WO2022065647A1 - Ffc 버스바 - Google Patents

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WO2022065647A1
WO2022065647A1 PCT/KR2021/008890 KR2021008890W WO2022065647A1 WO 2022065647 A1 WO2022065647 A1 WO 2022065647A1 KR 2021008890 W KR2021008890 W KR 2021008890W WO 2022065647 A1 WO2022065647 A1 WO 2022065647A1
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bus bar
ffc
high current
flat flexible
welding
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PCT/KR2021/008890
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윤선우
황성택
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to an FFC bus bar, and more particularly, to an FFC bus bar having improved bonding reliability between flat conductor wires of a flat flexible cable and a terminal of the bus bar.
  • lithium secondary batteries do not have much 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.
  • bus bars are frequently used to connect battery modules or other electronic components.
  • the bus bar is made of a copper or aluminum material in the shape of a rod, has low impedance and high current capacity, must be able to conduct high current, and is usefully used inside a battery pack having a narrow installation space.
  • the bus bar may be divided into a rigid busbar having a large allowable current capacity but having a fixed installation path and a flexible busbar capable of bending or twisting.
  • the flexible bus bar is more flexible than the rigid bus bar because it is possible to configure various installation paths due to its flexibility.
  • an FFC bus bar including flat flexible cables (1) stacked in layers and a high current terminal (2) connected to the ends of the flat flexible cables was developed.
  • a plurality of stacked conductor wires 3 are stacked with a bracket 4 to connect the stacked plurality of conductor wires 3 to the high current terminal 2 .
  • It has a structure in which the brackets 4 are fixed to the high current terminals 2 with rivets 5.
  • the conventional FFC bus bar has been criticized for having a weak fixing force to the conductor lines, such as each conductor line being easily separated from a high current terminal.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide an FFC bus bar having a strong connection structure between conductor lines and a high current terminal.
  • An FFC busbar may be provided.
  • the high current terminal may include a plurality of welding sheets in the form of a thin plate, and the terminal connection portion of each flat flexible cable and each of the welding sheets may be alternately arranged in layers one by one.
  • the high current terminal may include: a middle part to which the welding sheets are connected in multiple stages; and one fastening part having a bolt fastening hole and extending in a direction opposite to the welding sheets with the middle part interposed therebetween.
  • the welding sheets, the middle part, and the fastening part may be integrally formed of a metal material.
  • the middle part may have a rectangular plate shape, and a plate surface may have a size corresponding to a cross-sectional area of the cable laminate.
  • Each of the welding sheets may be formed of a copper plate plated with silver (Ag).
  • Each of the welding sheets includes a flat base portion; and protrusions protruding from the surface of the base part and provided at regular intervals in a width direction, wherein one conductor wire forming the terminal connection part may be interposed in each concave space formed between the protrusions.
  • a silver plating layer may be provided in the recessed space.
  • It may further include a heat shrinkable tube integrally surrounding the plurality of flat flexible cables.
  • It may further include a compression band surrounding the periphery of the terminal connection portion of each of the flat flexible cables and the welding sheet is integrated with each other.
  • a battery pack including one or more FFC busbars described above may be provided.
  • an FFC bus bar having a strong connection structure between conductor lines and a high current terminal may be provided.
  • the FFC bus bar according to the present invention includes a structure integrated by welding in a state in which the terminal connection part of each flat flexible cable and each welding sheet of the high current terminal are in one-to-one contact, so that the The mechanical rigidity of the connection part is also high.
  • the high current terminal portion of the FFC bus bar can be further simplified and miniaturized.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing one end of an FFC busbar according to the prior art.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of an FFC busbar according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing one end of a flat flexible cable according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing one end of a cable laminate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a high current terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a state in which the cable stack and the high current terminal are connected according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a high current terminal according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which a cable stack and a high current terminal are connected according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 9 .
  • a flat flexible cable (FFC) bus bar to be described below may be used, for example, to connect two battery modules in series to each other or to electrically connect a terminal of a battery module and a relay or devices in a battery pack.
  • FFC flat flexible cable
  • the FFC busbar according to the present invention does not have to be used only for the battery pack. That is, the FFC bus bar may be used as an electrical connection component for various devices or equipment through which a high voltage or a high current flows.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of an FFC bus bar according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view showing one end of a flat flexible cable according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an embodiment of the present invention It is a view showing one end of a cable stack according to an example
  • FIG. 5 is a view showing a high current terminal according to an embodiment of the present invention.
  • the FFC bus bar includes a cable stack 10 , a high current terminal 20 , and a heat shrinkable tube 30 surrounding the cable stack.
  • the cable stack 10 is a stack of a plurality of flat flexible cables 11 .
  • Each flat flexible cable 11 includes a plurality of conductor wires 12 extending in parallel with each other and an insulating film 13 as shown in FIG. 3 .
  • each of the flat flexible cables 11 is provided with a terminal connecting portion 15 at least at one end of which the plurality of conductor wires 12 are not covered with the insulating film 13 .
  • the terminal connection part 15 is a part connected to the high current terminal 20 by welding. A detailed description thereof will be provided later.
  • the plurality of conductor wires 12 may be manufactured by processing a thin copper plate to have a predetermined width and thickness, and they may be arranged side by side at a predetermined interval and covered with an insulating film 13 .
  • the insulating film 13 includes a base film 13a and a coverlay film 13b, and may be made of a polyimide material having excellent insulation and heat resistance.
  • the plurality of conductor wires 12 may be adhered to and disposed at regular intervals on the base film 13a, and the coverlay film 13b may be adhered thereon.
  • an FFC bus bar that is lightweight, flexible and capable of conducting high current can be provided.
  • the allowable current capacity of one conductor wire 12 of the flat flexible cable 11 may vary depending on the material and cross-sectional area (SQ), but the conductor wire 12 corresponds to a current of approximately 3A per piece. possible. Therefore, in a simple calculation, for example, one flat flexible cable 11 including 10 conductor wires 12 can respond to a current of about 30A, and a cable laminate constructed by stacking 10 flat flexible cables 11 ( 10) can respond to a current of about 300A.
  • the cable laminate 10 of this embodiment is a laminate of four flat flexible cables 11 having four conductor wires 12 .
  • This is an example, and if it is desired to increase the allowable current capacity compared to the present embodiment, the number of conductor wires 12 of each flat flexible cable 11 may be increased, or the number of layers of the flat flexible cable 11 may be increased.
  • the flat flexible cables 11 may be wrapped with a heat shrinkable tube 30 so as not to be separated from each other.
  • the heat-shrinkable tube 30 is formed of a polyolefin or polypropylene material, so that when heat is applied, the heat-shrinkable tube 30 can be tightly wrapped around the plurality of flat flexible cables 11 so as not to flow.
  • Such a cable stack 10 may be bent or twisted, and three-dimensional wiring is possible like a conventional flexible bus bar.
  • a plurality of flat flexible cables 11 may be taped using an insulating tape (not shown) to be bundled together.
  • the high current terminal 20 is connected to an external terminal, and may be said to be a medium for flowing a large current coming from the external terminal to each of the conductor lines of the cable stack 10 .
  • the high current terminal 20 should be electrically and mechanically connected to one end of the cable stack 10 and also be easily connected to a terminal of a battery module or a terminal of an electrical component such as a relay device.
  • the high current terminal 20 can be welded to the terminal connection part 15 of the cable stack 10, as shown in FIGS. 5 to 6, a plurality of welding sheets 21, the middle It may include a part 23 and a fastening part 25 .
  • the welding sheets 21 are in the form of a thin sheet that can be in one-to-one contact with the terminal connection part 15 of each of the flat flexible cables 11, and may be provided in multiple stages.
  • the welding sheets 21 may be configured to have spaced apart spaces therebetween to allow the terminal connection 15 of each flexible flat cable to be interposed therebetween.
  • the terminal connecting portion 15 of each of the flat flexible cables 11 between the welding sheets 21 By interposing the terminal connecting portion 15 of each of the flat flexible cables 11 between the welding sheets 21, the terminal connecting portion 15 of each of the flat flexible cables 11 and each of the welding sheets 21 are interposed. may be alternately arranged in layers one by one.
  • the cable laminate 10 of this embodiment includes four flat flexible cables 11, and the terminal connection part 15 of each flat flexible cable 11 includes four conductor wires 12 and a high current terminal (
  • the welding sheets 21 of 20) are composed of four sheets.
  • each terminal connection part 15 of the four flat flexible cables 11 is interposed in each of the spaced spaces between the four welding sheets 21, so that the cable laminate ( A connection portion C between 10 ) and the high current terminal 20 may be formed.
  • Each terminal connection part 15 of the four flat flexible cables 11 and each of the four welding sheets 21 are one by one in the order of the 3rd layer terminal connection part 15 > 4th layer welding sheet 21 > 4th layer terminal connection part 15 are alternately arranged in layers.
  • the terminal connection parts 15 and the welding sheet 21 may be firmly connected to each other by being joined by welding. Therefore, the cable stack 10 and the high current terminal 20 are not easily separated even by strong vibration or impact.
  • ultrasonic welding As a welding method of the terminal connection parts 15 and the welding sheets 21, ultrasonic welding, resistance welding, blazing welding, etc. may be applied. In the case of this embodiment, blaze welding is applied.
  • each of the welding sheets 21 may be formed of a silver (Ag) plated copper plate.
  • each of the welding sheets 21 of this embodiment includes a silver plating layer (not shown).
  • the terminal connecting portions 15 and the welding sheets 21 can be joined to each other through blazing welding in a state in which they are alternately arranged one by one, in which case the silver plating layer of each welding sheet 21 is used as a filler material. can work Therefore, additional filler metal is not required during the blazing welding. In addition, since the silver plating layer is melted and the silver component is uniformly and widely spread between the terminal connection parts 15 and the welding sheets 21 , welding quality and electrical conductivity may be improved.
  • the middle part 23 is a part in which the welding sheets 21 are connected in multiple stages, and may be provided in the shape of a block or a square plate having a predetermined thickness. Since the welding sheets 21 are connected to the middle part 23 in multiple stages at one end at a predetermined interval, the interval may be maintained constant.
  • the middle part 23 may have a wide plate surface having a size corresponding to a cross-sectional area of the cable stack body 10 .
  • the middle part 23 is formed so that the area (width ⁇ length) of the plate surface does not deviate from the cross-sectional area (thickness ⁇ width) of the cable laminate 10 . It can advantageously act on the miniaturization and weight reduction of the high current terminal 20 .
  • the fastening part 25 may have a bolt fastening hole 25a and may be provided in a plate shape extending in a direction opposite to the welding sheets 21 with the middle part 23 interposed therebetween. For example, it may have a rectangular plate shape having a predetermined thickness and may extend horizontally from an intermediate height of the middle part 23 .
  • the fastening part 25 may be connected to a terminal of a battery module or a terminal of an electrical component such as a relay device.
  • the fastening part 25 and the terminal of a counterpart may be buttted, and a bolt may be inserted into the bolt fastening hole 25a and tightened with a nut.
  • the welding sheets 21 , the middle part 23 , and the fastening part 25 may be integrally formed of, for example, a metal material such as copper (Cu). That is, the welding sheets 21 , the middle part 23 , and the fastening part 25 are conceptually distinct elements, and each of them may be integrally formed.
  • a metal material such as copper (Cu).
  • the FFC bus bar of the present embodiment may further include a compression band 40 surrounding a portion in which the terminal connection part 15 of each of the flat flexible cables 11 and each of the welding sheets 21 are integrated.
  • the terminal connection parts 15 and the welding sheets 21 may be further fixed and insulated with the compression band 40 after blazing welding. That is, as shown in FIG. 2 , the connection part C between the cable stack 10 and the high current terminal 20 is wrapped and pressed with the compression band 40 so that the fixation can be strengthened, and the connection part C is externally It can be insulated so that it is not exposed to
  • the FFC bus bar according to an embodiment of the present invention is welded in a state in which the terminal connection part 15 of each flat flexible cable 11 and each welding sheet 21 of the high current terminal 20 are in one-to-one contact.
  • the mechanical rigidity of the connection portion between each flat flexible cable 11 and the high current terminal 20 is also high.
  • the high current terminal 20 of the FFC bus bar is simplified and miniaturized by not using components such as rivets and brackets.
  • FIG. 8 is a view showing a high current terminal 20 according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a state in which the cable stack 10 and the high current terminal 20 are connected according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 9 .
  • FIGS. 8 to 10 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 10 .
  • This embodiment is different from the above-described embodiment in the configuration for blazing welding and the welding sheet 21 portion of the large current terminal 20A, compared with the above-described embodiment.
  • Each welding sheet 21 of the high current terminal 20A protrudes from the surface of the flat base portion 21a and the base portion 21a and extends in the width direction. It includes protrusions 21b provided at regular intervals.
  • the protrusions 21b may be formed to extend long in the direction toward the terminal connection part 15, and due to these protrusions 21b, a space formed concavely between the protrusions 21b is formed in the base part 21a due to the protrusions 21b. (O) may be provided.
  • each welding sheet 21 has five protrusions 21b provided on the base part 21a in the width direction (X-axis direction), and the protrusions 21b ), there are four concave spaces (O) between them.
  • each terminal connection part 15 may be interposed one by one in the four concave spaces O. As shown in FIG. At least three sides of each conductor line 12 may be surrounded by the protrusion part 21b and the base part 21a.
  • the terminal connection part 15 and each welding sheet 21 of each flat flexible cable 11 are alternately arranged in layers one by one, and the conductor wires 12 of the terminal connection part 15 are arranged in each welding sheet ( 21) can be stably interposed without flow.
  • a silver plating layer M may be provided in the concave spaces O of the welding sheet 21 .
  • the protrusion 21b forming the concave space O and the silver plating layer M are provided on the surface of the base portion 21a, and the silver plating layer M is melted during blazing welding and the conductor The lines 12 may be bonded to the welding sheet 21 .
  • each conductor wire 12 when the silver plating layer M is melted by heat, at least three surfaces of each conductor wire 12 can be joined to the welding sheet 21 . Therefore, in this embodiment, the contact area and bonding area between the welding sheet 21 and each conductor line 12 are secured wider than in the above-described embodiment, so that the welding sheet 21 and each conductor line 12 can be more strongly connected. there is.
  • the battery pack according to the present invention may be configured to include one or more of the above-described FFC bus bars.
  • the FFC bus bar may be applied to connect two battery modules in series with each other or to electrically connect a terminal of a battery module and a relay or devices in a battery pack.
  • the battery pack includes one or more battery modules including a cell stack, which is an aggregate of a plurality of battery cells, in addition to the FFC bus bar, and controlling the charging/discharging and current flow of the battery modules based on the voltage and temperature of the battery module
  • a control device for the BMS a fuse, a relay, etc. may be further included.
  • 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 FFC 버스바는, 복수 개의 평면연성케이블들을 적층하여 형성한 케이블 적층체; 및 상기 케이블 적층체의 적어도 일단부에 연결되는 대전류 터미널을 포함하고, 각 상기 평면연성케이블은, 적어도 일단부에 도체선 가닥들로 이루어진 터미널 접속부를 구비하고, 상기 터미널 접속부가 상기 대전류 터미널에 용접된 것을 특징한다.

Description

FFC 버스바
본 발명은 FFC 버스바에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 평면연성케이블의 플랫한 도체선들과 버스바의 터미널 간의 접합 신뢰성을 향상시킨 FFC 버스바에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 09월 28일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2020-0126047호에 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 이차전지가 널리 이용되고 있다.
현재, 이차전지 1개(셀)로는 전기 자동차를 구동할 수 있을 만큼의 충분한 출력을 얻을 수 없다. 전기차의 에너지원으로 이차전지를 적용하기 위해서는 복수 개의 이차전지 셀들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 모듈을 구성해야 하며, 통상 직렬 형태로 상기 배터리 모듈들을 연결하고 이를 기능적으로 유지해주는 BMS(Battery Management System)와 냉각 시스템, BDU(Battery Disconnection Unit) 등을 포함한 배터리 팩을 구성한다.
상기 배터리 팩을 구성할 때, 버스바를 많이 사용하여 배터리 모듈들이나 기타 전장부품들을 연결한다. 상기 버스바는 구리나 알루미늄 소재로 막대 형상으로 제작되어 낮은 임피던스와 높은 전류 용량을 가져 고전류 통전이 가능해야 하고 설치 공간이 협소한 배터리 팩의 내부에 유용하게 사용된다.
상기 버스바는 허용 전류 용량이 크지만 설치 경로가 고정적인 강성 버스바(Rigid busbar)와 벤딩이나 트위스트가 가능한 플랙서블 버스바로 구분될 수 있다. 상기 플랙서블 버스바는 유연성이 있어서 설치 경로를 다양하게 구성할 수 있어 강성 버스바보다 각광받고 있다.
최근 전기 자동차의 추세가 HEV(Hybrid Electric Vehicle) -> PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) -> EV(Electric Vehicle) 유형으로 많이 옮겨 가면서 전류 용량이 증대하고 이에 따라 단면적(SQ) 내지 두께가 큰 버스바가 요구되고 있다. 그런데 플랙서블 버스바의 경우 단면적 내지 두께를 증가시켰을 때 특유의 장점인 밴딩 공정이 불가능해지는 문제가 생긴다.
이를 보완하기 위하여 층상으로 적층한 평면연성케이블(1)들과 상기 평면연성케이블들의 단부에 연결한 대전류 단자(2)를 포함하는 FFC 버스바가 개발되었다. 기존의 FFC 버스바는, 도 1에 도시된 바와 같이, 적층된 다수의 도체선(3)들을 상기 대전류 단자(2)에 연결하기 위해 브라켓(4)으로 상기 적층된 다수의 도체선(3)들을 덮고, 상기 브라켓(4)을 리벳(5)으로 대전류 단자(2)에 고정하는 구조로 이루어져 있다. 그러나 기존의 FFC 버스바는 각 도체선들이 대전류 단자에서 쉽게 분리되는 등 상기 도체선들에 대한 고정력이 약하다는 지적을 많이 받고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 도체선들과 대전류 단자의 연결 구조가 견고한 FFC 버스바를 제공하는 것이다.
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 실시예에 따르면, 복수 개의 평면연성케이블들을 적층하여 형성한 케이블 적층체; 및 상기 케이블 적층체의 적어도 일단부에 연결되는 대전류 터미널을 포함하고, 각 상기 평면연성케이블은, 적어도 일단부에 도체선 가닥들로 이루어진 터미널 접속부를 구비하고, 상기 터미널 접속부는 상기 대전류 터미널에 용접된 FFC 버스바가 제공될 수 있다.
상기 대전류 터미널은 박판 형태의 복수 개의 웰딩 시트들을 구비하고, 각 상기 평면연성케이블의 상기 터미널 접속부와 각 상기 웰딩 시트가 하나씩 교대로 층상 배치될 수 있다.
상기 대전류 터미널은, 상기 웰딩 시트들이 다단으로 연결되는 미들 파트; 및 볼트 체결용 홀을 구비하고, 상기 미들 파트를 사이에 두고 상기 웰딩 시트들과 반대 방향으로 연장 형성된 하나의 체결 파트를 포함할 수 있다.
상기 웰딩 시트들, 상기 미들 파트, 상기 체결 파트는 금속 소재로 일체로 형성될 수 있다.
상기 미들 파트는 사각 판 형상이고, 판면이 상기 케이블 적층체의 단면적과 대응하는 크기를 가질 수 있다.
각 상기 웰딩 시트는 은(Ag)으로 도금한 동판으로 이루어질 수 있다.
각 상기 웰딩 시트는 평평하게 마련된 베이스부; 및 상기 베이스부의 표면에서 돌출되고 폭 방향으로 일정 간격마다 구비되는 돌출부들을 포함하고, 상기 터미널 접속부를 형성하는 도체선들이 상기 돌출부들 사이사이에 오목하게 형성된 공간마다에 하나씩 개재될 수 있다.
상기 오목하게 형성된 공간에는 은 도금층이 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 평면연성케이블들을 일체로 감싸는 열 수축 튜브를 더 포함할 수 있다.
각 상기 평면연성케이블의 상기 터미널 접속부와 각 상기 웰딩 시트가 일체화된 부분의 둘레를 감싸는 압박밴드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 FFC 버스바를 하나 이상 포함된 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 도체선들과 대전류 터미널의 연결 구조가 견고한 FFC 버스바가 제공될 수 있다.
부연하면, 본 발명에 따른 FFC 버스바는 각 평면연성케이블의 터미널 접속부와 대전류 터미널의 각 웰딩 시트가 일대일로 접촉한 상태에서 용접에 의해 일체화된 구조를 포함하고 있어 각 평면연성케이블과 대전류 터미널의 연결 부위의 기계적 강성도 높다. 또한, 리벳과 브라켓 같은 부품을 사용하지 않음으로서 FFC 버스바의 대전류 터미널 부분을 보다 단순화 및 소형화시킬 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 FFC 버스바의 일단부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FFC 버스바의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면연성케이블의 일단부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 적층체의 일단부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 대전류 터미널을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 적층체와 대전류 터미널을 연결한 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대전류 터미널을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 케이블 적층체와 대전류 터미널을 연결한 상태를 도시한 도면이다.
도 10는 도 9의 B-B'에 따른 단면도이다.
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.
이하에서 설명하는 FFC(Flat Flexible Cable) 버스바는 예컨대, 2개의 배터리 모듈을 서로 직렬 연결하거나 배터리 모듈의 터미널과 릴레이 또는 배터리 팩 내에 장치들 간을 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있다.
물론, 본 발명에 따른 FFC 버스바가 배터리 팩에만 사용되어야 하는 것은 아니다. 즉, 상기 FFC 버스바는 고전압 내지 고전류가 흐르는 다양한 장치 내지 장비에 전기적 연결 부품으로 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FFC 버스바의 개략적인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면연성케이블의 일단부를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 적층체의 일단부를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 대전류 터미널을 도시한 도면이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 FFC 버스바는 케이블 적층체(10), 대전류 터미널(20), 상기 케이블 적층체를 감싸는 열 수축 튜브(30)를 포함한다.
상기 케이블 적층체(10)는 복수 개의 평면연성케이블(11)들이 적층된 것이다. 각 평면연성케이블(11)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 나란하게 연장되는 복수 개의 도체선(12)들과, 절연 필름(13)을 포함한다.
또한, 각 상기 평면연성케이블(11)은 적어도 일단부에 복수 개의 도체선(12)들을 상기 절연 필름(13)으로 피복하지 않은 터미널 접속부(15)를 구비한다. 상기 터미널 접속부(15)는 상기 대전류 터미널(20)에 용접되어 연결되는 부분이다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 복수 개의 도체선(12)들은 동박판을 일정 너비와 두께로 가공하는 방식으로 제작될 수 있고 이들은 일정 간격 떨어져서 나란히 배치되며 절연 필름(13)으로 피복될 수 있다.
상기 절연 필름(13)은 베이스 필름(13a)과 커버레이 필름(13b)을 포함하고, 절연성과 내열성이 우수한 폴리이미드(Polyimide) 소재로 제작될 수 있다. 상기 베이스 필름(13a)에 상기 복수 개의 도체선(12)들을 일정 간격으로 접착하여 배치하고, 그 위에 상기 커버레이 필름(13b)을 접착할 수 있다.
상기 평면연성케이블(11)을 복수 개 적층하여 케이블 적층체(10)를 구성하고 이에 대전류 터미널을 연결하면 가볍고 유연하면서 대전류 통전이 가능한 FFC 버스바가 마련될 수 있다.
부연하면, 평면연성케이블(11)의 도체선(12) 하나의 허용전류 용량은 그 소재와 단면적(SQ)에 따라 달라질 수 있겠으나, 도체선(12)은 1 개당 대략 3A 정도의 전류에 대응 가능하다. 따라서 단순 계산하면, 예컨대 10가닥의 도체선(12)들을 포함한 하나의 평면연성케이블(11)은 30A 정도의 전류에 대응 가능하고, 10개의 평면연성케이블(11)들 적층하여 구성한 케이블 적층체(10)는 300A 정도의 전류에 대응이 가능하다.
본 실시예의 케이블 적층체(10)는 4가닥의 도체선(12)을 구비한 평면연성케이블(11)을 4개 적층한 것이다. 이는 일 예이며, 본 실시예보다 허용 전류 용량을 증대하고자 한다면 각 평면연성케이블(11)의 도체선(12)들의 개수를 증가시키거나, 상기 평면연성케이블(11)들의 층수를 증가시키면 된다.
상기 평면연성케이블(11)들은 서로 분리되지 않게 열 수축 튜브(30)로 감싸여 질 수 있다. 상기 열 수축 튜브(30)는 폴리올레핀이나 폴리프로필렌 재질로 형성되어 있어 열을 가하면 수축하면서 복수 개의 평면연성케이블(11)들을 빈틈없이 둘러싸서 유동하지 않게 묶을 수 있다. 이러한 케이블 적층체(10)는 벤딩 또는 트위스트될 수 있으며, 기존의 플랙서블 버스바처럼 3차원 배선이 가능하다. 열 수축 튜브(30)의 대안으로는, 절연 테이프(미도시)를 사용하여 복수 개의 평면연성케이블(11)을 테이핑하여 일체로 묶을 수 있다.
대전류 터미널(20)은 외부 단자와 연결되고, 상기 외부 단자로부터 들어오는 대전류를 상기 케이블 적층체(10)의 각 도체선들에 흘려보내기 위한 매개 수단이라 할 수 있다.
상기 대전류 터미널(20)은 케이블 적층체(10)의 일단부와 전기적,기계적으로 연결될 수 있어야 하고 또한, 배터리 모듈의 단자 또는 릴레이 장치 등과 같은 전장부품의 단자와도 쉽게 연결될 수 있어야 한다.
본 실시예에 따른 대전류 터미널(20)은 케이블 적층체(10)의 터미널 접속부(15)와 용접할 수 있게, 도 5 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 복수 개의 웰딩 시트(21)들, 미들 파트(23) 및 체결 파트(25)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 웰딩 시트(21)들은 각 상기 평면연성케이블(11)의 터미널 접속부(15)와 일대일로 접촉할 수 있는 박판의 시트 형태이고 다단으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 웰딩 시트(21)들은 그 사이마다 이격 공간들을 구비하여 각 연성평면케이블의 터미널 접속부(15)를 개재할 수 있게 구성될 수 있다. 이러한 상기 웰딩 시트(21)들 사이에 각 상기 평면연성케이블(11)의 터미널 접속부(15)를 개재함으로써 각 상기 평면연성케이블(11)의 상기 터미널 접속부(15)와 각 상기 웰딩 시트(21)가 하나씩 교대로 층상 배치될 수 있다.
본 실시예의 케이블 적층체(10)는 4개의 평면연성케이블(11)을 구비하고, 각 상기 평면연성케이블(11)의 터미널 접속부(15)는 4개의 도체선(12)을 구비하고 대전류 터미널(20)의 웰딩 시트(21)들은 4장으로 구성되어 있다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 4장의 웰딩 시트(21)들 사이의 이격 공간들 마다에 상기 4개의 평면연성케이블(11)의 각 터미널 접속부(15)가 개재되어, 케이블 적층체(10)와 대전류 터미널(20) 간의 연결부(C)가 형성될 수 있다. 이 경우, 도 7과 같이, 최하단부터 1층 웰딩 시트(21) > 1층 터미널 접속부(15) > 2층 웰딩 시트(21) > 2층 터미널 접속부(15) > 3층 웰딩 시트(21) > 3층 터미널 접속부(15) > 4층 웰딩 시트(21) > 4층 터미널 접속부(15) 순으로 4개의 평면연성케이블(11)들의 각 터미널 접속부(15)와 4장의 웰딩 시트(21)들이 하나씩 교대로 층상 배치된다. 그리고 상기 터미널 접속부(15)들과 상기 웰딩 시트(21)들은 용접에 의해 접합됨으로써 서로 견고하게 연결될 수 있다. 따라서 케이블 적층체(10)와 대전류 터미널(20)은 강한 진동이나 충격에도 쉽게 분리되지 않지 않는다.
상기 터미널 접속부(15)들과 상기 웰딩 시트(21)들의 용접 방법으로는 초음파 용접, 저항 용접, 블레이징 용접 등이 적용될 수 있다. 본 실시예의 경우 블레이징 용접이 적용된다.
일반적으로 블레이징 용접은 모재보다 용융점이 낮은 용가재를 용융시켜 2개의 모재를 접합하는 용접 방식인데, 상기 용가재를 녹여 모재들 사이에 고르게 스며들게 하기가 쉽지 않다. 이러한 점을 개선하기 위해, 각 상기 웰딩 시트(21)는 은(Ag) 도금한 동판으로 이루질 수 있다. 다시 말하면, 본 실시예의 웰딩 시트(21)들은 각각 은 도금층(미도시)을 구비한다.
상기 구성에 의하면, 터미널 접속부(15)들과 웰딩 시트(21)들이 하나씩 교대로 층상 배치된 상태에서 블레이징 용접을 통해 서로 접합될 수 있는데, 이때 각 웰딩 시트(21)의 은 도금층이 용가재로 작용할 수 있다. 따라서 상기 블레이징 용접시 추가적인 용가재가 불필요하다. 또한, 상기 은 도금층이 녹아 은 성분이 상기 터미널 접속부(15)들과 상기 웰딩 시트(21)들 사이에 균일하고 넓게 퍼짐으로써 용접 품질 및 전기 전도도가 향상될 수 있다.
미들 파트(23)는 상기 웰딩 시트(21)들이 다단으로 연결되는 부분으로서 소정의 두께를 갖는 블럭 내지 사각 판 형상으로 제공될 수 있다. 웰딩 시트(21)들은 일단부들이 일정 간격을 두고 상기 미들 파트(23)에 다단으로 연결되어 있음으로써 간격이 일정하게 유지될 수 있다.
상기 미들 파트(23)는 넓은 판면이 상기 케이블 적층체(10)의 단면적과 대응하는 크기로 마련될 수 있다. 이를테면, 도 2 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 미들 파트(23)는 그 판면의 면적(가로×세로)이 케이블 적층체(10)의 단면적(두께×폭)을 벋어나지 않는 크기로 형성됨으로써 대전류 터미널(20)의 소형화 및 경량화에 유리하게 작용할 수 있다.
체결 파트(25)는 볼트 체결용 홀(25a)을 구비하고, 상기 미들 파트(23)를 사이에 두고 상기 웰딩 시트(21)들과 반대 방향으로 연장 형성되는 판 형상으로 제공될 수 있다. 예컨대, 소정의 두께를 갖는 사각 판 형상이고 상기 미들 파트(23)의 중간 높이에서 수평하게 연장될 수 있다. 이러한 체결 파트(25)는 배터리 모듈의 단자 또는 릴레이 장치 등과 같은 전장부품의 단자에 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 체결 파트(25)와 상대물의 단자를 맞대고 볼트를 상기 볼트 체결용 홀(25a)에 넣고 너트로 조여서 체결할 수 있다.
상기 웰딩 시트(21)들, 상기 미들 파트(23), 상기 체결 파트(25)는 예컨대, 구리(Cu)와 같은 금속 소재로 일체로 형성될 수 있다. 즉, 상기 웰딩 시트(21)들, 상기 미들 파트(23), 상기 체결 파트(25)는 개념적으로 구분되는 요소이고, 이들 각각은 일체로 성형될 수 있다.
본 실시예의 FFC 버스바는 각 상기 평면연성케이블(11)의 터미널 접속부(15)와 각 상기 웰딩 시트(21)가 일체화된 부분의 둘레를 감싸는 압박밴드(40)를 더 포함할 수 있다. 상기 터미널 접속부(15)들과 상기 웰딩 시트(21)들은 블레이징 용접 후 상기 압박밴드(40)로 추가로 고정 및 절연 처리될 수 있다. 즉, 도 2와 같이, 케이블 적층체(10)와 대전류 터미널(20) 간의 연결부(C)는 압박밴드(40)로 감싸여 압박됨으로써 고정성이 강화될 수 있고, 상기 연결부(C)가 외부에 노출되지 않게 하여 절연처리될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 FFC 버스바는 각 평면연성케이블(11)의 터미널 접속부(15)와 대전류 터미널(20)의 각 웰딩 시트(21)가 일대일로 접촉한 상태에서 용접에 의해 일체화된 구조를 포함하고 있어 각 평면연성케이블(11)과 대전류 터미널(20)의 연결 부위의 기계적 강성도 높다. 또한, 리벳과 브라켓 같은 부품을 사용하지 않음으로서 FFC 버스바의 대전류 터미널(20)이 보다 단순화 및 소형화되어 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대전류 터미널(20)을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 케이블 적층체(10)와 대전류 터미널(20)을 연결한 상태를 도시한 도면이며, 도 10은 도 9의 B-B'에 따른 단면도이다.
이어서, 도 8 내지 도 10를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.
동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시예는, 전술한 실시예와 비교할 때, 대전류 터미널(20A)의 웰딩 시트(21) 부분과 블레이징 용접을 위한 구성이 전술한 실시예와 다르다.
본 실시예에 따른 대전류 터미널(20A)의 각 웰딩 시트(21)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 평평하게 마련된 베이스부(21a) 및 상기 베이스부(21a)의 표면에서 돌출되고 폭 방향으로 일정 간격마다 구비되는 돌출부(21b)들을 포함한다. 그리고 상기 돌출부(21b)들은 터미널 접속부(15)를 향하는 방향으로 길게 연장 형성될 수 있고, 이러한 돌출부(21b)들로 인해 베이스부(21a)에는 상기 돌출부(21b)들 사이사이에 오목하게 형성된 공간(O)들이 구비될 수 있다.
상기 오목하게 형성된 공간(O)마다 터미널 접속부(15)를 형성하는 도체선(12)들이 하나씩 개재될 수 있다. 즉, 도 9 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예는 각 웰딩 시트(21)에는 5개의 돌출부(21b)가 베이스부(21a)에 폭 방향(X축 방향)으로 구비되어 있고 상기 돌출부(21b)들 사이사이에 4개의 오목한 공간(O)이 구비되어 있다.
상기 4개의 오목한 공간(O)에 각 터미널 접속부(15)를 구성하는 4개의 도체선(12)들이 하나씩 개재될 수 있다. 각 도체선(12)은 적어도 3면이 상기 돌출부(21b)와 베이스부(21a)로 둘러싸일 수 있다. 본 실시예는 각 평면연성케이블(11)의 터미널 접속부(15)와 각 웰딩 시트(21)가 하나씩 교대로 층상 배열됨과 더불어, 상기 터미널 접속부(15)의 도체선(12)들이 각 웰딩 시트(21)에 유동 없이 안정적으로 개재될 수 있다.
또한, 웰딩 시트(21)의 상기 오목한 공간(O)들에 은 도금층(M)이 구비될 수 있다. 다시 말하면, 상기 오목한 공간(O)을 형성하는 돌출부(21b)와, 베이스부(21a)의 표면에 은 도금층(M)이 구비되고, 블레이징 용접시 상기 은 도금층(M)이 용융되어 상기 도체선(12)들이 웰딩 시트(21)에 접합될 수 있다.
상기 구성에 의하면, 은 도금층(M)이 열에 의해 녹을 때 각 도체선(12)의 적어도 3면이 웰딩 시트(21)에 접합될 수 있다. 따라서 본 실시예는 전술한 실시예보다 웰딩 시트(21)와 각 도체선(12)의 접촉 면적과 접합 면적이 더 넓게 확보되어 웰딩 시트(21)와 각 도체선(12)이 더 강하게 연결될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 FFC 버스바를 하나 이상 포함하여 구성될 수 있다. 상기 FFC 버스바는 2개의 배터리 모듈을 서로 직렬 연결하거나 배터리 모듈의 터미널과 릴레이 또는 배터리 팩 내에 장치들 간을 전기적으로 연결하는데 적용될 수 있다.
상기 배터리 팩은 상기 FFC 버스바 이외에도 복수 개의 배터리 셀들의 집합체인 셀 적층체를 구비하는 하나 이상의 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 전압 및 온도를 기초로 배터리 모듈들의 충방전, 전류의 흐름을 제어하기 위한 제어 장치로서 BMS,퓨즈, 릴레이 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 (11)

  1. 복수 개의 평면연성케이블들을 적층하여 형성한 케이블 적층체; 및
    상기 케이블 적층체의 적어도 일단부에 연결되는 대전류 터미널을 포함하고,
    각 상기 평면연성케이블은, 적어도 일단부에 도체선 가닥들로 이루어진 터미널 접속부를 구비하고,
    상기 터미널 접속부는 상기 대전류 터미널에 용접된 것을 특징으로 하는 FFC 버스바.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대전류 터미널은 박판 형태의 복수 개의 웰딩 시트들을 구비하고,
    각 상기 평면연성케이블의 상기 터미널 접속부와 각 상기 웰딩 시트가 하나씩 교대로 층상 배치된 것을 특징으로 하는 FFC 버스바.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 대전류 터미널은,
    상기 웰딩 시트들이 다단으로 연결되는 미들 파트; 및
    볼트 체결용 홀을 구비하고, 상기 미들 파트를 사이에 두고 상기 웰딩 시트들과 반대 방향으로 연장 형성된 하나의 체결 파트를 포함하는 FFC 버스바.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 웰딩 시트들, 상기 미들 파트, 상기 체결 파트는 금속 소재로 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 FFC 버스바.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 미들 파트는 사각 판 형상이고, 판면이 상기 케이블 적층체의 단면적과 대응하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 FFC 버스바.
  6. 제3항에 있어서,
    각 상기 웰딩 시트는 은(Ag)으로 도금한 동판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 FFC 버스바.
  7. 제3항에 있어서,
    각 상기 웰딩 시트는
    평평하게 마련된 베이스부; 및
    상기 베이스부의 표면에서 돌출되고 폭 방향으로 일정 간격마다 구비되는 돌출부들을 포함하고,
    상기 터미널 접속부를 형성하는 도체선들이 상기 돌출부들 사이에 오목하게 형성된 공간마다에 하나씩 개재되는 것을 특징으로 하는 FFC 버스바.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오목하게 형성된 공간에 은 도금층을 구비하는 것을 특징으로 하는 FFC 버스바.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 평면연성케이블들을 일체로 감싸는 열 수축 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FFC 버스바.
  10. 제2항에 있어서,
    각 상기 평면연성케이블의 상기 터미널 접속부와 각 상기 웰딩 시트가 일체화된 부분의 둘레를 감싸는 압박밴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FFC 버스바.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 FFC 버스바를 포함하는 배터리 팩.
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