KR20210044098A - Ffc 케이블 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 층상 배열된 복수 개의 FFC 필름들, 상기 복수 개의 FFC 필름들을 감싸는 절연 튜브를 구비하는 멀티 FFC 케이블; 및 상기 멀티 FFC 케이블의 양단부에 장착되는 대전류 단자를 포함하는 FFC 케이블 조립체가 제공될 수 있다.

Description

FFC 케이블 조립체{High-tension flat flexible cable assembly}
본 발명은 FFC 케이블 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고전압/고전류 대응이 가능한 FFC 케이블 조립체에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(ESS)와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 예컨대 전기 자동차에 이용되는 경우, 에너지 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 접속되어 있는 배터리 모듈과, 이러한 배터리 모듈을 다수 연결하여 배터리 팩을 구성한다.
상기 배터리 모듈들의 전기적 연결 수단으로는 고전압/고전류 대응이 가능한 와이어 또는 버스바(1)가 사용되고 있다. 고전압 내지 고전류 와이어는 일반 와이어에 비해 무게와 부피가 큰 단점이 있는데 반해, 버스바(1)는 (도 1 참조) 전기 전도성이 좋은 구리 또는 알루미늄 플레이트(2)를 절연 튜브(3) 등으로 피복한 전장 부품으로서 작은 폭과 두께로도 충분한 통전 능력을 갖추고 있어 배터리 팩의 전장 부품으로 많이 사용되고 있는 실정이다. 그러나 많은 개수의 버스바가 배터리 팩에 사용되다 보니 배터리 팩의 전체 중량이 증가하고, 그 자재 비용도 작지 않은 부담으로 작용하고 있다.
이에 고전압/고전류에 대응이 가능하면서도 상기 버스바 보다 경제적이고 가벼운 새로운 전기적 연결 수단에 대한 니즈가 증가하고 있다.
일본 공개특허공보 제2000-091008호 (2000.03.31) 주식회사 에이스 파이브
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고전압/고전류에 대응이 가능하면서도 종래 버스바보다 경제적이고 가벼운 전기적 연결 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명에 일 측면에 따르면, 층상 배열된 복수 개의 FFC 필름들, 상기 복수 개의 FFC 필름들을 감싸는 절연 튜브를 구비하는 멀티 FFC 케이블; 및 상기 멀티 FFC 케이블의 양단부에 장착되는 대전류 단자를 포함하는 FFC 케이블 조립체가 제공될 수 있다.
상기 절연 튜브는, 열 수축 튜브로 제공될 수 있다.
상기 복수 개의 FFC 필름들 각각은, 동일 평면상에서 평행한 두 가닥 또는 그 이상의 도체선들과, 상기 도체선들을 감싸서 봉합하는 피복부재를 포함할 수 있다.
상기 도체선들은 끝단부들이 상기 절연 튜브의 외측으로 노출되게 길이방향을 따라 연장되고, 상기 멀티 FFC 케이블은, 상기 도체선들의 끝단부들이 개별적으로 삽입될 수 있는 복수 개의 슬롯들을 내측에 구비하고, 상기 절연 튜브의 양단부를 감싸도록 마련되는 도체선 홀더를 더 포함할 수 있다.
상기 도체선 홀더는 상기 절연 튜브의 양단부에 억지 끼움되게 마련될 수 있다.
상기 도체선 홀더는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 도체선 홀더는 상기 절연 튜브의 양단부에 두께 방향으로 압착될 수 있다.
상기 대전류 단자는, 상기 도체선 홀더의 외측에 억지 끼움되게 마련되는 바이스부; 및 상기 바이스부에서 소정의 두께를 가지고 일 방향으로 돌출되는 단자부를 포함할 수 있다.
상기 바이스부는, 상기 멀티 FFC 케이블의 두께 방향에 따른 상기 도체선 홀더의 적어도 일면이 노출되게 적어도 일면이 개방된 형태로 마련되는 개구부와, 상기 개구부 내에서 탄성 변형되어 상기 도체선 홀더의 일 부분을 압박하는 압박부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 FFC 케이블 조립체를 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고전압/고전류에 대응이 가능하면서도 종래 버스바보다 경제적이고 가벼운 전기적 연결 수단으로서 기능할 수 있는 FFC 케이블 조립체가 제공될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래기술에 따른 플랙서블 버스바의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FFC 케이블 조립체의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 멀티 FFC 케이블을 구성하는 FFC 필름 하나를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 FFC 케이블의 적층 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 멀티 FFC 케이블의 일단부를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5에 도체선 홀더를 장착한 멀티 FFC 케이블의 일단부를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 대전류 단자를 장착한 멀티 FFC 케이블의 일단부를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7에 대전류 단자의 압박부재로 압박된 멀티 FFC 케이블의 일단부를 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 A-A'에 따른 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명하는 FFC(Flat Flexible Cable) 케이블 조립체는 예컨대, 2개의 배터리 모듈을 서로 직렬 연결하거나 배터리 모듈의 터미널과 릴레이 또는 배터리 팩 내에 장치들 간을 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있다.
물론, 본 발명에 따른 FFC 케이블 조립체는 배터리 팩의 전장 부품으로서 그 용도가 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 FFC 케이블 조립체는 고전압 내지 고전류가 흐르는 다양한 장치 내지 장비에 전기적 연결 부품으로 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FFC 케이블 조립체의 개략적인 사시도, 도 3은 도 2의 멀티 FFC 케이블을 구성하는 FFC 필름 하나를 도시한 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 FFC 케이블의 적층 구조를 나타내는 도면, 도 5는 도 4의 멀티 FFC 케이블의 일단부를 도시한 사시도이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 FFC 케이블 조립체(10)는, 멀티 FFC 케이블(20)과, 상기 멀티 FFC 케이블(20)의 양단부에 장착되는 대전류 단자(30)를 포함한다.
상기 멀티 FFC 케이블(20)은, 층상 배열되는 복수 개의 FFC 필름(21)들과 상기 복수 개의 FFC 필름(21)들을 감싸는 절연 튜브(22)를 포함할 수 있다.
단위 FFC 필름(21)은, 도 3과 같이, 동일 평면상에 평행한 두 가닥 또는 그 이상의 도체선(21a)들과 상기 도체선(21a)들을 감싸서 봉합하는 피복부재(21b)를 포함한다. 상기 단위 FFC 필름(21)은 두께가 대략 0.5mm ~ 2mm 내외로 얇게 제작될 수 있다. 이러한 단위 FFC 필름(21)은 가벼우며, 유연성이 좋은 장점을 갖는다.
또한, 상기 도체선(21a) 1개당 대응 가능한 통전 전류 수준은 도체선(21a)의 구성을 어떻게 하느냐에 따라 달라질 수 있겠으나, 통상 단위 FFC 필름(21)의 도체선(21a)들은 1 개당 대략 3A 정도의 전류에 대응 가능하다. 따라서 발열을 제외하고 단순 계산하면, 10가닥의 도체선(21a)은 30A 정도의 전류에 대응 가능하고, 10개의 단위 FFC 필름(21)을 10층으로 쌓으면 300A 정도의 전류에 대응 가능하다.
본 발명은 이에 기초하여 도 4와 같이, 단위 FFC 필름(21)들을 다층으로 쌓아 올려 멀티 FFC 케이블(20)을 구성함으로써 고전압/고전류에 대응 가능하도록 한 것이다. 도면 상의 멀티 FFC 케이블(20)은, 도면의 편의상, 4개의 단위 FFC 필름(21)을 적층한 것이나, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 물론 아니다. 즉, 본 실시예보다 대응 가능한 전류 수준을 더 높이고자 한다면 그 만큼 단위 FFC 필름(21)을 개수를 늘리면 된다.
절연 튜브(22)는 열 수축성을 갖는 재질로서, 적층된 복수 개의 FFC 필름(21)들을 감싸서 이들이 유동하지 않게 하나로 묶는 기능을 한다. 이러한 절연 튜브(22)를 이용함으로써 복수 개의 FFC 필름(21)들이 일체로 묶여 하나로 몸체로 트위스트 또는 벤딩될 수 있다.
한편, 상기 멀티 FFC 케이블(20)과 상대물(예컨대, 배터리 모듈의 터미널)의 연결 내지 체결을 용이하게 하기 위한 수단으로서 대전류 단자(30)가 멀티 FFC 케이블(20)의 양단부에 구비된다.
상기 대전류 단자(30)는 멀티 FFC 케이블(20)의 양단부를 내측에 끼워넣고 고정하는 바이스(Vice) 방식이 채용될 수 있다. 이때, 복수 개의 FFC 필름(21)들의 각 도체선(21a)들과 대전류 단자(30) 간의 전기적 접촉성과 고정성 확보가 중요하다. 본 실시예는 이러한 사항들을 해결하기 위해 다음과 같은 구성을 갖다.
본 실시예에 따른 멀티 FFC 케이블(20)은, 도 5와 같이, 각 단위 FFC 필름(21)들의 도체선(21a)들의 끝단부들이 절연 튜브(22)의 외측으로 노출되게 길이 방향을 따라 피복 부재(21b) 밖으로 더 연장될 수 있다.
그리고 멀티 FFC 케이블(20)은 이러한 도체선(21a)들의 끝단부들을 정렬 및 고정시키기 위해 도체선 홀더(23)를 더 포함할 수 있다.
상기 도체선 홀더(23)는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질 중 하나로 형성될 수 있으며, 상기 도체선(21a)들의 끝단부들을 개별적으로 통과시키는 복수 개의 슬롯들을 내측에 구비하고 상기 절연 튜브(22)의 양단부를 감싸도록 마련될 수 있다.
더 구체적으로, 도 6과 같이, 도체선 홀더(23)는 후단부(23a)는 관 형상으로 상기 절연 튜브(22)의 외측에 억지 끼움되고, 전단부(23b)는 내측에 가로 및 세로 방향으로 형성되는 격벽들에 의해 복수 개의 슬롯들이 구비되고 상기 슬롯들 각각에 도체선(21a)들이 개별적으로 끼워져 고정되게 마련될 수 있다.
도면 상에 도체선(21a)들이 상기 슬롯들을 통과하여 도체선 홀더(23) 밖으로 돌출되게 구성하였으나, 도체선(21a)들이 돌출되지 않고 상기 슬롯들 내부에 위치하게 하여도 좋다.
이러한 도체선 홀더(23)에 의하면, 복수 개의 FFC 필름(21)들의 양단부가 홀딩될 수 있어 상기 복수 개의 FFC 필름(21) 중 일부가 길이 방향으로 더 삐져 나오거나 더 들어 가는 것이 방지될 수 있고 상기 도체선(21a)들 간의 상,하,전,후,좌,우 간격이 일정하게 유지될 수 있다.
위와 같이, 도체선 홀더(23)를 절연 튜브(22)의 양단부에 장착한 후에, 도체선 홀더(23)가 쉽게 분리되지 않도록 두께 방향으로 한번 더 압착시켜도 좋을 것이다. 이러한 도체선 홀더(23)의 겉에 대전류 단자(30)가 장착될 수 있다.
상기 대전류 단자(30)는, 상대물(예컨대 배터리 모듈의 터미널)과 상기 멀티 FFC 케이블(20)을 연결하기 위한 수단으로서, 바이스부(31)와 단자부(32)를 포함한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 바이스부(31)는 도체선 홀더(23)의 외측에 억지 끼움되는 소켓 형상으로 마련된 부분이고, 상기 단자부(32)는 상기 바이스부(31)에서 소정의 두께를 가지고 길이 방향을 따라 돌출되게 마련된 부분이다. 상기 바이스부(31)와 단자부(32)는 개념적으로 구분한 것으로 이들은 일체로 형성될 수 있다.
구체적으로, 바이스부(31)는 멀티 FFC 케이블(20)의 두께 방향에 따른 상기 도체선 홀더(23)의 적어도 일면이 노출되게 적어도 일면이 개방된 형태로 마련되는 개구부(31a)와, 상기 개구부(31a) 내에서 탄성 변형되어 상기 도체선 홀더(23)의 일 부분을 압박하는 압박부재(31b)를 포함할 수 있다.
부연하면, 바이스부(31)는 FFC 필름(21)의 적층 방향에 따른 최상층에 위치하는 일측면과 최하층에 위치하는 타측면에 상기 개구부(31a)가 마련되는데, 이를테면 창틀 구조라 할 수 있다.
그리고 상기 압박부재(31b)는 그 일단부와 타단부가 바이스부(31)의 테두리 일측과 테두리 타측에 각각 연결되고 개구부(31a) 바깥쪽으로 볼록한 형상을 갖되, 상기 볼록한 형상 부분에 힘을 가해주면 탄성 변형되어 상기 개구부(31a) 안쪽으로 오목한 형상이 되어 도체선 홀더(23)의 일 부분을 압박할 수 있다. 여기서, 상기 도체선 홀더(23)의 일부분에는 상기 압박부재(31b)가 부분 삽입될 수 있는 그루브가 마련되어 있어도 좋다.
즉, 바이스부(31) 속에 멀티 FFC 케이블(20)을 끼워 넣은 다음, 상기 압박부재(31b)를 눌러주면 도 8 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 도체선 홀더(23)가 두께 방향으로 압박될 수 있다. 이에 따라 대전류 단자(30)와 멀티 FFC 케이블(20)의 고정성이 충분히 확보될 수 있다.
물론, FFC 필름(21)들의 도체선(21a)들과은 금속 소재의 도체선 홀더(23) 내에 구속되어 있고, 상기 도체선 홀더(23)는 바이스부(31) 구속되어 있으므로 대전류 단자(30)와 멀티 FFC 케이블(20)의 전기적 접촉 안정성도 충분히 확보될 수 있다.
단자부(32)는 상기 바이스부(31)의 선단 중심에서 돌출된 플레이트 형태로 제공될 수 있다. 상기 단자부(32)는 상대물의 터미널과 볼트 내지 나사 체결할 수 있게 홀을 더 구비할 수 있다. 이러한 단자부(32)는 종래 기술에 따른 버스바의 끝단부 형상과 유사하다 할 수 있다.
이상과 같은, FFC 케이블 조립체(10)는 복수 개의 FFC 필름(21)이 적층된 것으로 고전압/고전류에 대응이 가능하면서도 동일 전류 통전 수준을 갖는 종래의 버스바 대비 훨씬 경량이므로 배터리 팩 내에 많은 개수가 사용되더라도 배터리 팩의 전체 중량을 크게 증가시키지 않는다.
또한, 상기 FFC 케이블 조립체(10)는 트위스트나 벤딩이 가능하므로 직선 경로 뿐만 아니라 경로가 복잡한 곳에도 사용될 수 있다. 또한, 상기 FFC 케이블 조립체(10)는 기존의 와이어나 버스바에 비해 경제적인 비용으로 제작이 가능한 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 FFC 케이블 조립체(10)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 FFC 케이블 조립체(10)는 2개의 배터리 모듈을 서로 직렬 연결하거나 배터리 모듈의 터미널과 릴레이 또는 배터리 팩 내에 장치들 간을 전기적으로 연결하는데 적용될 수 있다.
상기 배터리 팩은 상기 FFC 케이블 조립체(10) 이외에도 복수 개의 배터리 셀들의 집합체인 셀 적층체를 구비하는 적어도 하나 이상의 배터리 모듈, 배터리 셀들의 전압 및 온도를 기초로 배터리 셀들의 충방전, 전류의 흐름을 제어하기 위한 제어 장치로서 퓨즈, 릴레이, BMS 등을 더 포함할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
10 : FFC 케이블 조립체
20 : 멀티 FFC 케이블
21 : FFC 필름
21a : 도체선
21b : 피복 부재
22 : 절연 튜브
23 : 도체선 홀더
30 : 대전류 단자
31 : 바이스부
31a : 개구부
31b : 압박부재
32 : 단자부
32a: 홀

Claims (10)

  1. 층상 배열된 복수 개의 FFC 필름들, 상기 복수 개의 FFC 필름들을 감싸는 절연 튜브를 구비하는 멀티 FFC 케이블; 및
    상기 멀티 FFC 케이블의 양단부에 장착되는 대전류 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 FFC 케이블 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 튜브는, 열 수축 튜브인 것을 특징으로 하는 FFC 케이블 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 FFC 필름들 각각은,
    동일 평면상에서 평행한 두 가닥 또는 그 이상의 도체선들과, 상기 도체선들을 감싸서 봉합하는 피복부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 FFC 케이블 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도체선들은 끝단부들이 상기 절연 튜브의 외측으로 노출되게 길이방향을 따라 연장되고,
    상기 멀티 FFC 케이블은,
    상기 도체선들의 끝단부들이 개별적으로 삽입될 수 있는 복수 개의 슬롯들을 내측에 구비하고, 상기 절연 튜브의 양단부를 감싸도록 마련되는 도체선 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FFC 케이블 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도체선 홀더는 상기 절연 튜브의 양단부에 억지 끼움되게 마련된 것을 특징으로 하는 FFC 케이블 조립체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 도체선 홀더는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질 중 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 FFC 케이블 조립체.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 도체선 홀더는 상기 절연 튜브의 양단부에 두께 방향으로 압착된 것을 특징으로 하는 FFC 케이블 조립체.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 대전류 단자는,
    상기 도체선 홀더의 외측에 억지 끼움되게 마련되는 바이스부; 및
    상기 바이스부에서 소정의 두께를 가지고 일 방향으로 돌출되는 단자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 FFC 케이블 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 바이스부는,
    상기 멀티 FFC 케이블의 두께 방향에 따른 상기 도체선 홀더의 적어도 일면이 노출되게 적어도 일면이 개방된 형태로 마련되는 개구부와, 상기 개구부 내에서 탄성 변형되어 상기 도체선 홀더의 일 부분을 압박하는 압박부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 FFC 케이블 조립체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 FFC 케이블 조립체를 포함하는 배터리 팩.
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