KR101562712B1

KR101562712B1 - 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치

Info

Publication number: KR101562712B1
Application number: KR1020130149590A
Authority: KR
Inventors: 헤르만 디보스; 브예른 페너르트; 티에리 밍어스
Original assignee: 독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-10-22
Also published as: KR20140074830A; US20140162099A1; US9431685B2; DE102012111969A1

Abstract

본 발명은, 셀 연결 요소(14)를 통해 서로 전기적으로 연결된 2개 이상의 배터리 셀(6, 8)이 홀딩 장치(14)를 이용하여 내부에 배치된 배터리 하우징(4)을 구비한 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치에 관한 것으로, 상기 배터리 장치에는냉매로 배터리 셀들(6, 8)을 냉각하기 위한 냉각 장치(20, 22, 24, 26)가 제공되고, 상기 냉각 장치는 하나 이상의 흐름 공간(20), 이송 장치 및 냉매용 열 교환기를 포함하며, 상기 배터리 셀들(6, 8)의 셀 극들(10, 12)은 셀 연결 요소(14) 상에 배치되고, 상기 셀 연결 요소(14)에 평행하게 인쇄 회로기판(18)이 형성되며, 상기 인쇄 회로기판(18)과 셀 연결 요소(14) 사이에 제2 흐름 공간(22)이 형성되고, 상기 인쇄 회로기판(18)은 셀 연결 요소(14) 상에 배치된 배터리 셀들(6, 8)의 영역에 제1 개구들(24)을 갖는다.

Description

자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치{BATTERY ARRANGEMENT FOR USING IN A MOTOR VEHICLE}

본 발명은, 셀 연결 요소를 통해 서로 전기적으로 연결된 2개 이상의 배터리 셀이 홀딩 장치(holding apparatus)를 이용하여 설치된 배터리 하우징을 구비한 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치에 관한 것으로, 상기 배터리 장치에는 냉매로 배터리 셀을 냉각하기 위한 냉각 장치가 제공되며, 상기 냉각 장치는 하나 이상의 흐름 공간, 이송 장치 및 냉매용 열 교환기를 포함한다.

특히, 하이브리드 구동부(hybrid drive)를 구비한 자동차 또는 연료 전지 차량에 있어서, 상기 배터리 장치의 중요성이 증대되고 있다. 이 경우, 특히, 전체 수명에 걸쳐 고도의 성능을 제공할 수 있도록 하기 위해 냉각되어야 하는, 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되는, 예를 들어 리튬 이온 전지와 같은 배터리 셀들을 갖는 배터리 장치가 사용된다. 더욱이, 이러한 배터리 장치들의 고도의 성능은 통상적으로 이러한 목적으로 제공될 설치 공간에 대한 까다로운 요건과 관련된다. 또한, 작동하는 동안 이러한 배터리 장치들의 사용 및 기능성을 최적으로 보장하기 위해서는 매우 복잡한 제어 장치를 제공해야 한다.

독일 특허 공보 제DE 10 2004 021 280 B3호에는 냉각 장치에 의해 냉각되는 복수의 배터리 셀들이 배열되어 있는 배터리 하우징을 가지는 배터리 장치가 기술되어 있다. 비록 이 특허 문헌에는 소형 배치구조가 기술되어 있지만, 이는 제공될 설치 공간 및 제어 측면에서의 복잡한 장착의 관점에서 여전히 상당한 단점들을 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 과제는 상술한 단점들을 방지하는 것이다.

본 발명에 따라, 배터리 셀들의 셀 극들이 셀 연결 요소에 배치되고, 배터리 하우징부와 인쇄 회로기판 사이에 제1 흐름공간이 형성되며, 인쇄 회로기판과 셀 연결 요소 사이에 제2 흐름공간이 형성되는 방식으로 인쇄 회로기판이 셀 연결 요소에 평행하게 제공되며, 이때 인쇄 회로기판은 셀 연결 요소에 배치된 배터리 셀들의 영역에 제1 개구들을 가짐으로써 상기 과제가 해결된다. 이러한 방식으로, 특히, 제공될 설치 공간이 좁을 때, 간단하고 신속한, 그래서 비용면에서 유리한 장착에 의해 차별화되는 배터리 장치가 제공된다.

한 바람직한 실시예에서, 셀 연결 요소는 스페이서를 이용하여 인쇄 회로기판에 배치된다. 이러한 간단한 방식으로, 한편으로 제2 흐름 공간이 형성되고, 다른 한편으로 내진(vibration-resistant) 구조가 보장된다.

매우 바람직한 한 실시예에서, 제1 개구들은 노즐 형상으로 구현되며, 그 결과, 특히 가장 높은 열 부하에 노출되는 셀 극들의 영역이 효율적으로 냉각된다. 이러한 냉각작업이 각각의 경계 조건들 및 배터리 장치에 가해지는 부하에 최적으로 적용될 수 있도록 하기 위해, 인쇄 회로기판은 제1 및 제2 흐름 공간 내에 온도 센서들을 가질 수 있다. 간단하게는, 인쇄 회로기판과 셀 연결 요소 사이에 셀 전압을 측정하기 위한 접촉요소들이 제공될 수도 있다.

매우 바람직한 한 실시예에서, 배터리 셀들이 배치되어 있는 제3 흐름 공간이 제공될 수 있으며, 이때 셀 연결 요소는 냉매를 위한 제2 개구들을 구비한다. 이로써 각 배터리 셀들의 셀 간 냉각(inter-cell cooling)이 용이하게 구현된다.

플러그 연결 요소를 갖는 인쇄 회로기판에 의해 모듈형 구조가 보장될 수 있다.

매우 바람직한 한 실시예에 있어서, 냉매로서 절연 냉각유가 제공된다.

이하에서는, 도면을 토대로 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 장치의 부분 개략도이다

자동차(상세히 도시되지 않음)에서의 사용을 위한 배터리 장치(2)는 실질적으로 배터리 하우징을 구비하며, 여기에는 배터리 하우징 중에서 배터리 하우징부(4)만 도시되어 있다. 배터리 하우징부(4)에는 복수의 배터리 셀들(6, 8)이 배치되어 있다. 이러한 배터리 셀들(6, 8)은, 공지된 방식으로 셀 극들(10, 12)을 구비하며, 그 중 각각 하나의 전방 셀 극만이 여기에 도시되어 있다. 배터리 셀들(6, 8)의 셀 극들(10, 12)은 형상 맞춤(form-fitting) 및/또는 억지 끼워 맞춤(force-fitting) 방식으로 셀 연결 요소(14)에 배치되며, 상기 연결 요소는 여기서는 셀 연결 시트(sheet)로서 구현되어 있다. 이로써 한편으로는 각각의 배터리 셀들(6, 8) 간의 전기적 접촉이 간편하게 제공되고, 다른 한편으로는 배터리 장치 내에서 배터리 셀들(6, 8)의 내진 구조가 확실하게 보장된다. 본 실시예에서, 셀 연결 시트(14)는 스페이서(16)에 의해 인쇄 회로기판(18)에 고정된다. 인쇄 회로기판(18)은 다시 제1 흐름 공간(20)이 인쇄 회로기판(18) 및 배터리 하우징부(4)에 의해 둘러싸이도록 배터리 하우징부(4)에 배치된다. 셀 연결 요소(14)와 인쇄 회로기판(18)이 스페이서(16)에 의해 서로 이격되어 배치됨으로써, 제1 개구(24)를 통해 제1 흐름 공간(20)과 유체 연결되는 제2 흐름 공간(22)이 이 제공된다. 또한, 셀 연결 요소(14)도 제2 개구(26)를 가짐으로써, 제3 흐름 공간(28), 즉 배터리 셀들(6, 8)이 배치되어 있는 공간이 제공된다.

도면에서 화살표는 냉매의 흐름 거동을 나타낸다. 냉매로서 절연 냉각유가 유리하게 사용될 수 있다. 열 교환기(도시되지 아니함)에 의해 냉각된 냉각유가 이송 장치(도시되지 아니함)에 의해 흐름 공간(20) 내로 펌핑된다. 상기 냉각유는 노즐 형상의 개구들(24)을 통해 흐름 공간(22) 내로 분사된다. 이 경우, 개구들(24)은 셀 극(10)의 영역 내에 배치되며, 그 결과, 상기 냉각유는 먼저 가장 큰 열부하를 받는 부품들에 부딪치게 된다. 그런 다음, 냉각유는 각각의 배터리 셀들(6, 8)의 냉각을 보장하기 위해 제2 개구들(26)을 통해 제3 흐름 공간(28) 내에 도달하게 된다. 그 후, 냉각유는, 공지된 방식으로, 다시 이송 장치 및 열 교환기로 공급된다. 최적의 냉각을 보장하기 위해, 인쇄 회로기판(18)은 제1 흐름 공간(20) 내에 온도 센서(30)를, 그리고 제2 흐름 공간(22) 내에 온도 센서(32)를 구비한다. 이는 각각의 경계 조건(boundary conditions) 및 배터리 장치의 부하에 기초하여 냉각 온도를 조절할 수 있게 한다. 또한, 본 실시예에서는, 셀 연결 요소(14) 및 인쇄 회로기판(18) 사이에 각각의 셀 전압 값을 제어기(도시되지 아니함)로 전달하는 접촉 요소(34)가 제공된다. 또한, 인쇄 회로기판(18)은 여기서 단지 예로서 도시된 전자 부품들(36)을 더 포함한다.

간편한 장착 및 모듈식 확장을 보장하기 위해, 추가로 플러그 연결 요소(38)도 제공되며, 그 결과, 또 다른 인쇄 회로기판 또는 배터리 장치와의 형상 맞춤식 전기적 연결이 가능해진다.

Claims

셀 연결 요소(14)를 통해 서로 전기적으로 연결된 2개 이상의 배터리 셀(6, 8)이 홀딩 장치를 이용하여 내부에 설치된 배터리 하우징(4)을 구비한 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치이며, 상기 배터리 장치에는 냉매로 배터리 셀들(6, 8)을 냉각하기 위한 냉각 장치가 제공되며, 상기 냉각 장치는 하나 이상의 흐름 공간, 이송 장치 및 냉매용 열 교환기를 포함하는, 배터리 장치에 있어서,
배터리 셀들(6, 8)의 셀 극들(10, 12)은 셀 연결 요소(14) 상에 배치되고, 상기 셀 연결 요소(14)에 평행하게 인쇄 회로기판(18)이 형성되며, 인쇄 회로기판(18)과 셀 연결 요소(14) 사이에 제2 흐름 공간(22)이 형성되고, 상기 인쇄 회로기판(18)은 셀 연결 요소(14) 상에 배치된 배터리 셀들(6, 8)의 영역에 제1 개구들(24)을 갖는 것을 특징으로 하는, 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치.
제1항에 있어서, 셀 연결 요소(14)는 스페이서(16)를 이용하여 인쇄 회로기판(18)에 설치되는 것을 특징으로 하는, 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 개구들(24)은 노즐 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는, 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 인쇄 회로기판(18)은 제1 및 제2 흐름 공간(20, 22) 내에 온도 센서(30, 32)를 갖는 것을 특징으로 하는, 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 인쇄 회로기판(18)과 셀 연결 요소(14) 사이에 셀 전압을 측정하기 위한 접촉 요소(34)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 내부에 배터리 셀들(6, 8)이 배치되는 제3 흐름 공간(28)이 제공되고, 셀 연결 요소(14)는 냉매용 제2 개구(26)를 가진 것을 특징으로 하는, 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 인쇄 회로기판(18)은 플러그 연결 요소(38)를 갖는 것을 특징으로 하는, 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 냉매로서 절연 냉각유가 제공되는 것을 특징으로 하는, 자동차에서 사용하기 위한 배터리 장치.