KR20140027193A

KR20140027193A - 에너지 저장 어셈블리 및 에너지 저장 장치

Info

Publication number: KR20140027193A
Application number: KR1020137028578A
Authority: KR
Inventors: 팀 쉐퍼; 옌스 마인첼
Original assignee: 리-텍 배터리 게엠베하
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2014-03-06
Also published as: DE102011016017A1; CN103597629A; EP2534715A1; EP2534715B1; JP2014514705A; US20140127535A1; WO2012136337A1

Abstract

본 발명은, 복수의 부분 에너지 저장부(1)와 이 복수의 부분 저장부(1)를 서로 접촉시키기 위한 접촉 장치(6)를 포함하는 에너지 저장 어셈블리(5)에 관한 것이다. 각각의 부분 에너지 저장부(1)는, 전극 어레이와 2개 이상의 접속단을 구비한 에너지 저장 섹션(4)을 파지하는 프레임 구조(2)를 포함하고, 부분 에너지 저장부는 압력 섹션(2.2)과 접점 섹션(3)을 포함하고, 에너지 저장 섹션(4)의 접속단들은 접점 섹션(3)과 연결되며, 압력 섹션(2.2)은 접점 섹션(3) 쪽에 접촉 장치(6)를 탄성 밀착시키도록 구성되고 배치된다. 또한, 본 발명은, 특히 부분 에너지 저장부(1)로서 상기 에너지 저장 어셈블리(5)에서 이용될 수 있는 에너지 저장 장치(1)에도 관한 것이다.

Description

에너지 저장 어셈블리 및 에너지 저장 장치{ENERGY STORAGE ARRANGEMENT AND ENERGY STORAGE DEVICE}

본원으로써 우선 출원 DE 10 2011 016 017의 모든 내용은 참조를 통해 본 출원의 구성요소가 된다.

본 발명은 에너지 저장 어셈블리 및 에너지 저장 장치에 관한 것이다.

예컨대 리튬 이온 기반의 평면 셀들과 같은 복수의 전기 에너지 저장 셀 또는 배터리 셀을 배터리로 적층하고 서로 상호 연결하는 점은 공지되었다. 상기 배터리의 조립은 자주 힘이 든다. 또한, 빈번히 전체 배터리를 분해하지 않고는 개별 부품들(셀들 또는 부분 모듈들)을 교환할 수 없다. 특히 하나의 배터리 셀의 고장 후에, 공지된 배터리들의 몇몇 구성 유형의 경우, 배터리 셀의 교환을 위해 부하 장치의 전기 공급을 적어도 일시적으로 중단할 필요가 있다.

본 발명의 과제는, 특히 배터리 셀의 고장 시 연결된 부하 장치의 전기 공급을 개선하는 것에 있다.

상기 과제는, 독립 청구항들의 특징들을 통해 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들의 대상을 형성한다.

본 발명의 한 관점에 따라서, 복수의 부분 에너지 저장부와 이 복수의 부분 에너지 저장부를 서로 접촉하기 위한 접촉 장치를 포함하는 에너지 저장 어셈블리가 제안된다. 각각의 부분 에너지 저장부는 전극 어레이와 2개 이상의 접속단을 구비한 에너지 저장 섹션을 파지하는 프레임 구조를 포함한다. 부분 에너지 저장부는 압력 섹션과 접점 섹션을 포함한다. 에너지 저장 섹션의 접속단들은 접점 섹션과 연결된다. 압력 섹션은 접점 섹션 쪽에 접촉 장치를 탄성 밀착시키도록 구성되고 배치된다.

본 발명의 의미에서, 에너지 저장 어셈블리로서 간주되는 경우는, 바람직하게는 전기 에너지를 화학 에너지로, 그리고 그 반대 방향으로 변환하면서, 특히 전기 에너지를 수용하고, 저장하며, 다시 방출하도록 제공되는 어셈블리이다.

본 발명의 의미에서, 부분 에너지 저장부로서 간주되는 경우는, 바람직하게는 전기 에너지를 화학 에너지로, 또는 그 반대로 변환하면서, 특히 전기 에너지를 수용하고, 저장하며, 다시 방출하도록 그 개별적으로 제공되는, 에너지 저장 어셈블리의 자립형 기능 유닛이다.

본 발명의 의미에서, 저장 셀로서 간주되는 경우는, 특히 갈바닉 일차 또는 이차 셀이다(본 출원의 범위에서 일차 또는 이차 셀들은 차별 없이 배터리 셀들로서 지칭되고 이들 셀로 구성된 에너지 저장 장치는 배터리로서 지칭된다). 연료 셀, 예컨대 수퍼캡(Supercap) 등과 같은 고출력 커패시터, 또는 또 다른 유형의 에너지 저장 셀도 본 발명의 의미에서 저장 셀로서 간주된다. 특히 배터리 셀로서 구성되는 저장 셀은, 내부적으로 전기 에너지에서 화학 에너지로, 또는 그 반대로 변환이 개시되는 활성 영역 또는 활성부와, 주변 환경으로부터 활성부를 캡슐화하기 위한 하우징과, 2개 이상의 전기 극을 포함한다. 활성부는 특히 바람직하게는 전극 스택으로서, 실질적으로 원통형 전극 권선으로서, 또는 플랫 권선으로서 형성되는 전극 어레이를 포함한다. 전극 어레이는 콜렉터 필름들과, 활성 층들과, 분리 층들을 구비하여 형성된다. 활성 층들은 콜렉터 필름들의 코팅층들로서 제공된다. 극들은 콜렉터 필름들과 전기 연결되거나, 또는 콜렉터 필름들과 일체형으로 형성된다.

본 발명에 따라서, 부분 에너지 저장부 내에 형성된 압력 섹션은, 부분 에너지 저장부의 접점 섹션 쪽에 접촉 장치를 탄성 밀착시키도록 구성되고 배치된다. 바람직하게는, 특히 에너지 저장 어셈블리 내 부분 에너지 저장부의 조립이 수월해진다. 추가로 바람직하게는, 부분 에너지 저장부들의 상호 간 접촉이 신뢰성 있게 보장된다. 이 경우, 본 발명의 의미에서, 부분 에너지 저장부의 접점 섹션 쪽에 접촉 장치의 밀착은 접촉 장치 쪽에 부분 에너지 저장부의 접점 섹션의 밀착으로서도 간주된다. 바람직하게는, 부분 에너지 저장부의 압력 섹션은, 특히 부분 에너지 저장부가 에너지 저장 어셈블리 내로 삽입될 때, 부분 에너지 저장부의 접점 섹션 쪽에 고정된다.

압력 섹션과 접점 섹션을 구비한 부분 에너지 저장부를 본 발명에 따라 형성한 경우, 부분 에너지 저장부는 인접한 부분 에너지 저장부들과 무관하게 에너지 저장 어셈블리로부터 탈거될 수 있거나, 또는 에너지 저장 어셈블리 내에 삽입될 수 있다. 압력 섹션이 접점 섹션의 방향으로 접촉 장치를 밀착시키면서, 특히 결함이 있는 부분 에너지 저장부는 작동 진행 중에 에너지 저장 어셈블리로부터 탈거할 수 있다. 그 밖에, 부분 에너지 저장부는 작동 진행 중에 에너지 저장 어셈블리 내로 삽입될 수 있다. 그 결과, 부분 에너지 저장부를 본 발명에 따라 형성한 경우, 부분 에너지 저장부의 교환을 위해 부하 장치의 전기 공급을 중단할 필요가 없다. 따라서, 기초가 되는 과제는 해결된다.

바람직하게는, 에너지 저장 어셈블리는, 접촉 장치가 2개 이상의 도체 레일을 포함하도록 형성된다. 도체 레일은 본 발명의 의미에서 실질적으로 관통하는, 특히 전기 전도성인 소자를 의미한다. 접촉 장치의 2개 이상의 도체 레일은 서로 전기 절연된다.

바람직하게는, 압력 섹션은 프레임 구조의 스프링 섹션을 통해 탄성 이동될 수 있다. 바람직하게는, 부분 에너지 저장부의 접점 섹션과 접촉 장치의 상호 간 밀착은 부분 에너지 저장부 또는 그 프레임 구조의 고유 특성을 통해, 그리고 추가 소자들이 없이 실현된다. 바람직하게는, 스프링 섹션의 재료는, 스프링 섹션의 탄성 변형을 가능하도록 형성된다. 바람직하게는, 스프링 섹션의 변형으로부터의 복원력에 의해, 부분 에너지 저장부의 장착 상태에서, 접촉 장치의 도체 레일은 특히 마찰 결합 방식으로 압력 섹션 및 접점 섹션에 의해 에워싸인다. 그 외 바람직하게는, 접점 섹션과 전기 전도성 도체 레일 사이에 전기 접점이 존재한다.

바람직하게는, 프레임 구조는, 부분 에너지 저장부에 할당된, 접촉 장치의 섹션을 수용하기 위한 수용 섹션을 포함한다. 바람직하게는, 부하 장치의 전기 공급 동안에도 부분 에너지 저장부의 교환은 수월해진다. 바람직하게는, 캡슐화된, 다시 말해 외부로부터 간단히 접근할 수 없는, 접촉 장치의 가이드도 실현될 수 있다. 또한, 부분 에너지 저장부의 내부에서 접촉 장치와의 접촉도 실현될 수 있다.

바람직하게는, 수용 섹션은 일측에서 개방된다. 바람직하게는, 특히 부하 장치의 전기 공급 동안에도, 부분 에너지 저장부의 장착 및 분리가 수월해진다.

바람직하게는, 수용 섹션은 접촉 장치를 맞물어 고정하기 위한 하나 이상의 래칭 섹션을 포함한다. 바람직하게는, 부분 에너지 저장부의 의도하지 않은 분리는 더 어렵게 된다.

본 발명의 한 추가 관점에 따라서, 전극 어레이와 2개 이상의 접속단을 구비한 에너지 저장 섹션을 파지하는 프레임 구조를 포함하는 에너지 저장 장치도 제안되며, 프레임 구조는 복수의 에너지 저장 장치를 서로 접촉하기 위한 접촉 장치의 하나 이상의 섹션을 수용하기 위한 수용 섹션을 포함하고, 에너지 저장 장치는 압력 섹션과 접점 섹션을 포함하고, 에너지 저장 섹션의 접속단들은 접점 섹션과 연결되며, 압력 섹션은 접점 섹션 쪽에 접촉 장치를 탄성 밀착시키도록 구성되고 배치된다.

에너지 저장 장치는 본 발명의 이전 관점에 의미에서 부분 에너지 저장부일 수 있다.

본 발명의 추가 구현예들에서, 에너지 저장 섹션은 에너지 저장 장치의 프레임 구조 내에 통합되거나, 또는 탈착 가능하게 프레임 구조와 결합될 수 있으며, 특히 맞물려 고정될 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 저장 어셈블리와, 본 발명에 따른 에너지 저장 셀과, 본 발명에 따른 열 전도 부재는 특히 자동차에서의 이용을 위해 제공되며, 여기서 자동차는 특히 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차이다.

그러나 본 발명은 특히, 전기화학 활성 구성요소로서 리튬 또는 리튬 화합물을 함유하는 전극 어레이를 포함하는 에너지 저장 장치에 적용할 수 있다. 그러나 이에만 국한되지는 않는다.

전술하고 추가되는, 본 발명의 특징들, 과제들 및 장점들은 첨부한 도면을 참조하여 작성한 하기 설명으로부터 더욱 분명하게 확인할 수 있다.

본 발명에 의해, 특히 배터리 셀의 고장 시 연결된 부하 장치의 전기 공급은 개선된다.

도 1은 개별 배터리를 도시한 개략적 공간도이다.
도 2는 도 1의 개별 배터리의 내부 구성을 도시한 개략적 횡단면도이다.
도 3은 도 2의 일점쇄선 III-III를 따라 개별 배터리를 절단하여 대응하는 화살표의 방향으로 바라보고 도시한 개략적 단면도이다.
도 4는 복수의 개별 배터리를 포함한 배터리 어셈블리를 도시한 개략적 공간도이다.
도 5는 제어 장치와 복수의 도체 레일을 포함한 배터리 케이스를 도시한 개략적 공간도이다.

여기서 주지할 사항은, 도들 내 도해들은 개략적인 것이고 적어도 실질적으로 본 발명의 이해를 위해 도움이 되는 특징들의 재현으로 국한된다는 점이다. 또한, 주지할 사항은, 도들에 재현된 치수들 및 크기 비율들은 실질적으로 도해의 명확성을 위한 것일 뿐, 명세서에 다르게 제시되어 있지 않다면, 제한하는 것으로 간주해서는 안 된다는 점이다.

상호 간에 상응하는 부재들은 모든 도에서 동일한 도면 부호로 표시되어 있다.

프레임(2)을 포함하는 개별 배터리(1)는 하기에 도 1 내지 도 3에 따라서 본 발명의 바람직한 실시예로서 설명된다. 여기서, 도 1에는, 개별 배터리(1)의 개략적 공간도가 도시되어 있고, 도 2에는, 개별 배터리(1)의 높이 방향(H) 및 폭 방향(W)을 통해 범위 한정되는 일 평면 내 개별 배터리(1)의 개략적 횡단면도가 도시되어 있으며, 도 3에는, 도 2의 일점쇄선 III-III를 따라 개별 배터리(1)를 절단하여 해당하는 화살표의 방향으로 바라본 상기 개별 배터리의 개략적 단면도가 도시되어 있다.

도 1 내 도해에 따라서, 개별 배터리(1)는 내부에 끼워진 3개의 접점 소자(3)와 프레임(2) 내에 수용된 배터리 셀(4)을 구비한 프레임(2)을 포함한다.

프레임(2)은 높이(H)와, 폭(W)과, 두께(T)를 갖는 편편한 직육면체형(판형)의 기본 형태를 가지며, 이 기본 형태는 요부(2.1)와, 다리부(2.2)와, 요부(2.1)와 다리부(2.2)를 연결하는 연결 섹션(2.3)으로 구분된다. 다리부(2.2)와 요부(2.1) 사이에는 간극(2.4)이 형성되고, 이 간극의 상부 표면(2.4.1)은 다리부(2.2)를 하부 방향으로 범위 한정하고, 그 하부 표면(2.4.2)은 요부(2.1)를 상부 방향으로 범위 한정한다. 간극(2.4)은 간극 높이(h)를 갖는다.

요부(2.1)는, 배터리 셀(4)을 수용하기 위한, 창문 형태이고 횡단면이 장방형인 절개부(2.1.1)를 포함한다. 간극(2.4)의 하부 표면(2.4.2)과 절개부(2.2.1)의 상부 경계면 사이에서 연장되는, 요부(2.1)의 상부 횡방향 웨브(2.1.2) 내로는 접점 소자들(3)이 끼워진다.

접점 소자들(3)은 구리로 제조되고, 프레임(2) 내에 밀봉되는 적어도 실질적으로 직육면체인 도체 소자들로서 형성된다. 접점 소자들(3)은, 요부(2.1)의 절개부(2.1.1)의 상부 경계면과 동일 평면에 놓이는 하부 접촉면(3.1)과, 간극(2.4)의 하부 표면(2.4.2)과 동일 평면에 놓이는 상부 접촉면(3.2)을 포함한다. 접점 소자들(3)의 상부 접촉면(3.2)과 하부 접촉면(3.1) 사이에서는 프레임(2)의 재료에 밀착되는 측면들(3.3)(flank)이 연장된다.

배터리 셀(4)은 셀 몸체(4.1)와 3개의 접촉 니플(4.2)(contact nipple)을 포함한다.

셀 몸체(4.1)는 배터리 셀 또는 축전지 셀(개별 셀)을 형성하는 더 상세하게 도시되지 않은 전극 어레이를 포함한다. 그 자체로서의 전극 어레이 내에는, 그 자체로 전형적인 방식으로, 그 중 하나 이상의 재료가 리튬 또는 리튬 화합물을 함유하는 전기화학 활성 재료들로 이루어진 코팅층을 포함하는 여러 가지 극성의 전극 필름들, 특히 알루미늄 및/또는 구리 필름들 및/또는 금속 합금으로 이루어진 필름들이 서로 적층되고 (더 상세하게 도시되지 않은) 분리판, 특히 분리 필름에 의해 서로 전기 절연된다. 따라서 전극 필름들과 분리판은, 전기 에너지의 수용, 전기화학적 변환, 저장, 전기화학적 재변환 및 그 방출을 위해 이용할 수 있는 갈바닉 어레이, 특히 리튬 이온 이차 셀을 형성한다. 동일한 극성의 전극 필름들의 가장자리 영역들은 서로 전기 연결되며, 예컨대 반드시 필요한 것은 않지만, 전기 전도 방식으로 서로 압착되고, 그리고/또는 용접되어, 전극 어레이의 극 접점들을 형성한다. 전극 어레이는, 셀 몸체(4.1)를 형성하기 위해, 더 상세하게 표시되지 않은 하우징 내에 기체 및 액체 밀봉 방식으로 밀봉된다.

셀 몸체(4.1)의 윗면(상부 협폭 측)(4.1.1)으로부터는 구상으로 형성된 3개의 접촉 니플(4.2)이 돌출된다. 접촉 니플들은 셀 접점들(K1, K2, K3)을 형성한다. 접촉 니플들은 셀 몸체(4.1)의 하우징을 통과하여 연장되면서 셀 몸체의 내부에서 전극 어레이의 접점 영역들과 연결된다. 상세하게는, 제 1 셀 접점(K1)을 형성하는 접촉 니플(4.2)은 전극 어레이의 양극 접점과 연결되어 셀(4)의 양의 셀 극(P+)을 형성한다. 계속해서, 제 2 셀 접점(K2)을 형성하는 접촉 니플(4.2)은 셀(4)의 내부에서 측정 접점과 연결되어 셀(4)의 측정 단자를 형성한다. 마지막으로, 제 3 셀 접점(K3)을 형성하는 접촉 니플(4.2)은 전극 어레이의 음극 접점과 연결되어 셀(4)의 음의 셀 극(P-)을 형성한다.

배터리 셀(4)과 프레임(2), 특히 요부(2.1)의 절개부(2.1.1)는, 프레임(2) 내로 배터리 셀(4)을 삽입할 때 접촉 니플들(4.2)이 접점 소자들(3)의 하부 접촉면들(3.1)과 정합되도록 서로 치수 설계된다. 이 경우, 셀 몸체(4.1)의 하부 협폭 측(4.1.2)은 프레임(2)의 요부(2.1)의 하부 횡방향 웨브(2.1.3)에서 지지된다.

간극(2.4)으로 향해 있는 다리부(2.2)의 표면[다시 말해 간극(2.4)의 상부 표면(2.4.1)]에는 프레임(2)의 두께 방향으로 프레임(2)의 전체 두께(T)에 걸쳐 평행하게 연장되는 3개의 그루브(2.5)가 형성된다. 그루브들(2.5)은 원호형 횡단면을 보유하고, 접점 소자들(3)에 대향하여 위치한다. 지름(d)을 갖는 원형은 그루브들(2.5) 중 가운데 그루브에 파선으로 도시되어 있으며, 상기 지름은 간극(2.4)의 하부 표면(2.4.2)으로부터, 또는 대향하는 접점 소자(3)의 상부 접촉면(3.2)으로부터 그루브(2.5)의 최대 이격 간격(그루브 바닥부)에 상응한다. 또한, 다리부(2.2)는 스프링 방향(F)으로 회동될 수 있고, 연결 섹션(2.3)은 탄성 회동 조인트로서 작용한다. 이러한 어셈블리의 기능은 도 4에 따른 배터리 어셈블리의 설명과 관련하여 확인할 수 있다.

도 4에는, 본 발명의 한 추가 실시예로서의 배터리 어셈블리(5)를 도시하기 위한 개략적 공간도가 도시되어 있다.

배터리 어셈블리(5)는 도 1 내지 도 3에 따른 복수의 개별 배터리(1)와 3개의 도체 레일(6)을 포함한다.

개별 배터리들(1)은 스택 방향(s)으로 연속해서 배치된다. 도 4 내 도해에 따라서, 하나의 개별 배터리(1)가 복합 구조로부터 제거되어 있으며, 그럼으로써 어셈블리(5) 내에 틈이 남아 있다.

3개의 도체 레일(6)은 스택 방향(s)으로 서로 평행하게 연장된다. 도체 레일의 지름(d)은, 초과 치수를 갖는 그루브들(2.5)의, 도 2에 도시된 원호 지름(d)에 상응하며, 도체 레일들(6)의 이격 간격은 개별 배터리들(1)의 폭(W)의 방향에서 그루브들(2.5)의 이격 간격에 상응한다. 도체 레일들(6)은 본 실시예에 따라, 양의 전류 포집 레일(S+), 음의 전류 포집 레일(S-) 및 신호 전송 레일 또는 신호 레일(S0)로서 이용된다.

도 4 내 도해에 따라, 개별 배터리들(1)은 간극(2.4)을 통해 도체 레일들(6) 상에 끼워지고 도체 레일들(6)은 그루브들(2.5) 내에서 지지된다. 프레임(2)의 요부(2.1)에 대한 [도 2의 스프링 방향(F)으로] 다리부(2.2)의 탄성 회동을 통해, 도체 레일들(6)은 신뢰성 있게 접점 소자들(3)에 밀착되며, 전기 접점이 보장된다. 소수의 개별 배터리(1)는 조립 방향(M)으로 복합 구조로부터 분리 및 탈거될 수 있으며, 연결 섹션(2.3)의 탄성력만이 저항으로서 극복되기만 하면 된다.

이러한 방식으로, 전체 배터리 어셈블리(5) 내에서, 양의 셀 극(P+)을 형성하는 배터리 셀(4)의 접촉 니플들(4.2)과 양의 전류 포집 레일(S+)의 전기 접점, 음의 셀 극(P-)을 형성하는 배터리 셀(4)의 접촉 니플들(4.2)과 음의 전류 포집 레일(S-)의 전기 접점, 및 배터리 셀(4)의 중앙 접촉 니플들(4.2)과 신호 레일(S0)의 전기 접점이 형성된다.

다시 말해, 배터리 어셈블리(5)는 특히 개별 배터리들(1)의 병렬 회로를 형성한다. 따라서 간단한 방식으로 사전 설정된 개별 전압(배터리 전압)을 갖는 복수의 개별 배터리가 목표하는 용량의 배터리 어셈블리로 결합될 수 있다.

도 5에는, 도체 레일들(6)과 제어 장치(8)를 포함한 배터리 케이스(7)가 개략적 공간도로 도시되어 있다.

도 5 내 도해에 따라서, 배터리 케이스(7)는 하나의 바닥 벽(7.1)과, 하나의 후벽(7.2)과, 2개의 측벽(7.3)을 포함한 개방된 직육면체로서 형성된다. 따라서 배터리 케이스(7)는 상부 및 전방에서 개방된다.

일측 측벽(7.3)에는 외부에서 제어 장치(8)가 장착된다. 측벽들(7.3) 사이에서, 그리고 이 측벽들을 통과하여 3개의 도체 레일(6)이 연장된다. 자유 단부들(6.1)은 측벽들(7.3)로부터 배터리 케이스(7)의 외부로 돌출되어 제어 장치(8) 내의 일측 면에서 종결된다.

도 5 내 도체 레일들(6)은 도 4 내 도체 레일들(6)에 상응한다. 그에 따라, 도 4 내 배터리 어셈블리(5)와 같은 배터리 어셈블리를 형성하기 위해, 도 1 내지 도 3에 따른 복수의 개별 배터리(1)가 배터리 케이스(7) 내에서 [측벽들(7.3) 사이에서] 도체 레일들(6)에 포착될 수 있다. 또한, 배터리 케이스(7) 내 배터리 어셈블리(5)는 배터리 복합 구조로서도 지칭될 수 있다. 개별 배터리들(1)은, 배터리 케이스(7) 내 전체 배터리 복합 구조를 분해하지 않고도, 개별적으로 교환할 수 있다. 그러므로 상황에 따라 작동 동안 교환도 가능하다.

제어 장치(8)는, 도체 레일들(6)에 연결된 배터리 복합 구조의 상태들을 검출하여 처리하도록 구성되고 배치된다. 예컨대 제어 장치(8)는 배터리 복합 구조, 및 이 배터리 복합 구조 내 개별 배터리들(1)의 전압 상태 및 그 용량을 검출한다. 그러나 이에만 국한되지는 않는다. 측정 데이터 및 제어 데이터는 신호 레일(S0)을 통해 제어 장치(8)와 개별 배터리들(1) 간에 교환될 수 있다. 이 경우, 신호 레일(S0)은 예컨대 직렬 버스로서 기능할 수 있다. 그러나 이에만 국한되지는 않는다. 제어 장치(8)의 일측 면에는 (더 상세하게 도시되지 않은) 극 접점들이 제공되며, 이들 극 접점은 전체 배터리 어셈블리의 극으로서 이용된다.

더 상세하게 도시되지 않은 수단들을 통해 복수의 배터리 케이스(7)가 도체 레일들(6)의 자유 단부들(6.1)에 연결될 수 있다. 이 경우, 각각의 배터리 케이스(7)에 제어 장치(8)가 장착될 수 있거나, 또는 단일의 제어 장치(8)가 모든 연결된 배터리 케이스(7) 또는 이 배터리 케이스 내에 배치된 배터리 복합 구조들에 전기 공급한다.

하기에는 본 발명의 몇몇 바람직한 변형예가 설명된다.

비록 본 발명이 앞서 구체적인 실시예들을 참조하여 그 실질적인 특징들과 관련하여 설명되었긴 하지만, 자명한 사실로서, 본 발명은 상기 실시예들로 국한되는 것이 아니라, 특허청구범위를 통해 지정된 범위 및 영역 내에서, 예컨대 하기에 명시되는 것처럼, 변형되고 확장될 수 있다. 그러나 이에만 국한되지는 않는다.

비록 접점 소자들(3)이 상기 실시예에 따라 프레임(2) 내에 밀봉되기는 하지만, 상기 접점 소자들은 프레임(2) 내에서 접착되거나, 수축되거나, 또는 다른 방식으로 처리될 수 있다. 또한, 평행한 측면들을 구비한 직육면체로서 설명되는 접점 소자들(3)은, 간극(2.4) 내에서 접점 소자들(3)의 의도하지 않은 이동을 방지하기 위해, 예컨대 하부 접촉면(3.1)으로부터 상부 접촉면(3.2)으로 갈수록 축소되는 원추형 측면들(3.3)도 포함할 수 있다. 밀봉의 경우, 접점 소자들(3)의 의도하지 않은 이동을 방지하기 위해, 또 다른 형태 결합식 수단들도 제공할 수 있다. 한 추가 변형예에 따라, 접점 소자들(3)은 완전히 다른 기본 형태, 예컨대 원형 또는 타원형 횡단면을 갖는 원통형 또는 원뿔대형 형태를 보유할 수 있다.

접점 소자들(3)은 구리 외에도, 예컨대 알루미늄, 철 등, 또는 이들 재료 중 하나 이상의 재료 및 구리를 함유한 합금, 전도성 플라스틱, 또는 전도성 세라믹과 같은 모든 우수한 전기 도체 재료로 제조할 수 있다. 표면 저항을 낮추기 위해, 도체 소자들(3)의 접촉면들(3.1, 3.2)은 예컨대 금, 은 등, 또는 이들 재료 중 하나 이상의 재료를 함유한 합금과 같은 접촉 매개 물질로 코팅될 수 있다.

접점 소자들(3)의 하부 접촉면들(3.1)은, 프레임(2)으로부터 배터리 셀(4)의 의도하지 않은 빠짐을 더 어렵게 하기 위해, 내부에 배터리 셀들(4)의 접촉 니플들(4.2)이 맞물려 고정되는 홈부들(recess)을 포함할 수 있다.

접점 소자들(3)의 상부 접촉면들(3.2)은 그루브(2.4)의 상부 표면(2.4.1) 내 그루브들(2.5)에 상응하는 그루브들을 포함할 수 있고, 접점 소자들(3)의 그루브들은, 도체 레일들(6)의 2점 잠금 고정을 실현하기 위해, 그루브(2.4)의 하부 표면(2.4.2)에서 계속 이어진다.

프레임(2)의 요부(2.1) 내 절개부(2.1.1)는 창문 형태의 관통구로서 설명하였다. 일 변형예에 따라, 절개부(2.1.1)는 프레임(2)의 요부(2.1)의 평탄면(flat side)에서 폐쇄될 수 있다. 또한, 프레임(2)의 요부(2.1)의 평탄면들(바로 위에서 설명한 변형예에서는 개방된 평탄면)이 커버를 통해 밀폐될 수 있다.

프레임(2)의 연결 섹션(2.3)의 가요성은 노치(notch), 공동 또는 구역별로 더욱 연질인 재료 선택을 통해 증가될 수 있다. 대안으로, 필요로 하는 경우, 구역별로 더욱 경질인 재료 선택을 통해, 가요성을 감소시킬 수 있다. 이처럼 재료 특성의 구역별 가변성은 플라스틱 부품들의 경우 비교적 수월하게 실현된다.

프레임(2)의 다리부(2.2)의 강성도 마찬가지로 재료 선택을 통해, 섬유 강화를 통해, 또는 예컨대 금속 프로파일을 이용한 외장을 통해 증가될 수 있다.

비록 배터리 셀(4)이 상기 실시예에서 개별 셀로서 설명되어 있기는 하지만, 배터리 셀(4)은, 배터리 셀(4)의 목표하는 극 전압과 목표하는 용량을 확보하기 위해, 내부에서 병렬 및/또는 직렬로 상호 연결된 복수의 개별 셀도 포함할 수 있다. 한 추가 변형예에 따라서, 복수의 배터리 셀(4)이 프레임(2) 내에 수용될 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 셀(4)의 상호 연결은 복수의 배터리 셀(4)과 상부 횡방향 웨브(2.1.2) 사이에 제공되는 추가 소자를 통해 실현될 수 있다. 그러나 이는 반드시 필요하지는 않다. 예컨대 복수의 배터리 셀(4)의 셀 극들은 추가 소자를 통해 직렬 회로로 연결되고 직렬 회로의 자유 단부들은 각각의 접점 소자들(3)과 연결될 수 있다. 그러나 이에만 국한되지는 않는다. 이 경우, 교호적인 극 위치를 갖는 복수의 배터리 셀(4)이 배치될 수 있으며, 그럼으로써 추가 소자의 구성, 특히 내부 배선이 단순화될 수 있다. 그러나 이는 반드시 필요하지는 않다.

상기 실시예에서, 배터리 셀들(4)은 프레임(2) 내에 수용할 수 있고, 프레임(2)으로부터 탈거할 수 있다. 일 변형예에 따라, 프레임(2) 자체가 전극 어레이를 위한 하우징을 형성함으로써, 개별 배터리(1)가 배터리 셀(개별 셀 또는 다중 셀)로서 형성될 수 있으며, 전극 필름들의 자유 단부들[유도 러그들(lead-off lug)]은 접점 소자들(3)과 직접 연결될 수 있다.

한 추가 변형예에 따라, 접점 소자들은 다리부(2.2) 내 그루브들(2.5)의 영역 내에 배치되고, 특히 연결 섹션(2.3)을 통해 안내되는 라인 결선을 통해 배터리 셀(4)의 전극 어레이, 또는 프레임(1)의 요부(2.1) 내 통합된 전극 어레이의 극 접점들은 접점 소자들과 연결된다. 상기 구성의 개선예에 따라, 간극 높이(h)는 적어도 도체 레일 지름(d)과 동일하고, 간극(2.4)의 하부 표면(2.4.2)에 그루브들(2.5)에 대향하여 탄성 압력 소자들이 제공되며, 이들 압력 소자는 표면(2.4.2) 내로 도체 레일들(6)의 삽입 시에 뒤로 밀리며, 그리고 도체 레일들(6)이 그루브들(2.5) 내에 맞물려 고정되면 하부에서 도체 레일들(6) 쪽으로 밀착된다. 상기 개선예의 경우, 다리부(2.2)의 탄성 회동 가능한 구성을 배제할 수 있다. 상기 변형예의 경우, 중력의 작용만으로도, 접점 소자들로부터 도체 레일들(6)의 의도하지 않은 제거가 더 어렵게 될 수 있다.

자명한 사실로서, 도체 레일들(6)의 개수는 도시된 개수와 다를 수 있다. 예컨대 양 및 음의 도체 레일로서 2개의 도체 레일만으로도 충분히 개별 배터리들(1)의 배터리 전압을 접속할 수 있다. 다른 한편으로, 개별 배터리들(1)의 다양한 중간 전압을 접속하기 위해, 또는 추가 신호 전송 임무를 충족하기 위해 추가 도체 레일(들)을 제공할 수 있다. 그러나 이에만 국한되지는 않는다.

도체 레일들(6), 특히 신호 레일(60)은 다중 코어로 형성될 수 있지만, 이에만 국한되지 않으며, 그리고 접점 소자들(3)은 다극성으로 형성될 수 있다. 특히 접점 소자(3)는 스택 방향(s) 또는 두께 방향(T)으로 평행하게 연장되고 서로 절연된 복수의 접촉 구역을 포함할 수 있지만, 이에만 국한되지 않으며, 그리고 대응하는 도체 레일(6)이 비틀리지 않게 배터리 케이스(7) 내에 장착된다면, 상기 접촉 구역들은 도체 레일(6)의 상응하는 접촉 구역들과 상관관계를 가지며, 그럼으로써 분명한 포지셔닝이 보장된다. 그 밖에, 접점 소자들(3)은 상부 표면(2.4.1)뿐 아니라 하부 표면(2.4.2)에 제공될 수 있고, 상응하는 도체 레일은 상부 및 하부 영역에 분리된 도체 영역들을 포함할 수 있으며, 이 경우에도 비틀림 방지형 장착이 요구된다.

개별 배터리들(1)은 개별 배터리(1)를 파지하기 위한 파지 장치를 포함할 수 있다. 또한, 개별 배터리들(1)은, 탈거 시 의도하지 않은 전류 접점들을 방지하기 위해, 개별 배터리(1)의 내부에서 라인 결선들을 분리하기 위한 비활성화 장치도 포함할 수 있다. 상기 비활성화 장치는 파지 장치와 작동 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 수동 맞물림 고정을 통해, 또는 파지 장치가 분리된다면 자동으로 요부(2.1)와 다리부(2.2)를 잠금 고정하는 잠금 고정 장치도 제공될 수 있다.

배터리 어셈블리(5)는 본 발명의 의미에서 에너지 저장 어셈블리이다. 각각의 개별 배터리(1)는 본 발명의 의미에서 부분 에너지 저장부 및 에너지 저장 장치이다. 도체 레일들(6)은 본 발명의 의미에서 접촉 장치를 형성한다. 프레임(2)은 본 발명의 의미에서 프레임 구조이다. 각각의 배터리 셀(4), 또는 프레임(2) 내에 통합된 전극 어레이는 본 발명의 의미에서 에너지 저장 섹션이다. 접촉 니플들(4.2)은 본 발명의 의미에서 접속단들이다. 개별 배터리들(1)이 통합된 배터리 셀들 또는 다중 셀들로서 형성된다면, 전극 어레이의 유도 러그들 또는 기타 극 접점들을 본 발명의 의미에서 접속단들로서 간주할 수 있다. 접점 소자들(3)의 상부 접촉면들(3.2)은 본 발명의 의미에서 접점 섹션을 형성한다. 언급은 했지만, 더 상세하게 도시되지 않은 압력 소자들은 본 발명의 의미에서 압력 섹션일 수 있다. 연결 섹션(2.3)은 본 발명의 의미에서 스프링 섹션이다. 간극(2.4)은 본 발명의 의미에서 수용 섹션이다. 그루브들(2.5)은 본 발명의 의미에서 래칭 섹션들이다.

여기서 분명히 주지할 사항은, 전술한 도면 부호 목록은 명세서의 필수적인 구성요소라는 점이다.

1: 개별 배터리
2: 프레임
2.1: 요부
2.1.1: 절개부
2.1.2: 상부 횡방향 웨브
2.1.3: 하부 횡방향 웨브
2.2: 다리부
2.3: 연결 섹션
2.4: 간극
2.4.1: 상부 표면
2.4.2: 하부 표면
2.5: 그루브
3: 접점 소자
3.1: 하부 접촉면
3.2: 상부 접촉면
3.3: 측면
4: 배터리 셀
4.1: 셀 몸체
4.2: 접촉 니플
5: 배터리 어셈블리
6: 도체 레일
6.1: 자유 단부
7: 배터리 케이스
8: 제어 장치
d: 지름
h: 간극 높이
s: 스택 방향
F: 스프링 방향
H: 높이
K1, K2, K3: 셀 접점
M: 장착 방향(조립 방향)
P+: 양의 셀 극
P-: 음의 셀 극
S+: 양의 전류 포집 레일
S-: 음의 전류 포집 레일
S0: 신호 레일
T: 두께
W: 폭

Claims

복수의 부분 에너지 저장부(1)와, 이 복수의 부분 에너지 저장부(1)를 서로 접촉하기 위한 접촉 장치(6)를 포함한 에너지 저장 어셈블리(5)에 있어서,
각각의 부분 에너지 저장부(1)는 전극 어레이와 2개 이상의 접속단(4.2)을 구비한 에너지 저장 섹션(4)을 파지하는 프레임 구조(2)를 포함하고, 상기 부분 에너지 저장부(1)는 압력 섹션(2.2)과 접점 섹션(3)을 포함하고, 상기 에너지 저장 섹션(4)의 접속단들(4.2)은 상기 접점 섹션(3)과 연결되며, 상기 압력 섹션(2.2)은 상기 접점 섹션(3) 쪽에 상기 접촉 장치(6)를 탄성 밀착시키도록 구성되고 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 접촉 장치(6)는 2개 이상의 도체 레일(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 어셈블리.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부분 에너지 저장부들(1)로부터 상기 압력 섹션(2.2)은 상기 프레임 구조(2)의 스프링 섹션(2.3)을 통해 탄성 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 어셈블리.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임 구조(2)는, 부분 에너지 저장부에 할당된, 상기 접촉 장치(6)의 섹션을 수용하기 위한 수용 섹션(2.4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 어셈블리.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 섹션(2.4)은 일측에서 개방된 것을 특징으로 하는 에너지 저장 어셈블리.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 섹션(2.4)은 상기 접촉 장치(6)를 맞물어 고정하기 위한 하나 이상의 래칭 섹션(2.5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 어셈블리.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따르는 에너지 저장 어셈블리(5) 내에 특히 부분 에너지 저장부(1)로서 배치하기 위한 에너지 저장 장치(1)이며, 전극 어레이와 2개 이상의 접속단(4.2)을 구비한 에너지 저장 섹션(4)을 파지하는 프레임 구조(2)를 포함하는 상기 에너지 저장 장치(1)에 있어서, 상기 프레임 구조(2)는 복수의 에너지 저장 장치(1)를 서로 접촉시키기 위한 접촉 장치(6)의 하나 이상의 섹션을 수용하기 위한 수용 섹션(4.2)을 포함하고, 상기 에너지 저장 장치(1)는 압력 섹션(2.2)과 접점 섹션(3)을 포함하고, 상기 에너지 저장 섹션(4)의 접속단들(4.2)은 상기 접점 섹션(3)과 연결되며, 상기 압력 섹션(2.2)은 상기 접점 섹션(3) 쪽에 상기 접촉 장치(6)를 탄성 밀착시키도록 구성되고 배치되는, 에너지 저장 장치.
제7항에 있어서, 상기 에너지 저장 섹션은 프레임 구조 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
제7항에 있어서, 상기 에너지 저장 섹션(4)은 탈착 가능하게 상기 프레임 구조(2)와 연결될 수 있으며, 특히 맞물려 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따르는 에너지 저장 어셈블리(5)를 작동시키기 위한 방법에 있어서,
- 에너지 저장 어셈블리(5)로부터 특히 전기 에너지를 부하 장치에 공급하는 단계와,
- 부하 장치가 상기 에너지 저장 어셈블리(5)를 통해 전기 공급받는 상태에서, 상기 에너지 저장 어셈블리(5)로부터 부분 에너지 저장부(1)를 탈거하는 단계와,
- 부하 장치가 상기 에너지 저장 어셈블리(5)를 통해 전기 공급받는 상태에서, 상기 에너지 저장 어셈블리(5) 내로 부분 에너지 저장부(1)를 삽입하는 단계를 특징으로 하는 에너지 저장 어셈블리의 작동 방법.