KR20210020755A - 금속 시트를 버스 바에 적어도 부분적으로 연결하는 방법 및 버스 바 및 금속 시트의 배열 - Google Patents

금속 시트를 버스 바에 적어도 부분적으로 연결하는 방법 및 버스 바 및 금속 시트의 배열 Download PDF

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Abstract

금속 시트(2)를 버스 바(1)에 적어도 부분적으로 연결하는 방법으로서,
-300㎛ 미만, 바람직하게 10 내지 100μm, 더욱 바람직하게 35 내지 70μm의 두께를 가진 금속 시트(2) 및 버스 바(1)를 제공하는 단계,
-접촉 영역(CR)을 형성하기 위해 버스 바(1) 상에 적어도 부분적으로 금속 시트(2)를 배열하는 단계;
-접촉 영역(CR) 내에 적어도 하나의 용접 조인트(7)를 형성하기 위해 레이저광(5)을 이용하여 금속 시트(2)를 버스 바(1)에 용접하고 레이저 펄스가 적어도 하나의 용접 조인트(7)를 형성하기 위해 이용되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

Description

금속 시트를 버스 바에 적어도 부분적으로 연결하는 방법 및 버스 바 및 금속 시트의 배열{METHOD FOR CONNECTING A METAL SHEET AT LEAST PARTIALLY TO A BUSBAR AND AN ARRANGEMENT OF A BUSBAR AND A METAL SHEET}
본 발명은 금속 시트를 버스 바에 적어도 부분적으로 연결하는 방법 및 상기 방법에 의해 구현되는 버스 바 및 금속 시트의 배열에 관한 것이다.
적층된 버스 바가 전형적으로 얇은 유전체 물질에 의해 분리되고 통합 구조(unified structure)로 적층되고 제조된 구리의 전도층들을 포함한다. 예를 들어, 버스 바는 버스 바에 연결되어 배터리 패키지를 형성하는 커패시터들의 군(group)으로부터 전력을 수집하고 전달하기 위해 이용될 수 있다. 일반적으로 상기 버스 바는 전기 모터로 구동되는 차량에 이용된다. 신호 제어를 위한 배터리 패키지를 이용하기 위해, 예를 들어 연성 인쇄 회로(FPC)가 버스 바에 연결된다. 따라서, 버스 바를 포함하는 배터리 패키지 및 배터리 관리 시스템 사이의 통신이 형성될 수 있다. 또한, 연성 인쇄 회로는 전형적으로 얇은 금속 시트를 포함한다.
일반적으로, 리벳 핀은 버스 바 및 얇은 금속 시트를 갖는 연성 인쇄 회로 사이에서 전기 전도성 연결을 구현하기 위해 이용된다. 또한, 예를 들어, 문헌 제 US 2018 0 335 060 A1 호에서 연성 인쇄 회로 및 버스 바 사이의 연결을 구현하기 위해 레이저 용접을 이용하는 것으로 알려져 있고, 용접 스케줄 라인을 따라 레이저광을 이동시키면서 섬유 레이저로부터 레이저광을 연속 조사하여 용접 라인이 형성된다.
상기 설명을 고려하여, 본 발명의 목적은 종래 기술에 비해 선택적이고 선호적으로 개선된 방법으로 특히 연성 인쇄 회로의 일부분이거나 일부분을 형성하는 얇은 금속 시트를 버스 바에 연결하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1에 따라 금속 시트를 적어도 부분적으로 버스 바에 연결하는 방법 및 청구항 15에 따른 버스 바 및 금속 시트의 배열에 의해 달성된다. 바람직한 실시예가 종속항, 상세한 설명 및 도면에 포함된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 금속 시트를 버스 바에 적어도 부분적으로 연결하는 방법이 제공되고, 상기 방법은
-300㎛ 미만, 바람직하게 10 내지 100μm, 더욱 바람직하게 35 내지 70μm의 두께를 가진 금속 시트 및 버스 바를 제공하는 단계,
-접촉 영역을 형성하기 위해 버스 바 상에 적어도 부분적으로 금속 시트를 배열하는 단계;
-접촉 영역 내에 적어도 하나의 용접 조인트를 형성하기 위해 레이저광을 이용하여 금속 시트를 버스 바에 용접하고 레이저 펄스가 적어도 하나의 용접 조인트를 형성하기 위해 이용되는 단계를 포함한다.
종래 기술과 대조적으로, 본 발명에 따르면 레이저 펄스에 의해 용접 조인트를 구현하는 것이 제공된다. 레이저 펄스를 이용하면 금속 시트와 버스 바 사이에 충분한 저항과 강한 기계적 연결이 형성될 수 있는 것이 밝혀졌다. 특히, 얇은 금속 시트를 손상시키지 않으면서 레이저 펄스를 이용하여 얇은 금속 시트를 위한 신뢰성 있는 연결이 구현될 수 있는 것이 밝혀졌다. 레이저 용접은 얇은 금속 시트와 버스 바 사이의 재료를 직접 용융시키기 때문에, 상당히 적은 저항을 갖는 연결부가 유리하게 구현될 수 있다. 또한, 리벳 핀을 통해 금속 시트와 버스 바 사이의 연결을 구현하는 것과 비교하여, 레이저 펄스를 이용하는 방법이 더 빠르고 신뢰성이 있다. 따라서, 상기 방법은 특히 상기 연결부들의 대량 생산에서 금속 시트와 버스 바 사이의 연결부를 형성하기 위한 시간 효율적인 방법을 제시한다.
바람직하게, 버스 바는 주요 연장 평면에서 연장되는 평평한 제품이다. 평평한 이라는 용어는 주요 연장 평면에 수직인 방향으로 측정된 버스 바의 두께가 주요 연장 평면에 평행한 평면에서 버스 바를 가로지르는 연장부 보다 10배 이상, 바람직하게 15배 이상 더 작은 것을 의미한다. 예를 들어, 버스 바는 부식을 피하기 위해 절연 층 및/또는 니켈층으로 적층 및/또는 피복된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 버스 바는 추가적인 코팅 또는 커버링 없이 아무것도 없는 금속으로 제조된다. 또한, 버스 바는 구조화되지 않고, 즉, 버스 바는 공통 평면 내에서 서로 격리된 전도성 경로들을 포함하지 않는다. 반면에, 버스 바에 연결된 금속 시트는 특히 예를 들어 배터리 관리 시스템과 같은 제어 유닛으로 신호를 전송하기 위해 전도성 또는 신호 경로의 적어도 일부분을 제시한다. 특히, 접촉 영역은 버스 바의 상부 및/또는 바닥 측부에 위치한다. 다른 바람직한 실시예에서, 추가로 또는 선택적으로, 접촉 영역은 버스 바의 변부에 위치하여 예를 들어 FPC는 상기 변부에서 버스 바의 단자 또는 포트와 연결될 수 있다. 바람직하게, 버스 바는 알루미늄, 구리, 강 및/또는 니켈을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 버스 바는 추가 절연 층에 의해 서로 분리되는 하나 이상의 제1 전도층 및/또는 하나 이상의 제2 전도층을 포함하며, 상기 하나 이상의 제1 전도층, 하나 이상의 제2 전도층 및 추가 절연 층은 주요 연장 평면에 수직인 적층 방향을 따라 서로 위에 적층된다. 상기 버스 바는 특히 전력을 수집 및 전송하기 위한 것이다. 예를 들어, 복수의 커패시터가 버스 바의 상부에 배열되고 커패시터는 버스 바에 연결되어 복수의 커패시터로부터 수집된 전체 전력을 분배한다. 바람직한 실시예에서 버스 바는 배터리 패키지의 일부인 것이 또한 제공된다. 이 경우 버스 바는 배터리 셀들을 병렬 또는 직렬로 연결하기 위해 이용된다. 여기서 연성 인쇄 회로(FPC)는 버스 바에서 용접 영역의 전위 및 온도와 같은 신호를 버스 바로부터 수집하기 위해 이용된다. 상기 버스 바는 예를 들어 전기 자동차에 이용하기 위한 것이다. 바람직하게, 상기 하나 이상의 제1 전도층 및/또는 하나 이상의 제2 전도층은 구리 또는 알루미늄과 같은 금속으로 제조된다. 특히, 주요 연장 평면에 수직인 방향으로 측정된 버스 바의 두께는 0.5mm와 6mm 사이, 보다 바람직하게 0.5mm와 3mm 사이, 가장 바람직하게 0.5mm와 1.5mm 사이이다. 특히, 0.5mm와 1.5mm 사이의 두께는 배터리 팩에 이용되는 버스 바에 적합하다. 차량 내에서 전달되는 전력은 다른 버스 바의 적용예들에서처럼 높지 않기 때문에 상기 적용예에서 얇은 전도체가 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 버스 바의 두께에 대한 금속 시트의 두께의 비율은 0.005 내지 0.02, 보다 바람직하게 0.0075 내지 0.015, 가장 바람직하게 약 0.01이다. 즉, 금속 시트는 버스 바의 두께에 비해 매우 얇다. 특히, 용접 조인트는 유사한 작은 단면을 갖는 미세 용접 조인트, 즉 상당히 작은 단면적을 가진 용접 조인트로서 구현된다.
바람직한 실시예에 따르면, 금속 시트는 연성 인쇄 회로의 적어도 일부분이다. 따라서, 신호 제어를 위해 연성 인쇄 회로의 일부인 금속 시트를 유리하게 이용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템과 통신하기 위해, 배터리 패키지 내에서 연성 인쇄 회로와 버스 바 사이의 신호 제어를 위한 연결가 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연성 인쇄 회로는 금속 시트 또는 금속 필름만을 포함하거나 금속 시트는 예를 들어 폴리아미드 또는 투명한 전도성 폴리에스테르 필름에 의해 형성된 가요성 플라스틱 기판상에 적어도 부분적으로 장착되거나 일체 구성된다. 가요성 금속 시트를, 특히 연성 인쇄 회로의 일부분으로서 버스 바에 연결하는 또 다른 이점에 의하면, 예를 들어 한편으로 버스 바의 서로 다른 높이를 보상하고 다른 한편으로 버스 바의 영역 외부에 연성 인쇄 회로의 추가 코스를 보상하기 위해 금속 시트가 구부러질 수 있다. FPC의 분리된 2개의 부분들은 상기 2개의 부분들을 접촉 영역에 연결함으로써 버스 바를 통해 연결될 수도 있다. 바람직하게 용접 영역 및/또는 접촉 영역을 보호하고 용접 영역 및/또는 접촉 영역의 기계적 강도를 향상시키기 위해 추가의 테이프 또는 접착제가 이용된다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 펄스는 0.1 ns 내지 800ns, 바람직하게 20ns 내지 500ns, 바람직하게 20ns 내지 240ns의 펄스 지속 시간을 갖는 것이 제공된다.
또한, 접촉 영역은 복수의 용접 조인트를 포함하며, 용접 조인트는 서로 공간적으로 분리된다. 용접 조인트의 수를 증가시키면, 금속 시트와 버스 바 사이의 기계적 연결부를 강화할 수 있어서 유리하다. 예를 들어, 용접 조인트의 수는 2 내지 10, 보다 바람직하게 2 내지 8, 또는 3 내지 7이다. 따라서, 용접 조인트의 수를 증가시키면 연결부의 전체 강도가 향상될 수 있다. 갯수를 제한하면 연결부를 구현하기 위한 시간 효율성에 긍정적인 영향을 준다. 특히, 3개 내지 7개의 용접 조인트를 구현하면 대부분의 잠재적 응용예 들에서 충분한 연결 강도가 보장되고 신속한 생산될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 바람직하게, 용접 조인트 그룹의 생산을 가속화하기 위해 각각 레이저 펄스에 의해 형성된 여러 개의 레이저 빔은 동시에 접촉 영역에 향한다.
바람직한 실시예에서, 복수의 용접 조인트들이 그룹화되고, 예를 들어 2차원 패턴이 복수의 용접 조인트에 의해 구현된다. 예를 들어 버스 바 및 금속 시트 사이의 연결부에 작용하는 예상 하중의 방향 또는 접촉 영역의 기하학적 형태에 따라 연결부에 대한 예상 하중에 대하여 용접 조인트가 최적화되도록 복수의 용접 조인트를 배열하는 것이 가능하다.
또 다른 실시예에서, 금속 시트를 버스 바에 용접하기 전에, 적어도 금속 시트의 접촉 영역이 버스 바에 고정되어 접촉 영역 내에 갭이 없는 배열을 형성하는 것이 제공된다. 버스 바와 금속 시트 사이의 접촉 영역에 갭이 없는 배열이 보장되면, 버스 바와 금속 시트 사이에 강한 기계적 연결부를 형성하는 성공률이 증가될 수 있어서 유리하다. 예를 들어, 적어도 접촉 영역에서, 금속 시트를 버스 바에 조이는 클램프 요소에 의해 버스 바와 금속 시트는 서로 고정된다. 프레임 형태의 구조체가 버스 바에 대해 금속 시트를 가압하여 금속 시트와 버스 바를 서로 고정시키는 것도 고려될 수 있다. 바람직하게, 버스 바와 금속 시트 사이의 잘못된 연결을 피하기 위해 용접 공정 전에 고정 상태의 체계적인 제어가 제공된다. 따라서, 다수의 불충분한 연결부가 감소될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 용접하기 전에 버스 바의 적어도 일부분에서 표면 처리가 수행되는 것이 제공된다. 특히, 접촉 영역을 제공하기 위한 섹션은 용접하기 전에 표면 처리된다. 예를 들어, 버스 바와 금속 시트 사이의 접착 연결부를 형성하기 위한 성공률을 증가시키기 위해 버스 바의 표면은 세정된다.
바람직한 실시예에 따르면, 접촉 영역의 크기에 대한 용접 영역의 스폿 크기의 비율이 0.2보다 작고, 보다 바람직하게 0.1보다 작고, 더 바람직하게 0.05보다 더 작다. 상기 작은 용접 조인트에 의하면, 실제로 금속 시트와 부스 바 사이의 연결부로서 이용될 수 있고 충분히 강한 기계적 연결부가 구현될 수 있는 것이 밝혀졌다. 특히, 작은 용접 조인트는 접촉 영역에 걸쳐 분포된 용접 조인트들을 구현한다. 바람직하게, 용접 조인트는 접촉 영역에 걸쳐 균일하게 분포된다. 용접 조인트는 접촉 영역에 걸쳐 확률적으로 분포되는 것이 또한 고려될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 용접 조인트의 스폿 크기는 0.01mm2 내지 5mm2, 바람직하게 0.1mm2 내지 1mm2, 더욱 바람직하게 0.2mm2 내지 0.7mm2 이다. 접촉 영역의 크기는 1mm2 내지 80mm2, 바람직하게 5mm2 내지 50mm2, 더욱 바람직하게 10mm2 내지 25mm2이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 용접 조인트 그룹의 용접 조인트는 적어도 부분적으로 일렬로 배열된다. 따라서, 예를 들어 레이저 공급원의 횡 방향 이동 및 레이저 펄스에 의한 반복 처리에 의해 여러 용접 조인트가 생산과정에서 쉽게 구현될 수 있다.
특히, 버스 바는 금속 층으로 코팅 및/또는 도금되는 것이 제공된다. 바람직하게, 버스 바는 예를 들어 부식 방지를 위해 약간의 니켈로 코팅되는 것이 제공된다. 또 다른 실시예에 따르면, 용접 조인트는 등거리로 분포되며, 즉 용접 조인트들(적어도 직선을 따라 용접 조인트들) 사이의 거리가 동일하다. 용접 조인트는 균일하게 또는 심지어 무작위로 분포되는 것도 고려할 수 있다. 예를 들어, 용접 조인트 사이의 거리는 등거리로 분포되지 않는다. 이를 위해 다른 용접 프로그램이 예비 설정될 수 있다. 즉, 다른 용접 프로그램을 포함하고 자동 대량 생산을 구현할 수 있는 자동 용접 시스템 내에 해당 레이저 공급원을 가진 용접 장치가 포함된다. 따라서, 신뢰성 있는 연결부 강도를 제공하기 위해 금속 시트와 버스 바 사이에 균일한 연결부가 형성될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 적어도 버스 바 및 금속 시트를 포함하는 장치가 완성된 상태에서 연결 영역 외부의 금속 시트는 버스 바의 외부 표면에 대해 경사를 가지며 연장된다. 따라서, 유리하게 적용예에 따라 금속 시트의 방향 및/또는 위치를 적응시키는 것이 가능하여, 즉, 버스 바 및 금속을 포함하는 배열 내에서 버스 바로부터 제어 신호를 다른 레벨로 전송을 할 수 있다.
바람직하게, 용접 조인트의 단면은 직사각형, 타원형, 삼각형 및/또는 원형으로 제공된다. 용접 조인트의 기하학적 형태를 선택하거나 조정하면, 버스 바와 금속 시트 사이에서 연결부의 기계적 강도가 조정될 수 있다. 원형 및 타원 형상의 단면은 조인트를 용접하기 위해 이용되는 레이저 스폿(spot)의 특수 형상을 구현하는 렌즈 또는 기타 빔 형성 장비와 같은 추가 장비 없이도 레이저 펄스를 이용하여 쉽게 구현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 본 발명의 방법에 의해 특히 구현되는 버스 바 및 금속 시트의 배열이고, 레이저 펄스에 의해 구현되는 적어도 한 개의 용접 조인트, 바람직하게 서로 공간적으로 분리된 용접 조인트들에 의해 금속 시트(2)가 버스 바에 에 연결된다. 금속 시트와 부스 바 사이의 연결부를 구현하기 위한 방법에 관한 상기 모든 특징 및 이점은 상기 배열에 유사하게 적용되며, 그 반대도 마찬가지이다.
이미 명시적으로 설명되지 않는다면, 개별 실시예 또는 실시예들의 개별 특징 및 특성은 본 발명과 관련하여 서로 조합되거나 교환되는 것이 유의미한 경우에 상기 발명의 범위를 제한하거나 확대하지 않고 서로 조합되거나 교환될 수 있다. 본 발명의 일 실시예와 관련하여 설명된 이점은, 적용 가능하다면, 본 발명의 다른 실시예에서도 유리하다.
도 1은 금속 시트를 버스 바에 적어도 부분적으로 연결하는 방법을 개략적으로 도시한다.
도 2는 바람직한 제1 실시예에 따른 금속 시트와 버스 바 사이의 배열을 도시한다.
도 3은 바람직한 제2 실시예에 따른 금속 시트와 버스 바 사이의 배열을 도시한다.
도 4는 바람직한 제3 실시예에 따른 금속 시트와 버스 바 사이의 배열을 도시한다.
본 발명의 선호되는 제1 실시예를 따르는 버스 바(1)가 도 1에 개략적으로 도시되고 측면도(도 2)가 도시된다. 상기 버스 바(1)는 전기 부품들의 배열, 특히 버스 바(1)의 상부에 배열된 복수의 (도면에 도시되지 않은) 커패시터들을 위한 전력의 수집 및 분배를 위한 것이다. 더욱 바람직하게, 버스 바는 배터리의 일부분이다. 이 경우 버스 바는 배터리 셀들을 병렬 또는 직렬로 연결하기 위해 이용된다. 직교 좌표계의 xy 평면을 따라 주요 연장 평면(HSE)에서 연장되는 버스 바(1)는 버스 바(1) 상에 직접 배열된 (도면에 도시되지 않은) 전기 부품을 위한 캐리어를 형성하는 것이 선호된다. 버스 바(1)의 제1 전도층은 격리 층으로 덮이고 상기 격리 층은 커패시터를 제1 전도층 상에 직접 배열하는 것을 허용한다.
특히, 버스 바(1)는 주요 연장 평면(HSE)으로 연장되는 제1 전도층을 포함하고, 제1 전도층의 외측 주변부로부터 주요 연장 평면(HSE)과 평행한 방향으로 연장되는 포트(9)를 가지며, 상기 포트는 다수의 커패시터 중 하나의 커패시터에 각각 제공된 여러 개의 제1종 극(pole)들을 모으는 버스 바(1)의 극을 위한 것이다. 제1 전도층 이외에, 제2 전도층이 제공되는 것이 바람직하며, 상기 제2 전도층은 제1 전도층과 평행하게 연장된다. 버스 바(1), 특히 제1 전도층 및/또는 제2 전도층은 평평하거나 적층된 제품을 형성하며, 즉 주요 연장 평면(HSE)에서 버스 바(1)는 주요 연장 평면(HSE)에 수직인 방향(z)으로 측정된 버스 바(1)의 두께보다 몇 배 더 크게 연장된다. 특히, 주요 연장 평면(HSE)에 수직인 방향(z)으로 측정된 버스 바(1)의 두께는 0.5mm 내지 6mm, 보다 바람직하게 3mm 내지 6mm, 가장 바람직하게 4.5 내지 5.5mm이다. 배터리 패키지 내에서 이용되는 버스 바(1)를 위해, 주요 연장 평면(HSE)에 수직인 방향(z)으로 측정된 두께는 0.5mm 내지 3mm, 가장 바람직하게 0.5mm 내지 1.5mm인 것이 바람직하다. 특히, 버스 바(1) 또는 버스 바(1)의 적어도 일부분이 제1 및 제2 전도층의 기능에 영향을 주지 않으면서 변형될 수 있도록 제1 전도층 및 제2 전도층의 재료가 정해진다. 따라서, 버스 바(1)는 버스 바(1) 또는 버스 바(1)를 포함하는 조립체가 예를 들어 버스 바(1)의 일부분의 굽힘에 의해 일체 구성되어야 하는 공간에 쉽게 적응될 수 있다. 또한, 제2 전도층의 외측 주변부에서 제2 전도층은 여러 개의 커패시터들 중 하나의 커패시터에 각각 제공되는 제2종 극들을 모으는 버스 바(1)의 공통 극을 위한 또 다른 포트를 포함한다. 상기 버스 바(1)는 예를 들어 전기 모터에 의해 구동되는 차량에서 이용된다.
또한, 커패시터 및 버스 바를 포함하는 시스템의 신호 제어를 위해 얇은 금속 시트(2)를 버스 바(1)에 연결하는 것이 공지되고, 특히, 상기 금속 시트(2)는 연성 인쇄 회로(FPC)의 적어도 일부분이다. 예를 들어 상기 금속 시트(2)는 신호 제어에 이용되며 300㎛ 미만, 바람직하게 30㎛ 내지 80㎛의 두께를 갖는다. 결과적으로, 금속 시트(2)의 두께 대 버스 바(1)의 두께의 비는 0.005 내지 0.02, 보다 바람직하게 0.0075 내지 0.15, 가장 바람직하게 약 0.01이다. 예를 들어, FPCi는 버스 바 상에서 용접 영역의 전위 및 온도와 같은 버스 바로부터 신호를 수집하기 위해 이용된다. 다시 말해, 버스 바(1)의 두께는 금속 시트(2)의 두께보다 몇 배 더 크다. 버스 바(1)와 얇은 금속 시트(2) 사이의 연결을 시간 효율적으로 구현하기 위해, 용접 조인트(7)는 레이저광(5)을 이용하여 구현된다. 상기 레이저광(5)을 이용하면, 얇은 금속 시트(2)와 버스 바(1) 사이의 재료가 용융되고, 얇은 금속 시트(2)와 버스 바(1) 사이의 접착 연결부가 형성된다. 따라서, 비교적 낮은 저항의 연결부가 구현된다. 또한, 버스 바(1)와 얇은 금속 시트(2) 사이에서 기계적으로 강한 연결부를 구현하기 위해 레이저 펄스가 이용될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 레이저 펄스를 이용하면, 금속 시트(2)와 버스 바(1) 사이의 연결을 위한 원하는 저항 및 기계적 강도를 시간 효율적인 방식으로 형성할 수 있어서 유리하다. 특히, 레이저광(5)을 이용하여 마이크로 용접 조인트(7)를 구현할 수 있다. 레이저 펄스를 이용하면, 버스 바(1)에 연결된 금속 박판(2)이 손상되지 않고 용접 조인트(7)가 구현될 수 있다.
도 2에서, 제1 바람직한 실시예를 따르는 버스 바(1)와 얇은 금속 시트(2) 사이의 연결부가 도시된다. 도 2의 상부에 버스 바(1)와 금속 시트(2) 사이의 연결부를 포함한 섹션의 평면도가 도시된다.
도 2의 하부에 버스 바(1)와 금속 시트(2) 사이의 연결부를 나타내는 측면도가 도시된다. 특히, 버스 바(1)는 주요 연장 평면(HSE)을 따라 연장되고, 금속 시트(2)는 연성 인쇄 회로의 일부분으로서 형성된다. 버스 바(1)와 금속 시트(2) 사이에 접촉 영역(CR)이 형성되도록 금속 시트(2)가 버스 바(1)의 상부에 적어도 부분적으로 배열된다. 구체적으로, 접촉 영역(CR)은 주요 연장 평면(HSE)에 수직인 방향으로 서로 중첩되는 금속 시트(2)와 버스 바(1)의 섹션에 의해 정의되고, 금속 시트(2) 및 버스 바(1)는 접촉 영역(CR)의 전체 영역을 따라 접촉한다. 또한, 도 2를 참고할 때, 금속 시트(2)가 주요 연장 평면(HSE)에 대해 경사지게 연장되도록 금속 시트(2)가 접촉 영역(CR) 외부에 형성된다. 따라서, 버스 바(1)의 레벨과 다른 레벨에서 제어 신호(2)의 전송이 허용된다.
또한, 버스 바(1)와 금속 시트(2) 사이의 연결은 복수의 용접 조인트(7)에 의해 구현되는 것이 바람직하다. 특히, 용접 조인트(7)는 미세 용접 조인트(7)들에 의해 형성 및/또는 그룹으로 표시되고, 즉 용접 조인트(7)의 단면은 비교적 작다. 밝혀진 바와 같이, 상기 작은 용접 조인트를 이용하여 금속 시트(2)와 버스 바(1) 사이에 기계적으로 강한 연결부를 형성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 용접 조인트(7)의 단면적은 약 0.5mm²이다.
바람직하게, 도 2에 도시된 예에서 금속 시트(2)는 70㎛ 두께로 금 도금된 연성 인쇄 회로에 의해 구현되며, 금속 시트는 알루미늄으로 제조되고 0.5mm의 두께를 가지며 아무것도 없는 버스 바(bare busbar)(1) 상에 용접된다. 특히, 용접 조인트(7)는 6ps의 지속 시간을 갖는 레이저 펄스에 의해 구현되며, 상기 용접 조인트(7)들을 형성하기 위한 총 조사 지속시간은 약 2초이다. 또한, 용접 조인트(7)들의 그룹은 패턴, 특히 2차원 패턴을 형성한다. 도 2의 예에서, 패턴은 서로 등거리로 분리된 용접 조인트(2)들을 포함한다.
도 3을 참고할 때, 바람직한 제2 실시예를 따르는 버스 바(1)와 금속 시트(2) 사이의 연결부가 도시된다. 도 3에 도시된 섹션은 버스 바(1)를 위한 포트(9)를 포함하고, 상기 포트(9)는 이용자에게 전력을 공급하기 위해 버스 바(1)에 대한 연결부를 형성하기 위한 개구부(12)를 가진다. 도 3에 도시된 실시예는 도 2의 실시예와 다른 접촉 영역(CR)의 기하학적 형태를 가진다. 도 3에서, 2개의 서로 다른 분리된 접촉 영역(CR)이 도시되고, 금속 시트(2)는 또한 접촉 영역(CR) 외부에서 전기 전도성 경로 또는 신호 경로를 포함한다. 각각의 접촉 영역(CR)은 일렬로 배열된 3개의 용접 조인트(7)를 갖는다.
바람직하게, 70㎛ 두께를 가지고 금 도금된 연성 인쇄 회로가 1mm 두께를 가지고 니켈로 도금된 알루미늄 재질의 버스 바(1) 상에 용접된다. 3ps의 펄스 지속 시간을 갖는 레이저 펄스를 이용하여, 약 0.5mm²의 단면을 갖는 용접 조인트(7)가 구현될 수 있다. 특히, 접촉 영역(CR)을 적어도 부분적으로 조사하는 총 지속 시간은 약 1초이다.
도 4를 참고할 때, 바람직한 제3 실시예를 따르는 버스 바(1)와 금속 시트(2) 사이의 연결부가 도시된다. 도 4에 도시된 실시예는 대체로 도 2에 도시된 실시예에 대응하고 용접 조인트(7)의 단면적이 가지는 기하학적 형태를 의미하는 형태에 의해서만 도 2의 실시예와 구별되며, 도 2에 도시된 단면적은 원형이며, 도 2에 도시된 용접 조인트(7)는 직사각형이다.
1......버스 바,
2......금속 시트,
5...... 레이저 광,
7...... 용접 조인트
9...... 포트
12...... 홀
CR...... 접촉 영역
HSE......주요 연장 평면
x, y, z......직교 좌표계

Claims (15)

  1. 금속 시트(2)를 버스 바(1)에 적어도 부분적으로 연결하는 방법으로서,
    -300㎛ 미만, 바람직하게 10 내지 100μm, 더욱 바람직하게 35 내지 70μm의 두께를 가진 금속 시트(2) 및 버스 바(1)를 제공하는 단계,
    -접촉 영역(CR)을 형성하기 위해 버스 바(1) 상에 적어도 부분적으로 금속 시트(2)를 배열하는 단계;
    -접촉 영역(CR) 내에 적어도 하나의 용접 조인트(7)를 형성하기 위해 레이저광(5)을 이용하여 금속 시트(2)를 버스 바(1)에 용접하고 레이저 펄스가 적어도 하나의 용접 조인트(7)를 형성하기 위해 이용되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 시트(2)는 연성 인쇄 회로의 적어도 일부인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 펄스는 0.1ns 내지 800ns, 바람직하게 20ns 내지 500ns, 바람직하게 20ns 내지 240ns의 펄스 지속 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접촉 영역(CR) 내에 복수의 용접 조인트(7)가 구현되고, 상기 용접 조인트(7)들은 서로 공간적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 복수의 용접 조인트(7)가 그룹화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 시트(2)를 버스 바(1)에 용접하기 전에, 접촉 영역(CR) 내에 갭이 없는 배열을 형성하기 위해 금속 시트(2)의 적어도 접촉 영역(CR)이 버스 바(1)에 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 용접하기 전에 버스 바(1)의 적어도 일부분 상에 표면 처리가 구현되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉 영역(CR)의 크기에 대한 용접 영역(7)의 스폿 크기의 비율이 0.2보다 작고, 보다 바람직하게 0.1보다 작고, 더 바람직하게 0.05보다 더 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 용접 조인트(7)의 스폿 크기는 0.01mm2 내지 5mm2, 바람직하게 0.1mm2 내지 1mm2, 더욱 바람직하게 0.2mm2 내지 0.7mm2 인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉 영역(CR)의 크기는 1mm2 내지 80mm2, 바람직하게 5mm2 내지 50mm2, 더욱 바람직하게 10mm2 내지 25mm2인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 조인트(7) 그룹의 용접 조인트(7)는 적어도 부분적으로 일렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 버스 바(1)가 금속 층으로 코팅 및/또는 도금되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 영역(CR) 외부의 금속 시트(2)는 버스 바(1)의 외부 표면에 대해 경사 또는 만곡되어 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 용접 조인트의 단면은 적어도 부분적으로 직사각형, 타원, 삼각형 및/또는 원형 형상인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항을 따르는 방법에 의해 특히 구현되는 버스 바(1) 및 금속 시트(2)의 배열로서, 레이저 펄스에 의해 구현되는 적어도 한 개의 용접 조인트(7), 바람직하게 서로 공간적으로 분리된 용접 조인트들에 의해 금속 시트(2)가 버스 바(1)에 에 연결되는 것을 특징으로 하는 배열.
KR1020200060441A 2019-08-13 2020-05-20 금속 시트를 버스 바에 적어도 부분적으로 연결하는 방법 및 버스 바 및 금속 시트의 배열 KR102366414B1 (ko)

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