KR102459335B1 - 유체 냉각식 배터리 시스템 - Google Patents

유체 냉각식 배터리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102459335B1
KR102459335B1 KR1020200045425A KR20200045425A KR102459335B1 KR 102459335 B1 KR102459335 B1 KR 102459335B1 KR 1020200045425 A KR1020200045425 A KR 1020200045425A KR 20200045425 A KR20200045425 A KR 20200045425A KR 102459335 B1 KR102459335 B1 KR 102459335B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
battery cells
fluid
opening
row
Prior art date
Application number
KR1020200045425A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200123384A (ko
Inventor
아지지 터커 카레엠
린 유-충
Original Assignee
싱 파워 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 싱 파워 인코포레이티드 filed Critical 싱 파워 인코포레이티드
Publication of KR20200123384A publication Critical patent/KR20200123384A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102459335B1 publication Critical patent/KR102459335B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/643—Cylindrical cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/651—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6566—Means within the gas flow to guide the flow around one or more cells, e.g. manifolds, baffles or other barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/227—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

유체 냉각식 배터리 시스템은 복수 행들의 배터리 셀들(11), 외부 케이싱(12) 및 적어도 하나의 셀 고정부(13)를 구비하는 적어도 하나의 배터리 모듈(100)을 포함한다. 외부 케이싱은 내부에 수용 공간(120)을 형성한다. 셀 고정부(13)는 수용 공간(120) 내부에 맞춰지고, 복수 행들의 유지 홀들(132)을 구비하여 형성된다. 각 행의 유지 홀들(132)은 배터리 셀들(11)이 수용 공간(120) 내에 유지될 수 있도록 배터리 셀들(11)의 각 행의 셀 바디부들(110)을 유지하도록 구성되며, 이에 의해 배터리 셀들(11)을 바람직하지 않은 진동에 대항하여 안정한 위치에 유지한다.

Description

유체 냉각식 배터리 시스템{FLUID-COOLED BATTERY SYSTEM}
본 발명은 배터리 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 유체 냉각식 배터리 시스템에 관한 것이다.
미국 특허 번호 6,953,638 B2는 배터리 모듈들 사이의 간격들의 변동이 고려될 때 허용 가능한 온도 범위 내에서 배터리 팩의 배터리 온도 변화를 유지할 수 있는 종래의 유체 냉각식 배터리 팩 시스템을 개시한다. 복수의 배터리 모듈들은 각각 측면에 복수의 볼록부 및 오목부들이 제공되고, 다른 배터리 모듈들과의 연결이 이루어진다. 배터리 모듈들이 대향하는 볼록부들을 서로 접촉시켜 연결되면, 냉매가 흐르는 냉매 유로들이 형성된다. 냉매 유로들의 목표 폭은, 냉매가 냉매 유로를 통하여 유동할 때 각 배터리 모듈의 목표 온도에 대한 온도의 변화가 미리 결정된 범위 내에서 유지되도록 설정되며, 상기 온도의 변화는 배터리 모듈들 사이의 냉매 유로들의 목표 폭에 대한 제조 공차에 의해 야기된다.
미국 특허 출원 번호2010/0092849 A1은 복수의 셀들을 수용하도록 구성된 하우징을 포함하는 종래의 배터리 모듈을 개시한다. 상기 하우징은 제 1 트레이 및 제 2 트레이를 포함한다. 복수의 셀들의 각각은 제 1 트레이 및 제 2 트레이 중 적어도 하나의 오목부 내에서 수용된다.
본 발명의 목적은 새로운 유체 냉각식 배터리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 유체 냉각식 배터리 시스템은 복수 행들의 배터리 셀들, 외부 케이싱 및 적어도 하나의 셀 고정부를 구비하는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함한다. 상기 배터리 셀들의 각각은 직립 방향으로 신장하는 셀 바디를 구비한다. 각 행의 상기 배터리 셀들은 인접한 행의 상기 배터리 셀들과 엇갈리게 배치된다. 상기 외부 케이싱은 내부에 상기 배터리 셀들의 수용을 위한 수용 공간을 정의하며, 제 1 포트 유닛 및 제 2 포트 유닛을 가지되, 상기 배터리 셀들이 냉각 유체에 의하여 냉각될 수 있도록 상기 제 1 포트 유닛 및 제 2 포트 유닛 중의 어느 하나에서 상기 제 1 포트 유닛 및 제 2 포트 유닛 중의 다른 하나로 상기 수용 공간을 통하여 냉각 유체가 유동할 수 있도록 구성된다. 상기 셀 고정부는 상기 수용 공간 내부에 맞춰지며 복수 행들의 유지 홀들을 구비하여 형성된 홀딩 웹을 포함한다. 각 행의 유지 홀들은 인접한 행의 유지 홀들과 엇갈리게 배치되고, 배터리 셀들이 상기 홀딩 웹에 의하여 상기 수용 공간 내에 유지될 수 있도록 각 행의 배터리 셀들의 상기 셀 바디들을 유지하기 위하여 구성되며, 이에 의하여 상기 배터리 셀들을 바람직하지 않은 진동에 대항하여 안정한 위치에서 유지시킨다.
본 발명의 다른 특징들과 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 실시예(들)의 다음과 같은 상세한 설명에서 명백해질 것인 바, 상기 도면에서:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 냉각식 배터리 시스템의 배터리 모듈의 사시도이며;
도 2는 배터리 모듈의 평면도이며;
도 3은 배터리 모듈의 측면도이며;
도 4는 배터리 모듈의 저면 사시도이며;
도 5는 2 개의 셀 고정부에 의해 유지되는 배터리 모듈들의 배터리 셀들을 나타내는 부분 사시도이며;
도 6은 함께 조립된 2 개의 배터리 모듈들을 나타내는 사시도이며;
도 7은 복수의 배터리 모듈들을 구비한 유체 냉각식 배터리 시스템의 측면도이며;
도 8은 유체 냉각식 배터리 시스템의 또 다른 측면도이다.
본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 전에, 적절하다고 간주되는 경우, 대응하거나 유사한 요소들을 나타내기 위하여 참조 번호들이 도면들에 반복될 수 있으며, 이는 선택적으로 유사한 특징들을 가질 수 있음을 유의해야 한다.
본 발명의 설명을 보조하기 위하여, 방향성 용어들이 본원의 명세서 및 도면들에 사용될 수 있다(예를 들어, 앞, 뒤, 좌, 우, 상부, 하부 등). 이러한 방향성 정의들은 본 발명을 설명하고 청구하는 것을 단지 보조하기 위한 것이며 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하도록 의도되지는 않는다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 냉각식 배터리 시스템은 복수 행들의 배터리 셀들(11), 외부 케이싱(12) 및 적어도 하나의 셀 고정부(13)를 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈(100)을 포함하는 것으로 도시된다.
배터리 셀들(11)의 각각은 직립 방향(Z)으로 신장하는 셀 바디(110)를 가지며, 각 행의 배터리 셀들(11)은 인접한 행의 배터리 셀들(11)과 엇갈리게 배치된다. 도 3에 도시된 일 실시예에서, 배터리 셀들(11)의 각각은 직립 방향(Z)으로 서로 대향하는 제 1 단자(111) 및 제 2 단자(112)를 구비할 수 있다. 제 1 및 제 2 단자들(111, 112) 중 하나는 양의 단자이고, 제 1 및 제 2 단자들(111, 112) 중 다른 하나는 음의 단자이다.
배터리 셀들(11)은 재충전 가능한 배터리, 예를 들어, 니켈-카드뮴(NiCd) 배터리, 니켈-금속-하이드라이드(NiMH) 배터리 또는 리튬-이온 배터리일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 일 실시예에서, 배터리 셀들(11)은 원통형 리튬 이온 18650 셀들 또는 21700 셀들일 수있다.
외부 케이싱(12)은 내부에 배터리 셀들(11)의 수용을 위한 수용 공간(120)을 정의하고, 제 1 개구부(101)(도 1) 및 제 2 개구부(102)(도 4)를 가지되, 배터리 셀들(11)이 냉각 유체에 의하여 냉각될 수 있도록 제 1 및 제 2 개구부들(101, 102) 중의 하나에서 제 1 및 제 2 개구부들(101, 102) 중의 다른 하나로 수용 공간(120)을 통하여 냉각 유체가 유동할 수 있도록 구성된다. 냉각 유체는 불활성 유전체 유체이고, 화재 억제 능력을 제공할 수 있다. 냉각 유체는 미네랄 오일, 실리콘 오일, 에스테르계 오일, 또는 공학적 유체 등일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 일 실시예에서, 냉각 유체는 공학적 유체이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 일 실시예에서, 외부 케이싱(12)은 수용 공간(120)을 정의하고, 제 1 주변 에지(first surrounding edge, 124) 및 제 2 주변 에지(second surrounding edge, 125)에서 종료되는 직립 방향(Z)으로 신장하는 주변 벽(surrounding wall, 123)을 포함한다. 제 1 주변 에지(124)는 제 1 개구부(101)를 정의하고, 제 2 주변 에지(125)는 제 2 개구부(102)를 정의한다.
도 1에 도시된 일 실시예에서, 주변 벽(123)은 제 1 주변 세그먼트(1231) 및 복수의 볼트들(1233)을 통해 제 1 주변 세그먼트(1231)에 고정되는 제 2 주변 세그먼트(1232)를 포함한다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 주변 세그먼트들(1231, 1232)은 접착 물질을 사용하여 용접 또는 접합에 의하여 서로 고정될 수 있다.
또한, 제 1 주변 세그먼트(1231)에 제 1 포트(121)가 형성되고, 제 2 주변 세그먼트(1232)에 제 2 포트(122)가 형성된다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 포트들(121, 122)은 제 1 및 제 2 주변 세그먼트들(1231, 1232) 중의 동일한 어느 하나에 형성될 수 있다. 냉각 유체는 제 1 및 제 2 포트들(121, 122) 중 하나를 통해 수용 공간(120)으로 추가로 도입될 수 있고 제 1 및 제 2 포트들 (121, 122) 중 다른 하나를 통해 배출될 수 있다.
일 실시예에서, 외부 케이싱(12)은 플라스틱 또는 폴리머 재료들로 제조될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 셀 고정부(13)는 도 1에 도시된 수용 공간(120) 내부에 맞춰지며 복수 행들의 유지 홀들(retaining holes, 132)을 구비하여 형성된 홀딩 웹(holding web, 131)을 포함한다. 각 행의 유지 홀들(132)은 인접한 행의 유지 홀들(132)과 엇갈리게 배치되고, 각 행의 유지 홀들(132)은 배터리 셀들(11)이 홀딩 웹(131)에 의하여 수용 공간(120) 내에 유지될 수 있도록 각 행의 배터리 셀들(11)의 셀 바디들(110)을 유지하기 위하여 구성되며, 이에 의하여 배터리 셀들(11)을 바람직하지 않은 진동에 대항하여 안정한 위치에서 유지시킨다. 일 실시예에서, 각 배터리 셀(11)의 제 1 및 제 2 단자들(111, 112)은 홀딩 웹(131)의 2개의 대향측에 배치될 수 있다.
도 5에 도시된 일 실시예에서, 각각의 홀수 행(133)의 유지 홀들(132)은 인접한 짝수 행(134)의 유지 홀들(132)과 엇갈려서 상기 인접한 짝수 행(134)의 유지 홀들(132)의 외부에 배치된 한 쌍의 아웃보드 영역들(outboard regions, 135)을 남긴다. 2개의 관통 홀들(through holes, 130)이 냉각 유체의 통과를 위해 아웃보드 영역들(135)에 각각 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 일 실시예에서, 홀딩 웹(131)은 각각 유지 홀들(132)을 정의하는 복수의 내주면들(136)을 포함한다. 내주면들(136)의 각각은 냉각 유체의 통과를 허용하기 위해 직립 방향(Z)으로 각각 신장하고 직경 방향으로 서로 대향하는 2개의 그루브들(137)을 구비하여 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 일 실시예에서, 유지 홀들(132)의 행들은 길이 방향(X)으로 서로 이격된다.
도 1 내지 도 5에 도시된 일 실시예에서, 배터리 모듈(100)은 직립 방향(Z)으로 서로 이격된 2 개의 셀 고정부들(13)을 포함한다.
일 실시예에서, 외부 케이싱(12)의 요소들은 일체로 형성된다. 셀 고정부들(13)은 각각 제 1 및 제 2 개구부(101, 102)로부터 수용 공간(120)으로 맞춰진다.
도 2 내지 도 4에 도시된 일 실시예에서, 배터리 모듈(100)은 배터리 셀들(11)의 제 1 단자들(111)과 전기적으로 연결된 제 1 전극 판(14) 및 배터리 셀들(11)의 제 2 단자들(112)과 전기적으로 연결된 제 2 전극 판(15)을 더 포함한다.
도 2 및 도 4에 도시된, 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전극 판들(14, 15)은 제 1 및 제 2 개구부들(101, 102)에 각각 맞춰지며, 냉각 유체의 통과를 위하여 복수의 패싱 홀들(passing holes, 103)을 구비한다.
일 실시예에서, 도 2 및 도 4에 도시된 패싱 홀들(103)은 도 5에 도시된 홀딩 웹(131)의 그루브들(137)에 대응하는 위치들에 존재한다.
도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예에서, 제 1 전극 판(14)은 플레이트 본체(141), 복수의 콘택 패드들(143), 및 복수의 가용성 영역들(144)을 포함한다.
플레이트 본체(141)는 배터리 셀들(11)의 제 1 단자들(111)에 대응하는 위치들에서 복수의 관통 보어들(through bores, 142)을 구비하여 형성된다.
콘택 패드들(143)은 각각 배터리 셀들(11)의 제 1 단자들(111)과 전기적으로 접촉하도록 관통 보어들(142) 내에 각각 배치된다.
가용성 영역들(144)은 관통 보어들(142)에 각각 배치되며, 가용성 영역들(144)의 각각은 각도 방향으로 서로 이격되며 플레이트 본체(141)와 각각의 콘택 패드(143)를 전기적으로 연결하기 위하여 각각의 콘택 패드(143)로부터 플레이트 본체(141)까지 반경 방향으로 신장하는 복수의 가용성 리브들(145)을 포함한다. 배터리 셀들(11) 중의 하나가 과열될 때, 대응하는 가용성 영역(144)의 가용성 리브들(145)은 나머지 배터리 셀들(11)을 보호하기 위하여 용융될 수 있다.
배터리 셀들(11)과 제 1 및 제 2 전극 판들(14, 15) 사이의 전기적 연결부들은 쉽게 가열될 수 있으며, 열은 폐열 형태로 소산된다. 배터리 셀들(11)이 제 1 및 제 2 전극 판들(14, 15)에 퓨즈 요소를 사용하여 전기적으로 연결된다면, 온도 변화는 퓨징에 악영향을 미친다. 또한, 상대적으로 고온인 전기적 연결부들은 배터리 모듈들의 효율에 악영향을 미칠 수 있다. 전기적 연결부들을 냉각 유체에 침지하여 전기적 연결부들을 냉각하는 것은 배터리 모듈들의 효율을 개선하고 전력 낭비를 감소시킨다. 전기적 연결부가 더욱 효율적으로 냉각되는 것을 촉진하기 위하여 전기적 연결부들이 냉각 유체 내에 완전히 침지되기 때문에 상기 배터리 모듈은 기존인 모듈들과 다르다는 것을 유의해야 한다.
도 6에 도시된 일 실시예에서, 유체 냉각식 배터리 시스템은 도 1에 도시된 복수의 배터리 모듈들(100)을 포함한다. 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 외부 케이싱(12)은 제 1 및 제 2 주변 에지들(124, 125)로부터 각각 신장하며, 서로 정합하도록 구성된 암형 에지 신장부(127) 및 수형 에지 신장부(126)를 더 포함할 수 있다. 배터리 모듈들(10) 중의 하나의 모듈의 수형 에지 신장부(126)가 배터리 모듈들(10) 중의 인접한 모듈의 암형 에지 신장부(127)와 정합하여 맞물릴 때, 배터리 모듈들(100) 중 하나의 모듈의 제 1 전극 판(14)은 배터리 모듈들(100) 중의 인접한 모듈의 제 2 전극 판(15)과 전기적으로 접촉하게 된다. 이런 방식으로, 배터리 모듈들(100)은 배터리 팩을 형성하기 위해 서로 맞물리는 빌딩 블록들(예를 들어, 레고 빌딩 블록들)과 같이 적층될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 일 실시예에서, 유체 냉각식 배터리 시스템은 행과 열로 배열된 복수의 배터리 모듈들(100), 한 쌍의 커버 케이싱들(21), 복수의 커버 보드들(22), 복수의 제 1 매니폴드들(23) 및 복수의 제 2 매니폴드들(24)을 포함한다.
각 열의 배터리 모듈들(100)은 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 두 개의 인접한 수형 및 암형 신장부들(126, 127) 사이에서 정합하여 맞물림으로써 직립 방향(Z)을 따라 서로 연결된다. 배터리 모듈들(100)의 열들은 횡 방향(Y)으로 서로 이격된다. 배터리 모듈들(100)의 행들은 직립 방향(Z)으로 서로 이격된다. 각 행의 배터리 모듈들(100)의 외부 케이싱(12, 도 1에 도시된 것과 같은)은 동시 계류중인 미국 특허출원 일련 번호 15/080882에 개시된 것처럼 모든 가능한 수단들을 통하여 서로 연결된다.
커버 보드들(22)의 각각은 말단 행에서 배터리 모듈들(100)과 유체-기밀 밀봉을 제공하도록 배치되고, 배터리 모듈들의 열들을 직렬로 연결하기 위한 회로를 구비하여 형성된다. 도 8에서 화살표들은 유체 냉각식 배터리 시스템의 전류 흐름 방향들을 나타낸다. 다른 실시예들에서, 배터리 모듈들(100)의 열들은 병렬로 연결될 수 있다.
제 1 매니폴드들(23)의 각각은 배터리 모듈들(100)의 대응하는 행의 제 1 포트들(121, 도 1 참조)과 액체 연통되도록 구성된다. 제 2 매니폴드들(24)의 각각은 배터리 모듈들(100)의 대응하는 행의 제 2 포트들(122, 도 1 참조)과 액체 연통되도록 구성된다. 냉각 유체는 도 8에 도시된 화살표들을 따라 배터리 모듈들(100)을 통해 유동하도록 펌핑될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 매니폴드들(23)의 제공은 냉각 유체가 배터리 모듈들(100)의 행들을 통해 횡방향으로 유동하도록 허용할 수 있다.
커버 케이싱들(21)의 각각은 배터리 모듈들(100) 중 선행하는 모듈 및 후행하는 모듈에 유체-기밀 밀봉을 제공하도록 구성되며, 유체 냉각식 배터리 시스템의 배터리 모듈들(100)을 전기-동력 자동차(미도시)의 모터 발전기(미도시)에 전기적으로 연결하기 위한 회로를 구비한다. 배터리 모듈들(100), 커버 케이싱들(21), 커버 보드들(22), 및 제 1 및 제 2 매니폴드들(23, 24)이 조립된 후, 유체 냉각식 배터리 시스템 내부의 배터리 셀들(11)은 유체-기밀 밀봉된다.
상기 설명에서, 설명의 목적으로, 실시예(들)의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 설명되었다. 그러나, 당업자에게는 하나 이상의 다른 실시예가 이들 특정 세부 사항의 일부 없이 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 “하나의 실시예”, “일 실시예”, 서수를 표시하는 실시예 등의 언급은 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 실시에 포함될 수 있다는 것을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 상세한 설명에서, 본 개시를 간소화하고 다양한 발명 양태의 이해를 돕기 위한 목적으로, 가끔 다양한 특징들이 단일한 실시예, 도면, 또는 설명으로 함께 그룹화되며, 그리고, 본 발명의 실시에서, 일 실시예의 하나 이상의 특정 세부 사항 또는 특징이 다른 실시예의 하나 이상의 특정 세부 사항 또는 특징과 함께 적절한 지점에서 실시될 수 있다는 것을 더 이해해야 한다.
본 발명은 예시적인 실시예(들)로 고려되는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예(들)에 한정되는 것이 아니라, 모든 변경 및 동등한 배치를 포함하도록 가장 광범위한 해석의 범위 및 사상 내에 포함되는 다양한 배치를 포함하기 위한 것으로 이해된다.

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 유체 냉각식 배터리 시스템이며, 상기 배터리 모듈은:
    복수 행들의 배터리 셀들로서, 상기 배터리 셀들의 각각은 직립 방향으로 신장하는 셀 바디를 구비하며, 각 행의 상기 배터리 셀들은 인접한 행의 상기 배터리 셀들과 엇갈리게 배치되는, 상기 복수 행들의 배터리 셀들;
    냉각 유체;
    내부에 상기 배터리 셀들의 수용을 위한 수용 공간을 정의하며, 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 가지되, 상기 배터리 셀들이 상기 냉각 유체에 의하여 냉각될 수 있도록 상기 제 1 개구부 및 제 2 개구부 중의 하나에서 상기 제 1 개구부 및 제 2 개구부 중의 다른 하나로 상기 수용 공간을 통하여 상기 냉각 유체가 유동할 수 있도록 구성된, 외부 케이싱; 및
    상기 수용 공간 내부에 맞춰지며 복수 행들의 유지 홀들을 구비하여 형성된 적어도 하나의 셀 고정부이며, 각 행의 상기 유지 홀들은 인접한 행의 상기 유지 홀들과 엇갈리게 배치되고, 상기 배터리 셀들이 상기 셀 고정부에 의하여 상기 수용 공간 내에 유지될 수 있도록 상기 배터리 셀들의 각 행의 상기 셀 바디들을 유지하기 위하여 구성됨으로써, 상기 배터리 셀들을 원하지 않는(undesired) 진동에 대항하여 안정한 위치에 유지시키는, 상기 적어도 하나의 셀 고정부를 포함하며,
    상기 배터리 셀들의 각각은 상기 셀 고정부의 2개의 대향측에 배치되도록 직립 방향으로 서로 대향하는 제 1 단자 및 제 2 단자를 구비하며;
    상기 배터리 모듈은 상기 배터리 셀들의 상기 제 1 단자들과 전기적으로 연결되는 제 1 전극 판, 및 상기 배터리 셀들의 상기 제 2 단자들과 전기적으로 연결되는 제 2 전극 판을 더 포함하며; 그리고
    상기 배터리 셀들, 상기 제 1 및 제 2 전극 판들, 및 상기 배터리 셀들과 상기 제 1 및 제 2 전극 판들 사이의 전기적 연결부들이 상기 냉각 유체 내에 완전히 침지된,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 홀수 행의 상기 유지 홀들은 인접한 짝수 행의 상기 유지 홀들과 엇갈려 배치되어 상기 인접한 짝수 행의 상기 유지 홀들의 외부에 배치된 한 쌍의 아웃보드 영역들을 남기며, 냉각 유체의 통과를 위해 상기 아웃보드 영역들에 각각 두 개의 관통 홀들이 형성되는,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 고정부는 각각 상기 유지 홀들을 정의하는 복수의 내주면들을 포함하고, 상기 내주면들의 각각은 냉각 유체의 통과를 허용하기 위해 직립 방향으로 신장하는 적어도 하나의 그루브를 구비하여 형성되는,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 내주면들의 각각은 직경 방향으로 서로 대향하는 2개의 상기 그루브들을 구비하여 형성되는,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 직립 방향으로 서로 이격된 2개의 상기 셀 고정부들을 포함하는,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 케이싱은 제 1 주변 에지 및 제 2 주변 에지에서 종료되는 직립 방향으로 신장하는 주변 벽을 포함하되, 상기 제 1 주변 에지 및 제 2 주변 에지는 각각 상기 제 1 개구부 및 상기 제 2 개구부를 정의하며; 그리고
    상기 제 1 전극 판과 상기 제 2 전극 판은 각각 상기 제 1 개구부 및 상기 제 2 개구부에 맞춰지고, 냉각 유체의 통과를 위하여 복수의 패싱 홀들을 구비하는,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 판은
    상기 배터리 셀들의 상기 제 1 단자들에 대응하는 위치들에서 복수의 관통 보어들을 구비하여 형성된 플레이트 본체,
    상기 배터리 셀들의 상기 제 1 단자들과 각각 전기적으로 접촉하도록 상기 관통 보어들 내에 각각 배치된 복수의 콘택 패드들, 및
    상기 관통 보어들에 각각 위치되는 복수의 가용성 영역들이며, 상기 가용성 영역들의 각각은 각도 방향으로 서로 이격되며 상기 플레이트 본체와 상기 각각의 콘택 패드를 전기적으로 연결하기 위하여 상기 각각의 콘택 패드로부터 상기 플레이트 본체까지 반경 방향으로 신장하는 복수의 가용성 리브들을 포함하는, 상기 복수의 가용성 영역들을 포함하는,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    복수의 상기 배터리 모듈들을 포함하되,
    상기 외부 케이싱은 상기 제 1 주변 에지 및 상기 제 2 주변 에지로부터 각각 신장하는 암형 에지 신장부 및 수형 에지 신장부를 더 포함하되, 상기 배터리 모듈들 중의 하나의 모듈의 상기 수형 에지 신장부가 상기 배터리 모듈들 중의 인접한 모듈의 상기 암형 에지 신장부와 정합하여 맞물릴 때, 상기 배터리 모듈들 중의 상기 하나의 모듈의 상기 제 1 전극 판이 상기 배터리 모듈들 중의 상기 인접한 모듈의 상기 제 2 전극 판과 전기적으로 접촉되도록 상기 암형 에지 신장부 및 수형 에지 신장부는 서로 정합하도록 구성되는,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 케이싱은 제 1 주변 에지 및 제 2 주변 에지에서 종료되는 직립 방향으로 신장하는 주변 벽을 포함하되, 상기 제 1 주변 에지 및 제 2 주변 에지는 각각 상기 제 1 개구부 및 상기 제 2 개구부를 정의하며; 그리고
    상기 제 1 전극 판과 상기 제 2 전극 판은 각각 상기 제 1 개구부 및 상기 제 2 개구부에 맞춰지고, 냉각 유체의 통과를 위하여 복수의 패싱 홀들을 구비하며,
    상기 패싱 홀들은 상기 셀 고정부의 상기 그루브들에 대응하는 위치들에 존재하는,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 유체는 화재 억제 능력을 제공하는 불활성 유전체 유체인,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 유체는 미네랄 오일, 실리콘 오일, 에스테르계 오일, 공학적 유체 또는 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된,
    유체 냉각식 배터리 시스템.
KR1020200045425A 2019-04-18 2020-04-14 유체 냉각식 배터리 시스템 KR102459335B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/388,282 US11742533B2 (en) 2019-04-18 2019-04-18 Fluid-cooled battery system
US16/388,282 2019-04-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200123384A KR20200123384A (ko) 2020-10-29
KR102459335B1 true KR102459335B1 (ko) 2022-10-28

Family

ID=70277298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200045425A KR102459335B1 (ko) 2019-04-18 2020-04-14 유체 냉각식 배터리 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11742533B2 (ko)
EP (1) EP3726613A1 (ko)
JP (1) JP7051136B2 (ko)
KR (1) KR102459335B1 (ko)
CN (1) CN111834565A (ko)
TW (1) TWI744835B (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11094977B2 (en) * 2019-08-30 2021-08-17 Baidu Usa Llc Battery thermal management system with passive battery pack cooling
KR20210030071A (ko) * 2019-09-09 2021-03-17 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
US11588199B2 (en) * 2020-03-10 2023-02-21 Karma Automotive Llc Vehicle battery system
US11799151B1 (en) * 2020-08-20 2023-10-24 Moog Inc. Vehicle battery cell cooling assembly
CN112382822B (zh) * 2020-11-24 2022-09-23 深圳市钜力能科技有限公司 一种基于单独隔离且防爆燃的新能源汽车用电池组件
FR3140214A1 (fr) 2022-09-22 2024-03-29 E-Mersiv Module electrique comprenant une pluralite de cellules de batteries immergees dans un liquide dielectrique
WO2024141779A1 (en) * 2022-12-30 2024-07-04 Andras Voloscsuk Battery pack with internal heat transfer fluid distribution

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013110080A (ja) * 2011-11-24 2013-06-06 Captex Co Ltd 組電池モジュール
US20150333382A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Battery module
JP2016139510A (ja) 2015-01-27 2016-08-04 株式会社デンソー 電池パック
JP2018092826A (ja) 2016-12-05 2018-06-14 トヨタ自動車株式会社 組電池の製造方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4921629B2 (ja) 2000-03-31 2012-04-25 パナソニック株式会社 流体冷却式電池パックシステム
US8945746B2 (en) * 2009-08-12 2015-02-03 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack with improved heat dissipation efficiency
US7671565B2 (en) * 2006-02-13 2010-03-02 Tesla Motors, Inc. Battery pack and method for protecting batteries
EP2132804A1 (en) 2007-03-01 2009-12-16 Johnson Controls Saft Advanced Power Solutions LLC Battery module
US20100047682A1 (en) * 2007-03-01 2010-02-25 Johnson Controls - SAFT Advanced Power Solutions, LLC Battery system and thermal management system therefor
JP5193660B2 (ja) * 2008-04-03 2013-05-08 株式会社日立製作所 電池モジュール及びそれを備えた蓄電装置並びに電機システム
KR101247909B1 (ko) * 2010-02-17 2013-03-26 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 조전지 시스템
JP2011249250A (ja) * 2010-05-29 2011-12-08 Sanyo Electric Co Ltd 電池パック
DE102012111970A1 (de) * 2012-12-07 2014-06-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieanordnung und Verfahren zum Kühlen einer Batterie
JP6006134B2 (ja) * 2013-02-08 2016-10-12 トヨタ自動車株式会社 接続部材
JP2014160551A (ja) * 2013-02-19 2014-09-04 Sanyo Electric Co Ltd 電池ブロック、及び、電池モジュール
JP2014170635A (ja) * 2013-03-01 2014-09-18 Hitachi Koki Co Ltd 電池パック及び電気機器
TWI463724B (zh) * 2013-03-20 2014-12-01 Simplo Technology Co Ltd 導熱結構
KR101772116B1 (ko) * 2013-11-12 2017-08-28 삼성에스디아이 주식회사 조립이 용이한 전지 팩
US10263229B2 (en) * 2014-04-25 2019-04-16 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery block
US9147875B1 (en) * 2014-09-10 2015-09-29 Cellink Corporation Interconnect for battery packs
KR20160134066A (ko) * 2015-05-14 2016-11-23 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈
US20170005303A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Faraday&Future Inc. Vehicle Energy-Storage System
US10784545B2 (en) * 2016-03-25 2020-09-22 Xing Power Inc. Submerged cell modular battery system
CN205692896U (zh) * 2016-06-01 2016-11-16 苏州新中能源科技有限公司 具有极耳冷却功能的铜排
JP6583219B2 (ja) * 2016-11-15 2019-10-02 トヨタ自動車株式会社 電池モジュール
GB2577262B (en) * 2018-09-18 2022-06-29 Mclaren Automotive Ltd Method of cooling battery cells

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013110080A (ja) * 2011-11-24 2013-06-06 Captex Co Ltd 組電池モジュール
US20150333382A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Battery module
JP2016139510A (ja) 2015-01-27 2016-08-04 株式会社デンソー 電池パック
JP2018092826A (ja) 2016-12-05 2018-06-14 トヨタ自動車株式会社 組電池の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200123384A (ko) 2020-10-29
TWI744835B (zh) 2021-11-01
US20230352759A1 (en) 2023-11-02
TW202046601A (zh) 2020-12-16
JP7051136B2 (ja) 2022-04-11
US20200335744A1 (en) 2020-10-22
EP3726613A1 (en) 2020-10-21
CN111834565A (zh) 2020-10-27
US11742533B2 (en) 2023-08-29
JP2020177913A (ja) 2020-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102459335B1 (ko) 유체 냉각식 배터리 시스템
US7879485B2 (en) Housing member for battery module
KR102276261B1 (ko) 전지 서브 모듈 캐리어, 전지 서브 모듈, 전지 시스템 및 자동차
US10312561B2 (en) Unit cell pack
US6517966B1 (en) Structure for connecting a plurality of battery modules to constitute a battery pack
US8889283B2 (en) Flexible battery module for prismatic cells
RU2336600C1 (ru) Система соединения аккумуляторных кассет для аккумуляторного модуля
KR100876458B1 (ko) 신규한 구조의 전지 카트리지와 그것을 포함하고 있는개방형 전지 모듈
US8859133B2 (en) Repeating frame battery with compression joining of cell tabs to welded connection terminals
KR20180131602A (ko) 에너지 저장 디바이스를 위한 냉각 장치
KR101326182B1 (ko) 외장부재와 카트리지를 포함하는 단위모듈에 기반한 전지모듈
US20200176838A1 (en) Battery module
US20200006722A1 (en) Battery housing systems
JP6124512B2 (ja) バッテリモジュール
CN102142575A (zh) 电池单元模块
KR102589964B1 (ko) 전지 팩 커넥터 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2017097726A1 (en) Super cells formed of cylindrical electrochemical cells
US11855266B2 (en) Cylindrical battery cell packaging and cooling configuration
EP2797159B1 (en) Battery pack
KR20170019707A (ko) 배터리 팩

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right