KR101928073B1 - 버스바 어셈블리의 연결 구조 - Google Patents

Abstract

제1체결홀이 형성된 버스바; 제2체결홀과, 상기 제2체결홀을 통해 노출되는 전도성 금속으로 이루어진 랜드부를 포함하는 연성회로기판; 및 상기 제1체결홀과 상기 제2체결홀에 각각 관통 결합되어 상기 연성회로기판과 상기 버스바를 전기적으로 연결하면서 고정 결합시키는 체결부재;를 포함하는 버스바 어셈블리의 연결 구조를 제공한다.

Description

버스바 어셈블리의 연결 구조{CONNECTING STRUCTURE OF BUS-BAR ASSEMBLY}

본 발명은 전기자동차 등에 장착되는 배터리셀 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리셀의 각 전압을 측정하기 위해 사용되는 버스바와 연성회로기판 사이의 전기적 연결 방식을 개선한 버스바 어셈블리의 연결 구조에 관한 것이다.

이차전지는 모바일 기기, 보조 전력장치 등에 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 종래 가솔린 차량이나 디젤 차량이 갖는 대기 오염 등의 각 종 문제점을 해결하기 위한 대안으로 제시된 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차 등의 주된 동력원으로서도 주목 받고 있다. 다만, 전기자동차 등에는 고출력 대용량 배터리의 필요성으로 인해 복수 개의 배터리셀을 적층시킨 후 이를 전기적으로 직렬 및 병렬 연결한 배터리셀 모듈이 사용된다.

배터리셀 모듈은 복수 개의 배터리셀이 적층되며, 각 배터리셀의 양 단에 노출되는 단자는 (+)와 (-)가 서로 교대하면서 전기적으로 연결되어 고전압을 제공한다. 이 때, 각 배터리셀에는 버스바가 전기적으로 연결되어 배터리셀의 전압과 전류에 관한 정보 등은 버스바로 전달될 수 있다. 그리고, 버스바에는 와이어가 전기적으로 연결되어 이런 정보는 비엠에스로 전달된다.

도 1은 종래 버스바(2)와 와이어(1) 사이의 연결 구조를 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 그 연결은 버스바(2)의 단부에 형성되는 클램프 구조에 의해 와이어(1)가 클램핑되는 것으로 각 배터리셀마다 클램핑 공정을 반복하는 것은 생산성이 저하되며 조립 불량 등 조립 품질이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 복수 개의 와이어(1)의 사용으로 인해 무게가 증가하여 연비 향상을 위한 경량화에 역행하는 문제점이 있었다.

그래서, 이를 해결하기 위해 와이어 대신 연성회로기판을 사용하게 되었는데, 종래 버스바와 연성회로기판 사이의 전기적 연결 구조는 상대적으로 부품 수가 많아 그 제조 비용과 개발 비용이 상승되는 문제점, 그로 인해 작업 공수가 증가되는 문제점 등이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1647694 (등록일자 2016년 6월23일) 대한민국 공개특허 제10-2016-0026469 (공개일자 2016년 3월09일) 대한민국 등록특허 제10-1329250 (등록일자 2013년 11월07일) 대한민국 공개특허 제10-2015-0033176 (공개일자 2015년 4월01일)

본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 버스바와 연성회로기판 사이를 전기적으로 연결하는 과정에서 그 작업 공수를 줄이고, 연결에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 버스바 어셈블리의 신규한 연결 구조를 제공하고자 한다.

동시에, 버스바와 연성회로기판 사이의 연결 부위에 대한 구조적 취약점을 개선하여 제품 신뢰성을 향상시키고자 한다. 또한, 사용되는 부품 수를 감소시켜 부품의 제조 및 개발 비용과 그 관리 비용을 절감하고자 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 제1체결홀이 형성된 버스바; 제2체결홀과, 상기 제2체결홀을 통해 노출되는 전도성 금속으로 이루어진 랜드부를 포함하는 연성회로기판; 및 상기 제1체결홀과 상기 제2체결홀에 각각 관통 결합되어 상기 연성회로기판과 상기 버스바를 전기적으로 연결하면서 고정 결합시키는 체결부재;를 포함하는 버스바 어셈블리의 연결 구조를 제공한다.

상기 제1체결홀은 한 쌍으로 형성되고, 상기 제2체결홀은 한 쌍의 상기 제1체결홀 사이의 거리만큼 서로 이격되어 한 쌍으로 형성될 수 있다.

상기 연성회로기판은 상기 제2체결홀이 상기 제1체결홀의 상측에 배치되어 서로 연통되도록 상기 버스바의 상면에 배치된 이후 상기 버스바와 겹이음 결합될 수 있다.

상기 체결부재는 리벳이 바람직하다.

상기 버스바에는 상기 연성회로기판과 겹이음 결합되는 부위에 안착홈이 형성될 수 있다.

상기 버스바는 한 쌍으로 배치되고, 상기 연성회로기판의 단부는 양 갈래로 분기되어 한 쌍의 가지연결단부로 이루어지고, 상기 가지연결단부는 상기 체결부재에 의해 상기 버스바와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조는 전도성 금속 재질의 체결부재를 사용하여 간단하게 버스바와 연성회로기판을 전기적으로 연결할 수 있는 바, 생산성이 향상되는 효과를 갖는다. 또한, 체결부재로 리벳을 사용하여 용접으로 인한 뒤틀림이나 용접 부위의 균열 현상 등의 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 볼트 체결시 진동에 의해 발생하는 풀림 현상 등의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 버스바와 연성회로기판 사이의 연결 부위에 대한 구조적 취약점을 개선하여 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 부품 수의 감소로 인해 부품의 제조 및 개발 비용과 그 관리 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래 버스바와 와이어 사이의 연결 구조를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 분해 사시도.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ＇방향 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조를 도시한 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해 사시도이며, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ＇방향 단면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조는 버스바(10), 연성회로기판(20), 체결부재(30) 등을 포함한다.

버스바 어셈블리는 배터리셀 모듈 중 일부를 구성한다. 그리고, 배터리셀(미도시)의 적어도 어느 일 측면에는 버스바프레임(미도시)이 배치된다. 버스바프레임의 내측면에는 홀더부가 형성되어 적층되는 복수 개의 배터리셀이 각각 끼움 결합될 수 있다. 배터리셀은 전기적으로 서로 연결되어 미리 설정된 전압을 제공한다.

한편, 버스바프레임의 외측면에는 버스바(10)가 고정 결합된다. 버스바(10)는 대개 사각형 플레이트 형상으로, 그 재질은 도전성 물질 중 특히 전기 전도율이 높은 금속 재질인 것이 바람직하다. 버스바(10)는 배터리셀의 전압과 전류에 관한 정보를 연성회로기판(20)으로 전달한다.

버스바(10)를 살펴보면, 그 단부에는 제1체결홀(11)이 형성되어 있다. 그리고, 이런 제1체결홀(11)은 복수 개가 일렬로 배열될 수 있다. 이와 달리, 제1체결홀(11)은 2열로 배열되되, 각 열에 체결홀이 한 개씩 배치되어 전체적으로 한 쌍을 갖는 형태로 형성될 수 있다.

연성회로기판(20)은 잘 휘어지는 플렉서블한 특성을 갖고 있으며, 내부에 복수 개의 선이 나란하게 배열되어 각 배터리셀의 전압과 전류에 관한 신호 등을 전송할 수 있다. 연성회로기판(20)의 일단은 버스바(10)와 전기적으로 연결되고, 타단은 비엠에스(BMS, baterry management system)(미도시)와 전기적으로 연결된다.

한편, 연성회로기판(20)의 타단에는 커넥터가 장착되어 연성회로기판(20)은 비엠에스(BMS, baterry management system)와 탈착 가능하게 전기적으로 결합될 수 있다. 비엠에스는 배터리셀 모듈에 포함되는 각 배터리셀의 충전과 방전을 관리한다. 예를 들어, 비엠에스는 충전 모드에서 서로 다른 전압 레벨로 방전된 복수 개의 배터리셀을 균일한 전압 레벨을 갖도록 충전한다.

또한, 연성회로기판(20)에는 제1체결홀(11)에 대응되는 제2체결홀(21)이 형성된다. 제2체결홀(21)은 한 쌍의 제1체결홀(11)에 대응하여 제1체결홀(11) 사이의 거리만큼 서로 이격되어 한 쌍으로 형성될 수 있다. 이는, 버스바(10)와 연성회로기판(20) 사이의 체결 부위가 최소한의 체결에 의해 축 회동되는 것을 방지한다.

연성회로기판(20)은 제2체결홀(21)을 통해 노출되는 전도성 금속으로 이루어진 랜드부(미도시)를 포함할 수 있다. 랜드부는 구리 등의 전도성 금속이 미세 두께를 갖는 금속박막의 형태로 형성된다.

연성회로기판(20)과 버스바(10)는 제1체결홀(11)과 제2체결홀(21)에 각각 관통 결합되는 체결부재(30)에 의해 서로 전기적으로 연결되면서 동시에 서로 고정 결합된다. 이 때, 체결부재(30)는 전도성 금속으로 형성된다. 그리고, 체결부재(30)는 랜드부와 접촉되어 연성회로기판(20)과 전기적으로 연결된다.

또한, 체결부재(30)는 제1체결홀(11)의 내경이나 그 주변에 접촉되어 버스바(10)와 전기적으로 연결된다. 그 결과, 연성회로기판(20)과 버스바(10)는 체결부재(30)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

이를 위해, 연성회로기판(20)은 제2체결홀(21)이 형성된 단부가 제1체결홀(11)의 상측에 배치되어 서로 연통되도록 버스바(10)의 상면에 배치된 이후 체결부재(30)에 의해 버스바(10)와 겹이음 결합되는 구조를 갖는다. 즉, 연성회로기판(20)의 단부 중 일부가 버스바(10)의 상면에 배치되면서 부분적으로 겹치는 면이 발생한다.

한편, 일 실시에에 따른 체결부재(30)는 리벳인 것이 바람직하다. 리벳은 머리부(31)와 리벳 작업에 의해 변형되는 변형부(32)로 이루어진다. 리벳 결합은 영구적인 결속력을 제공한다. 리벳 결합은 두께가 얇은 부재 사이의 접합에 특히 유용하게 사용된다. 리벳 결합은 용접 결합으로 인한 재질 변화나 열에 의한 뒤틀림, 용접 부위에 발생되는 균열 등의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 리벳 결합은 볼트 결합 이후 그 결합 부위로 전달되는 진동 등에 의한 풀림 현상의 문제점을 해결할 수 있다. 그 결과, 버스바(10)와 연성회로기판(20) 사이의 연결 부위에 대한 결합 신뢰성이 향상될 수 있다.

한편, 버스바(10)에는 연성회로기판(20)이 겹이음 결합되는 부위에 안착홈(12)이 형성된다. 안착홈(12)은 버스바(10)에 대한 연성회로기판(20)의 배치 위치를 지시하면서 동시에 버스바(10)에 연성회로기판(20)이 안정적으로 배치될 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 연결 구조를 도시한 사시도이다. 도 5를 참조하면, 버스바프레임의 외측면에는 한 쌍의 버스바(10)가 고정 결합될 수 있다. 이에 대응하여 연성회로기판의 단부는 양 갈래로 분기되어 한 쌍의 가지연결단부(22)로 이루어진다.

그리고, 각각의 가지연결단부(22)는 각각의 체결부재(30)에 의해 각각의 버스바(10)와 전기적으로 연결된다. 전술한 것처럼, 가지연결단부(22)에는 제2체결홀(21)과 제2체결홀(21)을 통해 노출되는 전도성 금속으로 이루어진 랜드부가 형성되어 있다. 제2체결홀(21)과 랜드부에 대한 구체적 설명은 전술한 바와 동일한 바, 이하 생략한다.

그리고, 체결부재(30), 바람직하게 리벳이 제1체결홀(11)과 제2체결홀(21)에 각각 관통 결합되어 연성회로기판(20)과 버스바(10)를 서로 전기적으로 연결하면서 고정 결합시킨다. 리벳을 통한 고정 결합은 겹이음 결합으로 겹이음 결합되는 버스바(10)에는 안착홈(12)이 형성되어 있음은 전술한 바와 동일하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

10: 버스바 20: 연성회로기판
30: 체결부재 11: 제1체결홀
21: 제2체결홀 12: 안착홈
22: 가지연결단부

Claims (6)

1. 한 쌍의 제1체결홀이 일렬로 형성되고, 요입된 안착홈이 형성된 버스바;
   상기 한 쌍의 제1체결홀에 대응되는 한 쌍의 제2체결홀과, 상기 한 쌍의 제2체결홀을 통해 노출되는 전도성 금속으로 이루어진 랜드부를 포함하는 연성회로기판; 및
   상기 제1체결홀과 상기 제2체결홀에 각각 관통 결합되어 상기 연성회로기판과 상기 버스바를 전기적으로 연결하는 동시에, 압착에 의해 상기 연성회로기판을 상기 안착홈에 고정 결합시키는 금속 재질의 체결부재;를 포함하고,
   상기 연성회로기판은
   상기 버스바의 상면에 배치되어 겹이음 결합되고, 단부가 양 갈래로 분기되어 한 쌍의 가지연결단부를 형성하며, 각 상기 가지연결단부는 상기 체결부재에 의해 상기 안착홈에서 상기 버스바와 각각 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 체결부재는 리벳인 버스바 어셈블리의 연결 구조.
   
5. 삭제
6. 삭제

Images