KR101292276B1 - 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 저장장치 셀을 복수개 연결하여 고전압용 어셈블리를 구현하는 단자 연결 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 고전압용 커패시터 또는 배터리의 어셈블리를 구현하기 위해 각 단위 셀의 단자를 서로 연결하는 연결 장치로서, 소정의 길이를 갖는 판 형상이고, 양단이 단차진 구조로 이루어진 본체부와, 상기 본체부의 양단에 셀 단자가 삽입될 수 있도록 삽입공이 형성된 셀 단자 안착부가 구비된 부스바; 및 상기 부스바 본체부의 양단에 형성된 삽입공을 통해 셀 단자와 나사 결합하면서 상기 부스바를 체결하도록, 내부에 중공이 형성되고 외주면에 너트 형상이 가공된 판 형상의 너트 본체부와, 상기 셀 단자와 나사 결합하도록 상기 너트 본체부 중공의 내주면에 나사산이 형성된 너트 나사부가 구비된 체결 부재;를 포함하며, 상기 부스바 본체부의 단차진 높이와 상기 체결 부재의 너트 본체부 두께가 상응하도록 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치가 개시된다.

Description

에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치{Terminal connecting device for electric energy storage device module}

본 발명은 울트라 커패시터 또는 배터리와 같은 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에너지 저장장치 셀을 복수개 연결하여 고전압용 어셈블리를 구현하는 단자 연결 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기에너지를 저장하는 소자로는 전지(battery)와 커패시터(capacitor)가 대표적이다.

이러한 커패시터 중, 울트라 커패시터(Ultra Capacitor)는 슈퍼 커패시터(Super Capacitor)라고도 불리우며, 전해콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로서 높은 효율, 반영구적인 수명특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대체가 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.

이러한 울트라 커패시터를 사용함에 있어서, 고전압용 전지로 사용되기 위해서는 수천 패럿(F : farad) 또는 수백 전압(V : voltage)의 고전압 모듈(module)이 필요하다. 이런 고전압 모듈은 각각의 단위 셀(cell)인 울트라 커패시터가 필요한 수량만큼 연결되어 고전압용 울트라 커패시터 어셈블리로 구성된다. 이때, 복수의 울트라 커패시터는 부스바(busbar)에 의해 연결됨으로써 고전압용 울트라 커패시터 어셈블리를 이루게된다.

도 1a, 도1b 및 도 1c는 종래의 부스바를 이용하여 억지끼움 방식으로 셀 단자를 연결한 에너지 저장장치 어셈블리를 나타내는 도면이다.

도면에서와 같이, 종래에는 에너지 저장장치의 개별 셀(10)들을 연결하여 어셈블리를 구현하기 위해, 부스바(20)를 셀 단자(11)들에 강제 압입하는 억지끼움 방식으로 체결하여 연결하는 방식이 이용된다.

즉, 셀 단자(11)의 형상에 대응하는 홀이 각각 형성된 부스바(20)를 준비하여, 이 셀 단자(11)들에 부스바(20)의 홀이 각각 위치하도록 배치한 다음, 셀 단자(11)에 부스바(20)를 밀착시켜 강제 압입을 통한 억지끼움으로 체결하여 연결한다.

그러나 이러한 종래의 부스바(20)를 이용한 연결은 억지끼움 방식을 채용하여 구조의 단순화나, 비용의 절감 또는 결합 공정의 용이함 등의 장점을 갖지만, 억지끼움 방식을 통한 체결로 체결력의 저하에 따른 접속 신뢰도를 보장할 수 없는 문제가 있다. 즉, 이러한 종래의 방식은 진동이나 내구성에 취약한 단점을 구비하고 있다.

또한, 위와 같은 부스바를 이용한 결합 방식은, 셀 단자들 간의 연결을 통해 어셈블리를 형성한 후, 연결된 단자와의 체결 부위가 헐거워지거나 체결된 단자가 이탈하는 문제가 발생할 수 있고, 이는 결국 에너지 저장장치 어셈블리를 이용하는 전체 시스템에 악영향을 미치게 하는 문제가 발생한다.

아울러, 위와 같은 억지끼움 방식을 적용하기 위해서는 부스바 및 셀 단자의 체결 부위에 대한 부품 정밀도가 매우 중요시되는데, 이는 부품 제조시의 난해함과 함께 불량 발생 확률이 증가되는 문제를 야기하게 된다.

도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 종래의 부스바를 이용하여 너트 결합 방식을 통해 셀 단자를 연결한 에너지 저장장치 어셈블리를 나타내는 도면이다.

위 도면에서와 같은 종래의 부스바(20) 및 연결 방식은, 셀 단자(11)와 부스바(20)의 결합력을 높이기 위해 너트(30)를 이용해, 셀 단자(11)와 부스바(20)를 단단히 체결하고 있다.

즉, 셀(10) 상단의 셀 단자(11)를 높은 길이로 형성해두고, 여기에 홀이 각각 형성된 부스바(20)를 각 셀 단자(11)에 맞추어 삽입한 후, 너트(30)를 이용하여 각 셀 단자(11)에 나사 결합하는 것으로 부스바(20)와 셀 단자(11)를 체결한다.

그러나 종래의 위와 같은 방식은, 너트(30)를 이용한 나사 결합 체결을 이용하여 체결력의 강화나 접속 신뢰도는 양호할 수 있으나, 조립 체결에 너트(30)가 이용되므로 어셈블리 형성 후, 이 너트(30)에 의한 높이 및 부피로 인하여 전체적인 어셈블리 모듈의 크기가 셀(10)의 길이 방향으로 과도하게 높아지게 되는 문제가 발생한다.

이러한 문제는 최근 에너지 저장장치 어셈블리를 이용하는 기기들의 경박 단소화 추세에 부합하지 않는 것으로, 불필요한 높이 및 부피로 인한 제품 설계에 악영향을 미치게 되는 문제가 있다. 즉, 설계의 자유도를 떨어뜨려 제품 디자인에 제약을 가하게 되는 원인이 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 에너지 저장장치의 어셈블리화를 위해 복수의 셀 단자를 결합하여 연결하는 체결 방식을 개선함과 함께, 이에 따른 단자 연결 장치의 구조를 개선하여 셀 단자들 간의 결합 연결 후, 체결력을 강화하고 체결 부위의 내구성 및 접속 신뢰성을 보장할 수 있는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

아울러, 셀 단자들 간의 단자 연결 장치의 구조 및 체결 방식을 개선하여, 셀 단자들의 연결 조립 후 어셈블리를 형성한 후에도, 셀 단자와의 체결 부위의 높이 및 부피를 최소한으로 줄일 수 있는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치는, 고전압용 커패시터 또는 배터리의 어셈블리를 구현하기 위해 각 단위 셀의 단자를 서로 연결하는 연결 장치로서, 소정의 길이를 갖는 판 형상이고, 양단이 단차진 구조로 이루어진 본체부와, 상기 본체부의 양단에 셀 단자가 삽입될 수 있도록 삽입공이 형성된 셀 단자 안착부가 구비된 부스바; 및 상기 부스바 본체부의 양단에 형성된 삽입공을 통해 셀 단자와 나사 결합하면서 상기 부스바를 체결하도록, 내부에 중공이 형성되고 외주면에 너트 형상이 가공된 판 형상의 너트 본체부와, 상기 셀 단자와 나사 결합하도록 상기 너트 본체부 중공의 내주면에 나사산이 형성된 너트 나사부가 구비된 체결 부재;를 포함하며, 상기 부스바 본체부의 단차진 높이와 상기 체결 부재의 너트 본체부 두께가 상응하도록 형성된다.

상기 체결 부재는, 상기 중공을 따라 상기 너트 본체부의 하부로 돌출된 원통 형상의 원형 돌출부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 원형 돌출부의 외경은, 상기 부스바 본체부에 형성된 삽입공에 형합할 수 있는 직경을 갖는 것이 바람직하며, 상기 원형 돌출부의 외경은, 상기 부스바 본체부에 형성된 삽입공의 직경보다 작게 형성된 것이 바람직하다.

상기 원형 돌출부의 돌출된 길이는, 상기 부스바 본체부의 두께보다 짧게 형성된 것이 바람직하다.

한편, 상기 부스바의 본체부는, 상기 본체부 양단에 형성된 셀 단자 안착부를 포함한 영역이 단차진 형태로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 부스바 본체부에 형성된 단차진 구조는, 반원 형상을 따라 단차 경계가 이루어진 것이 바람직하다.

이와 함께, 상기 부스바 본체부의 양단 사이 하부면에는 셀 간의 절연을 위한 슬리브 구조물과의 간섭을 피하기 위한 단차진 형태의 단차 가공부가 형성된 것이 바람직하다.

상기 부스바 본체부에는, 셀 보호를 위한 밸런싱 회로 적용시 전압 체크를 위한 회로 단자 삽입구가 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 너트 본체부의 너트 형상은, 표준 조립용 공구의 형상에 대응하는 표준 너트의 외곽형상으로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 에너지 저장장치 어셈블리 모듈용 단자 연결 장치의 구조를 양단이 단차진 형태의 판형 부스바와, 이 부스바의 단차진 높이 만큼의 두께를 갖는 판형 너트를 구비하도록 개선하여, 부스바 양단에 구비된 단자 삽입공에 셀 단자를 안착한 후, 이 판형 너트를 통해 부스바와 셀 단자를 나사 결합으로 체결하도록 함으로써, 어셈블리 조립 후에 진동이나 외부 환경 변화에도 높은 접속 및 체결 신뢰도를 유지할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 판형 너트의 두께가 부스바의 단차진 높이와 동일하여 접속 체결 후에도 부스바 전체 높이에 영향을 주지 않아, 체결 부위의 높이를 최소화할 수 있고, 이를 통해 전체 제품의 디자인 자유도를 높일 수 있는 효과를 제공한다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술할 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1a, 도1b 및 도 1c는 종래의 부스바를 이용하여 억지끼움 방식으로 셀 단자를 연결한 에너지 저장장치 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 종래의 부스바를 이용하여 너트 결합 방식을 통해 셀 단자를 연결한 에너지 저장장치 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치를 통해 셀 단자들이 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 C-C' 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 D 부분을 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치의 부스바를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치의 체결 부재를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치가 셀들에 결합되어 연결된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치를 이용하여 에너지 저장장치 셀들을 연결 조립하는 과정을 나타낸 도면이다.

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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치를 통해 셀 단자들이 연결된 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 C-C' 단면을 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4의 A 부분을 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.

본 발명은 울트라 커패시터 또는 배터리와 같은 에너지 저장장치 셀(100)의 모듈화 및 어셈블리화를 위해 셀 단자(110)들에 결합되어 이들을 연결하는 부스바(200) 및 체결 부재(300)의 구조를 개선하여, 결합 체결력 및 안정성을 높이고, 체결 작업에 대한 편리성 증대와, 체결 부위를 경박단소화할 수 있는 것에 그 특징이 있다. 아울러, 체결 부재(300)의 구조를 개선하여, 별도의 조립 공구 및 특수 용도의 체결 공구 없이 일반적인 표준 너트 조립 도구를 통해 셀 단자(110)와 부스바(200)를 간편하게 체결, 조립할 수 있도록 할 수 있는 것에 추가적인 특징이 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치는, 복수의 에너지 저장장치 셀(cell)(100)의 셀 단자(cell terminal)(110)에 결합하고, 이들 셀 단자(110)들을 연결하여 모듈(module) 및 어셈블리(assembly)를 형성하는 부스바(busbar)(200) 및 체결 부재(300)를 포함한다.

즉, 도면에서와 같은 고전압용 에너지 저장장치 어셈블리는, 본 발명에 따른 부스바(200) 및 체결 부재(300)를 구비하는 단자 연결 장치에 의해 복수의 에너지 저장장치 셀(100)이 연결됨으로써 구현된다.

먼저, 에너지 저장장치 셀(100)은 울트라 커패시터 셀 또는 배터리 셀과 같은 전기 에너지가 축적된 개별 셀이다. 상기 에너지 저장장치 셀(100)은 대개 원통형 형상으로 이루어지며, 그 외 사각형 및 판형 형상을 취하고 있다.

상기 에너지 저장장치 셀(100)에는 축적된 전기 에너지의 입/출력을 위한 셀 단자(110)가 구비된다. 상기 셀 단자(110)는 대개 상기 에너지 저장장치 셀(100)의 상/하부면에 위치하며, 그 개별 형태는 원통형 원기둥 형상으로 이루어진다. 또한, 상기 셀 단자(110)는 전기 전도성 재질로 이루어지며, 셀 내부의 전극에 연결된다.

특히, 상기 셀 단자(110)는 본 발명에 따른 단자 연결 장치와 용이하게 결합하기 위해, 외측면 또는 외주면에 탭 가공을 통한 나사산이 형성된다. 이는, 후술할 체결 부재(300)와 나사 결합을 하기 위함이다.

상기 부스바(200)는 상기 복수의 에너지 저장장치 셀(100)들을 서로 전기적, 기계적으로 연결시켜 모듈화 또는 어셈블리화하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 부스바(200)는 상기 복수의 에너지 저장장치 셀(100)들의 셀 단자(110)들에 각각 결합되어 이들을 전기적 및 기계적으로 연결시킨다. 따라서, 상기 부스바(200)의 본체부는 전기 전도성 재질로 이루어지며, 이 본체부에는 상기 셀 단자(110)들이 삽입되어 결합하기 위한 셀 단자 안착부가 형성된다.

또한, 상기 부스바(200)의 상기 셀 단자 안착부는 상기 셀 단자(110)가 삽입될 수 있는 삽입공 형태로 이루어지는데, 도면에서와 같이, 2개의 셀을 연결하는 경우 2개의 삽입공이 형성된다. 이때, 부스바(200)의 본체부 양단에 형성되는 삽입공은 에너지 저장장치 셀(100)들의 셀 단자(110)들이 각각 삽입되어 안착될 수 있도록, 셀 단자(110)의 형상에 대응하는 형상을 취하고, 셀 단자(110)의 외경보다 큰 직경을 갖는 형상으로 이루어진다. 여기서, 셀 단자(110)의 외경보다 큰 직경을 갖도록 삽입공을 형성하는 이유는, 후술할 체결 부재(300)를 통해 부스바(200)를 셀 단자(110)에 체결하여 결합할 때, 부스바(200)의 삽입공이 체결 부재(300)와 셀 단자(110) 사이에 나사 결합을 방해하지 않도록 충분한 간격을 유지하도록 하기 위함이다.

나아가, 상기 부스바(200)는 소정의 길이를 갖는 얇은 판 형상이면서, 본체부의 양단과 중앙 부분 사이를 경계로 하여 서로 단차진 구조를 취한다. 즉, 에너지 저장장치 셀(100)들을 가로지르며 셀 단자(110)들에 결합해야하는 부스바(200)의 특성상, 판 형상의 부스바(200)는 셀 단자(110)에 직접 접촉하여 결합되는 본체부의 양단 부분은 낮은 위치를 취하도록 하고, 본체부의 중앙 부분은 에너지 저장장치 셀(110)들에 접촉되어 간섭하지 않도록 높은 위치를 취하도록, 단차진 형태로 가공된다.

상기 체결 부재(300)는 얇은 판 형태의 너트(nut) 형상으로 이루어지며, 중심부에는 중공이 형성되고, 이 중공 내주면에는 나사산이 형성된다. 상기 체결 부재(300)는 너트 형상의 외형을 갖는 너트 본체부와 중공의 내주면에 형성되고 나사산을 갖는 너트 나사부와 중공을 따라 상기 너트 본체부의 하부로 돌출된 원통 형상의 원형 돌출부로 구분할 수 있다. 즉, 상기 체결 부재(300)는 상기 부스바(200)가 셀 단자(110)들에 각각 삽입공을 통해 안착된 다음, 각각의 셀 단자(110)와 나사 결합하여, 셀 단자(110)들과 부스바(200)를 전기적, 기계적으로 결합되도록 한다.

이를 위해, 상기 체결 부재(300)의 너트 본체부는 상기 부스바(200)의 셀 단자 안착부에 형성된 삽입공의 직경보다 큰 외경 또는 외부면을 갖도록 이루어진다. 아울러, 상기 체결 부재(300)의 원형 돌출부는 상기 부스바(200)에 형성된 삽입공을 관통하며 상기 셀 단자(110)와 나사 결합하도록 돌출된 구조인데, 이는 부스바(200)와 셀 단자(110) 사이의 체결력을 높여 결합 신뢰성을 높이도록 하는 역할을 수행한다. 또한, 이 원형 돌출부가 삽입공을 관통하여 셀 단자(110)와 나사 결합하기 위해, 상기 부스바(200)의 셀 단자 안착부에 형성된 삽입공은 셀 단자(110)와 원형 돌출부가 결합된 상태의 직경보다 크게 형성하여, 체결 조립시 도 5에 도시된 바와 같이 충분한 공간(G1)을 제공하게 된다.

여기서, 도면에서와 같은 이번 실시예에서는 상기 체결 부재(300)에 원형 돌출부의 구조를 구비하도록 하여, 보다 안정적인 체결력으로 결합되는 구조를 취하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 원형 돌출부 구조 없이 너트 본체부와 너트 나사부로만 이루어진 체결 부재(300)를 적용할 수 있음은 물론이다. 이 경우, 체결 부재(300)의 전체적인 체결력이 약간 줄어드는 반면에, 체결 부재(300)의 가공이 용이해지고, 제조 비용 또한 줄일 수 있게 된다.

또한, 상기 너트 본체부의 높이와 상기 부스바(200)의 단차진 높이는 동일하게 형성된다. 이는, 셀 단자(110)와 부스바(200)의 체결 조립 후에, 도면에서와 같이 부스바의 중앙 부분의 높이와 체결 부재(300)의 높이를 동일하게 하도록 하기 위함이다. 나아가, 셀 단자(110)의 높이 역시, 부스바(200)와 체결 부재(300)가 결합된 상태의 높이와 동일하게 형성되도록 설계하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 체결 부재(300)는 도 5에서와 같이, 셀 단자(110)와 부스바(200)를 결합 체결한 후에, 부스바(200)가 지지되는 셀(100)의 바닥면과 약간의 공간 및 간격(G2)이 형성되도록 상기 원형 돌출부의 돌출 길이가 제한된다. 이를 위해, 상기 체결 부재(300)의 원형 돌출부는 상기 부스바(200)의 판 두께보다 적은 돌출 길이를 갖도록 형성한다. 이는, 체결 부재(300)로 부스바(200)의 체결 조립시, 셀(100)의 바닥면에 체결 부재(300)가 접촉되는 것을 방지하도록 하여, 충분한 압력으로 부스바(200)를 체결할 수 있도록 한다.

다음, 추가 도면을 통해 본 발명에 따른 상기 부스바(200)와 상기 체결 부재(300)의 보다 상세한 설명을 하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치의 부스바를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치의 체결 부재를 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 부스바(200)는 소정 길이를 갖는 판 형상의 본체부, 상기 본체부 양단에 형성되어 셀 단자(110)가 안착되는 셀 단자 안착부(210), 상기 본체부 일측에 형성되는 밸런싱 회로용 회로 단자 삽입구(230) 및 상기 본체부의 양단과 중단 부분이 서로 다른 높이를 갖도록 단차진 구조로 이루어진 단차 가공부(220) 등을 포함한다.

상기 본체부는 일정한 길이를 갖는 얇은 판 형상을 취하며, 전기 전도성 재질로 이루어진다. 상기 본체부는 복수의 에너지 저장장치(100)를 기계적, 전기적으로 연결하기 위한 구조물로써, 연결할 셀 단자(110)들의 간격에 따라 그 길이가 정해진다. 또한, 상기 본체부는 중앙 부분 영역과 양단 부분 영역을 구분하는 2 부분의 경계 지점에 절곡된 형태의 단차 가공부가 형성되어 단차진 구조의 판 형상을 취하고 있다. 이러한 구조를 통해 도면에서처럼, 중앙 부분은 튀어나오고, 양단 부분은 동일하게 아래로 처진 형태의 본체부를 형성하게 된다.

이와 같이 상기 본체부의 중앙부분이 튀어나오도록 단차진 구조를 통해, 에너지 저장장치 셀(100)들의 부스바 조립시 셀(100)의 측면 및 상/하단부에 감싸지는 슬리브를 간섭하지 않도록 할 수 있다. 또한, 상기 본체부의 양단 부분이 아래로 처지도록 단차진 구조를 통해, 셀 단자(110)들에 보다 밀접하게 접촉할 수 있도록 할 수 있다. 상기 단차 가공부(220)는 프레스 공법을 통해 판 형상의 본체부 두께를 일정하게 유지하면서 단차진 구조를 형성하도록 한다.

아울러, 상기 단차 가공부(220)의 절곡된 경계는 직선 형태가 아닌 반원의 곡선 형태를 취하도록 형성된다. 이는, 본체부의 단차진 양단에 위치한 셀 단자 안착부(210)를 통해 셀 단자(110)를 안착하고, 체결 부재(300)로 결합 조립하는 과정에 회전하는 체결 부재(300)와 체결용 공구의 회전 반경을 확보하고, 작업시 간섭이 발생하지 않도록 하기 위함이다. 또한, 직선형태로 절곡된 판재보다 곡선 형태로 절곡된 판재의 기계적 강도(구부림, 휨 등)가 더 향상되기 때문이다.

이와 함께, 상기 본체부의 단차 가공부(220)는 그 단차진 높이(절곡된 깊이)(T1)와 후술할 체결 부재(300)의 높이(T2)가 같도록 구성한다. 이는, 부스바 조립 후에 부스바(200)의 높이와 체결 부재(300)의 높이가 같도록 하여, 추후 방열 패드나 열전도성 테이프를 부착할 때, 접촉면적을 최대화하도록 하기 위함이다.

상기 셀 단자 안착부(210)는 상기 본체부의 양단에 위치하여, 셀 단자(110)를 삽입하여 안착할 수 있도록 홀 형태의 삽입공이 형성된다. 상기 셀 단자 안착부(210)는 셀 단자(110)가 각각 안착된 후, 후술할 체결 부재(300)를 통해 결합 조립된다. 상기 셀 단자 안착부(210)에 형성된 홀 형태의 삽입공은 셀 단자(110)의 외부면 또는 외주면과 형합할 수 있도록 동일한 형상으로 형성된다.

상기 회로 단자 삽입구(230)는 상기 본체부의 일측에 형성되며, 나사 탭 가공된 홀 형태를 취한다. 상기 회로 단자 삽입구(230)는 에너지 저장장치 어셈블리 구현시 셀 보호를 위한 밸런싱 회로에서 전압을 체크하기 위한 회로 단자가 본체부에 마운팅 결합될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른, 체결 부재(300)는 상기 부스바(200)와 셀 단자(110) 사이를 결합하여 조립하는 체결 역할을 수행한다. 상기 체결 부재(300)는 중공이 형성되고 너트 형상의 얇은 판 형태를 취하는 너트 본체부(310)와 상기 너트 본체부(310)에 형성된 중공에 위치하고 내주면에는 셀 단자(110)와 나사 결합하기 위한 나사산이 형성된 너트 나사부(320)와 상기 너트 본체부(310)의 하부로 돌출된 원통 형상의 원형 돌출부(330) 등을 포함한다.

상기 너트 본체부(310)는 얇은 판 형태이고, 외주면 또는 외형이 일반 너트 형상 또는 표준 너트 형상을 취하고 있다. 즉, 도면의 예에서와 같이 육각형의 외주면을 갖는 육각 너트 형상을 취한다. 물론, 본 발명은 도면에서와 같은 육각 너트 형상에 한정하지 않고, 일반 너트 또는 표준 너트로 분류되는 다양한 형태의 외형을 취할 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 너트 본체부(310)의 두께(T2)는 상기 부스바(200) 본체부의 단차진 구조의 높이(T1)와 동일하게 형성된다.

상기 너트 나사부(320)는 상기 너트 본체부(310)의 중공 내주면에 형성된 나사산을 포함한 구성으로, 후술할 원형 돌출부(330)의 내주면까지 연장되어 나사산이 형성된다. 상기 너트 나사부(320)는 중공의 직경 및 나사산이 체결 결합될 셀 단자(110)의 외형 및 나사산과 형합하는 크기와 외형을 갖도록 형성된다.

상기 원형 돌출부(330)는 상기 너트 본체부(310)에 형성된 중공을 따라 하부면으로 연장된 원통 형상을 취하며, 내주면은 상기 너트 나사부(320)와 동일한 나사산이 형성되고, 외주면은 상기 너트 본체부(310)의 외주면 보다 면적이 작은 원형 형상으로 이루어진다. 상기 원형 돌출부(330)는 그 돌출된 길이(T3)가 상기 부스바(200) 본체부의 두께보다 짧게 형성된다. 또한, 상기 원형 돌출부(330)는 그 외경이 상기 부스바(200) 셀 단자 안착부(210)에 형성된 삽입공의 내경보다 작게 형성된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치가 셀들에 결합되어 연결된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 8을 살펴보면, 본 발명에 따른 단자 연결 장치는 두 개의 에너지 저장장치 셀(100)을 서로 연결시키고 있다. 두 개의 셀의 셀 단자(110) 각각에는 나사산이 형성되어 있다. 상기 두 개의 셀 단자(110)는 부스바의 셀 단자 안착부의 삽입공에 삽입된 상태로, 체결 부재(300)와 나사 결합을 통해 연결된다.

이때, 체결 부재(300)는 셀 단자(110)와 나사 결합을 통해 접촉 결합되어 전기적으로 연결되고, 부스바(200)의 셀 단자 안착부의 상부면과 체결 부재(300)가 접촉한 상태로 지지 결합되므로 전기적 연결이 이루어진다. 따라서, 양측의 셀 단자(110) 사이는 부스바(200)와 체결 부재(300)를 통한 전기적, 기계적인 접속이 이루어진다.

이와 함께, 본 발명에 따른 단자 연결 장치를 통해 셀(100) 간 전기적, 기계적 연결 조립 후에, 부스바(200) 상단부에는 방열 성능을 위한 열전도성 테이프와 같은 방열 부재(500)를 부착한다. 이때, 체결 부재(300)가 상기 부스바(200) 양단의 단차진 구조 하부로 위치하게 되고, 체결 부재(300)의 높이 또는 두께가 단차진 구조의 높이와 동일해, 상기 부스바(200) 상단면에는 전체적으로 'ㅡ' 자 형상으로 평탄면이 형성된다. 따라서, 상기 방열 부재(500)가 평탄면에 용이하게 넓은 면적으로 부착될 수 있다.

또한, 어셈블리 구현시에 셀(100) 간 절연을 위해 셀(100) 표면에는 슬리브와 같은 절연재(600)를 부착하는데, 셀 상부면에 이 절연재(600)로 인해 돌출되는 부분은 상기 부스바(200) 중단 부분에 형성된 단차진 구조에 의해 수납되어 부스바(200) 조립 후에도 간섭을 최소화하게 된다.

도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치를 이용하여 에너지 저장장치 셀들을 연결 조립하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 9 내지 도 12를 참조하여, 본 발명에 따른 단자 연결 장치를 이용해 셀들을 연결 조립하는 과정을 순서대로 설명하기로 한다.

먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 연결 조립할 에너지 저장장치 셀들을 지그(700)를 통해 고정한다. 이때에는, 먼저 조립할 셀들을 준비한 후, 셀 단자(110)들의 높이를 수평하게 정렬한 후, 지그(700)를 통해 가압하여 셀들의 현재 위치를 고정시키도록 한다.

다음, 도 10에서와 같이, 고정된 셀들 위로 부스바(200)를 안착시킨다. 이때에는, 고정된 셀들의 셀 단자(110) 각각의 위치에 상응하도록 부스바(200)의 삽입공을 위치하도록 한 후, 삽입공에 셀 단자(110)를 삽입시키면서 부스바(200)를 안착시키게 된다. 이 과정에서, 안착된 부스바(200)를 지그로 고정시킬 수도 있다.

이와 같이 부스바가 셀 단자(100) 위로 안착된 상태에서, 도 11에서와 같이 한쪽의 셀 단자(110) 위로 체결 부재(300)를 임시로 체결 조립한다. 이때에는, 먼저 한쪽의 셀 단자(110)에 체결 부재(300)를 위치시킨 후, 수작업 또는 일반적인 공구나 표준 공구를 통해 가체결하는 가조립 과정을 수행한다.

도 12를 살펴보면, 가체결된 셀 단자(110) 외 나머지 셀 단자(110)에 체결 부재(300')를 동일한 절차로 가체결한다. 이처럼, 셀 단자(110)가 모두 체결 부재(300)를 통해 가체결되어 가조립이 완료되면, 일반 체결 공구 또는 표준 체결 공구를 통해 가체결된 체결 부재를 원하는 토크로 모두 정체결하여 조립을 완료한다. 이때, 부스바(200) 단차진 구조 경계면이 반원 형상으로 이루어짐에 따라 토크 회전하며 조립되는 과정에서의 간섭을 방지할 수 있다.

이러한 조립 작업을 통해, 셀 단자와 강한 체결력으로 결합하여 접속 신뢰도를 높이게 되고, 체결 결합 조립 후에도 부스바의 전체적인 높이를 일정 수준 이하로 얇게 유지할 수 있어, 셀 단자 연결 부위의 경박 단소화를 이룰 수 있게 된다.

이상에서 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.

100 : 에너지 저장장치 셀 110 : 셀 단자
200 : 부스바 300 : 체결 부재

Claims (10)

1. 고전압용 커패시터 또는 배터리의 어셈블리를 구현하기 위해 각 단위 셀의 단자를 서로 연결하는 연결 장치로서,
   소정의 길이를 갖는 판 형상이고, 양단이 단차진 구조로 이루어진 본체부와, 상기 본체부의 양단에 셀 단자가 삽입될 수 있도록 삽입공이 형성된 셀 단자 안착부가 구비된 부스바; 및
   상기 부스바 본체부의 양단에 형성된 삽입공을 통해 셀 단자와 나사 결합하면서 상기 부스바를 체결하도록, 내부에 중공이 형성되고 외주면에 너트 형상이 가공된 판 형상의 너트 본체부와, 상기 셀 단자와 나사 결합하도록 상기 너트 본체부 중공의 내주면에 나사산이 형성된 너트 나사부가 구비된 체결 부재;를 포함하며,
   상기 부스바 본체부의 단차진 높이와 상기 체결 부재의 너트 본체부 두께가 상응하도록 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 체결 부재는,
   상기 중공을 따라 상기 너트 본체부의 하부로 돌출된 원통 형상의 원형 돌출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 원형 돌출부의 외경은, 상기 부스바 본체부에 형성된 삽입공에 형합할 수 있는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 원형 돌출부의 외경은, 상기 부스바 본체부에 형성된 삽입공의 직경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 원형 돌출부의 돌출된 길이는, 상기 부스바 본체부의 두께보다 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 부스바의 본체부는,
   상기 본체부 양단에 형성된 셀 단자 안착부를 포함한 영역이 단차진 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 부스바 본체부에 형성된 단차진 구조는,
   반원 형상을 따라 단차 경계가 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 부스바 본체부의 양단 사이 하부면에는 셀 간의 절연을 위한 슬리브 구조물과의 간섭을 피하기 위한 단차진 형태의 단차 가공부가 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 부스바 본체부에는, 셀 보호를 위한 밸런싱 회로 적용시 전압 체크를 위한 회로 단자 삽입구가 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 너트 본체부의 너트 형상은,
    표준 조립용 공구의 형상에 대응하는 표준 너트의 외곽형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈용 단자 연결 장치.

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