KR20160088367A - 다수의 에너지 저장 어셈블리를 포함하는 에너지 저장 모듈 - Google Patents

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KR20160088367A
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Abstract

본 발명은, 각각이 단부 면에 의해 각 단부가 막혀 있는 하나 이상의 측벽을 포함하고, 서로 나란하게 위치하는 다수의 에너지 저장 어셈블리(100)와, 상기 에너지 저장 어셈블리들을 둘러싸는 강성 쉘(12)을 포함하여 구성되는 에너지 저장 모듈(10)로, 하나의 바가 하나 이상의 사전에 정해진 어셈블리의 제1 단부 면을 제1의 이웃 어셈블리의 일 단부 면을 연결하고, 제2의 바가 사전에 정해진 어셈블리의 제2 단부 면을 제2의 이웃 어셈블리의 일 단부 면을 연결하도록, 에너지 저장 어셈블리들이 각 에너지 저장 어셈블리의 하나 이상의 단부 면 위로 연장하는 도전성 바(110)에 의해 2개씩 쌍으로 전기적으로 연결되어 있는 에너지 저장 모듈에 관한 것이다. 상기 에너지 저장 모듈은 전기 절연 부재(120)를 포함하되, 전기 절연 부재는 전기 절연 소재로 제작되고, 바닥(122)과 상기 바닥과 거의 직교하는 방향으로 연장하며 전기 절연 부재를 둘러싸는 림(124)을 포함하고, 각 전기 절연 부재(120)는 하나의 바(110)와 연계되어 있으며, 상기 바에 의해 연결되어 있는 인접하는 2개의 어셈블리들의 단부 면들에 조립되되, 상기 바닥이 단부 면들과 평행하고, 림은 2개의 어셈블리들의 측벽들을 따라 이들 전장의 적어도 일부분 위를 가로지르게 연장하는 것을 특징으로 한다.

Description

다수의 에너지 저장 어셈블리를 포함하는 에너지 저장 모듈 {ENERGY STORAGE MODULE, INCLUDING A PLURALITY OF ENERGY STORAGE ASSEMBLIES}
본 발명은 다수의 에너지 저장 어셈블리를 포함하는 에너지 저장 모듈에 관한 것이다.
에너지 저장 모듈은 다수의 에너지 저장 어셈블리를 포함하며, 이들 에너지 저장 어셈블리는 이들을 둘러싸는 강성 쉘 내에 나란하게 배치되어 있는 것이 일반적이다. 각 어셈블리는 단부에서 단부면에 의해 막혀 있는 하나 이상의 측벽을 포함하며, 에너지 저장 어셈블리들은 각 어셈블리의 하나 이상의 단부면에서 그 위로 연장하는 도전성 바에 의해 두 개가 쌍으로 전기적으로 연결되어 있다. 이에 따라, 이들 어셈블리들은 전기적으로 직렬로 연결되어 있으며, 바들은, 특히 제1 바가 하나 이상의 사전에 정해진 어셈블리의 제1 단부면을 제1 이웃 어셈블리의 단부면에 연결하고, 제2 바는 사전에 정해진 어셈블리의 제2 단부면을 제2 이웃 어셈블리의 단부면에 연결하도록, 배치되어 있다. 한편으로 단일의 이웃 어셈블리에 연결되어 있는 2개의 어셈블리를 제외하면, 이러한 방식으로 모든 어셈블리들이 에너지 저장 모듈의 출력 단자(각각이 양극 혹은 음극)에 전기적으로 연결되어 있다.
어셈블리들이, 직렬로 연결되어서 이웃 어셈블리들과 동일한 전위에 있지 않기 때문에(도전성 바에 의해 서로 연결되어 있는 단부면들은 예외), 이들을 서로에 대해 반드시 절연시켜야만 한다. 이를 달성하기 위해, 에너지 저장 모듈의 하부에 절연판이 위치하여 쉘 벽의 내부면과 인접하게 되어 있는 것은 종래에 이미 알려져 있다. 이 절연판은 일반적으로 열적으로는 전도성이지만 전기적으로는 부전도성인 재료로 제작되며, 각 어셈블리를 수용하기 위한 수용부를 구비하는 것이 일반적이다. 이러한 수용부는 이웃하는 어셈블리들이 서로 절대로 접촉하지 않게 하기 위해 스페이서에 의해 분리되어 있다.
이러한 절연판은 일반적으로 EPDM으로 제작된다. EPDM은 고가의 재료이기는 하지만 충분한 절연성을 확보할 수 있는 유일한 재료이다. 이 재료를 성형하는 데에도 많은 비용이 소요되는데, 이는 특히 그 형태가 상당히 두꺼운 판을 사용하여야 하기 때문이다. 따라서, 에너지 저장 모듈 특히 에너지 저장 모듈의 절연 기능과 관련하여 제조비용을 절감할 수 있는 방안을 강구해야 한다.
본 발명은 전술한 목적 더 정확하게는 종래 기술에 비해 전기 절연 관점에서 뿐만 아니라 비용이 저렴한 저장 모듈을 충족시키는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 본 발명의 목적과 같이, 각각이 단부 면에 의해 각 단부가 막혀 있는 하나 이상의 측벽을 포함하고, 서로 나란하게 위치하는 다수의 에너지 저장 어셈블리와, 상기 에너지 저장 어셈블리들을 둘러싸는 강성 쉘을 포함하여 구성되는 에너지 저장 모듈로, 하나의 바가 하나 이상의 사전에 정해진 어셈블리의 제1 단부 면을 제1의 이웃 어셈블리의 일 단부 면을 연결하고, 제2의 바가 사전에 정해진 어셈블리의 제2 단부 면을 제2의 이웃 어셈블리의 일 단부 면을 연결하도록, 에너지 저장 어셈블리들이 각 에너지 저장 어셈블리의 하나 이상의 단부 면 위로 연장하는 도전성 바에 의해 2개씩 쌍으로 전기적으로 연결되어 있는 에너지 저장 모듈을 구비한다. 상기 에너지 저장 모듈은 전기 절연 부재를 포함하되, 전기 절연 부재는 전기 절연 소재로 제작되고, 바닥과 상기 바닥과 거의 직교하는 방향으로 연장하며 전기 절연 부재를 둘러싸는 림을 포함하고, 각 전기 절연 부재는 하나의 바와 연계되어 있으며, 상기 바에 의해 연결되어 있는 인접하는 2개의 어셈블리들의 단부 면들에 조립되되, 상기 바닥이 단부 면들과 평행하고, 림은 2개의 어셈블리들의 측벽들을 따라 이들 전장의 적어도 일부분 위를 가로지르게 연장하는 것을 특징으로 한다.
이러한 방식으로, 특정 전위에서 에너지 저장 어셈블리들의 단자들을 구성하는 단부 면들이, 동일한 전위에 있지 않은 이웃하는 어셈블리들 사이에 전기 절연 부재의 림으로 형성된 전기 절연 소재의 스페이서에 의해 이와 다른 전위에 있는 다른 에너지 저장 어셈블리들과 전기 절연 부재에 의해 절연되어 있다. 전기 절연 부재는 어셈블리들을 어셈블리들의 바닥을 강성 쉘로부터 절연시킨다.
전술한 바와 같은 절연판을 생략하거나 혹은, 절연판의 두께와 형상이 더 이상 종래 기술에 있어서와 같이 구속인자가 되지 않게 절연판을 상당히 단순화 하여, 열전도를 위해 절연판을 유지할 수 있다. 이러한 절연판과 관련된 제조비용이 소요되지 않게 되거나 혹은 적어도 상당히 감소되게 되며, 전기 절연 부재에 사용되는 소재로 저렴한 가격의 소재를 사용할 수 있게 되어, 절연판과 관련된 비용을 절감할 수 있게 된다. 실제로, 절연판이 2개의 에너지 저장 어셈블리만을 둘러싸면 되기 때문에, 전기 절연 부재의 디자인이 단순해지고 경제적으로 제조할 수 있게 된다.
또한, 전기 절연 부재의 림에 의해, 전기 절연 부재가 볼(bowl)을 형성해서 액체들을 수집할 수 있게 된다. 이에 따라, 에너지 저장 어셈블리가 파손되어 전해액이 누출되는 경우, 전해액이 볼-형상의 전기 절연 부재 내에 수용되어서 전기 절연 부재에 의해 구획되는 주변 외부로 누출되지 않게 된다. 이에 따라, 모듈 내에서 단락이 발생하지 않아 모듈의 안전성을 개선시키게 된다.
본 발명에 따르는 에너지 저장 모듈은 아래의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
- 모듈은 하나 이상의 어셈블리를 포함하되, 그 어셈블리는 그 단부 면들 중 일 단부 면에서 출력 커넥터에 의해 모듈의 출력 단자에 연결되어 있고, 상기 모듈은 상기 출력 커넥터에 관련되는 전기 절연 부재를 추가로 하나 이상 포함하되, 상기 전기 절연 부재는 전기 절연 소재로 제작되고, 바닥과 상기 바닥과 거의 직교하는 방향으로 연장하며 전기 절연 부재를 둘러싸는 림을 포함하고, 각 전기 절연 부재는 출력 단자에 의해 연결되어 있는 어셈블리의 단부 면들 위에 조립되되, 상기 바닥이 상기 단부 면과 평행하고, 림은 어셈블리의 측벽을 따라 이들 전장의 적어도 일부분 위를 가로지르게 연장한다. 이에 따라, 에너지 저장 어셈블리들의 단부에서 직렬로 위치하는 어셈블리들 각각은 모듈의 단자들에 링크되어 있고, 어셈블리들의 단부 면들 중 일 면에서만 다른 어셈블리와 연결되어 있다. 그러나, 출력 단자에 연결되어 있는 단부 면은 전기 절연 부재에 의해 다른 어셈블리들과 쉘로부터 절연되어 있다. 이 전기 절연 부재는 약간 독특한 형상으로 되어 있다.
- 특히, 출력 커넥터가 L 형상으로 구성되어 있고, 출력 커넥터의 제1 벽이 어셈블리의 단부 면을 따라 연장하고, 제2 수직 벽이 출력 단자를 지탱하며, 추가의 전기 절연 부재의 측벽과 출력 커넥터의 제2 벽을 따라 전기 절연 부재의 림이 연장하도록 추가의 전기 절연 부재가 어셈블리와 출력 커넥터를 둘러싸도록 구성되어 있다.
- 이 경우, 추가의 전기 절연 부재의 림이 출력 단자를 가로지르지 않도록 구성되어 있다. 이에 따라 출력 단자가 외부와 보다 쉽게 연결될 수 있게 된다.
- 모듈에서 전기 절연 부재의 총 수량이 모듈의 전기 저장 어셈블리 수량의 절반보다 많게, 특히 모듈의 전기 저장 어셈블리 수량에 하나 더한 것과 동일하게 구성된다. 첫 번째 경우, 최소한의 수량으로 모든 어셈블리들을 서로에 대해 절연시킬 수 있으며, 제조비용을 최소한으로 할 수 있게 한다. 그런 다음, 적어도 부분적으로 모듈의 다른 부재, 특히 전술한 절연판에 의해 쉘에 대한 절연이 완성된다. 두 번째 경우에서, 전기 절연 부재는 각각의 바와 각각의 커넥터와 관련되어 있으며, 이는 모듈 내에서의 안전성을 최대로 하고, 쉘과 관련하여 전기 절연 부재에 대한 에너지 저장 어셈블리의 절연 기능 기여를 극대화할 수 있게 된다.
- 전기 절연 부재들 혹은 전기 절연 부재들 중 적어도 하나가 플라스틱, 특히 폴리프로필렌 같은 열가소성 소재로 제작된다. 실제로, 이러한 재료의 절연 특성과 성형 특성은 전기 절연 부재를 제조하는 데에 가장 이상적인 재료가 될 수 있게 한다. 특히, 전기 절연 부재는 간단하면서도 저렴한 열성형(thermoforming) 공정으로 제조될 수 있다.
- 열 전도성 소재 특히 EPDM으로 제작된 절연판이 바 혹은 출력 커넥터와 연관 전기 절연 부재 사이에 개재되어 있다. 이 실시형태가 특히 유리하다. 실제로, 한편으로는, 절연성을 개선시키기 위해 절연판이 사용된다 하더라도, 사용되는 절연판의 수량 이에 따른 제조비용이 절감된다. 다른 한편으로는, 에너지 저장 어셈블리들 사이에 빈 공간이 존재할 수 있음에 따라, 부재 내에서 에너지 저장 어셈블리의 부분 방전에 의한 크래클링(crackling)이 방지된다. 사실 전기 절연 부재는 딱딱하기 때문에, 일반적으로 전기 절연 부재의 형상은 에너지 저장 어셈블리 형상을 따르지 않지만, 절연판은 그보다는 좀 더 유연하기 때문에 좀 더 용이하게 에너지 저장 어셈블리 형상에 따를 수 있게 된다. 이에 따라, 이러한 모듈 아키텍쳐로 인해, 모듈 내에서의 크래클링이 예방될 수 있게 된다는 점에 주목해야 한다. 이와는 달리, 전술한 바와 같이, 절연판이 전기 절연 부재와 쉘 사이에 개재될 수도 있다.
- 적어도 하나의 어셈블리가 측벽(들)과 그 단부들 중 적어도 한 단부에 개구부를 포함하는 관상 부재, 및 상기 어셈블리의 단부 면을 형성하며 상기 관상 부재의 단부 혹은 관상 부재의 일 단부를 막는 커버를 포함한다. 이 관상 부재의 단면은 특히 원형일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
- 이 경우, 상기 커버가 단부 면을 형성하는 벽과, 상기 벽을 둘러싸고 상기 관상 부재의 측벽(들)을 둘러싸는 스커트를 포함한다. 전기 절연 부재의 림의 높이는 어셈블리 커버의 스커트의 높이보다 크거나 같다. 어셈블리의 다른 부분보다 직경이 큰 커버의 스커트만을 가림으로써, 이웃하는 에너지 저장 어셈블리들이 어느 정도 서로 접촉하게 않게 된다. 전기 절연 부재의 제조비용을 최소로 하면서 우수한 절연 성능을 보장하기 위해, 림이 에너지 저장 어셈블리 전장의 20% 미만을 가리는 것이 바람직하다.
본 발명은, 각각이 단부 면에 의해 각 단부가 막혀 있는 하나 이상의 측벽을 포함하고, 서로 나란하게 위치하는 다수의 에너지 저장 어셈블리와, 상기 에너지 저장 어셈블리들을 둘러싸는 강성 쉘을 포함하여 구성되는 에너지 저장 모듈을 제조하는 방법으로,
- 하나의 바가 하나 이상의 사전에 정해진 어셈블리의 제1 단부 면을 제1의 이웃 어셈블리의 일 단부 면을 연결하고, 제2의 바가 사전에 정해진 어셈블리의 제2 단부 면을 제2의 이웃 어셈블리의 일 단부 면을 연결하도록, 에너지 저장 어셈블리들이 각 에너지 저장 어셈블리의 하나 이상의 단부 면 위로 연장하는 도전성 바에 의해 2개씩 쌍으로 전기적으로 연결하는 단계,
- 전기 절연 부재로, 전기 절연 부재는 전기 절연 소재로 제작되고, 바닥과 상기 바닥과 거의 직교하는 방향으로 연장하며 전기 절연 부재를 둘러싸는 림을 포함하는 전기 절연 부재를, 바에 의해 연결되어 있는 인접하는 2개의 어셈블리들의 단부 면들에 조립하되, 상기 바닥이 단부 면들과 평행하고, 림은 2개의 어셈블리들의 측벽들을 따라 이들 전장의 적어도 일부분 위를 가로지르게 연장하도록 위치시키는 단계를 포함하는 에너지 저장 모듈 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
바람직하기로는, 단부 면들 중 일 단부 면에서 출력 커넥터를 통해 모듈의 출력 단자와, 전기 절연 소재로 제작되며, 바닥과 상기 바닥과 거의 직교하는 방향으로 연장하며 전기 절연 부재를 둘러싸는 림을 포함하는 추가의 전기 절연 부재에 의해 연결되어 있는 하나 이상의 어셈블리를 출력 단자에 의해 연결되어 있는 어셈블리의 단부 면들 위에 조립하되, 상기 바닥이 상기 단부 면과 평행하고, 림은 어셈블리의 측벽을 따라 이들 전장의 적어도 일부분 위를 가로지르게 연장하도록 조립한다.
바람직하기로는, 적어도 하나의 바 혹은 출력 커넥터와 연관 전기 절연 부재 사이에 절연판이 개재된다.
이하에서 첨부된 도면들을 참고하여, 본 발명의 실시형태에 따르는 모듈의 비한정적인 예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 모듈의 사시 분해도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 모듈의 출력 커넥터의 사시도이다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 모듈(10)은 에너지 저장 어셈블리(100)가 수용되어 있는 쉘(12)을 포함한다. 이 쉘은 2개의 상부 벽(14)과 하부 벽(16), 그리고 다수의 부분들이 조립되어 형성되는 측 벽(18)을 포함한다. 이들 벽들은 특히 알루미늄과 같은 금속성 소재로 제작된다.
각 에너지 저장 어셈블리(100)는 에너지 저장 요소와 그 에너지 저장 요소에 통상적으로 함침되어 있는 전해질을 수용하는 하우징(102)을 포함한다.
에너지 저장 요소는 예컨대 코일이며, 그 코일은 콤플렉스들과 세퍼레이터들로 구성되어 있으며, 이들이 함께 나선형으로 감겨 코일을 형성한다. 본 발명의 범위 내에서, "콤플렉스(complex)"라는 용어는 둘 이상의 층들, 특히 콤플렉스의 양 전극과 음 전극을 형성하도록 설계되어 있는 전극들의 두 층을 포함하는 스택을 의미한다.
하우징은 원통형으로, 측벽을 포함하는 바디(104) 혹은 관형 부재를 포함한다. 관형 부재(104)의 축선은 에너지 저장 어셈블리의 종 축선에 대응한다. 관상 부재의 양 단부는 개방되어 있다. 이와는 다르게, 관상 부재는 양 단부 중 일 단부에 바닥을 포함하고, 타 단부는 셀 내로 에너지 저장 요소가 삽입될 수 있도록 개방되어 있을 수 있다. 이 경우, 그 바닥의 외부면은 거의 평면으로 되어 그 면의 모든 지점에서 바가 용접될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 관상 부재는 원통형이 아닌 다른 형상일 수도 있는데, 특히 평행육면체일 수 있다. 그러나 관상 부재는 에너지 저장 어셈블리의 종 축선에 대해 대칭인 것이 바람직하다.
바디의 각 개방 단부, 여기서는 바디의 양 단부는 커버(106)로 막혀 있다. 각 커버(106)는 바디(1)의 개방 단부를 막기 위한 커버 벽을 포함한다. 이 커버 바디는 다음의 두 면을 포함한다.
- 에너지 저장 요소에 연결되는 내부 면, 및
- 도전성 바(110)에 특히 용접 방식으로 연결되어 있는 외부 면. 외부 면의 구성과 기능에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다.
커버의 외부 면은 실질적으로 평면인 것이 바람직하다. 보다 정확하게는, 이 외부 면은 외부 면의 둘레에 있는 에지와 그 중앙부에 핀들이 없는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 바에 용접될 수 있는 커버의 표면적을 최대로 할 수 있게 된다. 이에 따라, 커버 내에서의 바의 용접 위도(welding latitude)가 증가하며, 커버가 용접되는 에너지 저장 어셈블리의 위치에 대한 바의 상대 위치를 상당히 변화시킬 수 있게 된다. 이에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 에너지 저장 어셈블리의 단부들 중 적어도 한 단부에 위치하는 외부 면 위에 핀이 있는 에너지 저장 어셈블리로 제작될 수도 있다. 커버의 외부 면은 에너지 저장 어셈블리의 단부 면을 구성한다.
각 커버들의 커버 벽은 에너지 저장 어셈블리의 단자를 구성한다. 단자의 양극 혹은 음극 각각은 에너지 저장 어셈블리의 동일 부호의 양극 혹은 음극 전극에 전기적으로 연결되어 있다. 에너지 저장 어셈블리가 제대로 작동하도록 하기 위해, 커버들이 서로에 대해 절연되어야 하는 것은 당연하다. 특히 커버(106)와 관상 부재(104) 사이에 위치하는 실(seal)에 의해 절연되어 있다.
각 커버는 커버 벽의 둘레 위에 스커트(108)도 포함할 수 있다. 이 스커트는 쉘의 전장 일부 위에서 쉘을 둘러싸는 측벽을 부분적으로 덮도록 설계되어 있다.
유리하기로는, 하우징(102) 특히 하우징의 바디(104)는 특히 측벽에 위치하는 벨로즈를 포함할 수 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 이 벨로즈는 에너지 저장 어셈블리의 높이를 변화시켜서, 높이가 다른 에너지 저장 어셈블리들에 있어 발생할 수 있는 변동, 특히 여러 부품들의 제조 공차 혹은 이들의 조립에 의해 야기되는 조립 공차와 연계되는 변동을 보상할 수 있게 된다.
에너지 저장 어셈블리의 종 축선들이 정렬되고, 에너지 저장 어셈블리들의 단부 면들은 모듈 쉘의 상부 벽(14)과 하부 벽(16)과 거의 평행하도록, 에너지 저장 어셈블리들이 모듈 내에 나란하게 위치하여야 한다는 점에 주목해야 한다.
위에서 지적한 바와 같이, 모듈의 에너지 저장 어셈블리들은 바(110)를 사용하여 에너지 저장 어셈블리들의 상부 단부와 하부 단부들에서 쌍(two by two)으로 연결되어 있다. 이들 바에 의해, 에너지 저장 어셈블리들이 전기적으로 직렬로 연결된다. 다시 말하면, 에너지 저장 어셈블리의 음극 단자는 이웃하는 에너지 저장 어셈블리의 양극 단자에 연결되고, 그 에너지 저장 어셈블리의 양극 단자는 이웃하는 다른 에너지 저장 어셈블리의 음극 단자에 연결된다.
좀 더 정확하게는, 도 1에서 도면부호 100A, 100B로 표기된 단부에 있는 2개의 에너지 저장 어셈블리를 제외하고, 각 에너지 저장 어셈블리는 제1 도전성 바(110)에 의해 제1의 이웃하는 에너지 저장 어셈블리의 단부 면에 연결되어 있는 제1 단부 면과, 제2 도전성 바(110)에 의해 위의 제1의 이웃하는 에너지 저장 어셈블리와는 다른 제2의 이웃하는 에너지 저장 어셈블리의 단부 면에 연결되어 있는 제2 단부 면을 포함한다. 단부에 있는 2개의 에너지 저장 어셈블리(100A, 100B)와 관련해서는, 이들 에너지 저장 어셈블리의 제1 단부 면에서 바(110)에 의해 이웃하는 에너지 저장 어셈블리의 단부 면에 연결되어 있다. 그러나, 이들의 반대편 단부 면에서, 이들 에너지 저장 어셈블리는, 도 2에 도시되어 있는 특정 형상으로 되어 있는 출력 커넥터(112)를 통해 출력 단자(118)에 연결되어 있다. 도 1의 모듈 위에서, 출력 커넥터(112) 같은 커넥터는 단부 에너지 저장 어셈블리(100A, 100B)의 하부 단부에 위치하는 단부 면들 상에 위치한다.
각 바(110)는 일 예로 종 방향으로 연장하는 실질적으로 평면인 플레이트이다. 바(110)는 특히 제1 어셈블리 상에 중첩되어 있는 제1 부분과, 제2 어셈블리 상에 중첩되어 있는 제2 부분을 포함하며, 이들 두 부분 사이에는 횡단 세선(transverse thinning)이 제공되어 있다. 바(110)는 임의의 수단에 의해 커버의 단부 면 위에 특히 LASER 용접 혹은 FSW 용접과 같이 주지되어 있는 방식으로 용접될 수 있다.
바는, 예를 들어, 강성이 다른 부분들로 이루어질 수도 있다. 다만, 이것이 본 발명의 목적을 달성하는 데에 필수적인 것은 아니다. 특히, 각 바는,
- 각각이 2개의 이웃하는 에너지 저장 어셈블리의 각 커버와 접촉하고 있는 2개의 강직한 부분,
- 이들 2개의 강직한 부분 사이에 위치하는 변형가능한 부분을 포함할 수 있다.
바 상에 변형 가능한 부분이 있음으로 해서 에너지 저장 어셈블리에 접속시킬 목적으로 접을 때에, 특히 에너지 저장 어셈블리들의 높이가 다른 경우에도 에너지 저장 어셈블리 상에서 바를 확실히 지지함에 따라 파손되지 않으면서 쉽게 변형이 될 수 있게 한다. 이는 연결부의 품질을 보증할 수 있게 한다. 이는, 특히 바의 에너지 저장 어셈블리에 대한 연결이 용접 특히 LASER 용접에 의해 이루어지는 경우에 특히 유리한데, 이는 이러한 기술을 사용하여 밀접한 접촉이 이루어져서 용접이 효율적으로 이루어지기 때문이다.
바를 구성하는 부분에서 서로 다른 부분 간의 강성의 차이는 플레이트의 두께를 종 방향으로 변화시킴으로써 얻어질 수 있다. 특히, 변형 가능한 부분의 두께가 강직한 부분의 두께보다 작은 박육부일 수 있다. 이는, 바의 중앙부의 접힘부(fold) 혹은 굴절부(deflection)에 의해 달성될 수 있다. 바는 시트들이 중첩된 다수의 시트들로 제작될 수도 있다. 시트들은 그 시트들의 단부들을 용접하여 서로 연결되거나 혹은 복수의 와이어를 서로 꼬아서 바를 형성할 수도 있다. 이때 에너지 저장 어셈블리에 연결되지 않은 영역에서 바에게 우수한 가요성(flexibility)을 부여하게 된다.
출력 커넥터(112)는 L 같은 형상이며, 에너지 저장 어셈블리 위에 위치하며, 에너지 저장 어셈블리의 단부 면에 용접되는 제1 벽(114), 기본적으로 에너지 저장 어셈블리의 단부면과 직교하며 그 단부면을 향하는 제2 벽(116)을 포함하고, 출력 커넥터가 에너지 저장 어셈블리 위에 위치할 때, 외부를 향하는 일 면 위에 출력 커넥터(112)의 제2 벽에서부터 돌출하는 거의 원통형인 출력 단자(118)를 포함한다. 출력 단자는 모듈 쉘의 측벽의 오리피스(20) 내에 체결된다.
도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 출력 커넥터(112) 혹은 바(110)는 커넥터 혹은 바를 에너지 저장 어셈블리에 용이하게 용접하기 위해 에너지 저장 어셈블리 위에 위치하는 부분 위에 박육 영역(thinned area)(119)을 포함할 수 있으며, 이러한 바의 박육 영역에서 용접이 이루어진다.
모듈은 다수의 전기 절연 부재(120)도 포함하며, 하나의 전기 절연 부재가 하나의 도전성 바(110)에 연계되어 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 각 전기 절연 부재(120)는 바닥(122)과 그 바닥을 둘러싸는 림(124)을 포함하며, 각 전기 절연 부재(120)는 바에 의해 연결되는 에너지 저장 어셈블리의 단부면들 위에 조립된다. 실제, 전기 절연 부재(120)가 에너지 저장 어셈블리들을 연결하는 바(110) 위에 중첩되어 있다. 이에 따라, 바닥(122)이 에너지 저장 어셈블리들의 단부면들과 관련 바에 대해 평행하며, 림(124)은 2개의 에너지 저장 어셈블리들 전장 중 일부분 위에서 측벽을 둘러싸도록 형성되어 있으며, 특히 각 에너지 저장 어셈블리 커버의 스커트(108)를 커버하는 크기로 되어 있다. 전기 절연 부재(120)는 바(110)에 의해 연결되는 2개의 어셈블리들의 형상과 상보적인 형상이어서, 림(124)이 이들 어셈블리들 커버들의 스커트(108)를 따라 연장하게 된다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 전기 절연 부재들이 모듈의 각 바와 연관되어 있고, 이에 따라 어세블리들의 상부 단부 및 하부 단부에 위치하지만, 이들 전기 절연 부재들은 특정 바(예컨대 2개 중 1)하고만 연계되어 있으며, 이에 따라 에너지 저장 어셈블리들을 서로에 대해 절연되게 할 수 있다.
모듈은, 각각이 출력 커넥터(112) 각각에 연계되어 있는 2개의 추가 전기 절연 부재(130)도 포함한다. 이들 전기 절연 부재(130)도 림(134)과 바닥(132)을 포함하며, 출력 커넥터(112)의 제1 벽 위와, 어셈블리(100A, 100B)의 대응 단부면 위에 중첩되어 있다. 전기 절연 부재(130)는 에너지 저장 어셈블리가 수용되는 리세스를 구획하는 볼(bowl)을 형성한다. 전기 절연 부재(130)는, 림이 어셈블리에 연결되어 있는 2개의 어셈블리를 둘러싸는 것이 아니라 하나의 어셈블리(100A, 100B)만을 둘러싸도록 형성된다. 림은 어셈블리들의 측벽을 따라 연장하도록 형성되어 있고, 출력 커넥터(112)의 제2 벽의 외부면을 따라 연장하도록 형성되어 있으며, 이를 위해 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 소형 편향부(small deflection)(136)를 포함한다. 출력 커넥터(112)의 림(134)의 높이는 어셈블리들(100A, 100B) 각각의 커버의 스커트(108)를 커버하도록 선택되지만, 출력 단자(118)가 쉘(12)의 개구부(20) 내에 위치하도록 출력 단자(118)를 커버하지 않게 선택된다.
각 전기 절연 부재들(120, 130)은 플라스틱으로 제조되되, 특히 폴리프로필렌과 같은 열가소성 플라스틱으로 제작된다. 각 전기 절연 부재들(120, 130)은 특히 예컨대 약 250 미크론으로 상당히 얇으며, 열 성형된 폴리프로필렌 필름으로 구성될 수 있다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 모듈의 아래쪽에서, 절연판(140, 142)이 각각의 바(110) 혹은 출력 커넥터(112)와 관련 전기 절연 부재(120, 130) 사이에 삽입되어 있다. 이 절연판은 EPDM 같이 열 전도성이지만 전기 부전도성의 재료로 제작된다. 실시형태에서, 모듈의 열 방출 면을 구성하는 모듈의 하단부에만 절연판이 위치하고 있지만, 이러한 절연판이 모듈의 상부에서 바들 혹은 커넥터들과 관련 전기 절연 부재 사이에도 위치할 수 있다.
이들 절연판(140, 142) 각각은 전기 절연 부재(120 또는 130)의 하부 형상을 취하도록 형성되어 있고, 관련 바 혹은 커넥터의 형상을 취하도록 형성되어 있다. 이렇게 함으로써, 에너지 저장 어셈블리들에 의해 발생된 열을 모듈의 외부로 향하도록 하면서도 전기 절연성을 향상시킬 수 있게 된다. 절연판의 열적 작용이 외부에서보다 전기 절연 부재의 내부에서 더 효과적인데, 이는 전기 절연 부재를 구성하는 데에 사용되는 재료보다 전도성이 우수하기 때문이다. 또한, 절연판을 전기 절연 부재의 안쪽에 위치시킴으로써, (절연판을 외부에 배치하는 경우에 비해) 절연판을 구성하는 소재를 절감할 수 있게 된다. 이러한 절연판(140, 142)에 의해, 에너지 저장 어셈블리들과 전기 절연 부재 사이에서 미세 방전이 방지될 수 있게 된다.
어셈블리들(100)과 쉘(12) 사이의 절연을 완성하고, 쉘의 측벽(18)으로부터 어셈블리들을 전기적으로 절연시키기 위해, 절연 폼(insulating foam)(22)으로 된 스트립이 쉘 측벽(18)의 어셈블리들 주위에 감겨 있다. 절연 폼은 접착제로 셀 측벽의 내면에서, 쉘의 상부 벽(14)에 접착될 수 있다. 다만, 이것이 필수적인 것은 아니다.
상기 측벽(18)은 그 내면에 하나 이상의 전자 카드(24)도 유지하고 있다. 이 전자 카드는 도면에 도시되어 있지 않은 케이블들에 의해 어셈블리들에 전기적으로 연결되어서, 어셈블리들이 가능하면 균일하게 방전할 수 있도록 어셈블리들을 밸런싱할 수 있다.
모듈은 보강물들(26)도 포함한다. 보강물들은 기본적으로 수직 바들로 이루어져 있으며, 어셈블리들(100) 사이에 위치하도록 설계되어 있다. 상기 바들(26)은, 모듈의 기계적 강도를 보강하기 위해 모듈의 상부 벽(14)과 하부 벽(16)을 연결하고 있다.
이제 도 1에 도시되어 있는 모듈의 제조 방법을 설명한다. 먼저, 어셈블리들(100) 쌍들을 형성되고, 도전성 바들을 사용하여 이들 어셈블리들을 2개씩 쌍으로 연결한다. 출력 커넥터들(112)을 2개의 고립되어 있는 어셈블리들(100A, 100B)에 용접함으로써, 동일한 과정이 수행된다.
그런 다음, 절연판(140)이 절연 부재들(120, 130)의 림들(124, 134)로 둘러싸이는 리세스 내에 위치하도록, 절연판(140)을 절연 부재들(120, 130) 내에 위치시킨다. 절연판이 절연 부재들(120, 130)의 바닥 형상과 동일한 형상이 되도록, 절연판이 사전에 절개되어 있다.
그런 다음, 절연판(140)을 구비하는 절연 부재(120)를 바들(110)에 의해 연결된 어셈블리들 쌍 위에, 림들(124)이 어셈블리의 측벽 일부분을 가로지르면서 출력 커넥터 상에 중첩되게 위치시키고, 절연판(142)을 구비하는 절연 부재들(130)은 출력 커넥터(112)를 구비하는 고립 어셈블리들 상에서, 림들(134)이 어셈블리의 측벽 일부분을 가로지르면서 출력 커넥터 상에 중첩되게 위치한다.
그런 다음, 절연 부재들을 구비하는 어셈블리들을 뒤집어서, 어셈블리들을 하부 벽을 형성하는 셀의 벽(16) 위에 나란하게 위치시키며, 어셈블리의 출력 단자가 측벽(18)의 개구부(20)를 향하도록 어셈블리들(100A, 100B)이 선호하는 위치를 차지하게 된다. 또는, 어셈블리들을 서로 나란하게 위치시키고, 벽(16)을 이들 어셈블리 위에 설치한 후, 이들 부재들의 조합을 뒤집는다.
그런 다음, 어셈블리의 하부 단부에서 바에 의해 이웃하는 어셈블리와 이미 연결되어 있는 각 어셈블리들이, 상부 단부 면에서 이웃하는 다른 어셈블리와 연결되도록 바들(110)을 연결되어 있는 어셈블리들의 상부 면들에 용접함으로써, 모듈의 출력 단자들(118) 사이에서 모든 어셈블리들이 전기적으로 직렬로 연결될 수 있게 된다. 하나의 전기 절연 부재(120)가 각 바(110)와 연계되도록, 전기 절연 부재들(120)이 어셈블리들의 상부 면에 위치된다. 바들을 용접하기 전에, 출력 단자들을 측벽(18)과 개구부(20)에 대해 미리 위치 설정하는 단계를 수행할 수도 있다.
그런 다음, 어셈블리들을 스트립 폼(22)으로 둘러싸고, 모듈 내에 보강물들(26)을 설치한다. 마지막으로, 위쪽에 (출력 단자들을 수용하기 위한 개구부(20)와 관련된 유체-기밀 밀봉부, 전자 카드(24)) 같이 여러 부품들이 미리 장착되어 있는 측벽(18)을 위치시킨다. 마지막으로, 모듈의 벽들(14, 16, 18)을 조립하고 보강물들(26)을 부착시킨다. 예를 들어 이들을 쉘의 상부 및 하부 벽들에 나사로 부착시킬 수 있다.
본 발명의 이 실시형태에 따르는 모듈은, 모듈에 대해 어셈블리들 사이에, 그리고 어셈블리들과 쉘 사이에 전기적 절연이 우수하게 되도록 하면서도 제조 비용을 절감할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 모듈은 도면들을 사용하여 설명한 모듈에 대해 많은 변형이 이루어질 수도 있으며, 이들 변형도 여전히 청구항의 보호 범위에 속한다. 예를 들어, 어셈블리, 커넥터 및 바의 형상이 전술한 형상으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 각각의 바와 각각의 커넥터에 반드시 하나의 절연 부재만이 연계되는 것도 아니다. 절연 부재에 사용되는 소재에 따라, 절연판이 절연 부재에 조합되지 않을 수도 있음에 주목해야 한다. 절연 부재들과 모듈의 쉘 사이에 절연판이 위치할 수도 있다. 쉘 벽들이 다른 방식으로 형성될 수도 있으며, 일예로 여러 개의 벽들이 인접해 있을 수도 있다. 보강물들과, 스트립 폼 그리고 전자 카드는 선택 사항이다. 보강물들, 스트립 폼 그리고 전자 카드는 도 1에 도시되어 있는 것과 다른 방식으로 구성될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 각각이 단부 면에 의해 각 단부가 막혀 있는 하나 이상의 측벽을 포함하고, 서로 나란하게 위치하는 다수의 에너지 저장 어셈블리(100)와, 상기 에너지 저장 어셈블리들을 둘러싸는 강성 쉘(12)을 포함하여 구성되는 에너지 저장 모듈(10)로,
    하나의 바가 하나 이상의 사전에 정해진 어셈블리의 제1 단부 면을 제1의 이웃 어셈블리의 일 단부 면을 연결하고, 제2의 바가 사전에 정해진 어셈블리의 제2 단부 면을 제2의 이웃 어셈블리의 일 단부 면을 연결하도록, 에너지 저장 어셈블리들이 각 에너지 저장 어셈블리의 하나 이상의 단부 면 위로 연장하는 도전성 바(110)에 의해 2개씩 쌍으로 전기적으로 연결되어 있는 에너지 저장 모듈에 있어서,
    상기 에너지 저장 모듈은 전기 절연 부재(120)를 포함하되, 전기 절연 부재는 전기 절연 소재로 제작되고, 바닥(122)과 상기 바닥과 거의 직교하는 방향으로 연장하며 전기 절연 부재를 둘러싸는 림(124)을 포함하고, 각 전기 절연 부재(120)는 하나의 바(110)와 연계되어 있으며, 상기 바에 의해 연결되어 있는 인접하는 2개의 어셈블리들의 단부 면들에 조립되되, 상기 바닥이 단부 면들과 평행하고, 림은 2개의 어셈블리들의 측벽들을 따라 이들 전장의 적어도 일부분 위를 가로지르게 연장하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  2. 선행 청구항에 있어서,
    상기 모듈은 하나 이상의 어셈블리(100A, 100B)를 포함하되, 상기 어셈블리(100A, 100B)는 그 단부 면들 중 일 단부 면에서 출력 커넥터(112)에 의해 모듈의 출력 단자(118)에 연결되어 있고, 상기 모듈은 상기 출력 커넥터(112)에 관련되는 전기 절연 부재(130)를 추가로 하나 이상 포함하되, 상기 전기 절연 부재(130)는 전기 절연 소재로 제작되고, 바닥과 상기 바닥과 거의 직교하는 방향으로 연장하며 전기 절연 부재를 둘러싸는 림을 포함하고, 각 전기 절연 부재는 출력 단자에 의해 연결되어 있는 어셈블리의 단부 면들 위에 조립되되, 상기 바닥이 상기 단부 면과 평행하고, 림은 어셈블리의 측벽을 따라 이들 전장의 적어도 일부분 위를 가로지르게 연장하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  3. 선행 청구항에 있어서,
    출력 커넥터(112)가 L 형상으로 구성되고, 출력 커넥터의 제1 벽(114)이 어셈블리의 단부 면을 따라 연장하고, 제2 수직 벽(116)이 출력 단자(118)를 지탱하며, 추가의 전기 절연 부재(130)의 측벽과 출력 커넥터의 제2 벽을 따라 전기 절연 부재의 림이 연장하도록 추가의 전기 절연 부재(130)가 어셈블리와 출력 커넥터를 둘러싸도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  4. 선행 청구항에 있어서,
    추가의 전기 절연 부재(130)의 림(134)이 출력 단자(118)를 가로지르지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  5. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 절연 부재(120, 130)의 총 수량이 모듈의 전기 저장 어셈블리(100) 수량의 절반보다 많게, 특히 모듈의 전기 저장 어셈블리 수량에 하나 더한 것과 동일한 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  6. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 절연 부재들(120, 130) 혹은 전기 절연 부재들(120, 130) 중 적어도 하나가 플라스틱, 특히 폴리프로필렌 같은 열가소성 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  7. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    열 전도성 소재 특히 EPDM으로 제작된 절연판(140, 142)이 바(110) 혹은 출력 커넥터(112)와 연관 전기 절연 부재(120, 130) 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  8. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 어셈블리가 측벽(들)과 그 단부들 중 적어도 한 단부에 개구부를 포함하는 관상 부재, 및 상기 어셈블리의 단부 면을 형성하며 상기 관상 부재의 단부 혹은 관상 부재의 일 단부를 막는 커버(106)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  9. 선행 청구항에 있어서,
    상기 커버(106)가 단부 면을 형성하는 벽과, 상기 벽을 둘러싸고 상기 관상 부재의 측벽(들)을 둘러싸는 스커트(108)를 포함하고, 전기 절연 부재의 림(124, 134)의 높이가 어셈블리 커버의 스커트의 높이보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  10. 각각이 단부 면에 의해 각 단부가 막혀 있는 하나 이상의 측벽을 포함하고, 서로 나란하게 위치하는 다수의 에너지 저장 어셈블리(100)와, 상기 에너지 저장 어셈블리들을 둘러싸는 강성 쉘(12)을 포함하여 구성되는 에너지 저장 모듈(10)을 제조하는 방법으로,
    - 하나의 바가 하나 이상의 사전에 정해진 어셈블리의 제1 단부 면을 제1의 이웃 어셈블리의 일 단부 면을 연결하고, 제2의 바가 사전에 정해진 어셈블리의 제2 단부 면을 제2의 이웃 어셈블리의 일 단부 면을 연결하도록, 에너지 저장 어셈블리들이 각 에너지 저장 어셈블리의 하나 이상의 단부 면 위로 연장하는 도전성 바(110)에 의해 2개씩 쌍으로 전기적으로 연결하는 단계,
    전기 절연 부재(120)로, 전기 절연 부재는 전기 절연 소재로 제작되고, 바닥(122)과 상기 바닥과 거의 직교하는 방향으로 연장하며 전기 절연 부재를 둘러싸는 림(124)을 포함하는 전기 절연 부재(120)를, 바에 의해 연결되어 있는 인접하는 2개의 어셈블리들의 단부 면들에 조립하되, 상기 바닥이 단부 면들과 평행하고, 림은 2개의 어셈블리들의 측벽들을 따라 이들 전장의 적어도 일부분 위를 가로지르게 연장하도록 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈 제조 방법.
  11. 선행 청구항에 있어서,
    단부 면들 중 일 단부 면에서 출력 커넥터(112)를 통해 모듈의 출력 단자(118)와, 전기 절연 소재로 제작되며, 바닥과 상기 바닥과 거의 직교하는 방향으로 연장하며 전기 절연 부재를 둘러싸는 림을 포함하는 추가의 전기 절연 부재(130)에 의해 연결되어 있는 하나 이상의 어셈블리(100A, 100B)를 출력 단자에 의해 연결되어 있는 어셈블리의 단부 면들 위에 조립하되, 상기 바닥이 상기 단부 면과 평행하고, 림은 어셈블리의 측벽을 따라 이들 전장의 적어도 일부분 위를 가로지르게 연장하도록 조립하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈 제조 방법.
  12. 선행 청구항에 있어서,
    적어도 하나의 바(110) 혹은 출력 커넥터(112)와 연관 전기 절연 부재(120, 130) 사이에 절연판(140, 142)이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈 제조 방법.
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