버스바(120)에만 노치부(121)를 구성하는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 노치부(121)는 고전류 인가시 끊어져야 하므로, 노치부(121)가 형성된 부위는 다른 부위보다 좁은 폭을 갖는다. 노치부(121)는 이와 같이 좁게 형성된 폭에서 내측으로 홈을 형성함으로써 더욱 좁은 폭을 갖는다. 좁은 폭을 갖는 노치부(121)는 허용 전류 이상의 고전류가 제1외부연결버스바(120)로 인가되는 순간 끊어짐으로써 배터리셀과의 전기적 연결이 차단된다. 고전류는 배터리팩 내부에서 발생되므로, 제1외부연결버스바(120)의 노치부(121)가 끊어지면 배터리팩 내부의 배터리셀들과의 전기적 접속은 물론 외부의 다른 배터리모듈과의 전기적 접속도 차단된다.

그러나, 노치부(121)만 구성할 경우 노치부(121)가 끊어지는 과정에서 고전류로 인한 아크(ARC)가 발생하여 화재 사고로 이어질 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 노치부(121)에 오버몰딩부(122)를 적용하였다. 오버몰딩부(122)는 노치부(121)에 인서트 사출방식으로 결합되어 노치부(121)에서 발생하는 아크(ARC)를 차단한다.

도 3을 참조하여 본 발명에 적용된 제1외부연결버스바(120)의 구조를 보다 자세히 설명하면 다음과 같다. 제1외부연결버스바(120)는 몸체부(123)와 외부접속부(124) 및 몸체부(123)와 외부접속부(124)를 연결하는 노치부(121)로 구성되며, 노치부(121)는 오버몰딩부(122)로 감싸진다. 몸체부(123)와 이로부터 일정 간격 이격된 상부에 위치하는 외부접속부(124)는 상하 단차를 형성하며, 노치부(121)는 하부에 위치한 몸체부(123)와 상부에 위치한 외부접속부(124)를 연결한다. 몸체부(123)의 양측은 각각 하부로 절곡된 형상을 갖는다.

도 4의 (a)는 도 3의 제1외부연결버스바(120)에서 오버몰딩부(122)가 적용된 노치부(121)를 나타낸 정면도이고, 도 4의 (b)는 도 3의 제1외부연결버스바(120)에서 오버몰딩부(122)가 적용된 노치부(121)를 나타낸 측면도이다.

오버몰딩부(122)의 재질은 화재 방지를 위해 난연성 재질을 사용해야 하며, 전기적 접속을 차단할 수 있도록 절연성 재질로 이루어져야 한다. 본 발명에서는 오버몰딩부(122)의 재료로 "BOSTIK TH 867" 상품명의 보스틱사 제품을 적용했으며, 인서트 사출성형시 0.2g의 "BOSTIK TH 867" 제품을 사용하였다.

도 4의 (a)를 참조하면 오버몰딩부(122)는 다른 구조물들과의 간섭을 피하기 위해 정면에서 바라본 세로 길이(a)를 5.8㎜, 가로 길이(b)를 9.2㎜로 형성하였으며, 도 4의 (b)를 참조하면 좌측 상부에서 시작된 오버몰딩부(122)의 상부 직선 거리(c)를 2㎜로 형성하고 상부 직선 거리(c)에서 하부로 경사진 각도(d)를 15°로 형성하였으며 오버몰딩부(122)의 상하 높이(e)는 제1외부연결버스바(120)의 절곡된 단차 크기와 동일하게 구성하였다. 또한, 노치부(121)가 형성된 부위의 오버몰딩부(122)의 두께는 다른 곳에 비해 두껍도록 배흘림 형태로 제작하는 것이 바람직하다.

오버몰딩부(122)의 폭(b)은 제1외부연결버스바(120)의 몸체부(123)의 폭(W)보다 작은 폭을 가지고, 상하높이(e)는 제1외부연결버스바(120)의 몸체부(123)와 외부연결부(124) 사이의 높이차 만큼의 치수를 가진다. 오버몰딩부(122)의 최상단은 외부연결부(124)의 상면보다 낮은 위치에 있다. 또한, 오버몰딩부(122)의 최하단은 몸체부(123)의 저면보다 높은 위치에 있고, 몸체부(123)가 위치되는 프레임(101)의 상면에 있는 것이 좋다.

상기와 같이 오버몰딩부(122)를 적용할 경우 기존 부품과의 간섭으로 인한 제품 설계 변경 없이 그대로 제품적용이 가능하며, 고전류 인가시 노치부(121)에서 발생되는 아크(ARC)로 인한 화재 발생을 효과적으로 차단할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명인 배터리모듈용 직렬연결장치(100)의 사용상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 배터리모듈 내부의 다수의 배터리셀은 버스바(110)를 통해 상호 간에 직렬연결되며, 제1, 2외부연결버스바(120, 130)는 다른 배터리모듈에 구비된 배터리모듈용 직렬연결장치(100)의 제1, 2외부연결버스바(120, 130)에 직렬 연결된다.

이와 같은 내부 구조를 갖는 배터리가 항공기 등으로 운송될 경우 고도가 달라지면서 기압차에 의해 배터리셀 내부의 전기적 및 화학적 변화에 의해 고전류가 발생할 수 있다.

이와 같은 기압차에 기인한 이상 현상에 의해 고전류가 발생시 배터리셀과 배터리모듈 간으로 고전류가 인가되면 자칫 화재 및 폭발 사고 등이 발생할 수 있으므로, 배터리셀에서 발생된 고전류가 최초 인가되는 제1외부연결버스바(120)를 통해 차단해야 한다.

이를 위해, 제1외부연결버스바(120)에 형성된 노치부(121)는 고전류 인가시 끊어지면서 배터리모듈 내부의 배터리셀과의 전기적 연결은 물론 다른 배터리모듈과의 전기적 연결도 차단하게 되며, 노치부(121)에 고전류가 인가되어 발생하는 아크(ARC)는 노치부(121)를 감싸고 있는 오버몰딩부(122)에 의해 바로 소호된다.

전술한 특징에 의해 고전압 퓨즈를 사용하지 않고도 고전류 발생에 의한 사고를 안전하게 차단할 수 있으며, 본 발명인 배터리모듈용 직렬연결장치(100) 뿐만이 아닌 노치부가 적용된 모든 전기접속단자에는 아크(ARC) 발생을 차단하기 위해 본 발명에 적용된 오버몰딩부를 적용함으로써, 아크(ARC)에 의한 화재 사고 등을 효율적으로 방지할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 배터리모듈용 직렬연결장치
11 : 버스바 12 : 제1외부연결버스바
12-1 : 노치부 13 : 제2외부연결버스바
100 : 배터리모듈용 직렬연결장치
101 : 프레임 102 : 기판
110 : 버스바 120 : 제1외부연결버스바
121 : 노치부 122 : 오버몰딩부
123 : 몸체부 124 : 외부접속부
130 : 제2외부연결버스바

Claims

다수 개의 배터리셀로 구성되는 배터리모듈에 사용되는 것으로 상기 배터리셀들을 직렬로 연결함과 동시에 다수 개의 상기 배터리모듈을 직렬로 연결하도록 배터리모듈에 구비되는 배터리모듈용 직렬연결장치에 있어서,
프레임과,
하나의 배터리모듈에 있는 다수 개의 배터리셀에 각각 전기적으로 연결되어 직렬로 연결되는 버스바들과,
상기 버스바들의 직렬연결된 양단에 연결되어 인접한 배터리모듈과 직렬연결되는 제1외부연결버스바 및 제2외부연결버스바와,
상기 제1외부연결버스바와 제2외부연결버스바 중 적어도 어느 하나에 구비되고 고전류 인가시 연결상태가 끊어지는 노치부와,
상기 노치부를 둘러싸서 외부와 차폐하는 오버몰딩부를 포함하고,
상기 노치부는 상기 제1외부연결버스바에 형성되며,
상기 제1외부연결버스바는 몸체부와 상기 몸체부로부터 일정 간격 이격된 상부에 위치하는 외부연결부를 포함하고,
상기 몸체부와 외부연결부는 상기 노치부에 의해 연결되며,
상기 노치부와 상기 오버몰딩부는 서로 높이를 달리하는 상기 몸체부와 상기 외부연결부 사이를 연결하도록 경사진 방향으로 연장되는 배터리모듈용 직렬연결장치.
제1항에 있어서,
상기 오버몰딩부의 폭은 상기 몸체부의 폭보다 작은 배터리모듈용 직렬연결장치.
제2항에 있어서,
상기 오버몰딩부의 상하높이는 상기 몸체부와 외부연결부 사이의 높이차에 대응되는 치수를 갖는 배터리모듈용 직렬연결장치.
제3항에 있어서,
상기 오버몰딩부의 최상단은 상기 외부연결부의 상면보다 낮게 위치하고 상기 오버몰딩부의 최하단은 상기 몸체부의 저면보다 높게 위치하는 배터리모듈용 직렬연결장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오버몰딩부는 난연성 및 절연성 재질로 구성되는 배터리모듈용 직렬연결장치.