KR20220028546A - 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체 및 그 제조방법 - Google Patents

사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체 및 그 제조방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 하부 커버필름에 사이드 플레이트를 적층하여 버스바 조립체를 제작함으로 인해, 종래의 배터리 셀의 측면의 보호와 절연을 위한 사이드 플레이트와 절연 필름을 라미네이트 하여 부착하는 공정을 생략할 수 있으므로 공정비 절감을 통해 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.

Description

사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체 및 그 제조방법{BUSBAR ASSEMBLY WITH INTEGRATED SIDE PLATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체 및 그 제조방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 커버필름과 부품을 라미네이트 하는 공정에서 사이드 플레이트를 함께 라미네이트 하여 버스바 조립체를 제작함으로 인해, 종래의 사이드 플레이트와 절연 필름을 라미네이트 하여 부착하는 별도의 공정을 생략할 수 있으므로 공정비 절감을 통해 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.
전기차(electric car)가 구동되기 위해서는 배터리(battery)가 필요하며, 고출력 대용량의 배터리를 전기차 내에 구비하기 위해 복수 개의 배터리 셀(battery cell)을 연결하게 된다. 또한, 복수 개의 배터리 셀을 직렬, 병렬로 연결하게 된다.
연결된 복수 개의 배터리 조립체를 통상적으로 배터리 모듈(battery module)이라 지칭한다. 이때, 배터리 모듈의 일부 배터리 셀에서는 과전압, 과전류, 과발열 등의 현상이 발생되므로 배터리 셀의 전압 및 온도를 센싱하는 것이 매우 중요하다.
배터리 셀의 전압 및 온도를 센싱하는 장치는 다양한 형태로 불리우는데, 일반적으로 배터리 센싱 모듈이라고 지칭한다. 배터리 센싱 모듈은 연성인쇄회로기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board), 버스바(Busbar), 커넥터(Connector), 프레임(Frame) 등으로 구비된다. 이러한 부품들은 상호 전기적으로 연결된다. 연성인쇄회로기판(FPCB)은 셀의 전압 및 온도를 센싱하여 BMS(Battery Management System)으로 신호를 전송하는 역할을 한다.
또한, 배터리 센싱 모듈은 절연, 회로 보호 등을 위한 필름(Film)이 다수 구비된다. 필름은 연성인쇄회로기판(FPCB), 버스바(Busbar) 등의 양면을 감싸도록 위치되는 것이 일반적이다. 필름은 연성인쇄회로기판(FPCB), 버스바(Busbar) 등과 함께 적층 및 부착되고, 지그를 통해 가압 되어 배터리 센싱 모듈로 제작된다.
도 1은 종래의 배터리 모듈에 버스바 조립체가 결합된 모습을 도시한 것이며, 도 2는 종래의 버스바 조립체의 분해 사시도를 도시한 것이다.
배터리 모듈(1)은 일반적으로 복수 개의 배터리 셀(2)과 복수 개의 배터리 셀(2)의 전방 및 후방에 각각 결합되는 엔드플레이트(3)로 구성된다. 이하에서는, 전방 및 후방이라 함은, 도 1의 사시도를 기준으로 엔드플레이트(3)가 형성된 배터리 모듈(1)의 앞쪽(Front)과 뒤쪽(Rear)을 지칭하는 것이며, 측면, 측부, 양측이라 함은 후술할 사이드 플레이트가 결합되는 배터리 모듈(1)의 옆쪽(Side)을 지칭하는 것이다.
또한, 배터리 센싱 모듈에서는 프레임이 선택적으로 적용될 수 있고, 프레임(Frame)이 부재한 배터리 센싱 모듈을 이하에서는 버스바 조립체(Busbar Assembly)로 지칭한다. 다만, 이는 설명의 편의성을 위한 것이며, 반드시 이러한 용어에 기능이 국한되지는 않는다.
종래의 버스바 조립체(10)는 하부 커버필름(11), 버스바(12), 기판(13) 및 상부 커버필름(14)을 순차적으로 적층한 뒤, 지그(Jig) 및 열을 통해 라미네이트(Laminate)하여 제작된다.
또한, 종래의 버스바 조립체(10)는 배터리 모듈(1)의 상면에 맞닿아 센싱 기능 등을 수행하게 된다.
이때, 배터리 모듈(1) 내부에 구성된 복수 개의 배터리 셀(2)의 측면을 보호하기 위해, 배터리 셀(2)의 절연을 위한 필름을 부착하거나 절연액을 코팅하는 공정이 추가되어야 한다.
이 과정에서, 일반적으로 사이드 플레이트(Side-plate)라는 부품이 사용된다. 사이드 플레이트(21)는 소정의 두께를 지닌 패널(Panel) 형상의 판으로, 배터리 셀(2)의 측면을 보호하는 역할을 하게 된다.
이때, 배터리의 보호와 동시에 절연 기능을 수행하기 위해, 사이드 플레이트(21)와 절연필름(22)을 라미네이트 하여 사이드 플레이트 조립체(20)를 제작한 뒤, 배터리 모듈(1)의 양측면에 부착한다.
그러나, 사이드 플레이트 조립체(20)를 제작하는 과정에서, 버스바 조립체(10)와 별도로 사이드 플레이트(21)와 절연필름(22)을 라미네이트 하여야 하는 공정이 추가되어야 한다는 점에서 공정비가 증가되는 문제점이 있었다. 이로 인해, 원가 경쟁력이 약화되는 문제점도 발생되었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0108380호
본 발명은 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체 및 그 제조방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 커버필름과 부품을 라미네이트 하는 공정에서 사이드 플레이트를 함께 라미네이트 하여 버스바 조립체를 제작함으로 인해, 종래의 사이드 플레이트와 절연 필름을 라미네이트 하여 부착하는 별도의 공정을 생략할 수 있으므로 공정비 절감을 통해 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체는 하부 커버필름; 상기 하부 커버필름에 적층되는 부품; 상기 부품에 적층되는 상부 커버필름; 및 상기 하부 커버필름의 양측에 각각 적층되는 사이드 플레이트;를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체의 상기 하부 커버필름은, 배터리 모듈의 상면에 맞닿는 베이스부; 및 상기 베이스부의 양측에서 각각 연장되되, 상기 사이드 플레이트가 적층되는 날개부;를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체의 상기 날개부 및 상기 사이드 플레이트의 내측면은, 접힘 시 상기 배터리 모듈의 양측면에 각각 맞닿는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체의 상기 상부 커버필름의 양측은, 상기 사이드 플레이트의 내측을 따라 적층되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체의 상기 부품은 버스바 및 기판인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체의 상기 기판은 연성인쇄회로기판(FPCB)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체의 상기 상부 커버필름 및 상기 하부 커버필름은 절연필름인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체 상기 사이드 플레이트는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체의 상기 하부 커버필름, 상기 부품, 상기 상부 커버필름 및 상기 사이드 플레이트는 일체로 라미네이트 되어 상기 버스바 조립체를 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체의 제조방법은 베이스부 및 상기 베이스부에서 양측으로 연장된 날개부를 지니는 하부 커버필름을 배치하는 단계; 상기 날개부에 사이드 플레이트를 배치하는 단계; 상기 베이스부에 버스바 및 기판을 배치하는 단계; 상부 커버필름이 상기 버스바 및 상기 기판을 덮되, 상기 상부 커버필름의 양측이 상기 사이드 플레이트의 내측을 덮도록 상기 상부 커버필름을 배치하는 단계; 및 가압하여 라미네이트 하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀의 측면의 보호와 절연을 위한 사이드 플레이트와 절연 필름을 라미네이트 하여 부착하는 공정을 생략할 수 있으므로 공정비 절감을 통해 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 모듈에 버스바 조립체가 결합된 모습을 도시한 것이다.
도 2는 종래의 버스바 조립체의 분해 사시도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 버스바 조립체의 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 버스바 조립체가 배터리 모듈에 결합되는 모습을 도시한 것이다.
도 6은 적층 시 접힘부의 단면을 도식화한 것이다.
도 7은 하부 커버필름의 날개부의 단부를 확대하여 도시한 것이다.
도 8은 버스바 조립체가 배터리 모듈에 결합된 후 배면 사시도를 도시한 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 버스바 조립체의 분해 사시도이다. 이하, 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 버스바 조립체의 구성을 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 버스바 조립체는 하부 커버필름(100), 버스바(200), 사이드 플레이트(300), 기판(400) 및 상부 커버필름(500)으로 구성된다.
하부 커버필름(100)은 베이스부(110) 및 날개부(120)를 포함한다. 베이스부(110)는 종래의 하부 커버필름(11)에 대응되는 것으로, 베이스부(110)의 하면은 배터리 셀(2)과 맞닿게 된다.
이때, 날개부(120)는 베이스부(110)의 양측에서 각각 연장 형성된 것으로, 사이드 플레이트(300)가 수용될 수 있는 정도의 크기인 것이 바람직하다. 날개부(120)는 베이스부(110)와 동일한 재질인 것이 바람직하며, 일 예로 절연필름 재질인 것이 바람직하다.
또한, 날개부(120)는 접힘 시, 배터리 셀(2)의 양측면과 맞닿는 것이 바람직하며, 배터리 셀(2)의 양측면에 대응되는 크기를 지니는 것이 바람직하다. 이에 관련해서는 상세히 후술하도록 한다.
하부 커버필름(100)의 베이스부(110)에는 홀 타입의 하부 수용부(130) 형성될 수 있다. 하부 수용부(130)는 일 예로 버스바(200)를 수용할 수 있다.
버스바(200, Busbar)는 막대형 전도체로, 전기적 연결을 수행하는 역할을 한다. 후술할 연성인쇄회로기판과 연결되며, 버스바는 해당 분야에서 공지된 기술인 바, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명에서 버스바(200)는 베이스부(110)의 상면에 적층되는 것이 바람직하다.
사이드 플레이트(300)는 종래의 사이드 플레이트(21)에 대응되는 것으로, 재질을 일 예로 알루미늄(Al)인 것이 바람직하다.
이때, 종래와는 달리 본 발명에 따른 사이드 플레이트(300)는 절연필름과 별도로 라미네이트 되어 사이드 플레이트 조립체(20)를 형성하는 것이 아닌, 하부 커버필름(100)의 날개부(120)의 상면에 적층되어 버스바 조립체와 일체로 라미네이트 된다.
사이드 플레이트(300)는 한 쌍으로 형성되며, 베이스부(110)를 기준으로 양측에 형성된 한 쌍의 날개부(120)에 각각 적층된다. 미도시되었지만, 라미네이트를 위한 하부 지그에 하부 커버필름(100)을 배치하고, 날개부(120)의 상면에 각각 사이드 플레이트(300)를 배치하는 공정이 이루어진다. 이때, 사이드 플레이트(300)의 배치와 더불어, 버스바(200) 및 기판(400)의 배치도 이루어진다.
기판(400)은 버스바(200)와 전기적으로 연결되며, 일 예로 연성인쇄회로기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)인 것이 바람직하다. 연성인쇄회로기판은 휘어짐이 가능한 회로 기판으로, 해당 분야에서 공지된 기술인 바, 상세한 설명은 생략하도록 한다. 다만, 반드시 연성인쇄회로기판에 국한되는 것은 아니며, 다른 예로 경성인쇄회로기판(Rigid PCB)이 사용될 수도 있다.
상부 커버필름(500)은 버스바(200) 및 기판(300)을 덮는 형태로 적층된다. 상부 커버필름(500)은 메인필름(510)과 접힘부(520)를 포함한다. 메인필름(510)은 버스바(200) 및 기판(400)을 덮으며, 접힘부(520)는 메인필름(510)의 양측면에서 전방에서 후방을 따라 길이 방향으로 연장 형성된다. 또한, 한 쌍으로 구비된다.
접힘부(520)는 적층 전에는 메인필름(510)과 같이 플랫한 필름 형상이나, 적층 시 사이드 플레이트(300)의 내측을 따라 적층된다. 이를 설명하기 위해 도 6을 참조하도록 한다. 도 6은 적층 시 접힘부의 단면을 도식화한 것이다.
접힘부(520)는 도 6과 같이 사이드 플레이트(300)의 내측 상면에 적층된다. 또한, 메인필름(510)은 베이스부(110)의 상면에 적층된다. 이로 인해, 라미네이트 되는 과정에서, 사이드 플레이트(300)와 베이스부(110)의 수직 방향의 높이차로 인해 발생되는 단차로 인해 접힘(폴딩)이 발생된다. 이러한 접힘 현상은 하부 커버필름(100), 사이드 플레이트(300) 및 상부 커버필름(500)의 접착력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 이로 인해, 사이드 플레이트(300)가 날개부(120)로부터 이탈되는 현상을 최소화할 수 있어 버스바 조립체의 내구성이 향상되는 장점이 있다.
상부 커버필름(500)은 홀 타입의 상부 수용부(530)가 형성될 수 있다. 상부 수용부(530)는 하부 수용부(130)에 대응되는 것으로, 일 예로 버스바(200)를 수용할 수 있다.
미도시 되었지만, 상부 커버필름(500)이 적층된 뒤, 상부 지그의 가압 및 열로 인해 라미네이트가 진행되고, 도 4와 같이 버스바 조립체가 제작될 수 있다. 라미네이트 과정에서 이형필름, 러버 등이 적층될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 버스바 조립체가 배터리 모듈에 결합되는 모습을 도시한 도면이다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 버스바 조립체의 결합 과정을 설명하도록 한다.
먼저, 버스바 조립체의 하부 커버필름(100)의 베이스부(110)의 하면이 배터리 모듈(1)의 상면에 맞닿도록 한다. 버스바 조립체와 배터리 모듈의 물리적 결합을 위한 공정 등은 공지된 기술인 바, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
다음으로, 하부 커버필름(100)의 날개부(120)와 사이드 플레이트(300)가 라미네이트 되어 일체화되어 있으므로, 일체화된 한 쌍의 날개부(120)와 사이드 플레이트(300)를 배터리 셀의 측면(2a)을 향하도록 접는다.
다음으로, 일체화된 한 쌍의 날개부(120)와 사이드 플레이트(300)를 배터리 셀의 측면(2a)과 맞닿게 한 뒤 결합하여 고정한다. 물리적 결합을 위한 공정 등은 공지된 기술인 바, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
따라서, 종래의 사이드 플레이트 조립체(20)의 부착 공정과 비교하였을 때, 본 발명의 경우 하부 커버필름(100) 중 일부와 사이드 플레이트(300)가 버스바 조립체가 제작되는 과정에서 동시에 라미네이트 되어 일체화 되므로, 단 1번의 라미네이트 공정만이 필요하다. 즉, 사이드 플레이트 조립체(20)를 형성하는 공정을 생략할 수 있게 된다.
이로 인해 기존에 사이드 플레이트의 절연성을 확보하기 위한 절연층을 부착하거나 코팅하는 공정을 삭제할 수 있어 공정비 절감이 가능하며, 원가 경쟁력을 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한, 분할되어 있는 여러 부품들을 일체화하여 취급하게 되므로 납품 시 포장비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 7은 하부 커버필름의 날개부의 단부를 확대하여 도시한 것이다.
일 예로, 날개부(120)의 단부는 사이드 플레이트(300)의 단부를 감싸도록 보조 날개부(121)가 형성되는 것이 바람직하다.
보조 날개부(121)는 날개부(120)에서 연장 형성되되, 하부 커버필름을 향하여 벤딩되는 형상인 것이 바람직하다. 벤딩됨으로 인해 발생되는 그루브에 사이드 플레이트(300)의 단부가 수용되는 것이 바람직하다.
도 8을 참조하면, 도 8은 버스바 조립체가 배터리 모듈에 결합된 후 배면 사시도를 도시한 것이다.
구조 특성 상 배터리 셀의 하부(2b)와, 사이드 플레이트(300)의 단부는 이격되어 간극이 발생된다. 이로 인해, 셀 바닥 쪽에 외부 전기 유출이 가능하여, 절연성을 높이는 작업이 종래에는 별도로 진행되어야 했다.
그러나, 본 발명에 따르면, 보조 날개부(121)가 사이드 플레이트(300)의 단부를 감싸고 있으므로, 사이드 플레이트(300)와 배터리 셀의 하부(2b) 사이의 간극을 도 8과 같이 보조 날개부(121)가 채우게 된다. 이로 인해, 셀 바닥의 외부 전기 유출을 최소화할 수 있어 절연성이 극대화되며, 버스바 조립체를 제작하는 과정에서 보조 날개부(121)가 사이드 플레이트(300)에 결합되도록 할 수 있으므로, 별도의 공정을 거치지 않아도 되어 공정비 절감이 가능하며, 원가 경쟁력을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 하부 커버필름,
200 : 버스바,
300 : 사이드 플레이트,
400 : 기판,
500 : 상부 커버필름.

Claims (10)

  1. 하부 커버필름;
    상기 하부 커버필름에 적층되는 부품;
    상기 부품에 적층되는 상부 커버필름; 및
    상기 하부 커버필름의 양측에 각각 적층되는 사이드 플레이트;를 포함하는
    사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 커버필름은,
    배터리 모듈의 상면에 맞닿는 베이스부; 및
    상기 베이스부의 양측에서 각각 연장되되, 상기 사이드 플레이트가 적층되는 날개부;를 포함하는
    사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 날개부 및 상기 사이드 플레이트의 내측면은,
    접힘 시 상기 배터리 모듈의 양측면에 각각 맞닿는 것을 특징으로 하는
    사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 커버필름의 양측은,
    상기 사이드 플레이트의 내측을 따라 적층되는 것을 특징으로 하는
    사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부품은 버스바 및 기판인 것을 특징으로 하는
    사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판은 연성인쇄회로기판(FPCB)인 것을 특징으로 하는
    사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 커버필름 및 상기 하부 커버필름은 절연필름인 것을 특징으로 하는
    사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 플레이트는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는
    사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하부 커버필름, 상기 부품, 상기 상부 커버필름 및 상기 사이드 플레이트는 일체로 라미네이트 되어 상기 버스바 조립체를 구성하는 것을 특징으로 하는
    사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체.
  10. 베이스부 및 상기 베이스부에서 양측으로 연장된 날개부를 지니는 하부 커버필름을 배치하는 단계;
    상기 날개부에 사이드 플레이트를 배치하는 단계;
    상기 베이스부에 버스바 및 기판을 배치하는 단계;
    상부 커버필름이 상기 버스바 및 상기 기판을 덮되, 상기 상부 커버필름의 양측이 상기 사이드 플레이트의 내측을 덮도록 상기 상부 커버필름을 배치하는 단계; 및
    가압하여 라미네이트 하는 단계;를 포함하는
    사이드 플레이트가 일체화된 버스바 조립체의 제조방법.
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