KR20180124090A - 배터리 및 배터리 제조 방법 - Google Patents

배터리 및 배터리 제조 방법 Download PDF

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KR20180124090A
KR20180124090A KR1020187029822A KR20187029822A KR20180124090A KR 20180124090 A KR20180124090 A KR 20180124090A KR 1020187029822 A KR1020187029822 A KR 1020187029822A KR 20187029822 A KR20187029822 A KR 20187029822A KR 20180124090 A KR20180124090 A KR 20180124090A
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요헨 슈바인벤츠
마쿠스 콜베르거
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 2개 이상의 배터리 모듈(1, 101, 102)을 포함하는 배터리에 관한 것으로, 배터리 모듈(1, 101, 102)은 서로 전기적으로 직렬로 및/또는 병렬로 상호 연결되는 복수의 배터리 셀(2), 특히 리튬이온 배터리 셀을 각각 포함하고, 추가로 양의 전압 탭(5) 및 음의 전압 탭(6)을 가지며, 제1 모듈 연결 부재(7)가 양의 전압 탭(5)과 전기 전도 방식으로 연결되고, 그리고/또는 제2 모듈 연결 부재(8)가 음의 전압 탭(6)과 전기 전도 방식으로 연결되며, 이때 제1 배터리 모듈(101)의 모듈 연결 부재(7, 8)와 제2 배터리 모듈(102)의 모듈 연결 부재(7, 8)는 전기 전도 방식으로 연결되고, 이들 모듈 연결 부재(7, 8)의 전기 전도성 연결은 플러그 연결의 형태로 형성된다.

Description

배터리 및 배터리 제조 방법
본 발명은 독립 청구항의 카테고리에 따른 배터리에 관한 것이다. 또한, 상기 배터리의 제조를 위한 방법도 본 발명의 대상이다.
종래 기술로부터, 특히 리튬이온 배터리들처럼, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 구동 배터리들로서 이용되는 배터리들이 모듈 구조로, 즉, 복수의 배터리 모듈로 구성되는 점이 공지되어 있다. 또한, 하나의 배터리 모듈은 바람직하게, 서로 연결되어 배터리 모듈을 형성하는 복수의 개별 배터리 셀을 포함하며, 개별 배터리 셀들은 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 특히 리튬이온 배터리 셀들, 리튬 폴리머 배터리 셀들 또는 납산 축전지들과 같은 개별 배터리 셀들의 전압 탭들(voltage tap)은 이른바 셀 커넥터들에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 이 경우, 셀 커넥터들은 나사 결합되거나 용접 결합되거나 리벳 결합되는 연결부들을 통해 개별 배터리 셀들의 전압 탭들에 장착된다. 또한, 배터리의 배터리 모듈들도, 모듈 커넥터라고 지칭되며 나사 결합, 용접 결합, 또는 리벳 결합 방식으로 장착되는 연결 부재들에 의해, 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된다. 복수의 배터리 모듈은, 이른바 서브 유닛이라고 지칭되는, 예컨대 하나의 공통 냉각 장치를 공유하는 배터리의 하위 유닛들을 형성한다. 하나의 배터리는 통상 2개 이상의 서브 유닛으로 구성된다.
배터리의 구성에서, 60볼트 직류를 초과하는 전압부터 특히 접촉 방지에 대한 보호 조치가 제공되며, 그럼으로써 숙련된 전기 기술자에게만 상기 유형의 전압 조건에서 배터리 관련 작업이 허용된다.
종래 기술에서, DE 10 2012 215 205 A1호로부터 상이한 배터리 모듈들의 2개의 배터리 셀을 서로 연결하는 셀 커넥터가 공지되어 있다.
또한, DE 10 2012 215 495호로부터는 배터리 셀의 특성 변수의 매칭을 위한 배터리 셀을 포함한 직렬 회로가 공지되어 있다.
독립 청구항들의 특징부의 특징들을 각각 갖는 배터리 및 상기 배터리의 제조 방법은, 배터리의 2개의 배터리 모듈이 간단한 방식으로, 신뢰성 있게 플러그 연결부를 통해 서로 전기 전도 방식으로 연결될 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 특히 제조 시 복잡성이 줄어들 수 있는데, 그 이유는 종래 기술로부터 공지된, 용접 결합식, 리벳 결합식, 또는 나사 결합식 연결부들이 생략될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따라서, 2개 이상의 배터리 모듈을 포함하는 배터리가 제공된다. 이 경우, 배터리 모듈은 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 셀을 각각 포함한다. 이 경우, 배터리 셀들은 특히 리튬이온 배터리 셀들이다. 또한, 배터리 모듈은 양의 전압 탭(positive voltage tap) 및 음의 전압 탭(negative voltage tap)도 포함한다. 이 경우, 양의 전압 탭과 제1 모듈 연결 부재가 전기 전도 방식으로 연결되고, 그리고/또는 음의 전압 탭과 제2 모듈 연결 부재가 전기 전도 방식으로 연결된다. 제1 배터리 모듈의 모듈 연결 부재와 제2 배터리 모듈의 모듈 연결 부재가 전기 전도 방식으로 연결된다. 이 경우, 모듈 연결 부재들의 전기 전도성 연결부는 플러그 연결부로서 형성된다.
종속 청구항들에 제시되는 조치들을 통해, 독립 청구항에 명시된 장치 또는 독립 청구항에서 명시된 방법의 바람직한 개량 및 개선이 가능하다.
바람직하게, 모듈 연결 부재들은 서로 전기 전도 방식으로 직접 연결된다. 따라서, 배터리의 구성 동안 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈은 배터리의 내부에서 자신들의 위치에 배치될 수 있고, 그와 동시에 플러그 연결부의 형성을 통해 제1 배터리 모듈의 모듈 연결 부재와 제2 배터리 모듈의 모듈 연결 부재가 서로 전기 전도 방식으로 연결될 수 있으며, 그럼으로써 그에 후속하여 배터리 모듈들의 전기 전도성 연결의 형성을 위한 추가 제조 단계가 불필요하다.
또한, 추가의 전기 전도성 연결 부재가 모듈 연결 부재들을 서로 전기 전도 방식으로 연결하는 것도 바람직하다. 따라서, 배터리의 구성 동안, 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈은 배터리의 내부에서 자신들의 위치에 배치될 수 있으며, 이때 배터리 모듈들 사이에 전기 전도성 연결부를 형성하지 않는다. 그러므로 복수의 배터리 모듈로 구성되는 배터리가 구성될 수 있으며, 이 경우 배터리 모듈들은 미리 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있지 않으며, 그에 따라 개별 배터리 모듈들의 전압들을 초과하는 상승한 전압이 발생하지 않음으로써, 배터리 모듈의 전압이 60볼트 직류의 허용 전압 미만인 경우에는 접촉 방지에 대한 특별한 보호 조치들이 필요하지 않게 된다. 배터리의 기계적 구성이 개별 배터리 모듈들의 배치를 통해 종료된 후에, 전압의 승압이 수행될 수 있다. 이는, 개별 배터리 모듈들이 서로 전기 전도 방식으로 연결된다는 점을 의미한다. 특히, 이는 제1 배터리 모듈의 모듈 연결 부재와 제2 배터리 모듈의 모듈 연결 부재가 서로 전기 전도 방식으로 연결되며, 추가의 전기 전도성 연결 부재가 모듈 연결 부재들을 서로 전기 전도 방식으로 연결함을 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 직렬 연결을 위해, 제1 배터리 모듈의 제1 모듈 연결 부재와 제2 배터리 모듈의 제2 모듈 연결 부재가 전기 전도 방식으로 연결된다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 직렬 연결을 위해, 제1 배터리 모듈의 제2 모듈 연결 부재와 제2 배터리 모듈의 제1 모듈 연결 부재도 전기 전도 방식으로 연결된다. 따라서, 양의 전압 탭과 음의 전압 탭이, 그리고 음의 전압 탭과 양의 전압 탭이 각각 전기 전도 방식으로 연결되며, 그럼으로써 배터리 모듈들의 직렬 연결이 실현된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따라서, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 병렬 연결을 위해, 제1 배터리 모듈의 제1 모듈 연결 부재와 제2 배터리 모듈의 제1 모듈 연결 부재가 전기 전도 방식으로 연결된다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라서, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 병렬 연결을 위해, 제1 배터리 모듈의 제2 모듈 연결 부재와 제2 배터리 모듈의 제2 모듈 연결 부재도 전기 전도 방식으로 연결될 수 있다. 따라서 양의 전압 탭은 양의 전압 탭과, 그리고 음의 전압 탭은 음의 전압 탭과 각각 전기 전도 방식으로 연결되며, 그럼으로써 배터리 모듈들의 병렬 연결이 실현된다.
특히, 하나의 배터리 모듈이 각각 실질적으로 2개의 단부면과, 2개의 측면 표면, 하나의 배터리 모듈 하면, 및 하나의 배터리 모듈 상면을 포함한다. 2개의 단부면은 서로 대향하여 배치되고, 바람직하게는 서로 평행하다. 또한, 2개의 측면 표면도 서로 대향하여 배치되고, 바람직하게는 서로 평행하다. 배터리 모듈 하면과 배터리 모듈 상면은 서로 대향하여 배치되고, 바람직하게는 서로 평행하다. 특히, 2개의 단부면 중 하나와 2개의 측면 표면 중 하나가 서로 직각으로 배치된다. 또한, 특히 2개의 단부면 중 하나와 배터리 모듈 하면 또는 배터리 모듈 상면이 서로 직각으로 배치된다. 특히 2개의 측면 표면 중 하나와 배터리 모듈 하면 또는 배터리 모듈 상면이 서로 직각으로 배치된다. 배터리 모듈의 양의 전압 탭 및/또는 음의 전압 탭은 바람직하게는 배터리 모듈 상면 상에 배치된다. 또한, 복수의 배터리 셀을 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결하는 셀 커넥터들도 배터리 모듈 상면 상에 배치된다. 이 경우, 목적에 부합하게는, 제1 모듈 연결 부재 및/또는 제2 모듈 연결 부재는 배터리 모듈 하면 상에, 2개의 단부면 중 하나 상에, 또는 2개의 측면 표면 중 하나 상에 배치된다. 따라서, 모듈 연결 부재는, 개별 배터리 셀들의 직렬 및/또는 병렬 연결을 위한 셀 커넥터들도 통상 그 상에 배치되는 배터리 모듈 상면 상에는 배치되지 않을 수 있으며, 그럼으로써 배터리의 구성 시 안전성이 증가될 수 있다. 또한, 그 결과, 하기에 기술되는 것처럼, 모듈 연결 부재들의 접근성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈이 서로 나란히 배치되고, 제1 배터리 모듈의 2개의 단부면 중 하나는 제2 배터리 모듈의 2개의 단부면 중 하나에 직접 인접하여 배치되며, 그 밖에도 제1 모듈 연결 부재 및/또는 제2 모듈 연결 부재는 하나의 측면 표면 상에 배치된다. 따라서, 배치 시 배터리 모듈들을 미리 서로 연결하지 않은 상태에서, 복수의 배터리 모듈이 예컨대 복수의 평면에서 서로 적층되어 있는, 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리의 내부에 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 배치할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈들의 최종 연결 및 그에 따른 전압 승압은 배터리 모듈들의 배치 후에 비로소 추가의 전기 전도성 연결 부재에 의해 수행될 수 있는데, 그 이유는 배터리의 기계적 구성 후에도 모듈 연결 부재들이 여전히 접근 가능하게 배치되어 있기 때문이다. 여기서, 복수의 평면에 적층 배치되는 배터리 모듈들은, 적어도 일측 배터리 모듈의 배터리 모듈 상면과 타측 배터리 모듈의 배터리 모듈 하면이 서로 직접 인접하여 배치되어 있음을 의미한다. 또한, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈이 서로 나란히 배치되고, 제1 배터리 모듈의 2개의 단부면 중 하나가 제2 배터리 모듈의 2개의 단부면 중 하나에 직접 인접하여 배치되는 경우, 제1 모듈 연결 부재 및/또는 제2 모듈 연결 부재를 배터리 모듈 하면 상에도, 또는 배터리 모듈 상면 상에도 장착할 수 있으며, 배터리의 복수의 배터리 모듈은 동일한 평면에 배치되어야 하고, 그럼으로써 일측 배터리 모듈의 측면 표면도 타측 배터리 모듈의 측면 표면에 직접 인접하여 배치되어야 한다.
또한, 바람직하게는, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈이 서로 나란히 배치되고, 제1 배터리 모듈의 2개의 측면 표면 중 하나가 제2 배터리 모듈의 2개의 측면 표면 중 하나에 직접 인접하여 배치되며, 또한 제1 모듈 연결 부재 및/또는 제2 모듈 연결 부재는 하나의 단부면 상에 배치된다. 따라서, 바로 위에 기술한 것처럼, 배터리 모듈들이 예컨대 복수의 평면에 서로 적층되고, 2개의 배터리 모듈은 특히 각각 2개의 측면 표면 중 하나로 서로 직접 인접하여 배치되는 배터리의 경우, 배터리의 기계적 구성 후에 비로소 전압의 승압을 수행할 수 있는데, 그 이유는 모듈 연결 부재들이 여전히 접근 가능하기 때문이다. 또한, 이 경우, 하나의 평면에 배터리 모듈들을 배치할 때, 제1 모듈 연결 부재 및/또는 제2 모듈 연결 부재를 배터리 모듈 상면 또는 배터리 모듈 하면 상에 장착하는 점도 고려해볼 수 있는데, 그 이유는 상기 모듈 연결 부재들이 배터리의 기계적 구성 후에도 여전히 접근 가능하기 때문이다.
또한, 바람직하게는, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈이 서로 나란히 배치되고, 제1 배터리 모듈의 배터리 모듈 상면이 제2 배터리 모듈의 배터리 모듈 하면에 직접 인접하여 배치되며, 또한 제1 모듈 연결 부재 및/또는 제2 모듈 연결 부재는 2개의 단부면 중 하나 상에, 또는 2개의 측면 표면 중 하나 상에 배치된다. 따라서, 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리의 적층 배치된 평면들에 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 배치할 수 있으며, 배터리 모듈들의 기계적 배치 후에 비로소 간단한 방식으로 상기 배터리 모듈들을 전기 전도 방식으로 연결할 수 있다. 특히 제1 모듈 연결 부재 및 제2 모듈 연결 부재의 플러그 연결로서의 전기 전도성 연결은 추가의 전기 전도성 연결 부재에 의해 형성될 수 있다.
2개의 단부면 중 하나 상에, 2개의 측면 표면 중 하나 상에, 또는 배터리 모듈 하면 상에, 또는 특히 배터리 모듈 상면 상에도, 바로 위에서 기술한, 제1 모듈 연결 부재 및/또는 제2 모듈 연결 부재의 바람직한 배치 가능성들을 통해, 간단하고 확실한 방식으로, 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리가 제공될 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 모듈은 복수의 평면에 적층 배치될 수 있으며, 이때 각각의 평면에 복수의 배터리 모듈이 배치될 수도 있다. 이 경우, 먼저 배터리의 내부에서 각자의 위치에 배터리 모듈들을 배치하고, 그에 따라 배터리의 기계적 전체 구성을 형성하며, 그 후속 단계에서 개별 배터리 모듈들의 직렬 및/또는 병렬 연결을 위한 전기 전도성 연결을 형성하는 것이 바람직하다. 제1 모듈 연결 부재 및/또는 제2 모듈 연결 부재는 2개의 단부면 중 하나 상에, 2개의 측면 표면 중 하나 상에, 또는 배터리 모듈 하면 상에, 또는 특히 배터리 모듈 상면 상에도 배치될 수 있기 때문에, 배터리의 기계적 전체 구성 후에도 모듈 연결 부재에 여전히 접근 가능하도록 모듈 연결 부재를 배치할 수 있다. 이 경우, 추가의 전기 전도성 연결 부재를 통해 전기적 연결이 실현될 수 있다. 특히 전체 전압이 예컨대 60볼트 직류 전압 미만인 배터리 모듈들의 경우, 전압 승압의 최종 단계만 상응하는 안전 지식을 갖춘 숙련된 전기 기술자에 의한 개별 배터리 모듈들 간의 전기 전도성 연결의 형성을 통해 수행된다.
목적에 부합하는 방식으로, 하나의 모듈 연결 부재는 전기 절연 재료로 형성되는 하우징을 각각 하나씩 포함한다. 따라서, 배터리 모듈의 양의 전압 탭 및 음의 전압 탭은, 의도하지 않은 단락 또는 전기 접촉을 방지할 수 있도록 하기 위해 전기 절연될 수 있다. 또한, 모듈 연결 부재는, 전기 절연성 하우징 내에 배치된 전기 전도성 연결 섹션을 포함한다. 상기 연결 섹션은 또한 각각의 배터리 모듈의 양의 전압 탭 또는 음의 전압 탭과 전기 전도 방식으로 연결된다. 이 경우, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 전기 전도성 연결을 위해, 제1 배터리 모듈의 모듈 연결 부재의 제1 연결 섹션과 제2 배터리 모듈의 모듈 연결 부재의 제2 연결 섹션이 서로 전기 전도 방식으로 연결된다. 이 경우, 제1 연결 섹션과 제2 연결 섹션의 연결은 플러그 연결로서 형성된다. 이 경우, 직접적인 전기 전도성 연결을 위해 제1 연결 섹션은 개구부를 가질 수 있고, 이 개구부 내에는 플러그인 부재로서 형성된 제2 연결 섹션이 배치된다. 또한, 이 경우, 제1 연결 섹션은 개구부를 가질 수 있고, 제2 연결 섹션은, 이 제2 연결 섹션을 포함하는 모듈 연결 부재의 하우징을 관통하여 연장되는 개구부를 가질 수 있으며, 이 경우 또한 추가의 전기 전도성 연결 부재가 제1 연결 부재의 개구부 내에, 그리고 제2 연결 부재의 개구부 내에 연장되는 방식으로 배치된다. 제2 연결 섹션은, 이 제2 연결 섹션을 포함하는 모듈 연결 부재의 하우징을 관통하여 연장되는 개구부를 가지며, 추가의 전기 전도성 연결 부재는, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈을 서로 나란히 배치한 후에도, 여전히 제1 연결 섹션과 제2 연결 섹션을 서로 전기 전도 방식으로 연결할 수 있다.
바람직하게는, 모듈 연결 부재는 각각의 배터리 모듈과 재료 결합 방식으로, 또는 형상 결합 방식으로 연결된다. 이 경우, 상기 연결부는 특히 용접 결합, 리벳 결합, 또는 접착 결합 방식으로 형성될 수 있다. 또한, 모듈 연결 부재는 배터리 모듈 상에 래칭(latching)될 수도 있다. 특히, 하우징이 결합력을 흡수할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 배터리의 제조를 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배터리와 관련하여 전술한 모든 장점 및 개량 가능성은 본 발명에 따른 방법과 관련하여서도 계속 적용되어야 하며, 그럼으로써 배터리의 제조를 위한 방법과 배터리 간에 상호 참조될 수 있다.
방법 단계 a)에서, 복수의 배터리 셀이 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 각각 형성한다. 따라서, 그에 따라, 직렬 및/또는 병렬로 상호 연결된 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈이 제공된다. 방법 단계 b)에서, 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈 상에, 양의 전압 탭과 전기 전도 방식으로 연결된 제1 모듈 연결 부재, 및/또는 음의 전압 탭과 전기 전도 방식으로 연결된 제2 모듈 연결 부재가 배치된다. 따라서, 제1 배터리 모듈은 적어도 하나의 제1 모듈 연결 부재 또는 하나의 제2 모듈 연결 부재를 포함하고, 제2 배터리 모듈은 적어도 하나의 제1 모듈 연결 부재 또는 하나의 제2 모듈 연결 부재를 포함하며, 이들 모듈 연결 부재는 배터리 모듈의 양 또는 음의 전압 탭과 각각 연결된다. 방법 단계 c)에서는, 제1 배터리 모듈의 모듈 연결 부재와 제2 배터리 모듈의 모듈 연결 부재 간에 전기 전도성 연결이 형성된다. 이 경우, 모듈 연결 부재들의 전기 전도성 연결은 플러그 연결로서 형성된다. 따라서, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈 상호 간의 간단한 직렬 및/또는 병렬 연결이 가능하다.
또한, 바람직하게는, 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈이 서로 나란히 배치된다. 이 경우, 특히 제1 배터리 모듈의 모듈 연결 부재와 제2 배터리 모듈의 모듈 연결 부재는 서로 전기 전도 방식으로 연결되지 않는다. 후속하는 방법 단계 d)에서 비로소 모듈 연결 부재들은 추가의 전기 전도성 연결 부재를 통해 서로 전기 전도 방식으로 연결된다. 이 경우, 이미 본 발명에 따른 배터리와 관련하여 기술한 것처럼, 먼저 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리의 기계적 전체 구성이 수행될 수 있고, 후속 단계에서 전압 승압을 위해 개별 배터리 모듈들 간의 전기 전도성 연결들의 형성이 수행될 수 있다는 장점이 있다.
특히, 본 발명은, 방법 단계 a)에서 추가로, 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈이 제공되는 방법에 관한 것이다. 이 경우, 방법 단계 b)에서 추가로, 복수의 배터리 모듈 상에, 양의 전압 탭과 전기 전도 방식으로 연결된 제1 모듈 연결 부재 및/또는 음의 전압 탭과 전기 전도 방식으로 연결된 제2 모듈 연결 부재가 각각 배치된다. 또한, 방법 단계 c)에서는 우선, 배터리 모듈들이 서로 나란히 배치되어 배터리를 형성한다. 그 다음, 방법 단계 d)에서, 서로 나란히 배치된 배터리 모듈들의 각각 2개의 모듈 연결 부재가 각각 하나의 추가 전기 전도성 연결 부재를 통해 전기 전도 방식으로 서로 연결된다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되고, 하기에서 더 상세히 설명된다.
도 1a는 모듈 연결 부재의 제1 배치구조를 포함하는 배터리 모듈의 일 실시형태를 도시한 도면이다.
도 1b는 모듈 연결 부재의 제2 배치구조를 포함하는 배터리 모듈의 일 실시형태를 도시한 도면이다.
도 1c는 모듈 연결 부재의 제3 배치구조를 포함하는 배터리 모듈의 일 실시형태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리의 개략적 상면도이다.
도 3a는 2개의 모듈 연결 부재 간의 직접적인 전기 전도성 연결의 형성을 위한 플러그 연결의 일 실시형태를 도시한 도면이다.
도 3b는 추가의 전기 전도성 연결 부재를 이용하여 2개의 모듈 연결 부재 간의 전기 전도성 연결의 형성을 위한 플러그 연결의 일 실시형태를 도시한 도면이다.
도 1a 내지 도 1c에는, 바람직하게는 서로 동일하고 서로 나란히 배치된 복수의 배터리 셀(2)을 포함하는 배터리 모듈(1)의 실시형태가 각각 도시되어 있다. 배터리 셀들(2)은 양의 전압 탭(3)과 음의 전압 탭(4)을 각각 갖는다. 도 1a 내지 도 1c에 도시되어 있는 것처럼, 개별 배터리 셀들(2)의 직렬 연결을 위해, 일 배터리 셀(2)의 양의 전압 탭(3)과 인접한 배터리 셀(2)의 음의 전압 탭(4)이 서로 전기 전도 방식으로 연결된다. 이런 전기 전도성 연결은 종래 기술로부터 공지된 셀 커넥터들(16)에 의해 수행될 수 있다.
배터리 셀들(2)의 직렬 연결의 경우, 제1 배터리 셀(21)의 양의 전압 탭(3)과 최종 배터리 셀(22)의 음의 전압 탭(4)은, 예컨대 셀 커넥터(16)를 이용하여 동일한 배터리 모듈(1)의 인접한 배터리 셀(2)과 연결되지 않는다. 제1 배터리 셀(21) 및 최종 배터리 셀(22)은, 도 2에서도 재차 설명되는 것처럼, 배터리 모듈(1)의 서로 나란히 배치된 배터리 셀들(2)에서 양측 바깥쪽 배터리 셀들 중 각각 하나를 의미한다.
제1 배터리 셀(21)의 양의 전압 탭(3)은 동시에 배터리 모듈(1)의 양의 전압 탭(5)을 형성하며, 최종 배터리 셀(22)의 음의 전압 탭(4)은 동시에 배터리 모듈(1)의 음의 전압 탭(6)을 형성한다.
도 1a 내지 도 1c에서 확인되는 것처럼, 배터리 모듈(1)은 추가로 제1 모듈 연결 부재(7)와, 도 1a 내지 도 1c에는 도시되지 않은 제2 모듈 연결 부재(8)를 포함한다. 배터리 모듈(1)의 양의 전압 탭(5)은 제1 모듈 연결 부재(7)와 전기 전도 방식으로 연결된다. 배터리 모듈(1)의 음의 전압 탭(6)은 제2 모듈 연결 부재(8)와 전기 전도 방식으로 연결된다.
제1 모듈 연결 부재(7)와 제2 모듈 연결 부재(8)는 전기 절연 재료로 형성된 하우징(9)을 각각 포함한다. 또한, 모듈 연결 부재(7, 8)는, 차후 도 3a 및 3b에 따라 더 상세하게 기술되는 전기 전도성 연결 섹션(10)도 포함한다.
제1 배터리 모듈(101)과 제2 배터리 모듈(102) 간의 전기 전도성 연결의 형성을 위해, 제1 배터리 모듈(101)의 모듈 연결 부재(7, 8)의 제1 연결 섹션(11)과 제2 배터리 모듈(102)의 모듈 연결 부재(7, 8)의 제2 연결 섹션(12)이 서로 전기 전도 방식으로 연결된다.
배터리 모듈(1)은 실질적으로, 서로 대향하여 놓인 2개의 측면 표면(13), 서로 대향하여 놓인 2개의 단부면(14), 하나의 배터리 모듈 상면(151), 및 상기 배터리 모듈 상면(151)에 대향하여 놓인 하나의 배터리 모듈 하면(152)을 갖는다.
이미 기재한 것처럼, 제1 모듈 연결 부재(7) 및/또는 제2 모듈 연결 부재(8)는, 배터리 모듈들(1)의 요구되는 공간 배치를 가능하게 하기 위해, 2개의 측면 표면(13) 중 하나, 2개의 단부면(14) 중 하나, 또는 배터리 모듈 상면(151), 그리고 특히 배터리 모듈 하면(152)에도 배치될 수 있다.
배터리 모듈(1)의 도 1a에 도시된 실시형태는 예컨대, 배터리 모듈(1)의 측면 표면(13)이 타측 배터리 모듈(1)의 측면 표면(13)에 인접하여 배치되고, 제1 모듈 연결 부재(7)는 배터리 모듈 상면(151) 상에 배치되며, 제1 모듈 연결 부재(7)에 인접하는 측면 표면(14) 상에 예컨대 여기서는 도시되지 않은 배터리의 추가 부재가 배치되어야 하고, 여기서는 공간이 가용하지 않을 때 바람직하다. 또한, 상기 경우에, 배터리 모듈(1)의 측면 표면(13)이 타측 배터리 모듈(1)의 측면 표면(13)에 인접하여 배치되고, 배터리 모듈 상면(151) 상에는 예컨대 추가 배터리 모듈(1)의 배치를 통해 공간이 가용하지 않으면, 제1 모듈 연결 부재(7)는 도 1b에 도시된 것처럼 단부면(14) 상에 배치될 수도 있다.
도 1c에 도시된 실시형태는, 배터리 모듈(1)이 단부면(14)으로 타측 배터리 모듈(1)의 단부면(14)에 인접하여 배치될 때 바람직하다. 이 경우, 제1 모듈 연결 부재(7)는 측면 표면(13) 상에 배치된다. 또한, 이러한 경우, 모듈 연결 부재(7)는 배터리 모듈 상면(151) 또는 배터리 모듈 하면(152) 상에도 배치될 수 있으며, 이는 여기에는 도시되어 있지 않다.
도 1a 내지 1c에서 확인되는 것처럼, 제1 모듈 연결 부재(7)의 연결 섹션(10)은 개구부(111)로서 형성되며, 이 개구부는 특히 제1 모듈 연결 부재(7)의 하우징(9)을 관통하여 연장되는 방식으로 형성될 수도 있으며, 이에 대해서는 하기에서 더 상세하게 다루어진다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리(100)의 상면도를 개략적으로 보여준다.
배터리(100)는 제1 배터리 모듈(101)과 제2 배터리 모듈(102)을 포함하며, 이들 배터리 모듈은, 이미 도 1a 내지 도 1c의 경우에 기재한 것처럼, 복수의 배터리 셀(2)을 각각 포함한다.
제1 배터리 모듈(101)의 배터리 셀들(2) 및 제2 배터리 모듈(102)의 배터리 셀들(2)은 각각 셀 커넥터들(16)에 의해 서로 전기적으로 직렬로 연결된다. 이 경우, 일측 배터리 셀(2)의 양의 전압 탭(3)은 인접한 배터리 셀(2)의 음의 전압 탭(4)과 전기 전도 방식으로 연결된다. 또한, 배터리 셀들(2)이 서로 전기적으로 병렬로 연결되는 점도 생각해볼 수 있다. 또한, 제1 배터리 모듈(101)의 제1 배터리 셀(21)의 양의 전압 탭(3)은 제1 배터리 모듈(101)의 인접한 배터리 셀(2)의 전압 탭(3, 4)과 전기 전도 방식으로 연결되지 않으며, 그에 따라 제1 배터리 모듈(101)의 양의 전압 탭(5)을 형성한다. 제1 배터리 모듈(101)의 최종 배터리 셀(22)의 음의 전압 탭(4)은 제1 배터리 모듈(101)의 인접한 배터리 셀(2)의 전압 탭(3, 4)과 전기 전도 방식으로 연결되지 않으며, 그에 따라 제1 배터리 모듈(102)의 음의 전압 탭(6)을 형성한다. 또한, 제2 배터리 모듈(102)의 최종 배터리 셀(22)의 음의 전압 탭(4)은 제2 배터리 모듈(102)의 인접한 배터리 셀(2)의 전압 탭(3, 4)과 전기 전도 방식으로 연결되지 않으며, 그리고 그에 따라 제2 배터리 모듈(102)의 음의 전압 탭(6)을 형성한다. 제2 배터리 모듈(102)의 제1 배터리 셀(21)의 양의 전압 탭(3)은 제2 배터리 모듈(102)의 인접한 배터리 셀(2)의 전압 탭(3, 4)과 전기 전도 방식으로 연결되지 않으며, 그리고 그에 따라 제2 배터리 모듈(102)의 양의 전압 탭(5)을 형성한다.
또한, 도 2에서는, 제1 배터리 모듈(101)의 양의 전압 탭(5)에 제1 모듈 연결 부재(7)가 전기 전도 방식으로 연결되고, 제2 배터리 모듈(102)의 음의 전압 탭(6)에는 제2 모듈 연결 부재(8)가 전기 전도 방식으로 연결되어 있는 점도 확인된다.
제1 배터리 모듈(101)의 제1 단부면(141)이 제2 배터리 모듈(102)의 제2 단부면(142)에 인접하여 배치된다. 제1 모듈 연결 부재(7)와 제2 모듈 연결 부재(8)는 제1 배터리 모듈(101) 또는 제2 배터리 모듈(102)의 측면 표면(13) 상에 각각 배치된다. 이 경우, 제1 모듈 연결 부재(7)와 제2 모듈 연결 부재(8)는 서로 전기 전도 방식으로 연결되며, 모듈 연결 부재들(7, 8)의 전기 전도성 연결은 플러그 연결로서 형성된다.
도 3a 및 도 3b에는, 도 2에 도시된 단면 A-A에 따라서 제1 모듈 연결 부재(7)와 제2 모듈 연결 부재(8)의 플러그 연결로서 형성된 전기 전도성 연결의 실시형태가 각각 개략적으로 도시되어 있다.
도 3a에는, 모듈 연결 부재들(7, 8)이 서로 전기 전도 방식으로 직접 연결되어 있는 제1 실시형태가 도시되어 있다. 이 경우, 제1 모듈 연결 부재(7)와 제2 모듈 연결 부재(8)는 전기 절연 재료로 형성된 하우징(9)을 각각 포함한다. 제1 모듈 연결 부재(7)는 또한, 전기 전도 재료로 형성되고 추가로 제1 배터리 모듈(101)의 양의 전압 탭(5)과 전기 전도 방식으로 연결된 제1 연결 섹션(11)도 포함한다. 제1 연결 섹션(11)은 도 3a에 따라서 개구부(111)를 포함한다. 제2 모듈 연결 부재(8)는, 전기 전도 재료로 형성되고 추가로 제2 배터리 모듈(102)의 음의 전압 탭(6)과 전기 전도 방식으로 연결된 제2 연결 섹션(12)을 포함한다. 제2 연결 섹션(12)은 도 3a에 따라서 하우징(9)으로부터 돌출되어 플러그인 부재로서 이용되는 돌출부(112)를 포함한다. 제1 연결 섹션(11)과 제2 연결 섹션(12) 간의 전기 전도성 연결부의 형성을 위해, 돌출부(112)는, 제1 연결 섹션(11)과 제2 연결 섹션(12) 간의 접촉을 통해 전기 전도성 연결이 형성되는 방식으로, 개구부(111) 내로 끼워진다.
도 3b에는, 추가의 전기 전도성 연결 부재(20)가 모듈 연결 부재들(7, 8)을 서로 전기 전도 방식으로 연결하는 제2 실시형태가 도시되어 있다. 이 경우, 제1 모듈 연결 부재(7)와 제2 모듈 연결 부재(8)는 전기 절연 재료로 형성된 하우징(9)을 각각 포함한다. 제1 모듈 연결 부재(7)는, 추가로, 전기 전도 재료로 형성되고 그 외에도 제1 배터리 모듈(101)의 양의 전압 탭(5)과 전기 전도 방식으로 연결된 제1 연결 섹션(11)도 포함한다. 제1 연결 섹션(11)은 도 3b에 따라서 개구부(111)를 포함한다. 제2 모듈 연결 부재(8)는, 추가로, 전기 전도 재료로 형성되고 그 외에도 제2 배터리 모듈(102)의 음의 전압 탭(6)과 전기 전도 방식으로 연결된 제2 연결 섹션(12)을 포함한다. 제2 연결 섹션(12)은 도 3b에 따라서 제2 모듈 연결 부재(8)의 하우징(9)을 관통하여 연장되는 개구부(113)를 포함한다. 추가의 전기 전도성 연결 부재(20)는 제1 연결 섹션(11)과 제2 연결 섹션(12)을 전기 전도 방식으로 연결한다. 이 경우, 추가의 전기 전도성 연결 부재(20)는 제1 연결 섹션(11)의 개구부(111) 내에 배치되고, 제2 연결 섹션(12)의 개구부(113) 내에 배치된다. 하우징(9)을 관통하여 연장되는 개구부(113)로서 제2 연결 섹션(12)의 형성은, 특히 제1 연결 섹션(11)과 제2 연결 섹션(12) 간의 전기 전도성 연결은 형성하지 않으면서, 제1 배터리 모듈(101)과 제2 배터리 모듈(102)이 서로 나란히 배치될 수 있다는 장점을 갖는다. 이 경우, 전기 전도성 연결의 형성은 추가 단계에서 수행될 수 있는데, 그 이유는 추가의 전기 전도성 연결 부재(20)가 도시된 방향(21)으로 삽입될 수 있기 때문이다. 또한, 자명한 사실로서, 제1 연결 섹션(11)이 제1 연결 부재(7)의 하우징(9)을 관통하여 연장되는 개구부로서도 형성될 수 있으며, 그럼으로써 도시된 방향(21)의 반대 방향으로도 삽입이 가능하게 된다.
제2 배터리 모듈(102) 옆에 제1 배터리 모듈(101)을 배치할 때, 추가의 전기 전도성 연결 부재(20)가 끼워지기 전에 제1 연결 섹션(11)과 제2 연결 섹션(12) 간의 전기 전도성 연결이 형성되는 것을 방지하기 위해, 제1 모듈 연결 부재(7)와 제2 모듈 연결 부재(8) 사이에, 전기 절연을 위해 이용되며 의도하지 않은 접촉을 방지하는 절연 부재(21)가 배치될 수 있다.

Claims (12)

  1. 2개 이상의 배터리 모듈(1, 101, 102)을 포함하는 배터리로서,
    배터리 모듈(1, 101, 102)은, 서로 전기적으로 직렬로 및/또는 병렬로 상호 연결되는 복수의 배터리 셀(2), 특히 리튬이온 배터리 셀을 각각 포함하고, 추가로 양의 전압 탭(5) 및 음의 전압 탭(6)을 가지며,
    상기 양의 전압 탭(5)과 제1 모듈 연결 부재(7)가 전기 전도 방식으로 연결되고, 그리고/또는 상기 음의 전압 탭(6)과 제2 모듈 연결 부재(8)가 전기 전도 방식으로 연결되며, 이때 제1 배터리 모듈(101)의 모듈 연결 부재(7, 8)와 제2 배터리 모듈(102)의 모듈 연결 부재(7, 8)가 전기 전도 방식으로 연결되는, 배터리에 있어서,
    상기 모듈 연결 부재들(7, 8)의 전기 전도성 연결은 플러그 연결부의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    모듈 연결 부재들(7, 8)이 서로 전기 전도 방식으로 직접 연결되거나, 또는
    추가의 전기 전도성 연결 부재(20)가 상기 모듈 연결 부재들(7, 8)을 서로 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는, 배터리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 배터리 모듈(101)과 제2 배터리 모듈(102)의 직렬 연결을 위해, 제1 배터리 모듈(101)의 제1 모듈 연결 부재(7)와 제2 배터리 모듈(102)의 제2 모듈 연결 부재(8)가 전기 전도 방식으로 연결되거나, 제1 배터리 모듈(101)의 제2 모듈 연결 부재(8)와 제2 배터리 모듈(102)의 제1 모듈 연결 부재(7)가 전기 전도 방식으로 연결되거나; 또는 제1 배터리 모듈(101)과 제2 배터리 모듈(102)의 병렬 연결을 위해, 제1 배터리 모듈(101)의 제1 모듈 연결 부재(7)와 제2 배터리 모듈(102)의 제1 모듈 연결 부재(7)가 전기 전도 방식으로 연결되거나, 제1 배터리 모듈(101)의 제2 모듈 연결 부재(8)와 제2 배터리 모듈(102)의 제2 모듈 연결 부재(8)가 전기 전도 방식으로 연결되는; 것을 특징으로 하는, 배터리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 배터리로서, 배터리 모듈(1, 101, 102)은, 실질적으로, 서로 대향하는 2개의 단부면(14)과, 서로 대향하는 2개의 측면 표면(13)과, 배터리 모듈 상면(151)에 대향하는 하나의 배터리 모듈 하면(152)을 각각 포함하고,
    배터리 모듈(1, 101, 102)의 양의 전압 탭(5) 및/또는 음의 전압 탭(6)이 상기 배터리 모듈 상면(151) 상에 배치되는, 배터리에 있어서,
    제1 모듈 연결 부재(7) 및/또는 제2 모듈 연결 부재(8)는 배터리 모듈 하면(152)에, 또는 상기 두 단부면(14) 중 하나에, 또는 상기 두 측면 표면(13) 중 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는, 배터리.
  5. 제4항에 따른 배터리로서, 제1 배터리 모듈(101)과 제2 배터리 모듈(102)이 서로 나란히 배치되고, 제1 배터리 모듈(101)의 2개의 단부면(14) 중 하나가 제2 배터리 모듈(102)의 2개의 단부면(14) 중 하나에 직접 인접하여 배치되는, 배터리에 있어서,
    제1 모듈 연결 부재(7) 및/또는 제2 모듈 연결 부재(8)가 하나의 측면 표면(13) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 배터리.
  6. 제4항에 따른 배터리로서, 제1 배터리 모듈(101)과 제2 배터리 모듈(102)이 서로 나란히 배치되고, 제1 배터리 모듈(101)의 2개의 측면 표면(13) 중 하나가 제2 배터리 모듈(102)의 2개의 측면 표면(13) 중 하나에 직접 인접하여 배치되는, 배터리에 있어서,
    제1 모듈 연결 부재(7) 및/또는 제2 모듈 연결 부재(8)는 하나의 단부면(14) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 배터리.
  7. 제4항에 따른 배터리로서, 제1 배터리 모듈(101)과 제2 배터리 모듈(102)이 서로 나란히 배치되고, 제1 배터리 모듈(101)의 배터리 모듈 상면(151)이 제2 배터리 모듈(102)의 배터리 모듈 하면(152)에 집적 인접하여 배치되는, 배터리에 있어서,
    제1 모듈 연결 부재(7) 및/또는 제2 모듈 연결 부재(8)는 하나의 단부면(14) 상에 또는 하나의 측면 표면(13) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 배터리.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리로서, 하나의 모듈 연결 부재(7, 8)는 전기 절연 재료로 형성된 하우징(9)을 각각 하나씩 포함하며, 상기 하우징 내에는, 추가로 각각의 배터리 모듈(1, 101, 102)의 양의 전압 탭(5) 또는 음의 전압 탭(6)과 전기 전도 방식으로 연결된 전기 전도성 연결 섹션(10, 11, 12)이 배치되며, 상기 제1 배터리 모듈(101)과 상기 제2 배터리 모듈(102)의 전기 전도성 연결을 위해 제1 배터리 모듈(101)의 모듈 연결 부재(7)의 제1 연결 섹션(11)과 제2 배터리 모듈(102)의 모듈 연결 부재(8)의 제2 연결 섹션(12)이 서로 전기 전도 방식으로 연결되는, 배터리에 있어서,
    직접적인 전기 전도성 연결을 위해, 제1 연결 섹션(11)이 개구부(111)를 갖고, 상기 개구부 내에 플러그인 부재(112)로서 형성된 제2 연결 섹션(12)이 배치되거나,
    제1 연결 섹션(11)이 개구부(111)를 갖고, 제2 연결 섹션(12)은 이 제2 연결 섹션(12)을 구비한 모듈 연결 부재(8)의 하우징(9)을 관통하여 연장되는 개구부(113)를 가지며, 상기 추가의 전기 전도성 연결 부재(20)는 제1 연결 섹션(11)의 개구부(111) 및 제2 연결 섹션(12)의 개구부(113) 내에 연장되도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 배터리.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 모듈 연결 부재(7, 8)는 각각의 배터리 모듈(1, 101, 102)과 재료 결합 방식으로 또는 형상 결합 방식으로 연결되며, 특히 각각의 배터리 모듈(1, 101, 102)과 용접 연결되거나, 리벳 연결되거나, 접착되거나, 또는 래칭되는 것을 특징으로 하는, 배터리.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리(100)의 제조 방법에 있어서,
    a) 복수의 배터리 셀(2), 특히 리튬 이온 배터리 셀을 전기적으로 직렬로 그리고/또는 병렬로 상호 연결하여 제1 배터리 모듈(101) 및 제2 배터리 모듈(102)을 형성하는 단계,
    b) 상기 제1 배터리 모듈(101) 및 상기 제2 배터리 모듈(102) 상에, 양의 전압 탭(5)과 전기 전도 방식으로 연결된 제1 모듈 연결 부재(7), 및/또는 음의 전압 탭(6)과 전기 전도 방식으로 연결된 제2 모듈 연결 부재(8)를 배치하는 단계,
    c) 상기 제1 배터리 모듈(101)의 모듈 연결 부재(7, 8)와 상기 제2 배터리 모듈(102)의 모듈 연결 부재(7, 8) 간의 전기 전도성 연결을 형성하는 단계로서, 상기 모듈 연결 부재들(7, 8)의 전기 전도성 연결이 플러그 연결의 형태로 형성되는 단계를 포함하는, 배터리 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 제1 배터리 모듈(101)과 제2 배터리 모듈(102)은 서로 나란히 배치되며, 그 다음 추가 방법 단계 d)에서 상기 모듈 연결 부재들(7, 8)이 추가의 전기 전도성 연결 부재(20)를 통해 서로 전기 전도 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 배터리 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    방법 단계 a)에서 추가로, 서로 전기적으로 직렬로 그리고/또는 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀(2)을 포함하는 복수의 배터리 모듈(1, 101, 102)이 제공되며,
    방법 단계 b)에서 추가로, 복수의 배터리 모듈(1, 101, 102) 상에, 양의 전압 탭(5)과 전기 전도 방식으로 연결된 제1 모듈 연결 부재(7) 및/또는 음의 전압 탭(6)과 전기 전도 방식으로 연결된 제2 모듈 연결 부재(8)가 각각 배치되며,
    방법 단계 c)는 우선, 배터리 모듈들(1, 101, 102)을 서로 나란히 배치하여 배터리(100)를 형성하는 단계를 포함하고, 그 다음 방법 단계 d)에서는 서로 나란히 배치된 배터리 모듈들(1, 101, 102)의 각각 2개의 모듈 연결 부재(7, 8)가 각각 하나의 추가 전기 전도성 연결 부재(20)를 통해 서로 전기 전도 방식으로 연결되는, 배터리 제조 방법.
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