KR20200075445A - 나사 체결 구조를 갖는 션트 저항 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 기재의 션트 저항 모듈은, 인쇄회로기판에 체결되어 전류 측정에 사용되는 션트 저항 모듈로서, 설정된 저항값을 갖는 저항부, 상기 저항부의 양단으로부터 각각 연장된 적어도 2개의 단자부, 상기 단자부의 일면에 고정되어 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결될 수 있도록 돌출된 리드 핀, 및 상기 단자부의 일면을 적어도 부분적으로 덮도록 형성되고, 상기 리드 핀이 노출되도록 개구된 핀 구멍과 상기 인쇄회로기판에 나사 체결되도록 형성된 나사 구멍을 갖는 외장 부재를 포함한다.

Description

나사 체결 구조를 갖는 션트 저항 모듈{SHUNT RESISTER MODULE HAVING SCREW COUPLING STRUCTURE}
본 발명은 션트 저항 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저항 양단의 전압 강하에 따라 생성되는 전류를 검출하여 전류를 측정하는데 사용되는 션트 저항 모듈에 관한 것이다.
이차 전지는 제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지기 때문에, 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
이차 전지를 이용하는 전지 팩의 전력공급시스템에는 일반적으로 전류를 측정하기 위한 전류 센서가 구비된다. 전류 센서는 전지 팩의 충방전 경로에 흐르는 전류를 측정하여 전지 팩의 상태를 모니터링하고, 전지 팩에 흐르는 과전류 등을 감지한다. 그리고 전류 센서를 통해 측정된 전류는 SOC를 계산하는 정보로 활용되거나 충방전 과정이 정상적으로 이루어지고 있는지 여부 등을 판단하는 기초로 활용될 수 있다.
그런데 이러한 전류 센서가 고장 등으로 정상 동작을 하지 않으면 전지 팩에 흐르는 전류를 제대로 감지할 수 없게 된다. 그 결과로 과전류가 흐르는 등의 이상 상황이 발생되더라도 이를 적절하게 차단하지 못하여 전지 팩의 고장이나 폭발과 같은 심각한 문제가 야기될 수 있다.
전지 팩의 전류 측정 시에는 션트 저항(Shunt resistor)이 널리 사용된다. 기존의 션트 저항은 저항부의 양단에 단자부를 구비하고 이들 단자부로부터 돌출된 리드 핀이 인쇄회로기판에 납땜을 통해 물리적 및 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나 이러한 션트 저항이 안착 불량인 상태에서 버스 바를 조립하는 과정에서 리드 핀이 부러질 수 있을 뿐만 아니라, 전기 자동차 등에 장착되어 구동 중에도 진동이나 충격 등의 원인으로 리드 핀이 부러질 수 있다.
이렇게 션트 저항의 리드 핀이 부러지면 전지 팩에 흐르는 전류를 제대로 감지하지 못하여 과전류가 흐르는 등의 이상 상황에도 이를 차단하지 못하고 전지 팩 전체의 고장이나 폭발을 초래할 수 있는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 션트 저항에 나사 체결 구멍을 갖는 사출물을 결합함으로써 인쇄회로기판에 나사 체결이 가능하도록 구성된 션트 저항 모듈을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 션트 저항 모듈은, 인쇄회로기판에 체결되어 전류 측정에 사용되는 션트 저항 모듈로서, 설정된 저항값을 갖는 저항부, 상기 저항부의 양단으로부터 각각 연장된 적어도 2개의 단자부, 상기 단자부의 일면에 고정되어 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결될 수 있도록 돌출된 리드 핀, 및 상기 단자부의 일면을 적어도 부분적으로 덮도록 형성되고, 상기 리드 핀이 노출되도록 개구된 핀 구멍과 상기 인쇄회로기판에 나사 체결되도록 형성된 나사 구멍을 갖는 외장 부재를 포함한다.
상기 나사 구멍은 상기 단자부에서 상기 리드 핀이 돌출되는 일면을 덮는 상기 외장 부재의 일면에 형성될 수 있다.
상기 외장 부재에 형성된 나사 구멍은 적어도 2개가 상기 저항부를 중심으로 양쪽에 대칭되게 배치될 수 있다.
상기 나사 구멍과 상기 리드 핀은 연면 거리(creepage) 이상으로 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 외장 부재에 형성된 나사 구멍의 깊이는 상기 외장 부재의 표면에서 상기 단자부 일면까지의 두께보다 얕게 형성될 수 있다.
상기 나사 구멍은, 상기 단자부의 일면에 평행한 평면 방향에서 볼 때, 상기 저항부로부터 상기 핀 구멍보다 더 멀리 외곽으로 위치할 수 있다.
상기 나사 구멍은 상기 인쇄회로기판에 대하여 상기 핀 구멍보다 더 멀리 외곽으로 위치할 수 있다.
상기 외장 부재는 수지 사출물로 이루어질 수 있다.
상기 단자부는 각각 체결 구멍이 형성된 판상의 단자부이고, 상기 외장 부재는 상기 체결 구멍들 사이에서 상기 리드 핀 주변을 덮도록 형성될 수 있다.
상기 리드 핀은 상기 각 단자부의 일면으로부터 돌출되고, 상기 핀 구멍은 서로 독립되어 상기 각 리드 핀에 대하여 개별로 형성될 수 있다.
실시예에 따르면, 션트 저항에 나사 체결 구멍을 갖는 사출물을 결합한 션트 저항 모듈을 이용하여 션트 저항을 인쇄회로기판에 나사 결합으로 고정함으로써 리드 핀의 안착 불량이나 전지 팩 등을 포함한 디바이스의 진동 시에도 리드 핀이 부러지는 현상을 방지할 수 있다.
실시예에 따른 션트 저항 모듈에서는 션트 저항에 부착된 외장 부재에서 진동 충격을 흡수하고, 리드 핀에 집중된 스트레스를 스크류 부재로 분산시켜 리드 핀이 받는 스트레스를 현저하게 줄여 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 션트 저항 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 션트 저항 모듈을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 션트 저항 모듈을 도시한 저면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 션트 저항 모듈을 인쇄회로기판에 연결한 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 V-V 선을 따라서 취한 단면도이다.
도 6은 비교예의 션트 저항이 인쇄회로기판에 연결된 상태를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 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.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 션트 저항 모듈(100)을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 션트 저항 모듈(100)을 도시한 사시도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 션트 저항 모듈(100)을 도시한 저면 사시도이다.
본 실시예에 따른 션트 저항 모듈(100)은 션트 저항(110)을 커버하는 외장 부재(130)를 포함하고, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)(50, 도 4 참조)에 체결되어 전류 측정에 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 션트 저항(110)은 설정된 저항값을 갖는 저항부(120)와 이 저항부(120)의 양단으로부터 각각 연장된 적어도 2개의 단자부(111, 112)를 포함한다. 단자부(111, 112)의 일면에는 리드 핀(121, 122)이 고정되는데 인쇄회로기판(50)에 전기적으로 연결될 수 있도록 돌출될 수 있다. 단자부(111, 112)는 판상으로 이루어져 저항부(120)를 중심에 두고 양쪽으로 연장되며, 각 단자부(111, 112)에는 체결 구멍(113, 114)이 형성될 수 있다.
외장 부재(130)는 단자부(111, 112)의 일면을 적어도 부분적으로 덮도록 형성될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 리드 핀(121, 122)이 노출되도록 개구된 핀 구멍(131, 132)과 인쇄회로기판(50)에 나사 체결되기 위한 나사 구멍(141, 142)이 형성될 수 있다. 각 단자부(111, 112)의 일면으로부터 돌출되는 리드 핀(121, 122)은 대응되는 핀 구멍(131, 132)에 삽입되어 고정 및 보호될 수 있는데, 이 때 각 핀 구멍(131, 132)은 서로 독립되어 각 리드 핀(121, 122)에 대하여 개별로 형성될 수 있다.
외장 부재(130)는 이렇게 단자부(111, 112)의 일면을 덮으며 핀 구멍(131, 132)과 나사 구멍(141, 142)을 갖는 상면부(130a)와, 이로부터 하방으로 연장되어 단자부(111, 112)의 측면을 감싸는 측면부(130b), 및 측면부(130b)로부터 단자부(111, 112)의 다른 일면으로 연장하며 이를 덮는 저면부(130c)를 포함할 수 있다. 외장 부재(130)의 상면부(130a)는 단자부(111, 112)의 체결 구멍(113, 114) 사이에서 리드 핀(121, 122) 주변을 덮도록 형성될 수 있다. 그리고 도 3을 참조하면, 저면부(130c)는 단자부(111, 112)의 양쪽 가장자리 부근의 일부를 덮을 수 있으며, 이들 저면부(130c)는 브릿지부(138, 139)에 의해 서로 연결될 수 있다. 일례로 브릿지부(138, 139)는 2개 형성될 수 있다. 결과적으로 외장 부재(130)는 션트 저항(110)의 저항부(120)를 포함하는 가운데 부분을 상면, 하면 및 측면에서 밀착하여 감싸도록 형성될 수 있으며, 상면부(130a), 측면부(130b), 저면부(130c) 및 브릿지부(138, 139)가 일체로 형성될 수 있다. 상기한 바와 같은 구조를 갖는 외장 부재(130)는 수지 사출물로 이루어질 수 있으며, 이렇게 결합되는 외장 부재(130)와 션트 저항(110)은 인서트 몰드 성형 공정으로 제작되어 션트 저항 모듈이 될 수 있다.
상기한 바와 같이, 나사 구멍(141, 142)은 단자부(111, 112)에서 리드 핀(121, 122)이 돌출되는 일면을 덮는 외장 부재(130)의 일면, 즉 상면부(130a)에 형성될 수 있으며, 나사 구멍(141, 142)은 내부에 나사산이 형성되어 나사 또는 볼트 등의 스크류 부재(10, 20; 도 4 참조)가 체결될 수 있다. 나사 구멍(141, 142)은 적어도 2개가 저항부(120)를 중심으로 양쪽에 대칭되도록 외장 부재(130)에 배치될 수 있다. 따라서 스크류 부재(10, 20)를 통하여 인쇄회로기판(50)에 체결될 때 저항부(120)를 중심으로 대칭되게 고정되어 안정적으로 고정 상태를 유지할 수 있다.
이러한 나사 구멍(141, 142)은, 단자부(111, 112)의 일면에 평행한 평면 방향에서 볼 때, 저항부(120)로부터 핀 구멍(131, 132)보다 더 멀리 외곽으로 위치할 수 있으며, 나사 구멍(141, 142)은 인쇄회로기판(50)에 대하여 핀 구멍(131, 132)보다 더 멀리 외곽으로 위치할 수 있다. 이로써 핀 구멍(131, 132) 내에 삽입되어 고정된 리드 핀(121, 122)을 외곽에서 안정적으로 고정시킬 수 있으며, 외부 진동 등이 발생하더라도 리드 핀(121, 122)의 고정 부위가 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 이 때, 션트 저항(110)에 걸리는 전류 및 전압의 크기에 비례하여 핀 구멍(131, 132)과 나사 구멍(141, 142) 사이의 거리를 조절할 수 있다. 이에 따라 리드 핀(121, 122)과 스크류 부재(10, 20) 사이의 거리가 제어될 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 션트 저항 모듈은 외장 부재에 형성되어 리드 핀을 노출하는 핀 구멍은 하나의 구멍으로 형성되어 상기 복수의 리드 핀을 노출시킬 수 있다. 따라서 핀 구멍은 각 리드 핀에 대해 독립적으로 개별로 형성되지 않고 통합된 하나의 구멍으로 형성될 수 있다. 또한 다른 실시예에 따른 외장 부재는 저면부에 브릿지부를 1개 또는 3개 이상으로 형성할 수 있으며, 브릿지부를 형성하지 않고 단자부의 하면을 상면만큼 덮도록 형성될 수도 있다.
또 다른 실시예에 따른 션트 저항 모듈은 상부면의 각 모서리 부근에 나사 구멍을 형성할 수 있다. 즉, 4개의 나사 구멍을 가질 수 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 션트 저항 모듈(100)을 인쇄회로기판(50)에 연결한 상태를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 V-V 선을 따라서 취한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(50)은 션트 저항 모듈(100)의 외장 부재(130)에 대응하는 돌출 부분을 구비하며, 외장 부재(130)의 상면부(130a)가 상기 돌출 부분에 포개어 져서 접촉하게 된다. 인쇄회로기판(50)에는 션트 저항 모듈(100)의 리드 핀(121, 122)과 대응하는 위치에 납땜 구멍이 위치하여 납땜을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로 인쇄회로기판(50)에 외장 부재(130)의 나사 구멍(141, 142)에 대응하는 개구부가 형성되고, 스크류 부재(10, 20)는 인쇄회로기판(50)의 개구부를 통과하여 외장 부재(130)의 나사 구멍(141, 142)에 나사 체결될 수 있다. 스크류 부재(10, 20)로는 일례로 볼트, 나사 등 외부에 나사산을 구비한 체결 부재를 적용할 수 있다.
스크류 부재(10, 20)가 체결되는 나사 구멍(141, 142)과 션트 저항 모듈(100)의 리드 핀(121, 122)은 시스템의 전압 크기에 따른 연면 거리(creepage), 즉 최소 절연 거리 이상으로 이격시키는 것이 필요하다. 즉 스크류 부재(10, 20)와 리드 핀(121, 122) 사이의 인쇄회로기판(50) 표면을 따라 측정되는 거리(l)는 션트 저항에 걸리는 전류 및 전압의 크기에 비례하여 설정될 수 있으며, 연면 거리를 고려하여 일정 수준 이상으로 설계될 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 외장 부재(130)에 형성된 나사 구멍(141, 142)의 깊이는 외장 부재(130)의 표면에서 션트 저항(110) 일면까지의 두께보다 얕게 형성될 수 있다. 나아가 외장 부재(130)의 두께는 스크류 부재(10, 20)와 션트 저항(110) 사이의 필요한 연면 거리를 고려하여 설정될 수 있는데, 도 5에서 보는 바와 같이, 나사 구멍(142)과 션트 저항(110)까지의 거리(d1)를 고려하여 외장 부재(130)의 두께가 결정될 수 있으며, 스크류 부재(20)와 션트 저항(110)까지의 거리(d2)를 고려하여 스크류 부재(20)의 길이 및 외장 부재(130)의 두께가 결정될 수 있다. 이와 같이 연면 거리를 고려하여 형성함으로써 스크류 부재(10, 20)를 부가하더라도 전류의 흐름에 영향을 미치지 않는다. 뿐만 아니라 연면 거리가 짧음으로 인해 발생할 수 있는 합선 등의 위험을 예방할 수 있다.
이러한 연면 거리 설정과 관련해서는 본 실시예에 따른 션트 저항 모듈이 적용되는 기기 또는 분야의 요구에 따른 규격을 준수하여 거리가 계산될 수 있다. 예를 들어, IEC (International Electrotechnical Commission) 규격, UL (Underwriters Laboratories Inc.) 규격, VDE (Verband Deutscher Elektrotrchniker) 규격, 또는 일본 규격 등을 고려하여 연면 거리가 설정될 수 있다.
도 6은 비교예의 션트 저항(12)이 인쇄회로기판(50)에 연결된 상태를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 비교예의 션트 저항(12)은, 본 실시예에 따른 션트 저항 모듈(100)과 달리, 리드 핀(21, 22) 주변에 별도의 외장 부재를 구비하지 않고 인쇄회로기판(50)에 접합되고 있다. 즉, 비교예의 션트 저항(12)은 저항부의 양단에 단자부를 구비하고 이들 단자부로부터 돌출된 리드 핀(21, 22)이 인쇄회로기판(50)에 납땜을 통해 물리적 및 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나 이러한 션트 저항(12)이 안착 불량인 상태에서 버스 바를 조립하는 과정에서 리드 핀(21, 22)이 부러질 수 있을 뿐만 아니라, 전기 자동차 등에 장착되어 구동 중에도 진동이나 충격 등의 원인으로 리드 핀(21, 22)이 부러질 수 있다.
즉, 비교예의 션트 저항(12)에서는 리드 핀(21, 22)이 인쇄회로기판(50)의 전기적 연결 뿐만 아니라 물리적인 고정의 기능을 담당하고 있었으나, 본 실시예에 따른 션트 저항 모듈(100)에서는 션트 저항(110)에 부착된 외장 부재(130)에서 진동 충격을 흡수하고, 리드 핀(121, 122)에 집중된 스트레스를 스크류 부재(10, 20)로 분산시켜 준다. 사출물로 이루어진 외장 부재(130)에서 충격을 한 번 흡수하고, 스크류 부재(10, 20)를 이용하여 션트 저항(110)을 단단하게 인쇄회로기판(50)에 고정하기 때문에 션트 저항(110)의 리드 핀(121, 122)이 받는 스트레스를 현저하게 줄여 줄 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 션트 저항 모듈 110: 션트 저항
111, 112: 단자부 120: 저항부
113, 114: 체결 구멍 121, 122: 리드 핀
130: 외장 부재 130a: 상면부
130b: 측면부 130c: 저면부
131, 132: 핀 구멍 138, 139: 브릿지부
141, 142: 나사 구멍 50: 인쇄회로기판
10, 20: 스크류 부재

Claims (10)

  1. 인쇄회로기판에 체결되어 전류 측정에 사용되는 션트 저항 모듈에 있어서,
    설정된 저항값을 갖는 저항부;
    상기 저항부의 양단으로부터 각각 연장된 적어도 2개의 단자부;
    상기 단자부의 일면에 고정되어 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결될 수 있도록 돌출된 리드 핀; 및
    상기 단자부의 일면을 적어도 부분적으로 덮도록 형성되고, 상기 리드 핀이 노출되도록 개구된 핀 구멍과 상기 인쇄회로기판에 나사 체결되도록 형성된 나사 구멍을 갖는 외장 부재
    를 포함하는 션트 저항 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나사 구멍은 상기 단자부에서 상기 리드 핀이 돌출되는 일면을 덮는 상기 외장 부재의 일면에 형성된, 션트 저항 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장 부재에 형성된 나사 구멍은 적어도 2개가 상기 저항부를 중심으로 양쪽에 대칭되게 배치된, 션트 저항 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 나사 구멍과 상기 리드 핀은 연면 거리(creepage) 이상으로 이격되도록 형성된, 션트 저항 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장 부재에 형성된 나사 구멍의 깊이는 상기 외장 부재의 표면에서 상기 단자부 일면까지의 두께보다 얕게 형성된, 션트 저항 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 나사 구멍은, 상기 단자부의 일면에 평행한 평면 방향에서 볼 때, 상기 저항부로부터 상기 핀 구멍보다 더 멀리 외곽으로 위치한, 션트 저항 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 나사 구멍은 상기 인쇄회로기판에 대하여 상기 핀 구멍보다 더 멀리 외곽으로 위치한, 션트 저항 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장 부재는 수지 사출물로 이루어진, 션트 저항 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자부는 각각 체결 구멍이 형성된 판상의 단자부이고,
    상기 외장 부재는 상기 체결 구멍들 사이에서 상기 리드 핀 주변을 덮도록 형성된, 션트 저항 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드 핀은 상기 각 단자부의 일면으로부터 돌출되고,
    상기 핀 구멍은 서로 독립되어 상기 각 리드 핀에 대하여 개별로 형성된, 션트 저항 모듈.
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