KR20100003138A - 전지 탑재 시스템 - Google Patents

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마크 니드즈윅키
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Abstract

전지팩을 형성하는데 요구되는 복수 개의 전지 모듈용 탑재 시스템으로서, 전지팩의 조립 과정과 장치(service)에 연결된 후 그것의 작동 과정 동안에, 개개의 전지 모듈을 전지팩으로부터 삽입/제거 가능한 리테이너가 고정 및 탈착 가능한 조합으로 구비된 전지 트레이를 포함한다. 상기 전지 트레이는, 부가적인 지지(support) 뿐만 아니라 하나 이상의 전지 트레이의 결합 및 관련 모듈들의 전지팩으로의 결합을 위해, 베이스 플레이트 상에 배치될 수 있다. 커버가 부가적인 지지 및 전지 모듈의 보호를 위해 추가될 수 있다. 다수의 전지 트레이가 베이스 플레이트 상에 합체되는 경우, 상기 전지 트레이는 베이스 플레이트 상에서 서로 다른 방향으로 배열될 수 있다. 상기 전지 탑재 시스템은 자동차 또는 기타 전지팩을 사용하는 장치에 사용될 수 있다.

Description

전지 탑재 시스템 {BATTERY MOUNTING SYSTEM}
본 발명은 일반적인 전지 탑재 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 전지 모듈용 탑재 시스템에 대한 것이다.
가솔린이나 디젤 오일 같은 화석 연료를 사용하는 자동차는 일반적으로 다양한 오염물질을 포함하는 배기 가스를 발생킨다. 충방전이 가능한 축전지 또는 2차 전지를 자동차용 전력원으로서 사용하는 기술이 상기 언급한 문제를 해결하기 위한 하나의 방법으로서, 상당한 관심을 끌고 있다. 그 결과 오직 전지만을 사용하여 작동하는 전기 자동차(EV), 및 전지 및 종래의 연소 엔진을 함께 사용하는 하이브리드 전기 자동차(HEV)가 개발되었고, 일부는 현재 상업적으로 사용되고 있다. 다양한 니켈-금속 수소(NiMH) 이차 전지가 EV 및 HEV의 전력원으로서 광범위하게 사용되고 있다. 그러나, 더욱 최근에는 리튬 이온 이차전지의 사용이 제안되고 있다.
전력원으로서 사용되기 위해 고출력 및 대용량이 이러한 이차전지에 요구된 다. 이러한 이유로 이러한 전지들은 전형적으로, 직렬 또는 병렬로 상호 연결되어 전지 모듈을 형성하는, 복수 개의 작은 전지셀(단위 전지)로 조립된다. 복수 개의 전지 모듈은 상호 연결되어 소망하는 출력 및 용량 특성을 갖는 전지팩을 이룬다.
예를 들어, 다양한 모터 비히클, 비행기, 배, 기차 등과 같이 전지팩과의 전력 통신(power communication)으로 운동을 수행하는 디바이스를 포함한 다양한 장치에, 상기에서 언급한 타입의 전지팩을 사용하기 위해서는, 전력 통신을 하는 디바이스에 전지팩을 보호하고, 또한 상호 간 전지팩을 이루는 전지 모듈을 보호하기 위해 사용될 수 있는 전지 탑재를 설치하는 것이 일반적으로 바람직하다. 언급된 방식의 전지팩 및 모듈을 보호하기 위한 탑재를 사용하는 것은, 전력 통신을 하는 장치와 전지팩의 전기적 상호 연결을 가능하게 한다. 일부 적용 예에서는, 또한 전지 모듈이 커버되도록 전지팩을 물리적으로 보호하는 탑재를 형성하는 것이 바람직하다. 특정한 커버 탑재를 포함한 다양한 타입의 각각의 전지를 탑재하기 위한 전지 탑재가 공지되어 있고, 이러한 탑재는 각각의 전지 모듈을 탑재하기 위해 사용될 수 있는 반면, 이러한 개별적인 탑재는 전지 모듈을 개별적으로 보호하는 것이 필요함으로써, 전지팩과 관련된 복수 개의 전지 모듈에 사용하기에는 일반적으로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 언급한 타입의 전지팩에 사용됨으로써 복수 개의 전지 모듈을 탑재하는 탑재 시스템에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 복수 개의 전지 모듈을 탑재하기 위한 전지 탑재 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 전지 팩을 형성하기 위한 복수 개의 전지 모듈을 수용할 수 있고, 한편, 전지팩의 조립 과정 동안 및 장치(service)에 연결된 후 그것의 작동 과정 동안 모두에서, 전지팩으로부터 개개의 전지 모듈의 제거 및 전지팩으로 개개의 전지 모듈의 삽입이 가능한 리테이너가 고정 및 탈착가능한 조합으로 형성된 전지 트레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일반적 용어로서, 본 발명은 복수 개의 전지 모듈을 탑재하기 위한 전지 탑재 시스템을 제공한다. 본 발명은 전지 팩을 형성하기 위한 복수 개의 전지 모듈을 수용할 수 있고, 한편, 전지팩의 조립 과정 동안 및 장치(service)에 연결된 후 그것의 작동 과정 동안 모두에서, 전지팩으로부터 개개의 전지 모듈의 제거 및 전지팩으로 개개의 전지 모듈의 삽입이 가능한 리테이너가 고정 및 탈착가능한 조합으로 형성된 전지 트레이를 제공한다.
상기 전지 트레이는 그와 연계된 전지 모듈을 전지팩으로의 결합 뿐 아니라 하나 이상의 전지 트레이의 결합을 가능하게 하고, 전지 트레이에 대해 부가적인 지지를 제공하기 위해, 베이스 플레이트 상에 배치될 수 있다. 다수의 전지 트레이들이 베이스 플레이트 상에 합체되는 경우, 상기 전지 트레이들은 서로 다른 방향으로 베이스 플레이트 상에 배열될 수 있다. 본 발명은 모듈 조립체용 전지 탑 재 시스템 및 예를 들어, 자동차 또는 모듈의 전지팩 조립을 필요로 하는 다른 장치에 탑재될 수 있는 전지팩으로의 전지 모듈의 팩키지를 제공한다.
이들 및 본 발명의 다른 특징과 이점은 바람직한 실시예의 상세한 기재로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 상세한 설명과 함께 도면을 이하에서 상술한다.
일반적 용어로서, 본 발명은 복수 개의 전지 모듈을 탑재하기 위한 전지 탑재 시스템을 제공한다. 본 발명은 복수 개의 전지 모듈을 수용하여 전지 팩을 형성할 수 있으면서, 또한, 전지팩의 조립 과정 동안 및 장치(service)에 연결된 후 그것의 작동 과정 동안 모두에서, 전지팩으로부터 개개의 전지 모듈을 제거하고, 개개의 전지 모듈을 전지팩으로 삽입 및 보유할 수 있는 리테이너가 고정 및 착탈가능한 조합으로 구비된 전지 트레이를 제공한다. 상기 전지 트레이는 그와 연계된 전지 모듈의 전지팩으로의 결합 뿐 아니라 하나 이상의 전지 트레이의 결합을 가능하게 하고, 전지 트레이를 위한 부가적인 지지를 제공하기 위해, 베이스 플레이트 상에 배치될 수 있다. 다수의 전지 트레이들이 베이스 플레이트 상에 결합되는 경우, 상기 전지 트레이들은 서로 다른 방향으로 베이스 플레이트 상에 배열될 수 있다. 본 발명의 전지 탑재 시스템은 예를 들어, 다양한 모터 비히클, 비행기, 배, 기차 등과 같이 전지팩과의 전력 통신으로 운동을 수행하는 디바이스의 경우를 포함한 다양한 장치에 사용될 수 있는 전지팩으로서 전지 모듈들의 모듈 조립체를 탑재하기 위한 시스템을 제공한다.
도 1-13을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예는 전지 탑재 시스템(10)을 포함한다. 특히 도 1-6을 참조하면, 전지 탑재 시스템(10)은 전지 트레이(12)를 포함한다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 전지 탑재 시스템(10)은 또한 하나 이상의 전지 트레이(12)를 포함할 수 있고, 하나 이상의 전지 트레이(12)가 사용되는 경우 트레이들은 동일한 형태를 가질 수도 있고, 다른 형태를 가질 수도 있다. 도 1 및 2에는 전지 트레이(12) 및 전지 트레이(12.1)의 서로 다른 형태의 전지 트레이들이 도시되어 있다. 전지 트레이(12) 및 전지트레이(12.1)은 비록 서로 다른 길이 및 폭을 포함한 서로 다른 크기를 가짐에도 불구하고, 하기에서 추가적으로 설명된 바와 같이, 실질적으로 동일한 특징을 갖는다. 그러나, 이들은 또한 전지 트레이(12.1)에 나타난 연장부(extension; 14)와 같이, 차별되는 특징과 결합될 수 있다(도 1 및 2 참조). 전지 트레이 (12) 및 전지 트레이 (12.1)는 각각 베이스(12), 리테이너부(18) 및 부착부(20)을 갖고 있다. 리테이너부(18)는 전지 트레이들(12, 12.1)의 폭을 가로질러 부착부(20)와 대향하고 있다. 전지 트레이(12) 및 전지 트레이(12.1)는 도 10-12로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 각각 복수 개의 전지 모듈(22)를 수용하기에 유효한 길이를 가지고 있고, 이는 특히 도 13에 도시되어 있다.
베이스(16)는 전지 모듈(22)을 지지하고, 특히 모듈 베이스(36)와의 가압 체결(pressing engagement)을 위해 채택된다. 베이스(16)는 길이 방향으로 베이스(16)를 따라 연장된 강화 리브(strengthening rib; 38)를 포함할 수 있다. 이는 도 1-5에 도시된 바와 같이, 또한 이들 도면에서 나타난 두 개의 리브(38)와 같이 복수 개의 리브(38)들을 포함할 수 있다. 리브(38)의 개수 뿐만 아니라, 그것의 위치, 공간, 폭 및 높이는 그것의 길이를 따라 전지트레이(22) 및 베이스(16)에 대해 요구되는 강성(stiffness) 및 강도(strength)를 제공할 수 있도록 선택할 수 있다. 베이스(16)는 또한 그것의 길이를 따라 하나 이상의 절개부들 또는 개구들(40)을 도입할 수 있다. 절개부들(40)은 전지 트레이들(12, 12.1)와 같은 전지 트레이의 중량을 감소시키기 위해 사용된다. 절개부들(40)은 중량의 최소화와 같이 전지 트레이의 중량에 대한 디자인 요건을 만족시키면서도, 베이스(16) 및 전지 트레이에 요구되는 강도 특성을 얻을 수 있도록, 그것의 개수를 포함한, 크기, 형태, 배열, 및 기타의 요소들을 선택하고 도입할 수 있다.
리테이너부(18)는 도 1-6에 도시된 바와 같이, 트레이들(12, 12.1)의 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장되어 있는 리테이너(24)를 포함한다. 도 1-2에 나타난 바와 같이, 리테이너(24)는 전지 트레이(12.1)의 길이를 따라 단지 부분적으로 연장되어 있는 반면, 리테이너(24)는 전지 트레이(12)의 전체 길이를 따라 연장되어 있다. 많은 경우 리테이너(24)는 전지 트레이의 길이의 실질적으로 전부를 따라 연장될 수 있지만, 전지 트레이의 길이를 따라 적어도 부분적으로 최소한으로 연장이 될 수 있다. 도 10-13에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 대향하는 테이퍼된 플린지들(tapered flanges; 26) 중 하나와 같이, 리테이너(24)는 전지 모듈(22)의 보유 특징을 얻기에 유효하다. 테이퍼된 플리지들(26) 각각은, 도 10-11에 나타난 바와 같이, 리테이너(24)와의 체결을 견디는 데 유효한 보유면(27)을 가지고 있을 수 있다. 리테이너(24)는 내향 및 상향 연장된 테이퍼 벽(tapered wall; 28)을 포 함한, 전지 모듈(22)의 보유 특징을 보유하기 위해 적절한 형태를 가질 수 있다. 테이퍼 벽(28)은 바람직하게는 테이퍼된 플리지(26)에 대응하여 가압 체결을 하기에 적합할 수 있다. 테이퍼 벽(28)은 또한, 전지 모듈(22)의 수직벽(32)에 적합한 수직 벽부(30)를 포함하도록 조절될 수 있다. 도 6에서 보는 바와 같이, 테이퍼 벽(28)은 도 11에서와 같이, 테이퍼된 플린지(26)가 전지 모듈(22)의 베이스와 이루는 테이퍼 각(β)에 적합한 테이퍼 각(θ)을 갖는다. 테이퍼 각(θ)은 수직 벽부(30)를 제외한 테이퍼 벽(28)의 실질적으로 표면 전체를 따라 접촉할 수 있도록, 테이퍼된 플린지(26)의 테이퍼 각(β)과 매치되도록 적용되거나, 또는 테이퍼 각(θ)은 테이퍼된 플린지(26) 및 테이퍼 벽(28) 사이에서 선접촉을 이룰 수 있도록 선택될 수 있다. 테이퍼 각(θ)은 적절한 각도일 수 있으나, 일반적으로 약 60° 이하, 더욱 바람직하게는 약 45° 이하가 되도록 선택될 수 있다. 따라서, 테이퍼 각(β) 또한 일반적으로 이러한 범위 내에서 선택될 수 있다.
전지 모듈(22)의 선적 및 용량 뿐만 아니라 전지 탑재 시스템(10)의 크기를 모두 고려할 때, 더 작은 테이퍼 각(β)이 전지 모듈(22)의 접촉 부위 자국을 감소시키는 점에서 유리하다.
리테이너(24)는 어떠한 적합한 방법 또는 수단으로도 도입될 수 있다. 예를 들어, 리테이너(24)는 전지 트레이를 형성하기 위해 사용되는 전체 시트(integral sheet)로부터 테이퍼 벽(28)으로써 형성될 수 있다. 그러나, 리테이너(24)는 테이퍼 벽(28)을 포함하는 베이스(16)에 테이퍼된 요소를 용접하는 것과 같이, 리테이너부(18) 상의 베이스(16)에 부가될 수도 있다고 여겨진다. 그러나, 그러한 부가 방법은 통상 기형성된 리테이너(24) 구조와 비용 경쟁이 될 것으로 예상되지 않는다. 도 1, 2, 4 및 5에 도시된 바와 같이, 리테이너(24)는 또한 테이퍼 벽(28) 및 베이스(16) 사이에 위치된, 복수 개의 내향 돌출된 리테이너 이음부들(gussets; 34)을 포함할 수 있다. 상기 리테이너 이음부들(34)은 테이퍼 벽(28), 베이스(16), 또는 이들 양 부위와 연계된 변형에 의해 테이퍼 벽(28)을 따라 이격된 간격으로 리테이너 이음부들(34)를 형성함으로써 도입될 수 있다. 리테이너 이음부들(34)은 테이퍼 벽(28)을 강화하고, 전지 모듈(22)의 상부 설치, 또는 전지팩의 사용 동안 거기에 가해질 수 있는 횡력(lateral force) 및 굽힘 모멘트(bending moment)와 관련한 굴절에 대한 저항을 더욱 크게 한다. 이와 관련하여, 리테이너 이음부들(34)은 테이퍼 벽(28)과 베이스(16) 사이에 삽입된 강화 리브와 같은 작용을 한다.
전지 트레이는 또한 부착부(20) 상에 부착 구조(42)를 도입할 수 있다. 부착 구조(42)는 리테이너 플레이트(44)의 탈부착에 유효하다 (도 1, 2 및 7 참조). 부착 구조(42)는 부착부(20) 상에 전지 트레이의 길이를 따라 위치하는 복수 개의 이격된 천공구들(spaced bores; 46)를 포함한다.
부착 구조(42)에 리테이너 플레이트(44)를 부착하기 위한 나선 볼트(threaded bolt)와 같은 커넥터의 사용에 충분한 두께를 제공하기 위해, 부착 구조(42)는 바람직하게는 돌출 구조이다.
이는 부착 구조(42), 더욱 일반적으로는 전지 트레이의 평평한 저면(50)을 유지하면서, 리테이너부(20)의 두께를 증가시키거나, 또는 나선 고정구(threaded fastener)의 사용이 충분히 가능하도록 부착 구조(42)의 상면(48)이 돌출되도록 부착부(20)를 형성함으로써 달성될 수 있다. 이는, 예를 들어 복수 개의 돌출된 포켓들 (raised pockets; 52)을 형성함으로써 달성될 수 있다. 돌출된 포켓들(52)은 부착 구조(42)를 제공하기 위해 이격된 천공구(46)를 도입한다. 돌출된 포켓들(52)은 또한, 보여진 부위에서 리테이너 플레이트(44)의 부착을 위해, 천공구들(46)과 대략 축 배열로 저면(50)에, 나선 볼트(도시되지 않음)와 같은 나선 커넥터를 수용하기에 적합한 나선 천공구를 갖는 복수 개의 대응 용접 너트들(51, 도 6 참조)을 도입할 수 있다. 포켓들이 각각 부착부(20) 방향으로 외향 및 하향 테이퍼된 상부 포켓 표면(54)을 갖도록, 돌출된 포켓들(52)을 형성할 수 있다. 돌출된 포켓들(52)의 전면 포켓 표면들(front pocket surfaces; 56)은 또한, 강화 리브(38) 방향으로 하향 및 내향 테이퍼될 수 있다. 상면(upper surface; 54) 및 전면(front surface; 56)은 각각의 리테이너 플레이트(44)의 저면(58)이 부착되는 부착 표면이다. 상기 상면(54) 및 전면(56)의 테이퍼 각(즉, 수평에서의 각도)은 전지 모듈(22)의 보유를 위한 나선 볼트와 같은 커넥터의 삽입 전에, 리테이너 플레이트(44)을 제자리에 위치시킴으로써 받침대(cradle) 및 전-배치(pre-position)를 위해 선택될 수 있다.
전지 트레이는 강철과 같은 다양한 철 합금을 포함한 가능한 어떤 소재로도 형성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 전지 트레이는 ASTM 1020과 같은 성형가능하고 고강도 강철로 제조될 수 있다. 언급한 바와 같이, 상기 전지 트레이는 길이 및 폭을 포함한 적절한 크기와, 적절한 두께를 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 전지 트레이들(12,12.1)은 1.5 mm 두께의 고강도 강철, ASTM 1020로 제조되었고, 도 1-6에 나타난 바와 같이, 테이퍼 벽(28)을 갖는 리테이너(24), 두 개의 강화 리브(38), 절개부들(40) 및 복수 개의 돌출된 포켓들(52)을 포함한 부착 구조(42)를 포함하기 위해 스템핑에 의해 가공되었다.
도 1, 2, 10-13에서 예시적인 실시예에서 나타난 것과 같이, 전지 탑재 시스템(10)은 또한 베이스 플레이트(60)를 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(60)는 하나 이상의 전지 트레이를 수용하고, 하나 이상의 전지 트레이들이 사용되는 경우, 각각의 전지 트레이들을 결합하기 위해 제공될 수 있다. 베이스 플레이트(60)가 다수의 전지 트레이들을 결합하는 경우, 상기 전지 트레이들은 동일한 방향 또는 다른 방향, 만약 다른 방향이라면 전지 트레이들이 가능한 많이 다른 방향으로 존재하도록, 배열된 그들의 길이 또는 세로 축(62)으로 배향될 수 있다. 또한, 하나의 전지 트레이는 굽은형(예, 교차 직선 부분; intersecting straight section), 곡선 또는 다양한 폐쇄형 형태 (예, 삼각형, 사각형, 원형, 다양한 다면체들)을 포함한 다른 형태로 조립될 수 있고, 그에 따라 하나 이상의 세로축들, 또는 다른 방향으로 늘어난 축들을 갖는 다수의 직선 부분들(straight sections)을 가지거나, 또는 그에 따라 세로축이 만곡될 수 있다. 도 1, 2, 10-13에 나타난 바와 같이, 베이스 플레이트(60)는 두 개의 전지 트레이들 (12, 12.1)을 수용하고 결합하는데 사용되고, 이들 트레이들은 그들의 세로축(62)이 실질적으로 서로 직각이 되도록 배치 및 배열된다. 베이스 플레이트(60)는 상면(64) 및 저면(66)을 갖는다. 전지 트레이들은 전지 트레이들(12,12.1)의 저면(50)을 거기에 부착함으로써 상면(64) 상에 배치된다. 상기 부착은 다양한 탈착가능한 고정구들(예, 나선 너트와 함께 전지 트레이들 및 베이스 플레이트 모두에 천공구를 통해 나선 볼트를 통과시킴)을 사용하는 것과 같은 탈착가능한 부착이거나, 또는 고정 부착으로서 전지 트레이들 및 베이스 플레이트를 함께 영구적으로 결합(예, 다양한 용접, 납땜, 접착 등을 사용)시킴으로써 이루어질 수 있다. 베이스 플레이트는 전지 트레이들을 수용하기에 적절한 어떠한 크기 및 형태도 가질 수 있다. 상기 크기 및 형태는 수용되는 상기 전지 트레이들의 크기, 형태 및 배열과 연관될 수도 있고, 또는 다른 형태를 가질 수 있다. 도 1 및 2에 도시된 것과 같이, 베이스 플레이트(60)는 실질적으로 T-형 형상을 가질 수 있다. T-형 전지 탑재 시스템(10)은 상대적으로 컴팩트하고, 통상 전지 트레이(12.1)의 세로축(62)의 평면 내 적절한 배열에 의해 그러한 중심면에 대해 대칭적으로 배열될 수 있기 때문에, 비히클 또는 다른 크래프트가 실질적으로 중앙면에 대하여 대략 대칭되는 경우 또는 중심선 또는 면에 대하여 무게가 분포가 바람직한 경우, 다양한 모터 비히클 장치, 또는 다른 타입의 크래프트(craft) 장치에 이러한 형상이 특히 유용하다. d gudxadmfhTj 또한, 전지 트레이(12)와 연결된 T-형 시스템의 측부는, 비히클 방화벽(firewall), 전 또는 후 시트 등과 같이 다양한 측면으로 배열된 격벽들(bulkheads)을 포함한 비히클 또는 크래프트의 측면으로 배열된 형태와 연결될 수 있다.
베이스 플레이트는 강철과 같은 다양한 철 합금을 포함한, 어떠한 적절한 재료로도 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 베이스 플레이트는 성형가능한 고강도 강철, ASTM 1020로 제조되었다. 언급한 것처럼, 베이스 플레이트는 길이와 폭을 포함한 적절한 크기 및 형태를 가질 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 베이스 플레이트(60)는 1.0 mm 두께의 고강도 강철, ASTM 1020으로 만들었고, 도 1 및 2에서 나타난 것과 같이 스탬핑에 의해 가공되었다. 전지 트레이들 (12,12.1)은 용접에 의해 베이스 플레이트(60) 에 배치될 수 있다.
도 1, 2 및 8을 참조하면, 탑재 시스템(10)은 베이스 플레이트(60)의 저면(66)에 배치된 하나 이상의 측면 리브들(68)을 도입할 수 있다. 측면 리브들(68)은 강화 및 보강된 전지 탑재 시스템(10)을 위해 도입될 수 있고, 특히 전지 탑재 시스템(10) 및 전지 트레이들(12, 12.1)의 폭을 가로질러서 도입될 수 있다. 전지 탑재 시스템(10) 및 베이스 플레이트(60)에 소망하는 강성을 제공하기에 적절한 수의 측면 리브들(68)이 사용될 수 있다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 다섯 개가 전지 트레이(12.1)의 길이를 따라 도입될 수 있고, 두 개가 전지 트레이(12)의 길이를 따라 도입될 수 있으며, 하나의 측면 리브(69)는 이들 사이를 공유하고, 도 9에서와 같은 두 개의 전지 트레이들을 참조하면, 이는 측면 연장 채널(laterally extending channel; 70)을 형성한다. 측면 리브들(68)은 상기 언급한 바와 같은 강성을 제공하기 위한 적절한 형상을 가질 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 측면 리브들(68)은 스템핑에 의해 플랫 시트(flat sheet; 72)에 형성된 굽은 횡단면을 갖는 두 개의 채널(70)을 도입할 수 있다. 측면 리브들(68)는 또한 그것의 길이를 따라 복수 개의 리브 절개부들(74)을 도입할 수 있다. 측면 리브들(68)은 그것의 길이 및 폭을 포함한 크기를 적절하게 가질 수 있으나, 일반적으로 여기서 언급한 베이스 플레이트(60)의 폭을 보완하기 위하여 선택될 수 있 다. 또한, 측면 리브들(68)을 분리함으로써 형성된 전체 또는 일부의 리브 구조는, 베이스 플레이트(60) 내에 직접적으로 이러한 구조를 형성함으로써 베이스 플레이트(60) 상에 배치될 수 있다고 여겨진다.
측면 리브들은 강철과 같은 다양한 철 합금을 포함한 어떠한 적절한 소재로도 형성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 측면 리브들은 ASTM 1030과 같은 성형 가능하고, 고강도의 강철로 만든다. 언급한 것처럼, 측면 리브들은 길이 및 폭을 포함한 적절한 크기를 가질 수 있고, 적절한 두께를 가질 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 측면 리브들(26)은 1.6 mm 두께의 고강도 강철, ASTM 1030으로 제조되었다. 측면 리브들(68)은 도 8에 도시된 바와 같이 채널(70) 및 리브 절개부들(74)을 포함하기 위해 스템핑에 의해 가공되었다. 측면 리브들(68 및69)은 용접에 의해 베이스 플레이트(60)에 배치될 수 있다.
상기 베이스 플레이트, 전지 트레이들 및 측면 리브들은 여기서 언급된 방법으로 베이스 플레이트 서브 어셈블리(subassembly)를 형성하기 위해 조립될 수 있다. 상기 베이스 플레이트 서브 어셈블리는 파우더 코팅과 같은 내부식성 및 전기적 절연성 코팅을 포함할 수 있다.
도 1-3을 참조하면, 전지 탑재 시스템(10)은 또한 탄성 시트를 도입할 수 있다. 탄성 시트(76)는 진동이 거기에 탑재된 전지 탑재 시스템(10) 및 전지 모듈(22) 사이를 교환하는 경향을 감소시키기 위한 진동 댐핑 요소(vibration dampening element)로서 작용한다. 탄성 시트(76)는 전지 트레이들(12, 12.1)와 같은 전지 트레이의 상면(48)에 배치된 복수 개의 탄성 시트들(76)을 포함할 수 있 다. 탄성 시트들(76)은 바람직하게는 전지 트레이의 일 면에 있는 강화 리브(38)와 리테이너(24) 사이 및 타면 상에 있는 부착 구조(42)의 상면(48)에 배치될 수 있다. 탄성 시트들(76)은 통상 적어도 부분적으로 전지 트레이의 길이를 따라 연장될 수 있고, 도 1-3에 도시된 바와 같이, 실질적으로 전지 트레이의 전체 길이를 따라 연장될 수도 있다. 탄성 시트들(76)은 길이 및 폭을 포함한 크기, 형태 및 두께를 적절하게 가질 수 있다. 이러한 측면에서 탄성 시트들(76)은 통상 전지 모듈(22) 뿐만 아니라, 전지 탑재 시스템(10)의 전체 크기 및 형태와 관련하여 선택될 수 있다.
탄성 시트(76)는 천연 또는 합성 고무, 실리콘 등과 같은 다양한 탄성체를 포함한 적절한 소재로 형성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 탄성 시트들(76)은 합성 고무로 제조되었다. 언급한 것처럼, 탄성 시트들은 길이 및 폭을 포함한 적절한 크기 및 적절한 두께를 가질 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 탄성 시트들은 1-3 mm 두께의 합성 고무로 만들어졌고, 큰 크기의 상기 소재의 성형 전 시트(pre-formed sheet)를 나타내는 사각형을 절개하여 가공되었다. 탄성 시트들(76)은 적절한 접착제를 사용하여 전지 트레이들에 부착될 수 있다.
전지 탑재 시스템(10)은 또한 전지 모듈 또는 그것의 일부를 클램핑하기 위한 하나 이상의 전지 클램프(44)를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 도 1-3 및 7에 도시된 바와 같이, 복수 개의 전지 클램프들(44)이 사용되었다. 전지 클램프들(44) 각각은 클램프 리테이너 단부(78) 및 부착 단부(80)를 갖는다. 상기 클램프 리테이너 단부(78)는 클램프 리테이너(82)를 갖는다. 클램프 리테이 너(82)는 도 10-13에 도시된 한 쌍의 대향하는 테이퍼된 플린지들(26) 중 하나와 같이, 전지 모듈(22)의 보유 특징을 얻는데 유효하다. 테이퍼된 플린지들(26) 각각은 클램프 리테이너(82)와의 체결을 견디는데 유효하도록 보유면(27)을 가질 수 있다. 클램프 리테이너(82)는 내향 및 상향 연장된 클램프 테이퍼 벽(94)을 포함한 전지 모듈(22)의 보유 특징을 유지하는데 적절한 형태를 가질 수 있다. 클램프 테이퍼 벽(94)은 바람직하게는 테이퍼된 플린지(26)에 대한 가압 체결을 형성하기 위해 채택될 수 있다. 클램프 테이퍼 벽(94)은 또한, 전지 모듈(22)의 수직 벽(32)에 적합한 클램프 수직 벽부(96)를 포함하기 위해 조절될 수 있다. 도 11에서와 같이 테이퍼된 플린지(26)가 전지 모듈(22)의 베이스와 이루는 테이퍼 각(β)에 적합한 인스톨 테이퍼 각(θ')을 이루기 위해, 도 6에 도시된 것처럼, 클램프 테이퍼 벽(94)은 상면(54)의 경사면과 관련하여 전개되는 테이퍼 각을 갖는다.
인스톨 테이퍼 각(θ')은 수직 벽부(96)를 제외한 클램프 테이퍼 벽(94)의 실질적인 전면을 따라 접촉을 형성할 수 있도록, 테이퍼된 플린지(26)의 테이퍼 각(β)과 매치되게 맞춰질 수 있고, 또는 인스톨 테이퍼 각(θ')은 테이퍼된 플린지(26) 및 테이퍼 벽(28) 사이의 선접촉을 이룰 수 있도록 선택될 수도 있다. 인스톨 테이퍼 각(θ')은 적절한 각도를 가질 수 있으나, 통상 약 60ㅀ 이하, 더욱 바람직하게는 약 45ㅀ 이하가 되도록 선택될 수 있다. 따라서, 상기 테이퍼 각(β) 또한 이러한 범위 내에서 통상 선택될 수 있다. 클램프 리테이너(82)는 전지 클램프(44)를 이루는 플레이트 구조에서 실질적으로 v-형 오목부(recess; 84)로서 형성된다. v-형 오목부(84) 내에 하나 이상의 내향 돌출된 클램프 이음부 들(gussets; 86)이 형성될 수 있다. 클램프 이음부들(86)은 클램프 리테이너(82)를 전지 모듈(22)의 테이퍼된 플린지(26)와 접촉하도록 위치시키고 가압 체결을 형성함으로써, 클램프 리테이너(82)에 부가적인 강성 및 강도를 제공한다. 클램프 리테이너(82)는 적절한 방법 또는 수단으로 도입될 수 있다. 예를 들어, 클램프 리테이너(82)는 전지 클램프(44)를 형성하기 위해 사용되는 전체 시트로부터 v-형 오목부로서 형성될 수 있다. 전지 클램프들(44)의 클램프 부착 단부들(80) 각각은 클램프 부착 구조(87)를 도입한다. 클램프 부착 구조는 도 7에 도시된 두 개의 천공구와 같이, 복수 개의 클램프 천공구들(bores; 88)을 포함할 수 있다. 클램프 천공구들(88)은 클램프 천공구들(88)를 통해 삽입 및 여기에 기술된 방법으로 부착 구조(42)에 부착되는 복수 개의 대응 커넥터들(도시되지 않음)을 수용하기에 유효하다. 이는 부착 구조(42)와 관련하여 설명된 복수 개의 용접 너트들(51)과 같은 부착 구조(42)로 관통되는 커넥터로서, 복수 개의 나선 볼트들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 클램프 리테이너(82)가 전지 모듈(22)의 보유면(27)에 대하여 가압을 견딜 수 있도록, 나선 볼트들은 기술된 방법으로 삽입되고 상부 클램프 표면(90)을 조인다. 이러한 클램핑 가압은 전지 트레이들 (12, 12.1)에 전지 모듈(22)을 보유하기 위해 사용된다. 복수 개의 전지 클램프들(44)이 각각의 전지 모듈(22)에 채택될 수 있다. 클램프 탄성 시트(92)가 전지 클램프(44)의 클램프 테이퍼 벽(94) 상에 배치될 수 있다. 클램프 탄성 시트(92)는 탄성 시트(76)과 관련하여 상기 언급된 바와 유사한 방법으로 진동 댐핑을 제공한다. 이는 접착제에 의해 클램프 테이퍼 벽(94) 상에 배치될 수 있다. 제안된 전지 탑재 시스템(10)에 대해, 전지 클램프들(44)는 동일할 수도 있고, 예를 들어 또는 서로 다른 형태를 갖는 전지 모듈을 수용하기 위해 채택된 서로 다른 전지 트레이들에 적용하기 위해, 이들이 서로 다를 수 있다.
전지 클램프는 강철과 같은 다양한 철 합금을 포함한 적절한 어떤 소재로도 형성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 전지 클램프는 ASTM 1020 와 같은 성형가능한 고강도 강철로 제조된다. 언급한 것처럼, 전지 클램프는 길이 및 폭을 포함한 적절한 크기 및 적절한 두께를 가질 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 측면 리브들(26)을 2 mm 두께의 고강도 강철, ASTM 1030로 만들었다. 전지 클램프들(44)은 도 7에 도시된 바와 같이 클램프 이음부(86) 및 클램프 천공구(88)를 포함하기 위해 스템핑에 의해 가공되었다. 전지 클램프는 파우더 코팅과 같은 내부식성 및 전기적 절연성 코팅을 포함할 수 있다.
전지 탑재 시스템(10)은 도 1 및 13에 도시된 바와 같이, 커버(98)를 또한 포함할 수 있다. 커버(98)는 도 13에 도시된 것과 같이 복수 개의 전지 모듈(22)을 수용하기에 적합한 내부 공간(internal cavity)을 갖고, 실질적으로 전지 트레이들을 포함한 베이스 플레이트(60)의 전면을 커버한다. 커버는 베이스 플레이트(60) 상에 배치되고, 바람직하게는 나선 볼트 및 그와 관련된 나선 너트와 같이, 복수 개의 고정구(fastener)로 베이스 플레이트(60)에 탈착가능하게 부착된다. 탈착가능한 부착은 전지팩의 제조 및 사용 동안에 커버(98)가 베이스 플레이트(60)에 고정되도록 하지만, 그것의 분리를 통해 개개의 전지 모듈의 제거 및 교체를 허용한다. 커버(98)가 전지 모듈(22)용 보호 커버 뿐만 아니라 전지 탑재 시스템(10) 의 구조 강화 부재(strengthening structural member)로서 작용하도록, 커버(98)는 충분한 강도의 소재로 제조될 수 있다.
커버(98)는 다양한 엔지니어링 열가소성수지 및 그것의 강화된 복합체를 포함한 적절한 소재로 형성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 커버(98)는 비닐 에스테르를 포함하는 시트 몰딩 화합물(sheet molding compound; SMC)로 제조되었다. 설명한 것처럼, 전지 클램프는 길이 및 폭을 포함한 적절한 크기와 적절한 두께를 가질 수 있다.
이상 본 발명을 관련 법적인 기준에 따라 설명하였고, 그에 따라 상기 설명은 그것의 본질을 제한하기 보다는 예시적인 것이다. 개시된 실시예에 대한 응용(variation) 및 변형(modification)이 당업자에게 명백할 수 있고, 본 발명의 범위 내가 된다. 따라서, 본 발명에 부여되는 법적 보호의 범위는 하기 청구항들의 연구에 의해서만 결정될 수 있다.
도 1은 본 발명의 전지 탑재 시스템의 예시적인 실시예에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 도 1의 구성요소의 특정한 조합의 사시도이다;
도 3은 도 2의 조합의 부분 정면도이다;
도 4는 도 1의 전지 트레이의 상부 사시도이다;
도 5는 도 1의 전지 트레이의 하부 사시도이다;
도 6은 도 4의 전지 트레이에서 6-6 부위의 절단면도이다;
도 7은 도 1의 전지 클램프의 상부 사시도이다;
도 8은 도 1의 측면 리브의 예시적인 실시예의 사시도이다;
도 9는 도 1의 측면 리브의 또 다른 예시적인 실시예의 사시도이다;
도 10은 전지 모듈이 장착된 도 1의 탑재 시스템의 부분 사시도이다;
도 11은 도 10의 어셈블리의 부분 단면도이다;
도 12는 두 개의 전지 모듈이 장착된 도 2의 탑재 시스템의 부분 사시도이다;
도 13은 복수 개의 전지 모듈이 장착된 것을 나타낸 도 1의 구성요소의 어셈블리의 사시도이다.

Claims (28)

  1. 베이스(base), 그것의 폭을 가로질러 대향하는 리테이너부(retainer side) 및 부착부(attachment side)를 포함하는 전지 트레이로 구성되어 있고,
    상기 전지 트레이는 다수의 전지모듈들을 수용하기에 유효한 길이를 가지고, 상기 리테이너부는 상기 트레이의 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장된 리테이너(retainer)를 가지고 있으며, 상기 부착부는 상기 트레이의 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장된 부착 구조(attachment structure)를 가지고 있고, 상기 리테이너는 다수의 전지모듈들 각각에 연계된 제 1 보유면(retention surface)과 체결되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리테이너는 테이퍼 각(taper angle)으로 내향 및 상향 연장된 테이퍼 벽(tapered wall)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 리테이너는 전지 트레이의 길이를 따라 테이퍼 벽 및 베이스와 결합하는 다수의 이격된 이음부(gusset)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 트레이는 베이스를 따라 길이 방향으로 연장된 리브(rib)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스는 길이를 따라 위치하는 다수의 이격된 절개부들(cut-outs)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 부착 구조는 다수의 이격된 천공구들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 이격된 천공구들은 상기 부착 구조의 돌출부(raised portion)에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 돌출부는 다수의 돌출된 포켓들로 구성되어 있고, 상기 천공구들은 상기 포켓에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 각각의 포켓은 부착부 방향으로 외향 및 하향 테이퍼되어 있는 상면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상면 및 저면을 가진 베이스 플레이트(base plate)을 더 포함하고 있고, 상기 전지 트레이의 저면은 베이스 플레이트의 상면에 배치되는 것 을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 저면에 배치되어 있는 다수의 측면 리브들(lateral ribs)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 상면에 배치되고 다수의 전지모듈들을 감싸기에 유효한 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 트레이의 상면에 부착되는 탄성 시트(resilient sheet)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 전지 트레이의 상면에 배치된 다수의 탄성 시트들을 더 포함하고 있고, 제 1 탄성 시트는 시트의 길이를 따라 적어도 부분적으로 리테이너에 인접하여 배치되고, 제 2 탄성 시트는 시트의 길이를 따라 적어도 부분적으로 부착 구조에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 리테이너는 내향 및 상향으로 연장된 테이퍼 벽을 포함하고 있고, 상기 제 1 탄성 시트는 상기 테이퍼 벽 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 각각 리테이너 단부 및 부착 단부를 가진 다수의 전지 클램프들을 포함하고 있으며, 상기 리테이너 단부는 플레이트 리테이너를 가지고 있고, 상기 부착 단부는 클램프 부착 구조를 가지고 있으며, 플레이트 부착 구조는 커넥터를 통해 전지 트레이의 부착 구조에 탈부착 가능한 부착에 유효한 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 플레이트 리테이너는 테이퍼 각으로 내향 및 상향 연장된 테이퍼 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  18. 제 2 항에 있어서, 각각 리테이너 단부 및 부착 단부를 가진 다수의 전지 클램프들을 포함하고 있으며, 상기 리테이너 단부는 클램프 리테이너를 포함하고 있고, 상기 클램프 부착 단부는 클램프 부착 구조를 포함하고 있으며, 클램프 부착 구조는 커넥터를 통해 전지 트레이의 부착 구조에 탈부착 가능한 부착에 유효한 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 클램프 리테이너는 인스톨 테이퍼 각(installed taper angle)으로 내향 및 상향 연장된 클램프 테이퍼 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 테이퍼 각과 인스톨 테이퍼 각은 동일한 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 클램프 테이퍼 벽에 배치된 탄성 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  22. 베이스, 그것의 폭을 가로질러 대향하는 리테이너부 및 부착면을 포함하고 있고, 다수의 전지모듈들을 수용하기에 유효한 길이를 가지며, 상기 리테이너부는 적어도 부분적으로 트레이의 길이를 따라 연장된 리테이너를 가고 있고, 상기 부착부는 적어도 부분적으로 트레이의 길이를 따라 연장된 부착 구조를 가지며, 상기 리테이너는 다수의 전지모듈 각각에 연계된 제 1 보유면과 체결하는 구조로 되어 있는 전지 트레이,
    상면 및 저면을 갖고, 상면에 전지 트레이의 저면이 배치되는 베이스 플레이트, 및
    각각 클램프 리테이너 단부 및 클램프 부착 단부를 포함하고, 상기 클램프 리테이너 단부는 클램프 리테이너를 포함하고, 클램프 부착 단부는 클램프 부착 구조를 포함하며, 상기 각각의 부착 플레이트의 클램프 부착 구조는 커넥터를 통해 각각 다수의 전지모듈에 형성된 제 2 보유면과 체결되기에 유효한 다수의 전지 클램프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 베이스 플레이트의 상면에 배치되고 다수의 전지모듈들을 감싸도록 되어있는 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 전지 트레이의 상면에 부착되는 탄성 시트를 더 포함하는 전지 탑재 시스템.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 저면에 배치되는 다수의 측면 리브들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 리테이너는 제 1 테이퍼 각으로 내향 및 상향 연장된 테이퍼 벽을 포함하고 있고, 상기 플레이트 리테이너는 제 2 테이퍼 각으로 내향 및 상향 연장된 테이퍼 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  27. 제 22 항에 있어서, 전지 트레이, 베이스 플레이트 및 전지 클램프의 노출 부위에 부가된 내부식성 및 전기 절연성 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 T-형상인 것을 특징으로 하는 전지 탑재 시스템.
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