JP6978193B2 - 電池モジュールキャリア、電池モジュール、および電池システムを含む自動車 - Google Patents

電池モジュールキャリア、電池モジュール、および電池システムを含む自動車 Download PDF

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Description

本発明は、電池モジュールキャリア、電池モジュールキャリアを含む電池システム、および電池システムを含む自動車に関する。
二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅ ａｂｌｅｂａｔｔｅｒｙ）は、一次電池とは異なり、充電と放電作用を繰り返して行う電池であって、化学的エネルギから電気的エネルギにのみ非可逆的変換をする一次電池とは差異がある。低容量二次電池は、携帯電話機やノートパソコンおよびビデオカメラのような小型電子装置に使用される反面、高容量二次電池はハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）自動車などモータ駆動用電源として使用され得る。
一般に、二次電池は正極と負極、および正極と負極との間に介したセパレータを含む電極組立体、電極組立体が収容されるケース、電極組立体が電気的に連結された電極端子を含む。二次電池は正極と負極、およびケースの内部に注入された電解液の電気化学的反応により充電と放電作用を行う。ケースは使用目的に適するように例えば、円筒形または長方形であり得る。
二次電池は、比較的に高いエネルギ密度が求められる例えばハイブリッド車両のモータを駆動できるように、直列および／または並列連結された複数の単位電池セルを含む電池モジュールとして使用され得る。例えば、電池モジュールは比較的に高出力二次電池モジュール（例：電気自動車）を実現するため、所望する電力量に合致する個数が備えられた複数の単位電池セルの電極端子を互いに連結して形成される。
電池モジュールは、ブロック型（ｂｌｏｃｋ）またはモジュール型（ｍｏｄｕｌａｒ）の方式で実現され得る。ブロック型の実現方式は、電池セルそれぞれが一つの共通集電構造と電池管理システムに結合され、ハウジングの内部に配置される。モジュール型の実現方式は、複数の電池セルがサブモジュールに連結され、多数のサブモジュールそれぞれが互いに連結されてモジュールを形成する。モジュール型の実現方式は、モジュールまたはサブモジュールのレベルに対して互いに異なる電池管理機能を実現し得、例えば互換性の側面から有利な点を提供する。
電池システムを形成するため、一つ以上の電池モジュールが熱管理システムを備え、機械的および電気的に統合され、一つ以上の電気消費装置と連通するように構成される。また、電池システムは電池管理ユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ、ＢＭＵ）および／または電池遮断ユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ、ＢＤＵ）を含み得る。
本発明の実施形態は、電池モジュールキャリア、電池モジュールキャリアを含む電池システム、および電池システムを含む自動車に関し、モジュール型電池システムの組み立て／分解の容易性、簡便なサービス／修理、および費用節減を提供する。
電池モジュールキャリア、電池システム、および電池システムを含む自動車に対する本発明の実施形態により従来の技術が有している一つ以上の短所を克服するかまたは減らすことができる。
本発明の一実施形態によれば、電池モジュールキャリアは、第１コンポーネントキャリアおよび第２コンポーネントキャリアを収容するように構成されるキャリアフレームを有し、前記第１コンポーネントキャリアは、電子制御組立体および信号ポートを含み、前記第２コンポーネントキャリアは、電池サブモジュールを収容するように構成される。前記キャリアフレームは、前記信号ポートにより前記第１コンポーネントキャリアに外部に電気的連結を提供するように構成される。さらに、前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアそれぞれは前記キャリアフレームに個別に脱着可能に構成される。
本発明の一つ以上の一実施形態による前記電池モジュールキャリアは、相互交換可能な構成要素を有する電池システムのためのキャリアを構成し、キャリアフレームから一つずつ（または分離的に或いは個別に）脱着可能なコンポーネントキャリアを提供する。前記第１および第２コンポーネントキャリアは、相異なる機能を提供し得る。前記第１コンポーネントキャリア（または電子部品キャリア）は、電子制御組立体例えば電池管理システムまたは電池モニタリングユニットの部品を含み得る。前記第２コンポーネントキャリア（または電池セルキャリア）は、一つ以上の電池サブモジュールおよび前記電池サブモジュールを前記第２コンポーネントキャリアに装着するため、多数の装着部品を含み得る。コンポーネントキャリアは、前記キャリアフレームから個別に脱着可能であるため、前記電池モジュールキャリアを完全に設置／解除しなくても前記コンポーネントキャリアのうち一つが前記電池モジュールキャリアから除去され得る（例えば、自動車）。したがって、本発明の一つ以上の一実施形態による前記電池モジュールキャリアは増進したモジュール方式の電池システムのための機械的フレームを提供する。
一実施形態によれば、前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアは基本的にそれぞれ単一体である。言い換えると、前記第１および第２コンポーネントキャリアそれぞれは前記電子制御組立体または一つ以上の電池サブモジュールを支持するために機械的無欠性を有する単一体としての構成を成す。一実施形態によれば、前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアは単一体の押出加工法によるプロファイルを有する。一例としてアルミニウム押出加工法によるプロファイルを有する。本実施形態によれば、前記コンポーネントキャリアの製造および前記電池システムの組み立ては比較的に簡単でかつ費用が節減される。一実施形態によれば、前記電池モジュールキャリアは一つの第１コンポーネントキャリアおよび複数の第２コンポーネントキャリアを収容するように構成される。また、一実施形態によれば、前記第２コンポーネントキャリアは積層された電池の一つ行を、例えば一つの電池サブモジュールまたは長さ方向に整列された複数の電池サブモジュールを収容するように構成される。
本発明の一実施形態による前記電池モジュールキャリアは、また、増進したモジュール性を有する電池システムの連結フレームワーク（ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）、例えば信号伝送、電力伝送、および冷却供給に対する連結フレームワークを提供する。本発明の一実施形態による前記電池モジュールキャリアは、電子制御組立体、信号ポート、および前記信号ポートにより前記第１コンポーネントキャリアと外部への電子的結合を成すようにキャリアフレームを提供することを含む第１コンポーネントキャリアからなる。したがって、前記電池モジュールキャリア一つで前記電池システム例えば前記電池サブモジュールと外部への電気的連結により制御信号を送受信し得る。
一実施形態によれば、前記キャリアフレームは、外部信号ポートおよび内部信号ポートが前記外部信号ポートに連結されて前記キャリアフレームを前記第１コンポーネントキャリアに電子的結合を構成するために信号ポートを備え得る。一実施形態によれば、前記キャリアフレーム、例えば前記外部信号ポートは、外部制御ユニット例えば電池システムの制御ユニットまたは一つ以上の電気消費装置と連結されるように構成され得る。前記外部制御ユニットに受信された信号は前記第１コンポーネントキャリアの前記電子制御組立体に提供され、前記第２コンポーネントキャリアの前記電池サブモジュールを制御し得る。一実施形態によれば、前記信号ポートは前記電子制御組立体に限定されて含まれ、開口は前記キャリアフレームに含まれ得る。例えば外部接続を提供するためにスリットを介して前記電子制御組立体の前記信号ポートが案内されて外部への電子的結合を成す。一実施形態によれば、前記キャリアフレームに含まれた前記信号ポートは省略し得る。
一実施形態によれば、前記キャリアフレームは、外部電源回路（例えば、電池システムの電源回路、電池管理システムまたは一つ以上の電気消耗品）を外部電源ポートを介して一つ以上の前記第２コンポーネントキャリア、電池サブモジュールおよび前記第１コンポーネントキャリアの電源ポートと電気的に連結し得る。前記キャリアフレームは、前記外部電源ポートに連結され、前記キャリアフレームを一つ以上の前記第２コンポーネントキャリアと前記第１コンポーネントキャリアの電池サブモジュールおよび電源ポートに電気的に連結するための内部電源ポートを構成して含む。前記内部電源ポートは前記第１コンポーネントキャリアおよび／または前記電子制御組立体を一つ以上の第２コンポーネントキャリアおよび電池サブモジュールや電池サブモジュールと直接連結し得る。
一実施形態によれば、前記電池モジュールキャリア全体は、外部電源回路（例えば自動車の電源回路）に例えば前記外部電源ポートを介して統合され得る。前記外部電源回路および前記外部電源ポートは、前記第１コンポーネントキャリア（例えば、前記電子制御組立体）および前記複数の第２コンポーネントキャリア（例えば、前記第２コンポーネントキャリアの前記電池サブモジュール）それぞれと電気的に連結され得る。したがって、前記電池モジュールキャリアが組み立て状態である場合、前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアは互いに電気的に連結（例えば、電力要求に応じるために電流を送信するように連結）され、電気的にも結合（例えば、信号を伝送するように連結）された。前記第１コンポーネントキャリアは複数の第２コンポーネントキャリアそれぞれに連結されるか、複数の相互連結された第２コンポーネントキャリアの隣接した前記第２コンポーネントキャリアと連結され得る。一実施形態によれば、前記第２コンポーネントキャリアは前記外部電源ポートと電気的に連結されるが、前記第１コンポーネントキャリアとは連結されない。
本発明の一実施形態によれば、前記電池モジュールキャリアは、前記キャリアフレームに付着して冷却ダクトが連結されるか含まれるグランドプレートを有する。前記グランドプレートは前記キャリアフレームの一部であり得る。前記電池モジュールキャリア（例えば、前記キャリアフレーム）は前記電池モジュールキャリア（例えば、前記キャリアフレームおよび／または前記グランドプレート）を外部冷却回路に連結するように構成された外部冷却ポートをさらに含み得る。前記グランドプレートの前記冷却ダクトは前記外部冷却ポート例えば冷却分配ラインを介して連結され得る。したがって、前記電池モジュールキャリア全体は外部冷却ポートを介して前記外部冷却回路と内部冷却回路が連結され得る。前記キャリアフレームに収容された前記第１および第２コンポーネントキャリアは前記グランドプレートと密着するように配置され、これにより前記グランドプレートの内部冷却回路と熱交換をして冷却され得る。
本発明の一実施形態により、前記電池モジュールキャリア（例えば、前記キャリアフレーム）は、前記電池モジュールキャリアを外部冷却回路に連結されるように構成した外部冷却ポートと、一つ以上の前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアは、第１または第２冷却ポートをそれぞれ含み得、前記それぞれの第１または第２冷却ポートと連結され、冷却ダクトが含まれた第１または第２グランドプレートおよび／または側面プレートを含み得る。したがって、前記第１および第２コンポーネントキャリアは、前記第１および第２グランドプレートおよび前記第１および第２グランドプレートそれぞれを含み、前記電池モジュールキャリアのグランドプレートと共に形成し得る。前記第１および第２コンポーネントキャリアの前記第１および第２グランドプレートそれぞれは前記コンポーネントキャリアと一体形に構成されているが、前記コンポーネントキャリアの追加構成要素になることができないと見るべきである。前記電池モジュールキャリア（例えば、前記キャリアフレーム）は、前記外部冷却ポートを一つ以上の前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアの前記第１または第２冷却ポートにそれぞれ連結し得る。例えば、前記電池モジュールキャリア（例えば、前記キャリアフレーム）は冷却分配ラインを前記外部冷却ポートと一つ以上の前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアの前記冷却ポートに（例えば、流通されるように）連結して構成し得る。したがって、前記電池モジュールキャリアの前記内部冷却回路は前記第１コンポーネントキャリアおよび一つ以上前記第２コンポーネントキャリアの内部冷却回路を構成し得る。
一実施形態によれば、前記キャリアフレームは、一つの第１コンポーネントキャリアおよび複数の第２コンポーネントキャリアを収容し、前記電池モジュールキャリア（例えば、前記キャリアフレーム）の前記外部冷却ポートに（例えば、流通されるように）連結する冷却分配ラインを構成し得る。前記冷却分配ラインは、前記第１コンポーネントキャリアおよび複数の前記第２コンポーネントキャリアそれぞれに形成された前記冷却ポート一つまたはすべてに連結され得る（例えば、一つまたはすべての前記第１冷却ポートおよび前記第２冷却ポート）。前記冷却分配ラインは前記キャリアフレーム内に配置されるか、外部部品として前記キャリアフレームに付着され得る。前記冷却連結部および前記冷却分配ラインは前記セルおよび前記電池モジュールキャリアに構成された電気消耗品の外部に配置することによって、冷却漏出による短絡を防止するか、その確率を減らすことができる。
本発明の一実施形態による前記電池モジュールキャリアは、前記キャリアフレームを外部制御ユニットに電子的に結合するように構成された外部信号ポートを有する。前記外部制御ユニットは電池システム、電池管理システム、または一つ以上の電気消耗品の制御回路であり得る。一実施形態によれば、前記電子制御組立体は、電池モニタリングユニットを含む反面、電池管理システムの他の機能は前記電池モジュールキャリアの外部に実現され得る。前記電子制御組立体は、リレー、ヒュ−ズ、電子部品および／または高電圧（ＨＶ）および／または低電圧（ＬＶ）配線を含み得る。前記電子制御組立体は次の機能のうち一つ以上が提供されるように構成され得る。前記電池システムを損傷から保護し、前記電池システムの寿命を延ばし、アプリケーションが要求される機能を充足させるように前記電池システムを維持する。前記電子制御組立体は次の機能のうち一つ以上が提供されるように構成され得る。セル保護、充電制御、充電状態、健康状態、セルバランシング、ログブック機能、認証、セル識別および通信。前記第１コンポーネントキャリア、例えば前記電子制御組立体は一つ以上の前記第２コンポーネントキャリアおよび／または前記電池サブモジュールに電子的に結合され得る。
本発明の一実施形態による前記電池モジュールキャリアによれば、前記キャリアフレームは複数の縦断ビームおよび複数の横断ビームを含み得る。前記キャリアフレームの前記縦断ビームおよび前記横断ビームは、アルミニウム押出成形されたプロファイルまたはプラスチック押出成形されたプロファイル（例えば、強化プラスチック押出プロファイル）を有して溶接、接着、締め付け、または互いに組み立てられて前記キャリアフレームを形成し得る。前記第１および第２コンポーネントキャリアは、またアルミニウム押出成形したプロファイル、プラスチック押出成形したプロファイル（例えば、強化プラスチック押出成形したプロファイル）または圧延および溶接鋼鉄で形成し得る。例えばＵ字、Ｌ字、またはＴ字に形成し得る。前記コンポーネントキャリアは前記縦断ビームまたは前記横断ビームに脱着されるように構成する連結部材、例えば、前記縦断ビームまたは前記横断ビームに対応する連結部材を含み得る。前記コンポーネントキャリアはグランドプレートおよび／または側壁内に統合された冷却ダクトまたは冷却チャンネルを有し得る。前記コンポーネントキャリアは前記キャリアフレームにねじに装着され得る。組み立てられた電池モジュールキャリアは前記キャリアフレームに装着された前記コンポーネントキャリアを含むことによって、堅固でかつ安定な（または比較的に安定した）構造を提供することができる。
一実施形態によれば、前記第２コンポーネントキャリアは多数のセルを支持するために押出成形されたアルミニウムプロファイルを含み得る（または構成）。前記セルはエンドプレートを有する前記第２コンポーネントキャリアの縦断方向に固定され得る。プラスチック材質のセル固定部は前記セルをｚ（−）方向に装着させ得る。エンドプレートと前記キャリアフレームまたは前記セルとの間の空の空間は膨張抑制部で充填され、セルの膨張に対処（または受容）し、構成要素（例えば、構成要素を堅く固定）を縦断方向連結（例えば、すべての構成要素を連結）できるようになる。本発明による前記電池モジュールキャリアを有する自動車の側面、前面、または後面に衝突が発生する場合、このような堅固さが有利に作用される。
本発明の一実施形態によれば、前記コンポーネントキャリアは複数のボルトを介して機械的に相互連結される。前記ボルトは簡便な脱着機能を提供し、コンポーネントキャリアそれぞれの間に電気的および信号連結が成立（または提供）され得る。例えば、前記ボルトは、前記第１コンポーネントキャリアを前記第２コンポーネントキャリアおよび／または前記電池サブモジュールに電気的連結および電子的結合を構成し得る。一実施形態によれば、前記コンポーネントキャリアは前記キャリアフレームにねじを介して結合され得る。前記ねじは前記キャリアの下部面から接近し得る。
本発明他の一実施形態による電池システムは、上述した本発明一つ以上の一実施形態による電池モジュールキャリアを含むように提供する。本発明の一つ以上の実施形態による前記電池システムは、第１コンポーネントキャリア、第２コンポーネントキャリア、および外部外部信号ポートを含むキャリアフレームを含み得る。前記第１コンポーネントキャリアは、電子制御組立体と信号ポート、および電池サブモジュールを有する前記第２コンポーネントキャリアを含む。前記電池システムの前記キャリアフレームは、前記外部信号ポートおよび前記第１コンポーネントキャリアの前記信号ポートに電子的に結合される内部信号ポートをさらに含み得る。一実施形態によれば、前記キャリアフレームは開口を含み、例えば前記第１キャリアフレームの前記信号ポートが外部に伝達されるようにスリットが提供され得る。本発明の一つ以上の一実施形態によれば、前記電池システムは前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアそれぞれが個別に前記キャリアフレームから脱着可能である。
本発明の他の一実施形態は、自動車に関し、上述した本発明の一実施形態による電池システムを有している（例えば、電池モジュールキャリアを有する電池システム）。本発明の一つ以上の一実施形態による前記自動車は、多数の電池セルを含む電気自動車（ＥＶ）またはプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）であり得る。一実施形態によれば、前記電池システムは前記自動車のフロアの下に位置し得る。一実施形態によれば、前記電池モジュールキャリアの前記キャリアフレームは前記自動車のフロアに例えば車両アンダーボディに装着された構造で設置され得る。一つ以上前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアは、前記自動車のフロアで前記キャリアフレームを設置解除しなくても前記キャリアフレームを除去し得る。
前記自動車に付着された前記電池システムは、車両フロアに遮断板と前記電池モジュールキャリアの上部にカバーを設置し、ガス−気密構造を有し得る。本発明の一つ以上の一実施形態による電池システムは、車両に付着（または装着）され、すべての連結部材（例えば、ボルトまたはねじなど）は自動車のアンダーボディを対向する床面から接近できなければならない。キャリアに統合された冷却ダクトの場合、前記冷却分配ラインはコンポーネントキャリアから脱着される前に分離しなければならない。したがって、前記冷却分配ラインまた、前記自動車の下部面から接近し得る。
本発明の実施形態によれば、サブモジュールの前面プレートは、電池サブモジュールの堅固さと機械的安定性を向上させることができる。また、ハニカム構造を有する膨張抑制部により電池セルの膨張を受容（または制限）し得、すべての構成要素を堅く連結することができる。また、コンポーネントキャリアは、キャリアフレームから個別に脱着可能であるため、電池モジュールキャリアを完全に設置／解除しなくてもコンポーネントキャリアのうち一つが電池モジュールキャリアから除去されることができる。また、押出成形構造によりコンポーネントキャリアの製造および電池システムの組み立ては比較的に簡単でかつ費用が節減される。また、冷却連結部および冷却分配ラインはセルおよび電池モジュールキャリアに構成された電気消耗品が外部に配置されることにより、冷却漏出による短絡を防止するか、その確率を減らすことができる。また、本発明による自動車が衝突した場合、電池モジュールキャリアが有する堅固さが有利に作用される。
本発明の特徴は添付した図面を参照した様々な実施形態の詳細な説明により本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
本発明の好ましい実施形態による電池システムの斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による電池システムから第２コンポーネントキャリアを除去した斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による電池システムから第１コンポーネントキャリアを除去した斜視図である。 本発明の好ましい一実施形態により２個の電池サブモジュールを収容する第２コンポーネントキャリアの部分拡大図である。 本発明の好ましい一実施形態により組み立てられた電池モジュールキャリアの下部面の斜視図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態に実現され得、ここで説明する実施形態に限られない。
本発明を明確に説明するため、説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。
図面に示す各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜上任意に示したものであるため、本発明が必ずも示すものに限定されない。図面において複数の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。また、説明の便宜上一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるというとき、これは他の部分の「真上」にある場合だけでなくその中間にまた他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「真上」にあるというときには中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分の「上」にあるということは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の逆方向に「上に」位置することを意味するものではない。
明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
モジュール型のデザインを有する電池モジュールが電気的統合構造を成すため、互いに並列連結された複数の電池セルが含まれたサブモジュールを互いに直列（ＸｓＹｐ）連結するか、互いに直列連結された複数の電池セルが含まれたサブモジュールを互いに並列（ＸｐＹｓ）連結して構成し得る。ＸｓＹｐ類型のサブモジュールは比較的に高出力が可能であるが、それぞれの電池セルの電圧を個別に制御しなければならない。したがって、ＸｓＹｐ類型のサブモジュールは相対的に複雑な配線構造を有する。ＸｐＹｓ類型のサブモジュールは互いに並列連結された電池セルそれぞれの電圧が自動的にバランスをとっているので、電圧制御はサブモジュールレベルで行われても十分である。したがって、ＸｐＹｓ類型のサブモジュールは配線の複雑度が減少した構造を有する。電池セルが互いに並列連結されたサブモジュールはキャパシタンス（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）容量が合算されるため、これによりＸｐＹｓ類型のサブモジュールには通常低いキャパシタンスの電池セルを使用する。熱管理システムは電池モジュールの安全な使用のため、二次電池の熱を効率的に排出、放出、および／または発散させる。仮に十分な熱の排出／放出／発散が行われなければ、電池セルの間に温度偏差が発生し、所望する量の電力を生成できなくなる。また、二次電池の内部温度が上昇すると、内部の異常反応につながり得るため、二次電池の充放電の性能が悪化して二次電池の寿命が短縮され得る。したがって、二次電池の効率的な熱の排出／放出／発散のため、冷却装置が提供されることが多い。
電池システムと連結された各種電気消費装置の多様な電力要求を充足させるため（例えば、電子回路または電子デバイス）電源出力および充電に対する受動的（ｓｔａｔｉｃ）制御方法は十分でない場合もある。したがって、電池システムと電気消費装置のコントローラとの間に持続的な情報交換が行われるように実現され得る。電池システムに実質的に重要な情報、例えば電池システムの実際充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、ＳｏＣ）、潜在的電気的性能、充電能力、および内部抵抗だけでなく、余剰電池消費装置の実質的または予想される要求電力を交信し得る。電池モジュールの機械的統合を成すことは個別の構成要素それぞれが互いに機械的に連結されることと電動システムの構造を成すことをいう（例えば、自動車のような電気的情報を提供するシステム）。このような連結構造は電池システムの平均寿命と電動装置（例えば、自動車）が使用される間の機能と安全が維持されるように設計されなければならない。また、設置空間および互換性に関する要求事項は、特にモバイルアプリケーションで考慮しなければならない事項である。
電池モジュールの機械的統合は、キャリアプレート（例えば、グランドプレート）を提供し、それぞれの電池セルまたはサブモジュールをここに配置し得る。電池セルまたはサブモジュールをキャリアプレートに固定させるため、ボルトやねじなどの機械的連結部材を介して電池セルまたはサブモジュールをキャリアプレートの陥没した空間に嵌め込んで固定させるか、収納させ得る。収納する方法は側面プレートをキャリアプレートの側面に締結または／および電池セルの上に第２キャリアプレートまたはサブモジュールを提供し、第１キャリアプレートおよび／または側面プレートに固定させ得る。これにより、多層構造の電池モジュールを構成し得、キャリアプレートおよび／または側面プレートは冷媒ダクトを含み電池セルまたはサブモジュールを冷却させ得る。
バッテリーサブモジュールの機械的統合は、一般に、組み立てておいた複数の電池セルを機械的に強化した電気コネクタを介して互いに連結し、側面および／または前面プレートを電池セル周囲に締結するか電池セルおよび電気コネクタにキャリアビームまたは支え台の付着により達成することができる。
図１を参照すると、本発明の好ましい一実施形態による電池システム２００は、電池モジュールキャリア１００を含む場合を示している。電池モジュールキャリア１００は複数の縦断ビーム１６（例えば、２個の縦断ビーム）および複数の横断ビーム１７（例えば、２個の横断ビーム）からなるキャリアフレーム１０を含む。グランドプレートフレーム５０はビーム１６、１７に付着され、電池モジュールキャリア１００の下部に枠を形成する。電池モジュールキャリア１００を一例として自動車のアンダーボディに付着する連結部材（例：ねじ孔）はビーム１６、１７から外部に突き出するグランドプレートフレーム５０の一部に配置される。
縦断ビーム１６の一つは、外部信号ポート１１のようにキャリアフレーム１０の開口を介して延長され（または到達する）、外部制御ユニットに連結されるように構成された第１コンポーネントキャリア２０の信号ポート２２を含む。横断ビーム１７の一つは、外部電源回路に連結されるように構成された外部電源ポート１２を含む。電池モジュールキャリア１００は外部冷却回路に連結されるように構成された外部冷却ポートをさらに含む。キャリアフレーム１０内に、第１コンポーネントキャリア２０および複数の第２コンポーネントキャリア３０（例えば、６個の第２コンポーネントキャリア３０）が収容される。複数の第２コンポーネントキャリア３０それぞれは、複数のセル１をそれぞれ有する一つ以上の電池サブモジュール４０（例えば、２個の電池サブモジュール４０）を含む。ここで、第１コンポーネントキャリア２０および第２コンポーネントキャリア３０はそれぞれ、Ｕ字型、Ｌ字型またはＴ字型のプロファイルを有し得る。
図２は本発明の好ましい実施形態による電池システム２００から第２コンポーネントキャリア３０を除去した斜視図であり、図４は本発明の好ましい一実施形態により２個の電池サブモジュール４０を収容する第２コンポーネントキャリア３０の部分拡大図である。図２および図４を参照すると、第２コンポーネントキャリア３０は第２グランドプレート３２および第２グランドプレート３２から上側方向に延長される側壁を含む。第２グランドプレート３２の第１表面（または前面）にはそれぞれの冷却ダクトの開口を形成する第２冷却ポート３１（例えば、３個の第２冷却ポート）が提供される。第２コンポーネントキャリア３０はキャリアフレームの縦断ビーム１６に対応して付着される連結部材（例えば、ねじ孔）を含む。第２コンポーネントキャリア３０は電池システム２００内の第２コンポーネントキャリア３０と他の第２コンポーネントキャリア３０または第１コンポーネントキャリア２０と電気的連結および電子的結合のための連結部材をさらに含む。
図４を参照すると、本発明の好ましい実施形態による電池サブモジュール４０は複数のセル１（例えば、複数の整列された二次電池セル１）を含み、セルそれぞれはほぼ角型形状を有する。一対のサブモジュールの前面プレート４３はそれぞれ最外郭の電池セル１の表面（例えば、前面）を対向するように提供される。モジュールの前面プレート４３は電池セル１の側面を対向する一対のサブモジュールのサイドビーム４１と機械的結合を成す。したがって、複数の電池セル１の電池セル１は互いに固定される。サブモジュールの前面プレート４３は、電池サブモジュール４０に堅固さと機械的安定性を提供する。ハニカム構造を有する膨張抑制部４２は積層電池セル１とキャリアフレーム１０との間に介されることにより、電池セル１の膨張を受容（または制限）し、すべての構成要素を縦断方向に沿って連結（例えば、電池サブモジュール４０のすべての構成要素を堅く連結）する。サブモジュールの前面プレート４３、サブモジュールのサイドビーム４１、およびセル１は電池サブモジュール４０の必須的セルフ（ｓｅｌｆ）支持体を構成する。電池サブモジュール４０は固定部材により第２コンポーネントキャリア３０に機械的に固定される。
図３は本発明の好ましい実施形態による電池システム２００から第１コンポーネントキャリア２０を除去した斜視図である。第１コンポーネントキャリア２０は第１グランドプレート２５およびこれから上側方向に延長される側壁を含む。第１グランドプレート２５の第１表面（または前面）にはそれぞれの冷却ダクトの開口を形成する第１冷却ポート２４（例えば、３個の第１冷却ポート）が提供される。第１コンポーネントキャリア２０は信号ポート２２、電源ポート２３、および制御電子組立体２１を含む。制御信号は信号ポート２２（キャリアフレーム１０の開口１３を介して案内される）を介した外部制御回路と第１コンポーネントキャリア２０の制御電子組立体２１との間で発生する。追加的に、信号はキャリアフレーム１０の外部信号ポート１１を介して外部制御ユニットで発生して信号線を介して制御電子組立体２１から発生し得る。
前記信号に基づいて（例えば、実際的な電力要求信号）、制御電子組立体２１は第２コンポーネントキャリア３０の電池サブモジュール４０を制御することにより、実際の電力需要を充足させる電力を提供する。したがって、制御電子組立体２１は第１コンポーネントキャリア２０に電気的に連結され、電子的にも結合され、これは隣接した第２コンポーネントキャリア３０および第２コンポーネントキャリア３０に付着された電池サブモジュール４０とも電気的に連結され、電子的にも結合され、さらに隣接した第２コンポーネントキャリア３０などに電気的に連結され、電子的にも結合される。電子的結合により、制御電子組立体２１は電池サブモジュール４０を制御するための制御信号を伝送する。電池サブモジュール４０から提供された電流信号は電気的連結により第１コンポーネントキャリア２０に伝送され、、第１コンポーネントキャリア２０から電源ポート２３および外部電源ポート１２を介して電力消耗品に伝送される。一実施形態によれば、制御信号は第１コンポーネントキャリア２０および第２コンポーネントキャリア３０または電池サブモジュール４０との間の電流または電圧に基づいて変調する。
図５は本発明の好ましい実施形態による組み立てられた電池モジュールキャリア１００の下部面に対する斜視図である。図５を参照すると、一実施形態による２個の横断ビーム１７および２個の縦断ビーム１６を組み立ててキャリアフレーム１０を形成する。ビーム１６、１７は、図１を参照して前述したように、それぞれ外部方向に延長され、グランドプレートプレームを形成する。一つの横断ビーム１７は外部電源ポート１２および外部信号ポート１１を含み、第１コンポーネントキャリア２０と隣接している。複数の第２コンポーネントキャリア３０はキャリアフレーム１０に収容され、連結部材（例えば、ねじ孔）および固定部材（例えば、ねじ）により縦断ビーム１６に付着される。第２コンポーネントキャリア３０はそれぞれ第２グランドプレート３２およびここに統合された冷却ダクト３３（例えば、３個の冷却ダクト）を含む。冷却分配ライン１５は電池モジュールキャリア１００（例えば、冷却分配ラインの端部）の外部冷却ポートを介して外部冷却回路と流通し、複数の連結部材を含む。連結部材それぞれは冷却分配ライン１５をそれぞれの第２コンポーネントキャリア３０のそれぞれの第２冷却ポート３１を介して第２冷却ダクト３３と連結する。
図１および図５を参照すると、冷却は外部冷却回路から縦断ビーム１６に沿って延長される冷却分配ライン１５を介して提供される。冷却分配ライン１５を介して冷却は第１コンポーネントキャリア２０および第２コンポーネントキャリア３０（例えば、６個の第２コンポーネントキャリア３０）の第１および第２冷却ポート２４、３１にそれぞれ提供され、それぞれの冷却ダクトからそれぞれの第１および第２グランドプレート２５、３２に流通される。
以上で本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
１ 二次電池セル
１０ キャリアフレーム
１１ 外部信号ポート
１２ 外部電源ポート
１３ 開口
１５ 冷却分配ライン
１６ 縦断ビーム
１７ 横断ビーム
２０ 第１コンポーネントキャリア
２１ 制御電子組立体
２２ 信号ポート
２３ 電源ポート
２４ 第１冷却ポート
２５ 第１グランドプレート
３０ 第２コンポーネントキャリア
３１ 第２冷却ポート
３２ 第２グランドプレート
３３ 第２冷却ダクト
４０ 電池サブモジュール
４１ サイドビーム
４２ 膨張抑制部
４３ 前面プレート
５０ グランドプレートフレーム
１００ 電池モジュールキャリア
２００ 電池システム

Claims (13)

  1. 制御電子組立体および信号ポートを含む第１コンポーネントキャリアと、電池サブモジュールが収容される第２コンポーネントキャリアを収容するように構成されたキャリアフレームを含み、
    前記キャリアフレームは、前記信号ポートにより前記第１コンポーネントキャリアと外部に電子的結合を成し、
    前記第１コンポーネントキャリアと前記第２コンポーネントキャリアそれぞれは前記キャリアフレームから個別に脱着可能に構成されており、
    外部冷却回路に電池モジュールキャリアを連結し、前記キャリアフレームに連結されるか、一体に構成された外部冷却ポートをさらに含み、
    前記第２コンポーネントキャリアは、第２冷却ポートおよび前記第２冷却ポートに連結された第２冷却ダクトを有する第２グランドプレートを含み、前記第２冷却ポートは前記外部冷却ポートに連結されている、電池モジュールキャリア。
  2. 前記キャリアフレームは、前記第２コンポーネントキャリア、前記電池サブモジュール、および前記第１コンポーネントキャリアの電源ポートのうち少なくとも一つに外部電源回路を電気的に連結した外部電源ポートを含む、請求項１に記載の電池モジュールキャリア。
  3. 前記第１コンポーネントキャリアは、前記第２コンポーネントキャリアおよび前記電池サブモジュールのうち少なくとも一つに電子的および電気的のうち一つで連結された、請求項１に記載の電池モジュールキャリア。
  4. 前記キャリアフレームは、外部制御ユニットに前記電池モジュールキャリアを電子的に連結するように構成される外部信号ポートを含む、請求項１に記載の電池モジュールキャリア。
  5. 前記制御電子組立体は、電池モニタリングユニットを含む、請求項１に記載の電池モジュールキャリア。
  6. 前記第１コンポーネントキャリアは、第１冷却ポートおよび前記第１冷却ポートと連結された第１冷却ダクトを含む第１グランドプレートを含み、前記第１冷却ポートは前記外部冷却ポートに連結された、請求項１に記載の電池モジュールキャリア。
  7. 前記第２コンポーネントキャリアおよび前記第１コンポーネントキャリアのうち少なくとも一つは、前記第１冷却ポートまたは前記第２冷却ポートにそれぞれ連結された冷却ダクトを有する側面プレートをさらに含む、請求項６に記載の電池モジュールキャリア。
  8. 前記第２コンポーネントキャリアは、複数備えられ、
    前記キャリアフレームは、前記外部冷却ポートと連結された冷却分配ラインを含むか、前記外部冷却ポートに連結され、
    前記冷却分配ラインは、前記第１コンポーネントキャリアの多数の前記第１冷却ポートのうち少なくとも一つに連結され、複数の前記第２コンポーネントキャリアの前記第２冷却ポートそれぞれに連結されるように構成された、請求項７に記載の電池モジュールキャリア。
  9. 前記キャリアフレームに付着され、冷却ダクトと連結されるか、又は冷却ダクトを含むグランドプレートと、
    外部冷却回路に前記電池モジュールキャリアを連結するように構成された外部冷却ポートをさらに含み、
    前記外部冷却ポートは、前記グランドプレートの前記冷却ダクトに連結された、請求項１に記載の電池モジュールキャリア。
  10. 前記キャリアフレームは、複数の縦断ビームと複数の横断ビームを含み、
    前記第１コンポーネントキャリアおよび第２コンポーネントキャリアそれぞれは、前記縦断ビームまたは前記横断ビームに付着するように構成される連結部材を含む、請求項１に記載の電池モジュールキャリア。
  11. 前記第１コンポーネントキャリアおよび第２コンポーネントキャリアは、Ｕ字型、Ｌ字型、またはＴ字形のプロファイルを有する、請求項１に記載の電池モジュールキャリア。
  12. 前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアは、複数のボルトにより機械的に相互連結され、
    前記複数の前記ボルトは、前記第１コンポーネントキャリアと前記第２コンポーネントキャリアおよび前記電池サブモジュールのうち少なくとも一つの間に電気的連結および電子的連結のうち少なくとも一つを提供する、請求項１に記載の電池モジュールキャリア。
  13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池モジュールキャリアを含む自動車において、
    前記電池モジュールキャリアは、
    制御電子組立体および信号ポートを含む第１コンポーネントキャリアおよび電池サブモジュールを含む第２コンポーネントキャリアを収容するように構成されたキャリアフレームを含み、
    前記キャリアフレームは前記信号ポートにより前記第１コンポーネントキャリアに外部への電子的結合を提供するように構成され、前記第１コンポーネントキャリアおよび前記第２コンポーネントキャリアそれぞれは前記キャリアフレームから個別に脱着可能に構成された、自動車。
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