KR20140045552A - 배터리 셀 모듈, 배터리 셀 모듈 작동 방법, 배터리 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 셀 모듈에 관한 것으로서, 상기 배터리 셀 모듈은 각각 탈기 개구부(13)를 포함하는 복수의 배터리 셀들(10), 특히 리튬 이온 배터리 셀들, 및 상기 복수의 배터리 셀(10)에 할당되어 상기 배터리 셀들(10)로부터 누출된 가스를 적어도 일시적으로 수용하는 가스 수용 챔버(21)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 가스 수용 챔버(21)의 용적은 상기 탈기 개구부들(13)과 직접 연결된다. 또한, 본 발명은 배터리 셀 모듈의 동작 방법, 배터리, 및 상기 배터리 셀 모듈 또는 상기 배터리를 포함하는 모터 자동차에 관한 것이다.

Description

배터리 셀 모듈, 배터리 셀 모듈 작동 방법, 배터리 및 자동차{Battery cell module, method for operating a battery cell module and battery and motor vehicle}
본 발명은 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 모듈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따르는 배터리 셀 모듈을 작동시키기 위한 작동 방법, 및 본 발명에 따르는 복수의 배터리 셀 모듈을 포함하는 배터리, 및 자동차에 관한 것이다.
여기서, 본 발명은 리튬 이온 배터리 셀, 리튬 이온 배터리, 또는 상응하는 배터리 셀 모듈과 관련된다.
다양한 응용 분야를 위한 배터리, 예컨대, 차량, 풍력 발전 설비와 같은 정지형 설비, 및 노트북 컴퓨터 및 통신 장치와 같은 이동식 전자 장치를 위한 배터리에 대한 상당한 수요가 존재한다. 이러한 배터리에 대하여 신뢰도, 수명 및 출력 용량에 관한 매우 높은 요구조건들이 설정된다. 애플리케이션들의 광범위한 사용을 위하여 리튬 이온 기술이 적용된다. 리튬 이온 기술은 특히 높은 에너지 밀도와 특히 낮은 자가 방전을 특징으로 한다. 리튬 이온 셀들은, 전해질 성분인 리튬 이온들(Li+)에 의해 가역식으로 삽입(intercalation)되거나 다시 탈리(deintercalation)될 수 있는 적어도 하나의 양극 및 음극 전극(캐소드 및 애노드)을 포함한다.
이 경우, 삽입은 배터리 셀의 충전 과정에서 이루어지고, 탈리는 전기 기기에 전류 공급을 위한 배터리 셀의 방전 시에 이루어진다.
삽입 및 탈리를 위해, 이른바 리튬-이온-전도염(conducting salt)이 존재해야 한다. 예컨대, 휴대용 전자 장치에서 사용되는 더욱 낮은 전하의 배터리 셀들에 대해서뿐 아니라, 자동차 분야의 용도로 사용되는 배터리 셀들에서도 리튬-전도염으로서 리튬-헥사-플루오로포스페이트(LiPF6)가 이용된다. 이러한 전도염은 수분에 높은 반응성을 가지며, 가수분해가 일어나서 불화 수소(HF)가 형성될 수 있다.
리튬-이온 기술에서 임계점은 과충전 시에 각각의 셀 또는 이들 셀로 조립되는 배터리의 반응을 일으킨다. 이 경우, 캐소드 분해가 야기되어 강한 산화제가 방출될 수 있다. 이는 전해질 내에서 강한 발열 반응을 초래할 수 있다. 또한, 배터리 셀의 내부의 압력을 상승시키는 고온의 가스가 생성된다.
이러한 압력은 셀 내에 제어할 수 없는 온도 상승(열 폭주, 이른바 "thermal runaway")을 초래할 뿐 아니라, 예컨대 이른바 "안전변(safety vent)"과 같은 셀의 안전 장치의 압력에 기인한 개방을 야기할 수 있다. 셀의 개방이 이루어지지 않는다면, 셀의 폭발 위험이 존재하게 된다.
이른바 "안전변" 형태의 안전 장치는 US 2009/0068550 A1에 확인할 수 있으며, 상기 안전변은 배터리 셀 내 허용할 수 없는 초과 압력이 발생할 경우 탈기 개구부(degassing opening)를 릴리스한다.
이 경우, 상기 유형의 탈기 개구부들은 사전 설정된 파괴점을 갖도록 구성될 수 있다. 유출되는 가스는 전해질을 함유하며 물과 반응하여 플루오린화 수소산을 생성한다. 기기 및 사람에 대한 위험을 방지하도록 하기 위해, 반드시 배터리 셀들로부터 유출되는 가스는 제어되고 의도한 바에 따라 배출되어야 한다.
위험한 매체의 포집 및 배출은 배터리 셀 모듈 상에 배치되는 이른바 모듈 커버가 담당한다.
이와 관련하여, DE 20 2004 004 335 U1은, 가스가 커버 내 이른바 가스 유출 챔버 내에 도달하기 전에, 고상과 액상을 분리하도록 하기 위해, 누출된 가스는 래비린스(labyrinth)를 관류해야만 하는, 축전지용 탈기 시스템을 개시하고 있다. 상기 구성은 상대적으로 높은 구조적 비용과 그에 따른 제조 기술적 비용과 결부된다.
DE 102 57 918 B4는 상부에 이른바 블록 커버(block cover)가 배치되는 축전지를 개시하고 있으며, 여기서 블록 커버는 다시 상부 커버와 하부 커버를 포함한다. 블록 커버 내에는, 배터리 셀의 개수에 상응하게, 각각 산 분리(acid separation)를 위한 가스 챔버들이 배치된다. 가스를 수용하는 커버의 상기 실시예도, 구조적인 설계에 의한 조건에 따라, 제조 및 조립 시에, 특히 높은 부품 개수로 인해 상대적으로 복잡하고 비용 집약적이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 모듈, 상기 배터리 셀 모듈을 작동시키기 위한 작동 방법, 복수의 배터리 셀 모듈을 포함하는 배터리, 및 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 특히 리튬-이온 배터리 셀일 수 있는, 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 모듈이 제안된다. 배터리 셀들 각각은 탈기 개구부를 포함한다. 상기 배터리 셀 모듈은 복수의 배터리 셀에 할당되어 상기 배터리 셀들로부터 누출되는 가스를 적어도 일시적으로 수용하기 위한 가스 수용 챔버(gas accommodation chamber)를 포함하며, 상기 가스 수용 챔버의 용적은 탈기 개구부들과 직접 연결된다.
이는, 상기 가스 수용 챔버가 바람직하게는 배터리 셀 모듈 내의 모든 배터리 셀들에 공동으로 할당되고 그에 따라 상기 배터리 셀들과 동시에 사용되도록 제공된다는 것을 의미한다.
따라서, 탈기 개구부들로부터 유출되는 가스의 유동을 편향시킬 필요가 없으며, 그럼으로써 간단하면서도 경제적인 가스 포집 및 가스 배출이 가능해진다.
바람직하게는, 가스 수용 챔버의 용적이 탈기 개구부들과 직결되며, 다시 말하면, 중간에 배치되는 챔버들을 관류할 필요가 없게 된다. 경우에 따라서, 상대적으로 짧은 라인 연결편의 관류만이 이루어진다. 그럼으로써, 가스 수용 챔버 내에서 유동의 생성 시, 모든 탈기 개구부에서 부압이 효율적으로 생성될 수 있으며, 그럼으로써 유출되는 가스는 확실하면서도 신속하게 배출될 수 있다.
본 발명에 따라서, 가스 수용 챔버의 개구부 영역은 복수의 배터리 셀에 걸쳐서 연장될 수 있다.
본 구현예에 따라서, 배터리 셀들의 표면에 대향하는 커버의 밀봉은 바람직하게는 완전하게, 다시 말하면 적어도 유체 밀봉 방식으로, 그리고 바람직한 실시예에 따라서는 완전한 기체 밀봉 방식으로 실현된다. 커버는 복수의 배터리 셀에 밀봉 안착되고, 동일한 개구부 영역이 복수의 배터리 셀 위쪽에 배치되며, 그럼으로써 상기 복수의 배터리 셀로부터 누출되는 가스는 동일한 개구부 영역을 통해 커버의 가스 수용 챔버 내에 도달할 수 있게 된다. 이 경우, 밀봉은, 예컨대 스펀지 고무 실링을 통해 이루어지는 것처럼, 커버 및/또는 배터리 셀들에서 바람직한 실링 부재를 통해 이루어진다. 커버가 안착되는 배터리 셀들의 표면은 바람직하게는 배터리 셀들의 각각의 상부면(top surface)이고, 이들 상부면으로부터 단자들이 돌출된다.
바람직하게는, 배터리 셀들은 서로 나란하게 접합되거나, 또는 배터리 셀들 사이에 중간 층들이 배치되며, 그럼으로써 커버가 밀봉 방식으로 안착되는 배터리 셀들의 영역에는, 배터리 셀 모듈의 실질적으로 연속적인 표면이 형성된다. 이는, 배터리 셀들 사이에 밀봉 가능한 고형 재료로 채워지지 않은 간격은 존재하지 않음으로써, 배터리 셀들에 대향하여 복수의 배터리 셀을 브리지하는 가스 수용 챔버, 또는 이 가스 수용 챔버의 개구부 영역의 밀봉이 이루어질 수 있음을 의미한다. 상기 본 발명에 따르는 구현예를 통해, 더 이상, 별도의 하우징 내에 모듈의 배터리 셀들을 배치할 필요가 없는데, 그 이유는 연속적인 표면을 포함하는 구현예를 통해, 하부 방향으로 열려 있는 가스 수용 챔버의 밀봉이 가능하기 때문이다. 본 발명에 따라, 배터리 셀 모듈이 더 이상 하우징을 포함할 필요가 없는 것을 통해, 마찬가지로 제조 기술 측면의 장점들이 달성될 뿐 아니라 중량 감소가 실현된다.
개구부 영역에 의해 덮이는 표면은 커버에 의해 중첩되는 배터리 셀들의 표면 상에서 가스 수용 챔버의 투영 영역에 상응한다. 여기서 투영은 커버에 의해 중첩되는 표면 상에서 가스 수용 챔버의 수직 투영을 의미한다. 이는, 가스 수용 챔버의 최대 폭과 길이가 실질적으로 배터리 셀들의 방향으로 가스 수용 챔버의 개구부의 표면을 범위 한정하는 것을 의미한다. 달리 말하면, 가스 수용 챔버의 최대 횡단면 면적은 개구부 영역의 최대 횡단면 면적이다. 그러나 본 발명은 상기 유형의 구현예로만 제한되는 것이 아니라, 본 발명에 따르는 배터리 셀 모듈은 또한, 개구부 영역에 의해 덮이는 배터리 셀들의 표면이 커버에 의해 밀봉되는 표면 상에서 가스 수용 챔버의 투영 영역보다 더 작은 방식으로, 형성될 수 있다.
대체되는 추가 실시예에 따라서, 가스 수용 챔버는, 배터리 셀의 각각의 탈기 개구부와 유체로 연결되는 복수의 가스 유입 개구부를 포함한다. 이는, 본 실시예에 따라 가스 수용 챔버의 각각의 가스 유입 개구부가 배터리 셀의 탈기 개구부와 연결되는 것을 의미한다. 이 경우, 기계적 연결 지점은 바람직하게는 매우 짧은 길이로 형성된다. 본 구현예의 장점은 배터리 셀들에 비해 가스 수용 챔버를 밀봉하기 위한 적은 복잡성에 있는데, 그 이유는 탈기 개구부들의 고정이 곧바로 가스 유입 개구부들에서, 다시 말해 바람직하게는 짧은 라인 연결편, 내지 L/D ≤ 0.5의 길이(L) 대 지름(D)의 비율을 갖는 라인에 의해 실현되기 때문이다.
그럼으로써, 간단하면서도 경제적인 방식으로, 배터리 셀들로부터 유출되는 공격적인 매체의 배출이 가능하게 된다.
바람직하게는, 커버는, 하나의 대형 개구부 영역만을 포함하거나 복수의 가스 유입 개구부를 포함하는 커버의 형성과 무관하게, 단일 벽으로 형성되며, 커버 내 가스 수용 챔버는 영역별로 실질적으로 오목한 구조를 통해 형성된다. 특히 상기 커버는 제조 기술 측면에서 매우 간단하게 실현된다. 이 경우, 본 발명은 커버의 단일 벽 구조로만 국한되는 것이 아니라, 커버는 또한 복수의 층으로 구성되는 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 언급한 오목한 구조는, 배터리 셀들의 반대로 향하는 방향으로 실질적으로 공간 형성부를 포함하는 굴곡진 공간 제한부를 의미한다. 상기 오목한 구조는 단층의 커버 재료의 변형을 통해 실현될 수 있거나, 또는 커버 재료로 이루어진 중실 재료(solid material)의 가공을 통해서도 실현될 수 있다.
복수의 가스 유입 개구부를 포함하는 구현예에 따라서, 더욱 바람직하게는, 각각의 탈기 개구부를 형성하는 재료와 각각의 가스 유입 개구부를 형성하는 재료 사이의 연결 영역에 하나 이상의 다중 다리형 실링이 배치된다.
상기 실링은 예컨대 V-링 실링일 수 있으며, 다시 말하면 무하중 상태에서 펼쳐지고 장착된 하중 상태에서는 실질적으로 상호 간에 평행하게 연장되는 2개의 다리부를 포함하는 실링일 수 있으며, 하나 이상의 다리부는 자체의 탄성 특성을 바탕으로 자체의 복원력을 이용하여 각각의 탈기 개구부를 형성하는 재료에 대향하여, 또는 가스 유입 개구부를 형성하는 재료에 대향하여 밀봉 효과를 향상시킨다.
가스 수용 챔버 내 가스 압력을 통해, 다리부들은 서로 이격되는 방향으로 밀착될 수 있으며, 그럼으로써 밀봉 효과는 추가로 강화된다.
가스 수용 챔버 내에 수용된 가스의 배출을 위해, 바람직한 구현예에 따라서, 상기 가스 수용 챔버는 하나 이상의 유출 개구부를 포함한다. 유출 개구부에는, 배터리 셀 모듈로부터 누출된 가스를 이격 이동시키고 목표한 바대로 배터리 셀 모듈에서 가스에 의한 위험이 존재하지 않는 주변으로 방출하도록 하기 위해, 예컨대 호스와 같은 라인을 연결하기 위한 연결 장치가 제공될 수 있다. 연결 장치는 예컨대 T자형 관 부재의 형태로 장착될 수 있고, 관 부재의 두 튜브 소켓(tube socket)은 각각의 호스를 연결하도록 형성되며, 그럼으로써 복수의 연결 장치가 간단한 방식으로 상호 간에 일렬로 연결될 수 있으며, 그에 따라 복수의 배터리 셀로부터 가스를 배출하기 위한 복잡성은 감소된다.
배터리 셀 내에 초과 압력이 발생하는 경우, 배터리 셀의 탈기 개구부가 개방되며, 그럼으로써 가스는 배터리 셀로부터 가스 수용 챔버 내에 도달하게 된다. 상기 초과 압력에 의해서는 가스가 가스 수용 챔버 내 수용 후에 연결 장치를 통해 배터리 셀로부터 멀리 수송된다.
유출 개구부에는 체크 밸브가 연결될 수 있고, 상기 체크 밸브는 바람직하게는 영어 명칭으로 duck bill valve로도 공지된 립 밸브(lip valve)이다. 상기 립 밸브는 유출 개구부에 직접 연결되거나, 또는 유출 개구부와 연결된 라인에 연결될 수 있다. 립 밸브는 가스 포집 챔버로부터 유출되는 가스 유동을 가능하게 하면서, 그 반대 방향의 가스 유동은 방지한다.
바람직한 구현예에 따라서, 립 밸브는, 가스 포집 챔버 내에 소정의 가스 압력을 초과할 시에 내부적으로 가스가 가스 포집 챔버로부터 유출될 수 있도록 하는 개구부가 생성되게끔 하는 균열이 발생하는 방식으로 형성되는 사전 설정된 파괴점을 포함한다. 균열 내지 사전 설정된 파괴점은 바람직하게는, 립들이 서로 접합되거나 서로 맞닿는 영역에서 발생한다. 립 표면들이 상호 간에 예각으로 배치되는 경우, 외부 환경에서의 압력 상승이 외부로부터 립 표면들의 가압을 야기하며, 그럼으로써 상기 립 표면들은 서로 밀착되면서 밀봉 효과를 수반한다.
또한, 본 발명에 따라서, 립 밸브를 포함하는 배터리 셀 모듈을 작동시키기 위한 작동 방법이 제공되며, 이 경우 가스 포집 챔버 내에서 소정의 가스 압력을 초과할 경우 개구부가 생성되고, 이후 가스 포집 챔버 내에서 소정의 가스 압력을 하회할 시에는 립 밸브가 실질적으로 주변에 대해 가스 포집 챔버를 밀봉하고, 그리고/또는 가스 포집 챔버로부터 가스의 유출이 실질적으로 방지된다. 사전 설정된 파괴점의 최초 개방 전에, 그리고 가스 포집 챔버 내에서 소정의 가스 압력을 하회할 시에, 립 밸브는 기체 밀봉 방식으로 상호 간에 연결된 립들 내지 표면 부재들을 통해 가스 포집 챔버로부터 가스의 유출을 방지한다. 그러나 가스 수용 챔버 내에서 허용되지 않는 초과 압력이 발생한다면, 립들 사이, 또는 표면 부재들 사이의 연결 영역이 파열되면서 개구부를 릴리스한다.
소정의 압력을 하회할 경우 립 영역의 개방이 이루어진 후에 가스 유출의 방지 또는 밀봉은 개구부를 형성할 수 있는 립들의 영역들의 접합을 통해 충분히 실현된다. 상기 영역들의 접합은 립들의 탄성력, 또는 개구부를 형성할 수 있는 립들의 영역들의 탄성력을 통해 가능해진다.
이 경우, 주변에 대한 가스 포집 챔버의 밀봉은 개방되지 않거나 균열되지 않은 립 밸브의 밀봉 효과를 통해 보장되었던 정도로는 불가능하지만, 실질적으로 충분한 밀봉 효과가 달성될 수 있다.
본 발명에 따라, 본 발명에 따르는 복수의 배터리 셀 모듈을 포함하는 배터리, 특히 리튬 이온 배터리가 제공되며, 여기서 배터리 셀 모듈들은 전체 하우징 내에 배치되고, 배터리 셀 모듈들의 유출 개구부들은, 전체 하우징 내 가스 유출구에 연결되는 탈기 라인과 유체로 연결된다. 이는, 각각의 개별 배터리 셀 모듈이 하우징을 포함하는 것이 아니라, 배터리 셀 모듈들이 모든 배터리 셀 모듈을 포함하는 전체 하우징 내에 배치되는 것을 의미한다. 배터리 셀 모듈들의 가스 수용 챔버들에 연결되는 각각의 유출 개구부들은 하나 이상의 탈기 라인과 유체로 연결되며, 이 탈기 라인을 통해서는 배터리 셀들로부터 누출된 가스가, 전체 하우징 내에 배치되는 가스 유출구로부터 목표한 바대로 제어되면서 주변으로 배출될 수 있을 때까지 이동될 수 있다.
본 발명에 따라서, 본 발명에 따르는 하나 이상의 배터리 셀 모듈 또는 본 발명에 따르는 배터리를 포함하는 자동차, 특히 모터 구동식 자동차가 제공되며, 여기서 배터리 셀 모듈 또는 배터리는 자동차의 구동 시스템과 연결된다.
배터리 셀 모듈 및 배터리의 본 발명에 따르는 구성을 통해, 배터리 셀들 내에서 경우에 따라 발생하는 가스 또는 전해질의 확실한 포착 및 배출이 실현될 수 있다. 그 외에, 본 발명에 따르는 배터리 셀 모듈 및 배터리는 제조 기술 및 조립 기술 측면에서 간단하면서도 조립 결함에 대한 안전성이 증가된 조건에서 제조될 수 있다. 그와 동시에, 어느 하나의 배터리 셀의 탈기 시에 인접한 배터리 셀들의 손상 및/또는 오염은 예방된다. 이는 다시금, 낮은 복잡성과 낮은 비용으로 배터리 셀 모듈을 유지보수할 수 있는 수리 내지 유지보수 직원을 위해서도 공격적인 매체로부터 증가된 안전성을 실현한다.
본 발명은 아래에 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참조하여 설명된다.
도 1은 배터리 셀을 도시한 사시도이다.
도 2는 커버를 위에서 바라본 상면도이다.
도 3은 커버를 아래에서 바라본 저면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 배터리 셀 모듈을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 배터리 셀 모듈을 측면에서 보고 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따르는 배터리 셀 모듈의 추가 실시예를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 배터리 셀 모듈의 커버를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 배터리 셀 모듈의 커버와 이 커버에 연결된 립 밸브를 도시한 개략도이다.
도 9는 배터리 셀 모듈과 커버 사이에서 이용되는 실링의 영역을 도시한 단면도이다.
도 1에는, 바람직하게는, 본 발명에 따르는 배터리 셀 모듈에 이용되는 배터리 셀(10)이 도시된다. 배터리 셀(10)은 배터리 셀 하우징(11)을 포함하고, 상부에 단자들(14)이 배치되는 배터리 셀 하우징(11)의 윗면에는 가스 수용 챔버(21)에 의해 덮이는 표면(12)이 배치된다. 표면(12)에는, 배터리 셀(10) 내에 허용되지 않는 초과 압력이 발생할 경우 배터리 셀 하우징(11)으로부터 가스를 방출하기 위해, 예컨대 사전 설정된 파괴점으로 또는 과부하 밸브로, 형성될 수 있는 탈기 개구부(13)가 배치된다.
도 2 및 도 3에는, 본 발명에 따르는 배터리 셀 모듈의 커버(20)의 일 실시예가 도시된다. 커버(20)는 실질적으로 직사각형 형상을 갖고, 중앙 영역에는, 도 2 및 도 3에는 단층 커버 재료의 오목한 만곡부로서 형성되어 있는, 가스 수용 챔버(21)가 배치된다. 특히 도 3에는 가스 수용 챔버(21)가 하부 방향으로 열려 있고, 그럼으로써 가스 수용 챔버(21)의 윤곽을 갖는 개구부 영역(22)이 형성되는 것이 도시된다. 또한, 도 3에는, 가스 수용 챔버(21)에 유출 개구부(23)가 연결된다는 것이 분명히 도시된다. 유출 개구부(23)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, T자형 부재로서 형성된 관형 연결 장치(25)가 연결된다. 연결 장치(25)는, 추가 연결 라인들을 연결하기 위한, 서로 반대 방향으로 향해 있는 2개의 튜브 소켓(26)을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 커버(20)에는 개구부 영역(22)의 테두리를 따라 부착되는 실링 부재(24)가 배치된다.
도 4에서 돌출된 단자들(14)로부터 알 수 있다시피, 복수의 배터리 셀들(10) 상에 커버(20)를 배치할 경우, 가스 수용 챔버(21)와 그에 따라 개구부 영역(22)은 배터리 셀들(10)에 횡방향으로 중첩되고, 가스 수용 챔버(21)와 개구부 영역(22)은 실질적으로 도 1에 도시된 배터리 셀들(10)의 탈기 개구부들(13)에 걸쳐서 연장된다. 탈기 개구부(13)의 개방 시에 가스는 개구부 영역(22)을 통해 가스 수용 챔버(21)에 도달한다. 실링 부재(24)에 의한 밀봉을 통해 가스의 측면 유출이 방지된다. 개구부 영역(22)의 아래에 배터리 셀 모듈의 평면 표면을 형성하는 것을 통해, 실링 부재(24)에 의한 밀봉 효과는 향상된다.
가스 수용 챔버(21)에 수용되는 가스는 도 3에 도시된 바와 같이 유출 개구부(23)를 통해 연결 장치(25) 및 연결 장치(25)의 튜브 소켓들(26)에 도달할 수 있으며, 가스는 튜브 소켓들(26)에 연결되는 (도시되지 않은) 라인들을 통해 배터리 셀 모듈(1)로부터 멀리 수송될 수 있다. 가스의 부피 유량은 누출된 가스의 상대적으로 큰 초과 압력을 바탕으로 이루어진다.
도 2 및 도 3에는, 커버(20)가 각각의 측면에 배치되는 복수의 구멍(27)을 포함한다는 것이 도시된다. 구멍들(27)의 개수는 회로 기술 측면에서 연결되는 배터리 셀들(10)의 단자(14)의 개수에 상응한다.
도 4에는, 단자들(14)이 구멍들(27)을 통해 돌출되어 있다는 것이 도시된다. 구멍들(27) 또는 단자들(14) 사이에 이른바 분리 웨브들(separating web)의 형태로 프로파일 부재들(28)이 배치되고, 프로파일 부재(28)는, 셀 커넥터들(30)이 구조적으로 절대로 전기 연결되지 않아야 하는 단자들(14)에 연결되는 것을 방지한다. 즉, 셀 커넥터들(30)이 프로파일 부재들(28)의 배치를 통해, 회로 기술 측면에서 전기 접속을 제공하는 단자들(14)만을 서로 연결한다.
그럼으로써 배터리 셀들의 단자들 및 전기 회로의 포지셔닝 및 연결과 관련하여 조립 결함을 방지하는 간단하면서도 효율적인 수단이 조립자에게 허용되는데, 그 이유는 프로파일 부재들을 통해, 서로 접속하지 말아야 하는 단자들의 연결이 불가능하게 되거나 적어도 저해되기 때문이다. 이는, 프로파일 부재들을 포함하는 커버의 구현예를 통해, 이른바 포카 요크(Poka-Yoke) 효과가 실현되는 것을 의미한다. 커버(20) 내의 구멍(27)의 개수는 바람직하게는 배터리 셀 모듈의 배터리 셀들(10)의 단자들(14)의 개수에 상응한다.
도 5에는, 본 발명에 따르는 배터리 셀 모듈(1)의 측면이 도시되며, 탈기 라인을 연결하기 위한 튜브 소켓(26)이 형성되어 있고, 가스 수용 챔버(21)의 오목한 만곡부가 분명히 도시된다. 또한, 프로파일 부재들(28)이 배터리 셀들(10) 상에 커버(20)를 안착할 시에 단자들(14)보다 더욱 높게 배치됨으로써, 셀 커넥터들(30)을 통한 단자들(14)의 결함 있는 연결은 방지된다는 점도 알 수 있다.
바람직하게는, 커버(20)는 배터리 셀들의 하우징들과 셀 커넥터들(30) 사이에 배치된다. 이는, 이 경우 배터리 셀 모듈(1)의 구성이, 커버(20)가 배터리 셀들(10) 상에, 또는 배터리 셀들의 하우징들 상에 배치되고 상기 커버(20) 상에 다시, 커버 내 구멍들(27)을 통해 돌출되는 배터리 셀들(1)의 단자들(14)을 연결하는 셀 커넥터(30)가 배치되는 방식으로, 실현되는 것을 의미한다.
마지막에 언급한 실시예에 따르는 배터리 셀 모듈(1)은, 커버(20)가 기초판(50) 상에 설치되는 블록에 속하는 복수의 배터리 셀들(10)의 측면이면서 배터리 셀들(10)의 단자들(14)이 위치되는 상기 측면 상에, 실질적으로 밀봉 방식으로 안착됨으로써, 배터리 셀들(10)의 단자들(14)이 커버(20) 내 구멍들(27)을 통과하고 그런 후에 배터리 셀들(10)의 단자들(14)이 셀 커넥터들(30)과 연결되는 방식으로 제조된다. 이 경우, 배터리 셀들(10)의 단자들(14)이 위치하는 배터리 셀들(10)의 측면들은, 배터리 셀들의 탈기 개구부들(13)이 위치되는 측면들이기도 하다. 프로파일 부재들을 포함하는 배터리 셀 모듈(1)의 구현예의 경우, 사이에 프로파일 부재(28)가 배치되지 않는 단자들(14)만이 셀 커넥터들(30)을 통해 서로 연결될 수 있으며, 그럼으로써 개별 배터리 셀들(10)의 결함 있는 연결은 방지된다.
도 6에서 알 수 있는 것처럼, 가스 수용 챔버(21)에는 서로 반대 방향으로 향해 있는 2개의 튜브 소켓(26)이 연결될 수 있다. 상기 튜브 소켓들(26)에는 호스나 튜브 형태의 라인들(29)이 연결될 수 있으며, 이들 라인은 경우에 따라 하우징들 내 유출 개구부들로 이어진다. 그럼으로써 간단한 방식으로 본 발명에 따르는 복수의 배터리 셀 모듈의 유체의 직렬 회로가 달성된다.
도 7에는, 도 6에서 이용되는 커버가 확대 도시되어 있다. 도 7에서는, 엘보우로서 형성되는 튜브 소켓들(26)이 바람직하게는, 배터리 셀 모듈들의 유연한 유체 연결을 달성하도록 하기 위해, 회동 가능하게 배치되어 있음을 알 수 있다.
튜브 소켓들(26)에 연결되는 라인들(29)은, 도 8에 도시된 것처럼, 예컨대 도 8에 도시된 립 밸브(70)에 연결되는 것과 같이 체크 밸브들에 연결될 수 있다. 상기 립 밸브(70)는 도시된 실시예에 따라 선형 영역에서 서로 연결되는 2개의 립(71)을 포함한다. 상기 선형 영역은 마찬가지로, 가스 수용 챔버(21) 내에 립들(71) 사이에 균열을 생성할 수 있는 허용되지 않는 초과 압력이 존재할 때, 균열 형성부(72)의 영역이기도 하다. 립들(71)의 탄성 특성을 바탕으로, 립들은 균열 형성 후에, 그리고 가스 수용 챔버(21) 내 압력비의 정상화 시에 다시 서로 접합되며, 그럼으로써 립 밸브의 주변으로부터 발생하는 가스에 대해 실질적으로 충분한 밀봉이 달성될 수 있게 된다. 이는, 립 밸브(70)가 바람직하게는 개구부 없이 균열 형성부(72)의 영역에 조립되고, 가스 수용 챔버(21) 내에서 허용되지 않는 초과 압력에 최초로 도달할 때 비로소 가스 수용 챔버(21)로부터 가스를 누출하도록 하기 위해, 균열 형성부(72)의 영역에 개구부를 형성하는 것을 의미한다. 가스 수용 챔버(21) 내 압력이 다시 감소한다면, 립 밸브(70)의 립들(71)은 다시 폐쇄되며, 그럼으로써 가스 수용 챔버(21)는 실질적으로 주변에 대하여 밀봉되고, 그 결과 립 밸브의 주변에 경우에 따라 존재하는 불씨에 의해 가스 포집 챔버와 하나 이상의 배터리 셀 내에 존재하는 가스의 점화가 이루어질 수 없으며, 습기도 배터리 셀 내로 침투하지 못하게 된다.
도 8에 도시된 커버(20)는 바람직하게는, 자체의 밑면에, 넓게 확장되는 개구부 영역 대신에, 복수의 가스 유입 개구부(22), 더욱 정확하게 말하면 바람직하게는 정확히 배터리 셀 모듈로 조립되는 배터리 셀들의 탈기 개구부(13)의 개수로 가스 유입 개구부(22)를 포함하는 방식으로 형성된다. 이는, 바람직하게는 각각의 탈기 개구부(13)에 커버(20) 내 가스 유입 개구부(22)가 하나씩 할당되는 것을 의미한다. 이 경우, 탈기 개구부들(13)과 가스 유입 개구부들(22) 사이의 밀봉은 바람직하게는 도 9에 도시된 V-링 실링(60)을 통해 실현된다. 이 경우, V-링 실링(60)의 하나 이상의 다리부(61)는 무하중 상태에서 실링의 평면으로부터 펼쳐질 수 있으며, 그럼으로써 조립된 하중 상태에서 상기 펼쳐진 다리부(61)는 커버(20) 또는 탈기 개구부(13)를 형성하는 재료에 대해 강화된 밀착력과 그에 따라 향상된 밀봉 효과를 실현한다.
이 경우, 본 발명은, 개구부 영역 대신, 가스 유입 개구부들(22)을 포함하는 본 발명에 따르는 배터리 셀 모듈의 구현예에서 립 밸브(70) 또는 도 9에 도시된 V-링 실링(60)의 배치로만 국한되는 것이 아니라, 이와 다르게 본 발명은, 커버(20) 내 개구부 영역을 포함하는 배터리 셀 모듈들의 경우, 커버(20)가 V-링 실링(60)으로 밀봉되고, 그리고/또는 튜브 소켓들(26)에 립 밸브(70)를 연결하는 점도 제공한다.

Claims (10)

  1. 각각 탈기 개구부(13)를 구비하는 복수의 배터리 셀들(10), 특히 리튬 이온 배터리 셀들; 및
    상기 복수의 배터리 셀(10)에 할당되어 상기 배터리 셀들(10)로부터 누출된 가스를 적어도 일시적으로 수용하는 가스 수용 챔버(21)를 포함하고,
    상기 가스 수용 챔버(21)의 용적은 상기 탈기 개구부들(13)과 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 수용 챔버(21)는 상기 배터리 셀들(10)의 방향으로 개방되고,
    상기 가스 수용 챔버(21)의 개구부 영역(22)은 상기 복수의 배터리 셀들(10)에 걸쳐서 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 수용 챔버(21)는 상기 배터리 셀들(10)의 각각의 탈기 개구부(13)와 유체적으로(fluidly) 각각 연결되는 복수의 가스 유입 개구부들(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 탈기 개구부(13)를 형성하는 재료와 상기 가스 유입 개구부(22)를 형성하는 재료 사이의 연결 영역에 하나 이상의 다중 다리형 실링이 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 수용 챔버(21)는 수용된 가스를 배출하기 위한 유출 개구부(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 유출 개구부(23)에 체크 밸브가 연결되고,
    상기 체크 밸브는 립 밸브(70)인 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 립 밸브(70)는 가스 포집 챔버 내에 소정의 가스 압력을 초과할 경우 가스 포집 챔버로부터 가스가 유출될 수 있는 개구부가 생성되도록 균열이 발생하게끔 설계되는 사전 설정된 파괴점을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  8. 제7 항에 따르는 배터리 셀 모듈을 작동시키기 위한 작동 방법에 있어서,
    상기 가스 포집 챔버 내에 소정의 가스 압력을 초과할 경우 상기 개구부가 생성되고, 이후 상기 가스 포집 챔버 내에 소정의 가스 압력을 하회할 경우 상기 립 밸브(70)가 주변에 대하여 상기 가스 포집 챔버를 실질적으로 밀봉하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  9. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따르는 복수의 배터리 셀 모듈을 포함하는 배터리, 특히 리튬 이온 배터리에 있어서,
    상기 배터리 셀 모듈들(1)은 전체 하우징 내에 배치되고,
    상기 배터리 셀 모듈들(1)의 가스 포집 챔버들은 전체 하우징 내 가스 유출구에 연결되는 탈기 라인에 유체적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  10. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따르는 배터리 셀 모듈을 포함하거나, 제9항에 따르는 배터리를 포함하는 자동차, 특히 모터 구동식 자동차에 있어서,
    상기 배터리 셀 모듈(1) 또는 상기 배터리는 자동차의 구동 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차.
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