KR20180076145A - 버스바 어셈블리의 연결 구조 - Google Patents

Abstract

버스바; 상기 버스바와 전기적으로 연결되는 연성회로기판; 및 일측에 고정돌기가 형성되어 상기 연성회로기판과 고정 결합되고, 타측은 상기 버스바와 면 접합되어 상기 연성회로기판과 상기 버스바를 전기적으로 연결시키는 연결단자;를 포함하는 버스바 어셈블리의 연결 구조를 제공한다.

Description

버스바 어셈블리의 연결 구조{CONNECTING STRUCTURE OF BUS-BAR ASSEMBLY}

본 발명은 전기자동차 등에 장착되는 배터리셀 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리셀의 각 전압을 측정하기 위해 사용되는 버스바와 연성회로기판 사이의 전기적 연결 방식을 개선한 버스바 어셈블리의 연결 구조에 관한 것이다.

이차전지는 모바일 기기, 보조 전력장치 등에 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 종래 가솔린 차량이나 디젤 차량이 갖는 대기 오염 등의 각 종 문제점을 해결하기 위한 대안으로 제시된 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차 등의 주된 동력원으로서도 주목 받고 있다. 다만, 전기자동차 등에는 고출력 대용량 배터리의 필요성으로 인해 복수 개의 배터리셀을 적층시킨 후 이를 전기적으로 직렬 및 병렬 연결한 배터리셀 모듈이 사용된다.

배터리셀 모듈은 복수 개의 배터리셀이 적층되며, 각 배터리셀의 양 단에 노출되는 단자는 (+)와 (-)가 서로 교대하면서 전기적으로 연결되어 고전압을 제공한다. 이 때, 각 배터리셀에는 버스바가 전기적으로 연결되어 배터리셀의 전압과 전류에 관한 정보 등은 버스바로 전달될 수 있다. 그리고, 버스바에는 와이어가 전기적으로 연결되어 이런 정보는 비엠에스로 전달된다.

도 1은 종래 버스바(2)와 와이어(1) 사이의 연결 구조를 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 그 연결은 버스바(2)의 단부에 형성되는 클램프 구조에 의해 와이어(1)가 클램핑되는 것으로 각 배터리셀마다 클램핑 공정을 반복하는 것은 생산성이 저하되며 조립 불량 등 조립 품질이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 복수 개의 와이어(1)의 사용으로 인해 무게가 증가하여 연비 향상을 위한 경량화에 역행하는 문제점이 있었다.

그래서, 이를 해결하기 위해 와이어 대신 연성회로기판을 사용하게 되었는데, 종래 버스바와 연성회로기판 사이의 전기적 연결 구조는 상대적으로 부품 수가 많아 그 제조 비용과 개발 비용이 상승되는 문제점, 그로 인해 작업 공수가 증가되는 문제점 등이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1647694 (등록일자 2016년 6월23일) 대한민국 공개특허 제10-2016-0026469 (공개일자 2016년 3월09일) 대한민국 등록특허 제10-1329250 (등록일자 2013년 11월07일) 대한민국 공개특허 제10-2015-0033176 (공개일자 2015년 4월01일)

본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 버스바와 연성회로기판 사이를 전기적으로 연결하는 과정에서 그 작업 공수를 줄이고, 연결에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 버스바 어셈블리의 신규한 연결 구조를 제공하고자 한다.

동시에, 버스바와 연성회로기판 사이의 연결 부위에 대한 구조적 취약점을 개선하여 제품 신뢰성을 향상시키고자 한다. 또한, 사용되는 부품 수를 감소시켜 부품의 제조 및 개발 비용과 그 관리 비용을 절감하고자 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 버스바; 상기 버스바와 전기적으로 연결되는 연성회로기판; 및 일측에 고정돌기가 형성되어 상기 연성회로기판과 고정 결합되고, 타측은 상기 버스바와 면 접합되어 상기 연성회로기판과 상기 버스바를 전기적으로 연결시키는 연결단자;를 포함하는 버스바 어셈블리의 연결 구조를 제공한다.

상기 고정돌기는 대향 배치되는 복수 개로 이루어질 수 있다.

상기 연결단자의 일측은 상기 연성회로기판에 겹이음 결합되되, 상기 고정돌기는 미리 설정되는 위치에 관통되어 상기 연성회로기판과 전기적으로 연결되고, 관통 돌출된 부분은 압착되어 휨 변형된다.

상기 연결단자의 타측은 레이져 용접에 의해 상기 버스바와 고정 결합될 수 있다.

상기 버스바에는 상기 연결단자가 안착되는 안착홈이 형성될 수 있다.

상기 버스바는 한 쌍으로 배치되고, 상기 연성회로기판의 단부는 양 갈래로 분기되어 한 쌍의 가지연결단부로 이루어지고, 상기 가지연결단부는 상기 연결단자에 의해 상기 버스바와 각각 전기적으로 연결될 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.

일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조는 전도성 있는 연결단자 만을 사용하여 간단하게 버스바와 연성회로기판을 전기적으로 연결할 수 있다는 장점을 갖는다. 이런 연결단자는 일측에 형성되는 고정돌기가 연성회로기판에 관통된 후 압착되는 공정에 의해 연결단자의 일측과 연성회로기판을 견고하게 고정 결합시킬 수 있다. 또한, 연결단자의 타측은 레이져 용접에 의해 버스바에 견고하게 고정 결합될 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 연결단자를 사용하면 버스바와 연성회로기판을 전기적으로 연결하는 과정이 간단하여 생산성이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 버스바와 연성회로기판 사이의 연결 부위에 대한 구조적 취약점을 개선하여 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 부품 수의 감소로 인해 부품의 제조 및 개발 비용과 그 관리 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래 버스바와 와이어 사이의 연결 구조를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 분해 사시도.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ＇방향 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부재에 대한 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조를 도시한 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해 사시도이며, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ＇방향 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부재에 대한 사시도이다. 도 2 내지 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조는 버스바(10), 연성회로기판(20), 연결단자(100) 등을 포함한다.

버스바 어셈블리는 배터리셀 모듈 중 일부를 구성한다. 그리고, 배터리셀(미도시)의 적어도 어느 일 측면에는 버스바프레임(미도시)이 배치된다. 버스바프레임의 내측면에는 홀더부가 형성되어 적층되는 복수 개의 배터리셀이 각각 끼움 결합될 수 있다. 배터리셀은 전기적으로 서로 연결되어 미리 설정된 전압을 제공한다.

한편, 버스바프레임의 외측면에는 버스바(10)가 고정 결합된다. 버스바(10)는 대개 사각형 플레이트 형상으로, 그 재질은 도전성 물질 중 특히 전기 전도율이 높은 금속 재질인 것이 바람직하다. 버스바(10)는 배터리셀의 전압과 전류에 관한 정보를 연성회로기판(20)으로 전달한다.

연성회로기판(20)은 잘 휘어지는 플렉서블한 특성을 갖고 있으며, 내부에 복수 개의 선이 나란하게 배열되어 각 배터리셀의 전압과 전류에 관한 신호 등을 전송할 수 있다. 연성회로기판(20)의 일단은 버스바(10)와 전기적으로 연결되고, 타단은 비엠에스(BMS, baterry management system)(미도시)와 전기적으로 연결된다.

한편, 연성회로기판(20)의 타단에는 커넥터가 장착되어 연성회로기판(20)은 비엠에스(BMS, baterry management system)와 탈착 가능하게 전기적으로 결합될 수 있다. 비엠에스는 배터리셀 모듈에 포함되는 각 배터리셀의 충전과 방전을 관리한다. 예를 들어, 비엠에스는 충전 모드에서 서로 다른 전압 레벨로 방전된 복수 개의 배터리셀을 균일한 전압 레벨을 갖도록 충전한다.

구체적으로, 버스바(10)와 연성회로기판(20)은 연결단자(100)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 연결단자(100)는 전도성 금속으로 형성된다. 연결단자(100)는 일측에 고정돌기(110)가 형성되고, 일측에서 타측으로 폭이 다소 좁은 금속판이 연장 형성되며, 타측은 연장되는 부분의 면적보다 다소 큰 크기의 금속판으로 형성된다. 연결단자(100)는 실제 제조할 때 일체로서 형성될 수 있다.

고정돌기(110)는 연성회로기판(20)에 연결단자(100)가 고정 결합되도록 한다. 이 때, 고정돌기(110)는 보다 견고한 고정력을 제공하기 위해 대향 배치되는 복수 개로 이루어질 수 있다. 한편, 연결단자(100)의 일측은 연성회로기판(20)과 겹이음 결합되는데 구체적으로 고정돌기(110)는 연성회로기판(20) 중 미리 설정되는 특정 위치에 관통되어 연성회로기판(20)과 전기적으로 연결되고, 이 때 관통 돌출된 부분은 별도 마련되는 압착 기구에 의해 압착되어 휨 변형되면서 연결단자(100)가 연성회로기판(20)으로부터 이탈되지 않도록 고정시킨다.

고정돌기(110)가 관통되는 연성회로기판(20)의 내부에는 구리 등의 전도성 금속이 미세 두께를 갖는 금속박막의 형태로 형성 배치되어 있다. 그 결과, 고정돌기(110)는 금속박막을 관통하면서 금속박막과 접촉될 수 있고, 그로 인해 연결단자(100)와 연성회로기판(20)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 연결단자(100)의 타측은 레이져 용접에 의해 버스바(10)와 고정 결합될 수 있다. 이를 위해, 연결단자(100)의 타측이 버스바(10)의 상면에 면 접합되도록 연결단자(100)를 배치시킨다. 레이져 용접은 접합면의 유격 발생 가능성이 낮고, 접합면의 휘어짐 현상이 드물어 다른 용접과 비교할 때 접합 신뢰성이 상당히 높다. 이런, 레이져 용접은 전용 지그를 이용하며 평평한 접합면에 레이져를 몇 포인트 조사하는 방법으로 이루어진다. 이와 같은 레이져 용접에 의해 연결단자(100)와 버스바(10)는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 버스바(10)에는 연결단자(100)가 안착되는 안착홈(12)이 형성된다. 안착홈(12)은 버스바(10)에 대한 연결단자(100)의 배치 위치를 지시하면서 동시에 버스바(10)에 연결단자(100)가 안정적으로 배치될 수 있도록 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조를 도시한 사시도이다. 도 6을 참조하면, 버스바프레임의 외측면에는 한 쌍의 버스바(10)가 고정 결합될 수 있다. 이에 대응하여, 연성회로기판의 단부는 양 갈래로 분기되어 한 쌍의 가지연결단부(22)로 이루어진다. 그리고, 각각의 가지연결단부(22)는 각각의 연결단자(100)에 의해 각각의 버스바(10)와 전기적으로 연결된다.

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: 버스바 20: 연성회로기판
100: 연결단자 110: 고정돌기
12: 안착홈 22: 가지연결단부

Claims (6)

1. 버스바;
   상기 버스바와 전기적으로 연결되는 연성회로기판; 및
   일측에 고정돌기가 형성되어 상기 연성회로기판과 고정 결합되고, 타측은 상기 버스바와 면 접합되어 상기 연성회로기판과 상기 버스바를 전기적으로 연결시키는 연결단자;를 포함하는 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고정돌기는 대향 배치되는 복수 개로 이루어지는 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 연결단자의 일측은 상기 연성회로기판에 겹이음 결합되되,
   상기 고정돌기는 미리 설정되는 위치에 관통되어 상기 연성회로기판과 전기적으로 연결되고, 관통 돌출된 부분은 압착되어 휨 변형되는 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 연결단자의 타측은 레이져 용접에 의해 상기 버스바와 고정 결합되는 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 버스바에는 상기 연결단자가 안착되는 안착홈이 형성되는 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 버스바는 한 쌍으로 배치되고, 상기 연성회로기판의 단부는 양 갈래로 분기되어 한 쌍의 가지연결단부로 이루어지고, 상기 가지연결단부는 상기 연결단자에 의해 상기 버스바와 각각 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리의 연결 구조.

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