KR20150067694A - 배터리모듈용 연결장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리모듈용 연결장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 배터리모듈을 구성하는 배터리셀(10) 사이를 직렬로 연결한다. 이를 위해 배터리셀(10)의 셀단자(12)에는 인접하는 배터리셀(10)의 것이 서로 겹쳐지는 접촉부(16)를 구비한다. 상기 접촉부(16)는 배터리셀(10)이 설치되는 셀프레임(18)의 지지단(19)에 안착된다. 상기 셀단자(12)의 접촉부(16)를 밀착시키기 위해 셀버스바(30)가 사용된다. 상기 셀버스바(30)에는 상기 접촉부(16)에 밀착되는 탄성누름부(39)가 형성된다. 상기 탄성누름부(39)는 횡단면이 아치형상으로 되어 돌출부가 상기 접초부(16)에 밀착된다. 상기 셀버스바(30)는 커버(20)에 형성된 버스바안착부(26)에 각각 안착되어 융착돌기(29)에 의해 고정된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 배터리셀(10)의 일부가 손상되었을 경우에 교체가 용이하게 되고, 자동차의 주행에 따른 진동과 충격을 셀버스바(30)가 흡수하여 배터리모듈의 내구성이 좋아지는 이점이 있다.

Description

배터리모듈용 연결장치{Connecting apparatus for battery Module}

본 발명은 배터리모듈용 연결장치에 관한 것으로, 배터리셀의 양극과 음극에 각각 전기적으로 연결되어 전체 배터리모듈의 배터리셀들을 전기적으로 연결하는 배터리모듈용 연결장치에 관한 것이다.

전기자동차에서 사용되는 배터리는 필요한 만큼의 전력을 공급하기 위하여 다수개의 배터리모듈을 연결하여 구성된다. 이때, 이들 각각의 배터리모듈을 구성하는 배터리셀들을 직렬로 연결하게 되면 그 만큼 큰 전력을 공급할 수 있으므로, 배터리모듈의 배터리셀들을 직렬로 연결하여 배터리를 구성하게 된다.

상기 배터리셀들을 직렬로 연결하기 위해서는 각각의 배터리셀의 양단자와 음단자에 와이어와 연결된 단자를 연결하여 각각의 배터리셀들을 직렬로 연결하게 된다. 하지만, 이와 같이 단자가 구비된 와이어를 사용하여 배터리셀들을 직렬로 연결하게 되면, 배터리셀을 연결하기 위한 와이어의 갯수가 많아져, 구성이 복잡하게 되는 문제점이 있다.

그리고, 배터리셀을 단자가 구비된 와이어를 사용하여 연결하려면 각각의 와이어의 단자를 해당되는 배터리셀의 양단자나 음단자에 연결하는 작업이 번거로워지게 된다. 즉, 다수개의 배터리셀에 각각 양단자와 음단자가 있으므로, 다수개의 와이어를 정확하게 연결하는 것은 매우 번거로운 작업이다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 대한민국등록특허 제 10-1329252호와 같은 장치를 제공하고 있다. 하지만, 상기 장치에서는 셀버스바와 배터리셀의 양단자 및 음단자가 서로 용접되어 결합된다. 따라서, 특정한 배터리셀에 문제가 생기면 문제가 없는 배터리셀을 포함하는 배터리모듈 전체를 교체해야 하는 문제점이 있다.

그리고, 셀버스바와 배터리셀의 양단자와 음단자를 용접하기 위해서는 용접장비가 있어야 하므로, 조립작업의 작업성이 떨어지는 문제점도 있다.

또한, 자동차의 주행중에는 많은 진동과 충격이 발생하는데, 이들 진동과 충격에 의해 상기 셀버스바와 배터리셀의 양단자 및 음단자와의 결합상태가 손상되어 배터리셀의 내구성이 떨어지는 문제점도 있다.

대한민국 등록특허 제10-1329252호

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리모듈용 연결장치에서 배터리셀의 단자와 셀버스바를 용접하지 않고 전기적으로 연결하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 자동차의 주행중에 발생하는 진동과 충격을 배터리모듈의 셀버스바와 셀단자 사이에서 전달되는 것을 방지하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 다수개의 배터리셀 사이를 직렬로 연결하여 배터리모듈을 구성하는 배터리모듈용 연결장치에 있어서, 기판이 안착되는 기판안착부가 형성되고 상기 기판안착부에 인접하여 다수개의 버스바안착부가 형성되는 커버와, 상기 커버의 버스바안착부에 안착되어 상기 배터리셀에 구비되는 셀단자의 접촉부에 탄성변형된 상태로 밀착되는 탄성누름부를 구비하며 상기 기판과 배터리셀 사이를 연결하는 셀버스바를 포함한다.

상기 커버의 버스바안착부에는 커버를 관통하여 관통부가 형성되고 상기 셀버스바를 커버에 고정하기 위한 융착돌기가 형성된다.

상기 셀버스바는 상기 버스바안착부에 안착되는 버스바몸체와, 상기 버스바몸체의 일측 단부에 연장되어 상기 기판과 전기적으로 연결되는 기판접속부와, 상기 버스바몸체에서 연장되고 상기 관통부에 위치되는 연장부와, 상기 연장부에서 연장되고 상기 셀단자의 접촉부에 탄성변형된 상태로 밀착되는 탄성누름부를 포함한다.

상기 버스바몸체의 일측에는 상기 융착돌기가 관통하는 고정통공이 형성된 고정부가 더 구비되어 상기 셀버스바가 커버에 고정되도록 한다.

상기 연장부의 연장방향에 직교하게 상기 탄성누름부가 형성되는데, 상기 탄성누름부는 횡단면이 아치형으로 되고 돌출부가 상기 접촉부에 접촉된다.

상기 배터리셀의 셀단자는 인접하는 배터리셀의 셀단자와의 전기적 연결을 위한 서로 겹쳐지는 접촉부를 구비한다.

상기 셀단자는 배터리셀에서 돌출되어 연장되는 돌출부와 상기 돌출부에 직교하게 절곡되는 접촉부를 구비하고 금속판을 절곡하여 형성된다.

인접하는 배터리셀의 서로 겹쳐지는 상기 접촉부는 상기 배터리셀이 설치되는 셀프레임에 형성된 지지단에 안착된 상태로 상기 셀버스바의 탄성누름부에 의해 눌러진다.

본 발명에 의한 배터리모듈용 연결장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 셀버스바의 탄성누름부가 배터리셀의 셀단자들에 밀착되어 전기적 연결을 수행하므로 배터리모듈에서의 전기적 연결이 확실하게 이루어지는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에서는 배터리셀의 셀단자들과 셀버스바가 분리가능하게 결합되어 있으므로, 각각의 배터리셀을 개별적으로 교체할 수 있게 되어 배터리모듈에서 배터리셀의 개별 유지보수가 이루어지는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 배터리셀의 셀단자들이 배터리모듈 연결장치의 셀버스바와 셀버스바의 탄성을 이용하여 밀착되어 접촉되도록 하므로 별도의 장비없이 배터리모듈 연결장치를 조립함에 의해 전기적 연결이 이루어지게 되어 조립작업의 공정이 단순해지는 효과도 있다.

그리고, 본 발명에서는 자동차의 주행시에 발생하는 진동과 충격을 상기 탄성누름부에서 모두 흡수하게 되므로, 진동과 충격에 의한 셀버스바와 배터리의 셀단자사이의 결합이 견고하게 유지될 수 있게 되어 배터리모듈의 내구성이 높아지는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 연결장치의 바람직한 실시례가 적용된 것을 보인 배터리모듈의 주요부 구성을 보인 사시도.
도 2는 본 발명 실시례의 요부 구성을 보인 부분단면 사시도.
도 3은 본 발명 실시례를 구성하는 셀버스바의 구성을 보인 사시도.
도 4는 본 발명 실시례를 구성하는 셀버스바의 구성을 보인 정면도.

이하 본 발명에 의한 배터리모듈용 연결장치의 바람직한 실시례를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 배터리모듈의 구성을 주요부만 도 1에 도시하여 표시하고 설명한다.

도면들에 도시된 바에 따르면, 배터리모듈에는 다수개의 배터리셀(10)이 있다. 상기 배터리셀(10)들이 다수개가 모여 하나의 배터리모듈을 구성한다. 상기 배터리셀(10)에는 각각 양극과 음극인 2개의 셀단자(12)가 있다. 상기 셀단자(12)들은 상기 배터리셀(10)에서 외부로 연장되는 돌출부(14)와 상기 돌출부(14)에서 절곡되어 연장되는 접촉부(16)가 있다. 상기 접촉부(16)는 상기 돌출부(14)에 대해 직교하게 절곡되는 것이 좋다. 상기 셀단자(12)들은 금속판으로서 단면이 'ㄱ'자 형상이 되도록 절곡되어 구성된다. 도시된 실시례에서는 상기 접촉부(16)들이 평면으로 되어 있으나, 반드시 그러할 필요는 없다. 서로 접촉되어 전기적 연결이 이루어질 수 있다면, 단면이 아치형 등 다양하게 만들어질 수 있다.

하나의 배터리셀(10)에서 상기 셀단자(12)들의 접촉부(16)는 서로 반대방향을 향하도록 연장된다. 이와 같이 접촉부(16)가 서로 반대방향을 향하도록 됨에 의해 인접하는 배터리셀(10)의 셀단자(12)들이 서로 접촉하여 전기적 연결이 될 수 있다.

상기 배터리셀(10)들은 셀프레임(18)에 설치되는데, 상기 셀프레임(18)의 구성은 도시된 도면에서는 일부만이 도시되어 있다. 상기 셀프레임(18)은 각각의 배터리셀(10)들의 사이에 위치되어 배터리셀(10)들을 분리하고 구획함과 동시에 보호하는 역할을 한다. 상기 셀프레임(18)의 일측에는 지지단(19)이 돌출되어 형성된다. 상기 지지단(19) 상에는 상기 셀단자(12)의 접촉부(16)중 하나가 안착된다.

상기 배터리셀(10)들을 직렬로 연결하기 위한 구성을 설명한다. 이를 위해서는 인접하는 배터리셀(10)들의 셀단자(12)들을 서로 연결하게 된다. 상기 셀단자(12)의 전기적 연결과 각각의 배터리셀(10)의 상태를 감지하기 위한 구성이 상기 배터리셀(10)의 셀단자(12)쪽에 위치된다.

상기 배터리셀(10)의 셀단자(12)에 인접하여 커버(20)가 설치된다. 상기 커버(20)는 절연성 재질로 만들어지는 것이다. 상기 커버(20)는 전체적으로 사각형의 판형상이다. 상기 커버(20)에는 기판안착부(22)가 형성된다. 상기 기판안착부(22)는 상기 커버(20)의 폭방향 중간부를 따라 길게 연장된다. 상기 기판안착부(22) 상에는 기판(24)이 안착된다. 상기 기판(24)으로는 플렉시블한 연질기판이 사용되는것이 좋다. 물론, 상기 기판(24)으로 경질기판이 사용될 수도 있다.

상기 커버(20)에는 상기 기판안착부(22)의 양측에 다수개의 버스바안착부(26)가 형성된다. 상기 버스바안착부(26)는 다수개가 나란히 배치된다. 상기 버스바안착부(26)의 사이에는 관통부(28)가 형성된다. 상기 관통부(28)는 상기 커버(20)를 관통하여 형성되는 것이다. 상기 관통부(28)에는 아래에서 설명될 셀버스바(30)의 연장부(38)가 위치된다.

상기 기판안착부(22)에는 커버(20)에 셀버스바(30)를 고정시키기 위한 융착돌기(29)가 돌출되어 형성된다. 상기 융착돌기(29)는 도면에서는 융착작업이 이루어져 있어 선단이 나머지 부분에 비해 직경이 크게 되어 있다. 하지만, 융착작업을 하기 전에는 원기둥형상 또는 원통형상으로 되어 있다.

셀버스바(30)는 상기 기판안착부(22) 상에 안착되는 것이다. 상기 셀버스바(30)는 도전성 재질로 만들어지는 것이다. 상기 셀버스바(30)는 상기 배터리셀(10)의 셀단자(12)가 전기적으로 확실하게 접촉되도록 함과 동시에 상기 배터리셀(10)의 상태를 기판(24)에 있는 소자에 전달하는 역할을 한다.

상기 셀버스바(30)는 도 3 및 도 4에 그 구성이 잘 도시되어 있는데, 상기 기판안착부(22)에 안착되는 버스바몸체(32)가 있고, 상기 버스바몸체(32)에는 고정부(34)가 있다. 상기 고정부(34)에는 고정통공(34')이 형성된다. 상기 고정통공(34')을 관통하여 융착돌기(29)가 위치되고, 상기 융착돌기(29)의 선단이 녹아서 상기 고정통공(34')의 직경보다 크게 되어 상기 버스바몸체(32)가 상기 기판안착부(22)에 고정되도록 한다. 상기 고정부(34)는 상기 융착돌기(29)의 갯수와 같은 갯수가 형성된다.

상기 버스바몸체(32)의 일측 단부에는 기판접속부(36)가 있다. 상기 기판접속부(36)는 상기 기판(24)과 전기적으로 접속되는 부분이다. 상기 기판접속부(36)는 상기 기판(24)에 솔더링되어 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 기판접속부(36)와 상기 버스바몸체(32)의 사이에는 연장목부(37)가 있다. 상기 연장목부(37)는 상기 기판접속부(36)와 버스바몸체(32) 사이가 높이차를 가지는 것이 가능하도록 한다.

상기 버스바몸체(38)에서 연장되어 연장부(38)가 있다. 상기 연장부(38)는 상기 버스바몸체(38)의 일측 가장자리를 따라 연결되어 있도록 된다. 상기 연장부(38)와 상기 버스바몸체(38)는 같은 길이를 가지도록 된다. 상기 연장부(38)는 상기 버스바몸체(38)와 대략 직교하게 형성된다.

상기 연장부(38)에 연결되어서 탄성누름부(39)가 있다. 상기 탄성누름부(39)는 상기 배터리셀(10)의 셀단자(12)에 탄성변형된 상태로 밀착되는 것이다. 보다 정확하게는 상기 셀단자(12)의 접촉부(16)에 탄성변형된 상태로 밀착된다. 상기 탄성누름부(39)는 횡단면이 아치형상으로 되어 상기 접촉부(16)에 밀착되었을 때 곡률반경이 더 커지도록 탄성변형되어 상기 접촉부(16)들이 서로 밀착되어 접촉되도록 한다. 상기 탄성누름부(39)는 상기 셀단자(12)의 폭과 같거나 더 긴 길이를 가진다. 이는 상기 탄성누름부(39)에 의해 상기 셀단자(12)의 접촉부(16) 전체가 눌러지도록 하기 위함이다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 배터리모듈용 연결장치가 조립되고 사용되는 것을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 상기 커버(20)에는 상기 기판(24)과 셀버스바(30)가 장착된다. 상기 기판(24)은 상기 기판안착부(22) 상에 안착되고, 이 상태에서 상기 셀버스바(30)들이 상기 각각의 버스바안착부(26)에 안착된다. 상기 버스바안착부(26)에 안착된 셀버스바(30)의 고정부(34)에 형성된 고정통공(34')을 관통하여 융착되지 않은 상태의 상기 융착돌기(29)가 위치된다. 상기 셀버스바(30)의 기판접속부(36)는 상기 기판(24) 상에 접촉되게 위치된다.

이 상태에서 상기 기판(24)과 기판접속부(36)가 전기적으로 접속되도록 솔더링을 하고, 상기 융착돌기(29)에 융착작업을 수행하여 상기 셀버스바(30)가 상기 커버(20)의 버스바안착부(26)에 고정되도록 한다. 이때, 상기 셀버스바(30)의 탄성누름부(39)는 상기 커버(20)의 버스바안착부(26)가 있는 표면의 반대쪽에 위치하고, 상기 연장부(38)가 상기 관통부(28)에 위치된다.

다음으로, 상기 배터리셀(10)들은 다수개가 조립되어 결합되는데, 상기 배터리셀(10)의 사이에 셀프레임(18)이 위치된다. 위에서도 설명되었듯이, 도면에 도시된 상기 셀프레임(18)은 구성은 원래의 형상이 아니라 중요부이다. 실제로는 상기 배터리셀(10)들의 사이에 위치되고 상기 배터리셀(10)의 가장자리를 둘러싸도록 된다. 상기 배터리셀(10)들이 셀프레임(18)에 의해 다수개가 결합된 상태에서 상기 배터리셀(10)들의 셀단자(12)들을 덮도록 상기 커버(20)가 설치된다. 상기 커버(20)는 상기 셀프레임(18)과 서로 결합되도록 될 수 있다.

상기 배터리셀(10)들은 인접하는 것의 셀단자(12)가 도 2에 도시된 바와 같이 그 접촉부(16)들이 서로 겹쳐서 접촉된다. 이때, 일측 배터리셀(10)의 접촉부(16)는 타측 배터리셀(10)의 접촉부(16) 상에 위치된다. 상대적으로 하측에 있는 접촉부(16)는 상기 셀프레임(18)의 지지단(19) 상에 안착된다. 참고로, 이 상태에서도 상기 접촉부(16)사이는 전기적 연결이 충분히 이루어질 수 있다.

상기 커버(20)가 상기 배터리셀(10)의 셀단자(12)를 덮도록 상기 셀프레임(18)과 결합되면, 상기 셀프레임(18)의 지지단(19)에 차례로 적층된 상기 접촉부(16)를 상기 셀버스바(30)의 탄성누름부(38)가 눌러주게 된다. 특히, 상기 커버(20)가 상기 셀프레임(18)에 결합되었을 때, 상기 탄성누름부(38)는 탄성변형되어 그 곡률반경이 더 커지도록 되면서 상기 접촉부(16)를 눌러주게 된다.

이와 같이 되면 상기 접촉부(16) 사이가 더 밀착됨과 동시에 상기 접촉부(16)와 기판(24)이 상기 셀버스바(30)를 통해 전기적으로 연결되어 상기 배터리셀(10)의 정보를 상기 기판(24)의 소자에 전달할 수 있게 된다. 이와 같은 상태가 도 2에 잘 도시되어 있다.

상기와 같이 상기 셀버스바(30)가 설치된 커버(20)가 배터리셀(10)이 있는 셀프레임(18)측에 결합됨에 의해 상기 배터리셀(10)에 있는 모든 셀단자(12)들의 접촉부(16)들이 눌러지게 된다. 따라서, 상기 셀단자(12)의 접촉부(16)들이 서로 완전히 밀착되어 전기적으로 접촉되어 모든 배터리셀(10)들이 직렬로 연결된다.

이와 같은 구성을 가지는 배터리모듈은 충전되어 사용되고, 사용에 의해 전기가 방전되면, 다시 충전하여 재사용할 수 있다. 상기 배터리모듈이 사용되다가 특정한 배터리셀(10)이 손상되어 사용할 수 없게 되면 교체를 할 수 있다.

이를 위해서는 상기 커버(20)를 셀프레임(18)에서 분리한다. 상기 커버(20)가 분리되면 상기 탄성누름부(38)가 상기 배터리셀(10)의 셀단자(12)를 더 이상 눌러주지 않으므로, 배터리셀(10)을 분리해 낼 수 있다. 이는 손상된 특정한 배터리셀(10)만을 교체헤서 배터리모듈을 다시 사용할 수 있다는 것을 의미한다.

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 개시된 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.

참고로, 상기 셀버스바(30)는 상기 커버(20)에 융착에 의해 고정되는 것으로 되어 있지만, 반드시 그러한 것은 아니고, 셀버스바(30)와 커버(20) 사이의 구조적인 결합에 의해 셀버스바(30)가 커버(20)에 고정될 수도 있다.

10: 배터리셀 12: 셀단자
14: 돌출부 16: 접촉부
18: 셀프레임 19: 지지단
20: 커버 22: 기판안착부
24: 기판 26: 버스바안착부
28: 관통부 29: 융착돌기
30: 셀버스바 32: 버스바몸체
34: 고정부 34': 고정통공
36: 기판접속부 37: 연장목부
38: 연장부 39: 탄성누름부

Claims (8)

1. 다수개의 배터리셀 사이를 직렬로 연결하여 배터리모듈을 구성하는 배터리모듈용 연결장치에 있어서,
   기판이 안착되는 기판안착부가 형성되고 상기 기판안착부에 인접하여 다수개의 버스바안착부가 형성되는 커버와,
   상기 커버의 버스바안착부에 안착되어 상기 배터리셀에 구비되는 셀단자의 접촉부에 탄성변형된 상태로 밀착되는 탄성누름부를 구비하며 상기 기판과 배터리셀 사이를 연결하는 셀버스바를 포함하는 배터리모듈용 연결장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 커버의 버스바안착부에는 커버를 관통하여 관통부가 형성되고 상기 셀버스바를 커버에 고정하기 위한 융착돌기가 형성되는 배터리모듈용 연결장치.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 셀버스바는 상기 버스바안착부에 안착되는 버스바몸체와, 상기 버스바몸체의 일측 단부에 연장되어 상기 기판과 전기적으로 연결되는 기판접속부와, 상기 버스바몸체에서 연장되고 상기 관통부에 위치되는 연장부와, 상기 연장부에서 연장되고 상기 셀단자의 접촉부에 탄성변형된 상태로 밀착되는 탄성누름부를 포함하는 배터리모듈용 연결장치.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 버스바몸체의 일측에는 상기 융착돌기가 관통하는 고정통공이 형성된 고정부가 더 구비되어 상기 셀버스바가 커버에 고정되도록 하는 배터리모듈용 연결장치.
   
5. 제 3 항에 있어서, 상기 연장부의 연장방향에 직교하게 상기 탄성누름부가 형성되는데, 상기 탄성누름부는 횡단면이 아치형으로 되고 돌출부가 상기 접촉부에 접촉되는 배터리모듈용 연결장치.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리셀의 셀단자는 인접하는 배터리셀의 셀단자와의 전기적 연결을 위한 서로 겹쳐지는 접촉부를 구비하는 배터리모듈용 연결장치.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 셀단자는 배터리셀에서 돌출되어 연장되는 돌출부와 상기 돌출부에 직교하게 절곡되는 접촉부를 구비하고 금속판을 절곡하여 형성되는 배터리모듈용 연결장치.
   
8. 제 7 항에 있어서, 인접하는 배터리셀의 서로 겹쳐지는 상기 접촉부는 상기 배터리셀이 설치되는 셀프레임에 형성된 지지단에 안착된 상태로 상기 셀버스바의 탄성누름부에 의해 눌러지는 배터리모듈용 연결장치.

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