KR20240063359A - 퓨즈 기능을 가진 버스바 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과전류 인가 등 이상 발생 시 전류를 차단하여 배터리 셀을 보호할 수 있도록 퓨즈 기능을 가진 버스바에 관한 것으로, 제1버스바와, 상기 제1버스바에서 이격되게 배치된 제2버스바와, 상기 제1버스바와 상기 제2버스바를 연결하는 퓨즈 엘리먼트와, 상기 제1버스바와 상기 제2버스바 사이의 이격거리를 유지하여 상기 퓨즈 엘리먼트의 변형을 방지하는 바디 인서트와, 상기 퓨즈 엘리먼트와 상기 바디 인서트를 감싸며 상기 퓨즈 엘리먼트의 용단 시 용융되는 절연 리브가 형성된 엘리먼트 커버를 포함하여 구성된다.

Description

퓨즈 기능을 가진 버스바{BUSBAR WITH FUSE FUNCTION}

본 발명은 배터리 셀 사이를 연결하는 버스바에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 과전류 인가 등 이상 발생 시 전류를 차단하여 배터리 셀을 보호할 수 있도록 퓨즈 기능을 가진 버스바에 관한 것이다.

최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 증가함에 따라 내연기관 자동차를 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 이루어지고 있다.

친환경 자동차는 연료전지나 배터리를 동력원으로 하는 PCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)와 BEV(Battery Electric Vehicle), 엔진과 모터를 구동원으로 하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)와 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)로 구분될 수 있다.

전술한 바와 같이 분류된 친환경 자동차는 모두 전기에너지를 이용하여 모터를 구동함으로써 주행하는 전기자동차(electric vehicle)로서, 전기에너지의 공급을 위한 배터리를 포함한다.

전기자동차에 사용되는 배터리는, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등과 같은 이차 전지이다.

통상의 이차 전지의 단위 셀, 즉 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이며, 전기자동차의 배터리 팩과 같이 높은 출력 전압이 요구될 경우 복수의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 사용한다.

한편, 버스바는 전장 부품 사이를 전기적으로 연결하는 막대형 전도체로서, 협소한 공간 내에서 충분한 통전 능력을 가지며 전원을 안정적으로 공급할 수 있어 전기자동차의 배터리 셀을 연결하는데 사용되고 있다.

그러나 종래의 버스바는 전도성이 높은 구리 재질의 단일 구조로 제작되므로, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀 사이에 전압차가 발생하거나 과전류가 인가되는 경우 화재의 우려가 있었다. 특히, 복수의 배터리 셀 중 어느 하나에 이상이 발생하면 배터리 팩 전체를 교체해야만 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 과전류 인가 등 이상 발생 시 전류를 차단하여 배터리 셀을 보호할 수 있도록 퓨즈 기능을 가진 버스바를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 퓨즈 기능을 가진 버스바는, 제1버스바와, 상기 제1버스바에서 이격되게 배치된 제2버스바와, 상기 제1버스바와 상기 제2버스바를 연결하는 퓨즈 엘리먼트와, 상기 제1버스바와 상기 제2버스바 사이의 이격거리를 유지하여 상기 퓨즈 엘리먼트의 변형을 방지하는 바디 인서트와, 상기 퓨즈 엘리먼트와 상기 바디 인서트를 감싸며 상기 퓨즈 엘리먼트의 용단 시 용융되는 절연 리브가 형성된 엘리먼트 커버를 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 과전류 인가 등 이상 발생 시 퓨즈 엘리먼트가 용단되며 전류를 차단함으로써 버스바를 통해 연결된 배터리 셀을 보호한다.

특히, 본 발명은 과전류 인가 등으로 인한 퓨즈 엘리먼트의 용단 시 엘리먼트 커버에 마련된 절연 리브가 용융되며 용단된 퓨즈 엘리먼트의 단부를 감싸도록 덮어 용단 후 절연 저항 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈 기능을 가진 버스바의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈 기능을 가진 버스바의 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈 기능을 가진 버스바의 단면도.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1구성요소는 제2구성요소일 수도 있음은 물론이다.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.

이하에서 구성요소의 "상부(또는 하부)" 또는 구성요소의 "상(또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면(또는 하면)에 접하여 배치되는 것일 뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에(또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈 기능을 가진 버스바(100)는, 한 쌍의 버스바(110,120)와, 한 쌍의 버스바(110,120)를 연결하는 퓨즈 엘리먼트(130)와, 퓨즈 엘리먼트(130)의 변형을 방지하는 바디 인서트(140)와, 퓨즈 엘리먼트(130)를 보호하기 위한 엘리먼트 커버(150)를 포함하여 구성된다.

버스바(110,120)는 배터리 팩(미도시)을 구성하는 복수의 배터리 셀(미도시)을 전기적으로 연결한다. 이때, 복수의 배터리 셀(미도시)은 필요에 따라 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.

버스바(110,120)는 일단이 배터리 셀(미도시)에 각각 연결되며 서로 이격되게 배치된 한 쌍, 즉 제1버스바(110)와 제2버스바(120)로 구성되며, 퓨즈 엘리먼트(130)를 통해 서로 연결된다.

제1버스바(110)는, 복수의 금속 판재가 적층된 도체부(112)와, 도체부(112)를 감싸는 피복부(114)로 이루어진다. 제1버스바(110)의 일단은 단자부(미도시)를 통해 배터리 셀(미도시)과 연결되고, 타단은 퓨즈 엘리먼트(130)을 통해 제2버스바(120)와 연결된다.

제2버스바(120)는 제1버스바(110)와 동일한 구조로, 도체부(122)와 피복부(124)로 이루어진다. 제2버스바(120)의 일단은 단자부(미도시)를 통해 배터리 셀(미도시)과 연결되며, 타단은 퓨즈 엘리먼트(130)을 통해 제1버스바(110)와 연결된다.

여기서, 제1버스바(110)와 제2버스바(120)의 타단, 즉 퓨즈 엘리먼트(130)을 통해 상대 버스바와 연결되는 타단 측 피복부(114,124)에는 바디 인서트(140)의 장착 및 고정을 위한 고정홈(116,126)이 형성된다.

고정홈(116,126)은 바디 인서트(140)의 장착 시 고정돌기(142)가 삽입되는 부분으로, 버스바(110,120)에 장착된 바디 인서트(140)가 외력 등에 의해 흔들리거나 분리되는 것을 방지한다.

도면에 도시된 것처럼, 고정홈(116,126)은 반원형으로 형성되고, 버스바(110,120)의 폭 방향으로 이격된 둘 이상으로 구성되어, 바디 인서트(140)가 외력 등에 의해 쉽게 흔들리거나 분리되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 제1버스바(110)와 제2버스바(120) 중 적어도 하나는 다양한 형상으로 벤딩 가능한 플렉시블 버스바일 수 있는데, 이는 배터리 팩(미도시)의 설계 레이아웃을 최적화할 수 있도록 하기 위함이다.

그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 배터리 팩(미도시)을 구성하는 배터리 셀(미도시) 사이를 전기적으로 연결할 수 있으면 어떠한 종류의 버스바도 사용 가능하다.

퓨즈 엘리먼트(130)는 과전류 인가 등 이상 발생 시 용단되어 전류를 차단하는 역할을 한다. 이러한 퓨즈 엘리먼트(130)는, 제1엘리먼트(132)와 제2엘리먼트(134), 그리고 제1엘리먼트(132)와 제2엘리먼트(134)를 연결하는 용단부(136)로 이루어진다.

제1엘리먼트(132)는 제1버스바(110)의 타단 측 도체부(112)에서 연장되고, 제2엘리먼트(134)는 제2버스바(120)의 타단 측 도체부(122)에서 연장되며, 용단부(136)를 통해 서로 연결된다.

제1 및 제2엘리먼트(132,134)는 도체부(112,122)보다 좁은 폭으로 형성되고, 용단부(136)는 제1 및 제2엘리먼트(132,134)보다 더 좁은 폭으로 형성된다. 이때, 제1 및 제2엘리먼트(132,134)에는 다양한 형상의 용단홀(133,135)이 형성된다.

한편, 제1엘리먼트(132)와 제2엘리먼트(134)를 연결하는 용단부(136)에는 용단 제어 블록(138)이 구비된다. 용단 제어 블록(138)은 용단부(136)의 용단 속도를 조절하기 위한 것으로, 과전류 인가 시 용단부(136)의 화학적 성질을 변형시켜 용단 속도를 조절한다.

이를 위하여, 용단 제어 블록(138)은 용단부(136)의 화학적 성질을 변경시킬 수 있는 재질, 즉 용단부(136)와 서로 다른 재질로 제작된다. 예컨대, 용단부(136)가 구리 재질이고 용단 제어 블록(138)을 주석 재질이면, 과전류 인가 시 주석 재질의 용단 제어 블록(138)이 구리 재질인 용단부(136)의 화학적 성질을 변경시켜 용단부(136)가 신속하게 용단될 수 있도록 한다.

바디 인서트(140)는 외력 등에 의해 퓨즈 엘리먼트(130)가 변형되는 것을 방지하는 보강수단이다. 이러한 바디 인서트(140)는 퓨즈 엘리먼트(130)를 감싸는 사각의 링 형상으로 형성되며, 퓨즈 엘리먼트(130)의 변형을 방지할 수 있도록 소정의 강도를 갖되 전기 저항성이 높은 재질인 것이 바람직하다.

바디 인서트(140)에는 고정돌기(142)와 결합돌기(144)가 형성된다. 고정돌기(142)는 버스바(110,120)에 장착된 바디 인서트(140)가 흔들리거나 분리되는 것을 방지하기 위한 것으로, 피복부(114,124)에 형성된 고정홈(116,126)과 대응되는 반원형으로 형성된다. 또한, 결합돌기(144)는 엘리먼트 커버(150)의 결합 및 고정을 위한 것으로, 엘리먼트 커버(150)가 쉽게 결합되되 임의로 분리되지 않도록 형성된다.

엘리먼트 커버(150)는 퓨즈 엘리먼트(130)를 보호하는 수단이다. 이러한 엘리먼트 커버(150)는 퓨즈 엘리먼트(130)와 바디 인서트(140)를 감싸는 컵 형상으로 형성된다.

엘리먼트 커버(150)의 내부에는 절연 리브(152)가 형성된다. 절연 리브(152)는 퓨즈 엘리먼트(130)의 용단 시 용융되어 용단된 퓨즈 엘리먼트(130)의 단부, 즉 용단부(136)를 감싸므로써, 용단된 퓨즈 엘리먼트(130)의 사이에서 전류가 흐르는 것을 차단한다.

엘리먼트 커버(150)의 상면에는 통기공(154)이 형성된다. 통기공(154)은 엘리먼트 커버(150)의 내부 온도가 상승하는 것을 방지하는 역할을 한다. 더불어, 퓨즈 엘리먼트(130)의 용단 시 발생하는 스파크를 외부로 방출하여 스파크로 인한 화재를 방지하는 역할도 한다.

엘리먼트 커버(150)의 측면에는 바디 인서트(140)와의 결합을 위한 결합공(156)이 형성된다. 이때, 결합공(156)이 형성된 엘리먼트 커버(150)의 측면은 엘리먼트 커버(150)의 결합 및 분해가 가능하도록 탄성 변형 가능하게 형성된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 퓨즈 기능을 가진 버스바(100)는, 과전류 인가 등 이상 발생 시 퓨즈 엘리먼트(130)가 용단되며 전류를 차단함으로써 버스바(110,120)를 통해 연결된 배터리 셀(미도시)을 보호할 수 있다.

특히, 엘리먼트 커버(150)에 절연 리브(152)가 마련되어 과전류 인가 등으로 인해 퓨즈 엘리먼트(130)가 용단될 경우, 용융된 절연 리브(152)가 용단된 퓨즈 엘리먼트(130)의 단부를 감싸므로써 용단 후 절연 저항 성능을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

100: 퓨즈 기능을 가진 버스바 110: 제1버스바
120: 제2버스바 130: 퓨즈 엘리먼트
140: 바디 인서트 150: 엘리먼트 커버

Claims (10)

1. 제1버스바;
   상기 제1버스바에서 이격되게 배치된 제2버스바;
   상기 제1버스바와 상기 제2버스바를 연결하는 퓨즈 엘리먼트; 및
   상기 제1버스바와 상기 제2버스바 사이의 이격거리를 유지하여 상기 퓨즈 엘리먼트의 변형을 방지하는 바디 인서트를 포함하고,
   과전류 인가 등 이상 발생 시 상기 퓨즈 엘리먼트가 용단되며 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 퓨즈 기능을 가진 버스바.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 퓨즈 엘리먼트와 상기 바디 인서트를 감싸는 엘리먼트 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 퓨즈 기능을 가진 버스바.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 엘리먼트 커버에는 절연 리브가 형성되고,
   상기 절연 리브는 상기 퓨즈 엘리먼트의 용단 시 용융되어 용단된 상기 퓨즈 엘리먼트의 단부를 감싸는 것을 특징으로 하는 퓨즈 기능을 가진 버스바.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 엘리먼트 커버에는 통기공이 형성된 것을 특징으로 하는 퓨즈 기능을 가진 버스바.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 엘리먼트 커버와 상기 바디 인서트 중 어느 하나에는 결합돌기가 형성되고 다른 하나에는 결합공이 형성된 것을 특징으로 하는 퓨즈 기능을 가진 버스바.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 바디 인서트는 상기 퓨즈 엘리먼트를 감싸는 링 형상이고,
   상기 바디 인서트의 적어도 일측에는 고정돌기가 형성되며, 상기 제1 및 제2버스바 중 적어도 하나에는 고정홈이 형성된 것을 특징으로 하는 퓨즈 기능을 가진 버스바.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 제1버스바의 단부에 구비된 제1엘리먼트와, 상기 제2버스바의 단부에 구비된 제2엘리먼트와, 상기 제1엘리먼트와 상기 제2엘리먼트를 연결하는 용단부와, 상기 용단부의 용단 속도를 조절하기 위한 용단 제어 블록으로 이루어진 것을 특징으로 하는 퓨즈 기능을 가진 버스바.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 용단부와 상기 용단 제어 블록은 서로 다른 재질로 제작되어, 과전류 인가 시 화학반응을 일으켜 상기 용단부의 용단 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 퓨즈 기능을 가진 버스바.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 용단부는 구리 재질이고, 상기 용단 제어 블록은 주석 재질인 것을 특징으로 하는 퓨즈 기능을 가진 버스바.
   
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1버스바와 상기 제2버스바 중 적어도 하나는 플렉서블 버스바인 것을 특징으로 하는 퓨즈 기능을 가진 버스바.

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