WO2021230489A1 - 화재 안전성이 우수한 버스바 - Google Patents

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metal bar
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황성택
이원태
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Definitions

  • the present invention relates to a bus bar, and more particularly, to a bus bar for carrying a large current of a battery module/pack and having a coating structure having excellent fire safety.
  • lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so charging and discharging are free, The self-discharge rate is very low and the energy density is high, attracting attention.
  • secondary batteries have been widely used not only in small devices such as portable electronic devices, but also in medium and large devices such as electric vehicles and power storage systems (ESSs).
  • ESSs electric vehicles and power storage systems
  • a bus bar is widely used as an electrical connection means of the battery modules, and since it can stably flow a large current even with a relatively small thickness compared to a cable, it is usefully used as a large current conducting means.
  • the bus bar may be provided in the form of a metal bar such as copper or aluminum with good electrical conductivity, and for safety, the remaining parts except for both ends of the metal bar connected to the terminal are covered with a tube or an injection-molded material.
  • the busbar may be divided into a rigid busbar and a flexible busbar.
  • the flexible bus bar 1 can be made into a desired shape by bending or twisting a necessary part as shown in FIG. 1 , so it can be usefully used when connecting battery modules with different vibration axes or complicated paths. .
  • the flexible bus bar 1 is flexible and can be easily deformed, but when the battery pack is internally ignited, for example, the insulating tube 2 is lost and sagged as shown in FIG. There is a problem that a short circuit may be caused by touching the metal object 4 .
  • the present invention was devised in consideration of the above problems, and an object of the present invention is to provide a bus bar configured so that a short circuit is not caused because the metal bar does not directly touch the surrounding metal object even if the exterior covering material of the bus bar is lost in case of fire.
  • a metal bar formed of an electrically conductive metal material; a bandage member surrounding the periphery of the remaining portion except for both ends of the metal bar; and a bus bar including an insulating tube surrounding the metal bar and the bandage member together.
  • the bandage member may be provided in the form of a metal wire whose surface is coated with a coating material having insulation and fire resistance.
  • the coating material may be at least one of mica, silica, and ceramic.
  • a plurality of the metal wires may be provided in the form of an annular metal band.
  • the plurality of annular metal bands may be disposed at regular intervals along the length direction of the metal bar.
  • the annular metal band may be press-fixed to the metal bar while surrounding the metal bar.
  • a fire protection tape made of a fire resistant material may be further attached to the surface of the metal bar wrapped by the bandage member.
  • the metal wire may be configured to be wound around the metal bar in a helical structure in a longitudinal direction of the metal bar.
  • the insulating tube may be made of a transparent silicone material.
  • the metal bar may be provided to have flexibility by stacking metal plates having a thickness of 0.1 to 0.3 mm.
  • a battery pack including the above-described bus bar may be provided.
  • the bus bar according to the present invention is configured so that the metal bar does not come into direct contact with the surrounding metal object even if the exterior covering material of the bus bar is lost in case of fire, thereby preventing the occurrence of a short circuit.
  • the metal bar inside the exterior covering material is surrounded by a metal wire coated with a fire-resistant material, so even if the exterior covering material is lost during internal fire of the battery pack, the metal wire remains, even if the metal bar is stretched.
  • the surface of the bar does not come into direct contact with the surrounding metal object, thus preventing short circuits.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a flexible bus bar according to the prior art.
  • FIG. 2 is a reference diagram illustrating an example in which an insulating tube of the flexible bus bar of FIG. 1 is lost due to ignition, and the bus bar directly touches a surrounding metal object to cause a short circuit.
  • FIG 3 is a perspective view of a bus bar according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a bus bar taken along line I-I' of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a view for explaining a manufacturing process of a bus bar according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a side view of the bus bar of Figure 5 (b).
  • FIG. 7 is a comparison view of FIG. 1 , illustrating a contact state between the bus bar and a surrounding metal object after the insulating tube of the bus bar according to the first embodiment of the present invention is completely lost.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a bus bar according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a bus bar according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the bus bar 100 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the bus bar 100 taken along line I-I' of FIG. 3 .
  • the bus bar 100 includes a metal bar 10 made of an electrically conductive metal material, and the remaining parts except for both ends of the metal bar 10 . It includes an insulating tube 20 that covers it so as not to be exposed to the outside, and a bandage member 30A provided to surround the circumference of the metal bar 10 inside the insulating tube 20 .
  • the thickness and width of the metal bar 10 may be determined according to the magnitude of the current, and various lengths may be manufactured according to an installation location or installation conditions.
  • the metal bar 10 may be a stack of several thin metal plates.
  • the metal bar 10 may be provided in a flexible structure capable of twisting or bending by stacking copper plates of approximately 0.1 to 0.3 mm and integrally welding both ends thereof.
  • One end of both ends of the metal bar 10 may be connected to a (+) terminal of any one battery module, and the other end may be connected to a (-) terminal of another battery module.
  • the terminals of the battery module may be formed in a bolt type and inserted into the holes H provided at both ends of the metal bar 10 and then tightened with nuts so that the connection portion may be firmly fixed.
  • the insulating tube 20 may be made of a polymer material having silicone or rubber elasticity as an exterior covering material of the metal bar 10, and the metal bar 10 so as to surround the metal bar 10 and the bandage member 30A together. can be covered on
  • the insulating tube 20 of this embodiment may be made of transparent silicon.
  • the insulating tube 20 made of a transparent silicon material has the advantage that the binding state of the metal bar 10 and the bandage member 30A therein can be checked at any time.
  • the bandage member 30A is a component surrounding the circumference of the metal bar 10 from the inside of the insulating tube 20, and the surface is coated with a coating material 31 having electrical insulation and fire resistance. It may consist of a treated metal wire.
  • the insulating tube 20 melts and is completely lost, but the bandage member 30A is made of a metal wire, so it remains as it is wrapped around the metal bar 10 . Therefore, even when the insulating tube 20 is lost in case of fire and the middle part of the metal bar 10 is exposed, the structure in which the bandage member 30A still surrounds and supports the metal bar 10 is maintained as it is, the metal bar 10 Even if the metal bar 10 extends toward the surrounding metal structure 4 , it is possible to prevent the surface of the metal bar 10 from directly contacting the surrounding metal structure 4 . At this time, the bandage member 30A comes into contact with the surrounding metal structure 4, but the bandage member 30A is coated with an electrically insulating and fire-resistant material, so that a current does not flow and a short circuit does not occur.
  • the coating material 31 having insulation and fire resistance at least one of mica, silica, and ceramic may be employed.
  • any one of mica, silica, and ceramic may be used as the coating material 31 of the metal wire. That is, in addition to the coating materials 31 exemplified herein, any material having excellent electrical insulation, fire resistance, and heat resistance properties may be used to coat the metal wire.
  • a plurality of metal wires constituting the bandage member 30A may be provided in the form of an annular metal band.
  • a plurality of the annular metal bands may be arranged at regular intervals along the longitudinal direction of the metal bar 10 .
  • the annular metal bands may be arranged at regular intervals along the length direction of the metal bar 10 .
  • it may be easy to deform the shape by bending the metal bar 10 .
  • the bandage member 30A when the bandage member 30A is configured in the form of a long tube like the insulating tube 20, most areas of the metal bar 10 are the bandage member 30A. ) may be very difficult to bend or twist the metal bar 10 by being held by.
  • the bandage member 30A is manufactured in the form of a plurality of metal bands and disposed at regular intervals along the longitudinal direction of the metal bar 10 as in the present embodiment, the metal bars not surrounded by the metal bands ( 10) Any area can be bent or twisted.
  • the annular metal bands are mounted on the metal bar 10, and when the annular metal bands are wrapped around the metal bar 10, use a clinching tool to attach the annular metal bands to the metal bar ( 10) by performing a press-fixing process to strengthen the binding force between the metal bands and the metal bar (10).
  • the insulating tube 20 is covered on the outside of the metal bar 10 and the bandage member 30A to shield the rest of the metal bar 10 except for both ends of the bus bar ( 100) to ensure electrical safety.
  • the bus bar 100 has a metal wire interposed inside the insulating tube 20 , and thus, compared to the conventional bus bar 100 , the thickness of the covering portion may be formed thicker.
  • one end is fixedly connected to the (+) terminal of any one battery module and the other end is fixedly connected to the (-) terminal of the other battery module. It can be used to connect a plurality of battery modules in series in a pattern of
  • the bus bar 100 melts and disappears completely, and even if the shape of the bus bar 100 is stretched, the metal bar 10 . There is no direct contact between the and surrounding metal objects.
  • the bandage member 30A is not lost but remains bound to the metal bar 10 .
  • a short circuit can be prevented by supporting the metal bar 10 so that the bandage member 30A does not contact the metal bar 10 and the surrounding metal structure 4 .
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a bus bar 200 according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a bus bar 300 according to a third embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8 and 9 Next, other embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9 .
  • the bus bar 200 according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the metal wire constituting the bandage member 30B has a helical structure or a coil spring structure.
  • the configuration is the same.
  • the metal wire of the helical structure forming the bandage member 30B is a metal along the longitudinal direction of the metal bar 10 . It may be provided to surround the circumference of the bar 10 .
  • the insulating tube 20 is covered on the outside of the metal bar 10 and the bandage member 30B to shield the rest except for both ends of the metal bar 10, so that the bus bar 200 electrical safety can be ensured.
  • the metal wire having the helical structure may have a diameter before the metal bar 10 is inserted to be smaller than the width D of the metal bar 10 .
  • the metal bar 10 may be pressed by the bandage member 30B.
  • the bandage member 30B may be firmly bound to the metal bar 10 without performing additional processes such as bonding, welding, and pressing.
  • a metal wire having a helical structure (or a spring structure) made of only pure metal is prepared. Then, the metal wire of the helical structure (or spring structure) is deformed in a straight line through a leveling operation. Then, the ceramic is melt-sprayed and coated on the surface of the metal wire.
  • heat treatment after glazing, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), etc. may be used. Then, the bandage member 30B according to the second embodiment may be provided by applying heat to the ceramic-coated metal wire to deform it into a metal wire type having a helical structure (or a spring structure).
  • the bus bar 300 according to the third embodiment of the present invention may further include a fire prevention tape 40 when compared with the above-described embodiments.
  • a fire prevention tape 40 is attached to the surface of the metal bar 10 , and the metal bar 10 and the fire tape 40 are integrally formed. It can be said that the structure is wrapped with the bandage member 30A and the insulating tube 20 is covered on the outside thereof.
  • Fire resistive tape (40, fire resistive tape) is a tape having a fire resistance property and electrical insulation of at least 600 ° C. or higher so as not to be lost in a fire, and the metal bar 10 is not exposed even if the insulating tube 20 is lost in a fire It is a component responsible for protecting the metal bar (10).
  • a mica tape having excellent fire resistance and heat resistance may be used as the fire prevention tape 40 .
  • mica tape may be used or any other tape having excellent electrical insulation, fire resistance, and heat resistance may be used.
  • the fire prevention tape 40 is attached to the metal bar 10 before the insulating tube 20 is covered on the metal bar 10.
  • the fire protection tape 40 having an adhesive component on one surface is preferable for easy attachment.
  • the fire protection tape 40 can be fixed to the metal bar 10 by the bandage member 30A of the first embodiment or the bandage member 30B of the second embodiment, it is okay if there is no adhesive component on one surface.
  • the bus bar 300 of this third embodiment can be called a bus bar 300 that is safer in terms of electrical insulation than the above-described embodiments. That is, in the case of a ceramic coating, it is not easily peeled off due to its strong coating power, but the coating may be broken when subjected to a strong impact.
  • a metal wire surrounds the metal bar 10 in case of fire, so that the metal bar 10 is attached to the surrounding metal structure 4 . Even without direct contact, current can flow through the metal wire, so there is no possibility of a short circuit.
  • the bus bar 300 of the third embodiment even if the ceramic coating is broken, the electrical insulation can still be secured by the fire prevention tape 40, and accordingly, a short circuit does not occur in the above situation.
  • the bus bar according to the present invention having the configuration and operation as described above, even if the exterior covering material is lost in case of fire, the metal bar 10 can be prevented from directly touching the surrounding metal structure 4, and thus a short circuit is not caused. may not be Therefore, it is possible to prevent the secondary fire accident from spreading.
  • the battery pack according to the present invention may be configured to include at least one or more of the above-described bus bars 100 .
  • the battery pack further includes battery modules electrically connected by the bus bar 100, as well as various devices for controlling the charging and discharging of the battery module, such as a BMS, a current sensor, a fuse, and the like. can do.
  • the battery pack may be applied to a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the battery pack may be applied to a power storage device or other IT products.

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Abstract

본 발명에 따른 버스바는 전기 전도성 금속 소재로 형성된 금속바; 상기 금속바의 양단부를 제외한 나머지 부분의 둘레를 감싸는 밴디지 부재; 및 상기 금속바와 상기 밴디지 부재를 함께 감싸는 절연성 튜브를 포함하고, 상기 밴디지 부재는 표면이 절연성과 내화성을 구비한 물질로 코팅 처리된 금속 와이어로 마련될 수 있다.

Description

화재 안전성이 우수한 버스바
본 발명은 버스바에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 모듈/팩의 대전류 통전을 위한 버스바로서 화재 안전성이 우수한 피복 구조를 갖춘 버스바에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 05월 15일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2020-0058253호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(ESS)와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 예컨대 전기 자동차에 이용되는 경우, 에너지 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 접속되어 있는 배터리 모듈과, 이러한 배터리 모듈을 다수 연결하여 배터리 팩을 구성한다.
한편, 상기 배터리 모듈들의 전기적 연결 수단으로는 버스바가 널리 사용되고 있는데, 케이블에 비해 상대적으로 작은 굵기로도 대전류를 안정적으로 흘려보낼 수 있어 대전류 통전 수단으로 유용하게 쓰이고 있다.
버스바는 전기 전도율이 좋은 구리나 알루미늄과 같은 금속바 형태로 제공될 수 있으며, 안전을 위해 터미널에 연결되는 금속바의 양단부를 제외한 나머지 부분을 튜브나 사출물로 피복하기도 한다.
버스바는 강성 버스바(Rigid busbar)와 플랙서블 버스바(Flexible busbar)로 구분될 수 있다. 특히, 플랙서블 버스바(1)는, 도 1과 같이, 필요한 부분을 벤딩하거나 트위스팅하여 원하는 형상으로 만들 수 있어 진동축이 다르거나 경로가 복잡한 곳에 놓인 배터리 모듈들을 연결할 때 유용하게 사용될 수 있다.
한편, 상기 플랙서블 버스바(1)는 유연성이 있어서 변형이 용이하지만, 배터리 팩의 내부 발화 시, 예컨대 도 2와 같이 절연 튜브(2)가 소실되고 처져서 금속바(3)의 가운데 부분이 주변 금속 물체(4)에 닿아 쇼트가 유발될 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
따라서 화재 시 버스바에서 절연 튜브가 소실되더라도 금속바 부분이 주변 금속 물체에 직접 닿지 않도록 할수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 화재시 버스바의 외장 피복재가 소실되어도 금속바가 주변 금속 물체에 직접 닿지 않아 쇼트가 유발되지 않도록 구성된 버스바를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전기 전도성 금속 소재로 형성된 금속바; 상기 금속바의 양단부를 제외한 나머지 부분의 둘레를 감싸는 밴디지 부재; 및 상기 금속바와 상기 밴디지 부재를 함께 감싸는 절연성 튜브를 포함한 버스바가 제공될 수 있다.
상기 밴디지 부재는 표면이 절연성과 내화성을 구비한 코팅물질로 코팅 처리된 금속 와이어로 형태로 마련될 수 있다.
상기 코팅물질은, 미카(mica), 실리카(silica) 및 세라믹(ceramic) 중 적어도 어느 하나의 물질일 수 있다.
상기 금속 와이어는 환형의 금속 띠 형태로 복수 개가 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 환형의 금속 띠들은 상기 금속바의 길이 방향을 따라 일정 간격 마다 배치될 수 있다.
상기 환형의 금속 띠는 상기 금속바의 둘레를 감싼 상태에서 상기 금속바에 압착 고정될 수 있다.
상기 밴디지 부재에 의해 감싸인 상기 금속바의 표면에 내화성 소재로 마련된 방화 테이프가 더 부착될 수 있다.
상기 금속 와이어는, 헬리컬 구조로 상기 금속바의 길이 방향을 따라 상기 금속바의 둘레에 감겨지도록 구성될 수 있다.
상기 절연성 튜브는, 투명한 실리콘 재질로 마련될 수 있다.
상기 금속바는 0.1~0.3mm 두께를 갖는 금속판들을 적층하여 유연성을 갖도록 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 버스바를 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 버스바는 화재시 버스바의 외장 피복재가 소실되어도 금속바가 주변 금속 물체에 직접 닿지 않도록 구성되어 있어 쇼트 발생을 방지할 수 있다.
부연하면 본 발명에 따른 버스바는 외장 피복재 내부의 금속바가 내화성 물질로 코팅된 금속 와이어에 의해 감싸여 있어, 배터리 팩의 내부 발화시 외장 피복재가 소실되어도 상기 금속 와이어는 남아있어 금속바가 늘어져도 금속바의 표면이 주변 금속 물체에 직접 닿지 않게 되어 쇼트 발생이 방지될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 플랙서블 버스바의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 플랙서블 버스바의 절연 튜브가 발화로 소실되어 버스바가 주변 금속 물체에 직접 닿아 쇼트가 일어나는 예를 도시한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 버스바의 사시도이다.
도 4는 도 3의 I-I'에 따른 버스바의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 버스바의 제작 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5 (b)의 버스바의 측면도이다.
도 7은 도 1의 비교 도면으로, 본 발명의 제1 실시예의 따른 버스바의 절연성 튜브가 완전 소실된 후 버스바와 주변 금속 물체의 접촉 상태를 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 버스바를 나타내기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 버스바를 나타내기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 버스바(100)의 사시도이고, 도 4는 도 3의 I-I'에 따른 버스바(100)의 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(100)는 전기 전도성 금속 소재로 형성되는 금속바(10)와, 상기 금속바(10)의 양단부를 제외한 나머지 부분이 외부에 노출되지 않도록 피복하는 절연성 튜브(20)와, 상기 절연성 튜브(20)의 내부에서 상기 금속바(10)의 둘레를 감싸도록 마련된 밴디지 부재(30A)를 포함한다.
상기 금속바(10)는 통전 전류의 크기에 따라 두께와 폭이 결정될 수 있고 설치 장소 또는 설치 조건에 따라 길이가 다양하게 제작될 수 있다. 상기 금속바(10)는 여러 장의 얇은 금속판들을 적층한 것일 수 있다. 이를테면, 상기 금속바(10)는 대략 0.1~0.3mm의 구리판들을 적층하고 그 양단부를 일체로 용접함으로써 트위스트나 벤딩이 가능한 유연한 구조로 마련될 수 있다.
상기 금속바(10)의 양단부 중 일단부는 어느 하나의 배터리 모듈의 (+)단자에 연결될 수 있고, 타단부는 다른 배터리 모듈의 (-)단자에 연결될 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈의 단자들은 볼트형으로 구성되어 상기 금속바(10)의 양단부에 구비되어 있는 홀(H)에 끼워진 다음 너트로 조여져 연결 부위가 견고하게 고정될 수 있다.
절연성 튜브(20)는 금속바(10)의 외장 피복재로서 실리콘 또는 고무 탄성을 갖는 고분자 소재로 제작될 수 있고 금속바(10)와 밴디지 부재(30A)를 함께 감싸도록 상기 금속바(10)에 씌워질 수 있다.
본 실시예의 절연성 튜브(20)는 투명 실리콘으로 제작될 수 있다. 투명 실리콘 소재의 절연성 튜브(20)는 그 내부의 금속바(10)와 밴디지 부재(30A)의 묶임 상태를 언제든 확인할 수 있다는 이점이 있다.
도 4를 참조하면, 밴디지 부재(30A)는 절연성 튜브(20)의 내측에서 금속바(10)의 둘레를 감싸고 있는 구성요소로서 표면이 전기 절연성과 내화성을 구비한 코팅물질(31)로 코팅 처리된 금속 와이어로 구성될 수 있다.
화재시 절연성 튜브(20)는 녹아내려 완전히 소실되어도 밴디지 부재(30A)는 금속 와이어로 이루어져 있기 때문에 금속바(10)를 감싸고 있는 형태 그대로 남는다. 따라서 화재시 절연성 튜브(20)가 소실되어 금속바(10)의 가운데 부분이 노출되어도 밴디지 부재(30A)가 금속바(10)를 여전히 감싸며 지지하는 구조는 그대로 유지됨으로 상기 금속바(10)가 주변 금속 구조물(4)을 향해 늘어지더라도 금속바(10)의 표면이 상기 주변 금속 구조물(4)에 직접 접촉하지 않도록 할 수 있다. 이때, 밴디지 부재(30A)가 상기 주변 금속 구조물(4)에 닿게 되나 상기 밴디지 부재(30A)는 전기절연성, 내화성 물질로 코팅 처리되어 있어 전류가 통하지 않아 쇼트가 일어나지 않는다.
상기 절연성과 내화성을 구비한 코팅물질(31)로는 미카(mica), 실리카(silica) 및 세라믹(ceramic) 중 적어도 어느 하나의 물질이 채용될 수 있다. 물론, 미카(mica), 실리카(silica), 세라믹(ceramic) 중 어느 하나의 물질을 반드시 상기 금속 와이어의 코팅물질(31)로 사용해야 하는 것은 아니다. 즉, 본 명세서에 예시한 코팅물질(31)들 이외에도 전기 절연성과 내화, 내열 특성이 우수한 물질이라면 어떠한 물질이라도 금속 와이어를 코팅하는데 사용될 수 있다.
구체적으로 본 실시예에 따른 밴디지 부재(30A)를 살펴보면, 상기 밴디지 부재(30A)를 구성하는 금속 와이어는 환형의 금속 띠 형태로 복수 개가 구비될 수 있다.
도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 환형의 금속 띠는 복수 개이고, 금속바(10)의 길이 방향을 따라 일정 간격마다 배치될 수 있다. 이처럼 환형의 금속 띠들을 금속바(10)의 길이 방향을 따라 일정 간격마다 배치해 놓으면 금속바(10)를 벤딩시켜 형상을 변형하는 것이 용이해질 수 있다. 예컨대, 플랙서블 버스바(100)에 있어서, 절연성 튜브(20)처럼 길이가 긴 튜브 형태로 밴디지 부재(30A)를 구성할 경우, 금속바(10)의 대부분의 영역이 밴디지 부재(30A)에 의해 홀딩되어 금속바(10)를 벤딩하거나 트위스팅하기 매우 어려워질 수 있다.
그러나 본 실시예와 같이 밴디지 부재(30A)를 복수 개의 금속 띠 형태로 제작하고 이들을 금속바(10)의 길이 방향을 따라 일정 간격마다 배치한 구성에 의하면, 금속 띠들이 감싸고 있지 않은 금속바(10) 영역은 얼마든지 벤딩이나 트위스팅이 가능하다.
본 실시예의 버스바(100)의 제작 공정을 간략히 설명하면, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 환형의 금속 띠들을 하나씩 억지 끼움 방식으로 금속바(10)에 장착한다. 대안예는 직선형 금속 띠를 상기 금속바(10)의 둘레에 감고 상기 금속 띠의 양단부를 용접해서 환형으로 만들어 상기 금속바(10)에 고정하는 방식을 사용해도 좋다.
이 같은 방식으로 환형의 금속 띠들을 금속바(10)에 장착해, 상기 환형의 금속 띠들이 금속바(10)의 둘레를 감싼 상태가 되면, 클린칭 툴을 이용해 환형의 금속 띠들을 금속바(10)에 압착 고정하는 공정을 수행해서 금속 띠들과 금속바(10)의 결속력을 강화시킬 수 있다.
그 다음, 도 5의 (b)와 같이 절연성 튜브(20)를 금속바(10)와 밴디지 부재(30A)의 외측에 씌워 금속바(10)의 양단부를 제외한 나머지 부분을 차폐시킴으로써 버스바(100)의 전기적 안전성을 확보한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 버스바(100)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 절연성 튜브(20) 내부에 금속 와이어가 개재되기 때문에 기존의 버스바(100)에 비해, 피복 부위의 두께가 더 두텁게 형성될 수 있다.
이상과 같은 본 실시예에 따른 버스바(100) 구성에 의하면, 예컨대 일단부는 어느 하나의 배터리 모듈의 (+)단자에 고정되게 연결되고 타단부는 다른 배터리 모듈의 (-)단자에 고정되게 연결되는 패턴으로 복수 개의 배터리 모듈들을 직렬 연결하는데 사용될 수 있다.
특히, 상기 버스바(100)는 복수 개의 배터리 모듈들이 수납되어 있는 배터리 팩 내부에 화재가 발생시, 절연성 튜브(20)가 완전히 녹아 소실되고 버스바(100)의 형상이 늘어져도 금속바(10)와 주변 금속 물체가 직접 닿는 일이 발생하지 않는다.
이를테면, 도 7에 도시한 바와 같이, 버스바(100)의 절연성 튜브(20)가 소실되어도 밴디지 부재(30A)는 소실되지 않고 금속바(10)에 결속된 상태로 남는다. 이때 상기 밴디지 부재(30A)가 금속바(10)와 주변 금속 구조물(4)이 접촉하지 않도록 상기 금속바(10)를 지지해줌으로써 쇼트가 방지될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 버스바(200)를 나타내기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 버스바(300)를 나타내기 위한 도면이다.
이어서, 도 8과 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예들을 설명하기로 한다.
이전 도면들과 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 버스바(200)는 밴디지 부재(30B)를 구성하는 금속 와이어가 헬리컬 구조 내지 코일 스프링 구조로 이루어진다는 점이 전술한 제1 실시예와 차이점이라 할 수 있고 나머지 구성은 동일하다.
구체적으로, 도 8의 (a) 도시한 바와 같이, 제2 실시예의 버스바(200)는 밴디지 부재(30B)를 형성하는 헬리컬 구조의 금속 와이어가 금속바(10)의 길이 방향을 따라 금속바(10)의 둘레를 감싸도록 마련될 수 있다. 그리고 도 8의 (b)와 같이 절연성 튜브(20)를 금속바(10)와 밴디지 부재(30B)의 외측에 씌워 금속바(10)의 양단부를 제외한 나머지 부분을 차폐시킴으로써 버스바(200)의 전기적 안전성을 확보할 수 있다.
특히, 상기 헬리컬 구조의 금속 와이어는 금속바(10)를 삽입하기 전의 직경이 금속바(10)의 폭(D)보다 작게 마련될 수 있다. 금속바(10)의 폭보다 작은 초기 직경을 갖는 상기 헬리컬 구조의 금속 와이어에 금속바(10)를 삽입함으로써 금속바(10)가 밴디지 부재(30B)에 의해 압박되도록 할 수 있다. 이 경우, 추가 공정 없이도 금속바(10)와 밴디지 부재(30B) 간에 결속력을 충분히 확보할 수 있다. 즉, 상기 밴디지 부재(30B)는 접착, 용접, 압착 등의 추가 공정을 수행하지 않아도 금속바(10)와 견고하게 결속될 수 있다.
세라믹 코팅한 헬리컬 구조의 금속 와이어로 구성된 밴디지 부재(30B)의 제작 공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 순수 금속만으로 이루어진 헬리컬 구조(또는 스프링 구조)의 금속 와이어를 준비한다. 그 다음, 레벨링(leveling) 작업을 통하여 상기 헬리컬 구조(또는 스프링 구조)의 금속 와이어를 일직선으로 변형시킨다. 그 다음, 세라믹을 용융 분사하여 금속 와이어 표면에 피복한다. 대안적 코팅 방법으로는 유약을 바른 후 열처리 하거나 화학증착법(CVD), 물리증착법(PVD) 등의 방법을 사용해도 좋다. 그 다음, 세라믹 코팅된 금속 와이어에 열을 가해 헬리컬 구조(또는 스프링 구조)의 금속 와이어 타입으로 변형시킴으로써 제2 실시예에 따른 밴디지 부재(30B)가 제공될 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 버스바(300)는 전술한 실시예들과 비교할 때, 방화 테이프(40)를 더 포함한 것이라 할 수 있다.
구체적으로 도 9를 참조하면, 제3 실시예에 따른 버스바(300)는 금속바(10)의 표면에 방화 테이프(40)가 부착되고, 금속바(10)와 방화 테이프(40)가 일체로 밴디지 부재(30A)로 감싸이고 그 외측에 절연성 튜브(20)가 씌워진 구조라 할 수 있다.
방화 테이프(40, fire resistive tape)는 화재시 소실되지 않도록 적어도 섭씨 600℃ 이상의 내화 특성과 전기절연성을 갖는 테이프로서, 화재시 상기 절연성 튜브(20)가 소실되어도 금속바(10)가 노출되지 않게 금속바(10)를 보호하는 역할을 담당하는 구성요소이다.
예컨대, 상기 방화 테이프(40)로는 내화, 내열 특성이 우수한 미카(mica) 테이프가 사용될 수 있다. 물론, 미카 테이프를 사용하거나 이들 이외에도 전기 절연성과 내화, 내열 특성이 우수한 테이프라면 어떠한 것을 사용해도 좋을 수 있다.
상기 방화 테이프(40)는 금속바(10)에 절연성 튜브(20)를 씌우기 전에 금속바(10)에 부착되며, 이때 부착이 용이하도록 일면에 접착 성분이 있는 방화 테이프(40)가 좋다. 그러나 상기 방화 테이프(40)는 제1 실시예의 밴디지 부재(30A)나 제2 실시예의 밴디지 부재(30B)로 금속바(10)에 고정이 가능하므로 일면에 접착 성분이 없다 해도 무방하다.
이러한 제3 실시예의 버스바(300)는 전술한 실시예들보다 전기절연성 측면에서 더 안전한 버스바(300)라 할 수 있다. 즉, 세라믹 코팅의 경우 코팅력이 강해 쉽게 벗겨지지 않지만, 강한 충격을 받으면 코팅이 깨질 수 있다. 이 경우, 제1 실시예의 버스바(100)나 제2 실시예의 버스바(200)는 화재시 금속 와이어가 금속바(10)를 감싸고 있어 상기 금속바(10)가 주변 금속 구조물(4)에 직접 닿지 않는다 해도 금속 와이어에 전류가 흐를 수 있어 쇼트가 일어날 가능성이 전혀 없지는 않다. 그러나 제3 실시예의 버스바(300)는 세라믹 코팅이 깨져도 방화 테이프(40)에 의해 전기절연성이 여전히 확보될 수 있고 이에 따라 위와 같은 상황에서 쇼트가 일어나지 않는다.
이상 설명한 바와 같은 구성과 작용을 하는 본 발명에 따른 버스바에 의하면, 화재시 외장 피복재가 소실되어도 금속바(10)가 주변 금속 구조물(4)에 직접 닿는 것이 방지될 수 있고 이에 따라 쇼트가 유발되지 않을 수 있다. 따라서 화재 사고가 2차로 확산되는 것을 예방할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 버스바(100)를 적어도 하나 이상 포함하여 구성될 수 있다. 상기 배터리 팩은 상기 버스바(100) 이외에도 상기 버스바(100)에 의해 전기적으로 연결되는 배터리 모듈들을 비롯하여 배터리 모듈의 충전방전을 제어하는 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 물론, 상기 배터리 팩은 전력 저장장치 또는 기타 IT 제품군 등에 적용될 수도 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (10)

  1. 전기 전도성 금속 소재로 형성된 금속바;
    상기 금속바의 양단부를 제외한 나머지 부분의 둘레를 감싸는 밴디지 부재; 및
    상기 금속바와 상기 밴디지 부재를 함께 감싸는 절연성 튜브를 포함하고,
    상기 밴디지 부재는,
    표면이 절연성과 내화성을 구비한 코팅물질로 코팅 처리된 금속 와이어로 마련된 것을 특징으로 하는 버스바.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅물질은, 미카(mica), 실리카(silica) 및 세라믹(ceramic) 중 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 버스바.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 와이어는 환형의 금속 띠 형태로 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 버스바.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 환형의 금속 띠들은 상기 금속바의 길이 방향으로 따라 일정 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 버스바.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 환형의 금속 띠는 상기 금속바의 둘레를 감싼 상태에서 상기 금속바에 압착 고정된 것을 특징으로 하는 버스바.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 밴디지 부재에 의해 감싸인 상기 금속바의 표면에 내화성 소재로 마련된 방화 테이프가 더 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 버스바.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 와이어는, 헬리컬 구조로 상기 금속바의 길이 방향을 따라 상기 금속바의 둘레에 감겨진 것을 특징으로 하는 버스바.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 튜브는, 투명한 실리콘 재질로 마련된 것을 특징으로 하는 버스바.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속바는 0.1~0.3mm 두께를 갖는 금속판들을 적층하여 유연성을 갖도록 마련된 것을 특징으로 하는 버스바.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 버스바를 포함하는 배터리 팩.
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