KR101934259B1

KR101934259B1 - 배터리 모듈

Info

Publication number: KR101934259B1
Application number: KR1020167011758A
Authority: KR
Inventors: 미하엘 스테일
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2019-01-02
Also published as: EP3066704B1; US10665911B2; CN105684187B; KR20160075551A; EP3066704A1; DE102013222293A1; CN105684187A; US20160276720A1; WO2015062945A1

Abstract

본 발명은 커넥터(18)에 의해 서로 전기적으로 접속되는 다수의 배터리 전지(12)로 이루어진 배터리 모듈(10, 72)에 관한 것이다. 배터리 모듈(10, 72)은 다수의 온도 센서(20)를 포함한다. 배터리 모듈(10, 72)은 온도 센서들(20)을 포함하는 통합된 온도 센서 시스템(36)을 가진 적어도 하나의 중간 전지(30)를 포함한다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.

DE 10 2010 022 908 A1호는 온도 검출을 포함하는 배터리 및 상기 배터리의 용도에 관한 것이다. 배터리는 서로 병렬 및/또는 직렬 접속된 다수의 평면 전지를 포함한다. 상기 평면 전지들은 그 평면에 대해 가로방향으로 서로 인접하게 배열되어 실질적인 각기둥형 배치를 형성한다. 배터리의 작동 중에 개별 평면 전지의 상태에 관한 더 정확한 정보를 얻기 위해 그리고 예를 들어 조정된 온도 관리를 위해 활용할 수 있기 위해, 적어도 하나의 평면에 다수의 평면 전지들의 배치 시 각각 열 결합된 방열판이 제공되고, 상기 방열판에 각각 적어도 하나의 온도 센서가 통합된다.

방열판은 예를 들어 2개의 부분으로 제조될 수 있고, 이 경우 하나의 부분에는 온도 센서들과 연결 라인을 수용하기 위한 홈이 제공된다. 방열판의 2개의 부분은 고정 수단, 예를 들어 록킹 핀 및 상응하는 록킹 개구에 의해 서로 결합된다. 방열판은 또한 배터리 전지의 기계적 고정을 위해 사용될 수 있고, 이 경우 배터리 전지들은 예를 들어 나사 결합 및/또는 열 전도성 접착에 의해 플레이트에 결합된다. 다른 실시예에서, 방열판을 냉각 블록에 연결하는 것이 제공된다. 2개의 배터리 전지 사이에 에어갭 또는 냉각제 통로가 제공될 수 있다.

US 2005/02106221 A1호는 높은 용량의 리튬-고분자 배터리의 제조를 위한 방법과 상기 배터리에 연결된 냉각 시스템을 개시한다. 냉각 시스템은 개별 배터리 전지들 사이에 연장되는 다수의 파이프를 포함한다. 개별 배터리 전지에 온도 센서들이 할당된다. 배터리 전지들을 필요에 따라 냉각하기 위해, 온도 센서들은 파이프를 통한 공기 흐름을 촉진하는 팬을 제어한다.

DE 10 2010 055 612 A1호는 배터리 개별 전지들의 온도를 검출하기 위한 장치를 개시한다. 장치는 전류 도체 및/또는 버스 바에 의해 배터리에 접속되는 배터리 개별 전지들의 온도 검출을 위해 사용된다. 장치는 온도 센서를 포함하고, 상기 온도 센서는 배터리 개별 전지의 영역에 배치된다. 또한, 상기 장치는 각각 전기 콘택을 통해 각각의 배터리 개별 전지의 각 전극에 접촉하는 배터리 개별 전지에 대한 전압 측정 수단을 포함한다. 각각의 전기 콘택에 온도 센서가 배치된다.

전기 차 및 하이브리드 차를 위한 오늘날의 배터리 시스템은 각기둥형, 실린더형 또는 파우치형 이차 전지를 포함한다. 오늘날 주로 사용되는 배터리 전지의 유형은 일반적으로 그 하우징 또는 슬리브에 접속부를 갖고, 상기 접속부는 이차 전지의 음극 애노드와 양극 캐소드를 배터리 전지의 내부로부터 외부로 안내한다. 일반적으로 각기둥형 리튬-이차 전지들은 소위 젤리 롤(Jelly Roll)을 포함하고, 상기 젤리 롤 내에 애노드, 분리막 및 캐소드가 층으로 그리고 와인딩된 상태로 배터리 전지의 하우징 내에 삽입된다. 젤리 롤들은 전지 내부에서 금속 접촉되어, 전술한 바와 같이 단자극을 통해 배터리 전지의 하우징으로부터 밖으로 안내된다.

더 높은 출력 또는 더 높은 에너지 함량을 구현하기 위해, 다수의 배터리 전지들이 병렬로 접속될 수 있다. 이는 예를 들어 다수의 배터리 전지들을 전기적으로 병렬 접속시키는 전지 커넥터의 사용에 의해 이루어진다. 전기 커넥터는 배터리 전지들 또는 병렬로 접속된 배터리 전지들의 그룹을 서로 직렬로 접속하기 위해서도 사용되므로, 충분히 높은 전압, 또는 충분히 높은 전력이 각각의 사용을 위해 제공될 수 있다.

일반적으로 다수의 배터리 전지들은 결합되어 하나의 배터리 모듈을 형성한다. 배터리 모듈은 일반적인 경우에 모듈 조절기(CSC)를 포함한다. 모듈 조절기(CSC)는 배터리 전지 전압과 배터리 전지 온도를 측정한다. 다수의 배터리 모듈은 또한 서로 결합되어 하나의 배터리 팩을 형성한다. 상기 배터리 팩은 배터리 제어 유닛(BCU)을 포함하고, 상기 배터리 제어 유닛은 모듈 조절기(CSC)의 데이터를 평가하고, 차량에 대한 통신 인터페이스를 형성한다.

또한, 일반적으로 배터리 팩 내에 릴레이, 퓨즈, 냉각 시스템, 탈기 시스템, 저전압 인터페이스, 다양한 전류 측정 인스턴스 및 안전 회로가 포함된다.

배터리 전지 내에 나타나는 온도들을 가급적 정확하게 검출하는 것은 매우 중요한데, 그 이유는 이러한 온도는 전류 및 전압과 함께 가장 중요한 안전 관련 측정 변수이고, 상기 변수에 의해 배터리 관리 시스템은 배터리 팩을 조절하고 차량과 통신하기 때문이다. 선행기술에 공개된 기존의 해결책에서 일반적으로 전지 커넥터들에 온도 센서들이 설치된다. 따라서 배터리 전지의 전지 커넥터 및 전지 단자들은 종종 무시할 수 없는 열 용량과 열 저항을 가질 수 있고, 이로써 전지 커넥터에서 온도 센서에 의해 측정된 온도는 배터리 전지의 실제 온도를 매우 부정확하게 나타내며, 온도 프로파일은 지연되어서만 표시될 수 있고, 진폭은 훨씬 낮아질 수 있는 단점이 나타난다.

제조 기술상 과제는, 배터리 전지의 하우징 상에 직접 온도 측정점을 제공하는 것이며, 또한 내구성은 전지 커넥터에 온도 센서들의 연결 시보다 훨씬 더 낮다. 이러한 연결은 예를 들어 초음파 용접에 의해 구현될 수 있지만, 이는 주로 코팅된 배터리 전지의 하우징에서는 가능하지 않다.

본 발명의 과제는 상기 단점들이 제거되는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 배터리 모듈에 의해 해결된다.

본 발명에 따라 내부에 온도 센서 시스템이 장착된 배터리 모듈에 기계적 스페이서가 제공된다. 이로 인해 온도 센서들을 배터리 모듈 내의 임계적 위치에 정확하게 배치할 수 있는 가능성이 제공되므로, 나타나는 임계 온도는 왜곡 없이, 즉 외부 영향에 의한 왜곡 없이 측정될 수 있고, 모듈-조절기(CSC)에서 또는 배터리 관리 시스템에서 이용된다.

바람직한 실시예에서, 하기에서 중간 전지라고 하는 기계적 스페이서는 바람직하게는 예를 들어 층구조 내에 배치된 실질적으로 평판으로서 구현된 개별 배터리 전지의 형상에 상응하는 형상으로 형성된다. 이로 인해 중간 전지는 문제없이 평면으로 형성된 배터리 전지의 층구조 내에 통합될 수 있다. 또한, 통합된 온도 센서 시스템을 수용하는 중간 전지와 평면으로 형성된 인접한 배터리 전지 사이의 평면 접촉이 이루어지므로, 비교적 넓은 접촉면을 통한 양호한 열 전달이 보장된다. "평면으로 형성된 배터리 전지"란 하기에서 폭 및 깊이보다 수 배 더 작은 높이를 갖는 배터리 전지를 의미한다.

통합된 온도 센서 시스템을 포함하는 본 발명에 따라 제안된 중간 전지의 변형 실시예에서, 상기 중간 전지는 하프 셸 구조로 제조될 수 있고, 2개의 하프 셸을 포함할 수 있으며, 상기 하프 셸들은 온도 센서 시스템의 장착 후에 서로 결합되어 장착 완료된 중간 전지를 형성한다.

또한, 중간 전지들을 슬롯을 포함하는 기본 부재로서 구현할 수 있다. 슬롯 내로 온도 센서들을 구비한 대응부가 삽입될 수 있고, 상기 대응부는 삽입 후에 영구적으로 기본 부재 내에 맞물릴 수 있거나 또는 상기 기본 부재 내에 다른 방식으로 고정될 수 있다. 또한, 중간 전지들을 예를 들어 절삭 가공 방식으로 케이블링을 위한 채널들과 온도 센서들의 수용을 위한 홈들이 가공되는 중실 부품으로서 형성할 수 있다. 케이블 채널들과 온도 센서들을 수용하기 위한 홈들의 형성 후에 상기 중간 전지들은 후속해서 중실 바디 내로 삽입되어 커버된다.

통합된 온도 센서 시스템을 수용하는 중간 전지가 중실 재료로 제조되거나, 상기 중간 전지가 예를 들어 적합한 기계적 구조로 예를 들어 벌집형으로 형성되면, 중간 전지는 특히 바람직하게 기계적 하중을 견딜 수 있다. 기계적 하중은 특히, 다수의 배터리 전지를 포함하는 배터리 모듈이 제조 시 서로에 대해 가압되거나 고정될 때 나타나고, 이는 일반적으로 기계적 프레임의 설치에 의해 이루어진다. 이 경우 배터리 전지의 측벽에 작용하는 힘이 비교적 크고, 따라서 벌집 형상 또는 중실 재료로 제조된 중간 전지는 압착력을 견디고, 가해지는 압력을 균일하게 전달한다. 배터리 모듈의 고정에 의해, 중간 전지의 상부면 및 하부면과 여기에 접촉하는 인접한 배터리 전지들 사이에 특히 밀접한 평면 접촉이 이루어지므로, 열 전도에 의한 뛰어난 열 전달이 주어진다.

중간 전지가 배터리 모듈의 층구조의 각각의 임의의 위치에 통합될 수 있기 때문에, 통합된 온도 센서 시스템을 포함하는 중간 전지를 배터리 모듈의 층구조 내의 임의의 위치에 장착하거나, 또는 배터리 모듈의 층구조 내에 다수의 중간 전지들을 설치할 수도 있다. 통합된 온도 센서 시스템은 예를 들어 직사각형 또는 정방형으로 형성된 중간 전지 측면으로부터 밖으로 안내될 수 있는 연결 라인들을 포함하므로, 적어도 하나의 중간 전지를 통합된 온도 센서 시스템, 배터리 관리 시스템 또는 모듈 조절기(CSC)에 연결할 수 있다. 본 발명에 따라 제안된 해결책은, 배터리 전지 온도를 서로 인접하는 배터리 전지들의 배터리 전지의 벽에서 직접 측정할 수 있는 중요한 장점을 제공한다. 필요 시 다수의 중간 전지들도 배터리 모듈 내에 설치될 수 있다.

본 발명에 따라 제안된 해결책의 다른 매우 바람직한 실시예에서 중간 전지는 냉각 시스템 또는 적합한 접속부들을 포함하고, 상기 접속부에 유체 기반 냉각제 회로가 접속될 수 있다. 통합된 온도 센서 시스템을 포함하는 중간 전지를 특히 효과적으로 템퍼링할 수 있기 위해, 중간 전지는 관류 채널 시스템을 포함하고, 상기 관류 채널 시스템은 유체 기반 냉각제 회로를 위한 상기 각각의 접속부를 포함한다.

통합된 온도 센서 시스템을 포함하는 기계적 스페이서로서 사용되는 중간 전지에 또한 추가 지지 장치가 장착될 수 있고, 이로써 상기 지지 장치를 구비한 적어도 하나의 중간 전지를 포함하는 배터리 모듈은 임의의 형태로 다른 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 다른 부분에 기계적으로 연결될 수 있다. 따라서 추가 지지 장치는 예를 들어 브래킷, 아이렛, 스크루 연결부 또는 클램핑 연결부로서 형성될 수 있다. 또한, 예를 들어 도브테일 또는 도브테일 연결부 형태의 형상 끼워맞춤 결합 방식으로 형성된 연결부 또는 유사하게 구현된 지지 장치를 사용할 수 있다.

각각 적어도 하나의 중간 전지를 포함하는 예를 들어 2개의 완전한 배터리 모듈을 서로 연결할 수 있는 지지 장치는 예를 들어 나사산 스핀들 또는 나사산 로드에 의해 주어진다. 이를 위해 예를 들어 냉각 플레이트로서 형성된 평면 냉각 장치는 적어도 하나의 중간 전지와 마찬가지로 관통 개구를 포함한다. 실질적으로 평면으로 형성된 냉각 플레이트의 관통 개구들과 배터리 모듈의 층구조 내의 적어도 하나의 중간 전지를 통과하는 관통 개구들이 서로 일직선으로 정렬되면, 상기와 같은 나사산 로드 또는 나사산 스핀들에 의해 배터리 전지와 배터리 모듈 내의 적어도 하나의 중간 전지는 서로 고정될 수 있을 뿐만 아니라, 각각 적어도 하나의 중간 전지를 포함하는 관련 배터리 모듈도 평면으로 형성된 냉각 장치에 고정될 수 있다. 이로 인해 배터리 팩의 쌍을 이룬 부분일 수 있는 한 쌍의 배터리 모듈의 콤팩트한 구조가 달성될 수 있다.

본 발명에 따라 제안된 해결책에 의해, 배터리 모듈의 임계 위치에서 중간 전지 형태의 기계적 스페이서에 의해 온도 센서 시스템을 사용할 수 있고, 이로써 배터리 전지의 하우징의 임계 위치에서 나타나는 온도도 왜곡 없이 측정되어 모듈 조절기(CSC) 및/또는 배터리 관리 시스템으로 전달될 수 있다. 본 발명에 따라 제안된 해결책은, 인접한 배터리 전지들의 배터리 전지의 벽에서 직접 온도를 측정할 수 있는 것을 하용한다. 본 발명에 따라 제안된 해결책에 의해, 배터리 모듈 내에, 통합된 온도 센서 시스템을 포함하는 다수의 중간 전지를 설치할 수도 있으므로, 모듈 조절기(CSC) 또는 배터리 관리 시스템에 후속 처리를 위한 다수의 온도 값들이 전달될 수 있고, 이는 배터리 전지 측정 온도에 기반하는 계산의 타당성을 현저히 높인다. 중복을 이유로, 통합된 온도 센서 시스템을 포함하는 각각의 중간 전지는 별도의 한 쌍의 연결 라인을 포함할 수 있고, 상기 연결 라인들은 각각 서로 독립적으로 배터리 관리 시스템 또는 모듈 조절기(CSC)에 연결될 수 있으므로, 배터리 모듈의 온도 측정의 신뢰성은 선행기술에 따른 해결책에 비해 현저히 개선된다.

본 발명에 따라 제안된 해결책의 다른 장점은, 높은 배터리 전류가 나타날 때 전지 커넥터 상의 온도 측정 시, 전지 커넥터가 전지 단자에 대한 상기 커넥터의 전기 접촉 저항으로 인해 매우 심하게 가열될 위험이 있다는 것이다. 거기에서 측정된 온도는 배터리 전지 내부의 실제 전지 온도에 더 이상 상응하지 않는다. 배터리 관리 시스템 또는 모듈 조절기(CSC)는 거기에서 측정된 전지 커넥터 상의 온도를 실제 배터리 전지 온도로서 파악하는데, 상기 온도는 이러한 경우에 매우 높다. 전지 온도가 실제로 적합하고 전지 커넥터의 온도만이 국부적으로 너무 높을 수 있더라도, 배터리 시스템은 최악의 경우에 차단될 수 있다.

본 발명에 따라 제안된 해결책에 의해 상기 단점은 배터리 전지의 외벽에서 관련 온도를 직접 측정함으로써 제거될 수 있고, 따라서 전지 접속 접촉 저항들은 검출된 온도에 직접적인 영향을 미치지 않는다.

본 발명에 따라 제안된 해결책의 다른 장점은, 예를 들어 나사산 로드 또는 다르게 형성된 지지 장치에 의해, 작동 중에 차량에서 나타날 수 있는 기계적 진동 및 충격 부하에 대한 안정성을 개선하는 추가적인 기계적 무결성이 제공될 수 있고, 이로써 전체적으로 손상에 대한 배터리 팩의 안전성이 현저히 개선되는 것이다.

이하, 본 발명이 도면을 참고로 설명된다.

도 1은 선행기술에 따른, 각각 마이너스 및 플러스 전지 단자를 포함하는 평면 구조의 다수의 개별 배터리 전지로 이루어진 배터리 모듈의 구조를 도시한 도면.
도 2는 선행기술에 따른, 전지 커넥터에 서로 전기적으로 접속되는 마이너스 및 플러스 전지 단자를 가진 배터리 전지들로 이루어진 배터리 모듈의 서로 고정된 층구조를 도시한 도면.
도 3은 중간 전지 형상의 기계적 스페이서를 도시한 사시도.
도 4는 배터리 모듈의 층구조 내에 도 3에 따른 중간 전지 형상의 기계적 스페이서의 배치를 도시한 도면.
도 5는 결합된, 즉 서로 고정된 상태에서 도 4에 따른 적어도 하나의 중간 전지를 포함하는 배터리 모듈의 층구조를 도시한 도면.
도 6은 나사산 로드로서 형성된 지지 장치에 의해 관통되는 공통의 평면 냉각 플레이트에 지지되고 지지 장치에 의해 각각 서로 고정된 2개의 배터리 모듈을 도시한 도면.
도 7.1, 도 7.2 및 도 7.3은 냉각 회로를 위한 관류 채널 시스템과 접속부들을 포함하는 중간 전지를 도시한 도면.
도 8.1, 도 8.2 및 도 8.3은 다음 중간 전지에 대한 고정 가능성을 갖는 본 발명에 따른 중간 전지를 도시한 도면.
도 9.1, 도 9.2, 도 9.3, 도 9.4 및 도 9.5는 다음 배터리 전지 및/또는 중간 전지에 대한 고정 가능성의 다양한 형태를 포함하는 중간 전지를 도시한 도면.
도 10.1, 도 10.2 및 도 10.3은 통합된 온도 센서 시스템을 포함하는 하프 셸 구조의 중간 전지를 도시한 도면.
도 11.1, 도 11.2 및 도 11.3은 통합된 센서 장치를 위한 슬롯을 가진 본 발명에 따른 중간 전지를 도시한 도면.
도 12.1, 도 12.2 및 도 12.3은 온도 센서의 슬롯을 가진 다음 배터리- 또는 중간 전지에 대한 고정 가능성을 갖지 않는 중간 전지를 도시한 도면.
도 13은 각각 본 발명에 따른 중간 전지를 수용하는 배터리 모듈과 모듈 조절기(CSC)를 포함하는 배터리 관리 시스템의 개략적인 구조를 도시한 도면.

도 1은 다수의 개별 평면 배터리 전지(12)를 포함하는 배터리 모듈(10)을 도시한다. 각각의 평면 배터리 전지(12)는 플러스 배터리 전지 단자(14)와 마이너스 배터리 전지 단자(16)를 포함한다. 도 1에서 더 알 수 있는 바와 같이, 각각의 평면 배터리 전지(12)는 상부면(26)과 하부면(28)을 갖는다. "평면 배터리 전지"란 여기서 폭(B) 및 깊이(T)에 비해 수 배 더 작은 높이(H)를 갖는 배터리 전지(12)이다.

도 1에 도시된 개별 평면 배터리 전지(12)는 도 2에 따라 결합되어 층구조(22)의 배터리 모듈(10)을 형성한다. 이러한 변형 실시예에서 실질적으로 직사각형 형태로 형성된 개별 평면 배터리 전지들(12)이 서로 접촉하면, 플러스 및 마이너스 배터리 전지 단자들(14, 16)은 커넥터(18)에 의해 서로 전기적으로 접속된다. 도 2에 도시된 콤팩트한 층구조(22)가 제공된다. 각각 플러스 배터리 전지 단자(14)와 마이너스 배터리 전지 단자(16)를 서로 접속시키는 개별 커넥터(18)에 도 2에 따라 온도 센서들(20)이 배치된다. 온도 센서들(20)은 연결 라인(24)을 통해 도 2에 도시되지 않은 배터리 관리 시스템 또는 도 2에 도시되지 않은 모듈 조절기(CSC)에 연결된다. 도 1 및 도 2에 도시된 배터리 모듈(10)의 단점은, 커넥터(18)와 때로는 플러스 및 마이너스 배터리 전지 단자들(14, 16)도 무시할 수 없는 열 용량과 무시할 수 없는 열 저항을 가질 수 있고, 따라서 온도 센서들(20)에 의해 커넥터(18)에서 측정된 온도는 평면 배터리 전지(12)의 실제 온도를 매우 부정확하게 반영하는 것이다. 이는 온도 디스플레이의 부정확한 값 또는 지연된 값을 야기하고, 이로 인해 심각한 결과가 나타날 수 있다.

도 3은 통합된 온도 센서 시스템을 포함하는 중간 전지 형태의, 본 발명에 따라 제안된 기계적 스페이서를 도시한다.

도 3에 따른 사시도에는, 하기에서 중간 전지(30)라고 하는 기계적 스페이서가 실질적으로 직사각형 외형을 갖는 것이 도시된다. 도 3의 사시도에 따른 중간 전지(30)의 형상은 바람직하게 배터리 모듈(10) 내에 설치된 평면 배터리 전지(12)의 형상을 따른다. 실질적으로 직사각형 형태의 다수의 평면 배터리 전지(12)로 이루어진 층구조(22)로서 형성된 배터리 모듈(10)인 경우에, 중간 전지(30)는 바람직하게 또한 직사각형 형태로 형성되므로, 상기 중간 전지는 배터리 모듈(10)의 층구조(22) 내로 삽입된다. 도 3에 따른 사시도에 나타나는 바와 같이 상부면(32)과 하부면(34)을 가진 중간 전지(30)에 온도 센서 시스템(36)이 통합된다. 이러한 경우에 온도 센서 시스템(36)은 2개의 온도 센서(20)를 포함하고, 상기 온도 센서들은 적어도 하나의 개별 연결 라인(24)을 갖고, 상기 연결 라인(24)은 평면 구조의 중간 전지(30)의 길이방향 측면에서 상기 중간 전지로부터 밖으로 안내된다. 중간 전지(30)의 바디 내에 온도 센서 시스템(36)의 통합은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 중간 전지(30)의 높이(50)는 실질적으로 평면 배터리 전지(12)의 높이(H)에 상응하고, 중간 전지(30)의 폭(48)은 평면 배터리 전지(12)의 폭(B)에 그리고 중간 전지(30)의 깊이(46)는 평면 배터리 전지(12)의 깊이(T)에 상응한다.

도 3의 사시도에 나타나는 중간 전지(30)는 2개의 하프 셸에 의해(도 10.1 내지 도 10.3 참조)로 도시될 수 있고, 상기 하프 셸들은 온도 센서(20)의 장착 후에 결합된다. 개별 온도 센서들(20)의 연결 라인들(24)은 중간 전지(30)의 길이방향 측면에서 상기 중간 전지로부터 측면으로 밖으로 안내될 수 있다. 또한, 대안으로서, 중간 전지(30)를 슬롯(도 11.1 내지 도 11.3 참조)을 포함하는 기본 부재로서 형성할 수 있다. 상기 슬롯 내로 서랍 방식으로, 통합된 온도 센서 시스템(36)을 형성하는 온도 센서들(20)이 장착된 대응부가 삽입된다. 온도 센서(20)를 갖고 슬롯 개구에 대해 상보적으로 형성된 대응부의 삽입 후에 상기 삽입된 부재는 중간 전지(30)의 기본 부재 내에 영구적으로 록킹될 수 있거나, 또는 상기 대응부의 삽입된 위치에 다른 방식으로 고정될 수 있다. 대안으로서, 중간 전지(30)를 중실 바디로서 형성할 수도 있다. 상기 중실 바디에 예를 들어 절삭 가공 방법으로 적어도 하나의 연결 라인(24)용 채널들 및 온도 센서(20)를 수용하기 위해 사용되는 홈이 형성될 수 있다. 적어도 하나의 연결 라인(24)용 채널들 및 온도 센서(20)를 수용하기 위한 상응하는 홈들(57; 도 10.2 참조)의 형성 후에 이들이 중실 바디 내에 삽입될 수 있고, 상부면이 폐쇄될 수 있으므로, 중실 바디의 편평한 표면이 형성된다. 중실 바디로서 중간 전지(30)의 형성 시 중간 전지(30)의 탬퍼링을 위한 관류 채널 시스템도 상기 중간 전지(30) 내에 형성될 수 있거나, 또는 유체 기반 냉각제 회로용 접속부들이 짧거나 긴 단부면에 제공될 수 있다.

도 3에 사시도로 도시된 중간 전지(30)는 또한 추가 지지 장치를 포함할 수 있다. 이로 인해 배터리 모듈(10) 내에 설치된, 임계 온도의 측정을 위한 중간 전지(30)의 개수에 따라 임의의 형태의 배터리 모듈(10)이 다른 배터리 모듈(10, 72) 또는 배터리 팩의 부분에 기계적으로 연결될 수 있다. 통합된 온도 센서 시스템(36)을 가진 기계적 스페이서로서 사용되는 중간 전지(30)의 추가 지지 장치들은 예를 들어 브래킷, 아이렛 또는 스크루 연결부 및 클램핑 연결부로서 형성될 수 있으므로, 중간 전지(30)는 평면 배터리 전지(12)에 기계적으로 연결될 수 있다. 도 8.1 내지 도 8.3, 도 9.1 내지 도 9.5, 도 10.1 내지 도 10.3 및 도 11.1 내지 도 11.3에 도시된 바와 같은 형상 끼워맞춤 결합 방식의 지지 장치들이 가능하다.

도 4는 평면 구조의 다수의 배터리 전지, 및 통합된 온도 센서 시스템을 가진 기계적 스페이서로서 사용되는 적어도 하나의 중간 전지를 포함하는 배터리 모듈의 층구조를 도시한다.

도 4는 이러한 변형 실시예에서 중간 전지(30)가 - 도 3에 사시도로 도시된 바와 같이 - 배터리 모듈(10)의 층구조(22) 내에 수용되는 것을 도시한다. 도 4에 도시된 중간 전지(30)는 깊이(46), 폭(48) 및 높이(50)로 형성되고(도 3 참조), 도 4의 분해도에 따른 층구조(22)에 삽입된 평면 배터리 전지(12)의 형상에 상응한다. 통합된 온도 센서 시스템(36)을 포함하고 배터리 모듈(10) 내에 설치된 중간 전지(30)는 2개의 온도 센서(20)를 포함하고, 상기 온도 센서의 적어도 하나의 연결 라인(24)은 각각 중간 전지(30)로부터 밖으로 안내된다.

도 5는 조립된 상태에서 층구조의 도 4에 따른 배터리 모듈을 도시한다. 도 5에는, 직사각형으로 형성된 개별 평면 배터리 전지들(12)이 그 상부면 또는 하부면(26, 28)으로 서로 접촉하는 것이 도시된다. 개별적인 플러스 또는 마이너스 배터리 전지 단자들(14, 16)은 커넥터(18)에 서로 전기적으로 연결된다.

도 5에 따른 배터리 모듈(10)의 층구조(22)에 중간 전지(30)가 중앙에 통합된다. 중간 전지(30)는 상부면(32; 도 3 참조)으로 인접한 제 1 배터리 전지(42)의 전지벽(38)에 접촉하고, 하부면(34; 도 3 참조)으로 인접한 제 2 배터리 전지(44)의 전지벽(40)에 접촉한다. 이는 직사각형 형태로 형성되고 통합된 온도 센서 시스템(36)을 가진 기계적 스페이서로서 사용되는 중간 전지(30)가 각각 인접한 배터리 전지(42, 44)와 매우 양호한 표면 접촉을 갖고, 통합된 온도 센서 시스템(36)에 의해 검출된 온도는 인접한 배터리 전지(42, 44) 내부의 실제 온도에 상당히 일치하는 것을 의미한다.

플러스 및 마이너스 배터리 전지 단자(14, 16)가 포함하고 있는 각각의 열 용량에 의해, 또는 전지 커넥터(18)의 열 용량 및 열 저항으로 인해 전지 커넥터(18) 자체에 의해 온도 측정값이 왜곡되는 것은 본 발명에 따라 제안된 해결책에 의해 배제된다. 따라서 본 발명에 따라 제안된 해결책에 의해 - 도 5에 따른 실시예에서 - 층구조(22) 내에 배치된 중간 전지(30)에 의해 측정된 실제 온도들이 왜곡되지 않고 배터리 관리 시스템(도 13 참조) 또는 모듈 조절기(CSC; 도 13 참조)에 도달한다. 따라서, 중간 전지(30)에 의해 기록된 온도 값들의 타당성은 본 발명에 따라 제안된 해결책에 의해 선행기술에 따른 해결책에 비해 현저히 개선된다.

도 6에는 평면 냉각 부재에 서로 고정된 배터리 모듈(10, 72)의 어셈블리가 도시된다. 도 6의 사시도로부터, 도 5에 따라 층구조(22)로서 형성된 2개의 배터리 모듈(10, 72)은 고정 수단(64)을 이용해서 평면으로 형성되어 냉각 플레이트(68)로서 제공된 냉각 부재에 고정되는 것이 제시된다. 냉각 플레이트(68)에 대한 개별 배터리 모듈(10 또는 72)의 평면의 고정은 고정 수단(64)에 의해 이루어지고, 상기 고정 수단은 도 6에 따른 변형 실시예에서 나사산 로드(66)를 포함한다. 또한, 냉각 플레이트(68) 및 냉각 플레이트(68)에 대해 고정된 2개의 배터리 모듈(10 또는 72)의 중간 전지(30)는 관통 개구를 갖는다. 이러한 관통 개구를 통해 고정 수단(64), 예를 들어 나사산 로드(66)가 밀어 넣어진 후에, 2개의 배터리 모듈(10 또는 72)은 기계적 인터페이스(70) - 브래킷 형상의 커버로서 형성됨 - 를 통해 각각 냉각 플레이트(68)를 향하는 상기 배터리 모듈의 길이방향 측면에 의해 상기 냉각 플레이트에 대해 고정된다. 이로써 냉각 효과가 달성될 수 있는데, 그 이유는 중간 전지(30)의 바디의 내부처럼, 예를 들어 냉각 플레이트(68)에 관류 채널 시스템이 제공될 수 있기 때문이다. 도 6으로부터 2개의 배터리 모듈(10 또는 72)로 이루어진 어셈블리가 제공되고, 상기 배터리 모듈들은 각각 통합된 온도 센서 시스템(36)을 가진 중간 전지(30)를 포함하고, 상기 배터리 모듈은 유체 기반 냉각 회로의 부분일 수 있는 냉각 플레이트(68)에 대해 고정된다. 고정 수단(64)에 의해 냉각 플레이트(68)에 대한 배터리 모듈(10, 72)의 평면 접촉이 개선되므로, 열 전도가 증가한다.

도 6에 따른 사시도에 도시된, 한 쌍의 배터리 모듈(10 또는 72)로 이루어진 어셈블리는 더 많은 개수의 배터리 모듈을 포함할 수 있는 배터리 팩에 통합될 수 있고, 이로써 예를 들어 전기 차 또는 하이브리드 차의 구동을 위한 배터리 시스템에 사용하기 위한 배터리 팩의 예비 조립 단계를 형성한다.

도 7.1 내지 도 7.3은 냉각 시스템을 포함하는 본 발명에 따라 제안된 중간 전지를 도시한다.

중간 전지(30)의 냉각 시스템(52)은 유체 기반 냉각 회로용 접속부(54, 55)를 포함한다. 중간 전지(30)의 내부에 채널들(56)로 이루어진 채널 시스템이 제공되고, 상기 채널 시스템은 유체 기반 냉각 회로의 내부에서 순환되는 유체에 의해 관류되고, 중간 전지(30)로부터 열을 방출한다. 상기 중간 전지는 앞에서 도 4, 도 5 및 도 6과 관련해서 설명한 바와 같이 층구조(22) 내에 끼워 넣어지기 때문에, 인접한 배터리 전지(42, 44)의 열이 유체 기반 냉각 회로 내부에서 순환하는 냉각 매체를 통해 효과적으로 층구조(22)로부터 방출될 수 있다. 이로써 층구조(22) 내에 배치된 평면으로 형성된 배터리 전지(12)의 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다.

도 7.2는, 도 7.3에 따른 중간 전지(30)의 평면 사시도에 도시된 것과 같이 중간 전지(30)의 길이방향 측면에 접속부들(54, 55)이 배치되는 것을 도시한다.

도 8.1 내지 도 8.3의 연속 도면에서 추가 지지 장치의 실시 가능성이 나타난다. 도 8.1, 도 8.2 및 도 8.3은, 중간 전지(30)에 추가 지지 장치(58 또는 59)가 제공되는 것을 도시한다. 상기 지지 장치들은 중간 전지(30)의 깊이(46)와 폭(48)을 나타내는 측면에 위치한다. 제 1 지지 장치(58)는 이 경우 예를 들어 정방형으로 형성된, 핀 형태의 돌출부로서 구성되고, 상기 돌출부는 상응하는 대응부, 즉 제 1 지지 장치(58)에 대해 상보적으로 형성된 제 2 지지 장치(59)에 대응한다. 중간 전지(30) 또는 인접한 평면 구조의 배터리 전지(12)도 도 8.1 내지 도 8.3에서, 이 경우 형상 끼워맞춤 결합 방식의 추가의 지지 장치로서 형성된 연결 부재들에 의해 서로 임의의 순서로 결합될 수 있다.

도 9.1 내지 도 9.5는 추가 지지 장치의 다양한 실시 가능성들을 도시한다.

도 9.1에서, 적어도 하나의 중간 전지(30)를 포함하는 배터리 모듈(10)이 지지 장치(58, 59)를 포함해서 구현될 수 있는 것이 나타나고, 상기 지지 장치들은 예를 들어 버튼 형태의 외형을 갖는다. 도 9.2에 따른 배터리 모듈(10)의 제조를 위한 지지 장치(58, 59)의 실시 가능성에도 동일한 것이 적용된다. 도 9.2에는 도 9.1과 달리 평면 배터리 전지(12) 및 중간 전지(30)의 다른 순서가 도시된다.

도 9.3에 도시된 변형 실시예에 따라 실질적으로 원형 윤곽을 갖는 추가 지지 장치(58, 59)가 구현된다. 도 9.4는 서로 상보적으로 실질적으로 정방형으로 구현된 지지 장치(58, 59)를 도시한다. 도 9.5에 도시된 지지 장치(58, 59)의 실시 가능성은 지지 장치(58, 59)의 타원형 횡단면을 특징으로 한다. 도 9.1 내지 도 9.5 의 연속 도면에 도시된 추가 지지 장치의 실시 가능성 외에, 배터리 모듈(10) 내부에서 본 발명에 따라 제안된 적어도 하나의 중간 전지(30)를 평면 배터리 전지(12)에 연결하는 여러 변형예들이 있다. 지지 장치(58, 59)는 예를 들어 브래킷 또는 스크루/클램핑 연결부로서 구현될 수 있다. 도 9.1 내지 도 9.5에 중간 전지(30)와 평면 배터리 전지(12) 사이의 심리스(seamless) 면 접촉이 도면부호 78로 표시된다.

도 10.1 내지 도 10.3은 본 발명에 따라 제안된 하프 셸 구조의 중간 전지를 도시한다. 도 10.1에는, 중간 전지(30)의 제 1 하프 셸(80)이 깊이(46)에 상응하는 측면과 폭(48)에 상응하는 측면을 갖는 것이 도시된다. 제 1 하프 셸(80) 내에 (도 10.2 참고) 예를 들어 홈(57)이 형성되고, 통합된 온도 센서 시스템(36)의 부분인 온도 센서(20)가 상기 홈에 삽입된다. 도 10.2에 따라 제 1 하프 셸(80)과 다른 제 2 하프 셸(82)은 중간 전지(30)를 형성한다. 2개의 하프 셸(80, 82)에서 추가 지지 장치(58, 59)를 위한 상응하는 형상들은 각각 깊이(46)를 나타내는 측면에 형성된다. 도 10.3에 따른 사시도에는 깊이(46)를 형성하는 중간 전지(30)의 측면에 구현된 2개의 지지 장치(58 또는 59)의 길이방향 프로파일이 나타난다. 도 10.3에 도시된 제 1 및 제 2 추가 지지 장치(58 또는 59)의 정방형 형상 대신에, 지지 장치들은 임의의 다른 형상, 예를 들어 도 9.1 내지 도 9.5에 도시된 형상을 가질 수도 있다.

도 11.1 내지 도 11.3은 슬롯을 포함하는 본 발명에 따라 제안된 중간 전지를 도시한다.

도 11.1은, 여기에서 중실 재료로 제조된 중간 전지(30)가 공동부(84)를 포함하는 것을 도시한다. 상기 공동부(84) 내로 공동부(84)의 형상에 대해 상보적으로 형성된 슬롯(86)이 삽입된다. 슬롯(86) 내에 적어도 하나의 온도 센서(20)가 배치되고, 상기 온도 센서는 통합된 온도 센서 시스템(36)의 부분이다. 도 11.1에 따른 변형 실시예에서도 추가 지지 장치(58, 59)는 각각 중간 전지의 깊이(46)를 규정하는 중간 전지(30)의 짧은 측면에 배치된다.

도 11.2는 도 11.1에 따른 중간 전지(30)의 측면도를 도시한다. 도 11.2에는, 추가 지지 장치(58, 59)가 여기에서 실질적으로 정방형 형상으로 구현되고 - 중간 전지(30)의 약간 편심에 - 슬롯(86)이 배치되는 것이 나타난다. 상기 슬롯은 하나 이상의 온도 센서(20)를 포함할 수 있고, 상기 온도 센서들은 각각 통합된 온도 센서 시스템(36)의 부분이다.

도 11.3은 도 11.1 및 도 11.2에 따른 중간 전지(30)의 평면 사시도를 도시한다. 도 11.3에는, 공동부(84)의 형상에 대해 상보적으로 구현된 슬롯(86)은 중간 전지(30)의 전체 깊이(46)를 관통하는 것이 아니라, 부분적으로만 중간 전지(30) 내로 삽입되어 거기에서 예를 들어 형상 끼워맞춤 결합에 의해 록킹될 수 있는 것이 나타난다. 중간 전지(30)의 공동부(84) 내에 슬롯(86)을 고정하기 위해 형상 끼워맞춤 결합 대신에 다른 고정 방법, 예를 들어 압입 끼워맞춤도 가능하다.

도 12.1 내지 도 12.3은 깊이(46)와 폭(48)으로 구현된 중간 전지(30)를 도시한다. 도 12.1 내지 도 12.3에 따른 중간 전지(30)도 공동부(84)를 포함하고, 상기 공동부는 슬롯(86)을 수용한다. 상기 슬롯은 도 11.1 내지 도 11.3과 관련해서 전술한 바와 같이 적어도 하나의 온도 센서(20)를 포함하고, 상기 온도 센서는 통합된 온도 센서 시스템(36)의 부분이다. 도 12.1 내지 도 12.3의 연속 도면에 따른 중간 전지(30)는 추가 지지 장치 없이 구현된다.

도 13은 배터리 관리 시스템에 통합된 본 발명에 따라 제안된 중간 전지를 도시한다. 배터리 관리 시스템(88)은 배터리 제어 유닛(BCU) 외에 다수의 모듈 조절기(CSC;92)를 포함한다. 모듈 조절기(CSC;92)의 개수는 모니터링할 배터리 모듈(10)의 개수를 따른다. 모듈 조절기(CSC;92)는 여기에서 예를 들어 층구조 내에 배치된 평면 배터리 전지(12)를 제어한다. 각각의 배터리 모듈(10)은 본 발명에 따라 제안된, 기계적 스페이서로서 사용되는 적어도 하나의 중간 전지(30)를 포함한다. 하나 이상의 온도 센서(20)를 포함하는 통합된 온도 센서 시스템(36)은 적어도 하나의 연결 케이블(24)에 의해 모듈 조절기(CSC;92)에 연결된다. 동일한 것이 각각 연결 라인(24)을 통해 모듈 조절기(CSC;92)에 연결되는 평면 배터리 전지(12)에도 적용된다. 모듈 조절기(CSC;92)는 배터리 제어 유닛(94)에 연결되고, 상기 제어 유닛에 예를 들어 도 13에 도시된 추가 전류 센서(90)와 같은 추가 전자 장치가 할당될 수 있다.

도 13에 따른 배터리 관리 시스템(88) 내의 부품들은 개략적으로만 도시되어 있다. 확장에 따라, 배터리 관리 시스템(88) 내에 다수의 추가 부품들이 설치될 수 있다.

10, 72 배터리 모듈
12 배터리 전지
18 커넥터
20 온도 센서
22 층구조
30 중간 전지
80, 82 하프 셸

Claims

서로 전기적으로 접속되는 다수의 배터리 전지(12)를 포함하는 배터리 모듈(10, 72)로서, 상기 배터리 전지들은 커넥터(18)에 의해 서로 전기적으로 접속되고, 상기 배터리 모듈(10)에 다수의 온도 센서들(20)이 할당되는, 상기 배터리 모듈(10, 72)에 있어서,
상기 배터리 모듈(10, 72)은 온도 센서들(20)을 포함하는 통합된 온도 센서 시스템(36)과 냉각 시스템(52)을 가진 적어도 하나의 중간 전지(30)를 포함하고,
상기 중간 전지(30)의 형상은 층구조(22) 내에 배치된 개별 배터리 전지(12)의 형상에 상응하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 배터리 모듈(10)의 상기 층구조(22)의 내부에서 적어도 하나의 중간 전지(30)는 인접한 배터리 전지(42, 44)의 전지 벽(38, 40)에 접촉하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 중간 전지(30)는 하프 셸들(80, 82)을 포함하고, 상기 하프 셸들은 상기 온도 센서(20)의 장착 후에 서로 결합되어 상기 중간 전지(30)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 중간 전지(30)는 공동부(84)를 포함하고, 상기 공동부 내에 온도 센서 시스템(36)을 포함하는 상보적으로 구현된 슬롯(86)이 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 중간 전지(30)는 중실 부품이고, 상기 부품 내에 채널들(56), 및 상기 온도 센서들(20)의 수용을 위한 홈들(57)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 중간 전지(30)의 상기 통합된 온도 센서 시스템(36)의 연결 라인들(24)은 배터리 관리 시스템(88) 및/또는 모듈 조절기(92;CSC)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 배터리 전지들(12)은 상기 층구조(22) 내에서 고정 수단(64)에 의해 서로 고정되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제 8 항에 있어서, 상기 고정 수단(64)은 나사산 스핀들 또는 나사산 로드(66)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 적어도 하나의 중간 전지(30)는 냉각 시스템(52), 및 유체 기반 냉각 회로용 접속부(54, 55)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 중간 전지(30)는 냉각 매체가 관류하는 채널 시스템(56)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 중간 전지(30)는 배터리 모듈(72) 내의 상기 배터리 전지(12)에 연결을 위한 추가 지지 장치(58, 59)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제 1 항 또는 제 3 항에 따른 배터리 모듈(10, 72)로 이루어진 어셈블리에 있어서,
상기 배터리 모듈들(10, 72) 사이에 냉각 플레이트가 배치되고, 상기 냉각 플레이트는 평면 배터리 전지(12)의 전지벽(38, 40)과 접촉하는 것을 특징으로 하는, 어셈블리.