(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-19
(54)【発明の名称】ワイヤ集合体で構成されるバスバー本体を含むバスバーアセンブリー
(51)【国際特許分類】
H01B 7/00 20060101AFI20241212BHJP
H02G 15/02 20060101ALI20241212BHJP
H02G 1/14 20060101ALI20241212BHJP
【FI】
H01B7/00 306
H01B7/00 302
H02G15/02
H02G1/14
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024535528
(86)(22)【出願日】2023-09-21
(85)【翻訳文提出日】2024-06-13
(86)【国際出願番号】 KR2023014397
(87)【国際公開番号】W WO2024071835
(87)【国際公開日】2024-04-04
(31)【優先権主張番号】10-2022-0121727
(32)【優先日】2022-09-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521065355
【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】スン・タク・ファン
【テーマコード(参考)】
5G309
5G355
5G375
【Fターム(参考)】
5G309BA11
5G309FA05
5G309FA07
5G355BA08
5G355CA09
5G355CA15
5G375CA12
5G375DA36
(57)【要約】
本発明は、複数のワイヤで構成されるワイヤ集合体形態のバスバー本体と、前記バスバー本体の両端のそれぞれでワイヤと結合する結合部と、を含むバスバーアセンブリー関するものであり、バスバー本体が柔軟であって自由な変形が可能であり、冷却機能が向上した特徴がある。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のワイヤで構成されるワイヤ集合体形態のバスバー本体と、
前記バスバー本体の両端のそれぞれで前記ワイヤと結合する結合部と、
を含む、バスバーアセンブリー。
【請求項2】
前記ワイヤのそれぞれは、線形の導電部材を絶縁性チューブで被覆した形態に構成される、請求項1に記載のバスバーアセンブリー。
【請求項3】
前記ワイヤの間には少なくとも一つ以上の離隔空間が設けられる、請求項1に記載のアセンブリー。
【請求項4】
前記結合部には、前記ワイヤが挿入されるための複数のホールが形成されており、
それぞれの前記ホールには一つ以上の前記ワイヤが挿入されて結合される、請求項1に記載のバスバーアセンブリー。
【請求項5】
前記結合部と前記ワイヤとは、単純挿入、伝導性接着剤、及び溶加材の溶解のうちの少なくとも一つ以上によって結合される、請求項4に記載のバスバーアセンブリー。
【請求項6】
前記結合部は、電気的接触及び物理的固定を同時になすことができる結合手段を備えている、請求項1に記載のバスバーアセンブリー。
【請求項7】
前記結合部は、結合部材を締結させるための貫通口を含む、請求項6に記載のバスバーアセンブリー。
【請求項8】
前記結合部材は、ボルト及びナット、ボルト、ピン、及びリベットのうちの少なくとも一つ以上である、請求項7に記載のバスバーアセンブリー。
【請求項9】
前記バスバー本体の第1側端は1個の第1結合部と結合し、前記バスバー本体の第2側端は1個の第2結合部と結合する、請求項1に記載のバスバーアセンブリー。
【請求項10】
前記バスバー本体を構成する複数のワイヤは長さが一定である、請求項9に記載のバスバーアセンブリー。
【請求項11】
前記バスバー本体は2個以上の小単位ワイヤ集合体で構成され、
前記バスバー本体の第1側端は1個の第1結合部と結合し、前記バスバー本体の第2側端は前記小単位ワイヤ集合体ごとに第3結合部と結合する、請求項1に記載のバスバーアセンブリー。
【請求項12】
前記2個以上の小単位ワイヤ集合体の長さは互いに異なる、請求項11に記載のバスバーアセンブリー。
【請求項13】
請求項1~12のいずれか一項に記載のバスバーアセンブリーの製造方法であって、
内部に複数のホールが形成された前記結合部を準備する段階と、
前記ホールに前記バスバー本体を構成する前記ワイヤを挿入する段階と、
前記ワイヤを前記結合部と結合する段階と、
を含む、バスバーアセンブリー製造方法。
【請求項14】
前記ワイヤと前記結合部とは溶加材の溶解によって結合する、請求項13に記載のバスバーアセンブリー製造方法。
【請求項15】
請求項1~12のいずれか一項に記載のバスバーアセンブリーを含む、電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は2022年9月26日付け韓国特許出願第10-2022-0121727号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
【0002】
本発明はワイヤ集合体で構成されるバスバー本体を含むバスバーアセンブリーに関し、具体的には、発熱現象によって電池モジュールや電装部品が損傷することを防止するための冷却機能が向上したワイヤ集合体で構成されるバスバー本体を含むバスバーアセンブリーに関する。
【背景技術】
【0003】
複数のリチウム二次電池はBDU(battery disconnect unit)アセンブリー及びBMS(battery management system)などとともに組み立てられて電池モジュール又は電池パックを構成する。このような個別部品の電気的な連結のために、リレー(Relay)又はバスバーのような連結部材を使用することができる。
【0004】
リチウム二次電池は、充放電過程で熱が発生する。このような発熱によってバスバーのような連結部材が加熱される場合、導電材の抵抗が増加して通電性能が低下することがある。導電材抵抗の増加による温度上昇、及びこれによる抵抗増加の悪循環が発生することがあり、最悪の場合には、連結部材が動作不能状態になることもある。
【0005】
電気的な連結手段として使用されるバスバーがむしろ熱伝逹通路として用いられる点も解決しなければならない課題である。バスバーを介して周囲の熱が電源分配装置に伝達され得る。よって、電源分配装置の内部のリレーのような電装部品の通電性能が低下し、全体的な電池パックの性能が低下し得る。
【0006】
電池モジュールや電池パックの発熱問題を解決するために、電源分配装置に冷媒を用いた冷却システムを適用するか、又はリレーなどの個別部品を冷却する方案が考慮されている。電池パックの温度変化をシミュレーションする予測技術も発達している。
【0007】
それにもかかわらず、バスバー自体に対する冷却は依然として考慮されていない。バスバー個別部品を冷却させるよりは、電池パックに必要な電流よりも容量が大きい、すなわち面積が広いバスバーを導入する消極的な方法のみが適用されている。
【0008】
このようなバスバーの構造変更は、製造費用の増加はもちろんのこと、より広い空間を要求することになる。電装部品の大きさ増加が必要であるので、体積当たりの容量を増やすか、又は電池パックの大きさを減らす現在の要求には相応しくない。
【0009】
特許文献1は車両用フレキシブルバスバーに関するものであり、可撓性及び伸縮性を有する編組線(braided wire)の両端に接続端子が結合された形態に構成され、前記接続端子の厚さ方向に3本の編組線が積層され、前記3本の編組線の全外周に熱収縮チューブが被覆されている。
【0010】
特許文献1のフレキシブルバスバーは、編組線の長さを互いに異なるようにして、長さの短い側から長い側に押圧するとき、長い側に過度な張力が作用しないように構成しているが、編組線全体が単一の熱収縮チューブ内に位置するので、編組線の温度増加の際、早い熱排出がなされにくい形態である。
【0011】
特許文献2は自動車産業用蓄電池又はバッテリーに対する電気電池連結器、又は電気モジュール連結器に対する電気高電流連結器に関するものであり、編組線(stranded wire)及び固体電気連結ピースを有し、前記編組線の端部セクションは前記固体電気連結ピースの一部に埋込(embedding)されるように構成される。
【0012】
特許文献2は、前記編組線が平らなストランド(編組されたワイヤ)、丸いストランド(編組されたケーブル、編組線)又は編組されたスリービングで形成され、前記編組線は銅材又はアルミニウム材を有することができることを開示する。
【0013】
しかし、前記高電流連結器を使用する場合に発熱及び放熱機能を向上させるための技術を提示してはいない。
【0014】
このように、バスバーアセンブリーにおいて、面積を拡大しなく、別途の冷却部材を含まなくても放熱性を向上させることができ、周囲の熱源によって通電性能が低下することを防止することができる技術が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【特許文献1】特開2008-041330号公報
【特許文献2】韓国公開特許第10-2018-0135809号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、バスバー本体の表面積を増加させて放熱性が向上し、周囲の熱源で発生した熱がバスバー本体を介して伝達されて電装部品が損傷することを防止することができるバスバーアセンブリーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
このような目的を達成するために、本発明によるバスバーアセンブリーは、複数のワイヤで構成されるワイヤ集合体形態のバスバー本体と、前記バスバー本体の両端のそれぞれでワイヤと結合する結合部と、を含むことができる。
【0018】
前記ワイヤのそれぞれは、線形の導電部材を絶縁性チューブで被覆した形態に構成され得る。
【0019】
前記ワイヤの間には少なくとも一つ以上の離隔空間が設けられ得る。
【0020】
前記結合部には、前記ワイヤが挿入されるための複数のホールが形成されており、それぞれのホールには一つ以上のワイヤが挿入されて結合され得る。前記結合部は厚さが一定の多角形又は円形であり、その側面には前記ワイヤと結合することができる前記複数のホールが設けられ得る。
【0021】
前記結合部とワイヤとは、単純挿入、伝導性接着剤、及び溶加材の溶解のうちの少なくとも一つ以上によって結合され得る。
【0022】
前記結合部は、電気的接触及び物理的固定を同時になすことができる結合手段を備えることができる。
【0023】
前記結合部は、結合部材を締結させるための貫通口を含むことができる。
【0024】
前記結合部材は、ボルト及びナット、ボルト、ピン、及びリベットのうちの少なくとも一つ以上であり得る。
【0025】
前記バスバー本体の第1側端は1個の第1結合部と結合し、前記バスバー本体の第2側端は1個の第2結合部と結合することができる。ここで、前記バスバー本体を構成する複数のワイヤは長さが一定であり得る。
【0026】
前記バスバー本体は2個以上の小単位ワイヤ集合体で構成され、前記バスバー本体の第1側端は1個の第1結合部と結合し、前記バスバー本体の第2側端は前記小単位ワイヤ集合体ごとに第3結合部と結合することができる。ここで、前記小単位ワイヤ集合体の長さは互いに異なり得る。
【0027】
前記バスバーアセンブリーの製造方法であって、内部に複数のホールが形成された結合部を準備する段階と、前記ホールにバスバー本体を構成するワイヤを挿入する段階と、前記ワイヤを前記結合部と結合する段階と、を含むことができる。
【0028】
前記ワイヤと前記結合部とは溶加材の溶解によって結合することができる。
【0029】
本発明は、前記バスバーアセンブリーを含む電池モジュールを含む。
【0030】
また、本発明は、前記課題の解決手段を多様に組み合わせた形態としても提供することができる。
【発明の効果】
【0031】
以上で説明したように、本発明によるバスバーアセンブリーは、複数のワイヤでバスバー本体を構成するので、バスバー本体の表面積が増加して放熱性が向上する。
【0032】
また、前記バスバー本体を構成する複数のワイヤは互いに密着しないように配置されるので、ワイヤの間に形成される空間で空気の対流が起こることができるので、冷却効果が向上することができる。
【0033】
また、ワイヤ集合体の長さを互いに異なるように構成するか又は複数の小単位ワイヤ集合体を備えることにより、連結距離及び位置設定に対する自由度が高く、1対多の部品に対する連結を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【
図1】本発明によるバスバーアセンブリーの第1実施例の斜視図である。
【
図3】本発明によるバスバーアセンブリーの第1実施例の結合斜視図である。
【
図4】本発明によるバスバーアセンブリーの第2実施例及び第3実施例の斜視図である。
【
図5】本発明によるバスバーアセンブリーの製造過程を順に示すバスバーアセンブリーの一部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、添付図面に基づき、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判定される場合にはその詳細な説明を省略する。
【0036】
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般にわたって、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【0037】
また、構成要素を限定するか付加して具体化する説明は、特別な制限がない限り、すべての発明に適用可能であり、特定の発明に限定されない。
【0038】
また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって単数で表示したものは、別に言及しない限り、複数の場合も含む。
【0039】
また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって「又は」は、別に言及しない限り、「及び」を含むものである。したがって、「A又はBを含む」はAを含むか、Bを含むか、又はA及びBの両者を含む3種の場合を意味する。
【0040】
本発明を図面に基づいて詳細な実施例と一緒に説明する。
【0041】
図1は本発明によるバスバーアセンブリーの第1実施例の斜視図であり、
図2は
図1の部分拡大図であり、
図3は本発明によるバスバーアセンブリーの第1実施例の結合斜視図である。
【0042】
図1~
図3を参照すると、本発明によるバスバーアセンブリーは、複数本のワイヤ110で構成されるワイヤ集合体形態のバスバー本体100と、バスバー本体100の両端のそれぞれでワイヤ110と結合する結合部200と、を含む。
【0043】
本発明は、バスバー本体を複数のワイヤで構成するので、従来の棒状のメタルプレートを使用することと比較すると、バスバー本体の表面積が増加して放熱性が向上する効果がある。外部熱源から発生した熱がメタルプレートを介して伝達されることと比較すると、メタルプレートよりも放熱性が向上したワイヤ集合体を使用することにより、熱伝逹効果が減少することができるので、温度増加によって通電性能が低下することを防止することができる。
【0044】
また、ワイヤが所定の間隔で離隔するように配置された状態で結合部に結合されるので、ワイヤの間で空気の対流による冷却が起こり得る空間が形成される。よって、本発明によるバスバーアセンブリーは、別途の冷却部材を備えなくても、バスバーアセンブリーの構造的利点による冷却効果を得ることができる。
【0045】
バスバー本体100を構成する複数のワイヤ110は長さが一定であるようにして構成されて、バスバー本体100の第1側端は1個の第1結合部200と結合し、バスバー本体100の第2側端は1個の第2結合部200と結合している。
【0046】
ワイヤ110は、断面が円形、楕円形、又は多角形に構成できるが、全体的に同じ形態、及び一様な大きさを有するもので構成され得る。ワイヤ110は互いに密着せず、相互間に離隔空間を形成し、結合部の幅方向に同じ平面上に配置される。図面に示されていないが、一部のワイヤ110は互いに密着することができるが、小規模の単位で密着するだけで、全体としてワイヤの間には離隔空間が設けられる。
【0047】
結合部200には、前記ワイヤ110が挿入されるための複数のホール210が形成されており、それぞれのホール210には一つ以上のワイヤが挿入されて結合され得る。
図1~
図3にはそれぞれのホール210に1本のワイヤ110が挿入されるものとして示されている。
【0048】
結合部200は厚さが一定である多角形又は円形を有することができ、その側面にはワイヤ110と結合することができる複数のホール210が設けられている。結合部200は伝導性材質であり、金属が好ましい。
【0049】
結合部200にはワイヤ110が挿入されるための複数のホール210が形成されており、ホール210は結合部200の厚さ方向(y)及び幅方向(x)に一定の間隔で2列以上が形成され得る。よって、ワイヤ110は結合部200の厚さ方向(y)に2層以上に結合され得る。
【0050】
ワイヤの表面積が増加するほど放熱性が向上する点を考慮すると、ワイヤが細くなるほど放熱効果が増大することができる。
【0051】
ワイヤのそれぞれは、線形の導電部材111が内部にあり、導電部材111を絶縁性チューブ112で被覆した形態に構成され得る。もしくは、導電部材111に絶縁物質がコートされた形態を有することができる。例えば、放熱性能のために、絶縁物質でありながら放熱性能が高いセラミックなどを含む被覆材料を使用することができる。ただし、ワイヤの端部において結合部に挿入される部分は絶縁性チューブが被覆されずに露出されるように構成されることにより、バスバー本体100と結合部200との間で通電することができる。
【0052】
図面には示されていないが、バスバーは通常外部に露出されないので、ワイヤを被覆がない線形の導電部材のみで構成することも可能である。この場合、個別ワイヤの表面積が減少することができる。よって、被覆物質の種類によって放熱性能がむしろ高くなるか又は低くなることがある。
【0053】
結合部200に設けられたそれぞれのホール210には1本のワイヤ110が個別的に挿入され、結合部200に結合されることができ、及び/又は複数本のワイヤ110が単一のホール210に一緒に挿入され、結合部200に結合され得る。
【0054】
ワイヤの間に離隔間隔が形成されることを容易にするための目的では、結合部200のホール210ごとに1本のワイヤ110が挿入されて結合されることが好ましい。
【0055】
ここで、結合部200のホール210に対するワイヤ110の結合方法としては、単純挿入、伝導性接着剤の付加、及び溶加材の溶解のうちの少なくとも一つ以上の方法を使用することができる。
【0056】
例えば、溶加材の溶解方法を使用して結合部のホールにワイヤを結合する場合、それぞれのワイヤの端部に溶加材を付加した後、結合部のホールに前記溶加材の付加されたワイヤを挿入し、ろう付けする過程で実施することができる。もしくは、結合部のホールの内部に溶加材を付加した後、前記ホールにワイヤを挿入した後、ろう付けする過程で実施することができる。
【0057】
結合部200の大きさ及び結合部に形成されたホールの個数及びホールの大きさDは、バスバーアセンブリーが結合される電装部材の電流仕様、必要なワイヤの本数及びワイヤの太さによって変更可能であり、結合部のホールのうちの一部にのみワイヤが結合された状態で使用することができる。
【0058】
一方、ワイヤ110が全体的に離隔した形態をずっと維持することができるように、バスバー本体の中間部に、厚さが薄いながら側面に
図3のホール210が配置された形態のようにホールが設けられた中間固定部をさらに付加することができる。前記中間固定部のそれぞれのホールには、結合部200のホール210に結合されたワイヤ110が同じ形態に貫通することができる。
【0059】
結合部200は、電気的接触及び物理的固定を同時になすことができる結合手段を備えることができる。例えば、結合部200には、結合部材を締結させるための、厚さ方向に貫通する貫通口220が形成され得る。結合部200の一側面に、これと結合するための部品を配置する。この際、結合部材締結用の貫通口が互いに一致するように配置し、貫通口220を通してボルト、ピン、及びリベットのうちの少なくとも一つ以上を挿入した後、ナット又は固定部材で固定するか又はリベッティング作業を実施することによって結合部と部品とを結合することができる。
【0060】
もしくは、結合部200に貫通口がない場合、結合部の結合面に伝導性接着剤を付加するか、又は結合部に締結用フック又は掛け具を備えて他の部品に締結するか、又は結合部全体を他の部品に設けられた溝に挿入して装着する方法などを使用することができる。
【0061】
図4は本発明によるバスバーアセンブリーの第2実施例及び第3実施例の斜視図である。
【0062】
図4を参照すると、
図4の(a)は第2実施例によるバスバーアセンブリーを示し、
図4の(b)は第3実施例によるバスバーアセンブリーを示している。
【0063】
第2実施例によるバスバーアセンブリー及び第3実施例によるバスバーアセンブリーにおいて、バスバー本体100は2個の小単位ワイヤ集合体で構成される。バスバー本体100の第1側端は1個の第1結合部200と結合され、バスバー本体100の第2側端は小単位ワイヤ集合体ごとにそれぞれ第3結合部200と結合される。
【0064】
単一の小単位ワイヤ集合体において、ワイヤは同一平面上で互いに離隔間隔が形成されるように第1結合部200及び第3結合部200と結合され、第1結合部に結合された相異なる小単位集合体が全部同一平面上に配置されて結合され、又は小単位集合体ごとに相異なる平面上に配置されるように結合され得る。
【0065】
第3結合部の大きさは第1結合部よりも小さく構成され、又は第3結合部として第1結合部と同一のものを使用することができる。
【0066】
このように、小単位ワイヤ集合体でバスバー本体を構成する場合は、単一の部品を複数の部品と電気的に連結することができるので、バスバーアセンブリーの個数を減らすことができる。このように減ったバスバーアセンブリーの個数の分だけ電装部品においてバスバーアセンブリーが結合されるコネクタの個数を減らすことができるので、電気的連結のために必要な面積を他の機能のための面積として用いることができ、電気的連結回路構成を多様に形成することができる。
【0067】
第2実施例によるバスバーアセンブリーは、小単位ワイヤ集合体の長さが互いに異なる。よって、第3結合部が結合される第3-1電装部品と第1結合部が結合される第1電装部品との間の距離が、第3結合部が結合される第3-2電装部品と第1結合部が結合される第1電装部品との間の距離と異なる場合にも、単一のバスバーアセンブリーを用いて相互間の電気的連結を形成することができる。
【0068】
図5は本発明によるバスバーアセンブリーの製造過程を順に示すバスバーアセンブリーの一部の平面図である。
【0069】
図5を参照すると、内部に複数のホール210が形成された結合部200を準備する段階(
図5の(a))と、ホール210にバスバー本体100を構成するワイヤを挿入する段階(
図5の(c))と、ワイヤを結合部200と結合する段階(
図5の(d))と、を含む。
【0070】
具体的には、ワイヤと結合部とを結合する方法として、溶加材300の溶解による方法を使用することができる。ここで、バスバー本体100を構成するワイヤを結合部200と結合するに先立ち、
図5の(b)のように、結合部200のホール210に溶加材300を付加する過程を含むことができる。もしくは、これと違って、結合部200のホール210に挿入されるワイヤの端部に溶加材を付加する過程を含むことができる。
【0071】
図5の(c)のように、結合部200のホール210にバスバー本体100を挿入した後、
図5の(d)のように、結合部のホール210の周辺部400を加熱するろう付けを実施することにより、バスバー本体100を結合部200と結合させることができる。
【0072】
例えば、溶加材として銀(Ag)を使用することができる。ここで、周辺部400の加熱温度は銀の溶融温度よりは高いがワイヤ及び結合部が溶融する温度よりは低い温度範囲に設定することができる。
【0073】
このような方法で製造されたバスバーアセンブリーを用いて、電池モジュールの内部で電装部品間の電気的連結を形成した電池モジュールを製造することができ、又は電池モジュールとその外部にある周辺部品との間の電気的連結を形成することができる。
【0074】
本発明は、別途の冷却部材を備えなくても、バスバー本体の広い表面積及びワイヤ間の離隔空間を介して優れた冷却効果を発揮するバスバーアセンブリーを提供する。
【0075】
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。
【符号の説明】
【0076】
100 バスバー本体
110 ワイヤ
111 導電部材
112 絶縁性チューブ
200 結合部、第1結合部、第2結合部、第3結合部
210 ホール
220 貫通口
300 溶加材
400 周辺部
【国際調査報告】