WO2021141325A1 - Hv 와이어 어셈블리를 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 제조 방법 - Google Patents

Hv 와이어 어셈블리를 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 HV 와이어 어셈블리를 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 제조 방법에 관한 것으로, 이를 통해 배터리 팩의 조립 공정 효율을 높이고 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

HV 와이어 어셈블리를 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 제조 방법
본 출원은 2020.01.07. 자 한국 특허 출원 제 10-2020-0002138호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 HV(High Voltage) 와이어 어셈블리를 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지로, 하나의 배터리 모듈로 이루어져 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 카메라, 캠코더 등의 휴대용 소형 전자기기에 사용되거나, 다수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩으로 이루어져 고출력의 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 자동차(EV) 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.
특히, 전기 자동차 등은 고출력의 전기 에너지가 사용하게 되므로, 차량 한대 당 상당량의 배터리 모듈을 필요로 한다. 따라서 배터리 모듈들은 트레이라는 받침대에 정렬되고, 케이스 내에 탑재되어 배터리 팩을 구성하게 된다. 트레이에 탑재된 배터리 모듈들은 와이어 하네스(wire harness) 등의 연결 배선을 통해 전기적으로 상호 연결되고, 제어 회로 및 전기 공급 회로와도 연결된다.
도 1은 종래의 배터리 팩의 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 기존의 배터리 팩은 트레이(10) 상에 냉각 플레이트(30) 및 배터리 모듈(40)을 장착한 후, LV 와이어 및 HV 와이어를 포함하는 와이어 하네스(wire harness) (50)을 형성한 후 배터리 팩 커버(60)를 조립하는 과정을 거쳐 제조한다. 그러나, 이러한 방식은 배터리 모듈(40) 상에 와이어 하네스(Wire Harness)가 (50)이 위치하도록 설계되어 별도의 고정 구조가 요구되고, 배선 작업이 용이하지 않다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩 제조시 HV(High Voltage)와 LV(Low Voltage) 와이어 연결을 분리하여 HV 와이어 부분의 조립을 모듈화함으로써, 생산성이 향상된 배터리 팩 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 배터리 팩을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 트레이; 상기 트레이에 탑재된 복수개의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈을 덮는 배터리 팩 커버; 배터리 모듈과 트레이 사이에 형성된 HV (High Voltage) 와이어 어셈블리; 및 배터리 모듈의 상면에 형성되는 LV(Low Voltage) 와이어 배선을 포함하며, 상기 HV 와이어 어셈블리는 절연 기판, 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 사이를 전기적으로 연결하는 배선용 버스바를 포함한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 모듈과 HV 와이어 어셈블리 사이에 형성된 냉각 플레이트를 더 포함한다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 상기 HV 와이어 어셈블리는 절연 기판의 하부면에 배선용 버스바가 부착된 구조이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 HV 와이어 어셈블리는 절연 기판에 배선용 버스바가 함입된 구조이다.
구체적인 예에서, 상기 절연 기판은 복수 개의 관통홀이 형성된 구조이다.
상기 관통홀에는 상기 배터리 모듈과 상기 배선용 버스바를 전기적으로 연결하는 수직 버스바가 삽입된다.
상기 수직 버스바의 일측 단부는 배터리 모듈의 고전압 단자부(HV terminal)와 접촉하고, 타측 단부는 관통홀에 삽입된 상태에서 상기 배선용 버스바와 접촉하는 구조이다.
또 다른 구체적인 예에서, 배터리 모듈에 저장된 전기 에너지를 외부로 전달하는 출력 단자, 외부의 전기 에너지 또는 제어 신호를 배터리 모듈로 전달하는 입력 단자, 및 배터리 모듈에 저장된 전기 에너지 또는 제어 신호를 외부로 전달하거나 외부의 전기 에너지를 배터리 모듈로 전달하는 입출력 단자 중 1종 이상을 포함하며,
HV 와이어 어셈블리는 배터리 모듈과 배터리 팩의 입력 단자, 출력 단자 및 입출력 단자 중 1종 이상의 사이를 전기적으로 연결하는 구조이다.
또 하나의 예에서, LV 와이어 배선은 배터리 모듈과 전장품을 전기적으로 연결한다.
하나의 예에서, 상기 배터리 팩 커버는 배터리 모듈의 상부 및 측면을 동시에 덮는 구조이다.
본 발명은 앞서 설명한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공한다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 배터리 팩을 제조하는 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 배터리 팩 제조방법은 절연 기판, 및 복수 개의 배터리 모듈 사이를 전기적으로 연결하는 배선용 버스바를 포함하는 HV(High Voltage) 와이어 어셈블리를 제조하는 단계; 트레이 상에 HV(High Voltage) 와이어 어셈블리를 탑재하는 단계; HV 와이어 어셈블리 상에 배터리 모듈을 탑재하는 단계; 및 배터리 모듈 상에 LV(Low Voltage) 와이어 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 HV 와이어 어셈블리를 제조하는 단계는, 절연 기판의 하부면에 배선용 버스바를 부착하는 단계이다.
다른 하나의 예에서, 상기 HV 와이어 어셈블리를 제조하는 단계는, 상기 배선용 버스바가 절연 기판 안에 함입되도록 절연 기판과 배선용 버스바를 일체로 성형하는 단계이다.
구체적인 예에서, HV 와이어 어셈블리 상에 배터리 모듈을 탑재하는 단계 이후에,
절연 기판에 형성된 관통홀에 수직 버스바를 삽입하고, 수직 버스바를 절연 기판 및 배터리 모듈에 고정시키는 단계를 더 포함한다.
구체적인 예에서, 트레이 상에 HV(High Voltage) 와이어 어셈블리를 탑재하는 단계 이후에, HV 와이어 어셈블리 상에 냉각 플레이트를 장착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 배터리 모듈 상에 LV(Low Voltage) 와이어 배선을 형성하는 단계 이후에, HV 와이어 어셈블리와 배터리 모듈과 배터리 팩의 입력 단자, 출력 단자 및 입출력 단자 중 1종 이상을 전기적으로 연결하고, LV 와이어 배선을 전장품과 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조 방법은, HV 와이어의 조립 공정을 모듈화함으로써 팩 생산을 자동화하고, 공정에 소요되는 시간 및 비용을 줄임으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 배터리 팩에 적용된 HV 와이어 어셈블리의 분해 사시도이다
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 HV 와이어 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 배터리 팩에 적용된 HV 와이어 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 HV 와이어 어셈블리에서 배선용 버스바가 함입된 모습을 나타낸 수직 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 HV 와이어 어셈블리에서 수직 버스바가 삽입된 모습을 나타낸 수직 단면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 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.
본 발명은 배터리 팩을 제공한다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 트레이; 상기 트레이에 탑재된 복수개의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈을 덮는 배터리 팩 커버; 배터리 모듈과 트레이 사이에 형성된 HV (High Voltage) 와이어 어셈블리; 및 배터리 모듈의 상면에 형성되는 LV(Low Voltage) 와이어 배선을 포함하며, 상기 HV 와이어 어셈블리는 절연 기판, 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 사이를 전기적으로 연결하는 배선용 버스바를 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 팩 제조시 트레이 상에 HV 와이어 어셈블리를 탑재한 후, 그 위에 배터리 모듈을 장착하게 된다. 장착된 배터리 모듈 상에는 LV 와이어 배선을 형성하게 된다. 즉, 배터리 모듈의 입출력 단자와 같이 상대적으로 고전압이 요구되는 전기적 연결은 HV 와이어 어셈블리를 통해 수행한다. 한편, 배터리 전장 부품과 같이 상대적으로 저전압이 요구되는 전기적 연결은 LV 와이어 배선을 통해 수행한다. 상기 배터리 팩은 고전압 및 저전압 전기적 연결을 분리해서 수행한다는 점에서, 배터리 팩의 안전성을 높일 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 트레이 상에 HV 와이어 어셈블리를 모듈화 또는 부품화함으로써, 전지 모듈 상에 와이어 하네스를 조립할 필요 없이 HV 와이어 어셈블리를 별도 공정으로 제조하여 트레이 상에 탑재하고, 배터리 모듈 상에는 LV 와이어 배선만 형성하면 된다. 이를 통해, 본 발명은 와이어 하네스(Wire Harness)를 조립하는 공정에 소요되는 택 타임(Takt time)을 줄이고, 제조 단가를 절감할 수 있다.
상기 배터리 모듈은 내부에 다수의 배터리 셀을 구비하는 구조이다. 특히 상기 배터리 셀은 파우치형 배터리 셀일 수 있으며, 전극 조립체, 전해액 및 파우치 외장재를 구비하는 구조이다. 이러한 배터리 셀의 구성에 대해서는, 본원발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로, 보다 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 본 발명에 따른 배터리 팩에는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지가 채용될 수 있다. 한편, 내부에 구비된 배터리 셀의 음극 및 양극에는 각각 음극 리드 및 양극 리드가 형성되며, 이들은 용접 등을 통해 각각 연결되어 고전압 단자부를 형성하게 된다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 모듈과 HV 와이어 어셈블리 사이에 형성된 냉각 플레이트를 더 포함한다. 상기 냉각 플레이트는 배터리 모듈의 가열을 방지하기 위한 것이다. 상기 배터리 팩은, 배터리 모듈 하단에 냉각 플레이트를 형성하고, 상기 냉각 플레이트 하단에 HV 와이어 어셈블리를 형성하게 된다. 상기 배터리 팩은 배터리 모듈과 HV 와이어 어셈블리 사이에 냉각 플레이트를 형성함으로써, 배터리 모듈에 대한 냉각 효율을 높이고 동시에 고전압의 전류가 흐르는 HV 와이어 어셈블리를 배터리 모듈과 이격하는 효과가 있다.
상기 냉각 플레이트는 내부의 냉매 유로에 냉매를 통과시켜 열 접촉에 의해 배터리 모듈로부터 열을 흡수하여 이들을 간접 냉각시키는 역할을 하는 구성품으로, 냉각 플레이트를 통과하는 냉매는 냉매 유로에서 용이하게 흐르면서 냉각성이 우수한 유체가 사용될 수 있다. 냉각 플레이트는 배터리 모듈의 하부(트레이 방향)에 설치됨으로써 냉각 플레이트에서 유체가 누출되어도 배터리 모듈을 단락을 방지하여 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 HV 와이어 어셈블리는, 절연 기판의 하부면에 배선용 버스바가 부착된 구조이다. 본 발명은 상기 HV 와이어 어셈블리에 절연 기판을 적용함으로써, 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 절연 기판의 하부면에 배선용 버스바를 형성함으로써, 버스바 형성에 따른 필요 공간을 최소화하고, 버스바에 대한 기계적 강도와 내구성을 높일 수 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, HV 와이어 어셈블리는 절연 기판에 배선용 버스바가 함입된 구조이다. 이 경우는, 상기 HV 와이어 어셈블리가 인서트(insert) 사출을 통해 형성될 수 있다. 이 경우 절연 기판에 배선용 버스바가 삽입되기 위한 홈이 형성되어 있고, 배선용 버스바가 이에 삽입될 수 있다. 이를 통해, HV 와이어 어셈블리의 안전성을 높이고, 배선용 버스바를 위한 별도의 조립 공정이 요구되지 않는다는 장점이 있다.
또한 HV 와이어 어셈블리는 배선용 버스바를 절연 기판의 사이에 형성시키기 위해, 두 개의 절연 기판을 준비하고, 절연 기판의 사이에 버스바를 개재된 구조일 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 절연 기판은 복수 개의 관통홀이 형성된 구조이다. 더불어, 상기 관통홀에는 상기 배터리 모듈과 상기 배선용 버스바를 전기적으로 연결하는 수직 버스바가 삽입될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 배터리 팩은 배터리 모듈과 HV 와이어 어셈블리 사이에 냉각 플레이트가 형성된 구조이다. 이 경우 상기 냉각 플레이트 형성에 따라 배터리 모듈과 HV 와이어 어셈블리 사이의 직접적인 접속이 방해된다. 본 발명은 상기 수직 버스바를 통해, 배터리 모듈과 HV 와이어 어셈블리 사이를 우회하여 전기적으로 연결하게 된다. 상기 관통홀은 수직 버스바가 냉각 플레이트와 접촉되는 것을 방지하기 위해 절연 기판의 가장자리 부분에 형성될 수 있으며, 냉각 플레이트에서 냉매 유로가 지나가지 않는 부분에 별도의 관통홀이 형성되어, 상기 관통홀에 수직 버스바가 삽입될 수 있다.
상기 수직 버스바의 일측 단부는 배터리 모듈의 고전압 단자부(HV terminal)와 접속하고, 타측 단부는 관통홀에 삽입된 상태에서 상기 배선용 버스바와 접촉될 수 있다. 아울러 상기 수직 버스바는 고전압 단자부 및 배선용 버스바와 용접 등을 통해 고정될 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 모듈을 기준으로, HV 와이어 어셈블리와 LV 와이어 배선이 서로 다른 평면 상에 위치하게 된다. 이 경우, HV 와이어 어셈블리는 외부와 연결되거나 상대적으로 고전압이 요구되는 전기적 연결을 수행한다.
하나의 실시예에서, 상기 배터리 팩은, 배터리 모듈에 저장된 전기 에너지를 외부로 전달하는 출력 단자, 외부의 전기 에너지 또는 제어 신호를 배터리 모듈로 전달하는 입력 단자, 및 배터리 모듈에 저장된 전기 에너지 또는 제어 신호를 외부로 전달하거나 외부의 전기 에너지를 배터리 모듈로 전달하는 입출력 단자 중 1종 이상을 포함한다. 이 경우, 예를 들어, HV 와이어 어셈블리는 배터리 모듈과 배터리 팩의 입력 단자, 출력 단자 및 입출력 단자 중 1종 이상 사이를 전기적으로 연결하는 구조이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 LV 와이어 배선은 배터리 모듈과 배터리 전장품 사이를 전기적으로 연결하는 구조이다. 예를 들어, 상기 배터리 전장품은 배터리 모듈의 작동을 모니터링 및 제어하는 배터리관리시스템(BMS, Battery Management System), 배터리 모듈의 전기적 연결을 제어하는 전원차단유닛(BDU, Battery Disconnection Unit), 배터리 모듈과 BMS 사이에 위치하며 과전류 차단 기능을 제공하는 퓨즈 등을 포함한다. 즉 LV 와이어 배선은 배터리 팩 내부의 연결 등 상대적으로 저전압이 요구되는 전기적 연결을 수행한다.
하나의 실시예에서, 상기 트레이는 복수개의 배터리 모듈이 탑재되는 구조이고, 상기 배터리 팩 커버는 배터리 모듈의 상부 및 측면을 동시에 덮는 구조이다. 다만, 이러한 트레이 및 배터리 팩 커버의 구조는 하나의 예시에 해당하며, 배터리 팩의 외부 구조 내지 형상 등은 적용 분야 내지 업체별 요구 사항에 따라 달라질 수 있다.
본 발명은 앞서 설명한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공한다. 상기 자동차는, 예를 들어, 전기 자동차 내지 하이브리드 자동차이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 배터리 팩을 제조하는 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 배터리 팩 제조방법은 절연 기판, 및 복수 개의 배터리 모듈 사이를 전기적으로 연결하는 배선용 버스바를 포함하는 HV(High Voltage) 와이어 어셈블리를 제조하는 단계; 트레이 상에 HV(High Voltage) 와이어 어셈블리를 탑재하는 단계; HV 와이어 어셈블리 상에 배터리 모듈을 탑재하는 단계; 및 배터리 모듈 상에 LV(Low Voltage) 와이어 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 배터리 팩 제조시 트레이 상에 HV 와이어 어셈블리를 형성한 후, 배터리 모듈을 장착하고, 장착된 배터리 모듈 상에 LV 와이어 배선을 형성하게 된다. 본 발명은 트레이 상에 HV 와이어 어셈블리를 미리 형성함으로써, 배터리 모듈 상에 LV 와이어 배선만 형성하면 된다. 즉 본 발명은 HV 와이어 어셈블리를 별도로 모듈화 또는 부품화함으로써 와이어 하네스(Wire Harness)를 조립하는 공정에 소요되는 택 타임(Takt time)을 줄이고, 제조 단가를 절감할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩 제조 방법은 고전압의 전기적 연결과 저전압의 전기적 연결을 분리해서 수행한다는 점에서, 배터리 팩의 안전성을 높일 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 HV 와이어 어셈블리를 제조하는 단계는, 절연 기판의 하부면에 배선용 버스바를 부착하는 단계이다. 본 발명에서는 절연 기판을 포함하는 HV 와이어 어셈블리를 형성함으로써, 배터리 팩의 안전성을 확보하고 배선용 버스바의 기계적 강도 및 내구성을 높일 수 있다. 이 때 절연 기판과 배선용 버스바를 부착하는 방법은 접착제, 솔더링 등 공지의 기술에서 적절히 선택 가능하다.
다른 하나의 실시예에서, 상기 HV 와이어 어셈블리를 제조하는 단계는, 상기 배선용 버스바가 절연 기판 안에 함입되도록 절연 기판과 배선용 버스바를 일체로 성형하는 단계이다. 이 경우는, 절연 기판의 하부에 배선용 버스바가 노출되지 않는 형태이며, 구체적으로 상기 HV 와이어 어셈블리가 인서트(insert) 사출을 통해 형성될 수 있다. 이를 통해, HV 와이어 어셈블리의 안전성을 높이고, 배선용 버스바를 위한 별도의 조립 공정이 요구되지 않는다는 장점이 있다. 또한 배선용 버스바가 부착된 절연 기판의 하부에 추가적인 절연 기판을 하나 더 장착함으로써, 절연 기판 사이에 배선용 버스바를 배치하고, 배선용 버스바가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또는, 상기 HV 와이어 어셈블리의 홈에 배선용 버스바를 삽입할 수도 있다.
다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 제조방법은, 트레이 상에 HV(High Voltage) 와이어 어셈블리를 탑재하는 단계 이후에, HV 와이어 어셈블리 상에 냉각 플레이트를 형성하는 단계를 더 포함한다. 상기 HV 와이어 어셈블리 상에 냉각 플레이트를 형성한 후, 그 위에 배터리 모듈을 형성하게 된다. 상기 냉각 플레이트는 배터리 모듈의 가열을 방지하기 위한 것이다. 본 발명에서는, 배터리 팩 제조시, 배터리 모듈과 HV 와이어 어셈블리 사이에 냉각 플레이트를 형성함으로써, 배터리 모듈에 대한 냉각 효율을 높이고 동시에 고전압의 전류가 흐르는 HV 와이어 어셈블리를 배터리 모듈과 이격하는 효과가 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 제조방법은, HV 와이어 어셈블리 상에 배터리 모듈을 탑재하는 단계 이후에, 절연 기판에 형성된 관통홀에 수직 버스바를 삽입하는 단계를 더 포함한다. 상기 수직 버스바는 HV 와이어 어셈블리와 배터리 모듈을 전기적으로 연결하기 위한 것이다. 본 발명은 상기 수직 버스바를 통해, 배터리 모듈과 HV 와이어 어셈블리 사이를 우회하여 전기적으로 연결하게 된다.
또 다른 하나의 실시예에서, HV 와이어 어셈블리는, 배터리 모듈과 배터리 팩의 입력 단자, 출력 단자 및 입출력 단자 중 1종 이상과 전기적으로 연결되고, LV 와이어 배선은 배터리 모듈과 배터리 전장 부품과 전기적으로 연결된다. 본 발명에서는, 배터리 모듈을 기준으로, HV 와이어 어셈블리와 LV 와이어 배선은 서로 다른 평면에 위치하게 된다. 특히, 본 발명은 배터리 모듈 상에 위치하는 와이어 하네스(Wire Harness)가 LV 와이어 배선만을 포함하기 때문에, 배터리 팩의 조립 공정을 단순화하는 것이 가능하다.
이하, 도면 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면에 기재된 구성은 본 발명의 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.
(제1 실시 형태)
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은 트레이(100), HV(High Voltage) 와이어 어셈블리(200), 냉각 플레이트(300), 복수개의 배터리 모듈(400), LV(Low Voltage) 와이어 배선(500), 및 배터리 팩 커버(600)가 순차 형성된 구조이다. 또한, 상기 HV 와이어 어셈블리(200)는 절연 기판(210) 및 상기 절연 기판의 하부면에 형성된 배선용 버스바(212)를 포함한다. 배터리 팩을 조립하기 위해서는 HV 와이어와 LV 와이어의 체결이 요구된다. 통상적으로는 장착된 배터리 모듈 상에 상기 HV 및 LV 와이어를 배터리 모듈과 연결하는 조립 과정을 거치게 된다. 그러나, 이러한 복잡한 와이어 연결 과정은 공정 효율을 저하시키는 원인이 되고, 경우에 따라서는 서로 다른 전압을 요구하는 와이어들 사이에서 전압 차이에 따른 스파크가 발생하는 위험성도 있다.
본 발명에서는, HV 와이어 어셈블리(200)와 LV 와이어 배선(500)을 분리해서 형성하게 된다. 구체적으로, HV 와이어 어셈블리(200)는 배터리 모듈(400)과 배터리 팩의 입/출력 단자(미도시) 사이를 전기적으로 연결하게 된다. HV 와이어 어셈블리(200)는 배터리 팩의 출력에 관련된 배선이며, 이는 상대적으로 높은 전압이 요구된다. 본 발명에서는, HV 와이어 어셈블리(200)를 모듈화 또는 부품화하여 트레이 상에 탑재하는 방법으로 설치함으로써 와이어 하네스(Wire Harness)를 조립하는 공정에 소요되는 택 타임(Takt time)을 줄이고, 제조 단가를 절감할 수 있다. 아울러, HV 와이어 어셈블리에 있어 단순한 와이어가 아닌 배선용 버스바(220)을 통해 전기적 연결을 수행하며, 상기 배선용 버스바(220)를 절연 기판(210)의 하부면에 형성함으로써, 배터리 팩의 안전성을 확보하였다. 또한, 상기 LV 와이어 배선(500)은 배터리 모듈(400)과 배터리 전장품 사이를 전기적으로 연결한다. 예를 들어, 상기 배터리 전장 부품은 배터리관리시스템(BMS, Battery Management System), 전원차단유닛(BDU, Battery Disconnection Unit), 퓨즈 등을 포함한다.
본 발명에서는, 배터리 모듈(400)과 HV 와이어 어셈블리(200) 사이에 냉각 플레이트(300)가 위치한다. 상기 냉각 플레이트(300)를 배터리 모듈(400)과 밀착된 위치에 형성함으로써, 배터리 모듈(400)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 더불어, 상기 냉각 플레이트(300)는 배터리 모듈의 하부에 위치함으로써 냉매가 유출되어도 배터리 모듈의 단락을 방지할 수 있으며, 배터리 모듈(400)과 HV 와이어 어셈블리(200) 사이를 차폐하는 역할도 한다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 배터리 팩에 적용된 HV 와이어 어셈블리의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 HV 와이어 어셈블리의 수직 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, HV 와이어 어셈블리(200)는, 절연 기판(210) 및 상기 절연 기판(210)의 하부면에 형성된 배선용 버스바(212)를 포함한다. 또한, 상기 절연 기판(210)의 가장 자리에는 다수의 관통홀(211)이 형성된 구조이다. 수직 버스바(213)는 절연 기판에 형성된 관통홀에 삽입되어 배선용 버스바에 접촉함으로써 배터리 모듈을 전기적으로 연결하게 된다.
(제2 실시 형태)
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 배터리 팩에 적용된 HV 와이어 어셈블리의 사시도이며, 도 6은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 HV 와이어 어셈블리에서 배선용 버스바가 함입된 모습을 나타낸 수직 단면도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 HV 와이어 어셈블리에서 수직 버스바가 삽입된 모습을 나타낸 수직 단면도이다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 HV 와이어 어셈블리(201)는 절연 기판(220) 및 상기 절연 기판(220) 내부에 함입된 배선용 버스바(222)를 포함한다. 구체적으로, 상기 절연 기판(220)의 하부에 오목하게 함입된 홈이 있고, 배선용 버스바(222)는 상기 홈에 결합되는 형태이다. 또한 상기 절연 기판(220)에는 다수의 관통홀(221)이 형성된다. 한편, 수직 버스바(223)는, 배터리 모듈과 HV 와이어 어셈블리(201) 사이를 전기적으로 연결한다. 상기 수직 버스바(223)의 일측 단부는 절연 기판(220) 상의 관통홀(221)에 삽입되어 배선용 버스바(222)와 접촉하게 된다.
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 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
10, 100: 트레이
30, 300: 냉각 플레이트
40, 400: 배터리 모듈
50: 와이어 하네스
60, 600: 팩 커버
200, 201: HV 와이어 어셈블리
210, 220: 절연 기판
211, 221: 관통홀
212, 222: 배선용 버스바
213, 223: 수직 버스바
500: LV 와이어 배선

Claims (17)

  1. 트레이;
    상기 트레이에 탑재된 복수개의 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈을 덮는 배터리 팩 커버;
    배터리 모듈과 트레이 사이에 형성되는 HV (High Voltage) 와이어 어셈블리; 및
    배터리 모듈의 상면에 형성되는 LV(Low Voltage) 와이어 배선을 포함하며,
    상기 HV 와이어 어셈블리는 절연 기판, 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 사이를 전기적으로 연결하는 배선용 버스바를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    배터리 모듈과 HV 와이어 어셈블리 사이에 형성된 냉각 플레이트를 더 포함하는 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 기판의 하부면에 배선용 버스바가 부착된 구조인 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 HV 와이어 어셈블리는, 절연 기판에 배선용 버스바가 함입된 구조인 배터리 팩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 기판은 복수 개의 관통홀이 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 관통홀에는 상기 배터리 모듈과 상기 배선용 버스바를 전기적으로 연결하는 수직 버스바가 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 수직 버스바의 일측 단부는 배터리 모듈의 고전압 단자부(HV terminal)와 접촉하고, 타측 단부는 관통홀에 삽입된 상태에서 상기 배선용 버스바와 접촉하는 구조인 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    배터리 팩은,
    배터리 모듈에 저장된 전기 에너지 또는 제어 신호를 외부로 전달하는 출력 단자,
    외부의 전기 에너지 또는 제어 신호를 배터리 모듈로 전달하는 입력 단자, 및
    배터리 모듈에 저장된 전기 에너지 또는 제어 신호를 외부로 전달하거나 외부의 전기 에너지를 배터리 모듈로 전달하는 입출력 단자 중 1종 이상을 포함하며,
    HV 와이어 어셈블리는 배터리 모듈과 배터리 팩의 입력 단자, 출력 단자 및 입출력 단자 중 1종 이상의 사이를 전기적으로 연결하는 구조인 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 LV 와이어 배선은 배터리 모듈과 배터리 전장품 사이를 전기적으로 연결하는 구조인 배터리 팩.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 커버는 배터리 모듈의 상부 및 측면을 동시에 덮는 구조인 배터리 팩.
  11. 제 1 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
  12. 절연 기판, 및 복수 개의 배터리 모듈 사이를 전기적으로 연결하는 배선용 버스바를 포함하는 HV(High Voltage) 와이어 어셈블리를 제조하는 단계;
    트레이 상에 HV(High Voltage) 와이어 어셈블리를 탑재하는 단계;
    HV 와이어 어셈블리 상에 배터리 모듈을 탑재하는 단계; 및
    배터리 모듈 상에 LV(Low Voltage) 와이어 배선을 형성하는 단계를 포함하는 배터리 팩 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 HV 와이어 어셈블리를 제조하는 단계는, 절연 기판의 하부면에 배선용 버스바를 부착하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 HV 와이어 어셈블리를 제조하는 단계는, 상기 배선용 버스바가 절연 기판 안에 함입되도록 절연 기판과 배선용 버스바를 일체로 성형하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    HV 와이어 어셈블리 상에 배터리 모듈을 탑재하는 단계 이후에,
    절연 기판에 형성된 관통홀에 수직 버스바를 삽입하고, 수직 버스바를 절연 기판 및 배터리 모듈에 고정시키는 단계를 더 포함하는 배터리 팩 제조 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    트레이 상에 HV(High Voltage) 와이어 어셈블리를 탑재하는 단계 이후에,
    HV 와이어 어셈블리 상에 냉각 플레이트를 장착하는 단계를 더 포함하는 배터리 팩 제조 방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    HV 와이어 어셈블리는, 배터리 모듈과 배터리 팩의 입력 단자, 출력 단자 및 입출력 단자 중 1종 이상과 전기적으로 연결되고, LV 와이어 배선은 전장품과 전기적으로 연결되는 배터리 팩 제조방법.
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