KR20140037774A

KR20140037774A - 배터리 모듈

Info

Publication number: KR20140037774A
Application number: KR1020130111483A
Authority: KR
Inventors: 팀 슈미트; 디트마 루츠; 제레미 커르나우
Original assignee: 독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-03-27
Also published as: CN103682515B; US20140079974A1; KR101573575B1; CN103682515A; DE102012108767A1; DE102012108767B4; US9331368B2; FR2995733B1; FR2995733A1

Abstract

본 발명은 배터리 셀들 사이에 배열된 냉각 플레이트를 통해 냉각되는 4개 이상의 배터리 셀들을 구비한 배터리 모듈에 관한 것이다. 여기서 본 발명은 핀들이 냉각 플레이트에서 돌출됨과 동시에 개개의 배터리 셀들의 멈춤 수단으로서 역할을 한다는 점에 그 핵심이 있다. 그 결과, 구조적으로도 간단한 구성의, 강력하고 매우 강성의 배터리 모듈이 제공된다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른, 배터리 셀들 사이에 배열된 냉각 플레이트를 통해 냉각되는 4개 이상의 배터리 셀들을 구비한 배터리 모듈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 배터리 모듈을 구비한 자동차에 관한 것이다.

문헌 DE 10 2008 034 695 B4는 서로 연결된 복수의 개개의 배터리 셀들 및 개개의 셀들의 극(pole)측에 배열된 냉각 플레이트를 구비한, 일반적인 유형, 특히 리튬 이온 배터리 유형의 배터리 모듈을 개시한다. 여기서, 냉각 플레이트는 배터리 셀들의 방향으로 수직으로 돌출된 냉각 맨드릴(mandrel)들을 구비하며, 상기 냉각 맨드릴들은 원추 형상으로 형성되고 개별의 셀들의 사이 공간들에서 측방향으로 돌출되도록 배열되어 있다. 틈이 없이 배터리 셀에 맞닿아 지지되는 상기 냉각 맨드릴들 때문에, 폐열이 배터리 셀들로부터 냉각 플레이트로 전달될 수 있게 하는 면적이 확장되어야 한다.

문헌 DE 10 2010 009 478 A1은 냉각 플레이트에 열 전도 방식으로 연결된 복수의 저장 셀들을 구비한 전기 에너지 저장 수단을 포함하는 자동차를 개시하며, 이때 상기 냉각 플레이트에는 냉각 액체가 관류하는 하나 이상의 냉각 채널이 통합된다. 그 결과, 구조적으로 단순한 방식으로 냉각될 수 있는 전기 에너지 저장 수단이 만들어진다.

문헌 US 2006/0240318 A1은 적층형 방식으로 서로 지지된 복수의 배터리 셀들을 구비한 추가의 배터리 모듈을 개시한다. 여기서, 개개의 배터리 셀들 사이에는 개개의 배터리 셀들을 서로 이격된 상태로 유지하고, 그 결과, 개개의 배터리 셀들 사이에 냉각수단의 관통 유동을 가능케 하는 스페이서 요소들이 배열된다.

문헌 US 2011/0189524 A1은 또한, 복수의 개개의 배터리 셀들을 구비하고, 배터리 셀들을 냉각하기 위한, 개개의 배터리 셀들 사이에 냉각 플레이트가 배열된 배터리 모듈을 개시한다.

문헌 WO 98/31059는 서로 이격되어 배열되고 냉각을 위한 공기가 관통하여 흐르는 복수의 개개의 배터리 셀들을 구비한 배터리 모듈을 또 한번 제공한다.

본 발명은 상기 유형의 배터리 모듈에 대해, 특히 효과적인 냉각 성능 및 높은 안정성을 특징으로 하는 개량된 실시예를 제공하는 문제에 전착한다.

본 발명에 따르면, 상기 문제점은 독립항들의 청구 대상들을 통해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속항들의 청구대상들이다.

본 발명은 배터리 셀들 사이에 배열된 냉각 플레이트를 통해 배터리 모듈의 개개의 배터리 셀들을 냉각하는 일반적인 개념을 기초로 하고, 냉각 플레이트 자체에 돌출되어 배열된 핀들은 한편으로 개개의 배터리 셀들의 멈춤 수단으로서 역할을 하고 다른 한편으로 냉각 플레이트와 이로 인해 배터리 모듈에도 역시 상당히 증가된 강성을 부여한다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 배터리 셀들 사이에 배열된 냉각 플레이트를 통해 냉각될 수 있는 4개 이상의 배터리 셀들을 구비한다. 외측으로 돌출된 핀들은 상기 냉각 플레이트에 배열되고, 바람직하게 하나 이상의 핀이 각 측에 배열되고, 이 핀들은 핀들의 높은 굽힘 강도로 인해 냉각 플레이트를 상당히 강화시키고, 동시에 핀들은 개개의 배터리 셀들의 멈춤 수단으로서 역할을 하기 때문에, 개개의 배터리 셀들의 장착을 단순화한다.

본 발명에 따른 해결 수단의 바람직한 일 개선예에서, 냉각 플레이트는 복수의 층들, 즉 2개의 금속 시트들로 구성되고, 이 금속 시트들은 이들 사이에 배열된 플라스틱 인서트의 외측에 놓인다. 여기서, 2개의 금속 시트들은 냉각 플레이트로부터 개개의 배터리 셀들로의 높은 열 전달율을 보장하는 반면, 2개의 금속 시트들 사이에 배열된 플라스틱 인서트는, 양산 기술 면에서 간단하고 동시에 중량 면에서 최적화된 방식으로, 냉각 플레이트를 관통하여 흐르는 냉각 유체를 위한 개개의 냉각 채널들을 생성할 수 있게 하는데 기여한다. 따라서 2개의 금속 시트들은 금속 시트들 사이에 놓인 플라스틱 인서트와 함께 냉각 채널들의 범위를 정한다.

핀들은 편의상 각각의 금속 시트들로부터 외측으로 수직하게 돌출된다. 냉각 플레이트 자체는 보통, 특히 플레이트의 면에 놓인 굽힘 축에 대해 비교적 쉽게 구부러질 수 있어서, 각각의 금속 시트에 대해 수직하게 돌출된 핀은 굽힘 모멘트를 상당히 증가시킨다. 이와 동시에, 핀들은 개개의 배터리 셀들의 멈춤 수단을 형성하고, 그 결과, 개개의 배터리 셀들을 냉각 플레이트에 체결한 후에, 구조적으로 매우 튼튼할 뿐만 아니라 또한 효과적으로 냉각될 수 있는 배터리 모듈이 제조될 수 있는데, 그 이유는 각각의 배터리 셀들은 일측면이 그 전체 면적에 걸쳐 냉각 플레이트에 지지되고 제2 측면의 하나 이상의 영역이 평면 식으로 강성부재(a stiffening) 및 냉각 핀으로 여겨질 수 있는 각각의 핀에 지지되기 때문이다.

본 발명에 따른 해결 수단의 바람직한 추가의 실시예에서, 배터리 셀들 사이에 배열된 냉각 플레이트를 갖는 4개의 배터리 셀들은 각각 고정 끈에 의해 서로 묶여진다. 이러한 유형의 고정 끈들은 플라스틱 또는 금속으로 만들어질 수 있고 개개의 배터리 셀들을 냉각 플레이트에 영구적으로 고정할 수 있게 한다. 고정 끈을 푼 후에, 원칙적으로 개개의 배터리 셀들의 교체도 가능하다. 상기 고정 끈의 대안으로서, 개개의 배터리 셀들은 냉각 플레이트에도 물론 접착 결합이나 나사 체결될 수 있다.

2개의 금속 시트들은 편의상 이들 사이에 배열된 플라스틱 인서트에 접착 결합 또는 용접된다. 따라서 냉각 플레이트를 제조하기 위해 미리 절단된 2개의 금속 시트들을 이들 사이에 배열된 플라스틱 인서트에 연결하는 것이 필요할 뿐이다. 여기서, 예를 들면 접착 결합이나 용접을 통한 유체 밀봉 연결이 이루어질 수 있다.

본 발명은 또한 앞 단락들에 기술된 배터리 모듈을 자동차, 예를 들면 하이브리드 또는 전기 자동차에 이용하는 일반적인 개념을 기초로 한다. 특히, 전기 모터에 의해 구동되거나 전기 모터의 도움을 받는 자동차들은 비교적 높은 배터리 용량을 필요로 하고, 상기 자동차에서 이러한 유형의 고성능 배터리들은 효과적인 작동을 위해 냉각되어야 한다. 따라서 본 발명에 따른 배터리 모듈을 이러한 유형의 자동차에 사용함으로써 배터리의 효과적인 냉각을 통해 비교적 작은 배터리를 이용하여 높은 전원 출력을 얻는 큰 장점을 얻을 수 있다. 배터리 모듈의 비교적 높은 고유 강성으로 인해, 예를 들면, 이전에 필요했던 특수한 유지 장치들을 자동차에서 생략할 수 있고, 그 결과 중량이 감소될 뿐만 아니라 설치 역시 상당히 용이해질 수 있다.

본 발명의 추가적인 중요한 특징들 및 이점들은 종속항들, 도면들 및 도면들을 이용한 도면들과 관련된 설명을 통해 실시된다.

위의 설명에 기술되고 이하의 설명에서 더 기술될 특징들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 개별적으로 명시된 조합으로 이용될 뿐만 아니라, 다른 조합들 또는 자체적으로 이용될 수 있다는 것이 자명하다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 도면들에 도시되고, 다음의 명세서에 더 자세하게 기술될 것이고, 여기서 동일한 부호들은 동일하거나 유사하거나 기능적으로 동일한 부품들과 관련이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 모듈을 한 도면으로 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 냉각 플레이트를 도시한 개략도.
도 3은 상부 금속 시트가 없는 냉각 플레이트를 도시한 개략도.

도 1에 따르면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(1)은 냉각 플레이트(3)를 통해 냉각되는 복수의 배터리 셀들(2)을 포함하고, 냉각 플레이트는 배터리 셀들 사이에 배열된다(또한 도 2 참조). 냉각 플레이트(3)에는 플레이트 면에 대해 실질적으로 수직하게 돌출되는 핀들(4)이 배열되고, 상기 핀들은 냉각 플레이트(3)를 강화시키고 개개의 배터리 셀들(2)의 개량된 냉각 성능을 일으킬 뿐만 아니라, 이와 동시에 개별 배터리 셀들(2)의 멈춤 수단(stop)으로서 역할을 한다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 모듈(1)은 종래의 배터리 모듈들보다 강성이고, 이로 인해, 개별 배터리 셀들(2)은 일측면이 평면 식으로 냉각 플레이트(3)에 지지되고 단부 측면이 평면 식으로 각각의 핀(4)에 지지되어 개별 배터리 셀들(2)은 2개의 측면들로부터 냉각될 수 있기 때문에, 특히 효과적인 냉각 성능을 가진다.

도 2 및 도 3을 관찰하면, 냉각 플레이트(3)가 복수의 층들, 즉 2개의 금속 시트들(5, 5')로 구성되고, 금속 시트들은 이들 사이에 배열된 플라스틱 인서트(6)의 외측에 놓인다는 것을 알 수 있다(특히 도 3 참조). 여기서, 2개의 금속 시트들(5, 5')은, 플라스틱 인서트(6)와 함께, 냉각 플레이트(3)에 배열되는 개별 냉각 채널들(7)의 범위를 정한다. 가능한 한 냉각 플레이트(3)의 높은 굽힘 강도를 얻을 수 있도록, 바람직하게 핀들(4)은 각각의 금속 시트들(5, 5')로부터 플레이트 면에 대하여 수직하게 돌출된다. 또한, 핀들(4)은 사각형 배터리 모듈(1)의 종방향으로 배열되고 각각 배터리 셀들(2)의 단부 측면에 대한 멈춤 수단을 형성한다.

또한, 냉각 플레이트(3)로 냉각수를 공급 및 배출하기 위한 유출 개구(8) 및 유입 개구(9)가 냉각 플레이트(3)의 단부측에 구비된다. 예를 들면, 고정 끈(10; 도 1 참조)을 통해 개개의 배터리 셀들(2)과 냉각 플레이트(3)을 체결하는 것이 이루어질 수 있고, 바람직하게는 4개의 배터리 셀들(2)은 각각 하나의 고정 끈(10)에 의해 배터리 셀들 사이에 배열된 냉각 플레이트(3)와 함께 유지된다. 이러한 유형의 고정 끈(10)은 예를 들면 플라스틱이나 금속으로 형성되어 있을 수 있고, 개개의, 특히 고장난 배터리 셀들(2)의 개별 교체를 가능하게 한다. 대안적으로 배터리 셀들(2)과 냉각 플레이트(3)의 접착 결합 또는 나사 결합이 또한 가능하다는 것은 자명하다.

2개의 금속 시트들(5, 5')과 이들 사이에 배열된 플라스틱 인서트(6)의 유체 밀봉 체결은 보통 접착 결합 또는 용접을 통해 이루어지고, 이는 한편으로 그 공정 면에서 신뢰할만하고 다른 한편으로 비용이 저렴한 접합 기술을 가능하게 한다. 여기서, 개개의 배터리 셀들(2)의 극(pole)들이 대응하는 보호 캡들(11) (도 1 참조)에 의해 물론 덮일 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 모듈(1)은 특히 자동차(12)에 이용될 수 있고, 냉각될 수 있는 이러한 유형의 고성능 배터리 모듈들(1)은 특히 하이브리드 또는 전기 자동차에 이용된다.

요약하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(1)에 의해 매우 강성의 배터리 모듈(1)이 제조될 수 있다는 것을 알 수 있고, 상기 배터리 모듈(1)은 한편으로 냉각 플레이트(3)로 인해 냉각될 수 있어 고성능이며, 다른 한편으로 멈춤 수단을 형성하는 핀들(4)로 인해 간단하게 조립될 수 있다.

Claims

배터리 셀들 사이에 배열된 냉각 플레이트(3)를 통해 냉각되는 4개 이상의 배터리 셀들(2)을 구비한 배터리 모듈(1)에 있어서,
냉각 플레이트(3)에 핀들(4)이 돌출되어 배열되며, 상기 핀들은 동시에 개개의 배터리 셀들(2)의 멈춤 수단으로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 냉각 플레이트(3)는 복수의 층들, 즉 외측에 놓이는 2개의 금속 시트들(5, 5')과 금속 시트들 사이에 배열된 플라스틱 인서트(6)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제2항에 있어서, 2개의 금속 시트들(5, 5')은 플라스틱 인서트(6)와 함께 냉각 채널들(7)의 범위를 한정하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 핀들(4)은 각각의 금속 시트들(5, 5')로부터 외측으로 수직 돌출되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 핀들(4)은 직사각형 배터리 모듈(1)의 종방향으로 배열되고 각각 배터리 셀들(2)의 단부 측면에 대한 멈춤 수단을 형성하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 플레이트(3)의 단부측에는 유출 개구(8) 및 유입 개구(9)가 배열되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 4개의 배터리 셀들(2)은 각각 고정 끈(10)에 의해 배터리 셀들 사이에 배열된 냉각 플레이트(3)와 함께 유지되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제2항 또는 제3항에 있어서, 2개의 금속 시트들(5, 5')은 이들 사이에 배열된 플라스틱 인서트(6)에 접착 결합 또는 용접되어 있는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈(1)을 구비한 자동차(1).