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KR20190040402A - 전극 리드 접합용 버스바 조립체 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

전극 리드 접합용 버스바 조립체 및 이를 포함하는 배터리 모듈 Download PDF

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KR20190040402A
KR20190040402A KR1020170129091A KR20170129091A KR20190040402A KR 20190040402 A KR20190040402 A KR 20190040402A KR 1020170129091 A KR1020170129091 A KR 1020170129091A KR 20170129091 A KR20170129091 A KR 20170129091A KR 20190040402 A KR20190040402 A KR 20190040402A
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문정오
박진용
이정훈
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명의 버스바 조립체를 개시한다. 본 발명의 버스바 조립체는 전극 리드를 구비한 복수의 배터리 셀들을 전기적으로 연결시키는 버스바 조립체로서,
막대형 전도체 형태로 마련된 고정형 버스바; 상기 고정형 버스바를 가운데 두고 상기 고정형 버스바의 양쪽 옆으로 이격 배치되어 상기 고정형 버스바와의 사이에 적어도 하나씩의 전극 리드를 삽입할 수 있는 끼움 공간을 형성하는 한 쌍의 이동형 버스바; 및 상기 전극 리드가 상기 끼움 공간에 위치한 상태에서 상기 한 쌍의 이동형 버스바를 상기 고정형 버스바에 근접하게 이동시켜 상기 전극 리드를 상기 고정형 버스바에 밀착시키는 밀착부재를 포함한다.

Description

전극 리드 접합용 버스바 조립체 및 이를 포함하는 배터리 모듈{Bus bar assembly for connecting electrode lead and Battery module including the same}
본 발명은, 전극 리드 접합용 버스바 조립체와 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 리드들을 벤딩하지 않고 버스바에 결합할 수 있는 버스바 조립체와 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 내연 기관 및/또는 전기 모터를 이용해서 구동력을 확보하려는 전기 자동차에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 상기 전기 자동차에는 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 내연 기관 없이 전기 모터와 배터리로만 구동되는 순수 전기 자동차등이 포함된다.
이러한 전기 자동차에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다. 따라서 통상적으로 중대형 장치의 배터리 모듈/팩은 상기 파우치형 이차 전지들의 직렬 및/또는 병렬연결을 통해 구현되고 있다.
한편, 배터리 모듈을 구성할 때 파우치형 이차 전지(10)의 전극 리드(20)들을, 도 1과 같이, 벤딩하여 버스바의 성단면 위에 접촉시킨 다음, 이를 용접(40)하여 접합시킨다. 여기서 상기 버스바(bus bar)는 구리, 은, 주석도금 동과 같은 재질로 바 형태로 제작된 막대형 전도체를 의미한다. 이러한 버스 바는 동선에 비해 고용량의 전류를 안전하게 통전시킬 수 있어 전기 자동차의 배터리 모듈 등을 비롯한 전원공급장치 내에 결선부재로 많이 사용되고 있다.
그런데 종래 기술의 경우, 전극 리드(20)들의 벤딩 형상을 유지하기 위해 작업자에 의한 다수의 수작업이 요구되고, 금속 재질의 전극 리드(20)들의 탄성 회복력에 의해 전극 리드(20)들과 버스바(30)가 잘 밀착되지 않는 문제점이 있다. 특히, 3개 내지 4개 이상의 전극 리드들 간의 병렬연결 시 다수의 전극 리드를 버스바 상에 겹쳐 놓아야 하기 때문에 용접을 수행하기가 더욱 난해하며, 이 경우 용접 품질도 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 공개번호 제10-2015-0113758호(2015.10.08) (주) 탑전지
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전극 리드들을 벤딩하지 않고 버스바에 결합하여 전극 리드들과 버스바의 밀착이 가능한 버스바 조립체 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 전극 리드를 구비한 복수의 배터리 셀들을 전기적으로 연결시키는 버스바 조립체로서, 막대형 전도체 형태로 마련된 고정형 버스바; 상기 고정형 버스바를 가운데 두고 상기 고정형 버스바의 양쪽 옆으로 이격 배치되어 상기 고정형 버스바와의 사이에 적어도 하나씩의 전극 리드를 삽입할 수 있는 끼움 공간을 형성하는 한 쌍의 이동형 버스바; 및 상기 전극 리드가 상기 끼움 공간에 위치한 상태에서 상기 한 쌍의 이동형 버스바를 상기 고정형 버스바에 근접하게 이동시켜 상기 전극 리드를 상기 고정형 버스바에 밀착시키는 밀착부재를 포함하는 버스바 조립체가 제공될 수 있다.
상기 한 쌍의 이동형 버스바는 각각 상기 고정형 버스바에 나란하게 마련되는 밀착부와, 상기 밀착부의 양쪽 끝단에서 절곡되게 연장 형성되는 간격 조절부를 구비하고, 상기 고정형 버스바를 가운데 두고 상호 간 대칭되게 배치되어 상기 고정형 버스바의 둘레를 에워싸도록 구성될 수 있다.
상기 밀착부재는, 양단부가 상기 한 쌍의 이동형 버스바에 결합되어 탄성 복원력으로 상기 한 쌍의 이동형 버스바를 상호 간 대향하는 방향으로 이동시키는 판 스프링일 수 있다.
상기 판 스프링은 2개가 한 쌍으로 마련되고, 상기 한 쌍의 이동형 버스바에서 상호 마주하는 상기 간격 조절부들의 끝단부에 양단부가 결합될 수 있다.
판형 구조물로서, 상기 끼움 공간에 대응하는 위치에 상기 전극 리드가 통과할 수 있는 슬릿을 구비하며, 상기 한 쌍의 이동형 버스바가 상기 고정형 버스바에 대해 이동 가능하게 상기 한 쌍의 이동형 버스바와 상기 고정형 버스바를 지지하는 버스바 지지 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 버스바 지지 프레임은, 상기 한 쌍의 이동형 버스바의 간격 조절부들 사이에 삽입 및 삽입 해제 가능하게 마련되는 간격유지 돌기를 구비할 수 있다.
상기 버스바 지지 프레임은, 상기 간격 조절부의 배후에 위치하는 자유단을 갖는 캔틸레버보를 더 구비하고, 상기 간격유지 돌기는 상기 자유단에 마련될 수 있다.
상기 캔틸레버보는, 상기 간격유지 돌기와 이격된 위치에 돌출 형성된 가압용 돌기를 더 구비할 수 있다.
상기 버스바 지지 프레임은, 상기 한 쌍의 이동형 버스바가 상기 고정형 버스바의 양쪽 옆으로 가장 멀리 이격된 상태에서 상기 한 쌍의 이동형 버스바의 4개의 코너 부분을 감싸며 지지하도록 마련된 코너 브라켓을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상술한 버스바 조립체를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다. 상기 배터리 모듈은 전기 자동차나 하이브리드 자동차 또는 전력 저장장치의 에너지원으로 사용될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 전극 리드들을 벤딩하지 않고 버스바에 결합하여 전극 리드들과 버스바의 밀착이 가능한 버스바 조립체 및 이를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
또한, 일체의 전극 리드들이 기계적으로 압박된 상태에서 용접될 수 있으므로 병렬연결 구조에서 전극 리드들의 개수와 무관하게 전기적 연결성 및 기계적 접합강도 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 전극 리드들의 벤딩을 위한 수작업 공정이 제거되어 배터리 모듈 생산 라인의 자동화 비율이 향상될 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 전극 리드와 버스바의 접합 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 조립체의 주요 구성과 배터리 셀 적층체를 개략적으로 도시한 사시도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 지지 프레임의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 삽입 전 상태의 버스바 조립체의 구성을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 주요 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 삽입 후 상태의 버스바 조립체의 구성을 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 주요 부분 확대도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드와 버스바 조립체의 접합 전/후 구성을 개략적으로 도시한 도면들이다.
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 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 조립체의 주요 구성과 배터리 셀 적층체를 개략적으로 도시한 사시도들이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 조립체(1)는, 복수의 배터리 셀(10)들의 전극 리드(20)들을 전기적으로 연결시키는 버스바 조립체(1)로서, 고정형 버스바(100)와 한 쌍의 이동형 버스바(200), 상기 고정형 버스바(100)에 대해 상기 한 쌍의 이동형 버스바(200)를 상대 이동 가능하게 하는 밀착부재(300)를 포함할 수 있다.
배터리 셀(10)의 전극 리드(20)는 양극 리드(21)와 음극 리드(22)를 포함한다. 자세히 후술하겠지만, 본 발명에 따르면, 상기 양극 리드(21)와 음극 리드(22)는 본 발명에 따른 버스바 조립체(1)의 끼움 공간(S)에 바로 삽입되어 버스바 조립체(1)에 의해 그 단부가 클램핑된 후 용접이 수행될 수 있다. 따라서 종래와 같은 전극 리드(20) 벤딩 작업 과정 없이 필요 없어져 생산 라인의 자동화 비율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 기계적 압박이 가해진 상태에서 전극 리드(20)들이 용접될 수 있어, 2개 이상의 전극 리드(20)를 병렬적으로 접합할 경우에도, 전기적 연결성과 기계적 접합 강도에 대한 신뢰성이 유지될 수 있다.
이하에서 이러한 본 발명에 따른 버스바 조립체(1)를 자세히 살펴본다.
먼저, 고정형 버스바(100)는 막대형으로 전기 전도성을 갖는 구리, 은, 주석도금 동과 같은 재질로 마련될 수 있다. 상기 고정형 버스바(100)는 고용량의 전류를 안전하게 통전시킬 수 있다. 양극 리드(21)들과 음극 리드(22)들은 이러한 고정형 버스바에 밀착 및 용접되어 서로 통전될 수 있다. 이를테면, 총 6개의 배터리 셀(10)을 3개씩 병렬 연결한 구성으로, 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 3개의 배터리 셀의 양극 리드들을 겹치고 다른 3개의 배터리 셀의 음극 리드를 겹쳐서 상기 끼움 공간(S)에 삽입한 후 그 단부들을 고정형 버스바(100)의 양 측면에 밀착 및 용접하여 이들을 통전시킬 수 있다.
한 쌍의 이동형 버스바(200)는 고정형 버스바(100)와 같이 전기 전도성을 갖는 구리, 은, 주석도금, 동과 같은 금속 재질로 마련될 수 있다.
상기 한 쌍의 이동형 버스바(200)는 고정형 버스바(100)를 가운데 두고 고정형 버스바(100)의 양쪽 옆으로 이격 배치되어 상기 고정형 버스바(100)와의 사이에 상기 끼움 공간(S)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 끼움 공간(S)는 고정형 버스바(100) 양쪽 옆 2곳에 형성된다.
또한, 상기 한 쌍의 이동형 버스바(200)는 상기 고정형 버스바(100)에 대해 수평 방향으로 이동 가능하게 마련될 수 있다. 한 쌍의 이동형 버스바(200)는 도 2와 같이 고정형 버스바(100)의 양쪽 옆으로 이격 배치된 상태에서 도 3과 같이 고정형 버스바(100)에 근접하게 이동할 수 있다. 따라서 끼움 공간(S)은 한 쌍의 이동형 버스바(200)의 수평 이동에 따라 폭이 조절될 수 있고 이러한 끼움 공간(S)에 삽입된 전극 리드(20)들은 고정형 버스바(100)와 한 쌍의 이동형 버스바(200)에 의해 기계적으로 압박될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 이동형 버스바(200)는 대략 "ㄷ" 형태로 밀착부(210)와 간격 조절부(220)를 포함할 수 있다.
밀착부(210)는 고정형 버스바(100)에 나란하게 배치되는 부분으로 정의될 수 있고, 간격 조절부(220)는 상기 밀착부(210)의 양쪽 끝단에서 고정형 버스바(100)를 향해 절곡되게 연장 형성되는 부분으로 정의될 수 있다.
이와 같은 이동형 버스바(200)는 2개를 한 쌍으로 하여 고정형 버스바(100)를 가운데 두고 상호 간 대칭되게 배치되며 고정형 버스바(100)의 둘레를 에워싸는 형태를 취할 수 있다. 이때 2개의 밀착부(210)와 고정형 버스바(100)의 양쪽 측면 사이에 끼움 공간(S)이 형성될 수 있으며, 어느 하나의 이동형 버스바(200)의 간격 조절부(220)와 다른 하나의 이동형 버스바(200)의 간격 조절부(220)는 서로 맞닿을 수 있게 구성될 수 있다. 따라서 상기 한 쌍의 이동형 버스바(200) 간에도 통전이 가능해질 수 있다. 그리고 간격 조절부(220)의 길이에 따라 끼움 공간(S)의 폭이 결정될 수 있다.
한편, 본 실시예와 달리, 이동형 버스바(200)는 끼움 공간(S)을 형성하고 전극 리드(20)를 압박하는 구성이므로 반드시 전기 전도성을 갖는 재질로 마련되지 않더라도 무방할 수 있다. 즉 양극 리드(21)들과 음극 리드(22)들 간의 통전은 고정형 버스바(100)로 충분히 가능하므로 이동형 버스바(200)는 고정형 버스바(100)와 다른 절연 소재로 마련될 수도 있다. 본 실시예의 대안으로 절연 소재로 이동형 버스바(200)를 제작할 경우 배터리 모듈 내 전기적 단락 방지 측면에서 보다 나은 효과를 얻을 수도 있을 것으로 본다.
밀착부재(300)는 상기 한 쌍의 이동형 버스바(200)를 상기 고정형 버스바(100)에 근접하게 이동시켜 전극 리드(20)가 고정형 버스바(100)에 밀착될 수 있게 하는 구성이다.
본 실시예의 밀착부재(300)는 양단부가 한 쌍의 이동형 버스바(200)에 결합되어 탄성 복원력으로 한 쌍의 이동형 버스바(200)를 상호 대향하는 방향으로 이동시키는 판 스프링(300)일 수 있다.
이를테면, 다시 도 2와 도 3을 참조하여 살펴보면, 판 스프링(300)은 이동형 버스바(200)의 간격 조절부(220)에 결합될 수 있으며, 이때 판 스프링(300)의 일단은 좌측 이동형 버스바(200)에 타단은 우측 이동형 버스바(200)에 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 판 스프링(300)은 2개가 한 쌍으로 마련되고, 고정형 버스바(100)의 상부와 하부에 위치한 상호 마주하는 간격 조절부(220)의 끝단부에 각각 양단부가 결합된다.
이러한 판 스프링(300)은, 도 2와 같이, 어떤 외력에 의해 벌려진 상태였다가 도 3과 같이 외력이 없어지면, 다시 탄성 복원력에 의해 원 상태로 오므려진다. 이동형 버스바(200)는 이러한 판 스프링(300)의 작용에 의해 고정형 버스바(100)에 대해 근접하게 이동할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 지지 프레임의 사시도, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 삽입 전 상태의 버스바 조립체의 구성을 도시한 사시도와 그 주요 부분 확대도, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 삽입 후 상태의 버스바 조립체의 구성을 도시한 사시도와 그 주요 부분 확대도이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 버스바 조립체(1)는 상술한 고정형 버스바(100)와 한 쌍의 이동형 버스바(200)가 지지될 수 있는 장소를 제공하는 버스바 지지 프레임(400)을 더 포함할 수 있다.
버스바 지지 프레임(400)은 배터리 셀(10) 적층체의 전/후면에 부착될 수 있다. 예컨대, 배터리 셀 적층체는 모듈 하우징(미도시)에 수납될 수 있다. 상기 모듈 하우징은 전/후면이 오픈된 각 관 형태로 제공될 수 있고, 버스바 지지 프레임(400)은 이러한 모듈 하우징의 전/후면에 결합되어 배터리 셀 적층체의 전/후면에 위치할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 버스바 지지 프레임(400)은 판형 구조물로서, 고정형 버스바(100)와 한 쌍의 이동형 버스바(200) 사이의 끼움 공간(S)에 대응하는 위치에 전극 리드(20)가 통과할 수 있는 슬릿(410)을 구비하며, 상기 한 쌍의 이동형 버스바(200)가 상기 고정형 버스바(100)에 대해 수평 이동 가능하게 상기 버스바들을 지지할 수 있게 구성된다.
이를 위해 버스바 지지 프레임(400)은 간격유지 돌기(420), 캔틸레버보(430) 및 코너 브라켓(450)을 더 구비할 수 있다.
먼저, 간격유지 돌기(420)는 끼움 공간(S)을 충분히 확보할 수 있도록 한 쌍의 이동형 버스바(200)를 고정형 버스바(100)의 양쪽 옆으로 이격 배치시켜주는 역할을 하는 구성이다.
도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 간격유지 돌기(420)는 한 쌍의 이동형 버스바(200)의 간격 조절부(220)들 사이에 삽입 및 삽입 해제 가능하게 마련될 수 있다.
다시 말하면, 간격유지 돌기(420)는 서로 멀어지게 잡아 당겨진 이동형 버스바(200)들의 간격 조절부(220)들 사이에 개재될 수 있다. 간격유지 돌기(420)가 간격 조절부(220)들 사이에 끼여 있게 됨으로써 판 스프링(300)이 벌려진 상태로 유지될 수 있고 이에 따라 끼움 공간(S)을 충분히 확보하고 다수의 전극 리드(20)들을 삽입 배치시킬 수 있다.
그리고 간격유지 돌기(420)는 캔틸레버보(430)에 마련되어 상기 캔틸레버보(430)를 가볍게 눌러주면 간격유지 돌기(420)가 간격 조절부(220)들 사이에서 삽입 해제될 수 있다.
캔틸레버보(430)는 한쪽 끝이 고정되고 다른 끝은 자유단 상태로 되어있는 보로서 상기 자유단이 간격 조절부(220)의 배후에 위치할 수 있다. 이러한 캔틸레버보(430)는 버스바 지지 프레임(400)의 판면 일 부분을 절개한 형태로 마련될 수 있으며 상기 자유단에 간격유지 돌기(420)가 구비될 수 있다.
또한, 캔틸레버보(430)는 간격유지 돌기(420)와 이격된 위치에 돌출 형성되는 가압용 돌기(440)를 더 구비할 수 있다. 가압용 돌기(440)는 캔틸레버보(430)를 보다 수월하게 눌러주기 위한 구성이다. 예컨대, 전극 리드(20) 용접 전 용접 지그(미도시)에 의해 상기 가압용 돌기(440) 부분이 눌려져 캔틸레버보(430)가 뒤로 제껴지면서 간격유지 돌기(420)가 이동형 버스바(200)들의 간격 조절부(220)들 사이에서 빠지고 판 스프링(300)의 탄성 복원력이 작용해 이동형 버스바(200)들의 간격 조절부(220)들이 서로 맞닿게 될 수 있다. 이 경우, 끼움 공간(S)이 좁아져 이에 개재되는 전극 리드(20)들은 고정형 버스바(100)와 한 쌍의 이동형 버스바(200)에 타이트하게 밀착될 수 있다.
한편, 고정형 버스바(100)는 버스바 지지 프레임(400) 상에 고정적으로 부착되는 구성이지만, 이동형 버스바(200)는 버스바 지지 프레임(400) 상에 유동적일 수 있게 부착되어야 하는 구성이다.
버스바 지지 프레임(400)의 코너 브라켓(450)은 이러한 이동형 버스바(200)의 유동성을 허용하면서 이동형 버스바(200)를 지지하는 역할을 담당한다.
본 실시예에서 코너 브라켓(450)은 총 4개이며, 상기 4개의 코너 브라켓(450)이 이동형 버스바(200)의 코너 부분에 위치하여 이동형 버스바(200)를 유동 가능하게 구속한다. 구체적으로 코너 브라켓(450)은 한 쌍의 이동형 버스바(200)가 고정형 버스바(100)의 양쪽 옆으로 가장 멀리 이격된 상태 즉, 간격유지 돌기(420)가 끼워진 상태에서 한 쌍의 이동형 버스바(200)의 4개의 코너 부분을 감싸도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 4개의 코너 브라켓(450)은 한 쌍의 이동형 버스바(200)를 상하좌우로 구속하되, 예컨대 간격유지 돌기(420)가 빠진 상태에서 도 8의 D로 표시한 만큼의 유동 허용공간을 가져 상기 코너 브라켓(450)의 유동 허용공간 내에서 이동형 버스바(200)의 유동이 가능하다.
이어서 도 9 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 버스바 조립체(1)의 작동 및 전극 리드(20) 접합 방법을 간략히 알아본다. 본 실시예는 3개씩의 배터리 셀들을 병렬연결하고 이들의 양극 리드(21)들과 음극 리드(22)들을 버스바 조립체(1)에 접합시킨 예이다.
먼저, 도 9와 같이 버스바 조립체(1)의 끼움 공간(S)을 충분히 확보한다. 이때, 전술한 바와 같이 이동형 버스바(200)를 잡아당겨 이동형 버스바(200)의 간격 조절부(220) 사이 공간에 간격유지 돌기(420)를 개재시킴으로써 상기 끼움 공간(S)을 충분히 확보할 수 있다.
그 다음, 양극 리드(21)들의 단부와 음극 리드(22)들의 단부를 각각 끼움 공간(S)에 삽입 배치시킨다. 상기 끼움 공간(S)은 고정형 버스바(100)를 기준으로 그 양쪽 옆 2 곳이다. 양극 리드(21)들과 음극 리드(22)들을 각각 한 묶음 단위로 그 단부들만 상기 끼움 공간(S)에 삽입 배치시킨다.
그 다음, 도 10과 같이 한 쌍의 이동형 버스바(200)를 고정형 버스바(100)에 근접하게 이동시켜 양극 리드(21)들과 음극 리드(22)들을 고정형 버스바(100)에 밀착시킨다. 부연하면, 용접 지그(미도시)를 사용하여 캔틸레버보(430)를 눌러서 간격유지 돌기(420)를 한 쌍의 이동형 버스바(200) 사이에서 빼낸다. 이때, 한 쌍의 이동형 버스바(200)는 판 스프링(300)의 탄성 복원력에 의해 서로 대향하는 방향으로 이동하게 되고 상기 양극 리드(21)들의 단부와 음극 리드(22)들의 단부는 일체로 고정형 버스바(100)와 이동형 버스바(200) 사이에 압박될 수 있다. 이 상태에서 상기 양극 리드(21)들과 음극 리드(22)들에 용접을 수행한다.
이와 같은 본 발명에 따른 버스바 조립체(1) 구조와 작용에 따르면, 종래 기술과 달리(도 1 참조) 전극 리드(20) 용접 과정에서 전극 리드(20) 벤딩 과정이 전혀 필요하지 아니한다. 따라서 전극 리드(20)들의 벤딩을 위한 수작업 공정이 제거되어 배터리 모듈 생산 라인의 자동화 비율이 향상될 수 있다.
또한, 일체의 전극 리드(20)들이 기계적으로 압박된 상태에서 용접될 수 있으므로 병렬연결 구조에서 전극 리드(20)들의 개수와 무관하게 전기적 연결성 및 기계적 접합강도 신뢰성이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 상술한 버스바 조립체(1)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 배터리 모듈은 배터리 셀 적층체, 상기 배터리 셀 적층체를 수납하는 모듈 하우징, 배터리 셀들의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치(미도시), 예컨대 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 배터리 모듈은 전기 자동차나 하이브리드 자동차 또는 전력 저장장치의 에너지원으로 사용될 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
1: 버스바 조립체 20: 배터리 셀
21: 양극 리드 22: 음극 리드
100: 고정형 버스바 200: 이동형 버스바
210: 밀착부 220: 간격 조절부
300: 밀착부재 400: 버스바 지지 프레임
410: 슬릿 420: 간격유지 돌기
430: 캔틸레버보 440: 가압용 돌기
450: 코너 브라켓

Claims (10)

  1. 전극 리드를 구비한 복수의 배터리 셀들을 전기적으로 연결시키는 버스바 조립체로서,
    막대형 전도체 형태로 마련된 고정형 버스바;
    상기 고정형 버스바를 가운데 두고 상기 고정형 버스바의 양쪽 옆으로 이격 배치되어 상기 고정형 버스바와의 사이에 적어도 하나씩의 전극 리드를 삽입할 수 있는 끼움 공간을 형성하는 한 쌍의 이동형 버스바; 및
    상기 전극 리드가 상기 끼움 공간에 위치한 상태에서 상기 한 쌍의 이동형 버스바를 상기 고정형 버스바에 근접하게 이동시켜 상기 전극 리드를 상기 고정형 버스바에 밀착시키는 밀착부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 버스바 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 이동형 버스바는 각각
    상기 고정형 버스바에 나란하게 마련되는 밀착부와, 상기 밀착부의 양쪽 끝단에서 절곡되게 연장 형성되는 간격 조절부를 구비하고,
    상기 고정형 버스바를 가운데 두고 상호 간 대칭되게 배치되어 상기 고정형 버스바의 둘레를 에워싸는 것을 특징으로 하는 버스바 조립체.
  3. 제1항 내지 제2항에 있어서,
    상기 밀착부재는,
    양단부가 상기 한 쌍의 이동형 버스바에 결합되어 탄성 복원력으로 상기 한 쌍의 이동형 버스바를 상호 간 대향하는 방향으로 이동시키는 판 스프링인 것을 특징으로 하는 버스바 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 판 스프링은 2개가 한 쌍으로 마련되고,
    상기 한 쌍의 이동형 버스바에서 상호 마주하는 상기 간격 조절부들의 끝단부에 양단부가 결합되는 것을 특징으로 하는 버스바 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    판형 구조물로서, 상기 끼움 공간에 대응하는 위치에 상기 전극 리드가 통과할 수 있는 슬릿을 구비하며, 상기 한 쌍의 이동형 버스바가 상기 고정형 버스바에 대해 이동 가능하게 상기 한 쌍의 이동형 버스바와 상기 고정형 버스바를 지지하는 버스바 지지 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버스바 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 버스바 지지 프레임은,
    상기 한 쌍의 이동형 버스바의 간격 조절부들 사이에 삽입 및 삽입 해제 가능하게 마련되는 간격유지 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 버스바 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버스바 지지 프레임은, 상기 간격 조절부의 배후에 위치하는 자유단을 갖는 캔틸레버보를 더 구비하고, 상기 간격유지 돌기는 상기 자유단에 마련되는 것을 특징으로 하는 버스바 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캔틸레버보는,
    상기 간격유지 돌기와 이격된 위치에 돌출 형성된 가압용 돌기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 버스바 조립체.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 버스바 지지 프레임은,
    상기 한 쌍의 이동형 버스바가 상기 고정형 버스바의 양쪽 옆으로 가장 멀리 이격된 상태에서 상기 한 쌍의 이동형 버스바의 4개의 코너 부분을 감싸며 지지하도록 마련된 코너 브라켓을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 버스바 조립체.
  10. 제1항 내지 제2항에 따른 버스바 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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