KR20210070022A - 배터리셀 연결용 버스바 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리셀 연결용 버스바에 관한 것이다. 본 발명의 버스바는 제1버스바몸체(10)와 제2버스바몸체(20)가 적층되어 만들어진다. 상기 제1버스바몸체(10)는 배터리셀의 일측 전극에 결합되는 제1전극결합부(11)와 인접한 타측 전극에 결합되는 제2전극결합부(21) 사이를 제1연결브릿지부(14)가 연결한다. 상기 제2버스바몸체(20)는 상기 제1전극결합부(11) 상에 적층되는 제1'전극결합부(21)와 상기 제2전극결합부(12) 상에 적층되는 제2'전극결합부(22) 사이를 제2연결브릿지부(24)가 연결한다. 여기서 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)는 소정의 탄성변형을 수행함과 동시에 통전역할을 한다.

Description

배터리셀 연결용 버스바{Busbar for battery cell connecting}

본 발명은 배터리셀 연결용 버스바에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인접하는 배터리셀 사이를 전기적으로 연결하는 배터리셀 연결용 버스바에 관한 것이다.

전기자동차에서 사용되는 배터리는 다수개의 배터리셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 원하는 전압을 얻게 된다. 이들 다수개의 배터리셀 사이를 연결하기 위해서는 버스바가 사용된다. 즉, 배터리셀의 전극과 버스바를 용접하여 인접한 배터리셀 사이를 전기적으로 연결한다.

이와 같은 배터리셀 연결용 버스바의 특성상, 일측 배터리셀의 전극에 연결되는 제1전극결합부와 타측 배터리셀의 전극에 연결되는 제2전극결합부 사이에는 충분한 통전성능이 확보되어야 할 뿐만 아니라, 배터리셀의 충전과 방전에 따른 배터리셀의 상대 이동에 따라 상기 제1전극결합부와 제2전극결합부 사이의 상대 이동이 가능하여야 한다.

제1전극결합부와 제2전극결합부 사이의 통전성능을 높이기 위해서는 저항이 최소화되어야 하는데, 이를 위해서는 일반적으로 버스바의 단면적이 커지는 것이 좋다. 하지만, 버스바의 단면적이 커지는 것은 버스바의 두께가 커질 수 밖에 없어 버스바가 인장되려는 성질은 줄어들 수 밖에 없다. 버스바의 인장성이 줄어들면 버스바의 인장을 위해 큰 힘이 필요하여 배터리셀이 충방전시에 상대 이동이 발생하는 것을 흡수할 수 없다.

다시 말해 배터리셀과 제1전극결합부와 제2전극결합부는 서로 결합되어 있는데, 인접하는 배터리셀이 상대 이동하기 위해서는 버스바가 인장 또는 수축되어야 한다. 그렇지 않으면 배터리셀과 제1전극결합부 및 제2전극결합부 사이의 용접부분이 손상되거나 버스바 자체가 파단되는 문제가 발생할 수 있다.

대한민국 공개특허 제 10-2018-0115157 호

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 통전성능을 확보하면서도 제1전극결합부와 제2전극결합부 사이의 상대 이동이 잘 일어나도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 버스바몸체의 제1전극결합부와 제2전극결합부를 연결하는 연결브릿지부 사이의 간섭이 발생하지 않도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 일측 배터리셀의 전극에 결합되는 제1전극결합부, 타측 배터리셀의 전극에 결합되는 제2전극결합부, 상기 제1전극결합부와 제2전극결합부 사이를 연결하고 탄성변형되는 제1연결브릿지부를 포함하는 제1버스바몸체와, 상기 제1버스바몸체의 제1전극결합부에 적층되는 제1'전극결합부, 상기 제1버스바몸체의 제2전극결합부에 적층되는 제2'전극결합부, 이들 제1'전극결합부와 제2'전극결합부 사이를 연결하고 탄성변형되는 제2연결브릿지부를 포함하는 제2버스바몸체를 포함한다.

상기 제1연결브릿지부와 제2연결브릿지부의 사이에는 소정의 간격이 형성된다.

상기 제1연결브릿지부는 상기 제1전극결합부와 제2전극결합부 사이가 연결되는 일부 구간에 형성되고, 상기 제2연결브릿지부는 상기 제1'전극결합부와 제2'전극결합부 사이가 연결되는 일부 구간에 형성된다.

상기 제1연결브릿지부에서 제1전극결합부와 제2전극결합부 사이가 연결되는 양단부에 관통부가 형성되고, 상기 제2연결브릿지부에서 제1'전극결합부와 제2'전극결합부 사이가 연결되는 양단부에 관통부가 형성된다.

상기 제1연결브릿지부와 제2연결브릿지부에 형성되는 관통부는 제1연결브릿지부와 제2연결브릿지부에서 일부가 겹치도록 형성된다.

상기 제1버스바몸체와 제2버스바몸체 외에 추가의 버스바몸체가 더 구비된다.

상기 제1버스바몸체, 제2버스바몸체 그리고 추가의 버스바몸체는 전체가 일체로 된다.

본 발명에 의한 배터리셀 연결용 버스바에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 소정의 두께를 가지는 금속판으로 된 제1버스바몸체와 제2버스바몸체를 적층하여 버스바가 구성된다. 이들 각각의 버스바몸체는 제1 및 1'전극결합부와 제2 및 2'전극결합부가 연결브릿지부에 의해 연결되는데, 연결브릿지부가 제1 및 제2연결브릿지부로 구성되면서 인장과 수축이 상대적으로 원활하게 일어날 수 있으면서도 제1연결브릿지부와 제2연결브릿지부를 통해서 통전이 일어나므로 통전성능이 충분히 확보되는 효과가 있다.

그리고 본 발명에서는 제1버스바몸체의 제1연결브릿지부와 제2버스바몸체의 제2연결브릿지부 사이에는 소정의 간격이 있어서, 제1연결브릿지부와 제2연결브릿지부 사이의 상대 이동을 서로 방해하지 않는다. 따라서 배터리셀의 충방전에 따른 상대 이동을 상기 제1연결브릿지부와 제2연결브릿지부의 탄성변형으로 충분히 흡수할 수 있게 되어 버스바와 배터리셀의 전극과의 결합상태가 견고하게 유지되는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 배터리셀 연결용 버스바의 바람직한 실시례의 구성을 보인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시례를 다른 방향에서 보인 저면사시도.
도 3은 도 1에 도시된 실시례의 구성을 보인 평면도.
도 4는 본 발명 실시례의 구성을 보인 단면도.
도 5는 본 발명 실시례의 버스바에서 상대적인 이동을 설명하기 위한 동작상태도.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도면들에 도시된 바에 따르면, 본 발명 실시례의 배터리셀 연결용 버스바는 예를 들면, 전기자동차에서 사용되는 배터리를 구성하는 배터리셀(도시되지 않음)의 전극 사이를 연결하는 것이다. 본 발명의 버스바가 인접하는 배터리셀의 전극에 결합되어 배터리셀들을 전기적으로 연결하는 것이다.

본 발명의 버스바는 제1버스바몸체(10)와 제2버스바몸체(20)가 적층되어 구성된다. 여기서 제1버스바몸체(10)와 제2버스바몸체(20)는 모두 통전성이 좋은 금속재질로 만들어진다. 제1버스바몸체(10)와 제2버스바몸체(20)는 형상이 완전히 동일할 필요는 없다. 물론, 제1버스바몸체(10)와 제2버스바몸체(20)의 형상이 완전히 동일할 수도 있다. 여기서 상기 제1버스바몸체(10)와 제2버스바몸체(20)는 소정의 두께를 가지는 금속판으로 만들어지는 것인데, 이들이 서로 일체여서 절곡되어 겹쳐져서 버스바를 구성할 수도 있다. 또는 제1버스바몸체(10)와 제2버스바몸체(20)가 서로 별개로 만들어져서 적층되어 결합될 수도 있다.

여기서 상기 제1버스바몸체(10)와 제2버스바몸체(20)의 두께의 예를 들면, 0.6t 내외 정도로 동일한 값을 가진다. 이 정도의 두께는 중력을 제외한 외력이 작용하지 않는 상태에서 탄성변형없이 설계된 형상을 그대로 유지할 수 있는 것이다.

상기 제1버스바몸체(10)는 대략 직사각형의 판형상인 제1전극결합부(11)와 제2전극결합부(12)가 있고, 이들 제1전극결합부(11)와 제2전극결합부(12)가 제1연결브릿지부(14)에 의해 서로 연결된다. 상기 제1전극결합부(11)는 일측 배터리셀의 일측 전극과 결합되는 것이다. 상기 제2전극결합부(12)는 인접한 타측 배터리셀의 일측 전극과 결합되는 것이다.

상기 제1연결브릿지부(14)는 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 아치형상으로 만들어진다. 제1연결브릿지부(14)는 상기 제1전극결합부(11)와 제2전극결합부(12) 사이의 상대 이동을 흡수하도록 탄성변형될 수 있다. 상기 제1연결브릿지부(14)가 아치형상으로 됨에 의해 상기 제1전극결합부(11)와 제2전극결합부(12)의 표면보다 돌출되어 있게 된다. 상기 제1연결브릿지부(14)는 제1전극결합부(11)와 제2전극결합부(12) 사이에서 통전역할을 하는 부분인데, 일정 이상의 통전성능을 필요로 하면서도 설계된 대로의 탄성변형이 발생할 수 있어야 한다.

이를 위해 상기 제1연결브릿지부(14)에는 관통부(16)를 둔다. 상기 관통부(16)를 둠에 의해 제1연결브릿지부(14)를 통한 통전성능과 탄성변형성능을 적절하게 설정할 수 있다.

상기 제1연결브릿지부(14)는 상기 제1전극결합부(11)와 제2전극결합부(12)의 전체 구간에 걸쳐 형성되지는 않는다. 특히 제1전극결합부(11)와 제2전극결합부(12)가 서로 연결되는 구간의 양단부에는 제2연결브릿지부(14)가 없다. 다시 말하면 제1전극결합부(11)와 제2전극결합부(12)가 서로 연결되는 구간의 양단부에는 관통부(16)가 있다.

한편, 제2버스바몸체(20)는 그 형상이 상기 제1버스바몸체(10)와 거의 유사하다. 제2버스바몸체(20)도 제1'전극결합부(21), 제2'전극결합부(22), 제2연결브릿지부(24)로 구성된다. 여기서 상기 제1'전극결합부(21)는 제1버스바몸체(10)의 제1전극결합부(11)와, 제2'전극결합부(22)는 제1버스바몸체(10)의 제2전극결합부(12)와, 제2연결브릿지부(24)는 제1버스바몸체(10)의 제1연결브릿지부(14)와 거의 동일한 형상으로 된다. 도시된 실시례에서는 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)의 형상이 모두 아치형상이지만 형성 구간은 다르게 되어 있다.

상기 제2버스바몸체(20)의 제1'전극결합부(21)는 상기 제1버스바몸체(10)의 제1전극결합부(11)에 적층되는 것으로, 실질적으로 제1버스바몸체(10)의 제1전극결합부(11)와 결합되는 배터리셀의 전극과 전기적으로 연결된다. 상기 제2버스바몸체(20)의 제2'전극결합부(22)는 상기 제1버스바몸체(10)의 제2전극결합부(12)에 적층되는 것으로 실질적으로 제1버스바몸체(10)의 제2전극결합부(12)와 결합되는 배터리셀의 전극과 전기적으로 연결된다.

상기 제2연결브릿지부(24)는 상기 제1'전극결합부(21)와 제2'전극결합부(22) 사이를 연결하는 것으로, 역시 아치형상으로 만들어져 상기 제1'전극결합부(21)와 제2'전극결합부(22)의 표면보다 돌출된다. 상기 제2연결브릿지부(24)에도 관통부(26)가 있다. 상기 관통부(26)는 제1연결브릿지부(14)의 관통부(16)와 반드시 일치하지는 않는다. 상기 제2연결브릿지부(24)는 상기 제1'전극결합부(21)와 제2'전극결합부(22)의 전체 구간에 걸쳐 형성되지는 않는다. 특히 제1'전극결합부(21)와 제2'전극결합부(22)가 서로 연결되는 구간의 양단부에는 제2연결브릿지부(24)가 없다. 다시 말하면 제1'전극결합부(21)와 제2'전극결합부(22)가 서로 연결되는 구간의 양단부에는 관통부(26)가 있다.

상기 제1버스바몸체(10)와 제2버스바몸체(20)가 적층되어 결합되었을 때, 도 4에서 잘 볼 수 있듯이, 상기 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24) 사이에는 소정의 간격(30)이 형성된다. 상기 간격(30)은 상기 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)의 탄성변형 시에 서로 간섭이 없도록 하는 것이다. 즉, 제1, 1'전극연결부(11,21)와 제2,2'전극연결부(12,22) 사이의 상대 이동을 흡수하기 위한 탄성변형성시 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24) 사이에 간섭에 의한 저항력이 발생하지 않게 한다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 배터리셀 연결용 버스바가 사용되는 것을 상세하게 설명한다.

본 발명의 버스바는 배터리팩에서 배터리셀들 사이를 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 하나의 배터리팩에 있는 다수개의 배터리셀들을 직렬로 연결하여 원하는 전압을 만들게 된다. 따라서, 본 발명의 버스바는 다수개의 서로 인접해 있는 배터리셀의 전극들을 연결하도록 다수개가 열을 지어 사용된다.

배터리셀의 전극과 버스바의 제1,1'전극결합부(11,21) 그리고 배터리셀의 전극과 버스바의 제2,2'전극결합부(12,22)는 서로 결합되어 전기적으로 연결된다. 일반적으로 이들은 용접을 통해 서로 결합된다. 이와 같이 버스바에 의해 배터리셀들이 전기적으로 연결되어 소정 크기의 전압을 배터리가 제공할 수 있다.

즉, 다수개가 열을 지어 설치되어 있는 배터리셀들의 양전극과 음전극을 본 발명의 버스바로 연결하여 전기적 연결을 수행한 상태로 배터리는 충전과 방전을 반복하게 된다.

배터리셀은 충전과 방전과정에서 부풀음과 수축이 반복된다. 이와 같은 배터리셀의 부풀음과 수축의 반복은 배터리셀의 전극의 이동을 만들어낸다. 상기 배터리셀의 전극이 이동함에 의해 배터리셀의 전극에 결합되어 있는 버스바의 제1,1'전극결합부(11,21)와 제2,2'전극결합부(12,22)도 배터리셀의 전극과 함께 이동한다.

도 5에 표시된 화살표 A방향으로 제1,1'전극결합부(11,21)나 제2,2'전극결합부(12,22)가 충전과 방전시에 이동하게 된다. 이와 같은 전극결합부(11,21)(12,22)의 이동은 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)의 탄성변형에 의해 흡수된다. 도 5에 화살표 B로 표시된 방향으로 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)가 높아지고 낮아지도록 탄성변형됨에 의해 제1,1'전극결합부(11,21)와 제2,2'전극결합부(12,22)의 상대 이동을 흡수하게 된다. 즉, 배터리셀의 전극과 제1,1'전극결합부(11,21)나 제2,2'전극결합부(12,22)가 일체로 이동하게 하여, 전극과 전극결합부(11,21)(12,22) 사이의 결합상태가 훼손되지 않게 된다.

한편, 상기 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)는 중간중간에 관통부(16,26)가 있어서 탄성변형이 보다 원활하게 될 수 있고, 제1연결브릿지부(14)와 제2언결브릿지부(24) 사이에 있는 간격(30)은 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)가 탄성변형되는 과정에서 서로의 간섭이 발생하지 않도록 하여 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)의 탄성변형이 방해받지 않고 설계된 대로 이루어지도록 하여 배터리셀의 전극과 전극결합부(11,21)(12,22) 사이의 결합이 견고하게 유지되도록 한다.

그리고, 상기 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)는 상기 제1,1'전극결합부(11,21)와 제2,2'전극결합부(12,22)가 연결되는 전체 구간에 있지 않고 다수 구간에 관통부(16,26)가 있다. 이와 같은 구조는 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)를 통한 통전성능은 충분히 유지하면서도, 제1연결브릿지부(14)와 제2연결브릿지부(24)의 탄성변형이 원활하게 되도록 하게 된다.

이상에서, 본 발명의 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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.

도시된 실시례에서는 제1버스바몸체(10)와 제2버스바몸체(20)를 사용하여 버스바를 구성하였는데, 추가의 버스바몸체를 사용하여 2층 이상으로 버스바를 구성할 수도 있다. 예를 들면, 3층 이나 4층으로 구성될 수도 있다. 이때, 이들 버스바몸체들은 전체가 일체로 되어 절곡에 의해 차례로 적층되게 만들어진다.

본 발명에서 사용되는 버스바몸체는 중력 이외의 힘이 작용하지 않을 때 자중에 의한 탄성변형이 발생하지 않는 정도의 두께를 가지는 것이다.

그리고 도시된 실시례에서는 연결브릿지부(14,24)가 아치형상으로 되어 있으나, 연결브릿지부(14,24)의 구성은 제1,1'전극결합부(11,21)와 제2,2'전극결합부(12,22)가 서로 멀어지고 가까워지도록 탄성변형될 수 있으면 된다.

10: 제1버스바몸체 11: 제1전극결합부
12: 제2전극결합부 14: 제1연결브릿지부
16: 관통부 20: 제2버스바몸체
21: 제1'전극결합부 22: 제2'전극결합부
24: 제2연결브릿지부 26: 관통부
30: 간격

Claims (7)

1. 일측 배터리셀의 전극에 결합되는 제1전극결합부, 타측 배터리셀의 전극에 결합되는 제2전극결합부, 상기 제1전극결합부와 제2전극결합부 사이를 연결하고 탄성변형되는 제1연결브릿지부를 포함하는 제1버스바몸체와,
   상기 제1버스바몸체의 제1전극결합부에 적층되는 제1'전극결합부, 상기 제1버스바몸체의 제2전극결합부에 적층되는 제2'전극결합부, 이들 제1'전극결합부와 제2'전극결합부 사이를 연결하고 탄성변형되는 제2연결브릿지부를 포함하는 제2버스바몸체를 포함하는 배터리셀 연결용 버스바.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1연결브릿지부와 제2연결브릿지부의 사이에는 소정의 간격이 형성되는 배터리셀 연결용 버스바.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1연결브릿지부는 상기 제1전극결합부와 제2전극결합부 사이가 연결되는 일부 구간에 형성되고, 상기 제2연결브릿지부는 상기 제1'전극결합부와 제2'전극결합부 사이가 연결되는 일부 구간에 형성되는 배터리셀 연결용 버스바.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1연결브릿지부에서 제1전극결합부와 제2전극결합부 사이가 연결되는 양단부에 관통부가 형성되고, 상기 제2연결브릿지부에서 제1'전극결합부와 제2'전극결합부 사이가 연결되는 양단부에 관통부가 형성되는 배터리셀 연결용 버스바.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1연결브릿지부와 제2연결브릿지부에 형성되는 관통부는 제1연결브릿지부와 제2연결브릿지부에서 일부가 겹치도록 형성되는 배터리셀 연결용 버스바.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1버스바몸체와 제2버스바몸체 외에 추가의 버스바몸체가 더 구비되는 배터리셀 연결용 버스바.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제1버스바몸체, 제2버스바몸체 그리고 추가의 버스바몸체는 전체가 일체로 되는 배터리셀 연결용 버스바.

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