KR20190116252A - 배터리 모듈 케이싱, 배터리 모듈 및 배터리 - Google Patents

배터리 모듈 케이싱, 배터리 모듈 및 배터리

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KR20190116252A
KR20190116252A KR1020197018781A KR20197018781A KR20190116252A KR 20190116252 A KR20190116252 A KR 20190116252A KR 1020197018781 A KR1020197018781 A KR 1020197018781A KR 20197018781 A KR20197018781 A KR 20197018781A KR 20190116252 A KR20190116252 A KR 20190116252A
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안드레아스 노르드스트란드
안더스 에릭손
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니라 인터내셔널 에이비이
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Abstract

적어도 하나의 배터리 셀을 하우징하도록 구성된 배터리 모듈 케이싱(2)으로서, 상기 배터리 모듈 케이싱(2)은: 배터리 모듈의 양극 단자를 형성하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 제1 측 상에 위치되도록 구성되는 제1 금속판(4), 배터리 모듈(1)의 음극 단자를 형성하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 반대 편 제2 측 상에 위치되도록 구성되는 제2 금속판(5), 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 측면 주변부를 둘러 연장되도록 구성된 측면 벽 요소(6)를 포함하되, 상기 측면 벽 요소(6)는 상기 제1 금속판(4)과 상기 제2 금속판(5) 사이에 위치되고, 상기 측면 벽 요소(6)는 전기 절연 물질을 포함하고 상기 제1 금속판(4) 및 상기 제2 금속판(5)에 각각 밀폐 부착된다. 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판(4, 5) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 측면 연장부(7, 8)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 측면 연장부는 그것이 연관된 상기 판의 주변부의 적어도 일 부분을 따라, 상기 측면 벽 요소(6)와 함께 측면 벽을 형성한다.

Description

배터리 모듈 케이싱, 배터리 모듈 및 배터리
본 발명은 청구항 1의 전문에 따른 배터리 모듈 케이싱에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 배터리 셀이 그러한 배터리 모듈 케이싱으로 하우징되고 제1 금속판이 배터리의 양극 단자를 형성하며 제2 금속판이 배터리 모듈의 음극 단자를 형성하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 하나의 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 적어도 두 개의 배터리 모듈의 스택을 포함하되, 상기 스택에서, 상기 배터리 모듈들의 제1 배터리 모듈의 제2 금속판이 상기 배터리 모듈들의 제2 배터리 모듈의 제1 금속판쪽으로 향하도록 되어 그 반대 편에 위치되는 것, 그리고 상기 하나의 배터리 모듈 또는 상기 스택의 가장 바깥쪽 금속판들이 전기 절연 요소로 커버되는 것, 그리고 하나의 배터리 모듈 또는 배터리 모듈들의 스택을 함께 홀딩하는 클램핑 요소가 제공되는, 배터리에 관한 것이다.
필수적으로는 아니지만, 통상적으로, 본 발명은 본 발명에 따른 상기 케이싱으로 하우징되는 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 NiMH-배터리의 배터리 셀인 배터리 기술에 관한 것이다.
복수의 배터리 셀이 케이싱으로 하우징되고 양극 단자를 형성하는 제1 금속판 및 음극 단자를 형성하는 반대 편 제2 금속판을 포함하는 배터리 모듈들은 종래 기술로 주지되어 있다. 또한 제1 및 제2 금속판들은 전도체인 기능 말고도, 배터리 셀에 의해 발생되는 열을 배터리 모듈에서 멀어지게 전달하는 기능을 갖는다.
배터리 모듈이 유일한 배터리 모듈일 경우, 배터리 모듈의 제1 및 제2 금속판들은 단부판(end plate)들 및 단자판(terminal plate)들을 형성하고, 열은 주로 각각의 금속판을 통해 판의 연장면에 수직한 방향으로 전달될 수 있다. 그러나, 금속판이 전기 절연 요소, 통상적으로 플라스틱 요소(plastic element)로 덮힐 경우, 그러한 절연 요소의 열 전도성은 케이싱이 열을 상기 방향으로 배터리 셀에서 멀어지게 전달할 수 있는 능력을 제한할 수 있다. 또한 약간의 열은 금속판들의 주변부에서 측면 방향으로 멀어지게 전달될 것이나, 금속판들이 보통 그것들의 연장면에서의 면적에 비해 얇기 때문에, 이것이 총 열 전도에 기여하는 바는 제한된다.
배터리 모듈이 함께 배터리를 형성하는 복수의 배터리 모듈 중 하나라면, 그것의 금속판들, 즉 그것의 단자들 중 적어도 하나는 상기 배터리 모듈에 인접하게 위치되는 배터리 모듈의 금속판에 대향되게 그리고 그것과 접촉하게 위치될 수 있다. 그 다음, 판들로부터 전달되는 열은 상기 판들의 측면 주변부를 통해 멀어지게 전달되어야 한다. 이는 배터리 모듈의 열 전도 능력에 대한 한계를 정한다.
WO2007082863은 불충분한 열 전도 문제를 다루고, 배터리의 배터리 모듈들이 이웃하는 배터리 모듈들의 단자판들 사이에 채널을 획정하는 전기 전도 요소들에 의해 분리되는 동시에 상기 단자판들을 전기적으로 서로 연결시키는 배터리를 개시한다. 그러나, 이러한 설계는 배터리를 높고 부피가 크게 만든다. 뿐만 아니라, 이러한 설계를 가지면 현실적으로 이러한 유형의 배터리들의 기능에 중요한 상기 전도 요소들과 각각의 단자판들 사이에 균일한 압력을 가하는 것이 어렵게 된다.
그래서, 상술한 결점들이 개선되는 배터리 모듈 케이싱, 배터리 모듈 및 배터리를 제시하는 것이 목적이다.
본 발명의 목적은 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판 중 적어도 하나가 적어도 하나의 측면 연장부를 포함하며, 상기 적어도 하나의 측면 연장부는 그것이 연관된 상기 판의 주변부의 적어도 일 부분을 따라, 상기 측면 벽 요소와 함께 측면 벽을 형성하는 것을 특징으로 하는, 처음 정의된 배터리 모듈 케이싱에 의해 달성된다. 그에 의해 상기 측면 연장부는 상기 판으로부터 그리고 상기 배터리 셀로부터 열이 전달될 수 있는 추가 표면을 형성할 것이다. 그 결과로, 상기 배터리 모듈의 열 전도 및 냉각이 상기 측면 연장부들을 포함하지 않는 대응하는 종래 기술의 설계에 비해 개선된다. 상기 금속판의 상기 적어도 하나의 측면 연장부가 그것이 상기 측면 벽을 함께 형성하는 상기 벽 요소의 상기 물질보다 더 높은 기계적 강도를 가지면, 상기 적어도 하나의 측면 연장부는 또한 상기 측면 벽의 기계적 강도 개선에도 기여할 것이다. 그에 의해, 상기 측면 벽 요소, 및 상기 측면 벽 자체의 두께는 측면 연장부가 제공되지 않는 케이스에 비해 감소될 수 있다. 대안적으로, 벽 두께가 유지되면, 더 높은 벽 강도가 달성될 수 있으며, 그에 의해 더 높은 클램핑력이 상기 배터리 모듈의 외부로부터 그것 상에 인가되게 한다. 상기 측면 벽 요소는 세라믹스 및 자기(porcelain)가 포함되는 임의의 적합한 전기 절연 물질로 구성될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 측면 벽 요소는 상기 금속판의 상기 측면 연장부들의 상기 금속 중 하나보다 열등한 기계적 강도를 갖는 폴리머로 구성된다. 그에 의해 상기 측면 연장부들은 상기 측면 벽의 강화 부재들로 기능한다.
제1 또는 제2 금속판의 적어도 하나의 측면 연장부가 반드시 판의 나머지와 동일한 금속 시트로 만들어지는 것은 아님을 이해해야 한다. 적어도 하나의 연장부는 금속판에 연결되는 임의의 유형의 금속 요소일 수 있고, 후자와 상이한 연장면을 가지며, 그에 의해 상기 측면 연장부를 획정한다.
그러나, 바람직한 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 측면 연장부는 상기 금속판 및 상기 적어도 하나의 측면 연장부가 일체로 형성되도록 금속 시트를 접음으로써 형성된다. 그에 의해, 적어도 하나의 측면 연장부는 그것이 연관된 금속판과 동일한 두께 및 물질 속성들을 가질 것이다. 바람직하게는, 제1 및 제2 금속판들은 알루미늄 합금의 양호한 기계적 강도 및 양호한 전기 전도 능력의 조합으로 인해 알루미늄 합금으로 이루어진다. 금속판의 기타 가능한 물질들은 강(steel) 또는 높은 강도를 높은 전기 전도성과 조합하는 기타 금속 합금들일 수 있다. 측면 연장부는 그것이 연관된 금속판의 나머지보다 더 낮은 전기 전도성을 갖는 물질을 가질 수 있는데, 이는 그것의 주요 직무가 전기를 전달하는 것이 아니기 때문이다. 더 정확히 말하면 측면 연장부가 그것이 연관된 금속판의 나머지보다 더 낮은 전기 전도성을 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 그러나, 바람직하게는, 측면 연장부가 금속, 바람직하게는 알루미늄 합금 또는 강으로 만들어진다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 측면 연장부는 그것이 연관된 상기 제1 금속판 또는 상기 제2 금속판의 상기 주변부 길이의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 25%를 따라 연장된다. 그에 의해, 금속판의 주변부를 따라 측면 연장부가 없거나 단지 매우 짧은 측면 연장부들만 있는 경우들에 비해 두드러지게 개선된 열 전도가 달성된다. 일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 측면 연장부는 그것이 연관된 상기 제1 금속판 또는 상기 제2 금속판의 상기 주변부 길이의 75%를 초과하는 길이를 따라 연장된다. 측면 벽 요소에는 그 안의 냉매의 전달을 위한 냉각 채널들이 제공되며, 그에 의해 또한 배터리 모듈 케이싱이 열을 배터리 모듈에서 멀어지게 전달할 수 있는 능력을 개선한다. 배터리 모듈의 그러한 능동적인 냉각을 위한 냉각 채널들의 제공은 특히 적어도 하나의 측면 연장부가 그것이 연관된 금속판의 주변부의 길이의 25% 미만을 따라 연장될 경우 유용하다. 바람직하게는, 냉각 채널들은 상기 적어도 하나의 측면 연장부 반대 편에 그에 가깝게 위치된다.
일 실시 예에 따르면, 복수의 측면 연장부가 제공되고 상기 측면 연장부들은 그것들이 연관된 상기 제1 금속판 또는 상기 제2 금속판의 상기 주변부를 따라 균등하게 분포된다. "균등하게"라는 용어는 넓은 의미로 이해되어야 한다. 금속판의 주변부를 따르는 각각의 측면 연장부들 간 거리들은 정확하게 동일해야 하거나, 각 측면 연장부가 정확하게 동일한 길이를 가져야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다. 그러나, 그에 의해 측면 벽의 기계적 강화뿐만 아니라 개선된 열 전도성의 소정의 균형이 얻어져야 한다. 바람직하게는, 금속판이 다각형의 형상(위에서 볼 때)을 나타낸다면, 금속판에 의해 획정되는 다각형의 각 측에 적어도 하나의 측면 연장부가 제공된다. 일 실시 예에 따르면, 금속판은 직사각형 기하학적 구조를 갖고, 직사각형의 각 측 상에 측면 연장부들이 제공된다. 그 다음, 측면 연장부들은 더 긴 측들이 더 짧은 측들보다 그에 대응하여 더 긴 측면 연장부들의 총 길이를 구비한다는 의미에서 균등하게 분포된다 .
일 실시 예에 따르면, 측면 벽은 총 측면 면적(Atot)을 갖고 상기 적어도 하나의 측면 연장부(모두 하나의 금속판의 모든 측면 연장부들)가 측면 벽의 총 측면 면적(Atot)의 적어도 10%인 측면 면적(A1)에 걸쳐 연장된다. 금속판의 주변부의 매우 긴 부분을 따라 연장되는 적어도 하나의 측면 연장부의 제공만으로는 측면 연장부가 그에 의해 미리 결정된 면적이 적어도 하나의 측면 연장부에 의해 커버되게 하는 충분한 폭을 갖지 않는 한 측면 벽의 개선된 열 전도성 및 기계적 강화에 실질적으로 기여하지 않을 것이다. 10% 커버는 특히 양쪽 금속판들 모두가 각각 측면 연장부의 면적의 10%, 즉 전체에서 20%를 커버하는 측면 연장부들을 가질 경우, 실질적으로 기여할 것이다.
추가 실시 예들에 따르면, (금속판들 중 적어도 하나의) 상기 적어도 하나의 측면 연장부는 측면 벽의 측면 면적(A1)의 적어도 20%인 측면 면적(Atot)에 걸쳐 연장된다. 또 다른 실시 예에 따르면, 측면 면적(A1)은 측면 면적(Atot)의 적어도 40%이며, 이는 양쪽 금속판들 모두가 대응하는 측면 연장부들을 가질 경우, 측면 연장부들이 측면 벽의 총 측면 면적(Atot)의 적어도 80%를 커버할 것임을 의미한다.
일 실시 예에 따르면, 제1 금속판은 상술되거나 후술될 적어도 하나의 측면 연장부를 구비하고, 제2 금속판은 상술되거나 후술될 적어도 하나의 측면 연장부를 구비한다. 그에 의해, 측면 벽의 개선된 전체 열 전도성 뿐만 아니라 기계적 강화가 달성된다.
일 실시 예에 따르면, 제1 금속판의 적어도 하나의 측면 연장부의 측면 면적(A1)은 제2 금속판의 적어도 하나의 측면 연장부의 측면 면적(A1)에 대응한다. 그에 의해, 제1 금속판 및 제2 금속판에 대해 열 전도성의 동일한 개선이 달성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 금속판 및 그것의 적어도 하나의 측면 연장부는 제2 금속판 및 그것의 적어도 하나의 측면 연장부와 동일한 형상 및 크기를 갖는다. 그에 의해, 케이싱의 반대 측들 상에서 열 전도성 및 기계적 강화의 동일한 개선이 달성되고, 하나의 공통된 금속판 설계가 양쪽 금속판들 모두에 대해 사용될 수 있으며, 그에 의해 생산 효율을 개선한다.
일 실시 예에 따르면, 제1 판의 적어도 하나의 측면 연장부는 제1 금속판의 주변부를 따라 일정한 폭을 갖고 연장되고, 제2 판의 적어도 하나의 측면 연장부는 제2 금속판의 주변부를 따라 일정한 폭을 갖고 연장되며, 제1 금속판의 측면 연장부는 제2 금속판의 측면 연장부의 자유 단부 반대 편에 위치되는 자유 단부를 제공하고, 이러한 자유 단부들은 상기 벽 요소의 섹션에 의해 나눠진다. 그 다음 상기 벽 요소의 섹션은 각각의 금속판의 측면 연장부들 사이에서 전기 절연으로 작용하는 케이싱의 주변부 주위 밴드를 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 복수의 측면 연장부는 제1 금속판으로부터 그것의 주변부를 따라 연장되고, 대응하는 복수의 측면 연장부는 제2 금속판으로부터 그것의 주변부를 따라 연장되고, 그리고 제1 금속판의 측면 연장부들은 제2 금속판의 측면 연장부들에 관해 주변 방향으로 변위되고 제1 금속판의 측면 연장부들이 제2 금속판의 측면 연장부들 사이에서 상기 측면 벽에 연장된다. 그에 의해, 측면 벽의 기계적 강도가 더 개선될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 케이싱은 분할선을 따라 서로 연결되는 두 이등분들으로 세분되되, 상기 이등분들의 제1 이등분은 제1 금속판 및 상기 벽 요소의 제1 부분으로 이루어지고 상기 이등분들의 제2 이등분은 제2 금속판 및 상기 벽 요소의 제2 부분으로 이루어진다. 그에 의해, 매우 효율적인 케이싱의 생산 및 케이싱의 장착이 얻어질 수 있다. 두 개의 이등분들이 생성되고, 적어도 하나의 배터리 셀이 상기 이등분들 중 하나에 장착되며, 최종적으로, 케이싱은 다른 이등분을 장착하고 그것을 제1 이등분과 밀폐 이음시킴으로써 폐쇄된다.
일 실시 예에 따르면, 벽 요소의 제1 부분은 제1 금속판의 적어도 하나의 측면 연장부 상에 몰딩되어 그것을 둘러싸는 폴리머이고, 벽 요소의 제2 부분은 제2 금속판의 적어도 하나의 측면 연장부 상에 몰딩되어 그것을 둘러싸는 폴리머이다. 상기 부분들은 각각의 금속판의 주변부 주위에 연속적으로 연장된다. 그에 의해, 벽 요소와 각각의 금속판의 측면 연장부들 간 매우 기밀한 그리고 밀폐되는 연결이 얻어질 수 있다. 바람직하게는, 벽 요소의 제1 부분 및 제2 부분은 용접에 의해 이음된다(폴리머 용접). 기타 가능한 이음 방법들은 화학적 결합, 풀칠, 클램핑 또는 임의의 기타 적합한 방법을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 측면 연장부는 적어도 하나의 관통 홀을 구비한다. 특히, 측면 연장부에의 관통 홀들의 제공은 벽 요소가 후자의 양 측 상의 측면 연장부들 상에 몰딩되고 그에 의해 후자를 둘러싸는 폴리머일 때 유익하다(이는 본 발명의 바람직한 양태이다). 그 다음, 관통 홀들의 제공은 벽 요소의 측면 연장부들에의 접착을 개선할 것이다. 바람직하게는, 그에 따라 복수의 관통 홀이 각각의 금속판과 연관된 적어도 하나의 측면 연장부에 제공된다. 관통 홀들은 원형 또는 타원형 홀들인 것이 바람직하지만, 기타 기하학적 구조들이 또한 가능하다. 관통 홀들은 요구되는 접착을 야기하고 폴리머로 채워지기 위해 너무 작지 않아야 한다. 다른 한편으로, 그것들은 너무 크지 않아야 하는데, 이는 그것이 측면 연장부들의 열 전도 및 기계적 강화를 감소시킬 것이기 때문이다. 바람직하게는, 각 홀은 0.1 cm보다 크나 1.5 cm 이하인 직경을 가져야 하고, 하나의 금속판의 적어도 하나의 측면 연장부에 제공되는 상기 홀들의 총 면적은 0.05 x A1 내지 0.3 x A1의 범위 내에 있을 수 있다.
또한 본 발명은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고 적어도 하나의 배터리 셀이 상술한 또는 후술될 배터리 모듈 케이싱으로 하우징되는 것, 그리고 제1 금속판이 배터리 모듈의 양극(positive) 단자를 형성하고 제2 금속판이 배터리 모듈의 음극(negative) 단자를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈에 관한 것이다. 적어도 하나의 배터리 셀은 임의의 유형을 가질 수 있으나, 하나의 특정 실시 예에 따르면, 그것은 양극성(bipolar) 유형을 갖는다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 하나의 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 적어도 두 개의 배터리 모듈의 스택을 포함하되, 상기 스택에서, 상기 배터리 모듈들의 제1 배터리 모듈의 제2 금속판이 상기 배터리 모듈들의 제2 배터리 모듈의 제1 금속판쪽으로 향하도록 되어 그 반대 편에 위치되는 것, 그리고 상기 하나의 배터리 모듈 또는 상기 스택의 가장 바깥쪽 금속판들이 전기 절연 요소로 커버되는 것, 그리고 하나의 배터리 모듈 또는 배터리 모듈들의 스택을 함께 홀딩하는 클램핑 요소가 제공되는 것을 특징으로 하는, 배터리에 관한 것이다. 직렬로 연결되는 복수의 배터리 모듈이 있을 경우, 상기 배터리 모듈들 중 제1 배터리 모듈의 제2 금속판은 상기 배터리 모듈들 중 제2 배터리 모듈의 제1 금속판과 접촉하는 방향이다. 다른 한편으로, 배터리 모듈들이 병렬로 연결될 경우, 상기 배터리 모듈들 중 제1 배터리 모듈의 제2 금속판은 상기 배터리 모듈들 중 제2 배터리 모듈의 이웃하는 제1 금속판과 전기 절연 시트에 의해 분리된다. 클램핑 요소는 목적에 따라 적합한 임의의 클램핑 요소일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 클램핑요소는 배터리 모듈 또는 배터리 모듈들의 스택 주위에 감기는 하나 이상의 스트랩이다.
본 발명의 추가 특징들 및 이점들은 실시 예들에 대한 이하의 구체적인 내용에 제시될 것이다.
이하에서 본 발명의 전형적인 예가 되는 실시 예들이 부속 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이며, 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 배터리 모듈 케이싱의 부분 절단 사시도이다,
도 2는 도 1에 따른 배터리 모듈 케이싱을 포함하는, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 위에서 본 모습이다,
도 3은 도 2의 A-A에 따른 단면도이다,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속판의 사시도이다,
도 5는 본 발명에 따른 배터리 모듈 케이싱의 대안적인 실시 예의 부분 절단 사시도이다,
도 6은 본 발명에 따른 배터리 모듈 케이싱의 다른 대안적인 실시 예의 부분 절단 사시도이다,
도 7은 본 발명에 따른 배터리의 부분 절단 사시도이다,
도 8은 도 7에 도시된 배터리의 위에서 본 모습이다,
도 9는 도 8의 A-A에 따른 단면도이다,
도 10은 배터리 모듈 케이싱의 추가 실시 예의 부분 절단 사시도이다, 그리고
도 11은 도 10에 도시된 배터리 모듈 케이싱의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 대한 참조가 이루어진다. 도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 모듈 케이싱을 도시하는 한편 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 배터리 모듈 케이싱을 포함하는 배터리 모듈을 도시한다. 배터리 모듈(1)은 적어도 하나의 배터리 셀(3)을 하우징하도록 구성된 배터리 모듈 케이싱(2)을 포함하며, 상기 배터리 모듈 케이싱(2)은 배터리 모듈(1)의 양극 단자를 형성하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀(3)의 제1 측 상에 위치되도록 구성되는 제1 금속판(4), 배터리 모듈(1)의 음극 단자를 형성하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀(3)의 반대 편 제2 측 상에 위치되도록 구성되는 제2 금속판(5), 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀(3)의 측면 주변부를 둘러 연장되도록 구성된 측면 벽 요소(6)를 포함하되, 측면 벽 요소(6)는 상기 제1 금속판(4)과 상기 제2 금속판(5) 사이에 위치되고, 상기 측면 벽 요소(6)는 전기 절연 물질을 포함하고 제1 금속판(4) 및 제2 금속판(5)에 각각 밀폐 부착된다. "밀폐 부착된다(sealingly attached)"는 기체 또는 액체가 금속판들(4, 5)과 측면 벽 요소(6) 사이 계면을 통해 배터리 모듈 안으로 또는 밖으로 누출되는 것을 막을 수 있는 것으로 지칭된다. 그러한 밀폐 효과는 금속판들(4, 5)의 주변부 및 그것들의 측면 연장부들(7, 8)을 측면 벽 요소(6)를 형성하는 물질로 오버몰딩(overmoulding)함으로써 달성될 수 있다. 배터리 셀(3)은 양극성(bipolar) NiMH 배터리 셀이나, 원통형 셀들, 리튬 이온 셀들 등과 같은 기타 배터리 셀 유형들도 가능하다. 제1 및 제2 금속판들(4, 5)은 동일한 직사각형 형상 및 크기를 갖고, 알루미늄 합금으로 만들어진다. 측면 벽 요소(6)는 폴리머, 여기서는 폴리 카보네이트 및 ABS로 만들어진다.
또한 제1 및 제2 금속판들을 분리시켜 도시하는 도 4를 참조한다. 제1 및 제2 금속판들(4, 5)의 각각의 측면 주변부를 따라 상기 측면 벽 요소(6)와 함께 측면 벽(9)을 형성하는 복수의 측면 연장부(7, 8)가 제공된다. 측면 연장부들(7, 8)은 각 직사각형 금속판(4, 5)의 모든 네 측 상에 제공된다. 측면 연장부들(7, 8)은 각각의 금속판(4, 5)을 형성하는 금속 시트를 접음으로써 형성된다. 제1 및 제2 금속판들(4, 5)은 대체로 편평하고, 그것의 측면 연장부들(7, 8)은 각각의 금속판(4, 5)의 주요 연장면에 대체로 수직한 방향으로 연장된다. 이러한 구체적인 실시 예에서 각 금속판(4, 5) 상에는, 측면 연장부들(7, 8)이 각각의 금속판들(4, 5)의 주변부의 길이의 대략 80%를 따라 연장된다. 각각의 금속판(4, 5)에 의해 획정되는 다각형, 여기서는 직사각형의 모서리들에는 측면 연장부가 제공되지 않는다. 각각의 제1 및 제2 금속판의 측면 연장부들(7, 8)은 각각 그것의 주변 연장부를 따라 대략 동일한 폭을 갖는다(폭은 제1 금속판으로부터 제2 금속판으로의 방향으로 또는 그 반대로 측정됨). 뿐만 아니라, 제1 금속판(4)과 연관된 측면 연장부들(7)은 제2 금속판에 연관된 측면 연장부들(8)과 동일한 폭을 갖는다. 제1 금속판(4)의 측면 연장부(7)는 제2 금속판(5)의 측면 연장부(8)의 자유 단부 반대 편에 위치되는 자유 단부를 제공하고, 이러한 자유 단부들은 상기 벽 요소(9)의 섹션에 의해 나눠진다.
각 금속판(4, 5)의 측면 연장부들(7, 8)은 측면 벽(9)의 총 측면 면적(Atot)의 대략 15%인 측면 면적(A1)을 커버한다. 그것들은 함께, 측면 벽(9)의 총 측면 면적(Atot)의 대략 30%를 커버한다.
배터리 모듈 케이싱(2)은 분할선(10)을 따라 서로 연결되는 두 이등분들(2', 2'')로 세분되되, 상기 이등분들의 제1 이등분(2')은 제1 금속판(4) 및 상기 벽 요소(6)의 제1 부분(6')으로 이루어지고 상기 이등분들의 제2 이등분(2'')은 제2 금속판(5) 및 상기 벽 요소(6)의 제2 부분(6'')으로 이루어진다.
벽 요소(6)의 제1 부분(6')은 제1 금속판(4)의 측면 연장부들(7) 상에 몰딩되어 그것들을 둘러싸고, 벽 요소(6)의 제2 부분(6'')은 제2 금속판(5)의 측면 연장부들(8) 상에 몰딩되어 그것들을 둘러싼다. 바람직하게는, 벽 요소(6)의 제1 및 제2 부분들(6', 6'')은 또한 측면 연장부를 구비하지 않는 각각의 금속판의 가장자리들을 커버하고, 그것들은 각 금속판(4, 5)에 대한 전체 주변부 주위에 연속적으로 연장된다. 배터리 셀들(3)이 그에 따라 형성되는 이등분들(2', 2'') 중 하나에 위치된 후, 벽 요소(6)의 제1 및 제2 부분들(6', 6'')이 폴리머 용접 이음에 의해 분할선(10)에서 밀폐 이음된다(sealingly joined).
벽 요소(6)의 제1 및 제2 부분들(6', 6'')의 강도를 개선하고 각각의 측면 연장부들(7, 8)에 대한 그것들의 접착을 개선하기 위해서는, 측면 연장부들(7, 8)에 관통 홀들(11)이 제공된다(도 4 참조). 도 1 내지 도 3에는 이러한 관통 홀들(11)이 도시되어 있지 않지만, 그것들이 바람직하게는 도 5 및 도 6에 도시된 대안적인 실시 예들 뿐만 아니라, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 관통 홀들(11)은 벽 요소(6)의 폴리머 물질이 측면 연장부들(7, 8) 상에 몰딩됨에 따라 그러한 폴리머 물질로 채워진다. 관통 홀들(11)은 대략 0.25 cm의 직경을 갖는 원형 기하학적 구조를 갖는다. 그것들은 측면 연장부들(7, 8)의 표면 상에 균등하게 분포되고, 각각의 금속판(4, 5)의 측면 연장부들(7, 8) 상에서, 그것들은 대략 0.1 x A1인 면적을 커버한다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 전기 커넥터 요소(12)가 제1 금속판(4)의 측면 연장부(7) 상에 제공되고, 제2 전기 커넥터 요소(13)가 제2 금속판(5)의 측면 연장부(8) 상에 제공된다. 또한 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 금속판들(4, 5)이 그것들의 측면 연장부들로부터 자유로운 섹션들(14)이 제공된다. 이러한 제공 이유는 이 경우, 배터리 또는 배터리 모듈 주위에 감길 스트랩들에 의해 형성되는 클램핑 요소들에 대한 리세스들이 제공되기 때문이다. 따라서, 이러한 리세스들(14)은 적절하다고 여겨질 경우, 그리고 연속적인 측면 연장부가 금속판의 측들을 따라 있는 것이 바람직한 경우 삼가해 질 수 있다.
도 5는 배터리 모듈 케이싱의 대안적인 실시 예를 도시하며 여기서 배터리 모듈 케이싱(여기서 15로 표기됨)은 제1 금속판(4)으로부터 그것의 주변부를 따라 연장되는 복수의 측면 연장부(16), 및 제2 금속판(5)으로부터 그것의 주변부를 따라 연장되는 대응하는 복수의 측면 연장부(17)를 포함하되, 제1 금속판(4)의 측면 연장부들(16)이 제2 금속판(5)의 측면 연장부들(17)에 관해 주변 방향으로 변위되며, 제1 금속판(4)의 측면 연장부들(16)이 제2 금속판(5)의 측면 연장부들(17) 사이에서 측면 벽(18)에 연장된다. 측면 연장부들(16, 17)은 동일한 길이를 가져야 하고 측면 벽(18) 폭의 적어도 절반, 바람직하게는 측면 벽(18)의 폭의 적어도 80%인 폭을 가져야 한다(폭 = 제1 금속판(4)으로부터 제2 금속판(5)으로의 방향에서의 거리). 그에 따라, 측면 연장부들(16, 17)의 포개짐(overlap)이 존재한다. 케이싱의 각각의 절반의 윤곽은 그 측면 연장부들을 가진 각각의 금속판의 윤곽을 따를 것이고 분할선은 치형(tooth-like) 연장부를 가질 것이다. 케이싱은 도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예에 개시된 대로 분리된 이등분들에 의해 형성되고 이러한 이등분들은 바람직하게는 그러한 실시 예를 참조하여 개시되는 바와 동일한 방식으로 몰딩함으로써, 그리고 동일한 유형의 물질들을 사용하여 형성된다. 이전 실시 예들에서와 같이, 측면 연장부들(16, 17)은 그것들이 측면 벽(18)을 함께 형성하는 폴리머 측면 벽 요소의 전기 절연 섹션에 의해 분리된다.
도 6은 측면 연장부들의 설계 및 수가 도 5에 도시된 것과 상이한, 케이싱(여기서 19로 표기됨)의 추가 대안적인 실시 예이다. 제1 금속판(4)의 측면 연장부들(21)의 각 쌍 사이에는, 제2 금속판(5)의 하나의 측면 연장부(21)가 있다(모서리 영역들 배제). 각 측면 연장부(20, 21)는 그것의 넓은 베이스가 그것이 연관된 금속판에 부착되고 그것의 팁이 반대 편 금속판쪽으로 향하는 원뿔대의 윤곽을 갖는다. 케이싱(19)은 분할선(22)을 따라 서로 부착되는 이등분들로 세분되고, 분할선은 서로 맞물리는 측면 연장부들(20, 21)의 윤곽을 따른다. 측면 연장부들(20, 21)은 대안적으로 골이 진 윤곽을 갖는 것으로 획정될 수 있다. 이전 실시 예들에서와 같이, 측면 벽 요소는 측면 연장부들과 함께 측면 벽(여기서 23으로 표기됨)을 형성한다. 이전 실시 예들에서와 같이, 측면 벽 요소는 폴리머를 측면 연장부들 상에 그리고 각각의 금속판들의 (측면 연장부들이 없는) 가장자리들 상에 몰딩함으로써 형성되며, 이후 배터리 셀들이 그에 의해 형성되는 이등분들 중 하나에 배치되고, 두 이등분은 분할선(22)을 따라 접합되며, 그에 따라 배터리 모듈이 형성되게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 배터리(24)의 일례를 도시한다. 이러한 구체적인 실시 예에서, 배터리(24)의 배터리 모듈들(1)은 도 1 내지 도 3에 도시된 설계에 대응하는 설계를 가지나, 예를 들어 도 5 및 도 6에 도시된 케이싱들의 대안적인 설계들을 사용하는 대안적인 배터리 모듈 설계들이 또한 가능한 것으로 이해되어야 한다. 도시된 실시 예에서, 배터리 모듈들(1)은 직렬로 연결되며, 이는 하나의 배터리 모듈의 양극 단자를 형성하는 제1 금속판(4)이 이웃하는 배터리 모듈의 음극 단자를 형성하는 제2 금속판(5)과 접촉하는 방향으로 있음을 의미한다. 대신에 이웃하는 배터리 모듈들의 쌍이 병렬로 연결된다면, 전기 절연 물질, 바람직하게는 폴리머 시트가 배터리 모듈들의 인접한 금속판들 사이에 위치된다. 상기 스택의 가장 바깥쪽 금속판들(4, 5)은 전기 절연 요소(25, 26)로 커버된다. 배터리 모듈들의 스택을 함께 홀딩하는 클램핑 요소(27)가 제공된다. 클램핑 요소(27)는 배터리(24) 및 전기 절연 요소들(25, 26) 주위에 감기는 복수의 스트랩에 의해 형성된다.
도 10 및 도 11은 배터리 모듈 케이싱의 추가 실시 예를 도시하며, 여기서 배터리 모듈 케이싱(여기서 28로 표기됨)은 금속판들(4, 5)의 측면 연장부들(7, 8)의 능동적인 냉각을 위해 배터리 모듈 케이싱(28)의 측면 벽(30)에 제공되는 채널들(29)을 포함한다. 임의의 적합한 냉매는 배터리 모듈 케이싱(28)에 냉각 기능을 추가하기 위한 목적으로 냉각 채널들을 통해 전달될 수 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 실시 예에서는 또한, 기체 또는 액체가 외부로부터 또는 냉각 채널들(29)로부터 배터리에서 이웃하는 배터리 모듈들의 금속판들 사이 계면으로 또는 배터리 모듈 케이싱의 금속판과 그것 위에 도포되는 전기 절연 시트 사이 계면으로 누출되는 것을 막을 밀폐 요소(31)가 측면 벽(30)의 상부 표면 상에 제공된다. 밀폐 요소(31)는 냉각 채널들(29)의 개구들 주위에 그리고 각각의 금속판(4, 5)의 주변부 주위에 연장된다. 밀폐 요소들(29)의 제공은 냉각 채널들을 포함하는 실시 예들로만 제한되는 것은 아니고, 본 발명에 따른 배터리 모듈 케이싱의 어느 실시 예에 관해서든 구현될 수 있다. 밀폐 요소(31)는 배터리에서 이웃하는 배터리 모듈 케이싱들의 인접한 금속판들 간 양호한 접촉을 방해하지 않도록 충분히 얇아야 한다. 밀폐 요소는 예를 들어, 스크린 프린팅에 의해 도포될 수 있다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀(3)을 하우징하도록 구성된 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19)으로서,
    - 배터리 모듈의 양극 단자를 형성하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀(3)의 제1 측 상에 위치되도록 구성되는 제1 금속판(4),
    - 배터리 모듈의 음극 단자를 형성하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀(3)의 반대 편 제2 측 상에 위치되도록 구성되는 제2 금속판(5),
    - 상기 적어도 하나의 배터리 셀(3)의 측면 주변부를 둘러 연장되도록 구성된 측면 벽 요소(6)를 포함하되, 상기 측면 벽 요소(6)는 상기 제1 금속판(4)과 상기 제2 금속판(5) 사이에 위치되고, 상기 측면 벽 요소(6)는 전기 절연 물질을 포함하고 상기 제1 금속판(4) 및 상기 제2 금속판(5)에 각각 밀폐 부착되며, 상기 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19)은 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판(4, 5) 중 적어도 하나가 적어도 하나의 측면 연장부(7, 8)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 측면 연장부는 그것이 연관된 상기 판의 주변부의 적어도 일 부분을 따라, 상기 측면 벽 요소(6)와 함께 측면 벽을 형성하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 측면 연장부(7, 8)가 그것이 연관된 상기 제1 금속판 또는 상기 제2 금속판(5)의 상기 주변부 길이의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 25%를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19).
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 적어도 하나의 측면 연장부가 그것이 연관된 상기 제1 금속판 또는 상기 제2 금속판(5)의 상기 주변부 길이의 75%를 초과하는 길이를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 케이싱(2).
  4. 청구항 1에 있어서, 복수의 측면 연장부(7, 8)가 제공되고 상기 측면 연장부들(7, 8)은 그것들이 연관된 상기 제1 금속판 또는 상기 제2 금속판(4, 5)의 상기 주변부를 따라 균등하게 분포되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19).
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측면 벽이 측면 면적(Atot)을 갖고 상기 적어도 하나의 측면 연장부(7, 8)가 상기 측면 벽의 상기 측면 면적(Atot)의 적어도 10%인 측면 면적(A1)에 걸쳐 연장되는, 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19).
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 금속판(4)이 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 측면 연장부(7)를 구비하고 상기 제2 금속판(5)이 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 측면 연장부(8)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19).
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 금속판(4)의 상기 적어도 하나의 측면 연장부(7)의 측면 면적(A1)이 상기 제2 금속판(5)의 상기 적어도 하나의 측면 연장부(8)의 측면 면적(A1)에 대응하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19).
  8. 청구항 6 또는 7에 있어서, 상기 제1 금속판(4) 및 그것의 상기 적어도 하나의 측면 연장부(7)가 상기 제2 금속판(5) 및 그것의 상기 적어도 하나의 측면 연장부(8)와 동일한 형상 및 크기를 갖는, 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19).
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 금속판(4)의 상기 적어도 하나의 측면 연장부(7)가 상기 제1 금속판(4)의 상기 주변부를 따라 일정한 폭을 갖고 연장되고, 상기 제2 금속판(5)의 상기 적어도 하나의 측면 연장부(8)가 상기 제2 금속판(5)의 상기 주변부를 따라 일정한 폭을 갖고 연장되고, 상기 제1 금속판(4)의 상기 측면 연장부(7)가 상기 제2 금속판(5)의 상기 측면 연장부(8)의 자유 단부 반대 편에 위치되는 자유 단부를 제공하며, 이러한 자유 단부들은 상기 벽 요소(6)의 섹션에 의해 나눠지는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 케이싱(2).
  10. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 연장부(16, 20)가 상기 제1 금속판(4)으로부터 그것의 상기 주변부를 따라 연장되고, 대응하는 복수의 연장부(17, 21)가 상기 제2 금속판(5)으로부터 그것의 상기 주변부를 따라 연장되고, 상기 제1 금속판(4)의 상기 측면 연장부들(16, 20)이 상기 제2 금속판(5)의 상기 측면 연장부들(17, 21)에 관해 주변 방향으로 변위되며, 상기 제1 금속판(4)의 상기 측면 연장부들(16, 20)이 상기 제2 금속판(5)의 상기 측면 연장부들(17, 21) 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 케이싱(15, 19).
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱(2)이 분할선(10)을 따라 서로 연결되는 두 이등분들(2', 2'')으로 세분되되, 상기 이등분들의 제1 이등분(2')은 상기 제1 금속판(4) 및 상기 측면 벽 요소(6)의 제1 부분(6')을 포함하고 상기 이등분들의 제2 이등분(2'')은 상기 제2 금속판(5) 및 상기 측면 벽 요소(6)의 제2 부분(6'')을 포함하는, 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19).
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 측면 벽 요소(6)의 상기 제1 부분(6')은 상기 제1 금속판(4)의 상기 적어도 하나의 측면 연장부(7) 상에 몰딩되어 그것을 둘러싸는 폴리머이고, 상기 측면 벽 요소(6)의 상기 제2 부분(6'')은 상기 제2 금속판(5)의 상기 적어도 하나의 측면 연장부(8) 상에 몰딩되어 그것을 둘러싸는 폴리머인, 배터리 모듈 케이싱(2).
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 측면 연장부(7, 8)가 적어도 하나의 관통 홀(11)을 구비하는, 배터리 모듈 케이싱.
  14. 적어도 하나의 배터리 셀(3)을 포함하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀(3)이 청구항 1 내지 13 중 적어도 어느 한 항에 따른 배터리 모듈 케이싱(2, 15, 19)에 하우징되는 것 그리고 상기 제1 금속판(4)이 배터리 모듈(1)의 양극 단자를 형성하고 상기 제2 금속판(5)이 상기 배터리 모듈(1)의 음극 단자를 형성하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈(1).
  15. 청구항 14에 따른 하나의 배터리 모듈(1) 또는 청구항 14에 따른 적어도 두 개의 배터리 모듈(1)들의 스택을 포함하되, 상기 스택에서, 상기 배터리 모듈들의 제1 배터리 모듈의 제2 금속판(5)이 상기 배터리 모듈들의 제2 배터리 모듈의 제1 금속판(4)쪽으로 향해하도록 되어 그 반대 편에 위치되는 것, 그리고 상기 하나의 배터리 모듈 또는 상기 스택의 가장 바깥쪽 금속판들이 전기 절연 요소(25, 26)로 커버되는 것, 그리고 하나의 배터리 모듈 또는 배터리 모듈들의 스택을 함께 홀딩하는 클램핑 요소(27)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 배터리(24).
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