KR20120099722A - 전기화학 에너지 저장장치의 홀딩을 위한 배터리 하우징 - Google Patents

전기화학 에너지 저장장치의 홀딩을 위한 배터리 하우징 Download PDF

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팀 샤에퍼
클라우스-루페르트 호헨타너
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리-텍 배터리 게엠베하
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Abstract

배터리 하우징은 적어도 하나의, 바람직하게는 다수의 전기화학 에너지 저장장치를 둘러싼다. 배터리 하우징은 이들 전기화학 에너지 저장장치의 홀딩을 위한 적어도 하나의, 바람직하게는 다수의 전지 격실을 구비한다. 배터리 하우징의 표면은 4개의 측면, 하나의 바닥면 및 하나의 상부면으로 이루어지고, 측면은 전지 격실 요소에 의하여 형성된다. 두 전기화학 에너지 저장장치는 바람직하게는 하나의 전지 격실 내에 배치된다. 특히, 두 전기화학 에너지 저장장치 사이에 탄성 평형 소자가 배치된다. 전지 격실은 전지 격실 요소로 형성된다. 특히, 하나의 전지 격실 요소가 적어도 하나의 전지 격실을 형성하고, 바람직하게는 2개의 전지 격실 요소가 하나의 전지 격실을 형성한다. 전지 격실은 특히 커버 요소에 의하여 닫힐 수 있다.

Description

전기화학 에너지 저장장치의 홀딩을 위한 배터리 하우징{BATTERY HOUSING FOR HOLDING ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE DEVICES}
본 발명은 복수의 전기화학 에너지 저장장치의 홀딩을 위한 배터리 하우징 및 이러한 배터리 하우징의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적에서, 배터리 하우징은 실질적으로 강성 벽으로 2개 이상의 전기화학 에너지 저장장치를 둘러싼다. 이러한 배터리 하우징은 바람직하게는 다수의 전지 격실, 특히 하나 이상의 전지 격실을 포함하며, 하나 이상의 전기화학 에너지 저장장치가 전지 격실 안에 배치된다. 배터리 하우징은 전기화학 에너지 저장장치가 힘의 인가와 같은 외부 응력에 노출되는 것을 방지하고 균일한 온도를 유지하는 것이 목적이다.
과거 사용된 배터리 하우징은 예컨대 DE 10 2008 014 155 A1호에 개시된 바와 같은 전기화학 에너지 저장장치의 비교적 복잡한 공간 배열에 의하여 상기 장치의 균일한 온도를 유지하는 것을 돕는다. 이러한 유형의 배열은 예컨대 DE 10 2007 063 269 A1호에 개시된 것과 같은 부분적으로 복잡한 하우징 요소를 사용하여 달성될 수 있다. 복합 하우징은 제조하기 어려운 기계 부품이다. 따라서, 본 발명의 목적은 제조하기 용이한 전기화학 에너지 저장장치용 배터리 하우징을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 전기화학 에너지 저장장치의 작동 신뢰성을 증가시키는 것에 이용되는 배터리 하우징을 제공하는 것이다.
이것은 본 발명에 따르면 독립 청구항들의 교시에 의하여 달성된다. 본 발명의 바람직한 개선은 종속 청구항들의 목적이다.
배터리 하우징은 하나 이상의, 바람직하게는 다수의 전기화학 에너지 저장장치를 둘러싼다. 배터리 하우징은 이들 전기화학 에너지 저장장치의 홀딩을 목적으로 하나 이상의, 바람직하게는 다수의 전지 격실을 포함한다. 배터리 하우징의 표면은 4개의 측면, 하나의 바닥면 및 하나의 상부면으로 이루어지며, 상기 측면은 전지 격실 요소에 의하여 형성된다. 바람직하게는, 2개의 전기화학 에너지 저장장치가 하나의 전지 격실 내에 배열된다. 특히, 탄성 평형 소자가 2개의 전기화학 에너지 저장장치 사이에 배열된다. 전지 격실은 전지 격실 요소에 의하여 형성된다. 특히, 하나의 전지 격실 요소가 하나 이상의 전지 격실을 형성하며, 바람직하게는 2개의 전지 격실 요소가 하나의 전지 격실을 형성한다. 특히, 전지 격실은 커버 요소로 닫힐 수 있다.
전기화학 에너지 저장장치는 적어도 전극 스택, 집전체 및 케이스를 포함한다. 전기화학 에너지 저장장치는 전기 에너지를 화학 에너지로 변환시키고 이것을 저장하도록 설계된다. 역으로, 전기화학 에너지 저장장치는 화학적으로 저장된 에너지를 다시 전기 에너지로 변환시키고 이것을 제공할 수 있다. 이러한 전기화학 에너지 저장장치는 바람직하게는 리튬 이온 재충전식 배터리의 형태이다.
전지 격실 요소는 전지 격실을 실질적으로 한정하는 얇은 벽의 프리폼(preform)인 것으로 이해된다. 전지 격실 요소는 전지 격실 벽의 적어도 한 섹션은 이 배터리 하우징의 외면의 적어도 한 섹션, 바람직하게는 배터리 하우징의 측벽의 한 섹션을 형성한다. 전지 격실 요소 및 하나 이상의 전기화학 에너지 저장장치 사이에는 열전도성 연결이 존재하는 것이 바람직하다.
배터리 하우징의 측벽은 배터리 하우징을 측면에서 한정하는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 이 측벽은 바람직하게는 배터리 하우징의 내용물을 배터리 하우징을 둘러싸는 대기로부터 격리시킨다. 이 측벽은 특히 전지 격실 요소에 의하여 형성된다.
본 발명에 따른 커버 요소는 전지 격실의 에지에서 개구부를 폐쇄하도록 제공된 부품 또는 장치를 의미하는 것으로 이해된다. 전지 격실 요소의 설계에 따라, 전지 격실은 특히 하나의 또는 바람직하게는 두 에지 개구부를 구비한다. 이러한 식으로, 커버 요소는 바람직하게는 적어도 배터리 하우징의 내용물의 섹션들을 배터리 하우징을 둘러싸는 대기로부터 격리시킨다. 특히, 커버 요소는 온도 조절 매체의 표적화된 흐름을 전지 격실 요소로부터 및 전지 격실 요소까지 확보하도록 설계된다. 커버 요소에는 바람직하게는 온도 조절 매체를 배향시키기 위한 캐비티가 마련된다. 이들 캐비티는 특히 온도 조절 매체가 차례로 전지 격실 요소를 통해 흐를 수 있을 뿐만 아니라 온도 조절 매체의 2 이상의 스트림이 차례로 전지 격실 요소를 통해 흐를 수 있도록 형성된다. 특히, 상기 매체는 이들 캐비티의 소정 형상으로 인하여 임의의 순서로 상기 전지 격실 요소를 통해 흐를 수 있다. 특히, 이들 캐비티는 온도 조절 매체가 2개 이상의 전지 격실 요소 또는 바람직하게는 모든 전지 격실 요소를 통해 병렬적으로 흐르도록 형성될 수 있다. 특히, 온도 조절 매체의 흐름을 능동적으로 배향시키도록 설계되는 장치를 커버 요소 안에 장치를 삽입할 수 있다.
온도 조절 매체의 능동적 배향은 커버 요소 안의 소정 캐비티가 특히 외부 제어 명령에 대한 응답으로 또는 온도 조절 매체의 온도에 따라 개방되거나 폐쇄될 수 있음을 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 온도 조절 매체의 흐름을 배향하기 위하여 온도 조절 장치(thermostat) 또는 밸브가 제공된다.
격벽은 캐비티 및/또는 리세스가 마련될 수 있는 배터리 하우징 내부에서 연장되는 벽을 의미하는 것으로 이해된다. 이 벽은 바람직하게는 적어도 전지 격실의 면적을 한정하며 전지 격실 요소의 일부이다.
본 발명의 목적에서, 연결 소자는 커버 요소 및 하나 이상의 전지 격실 요소 사이에 포지티브 결합(form-fit) 연결을 형성하기 위하여 제공되는 부품인 것으로 이해된다.
본 발명에 따르면 스냅온 연결은 추가 부품의 사용 없이 커버 요소 및 하나 이상의 전지 격실 요소 사이에 연결을 생성하는 포지티브 결합 연결이다.
본 발명의 목적에서, 연결 부위는 전지 격실 요소의 특정 섹션을 의미하는 것으로 이해된다. 이 연결 부위에서, 제1 전지 격실 요소는 제2 전지 격실 요소와 접촉한다.
본 발명에 따르면, 온도 조절 매체는 기상 또는 액상 유체인 것으로 이해된다. 온도 조절 매체는 배터리 하우징으로 및 배터리 하우징으로부터 에너지를 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 목적에서, 관류 채널은 배터리 하우징의 캐비티인 것으로 이해된다. 온도 조절 매체는 제어된 방식으로 이들 캐비티를 통해 흐르며, 하나의 또는 다수의 커버 요소 및 하나의 또는 다수의 전지 격실 요소에 위치될 수 있다.
전지 격실 요소는 특히 금속 재료 또는 바람직하게는 섬유 보강 복합재로 제조된다. 이것은 특히 바람직하게는 20℃에서의 열전도도(λ20°)가 40∼1000 W/(K*m), 바람직하게는 100∼400 W/(K*m), 특히 바람직하게는 약 220 W/(K*m)인 높은 열전도성을 갖는 재료이다. 이 재료는 바람직하게는 그 주요 성분으로서 알루미늄을 포함하며, 다른 성분은 특히 망간, 마그네슘, 구리, 실리콘, 니켈, 아연 및 베릴륨일 수 있다.
섬유 보강 복합 재료에서, 열전도성은 특히 열전도성 섬유의 비율을 높게 함으로써 달성되며, 상기 열전도성 섬유는 특히 상기 개시한 열전도 특성을 갖는 재료로부터 제조된다. 특히, 섬유 보강 복합 재료는 30∼95 부피%, 바람직하게는 40∼80 부피%, 특히 50∼65 부피%의 섬유 성분을 갖는다.
전지 격실 요소는 특히 하이브리드 재료로 제조된다. 본 발명의 목적에서, 하이브리드 재료는 일부가 플라스틱, 특히 섬유 보강 플라스틱으로 제조되고 일부가 금속 재료로 제조된 재료인 것으로 이해된다. 금속으로 제조된 하이브리드 재료 부분에서, 상기 재료는 특히 양호한 열전도 특성을 가지며, 섬유 보강 플라스틱으로 제조된 하이브리드 재료 부분에서, 이것은 특히 양호한 단열 특성을 갖는다. 특히, 이 열전도도는 각 경우 20℃에서 0.5 W/(K*m) 미만, 바람직하게는 0.2 W/(K*m) 미만, 특히 바람직하게는 0.1 W/(K*m) 미만이다.
유리한 열전도 특성으로 인하여 및 하이브리드 재료의 경우 배터리 하우징의 양호한 절연 특성으로 인하여, 에너지 저장장치의 온도 조절이 쉽게 영향을 받아 작동 신뢰성이 증가한다.
특히, 전지 격실 요소는 재성형으로 제조되는 얇은 벽의 프리폼인 것으로 이해된다. 이 프리폼은 바람직하게는 폴딩, 딥 드로잉, 프레싱 또는 펀칭과 같은 재성형 제조 공정에서 가공된 시트 금속으로 제조된다. 이 시트 금속은 특히 벽 두께가 0.3 mm 내지 2.2 mm, 바람직하게는 0.8 mm 내지 1.2 mm, 특히 1.0 mm이다. 특히, 벽 두께를 적절히 선택함으로써 배터리 하우징에서 유리한 중량/강성 비(경중량 제조)를 얻을 수 있고, 이로써 전기화학 에너지 저장장치가 외부 응력에 대하여 절연될 수 있어 작동 신뢰성이 증가한다.
특히, 전지 격실 요소는 캐스팅에 의하여 제조되는 얇은 벽의 프리폼인 것으로 이해된다. 캐스팅 공정은 특히 연속적인 캐스팅 또는 압출이다. 이러한 캐스팅 공정에 의하여 제조된 전지 격실 요소는 바람직하게는 벽 두께가 적어도 섹션별로 1.0 mm 내지 3.0 mm, 바람직하게는 1.8 mm 내지 2.5 mm, 특히 바람직하게는 2.2 mm이다. 성형 공정 및 재료를 적절히 선택함으로써, 전지 격실 요소의 열전도성이 개선되므로, 이에 따라 전기화학 에너지 저장장치의 작동 신뢰성이 증가된다.
특히, 금속 재료로 제조된 전지 격실 요소에는 이것이 다른 전지 격실 요소와 접촉하는 부위에 예컨대 저온대(microtherm)와 같은 단열층이 제공된다. 특히, 이러한 단열층은 증기 증착 또는 도장에 의하여 적용될 수 있다. 특히, 단열층은 밝은 색, 바람직하게는 백색이며, 단열층이 미러링(mirroring) 또는 반사 특성을 가질 경우 특히 바람직하다. 이것은 하나의 전지 격실 요소로부터 다른 전지 격실 요소로의 열전도를 감소시키는 데 특히 효과적이다.
특히, 전지 격실 요소는 하이브리드 재료로 제조된 얇은 벽의 프리폼인 것으로 이해된다. 여기서, 전지 격실 요소는 특히 다른 전지 격실 요소와 접촉하는 위치에서 플라스틱으로 제조된다. 다른 부분에서 이 전지 격실 요소는 특히 금속 재료로 제조된다. 전지 격실 요소의 이러한 설계는 특히 하나의 전지 격실 요소로부터 다른 전지 격실 요소로의 열전달을 저해하므로, 한편으로 전기화학 에너지 저장장치 사이의 상호 가열 효과도 저해하고, 다른 한편으로 배터리 하우징을 둘러싸는 환경으로 열을 방산시키는 데 유리하다.
특히, 전지 격실 요소의 이 플라스틱 부분은, 적어도 부분적으로, 특히 전기화학 에너지 저장장치에 가까운 부분에서, 열전도층, 예컨대 열전도성 호일로 피복된다. 이 플라스틱 부분은 바람직하게는 열반사층에 의하여 기화된다. 이 열반사층은 특히 백색이거나 또는 반사성이다. 특히, 이 열전도층은 전지 격실 요소의 금속 부분과 열전도성 연결을 갖는다. 이 열전도층은 특히 전기화학 에너지 저장장치로부터 멀어지는 방향으로 그리고 전지 격실 요소의 금속 부위를 향하여 열 흐름을 전달하는 역할을 한다.
적절한 성형 및 재료 선택은 전지 격실 요소의 열전도를 개선시키므로, 이로써 전기화학 에너지 저장장치의 작동 신뢰성도 증가시킨다.
전지 격실 요소는 특히 커버 요소와의 포지티브 결합 연결을 형성하기 위하여 제공되는 연결 부위를 포함한다. 특히, 이러한 포지티브 결합 연결은 커버 요소 및 다수의 전지 격실 사이에, 바람직하게는 하나의 커버 요소 및 모든 전지 격실 요소 사이에 존재한다. 따라서, 커버 요소 및 전지 격실 요소 사이의 연결 유형을 적절히 선택함으로써, 전지 격실에 함유된 물품은 외부 영향으로부터 보호될 수 있으므로, 작동 신뢰성이 증가한다.
특히, 이 포지티브 결합 연결을 형성할 목적에서 추가의 연결 소자가 제공된다. 이러한 연결 소자는 바람직하게는 실질적으로 가늘고 긴 부품이다. 이 연결 소자는 바람직하게는 배터리 하우징과 물질적으로 결합하여 연결되는데, 특히 적어도 부분적으로 연결 소자는 접착에 의하여 배터리 하우징에 부착된다. 이러한 식으로, 물질 결합 연결이 연결 소자, 커버 요소 및 전지 격실 요소 사이에 형성된다. 이 연결 부위의 특히 견고한 제작은 작동 신뢰성을 증가시키는 역할을 한다.
특히, 커버 요소 및 전지 격실 요소 사이의 포지티브 결합 연결은 추가의 연결 소자 없이 형성된다. 이러한 스냅온 연결은 특히 커버 요소를 하나의 또는 바람직하게는 모든 전지 격실 요소와 연결한다. 이러한 스냅온 연결은 바람직하게는 힘에 의한 결합 또는 특히 바람직하게는 포지티브 결합 연결이다. 따라서, 이 커버 요소 연결 부위의 특히 간단한 디자인은 조립 및 제작 동안 가능한 매우 적은 에러만 내포하므로 배터리 하우징의 작동 신뢰성이 증가한다.
특히, 인접하는 두 전지 격실 요소는 공통의 연결 부위를 구비한다. 이들 전지 격실 요소는 바람직하게는 이 연결 부위에서 서로 접촉한다. 전지 격실 요소는 바람직하게는 이 연결 부위에서 물질 결합 방식으로 서로 연결된다. 특히, 이러한 물질 결합 연결은 접착에 의하여 생성된다.
전지 격실 요소는 바람직하게는 이 연결 부위에서 포지티브 결합 방식으로 서로 연결된다. 배터리 하우징의 연결 부위로서 작용하는 추가의 리브는 특히 견고한, 따라서 안전한 배터리 하우징을 형성한다.
특히, 온도 조절 매체가 배터리 하우징 내에 존재한다. 이 온도 조절 매체는 에너지 흐름을 배향시키기 위하여 제공된다. 이 에너지 흐름은 바람직하게는 커버 요소를 향하게 또는 이것으로부터 멀어지게 배향된다. 이 에너지 흐름은 특히 바람직하게는 하나 이상의 전지 격실 요소를 향하게 또는 이것으로부터 멀어지게 운반된다. 특히, 온도 조절 매체는 하나 이상의 전지 격실 요소 및 하나 이상의 커버 요소를 통해 흐른다. 특히, 다수의 배터리 하우징이 온도 조절 매체 연결을 통해 연결될 수 있고, 이로써 온도 조절 매체는 다수의 배터리 하우징을 통해 용이하게 흐를 수 있다. 따라서, 전기화학 에너지 저장장치의 능동적인 온도 조절이 작동 신뢰성을 증가시킨다.
특히, 전지 격실 요소는 적어도 하나의 또는 다수의 관류 채널을 포함한다. 바람직하게는 2개의 전지 격실 요소가 하나 이상의 관류 채널을 형성한다. 이들 관류 채널은 온도 조절 매체가 이것을 통해 흐를 수 있도록 제공된다. 특히, 2개의 전지 격실 요소 사이의 이러한 관류 채널은 비워지므로 상기 매체가 이것을 통과하지 않는다. 이러한 중간 공간에서의 압력은 바람직하게는 0.9*105 파스칼 내지 0*105 파스칼, 바람직하게는 0.8*105 파스칼 내지 0.5*105 파스칼, 특히 바람직하게는 0.7*105 파스칼 내지 0.6*105 파스칼이다. 이들 관류 채널의 비움은 이들 열 전도 부위의 열전도도를 20℃에서 특히 0.03 W/(m*K) 미만으로 낮춘다.
특히, 이들 관류 채널은 상온에서 고체상으로 존재하는 상변환 물질(PCM), 예컨대 염 또는 파라핀으로 채워진다. 관류 채널 내부의 온도가 바람직하게는 200℃를 초과하여 또는 특히 바람직하게는 100℃를 초과하여 올라갈 경우, 이 상변환 물질은 그 응집 상태를 변화시켜 액화한다. 이러한 액화는 특히 열에너지를 흡수한다. 물질의 이러한 응집 상태 변화에 의하여 하나의 전지 격실로부터 다른 전지 격실로 더 적은 열에너지가 전달되고, 이로써 전기화학 에너지 저장장치의 작동 신뢰성이 더 증가한다.
배터리 하우징의 제조를 위해, 전지 격실 요소는 바람직하게는 적당한 캐스팅 또는 성형 제조 공정으로 제작된다. 특히, 이들 전지 격실 요소는 배터리 하우징의 제조를 위해 서로에 대하여 소정의 위치에 배치된다. 이어서, 바람직하게는 이들 전지 격실 요소 중 적어도 하나를 하나 이상의 커버 요소에 연결시킨다. 특히, 커버 요소 및 온도 조절 매체가 통과하여 흐를 수 있도록 마련된 전지 격실 요소 사이의 접촉 지점들은 유체 밀봉(fluid-tight) 방식으로 서로 연결된다. 이러한 연결은 특히 O-링, 밀봉 립과 같은 탄성 밀봉 수단에 의하여 또는 밀봉 페이스트 또는 밀봉 스트립에 의한 물질 결합 연결에 의하여 생성될 수 있다.
특히, 하이브리드 재료로 전지 격실 요소를 제조하기 위하여, 금속 인레이(metal inlay)는 주형에 넣어져, 그 경계 부위가 플라스틱에 의하여 물질 결합으로 전지 격실 요소에 접합된다. 이러한 인레이는 바람직하게는 특히 이 경계 부위에서 바람직하게는 리세스를 갖는 구조를 가지는데, 이것이 전지 격실 요소의 플라스틱 부분과 특히 강한 결합을 형성한다.
특히, 전지 격실 요소는 바람직하게는 아교포수(gluing) 또는 용접에 의하여 물질 결합 방식으로 커버 요소에 접합된다.
본 발명의 추가의 이점 및 실시형태는 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다:
도 1은 복수의 전지 격실 요소 및 2개의 커버 요소를 포함하는 전기화학 에너지 저장장치용 배터리 하우징을 도시한 것으로, 온도 조절 매체용 포트가 하나의 커버 요소에 제공되어 있다.
도 2는 2개의 전지 격실 요소와 전기화학 에너지 저장장치를 도시한 것이다. 전지 격실 요소는 시트 금속으로 제조되며 그 연결 부위에서 포지티브 결합 연결을 형성한다. 탄성 평형 소자가 두 전기화학 에너지 저장장치 사이에 위치된다.
도 3은 두 상이한 전지 격실 요소 디자인을 도시한 것이다. 이들 전지 격실 요소는 연속적 캐스팅 프로파일로서 제작된다. 도 3b에서, 두 전지 격실 요소는 온도 조절 매체가 흐를 수 있는 이중벽을 형성한다.
도 4는 시트 금속으로부터 제조되는 전지 격실 요소의 두 상이한 디자인을 도시한 것이다. 도 4a에서는, 온도 조절 매체용 채널이 전지 격실 요소 안에 삽입되어 온도 조절 매체가 이것을 통해 흐를 수 있다. 도 4b는 다수의 냉각 리브를 구비한 전지 격실 요소를 도시한 것인데, 상기 리브는 전지 격실 요소의 표면적을 증가시켜 열전도성을 개선하도록 마련된다.
도 5는 연속 캐스팅 프로파일로부터 제조된 전지 격실 요소의 두 상이한 디자인을 도시한 것이다. 도 5a에서, 관류 채널은 전지 격실 요소에 맞게 되어 있고 온도 조절 매체가 이들 채널을 통해 흐를 수 있다. 도 5b는 전지 격실 요소의 표면적을 증가시켜 열전도성을 개선하도록 마련된 다수의 냉각 리브를 구비한 전지 격실 요소를 도시한 것이다.
도 6은 전지 격실 요소 및 커버 요소 사이의 연결 부위를 도시한 것으로, 여기서 연결은 연결 소자에 의하여 확보된다. 이 연결 소자는 아교포수(gluding)에 의하여 커버 요소 및 전지 격실 요소에 부착된다.
도 7은 전지 격실 요소 및 커버 요소 사이의 연결 부위를 도시한 것으로, 여기서 연결은 스냅온 연결에 의하여 확보된다.
도 8은 전지 격실 요소의 관류를 위한 상이한 가능성을 도시한 것으로, 여기서 온도 조절 매체의 흐름은 커버 요소에 의하여 제어된다.
도 9는 하이브리드 재료로부터 제조된 전지 격실 요소를 도시한 것이다.
먼저 도 1의 도면에 기초한 실시예를 이용하여 본 발명을 설명하기로 한다.
도 1은 전기화학 에너지 저장장치(15)의 홀딩을 위한 배터리 하우징을 도시한 것이다. 이 배터리 하우징은 2개의 커버 요소(2) 및 복수의 전지 격실 요소(1)를 구비한다. 2개의 온도 조절 매체용 포트(3)는 상기 커버 요소(2)에 맞게 되어 있다. 온도 조절 매체는 이들 포트 중 하나를 통해 커버 요소(2)로 흘러 들어간다. 커버 요소(2)로부터, 온도 조절 매체는 전지 격실 요소(1)를 통해 흘러 제2 포트(3)로 돌아간다.
도 2는 시트 금속으로부터 제조된 2개의 전지 격실 요소(1a)를 도시한 것이다. 이들 전지 격실 요소(1a)는 함께 연결 부위(5a)를 형성한다. 이 연결 부위(5d)에서 두 전지 격실 요소(1a)는 포지티브 결합 방식으로 서로 연결된다. 전지 격실(4)은 격벽(13)에 의하여 서로 분리된다. 2개의 전기화학 에너지 저장장치(15)가 각각 전지 격실(4)에 위치된다. 이들 에너지 저장장치(15)가 탄성 평형 소자(16)에 의하여 전지 격실 요소(1)에 대하여 압박됨으로써, 전지 격실 요소(1) 및 에너지 저장장치(15) 사이에 열전도성 연결이 형성된다.
도 3a는 2개의 전지 격실 요소(1b)를 도시한 것이다. 이들 전지 격실 요소(1b)는 연속 캐스팅 프로파일로부터 제조된다. 2개의 전지 격실 요소(1b)는 서로 공유된 연결 부위(5b)를 형성한다. 이 연결 부위에서, 전지 격실 요소(1b)는 포지티브 결합 방식으로 서로 연결된다.
도 3b는 연속 캐스팅 프로파일로부터 제조된 2개의 전지 격실 요소(1c)를 도시한 것이다. 상기 두 전지 격실 요소(1c)는 서로 공유된 연결 부위(5c)를 형성한다. 상기 두 전지 격실 요소(1c) 사이의 이러한 연결은 이들 사이에 이중벽 캐비티(6c)를 발생시킨다. 이 캐비티(6c)는 온도 조절 매체가 이것을 통해 흐를 수 있도록 마련된다. 상기 두 전지 격실 요소(1c)는 그 연결 부위(5c)에서 유체 밀봉 방식으로 서로 연결된다. 이중 격벽(12) 부위에서 벽 두께의 적절한 선택에 의하여 전지 격실 요소(4)의 탄성 부위가 생성된다. 이렇게 전지 격실 요소(1c)의 탄성 부위를 제공함으로써 에너지 저장장치들(15) 사이에 탄성 평형 소자(16)가 필요치 않게 된다.
도 4a는 시트 금속으로 제조된 전지 격실 요소(1d)를 도시한 것이다. 이 전지 격실 요소(1d)는 특별히 온도 조절 매체용 라인(6d)이 전지 격실 요소(1d)에 적응될 수 있도록 성형된다. 이 온도 조절 매체 라인(6d)은 온도 조절 매체가 이것을 통해 흐를 수 있도록 설계된다.
도 4b는 시트 금속으로부터 제조된 전지 격실 요소(1e)를 도시한 것이다. 이 전지 격실 요소(1e)에는 다수의 냉각 리브(7e)가 마련된다. 이들 냉각 리브(7e)는 전지 격실 요소(1e)의 표면적을 증가시키므로, 이로써 개선된 열전도성이 달성된다.
도 5a는 연속적 캐스팅 프로파일로부터 제조된 전지 격실 요소(1f)를 도시한 것이다. 이 전지 격실 요소(1f)에는 관류 채널(6f)이 제공된다. 이들 리세스(6f)는 온도 조절 매체가 이것을 통해 흐를 수 있도록 설계된다. 이들 관류 채널(6f)은 또한 격벽(12) 내에 위치될 수 있다. 전지 격실 요소(1f) 내의 관류 채널(6f)은 또한 커버 내의 관류 채널(14)(도시되지 않음)에 연결될 수 있다.
도 5b는 연속적 캐스팅 프로파일로부터 제조된 전지 격실 요소(1f)를 도시한 것이다. 이 전지 격실 요소(1f)에는 다수의 냉각 리브(7f)가 제공된다. 이들은 전지 격실 요소(1f)의 표면적을 증가시키는 역할을 한다. 표면적이 커질수록 열전도성이 개선된다. 동시에, 냉각 리브(7f)는 유리하게는 상온으로 가온하여 생성되거나 인공적으로 발생된 공기 흐름이 리브의 길이 방향으로 리브에 걸쳐 흐르도록 정렬된다.
도 6은 커버 요소(2) 및 전지 격실 요소(1) 사이의 연결 부위(9)를 도시한 것이다. 커버 요소(2)는 일련의 전지 격실 컷아웃(10)을 갖는다. 전지 격실 요소(1)는 이들 컷아웃(10)에 맞물린다. 전지 격실 요소(1) 및 커버 요소(2)는 연결 소자(8)에 의하여 포지티브 결합 방식으로 서로 연결된다. 이 연결 소자(8)는 접착에 의하여 전지 격실 요소(1) 및 커버 요소(2)에 물질 결합 방식으로 연결된다. 대안으로, 연결 소자(8)는 볼트, 리벳 또는 핀과 같은 고정 수단에 의하여 커버 요소(2) 또는 전지 격실 요소(1)에 연결될 수 있다.
도 7은 커버 요소(2) 및 전지 격실 요소(1) 사이의 연결 부위(9)를 도시한 것이다. 전지 격실 요소는 특별히 스냅온 연결을 형성하도록 형상화된다. 전지 격실 요소에는 탄성 변형을 거질 수 있는 스냅 존(11)이 마련된다. 커버 요소(2)는 잠금 섹션(17)을 가지며, 여기에 전지 격실 요소(1)의 이 스냅 존(11) 맞물릴 수 있다. 추가의 스프링 및 보조 요소에 의하여 톱니 연결도 생성될 수 있다.
도 8은 전지 격실 요소를 통한 매체 흐름의 여러 가능한 형태를 도시한 것이다.
도 8a는 3개의 전지 격실 요소를 통과하는 일련의 흐름을 도시한 것이다. 온도 조절 매체 스트림(18)은 커버 요소(2)에 유입되어 거기서부터 외부 전지 격실 요소(1)를 향해 전진한다. 거기서부터, 온도 조절 매체는 차례로 전지 격실 요소(1)를 통과하여 흐른다. 온도 조절 매체 스트림(18)은 제2 커버 요소(2)에서 다시 흘러 나간다.
도 8b는 다수의 전지 격실 요소(1)를 통과하는 매체 흐름의 다른 실시형태를 도시한 것이다. 이 실시형태에서, 온도 조절 매체 스트림은 먼저 커버 요소(2)를 통해 흘러 들어가고 전지 격실 요소(1)로 향해 간다. 이 전지 격실 요소는 다른 전지 격실 요소(1)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 이 관류된 제1 전지 격실 요소(1)로부터, 온도 조절 매체 스트림(18)은 제2 커버 요소(2)에서 분할된 후 동시에 (병렬적으로) 다른 두 전지 격실 요소(1)를 통해 흐른다. 온도 조절 매체 스트림(18)은 전에 이것이 유입된 동일한 커버 요소(2)의 밖으로 흐른다.
도 8c는 매체가 다수의 전지 격실 요소(1)를 통해 흐를 수 있는 경로의 다른 실시형태를 도시한 것이다. 이 경우, 커버 요소(2)에는 온도 조절 매체 밸브(19)가 제공된다. 이들 온도 조절 매체 밸브(19)는 온도 조절 매체(18)를 의도적으로 개개의 전지 격실 요소(1)로 배향시키기 위해 사용될 수 있다. 특히, 모든 전지 격실 요소(1)가 그 자신의 온도 조절 매체 밸브(19)에 의하여 도달될 수 있어야 하는 것은 아니다. 특히, 이들 온도 조절 매체 밸브는 온도 조절 장치이다. 이러한 온도 조절 장치는 온도 조절 매체 스트림(18)이 전지 격실 요소(1) 안으로 흐르거나 이것이 통과하는 것을 차단할 수 있거나 그 흐름 부피를 억제한다. 이러한 온도 조절 장치는 온도, 예컨대 온도 조절 매체 스트림(18)의 온도에 기초하여 작동한다.
도 9는 하이브리드 재료로부터 제조되는 전지 격실 요소(1h)의 실시형태를 도시한 것이다. 이와 관련하여, 하나의 전지 격실 요소로부터 다른 전지 격실 요소로의 열의 전달은 플라스틱 격벽(12h)의 단열 효과에 의하여 방지된다(도 9a). 한편, 전지 격실 요소(1h)로부터 상기 전지 격실 요소를 둘러싸는 대기로의 열 전달은 금속 재료로 제조된 측벽(13h)에 의한 것이 유리하다. 측벽(13h)은 열전도성 호일(20)과 열전도적으로 연결되어 있다. 열전도성 호일(20)은 전기화학 에너지 저장장치의 표면으로부터 멀어지도록 온도 조절 매체 스트림을 전도하여 이것을 측벽(13h)으로 전달한다. 이러한 식으로, 인접하는 전지 격실에서 전기화학 에너지 저장장치가 서로를 가열하는 것을 방지하기 위한 효과적인 수단이 제공된다. 도 9b는 측벽(13h)의 경계부에 대한 여러 가능한 디자인을 도시한 것이다. 측벽(13h)의 컷아웃은 금속 측벽(13h) 및 플라스틱으로 제조된 격벽(12h) 사이의 연결을 개선시킨다.

Claims (15)

  1. 적어도 4개의 측벽(13) 및 적어도 하나의 커버 요소(2)를 포함하는 전지 격실(4)에서 적어도 하나의 전기화학 에너지 저장장치(15)를 홀딩하기 위한 배터리 하우징으로서,
    상기 전지 격실(4)은 하나 이상의 전지 격실 요소(1)에 의하여 형성되고,
    상기 전지 격실 요소(1)는 상기 배터리 하우징의 측벽(13)을 형성하고,
    상기 배터리 하우징은 적어도 하나의 전지 격실 요소(1) 및 하나의 전지 격실(4)을 포함하고, 적어도 하나의 커버 요소(2)에 의하여 닫힐 수 있는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전지 격실 요소(1)은, 금속 재료, 바람직하게는 적어도 부분적으로 알루미늄으로 이루어지는 재료로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전지 격실 요소(1)은, 성형에 의해 제조되는 얇은 벽의 프리폼, 바람직하게는 폴딩 금속 시트로부터 제조되고,
    상기 금속 시트는 0.3 mm 내지 2.2 mm의 벽 두께, 바람직하게는 0.8 mm 내지 1.2 mm의 벽 두께, 특히 바람직하게는 1 mm의 벽 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지 격실 요소(1)은, 캐스팅에 의해 제조되는 얇은 벽의 프리폼, 바람직하게는 연속 캐스팅 프로파일로부터 제조되고,
    상기 전지 격실 요소(1)의 섹션은, 1 mm 내지 3 mm, 바람직하게는 1.8 mm 내지 2.5 mm, 특히 바람직하게는 2.2 mm의 벽 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 커버 요소(2)는 적어도 하나의 전지 격실 요소(1), 바람직하게는 모든 전지 격실 요소(1)와 포지티브 결합 연결을 형성하도록 제공된 부위(9)를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 포지티브 결합 연결을 형성하기 위하여 추가적으로 연결 소자(8)가 사용되고,
    상기 연결 소자(8)는 바람직하게는 물질 결합 방식으로 배터리 하우징에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 포지티브 결합 연결을 형성하기 위하여 스냅온 연결이 이용되는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접하는 두 전지 격실 요소(1)는 공유 연결 부위(5)를 갖고 이 부위에서 서로 접촉하고,
    상기 전지 격실 요소(1)는 바람직하게는 상기 공유 연결 부위(5)에서 접착에 의하여 또는 특히 바람직하게는 포지티브 결합에 의하여 물질 결합 방식으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    온도 조절 매체가 배터리 하우징을 통해 흐를 수 있고,
    상기 온도 조절 매체는, 적어도 하나의 커버 요소(2)로부터 또는 2개의 커버 요소(2)로부터, 하나의 전지 격실 요소(1)로부터 또는 복수의 전지 격실 요소(2)로부터의 에너지 스트림을 이들 요소로부터 멀어지게 또는 이들 요소를 향하여 운반하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지 격실 요소에 관류 채널(6)이 제공되거나 또는 인접하는 두 전지 격실 요소가 온도 조절 매체가 흐를 수 있도록 제공된 관류 채널(6c)을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    커버 요소(2) 또는 전지 격실 요소(1)는, 온도 조절 매체 밸브(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징.
  12. 복수의 전기화학 에너지 저장장치를 포함하는 배터리로서,
    상기 에너지 저장장치는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 하우징에 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 하우징을 제조하기 위한 방법으로서,
    전지 격실 요소(1)를 적당한 제조 공정에서 생산하고,
    복수의 전지 격실 요소(1)를 서로에 대하여 소정의 위치로 배치하며,
    적어도 하나의 전지 격실 요소(1)를 적어도 하나의 커버 요소(2)에 연결하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전지 격실 요소(1) 및 상기 하나의 커버 요소(2) 사이에 물질 결합 연결을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징의 제조 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 커버 요소(2)는 적어도 관류 채널(6) 부위에서 유체 밀봉 방식으로 전지 격실 요소(1)에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 하우징의 제조 방법.
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