KR20140027955A - 에너지 저장 장치, 에너지 저장 셀, 및 탄성 수단을 구비한 열 전도 소자 - Google Patents

에너지 저장 장치, 에너지 저장 셀, 및 탄성 수단을 구비한 열 전도 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 저장 셀 및 상기 저장 셀들 또는 상기 저장 셀들에 의해 형성된 셀 어셈블리의 온도 제어를 위한 온도 제어 장치를 포함하는 에너지 저장 장치에 관한 것이다. 저장 셀과 다른 소자 사이에는 충격 흡수 저장 또는 이격을 위한 탄성 수단들이 제공되고, 상기 다른 소자는 다른 저장 셀, 지지 소자, 다른 하우징 부품 또는 열 전도 소자이다. 탄성 수단들은 온도 제어 장치의 기능적 구성 부분으로서 설계되고 배치된다. 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 에너지 저장 장치에 사용하기에 적합한 저장 셀 및 열 전도 소자에 관한 것이다.

Description

에너지 저장 장치, 에너지 저장 셀, 및 탄성 수단을 구비한 열 전도 소자{ENERGY STORAGE DEVICE, ENERGY STORAGE CELL AND HEAT-CONDUCTING ELEMENT WITH AN ELASTIC MEANS}
우선권 출원 DE 10 2011 015 152.4의 전체 내용이 인용에 의해 본 출원의 구성 부분이 된다.
본 발명은 에너지 저장 장치, 에너지 저장 셀 및 열 전도 소자에 관한 것이다.
자동차, 특히 하이브리드 구동 장치를 구비한 자동차 또는 전기차에 사용하기 위한 배터리가 직렬로 및/또는 병렬로 전기 접속된 다수의 셀, 예컨대 리튬-이온-셀들을 포함하는 것은 공지되어 있다.
셀들은 발생한 폐열을 방출하기 위해 종종 냉각되어야 한다. 이를 위해, 냉각재 회로에 의한 간접적인 냉각 또는 셀들 사이로 안내되는 예비 냉각된 공기에 의한 직접 냉각을 사용하는 것이 공지되어 있다. 냉각재 회로에 의한 냉각시 배터리의 셀 블록에 냉각재에 의해 관류되는 금속 냉각 플레이트가, 종종 셀의 하부에 배치될 수 있다. 폐열은 셀로부터 냉각 플레이트로 예컨대 별도의 열 전도 소자, 예컨대 열 전도 바아 또는 열 전도 판을 통해, 또는 셀의 상응하게 두꺼워진 셀 하우징 벽들을 통해 안내된다. 종종 셀들의 셀 하우징들은 금속으로 구현되고, 상기 셀 하우징들에 전압이 인가된다. 단락을 방지하기 위해, 냉각 플레이트는 셀 하우징으로부터 전기 절연체, 예컨대 열 전도 막, 성형체, 주조 물질, 또는 냉각 플레이트 상에 제공된 코팅 또는 막에 의해 분리된다. 냉각재 회로는 예컨대 콜드 스타트시 배터리의 가열을 위해서도 사용될 수 있다.
이미 이러한 여러 가지 배터리가 공지되어 있다. 예컨대, DE 10 2008 034 869 A1에는 소위 파우치 셀로서 형성된 셀들을 포함하는 배터리가 공지되어 있으며, 상기 셀의 실질적으로 직육면체 형태로 형성된 액티브 부분이 하나의 케이싱 막(또는 한 쌍의 케이싱 막) 내에 샌드위치 형태로 삽입되어 밀봉 방식으로 용접된다. 케이싱 막은 환형의 밀봉된 시임을 형성하고, 셀 극들은 도체에 의해 형성되고, 상기 도체는 셀의 상부 면에서 밀봉된 시임을 통과하여 상부로 돌출한다. 셀들 사이에 냉각 판들이 배치되고, 상기 냉각 판은 셀의 평평한 면에 접촉하고, 셀의 하부에서 각각 휘어지며 거기서 냉각 플레이트 상에 놓인다. 셀 내에 발생된 열이 냉각 판을 통해 냉각 플레이트로 방출될 수 있다. 냉각 플레이트는 열 전달 매체에 의해 관류되고 열을 외부 열 교환기로 전달한다. 동일한 간행물에 소위 플랫 셀로서 형성된 셀들을 포함하는 배터리가 공지되어 있으며, 상기 셀들은 실질적으로 직육면체 형태로 형성되고 스택 형태로 차례로 냉각 플레이트 상에 배치되며 상기 냉각 플레이트와 함께 고정된다. 셀 극으로서 사용되는, 셀의 전기 전도성 측벽은 각각 냉각 플레이트를 향한 하부 면에서 휘어짐으로써, 거기에 있는 냉각 플레이트에 대한 가능한 큰 열 전달 면이 형성된다. 셀들은 2가지 경우에 고정 장치, 예컨대 별도의 고정 플레이트 및/또는 고정 스트랩에 의해 서로 고정되고 냉각 플레이트에 가압된다.
WO 2010/081704 A2에는 2개의 압력 프레임 및 다수의 스테이에 의해 다수의 셀들이 커피백-구성으로 프레임 소자들 사이에 고정된다. 동일한 간행물에, 배터리 블록 내에 연속하는 셀들 사이에 휘어질 수 있는 소자가 제공되는 것이 공지되어 있다. 따라서, 셀의 평평한 면에 대한 기계적 작용이 약화될 수 있고, 열 팽창과 같은 상대운동이 보상될 수 있다.
본 발명의 과제는 선행 기술에 따른 구성을 개선하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항들의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다.
본 발명에 따라 다수의 저장 셀, 상기 저장 셀들 또는 상기 저장 셀들에 의해 형성된 셀 어셈블리의 온도 제어를 위한 온도 제어 장치를 포함하는 에너지 저장 장치로서, 하나의 저장 셀과 다른 소자 사이에 바람직하게는 충격 흡수 저장 또는 이격을 위한 탄성 수단들이 제공되고, 상기 다른 소자는 다른 저장 셀, 지지 소자, 다른 하우징 부품 또는 열 전도 소자이며, 상기 탄성 수단들은 규정된 압력을 하나 또는 다수의 저장 셀들에 가하도록 형성되는, 에너지 저장 장치가 제공된다.
에너지 저장 장치는 본 발명의 의미에서 바람직하게는 전기 화학적 프로세스를 이용해서 특히 전기 에너지를 흡수하고, 저장하며 다시 방출할 수 있는 장치를 말한다. 저장 셀은 본 발명의 의미에서 바람직하게는 전기 화학적 프로세스를 이용해서, 특히 바람직하게는 리튬의 전기 화학적 특성을 기초로, 특히 전기 에너지를 흡수하고, 저장하며 다시 방출할 수 있는 에너지 저장 장치의 폐쇄된 기능 유닛을 말한다. 저장 셀은 예컨대 갈바니 1차 셀 또는 2차 셀(본 출원의 범주에서 1차 셀 또는 2차 셀은 구별 없이 배터리 셀이라 하고 이것으로 구성된 에너지 저장 장치는 배터리라 함), 연료 셀, 고출력 커패시터, 예컨대 슈퍼캡 등, 또는 다른 종류의 에너지 저장 셀일 수 있다. 특히, 배터리 셀로서 구성된 저장 셀은 예컨대 전기 화학적 변환 및 저장 프로세스가 일어나는 액티브 영역 또는 액티브 부분, 상기 액티브 부분을 주변으로부터 캡슐화하기 위한 하우징, 및 저장 셀의 전극으로서 사용되는 적어도 2개의 전류 도체를 포함한다. 액티브 부분은 예컨대 전극 장치를 포함하고, 상기 전극 장치는 바람직하게 전류 축적 막, 액티브 층 및 세퍼레이터 층을 가진 스택 또는 슬리브로서 형성된다. 액티브 및 세퍼레이터 층들은 적어도 부분적으로 독자적인 막 컷으로서 또는 전류 축적 막의 코팅으로서 제공될 수 있다. 전류 도체들은 전류 축적 막과 전기 접속되거나 또는 전류 축적 막에 의해 형성된다.
본 발명의 의미에서 온도 제어는 열의 방출 또는 공급, 특히 방출을 말한다. 이는 예컨대 열 방출 면에서의 열 방출에 의한 패시브 냉각으로서, 예컨대 열 교환 면에서 강제 대류에 의한 또는 예컨대 물, 오일 등과 같은 열 전달 매체의 순환을 이용한 열 교환에 의한 액티브 냉각으로서 구현될 수 있다. 미리 정해진 허용 온도 범위를 유지하기 위해 제어 수단 또는 조절 수단이 제공될 수 있다. 본 발명의 의미에서 온도 제어 장치는 에너지 저장 장치 내부에서 순수한 온도 교환을 위한 또는 주변과의 열 교환을 위한 장치를 말할 수 있다.
본 발명의 의미에서, 탄성 수단은 특히 저장 셀들 사이의, 또한 경우에 따라 저장 셀과 다른 소자 사이의 상대 운동을 흡수할 수 있는 소자를 말한다. 상기 소자는 예컨대 쿠션, 스트립, 층 등의 형태인 댐핑 소자일 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 의미에서 탄성 수단은 그 주변에 대한 압력을 특히 간접적으로 또는 직접적으로 하나 또는 다수의 저장 셀로 가하도록 형성되고 배치된다.
이와 관련해서, 규정된 압력은 본 발명에 따른 에너지 절감 장치의 적절한 작동시 초과 또는 미달되지 않는 상한치 또는 하한치를 가진 특정 범위에 놓인 값을 가진 압력을 의미한다. 상기 한계치들의 정확한 값들은 본 발명에 따른 에너지 절감 장치에 기초가 되는 기술에 의존하고, 상기 한계치들 내에서 본 발명에 따른 에너지 절감 장치의 적절한 작동이 기대되도록 선택된다. 상기 값들은 또한 다른 작동 파라미터, 예컨대 에너지 절감 장치를 구성하는 저장 셀의 내부에서의, 표면 상의, 또는 주변에서의 온도에 의존할 수 있다.
바람직하게는 탄성 수단이 온도 제어 장치의 기능적 구성 부분으로서 설계되고 배치된다. 이로 인해, 이러한 탄성 수단의 위치 및 사용과 관련한 구조적 제약이 극복될 수 있다. 이러한 제약은 종종 주어지는데, 그 이유는 댐핑 소자들이 종종 매우 낮은 열 전도성을 갖는 열 절연 재료, 예컨대 PU-포움, 세포 고무, 파형 보드 등으로 이루어져서, 효율적인 열 방출에 방해가 될 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 탄성 수단이 셀의 성형부에 대해 볼록하게 또는 오목하게 끼워 맞춰짐으로써, 상기 탄성 수단에 의해 가해진 압력은 상기 탄성 수단이 압력을 하나 또는 다수의 저장 셀에 가하도록 변화되거나 또는 유지되고, 상기 압력의 값은 본 발명에 따른 에너지 절감 장치의 적절한 작동시 초과 또는 미달되지 않는 상한치 또는 하한치를 갖는 특정 범위에 놓인다.
특히 바람직하게 탄성 수단은 셀의 성형부에 대해 볼록하게 또는 오목하게 끼워 맞춰짐으로써, 바람직하게는 현재 압력 상태에 따라 압력이 주어진다.
특히 바람직하게 탄성 수단은, 적어도 하나의 탄성 수단과 그 주변과의 접촉면(들)의 외부 형태 및 그에 따라 특히 크기가 적어도 하나의 저장 셀의 형태의 변화시 변화됨으로써, 이렇게 구현된 탄성 수단이 상기 접촉면 또는 접촉면들을 통해 그 주변에 가하는 압력이 본 발명에 따른 에너지 절감 장치의 적절한 작동시 초과 또는 미달되지 않는 상한치 또는 하한치를 가진 특정 범위 내에 놓이도록 구현된다.
바람직하게 탄성 수단은 그 내부에 일정한 또는 거의 일정한 압력이 주어지도록 구현된다. 이는, 예컨대 탄성 수단의 내부의 가스 체적이 일정한 압력 하에 놓이도록, 질량이 그 중력의 영향 하에 탄성 수단의 내부를 채우는 가스 체적에 결합됨으로써 달성된다. 이 경우 변하는 힘이 외부로부터 상기 탄성 수단의 외부 케이싱에 가해지면, 상기 외부 케이싱은 상기 변하는 힘의 모든 값에서 상기 힘과 -외부 케이싱의 형태에 의존하는- 접촉면의 크기의 몫이 가스 체적 내부의 일정한 압력에 상응하도록 변형된다. 거의 일정한 압력은 본 발명에 따른 에너지 절감 장치의 적절한 작동시 초과 또는 미달되지 않는 상한치 또는 하한치를 가진 특정 범위에 놓인 값을 가진 압력이다.
이에 대한 대안으로서, 탄성 수단은 주어진 온도에서 증기가 평형 상태인 액체로 부분적으로 채워짐으로써, 상기 액체의 증기가 액체에 의해 채워지지 않은, 탄성 수단의 내부 체적의 부분을 채운다. 탄성 수단 내부의 압력은 이 경우, 주어진 온도에 의존하는, 액체의 증기 압력에 의해 주어진다. 상기 온도가 일정하게 또는 거의 일정하게 유지될 수 있으면, 탄성 수단 내부의 압력도 일정하게 유지된다.
바람직한 실시예에서, 탄성 수단은 열 전도성 케이싱 및 내부 챔버를 포함할 수 있고, 상기 내부 챔버는 탄성적으로 휘어질 수 있는 재료로 채워진다. 다른 바람직한 실시예에서, 탄성 수단은 열 전도성 및 탄성적으로 휘어질 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 탄성 수단은 열 전도성 또는 열 투과성 케이싱 및 내부 챔버를 포함할 수 있고, 상기 내부 챔버는 열 전도성 및 탄성적으로 휘어질 수 있는 재료로 채워진다.
열 전도성 재료는 본 발명의 의미에서 기술적 의미에서 열 전도체로서 사용될 수 있는 열 전도성을 갖는 재료를 말한다. 이와 관련해서, 기술적으로 유용한 그리고 구조적으로 의도된 열 전도성이 문제되며, 열 절연 재료에 존재하는 최소의 물리적으로 불가피한 잔류 열전도는 문제되지 않는다. 기술적으로 유용한 열 전도성의 하한치는 약 10 내지 20 W m-1K- 1 의 범위에 있을 수 있다; 이는 고-합금 강 및 양호한 열 전도성 충전 재료가 제공된 몇몇 플라스틱의 열 전도성에 상응한다. 열 전도성이 적어도 40 내지 50 W m-1K- 1 의 범위에 놓이는 것이 바람직하고, 이는 스프링 강(예컨대 55Cr3)의 열 전도성에 상응한다. 적어도 100 또는 수 100 W m-1K- 1 의 열 전도성이 주어지는 것이 특히 바람직하다. 예컨대, 148 W m-1K-1 을 가진 실리콘 또는 221 내지 237 W m-1K-1 을 가진 알루미늄 또는 240 내지 400 W m-1K-1 을 가진 구리 또는 약 430 W m-1K-1 을 가진 은이 적합할 수 있다. 약 6000 W m-1K- 1 의 열 전도성을 가진 탄소 나노 튜브는 상기 관점과 관련해서 현재 달성 가능한 최고치를 나타낸다; 이것의 사용 또는 다른 특수 재료는 비용, 처리 가능성 및 그 밖의 기술적 적합성과 관련해서 고려될 수 있다. 이러한 배경에서, 본 발명의 의미에서 열 전도성 재료로 형성한다는 것은 탄성 수단 또는 그 구성 부분이 실질적으로 상기 재료로 이루어지거나 또는 강도, 전기 절연, 온도 내성 또는 그 밖의 특성 또는 사용 목적의 이유로 상기 재료로 이루어진 코어, 코팅 또는 층, 재킷 등을 포함하는 것을 의미한다. 적합한 재료 조합에 의해, 열 전도와 댐핑 사이의 바람직한 특성이 설정될 수 있다. 상기 재료와 동일한 재료, 또는 다른 양호한 열 전도체, 예컨대 세라믹 또는 다이아몬드는 열 전도성 플라스틱용 충전 재료로서 고려된다. 열 절연성 포움이 이러한 재료로 도핑됨으로써 약 10 내지 20 W m-1K-1 범위의 기술적으로 유용한 열 전도성을 가질 수 있다. (열 전도성에 대한 모든 표시는 야금 후 20℃에서 측정, Die Grundlage der Ingenieurwissenschaften, Springer-Verlag, 제 31 권 2000, Engelkraut 등, Waermeleitfaehige Kunststoffe fuer Entwaermungsaufgaben, Fraunhofer Institut fuer Integrierte System und Bauelementetechnologie, Stand 15. 07. 2008, Deutsche Edelstahlwerke, Datenblatt 1.7176, und Wikipedia, Artikel zu "Waermeleitfaehigkeit", Stand 22.02.411; Rundungen und Bereichszusammenfassungen ggf. diesseits.)
탄성 수단이 적어도 부분적으로, 바람직하게는 평평하게 저장 셀의 열 교환 면에 접촉하면, 양호한 열 전달이 달성될 수 있다.
양호한 열 전도성을 가진 탄성 수단의 다른 장점은 탄성 수단 내부의 온도 및 그에 따라 압력을 일정하게 유지할 수 있는 가능성에 있다. 특히, 탄성 수단이 주어진 온도에서 증기가 평형 상태인 액체로 부분적으로 채워져서, 상기 액체의 증기가 액체로 채워지지 않은 탄성 수단의 내부 체적의 부분을 채우는 실시예에서 그러하다. 탄성 수단 내부의 압력은 이 경우, 주어진 온도에 의존하는 액체의 증기 압력에 의해 주어진다. 상기 온도가 일정하게 또는 거의 일정하게 유지될 수 있다면, 탄성 수단 내부의 압력도 일정하게 유지된다.
바람직한 실시예에서, 탄성 수단들은 예컨대 기술적 기본 조건들을 고려하기 위해 전기 전도성으로 또는 전기 절연성으로 형성된다. 특히 바람직하게 탄성 수단은 적어도 부분적으로 전기 전도성 또는 전기 절연성 케이싱을 포함하고, 상기 케이싱은 특히 바람직하게 양호한 열 전도성을 갖는다.
바람직한 실시예에서, 탄성 수단들은 각각의 저장 셀에 고정되거나 또는 각각의 저장 셀의 일체형 구성 부분으로서 형성된다.
다른 바람직한 실시예에서, 탄성 수단들은 적어도 부분적으로 각각의 저장 셀들 사이에 배치된 각각의 열 전도 소자에 고정되거나 또는 상기 열 전도 소자의 일체형 구성 부분으로서 형성된다.
특히 바람직하게 온도 제어 장치는 열 교환 장치 및 열 전도 소자들을 포함하고, 상기 열 전도 소자들은 적어도 부분적으로 각각의 저장 셀들 사이에 배치되고 상기 열 교환 장치와 열 전도 접촉된다.
다른 바람직한 실시예에서, 저장 셀을 고정하기 위한 고정 장치가 제공되고, 상기 고정 장치는 바람직하게 온도 제어 장치의 기능적 구성 부분으로서 설계되어 장착된다. 본 발명의 의미에서 고정은 고정력에 의해 미리 정해진 위치, 특히 상대 위치에 고정을 말한다. 고정시 탄성력 및 마찰력이 이용될 수 있다. 고정은 또한 형상 끼워맞춤 방식의 위치 고정을 배제하지 않는다; 서로 떨어지는 것을 방지하는 것에 제한될 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 고정 장치가 온도 제어 장치의 기능적 구성 부분으로서 설계되어 배치되면, 고정 장치는 저장 셀 또는 셀 어셈블리의 온도 제어와 관련된 기능들도 수행할 수 있다. 이 기능들은 예컨대 저장 셀로부터 및 저장 셀로의 열 전달, 열 방출 면을 통한 열 방출, 열 전달 매체로부터 및 열 전달 매체로의 열 전달, 열원으로부터 및 열원으로의, 히트 싱크로부터 및 히트 싱크로의 및/또는 그와 같은 것으로부터 그와 같은 것으로의 열 전달을 포함할 수 있다. 이를 위해 예컨대 고정 장치가 열 전도성 재료로 형성될 수 있다.
예컨대, 고정 장치는 적어도 하나의 고정 스트랩을 포함하고, 상기 고정 스트랩은 열 전도성 재료로 형성되며 바람직하게는 적어도 섹션들에서 탄성적으로, 예컨대 파형 스프링 형태로 형성되고 및/또는 고정 섹션, 예컨대 타이트너 등을 포함한다. 바람직하게는 다수의 고정 스트랩들이 제공되고, 상기 고정 스트랩들 중 적어도 하나의 고정 스트랩은 적어도 하나의 다른 고정 스트랩을 커버한다. 본 발명의 의미에서 고정 스트랩은 저장 셀들의 장치를 서로에 대해 고정하는, 특히 휘감아 고정하는데 사용될 수 있는 긴, 특히 평평한, 스트랩 형태의 소자를 말한다. 응력 하에서 조립을 가능하게 하기 위해, 폐쇄 메커니즘, 고정 메커니즘 등이 제공될 수 있다. 탄성적으로 형성함으로써, 셀 블록에 균일한 고정력이 가해질 수 있다. 고정 스트랩의 탄성 연장은 예비 응력 하에서 조립시 고정 스트랩이 셀 블록에 비해 오버사이즈를 갖고 셀 블록 위에 접촉할 수 있도록 설계될 수 있다. 예비 응력이 줄어들면, 고정 스트랩이 셀 블록 둘레에 단단히 놓인다. 이를 위해 고정 스트랩은 섹션들에서 예컨대 파형 스프링 형태로 형성될 수 있다. 특히 바람직하게, 파형 스프링 형태로 형성된 섹션들은, 응력 하에서 저장 셀, 열 전도 소자 등의 열 교환 면과 면 접촉하는 평평한 섹션을 포함한다.
다른 실시예에서, 고정 장치는 열 전도 재료로 형성된 다수의 스테이를 포함할 수 있다. 본 발명의 의미에서, 스테이는 길게 형성된, 특히 셀 스택의 전체 길이를 돌출하는 바아를 말한다. 상기 바아는 특히 저장 셀의 스택 방향으로 각각 외측의 저장 셀들을 가압하는 압력 소자, 예컨대 플레이트 또는 플랜지에 의해 셀 블록을 고정한다. 통상 다수의 스테이, 예컨대 4개, 6개, 8개 또는 그 이상의 스테이가 제공된다. 이러한 스테이들은 조임, 나사 결합 또는 너트를 이용한 나사 결합에 의한 확실한 고정을 가능하게 하기 위해, 예컨대 한 단부에 헤드를 그리고 다른 단부에 나사산을 또는 양 단부에 나사산을 갖는다. 스테이의 사용은 저장 셀의 상응하는 디자인에서 저장 셀들이 고정 전에 비교적 간단히 스테이 상에 끼워질 수 있다는 장점을 가지며, 이는 조립을 간단하게 할 수 있다.
스테이들은 예컨대 프레임 플랫 셀의 프레임 소자들의 상응하는 리세스들을 통해 연장되며 이들로부터 열을 흡수할 수 있다. 고정 장치는 또한 지지 소자들 및 고정 소자들을 포함하고, 지지 소자들은 그들 사이에 저장 셀을 지지하기 위해 저장 셀과 교대로 배치된다. 고정 소자들은 저장 셀을 가진 지지 소자를 고정하고, 지지 소자는 적어도 부분적으로 저장 셀의 열 교환 면과 열 결합되며, 고정 소자는 적어도 부분적으로 지지 소자의 열 교환 면과 접촉한다. 지지 소자들이 적어도 저장 셀과의 접촉면과 열 전도 재료를 가진 고정 소자와의 접촉면 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 배터리 블록에 대한 지지 소자와 저장 셀의 확실한 고정이 제공될 수 있다. 예컨대 고정 스트랩들이 고정 소자들로서 제공되는 경우, 지지 소자들의 열 교환 면들은 지지 소자들의 외부면들, 특히 가장자리 면들일 수 있다. 예컨대 스테이와 같은 고정 소자들은 지지 소자 내의 관통부, 예컨대 홀을 통해 안내될 수 있다; 이 경우 지지 소자들의 열 교환 면들은 관통부들의 내부면들에 의해 형성될 수 있다. 저장 셀들의 열 교환 면들은 저장 셀들의 평평한 면들 또는 가장자리 면들에 의해, 전류 도체에 의해 또는 전류 도체의 통과 영역에서 저장 셀의 하우징에 의해 제공될 수 있다.
고정 장치가 적어도 부분적으로, 특히 면 접촉에 의해 열 교환 장치의 섹션과 열 결합되는 것이 바람직하다. 열 교환 장치는 바람직하게 열 전달 매체 회로에 접속되고, 열 전달 매체 회로는 바람직하게 제어 또는 조절 가능하다. 이로 인해, 고정 장치는 저장 셀로부터 흡수된 열을 열 교환 장치로 전달하고 거기서 열 전달 매체, 예컨대 물 또는 오일로 방출한다. 가열된 열 전달 매체는 열 전달 매체 회로를 통해 순환할 수 있고, 다른 지점에서, 흡수된 열을 예컨대 공기 냉각기 등으로 다시 방출할 수 있다.
다른 관점에 따라, 액티브 부분, 상기 액티브 부분을 둘러싸는 하우징 및 탄성 수단을 포함하며, 상기 탄성 수단은 저장 셀에 고정되거나 또는 저장 셀의 일체형 구성 부분으로서 형성되며 다른 소자에 대한 저장 셀의 충격 흡수 저장 또는 이격을 위해 설계되고 배치되는 에너지 저장 셀, 에너지 저장 셀들 사이에 배치되는 열 전도 소자는, 열 전도 소자에 고정되거나 또는 열 전도 소자의 일체형 구성 부분으로서 형성되고 열을 전도하도록 설계되며 배치되는 탄성 수단이 제공되고, 특히 얇은 벽의 지지 구조를 가지며 특히 에너지 저장 셀을 수용하기 위한 열 전도 소자가 제공되며, 상기 얇은 벽의 구조는 바람직하게 플랫 직육면체의 형태를 갖고, 상기 얇은 벽의 구조는 적어도 하나의 평평한 면 및 상기 평평한 면에 인접하는 적어도 2개의 좁은 면을 포함하고, 열 전도 소자에 고정되거나 또는 상기 열 전도 소자의 일체형 구성 부분으로서 형성되며 열을 전도하도록 설계되고 배치되는 탄성 수단이 제공되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 탄성 수단들이 각각 상기 설명에 따라 형성된다.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치, 본 발명에 따른 에너지 저장 셀 및 본 발명에 따른 열 전도 소자는 특히 자동차에 사용하기 위해 제공되고, 자동차는 특히 하이브리드 차 또는 전기 차이다.
본 발명의 전술한 및 다른 특징들, 과제들 및 장점들은 첨부된 도면을 참고로 하는 하기 설명에 명확히 나타난다.
본 발명에 의해, 선행 기술에 따른 구성이 개선된다.
도 1은 프레임 플랫 셀의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1에 따른 셀의 개략적인 횡단면도.
도 3은 도 1에 따른 셀의 개략적인 분해 사시도.
도 4는 다수의 프레임 플랫 셀을 구비한 배터리의 개략적인 분해 사시도.
도 5는 조립된 상태에서 도 4에 따른 배터리의 개략적인 사시도.
도 6은 댐핑 소자의 개략적인 횡단면도.
도 7은 다른 댐핑 소자의 개략적인 횡단면도.
도 8은 다른 댐핑 소자의 개략적인 횡단면도.
도 9는 다른 프레임 플랫 셀의 개략적인 분해 사시도.
도 10은 유사한 프레임 플랫 셀의 개략적인 분해 사시도.
도 11은 프레임 플랫 셀을 구비한 다른 배터리의 개략적인 사시도.
도 12는 댐핑 소자를 구비한 파우치 셀의 개략적인 사시도.
도 13은 프레임 소자들 사이에 스테이에 의해 고정된 다수의 파우치 셀을 구비한 배터리의 개략적인 사시도.
도 14는 개별 셀과 열 전도 소자의 개략적인 사시도.
도 15는 개별 셀과 열 전도 소자의 개략적인 횡단면도.
도 16은 개별 셀과 열 전도 소자의 개략적인 횡단면도.
도 17은 개별 셀과 열 전도 소자의 개략적인 분해 사시도.
도 18은 개별 셀과 열 전도 소자의 개략적인 분해 사시도.
도 19는 배터리의 개략적인 분해 사시도.
도 20은 조립된 배터리의 개략적인 사시도.
도 21은 열 전도 소자의 개략적인 횡단면도.
도 22는 프레임 플랫 셀을 구비한 열 전도 소자의 개략적인 사시도.
도 23은 유사한 열 전도 소자의 개략적인 사시도.
도 24는 다수의 프레임 플랫 셀로 이루어진 3개의 공간 방향으로 고정된 셀 블록을 구비한 배터리의 개략적인 사시도.
도 25는 고정 스트랩에 의해 배터리 하우징 벽과 고정된, 다수 열의 원통형 배터리 셀을 구비한 배터리의 개략적인 평면도.
도 26은 고정 스트랩에 의해 2개의 배터리 하우징 벽들 사이에 고정된, 다수 열의 원통형 배터리 셀을 구비한 배터리의 개략적인 평면도.
도면은 개략적으로 도시되며, 적어도 실질적으로 본 발명의 이해를 돕기 위한 특징들만을 나타낸다. 도면에 나타난 치수 및 크기 비율은 실질적으로 명확히 나타낼 목적으로 선택되었기 때문에 제한적으로 이해되어서는 안 되며, 설명과는 약간 다를 수 있다.
모든 도면에서 서로 상응하는 부분들은 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1 및 도 2는 플랫 셀로서 형성된 갈바니 셀(2)(개별 셀(2) 또는 셀(2)이라고도 함)을 도시한다. 개별 셀(2)의 셀 하우징은 2개의 셀 하우징 측벽(2.1, 2.2) 및 그 사이에 배치된, 가장자리 측 셀 하우징 프레임(2.3)으로 형성된다.
개별 셀(2)의 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)은 전기 전도성으로 구현되고 개별 셀(2)의 극(P+, P-)을 형성한다.
네거티브 극(P-)의 셀 하우징 측벽(2.1) 상에 2개의 댐핑 소자들(2.4)이 배치된다. 댐핑 소자들(2.4)은 탄성적으로 휘어지는 특성을 갖도록 형성된다. 추가로 댐핑 소자들(2.4)은 전기 전도성으로 형성되고 양호한 열 전도성을 갖는다. 댐핑 소자들(2.4)은 셀 하우징 측벽(2.1)과 접착되며, 상기 접착은 열 전도성으로 또는 열 투과성으로 그리고 전기 전도성으로 구현된다.
개별 셀(2)은 적어도 3개의 전압-접속 콘택(K1 내지 K3)을 포함한다. 특히 극(P-)을 형성하는 셀 하우징 측벽(2.1)은 적어도 2개의 전압-접속 콘택(K1, K2)을 포함하고, 상기 콘택들은 특히 셀 내부에서 서로 전기 접속되고, 특히 병렬 접속된다. 제 1 전압-접속 콘택(K1)은 개별 셀(2)의 극(P-) 및 그에 따라 셀 하우징 측벽(2.1)에 전기 전도성으로 제공된 댐핑 소자(2.4)에 의해 형성된다. 제 2 전압- 접속 콘택(K2)은 측정 접속부(2.11)로서 구현되고, 상기 측정 접속부는 임의의 위치에서, 여기서는 셀(2)의 상부면에서 셀 하우징 측벽(2.1)을 방사방향으로 돌출한다. 즉, 돌출부 형태의 연장부로서 개별 셀(2)을 돌출한다.
제 3 전압-접속 콘택(K3)은 극(P+)을 형성하는 셀 하우징 측벽(2.2)에 의해 형성된다.
셀 하우징 프레임(2.3)이 전기 절연성으로 구현됨으로써, 상이한 극성의 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)은 서로 전기 절연된다. 셀 하우징 프레임(2.3)은 추가로 상부 면에 부분적 재료 상승부(2.31)를 포함하고, 상기 재료 상승부의 기능은 도 4 및 도 5의 설명에서 상세히 설명된다.
도 2는 도 1에 따른 개별 셀(2)을 횡단면도로 도시하고, 여기서는 셀 하우징(2) 내에 전극 스택(2.5)이 배치된다.
중간 영역 내에 상이한 극성의 전극 막들(2.51), 특히 알루미늄 막들 및/또는 구리 막들 및/또는 금속 합금으로 이루어진 막들이 적층되고, 세퍼레이터(상세히 도시되지 않음), 특히 세퍼레이터 막에 의해 서로 전기 절연된다.
전극 스택(2.5)의 중간 영역을 돌출하는 전극 막(2.51)의 가장자리 영역 내에서 동일한 극성의 전극 막들(2.51)이 서로 전기 접속된다. 따라서, 동일한 극성의 전극 막들(2.51)의 서로 접속된 단부들은 극 콘택(2.52)을 형성한다. 개별 셀(2.2)의 상이한 극성의 극 콘택들(2.52)은 또한 전류 도체 돌출부(2.52)라고도 한다. 상세하게는 전극 막(2.51)의 단부들이 서로 전기 전도되도록 가압 및/또는 용접되고, 전극 스택(4)의 전류 도체 돌출부(2.52)를 형성한다.
전극 스택(2.5)은 상기 전극 스택(2.5)을 가장자리 측에서 둘러싸는 셀 하우징 프레임(2.3) 내에 배치된다. 셀 하우징 프레임(2.3)은 2개의 서로 이격된 재료 축소부(2.33, 2.34)를 포함하고, 상기 재료 축소부들은 상이한 극성의 전류 도체 돌출부들(2.52)이 재료 축소부(2,33, 2.34) 내에 배치되도록 형성된다. 재료 축소부(2.33, 2.34)의 내부 높이(h1)는 영향을 주지 않도록 적층된 전류 도체 돌출부(2.52)의 크기에 상응하거나 또는 그보다 작게 형성된다. 재료 축소부(2.33, 2.34)의 깊이(t)는 전류 도체 돌출부(2.52)의 크기에 상응하거나 또는 그보다 크게 형성된다.
셀 하우징 프레임(2.3)이 바람직하게 전기 절연 재료로 제조되기 때문에, 상이한 극성의 전류 도체 돌출부들(7)은 서로 전기 절연되므로, 전기 절연을 위한 추가의 장치가 필요 없다.
예컨대 상세히 도시되지 않은 방식으로 셀 하우징 프레임(2.3) 내의 리세스 내로 평평한 면(2.8)의 접착 및/또는 플랜징에 의해 이루어지는, 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)의 고정시, 상이한 극성의 전류 도체 돌출부들(2.52)이 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)에 대해 가압되므로, 전류 도체 돌출부(2.52)의 각각의 전위가 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)에 인가되고, 상기 측벽들은 개별 셀(2)의 극(P+, P-)을 형성한다.
본 발명의 개선예에서, 예컨대 구리로 제조된 전류 도체 돌출부들(2.52)과 예컨대 알루미늄으로 제조된 하우징 측벽들(2.1, 2.2) 사이에 추가로 상세히 도시되지 않은, 예컨대 니켈로 제조된 막이 배치됨으로써, 전류 도체 돌출부들(2.52)과 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2) 사이의 전기 접속이 개선된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상세히 도시되지 않은 전기 절연막이 전류 도체 돌출부들(2.52)과 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2) 사이에 배치되거나 또는 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)이 한 면에서 전기 절연 층으로 형성됨으로써, 전류 도체 돌출부들(2.52)과 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)의 전기 콘택팅이 상세히 설명되지 않은, 외부로부터 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)을 통한, 선행 기술에 공지된 용접 방법에서도 이루어질 수 있다.
도 2에 따라, 댐핑 소자들(2.4)은 하우징 측벽(2.1) 상의 전류 도체 돌출부(2.52)와 거의 동일한 높이에 배치되고, 하우징 측벽(2.1)으로부터 측정해서 높이(h2)를 갖는다. 전극 스택(2.5)을 제한하는 셀(2)의 평평한 면(2.8) 또는 하우징 측벽(2.1)의 부분에는 댐핑 소자(2.4)가 없다. 셀 스택의 방향(스택 방향 s)으로 다수의 개별 셀(2)의 배열 또는 고정시 압력(D)이 개별 셀(2)에 가해지면, 전류 도체 돌출부(2.52) 및 셀 하우징 프레임(2.3)의 인접 영역으로 압력(D)의 도입은 제한되는 한편, 전극 스택(2.5)은 압력을 받지 않는 상태로 유지된다. 이는 전극 스택(2.5)이 개별 셀(2)의 작동 동안 스택 방향(s)으로 팽창되는 경우에도 유지된다.
도 3은 도 1 및 도 2에서 상세히 설명된 개별 셀(2)의 분해도이고, 셀 하우징 프레임(2.3) 및 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2) 내에 전극 스택(2.5)의 배치도 나타낸다.
돌출부 형태의 측정 접속부(2.11)를 가진 셀 하우징 측벽(2.1)은 하부 영역에서 에지 폴딩(2.12)을 형성하기 위해 셀 하우징 프레임(2.3)의 방향으로 90°휘어지므로, 도 4 및 도 5에 도시된 열 전도 플레이트(4)의 사용시 유효 열 전달 면(A1)의 확대 및 그에 따라 배터리(1)의 냉각의 개선이 달성된다.
이 실시예의 변형예에서, 댐핑 소자(2.4)는 다른 하우징 측벽(2.2) 또는 2개의 하우징 측벽(2.1, 2.2) 상에 배치된다. 마지막 변형예에서, 다른 실시예로서 댐핑 소자(2.4)가 하우징 측벽(2.1)의 상부 영역에 그리고 다른 댐핑 소자(2.4)가 하우징 측벽(2.2)의 하부 영역에 또는 그 반대로 배치된다. 이러한 배치는 특히 측정 접속부(2.11)가 없는 경우 셀의 의도치 않은 극성 반전을 방지하는데, 그 이유는 댐핑 소자(2.4)의 위치에 의해 극 위치가 코딩되기 때문이다.
도 4 및 도 5에는 예컨대 차량, 특히 하이브리드 차 및/또는 전기 차에 사용되는 배터리(1)가 분해도 및 사시도로 도시된다.
도 4는 다수의 개별 셀(2)로 형성된 셀 어셈블리(Z)를 구비한 배터리(1)의 분해도를 도시한다. 셀 어셈블리(Z)를 형성하기 위해, 다수의 개별 셀(2)의 극들(P+, P-)이 배터리(1)의 소정 전압 및 출력에 따라 서로 직렬 및/또는 병렬로 전기 접속된다. 본 발명의 개선예에서, 배터리(1)의 소정 전압 및 출력에 따라 셀 어셈블리(Z)가 임의의 수의 개별 셀(2)로 형성될 수 있다.
상이한 전위를 가진 인접한 개별 셀들(2)의 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)이 각각 댐핑 소자들(2.4)을 통해 전기 접촉됨으로써, 개별 셀(2)의 극(P+, P-)의 직렬 전기 접속이 구현된다. 특히 개별 셀들(2) 중 하나의 개별 셀의 셀 하우징 측벽(2.2)이 돌출부 형태의 측정 접속부(2.11)를 가진 셀 하우징 측벽(2.1)에 제공된 인접한 개별 셀(2)의 댐핑 소자(2.4)에 압력 끼워맞춤, 형상 끼워맞춤 및/또는 재료 결합 방식으로 접촉하고, 댐핑 소자들(2.4)이 전기 전도성이기 때문에, 이로 인해 인접한 개별 셀(2)과 전기 접속된다.
배터리(1)는 본 발명의 도시된 실시예에서 30개의 개별 셀(2)로 형성되고, 상기 개별 셀들은 서로 직렬로 전기 접속된다. 배터리(1)로부터 및/또는 배터리(1) 내로 전기 에너지를 인출 및/또는 공급하기 위해, 특히 제 1 개별 셀(E1)의 포지티브 극(P+)을 형성하는 셀 어셈블리(Z)의 제 1 개별 셀(E1)의 셀 하우징 측벽(2.2)에 전기 접속 소자(10)가 배치된다. 상기 접속 소자(10)는 전기 접속 돌출부로서 구현되고, 배터리(1)의 포지티브 극 접속부(Ppos)를 형성한다.
특히 마지막 개별 셀(E2)의 네거티브 극(P-)을 형성하는 셀 어셈블리(Z)의 마지막 개별 셀(E2)의 셀 하우징 측벽(2.1)에도 전기 접속 소자(11)가 배치된다. 상기 접속 소자(11)는 전기 접속 돌출부로서 구현되고, 배터리(1)의 네거티브 극 접속부(Pneg)를 형성한다. 여기서, 적어도 마지막 개별 셀(E2)의 상부 댐핑 소자(2.4)는 제거된다.
배터리(1)의 하부 면에서 셀 어셈블리(Z)는 열 전도 플레이트(3)와 열 결합된다. 열 전도 플레이트는 열 전달 매체 접속부(3.1)를 포함하고, 상기 열 전달 매체 접속부는 열 전도 플레이트(3)의 내부에 배치된, 예컨대 구불구불한 형태의 및 경우에 따라 분기된 열 전달 매체 채널(상세히 도시되지 않음)과 연결된다. 셀 하우징 프레임(2.3)의 방향으로 90°휘어진 에지 폴딩(2.12)을 가진 셀 하우징 측벽들(2.1)은 직접 또는 간접적으로 열 전도성 재료, 특히 열 전도 막(4)을 통해 열 전도 플레이트(3)에 열 결합됨으로써, 배터리(1)의 효과적인 냉각이 달성된다.
본 발명의 개선예에서, 열 전도성 재료는 추가로 또는 대안으로서 주조 물질 및/또는 래커로 형성될 수 있다.
개별 셀들(2)을 압력 끼워맞춤 방식으로 결합하여 셀 어셈블리(Z)를 형성하기 위해 그리고 열 전도 플레이트(3) 및 열 전도 막(4)을 셀 어셈블리(Z)에 압력 끼워맞춤 방식으로 결합하기 위해, 셀 어셈블리(Z), 열 전도 플레이트(3) 및 열 전도 막(4)이 하나의 하우징 프레임 내에 배치된다. 상기 하우징 프레임은 특히 셀 어셈블리(Z)를 완전히 둘러싸는 하나 또는 다수의 고정 소자(8), 예컨대 고정 스트랩으로 형성되고, 상기 고정 스트랩은 개별 셀들(2) 또는 셀 어셈블리(Z), 열 전도 플레이트(3) 및 열 전도 막(4)을 수평 방향으로 및 수직 방향으로 압력 끼워맞춤 방식으로 결합한다. 고정 소자(8)의 확실한 지지를 가능하게 하기 위해, 열 전도 플레이트(3)의 하부 면에 바람직하게는 고정 소자(8)의 치수에 상응하는 재료 홈(3.2)이 형성된다.
본 발명의 상세히 도시되지 않은 개선예에서, 몇몇 또는 모든 부품, 즉 개별 셀들(2), 열 전도 플레이트(8), 열 전도 막(11) 또는 전체 배터리(1)가 대안으로서 또는 추가로 배터리 하우징 내에 부분적으로 또는 완전히 캡슐화되어 장착될 수 있다.
본 발명의 상기 실시예에서, 댐핑 소자들(2.4)은 탄성적으로 휘어질 수 있고, 전기 전도성이며 열 전도성으로 형성된다. 따라서, 셀(2)의 극(P- 및 P+)을 형성하는 하우징 측벽들(2.1, 2.2)이 인접한 셀들 사이에서 댐핑 소자(2.4)를 통해 확실하게 전기 접촉될 수 있다. 또한, 고정 스트랩들(8)을 통해 셀 블록(Z) 내로 도입되는 압력은 댐핑 소자들(2.4)을 통해 셀(2)의 프레임 영역 내로 도입된다. 전극 스택(2.5)의 영역은 고정력을 받지 않는 상태로 유지된다. 셀(2), 특히 전극 스택(2.5)은 작동 중에 비교적 자유로이 스택 방향으로 팽창될 수 있다. 진동은 댐핑 소자(2.4) 내에서 흡수될 수 있고, 개별 셀들(2)은 기계적으로 거의 서로 분리된다. 끝으로, 댐핑 소자들(2.4)은 양호한 열 전도성을 갖는다. 이로 인해, 인접한 개별 셀들(2) 사이의 열 교환이 이루어질 수 있다. 개별 셀(2)의 초과량의 열은 상기 개별 셀(2)의 셀 하우징 측벽(2.1)을 통해 방출될 뿐만 아니라, 추가로 인접한 개별 셀(2)의 셀 하우징 측벽(2.1)을 통해서도 방출될 수 있다.
배터리(1)가 예컨대 리튬-이온-고볼트-배터리이면, 일반적으로 예컨대 개별 셀(2)의 셀 전압을 모니터링하고 정정하는 특별한 전자 회로, 배터리(1)의 전력 소비 및 방출을 제어하는(=배터리 제어) 배터리 관리 시스템, 및 배터리(1)의 오동작시 배터리(1)를 전기 네트워크로부터 확실히 분리하는 안전 소자가 필요하다.
본 발명의 도시된 실시예에서, 적어도 셀 전압 모니터링을 위한 및/또는 셀 전압 보상을 위한 상세히 도시되지 않은 장치를 포함하는 전자 소자(13)가 제공된다. 전자 소자(13)는 본 발명의 개선예에서, 캡슐화된 전자 유닛으로서도 형성될 수 있다.
전자 소자(13)는 헤드 측에서 셀 어셈블리의 고정 소자(12)와 개별 셀(2)의 셀 하우징 프레임(2.3) 상에 배치된다. 전자 소자(13)의 가능한 큰 지지면과 동시에 셀 어셈블리(Z)의 상부 면에 고정 소자(8)의 고정을 달성하기 위해, 각각의 개별 셀(2)의 프레임(2.3)의 상부 면에는 부분적으로 재료 상승부(2.31)가 형성되고, 상기 재료 상승부(2.31)의 높이는 고정 소자(8)의 두께에 상응한다. 셀 어셈블리(Z) 및/또는 고정 소자(8)에 전자 소자(13)를 고정하기 위해, 상세히 도시되지 않은 압력 끼워맞춤, 형상 끼워맞춤 및/또는 재료 결합 기술이 사용된다.
셀 어셈블리(Z)와 전자 소자(13)의 전기 접촉을 위해, 셀 하우징 측벽(2.1)에 배치된 돌출부 형태의 측정 접속부(2.11)는 전자 소자(13) 내에 배치된 콘택 소자들(13.3)에 의해 안내되고, 상기 콘택 소자들은 돌출부 형태의 측정 접속부(2.11)에 상응하는 형태를 갖는다.
추가로 도시되지 않은 다른 전자 유닛들이 제공되고, 상기 유닛들은 예컨대 배터리 관리 시스템, 배터리 제어부, 안전 소자 및/또는 배터리(1)의 작동 및 제어를 위한 다른 장치를 포함한다.
도 6은 제 1 바람직한 실시예에서, 도 1 , 도 2 또는 도 3에 도시된 댐핑 소자(2.4)의 구성을 개략적인 횡단면도로 도시한다.
도 6에 따라 댐핑 소자(2.4)는 제 1 셸(2.41) 및 제 2 셸(2.42)을 포함한다. 셸들(2.41), (2.42)은 시임(2.43)에서 예컨대 용접, 접착 등에 의해 서로 결합된다. 셸들(2.41, 2.42)은 전기 전도성 및 열 전도성 재료, 예컨대 알루미늄, 또는 그와 같은 것으로 제조된다. 셸들(2.41, 2.42)은 내부 챔버(2.44)를 포함하고, 상기 내부 챔버는 도시된 실시예에서 절연재, 예컨대 PU-포움, 세포 고무, 펠트 등으로 채워진다. 다른 실시예에서 내부 챔버(2.44)를 공기로만 채우는 것도 가능하다.
도 7은 다른 바람직한 실시예에서, 도 1, 도 2 또는 도 3에 도시된 댐핑 소자(2.4)의 구성을 개략적인 횡단면도로 도시한다.
도 7에 따라 댐핑 소자(2.4)는 제 1 셸(2.41) 및 제 2 셸(2.42)을 포함한다. 셸들(2.41), (2.42) 사이에 가장자리 측에서 벨로우즈 구조(2.45)가 연장되고, 상기 벨로우즈 구조는 시임(2.43)에서 셸들(2.41, 2.42)에 결합된다. 셸들(2.41, 2.42)은 전기 전도성 및 열 전도성 재료, 예컨대 알루미늄, 또는 그와 같은 것으로 제조된다. 셸들(2.41, 2.42)은 내부 챔버(2.44)를 포함하고, 상기 내부 챔버는 도시된 실시예에서 절연재, 예컨대 PU-포움, 세포 고무, 펠트 등으로 채워진다. 다른 실시예에서, 벨로우즈 구조(2.45)가 상응하는 강성을 가지면, 내부 챔버(2.44)를 공기로만 채우는 것도 가능하다.
도 8은 다른 바람직한 실시예에서 도 1, 도 2 또는 도 3에 도시된 댐핑 소자(2.4)의 구성을 개략적인 횡단면도로 도시한다.
도 8에 따라 댐핑 소자(2.4)는 포움 블록(2.45)을 포함한다. 포움 블록(2.45)은 열 전도성 및 전기 전도성 플라스틱을 포함한다. 다른 실시예에서, 포움 블록(2.45)은 전기 및 열 절연성 재료로 발포되고, 상기 재료는 양호한 전기 및 열 전도체인 충전재로 도핑된다.
특히, 도 6 내지 도 8과 관련해서, 부품들의 치수들, 예컨대 부품 두께들의 관계가 도시의 명확화를 위해 왜곡되어 도시될 수 있고 실제 구현과는 경우에 따라 명확히 다를 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예로서 플랫 셀로서 형성된 개별 셀(2)을 개략적인 분해 사시도로 도시한다. 이 실시예는 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예의 변형예이다; 하기 설명에 달리 나타나지 않으면, 도 1 내지 도 5에 대한 설명이 상응하게 적용될 수 있다.
도 9에 따라 셀(2)의 셀 하우징은 2개의 셀 하우징 측벽(2.1, 2.2) 및 그 사이에 배치된, 가장자리 측 셀 하우징 프레임(2.3)으로 형성된다. 셀(2)의 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)은 전기 전도성으로 구현되고, 셀(2)의 극(P+, P-)을 형성한다. 셀 하우징 프레임(2.3)은 전기 절연성으로 구현됨으로써, 상이한 극성의 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)은 서로 전기 절연된다. 셀 하우징 프레임(2.3)은 추가로 상부면에 부분적인 재료 상승부(2.31)를 갖는다.
본 발명의 상기 실시예에서와 같이, 여기서도 돌출부 형태의 측정 접속부(2.11)를 가진 셀 하우징 측벽(2.1)은 하부 영역에 셀 하우징 프레임(2.3)의 방향으로 90°휘어진 에지 폴딩(2.12)을 갖는다. 또한, 상기 셀 하우징 측벽(2.1)은 상부 영역에 셀 하우징 프레임(2.3)의 방향으로 90°휘어진 2개의 플랩(2.13)을 포함한다. 조립시, 플랩들(2.13)은 재료 상승부(2.31) 옆의 셀 하우징 프레임(2.3)의 상부 좁은 면(2.32) 상에 고정되는 한편, 에지 폴딩(2.12)은 셀 하우징 프레임(2.3)의 하부 좁은 면 상에 고정된다.
본 실시예에서, 포지티브 극(P+)으로서 사용되는 셀 하우징 측벽(2.2)은 셀 하우징 측벽(2.2)으로부터 상승된 댐핑 소자(2.4)를 포함한다. 따라서, 댐핑 소자(2.4)는 여기서 셀(2)의 제 3 전압-접속 콘택(K3)을 형성하는 한편, 다른 셀 하우징 측벽(2.1)은 제 1 전압-접속 콘택(K1)을 형성한다. 댐핑 소자(2.4)의 특성에 대해, 상기 실시예 및 그 변형예의 설명이 참고된다. 이 실시예에서 댐핑 소자(2.4)는 작은 가장자리 영역을 제외하고 셀 하우징 측벽(2.2)의 전체 면에 걸쳐 연장되고, 이는 셀(2)의 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)의 전체 면에 대한 압력의 분배를 가능하게 한다. 변형예에서, 댐핑 소자(2.4)는 부분적으로만 셀 하우징 측벽(2.2) 상에 형성될 수 있다.
도 10은 도 9에 도시된 셀(2)의 변형예를 개략적인 분해 사시도로 도시한다.
돌출부 형태의 측정 접속부(2.11)를 가진 셀 하우징 측벽(2.1)은 하부 영역에 셀 하우징 프레임(2.3)의 방향으로 90°휘어진 에지 폴딩(2.12)을 포함한다. 이 변형예에서, 다른 셀 하우징 측벽(2.2)은 상부 영역에 셀 하우징 프레임(2.3)의 방향으로 90°휘어진 2개의 플랩(2.22)을 포함한다. 조립시, 제 2 하우징 측벽(2.2)의 플랩들(2.22)은 재료 상승부(2.31) 옆의 셀 하우징 프레임(2.3)의 상부 좁은 면(2.32) 상에 고정되는 한편, 제 1 하우징 측벽(2.1)의 에지 폴딩(2.12)은 셀 하우징 프레임(2.3)의 하부 좁은 면 상에 고정된다.
도 10에 따라, 제 2 셀 하우징 측벽(2.2)은 댐핑 소자(2.4)를 포함하고, 추가로 제 1 셀 하우징 측벽(2.1)도 댐핑 소자(2.4)를 포함한다. 2개의 댐핑 소자들(2.4)은 도 8에 도시된 실시예의 댐핑 소자(2.4)와 같이 형성되며, 셀(2)의 제 1 및 제 3 전압-접속 콘택(K1, K3)을 형성한다.
도 9 또는 도 10에 따른 셀(2)의 구성은 바람직하게 도 4 및 도 5에 도시된 배터리(1)의 변형예로서 설명되는 배터리에 적용된다. 고정 스트랩(8)은 열 전도성 재료, 예컨대 금속으로 제조되고, 셀(2)의 상부 좁은 면(2.32)에 그리고 그에 따라 셀 하우징 측벽(2.1)의 플랩(2.13)에 면 접촉한다. 이로 인해, 셀 하우징 측벽(2.1)의 플랩들(2.13)과 고정 스트랩(8) 사이의 열 전달이 이루어질 수 있고, 초과량의 열은 고정 스트랩(8)을 통해 경우에 따라 냉각 플레이트(3)까지 전달될 수 있다.
고정 스트랩의 전기 절연성이지만 열 전도성 또는 열 투과성인 코팅, 또는 고정 스트랩(8)과 셀 하우징 측벽(2.1)의 플랩(2.13)(상세히 도시되지 않음) 사이의 상응하는 중간층에 의해, 인접한 셀들(2) 사이의 단락 또는 바람직하지 않은 접촉이 방지된다.
열 전달 면의 확대를 위해, 도 4 및 도 5에 도시된 배터리(1)에 비해 고정 스트랩(8)의 폭이 확대되고 셀 하우징 프레임(2.3)의 재료 상승부(2.31)의 폭이 상응하게 줄어들 수 있다.
셀들(2) 간의 전기 콘택팅은 이 실시예에서 댐핑 소자(2.4)에 의해 이루어진다. 인접한 셀들(2) 간의 열 교환 및 셀(2)의 내부에서 발생된 열의 방출이 댐핑 소자(2.4)에 의해 용이해진다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에로서, 배터리(1)의 구성을 개략적인 사시도로 도시한다. 상기 실시예의 배터리(1)는 도 4 및 도 5에 도시된 배터리의 변형예로서 이해될 수 있으므로, 기본적인 구성과 관련해서, 이와 관련한 설명이 참고된다.
배터리(1)는 35개의 개별 셀들(2)로 구성된다. 개별 셀들(2)은 리튬을 포함하는 액티브 영역을 가진 2차 셀(어큐뮬레이터 셀)이며, 도 9 또는 도 10에 따른 프레임 플랫 셀들로서 형성된다.
셀(2)의 하부에 셀(2)의 온도 제어를 위한 냉각 플레이트(3)가 배치된다. 냉각 플레이트(3)는 그 내부에, 냉각재가 흐를 수 있는 냉각 채널(상세히 도시되지 않음) 및 냉각재의 공급 및 배출을 위한 2개의 냉각재 접속부(3.1)를 포함한다. 냉각 플레이트(3)는 냉각재 접속부(3.1)를 통해 도시되지 않은 냉각재 회로에 접속될 수 있으며, 냉각재에 의해 배터리(1)로부터 흡수된 폐열이 상기 냉각재 회로를 통해 방출될 수 있다.
냉각 플레이트(3)와 셀(2)의 바닥면 또는 셀 하우징 측벽(2.1)의 하부 에지 폴딩(2.12) 사이에 전기 절연성 재료로 이루어진 열 전도 막(4)이 배치되고, 상기 열 전도 막(4)은 냉각 플레이트(3)를 셀(2)로부터 전기 절연한다. 셀(2) 위에 금속, 예컨대 강, 알루미늄 등으로 이루어진 가압 플레이트(5)가 제조되고, 하부 면에는 전기 절연성 코팅(상세히 도시되지 않음)이 제공된다. 또한 대안으로서 가압 플레이트(5)는 양호한 열 전도성을 가진 전기 절연성 재료, 예컨대 열 전도성 도핑을 가진 강화된 플라스틱으로 제조될 수 있다.
셀 어셈블리의 전방 단부에는 전방 극 플레이트(6)가 배치되고, 셀 어셈블리의 후방 단부에는 후방 극 플레이트(7)가 배치된다. 극 플레이트들(6 및 7)은 각각 배터리(1)의 극을 형성하고, 각각 가압 플레이트(5)를 지나 돌출하는 돌출부 형태의 연장부(6.1, 7.1)를 포함하고, 상기 연장부는 각각 배터리(1)의 극 콘택을 형성한다. 또한, 극 플레이트들(6 및 7)은 각각 2개의 고정 노즈(도 3의 6.2, 7.2 참고)를 포함하고, 상기 고정 노즈들은 각각의 극 플레이트(6, 7)로부터 가압 플레이트(5)에 대해 평행하게 휘어지고 가압 플레이트(5) 상에 접촉하며 가압 플레이트(5)로부터 전기 절연된다.
가압 플레이트(5), 셀(2), 극 플레이트(6, 7) 및 냉각 플레이트(3)는 2개의 고정 스트랩(8)에 의해 서로 가압되고, 상기 고정 스트랩들은 각각 가압 플레이트(5), 극 플레이트(6, 7) 및 냉각 플레이트(3) 둘레로 안내된다. 고정 스트랩들(8)은 배터리(1)에 대해 수직으로 연장하는 평면을 형성하기 때문에 수직 고정 스트랩(8)이라고도 한다.
고정 스트랩들(8)은 스프링 강과 같이 양호한 열 전도체로서 형성되고, 전기 절연성이지만 열 전도성 또는 열 투과성 코팅을 포함한다. 대안으로서, 가압 플레이트(5)와 셀(2) 사이에는 전기 절연성 중간층이 열 전도 막(4)과 유사하게 배치될 수 있다. 수직으로 연장하는 고정 스트랩들(8)은 가압 플레이트(5) 및 냉각 플레이트(3)와 열 전도성 면 접촉을 갖는다.
수직 고정 스트랩(8) 및 가압 플레이트(5)의 열 전도성, 및 셀(2)을 수용하는 열 전도 소자(15)의 상부 좁은 면 및 수직 고정 스트랩(8)과 가압 플레이트(5)와의 열 전도 접촉에 의해, 배터리의 상부 영역에서도 셀들(2) 사이의 열 보상 및 상부면으로부터 하부면 상에 놓인 냉각 플레이트(3)로의 열 전달이 이루어질 수 있다.
가압 플레이트(5)는 일 실시예에서 적어도 부분적으로 전기 절연성 캐리어 재료, 바람직하게는 선택적으로 유리 섬유 강화된 플라스틱으로 이루어진 인쇄 회로 기판으로서 형성되고, 배터리 기능을 모니터링 및/또는 제어하기 위한 전기 소자 및 도시되지 않은 스트립 도체를 지지한다. 이러한 전기 소자들은 예컨대 마이크로 칩 형태의 인쇄 회로기판 상에 놓인 셀들의 상이한 충전 상태를 보상하기 위한 셀 전압 모니터링 소자 및/또는 셀 전압 보상 소자, 및/또는 셀(2)의 온도를 모니터링하기 위한 온도 센서이다. 적어도 고정 스트랩들(8)이 놓인 영역에서 가압 플레이트(5)는 양호한 열 전도성을 갖는다; 이러한 구역은 열 전도 구역이라고도 할 수 있다. 가압 플레이트(5)는 바람직하게 열 발생 및/또는 열 감지 회로 소자들이 열 전도 구역 가까이에 및/또는 열 전도 구역과 열 전도 접촉되게 배치될 수 있다. 특히 바람직하게 인쇄 회로 기판 자체가 양호한 열 전도성을 갖고 그 자체로서 가압 플레이트(5)를 형성한다. 가압 플레이트(5)는 다른 실시예에서 양호한 열 전도성을 가진 재료로 완전히 형성될 수 있고, 고정 스트랩들(8)이 놓이지 않은 영역에 인쇄 회로 기판이 전술한 바와 같이 제공된다.
이 실시예에서, 고정 장치는 전기 절연성이지만 열 전도성 층을 구비한 2개의 금속 고정 스트랩(8)에 의해 구현된다. 코팅에 대한 대안으로서, 전기 절연성이지만 열 전도성 또는 열 투과성인 중간층, 예컨대 열 전도 막(4)이 수직 고정 스트랩들(8)과 극 플레이트들(6, 7) 사이에 제공될 수도 있다.
일 실시예에서, 고정 스트랩들(8)은 비전도 재료, 예컨대 바람직하게는 유리 섬유, 케블라 또는 금속으로 강화된 열 전도성 플라스틱 및 열 전도성 충전 재료로 제조될 수 있다. 이러한 경우, 추가의 절연은 경우에 따라 필요 없다.
이 실시예에서, 고정 스트랩들(8)은 각각 고정 영역을 갖고, 상기 고정 영역은 도시된 실시예에서 파형 연장 영역으로서 형성된다. 고정 스트랩(8)의 연장 영역 대신에, 고정 스트랩들을 고정하고 단부들을 서로 견고하게 연결하기 위해, 크림프 방법이 적용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 토글 클로저, 스크루 클로저 또는 유사한 방식의 턴버클이 제공될 수 있다.
고정 스트랩들(8)은 일 실시예에서 상세히 도시되지 않은 홈 내에서 가압 플레이트(5), 후방 극 플레이트(7), 냉각 플레이트(3) 및 전방 극 플레이트(6)에 걸쳐 연장할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예로서, 배터리 셀(2)의 구성을 개략적인 사시도로 도시한다.
이 실시예의 배터리 셀(2)은 소위 커피백 또는 파우치 셀이며, 상기 셀의 대략 직육면체 형태의 플랫 전극 스택(액티브 부분)은 막 내로 삽입되며, 상기 막은 가장자리 영역에서 밀봉되어 소위 밀봉된 시임(2.7)을 형성한다. 셀(2)의 전류 도체(2.6)는 통과 영역(2.71)에서 밀봉된 시임(2.7)을 통해 연장된다. 셀(2)의 전류 도체(2.6)는 이 실시예에서 셀(2)의 마주 놓인 좁은 면, 바람직하게는 더 짧은 좁은 면에 배치된다. 밀봉된 시임(2.7)의 다른 좁은 면에는 폴드(2.72)가 형성된다.
셀(2)의 평평한 면 상에 댐핑 소자들(2.4)이 탄성 수단(쿠션)으로서 장착, 예컨대 접착된다. 댐핑 소자들(2.4)은 다른 셀 또는 배터리 하우징 프레임 또는 프레임 소자에 대한 셀(2)의 탄성 지지를 위해 사용되고, 열 팽창을 보상하거나 또는 충격을 흡수하기에 적합하다. 댐핑 소자들(2.4)은 양호한 열 전도성을 갖지만, 전기 전도성을 갖지 않는다. 이를 위해, 예컨대 특히 열 전도성으로 형성되지 않은 휘어질 수 있는 재료, 예컨대 PU-포움, 세포 고무 등이 양호한 열 전도성 케이싱(막 또는 그와 같은 것) 내에 배치된다. 케이싱은 바람직하게 휘어질 수 있는 재료의 운동을 따를 수 있도록 팽창 가능하게 또는 벨로우즈 형태로 형성된다.
변형예에서, 별도의 케이싱 내에 배치될 수 있는 휘어질 수 있는 재료는 열 전도성을 갖지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 상기 재료는 예컨대 열 전도 겔, 금속 스프링, 금속 칩 또는 그와 유사한 것의 장치 또는 금속 부분으로 도핑된 포움이다.
또한, 댐핑 소자(2.4)에 대한 도 6 내지 도 8을 참고로 한 설명이 유사하게 사용될 수 있다.
댐핑 소자(2.4)의 열 전도성으로 인해, 인접한 셀들(2) 사이의 열 보상이 용이해질 수 있다. 인접한 셀들(2) 사이에 열 전도 수단, 예컨대 열 전도 판 등이 배치되면, 셀 어셈블리의 내부에 액티브한 냉각이 제공될 필요 없이, 셀들(2)로 이루어진 셀 어셈블리로부터 효과적인 열 방출이 구현될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예로서, 도 12에 따른 다수의 셀(2)을 가진 배터리(1)를 개략적인 사시도로 도시한다.
도 13에 따라 다수의 셀(2)이 각각 2개의 지지 프레임(16, 16 또는 16, 17) 사이에 배치된다. 셀들(2) 및 지지 프레임들(16, 17)로 이루어진 장치는 2개의 단부 플레이트(18, 19) 사이에 배치된다. 카운터 너트(21)를 가진 4개의 스테이(20)가 셀들, 지지 프레임들(16, 17) 및 단부 플레이트들(18, 19)로 이루어진 어셈블리를 지지하기 위해 제공된다.
단부 플레이트들(18, 19)은 배터리(1)의 전극으로서 사용된다. 접속을 위해 상응하는 접속 장치들(23, 24)이 제공된다. 스트럿(25)에 장착된 제어 장치(26)는 배터리(1) 및 개별 셀(2)의 상태 파라미터를 모니터링하기 위해, 충전 보상을 위해 그리고 그와 같은 것을 위해 제공된다. 단부 플레이트들(18, 19) 사이의 단락을 방지하기 위해, 스테이(20) 및/또는 카운터 너트(21)가 단부 플레이트들(18, 19) 중 적어도 하나에 대해 전기 절연된다.
셀들(2)은 이 실시예에서 도 12에 따른 소위 커피백 또는 파우치 셀로서 형성된다. 셀들(2)은 지지 프레임들(16, 17)에 의해 도체 자체에 또는 통과 영역(2.71) 내에 고정되고 여기서 열을 프레임 소자들(16, 17)로 방출한다. 또한, 셀(2)의 댐핑 소자들(2.4)과 인접한 셀(2)의 빈 평평한 면(2.8) 사이에 열 전도 막(상세히 도시되지 않음)이 배치되고, 상기 열 전도 막은 상부로 그리고 하부에서 밀봉된 시임(2.7)의 폴드(2.72)의 영역까지 연장되고 거기서 폴드(2.72)와 각각의 지지 프레임(16, 17) 사이에 고정된다. 이로 인해, 평평한 면(2.8), 댐핑 소자(2.4) 및 상세히 도시되지 않은 열 전도 막을 통해 열이 셀 내부로부터 프레임 소자들(16, 17)로 방출될 수 있다. 컴팩트한 블록을 형성하는 프레임 소자들(16, 17)로부터 열이 대류에 의해 또는 히트 싱크, 예컨대 도 5에 도시된 바와 같은 냉각 판에 의해 방출될 수 있다.
일 실시예에서, 스테이들(20)은 열을 프레임 소자들(16, 17)로부터 흡수하여 외부로 방출한다. 이를 위해, 스테이들은 단부 플레이트(18, 19)와 열 전도 접촉된다. 열은 적합한 냉각 장치(상세히 도시되지 않음)에 의해 단부 플레이트들(18, 19)을 통해 방출될 수 있다. 스테이들은 프레임 소자들(16, 17)을 통해 연장하고 지지 프레임들(16, 17)로부터 열을 흡수한다. 대안으로서, 별도의 콘택 소자들이 제공될 수 있고, 상기 콘택 소자들은 지지 프레임(16, 17)에 의해 고정되며 셀(2)의 가장자리 섹션에 대해 접촉 압력을 가하고 열을 상기 가장자리 섹션들로부터 흡수한다. 냉각 장치로서 예컨대 공기가 주위로 흐르는, 알루미늄 또는 다른 양호한 열 전도체로 이루어진 프로파일이 고려되고, 상기 프로파일은 스테이에 의해 헤드 측 및/또는 너트 측에서 단부 플레이트(18, 19)와 나사 결합된다. 대안으로서, 단부 플레이트들(18, 19) 중 하나 또는 2개에, 순환하는 열 전달 매체를 갖는 또는 갖지 않는 냉각 플레이트가 장착되고, 스테이(20)는 열을 상기 단부 플레이트들로 방출할 수 있다. 스테이(20)를 통한 다른 방식의 열 방출도 가능하다.
다른 실시예들에서, 셀 블록을 고정하고 열을 방출하기 위해 4개보다 많은 스테이, 예컨대 6개 또는 8개의 스테이가 제공될 수 있다.
대안으로서, 셀 블록의 상기 형태에서 예컨대 열 전도성 고정 스트랩들에 의한 고정이 이루어질 수 있다(도 11 참고). 다른 실시예에서, 상기 고정 스트랩들은 예컨대 지지 프레임들(16, 17) 및 단부 플레이트들(18, 19)의 경사면들(16.1, 17.1, 18.1, 19.1)을 통해 안내된다.
도 14 및 도 15에는, 플랫 셀로서 구현된 갈바니 셀 또는 배터리 셀(개별 셀)(2) 및 이것에 대응하는 열 전도 소자(14)가 도시된다. 도 14는 개별 셀(2) 및 열 전도 소자(14)의 사시도이며 도 15는 횡단면도이다.
개별 셀(2)은 상세히 도시되지 않은 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 여기에 상세히 도시되지 않은 전극 스택을 둘러싼다. 하우징은 2개의 막 층을 포함하고, 상기 막 층들은 가장자리 영역에서 용접되어 소위 밀봉된 시임(2.7)을 형성함으로써, 전극 스택을 기밀 방식으로 그리고 습기 밀봉 방식으로 둘러싼다. 전극 스택은 개별 셀(2)의 두꺼워진 부분으로서 형성된다. 스택 방향(s)으로 전극 스택의 평평한 면에 이어지는 하우징의 부분은 도 1 이하의 정의의 의미에서 하우징 측벽들(2.1, 2.2)을 의미할 수 있다.
전극 스택은 도 2에 도시된 전극 스택(2.5)과 유사하게 구성된다; 그러나, 극성이 측면으로 오프셋됨에 따라, 전극 스택의 단일 좁은 면(여기서는 상부면)에서 방출 돌출부들이 돌출하고, 하우징의 내부에서 전류 도체들(2.6)과 접속된다. 상기 전류 도체들(2.6)은 밀봉된 시임(2.7)을 통해 외부로 연장되고, 셀(2)의 극 콘택(P+, P-)을 형성한다. 일 실시예에서, 전극 스택 자체의, 극성에 따라 통합된 방출 돌출부가 전류 도체(2.6)로서, 밀봉된 시임(2.7)을 통해 외부로 안내될 수 있다.
하우징 측벽들 중 하나, 여기서는 하우징 측벽(2.2) 상에 댐핑 소자(2.4)가 배치된다. 댐핑 소자(2.4)는 이 실시예에서 하우징 측벽(2.2)과 일체로 형성된다. 특히, 상기 하우징 측벽은 내부 셸(2.2a) 및 외부 셸(2.2b)을 포함하고, 상기 셸들은 예컨대 막 재료로 형성되며 도 6에 따른 댐핑 소자(2.4)의 셸들(2.41, 2.42)과 유사한 것으로 이해될 수 있다. 내부 셸(2.2a)과 외부 셸(2.2b) 사이에 공동부(2.44)가 연장되고, 상기 공동부(2.44)는 탄성적으로 휘어질 수 있는 그리고 열 전도성의 재료로 채워진다; 가능한 실시예에 대해 도 6에 대한 실시예가 참고된다. 도 6에 도시된 댐핑 소자(2.4)와는 달리, 본 실시예에서는 외부 셸(2.2b)이 전기 전도성이 아니며, 공동부(2.44)의 충전물은 열 전도성을 갖는다.
열 전도 소자(14)는 이 실시예에서 긴 레그(14.11) 및 짧은 레그(14.12)를 가진 폭(w) 및 높이(h)의 열 전도 판으로서 형성되고, 짧은 레그(14.12)는 긴 레그(14.11)로부터 L-형으로 약 90°만큼 휘어지며 길이(d)를 갖는다. 짧은 레그(14.12)의 하부면은 하기에서 상세히 설명되는 방식으로 냉각 가능한 냉각 접촉면(A1)을 형성한다.
열 전도 소자(14)의 긴 레그(14.11)는 두께(b)를 갖고 셀 접촉 면(A2)을 포함한다. 상기 셀 접촉 면은 개별 셀(2)의 제 1 하우징 측벽(2.1)에 접촉한다. 이로 인해, 열 흐름(W)이 개별 셀(2)로부터 큰 면으로 셀 접촉면(A2)을 통해 열 전도 소자(14)의 긴 레그(14.11)로 그리고 거기서부터 그 짧은 레그(14.12)로 안내되고, 상기 짧은 레그(14.12)를 통해 그 냉각 접촉면(A1)에 의해 방출될 수 있다. 동시에, 다수의 셀(2)의 스택 장치 및 열 전도 소자(14)에서 상세히 도시되지 않은 열 흐름으로 열이 셀(2)의 내부로부터 열 전도 댐핑 소자(2.4)를 통해 열 전도 소자(14)의 긴 레그(14.11)로 방출되고 짧은 레그(14.12)를 통해 그 냉각 접촉 면(A1)에 의해 방출될 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개별 셀(2) 및 열 전도 소자(14)를 도 15에 상응하게 도시한 횡단면도이다.
개별 셀(2)은 도 14 및 도 15의 개별 셀과 유사하게 구성된다. 그러나, 상기 실시예의 개별 셀(2)에는 댐핑 소자(도 14의 2.4 또는 도 15의 2.2a, 2.2b, 2.44)가 없다. 그 대신, 열 전도 소자(14)는 개별 셀(2)로부터 떨어진, 긴 레그(14.11)의 측면에 댐핑 소자(14.2)를 포함한다.
댐핑 소자(14.2)는 양호한 열 전도성을 갖는다. 이를 위해, 예컨대 특히 비-열 전도성으로 형성된 휘어질 수 있는 재료, PU-포움, 세포 고무 등이 양호한 열 전도성 케이싱(막 또는 그와 같은 것) 내에 배치된다. 케이싱은 바람직하게 휘어질 수 있는 재료의 운동을 따를 수 있도록 팽창 가능하게 또는 벨로우즈 형태로 형성된다.
변형예에서, 별도의 케이싱 내에 배치될 수 있는 휘어질 수 있는 재료는 열 전도성을 갖지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 상기 재료는 예컨대 열 전도 겔, 금속 스프링, 금속 칩 또는 그와 유사한 것의 장치 또는 금속 부분으로 도핑된 포움이다.
다른 변형예에서, 댐핑 소자(14.2)는 열 전도 댐핑 층으로서 긴 레그(14.11) 상에 직접 제공될 수 있다.
댐핑 소자(14.2)의 열 전도성으로 인해, 인접한 셀들(2) 사이의 열 보상이 용이해질 수 있고, 셀 어셈블리의 내부에 액티브 냉각이 제공될 필요없이 셀들(2)로 이루어진 셀 어셈블리로부터의 효과적인 열 방출이 구현될 수 있다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개별 셀(2) 및 열 전도 소자(14)를 분해 사시도로 도시한다.
개별 셀(2)은 도 16의 개별 셀과 같이 구성된다. 열 전도 소자(14)는 실질적으로 도 16의 열 전도 소자(14)와 같이 구성된다; 그러나 이 실시예의 열 전도 소자(14)는 개별 셀(2)을 향한, 긴 레그(14.11)의 면에 댐핑 소자(14.2)를 포함한다. 댐핑 소자(14.2)에 관한 세부 사항에 대해, 도 21에 대한 설명이 참고된다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개별 셀(2) 및 열 전도 소자(14)를 도 17에 상응하는 분해 사시도로 도시한다.
개별 셀(2)은 도 17의 개별 셀과 같이 구성된다. 열 전도 소자(14)는 도 16 또는 도 17의 열 전도 소자(14)와 실질적으로 같게 구성된다; 그러나, 이 실시예의 열 전도 소자(14)는 긴 레그(14.11)의 2개의 평평한 면에 댐핑 소자(14.2)를 포함한다. 댐핑 소자(14.2)에 관한 세부 사항에 대해, 도 21에 대한 설명이 참고된다.
도 19 및 도 20은 도 14 내지 도 18을 참고로 설명된 다수의 개별 셀들(2) 및 이들 사이에 배치된 열 전도 소자들(14)을 포함하는 배터리(1)를 도시한다. 배터리(1)는 도 19에 분해도로 그리고 도 20에는 조립된 상태로 도시된다. 개별 셀들(2)이 통합되어 하나의 셀 어셈블리(Z)를 형성한다.
배터리(1)의 냉각을 위해 개별 셀들(2)의 양측에 냉각 플레이트(3)가 배치된다. 열 전도 소자(14)의 짧은 레그(14.12)는 냉각 플레이트(3)와 열 전도성으로, 즉 면 접촉에 의해 결합된다. 이로 인해, 개별 셀들(2)로부터 해당 열 전도 소자(14)로 전달된 열은 그 온도가 열 전도 소자(14)의 온도보다 낮으면 냉각 플레이트(3)로 방출된다.
열 전도 소자들(14)은 고정 소자들(8), 특히 고정 스트랩들에 의해 개별 셀들(2)과 함께 가압되고, 냉각 플레이트(3)에 고정된다. 이를 위해, 냉각 플레이트(3)는 셀 어셈블리로부터 떨어진 면에 길이 방향으로 노치(3.2)를 갖고, 상기 노치는 고정 소자(8)의 크기, 특히 그 폭 및 높이에 상응한다. 노치들(3.2)의 수는 특히 셀 어셈블리(Z)의 고정을 위해 사용되는 고정 소자(8)의 수에 상응한다.
냉각 플레이트(3)는 또한 적어도 하나의 유입구(3.11) 및 적어도 하나의 배출구(3.12)를 가진 냉각재 접속 유닛(3.10)을 포함하고, 상기 냉각재 접속 유닛을 통해 냉각재 또는 열 전달 매체가 냉각 플레이트(3)에 공급될 수 있거나 또는 냉각 플레이트(3)로부터 배출될 수 있다. 냉각재 접속 유닛(3.10)에 의해 냉각 플레이트(3)가 냉각재 회로, 예컨대 자동차의 도시되지 않은 에어컨디셔닝 시스템의 냉각재 회로에 접속될 수 있다. 냉각재 회로 내에 냉각재가 흐르고, 상기 냉각재는 냉각재 회로를 통해 흡수된 역을 방출한다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예로서, 열 전도 소자(14)의 구성을 횡단면도로 도시한다.
이 실시예의 열 전도 소자(14)는 지지 구조(14.1) 및 2개의 댐핑 소자(14.2)를 포함한다. 지지 구조(14.1)는 양호한 열 전도성 재료, 예컨대 알루미늄 또는 다른 금속, 열 전도성 플라스틱 등으로 제조된다. 지지 구조는 횡단면으로 볼 때 하나의 긴 레그(14.11) 및 2개의 짧은 레그(14.12)를 가진 T-프로파일의 형태를 갖는다. 긴 레그(14.11)는 배터리 셀들(2)에 생긴 열을 흡수하기 위해 셀 어셈블리의 배터리 셀들(2)(파선 윤곽(2)으로서 도시됨) 사이에 배치된다. 짧은 레그들(14.12)은 배터리 셀들(2)로부터 흡수된 열을 방출하기 위해 열 전도 플레이트(3)(점선 윤곽(3)으로서 도시됨) 등에 지지된다.
긴 레그(14.11)의 양측에 댐핑 소자들(14.2)이 배치, 예컨대 접착된다. 댐핑 소자들(14.2)은 셀들(2)의 탄성 지지를 위해 사용되고, 셀(2)의 열 팽창을 보상하거나 또는 충격을 흡수하기에 적합하다. 또한, 댐핑 소자(14.2)의 특성과 관련해서, 도 16에 따른 열 전도 소자(14) 내의 댐핑 소자(14.2)에 대한 설명이 참고된다.
댐핑 소자들(14.2)은 변형예에서, 특히 프레임 플랫 셀에서 하부를 향한 흡수를 달성하기 위해, 짧은 레그(14.12) 상에 연장될 수 있다.
짧은 레그들(14.12)과 냉각 플레이트(3) 사이에 전기 절연성 열 전도 막 등이 제공될 수 있다.
이 실시예의 열 전도 소자(14)는 배터리(1) 내에, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 스프링 소자를 포함하지 않는 셀들(2) 사이에 사용될 수 있다.
셀 극으로서 형성된 평평한 면을 가진 셀을 사용하기 위해, 댐핑 소자(14.2) 및 지지 구조(14.1)는 전기 전도성으로 형성된다. 상기와 같은 셀들의 직렬 접속이 중단되어야 하는 배터리 내부의 자리에 그리고 셀 극이 달리, 예컨대 돌출부 형태의 도체에 의해 형성되는 셀을 사용하기 위해, 적어도 댐핑 소자들(14.2)이 전기 절연성으로 형성될 수 있다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예로서 프레임 플랫 셀로서 형성된 갈바니 셀(개별 셀)(2)을 가진 열 전도 소자(15)를 사시도로 도시하고, 프레임 플랫 셀(2) 및 열 전도 소자(15)는 설명을 위해 서로 분리되어 도시된다.
도 22에 따라 셀(2)은 도 1 내지 도 3에 또는 도 9 또는 도 10에 도시된 셀(2)과 유사하게 형성된다. 그러나, 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)은 휘어진 섹션(도 6 또는 도 8의 2.12, 2.13 또는 2.22)을 포함하지 않고, 셀 하우징 측벽(2.1, 2.2)은 댐핑 소자를 지지하지 않는다. 따라서, 셀 하우징 측벽들(2.1, 2.2)은 실질적으로 평평한 플레이트로서 형성되고, 그 높이 및 폭은 재료 상승부(2.31) 없이 셀 하우징 프레임(2.3)의 높이 및 폭에 실질적으로 상응한다. 본 발명은 이 실시예에서 셀(2)의 셀 하우징 측벽(2.1, 2.2)이 휘어진 섹션 및/또는 스프링 소자를 포함하는 경우에도 실시될 수 있다.
열 전도 소자(15)는 바닥(15.1) 및 좁은 환형 가장자리(15.2)를 가진 플랫 박스로서 형성된다. 바닥(15.1)은 열 전도 소자(15)의 제 1 평평한 면을 형성하고, 가장자리(15.2)는 열 전도 소자의 4개의 좁은 면을 형성하는 한편, 가장자리(15.2)의 노출 에지(15.20)는 열 전도 소자(15)의 제 2의 개방된 평평한 면을 규정한다. 열 전도 소자(15)는 본 실시예에서 양호한 전기 및 열 전도성을 가진 재료로, 바람직하게는 알루미늄 또는 강 또는 다른 금속으로 디프드로잉 부품으로서 제조된다.
가장자리(15.2)는 상부 영역에서 중앙에 재료 리세스(15.3)를 포함한다. 재료 리세스(15.3)의 폭은 유격을 가지고 셀(2)의 셀 하우징 프레임(2.3)의 재료 상승부(2.31)의 폭에 상응한다. 열 전도 소자(15)의 내부 치수, 특히 내부 높이 및 내부 폭은 더 작은 유격을 가지고 셀(2)의 외부 치수에 맞춰지므로, 셀(2)은 열 전도 소자(15)의 내부에 배치되고, 힘없이 삽입될 수 있다(도 21 내의 화살표 "F" 참고). 셀(2)이 작동 중에 가열됨으로써 팽창되면, 셀 하우징은 열 전도 소자(15)의 가장자리(15.2)에 접촉할 수 있다. 가장자리(15.2)의 높이는, 셀(2)의 셀 하우징 측벽(2.2)이 열 전도 소자(15)의 바닥(15.1)에 접촉하면 가장자리(15.2)가 다른 셀 하우징 측벽(2.1)에 도달하지 않도록, 설정된다.
바닥(15.1)의 내부면 상에 댐핑 소자(15.5)가 배치된다. 댐핑 소자(15.5)의 특성에 대해, 본 설명에 따른 댐핑 소자들(2.4, 14.2)에 대한 설명이 참고된다.
열 전도 소자(15)를 가진 다수의 셀(2)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 유사하게 통합되어 셀 블록 또는 배터리를 형성할 수 있다. 열 전도 소자들(15)은 한편으로는 연속하는 셀들의 콘택 섹션들(K1, K3) 사이의 콘택팅으로서 작용하고, 다른 한편으로는 셀(2)의 내부에서 발생한 열을 댐핑 소자(15.5) 및 바닥(15.1)을 통해 외부를 향해 노출된 가장자리(15.2)로 전송하고, 거기서 열이 냉각 플레이트로 직접 방출되거나 또는 고정 장치를 통해 냉각 플레이트로 안내될 수 있다. 전술한 실시예와 유사하게, 잘못된 콘택팅을 피하기 위해 열 전도 소자(15)와 냉각 플레이트 또는 고정 스트랩(도 5의 8 참고) 사이에 전기 절연이 제공된다.
일 실시예에서, 열 전도 소자(15)의 내부 치수는 유격을 갖는 것이 아니라, 셀(2)의 외부 치수에 대해 약간 언더사이즈로 설정됨으로써, 열 전도 소자(15) 및 셀(2)이 약간의 힘으로 조립된다.
도면에 상세히 도시되지 않더라도, 고정 스트랩들의 수용 및 안내를 위해 사용되는 홈이 제공될 수 있다.
도 23은 도 22에 따른 열 전도 소자(15)의 변형예를 개략적인 사시도로 도시한다.
도 23에 따라 열 전도 소자의 가장자리(15.2)는 그 에지에 갭(슬롯)(15.4)을 포함하므로, 연속하는 가장자리(15.2; 도 21)는 2개의 측면 가장자리 섹션(15.21), 즉 하부 가장자리 섹션(15.22) 및 2개의 상부 가장자리 섹션(15.23)으로 나눠진다. 가장자리가 셀(2)에 대해 언더사이즈로 설정되면, 이 변형예에서 결합력이 더 작아질 수 있는데, 그 이유는 가장자리 섹션들(15.21, 15.22, 15.23)이 탄성적으로 휘어질 수 있기 때문이다. 열 전도 소자(15)는 제조시 먼저 평평한 판 부분으로부터 스탬핑되거나 절단된 다음, 적절하게 휘어진다. 대안으로서, 열 전도 소자(15)는 디프드로딩된 다음, 절단될 수 있다.
다른 변형예로서, 바닥(15.1)의 내부 면에 걸쳐 분배된, 여기서는 4개의 댐핑 소자(15.5)가 제공된다. 이 변형예의 탄성 소자(15.5)의 특성에 대해서, 댐핑 소자(2.4) 또는 (14.2)에 대한 설명이 유사하게 적용될 수 있다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예로서, 배터리(1)의 구성을 개략적인 사시도로 도시한다. 배터리(1)는 각각 도 22 또는 도 23에 따른 열 전도 소자(15) 내에 수용되는 35개의 개별 셀(2)로 구성된다. 개별 셀들(2)은 리튬을 포함하는 액티브 영역을 가진 2차 셀(어큐뮬레이터 셀)이고, 도 22에 따라 프레임 플랫 셀로서 형성된다. 또한, 이 실시예의 배터리(1)는 도 4 및 도 5에 도시된 배터리의 변형예로서 이해될 수 있으므로, 기본적인 구성에 대해, 이와 관련한 설명이 참고된다.
열 전도성 재료로 형성되며 열을 배터리의 상부 면으로부터 냉각 플레이트(3)로 전달할 수 있는 수직 고정 스트랩들(8)에 추가해서, 추가의 고정 스트랩(9)이 제공되고, 상기 고정 스트랩(9)은 개별 셀(2) 또는 열 전도 소자(15)의 측방 면을 통해 연장하며, 수평 평면에서 배터리(1)를 둘러싼다; 따라서, 수평 고정 스트랩(9)이라고도 한다. 수평 고정 스트랩(9)의 특성에 대해서, 도 11에 따른 수직 고정 스트랩에 대한 설명이 참고된다. 특히, 수평 고정 스트랩(9)은 열 전도성으로 형성된다. 수평 고정 스트랩(9)은 극 플레이트(6, 7)의 영역에서 고정 스트랩(8)을 커버한다. 대안적 실시예에서, 고정 스트랩들(8)은 고정 스트랩(9)을 커버할 수 있다. 수평 고정 스트랩(9)은 열 전도 소자(15)의 측방 좁은 면의 영역에서 열 전도 소자와 열 전도 면 접촉되고, 또한 극 플레이트들(6, 7)의 영역에서 수직 고정 스트랩들(8)과 열 전도 면 접촉된다.
수평 고정 스트랩(9)의 열 전도성에 의해 그리고 셀(2)을 수용하는 열 전도 소자(15)의 측면 좁은 면 및 수직 고정 스트랩(8)과 수평 고정 스트랩(9)과의 열 전도 접촉에 의해, 한편으로는 배터리의 측면 영역에도 셀들(2) 사이의 열 보상 및 측방 면으로부터 수직 고정 스트랩(8)을 통해 하부면 상에 놓인 냉각 플레이트(3)로 열 전달이 이루어질 수 있다.
고정 스트랩(9)은 고정 스트랩들(8, 9)과 같이 전기 절연성이지만 열 전도성 또는 열 투과성인 코팅을 포함할 수 있다. 대안으로서, 가압 플레이트(5)와 셀(2) 또는 열 전도 소자(15)의 상부 좁은 면 사이에 전기 절연성 중간층이 열 전도 막(4)과 유사하게 배치될 수 있다. 대안으로서, 열 전도성 또는 열 투과성 중간층들, 예컨대 열 전도 막(4)이 수직 고정 스트랩들(8)과 극 플레이트들(6, 7) 사이에, 수평 고정 스트랩(9)과 열 전도 소자(15) 사이에, 그리고 수평 고정 스트랩(9)과 극 플레이트들(6, 7) 사이에 제공될 수 있다. 열 전도 소자(15)의 가장자리들의 외부 면들이 다른 변형예로서 전기 절연 층을 지지하는 경우, 한편으로는 열 전도 소자(15)와 냉각 플레이트(3) 사이에, 다른 한편으로는 가압 플레이트(5)와 고정 스트랩(9) 사이에 전기 절연이 필요 없다.
다른 실시예에서 고정 스트랩(9)은 전방 및 후방 극 플레이트(6, 7)와 열 전도 소자(15)의 측방 좁은 면 내의 상세히 도시되지 않은 홈 내에 연장될 수 있다. 다른 변형예에서, 고정 스트랩(9)과 열 전도 소자(15)의 측방 좁은 면 사이에 가압 플레이트(상세히 도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
도 25는 본 발명의 다른 실시예로서, 배터리(1)의 구성을 개략도로 도시한다.
배터리(1)는 3 행(R1 내지 R3)으로 배치된 다수의 개별 셀(셀)(2)로 구성된다. 제 1 행(R1)은 배터리 하우징 벽(27)에 인접하게 배치되는 한편, 그것에 후속하는 행들은 각각 배터리 하우징 벽(27)으로부터 하나의 행 폭만큼 떨어져 배치된다. 도면에서, 각각의 행(R1 내지 R3)의 하나의 셀(2)이 도시되는 한편, 상기 행들의 다른 셀들은 점들로 상징화된다. 행들(R1 내지 R3)의 연장 방향에 대해 횡으로 서로 인접하는 배터리 셀들은 셀들(2)의 열(Si)을 형성한다.
상기 실시예의 배터리(1)의 셀들(2)은 원통형으로 형성된 셀들(2)이다. 열(Si)의 셀들(2)은 휘감긴 고정 스트랩(28)에 의해 배터리 하우징 벽(27)에 고정된다. 고정 스트랩(28)은 배터리 하우징 벽(27)으로부터 연장하고 열(Si)의 셀들(2)을 먼저 파형으로 가장 멀리 떨어진 행(R3)의 셀(2)까지 휘감고, 이것을 하나의 고리로 휘감은 다음 다시 배터리 하우징 벽(27)으로 연장한다. 상기 고 정 스트랩은 상기 열(Si)의 셀들(2)을 역순으로 다시 파형으로 휘감는다. 이로 인해, 하나의 열(Si)의 셀들(2)이 제 위치에 고정된다.
고정 스트랩(28)은 열 전도성 재료로 제조된다. 고정 스트랩이 셀들(2)을 휘감음으로써 셀들과 긴밀하게 접촉되어 배치되고, 셀들(2)에서 발생한 열을 흡수하여 열을 배터리 하우징 벽(27)으로 전달한다. 배터리 하우징 벽(27)은 액티브하게 또는 패시브하게 냉각되거나 또는 온도 제어된다.
도 26은 본 발명의 다른 실시예로서, 배터리(1)의 구성을 개략도로 도시한다. 상기 실시예는 도 25에 도시된 실시예의 변형예이다. 여기서, 3 행(R1 내지 R3)의 셀들(2)은 2개의 하우징 측벽들(27.1, 27.2) 사이에 배치된다. 2개의 고정 스트랩(28.1, 28.2)은 하우징 측벽들(27.1, 27.2) 사이로 연장하고, 이들은 배터리 셀들(2)을 파형으로 휘감는다.
도 25 또는 도 26에 도시된 배터리(1)의 고정 스트랩들(28 또는 28.1, 28.1)은 탄성적으로 휘어질 수 있는, 바람직하게는 양호한 가요성 재료로 제조된다. 따라서, 개별 셀들(2) 간의 그리고 개별 셀들과 배터리 하우징 사이의 탄성 지지가 달성된다.
본 발명은 특정 다수의 열(Si)로 정렬되지 않는다; 오히려 본 발명은 전술한 실시예에 따라 단 하나의 열(S)의 배터리 셀들(2)을 포함하는 배터리에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 3 행(R1 내지 R3)의 배터리 셀들(2)에 제한되지 않는다; 오히려 본 발명은 전술한 실시예에 따라 더 많거나 또는 더 적은 행(Ri)의 배터리 셀들(2)을 포함하는 배터리에도 적용될 수 있다.
도 25 및 도 26에서 긴, 원통형 셀들(2)이 전제되기는 하지만, 변형예에서 플랫 원통형 셀의 스택 대신에, 상세히 도시되지 않은 다른 고정 장치에 의해 축 방향으로 서로 가압되는 버튼 셀 등이 제공될 수 있다.
이상에서, 본 발명이 바람직한 실시예, 변형예 및 대안적 실시예로 설명되었으나, 상기 변형예 및 대안적 실시예도 본 발명의 바람직한 실시예로서 이해될 수 있다. 불필요한 반복 설명을 피하기 위해, 반복이 제공되는 곳에서 다른 실시예, 변형예 등에 대한 설명이 참고되었다. 또한, 명확히 반대 지시가 없는 모든 곳에서 하나의 실시예, 변형예, 대안의 특징들 및 특성들이 다른 실시예, 다른 변형예, 다른 대안에 적어도 유사하게 적용될 수 있다.
전술한 설명의 모든 셀 또는 개별 셀들(2)은 본 발명의 의미에서 저장 셀 또는 에너지 저장 셀이다. 전술한 설명의 모든 배터리(1)는 본 발명의 의미에서 에너지 저장 장치이다. 전술한 설명의 모든 댐핑 소자들(2.4, 14.2, 15.5) 및 고정 스트랩들(28, 28.1, 28.2)은 본 발명의 의미에서 탄성 수단이다. 후자의 고정 스트랩들(28, 28.1, 28.2)은 전술한 설명의 고정 스트랩(8, 9), 너트(21)를 가진 스테이(20), 지지 프레임(16, 17) 및 압력 프레임(18, 19)과 같이 본 발명의 의미의 고정 장치이다. 열 방출과 관련되는 모든 구성 부분들, 특히 전술한 설명의 냉각 플레이트(3), 열 전도 소자(14, 15) 및 모든 열 전도 댐핑 소자(2.4, 14.2, 15.5)는 본 발명의 의미의 온도 제어 장치의 기능 구성 부분이다. 전술한 설명의 냉각 플레이트들(3)은 본 발명의 의미의 열 교환 장치이다. 전술한 설명의 셸들(2.41, 2.42), 내부 셸(2.2a), 외부 셸(2.2b)은 본 발명의 의미의 열 전도 케이싱이다.
1 배터리
2 셀
2.1 셀 하우징 측벽
2.11 측정 접속부
2.12 에지 폴딩
2.13 플랩
2.2 셀 하우징 측벽
2.2a 내부 셸
2.2b 외부 셸
2.4 댐핑 소자
2.22 플랩
2.3 셀 하우징 프레임
2.31 재료 상승부
2.32 상부 좁은 면
2.33, 2.34 재료 축소부
2.4 댐핑 소자
2.41, 4.42 셸
2.43 시임
2.44 내부 챔버
2.45 벨로우즈 구조
2.46 포움 블록
2.5 전극 스택
2.51 전극 막
2.52 돌출부
2.6 극 콘택(전류 도체)
2.7 밀봉된 시임
2.71 통과 영역
2.72 폴드
2.8 평평한 면
3 냉각 플레이트
3.1 냉각재 접속부
3.2 홈
3.3 냉각 채널
4 열 전도 막
5 가압 플레이트
5.1 홈
6 전방 극 플레이트
7 후방 극 플레이트
6.1, 7.1 돌출부 형태의 연장부
6.2, 7.2 고정 노즈
7.3 홈
8 고정 소자(수직 고정 스트랩)
8.1 고정 영역
9 수평 고정 스트랩
10, 11 전기 접속 소자
13 전자 소자
13.1 셀 전압 모니터링 장치
13.2 셀 전압 보상 장치
13.3 콘택 소자
14 열 전도 소자
14.1 지지 구조
14.11 긴 레그
14.12 짧은 레그
14.2 댐핑 소자
14.21 휘어질 수 있는 재료
14.22 케이싱
15 열 전도 소자
15.1 바닥
15.2 가장자리
15.20 에지
15.21, 15.22, 15.23 가장자리 섹션
15.3 리세스
15.4 갭
15.5 댐핑 소자
15 바닥판
16, 17 지지 프레임
16.1, 17.1 경사면
18, 19 단부 플레이트
18.1, 19.1 경사면
20 스테이
21 너트
22, 23, 24 접속 장치
25 스트럿
26 제어 장치
27, 27.1, 27.2 하우징 벽
28, 28.1, 28.2 고정 스트랩
A1 냉각 접촉 면
A2 셀 접촉 면
B 휨 방향
D 압력
E1 제 1 셀
E2 마지막 셀
F 삽입 방향
K1 내지 K3 전압-접속 콘택
P+ 포지티브 극
P- 네거티브 극
Pneg 네거티브 극 접속부
Ppos 포지티브 극 접속부
R1 내지 R3 셀 행
Si 셀 열
W 열 흐름
Z 셀 어셈블리
b,w 폭
d 두께
h, h1, h2 높이
s 스택 방향
t 깊이, 두께
상기 도면 부호 설명은 명세서의 필수적인 구성 부분이다.

Claims (16)

  1. 다수의 저장 셀, 상기 저장 셀들 또는 상기 저장 셀들에 의해 형성된 셀 어셈블리의 온도 제어를 위한 온도 제어 장치를 포함하는 에너지 저장 장치로서, 하나의 저장 셀과 다른 소자 사이에 충격 흡수 저장 또는 이격을 위한 탄성 수단들이 제공되고, 상기 다른 소자는 다른 저장 셀, 지지 소자, 다른 하우징 부품 또는 열 전도 소자인, 에너지 저장 장치에 있어서,
    상기 탄성 수단들은 규정된 압력을 하나 또는 다수의 저장 셀에 가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 수단들은 상기 온도 제어 장치의 기능적 구성 부분으로서 설계되고 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탄성 수단들은 열 전도 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 수단들은 열 전도 케이싱 및 내부 챔버를 포함하고, 상기 내부 챔버는 탄성적으로 휘어질 수 있는 재료로 채워지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 수단들은 열 전도성 및 탄성적으로 휘어질 수 있는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 수단들은 열 전도성 또는 열 투과성 케이싱 및 내부 챔버를 포함하고, 상기 내부 챔버는 열 전도성 및 탄성적으로 휘어질 수 있는 재료로 채워지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 수단들은 적어도 부분적으로, 바람직하게는 면으로, 상기 저장 셀의 열 교환 면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 수단들은 전기 전도성으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 수단들은 전기 절연성으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 수단들은 각각의 저장 셀에 고정되거나 또는 각각의 저장 셀의 일체형 구성 부분으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 수단들은, 적어도 부분적으로 각각의 저장 셀들 사이에 배치되는 각각의 열 전도 소자에 고정되거나 또는 상기 열 전도 소자의 일체형 구성 부분으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 제어 장치는 열 교환 장치 및 열 전도 소자를 포함하고, 상기 열 전도 소자는 적어도 부분적으로 각각의 저장 셀들 사이에 배치되며 상기 열 교환 장치와 열 전도 접촉되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장 셀을 고정하기 위한 고정 장치가 제공되고, 바람직하게는 상기 고정 장치가 상기 온도 제어 장치의 기능적 구성 부분으로서 설계되고 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  14. 액티브 부분, 상기 액티브 부분을 둘러싸는 하우징, 및 탄성 수단들을 포함하고, 상기 탄성 수단들은 저장 셀에 고정되거나 또는 상기 저장 셀의 일체형 구성 부분으로서 형성되고 다른 소자에 대해 상기 저장 셀을 충격 흡수 저장 또는 이격하기 위해 설계되고 배치되는, 에너지 저장 셀에 있어서,
    상기 탄성 수단들은 열을 전도하도록 설계되고 배치되며, 상기 탄성 수단들은 규정된 압력을 하나 또는 다수의 저장 셀에 가하도록 형성되고, 상기 탄성 수단들은 바람직하게 온도 제어 장치의 기능적 구성 부분으로서 설계되고 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 셀.
  15. 에너지 저장 셀들 사이에 배치되는 열 전도 소자에 있어서,
    탄성 수단들이 제공되고, 상기 탄성 수단들은 열 전도 소자에 고정되거나 또는 상기 열 전도 소자의 일체형 구성 부분으로서 형성되며 열을 전도하도록 설계되고 배치되며, 상기 탄성 수단들은 규정된 압력을 하나 또는 다수의 저장 셀로 가하도록 형성되며, 상기 탄성 수단들은 바람직하게 온도 제어 장치의 기능적 구성 부분으로서 설계되고 배치되는 것을 특징으로 하는 열 전도 소자.
  16. 특히 얇은 벽의 지지 구조를 가지며, 특히 에너지 저장 셀을 수용하는 열 전도 소자에 있어서,
    상기 얇은 벽의 구조는 바람직하게는 플랫 직육면체의 형태를 갖고, 상기 얇은 벽의 구조는 적어도 하나의 평평한 면 및 상기 평평한 면에 인접한 적어도 2개의 좁은 면을 포함하는 것을 특징으로 하고, 또한 탄성 수단들이 제공되고, 상기 탄성 수단들은 열 전도 부재에 고정되거나 또는 상기 열 전도 부재의 일체형 구성 부분으로서 형성되며, 열을 전도하도록 설계되고 배치되며, 상기 탄성 수단들은 규정된 압력을 하나 또는 다수의 저장 셀에 가하도록 형성되고, 상기 탄성 수단들은 바람직하게 온도 제어 장치의 기능적 구성 부분으로서 설계되며 배치되는 것을 특징으로 하는 열 전도 소자.
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