KR102652459B1 - 버스바 지지 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작업자가 버스바를 삽입하여야 하는 공정을 생략하여 BSA(battery Sensing Assembly)의 생산 효율을 높이고 사출물의 휨 현상을 원천 차단하여 평탄도를 개선하고 배터리 팩의 품질을 향상시킬 수 있는 버스바 지지 구조를 제공하는 것을 목적으로 하며,
통전홀이 관통 형성되며 일면에 버스바홈이 요입형성되는 하부 커버; 상기 버스바홈에 배치되는 버스바; 및 상기 하부 커버 및 버스바 상에 고정되는 상부 커버; 를 포함하며, 상기 하부 커버 및 상기 상부 커버는 필름 소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

버스바 지지 구조 {busbar support structure}
본 발명은 배터리 팩의 전압 또는 온도를 센싱하기 위한 BSA(battery Sensing Assembly) 등 버스바를 포함하는 전기 장치의 버스바 지지 구조에 관한 것이다.
최근 전기차 시장이 점차 확대되면서 전기차의 동력원인 리튬이온 배터리의 모듈화 및 패키지 기술도 중요해지고 있다.
전기차 가동을 위해서는 엄청난 양의 전력이 필요함에 따라, 수십 개 이상의 배터리 셀을 필요로 한다. 수많은 배터리 셀을 안전하고 효율적으로 관리하기 위해서는 모듈과 팩이라는 형태를 거쳐 전기차에 탑재해야 하며, 배터리 셀 여러개를 묶어 모듈을 만들고, 모듈을 여러개 묶어 팩을 형성하게 된다. 그리고 전기차에는 최종적으로 배터리가 하나의 팩 형태로 설치된다.
더욱 상세히 설명하면 여러개의 배터리 셀은 열과 진동 등 외부 충격으로부터 보호될 수 있도록 하나로 묶어 프레임에 수납된다. 이 상태를 모듈이라고 한다. 그리고 모듈 여러 개를 모아 배터리의 전압이나 온도 등을 관리해주는 배터리 관리시스템(BMS, Battery Management System)과 냉각장치 등을 추가한 것이 배터리 팩이 된다.
최근에는 배터리 셀 성능과 더불어 모듈과 팩을 얼마나 더 효율적으로 설계하고 구성하는지에 대한 연구가 활발하며, 전기차에 최종적으로 탑재되는 형태는 팩이기 때문에 배터리팩의 제조 효율 및 제조 비용은 자동차 전체의 단가에 영향을 준다.
한편 배터리 관리 시스템에는 배터리 센싱 어셈블리(BSA, battery Sensing Assembly)가 포함된다. 배터리 센싱 어셈블리는 배터리 셀의 전압과 온도를 센싱하기 위해 배터리 셀과 연결되는 버스바를 포함하고, 버스바는 얇고 길게 형성되는 특성 상 사출물 지지 및 고정되어 있다.
도 1은 종래 배터리 센싱 어셈블리의 버스바 지지 구조의 분해사시도, 도 2는 도 1이 결합된 상태의 사시도, 도 3은 도 2에서 A 및 B 부분의 확대도이다. 이들 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명하면, 배터리 셀에 연통하는 홀이 형성된 사출물(1)과, 사출물(1) 상에 고정되는 복수의 버스바(2)와, 버스바(2)를 연결하며 센싱 회로가 형성된 FPCA(Flexible Printed Circuit Board Assembly)(3)를 포함한다.
그런데 도 3에 도시된 바와 같이, 버스바(2)는 사출물(1)에 형성된 이탈방지돌기(4) 아래에 끼워맞춰지도록 조립되어야 하여, 작업자가 손으로 버스바를 일일이 삽입하여야 하는 구조이다.
즉 종래의 배터리 센싱 어셈블리의 버스바 지지 구조는 사출물을 이용하여 버스바를 지지하는 구조를 취함으로써, 부품 간 단순 안착이 아닌 수작업이 필요한 삽입 공정을 포함하고 있다. 이에 따라 사출물 구조가 복잡해지며 생산공정 과다해지는 문제가 있다.
또한 사출물이 전체적으로 얇은 판 형상으로 형성되어, 생산 직후 휨이 발생하게 된다. 이에 따라 휨 기하공차를 만족하기 어렵고 공차 불만족에 따른 불량 발생 시 생산비용이 낭비되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구체적으로는 작업자가 버스바를 삽입하여야 하는 공정을 생략하여 BSA(battery Sensing Assembly)의 생산 효율을 높일 수 있는 버스바 지지 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 사출물의 휨 현상을 원천 차단하여 평탄도를 개선하고 배터리 팩의 품질을 향상시킬 수 있는 버스바 지지 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 다음과 같은 버스바 지지 구조를 제공한다.
본 발명은, 통전홀이 관통 형성되며 일면에 버스바홈이 요입형성되는 하부 커버; 상기 버스바홈에 배치되는 버스바; 및 상기 하부 커버 및 버스바 상에 고정되는 상부 커버; 를 포함하며, 상기 하부 커버 및 상기 상부 커버는 필름 소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 버스바는 복수 개이고, 복수의 상기 버스바를 전기적으로 연결하는 FPCA; 를 더 포함하며, 상기 하부 커버의 일면에는 상기 FPCA가 삽입되는 FPCA홈이 요입 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 버스바는 일 측 방향으로 복수의 통전돌기가 길이방향을 따라 이격되어 배치되도록 형성되고 상기 통전돌기 사이에 통전홈이 형성되며, 상기 하부 커버는, 상기 버스바홈 내측에 상기 통전홈 사이에 삽입되어 상기 버스바의 위치를 고정하는 고정돌기가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 커버는 상기 버스바홈 및 FPCA홈이 형성되지 않은 부분에 길이 방향을 따라 제1조립돌기가 돌출되어 연장 형성되며, 상기 상부 커버는 상기 제1조립돌기와 대응되는 위치에, 상기 제1조립돌기와 동일한 방향으로 제2조립돌기가 돌출되어 연장 형성되며, 상기 하부 커버 및 상부 커버 조립 시, 상기 제1조립돌기 및 제2조립돌기가 끼워맞춰지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 커버 및 상부 커버가 조립된 상태에서, 상기 제1조립돌기 및 상기 제2조립돌기 사이에 접착제가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1조립돌기 및 제2조립돌기는, 상기 FPCA홈의 양 측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 커버 및 상부 커버는 필름을 진공 열성형하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 버스바는 복수의 배터리 셀에 연결되며, 상기 FPCA는 상기 배터리 셀의 전압 또는 온도를 센싱하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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.
본 발명 버스바 지지 구조에 따르면 배터리 팩(Battery Pack) 부품인 BSA(battery Sensing Assembly)의 작업성 향상, 평탄도 개선, 중량절감에 기여할 수 있다.
더욱 상세하게는, 하부 커버에 버스바 및 FPCA를 단순히 안착시키는 것으로 조립이 가능하므로, 조립이 보다 수월하며 공정이 단순화될 수 있다.
또한 휨 현상이 없는 필름 소재를 진공 열성형 하여 적용하므로, 사출물 생산 과정에서 항상 발생되는 휨(평탄도) 문제를 해결하고 배터리 팩의 품질을 향상시키는 유리한 효과가 있다.
또한 중량이 작은 필름 소재 커버를 사용함으로써 중량 절감에 기여할 수 있다.
도 1은 종래 배터리 센싱 어셈블리의 버스바 지지 구조의 분해사시도,
도 2는 도 1이 결합된 상태의 사시도,
도 3은 도 2에서 A 및 B 부분의 확대도,
도 4는 본 발명 배터리 센싱 어셈블리의 버스바 지지 구조의 분해사시도,
도 5는 도 4에서 결합된 상태의 사시도,
도 6은 본 발명 배터리 센싱 어셈블리의 버스바 지지 구조의 제조 순서도,
도 7은 도 5 에서 X-X' 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다. 본 명세서에서 상부 및 하부라 칭하는 것은 도면을 이용하여 설명하기 위한 것이며, 일측 및 타측을 향하는 것의 설명 편의를 위한 것이고, 상부 및 하부로 한정하려고 함은 아니다.
도 4는 본 발명 배터리 센싱 어셈블리의 버스바 지지 구조의 분해사시도, 도 5는 도 4에서 결합된 상태의 사시도, 도 6은 본 발명 배터리 센싱 어셈블리의 버스바 지지 구조의 제조 순서도, 도 7은 도 5 에서 X-X' 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는, 하부 커버(10), 버스바(20), FPCA(Flexible Printed Circuit Board Assembly)(30), 상부 커버(40)가 적층되어 형성될 수 있다. 또한 본 발명은 배터리 팩의 배터리 센싱 어셈블리(BMS, Battery Management System)에 포함될 수 있으며, 이에 따라 배터리 셀에 접촉할 수 있는 구성을 포함할 수 있다.
하부 커버(10)는 필름 소재의 커버로, 버스바(20)가 배터리 셀과 통전 가능하도록 배터리 셀의 위치에 맞추어 통전홀(11)이 관통형성될 수 있다. 그리고 일측에는 FPCA(30)의 커넥터(32)가 배치될 수 있도록 커넥터홈(12)이 요입 형성될 수 있다. 또한 하부 커버(10)의 상면에는 접착제(50)가 도포될 수 있다.
하부 커버(10)는 필름 소재로 형성되며, 필름을 진공 열성형하여 버스바홈(14) 등의 구조를 형성할 수 있다. 따라서 플라스틱을 사출하는 방식에 비하여 휨 현상이 매우 적다.
하부 커버(10)의 상면에는 버스바(20)와 대응되는 형상의 버스바홈(14)이 요입형성될 수 있다. 그리고 버스바홈(14)의 일부는 관통 형성되어 통전홀(11)을 형성할 수 있다. 통전홀(11)은 버스바(20)를 하부 커버(10) 외측의 배터리 셀에 전기적으로 연결하기 위한 구성이다.
또한 버스바홈(14)의 내측에는 버스바를 고정할 수 있는 고정돌기(15)가 돌출형성될 수 있다. 고정돌기(15)는 후술하는 버스바(20)의 통전홈(22)에 삽입되어 버스바(20)의 유동을 방지할 수 있다.
나아가 하부 커버(10)의 상면에는 FPCA가 안착될 수 있는 FPCA홈(16)이 형성될 수 있다. FPCA홈(16)은 FPCA(30)와 대응되는 형상으로 형성될 수 있으며, 하부 커버(10)의 상면에서 FPCA(30)가 삽입 가능하게 요입 형성되거나, 리브가 돌출되고 내측에 홈이 형성되는 구조로 형성될 수도 있다. 또한 단순히 FPCA(30)의 위치만 표시하는 방식으로 요입 형성될 수 있다.
또한 하부 커버(10)에서 중앙에 FPCA홈(16)이 형성되고, FPCA홈(16) 외측에 버스바홈(14)이 형성되는 것이 바람직하다. 배터리 팩의 경우, 복수의 배터리 셀 모듈이 실장되므로, 버스바(20)는 복수개 형성되는 것이 일반적이다. 따라서 FPCA홈(16)이 버스바홈(14)들의 중앙부에 배치될 때 FPCA(30)와 버스바(20)를 효율적으로 연결할 수 있다.
또한 하부 커버(10)의 버스바홈(14)이 형성된 부분과 FPCA홈(16)이 형성된 부분의 두께가 다르게 형성될 수 있다. 두께 차이는 진공 열성형 과정에서 형성할 수 있다. 이는 버스바(20)와 FPCA(30)의 두께 차이를 고려한 것이며, 하부 커버(10)에 버스바(20)와 FPCA(30)가 안착된 상태에서 두 부품의 높이가 일치하도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한 하부 커버(10)에는 제1조립돌기(13)가 돌출 형성될 수 있다. 제1조립돌기(13)는 상부 커버(40)와 조립되기 위한 구성이며, 각 커버 간의 결합 후 위치가 틀어지거나 유동하는 것을 방지하기 위한 구성이다.
제1조립돌기(13)는 하부 커버(1)의 길이방향을 따라 돌출되도록 연장 형성되며, 길이방향을 따라 복수의 제1조립돌기(13)가 이격되어 형성될 수도 있다. 또한 하부에 배터리 셀이 배치되는 경우라면, 배터리 셀과의 간섭을 줄이기 위해 제1조립돌기(13)는 방향은 상부로 돌출되는 것이 바람직하다. 나아가 제1조립돌기(13)는 버스바홈(14) 또는 FPCA홈(16)이 형성되지 않은 부분에 형성될 수 있으며, 상술한 바와 같이 FPCA홈(16)이 버스바홈(14)들의 중앙에 형성되는 경우 FPCA홈(16)과 버스바홈(14) 사이에 형성되거나, 버스바홈(14)의 외측에 형성될 수 있다.
또한 하부 커버(10)의 일 단에는 FPCA홈(16)의 위치에 대응하여 커넥터홈(12)이 형성될 수 있다. 커넥터홈(12)은 FPCA(30) 배치 시 커넥터(32)와 간섭되지 않도록 하기 위한 구성이다.
버스바(20)는 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 부분이며, 복수의 배터리 셀에 연결될 수 있도록 길이방향을 따라 복수의 통전돌기(21)가 이격되어 형성될 수 있다. 이를 통전돌기(21) 사이에 통전홈(22)이 형성된 것으로 볼 수도 있다. 상술하였듯이, 하부 커버(10)의 버스바홈(14)은 고정돌기(15)를 포함하여 버스바(20)의 전체 형상에 대응되도록 형성되어 버스바(20)의 유동을 방지하고 제품의 지지력 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한 하부 커버(10)의 통전홀(11)은 통전돌기(21)가 형성된 부분에 상응하는 위치에 형성될 수 있다.
FPCA(30)는 센싱을 위한 회로가 실장된 기판(31)과, 상기 회로와 각 버스바(20)를 전기적으로 연결하는 연결부(33)와, FPCA(30)를 타 회로에 연결하기 위한 커넥터(32)를 포함할 수 있다. 커넥터(32)는 하부 커버(10) 및 상부 커버(40)에 형성된 커넥터홈(12, 42) 부분에 배치되어 간섭을 피할 수 있다.
상부 커버(40)는 필름 소재의 커버로, 버스바(20)가 배터리 셀과 통전 가능하도록 배터리 셀의 위치에 맞추어 통전홀(41)이 관통형성될 수 있다. 그리고 일측에는 FPCA(30)의 커넥터(32)가 배치될 수 있도록 커넥터홈(42)이 요입 형성될 수 있다.
또한 상부 커버(40)는 상술한 제1조립돌기(13)와 맞물릴 수 있는 제2조립돌기(43)를 더 포함할 수 있다. 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 제2조립돌기(43)는 상부 커버(1)의 길이방향을 따라 돌출되도록 연장 형성되며, 길이방향을 따라 복수의 제2조립돌기(43)가 이격되어 형성될 수도 있다. 또한 제1조립돌기(13)와 동일한 방향으로 돌출형성되되, 돌출너비는 서로 맞물릴 수 있는 사이즈로 형성될 수 있다. 나아가 제2조립돌기(43)는 제1조립돌기(13)와 상응하는 위치에 형성되어, FPCA홈(16)과 버스바홈(14) 사이에 형성되거나, 버스바홈(14)의 외측에 형성될 수 있다.
더불어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1조립돌기(13) 및 제2조립돌기(43) 사이에는 접착제(50)가 도포 또는 충진될 수 있다. 접착제(50)에 의해 제1조립돌기(13) 및 제2조립돌기(43)가 형성된 부분에서 하부 커버(10) 및 상부커버(20)가 접착될 수 있으며, 이에 따라 내부에 안착된 버스바(20) 및 FPCA(30) 또한 고정될 수 있다.
그리고 제1조립돌기(13) 및 제2조립돌기(43)가 FPCA홈(16)과 버스바홈(14) 사이에 형성되는 경우, 외부 공기가 FPCA(30)로 통하는 것을 차단할 수 있어, 버스바(20) 사이의 절연 성능, 또는 버스바(20)와 FPCA(30) 사이의 절연 성능을 유지할 수 있다. 또한 버스바홈(14)의 외측에 형성되는 경우, 외부 공기가 버스바(20)fh 통하는 것을 차단할 수 있어 버스바(20)의 부식을 방지할 수 있다.
더욱 상세히 설명하면, 배터리 팩 내부의 온도 차이 및 습기의 유무에 따라 서로 체결된 하부 커버(10) 및 상부 커버(20) 사이가 수분의 통로가 될 수 있는데, 수분이 통하는 경우 절연 성능에 영향을 줄 수 있으므로 통로를 차단할 필요가 있다. 이에 본 발명은 제1조립돌기(13) 및 제2조립돌기(43)의 조립구조 및 접착체를 이용하여 공극을 채우는 구조를 적용하여 수분이 포함된 외부 공기를 차단하는 역할을 할 수 있다.
본 발명 버스바 지지 구조는 기존의 버스바(20)를 지지하는 사출물의 휨 현상 및 복잡한 구조에 따른 작업성 저하 등의 단점을 개선하고자, 필름 소재의 하부 커버(10) 및 상부 커버(40)를 진공 열성형하여 가공 후 버스바(20) 및 FPCA(30)를 안착 및 지지하는 구조를 적용하여 종래 사출물의 휨 현상을 개선하고 공정을 단순화 하였다.
상술한 구성에 의하면 본 발명 버스바 지지 구조는 하부 커버(10)의 버스바홈(14)에 버스바(20)를 안착시키고 FPCA홈(16)에 FPCA(30)를 안착시킨 후, 상부 커버(40)를 덮어 조립하는 방식으로 제조될 수 있다.
본 명세서에서는 각 구성별로 세부 구성을 나누어 상세히 설명하였으나, 일부 구성을 임의로 조합하여 도출될 수 있는 실시예 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 하부 커버 11, 41 통전홀
12, 42 커넥터홈 13 제1조립돌기
14 버스바홈 15 고정돌기
16 FPCA홈 20 버스바
21 통전돌기 22 통전홈
30 FPCA 31 기판
32 커넥터 33 연결부
40 상부커버 43 제2조립돌기
50 접착제

Claims (8)

  1. 통전홀이 관통 형성되며 일면에 버스바홈이 요입형성되는 하부 커버;
    상기 버스바홈에 배치되는 복수개의 버스바;
    상기 하부 커버 및 버스바 상에 고정되는 상부 커버; 및
    복수의 상기 버스바를 전기적으로 연결하는 FPCA;
    를 포함하며,
    상기 하부 커버 및 상기 상부 커버는 필름 소재로 형성되며,
    상기 하부 커버의 일면에는 상기 FPCA가 삽입되는 FPCA홈이 요입 형성되며,
    상기 하부 커버는 상기 버스바홈 및 FPCA홈이 형성되지 않은 부분에 길이 방향을 따라 제1조립돌기가 돌출되어 연장 형성되며,
    상기 상부 커버는 상기 제1조립돌기와 대응되는 위치에, 상기 제1조립돌기와 동일한 방향으로 제2조립돌기가 돌출되어 연장 형성되며,
    상기 하부 커버 및 상부 커버 조립 시, 상기 제1조립돌기 및 제2조립돌기가 끼워맞춰지는 것을 특징으로 하는 버스바 지지구조.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 일 측 방향으로 복수의 통전돌기가 길이방향을 따라 이격되어 배치되도록 형성되고 상기 통전돌기 사이에 통전홈이 형성되며,
    상기 하부 커버는, 상기 버스바홈 내측에 상기 통전홈 사이에 삽입되어 상기 버스바의 위치를 고정하는 고정돌기가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 버스바 지지 구조.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부 커버 및 상부 커버가 조립된 상태에서, 상기 제1조립돌기 및 상기 제2조립돌기 사이에 접착제가 포함되는 것을 특징으로 하는 버스바 지지 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1조립돌기 및 제2조립돌기는, 상기 FPCA홈의 양 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 버스바 지지 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하부 커버 및 상부 커버는 필름을 진공 열성형하여 형성되는 것을 특징으로 하는 버스바 지지 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 복수의 배터리 셀에 연결되며,
    상기 FPCA는 상기 배터리 셀의 전압 또는 온도를 센싱하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 버스바 지지 구조.
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