WO2025009812A1 - 버스바 조립체 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a busbar assembly and a battery pack including the same, and more specifically, to a busbar assembly having improved insulation stability and a battery pack including the same.
  • rechargeable secondary batteries are being used as a power source for electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (P-HEVs) as a solution to air pollution caused by existing gasoline vehicles that use fossil fuels, and thus the need for the development of secondary batteries is increasing.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • P-HEVs plug-in hybrid electric vehicles
  • lithium secondary batteries are receiving attention due to their advantages such as the fact that they have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, are free to charge and discharge, have a very low self-discharge rate, and have high energy density.
  • the lithium secondary battery mainly use lithium oxide and carbon material as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery comprises an electrode assembly in which positive and negative electrode plates, each of which is coated with the positive and negative electrode active materials, are arranged with a separator between them, and a battery case that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte.
  • lithium secondary batteries can be classified into can-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the outer packaging material.
  • a battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected is used.
  • a plurality of battery cells are connected to each other in series or in parallel to form a battery cell stack, thereby improving capacity and output.
  • one or more battery modules can be mounted together with various control and protection systems such as a BDU (Battery Disconnect Unit), a BMS (Battery Management System), and a cooling system to form a battery pack.
  • BDU Battery Disconnect Unit
  • BMS Battery Management System
  • a battery pack composed of multiple battery modules can rapidly and severely increase in temperature due to the heat generated from multiple battery cells being added together in a narrow space.
  • battery modules composed of multiple battery cells and battery packs equipped with such battery modules can obtain high output, but if the heat dissipation of the battery cells is not properly performed or if a thermal runaway phenomenon of the battery cells occurs, there is a high possibility of continuous ignition or subsequent explosion.
  • a bus bar is provided that connects to the battery module.
  • Figure 1 is an exploded perspective view and a combined perspective view of a conventional busbar assembly.
  • a conventional busbar assembly (10) includes a busbar (20), a covering (20C) covering the busbar (20), a cap (CP), and a tape (AL) for fixing the cap (CP).
  • the busbar (20) may be provided in a metal bar shape, or may be provided in a shape in which metal sheets are laminated.
  • the busbar (20) includes a conductive material, and may include, for example, a copper (Cu) material.
  • the covering (20C) can wrap around the bus bar (20).
  • the covering (20C) can include an electrically insulating material, and for example, can include a material such as silicone or epoxy. Since the covering (20C) wraps around the bus bar (20) through which a high current flows, the bus bar (20) is prevented from coming into contact with other electrical components or conductive members other than the terminal bus bar of the battery module, thereby causing a short circuit.
  • the covering (20C) is provided in a tube-like shape, so that the bus bar (20) can be inserted into the inside of the covering (20C).
  • a cap (CP) is provided at both ends of the bus bar (20) for insulation.
  • the cap (CP) may be, for example, a rubber cap.
  • the cap (CP) may be attached to the covering (20C) using a tape (AL).
  • the busbar (20) may be flexible or rigid.
  • the busbar assembly (10) including the flexible busbar (20) can be bent using a jig or the like.
  • a jig or the like there is a limit to the bending of the busbar assembly (10), and in particular, there is a limit to bending the busbar assembly (10) multiple times.
  • the busbar assembly (10) including the rigid busbar (20) it is difficult to provide a covering (20C) that is bent multiple times without deteriorating the fire resistance.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a busbar assembly capable of exhibiting excellent fire resistance and electrical insulation properties for a busbar including a bent portion, and a battery pack including the same.
  • the busbar assembly of the present invention comprises a busbar including a body portion including a bent portion and an end portion extending from both ends of the body portion and having a through hole formed therein; an insulating layer insert injection-molded to surround the body portion; and a cap surrounding the end portion.
  • the insulating layer may include a first portion surrounding the body portion and a second portion extending from the first portion and inserted into the cap.
  • the thickness of the second portion is smaller than the thickness of the first portion, and the second portion can form a step with the first portion.
  • the cap may include a body portion that surrounds a portion of the end portion where the through hole is formed; and an extension portion that surrounds the second portion of the insulating layer.
  • the cap may have a tubular shape into which the end can be inserted.
  • the insulating layer may comprise a refractory plastic.
  • the cap may comprise refractory silicone.
  • the invention may further include a glass fiber layer disposed on the insulating layer and the cap to surround a boundary between the insulating layer and the cap.
  • the body portion may include at least one bend.
  • the bend may include a vertically bent portion.
  • the battery pack of the present invention comprises at least one busbar assembly according to the above; battery modules; a BDU (battery disconnect unit) module for controlling electrical connection of the battery modules; and a BMS (battery management system) module for monitoring and controlling operation of the battery modules, wherein the at least one busbar assembly electrically connects at least one of between the battery modules, between the battery module and the BDU module, between the battery module and the BMS module, and between the BDU module and the BMS module.
  • BDU battery disconnect unit
  • BMS battery management system
  • the busbar assembly of the present invention can exhibit excellent fire resistance and insulation properties while including a busbar including a bent portion.
  • Figure 1 is an exploded perspective view and a combined perspective view of a conventional busbar assembly.
  • Figure 2 is a plan view of a battery pack of one embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of one of the battery modules included in the battery pack of FIG. 2.
  • FIG 4 is a partial perspective view showing the battery module of Figure 3 with the module frame and end plate removed.
  • Figure 5 is a perspective view of a bus bar of one embodiment.
  • Figure 6 is a perspective view of a busbar provided with an insulating layer according to one embodiment.
  • FIG. 7 is a partial side view of a busbar provided with an insulating layer according to one embodiment.
  • FIG. 8 is a partial side view of a busbar provided with an insulating layer and cap of one embodiment.
  • FIG. 9 is a partial side view of a busbar assembly of one embodiment.
  • Figure 10 is a perspective view of a busbar assembly of one embodiment.
  • a part such as a layer, film, region, or plate is said to be “over” or “on” another part, this includes not only cases where it is “directly over” the other part, but also cases where there is another part in between.
  • a part is said to be “directly over” another part, it means that there is no other part in between.
  • it is said to be “over” or “on” a reference part, it means that it is located above or below the reference part, and does not necessarily mean that it is located “over” or “on” in the opposite direction of gravity.
  • first direction (DR1), the second direction (DR2), and the third direction (DR3) are used as relative concepts.
  • the first direction (DR1), the second direction (DR2), and the third direction (DR3) may be perpendicular to each other.
  • the concepts of upper and lower are described as being distinguished along the third direction (DR3).
  • the upper direction or the upper direction means the third direction (DR3).
  • the lower direction or the lower direction means the opposite direction to the third direction (DR3).
  • Thiickness” in the specification means the length measured in the third direction (DR3).
  • Figure 2 is a plan view of a battery pack of one embodiment.
  • a battery pack (1000) includes a busbar assembly (100), a pack frame (1100), battery modules (1200), a BDU (battery disconnect unit) module (1300) for controlling electrical connection of the battery modules (1200), and a BMS (battery management system) module (1400) for monitoring and controlling operation of the battery modules (1200).
  • At least one busbar assembly (100) according to the present embodiment electrically connects at least one of the battery modules (1200), between the battery modules (1200) and the BDU module (1300), between the battery modules (1200) and the BMS module (1400), and between the BDU module (1300) and the BMS module (1400).
  • a plurality of battery modules (1200) can be accommodated in a pack frame (1100), and electrical connections between the battery modules (1200) or electrical connections between the battery modules (1200) and the BDU module (1300) can be made by the busbar assembly (100). That is, the busbar assembly (100) according to the present embodiment can be in charge of HV (High voltage) connections.
  • the HV connection is a connection that serves as a power source for supplying power that requires high voltage, and means a connection between battery cells or a connection between battery modules.
  • the BDU module (1300) is a member for controlling the electrical connection of the battery module (1200) and can cut off power between the power conversion device and the battery module (1200).
  • the BDU module (1300) can cut off power to the battery pack (1000) when a condition occurs in which the current exceeds a set range, thereby ensuring the safety of the battery pack (1000).
  • the LV connecting member (100') can be responsible for the electrical connection between the battery module (1200) and the BMS module (1400).
  • the electrical connection here is an LV (Low voltage) connection, which means a sensing connection for detecting and controlling the voltage and temperature of the battery module (1200).
  • sensors, etc. inside the battery module (1200) are arranged, and real-time temperature information or voltage information of the battery module (1200) is transmitted to the BMS module (1400) through the LV connecting member (100').
  • the real-time operating status of the battery module (1200) can be monitored and controlled through the BMS module (1400).
  • an HV current sensor is integrated into the BMS module (1400).
  • the busbar assembly according to the present embodiment can be responsible for electrical connection between the battery module (1200) and the BMS module (1400) or between the BDU module (1300) and the BMS module (1400).
  • the battery module (1200) described below is an exemplary structure of a battery module including a plurality of battery cells (11), and various forms of battery modules including a plurality of battery cells may be applied.
  • FIG. 3 is a perspective view showing one of the battery modules included in the battery pack of FIG. 2.
  • FIG 4 is a partial perspective view showing the battery module of Figure 3 with the module frame and end plate removed.
  • the battery module (1200) may include a battery cell stack (11A) in which a plurality of battery cells (11) are stacked.
  • the battery cell stack (11A) is illustrated in FIG. 4. This battery cell stack (11A) may be accommodated in a module frame (30) and an end plate (40).
  • the battery cell (11) may be a pouch-type battery cell.
  • This pouch-type battery cell may be formed by housing an electrode assembly in a pouch case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and then fusing the outer periphery of the pouch case.
  • This battery cell (11) may be formed in a rectangular sheet structure.
  • An electrode lead (11L) connected to the electrode assembly protrudes to the outside of the pouch case, and the electrode leads (11L) of each battery cell (11) may be electrically connected to each other via a lead bus bar (21).
  • the battery cell (11) of the present invention is not limited to a pouch-type battery cell.
  • At least one electrode lead (11L) may be connected to a terminal bus bar (22).
  • a portion of the terminal bus bar (22) may be exposed to the outside of the battery module (1200) as illustrated in FIG. 3.
  • Both the lead bus bar (21) and the terminal bus bar (22) may include a metal material having excellent electrical conductivity.
  • the busbar assembly (100) is electrically connected to the terminal busbar (22), so that the HV connection described above can be made. That is, the battery module (1200) can be electrically connected to another battery module (1200), a BDU module (1300), or a BMS module (1400) via the busbar assembly (100) connected to the terminal busbar (22).
  • busbar assembly according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 10.
  • Figure 5 is a perspective view of a bus bar of one embodiment.
  • a bus bar (200) of one embodiment includes a body portion (210) and an end portion (220).
  • the end portion (220) extends from both ends of the body portion (210).
  • Through holes (HH) for connection with terminal bus bars (22, see FIG. 3) of a battery module (1200, see FIG. 2) can be formed at both ends (220) of the bus bar (20).
  • a fastening member can be inserted into the through hole (HH) to connect the bus bar (200) to an external electrical device.
  • a bolt can be inserted into the through hole (HH) of the end portion (220) to connect the bus bar (200) and the terminal bus bar (22, see FIG. 3) of the battery module (1200, see FIG. 3).
  • This bus bar (20) can be in charge of an HV (High voltage) connection in a battery pack (1000, see FIG. 2).
  • the HV connection means a connection that serves as a power source for supplying electric power.
  • the bus bar (20) is a configuration that guides the electrical connection of the battery module (1200, see Fig. 2), and is generally made of a metal material with excellent electrical conductivity.
  • the bus bar (200) may include a copper (Cu) material.
  • the body portion (210) may correspond to the center of the bus bar (200).
  • the body portion (210) includes a bend portion (BD).
  • the bend portion (BD) means a portion where the body portion (210) is bent.
  • the bend portion (BD) may be bent at various angles, and may be bent vertically, for example.
  • the body portion (210) may include one or more bend portions (BD), and FIG. 5 illustrates, by way of example, that the body portion (210) includes a plurality of bend portions (BD).
  • the bending direction and the bending angle of the bend portions (BD) may be different from each other, may be the same as each other, or at least one may be different from the others.
  • the body part (210) can be bent into various shapes, including a bending part (BD). Accordingly, the battery modules (1200, see FIG. 2) to be connected can be effectively connected, and the battery pack (1000, see FIG. 2) can improve the utilization of internal space.
  • BD bending part
  • bus bar (200) is described as including a body part (210) and an end part (220), but the body part (210) and the end part (220) have an integral shape.
  • Figure 6 is a perspective view of a busbar provided with an insulating layer according to one embodiment.
  • an insulating layer (300) may be provided to cover the bus bar (200).
  • the insulating layer (300) is insert injection molded to surround the body portion (210). Accordingly, the insulating layer (300) may be molded along the shape of the body portion (210) including the bent portion (BD).
  • the insulating layer (300) may have excellent fire resistance, including a refractory plastic.
  • the refractory plastic may block the flame without causing a hole or drip for a certain period of time when exposed to flame.
  • the refractory plastic may protect the internal structure by forming a carbonized layer in the flame.
  • the refractory plastic may include at least one of a PPO (Polyphenylene Oxide)-based material, a PA (Polyamide)-based material, and a PBT (Polybutylene Terephthalate)-based material.
  • the insulating layer (300) may insulate the body portion (210) of the busbar (200) even in a flame or at a high temperature, thereby preventing the busbar (200) from contacting other electrical components or conductive members, thereby causing a short circuit.
  • the insulation layer (300) may be more advantageous for insert injection molding the busbar (200) including the bent portion (BD) by including a refractory plastic.
  • the refractory plastic has better flowability than refractory silicone, the shape of the busbar (200) including the bent portion (BD) can be better molded.
  • the insulating layer (300) is provided to surround the body portion (210). That is, the insulating layer (300) is provided to insulate the body portion (210, see FIG. 5). In order to improve insulation, the insulating layer (300) may further surround at least a portion of the end portion (220). See FIG. 7 in this regard.
  • FIG. 7 is a partial side view of a busbar provided with an insulating layer according to one embodiment.
  • Figure 7 is an enlarged side view of a part of the body (210, see Figure 6) of a bus bar (200) and one end (220).
  • the insulating layer (300) may include a first portion (310) that surrounds the body portion (210) of the bus bar (200) and a second portion (320) that surrounds a portion of the end portion (220).
  • the second portion (320) extends from the first portion (310).
  • the second portion (320) extends from the first portion (310) to an extent that it does not cover the through hole (HH) of the end portion (220), and may be covered by a cap (400, see FIG. 8) described below.
  • the first portion (310) may have a first thickness (T1)
  • the second portion (320) may have a second thickness (T1) smaller than the first thickness (T1).
  • the second portion (320) forms a step with the first portion (310), and accordingly, a cap (400, see FIG. 8) described below may be fitted around the second portion (320).
  • the insulating layer (300) can prevent the bus bar (200) from being exposed at the point where the cap (400, see FIG. 8) is connected, including the second portion (320), and can secure a sufficient insulating distance.
  • FIG. 8 is a partial side view of a busbar provided with an insulating layer and cap of one embodiment.
  • Figure 8 is an enlarged side view of a part of the body (210, see Figure 6) of a bus bar (200) and one end (220).
  • a cap (400) may be provided at the end portion (220).
  • the cap (400) is provided to surround the end portion (220), and specifically, is provided to surround the end portion (220) and the second portion (320).
  • the cap (400) may have a tube shape into which the end portion (220) and the second portion (320) may be inserted.
  • the cap (400) may have a shape in which at least a portion of the lower portion is open. That is, it is sufficient for the cap (400) to surround the side and upper surfaces of the end portion (220) and the second portion (320), and is not limited to one shape.
  • the cap (400) may include a main body portion (410) and an extension portion (420) extended from the main body portion (410).
  • the main body portion (410) may surround a part of the end portion (220) in which the through hole (HH) is formed.
  • the main body portion (410) may be a portion that covers the end of the end portion (220).
  • the extension portion (420) may be a portion that extends from the main body portion (410) and surrounds the second portion (320) of the insulating layer (300).
  • the main body portion (410) may have a greater thickness than the extension portion (420) so as to accommodate a fastening member inserted into the through hole (HH).
  • the cap (400) has excellent refractory properties, including refractory silicone. Unlike general silicone materials that burn when exposed to flame or at high temperatures, the refractory silicone can be ceramified at high temperatures. Therefore, the refractory silicone can be ceramified without burning when exposed to flame, thereby maintaining insulation properties for the busbar (200). For example, the refractory silicone can be ceramized at a temperature of 500 degrees Celsius or higher and 1700 degrees Celsius or lower. However, the temperature range at which the refractory silicone is ceramized is not limited thereto.
  • the refractory silicone may include a silicone polymer and silica.
  • the applied silicone polymer may be a polysiloxane series compound having a vinyl group as a functional group, and may serve as a base material of the refractory silicone material.
  • the applied silica may be fumed silica as a reinforcing filler included in the silicone polymer.
  • a high-purity silicon chloride (SiCl 4 ) compound may be manufactured by reacting metal silicon as a main raw material with hydrochloric acid and a purification process. Fumed silica may be obtained by reacting this with hydrogen and oxygen in a high-temperature flame.
  • the refractory silicone may include platinum (Pt) as a catalyst.
  • a cap (400) including refractory silicone can maintain electrical insulation properties by being ceramized rather than burning or melting even when exposed to flame or placed in a high-temperature environment. Accordingly, the cap (400) can insulate the end (220) of the bus bar (200) even in flame or high temperature, thereby preventing the bus bar (200) from contacting other electrical components or conductive members and causing a short circuit.
  • the bus bar (200) can be insulated with a fire-resistant material throughout the body (210) and the end (220) by applying an insulation layer (300) and a cap (400).
  • the bus bar (200) covered by the second part (320) of the insulation layer (300) can be insulated once more by the cap (400) to secure an insulation distance (ID1).
  • an external fastening member may be inserted into the through hole (HH, see FIG. 5) of the end portion (220) before the cap (400) is provided. Accordingly, the end portion (220) may be electrically connected to the terminal bus bar (22, see FIG. 3).
  • the terminal bus bar 22, see FIG. 3.
  • FIG. 9 is a partial side view of a busbar assembly of one embodiment.
  • Figure 9 is an enlarged partial side view of one end of a busbar assembly (100).
  • the busbar assembly (100) of one embodiment may further include a glass fiber layer (500).
  • the glass fiber layer (500) is provided to surround a boundary of the insulating layer (300) and the cap (400).
  • the glass fiber layer (500) may be provided to further surround a portion of the insulating layer (300) and a portion of the cap (400), including the boundary of the insulating layer (300) and the cap (400).
  • an additional insulation distance (ID2) can be secured.
  • the glass fiber layer (500) can provide wear resistance to the busbar assembly (100) and act as a primary protective layer to physically protect the internal structure.
  • the glass fiber layer (500) can prevent the boundary between the insulation layer (300) and the cap (400) from being directly exposed to external flames.
  • the glass fiber layer (500) can also provide structural rigidity to the busbar assembly (100) to improve insulation performance. For example, when the cap (400) is ceramicized in a flame or high-temperature environment, the cap (400) can maintain electrical insulation, but its strength is reduced and it can be broken by an external force. The glass fiber layer (500) can provide structural rigidity to prevent the cap (400) from being broken by an external force.
  • the glass fiber layer (500) is provided in the form of a glass fiber tape and can be formed by winding it multiple times.
  • bus bar (200) one end of the bus bar (200) is enlarged and illustrated and described, but the same description can be applied to the other end of the bus bar (200).
  • Figure 10 is a perspective view of a busbar assembly of one embodiment.
  • a busbar assembly (100) of one embodiment may include a busbar (200) including a bent portion (BD), an insulation layer (300) that is insert injection molded to surround a body portion (210) of the busbar (200), a cap (400) that surrounds an end portion (220) of the busbar (200), and a glass fiber layer (500). Accordingly, the busbar assembly (100) including the busbar (200) including the bent portion (BD) may have excellent fire resistance and insulation properties.
  • One or more battery modules according to the present embodiment described above can be mounted together with various control and protection systems such as a BMS (Battery Management System), a BDU (Battery Disconnect Unit), and a cooling system to form a battery pack.
  • BMS Battery Management System
  • BDU Battery Disconnect Unit
  • cooling system to form a battery pack.
  • the above battery module or battery pack can be applied to various devices. Specifically, it can be applied to means of transportation such as electric bicycles, electric cars, hybrids, or ESS (Energy Storage Systems), but is not limited thereto, and can be applied to various devices that can use secondary batteries.
  • means of transportation such as electric bicycles, electric cars, hybrids, or ESS (Energy Storage Systems), but is not limited thereto, and can be applied to various devices that can use secondary batteries.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 조립체는, 굴곡부를 포함하는 바디부 및 바디부의 양 단에서 연장되고, 관통홀이 형성된 단부를 포함하는 버스바, 바디부를 감싸도록 인서트 사출 성형된 절연층, 및 단부를 감싸는 캡을 포함한다.

Description

버스바 조립체 및 이를 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2023년 07월 04일자 한국 특허 출원 제10-2023-0086265호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 버스바 조립체 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 절연 안정성이 향상된 버스바 조립체 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는 바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 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 충, 방전이 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 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 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.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지 셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지 셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지 셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BDU(Battery Disconnect Unit), BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
다수의 전지 모듈들이 모인 전지 팩은, 다수의 전지 셀로부터 나오는 열이 좁은 공간에서 합산되어 온도가 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 다시 말해서, 다수의 전지 셀이 적층된 전지 모듈들과 이러한 전지 모듈들이 장착된 전지 팩의 경우, 높은 출력을 얻을 수 있지만, 전지 셀의 방열이 제대로 이루어지지 않거나 전지 셀들의 열폭주(thermal runaway) 현상이 발생할 경우 연속적인 발화나 이에 따른 폭발이 발생할 가능성이 높다.
한편, 전지 팩 내부에는 전지 모듈과 연결되는 버스바가 구비된다.
도 1은 종래의 버스바 조립체의 분해 사시도 및 결합 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 버스바 조립체(10)는 버스바(20), 버스바(20)를 감싸는 피복(20C), 캡(CP), 및 캡(CP)의 고정을 위한 테이프(AL)을 포함한다. 버스바(20)는 금속 막대 형상으로 제공되거나, 또는 금속 시트가 적층된 형상으로 제공될 수 있다. 버스바(20)는 도전성을 갖는 소재를 포함하며, 예를 들어 구리(Cu) 소재를 포함할 수 있다.
피복(20C)은 버스바(20)를 감쌀 수 있다. 피복(20C)은 전기적 절연인 소재를 포함할 수 있으며, 일례로, 실리콘 또는 에폭시와 같은 소재를 포함할 수 있다. 고전류가 흐르는 버스바(20)를 피복(20C)이 감싸기 때문에, 버스바(20)가 전지 모듈의 터미널 버스바 외에 다른 전장품이나 도전성 부재와 접촉하여 쇼트가 발생하는 것이 차단된다. 피복(20C)은 튜브(tube)와 같은 형상으로 제공되어, 피복(20C)의 내부에 버스바(20)가 삽입될 수 있다.
버스바(20)의 양 단에는 절연을 위하여 캡(CP)이 제공된다. 캡(CP)은 예를 들어 러버캡일 수 있다. 캡(CP)은 테이프(AL)를 이용하여 피복(20C)에 부착될 수 있다.
한편, 버스바(20)는 플렉서블하거나, 리지드할 수 있다. 플렉서블한 버스바(20)를 포함하는 버스바 조립체(10)는 지그 등을 이용하여 구부려질 수 있다. 그러나 버스바 조립체(10)의 구부림에 한계가 있으며, 특히, 버스바 조립체(10)를 복수 회 구부리는 것에 한계가 있다. 리지드한 버스바(20)를 포함하는 버스바 조립체(10)의 경우에는, 내화성이 저하되지 않으면서 복수 회 구부려진 피복(20C)을 제공하는 것에 어려움이 있다.
이에 따라, 복수 회 구부려진 형상 등 복잡한 형상을 갖는 버스바를 포함하는 버스바 조립체의 구현에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 굴곡부를 포함하는 버스바에 대해, 우수한 내화성 및 전기적 절연성을 나타낼 수 있는 버스바 조립체 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 버스바 조립체는 굴곡부를 포함하는 바디부 및 상기 바디부의 양 단에서 연장되고, 관통홀이 형성된 단부를 포함하는 버스바; 상기 바디부를 감싸도록 인서트 사출 성형된 절연층; 및 상기 단부를 감싸는 캡을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 절연층은 상기 바디부를 감싸는 제1 부분 및 상기 제1 부분에서 연장되어 상기 캡에 삽입되는 제2 부분을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 부분의 두께는 상기 제1 부분의 두께보다 작고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분과 단차를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 캡은, 상기 관통홀이 형성된 상기 단부의 일부를 감싸는 본체부; 및 상기 절연층의 상기 제2 부분을 감싸는 연장부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 캡은 상기 단부가 삽입될 수 있는 튜브 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 절연층은 내화 플라스틱을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 캡은 내화 실리콘을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 절연층 및 상기 캡의 경계를 감싸도록, 상기 절연층 및 상기 캡 상에 배치된 유리 섬유층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 바디부는 적어도 1개 이상의 굴곡부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 굴곡부는 수직하게 굽어진 부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 전지 팩은 상기에 따른 적어도 하나의 버스바 조립체; 전지 모듈들; 상기 전지 모듈들의 전기적 연결을 제어하기 위한 BDU(battery disconnect unit) 모듈; 및 상기 전지 모듈의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery Management System) 모듈을 포함하고, 상기 적어도 하나의 버스바 조립체는, 상기 전지 모듈들 사이, 상기 전지 모듈과 상기 BDU 모듈 사이, 상기 전지 모듈과 상기 BMS 모듈 사이 및 상기 BDU 모듈과 상기 BMS 모듈 사이 중 적어도 하나를 전기적으로 연결한다.
본 발명의 버스바 조립체는 굴곡부를 포함하는 버스바를 포함하면서, 우수한 내화성 및 절연성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 버스바 조립체의 분해 사시도 및 결합 사시도이다.
도 2는 일 실시예의 전지 팩의 평면도이다.
도 3은 도 2의 전지 팩에 포함된 전지 모듈들 중 하나의 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈에 대해 모듈 프레임과 엔드 플레이트를 제거한 모습을 나타낸 부분 사시도이다.
도 5는 일 실시예의 버스바의 사시도이다.
도 6은 일 실시예의 절연층이 제공된 버스바의 사시도이다.
도 7은 일 실시예의 절연층이 제공된 버스바의 부분 측면도이다.
도 8은 일 실시예의 절연층 및 캡이 제공된 버스바의 부분 측면도이다.
도 9는 일 실시예의 버스바 조립체의 부분 측면도이다.
도 10은 일 실시예의 버스바 조립체의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타냈다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 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.
또한, 명세서 전체에서 제1 방향(DR1), 제2 방향(DR2), 및 제3 방향(DR3)은 상대적인 개념으로 사용되었다. 제1 방향(DR1), 제2 방향(DR2), 및 제3 방향(DR3)은 서로 수직 교차할 수 있다. 명세서 전체에서, 상, 하 개념은 제3 방향(DR3)을 따라서 구분되는 것으로 설명하였다. 구체적으로, 위 방향 또는 상측 방향은 제3 방향(DR3)을 의미한다. 아래 방향 또는 하측 방향은 제3 방향(DR3)의 반대 방향을 의미한다. 명세서 내 “두께”는 제3 방향(DR3)에서 측정한 길이를 의미한다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
도 2는 일 실시예의 전지 팩의 평면도이다.
도 2을 참조하면, 일 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 버스바 조립체(100), 팩 프레임(1100), 전지 모듈(1200)들, 전지 모듈(1200)의 전기적 연결을 제어하기 위한 BDU(battery disconnect unit) 모듈(1300), 및 전지 모듈(1200)의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(battery Management System) 모듈(1400)을 포함한다. 본 실시예에 따른 적어도 하나의 버스바 조립체(100)는 전지 모듈(1200)들 사이, 전지 모듈(1200)과 BDU 모듈(1300) 사이, 전지 모듈(1200)과 BMS 모듈(1400) 사이 및 BDU 모듈(1300)과 BMS 모듈(1400) 사이 중 적어도 하나를 전기적으로 연결한다. 구체적으로, 복수의 전지 모듈(1200)들이 팩 프레임(1100)에 수납될 수 있고, 전지 모듈(1200) 사이의 전기적 연결이나 전지 모듈(1200)과 BDU 모듈(1300) 사이의 전기적 연결이 버스바 조립체(100)에 의해 이루어질 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 버스바 조립체(100)는 HV(High voltage) 연결을 담당할 수 있다. 여기서 HV 연결은 고전압이 요구되는 전력을 공급하기 위한 전원 역할의 연결로써, 전지 셀 간의 연결이나 전지 모듈 간의 연결을 의미한다.
한편, BDU 모듈(1300)은 전지 모듈(1200)의 전기적 연결을 제어하기 위한 부재로써, 전력변환장치와 전지 모듈(1200) 사이에서 전원을 차단할 수 있다. BDU 모듈(1300)은 전류가 설정범위를 넘는 조건이 발생하면 전지 팩(1000)의 전원을 차단하여 전지 팩(1000)의 안전성을 확보할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 LV 연결 부재(100’)는 전지 모듈(1200)과 BMS 모듈(1400) 사이의 전기적 연결을 담당할 수 있다. 여기서의 전기적 연결은, LV(Low voltage) 연결로, 전지 모듈(1200)의 전압 및 온도를 감지하고 제어하기 위한 센싱 연결을 의미한다. 구체적으로, 전지 모듈(1200) 내부의 센서 등이 배치되고, 전지 모듈(1200)의 실시간 온도 정보나 전압 정보가 LV 연결 부재(100’)를 통해 BMS 모듈(1400)로 전달된다. BMS 모듈(1400)을 통해 전지 모듈(1200)의 실시간 작동 상태를 모니터링 및 제어할 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았지만, HV 전류 센서가 BMS 모듈(1400)에 통합되는 경우가 있다. 이 경우, 본 실시예에 따른 버스바 조립체는 전지 모듈(1200)과 BMS 모듈(1400) 사이 또는 BDU 모듈(1300)과 BMS 모듈(1400) 사이의 전기적 연결을 담당할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하여, 본 실시예에 따른 전지 모듈(1200)에 대해 설명한다. 다만, 아래에서 설명하는 전지 모듈(1200)은 복수의 전지 셀(11)을 포함하는 전지 모듈의 하나의 예시적인 구조이며, 복수의 전지 셀을 포함하는 다양한 형태의 전지 모듈이 적용될 수 있다.
도 3는 도 2의 전지 팩에 포함된 전지 모듈들 중 하나를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈에 대해 모듈 프레임과 엔드 플레이트를 제거한 모습을 나타낸 부분 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(1200)은, 복수의 전지 셀(11)이 적층된 전지 셀 적층체(11A)를 포함할 수 있다. 전지 셀 적층체(11A)는 도 4에 도시되어 있다. 이러한 전지 셀 적층체(11A)는 모듈 프레임(30)과 엔드 플레이트(40)에 수납될 수 있다.
전지 셀(11)은 파우치형 전지 셀일 수 있다. 이러한 파우치형 전지 셀은, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 전극 조립체를 수납한 뒤, 상기 파우치 케이스의 외주부를 융착하여 형성될 수 있다. 이러한 전지 셀(11)은 장방형 시트 구조로 형성될 수 있다. 상기 전극 조립체와 연결된 전극 리드(11L)는 상기 파우치 케이스의 외부로 돌출되는데, 각 전지 셀(11)의 전극 리드(11L)들은 리드 버스바(21)를 매개로 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 본 발명의 전지 셀(11)이 파우치형 전지 셀에 한정되는 것은 아니다.
한편, 적어도 하나의 전극 리드(11L)는 터미널 버스바(22)에 연결될 수 있다. 터미널 버스바(22)의 일부분은 도 3에 도시된 것처럼 전지 모듈(1200)의 외부로 노출될 수 있다. 리드 버스바(21)와 터미널 버스바(22)는 모두 전기 전도성이 우수한 금속 소재를 포함할 수 있다.
이러한 터미널 버스바(22)에 본 실시예에 따른 버스바 조립체(100)가 전기적으로 접속되어, 상술한 HV 연결이 이루어질 수 있다. 즉 전지 모듈(1200)은 터미널 버스바(22)에 연결되는 버스바 조립체(100)를 매개로 다른 전지 모듈(1200), BDU 모듈(1300) 또는 BMS 모듈(1400)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 10을 참고하여 일 실시예에 따른 버스바 조립체에 대해 설명한다.
도 5는 일 실시예의 버스바의 사시도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예의 버스바(200)는 바디부(210) 및 단부(220)를 포함한다.
단부(220)는 바디부(210)의 양 단에서 연장된다. 버스바(20)의 양 단부(220)에는 전지 모듈(1200, 도 2 참조)의 터미널 버스바(22, 도 3 참조)와의 연결을 위한 관통홀(HH)이 형성될 수 있다. 관통홀(HH)에는 체결 부재가 삽입되어, 버스바(200)를 외부의 전기장치와 연결할 수 있다. 예를 들어, 단부(220)의 관통홀(HH)에는 볼트가 삽입되어, 버스바(200) 및 전지 모듈(1200, 도 3 참조)의 터미널 버스바(22, 도 3 참조)를 연결시킬 수 있다. 이러한 버스바(20)는, 전지 팩(1000, 도 2 참조)에서 HV(High voltage) 연결을 담당할 수 있다. HV 연결은 전력을 공급하기 위한 전원 역할의 연결을 의미한다. 버스바(20)는 전지 모듈(1200, 도 2 참조)의 전기적 연결을 안내하는 구성으로, 전기 전도성이 우수한 금속 소재를 포함하는 것이 일반적이다. 일례로, 버스바(200)는 구리(Cu) 소재를 포함할 수 있다.
바디부(210)는 버스바(200)의 중심부에 해당하는 것일 수 있다. 바디부(210)는 굴곡부(BD)를 포함한다. 굴곡부(BD)는 바디부(210)가 굽어진 부분을 의미한다. 굴곡부(BD)는 다양한 각도로 굽어질 수 있으며, 예를 들어 수직하게 굽어질 수 있다. 바디부(210)는 굴곡부(BD)를 1개 이상 포함할 수 있고, 도 5에서는 예시적으로 바디부(210)가 복수의 굴곡부(BD)를 포함하는 것을 도시하였다. 굴곡부(BD)가 복수로 제공될 때, 굴곡부(BD)들의 굴곡 방향과 굴곡 각도는 서로 상이하거나, 서로 동일하거나, 또는 적어도 하나가 나머지와 상이할 수 있다.
바디부(210)는 굴곡부(BD)를 포함하여, 다양한 형상으로 굽어질 수 있다. 이에 따라 연결 대상인 전지 모듈(1200, 도 2 참조)들을 효과적으로 연결하고, 전지 팩(1000, 도 2 참조)은 내부 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
한편 본 명세서에서는 편의를 위하여 버스바(200)가 바디부(210) 및 단부(220)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 바디부(210) 및 단부(220)는 일체의 형상을 갖는다.
도 6은 일 실시예의 절연층이 제공된 버스바의 사시도이다.
도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 절연층(300)이 버스바(200)를 덮도록 제공될 수 있다. 절연층(300)은 바디부(210)를 감싸도록 인서트 사출 성형된다. 이에 따라, 절연층(300)은 굴곡부(BD)를 포함하는 바디부(210)의 형상을 따라서 성형될 수 있다.
절연층(300)은 내화 플라스틱을 포함하여 우수한 내화성을 가질 수 있다. 내화 플라스틱은 화염에 노출 시 일정 시간동안 hole이나 drip이 발생하지 않고 화염을 차단하는 역할을 할 수 있다. 또한, 내화 플라스틱은 화염 속에서 탄화층(carbonized layer)을 형성함으로써, 내부의 구조물을 보호할 수 있다. 내화 플라스틱은 PPO(Polyphenylene Oxide)계 물질, PA(Polyamide)계 물질, 및 PBT(Polybutylene Terephthalate)계 물질 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 따라서, 절연층(300)은 화염이나 고온에서도 버스바(200)의 바디부(210)를 절연하여, 버스바(200)가 다른 전장품이나 도전성 부재와 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 절연층(300)은 내화 플라스틱을 포함하여, 굴곡부(BD)를 포함하는 버스바(200)를 인서트 사출 성형 하기에 더욱 유리할 수 있다. 구체적으로, 내화 플라스틱은 내화 실리콘에 비해서 흐름성이 더 좋기 때문에, 굴곡부(BD)를 포함하는 버스바(200)의 형상을 더욱 잘 성형할 수 있다.
절연층(300)은 바디부(210)를 둘러싸도록 제공된다. 즉, 절연층(300)은 바디부(210, 도 5 참조)를 절연하기 위해 제공된다. 절연성을 향상시키기 위해서, 절연층(300)은 단부(220)의 적어도 일부를 더 감쌀 수 있다. 관련하여 도 7을 참조한다.
도 7은 일 실시예의 절연층이 제공된 버스바의 부분 측면도이다.
도 7은 버스바(200)의 바디부(210, 도 6 참조)의 일부 및 일 단부(220)를 확대한 측면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 절연층(300)은 버스바(200)의 바디부(210)를 감싸는 제1 부분(310) 및 단부(220)의 일부를 감싸는 제2 부분(320)을 포함할 수 있다. 제2 부분(320)은 제1 부분(310)에서 연장된다. 구체적으로, 제2 부분(320)은 단부(220)의 관통홀(HH)을 덮지 않을 정도로 제1 부분(310)에서 연장되고, 후술하는 캡(400, 도 8 참조)에 의해 커버될 수 있다.
제1 부분(310)은 제1 두께(T1)를 갖고, 제2 부분(320)은 제1 두께(T1)보다 작은 제2 두께(T1)를 가질 수 있다. 제2 부분(320)은 제1 부분(310)과 단차를 형성하며, 이에 따라 후술하는 캡(400, 도 8 참조)이 제2 부분(320)을 둘러싸며 끼워질 수 있다.
절연층(300)은 제2 부분(320)을 포함하여, 캡(400, 도 8 참조)이 연결되는 지점에서 버스바(200)가 노출되는 것을 방지할 수 있고, 충분한 절연 거리를 확보할 수 있다.
도 8은 일 실시예의 절연층 및 캡이 제공된 버스바의 부분 측면도이다.
도 8은 버스바(200)의 바디부(210, 도 6 참조)의 일부 및 일 단부(220)를 확대한 측면도이다.
도 8을 참조하면, 단부(220)에는 캡(400)이 제공될 수 있다. 캡(400)은 단부(220)를 감싸도록 제공되고, 구체적으로 단부(220) 및 제2 부분(320)을 감싸도록 제공된다. 일 실시예에서, 캡(400)은 단부(220) 및 제2 부분(320)이 삽입될 수 있는 튜브 형상을 가질 수 있다. 또는, 일 실시예에서 캡(400)은 하부의 적어도 일부가 개방된 형상을 가질 수 있다. 즉 캡(400)은 단부(220) 및 제2 부분(320)의 측면 및 상면을 감싸는 것으로 충분하며, 하나의 형상으로 제한되는 것은 아니다.
이하 일 예로, 캡(400)이 튜브 형상인 실시예에 대해 설명한다. 구체적으로, 캡(400)은 본체부(410) 및 본체부(410)에서 연장된 연장부(420)를 포함할 수 있다. 본체부(410)는 관통홀(HH)이 형성된 단부(220)의 일부를 감싸는 것일 수 있다. 즉, 본체부(410)는 단부(220)의 끝단을 덮는 부분일 수 있다. 연장부(420)는 본체부(410)에서 연장되어 절연층(300)의 제2 부분(320)을 감싸는 부분일 수 있다. 본체부(410)는 관통홀(HH)에 삽입되는 체결 부재를 수용할 수 있도록, 연장부(420)에 비해서 두께가 더 클 수 있다.
일 실시예에서, 캡(400)은 내화 실리콘을 포함하여 우수한 내화성을 가진다. 내화 실리콘은 화염에 노출되거나 고열에서 타는 일반적인 실리콘 소재와 달리, 고열에서 세라믹화(Ceramifying)될 수 있다. 따라서, 내화 실리콘은 화염에 노출될 경우 타지 않고 세라믹화되어 버스바(200)에 대한 절연성을 유지할 수 있다. 예를 들어, 내화 실리콘은 섭씨 500도 이상 섭씨 1700도 이하에서 세라믹화될 수 있다. 다만 내화 실리콘이 세라믹화되는 온도 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
내화 실리콘은 실리콘 폴리머 및 실리카를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적용되는 실리콘 폴리머는, 작용기(functional group)로써 비닐기(vinyl group)를 갖는 폴리실록세인(polysiloxane) 계열 화합물일 수 있고, 내화 실리콘 소재의 기재 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 적용되는 실리카는, 실리콘 폴리머에 포함되는 보강제(reinforcing filler)로써, 흄드 실리카(fumed silica)일 수 있다. 금속 규소를 주원료로 하여 염산과의 반응 및 정제과정을 통해 고순도 염화규소(SiCl4) 화합물을 제조할 수 있고. 이를 고온의 불꽃에서 수소 및 산소와 반응시켜 흄드 실리카를 얻을 수 있다. 또한, 내화 실리콘은 촉매로써 백금(Pt)을 포함할 수 있다.
내화 실리콘이 화염이나 고열에 노출되면, 실리콘 폴리머의 분해(decomposition)와 함께 실리카(SiO2)의 가교(cross-linked)가 이루어져 세라믹 물질이 형성된다. 내화 실리콘을 포함하는 일 실시예의 캡(400)은, 화염에 노출되거나 고열 환경에 놓이더라도, 타거나 녹아 없어지는 것이 아니라 세라믹화(Ceramifying)되어 전기적 절연성을 유지할 수 있다. 따라서, 캡(400)은 화염이나 고온에서도 버스바(200)의 단부(220)를 절연하여, 버스바(200)가 다른 전장품이나 도전성 부재와 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 버스바(200)는 절연층(300) 및 캡(400)이 적용됨으로써, 바디부(210) 및 단부(220) 전체가 내화 소재로 절연될 수 있다. 또한, 절연층(300)의 제2 부분(320)에 의해 덮힌 버스바(200)는 캡(400)에 의해 한번 더 절연되면서, 절연 거리(ID1)를 확보할 수 있다.
한편, 도 8에는 도시하지 않았으나, 캡(400)이 제공되기 전에 단부(220)의 관통홀(HH, 도 5 참조)에는 외부의 체결 부재가 삽입될 수 있다. 이에 따라, 단부(220)가 터미널 버스바(22, 도 3 참조)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 8 및 이하 도면에서는 설명의 편의를 위하여, 버스바(200), 절연층(300), 및 캡(400)의 구조만을 도시 및 설명하였다.
도 9는 일 실시예의 버스바 조립체의 부분 측면도이다.
도 9는 버스바 조립체(100)의 일 단을 확대한 부분 측면도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예의 버스바 조립체(100)는 유리 섬유층(500)을 더 포함할 수 있다. 유리 섬유층(500)은 절연층(300) 및 캡(400)의 경계를 감싸도록 제공된다. 구체적으로, 유리 섬유층(500)은 절연층(300) 및 캡(400)의 경계를 포함하여, 절연층(300)의 일부 및 캡(400)의 일부를 더 감싸도록 제공될 수 있다.
유리 섬유층(500)으로 절연층(300) 및 캡(400)의 경계를 한번 더 감싸면서, 절연 거리(ID2)를 추가로 확보할 수 있다.
또한, 유리 섬유층(500)은 버스바 조립체(100)에 내마모성을 제공하며, 내부 구조물을 물리적으로 보호하는 1차 보호막 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유층(500)은 절연층(300) 및 캡(400)의 경계가 외부 화염에 직접 노출되지 않도록 막아줄 수 있다.
유리 섬유층(500)은 버스바 조립체(100)에 구조적 강성을 부여하여 절연 성능을 향상시킬 수도 있다. 일 예로, 캡(400)이 화염이나 고열의 환경에서 세라믹화 될 경우, 캡(400)은 전기적 절연성은 유지할 수 있으나, 강도는 저하되어 외력에 의해 부서질 수 있다. 유리 섬유층(500)은 구조적 강성을 제공하여, 외력에 의해 캡(400)이 부서지는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에서 유리 섬유층(500)은 유리 섬유 테이프 형태로 제공되어, 복수 회 감기는 방식으로 형성될 수 있다.
한편, 도 7, 도 8, 및 도 9에서는 버스바(200)의 일 단을 확대하여 도시하고 설명하였으나, 버스바(200)의 타 단에도 동일한 설명이 적용될 수 있다.
도 10은 일 실시예의 버스바 조립체의 사시도이다.
도 5 및 도 10을 참조하면, 일 실시예의 버스바 조립체(100)는 굴곡부(BD)를 포함하는 버스바(200), 버스바(200)의 바디부(210)를 감싸도록 인서트 사출 성형된 절연층(300), 버스바(200)의 단부(220)를 감싸는 캡(400), 및 유리 섬유층(500)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 굴곡부(BD)를 포함하는 버스바(200)를 포함하는 버스바 조립체(100)는 우수한 내화성 및 절연성을 가질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), BDU(Battery Disconnect Unit), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 전지 모듈이나 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단이나 ESS(Energy Storage System)에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 버스바 조립체
200: 버스바
210: 바디부
220: 단부
300: 절연층
310: 제1 부분
320: 제2 부분
400: 캡
410: 본체부
420: 연장부
500: 유리 섬유층
1000: 전지 팩
1100: 팩 프레임
1200: 전지 모듈
1300: BDU 모듈
1400: BMS 모듈

Claims (11)

  1. 굴곡부를 포함하는 바디부 및 상기 바디부의 양 단에서 연장되고, 관통홀이 형성된 단부를 포함하는 버스바;
    상기 바디부를 감싸도록 인서트 사출 성형된 절연층; 및
    상기 단부를 감싸는 캡을 포함하는 버스바 조립체.
  2. 제1항에서,
    상기 절연층은 상기 바디부를 감싸는 제1 부분 및 상기 제1 부분에서 연장되어 상기 캡에 삽입되는 제2 부분을 포함하는 버스바 조립체.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 부분의 두께는 상기 제1 부분의 두께보다 작고,
    상기 제2 부분은 상기 제1 부분과 단차를 형성하는 버스바 조립체.
  4. 제2항에서,
    상기 캡은,
    상기 관통홀이 형성된 상기 단부의 일부를 감싸는 본체부; 및
    상기 절연층의 상기 제2 부분을 감싸는 연장부를 포함하는 버스바 조립체.
  5. 제1항에서,
    상기 캡은 상기 단부가 삽입될 수 있는 튜브 형상을 갖는 버스바 조립체.
  6. 제1항에서,
    상기 절연층은 내화 플라스틱을 포함하는 버스바 조립체.
  7. 제1항에서,
    상기 캡은 내화 실리콘을 포함하는 버스바 조립체.
  8. 제1항에서,
    상기 절연층 및 상기 캡의 경계를 감싸도록, 상기 절연층 및 상기 캡 상에 배치된 유리 섬유층을 더 포함하는 버스바 조립체.
  9. 제1항에서,
    상기 바디부는 적어도 1개 이상의 굴곡부를 포함하는 버스바 조립체.
  10. 제1항에서,
    상기 굴곡부는 수직하게 굽어진 부분을 포함하는 버스바 조립체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 버스바 조립체;
    전지 모듈들;
    상기 전지 모듈들의 전기적 연결을 제어하기 위한 BDU(battery disconnect unit) 모듈; 및
    상기 전지 모듈의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery Management System) 모듈을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 버스바 조립체는, 상기 전지 모듈들 사이, 상기 전지 모듈과 상기 BDU 모듈 사이, 상기 전지 모듈과 상기 BMS 모듈 사이 및 상기 BDU 모듈과 상기 BMS 모듈 사이 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 전지 팩.
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