KR20180107197A - 복수의 배터리 셀을 갖는 배터리 모듈, 배터리 모듈의 제조 방법, 및 배터리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 복수의 분리 벽(4)을 구비하는 복수의 배터리 셀, 특히 리튬 이온 배터리 셀을 갖는 배터리 모듈에 관한 것이며, 이 경우에는 2개의 분리 벽들(4) 사이에 배터리 셀(2)이 배열되어 있고, 일 배터리 셀(2)에 이웃하는 2개의 분리 벽들(4) 사이에는 또한 스프링 요소(6), 특히 인장 스프링 요소 및/또는 압축 스프링 요소가 배열되어 있으며, 이 스프링 요소(6)는, 스프링 요소의 변형 상수(12)의 값이 2개의 분리 벽(4)으로부터 배터리 셀(2)로 전달되는 힘을 결정하도록 2개의 분리 벽(4)과 접촉하면서 그리고/또는 2개의 분리 벽(4)과 연결된 상태로 배열되어 있다.
Description
본 발명은, 독립 청구항들의 전제부에 따른, 복수의 배터리 셀을 갖는 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 대상은 또한 이와 같은 배터리 모듈을 갖는 배터리이다.
종래 기술에는, 특히 리튬 이온 배터리와 같은 배터리가 하나 이상의 배터리 모듈 또는 바람직하게는 또한 복수의 배터리 모듈로 이루어지는 것이 공지되어 있다. 더 나아가, 배터리 모듈은 또한 바람직하게 배터리 모듈에 상호 접속된 복수의 개별 배터리 셀을 구비한다. 이 경우, 개별 배터리 셀은 서로 직렬로 또는 병렬로 접속될 수 있다.
개별 배터리 셀 내에서의 충전 과정 및 방전 과정으로 인한 노화 진행 과정은, 개별 배터리 셀이 작동 기간 동안 형상이 일정하게 유지되지 않고, 오히려 팽윤(swelling)으로서 언급되는 진행 과정이 배터리 셀의 하우징을 변형시키도록 유도하는 내부 힘을 야기한다. 따라서, 이 진행 과정은, 노화 진행 과정으로 인해 생성되는 내부 힘을 수용할 수 있고, 개별 배터리 셀의 하우징의 변형을 제한할 수 있는 배터리 모듈의 형성을 요구한다. 변형을 제한하기 위해, 개별 배터리 셀에 또는 개별 배터리 셀의 하우징에 힘을 공급하는 것은 일반적으로 압착(pressing)으로서 언급된다. 개별 배터리 셀의 노화 속도는 특히 개별 배터리 셀의 압착을 위해 소모되는 힘에 의해서 결정되며, 이 경우 노화 속도는 기술적으로 중요한 작동 영역에서 압착력이 상승함에 따라 증가한다.
더 나아가, 개별 배터리 셀은 작동 동안 이들 배터리 셀의 내부 저항으로 인해 전류 흐름 중에 가열된다. 이때, 배터리 모듈의 배터리 셀은 불균일한 온도 분포를 가지며, 이 경우 배터리 셀은 배터리 모듈의 중앙에서는 배터리 모듈의 가장자리에 있는 배터리 셀에 비해 더 나쁜 열 방출 가능성으로 인해 더 높은 온도를 갖는다. 개별 배터리 셀의 노화 속도는 특히 이들 배터리 셀의 온도에 의해서도 결정되며, 이 경우 노화 속도는 온도가 상승함에 따라 증가한다. 온도가 상승함에 따라 배터리 셀이 더 빠르게 노화되기 때문에, 불균일한 온도 분포를 갖는 배터리 모듈은 또한 불균일한 노화 속도 분포를 가지게 되며, 이와 같은 불균일한 노화 속도 분포는 전체 배터리 모듈의 수명이 단축되는 상황을 야기할 수 있는데, 그 이유는 배터리 모듈의 수명이, 가장 빠르게 노화되는 배터리 셀에 의해서 결정되기 때문이다.
종래 기술 중에 특히 US 2014/0023893호에는, 2개의 분리 벽들 사이에 배터리 셀이 배열되어 있는 것이 공지되어 있으며, 이 경우 개별 분리 벽들은 하나의 개별 분리 벽의 탄성을 결정하기 위한 탄력적인 요소를 구비한다.
또한, JP 2008/124033호에는, 2개의 배터리 셀들 사이에 탄력적인 요소를 배열하는 것이 공지되어 있다.
복수의 배터리 셀을 갖는 배터리 모듈 및 이와 같은 배터리 모듈을 제조하기 위한 방법은, 개별 배터리 셀을 압착하는 힘이 스프링 요소의 변형 상수를 통해서 조절될 수 있다는 장점을 갖는다. 특히, 이와 같은 장점에 의해서는, 배터리 모듈의 각각의 개별 배터리 셀에 대해 원하는 압착력이 설정될 수 있다. 이렇게 함으로써, 개별 배터리 셀의 압착을 위해 소모되는 힘을 통해서 개별 배터리 셀의 노화 속도에 영향을 미칠 수 있게 된다.
본 발명에 따라, 복수의 배터리 셀을 갖는 배터리 모듈이 제공되며, 이 경우 배터리 셀은 특히 리튬 이온 배터리 셀이다. 배터리 모듈은 복수의 분리 벽을 구비하며, 이 경우에는 2개의 분리 벽들 사이에 하나의 배터리 셀이 배열되어 있다. 이때, 일 배터리 셀에 이웃하는 2개의 분리 벽들 사이에는 또한 스프링 요소가 배열되어 있다. 특히, 스프링 요소는 인장 스프링 요소 및/또는 압축 스프링 요소로서 형성되어 있다. 스프링 요소는, 스프링 요소의 변형 상수의 값이, 2개의 분리 벽으로부터 배터리 셀로 전달되는 힘을 결정하도록 2개의 분리 벽과 접촉하면서 그리고/또는 2개의 분리 벽과 연결된 상태로 배열되어 있다.
종속 청구항들에 기재된 조치들에 의해서는, 독립 청구항에 명시된 장치 또는 독립 청구항에 명시된 방법의 바람직한 개선 사항들 및 개선예들이 가능하다.
그 사이에 하나의 배터리 셀이 배열되어 있는 2개의 분리 벽들은 간격에 의해서 상호 이격된 상태로 배열되어 있다. 이 경우, 2개의 분리 벽들 사이에 배열된 배터리 셀을 2개의 분리 벽에 의해서 압착하는 압착력은 특히 상기 간격의 축소 정도가 증가함에 따라 상승한다. 이때, 스프링 요소는 2개의 분리 벽과 접촉하면서 그리고/또는 2개의 분리 벽과 연결된 상태로 그리고 이들 분리 벽들 사이에 배열되어 있으며, 이 경우 2개 분리 벽들의 간격을 줄이기 위해서는, 스프링 요소의 변형을 위해 변형 상수에 의존하는 힘도 필요하다. 다른 말로 표현하자면, 이와 같은 내용은, 2개의 분리 벽들 사이에 배열된 배터리 셀의 압착을 위해서 2개의 분리 벽들에 각각 배터리 셀의 방향으로 향하는 힘이 제공되고, 이 힘이 2개 분리 벽들의 간격 축소를 위해서 이용된다는 것을 의미한다. 이때, 압착을 위해서 제공되는 힘은 배터리 셀의 팽창에 기초하는 힘뿐만 아니라 스프링 요소의 복원력까지도 저지한다. 스프링 요소의 복원력이 스프링 요소의 변형 상수에 의존하기 때문에, 변형 상수의 값의 증가에 의해서 복원력이 증가될 수 있고, 이로 인해 2개의 분리 벽에 제공되는 힘이 일정한 경우에는 2개 분리 벽들 간의 간격이 확대되며, 이로써 압착력이 감소하게 된다. 따라서, 이렇게 함으로써는, 특히 2개의 분리 벽에 제공되는 힘이 일정한 경우에는 다만 변형 상수의 값에 의해서만 2개 분리 벽들 간의 간격이 결정될 수 있고, 이로 인해 결국에는 배터리 셀에 작용하는 압착력까지도 결정될 수 있다.
제1 배터리 셀에 이웃하는 2개의 분리 벽들 사이에 제1 스프링 요소가 배열되어 있는 경우 그리고 제2 배터리 셀에 이웃하는 2개의 분리 벽들 사이에 제2 스프링 요소가 배열되어 있는 경우가 장점이다. 이 경우, 제1 스프링 요소와 제2 스프링 요소는 바람직하게 서로 상이한 변형 상수의 값을 갖는다. 이로 인해, 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀이 상이한 압착력으로 압착되는 것이 가능해진다. 이로써, 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀의 노화 속도는, 예를 들어 특히 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀이 상이한 온도를 갖고 이로써 온도에 기인하여 상이한 속도로 노화되는 경우에는, 상기 배터리 셀들이 작동 기간에 걸쳐 유사한 노화 상태를 갖도록 조정될 수 있다. 따라서, 배터리 셀의 상이한 온도에 기초하는 상이한 노화 속도를 상이한 압착력에 의해서 보상하는 것이 가능해진다. 이 경우, 더 높은 온도를 갖는 배터리 셀은 그에 비해 더 낮은 온도를 갖는 배터리 셀보다 적은 압착력으로 압착된다. 또한, 이로 인해서는, 예를 들어 제조에서 기인하거나 상이한 탄성을 갖는 작동 모듈의 단부 플레이트 또는 분리 플레이트에 의해서 생성되는 기존의 불균일한 압착 상태를 보상하는 것도 가능해진다.
배터리 모듈이 2개의 단부 플레이트를 구비하는 것, 복수의 배터리 셀 그리고 특히 또한 복수의 분리 벽이 2개의 단부 플레이트들 사이에 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이때, 2개의 단부 플레이트들은, 이들 2개의 단부 플레이트가 복수의 배터리 셀을 압착하기 위한 힘을 전달하도록 하나 이상의 브레이싱 요소에 의해 서로 연결되어 있다. 이로 인해, 배터리 모듈의 개별 배터리 셀을 압착하기 위한 힘이 간단한 방식으로 2개의 단부 플레이트를 통해서 제공될 수 있으며, 이 경우 일 배터리 셀에 이웃하는 2개의 분리 벽들 사이에 각각 배열된 스프링 요소의 변형 상수는, 상기 스프링 요소와 동일한 2개의 분리 벽들 사이에 배열된 배터리 셀을 압착하는 힘을 결정한다.
본 발명의 일 양상에 따라, 배터리 셀들은 각각 하나의 배터리 셀 하우징을 형성한다. 이때, 하나 이상의 배터리 셀의 배터리 셀 하우징은 하나 이상의 분리 벽을 포함할 수 있다. 특히, 복수의 배터리 셀의 각각의 배터리 셀이 하나의 분리 벽을 포함하는 것이 가능하다. 이로 인해, 배터리 모듈의 간단한 구조가 가능해진다.
2개의 이웃하는 분리 벽의 최대 측면들이 각각 배터리 모듈의 종방향으로 서로 이웃하여 그리고 간격에 의해서 상호 이격된 상태로 배열되어 있는 경우가 바람직하다. 이때, 2개의 분리 벽들 사이에 각각 배열된 배터리 셀은 바람직하게 각기둥 모양으로 형성되어 있고, 또한 이들 배터리 셀의 최대 측면들은 배터리 모듈의 종방향으로 서로 이웃하여 나란히 배열되어 있다. 이로 인해, 배터리 셀의 신뢰할만한 압착이 가능한 것이 가능해지는데, 그 이유는 분리 벽의 최대 측면들이 배터리 셀의 최대 측면들과 접촉하고, 이로써 압착을 위한 압착력의 확실한 전달이 보장되기 때문이다.
변형 상수가 스프링 상수, 탄성 계수, 압축 탄성률 또는 점도인 경우가 장점이다. 이로써, 변형 상수는 재료별 특유의 변수로서 선택될 수 있거나 스프링 요소의 형성에 의해서 결정될 수 있다. 이 경우, 스프링 요소는 순전히 탄력적으로만 형성될 수 있거나 소성 변형 가능한 부분도 포함할 수 있다.
바람직하게, 배터리 모듈은 복수의 스프링 요소를 구비하며, 이들 스프링 요소는 각각 2개의 분리 벽들 사이에 배열되어 있다. 이때, 2개의 분리 벽들 사이에는 또한 예를 들어 2개의 스프링 요소와 같은 복수의 스프링 요소가 배열될 수도 있다. 배터리 모듈은 또한 종방향으로 제1 영역 및 제2 영역을 구비한다. 이때, 배터리 모듈은, 스프링 요소의 변형 상수의 값이 배터리 모듈의 종방향으로 제1 영역에서는 증가하도록 그리고/또는 배터리 모듈의 종방향으로 제2 영역에서는 감소하도록 형성되어 있다. 이로 인해, 제1 영역에서는, 배터리 모듈의 종방향으로 나란히 배열된 개별 배터리 셀을 압착하는 힘이 배터리 모듈의 종방향으로 감소하게 된다. 또한, 제2 영역에서는, 배터리 모듈의 종방향으로 나란히 배열된 개별 배터리 셀을 압착하는 힘이 배터리 모듈의 종방향으로 증가하게 된다. 이로써는, 배터리 셀의 노화 속도가 압착력에 의존하기 때문에, 압착력에 기초하는 노화 속도의 불균일한 분포가 발생될 수 있다. 이로써, 더 나아가서는, 특히 제조에서 기인하거나 배터리 모듈의 분리 플레이트 및/또는 단부 플레이트의 상이한 탄성에 기초하거나 개별 배터리 셀의 제작 공차에 의해서도 발생할 수 있는 기존의 불균일한 압착 상태도 보상될 수 있다. 배터리 모듈은 종방향으로 제1 단부 및 제2 단부를 구비하며, 이 경우 제1 단부 또는 제2 단부로서는 배터리 모듈의 외부 가장자리에 있는 각각 하나의 배터리 셀이 기재되어 있다. 더 나아가, 배터리 모듈은 종방향으로 중간 위치를 가지며, 이 중간 위치는 특히 제1 단부와 제2 단부 사이의 정중앙에 있다. 바람직하게, 제1 영역은 배터리 모듈의 제1 단부와 중간 위치 사이에 있는 영역을 포함하고, 제2 영역은 배터리 모듈의 중간 위치와 제2 단부 사이에 있는 영역을 포함한다.
바람직한 방식으로, 제1 영역 및 제2 영역은, 작동 동안 배터리 셀의 온도가 종방향으로 제1 영역에서는 증가하도록 그리고/또는 종방향으로 제2 영역에서는 감소하도록 조정되어 있다. 이로 인해서는, 개별 배터리 셀의 노화 상태의 더욱 균일한 분포가 가능해질 수 있는데, 그 이유는 더 높은 온도를 갖는 배터리 셀이 그에 비해 더 낮은 온도를 갖는 배터리 셀보다 적은 힘으로 압착되기 때문이다. 이로써, 특히 상이한 열 방출 가능성으로 인해 발생하고 불균일한 온도 분포에 의해서 야기되는 불균일한 노화는, 2개의 분리 벽들 사이에 배열된 스프링 요소의 상이한 변형 상수에 기초하는 불균일한 압착에 의해서 보상될 수 있다.
하지만, 이 부분에서 언급할 사실은, 배터리 셀을 압착하는 압착력이 최소의 압착력에 미달해서는 안 된다는 것인데, 그 이유는 그렇지 않으면 애노드, 세퍼레이터 및 캐소드가 상호 분리될 수 있기 때문이며, 이와 같은 상황은 일반적으로 박리 현상으로 공지되어 있다. 박리 현상을 야기하는, 최소 압착력에 미달하는 상황은 원치 않게 노화를 심화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 전술된 배터리 모듈을 갖는 배터리와도 관련이 있다.
본 발명에 따라, 전술된 배터리 모듈을 제조하기 위한 방법도 제안된다. 본 발명에 따른 방법의 제1 단계에서는, 배터리 모듈의 작동 동안 각각의 배터리 셀이 갖게 될 온도가 각각의 배터리 셀에 대해 결정된다. 이와 같은 결정은, 실험적인 테스트에 의해서 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 수치적인 시뮬레이션에 의해서도 이루어질 수 있다. 특히, 상기 결정은 또한 배터리 모듈의 작동 동안에도 이루어질 수 있다. 특히, 이때에는, 배터리 셀이 배터리 모듈의 중앙에서는 배터리 모듈의 가장자리에 있는 배터리 셀보다 높은 온도를 가지게 될 것이라는 사실이 제1 근사치로서 토대가 될 수 있으며, 이 경우 도 2는 배터리 모듈의 종방향 위에서 배터리 셀의 온도 파형을 예시적으로 보여준다.
이제, 제2 단계에서는, 일 스프링 요소의 경우와 동일한 2개의 분리 벽들 사이에 배열된 일 배터리 셀의 특정 온도가, 선행하는 스프링 요소와 동일한 2개의 분리 벽들 사이에 배열된 일 배터리 셀의 온도보다 높은 경우에는, 상기 일 스프링 요소가 배터리 모듈의 종방향으로 선행하는 스프링 요소에 비해 더 큰 변형 상수 값을 갖도록, 스프링 요소들이 배터리 모듈 내에 배열된다.
또한, 제2 단계에서는, 일 스프링 요소의 경우와 동일한 2개의 분리 벽들 사이에 배열된 일 배터리 셀의 특정 온도가, 선행하는 스프링 요소와 동일한 2개의 분리 벽들 사이에 배열된 일 배터리 셀의 온도보다 낮은 경우에는, 상기 일 스프링 요소가 배터리 모듈의 종방향으로 선행하는 스프링 요소에 비해 더 작은 변형 상수 값을 갖도록, 스프링 요소들이 배터리 모듈 내에 배열된다.
이렇게 함으로써, 불균일한 온도 분포에 기초하는 배터리 셀의 불균일한 노화는 압착력의 불균일한 분포에 의해서 적어도 부분적으로 보상될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 도면에 도시되어 있고, 이하의 명세서에 더욱 상세하게 설명되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 일 실시예를 측면도로 개략적으로 도시하며, 그리고
도 2는 작동 동안의 배터리 셀의 온도 파형 및 배터리 모듈의 종방향 위에서 스프링 요소의 변형 상수 값의 파형을 예시적으로 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 일 실시예를 측면도로 개략적으로 도시하며, 그리고
도 2는 작동 동안의 배터리 셀의 온도 파형 및 배터리 모듈의 종방향 위에서 스프링 요소의 변형 상수 값의 파형을 예시적으로 도시한다.
도 1은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(1)의 일 실시예를 측면도로 개략적으로 보여준다. 이 경우, 도 1에 도시된 배터리 모듈(1)은 바람직하게 복수의 스프링 요소(6)를 구비한다.
배터리 모듈(1)은 복수의 배터리 셀(2)을 구비하며, 이 경우 도 1에 도시된 배터리 모듈(1)은 예를 들어 7개의 배터리 셀(2)을 구비한다. 바람직하게, 하나의 배터리 셀(2)은 하나의 배터리 셀 하우징(3)을 구비하고, 이 배터리 셀 하우징 내에는 본 도면에 도시되지 않은 배터리 셀(2)의 전기 화학적인 구성 요소들이 수용되어 있다.
또한, 도 1에서는, 배터리 모듈(1)이 복수의 분리 벽(4)을 더 구비한다는 것도 알 수 있으며, 이 경우 도 1에 도시된 배터리 모듈(1)은 예를 들어 6개의 분리 벽(4)을 구비한다. 특히, 도 1에서 알 수 있는 사실은, 배터리 셀(2)의 개수가 분리 벽(4)의 개수보다 1개만큼 더 많다는 것이다.
더 나아가, 배터리 모듈(1)은 2개의 단부 플레이트(5)를 구비하며, 이 경우에는 배터리 셀(2) 및 분리 벽(4)이 2개의 단부 플레이트들(5) 사이에 배열되어 있다. 특히, 2개의 단부 플레이트들(5) 사이에 배열된 배터리 셀(2) 및 분리 벽(4)은 교대로 배열되어 있으며, 이 경우에는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 참조 부호 (10)으로 지시된 배터리 모듈(1)의 종방향으로 하나의 분리 벽(4)이 하나의 배터리 셀(2)에 후속한다.
도 1에서 더 알 수 있는 바와 같이, 배터리 셀(2)은 2개의 분리 벽들(4) 사이에 배열되어 있거나, 2개 단부 플레이트(5) 중 하나의 단부 플레이트와 하나의 분리 벽(4) 사이에 배열되어 있다. 그 사이에 하나의 배터리 셀(2)이 배열되어 있는 2개의 분리 벽들(4), 및 그 사이에 하나의 배터리 셀(2)이 배열되어 있는 하나의 분리 벽(4)과 2개 단부 플레이트(5) 중 하나의 단부 플레이트는 각각 간격(9)에 의해서 상호 이격된 상태로 배열되어 있다. 2개의 분리 벽(4) 또는 2개 단부 플레이트(5) 중 하나의 단부 플레이트 및 분리 벽(4)은 배터리 셀(2)의 압착을 위해서 필요한 힘을 전달한다. 더 상세하게 말하자면, 간격(9)이 작을수록, 압착력은 그만큼 더 크다.
2개의 분리 벽들(4) 사이에 그리고/또는 하나의 분리 벽(4)과 하나의 단부 플레이트(5) 사이에는 또한 스프링 요소(6)가 배열되어 있다. 특히, 2개의 분리 벽들(4) 사이에 그리고/또는 하나의 분리 벽(4)과 하나의 단부 플레이트(5) 사이에는 각각 복수의, 특히 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 2개의 스프링 요소들(6)이 배열될 수 있다. 이때, 하나의 스프링 요소(6)는, 제공된 힘과 변형 간의 관계를 기술하는 변형 상수를 갖는다. 이 경우, 스프링 요소(6)는, 그 사이에 스프링 요소(6)가 배열되어 있는 2개의 분리 벽들(4)과 접촉하면서 그리고/또는 연결된 상태로 배열되어 있거나, 분리 벽(4) 및 2개 단부 플레이트들(5) 중 하나의 단부 플레이트와 접촉하면서 그리고/또는 연결된 상태로 배열되어 있다. 도 1에 개략적으로 도시된 본 발명에 따른 배터리 모듈(1)의 실시예에서, 스프링 요소(6)의 변형이란, 배터리 모듈(1)의 종방향(10)으로의 길이 변경으로 이해될 수 있다.
스프링 요소(6)의 복원력은 스프링 요소(6)의 변형, 특히 배터리 모듈(1)의 종방향(10)으로의 길이 변경을 저지하려는 시도를 한다. 또한, 배터리 셀(2)의 노화 과정에 기초하는 팽창 과정은 간격(9)을 확대시키는 힘을 야기한다. 다시 말해, 스프링 요소(6)의 복원력과 팽창 과정에 기초하는 힘은 병렬로 접속되어 있다. 다른 말로 표현하자면, 이와 같은 상황은 스프링 요소(6)가 배터리 셀(2)에 대해 병렬로 접속되어 있다는 것을 의미한다. 그렇기 때문에, 배터리 셀(2)의 압착을 위해서는, 스프링 요소(6)의 복원력뿐만 아니라 배터리 셀(2)의 팽창 과정에 기초하는 힘까지도 저지할 필요가 있다. 스프링 요소(6)의 변형 상수의 증가에 의해서는 압착을 저지하는 총력이 증가될 수 있고, 이로 인해 간격(9)도 확대되며, 이로써 배터리 셀(2)의 압착력은 감소하게 된다.
2개의 단부 플레이트들(5)은 브레이싱 요소(7)에 의해 서로 연결되어 있다. 이로써, 2개 단부 플레이트들(5)의 연결로 인해, 배터리 모듈(1)의 작동 동안 개별 배터리 셀(2)이 팽창하는 경우에는, 2개 단부 플레이트들(5) 각각으로부터 팽창을 저지하는 힘이 제공되며, 이 힘은 참조 부호 (8)로 지시되어 있다. 또한, 본 발명의 일 아이디어에 따라, 2개의 단부 플레이트들(5)이 서로 연결되어 있지 않고, 팽창을 저지하는 힘(8)이 다른 방식으로 제공되는 것도 가능하다. 이로써, 개별 배터리 셀(2)의 압착을 위해서 필요한 힘(8)은 2개의 단부 플레이트(5)로부터 제공된다. 2개의 분리 벽들(4) 사이에 배열되어 있고 상이한 배터리 셀(2)에 대해 병렬로 접속되어 있는 스프링 요소(6)가 각각 바람직하게 상이한 변형 상수를 갖기 때문에, 결국에는 2개 분리 벽들(4) 간의 간격(9)도 서로 상이하다. 간격(9)이 개별 배터리 셀(2)을 압착하는 압착력을 결정하기 때문에, 개별 배터리 셀(2)은 스프링 요소(6)의 상이한 변형 상수로 인해 또한 상이한 압착력으로도 압착된다. 더 큰 변형 상수 값을 갖는 스프링 요소(6)는 더 작은 변형 상수 값을 갖는 스프링 요소(6)보다 덜 변형되며, 이로 인해 그 사이에 스프링 요소(6)가 각각 배열되어 있는 2개의 분리 벽들(4)은 상이한 간격(9)을 갖게 된다.
도 1에 도시된 실시예에 따라, 2개의 단부 플레이트들(5)이 브레이싱 요소(7)에 의해 서로 조여져 있기 때문에, 2개 단부 플레이트들(5) 간의 간격은 바람직하게 일정하다. 이 간격이 적어도 부분적으로 변할 수 있도록 단부 플레이트들(5)을 서로 조이는 것도 물론 가능하다. 특히, 2개 단부 플레이트들(5) 간의 간격이 일정함으로 인해, 도 1에 도시된 실시예에서는, 개별 간격들(9)이 서로 무관하지 않다. 원칙적으로 적용되는 사실은, 그 사이에 더 큰 변형 상수 값을 갖는 하나의 스프링 요소(6)가 배열되어 있는 2개의 분리 벽들(4)은, 그 사이에 더 작은 변형 상수 값을 갖는 하나의 스프링 요소(6)가 배열되어 있는 2개의 분리 벽들(4)보다 큰 간격(9)을 갖는다는 것이다. 대략적으로 추정할 수 있는 사실은, 2개의 변형 상수 서로에 대한 비율이, 개별 스프링 요소(6)에 의해서 결정되는 간격(9)의 비율에 상응한다는 것이다.
도 2는, 작동 동안의 배터리 셀(2)의 온도 파형 및 배터리 모듈(1)의 종방향(10) 위에서 스프링 요소(6)의 변형 상수 값의 파형을 예시적으로 보여준다.
이 목적을 위해, 도 2에서 참조 부호 (10)으로 지시된 배터리 모듈(1)의 종방향 위에는, 온도(11)의 파형뿐만 아니라 변형 상수(12)의 값 파형도 도시되어 있다.
본 도면에서는, 배터리 모듈(1)의 작동 동안 개별 배터리 셀(2)의 온도(11)가 종방향(10)으로 제1 영역(13)에서는 증가하고, 종방향(10)으로 제2 영역(14)에서는 감소한다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 2에서는, 변형 상수(12)의 값이 종방향(10)으로 제1 영역(13)에서는 증가하고, 종방향(10)으로 제2 영역(14)에서는 감소하도록 조정되어 있다는 것도 알 수 있다.
특히, 온도(11)의 파형 및/또는 변형 상수(12)의 값 파형은 거의 포물선 모양의 특징을 가지며, 이 경우 포물선의 정점은 배터리 모듈(1)의 종방향(10)에서 중간 위치(15)에 놓여 있다.
본 발명에 따라, 온도(11)의 파형이 배터리 모듈(1)의 작동 전에 결정되고, 변형 상수(12)의 값 파형은, 온도(11)에 기초하는 불균일한 노화 속도가, 변형 상수(12) 값의 불균일한 분포에 기초하는 압착력의 불균일한 분포에 의해서 보상되도록 온도(11)의 특정 파형에 맞추어 조정되는 것이 제안되었다. 물론 이와 같은 파형은 복수의 제1 영역(13) 및 복수의 제2 영역(14)을 갖는, 복수의 하이 포인트 및 로우 포인트를 포함하는 파형일 수도 있다.
Claims (10)
- 복수의 배터리 셀, 특히 리튬 이온 배터리 셀을 갖는 배터리 모듈로서,
복수의 분리 벽(4)을 구비하며,
2개의 분리 벽들(4) 사이에는 배터리 셀(2)이 배열되어 있고,
일 배터리 셀(2)에 이웃하는 2개의 분리 벽들(4) 사이에는 또한 스프링 요소(6), 특히 인장 스프링 요소 및/또는 압축 스프링 요소가 배열되어 있으며,
스프링 요소(6)는, 스프링 요소(6)의 변형 상수(12)의 값이 2개의 분리 벽(4)으로부터 배터리 셀(2)로 전달되는 힘을 결정하도록 2개의 분리 벽(4)과 접촉하면서 그리고/또는 2개의 분리 벽(4)과 연결된 상태로 배열되어 있는, 배터리 모듈. - 제1 배터리 셀(2)에 이웃하는 2개의 분리 벽들(4) 사이에는 제1 스프링 요소(6)가 배열되어 있고,
제2 배터리 셀(2)에 이웃하는 2개의 분리 벽들(4) 사이에는 제2 스프링 요소(6)가 배열되어 있는, 제1항에 따른 배터리 모듈에 있어서,
제1 스프링 요소(6)와 제2 스프링 요소(6)가 서로 상이한 변형 상수(12) 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈. - 배터리 모듈(1)은 2개의 단부 플레이트(5)를 구비하고,
복수의 배터리 셀(2)은 2개의 단부 플레이트들(5) 사이에 배열되어 있는, 제1항 또는 제2항에 따른 배터리 모듈에 있어서,
2개의 단부 플레이트들(5)은, 2개의 단부 플레이트들(5)이 복수의 배터리 셀(2)을 압착하기 위한 힘(8)을 전달하도록 하나 이상의 브레이싱 요소(7)에 의해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈. - 배터리 셀들(2)이 각각 배터리 셀 하우징(3)을 형성하는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈에 있어서,
하나 이상의 배터리 셀(2)의 배터리 셀 하우징(3)은 하나 이상의 분리 벽(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
2개의 이웃하는 분리 벽(4)의 최대 측면들이 각각 배터리 모듈(1)의 종방향(10)으로 서로 이웃하여 그리고 간격(9)에 의해서 상호 이격된 상태로 배열되어 있으며,
배터리 셀들(2)은 각각 각기둥 모양으로 형성되어 있고, 상기 배터리 셀의 최대 측면들은 배터리 모듈(1)의 종방향(10)으로 서로 이웃하여 나란히 배열되어 있는, 배터리 모듈. - 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
변형 상수(12)는 스프링 상수, 탄성 계수, 압축 탄성률 또는 점도인 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈. - 배터리 모듈(1)은 복수의 스프링 요소(6)를 구비하고,
또한 종방향(10)으로 제1 영역(13) 및 제2 영역(14)을 구비하는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈에 있어서,
스프링 요소(6)의 변형 상수(12)의 값은 배터리 모듈(1)의 종방향(10)으로 제1 영역(13)에서는 증가하고 그리고/또는 배터리 모듈(1)의 종방향(10)으로 제2 영역(14)에서는 감소하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈. - 제7항에 있어서, 제1 영역(13) 및 제2 영역(14)은, 작동 동안 배터리 셀(2)의 온도(11)가 종방향(10)으로 제1 영역(13)에서는 증가하고 그리고/또는 종방향(10)으로 제2 영역(14)에서는 감소하도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 갖는 배터리.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 제조하기 위한 방법으로서,
제1 단계에서는, 배터리 모듈(1)의 작동을 위한 배터리 셀(2)의 온도(11)가 결정되며,
제2 단계에서는, 일 스프링 요소(6)의 경우와 동일한 2개의 분리 벽들(4) 사이에 배열된 일 배터리 셀(2)의 특정 온도(11)가, 선행하는 스프링 요소(6)와 동일한 2개의 분리 벽들(4) 사이에 배열된 일 배터리 셀(2)의 온도(11)보다 높은 경우에는, 상기 일 스프링 요소(6)가 배터리 모듈의 종방향(10)으로 선행하는 스프링 요소(6)에 비해 더 큰 변형 상수(12) 값을 갖도록, 그리고/또는
스프링 요소(6)와 동일한 2개의 분리 벽들(4) 사이에 배열된 일 배터리 셀의 특정 온도가, 선행하는 스프링 요소(6)와 동일한 2개의 분리 벽들(4) 사이에 배열된 일 배터리 셀(2)의 온도(11)보다 낮은 경우에는, 일 스프링 요소(6)가 배터리 모듈(1)의 종방향(10)으로 선행하는 스프링 요소(6)에 비해 더 작은 변형 상수(12) 값을 갖도록, 스프링 요소들(6)이 배터리 모듈(1) 내에 배열되는, 배터리 모듈을 제조하기 위한 방법.
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