KR102212798B1 - 냉각 장치를 구비한 배터리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하우징(11), 이 하우징(11)의 내부에 배치된 복수의 배터리 셀(22) 및 냉각 요소(30)를 가진 배터리 시스템(10), 특히 하이브리드 구동부에 관한 것이며, 여기서 하우징(11) 상에 유체 접속부(31) 및 하나 이상의 전기 접속부(21)가 배치되고, 상기 전기 접속부는 배터리 셀(22)에 전기적으로 결합되고, 상기 유체 접속부(31)는 각각 냉각 요소(30)에 유체적으로 접속된 하나 이상의 냉각제 입구(32) 및 하나 이상의 냉각제 출구(33)를 포함한다. 본 발명은 하우징(11)이 양 단부면의 각각에서 폐쇄 캡(13, 14)에 의해 유체 밀봉 방식으로 실링된 튜브형 본체(12)를 포함하고, 제 1 폐쇄 캡(13) 상에 전기 접속부(21)가 배치되고, 제 2 폐쇄 캡(14) 상에 유체 접속부(31)가 배치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 이러한 배터리 시스템을 가진 자동차에 관한 것이다.

Description

냉각 장치를 구비한 배터리 시스템{BATTERY SYSTEM WITH COOLING DEVICE}
본 발명은 특히 특허 청구항 1의 전제부에 따른 하이브리드 구동부용 배터리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 적어도 이러한 배터리 시스템을 가진 자동차, 특히 하이브리드 차량에 관한 것이다. 위와 같은 유형의 배터리 시스템은, 예를 들면, 본 출원인에게 귀속되는 특허 EP 2 744 033 A1로부터 공지되어 있다.
전술한 배터리 시스템은 하우징을 포함하고, 하우징 내부에는 복수의 배터리 셀이 배치되어 있다. 이 배터리 셀은 그룹화되어 복수의 층을 형성하고, 하우징 내에 배치된 냉각 요소에 의해 온도 제어되고, 배터리의 전극과 각각 열전도 접촉된다. 하우징 상에는 냉각 요소에 유체적으로 접속되는 유체 접속부가 제공된다. 이 유체 접속부는 첫째로 하나 이상의 냉각제 입구 및 둘째로 하나 이상의 냉각제 출구를 포함하므로 냉각제가 냉각 요소를 통해 유동하는 냉각 회로가 형성될 수 있다. 또한 하우징 상에는 배터리 셀에 전기적으로 접속되는 전기 접속부가 배치된다.
이 배터리 하우징은 실질적으로 직육면체 형상이고, 하우징의 단부면 상에 커버를 포함하고, 이 단부면을 통해 유체 접속부 및 전기 접속부가 연장된다. 이러한 설계는 배터리 하우징의 유체 밀봉성 및 조립의 용이성의 관점에서 유리하다. 그러나, 유체 접속부와 전기 접속부의 공간적 근접성은, 특히 공지된 배터리의 하우징 내에서 접속점이 냉각 시스템 내에 존재한다는 점을 감안하면, 안전성의 관점에서 의문이 들 수 있고, 이것은 유체 시일이 없으면 전기 접속부가 또한 배치되어 있는 배터리 하우징의 영역 내로 냉각제의 누설을 초래할 수 있음이 밝혀졌다. 그러므로 단락의 위험이 있고, 이것은 특히 고전압 시스템에서 화재의 위험을 일으킨다.
본 발명의 목적은 작동 안전성을 향상시키기 위해 전술한 배터리를 추가로 개발하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 이러한 향상된 배터리를 가진 자동차를 특정하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 1의 요지에 의한 배터리 및 청구항 15의 요지에 의한 자동체와 관련하여 달성된다.
본 발명은 특히 하우징, 이 하우징 내에 배치된 복수의 배터리 셀 및 냉각 요소를 갖는 하이브리드 구동부를 위한 배터리 시스템을 특정하는 아이디어에 기초하고, 여기서 유체 접속부 및 하나 이상의 전기 접속부는 하우징 상에 배치된다. 접속부는 배터리 셀에 전기적으로 결합된다. 유체 접속부는 각각 냉각 요소에 유체적으로 접속되는 하나 이상의 냉각제 입구 및 하나 이상의 냉각제 출구를 포함한다. 본 발명에 따르면, 하우징은 폐쇄 캡에 의해 각각의 양 단부면에서 유체 밀봉 방식으로 실링되는 튜브형 본체를 갖는다. 전기 접속부는 제 1 폐쇄 캡 상에 배치된다. 유체 접속부는 제 2 폐쇄 캡 상에 배치되니다.
본 발명에서, 결과적으로 유체 접속부 및 전기 커넥터는 서로로부터 공간적으로 분리된다. 특히, 유체 접속부 및 전기 커넥터는 하우징의 양 단부면 상에 배치된다. 전기 접속부로부터 유체 접속부의 공간적 분리로 인해, 단락 및 화재 또는 전기분해와 같은 임의의 후속 결과인 열적 사건의 위험이 효과적으로 감소된다.
하우징의 내부의 냉각 시스템에서 누출의 위험을 감소시키기 위해, 냉각 요소는 접속점이 없도록 설계되는 것이 유리하다. 특히, 하우징의 내부의 냉각 요소는 접속점이 없도록 설계될 수 있다. 다시 말하면, 하우징의 내부에 배치된 냉각 요소는 전혀 접속점을 포함하지 않는다. 오히려 이것은 유체 접속부에서만, 특히 냉각제 입구 및 냉각제 출구에서 냉각 시스템의 다른 부품과 유체적으로 접속될 수 있는 유닛을 형성한다.
원칙적으로, 하나 이상의 냉각 요소가 배터리 시스템 내에, 특히 하우징 내부에 제공될 수 있다. 각각의 냉각 요소는 바람직하게는 냉각제 입구 및 냉각제 출구를 포함한다. 특히, 냉각 요소는 단일 냉각제 입구 및 단일 냉각제 출구를 가질 수 있다. 이 냉각제 입구 및 냉각제 출구는 각각 냉각 요소와 일체로 구성되고, 제 2 폐쇄 캡을 통해 하우징의 외부로 안내(routing)되는 것이 바람직하다. 그러므로 냉각제 입구 및 냉각제 출구를 구비한 냉각 요소는 접속점, 특히 분리가능한 접속점이 없는 일체형 구성요소를 형성한다. 따라서, 냉각 요소의 누출 안전성이 증가되고, 따라서 배터리 시스템의 공급에 대한 위험이 감소된다.
본 발명에 따른 배터리 시스템에서, 배터리 셀은 50 mm 내지 90 mm의 높이를 가진 연속된 라운드 셀로서 설계되는 것이 바람직하다. 특히, 배터리 셀의 높이는 60 mm 내지 80 mm, 특히 약 65 mm일 수 있다. 이러한 유형의 배터리 셀은 특히 배터리 시스템의 콤팩트 설계에 매우 적합하다. 이러한 배터리 셀은 또한 합리적인 가격으로 이용가능하므로 배터리 시스템 전체에 대한 생산 비용이 감소될 수 있다.
배터리 셀은 바람직하게는 결합되어 셀 블록을 형성하고, 2 개의 셀블록들 사이 및/또는 각 셀 블록과 하우징 사이에 냉각 요소가 배치된다. 이 요소는 서로로부터 분리된 유체 흐름을 안내할 수 있다. 다시 말하면, 각각의 냉각 요소는 서로로부터 분리된, 그리고 하우징의 외부로 안내되는 냉각제 입구 및 냉각제 출구를 포함할 수 있다. 그러므로 각각의 냉각 요소는 하우징 내에 접속점 없이 배치된다. 유일한 접속점은 하우징의 외부의 제 2 접속 커버 상에 배치된 냉각제 입구 및 냉각제 출구에 의해 형성된다.
본 발명에 따른 배터리 시스템의 다른 바람직한 실시형태에서는, 2 개 이상의 냉각제 입구 및 2 개 이상의 냉각제 출구의 각각이 유체 분배기에 유체적으로 접속된다. 이 유체 분배기는 제 2 폐쇄 캡의 외면 상에 배치될 수 있다.
유체 분배기는 바람직하게는 냉각제 입구를 단일 입구 노즐에, 그리고 냉각제 출구를 단일 출구 노즐에 접속한다. 다시 말하면, 유체 분배기는 복수의 냉각제 입구가 단일 입구 노즐로 함께 그룹화되도록 할 수 있다. 이것은 순환 펌프를 사용하여 냉각 회로를 통해 순환되는 냉각제가 모든 냉각제 입구에 걸쳐 단일 입구 노즐을 통해 균일하게 분배될 수 있음을 의미한다.
모든 유체 흐름이 냉각제 출구로부터 함께 배출될 수 있는 단일 출구 노즐에도 동일한 내용이 적용된다. 따라서, 유체 분배기는 냉각제 출구들을 결합하여 그 유체 흐름을 단일 출구 노즐로 향하게 한다. 유체 분배기에 의해 냉각제 입구 및 냉각제 출구를 결합함으로써, 본 발명에 따른 배터리 시스템은 하이브리드 구동부 시스템에 매우 용이하게 통합될 수 있다. 배터리 셀의 충분한 냉각을 제공하기 위해 필요한 것은 입구 노즐 및 출구 노즐을 냉각 회로에 접속하는 것 뿐이다.
바람직하게는, 유체 분배기는 플레이트형 설계를 가지며, 중앙 리세스를 포함하고, 입구 노즐 및 출구 노즐의 각각은 중앙 리세스 내로 돌출한다. 입구 노즐 및 출구 노즐이 서로에 대해 동축으로 배향되는 경우에 특히 유리하다. 특히 입구 노즐 및 출구 노즐의 이러한 배열은 배터리 시스템의 컴팩트한 설계를 허용한다.
입구 노즐 및 출구 노즐의 동축 정렬은 유체 분배기의 플레이트의 평면 내에서 수행되는 것이 바람직하다. 따라서, 이 유체 분배기는 배터리 시스템의 조립 중에 손상될 수 있는 돌출부를 갖지 않는다.
배터리 시스템의 설치의 용이성의 추가의 최적화는 유체 분배기가 바람직하게는 튜브형 본체의 종방향 단부의 표면과 실질적으로 동일한 평면으로 끝난다는 사실에 의해 얻어진다. 따라서, 이 유체 분배기는 컴팩트한 배터리 시스템에 통합되어 손상으로부터 보호된다.
배터리 시스템의 유리한 변형례에서, 배터리 셀들 사이에, 특히 셀 블록과 제 1 폐쇄 캡 사이에 수용 공간이 배치된다. 이 수용 공간은 전기 접속부를 하우징 내부에 배치된 셀 블록 및/또는 전자 부품에 접속하기 위한 모든 전기 접속 수단을 수용하는 것이 바람직하다. 그러므로 이 수용 공간은 셀 블록과 전기 접속부 사이의 모든 전기 접속 및 하우징 내부에 배치된 전자 부품과 전기 접속부 사이의 모든 전기 접속을 통합한다. 그러므로 이들은 제 2 폐쇄 캡 상의 유체 접속부로부터 공간적으로 분리되며, 여기서 특히 셀 블록은 세퍼레이터(separator)로서 기능한다.
하우징의 종방향의 일단부에 전기 접속부의 집중은, 셀 블록 또는 전자 부품에 전기 접속부를 전기적으로 접속하기 위해 하우징은 일면에서만 접근가능해야 하므로, 유체 접속부로부터의 공간적 분리로 인해 작동 안전성을 증가시키고, 또한 조립의 용이성을 증가시키는 작용을 한다.
기밀하게 실링된 하우징의 양 단부면에 유체 접속부 및 전기 접속부의 배치는 유체 회로 내의 접속점에서의 누출의 결과로서의 단락의 위험을 감소시킨다. 또한 본 발명의 다른 바림직한 실시형태에서, 엔클로저 내부에서 형성되는 응축을 방지하기 위해 전기 접속부로부터 이격된 제 1 폐쇄 캡 상에 기체 투과성 유체 밀봉 막을 갖는 밸브가 배치된다. 이 밸브는 한편으로 하우징의 내부로의 적절한 기류와 환경 사이의 공기 교환 및 압력 균형을 가능하게 하고, 다른 한편으로 유체 밀봉 막에 기인되어 액체의 진입을 방지한다. 동시에, 밸브는 압력 릴리프 밸브의 역할을 하므로 손상을 초래할 수 있는 과압의 경우에 하우징의 내부의 환경 사이에 급격한 압력의 균형이 형성될 수 있다.
밸브는 하우징 내부에서 효과적인 공기 건조 매체를 또한 포함할 수 있다. 다시 말하면, 바람직하게는 제 1 폐쇄 캡의 외면에 고정된 밸브는 하우징의 내부에 작용하는 공기 건조 매체를 구비한다. 따라서, 이 공기 건조 매체는 하우징의 내부로부터 수분을 흡수하여 하우징 내부에 응축이 형성되는 것을 방지하는 방식으로 배치된다.
이 밸브, 특히 공기 건조 매체 및/또는 막은 교체가능한 것이 바람직하다. 서비스 계획의 맥락에서, 공기 건조 매체가 응축물 형성을 방지하는데 효과적임을 보장하기 위해, 밸브는 예를 들면 정기적 간격으로, 바람직하게는 매년 교체될 수 있다. 이 공기 건조 매체는 수분을 흡수하는, 예를 들면, 제올라이트를 포함할 수 있다.
이 공기 건조 매체의 흡수 능력은 시간이 지남에 따라 저하되므로 적어도 공기 건조 매체를 교체하는 것이 권고된다. 막 자체도 시간이 지남에 따라 그 효과를 상실할 수 있으므로 이것의 교체도 또한 권고된다. 이 목적을 위해, 바람직하게는 밸브도 또한 교체가능해야 한다. 밸브가 제 1 폐쇄 캡의 외면에 고정되는 것이 바람직하므로 밸브의 교체는 단순하고, 단지 약간의 수작업 조작이 요구된다.
본 발명의 제 2 양태는 전술한 바와 같은 하나 이상의 배터리 시스템을 가진 자동차, 특히 하이브리드 차량에 관한 것이다. 원칙적으로, 상기 유형의 복수의 배터리 시스템은 또한 자동차 내에 배치될 수 있고, 바람직하게는 서로전기적으로 결합될 수 있다. 개별 배터리 시스템은 또한 냉각 시스템을 위한 공통 순환 펌프를 공유할 수 있다. 본 발명의 의미 내의 자동차는 육상 차량에 제한되지 않고, 항공기 및 수계(water-based) 차량을 포함한다.
본 발명은 첨부한 개략도를 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 하우징으로부터 제거된 유체 분배기를 갖는 본 발명에 따른 배터리 시스템의 전방 사시도이고;
도 2는 개별 부품들이 분해도로 도시된 밸브를 구비한 도 1에 도시된 바와 같은 배터리 시스템의 후방 사시도이고;
도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 배터리 시스템의 종단면 사시도이고;
도 4는 2 개의 셀 블록 및 하나의 냉각 요소를 구비하는 도 1에 도시된 바와 같은 배터리 시스템의 내부 구조의 사시도이다.
첨부된 도면은 특히 하이브리드 구동부용으로 적절한 배터리 시스템(10)을 도시한다. 이 배터리 시스템(10)은 하이브리드 차량용 에너지 축적기로서 유리하게 사용될 수 있고, 여기서 배터리 시스템은 차량을 추진하는데 사용되는 전기 모터에 결합되는 것이 바람직하다. 가능한 차량, 특히 자동차는 육상 차량, 항공기 또는 수계 선박을 포함한다.
이 배터리 시스템(10)은 일반적으로 튜브형 본체(12)를 포함하는 하우징(11)을 포함한다. 이 튜브형 본체(12)는 2 개의 개방 단부면 및 실질적으로 사각형의 단면을 갖는다. 그러므로 본체(12)는 사각형 튜브로서 설계된다. 이 단부면 상에서 본체(12)는 폐쇄 캡(13, 14)에 의해 폐쇄되며, 본원에서 제 1 폐쇄 캡(13)과 제 2 폐쇄 캡(14)은 구별된다. 본체(12) 및 폐쇄 캡(13, 14)은 바람직하게는 3 mm의 벽 두께를 갖는 강으로 제조될 수 있다.
하우징(11) 내부에는 배터리 셀(22) 및 하나 이상의 냉각 요소(30)가 배치된다. 바람직하게는 배터리 셀(22)이 결합되어 셀 블록(20)을 형성하며, 여기서 하나의 냉각 요소가 2 개의 셀 블록(20)들 사이 및/또는 각각의 셀 블록(20)과 하우징(11) 사이에 배치된다.
하우징(11)의 외부에 유체 접속부(31) 및 하나 이상의 전기 접속부(21)가 제공된다. 전기 접속부(21)는 배터리 셀(22)에 전기적으로 결합된다. 유체 접속부(31)는 하나 이상의 냉각제 입구(32) 및 하나의 냉각제 출구(33)를 포함하며, 여기서 냉각제 입구(32) 및 냉각제 출구(33)는 냉각 요소(30)에 유체적으로 접속된다. 배터리 시스템(10)의 작동 안전성을 고려하여, 전기 접속부(21)는 제 1 폐쇄 캡(13)에 배치(특히, 고정)되고, 유체 접속부(31)는 제 2 폐쇄 캡(14)에 배치(특히, 고정)된다. 이것은 유체 접속부(31)와 전기 접속부(21)의 공간적 분리을 가능하게 한다.
도 1은 하우징(11)을 구비한 배터리 시스템을 도시하며, 특히 하우징(11)의 유체 접속부 측이 도시되어 있다. 하우징(11)은 본체(12) 및 이 본체(12) 내에 삽입되는 폐쇄 캡(13, 14)을 포함한다. 폐쇄 캡(13, 14)은 본체(12)에 용접되어 유체 밀봉 시일을 제공하는 것이 바람직하다. 제 2 폐쇄 캡(14)을 통해 복수의 유체 접속부(31)가 연장되어 있으며, 구체적으로는 3 개의 냉각제 입구(32) 및 3 개의 냉각제 출구(33)가 제공되어 있다. 이 냉각제 입구(32) 및 냉각제 출구(33)는, 예를 들면, 시일에 의해 제 2 폐쇄 캡(14)에 고정된다.
이 배터리 시스템은 2 개 이상의 냉각제 입구(32) 및 2 개 이상의 냉각제 출구(33)의 각각에 유체적으로 접속되는 유체 분배기(36)를 포함하는 것이 바람직하다. 이 유체 분배기(36)는 제 2 폐쇄 캡(14)의 외면 상에 배치될 수 있다. 유체 분배기(36)는 바람직하게는 냉각제 입구(32)를 단일 입구 노즐(37)에, 그리고 냉각제 출구(33)를 단일 출구 노즐(38)에 접속한다. 이러한 유체 분배기의 일 실시례는 도 1에 도시되어 있다. 유체 분배기(36)는 유체 분배기(36) 상의 유체 포트 접속부(31)와 일치하여 배치되는 수용 잭(jack)을 포함한다. 그러므로 유체 분배기(36)는 제 2 폐쇄 캡(14) 상에 배치될 수 있고, 따라서 유체 접속부(31)로의 유체 접속을 형성한다. 유체 분배기(36) 내에서, 입구 노즐(37)로부터 냉각제 입구(32)로 또는 냉각제 출구(33)로부터 출구 노즐(38)로 연장되는 분배기 채널이 형성된다.
유체 분배기(36)는 플레이트형 설계를 가질 수 있다. 출구 노즐(38) 및 입구 노즐(37)은 유체 분배기(36)의 플레이트의 평면 내에 정렬되는 것이 바람직하다. 그러면 입구 노즐(37) 및 출구 노즐(38)은 유체 분배기(36)의 중앙 리세스(39) 내로 연장되어, 배터리 시스템(10)의 매우 컴팩트한 설계가 된다. 유체 분배기(36)가 바람직하게는 튜브형 본체(12)의 종방향 단부 표면과 실질적으로 동일한 평면에서 끝난다는 사실도 이러한 컴팩트한 설계에 기여한다.
중앙 리세스는 실질적으로 사각형의 형상이고, 삼각형 헤더(header)를 가지며, 이 헤더의 피크는 입구 노즐(37) 및 출구 노즐(38)로부터 등간격으로 이격되어 있다. 이 팁은 실질적으로 입구 노즐(37)과 출구 노즐(38) 사이에 위치되게 된다.
입구 노즐(37) 및 출구 노즐(38)은 서로에 대해 동축으로 배치될 수 있다. 결과적으로 유체 분배기(36)의 입구 측 및 출구 측 상의 접속 채널의 길이는 동일하고, 이는 냉각 요소(30)를 통한 냉각제의유동을 허용하는데 유리하다. 유체 분배기(36)는 하이브리드 구동부에 배터리 시스템(10)을 접속하기 위해, 입구 노즐(37) 및 출구 노즐(38)만이 냉각 시스템에 접속되어 배터리 시스템(10) 내부의 냉각을 보장하도록 하우징(11)에 고정적으로 접속되는 것이 바람직하다. 냉각제는 입구 노즐(37) 및 유체 분배기(36) 내에 배치된 분배 채널을 통해 냉각제 입구(32)로 유동하여 복수의 냉각 요소(30)에 도달한다. 냉각제의 흐름은 배터리 시스템(10) 내부의 배터리 셀(22)을 냉각하도록 냉각 요소(30)를 통해 유동한다. 냉각 요소(30)에 의해 가열된 냉각제는 냉각제 출구(33) 및 유체 분배기(36)의 출구 노즐(38)을 통해 하우징(11)으로부터 벗어난다.
도 1은 배터리 시스템(10)의 전면을 보여주고, 도 2는 동일 배터리 시스템(10)의 후면을 보여준다. 배터리 시스템(10)의 후면 상에는 전기 접속부(21)가 배치되어 있다. 전기 접속부(21)는 특히 제 1 폐쇄 캡(13)에 고정되고, 제 1 폐쇄 캡(13)은 튜브형 본체(12) 내로 삽입되어 유체 밀봉 방식으로 본체에 용접된다.
이 경우 전기 접속부(21)는 전력 소켓(26) 및 전자 소켓(27)을 포함한다. 전력 소켓(26)은 하우징(11) 내부의 배터리 셀(22)에 결합되며, 배터리 셀(22) 내에 저장된 전기 에너지를 취출하거나 또는 배터리 셀(22)을 충전시키기 위해 사용된다. 전력 소켓(26)에 인접하여 전자 소켓(27)이 배치되고, 이것은 하우징(11) 내부의 전자 부품에 결합되며, 배터리 시스템(10)과 일련의 차량 전자장치(예를 들면, 버스 시스템) 사이의 신호 및/또는 데이터 전송용으로 사용된다. 전기 접속부(21), 특히 전력 소켓(26) 및 전자 소켓(27)은 각각 하우징(11)의 유체 밀봉을 보장하기 위해 시일이 끼워맞춤된다.
제 1 폐쇄 캡(13)은 또한 전기 접속부(21)로부터 이격된 밸브 개구(19)를 포함한다. 밸브 개구(19)는 실질적으로 타원 형상을 가질 수 있다. 원형 또는 정사각형 설계도 가능하다. 밸브 개구(19) 상에는 밸브(15)가 설치되며, 이것의 부품은 완전히 하우징(11)의 외부에 배치되는 것이 바람직하다.
밸브(15)는 공기 건조 매체(16)를 수용하는 밸브 프레임(17)을 포함한다. 공기 건조 매체(16)는 제올라이트를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 공기 건조 매체(16)는 밸브 개구(19) 상에 직접 배치되므로 이 공기 건조 매체(16)는 하우징 내부에서 효율적이다. 그러므로 하우징(11) 내부의 공기 공간은 끊임없이 수분이 제거된다. 또한 이 밸브는 하우징의 내부와 환경 사이에 압력 균형을 생성함으로써 과압 보호를 형성한다.
특히 밸브 프레임(17)은 고무 스토퍼(40)의 형태로 압력 릴리프 밸브가 삽입되는 개구를 포함한다. 이 압력 릴리프 밸브(40)는 하우징(11) 내의 압력이 사전결정된 임계값을 초과하는 경우에 이완되도록 개구에 유지된다.
이 밸브 프레임에는 막(18)이 또한 배치된다. 2 개의 막(18)의 각각은 유체 밀봉성 및 기체 투과성을 갖는 것이 바람직하다. 적절한 막(18)은, 예를 들면, 직물을 포함할 수 있다. 막(18)은 하우징(11) 내의 공기의 충분한 교환을 보장하고, 동시에 수분의 침입을 방지한다.
밸브(15), 특히 공기 건조 매체(16), 릴리프 밸브(40) 및/또는 막(18)은 교체가능한 것일 수 있다. 예를 들면, 밸브(15)는 서비스 계획의 일부로서 일정한 간격으로, 바람직하게는 매년 교체되어야 한다. 이 공기 건조 매체(16)의 흡수 능력은 시간이 지남에 따라 저하되므로 적어도 공기 건조 매체(16)를 교체하는 것이 권고된다. 막(18) 자체도 시간이 지남에 따라 그 효과를 상실할 수 있으므로 이것의 교체도 또한 권고된다. 밸브(15)가 제 1 폐쇄 캡(13)의 외면에 고정되는 것이 바람직하므로 밸브(15)의 교체는 단순하고, 단지 약간의 수작업 조작이 요구된다.
도 3은 배터리 시스템(10)의 내부 구조를 도시한다. 하우징(11) 내에 특히 2 개의 셀 블록(20)이 배치되고, 이것은 서로 병렬 및 직렬로 상호접속된 복수의 배터리 셀(22)로 구성된다. 셀 블록(20)들 사이에는 배터리 셀(22)의 전극과 열전도 접촉되는 냉각 요소(30)가 배치된다. 하우징(11)과 셀 블록(20) 사이에는 추가의 냉각 요소(30)가 또한 배치될 수 있다.
배터리 셀(22) 또는 셀 블록(20)과 제 1 폐쇄 캡(13) 사이에는 수납 공간(24)이 배치될 수 있고, 그 내부에는 접속 케이블(25)이 위치된다. 이 수용 공간(24)은 전기 접속부(21)를 하우징(11) 내부에 배치된 셀 블록(20) 및/또는 전자 부품(예를 들면, 제어 회로 보드(28))에 접속하기 위한 모든 전기 접속 수단을 수용하는 것이 바람직하다. 그러므로 후자는 제 2 폐쇄 캡(14) 상의 유체 접속부(31)로부터 공간적으로 분리되며, 여기서 특히 셀 블록(20)은 세퍼레이터(separator)로서 기능할 수 있다. 하우징(11)의 종방향의 일단부에 전기 접속부의 집중은, 셀 블록(20) 또는 전자 부품에 전기 접속부(21)를 전기적으로 접속하기 위해 하우징(11)은 일면에서만 접근가능해야 하므로, 유체 접속부(31)로부터의 공간적 분리로 인해 작동 안전성을 증가시키고, 또한 조립의 용이성을 증가시키는 작용을 한다.
유체 접속부(31)는 바람직하게는 냉각 요소(30)와 일체로 설계되며, 제 2 폐쇄 캡(14)을 통해 연장된다. 유체 접속부(31)를 지지하기 위해 셀 블록(20)과 제 2 폐쇄 캡(14) 사이에는 지지 구조물(29)이 제공되고, 이것은 한편으로는 유체 접속부(31)를, 그리고 다른 한편으로는 하우징(11)을 안정화시킨다.
도 4는 중간 냉각 요소(30)를 구비한 셀 블록(20)의 구성을 상세히 도시한다. 이 셀 블록(20)은 각각 라운드 셀로서 설계되는 것이 바람직한 복수의 배터리 셀로 형성된다. 라운드 셀은 복수의 열(row)로 배치되며, 이 열은 엇갈리게, 그리고 간극을 개재하여 조밀하게 설치된다. 열 내의 각각의 배터리 셀(22)은 서로 평행하게 전기적으로 접속된다. 이를 달성하기 위해, 배터리 셀(22)의 상부 전극 및 하부 전극에 용접되는 접촉 플레이트(23)가 제공된다. 배터리 셀(22)의 양면 상에 고정된 접촉 플레이트(23)는 엇갈리게 배치되므로 배터리 셀(22)의 개별 열은 서로에 대해 직렬로 결합된다.
이 배터리 셀(22), 또는 라운드 셀은 50 mm 내지 90 mm의 높을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 배터리 셀(22)의 높이는 60 mm 내지 80 mm, 특히 약 65 mm일 수 있다. 특히, 이 배터리 시스템(10)을 위한 적절한 배터리 셀(22)은 유형 18650이다. 이러한 배터리 셀(22)은 또한 합리적인 가격으로 이용가능하므로 배터리 시스템 전체에 대한 생산 비용이 감소될 수 있다.
냉각 요소(30)는2 개의 셀 블록(20)들 사이에 연장된다. 냉각 요소(30)은 파우치(34)에 의해 형성되고, 파우치(34)의 내부에는 복수의 유동 채널(35)이 배치되어 있다. 유동 채널(35)의 구조는 냉각 요소(30)를 통해 균일한 유체 흐름이 얻어지도록 조절된다. 유체 접속부(31)는 파우치(34)의 종방향 단부에 배치된다. 유체 접속부(31)는 파우치(34)의 일체 부품으로서 형성되는 것이 바람직하다. 그러므로 유체 접속부(31)와 파우치(34) 사이에 분리가능한 유체 접속부가 존재하지 않고, 이것은 누출 방지를 증대시킨다. 유체 접속부(31)는 냉각제 입구(32) 및 냉각제 출구(33)를 포함한다. 따라서, 냉각제는 냉각제 입구(32) 내로 유입되고, 유동 채널(35)를 통해 유동하고, 냉각제 출구(33)를 통해 파우치(34)로부터 벗어난다. 파우치(34)는 가요성 외벽을 가지므로 냉각 요소(30) 내의 유체 압력 및 배터리 시스템(10) 내에 존재할 수 있는 임의의 다른 압력 접촉 수단에 기인되어 냉각 요소(30)와 셀 블록(20) 사이에 우수한 열전도 접촉이 보장된다.
이 배터리 시스템(10)은 고전압 배터리 시스템(10)으로서 설계되는 것이 바람직하다. 전기 접속부(21)와 유체 접속부(31)의 공간적 분리는 고전압 영역이 냉각제 통과 영역으로부터 분리되는 것을 보장해 준다. 이것은 이 배터리 시스템(10)의 작동 안전성을 향상시킨다. 추가의 안전성은 냉각 회로 내의 모든 분리가능한 접속점 및 유체 분배기(36)가 하우징(11)의 외부에 배치된다는 사실에 의해 달성된다. 특히, 유체 접속부(31)는 셀 블록(20)을 넘어 돌출하여 지지 구조물(29) 및 제 2 폐쇄 캡(14)을 통해 연장된다. 냉각 요소(30) 자체는 배터리 시스템(10)의 하우징(11) 내에 접속점이 없도록 설계될 수 있다. 유일한 접속점은 유체 접속부(30)에 의해 형성되며, 이것은 하우징(11)의 외부의 제 2 폐쇄 캡(14) 상에 배치된다.
10 배터리 시스템
11 하우징
12 본체
13 제 1 폐쇄 캡
14 제 2 폐쇄 캡
15 밸브
16 공기 건조 매체
17 밸브 프레임
18 막
19 밸브 개구
20 셀 블록
21 전기 접속부
22 배터리 셀
23 접촉 플레이트
24 수용 공간
25 접속 케이블
26 전력 잭
27 전자 소켓
28 제어 회로 보드
29 지지 구조물
30 냉각 요소
31 유체 접속부
32 냉각제 입구
33 냉각제 출구
34 파우치
35 유동 채널
36 유체 분배기
37 입구 노즐
38 출구 노즐
39 리세스
40 압력 릴리프 밸브

Claims (15)

  1. 하우징(11), 상기 하우징(11) 내부에 배치된 복수의 배터리 셀(22) 및 냉각 요소(30)를 갖는 배터리 시스템(10)으로서,
    유체 접속부(31) 및 하나 이상의 전기 접속부(21)가 상기 하우징(11) 상에 배치되고, 상기 전기 접속부는 상기 배터리 셀(22)에 전기적으로 결합되고, 상기 유체 접속부(31)는 상기 냉각 요소(30)에 각각 유체적으로 접속된 하나 이상의 냉각제 입구(32) 및 하나 이상의 냉각제 출구(33)를 포함하고, 상기 하우징(11)은 튜브형 본체(12)를 포함하고, 상기 튜브형 본체(12)는 그 양쪽 단부면이 폐쇄 캡(13, 14)에 의해 유체 밀봉 방식으로 실링되고, 상기 전기 접속부(21)는 단지 제 1 폐쇄 캡(13) 상에만 배치되고, 상기 유체 접속부(31)는 단지 제 2 폐쇄 캡(14) 상에만 배치되는,
    배터리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 요소(30)는 접속점이 없도록 설계되는,
    배터리 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    하나의 냉각제 입구(32) 및 하나의 냉각제 출구(33)는 각각 상기 냉각 요소(30)와 일체로 설계되고, 상기 제 2 폐쇄 캡(14)을 통해 상기 하우징(11)의 외부로 안내(routing)되는,
    배터리 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배터리 셀(22)은 라운드 셀로서 설계되고, 50 mm 내지 90 mm, 또는 60 mm 내지 80 mm, 또는 65 mm의 높이를 갖는,
    배터리 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배터리 셀(22)들은 결합되어 셀 블록(20)이 되고, 2 개의 셀 블록(20)들 사이 및/또는 각각의 셀 블록(20)과 상기 하우징(11) 사이에 하나의 냉각 요소(30)가 끼워지고, 상기 냉각 요소(30)는 각각 서로 분리된 유체 흐름을 안내하는,
    배터리 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    2 개 이상의 냉각제 입구(32) 및 2 개 이상의 냉각제 출구(33)는 유체 분배기(36)에 유체적으로 접속되고, 상기 유체 분배기(36)는 상기 제 2 폐쇄 캡(14)의 외면 상에 배치되며, 상기 냉각제 입구(32)를 단일 입구 노즐(37)에 접속하고, 상기 냉각제 출구(33)를 단일 출구 노즐(38)에 접속하는,
    배터리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유체 분배기(36)는 플레이트형 설계를 가지며, 중앙 리세스(39)를 포함하고, 상기 입구 노즐(37) 및 상기 출구 노즐(38)은 각각 상기 중앙 리세스(39) 내로 돌출되는,
    배터리 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 입구 노즐(37) 및 상기 출구 노즐(38)은 서로에 대해 동축으로 정렬된,
    배터리 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 유체 분배기(36)는 상기 튜브형 본체(12)의 종방향 단부의 표면과 실질적으로 동일한 평면에서 끝나는 방식으로 상기 제 2 폐쇄 캡(14)에 접속되는,
    배터리 시스템.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배터리 셀(22)들과 상기 제 1 폐쇄 캡(13) 사이에 수납 공간(24)이 배치되고, 상기 수납 공간 내에 상기 전기 접속부(21)를 상기 하우징(11) 내에 배치된 전자 부품 및/또는 셀 블록(20)에 접속하기 위한 모든 전기 접속 수단이 배치되는,
    배터리 시스템.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 접속부(21)로부터 이격된 상기 제 1 폐쇄 캡(13) 상에, 기체 투과성 유체 밀봉 막(18)을 갖는 밸브(15)가 배치되어 있는,
    배터리 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브(15)는 상기 하우징(11)의 내부에서 작용하는 공기 건조 매체(16)를 포함하는,
    배터리 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브(15)는 압력 릴리프 밸브(40)를 포함하는,
    배터리 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브(15)는 교체가능한,
    배터리 시스템.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 배터리 시스템(10)을 하나 이상 갖는 자동차.
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