KR101973616B1 - 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩을 개시한다. 본 발명은 시동장치에서 연장되는 시동플러그가 체결되는 커넥터를 구비한 커버에 의해 상부가 밀폐되는 외부 케이스를 구비하는 하우징과, 외부 케이스 내측에서 복 수개의 전지셀을 수용하는 내부케이스와, 전지셀들의 셀밸런싱 및 이상 전압을 감지하는 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)이 실장되는 회로기판과, 전지셀과 전지셀, 최외각측 전지셀들과 회로기판 사이를 전기적으로 통전가능하게 연결하는 복 수개의 부스바와, 전지셀들을 감지하는 복 수개의 센서가 일체화되고, 내부케이스의 일면에서 이격된 상태로 고정되어 상기 부스바를 안내하는 센싱보드를 포함할 수 있다.

Description

센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩{BATTERY PACK FOR CAR IMPROVING A PACKAGING EFFICIENCY BY CONNECTING STRUCTURE OF THE SENSING BOARD AND BUS BARS}
본 발명은 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 리튬이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 화석 연료를 사용하던 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로도 주목받고 있다.
자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 시스템이 사용된다. 중대형 전지 시스템은 점차적으로 요구되는 출력량 또는 에너지 밀도가 높아짐에 따라 중대형 이차 전지에 포함되는 단위 모듈의 수가 점차 증가하게 될 것이다.
이와 같은 중대형 전지 시스템에 단위전지로서 많이 사용되는 파우치형 리튬이온 폴리머 이차전지는 소형 디바이스에 사용되는 동일 계열의 전지에 비해 상대적으로 큰 크기를 가지고 있다.
또한, 전기 자동차, plug-in 및 hybrid 자동차 등의 전원으로 사용되는 중대형의 리튬 이차전지의 팩 설계 시, 기존 배터리와 같이 높은 출력만을 요구하는 것이 아니라, 높은 에너지 또한 요구된다. 때문에 갈수록 중대형의 배터리는 고용량 고출력화 되어야 한다. 이를 위해서 한정된 공간에 큰 용량의 전지가 탑재되어야 하기 때문에 셀이 커지거나, 많은 수의 단위 셀들을 하나의 리튬이차전지 내에 패키징하여야 한다.
이상과 같이 하나의 배터리에 포함되는 단위셀의 수가 늘어나거나 셀의 크기가 매우 커지게 된다. 이 경우 그 패키징 공정이 복잡해지는 것은 물론 패키징의 두께 등도 늘어난다. 결과적으로 제조 공정상의 어려움과 성능감소 및 효율적 공간을 사용하지 못할 우려가 있다.
따라서, 종래에는 대용량 셀을 만들기 위한 패키징 방법 및 많은 수의 단위셀을 포함하여야 하는 배터리를 제조하는데 있어서, 간편하면서도 효율적인 리튬이차전지의 연결방식 즉, 패키징 방식 연구에 대한 필요성이 높아지고 있는 것이 현실이다.
한편, 최근에는 단위 전지를 이루는 단위셀등의 충전용량이 높아지는 고성능 전지등이 개발되고 있어 배터리팩등이 소형화되고 있는 추세이다. 즉, 골프카나 실내 전기차등 소형 전기자동차나 하이브리드카와 같은 중소형 승용차에서는 시동용 전원을 얻기 위한 소형의 시동용 배터리팩을 필요로 한다.
하지만, 위와 같이 소형 전기차의 소형 배터리팩 또는 승용차의 시동용 배터리는 한정된 공간에 설치되어야 하기에 소형화되어야 하기에 한정된 케이스 내부 공간을 보다 효율적으로 활용하기 위하여 전지셀(200)들간의 결합과, 부스바 및 센싱보드(300)의 연결 구조등을 포함하는 패키징기술이 보다 중요시되고 있다.
즉, 최근 시장에서는 대형 배터리 팩과 소형 배터리팩 모두가 한정된 공간에 설치되어야 하기에 전지셀과 부스바의 연결등 내부공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있도록 효율적인 패키징 기술이 요구되고 있으나 이와 같은 요구에 적합한 패키징 기술이 제안된 예가 아직 없어 개발이 시급한 실정이다.
한국 공개특허공보 제10-2017-0009135호(2017.01.25, 공개)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자동차에 탑재되는 배터리팩의 내부 공간 활용도를 높일 수 있도록 셀조립체 및 그 연결구조를 개선할 수 있는 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 부스바간의 상호 연결 및 해제가 용이하도록 조립식 연결구조를 갖는 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩을 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 시동장치에서 연장되는 시동플러그가 체결되는 커넥터를 구비한 커버에 의해 상부가 밀폐되는 외부 케이스를 구비하는 하우징과, 외부 케이스 내측에서 복 수개의 전지셀을 수용하는 내부케이스와, 전지셀들의 셀밸런싱 및 이상 전압을 감지하는 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)이 실장되는 회로기판과, 전지셀과 전지셀, 최외각측 전지셀들과 회로기판 사이를 전기적으로 통전가능하게 연결하는 복 수개의 부스바와, 전지셀들을 감지하는 복 수개의 센서가 일체화되고, 내부케이스의 일면에서 이격된 상태로 고정되어 상기 부스바를 안내하는 센싱보드를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 음각된 센싱 보드 및 부스바 연결구조가 개선됨에 따라 셀조립체의 공간 활용도를 높일 수 있어 자동차의 한정된 공간에 설치되는 자동차의 시동용 배터리팩을 보다 소형화시킬수 있다.
또한, 본 발명은 부스바의 연결구조를 조립식으로 구현할 수 있어 부스바의 조립과정이 보다 용이하여 작업성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1실시예를 도시한 정면 및 배면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예를 도시한 분해사시도이다.
도 3은 제1실시예의 셀조립체를 도시한 사시도이다.
도 4는 제1실시예의 셀조립체를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 제1실시예의 센싱보드를 도시한 평면도이다.
도 6은 제1실시예의 내부케이스를 도시한 사시도이다.
도 7은 제2실시예를 도시한 사시도이다.
도 8은 제2실시예의 셀조립체를 도시한 사시도이다.
도 9는 제2실시예의 부스바 조립부재를 도시한 사시도이다.
도 10은 제2실시예의 부스바 조립부재를 도시한 분해 사시도이다.
이하에서는 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 들어 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않으며, 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1실시예를 도시한 정면 및 배면 사시도, 도 2는 본 발명의 제1실시예를 도시한 분해사시도, 도 3은 제1실시예의 셀조립체를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예는 다 수개의 전지셀(200)이 상호 연결되는 셀조립체(A)와, 셀조립체(A)를 수용하는 하우징(100)을 포함한다.
하우징(100)은 세조립체가 수용되는 외부케이스(120)와, 외부케이스(120)의 상부를 밀폐시키는 커버(110)를 포함한다.
여기서, 커버(110)는 상면에서 음각된 홈에 수용되어 상하로 회전가능하게 고정되는 손잡이(140)와, 자동차의 시동장치에서 연장되는 시동플러그(도시되지 않음)가 체결되는 시동커넥터(130)를 구비할 수 있다. 전지셀(200)가 형성될 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 내측의 셀조립체(A)와 전기적으로 연결되어 음과 양의 전원을 각각 출력하는 전원단자를 포함한다. 이때, 전원단자는 커버(110)의 상면에서 착탈 가능한 단자커버(111)에 의해 밀폐될 수 있다.
또한, 커버(110)는 단자커버(111)의 하측에서 단자의 극성을 표시하는 표시부(112)를 더 포함할 수 있다.
외부케이스(120)는 바닥판(610)의 각 변에서 직립된 벽면을 형성하여 셀조립체가 수용되는 빈공간을 형성한다. 또한 외부케이스(120)와 커버(110)는 상호 일치되는 복 수개의 결합공(도면번호 부여되지 않음)을 구비하여 나사등의 고정수단(도시되지 않음)이 삽입되면서 상호 체결된다.
여기서, 외부케이스(120)는 내측의 열을 외부로 배출시킬 수 있도록 복 수개의 방열공(121)을 포함할 수 있다. 방열공(121)은 관통형성되어 내측에 수용되는 셀조립체(A)로부터 발열된 열을 외부로 배출시킨다.
셀조립체(A)는 복 수개의 전지셀(200)과, 전지셀(200)들간에 전기적으로 통전되도록 연결되는 복 수개의 부스바(500)와, 각 전지셀(200)들의 전압과 온도를 감지하는 센서(도시되지 않음)를 구비하여 부스바(500)를 안내하는 센싱보드(300)와, 전지셀(200)들을 수용하는 내부케이스(600)와, 전지셀(200)들의 셀밸런싱 및 이상 여부를 감지하는 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)가 탑재되는 회로기판(400)과, 회로기판(400)을 지지하는 지지판(700)을 포함한다.
부스바(500) 및 센싱보드(300)는 도 4와 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 제1실시예의 셀조립체를 도시한 분해 사시도, 도 5는 제1실시예의 센싱보드를 도시한 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 부스바(500)는 전지셀(200)들의 서로 다른 극성의 단자들 사이에 연결되는 제1부스바(510)와, 최외각측에 위치된 전지셀(200)에서 회로기판(400)으로 연결되는 제2부스바(520)와 제3부스바(530)를 포함한다.
제1부스바(510)는 인접된 전지셀(200)들에서 각각 양(+)과 음(-)의 전원을 출력하는 단자들 사이를 연결시킨다. 예를 들면, 제1부스바(510)는 일측의 전지셀(200)의 양(+)의 단자와 타측 전지셀(200)의 음(-)의 단자 사이에 연결되어 인접된 전지셀(200)들을 직렬(병렬)로 연결시킨다.
제2부스바(520)와 제3부스바(530)는 최외각측 전지셀(210, 220)의 양(+) 또는 음(-)의 단자(211)와 회로기판(400)을 연결 시킨다. 예를 들면, 제2부스바(520)는 최외각측(최상측)(220)에 위치된 전지셀(200)의 양(+)의 단자와 회로기판(400) 사이를 연결하고, 제3부스바(530)는 최외각측(최하측)(210)에 위치된 전지셀(200)의 음(-)의 단자와 회로기판(400) 사이를 연결한다.
센싱보드(300)는 센싱기판(310)과, 내부케이스(600)의 일면에 센싱기판(310)을 고정시키는 보드고정수단(320)을 포함한다.
센싱기판(310)은 일측에서 절개된 적어도 하나의 절개홈(311)과, 일방향으로 연장되어 개구된 삽입구(313)와, 벤트홀(212)에 일치되는 벤트공(312)과, 센서가 설치되는 센서공(315)과, 보드고정수단(320)에 연통되는 복 수개의 고정공(314)을 포함한다.
절개홈(311)은 전지셀(200)들중에서 최외각측에 위치된 전지셀(200)의 전원단자의 위치에 따라서 일측에서 절개형성된다. 예를 들면, 절개홈(311)은 전지셀(200)들중 최상측에 위치된 전지셀(220)의 양(+) 단자가 우측에 위치되고, 최하측에 위치된 전지셀(210)의 음(-)의 단자가 우측에 위치되면, 각 최상측(220)과 최하측(210)의 양(+)과 음(-)의 단자에 각각 연결되는 제2부스바(520)와 제3부스바(530)의 연결방향에 따라 결정될 수 있다.
삽입구(313)는 서로 다른 전지셀(200)의 서로 다른 전원 단자(211) 사이를 연결하는 제1부스바(510)가 삽입될 수 있도록 개구되어 설정된 거리만큼 연장되도록 개구된다. 예를 들면, 제1전지셀(210) 내지 제4전지셀(220)이 순차적으로 적층되면, 제1전지셀(210)의 음(-)의 단자와 제2전지셀의 양(+)의 단자 사이를 연결하는 제1부스바(510)가 삽입구(313)를 통하여 삽입되어 연결된다.
벤트공(312)은 전지셀(200)들에서 가스를 외부로 배출시키는 벤트홀(212)이 외부로 연통될 수 있도록 복 수개가 순차 형성된다.
센서공(315)은 센싱기판(310)에 형성된 패턴에 전기적으로 연결되는 센서들이 위치될 수 있도록 복 수개가 순차적으로 형성된다. 여기서, 센서공(315)은 인접된 위치에서 연장되는 패턴에 연결되는 하네스/전선/케이블등이 납땜과 같은 접착수단에 의해 접착 및/또는 고정된 센서가 내측의 전지셀(200)의 온도 또는 부스바(500)에 접촉되어 전압 또는 전류를 감지할 수 있도록 관통형성된다.
여기서, 센서는 전지셀(200)의 온도와 전압등을 감지하는 센서중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 또한 센서와 센싱기판의 패턴구조는 일반적으로 공지된 것임에 따라 구체적인 설명과 도면을 생략하였다.
또한, 센싱기판(310)은 일측에서 패턴에 연결되는 커넥터(도면번호 부여되지 않음)를 더 구비할 수 있다. 센싱기판(310)의 커넥터는 회로기판(400)의 BMS로 신호를 전달하는 케이블이 체결된다. 이와 같은 커넥터와 케이블은 일반적으로 공지된 구성임에 따라 그설명 및 도면을 생략하였다.
고정공(314)은 내부케이스(600)의 일면에 고정되는 보드고정수단(320)의 고정주(320)의 내측에 형성되는 홀과 일치될 수 있도록 관통형성된다.
보드고정수단(320)은 내부케이스(600)의 일면에서 복 수개가 각각 고정되는 고정주(320)와, 센싱기판(310)의 고정공(314)을 연통하여 고정주(320)의 중심부에 형성된 홀에 체결되는 고정수단(도시되지 않음)을 포함한다.
여기서, 고정주(320)는 내부케이스(600)의 외면에서 돌출되도록 형성되고, 내측에서 고정수단(도시되지 않음)이 체결될 수 있도록 홀이 형성된다. 따라서 고정주(320)는 센싱기판(310)을 내부케이스(600)의 일면과 이격되도록 지지할 수 있다.
즉, 센싱기판(310)은 내부케이스(600)의 외면에 고정되고, 제1 내지 제3부스바(510~530)는 센싱기판(310)이 내부케이스(600)의 외면에 고정된 상태에서 전지셀(200)과 전지셀(200), 최외각측 전지셀(200)과 회로기판(400) 사이를 통전 가능하도록 연결된다. 이와 같은 부스바(500)의 조립과정은 센싱기판(310)에서 관통형성된 삽입구(313) 및 절개홈(311)을 통하여 부스바(500)가 삽입될 수 있어 용이하게 진행될 수 있다.
내부케이스(600)는 하우징(100)의 내측에 고정되어 전지셀(200)들을 수용하고, 회로기판(400)을 지지하는 지지판(700)을 지지한다.
이와 같은 내부케이스(600) 및 지지판(700)의 구성은 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 제1실시예의 내부케이스 및 지지판을 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 내부케이스(600)는 양측 방향에서 각각 직립된 측판(620)과, 바닥판(610)을 구비한다. 즉, 내부케이스(600)는 전후 방향과 상부가 개방되어 양쪽 측판(620)과 바닥판(610)을 통하여 전지셀(200)을 수용하는 공간을 형성한다.
측판(620)은 바닥판(610)의 양측 테두리에서 각각 직립형성되되, 전지셀(200)에서 발열된 열을 방열시키는 방열구(621)와, 상단에서 지지판(700)과 체결되도록 중심부에 홀이 형성된 복 수개의 체결돌기(623)와, 양측단에서 각각 절곡 형성된 측부방지턱(622)을 포함한다.
방열구(621)는 측판(620)에서 개구 형성되어 전지셀(200)에서 발열된 열을 외측으로 방열시킨다. 보다 바람직하게로는 방열구(621)에 연통/연결될 수 있도록 하우징(100)의 외부케이스(120)에서 복 수개의 방열공(121)을 더 포함할 수 있다.
측부방지턱(622)은 측판(620)의 양측 끝단에서 각각 절곡형성되어 내측에 수용된 전지셀(200)이 이탈되지 않도록 저지하는 역할을 수행한다. 여기서, 측부방지턱(622)은 고정주(320)가 체결되도록 적어도 하나의 홀(622a)이 형성될 수 있다.
바닥판(610)은 중심부에서 관통형성된 바닥개구(611)와, 전후측에서 내측의 전지셀(200)이 이탈되지 않도록 돌출되는 하부방지턱(612)을 포함한다.
지지판(700)은 지지기판(710)과, 지지기판(710)의 중심에서 개구 형성된 지지개구(720)를 포함한다.
지지기판(710)은 내부케이스(600)의 체결돌기(623)의 홀과 일치되는 홀이 형성되도록 측방으로 돌출되는 복 수개의 고정돌기(711)와, 회로기판(400)을 연통하는 고정수단(도시되지 않음)이 체결되는 고정홀(712)을 포함한다.
고정돌기(711)는 지지기판(710)의 각 변에서 외측으로 돌출형성되어 체결돌기(623)에 밀착된다. 여기서, 고정돌기(711)는 체결돌기(623)의 홀과 일치되는 홀이 형성되어 고정수단(도시되지 않음)이 연통삽입된다.
본 발명의 제1실시예는 상술한 바와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 상기와 같은 구성을 통하여 보다 조립이 쉽고, 좁은 공간 활용도를 높일 수 있는 패키징 과정에 대하여 설명한다.
먼저, 작업자는 내부케이스(600)의 내측으로 전지셀(200)들을 순차적으로 적층시킨다. 이때, 전지셀(200)들은 전원단자(211)가 모두 동일한 방향에 위치되도록 적층된다. 즉, 내부케이스(600)에서 개방된 전면을 통하여 전지셀(200)들의 전원단자(211) 및 벤트홀(212)이 노출될 수 있도록 적층시킨다.
전지셀(200)들은 내부케이스(600)의 하부방지턱(612)과 측부방지턱(622)에 의해 지지됨에 따라 외부의 진동이나 충격에 의한 이탈이 방지된다.
그리고, 작업자는 내부케이스(600)의 상단에 지지판(700)을 고정시키고, 회로기판(400)을 지지판(700)의 상측에 고정시킨다. 이때 지지판(700)의 고정돌기는 체결돌기(623)에 적층된다.
또한 작업자는 고정돌기와 체결돌기(623)에 고정수단(도시되지 않음)을 삽입하여 지지판(700)을 내부케이스(600)의 상단에 고정시킨다.
그리고 작업자는 지지판(700)의 상단에 회로기판(400)을 적층시킨 뒤에 고정수단(도시되지 않음)을 연통시켜 고정시킨다.
센싱기판(310)은 내부케이스(600)에서 전지셀(200)들의 전원단자(211)가 위치되는 방향의 측부방지턱(622)에 고정주(320)를 연결한 뒤에 밀착되고, 이후 고정수단(도시되지 않음)이 고정공(314)을 통하여 고정주(320)에 체결됨에 따라 내부케이스(600)의 일면에 고정된다. 이때 센싱기판(310)은 고정주(320)의 길이에 따라 내부케이스(600)와 이격된 상태로 고정된다.
이와 같이 센싱기판(310)의 설치가 완료되면, 작업자는 부스바(500)들을 연결시킨다. 즉, 제1부스바(510)는 인전됩 전지셀(200)들의 전원 단자(211) 사이를 연결하도록 고정되고, 최상측에 위치된 전지셀(220)의 양(+)과 음(-)의 전원 단자중 어느 하나에 제2부스바(520)가 연결되고, 최하측에 위치된 전지셀(210)의 양(+)과 음(-)의 전원 단자중 어느 하나에 제3부스바(530)가 연결된다.
이때, 제1부스바(510)는 삽입구(313)를 통하여 삽입되고, 제2부스바(520)는 일측에 위치된 절개홈(311), 제3부스바(530)는 타측에 위치된 절개홈(311)을 통하여 각각 삽입되어 목표 전지셀(210, 220)의 전원단자에 각각 연결된다.
여기서, 본 발명의 센싱기판(310)은 센서들이 일체화됨에 따라 별도로 센서 조립작업이 필요하지 않다. 즉, 센서들은 센싱기판(310)에 일체형으로서 센서공(315)을 통하여 내부케이스(600)측을 지향하도록 고정된 상태이고, 각 센서들은 센서기판에 형성된 패턴과 커넥터(도시되지 않음)를 통하여 회로기판(400)의 BMS에 연결된다.
따라서, 작업자는 센싱기판(310)을 고정시킨 뒤에 센싱기판(310)에 설치된 커넥터와 회로기판(400)의 커넥터 사이에 케이블을 연결시킴에 따라 센서와 BMS간의 신호전달을 가능케 한다.
그러므로, 작업자는 셀조립체의 조립을 완료하고, 완료된 셀조립체(A)가 수용된 내부케이스(600)를 외부케이스(120)의 내측에 수용한 뒤에 커버(110)를 조립하면 해당 배터리팩의 조립이 완료된다.
또한, 본 발명은 제1실시예의 패키징 방식에서 부스바를 분할 형성하고, 분할된 부스바를 연결시킬 수 있도록 부스바 조립부재(800)를 포함하는 제2실시예를 포함한다. 이와 같은 제2실시예는 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한다. 여기서, 제1실시예와 동일한 구성은 동일한 명칭 및 부호를 부여하여 설명하되, 중복된 내용은 생략될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2실시예를 도시하나 사시도, 도 8은 본 발명의 제2실시예의 셀조립체를 도시한 사시도, 도 9는 제2실시예의 부스바 조립부재를 도시한 사시도, 도 10은 제2실시예의 부스바 조립부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 제2실시예는 다 수개의 전지셀(200)이 상호 연결되는 셀조립체와, 셀조립체를 수용하는 하우징(100)을 포함한다.
이중, 하우징(100)은 셀조립체(A)가 수용되는 외부케이스(120)와, 외부케이스(120)의 상부를 밀폐시키는 커버(110)를 포함한다.
커버(110)는 상면에서 음각된 홈에 수용되어 상하로 회전 가능하게 고정되는 손잡이(140)와, 자동차의 시동장치에서 연장되는 시동플러그가 체결되는 시동커넥터(130)와, 음과 양의 전원을 각각 출력하는 전원단자(도시되지 않음)와, 전원단자를 밀폐시키도록 커버(110)의 상면에서 착탈 가능한 단자커버(111)와, 단자커버(111)의 하측에서 극성(+, -)을 표시하는 표시부(112)를 더 포함할 수 있다.
외부케이스(120)는 셀조립체(A)가 수용되는 빈공간을 형성하며, 벽면에서 관통형성되어 내부의 열을 방열시키는 복 수개의 방열공(121)을 포함한다.
셀조립체(A)는 복 수개의 전지셀(200)과, 전지셀(200)들간에 전기적으로 통전되도록 연결되는 복 수개의 부스바(500)와, 부스바(500)를 고정시키는 부스바 조립부재(800)와, 각 전지셀(200)들의 전압과 온도를 감지하는 센서를 구비하여 부스바(500)를 안내하는 센싱보드(300)와, 전지셀(200)들을 수용하는 내부케이스(600)와, 전지셀(200)들의 셀밸런싱 및 이상 여부를 감지하는 BMS가 탑재되는 회로기판(400)과, 회로기판(400)을 지지하는 지지판(700)을 포함한다.
센싱보드(300)는 센싱기판(310)과, 내부케이스(600)의 일면에 센싱기판(310)을 고정시키는 보드고정수단(320)을 포함한다.
센싱기판(310)은 일측에서 절개된 적어도 하나의 절개홈(311)과, 일방향으로 연장되어 관통형성되는 삽입구(313)와, 벤트홀(212)에 일치되는 벤트공(312)과, 센서가 설치되는 센서공(315)과, 보드고정수단(320)에 연통되는 복 수개의 고정공(314)을 포함한다. 여기서, 센싱기판(310)은 센서공(315)에 설치되는 복 수개의 센서에서 감지된 신호를 전달하도록 패턴과, 패턴에 연결되는 커넥터를 더 구비할 수 있다.
부스바(500)는 전지셀(200)들의 서로 다른 극성의 단자들 사이에 연결되는 복 수개의 제1부스바(510)와, 최외각측에 위치된 전지셀(210, 220)에서 회로기판(400)으로 연결되는 제2부스바(520)와 제3부스바(530)를 포함한다.
제1부스바(510)는 인접된 전지셀(200)들에서 각각 양(+)과 음(-)의 전원을 출력하는 전원 단자(211)들 사이를 연결시킨다. 예를 들면, 제1부스바(510)는 일측의 전지셀의 양(+)의 단자와 타측 전지셀(200)의 음(-)의 단자 사이를 연결시켜 인접된 전지셀(200)들을 직렬(병렬)로 연결시킨다.
제2부스바(520)와 제3부스바(530)는 최외각측 전지셀(210)의 양(+) 또는 음(-)의 단자와, 회로기판(400) 사이를 연결시킨다. 예를 들면, 제2부스바(520)는 최외각측(최상측)에 위치된 전지셀(220)의 양(+)의 단자와 회로기판(400) 사이를 연결하고, 제3부스바(530)는 최외각측(최하측)에 위치된 전지셀(210)의 음(-)의 단자와 회로기판(400) 사이를 연결한다.
여기서, 제2부스바(520)와 제3부스바(530)중 적어도 하나는 상호 분할 형성되어 부스바 조립부재(800)에 의하여 체결될 수 있다. 이하에서는 제3부스바(530)가 분할된 예를 들어 설명하나, 이에 한정되는 것이 아니며, 제2부스바(520) 역시 분할 형성되어 부스바 조립부재(800)에 의해 조립될 수 있다.
제3부스바(530)는 도 10에 도시된 바와 같이, 제1분할바(531)와 제2분할바(532)로서 분할 형성될 수 있다.
제1분할바(531)는 'ㄱ'자형으로서 회로기판(400)에 연결되도록 수평 연장되는 제1수평부(531a)와 제1수평부(531a)에서 하향 절곡되는 제1절곡부(531b)와, 제1수평부(531a) 및 제1절곡부(531b)에서 관통형성된 복 수개의 제1결합공(531c)을 포함한다.
제1수평부(531a)는 회로기판(400)에서 연결되도록 수평 연장된다. 여기서, 제1수평부(531a)는 복 수개의 제1결합공(531c)이 형성되어 회로기판(400)에 전기적으로 통전 가능하게 연결된다. 즉, 제1수평부(531a)는 제1결합공(531c)을 통하여 연통 삽입되는 고정수단(도시되지 않음)에 의하여 회로기판(400)의 패턴에 밀착되어 고정된다.
제1절곡부(531b)는 제1수평부(531a)에서 하향 연장되며, 부스바 조립부재(800)에 의해 제2분할바(532)와 통전가능하게 연결된다. 여기서, 제1절곡부(531b)는 적어도 하나의 제1결합공(531c)을 구비한다.
제2분할바(532)는 최외각측 전지셀(200)의 양 또는 음의 단자중 어느 하나로 연결되는 제2수평부(532a)와, 제2수평부(532a)의 끝단에서 절곡되어 상향 연장되는 제2절곡부(532b)와, 적어도 하나 이상의 제2결합공(532c)을 포함한다.
여기서, 제2수평부(532a)는 수평방향으로 1회 이상 절곡 형성될 수 있다. 이와 같은 형상의 변형은 연결대상인 최외각측 전지셀(210)의 위치에 따라 변형가능한 것이다.
제2절곡부(532b)는 제2수평부(532a)의 끝단에서 상향 절곡되어 부스바 조립부재(800)에 의해 제1절곡부(531b)와 통전 가능하게 연결된다.
아울러, 제2결합공(532c)은 제2수평부(532a) 및 제2절곡부(532b)에 적어도 하나 이상이 형성된다. 예를 들면, 제2결합공(532c)은 제2수평부(532a)의 끝단에 관통형성되어 최외각전지셀(200)의 전원단자에 연결된다. 또는 제2절곡부(532b)의 끝단에 형성된 제2결합공(532c)은 부스바 조립부재(800)를 연통하여 삽입되는 고정수단(도시되지 않음)이 연통될 수 있다.
부스바 조립부재(800)는 전도성 금속판으로서 제1분할바(531)와 제2분할바(532)에 밀착되어 양측을 통전시키는 전도판(830)과, 제1분할바(531)와 제2분할바(532) 및 전도판(830)을 내측에 수용하도록 상호 체결되는 제1조립판(810)과 제2조립판(820)을 포함한다.
제1조립판(810)은 길이방향으로 연장되는 판재로서 일면에서 제1분할바(531)의 제1절곡부(531b)와 제2분할바(532)의 제2절곡부(532b)의 일면을 가압하는 제1판재(811)와, 제1판재(811)의 양측변에서 각각 돌출되는 복 수개의 가압돌기(812)와, 제1 및 제2결합공(531c, 532c)에 일치된 위치에 관통형성되는 복 수개의 제1판재공(813)을 포함한다.
제1판재(811)는 길이방향으로 연장되는 판재로서 가압돌기(812)에 의해 가해지는 압력 및/또는 고정수단에 의한 압력으로 제1절곡부(531b)와 제2절곡부(532b)의 일면에 밀착된다.
가압돌기(812)는 제1판재(811)의 양측 테두리에서 각각 돌출 및 탄성력에 의한 회전 가능하도록 형성된다. 따라서, 가압돌기(812)는 끝단이 제2조립판(820)에 밀착되면서 외측 방향으로 회전된 후 탄성력에 의해 원 위치되면서 상기 제2조립판(820)의 배면을 가압한다.
제1판재공(813)은 제1절곡부(531b) 및 제2절곡부(532b)의 제1 및 제2결합공(531c, 532c)과 일치된 위치에 형성되며, 고정수단(도시되지 않음)이 연통삽입된다.
제2조립판(820)은 제1절곡부(531b)와 제2절곡부(532b)의 반대면에 밀착되도록 일방향으로 연장되는 제2판재(821)와, 제2판재(821)에서 양측 테두리에서 각각 돌출되어 그 사이에 끼움된 제1절곡부(531b)와 제2절곡부(532b)를 지지하는 적어도 한 쌍의 끼움돌기(822)와, 제1판재공(813)과 일치된 위치에서 관통형성된 제2판재공(823)을 포함한다.
제2판재(821)는 길이방향으로 연장되어 전도판(830)의 일면에 밀착된다. 즉, 제2판재(821)는 가압돌기(812)가 배면에 체결되면서 가해지는 압력에 의해 제1판재(811) 사이에 위치되는 전도판(830) 및 제1절곡부(531b)와 제2절곡부(532b)를 가압한다.
끼움돌기(822)는 제2판재(821)의 상측과 하측에서 각각 한 쌍이 형성된다. 한 쌍의 끼움돌기(822)는 상호 이격되며, 그 사이로 제1절곡부(531b)와 제2절곡부(532b)가 각각 끼움된다.
제2판재공(823)은 제2판재(821)의 상하측에 적어도 하나가 관통형성되며, 제1판재공(813)과, 제1결합공(531c) 또는 제2결합공(532c), 전도판(830)을 연통하는 고정수단(도시되지 않음)이 체결된다.
여기서, 다른 실시예로서 제1판재공(813)에서 제2판재공(823)으로 연통되는 통로는 별도의 고정수단(도시되지 않음)을 체결하지 않은체 빈공간을 형성하여 제3부스바(530)를 통하여 전도되는 열을 방열시킬 수 있도록 방열공의 역할을 수행함도 가능하다.
이때, 전도판(830)과 제1절곡부(531b)와 제2절곡부(532b)는 별도의 고정수단(도시되지 않음)에 의해 체결되는 것이 아니라 제1판재(811)와 제2판재(821) 사이에서 가압돌기(812)의 가압력만으로 고정될 수 있다.
또는, 전도판(830)과 제1절곡부(531b) 및 제2절곡부(532b)는 고정수단(도시되지 않음)에 의해 체결될 수도 있고, 방열을 위하여 별도의 제1 및 제2판재공(823)과, 제1결합공(531c)과 제2결합공(532c)을 추가 형성함도 가능하다.
전도판(830)은 제1절곡부(531b)에 밀착되는 머리부(831)와, 제2절곡부(532b)에 밀착되는 꼬리부(832)와, 머리부(831)와 꼬리부(832) 사이에서 연장되는 연장부(833)를 포함할 수 있다.
머리부(831)는 일측에서 절개되어 고정수단(도시되지 않음)이 연통되는 제1홈(831a)이 형성되어 제2판재(821)의 일면과 제1절곡부(531b) 사이에 위치된다. 따라서 머리부(831)는 제1판재(811)와 제2판재(821)가 가압돌기(812)에 의해 가압되면서 제1절곡부(531b)에 밀착되고, 연통 삽입된 고정수단(도시되지 않음)에 의해 고정된다.
꼬리부(832)는 하측에서 상향되도록 절개된 제2홈(832a)이 형성되어 제2판재(821)의 일면과 제2절곡부(532b) 사이에 위치된다. 따라서, 꼬리부(832)는 제1조립판(810)의 가압돌기(812)가 제2판재(821)에 체결되면, 제2절곡부(532b)에 밀착된다. 여기서 제2홈(832a)은 하측에서 상향되도록 절개되어 제2결합공(532c) 및 제1판재공(813)을 통하여 삽입된 고정수단(도시되지 않음)을 연통시킨다.
연장부(833)는 머리부(831)와 꼬리부(832) 사이에서 연결되어 제1절곡부(531b)와 제2절곡부(532b)간의 전기적 통전을 가능케 한다.
본 발명은 상술한 제2실시예를 포함하며, 이하에서는 제2실시예로 인한 패키징 과정이 용이하게 이루어질 수 있는 작용 효과를 설명한다.
작업자는 상술한 제1실시예와 같은 과정을 통하여 전지셀(200)들이 내부케이스(600)에 수용된 후 센싱기판(310)을 설치하고, 제1부스바(510)와 제2부스바(520)를 센싱기판(310)의 삽입구(313) 및 절개홈(311)을 통하여 전지셀(200)들에 각각 연결시킨다.
이후, 작업자는 제1분할바(531)의 제1수평부(531a)를 회로기판(400)에 연결하고, 제2분할바(532)의 제2수평부(532a)를 최외각측(최하측) 전지셀(210)에 연결시킨다. 이때, 제1분할바(531)의 제1절곡부(531b)와 제2분할바(532)의 제2절곡부(532b)는 상호 분리된 상태이다.
따라서, 작업자는 제2판재(821)의 내면에 전도판(830)을 위치시키고, 제1분할바(531)를 제2판재(821)의 상측 끼움돌기(822) 사이로 끼움시키고, 제2분할바(532)를 제2판재(821)의 하측에 형성된 끼움돌기(822) 사이로 끼움시킨다.
그리고 작업자는 제1판재(811)와 제2판재(821)를 상호 밀착시켜 제1조립판(810)과 제2조립판(820)을 체결시킨다. 이때, 가압돌기(812)는 처음 힘이 가해지면 외측으로 회전되다가 탄성력에 의해 원위치로 복귀되면서 제2판재(821)의 배면을 가압한다.
또는 작업자가 제1판재공(813) 또는 제2판재공(823)을 통하여 고정수단(도시되지 않음)을 삽입한 상태에서 제1판재(811)와 제2판재(821)를 가압하여 밀착시킴도 가능하다.
아울러, 작업자는 위와 같은 과정을 통하여 제1조립판(810)과 제2조립판(820)이 상호 체결되면, 제1 및 제2판재공(823)을 연통하도록 고정수단(도시되지 않음)을 삽입하여 고정시킨다.
상술한 제2실시예는 배터리팩에 사용되는 부스바(500)들중 가장 길이가 긴 제3부스바(530)를 분할하고, 순차적으로 조립한 뒤에 상호 연결시키기 때문에 한정된 공간에서의 작업성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 제2실시예는 부스바(500)들을 분할 형성함에 따라 최외각측 전지(210)와 회로기판(400)간의 거리가 부스바의 길이와 상이할지라도 제1분할바(531)와 제2분할바(532)간의 거리를 전도판(830)으로서 보상할 수 있다. 즉, 제2실시예는 작업성과 조립성을 모두 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 하며, 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 하우징 110 : 커버
111 : 단자커버 112 : 표시부
120 : 외부케이스 121 : 방열공
130 : 시동커넥터 200 : 전지셀
300 : 센싱보드 310 : 센싱기판
311 : 절개홈 312 : 벤트공
313 : 삽입구 314 : 고정공
315 : 센서공 320 : 보드고정수단, 고정주
400 : 회로기판 500 : 부스바
510 : 제1부스바 520 : 제2부스바
530 : 제3부스바 531 : 제1분할바
531a : 제1수평부 531b : 제1절곡부
531c : 제1결합공 532 : 제2분할바
532a : 제2수평부 532b : 제2절곡부
532c : 제2결합공 600 : 내부케이스
610 : 바닥판 611 : 바닥개구
612 : 하부방지턱 620 : 측판
621 : 방열구 622 : 측부방지턱
623 : 체결돌기 700 : 지지판
710 : 지지기판 720 : 지지개구
800 : 부스바 조립부재 810 : 제1조립판
811 : 제1판재 812 : 가압돌기
813 : 제1판재공 820 : 제2조립판
821 : 제2판재 822 : 끼움돌기
823 : 제2판재공 830 : 전도판
831 : 머리부 831a : 제1홈
832 : 꼬리부 832a : 제2홈
833 : 연장부

Claims (9)

  1. 시동장치에서 연장되는 시동플러그가 체결되는 커넥터를 구비한 커버(110)에 의해 상부가 밀폐되는 외부 케이스(120)를 구비하는 하우징(100);
    상기 외부 케이스(120) 내측에서 복 수개의 전지셀(200)을 수용하는 내부케이스(600);
    상기 전지셀(200)들의 셀밸런싱 및 이상 전압을 감지하는 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)이 실장되는 회로기판(400);
    상기 전지셀(200)과 전지셀(200), 최외각측 전지셀들과 회로기판(400) 사이를 전기적으로 통전가능하게 연결하는 복 수개의 부스바(500);
    상기 전지셀(200)들을 감지하는 복 수개의 센서가 일체화되고, 상기 내부케이스(600)의 일면에서 이격된 상태로 고정되어 상기 부스바(500)를 안내하는 센싱보드(300); 및
    상기 부스바(500)들 중에서 상기 회로기판(400)에 연결되는 제1분할바(531)와 최외각측 전지셀(200)에 연결되는 제2분할바(532)가 상호 통전되도록 연결시키는 부스바 조립부재(800);를 포함하고,
    상기 부스바 조립부재(800)는
    전도성 금속판으로서 상기 제1분할바(531)와 제2분할바(532)의 길이를 보상하고, 상호 통전가능하게 연결시키도록 제1분할바(531)에 밀착되는 머리부(831)와, 제2분할바(532)에 밀착되는 꼬리부(832)와, 머리부(831)와 꼬리부(832) 사이에서 연장되는 연장부(833)을 구비하는 전도판(830); 및
    상기 제1분할바(531)와 제2분할바(532) 및 전도판(830)을 사이에 두고 가압되어 상호 체결되는 제1조립판(810)과 제2조립판(820);을
    포함하는 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센싱보드는
    인접된 전지셀들간에 연결되는 제1부스바가 삽입되도록 관통된 복 수개의 삽입구;
    최외각에 위치된 전지셀들에 연결되는 제2부스바 또는 제3부스바중 어느 하나가 외측으로부터 인입될 수 있도록 측방향에서 절개된 적어도 하나의 절개홈; 및
    상기 센서가 고정되는 복 수개의 센서공; 을 포함하는 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내부케이스는
    바닥판의 양측에서 각각 직립된 측판에 의해 전지셀들이 수용되는 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩.
  4. 제3항에 있어서, 상기 측판은
    양측 끝단에서 내측으로 절곡되어 내측에 수용된 전지셀들의 이탈을 방지하는 측부방지턱을 포함하는 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩.
  5. 제3항에 있어서, 상기 바닥판은
    상향 돌출되어 내측에 수용된 전지셀들의 이탈을 방지하는 하부방지턱을 포함하는 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1조립판(810)은 길이방향으로 연장되는 판재로서 일면에서 상기 제1분할바(531)와 제2분할바(532)의 일면을 가압하는 제1판재(811); 및
    상기 제1판재(811)의 양측변에서 각각 돌출되어 제2조립판(820)의 배면을 가압하는 복 수개의 가압돌기(812); 를 포함하는 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2조립판(820)은
    상기 제1분할바(531)와 제2분할바(532)의 반대면을 가압하는 제2판재(821); 및
    상기 제2판재(821)의 양측 테두리에서 상호 이격되어 돌출형성되어 그 사이에 상기 제1분할바(531) 및 제2분할바(532)를 끼움시키는 적어도 한 쌍의 끼움돌기(822);를 포함하는 센싱보드 및 부스바의 연결구조에 의해 패키징 효율이 향상되는 자동차용 배터리팩.
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