KR20220151555A - 에너지 저장 장치용 적층형 버스바 - Google Patents

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KR20220151555A
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electrical
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멕심 바비노트
플로리앙 샤르레
토마스 푸에트
시몬 다리오
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메르센 프랑스 앙제 에스에이에스
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Abstract

전기 배터리의 모듈(10)에서 각형(prismatic) 전기 셀들(22)의 팩(20)을 상호 연결하기 위한 적층형 버스바(laminated busbar)(100). 셀들은 각각 동일한 수의 셀들을 갖는 그룹들(30)로 배치되도록 구성된다. 버스바는 다음을 포함한다:
― 그 각각이 두 개의 인접한 그룹들의 셀들의 전기 극들(28)을 연결하도록 구성되는, 적어도 하나의 전기 전도성 요소(112)를 갖는 제 1 전기 전도층(110),
― 제 1 도전층 상에 적층되는 제 1 전기 절연층(130),
― 제 1 그룹(30A)의 셀들에 연결되도록 구성되는 제 1 전기 커넥터(114).
유리하게는, 적층형 버스바는 제 1 절연층 상에 적층되는 제 2 전기 전도층(140)을 포함하고 또한 마지막 그룹(30B)의 셀들에 연결되도록 구성되는 제 2 전기 커넥터(142)를 포함하며, 또한 제 2 전기 커넥터보다 제 1 전기 커넥터에 더 근접해 있는 제 3 전기 커넥터(144)를 포함한다. 제 1 절연층은 제 2 전기 커넥터와 마지막 그룹의 셀들을 전기적으로 연결할 수 있도록 구성되는 컷-아웃 윈도우(cut-out window)(134)를 포함한다.

Description

에너지 저장 장치용 적층형 버스바{LAMINATED BUSBAR FOR ENERGY STORAGE DEVICE}
본 발명은 일반적으로 전기 배터리에서 각형 셀들의 팩을 상호 연결하기 위한 적층형 버스바, 및 이러한 팩 및 버스바를 포함하는 전기 배터리용 모듈에 관한 것이다.
전기 에너지 저장 시스템 또는 전기 배터리는 다양한 상황에서 사용되며, 배터리 팩은 이러한 시스템의 핵심 컴포넌트이다. 예를 들어, 고정식 전기 저장 시스템은 태양 패널에서 생성되는 에너지를 저장하기 위한 배터리 팩을 포함할 수 있다. 전기 저장 시스템은 전기 자동차와 같은 모바일 응용에서도 사용될 수 있다. 전기 저장 시스템의 기본 유닛은 여러 형태들로 제공되는 전기 셀(electrical cell)이다. 셀들은 파우치, 각형 또는 원통형의 세 가지 일반적인 타입이 있다.
셀은 그 기술 및 셀의 크기에 따라, 소정 전압 및 전기 에너지 저장 용량을 갖는다. 따라서, 많은 응용들의 경우, 단일 배터리 셀보다 더 많은 전력을 저장하고 전달할 수 있는 에너지 저장 시스템을 구축하기 위해 버스바를 사용하여 개별 셀들을 함께 연결해야 한다. 따라서 에너지 저장 시스템에는 모듈들이 포함되며, 각 모듈은 함께 조립되어 셀들의 팩(간단히 "팩"이라고도 함)을 형성하는 다수의 셀들을 포함한다. 전기 배터리 내에서 모듈들을 연결하고 모듈 내에서 동일한 팩의 셀들을 연결하기 위하여 다양한 타입의 버스바들이 사용된다.
기존의 다양한 타입의 셀들 중에서, 각형 셀들은 제조 및 취급이 용이하기 때문에 오늘날 널리 사용되고 있다. 각각의 셀은 상부면에 두 개의 접근 가능한 전기 극이 있는 각형 형상을 가지고 있다. 두 개의 전기 극은 양극 및 음극을 포함한다. 상부면은 일반적으로 두 개의 짧은 변과 두 개의 긴 변을 가진 직사각형 형상이며, 각 전기 극은 각각의 짧은 변 옆에 배치된다. 모듈 내에서, 여러 개의 각형 셀들은 일반적으로 함께 배치되어, 이들의 상부면이 모두 동일한 방향으로 배향되고 이들의 긴 변을 따라 적층되어, 일련의 전기 셀들의 열을 형성한다.
버스바는 모듈 설계에서 요구되는 바에 따라, 일 열의 셀들 모두를 직렬 및 병렬로 전기적으로 연결하도록 구성된다.
이러한 각형 셀 상호 연결 버스바는 배터리 모듈의 중요한 컴포넌트이다. 배터리 팩의 글로벌 비용을 줄이기 위해, 버스바는 생산하기가 용이해야 하며, 연결되어야 하는 개별 배터리 셀들의 수가 많기 때문에 연결이 용이해야 한다. 배터리 상호 연결을 위한 기존 버스바는 적층형 버스바 및/또는 비-적층형 어셈블리들을 모두 사용한다.
US-A1-2016073506에는 절연층 상에 전도층이 적층되는, 적층형 버스바의 여러 설계가 기재되어 있다. 그러나, 리턴 회로를 별도로 배치해야 하므로, 이것에는 비용과 시간이 많이 소요된다.
따라서, 각형 전기 셀들의 상호 연결을 위한 개선된 버스바가 필요하다.
이를 위해, 본 발명의 양태들은 전기 배터리의 모듈에서 각형 전기 셀들의 팩을 상호 연결하기 위한 적층형 버스바에 관한 것이며, 여기서:
- 적층형 버스바는 주축을 따라 중앙 평면에서 연장되는 길고 평평한 형상을 가지며,
- 전기 셀들의 팩은 다음과 같이 구성된다:
ㆍ 전기 셀들은 주축을 따라 일 열로 배치되도록 구성되고,
ㆍ 각 셀에는, 반대 극성들을 가지며 세로 평면의 반대편 면들에 배치되는 두 개의 전기 극이 있는 상부면을 가지며(세로 평면은 주축에 평행하고 중앙 평면에 직교함), 각 셀의 전기 극들은 중앙 평면에 배치되고, 각 셀의 상부면은 동일한 방향으로 배향되며,
ㆍ 셀들은, 각 그룹에 동일한 수의 전기 셀들이 있고 제 1 그룹의 셀들 및 마지막 그룹의 셀들이 팩의 반대편 단부들에 위치되는 적어도 두 개의 그룹들에 배치되고,
ㆍ 동일한 그룹의 셀들 내에서, 동일한 극성을 가진 전기 극들이 세로 평면의 동일한 면에 배치되고,
ㆍ 두 개의 인접한 그룹의 셀들에 대하여, 동일한 극성을 가진 전기 극들이 세로 평면의 반대편 면들에 배치되며,
- 적층형 버스바는 다음을 포함한다:
ㆍ 적어도 하나의 전기 전도성 요소를 포함하는 제 1 전기 전도층 - 각 전도성 요소는 두 개의 인접한 그룹의 셀들의 전기 극들을 전기적으로 연결하도록 구성되고, 상기 전기 극들은 세로 평면의 동일한 면에 위치됨 -,
ㆍ 제 1 전도층 상에 적층되는 제 1 전기 절연층,
ㆍ 그 전기 극들이 제 1 전도층의 전도성 요소에 연결되지 않는 제 1 그룹의 셀들의 전기 극들에 연결되도록 구성되는 제 1 전기 커넥터.
본 발명에 따르면:
- 적층형 버스바는 제 2 전기 전도층을 더 포함하며, 이 제 2 전기 전도층은 주축을 따라 연장되고, 제 2 전기 커넥터 및 제 3 전기 커넥터를 각각 갖는 두 개의 서로 반대편의 말단들을 포함하고,
- 제 2 전도층은 제 1 절연층 상에 적층되고, 제 1 절연층에 의해서 제 1 전도층과 전기적으로 분리되며, 제 1 전도층은 적층형 버스바가 셀들의 팩에 연결될 때 제 1 절연층과 전기 극들 사이에 개재되고,
- 제 2 전기 커넥터는 마지막 그룹의 셀들의 전기 극들에 연결되도록 구성되고 - 이 마지막 그룹의 셀들의 전기 극들은 제 1 전도층의 전도성 요소에 연결되지 않음 -, 제 3 전기 커넥터는 제 2 전기 커넥터보다 제 1 전기 커넥터에 더 근접해 있고,
- 제 1 절연층은 제 2 전기 커넥터와, 마지막 그룹의 셀들의 대응하는 전기 극들을 전기적으로 연결할 수 있도록 구성되는 컷-아웃 윈도우(cut-out window)를 포함한다.
본 발명에 따른 버스바는 전기 셀들의 모듈에 대한 버스바의 신속한 어셈블리를 위해 최적화된다는 점에서 유리하다. 제 1 커넥터와 제 3 커넥터는 전기 셀들의 모듈을 다른 모듈들과 쉽게 연결할 수 있기 때문에, 모듈의 셀들의 상호 연결에 하나의 버스바만 필요하므로 효율적이고 경제적이다. 적층형 구조로 인해, 버스바는 배터리 모듈의 비용, 크기 및 무게를 줄이는데 기여한다. 또한, 버스바를 필요한 치수로 제조하는 것만으로 다양한 크기의 모듈들에 맞게 구성이 용이하게 변경될 수 있다.
유리하지만 선택적인 양태들에 따르면, 이러한 버스바는 단독으로 고려되거나 기술적으로 허용되는 조합에 따라 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 각 전도성 요소는 셀의 하나의 개별 전기 극에 용접되도록 구성되는 용접 영역을 각각 포함하는 적어도 두 개의 연결 단자를 포함하는 한편, 제 1 절연층은 각 연결 단자들의 용접 영역에 대한 접근을 허용하도록 구성되는 개구부들을 포함하며, 제 2 전도층은 제 2 전도층이 제 1 절연층의 개구부들에 대한 접근을 방해하지 않도록 배치된다.
- 각 전도성 요소의 경우:
ㆍ 두 개의 인접한 연결 단자들은 링크 부재(linking member)에 의해 함께 링크되고,
ㆍ 두 개의 인접한 연결 단자들의 경우, 전도성 요소는 상기 두 개의 인접한 연결 단자들 사이에 배치되는 노치를 포함하고,
ㆍ 각 노치는 주축에 직교하게 연장되어, 각 연결 단자가 인접한 연결 단자와는 독립적으로 주축에 평행한 회전 축을 따라, 링크 부재에 대해 상대적으로 회전할 수 있게 된다.
- 링크 부재는 적어도 하나의 가요성 부분을 더 포함하며, 여기서:
ㆍ 각 가요성 부분은 주축에 직교하게 연장되고 각각의 노치에 맞춰 정렬되며, 각 가요성 부분은 두 개의 인접한 링크 부분들에서 링크 부재를 분리하고,
ㆍ 각 가요성 부분은 탄성적으로 변형 가능하여, 각 링크 부분이 대응하는 가요성 부분에 맞춰 정렬되는 피봇 축을 따라, 인접한 링크 부분에 대해 상대적으로 회전한다.
- 적층형 버스바는 하단 절연층을 더 포함하며, 여기서:
ㆍ 하단 절연층은 제 1 전도층 상에 적층되고,
ㆍ 하단 절연층은 전도성 요소들을 대응하는 전기 극들에 전기적으로 연결할 수 있도록 구성되는 애퍼처들을 포함한다.
- 적층형 버스바는 상단 절연층(top insulating layer)을 더 포함하며, 여기서:
ㆍ 상단 절연층은 제 2 전도층 상에 적층되고,
ㆍ 상단 절연층은 각 연결 단자에 대한 접근을 허용하도록 구성되는 상단 애퍼처들을 포함한다.
- 제 2 전도층은 금속판으로 이루어진다.
- 제 2 전도층은 제 1 전도층의 표면의 30% 초과, 바람직하게는 50% 초과, 더욱 바람직하게는 75% 초과 중첩되는 표면을 갖는다.
본 발명은 또한 각형 전기 셀들의 팩을 포함하는 전기 배터리용 모듈에 관한 것이며, 여기서:
- 셀들은 이전 청구항들 중 어느 한 항에 따른 적층형 버스바에 의해 상호 연결되고,
- 셀들은 주축을 따라 일 열로 배치되고,
- 각 셀은, 반대 극성들을 가지며 세로 평면의 반대편 면들에 배치되는 두 개의 전기 극들이 있는 상부면을 갖고, 각 셀의 전기 극들은 중앙 평면에 배치되며, 각 셀의 상부면은 동일한 방향으로 배향되고,
- 셀들은, 각 그룹에 동일한 수의 셀들이 있고 제 1 그룹의 셀들 및 마지막 그룹의 셀들이 이 열의 서로 반대편 단부들에 위치되는 적어도 두 개의 그룹들에 배치되고,
- 동일한 그룹의 셀들 내에서, 동일한 극성을 가진 전기 극들이 세로 평면의 동일한 면에 배치되고,
- 두 개의 인접한 그룹의 셀들의 경우, 동일한 극성을 가진 전기 극들이 세로 평면의 서로 반대편 면들에 배치된다.
유리하게는:
- 모듈은 셀들을 유지하도록 구성되는 인클로저(enclosure)를 포함하며, 제 1 커넥터 및 제 3 커넥터는 인클로저 외부에, 바람직하게는 서로 옆에 배치된다.
본 발명은 비제한적인 예로서만 제공되고 첨부된 도면들을 참조하여 행해지는 적층형 버스바 및 배터리 모듈의 3가지 실시예들에 대한 다음의 설명에 비추어 더 잘 이해될 것이고 이것의 다른 이점들이 더 명확하게 나타날 것이며, 여기서:
- 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 적층형 버스바를 포함하는 예시적인 각형 셀들의 모듈의 사시도이고;
- 도 2는 도 1의 모듈의 분해도이고;
- 도 3은 도 2와 유사한 도면으로서, 여기서는 버스바의 여러 요소들이 숨겨져 있고, 버스바의 제 1 전도층 및 제 2 전도층을 보여주며;
- 도 4는 두 개의 인서트 a) 및 b)에서, 버스바의 제 2 전도층 및 제 1 전도층의 각각의 평면도를 도시한 것이고;
- 도 5는 두 개의 인서트 a) 및 b)에서, 제 2 전도층의 세부 사항 및 제 1 전도층의 전도성 요소의 각각의 사시도를 도시한 것이고;
- 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 버스바의 제 1 전도층 및 제 2 전도층을 도시하는, 도 4와 유사한 사시도이고;
- 도 7은 도 4와 유사한 도면으로서, 두 개의 인서트 a) 및 b)에서, 제 2 실시예에 따른 버스바의 제 2 전도성 층 및 제 1 전도성 층의 각각의 평면도를 도시한 것이고;
- 도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 예시적인 제 2 전도층의 평면도이며;
- 도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 예시적인 제 2 전도층의 평면도이다.
이제 본 발명의 실시예들에 대하여 도면들을 참조하여 설명할 것이며, 여기에서 동일한 참조 번호들은 도면 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 나타내기 위해 사용된다. 도면들이 반드시 축척에 맞춰지는 것은 아님이 이해될 것이다.
본 발명의 제 1 실시예에 대하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
전기 배터리용 모듈(10)이 도 1에 도시되어 있다. 전기 배터리는 예를 들어 전기 에너지를 저장하고 전기 자동차 또는 하이브리드 차량의 트랙션 모터에 전기 에너지를 공급하기 위해 자동차 응용들과 같은 모바일 응용에서 사용된다. 일부 실시예들에 따르면, 전기 배터리는 전기 자동차에 속한다. 전기 배터리는 일반적으로 전기적으로 함께 연결되는 여러 모듈들(10)을 포함한다.
모듈(10)은 혼합 라인들의 박스에 의해 개략적으로 나타나 있는 인클로저(12), 각형 전기 셀들(22)의 팩(20) 및 적층형 버스바(100)를 포함한다. 팩(20)은 셀들(22)을 유지하도록 구성되는 인클로저(12) 내에 위치되어 있으며, 이에 따라 팩(20) 내에서, 셀들(22)은 서로에 대해 움직이지 않는 것으로 간주된다. 팩(20)의 각형 전기 셀(22)은 아래에서 설명되는 바와 같이, 적층형 버스바(100)에 의해 상호 연결된다. 적층형 버스바(100)는 간단히 "버스바(100)"라고도 하고, 각형 전기 셀들(22)은 간단히 "셀들(22)"이라고도 한다.
도시된 비제한적인 예에서, 팩(20)은 여덟 개의 셀들(22)을 포함하지만, 다른 실시예들에서 각 팩(20)의 셀들(22)의 수는 상이할 수도 있다. 본 설명의 범위 내에서, 달리 명시되지 않는 한, "셀(22)"은 각형 전기 셀(22)을 지칭한다. 동일한 팩(20)으로부터의 셀들(22)은 동일한 기하학적 구조를 가지며, 동일한 방식으로 작동하고, 바람직하게는 서로 동일하다. 임의의 셀들(22)에 대해 설명된 내용은 다른 셀들(22)에 대해 적용될 수 있다.
모듈(10)의 분해도가 도 2에 도시되어 있으며, 인클로저(12)는 생략된다. 도 3에는, 버스바(100)의 몇몇 요소들이 도시되어 있지 않으며 팩(20)이 더 잘 도시되어 있다.
각 셀(22)은 셀 축(A22)을 따라 투영된 직사각형 단면을 갖는 직육면체의 형상을 갖는다. 도면들에서, 셀 축(A22)은 수평인 것으로 가정된다. 각 셀(22)은, 셀 축(A22)에 직교로 연장되고 서로 반대 방향으로 배향되는 두 개의 측면들(24)을 갖는다.
각 셀(22)은 상부면(26), 및 상부면(26) 상에 배치되는 두 개의 전기 극들(28)을 갖는다. 두 개의 전기 극들(28)은, 반대 극성들을 갖고 서로 다른 제 1 극(28A) 및 제 2 극(28B)을 포함한다. 전기 극들(28)은 외부 요소와의 연결, 특히 버스바(100)와의 연결을 위해 접근될 수 있다. 즉, 각 셀(22)의 전기 극들(28)은 적층형 버스바(100)와 전기적으로 연결되도록 구성된다.
팩(20) 내에서, 셀들(22)은 팩(20)의 세로 축(A20)을 따라 함께 적층된다. 각 셀(22)의 셀 축(A22)은 세로 축(A20)에 맞춰 전체적으로 정렬되고, 각 셀(22)의 상부면(26)은 다른 셀들(22)과 동일한 방향으로 배향된다. 두 개의 인접한 셀들(22)의 경우, 두 개의 셀들(22) 중 첫 번째 것의 측면(24)은 두 개의 셀들(22) 중 다른 것의 측면(24)을 향한다.
즉, 팩(20) 내에서, 셀들(22)은 세로 축(A20)을 따라 일 열로 배치되고, 팩(20)은 제 1 셀(22A) 및 마지막 셀(22B)을 포함하며, 제 1 셀 및 마지막 셀들(22A, 22B)은 팩(20)의 두 개의 서로 반대편 말단들에 배치된다. 도 1 내지 도 3에서, 도면들의 맨 왼쪽에 있는 셀(22)은 제 1 셀(22A)로 간주되고, 도면들의 맨 오른쪽에 있는 셀(33)은 마지막 셀(22B)로 간주된다.
팩(20)의 각 셀(22)의 경우, 두 개의 전기 극들(28)은 팩(20)의 세로 평면(P20)의 서로 반대편 면들 상에 배치되며, 세로 평면(P20)은 세로 축(A20)에 대하여 수직하면서 평행하다.
전기 극들(28)은 팩(20)의 중앙 평면(P21)에 의해 기하학적으로 지지되고, 중앙 평면(P21)은 세로 축(A20)에 평행하고 세로 평면(P20)에 직교한다. 도시된 예에서, 각 셀(22)의 상부면(26)은 위쪽을 향하는 것으로 가정되고, 중앙 평면(P21)은 수평이다.
팩(20) 내에서, 셀들(22)은 적어도 두 개의 그룹(30)의 셀들(22)로 배치되며, 각 그룹(30)에는 동일한 수의 셀들(22)이 존재한다. 도시된 예에서, 그룹들(30)은 직렬로 서로 연결된다. 본 발명의 제 1 실시예에서, 각 그룹(30)은 단 하나의 셀(22)을 포함한다. 즉, 팩(20)은 그 각각이 하나의 셀(22)을 갖는 8개의 그룹(30)을 포함하며, 모든 셀들(22)은 서로 직렬로 연결된다.
제 1 셀(22A)을 포함하는 그룹(30)을 제 1 그룹(30A)이라고도 하고, 마지막 셀(22B)을 포함하는 그룹(30)을 마지막 그룹(30B)이라고도 한다. 즉, 제 1 그룹(30A) 및 마지막 그룹(30B)은 팩(20)의 반대편 말단들에 위치된다. 도 1 내지 도 3에서, 제 1 그룹(30A)은 왼쪽에 위치되고, 마지막 그룹(30B)은 오른쪽에 위치되며, 제 1 그룹(30A)은 마지막 그룹(30B)으로부터 6개의 다른 그룹들(30)에 의해 분리된다.
동일한 그룹(30)의 셀들(22) 내에서, 동일한 극성을 갖는 전기 극들(28)이 세로 평면(P20)의 동일한 면 상에 배치된다. 즉, 동일한 그룹(30) 내에서, 제 1 극들(28A)이 세로 평면(P20)의 한쪽 면 상에 배치되고, 제 2 극들(28B)은 세로 평면(P20)의 다른쪽 면 상에 배치된다.
두 개의 인접한 그룹(30)의 셀들(22)의 경우, 동일한 극성을 가진 극들(28)이 세로 평면(P20)의 서로 반대편 면들 상에 배치된다. 즉, 두 개의 인접한 그룹(30)의 셀들(22)의 경우, 두 개의 그룹(30) 중 하나의 그룹의 제 1 극들(28A) 및 두 개의 그룹(30) 중 다른 그룹의 제 1 극들(28A)이 세로 평면(P20)의 서로 반대편 면들 상에 배치된다.
이제 도 1 내지 도 3을 참조하여 적층형 버스바(100)를 설명한다.
적층형 버스바(100)는 주축(A100)을 따라 그리고 중앙 평면(P101)에서 연장되는 길고 평평한 형상을 갖는다. 버스바(100)의 세로 평면(A100)이 또한 편의상 정의되며, 세로 평면(A100)은 주축(A100)에 평행하고, 중앙 평면(P101)에 직교한다. 적층형 버스바(100)가 팩(20)과 연결된 구성일 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 주축(A100)은 팩 축(A20)에 평행하고, 버스바(100)의 세로 평면(P100)은 세로 평면(P20)과 상당히 동일 평면에 있으며, 버스바(100)의 중앙 평면(P101)은 팩(20)의 중앙 평면(P21)에 평행하다.
적층형 버스바(100)는 제 1 전기 전도층(110), 제 1 전기 절연층(130)(제 1 전도층(110) 상에 적층됨) 및 제 2 전기 전도층(140)(제 1 절연층(130) 상에 적층되고 제 1 절연층(130)에 의해 제 1 전도층(110)과 전기적으로 분리됨)을 포함한다. 제 1 전도층(110)은 적층형 버스바(100)가 셀들(20)의 팩(20)에 연결될 때 제 1 절연층(130)과 전기 극들(28) 사이에 개재된다. 본 설명의 범위 내에서, 후술하는 제 1 절연층(130) 및 다른 절연층들은 가요성과 전기 절연성을 모두 갖는 재료, 바람직하게는 폴리에스테르 또는 폴리이미드와 같은 폴리머 재료로 각각 이루어진다. 각 절연층의 두께는 25μm 내지 250μm이다.
제 1 전도층(110)의 평면도가 도 4의 인서트 b)에 또한 도시되어 있다. 제 1 전기 전도층(110)은 적어도 하나의 전기 전도성 요소(112)를 포함하고, 각각의 전도성 요소(112)는 두 개의 인접한 셀 그룹(30) 각각에 속하는 전기 극들(28)을 전기적으로 연결하도록 구성되며, 상기 전기 극들(28)은 세로 평면(P20)의 동일한 면 상에 위치된다.
제 1 전도층(110)은 또한 제 1 그룹(30A)의 셀들의 전기 극들(28)에 연결되도록 구성되는 제 1 전기 커넥터(114)를 포함하며, 제 1 그룹(30A)의 셀들의 전기 극들(28)은 제 1 전도층(110)의 전도성 요소(112)에 연결되지 않는다.
도시된 예에서, 팩(20)은 여덟 개 그룹(30)의 셀들(22)을 포함하고, 제 1 전도층(110)은 일곱 개의 전도성 요소(112)를 포함한다. 여기서 제 1 커넥터(114)는 제 1 그룹(30A)의 셀들(22)의 제 1 극들(28A)에 연결된다.
선택적으로, 제 1 커넥터(114)는 버스바와 같은 외부 요소(미도시)에 대한 제 1 커넥터(114)의 기계적 연결을 위한 기계적 인터페이스(116)(여기서는 리벳(rivet))를 포함한다.
제 1 전도층(110)의 전도성 요소들(112)은 동일한 방식으로 작동하고 바람직하게는 동일한 형상을 가지며, 더욱 바람직하게는 서로 동일하다. 전도성 요소들(112) 중 하나가 도 5의 인서트 b)에 더 높은 축척으로 도시되어 있다. 전도성 요소들(112) 중 하나에 대해 설명된 내용은 다른 전도성 요소들(112)에 대해 유효하다.
각 전도성 요소(112)는, 셀(22)의 하나의 전기 극(28)에 연결되도록 각각 구성되는 적어도 두 개의 연결 단자들(118), 및 링크 부재(120)를 포함한다. 전도성 요소(112) 내에서, 두 개의 인접한 연결 단자들(118)은 링크 부재(120)에 의해 함께 링크된다. 도시된 예에서, 링크 부재(120)는 삼각형 형상을 갖고, 각 연결 단자(118)는 직사각형 형상을 갖는다.
도시된 비제한적인 예에서, 각 전도성 요소(112)의 연결 단자들(118)은 세로 평면(P100)의 동일한 면 상에 배치되며, 두 개의 인접한 그룹(30)의 셀들(22)에 속하고 세로 평면(P20)의 동일한 면 상에 위치되는 전기 극들(28)에 연결되도록 구성된다. 셀들(22)은 각형 셀들이고, 세로 평면(P100)의 동일한 면 상에 위치되는 연결 단자들(118)은 세로 평면(P100)에 평행한 방향을 따라 서로 정렬된다. 각 링크 부재들(120)은 세로 평면(P100)에 걸쳐 있고, 연결 단자들(118)은 세로 평면(P100)과 떨어져 배치된다.
각 연결 단자(118)는 각각의 전기 극(28)에 용접되도록 구성되는 용접 영역(122)을 포함한다. 도시된 예에서, 각 연결 단자(118)는 유리하게는 연결 단자(118)의 중앙 영역에 배치되는 센터링 홀(centering hole)(124)을 포함하는 한편, 용접 영역(122)은 센터링 홀(124) 주위에서 연장된다. 도 5의 b)에서, 각 용접 영역(122)은 점선으로 된 타원으로 개략적으로 나타나 있다.
각 센터링 홀(124)은, 버스바(100)와 팩(20)을 연결하는 동안, 실제 용접 작업 전에 용접 영역(122)이 대응하는 전기 극(28)과 적절하게 정렬되어 있는지 육안으로 확인할 수 있게 구성된다.
각각의 전기 극(28)에 대한 연결 단자(118)의 용접 공정은 바람직하게는 레이저 용접이다. 각각의 전기 극(28)에 대한 연결 단자(118)의 연결 작업 동안, 양호한 전기 연결을 보장하기 위해 연결 단자(118)가 먼저 대응하는 전기 극(28) 상에 기계적으로 가압된 다음, 용접 자체가 수행된다.
도시된 예에서, 제 1 절연층(130) 및 전기 극들(28)은 제 1 전도층(110)의 서로 반대편 면들 상에 위치된다. 제 1 절연층(130)은 각 연결 단자들(118)의 용접 영역(124)에 대한 접근을 허용하도록 구성되는 제 1 개구부들(132)을 포함한다.
제조 허용오차로 인해, 각 전기 극들(28)의 실제 위치는 이론적인 위치에서 벗어날 수 있으며, 여기서 각 전기 극(28)은 기하학적으로 중앙 평면(P21)에 의해 지지된다.
각 전도성 요소(112)의 경우, 두 개의 인접한 연결 단자들(118)은 링크 부재(120)에 의해 함께 링크되고, 전도성 요소(112)는 두 개의 인접한 연결 단자들(118) 사이에 배치되는 노치(126)를 포함한다.
각 노치(126)는 주축(A100)에 직교하게 연장되고 전도성 요소(112)의 탄성 변형을 용이하게 하도록 구성되며, 따라서 각 연결 단자(118)는 인접한 연결 단자(118)와는 독립적으로 주축(A100)에 평행한 회전 축(A118)을 따라, 링크 부재(120)에 대해 상대적으로 회전하도록 허용된다.
선택적으로, 링크 부재는 적어도 하나의 가요성 부분(128)을 더 포함한다. 가요성 부분들(128)은 여기서 반원형 단면을 갖는 접힘부로 개략적으로 나타나 있다. 대안적으로, 가요성 부분들(128)은 평평하며, 예를 들어 전도성 요소(112)를 스탬핑함으로써 생성된다.
각 가요성 부분(128)은 두 개의 인접한 링크 부분들(130)에서 링크 부재(120)를 분리한다. 각 가요성 부분(128)은 주축(A100)에 직교하게 연장되고 각각의 노치(126)에 맞춰 정렬된다. 각 가요성 부분(128)은 탄성적으로 변형 가능하며, 따라서 각 링크 부분(130)은 대응하는 가요성 부분(128)에 맞춰 정렬되는 피봇 축(A130)을 따라, 인접한 링크 부분(130)에 대해 상대적으로 회전한다.
두 개의 인접한 연결 단자들(118) 사이에 배치된 노치(126)로 인해, 그리고 각 노치(126)에 맞춰 정렬되는 가요성 부분(128)으로 인해, 각 전도성 요소(112)는 버스바(100)가 연결되는 전기 극들(28)의 위치 편차를 수용하도록 탄성적으로 변형된다.
제 1 절연층(130) 상에 제 1 전도층(110)이 적층될 때, 전도성 요소들(112)이 제 1 절연층(130) 상에 적층되며 서로 중첩되지 않는다. 전도성 요소들(112)은 바람직하게는 제 1 절연층 상에 적층하기 전에 단일 시트의 전도성 재료, 예를 들어 금속 시트를 절단 및/또는 스탬핑하는 것에 의해 생성되며, 이것은 효율적인 공정이다.
전도성 요소들(112)은, 용접 공정 중에 전도성 요소들(112)이 구부러질 수 있고 전기 극들(28)의 위치 편차를 수용할 수 있을 정도로 충분히 얇지만 모듈(10)이 전기 배터리 내에서 사용 중일 때 전류 밀도에 대처할 수 있을 만큼 충분히 두꺼운 두께를 갖는다. 도시된 실시예에서, 전도성 요소들(112)은 0.25　mm 내지 2　mm 사이의 두께를 갖는다.
비제한적인 예들로서, 전도성 요소들(112)은 구리, 알루미늄, 니켈, 또는 이들의 합금들 중 하나와 같은 금속으로 만들어진다. 바람직하게는, 제 1 전도층(110)의 표면은 예를 들어 산화를 방지하기 위해 주석, 니켈, 은, 또는 이들의 합금들 중 하나와 같은 도금 재료로 도금된다.
제 2 전기 전도층(140)은 주축(A100)을 따라 연장되고, 제 2 전기 커넥터(142) 및 제 3 전기 커넥터(144)를 각각 갖는 두 개의 서로 반대편의 말단들을 포함한다. 제 2 전기 커넥터(142) 및 제 3 전기 커넥터(144)는 바람직하게는 용접, 예를 들어 레이저 용접에 의해 각각의 전기 극들(28)에 연결된다.
제 2 전기 커넥터(142)는 마지막 그룹(30B)의 셀들(22)의 전기 극들(28)에 연결되도록 구성되며, 마지막 그룹(30B)의 셀들(22)의 전기 극들(28)은 제 1 전도층(110)의 전도성 요소(112)에 연결되지 않는다.
도 3에 도시된 예에서, 제 2 전기 커넥터(142)는 마지막 셀(22B)의 제 2 전기 극들(28B)에 연결되는 한편, 마지막 셀(22B)의 제 1 전기 극들(28A)은 전도성 요소(112)에 연결된다.
제 3 전기 커넥터(144)는 제 2 전기 커넥터(142)보다 제 1 커넥터(114)에 더 근접해 있으며, 제 3 전기 커넥터(144)는 제 2 전도층(140)의 나머지 부분을 통해 마지막 그룹(30B)의 셀들(22)의 전기 극들(28)에 연결되도록 구성되고, 마지막 그룹(30B)의 셀들(22)의 전기 극들(28)은 제 1 전도층(110)의 전도성 요소(112)에 연결되지 않는다.
바람직하게는, 제 3 커넥터(144)는 도시된 예에서와 같이 제 1 커넥터(114) 옆에 배치된다. 즉, 제 1 커넥터(114) 및 제 3 커넥터(144)는 팩(20)의 동일한 면 상에 배치된다. 제 2 전도층(140)은 버스바(100)의 리턴 회로(return circuit)이다.
제 1 전도층(110) 및 제 2 전도층(140) 모두를 적층형 구조로 포함하는 버스바(100)로 인해, 팩(20)의 각 전기 극(28)은 바람직하게는 레이저 용접에 의해 자동화된 방식으로 제 1 전도층 또는 제 2 전도층(110 또는 140)에 연결될 수 있어 매우 효율적이다. 모듈(10)이 조립될 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 커넥터(114) 및 제 3 커넥터(144)는 유리하게는 인클로저(12) 외부에, 바람직하게는 서로 옆에 배치된다. 모듈(10)의 각 셀(22)은 버스바(100)를 통해 연결될 수 있어 매우 편리하다.
선택적으로, 제 3 커넥터(144)는 버스바와 같은 외부 요소(미도시)에 대한 제 1 커넥터(114)의 기계적 연결을 위한 기계적 인터페이스(145)(여기서는 스터드(stud))를 포함한다.
제 1 전도층(110)과 제 2 전도층(140) 사이에 개재된 제 1 절연층(130)은 컷-아웃 윈도우(134)를 포함하며, 이 컷-아웃 윈도우(134)는 여기서 직사각형 형상을 갖고, 마지막 그룹(30B)의 셀들(22)의 대응하는 전기 극들(28)과 제 2 전기 커넥터(142)의 전기적 연결을 허용하도록 구성된다.
제 2 전기 커넥터(142)는 각각의 전기 극(28)에 용접되도록 구성되는 적어도 하나의 연결 단자(146)를 포함한다. 제 1 실시예에서, 제 2 전기 커넥터(142)는 하나의 연결 단자(146)를 포함한다.
도 5의 a)에 도시된 바와 같이, 제 2 전기 커넥터(142)의 연결 단자(146)는 직사각형 형상을 갖고 센터링 홀(145)을 포함하며, 이 센터링 홀(145)은, 버스바(100)와 팩(20)을 연결하는 동안, 실제 용접 작업 전에 제 2 전기 커넥터(142)가 대응하는 전기 극(28)과 적절하게 정렬되어 있는지 육안으로 확인할 수 있도록 구성된다.
제 2 전도층(140)은 전도성 물질, 바람직하게는 전기 에너지의 손실을 방지하기 위해 양호한 전기 전도성을 갖는 금속으로 만들어진다. 비제한적인 예들로서, 제 2 전도층(140)은 구리, 알루미늄, 니켈, 또는 이들의 합금들 중 하나와 같은 금속으로 만들어진다. 바람직하게는, 제 2 전도층(140)의 표면은 산화를 방지하기 위해 예를 들어 주석, 니켈, 은, 또는 이들의 합금들 중 하나로 도금된다. 제 2 전도층(140)은 바람직하게는 금속 시트를 절단 및/또는 스탬핑함으로써 만들어진다.
모듈(10)이 사용 중일 때, 셀들(22) 내에 전기 에너지를 저장하거나 셀들(22)로부터 전기 에너지를 전달하기 위해, 셀들(22) 및 전도성 요소들(112)은 가열되는 경향이 있다. 제 1 절연층(130) 상에 적층되는 제 2 전도층(140)은 제 1 전도층(110)과 부분적으로 중첩되어, 제 1 전도층(110)의 열에너지의 일부를 받게 된다. 즉, 제 2 전도층(140)은 제 1 전도층(110)의 열에너지를 소산(dissipating)시키는 것을 돕는다. 이러한 소산 효과(dissipation effect)를 더 강화하기 위해, 제 2 전도층(140)은 제 1 전도층(110) 표면의 30% 초과, 바람직하게는 50% 초과, 더욱 바람직하게는 75% 초과 중첩되는 표면을 갖는다.
제 2 전도층(140)은 제 1 전도층(110)에 대한 제 2 전도층(140)의 중첩 비율에 따라 선택되는 두께를 가지며, 모듈(10)이 전기 배터리 내에서 사용 중일 때 전류 밀도에 대처한다. 일부 예들에 따르면, 제 2 전도층(140)은 0.25　mm 내지 2　mm 사이의 두께를 갖는다.
제 2 전도층(140)은 제 2 전도층(140)이 제 1 절연층(110)의 개구부들(132)로의 접근을 방해하지 않도록 배치된다. 제 1 실시예에서, 제 2 전도층(140)은 각 연결 단자들(118)의 용접 영역(122)에 대한 접근을 허용하도록 구성되는 제 2 개구부들(148)을 포함한다. 버스바(100)의 제 1 실시예에서, 제 1 전도층(110) 및 제 2 전도층(140)은 세로 평면(P100)에 대해 직교하게 측정되는 상당히 동일한 폭을 갖고, 제 2 개구부들(148)은 폐쇄된 윤곽을 갖는다. 도시된 예에서, 각 제 2 개구부(148)는 원형 윤곽을 갖고, 중앙 평면(P101)에 직교하는 축을 따라 각각의 센터링 홀(124)에 맞춰 정렬된다.
다시 말해서, 제 2 개구부들(148)은 제 1 절연층(130)의 제 1 개구부들(132)에 맞춰 정렬된다. 제 1 개구부들(132)을 통한 단락(short circuit)의 위험을 줄이기 위해, 제 1 개구부들(132)은 바람직하게는 제 2 개구부들(148)보다 작다.
도시된 예에서, 제 2 전도층(140)은 세로 평면(P100)의 동일한 면 상에 위치되는 두 개의 인접한 개구부(148) 사이에 배치되는 추가 노치들(150)을 포함하며, 각 추가 노치(150)는 세로 평면(P100)에 직교하게 연장되고, 제 2 전도층(140)의 유연성, 및 따라서 버스바(100)의 전체 유연성을 향상시키도록 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 적층형 버스바(100)는 하단 절연층(160)을 더 포함하며, 이 하단 절연층(160)은 버스바(100)의 중앙 평면(P100)을 따라 연장되고, 제 1 전도층(110) 상에 적층된다. 다시 말해, 제 1 전도층(110)은 제 1 절연층(130)과 하단 절연층(160) 사이에 개재된다.
바람직하게는, 하단 절연층은 팩(20)의 모든 셀들(22)의 상부 표면(26) 위로 실질적으로 연장된다. 하단 절연층(160)은 버스바(100)와 각 전기 극(28)의 전기적 연결을 허용하도록 구성되는 애퍼처들(162)을 포함한다.
각 애퍼처(162)는 전기 극(28)의 프로파일과 유사한 프로파일을 가지며, 따라서 버스바(100)가 팩(20)의 상단에 배치될 때, 각 전기 극들(28)은 각각의 애퍼처(162)를 통과하여 각각의 연결 단자(118) 또는 제 1 커넥터(114) 또는 제 2 커넥터(142)와 직접 접촉한다. 도시된 예에서, 각 전기 극(28)은 직사각형 프로파일을 갖고, 각 애퍼처(162)는 동일한 직사각형 프로파일을 갖는다.
버스바(100)가 팩(20)에 조립될 때, 하단 절연층(160)은 셀들(22)의 상부면(26)에 놓이게 되며, 전도성 요소들(112)은 전기 극들(28)에 연결된다. 하단 절연층(160)은 전도성 요소(112)를 셀들(22)의 전기 극들(22)에 전기적으로 연결할 수 있게 구성되는 홀들(162)을 포함한다.
바람직하게는, 적층형 버스바(100)는 전기 배터리(10)의 작동 상태, 예를 들어 온도를 모니터링하도록 구성되는 모니터링 회로(170)를 더 포함한다.
도시된 예에서, 모니터링 회로(170)는, 주축(A100)을 따라 연장되는 기다란 형상을 갖는 감지 회로(172), 및 감지 회로(172)의 말단에 연결되는 커넥터(174)를 포함한다.
사용 시에, 감지 회로(172)는 셀들(22)의 상부면(26) 위로 연장된다. 감지 회로(172)는, 감지 회로(172)에 바로 근접하게 위치되는 셀들(22)의 상태들을 모니터링하도록 구성되는 센서들, 바람직하게는 셀(22)당 적어도 하나의 센서를 포함한다.
감지 회로(172)는 바람직하게는 주축(100)을 따라 제 1 셀(22A)에서 마지막 셀(22B)까지 연장되고, 팩(20)의 각 셀(22)의 작동 상태들을 모니터링하도록 구성된다. 예를 들어, 감지 회로(172)의 센서들은 온도 센서들이고, 모니터링 회로(170)는 팩(20)의 각 셀(22)의 온도를 모니터링하도록 구성된다.
적층형 버스바(100)는, 유리하게는 버스바(100)의 중앙 평면(P100)을 따라 연장되고 제 2 전도층(140) 상에 적층되는 상단 절연층(180)을 포함한다. 즉, 제 2 전도층(140)은 제 1 절연층(130)과 상단 절연층(180) 사이에 개재된다.
바람직하게는, 상단 절연층(180)은 팩(20)의 모든 셀들(22)의 상부 표면(26)을 실질적으로 덮는다. 상단 절연층(180)은 버스바(100)를 전기 극(28)에 용접하는 동안 각 연결 단자(118) 또는 제 1 커넥터 또는 제 2 커넥터(114 또는 144)에 대한 접근을 허용하도록 구성되는 상단 애퍼처들(182)을 포함한다. 도시된 예에서, 각 상단 애퍼처(182)은 각각의 제 1 개구부들(132)과 동축인 원형 형상을 갖는다.
도시된 예에서, 감지 회로(172)는 제 1 전도층(110)과 하단 전도층(160) 사이에 개재된다. 예를 들어, 하단 절연층(160)이 제 1 전도층(110) 상에 적층되기 전에 감지 회로(172)가 하단 절연층(160) 상에 적층된다. 이러한 어셈블리 공정은 자동화될 수 있으며 효율적이고 비용이 저렴하다.
대안적으로, 감지 회로(172)는 제 1 전도층(110)과 제 1 절연층(130) 사이, 또는 제 1 절연층(130)과 제 2 전도층(140) 사이, 또는 제 2 전도층(140)과 상단 절연층(180) 사이에 개재된다.
보다 일반적으로, 감지 회로(172)는 버스바(100)의 임의의 층 상에 적층되며, 예를 들어 버스바(100)의 두 개의 인접한 층 사이에 개재되고, 이들 두 개의 층은 절연층들(160, 130 또는 180) 및 대응하는 전도층들(110 또는 140) 중 하나를 포함한다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 전기 배터리(10)의 대안적인 제 2 실시예를 도시한다. 이 제 2 실시예에서, 제 1 실시예의 것과 동일하거나 유사한 전기 배터리의 부분들은 동일한 참조 번호들을 갖는다. 이하, 주로 제 1 실시예와 제 2 실시예의 차이점에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 제 2 실시예에서, 팩(20)의 셀들(22)은 그룹들(300)로 배치되며, 각 그룹(300)은 두 개의 셀(22)을 포함한다. 팩(20)은 여기에서 네 개의 그룹(300)의 셀들(22)을 포함한다.
제 1 셀(22A)을 포함하는 그룹(300)을 제 1 그룹(300A)이라고도 하고, 마지막 셀(22B)을 포함하는 그룹(300)을 마지막 그룹(300B)이라고도 한다. 즉, 제 1 그룹(300A) 및 마지막 그룹(300B)은 팩(20)의 반대편 말단들에 위치된다. 도 6에서, 제 1 그룹(300A)은 왼쪽에 있고, 마지막 그룹(300B)은 오른쪽에 있으며, 제 1 그룹(300A)은 두 개의 다른 그룹(300)에 의해 마지막 그룹(300B)과 분리된다.
전기 배터리(10)는 적층형 버스바(200)를 포함한다.
적층형 버스바(200)는 제 1 실시예의 버스바(100)의 구조와 유사한 적층 구조를 갖고, 절연층들 사이에 전도층들이 개재된다. 그러나 도 6 및 도 7에는 전도층들만 도시되어 있다.
적층형 버스바(200)는 제 1 전기 전도층(210) 및 제 2 전기 전도층(240)을 포함한다.
제 1 전기 전도층(210)은 적어도 하나의 전기 전도성 요소(212)를 포함하며, 각 전도성 요소(212)는 두 개의 인접한 그룹(300)의 셀들(22) 각각에 속하는 전기 극들(28)을 전기적으로 연결하도록 구성되고, 상기 전기 극들(28)은 세로 평면(P20)의 동일한 면 상에 위치된다.
각 전도성 요소(212)는 그 각각이 셀(22)의 하나의 전기 극(28)에 연결되도록 구성되는 적어도 두 개의 연결 단자(118), 및 링크 부재(220)를 포함한다. 각 그룹(300)은 두 개의 셀(22)을 포함하기 때문에, 각각의 전도성 요소(212)는 링크 부재(220)에 링크되는 네 개의 연결 단자(118)를 포함한다.
보다 일반적으로, 동일한 그룹(300)에 속하는 셀들(22)은 전기적으로 서로 병렬로 연결되는 한편, 동일한 전도성 요소(212)에 의해 서로 연결된 두 개의 인접한 그룹(300)은 서로 직렬로 연결된다.
제 1 전도층(210)은 또한 제 1 그룹(300A)의 셀들의 전기 극들(28)에 연결되도록 구성되는 제 1 전기 커넥터(214)를 포함하고, 제 1 그룹(300A)의 셀들의 전기 극들(28)은 전도성 요소(212)에 연결되지 않는다. 각 그룹(300)은 제 1 그룹(300A)을 포함하는 두 개의 셀(22)을 포함하기 때문에, 제 1 커넥터(214)는 두 개의 전기 극(28)에 연결되도록 구성된다.
제 2 전도층(240)은 주축(A100)을 따라 연장되고, 제 2 전기 커넥터(242) 및 제 3 전기 커넥터(244)를 각각 갖는 두 개의 서로 반대편 말단들을 포함한다.
제 2 전기 커넥터(242)는 마지막 그룹(300B)의 셀들(22)의 전기 극들(28)에 연결되도록 구성되고, 마지막 그룹(300B)의 셀들(22)의 전기 극들(22)은 제 1 전도층(210)의 전도성 요소(212)에 연결되지 않는 한편, 제 3 전기 커넥터(244)는 제 2 전기 커넥터(242)보다 제 1 커넥터(214)에 더 근접해 있다.
제 2 실시예에서, 마지막 그룹(300B)을 포함하는 각 그룹(300)의 셀들(22)은 두 개의 셀(22)을 포함한다. 제 2 커넥터(242)는 두 개의 전기 극(28)에 연결되도록 구성되고, 이를 위해 두 개의 연결 단자(146)를 포함한다.
제 2 실시예에서, 제 1 전도층(210) 및 제 2 전도층(240)은 세로 평면(P100)에 대해 직교하게 측정되는 상당히 동일한 폭을 갖고, 제 2 개구부들(148)은 폐쇄된 윤곽, 여기에서는 원형 윤곽을 가지며, 각 제 2 개구부(148)는 중앙 평면(P101)에 직교하는 축을 따라 각각의 센터링 홀(124)과 정렬된다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 버스바(300)가 도 8에 도시되어 있다. 버스바(300)는 제 2 전도층(340)을 포함하는 한편, 도시되지 않은 버스바(300)의 다른 컴포넌트들은 제 2 실시예의 버스바(200)의 컴포넌트들과 동일한 것으로 간주된다.
제 2 전도층(340)은 주축(A100)을 따라 연장되고, 제 2 전기 커넥터(242) 및 제 3 전기 커넥터(244)를 각각 갖는 두 개의 서로 반대편 말단들을 포함한다.
제 3 실시예에서, 제 2 전도층(340)은 세로 평면(P100)에 대해 직교하게 측정되는 폭을 가지며, 제 2 실시예의 제 2 전도층(240) 폭의 70%와 상당히 동일하다.
버스바(300)가 조립될 때, 제 2 전도층(340)은 제 1 전도층의 대략 70%와 중첩되므로, 버스바(300)는 제 2 실시예의 버스바(200)에 비해 가벼우면서도 제 2 전도층(340)을 통한 우수한 열 소산 효과를 유지한다.
제 2 전도층(340)은, 제 2 전도층(340)이 제 1 절연층의 개구부들에 접근하는 것을 방해하지 않도록 배치된다. 제 3 실시예에서, 제 2 전도층(340)은 용접 작업 동안 제 1 전도층에 대한 접근을 허용하도록 구성되는 제 2 개구부들(348)을 포함한다. 제 2 전도층(340)의 폭 감소로 인해, 각 제 2 개구(148)는 개방 윤곽, 여기서는 반원 윤곽을 갖는다. 두 개의 인접한 제 2 개구들(348)은, 이전 실시예들의 추가 노치(150)보다 짧은 추가 노치(350)에 의해 분리된다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 버스바(400)가 도 9에 도시되어 있다. 버스바(400)는 제 2 전도층(440)을 포함하고, 도시되지 않은 버스바(400)의 다른 컴포넌트들은 제 1 실시예의 버스바(100)의 컴포넌트들과 동일한 것으로 간주된다.
제 2 전도층(440)은 제 2 전기 커넥터(142) 및 제 3 전기 커넥터(144)가 부착되는 중앙 부분(442)을 포함한다. 제 2 전도층(440)은 제 2 전도층(440)이 제 1 절연층(110)의 개구부들(132)에 대한 접근을 방해하지 않도록 배치된다. 보다 정확하게는, 제 4 실시예에서, 제 2 전도층(440)은 이전 실시예들의 제 2 개구부들(148 또는 348)과 같은 개구부들을 포함하지 않지만, 중앙 부분(442)은 제조하기 더 쉬운 직선 형상을 갖는다.
보다 일반적으로, 제 2 전도층의 형상 및 윤곽은 설계 요구사항에 따라 직선 프로파일로 또는 개구부를 포함하여 변경될 수 있다. 제 2 개구부들(148 또는 348) 및 추가 노치들(150 또는 350)은 전기 전도성, 열 전도성 및 감소된 질량의 제약을 염두에 두고 변경 및/또는 결합 및/또는 생략될 수 있다.
본 설명에서 고려되는 모듈(10) 및 버스바(100)의 상이한 실시예들 및 변형들의 각각의 특징들이 결합될 수 있다.

Claims (13)

  1. 전기 배터리의 모듈(10)에서 각형(prismatic) 전기 셀들(22)의 팩(20)을 상호 연결하기 위한 적층형 버스바(laminated busbar)(100; 200; 300; 400)로서,
    상기 적층형 버스바(100; 200; 300; 400)는 주축(A100)을 따라 그리고 중앙 평면(median plane)(P101)에서 연장되는 길고 평평한 형상을 가지며,
    ― 상기 전기 셀들(22)의 상기 팩(20)은,
    ㆍ 상기 전기 셀들(22)이 상기 주축(A100)을 따라 일 열로 배치되도록 구성되고,
    ㆍ 각 셀(22)은, 반대 극성들(28)을 갖고 세로 평면(longitudinal plane)(P100)의 서로 반대편 면들 상에 배치되는 두 개의 전기 극(electric pole)들(28)이 있는 상부면(26)을 가지며, 상기 세로 평면(P100)은 상기 주축(A100)에 평행하고 상기 중앙 평면(P101)에 직교하고, 각 셀(22)의 상기 전기 극들(28)은 상기 중앙 평면(P101)에 배치되고, 각 셀의 상기 상부면(26)은 동일한 방향으로 배향되며,
    ㆍ 상기 셀들(22)은, 각 그룹에 동일한 수의 전기 셀들이 있고 제 1 그룹(30A; 300A)의 셀들 및 마지막 그룹(30B; 300B)의 셀들(22)이 상기 팩(20)의 서로 반대편 단부들에 위치되는 적어도 두 개의 그룹들(30; 300)에 배치되고,
    ㆍ 동일한 그룹(30; 300)의 셀들 내에서, 동일한 극성을 가진 상기 전기 극들(28)이 상기 세로 평면(P100)의 동일한 면 상에 배치되고,
    ㆍ 두 개의 인접한 그룹들(30; 300)의 셀들의 경우, 동일한 극성을 가진 상기 전기 극들(28)이 상기 세로 평면(P100)의 서로 반대편 면들 상에 배치되도록 구성되며,
    ― 상기 적층형 버스바(100; 200; 300; 400)는,
    ㆍ 적어도 하나의 전기 전도성 요소(112; 212)를 포함하는 제 1 전기 전도층(110; 210)으로서, 각 전도성 요소는 두 개의 인접한 그룹들(30; 300)의 셀들(22)의 전기 극들(28)을 전기적으로 연결하도록 구성되고, 상기 전기 극들은 상기 세로 평면(P100)의 동일한 면 상에 위치되는, 제 1 전기 전도층(110; 210);
    ㆍ 상기 제 1 전도층(110; 210) 상에 적층되는 제 1 전기 절연층(130);
    ㆍ 상기 제 1 그룹(30A; 300A)의 셀들의 상기 전기 극들(28)에 연결되도록 구성되는 제 1 전기 커넥터(114; 214)로서, 상기 제 1 그룹(30A; 300A)의 셀들의 전기 극들(28)은 상기 제 1 전도층의 전도성 요소(112; 212)에 연결되지 않는, 제 1 전기 커넥터(114; 214);를 포함하며,
    ― 상기 적층형 버스바(100; 200; 300; 400)는 제 2 전기 전도층(140; 240; 340; 440)을 더 포함하고, 상기 제 2 전기 전도층(140; 240; 340; 440)은 상기 주축(A100)을 따라 연장되고, 제 2 전기 커넥터(142; 242) 및 제 3 전기 커넥터(144; 244)를 각각 갖는 두 개의 서로 반대편의 말단들을 포함하고,
    ― 상기 제 2 전도층(140; 240; 340; 440)은 상기 제 1 절연층(130) 상에 적층되고, 상기 제 1 절연층에 의해서 상기 제 1 전도층(110; 210)과 전기적으로 분리되며, 상기 제 1 전도층은 상기 적층형 버스바가 상기 셀들(22)의 상기 팩(20)에 연결될 때 상기 제 1 절연층과 상기 전기 극들(28) 사이에 개재되고,
    ― 상기 제 2 전기 커넥터(142; 242)는 상기 마지막 그룹(30B; 300B)의 셀들(22)의 상기 전기 극들(28)에 연결되도록 구성되고, 상기 마지막 그룹(30B; 300B)의 셀들(22)의 상기 전기 극들(28)은 상기 제 1 전도층의 전도성 요소(112; 212)에 연결되지 않고, 상기 제 3 전기 커넥터(144; 244)는 상기 제 2 전기 커넥터보다 상기 제 1 전기 커넥터(114; 214)에 더 근접해 있으며,
    ― 상기 제 1 절연층은 상기 제 2 전기 커넥터와, 상기 마지막 그룹(30B; 300B)의 셀들(22)의 대응하는 전기 극들(28)을 전기적으로 연결할 수 있도록 구성되는 컷-아웃 윈도우(cut-out window)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적층형 버스바(100; 200; 300; 400).
  2. 제 1 항에 있어서,
    ― 각 전도성 요소(112; 212)는 셀(22)의 하나의 개별 전기 극(28)에 용접되도록 구성되는 용접 영역(122)을 각각 포함하는 적어도 두 개의 연결 단자들(118)을 포함하고,
    ― 상기 제 1 절연층(130)은 각 연결 단자들의 상기 용접 영역에 대한 접근을 허용하도록 구성되는 개구부들(132)을 포함하며,
    ― 상기 제 2 전도층(140; 240; 340; 440)은 상기 제 2 전도층이 상기 제 1 절연층의 상기 개구부들에 대한 접근을 방해하지 않도록 배치되는, 적층형 버스바(100; 200; 300; 400).
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 전도성 요소(112; 212)의 경우,
    ― 두 개의 인접한 연결 단자들(118; 218)이 링크 부재(linking member)(120; 220)에 의해 함께 링크되고,
    ― 두 개의 인접한 연결 단자들의 경우, 상기 전도성 요소는 상기 두 개의 인접한 연결 단자들 사이에 배치되는 노치(notch)(126)를 포함하며,
    ― 각 노치는 상기 주축(A100)에 직교하게 연장되어, 각 연결 단자가 상기 인접한 연결 단자와는 독립적으로 상기 주축(A100)에 평행한 회전 축을 따라, 상기 링크 부재에 대해 상대적으로 회전할 수 있게 되는, 적층형 버스바(100; 200; 300; 400).
  4. 제 3 항에 있어서,
    ― 상기 링크 부재(120)는 적어도 하나의 가요성 부분(128)을 더 포함하고,
    ㆍ 각 가요성 부분은 상기 주축(A100)에 직교하게 연장되고 각각의 노치(126)에 맞춰 정렬되며, 각 가요성 부분은 두 개의 인접한 링크 부분들(130)에서 상기 링크 부재(120)를 분리하고,
    ㆍ 각 가요성 부분(128)은 탄성적으로 변형 가능하여, 각 링크 부분(130)이 대응하는 가요성 부분에 맞춰 정렬된 피봇 축(A130)을 따라, 상기 인접한 링크 부분에 대해 상대적으로 회전하는, 적층형 버스바(100; 200; 300; 400).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하단 절연층(bottom insulating layer)(160)을 더 포함하며,
    ― 상기 하단 절연층은 상기 제 1 전도층(110; 210) 상에 적층되고,
    ― 상기 하단 절연층은 상기 전도성 요소들(112; 212)을 대응하는 전기 극들(28)에 전기적으로 연결할 수 있도록 구성되는 애퍼처(aperture)들(162)을 포함하는, 적층형 버스바(100; 200; 300; 400).
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상단 절연층(top insulating layer)(180)을 더 포함하며,
    ― 상기 상단 절연층은 상기 제 2 전도층(140; 240; 340; 440) 상에 적층되고,
    ― 상기 상단 절연층은 각 연결 단자(118)에 대한 접근을 허용하도록 구성되는 상단 애퍼처(top aperture)들(182)을 포함하는, 적층형 버스바(100; 200; 300; 400).
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전도층(140; 240; 340; 440)은 금속 시트로 이루어지는, 적층형 버스바(100; 200; 300; 400).
  8. 제 7 항에 있어서,
    ― 상기 제 2 도전층(140; 240; 340; 440)은 상기 제 1 도전층(110; 210)의 표면의 30% 초과로 중첩되는 표면을 갖는, 적층형 버스바(100; 200; 300; 400).
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 도전층(140; 240; 340; 440)은 상기 제 1 도전층(110; 210)의 표면의 50% 초과로 중첩되는 표면을 갖는, 적층형 버스바(100; 200; 300; 400).
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 도전층(140; 240; 340; 440)은 상기 제 1 도전층(110; 210)의 표면의 75% 초과로 중첩되는 표면을 갖는, 적층형 버스바(100; 200; 300; 400).
  11. 각형 전기 셀들(22)의 팩(20)을 포함하는 전기 배터리용 모듈(10)로서,
    ― 상기 셀들(22)은 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 적층형 버스바(100; 200; 300; 400)에 의해 상호 연결되고,
    ― 상기 셀들(22)은 상기 주축(A100)을 따라 일 열로 배치되고,
    ― 각 셀(22)은, 반대 극성들(28)을 갖고 세로 평면(P100)의 서로 반대편 면들 상에 배치되는 두 개의 전기 극들(28)이 있는 상부면(26)을 가지며, 각 셀(22)의 상기 전기 극들(28)은 상기 중앙 평면(P101)에 배치되고, 각 셀의 상기 상부면(26)은 동일한 방향으로 배향되며,
    ― 상기 셀들(22)은, 각 그룹에 동일한 수의 셀들(22)이 있고 제 1 그룹(30A; 300A)의 셀들 및 마지막 그룹(30B; 300B)의 셀들(22)이 상기 열의 서로 반대편 단부들에 위치되는 적어도 두 개의 그룹들(30; 300)에 배치되고,
    ― 동일한 그룹의 셀들 내에서, 동일한 극성을 가진 상기 전기 극들(28)이 상기 세로 평면(P100)의 동일한 면 상에 배치되고,
    ― 두 개의 인접한 그룹들(30; 300)의 셀들(22)의 경우, 동일한 극성을 가진 상기 전기 극들(28)이 상기 세로 평면(P100)의 서로 반대편 면들 상에 배치되는, 모듈(10).
  12. 제 11 항에 있어서,
    ― 상기 모듈은 상기 셀들(22)을 유지하도록 구성되는 인클로저(enclosure)(12)를 포함하며,
    ― 상기 제 1 커넥터(114) 및 상기 제 3 커넥터(144)는 상기 인클로저(12)의 외부에 배치되는, 모듈(10).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 커넥터(114) 및 상기 제 3 커넥터(144)는 서로 옆에 배치되는, 모듈(10).
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