KR20210060640A - 배터리 셀 상호연결 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 배터리 모듈은 하우징에 배치되고 그리고 전도성 금속의 시트들로부터 스탬핑되는 상부 및 하부 상호연결 패널들에 의해 상호연결되는 복수의 배터리 셀들을 갖는다. 상부 및 하부 상호연결 패널들 각각은 배터리 셀들의 단자들에 고정되는 복수의 접점들을 각각 갖는다. 접점들은 상부 및 하부 상호연결 패널들을 통해 연장하는 패널 개구들에 적어도 부분적으로 배치된다. 캐리어가 제공되고 그리고 열가소성 수지의 본체로 성형되는 리드 프레임을 포함한다. 리드 프레임은 상부 및 하부 상호연결 패널들 상의 복수의 위치들을 감시 모듈에 연결하며, 감시 모듈은 복수의 위치들에서 물리적 특성들을 측정한다.

Description

배터리 셀 상호연결 시스템
[0001] 본 출원은 2018년 10월 17일자로 출원된 가특허 출원 번호 제62/746,758호에 대한 35 U.S.C. § 119(e) 하의 우선권의 이익을 주장하며, 이는 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 개시내용은 배터리 모듈에 관한 것으로, 특히 배터리 모듈을 위한 배터리 셀 상호연결 시스템에 관한 것이다.
[0003] 하우징에 장착되고 그리고 미리 정해진 용량 및 전압 출력을 가지도록 함께 연결되는 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈을 가지는 것이 공지되어 있다. 이러한 배터리 모듈은 차량들 및 다양한 유형들의 다른 디바이스들 및 장비들을 위한 전력원으로서 널리 사용된다. 복수의 배터리 모듈들은, 미리 정해진 용량 및 전압 출력을 또한 가지는 배터리 시스템을 형성하기 위해 종종 함께 연결된다. 특정한 배터리 모듈에서, 배터리 셀들은 요망되는 용량 및 전압 출력을 제공하기 위해 병렬로 그리고/또는 직렬로 함께 연결될 수 있다. 종종, 배터리 셀들은 인접한 배터리 셀들 및/또는 다른 구성요소들의 손상 또는 과도한 가열을 회피하도록 함께 밀접하게 배열되고 그리고 개별적으로 융합된다. 또한, 배터리 셀들은 단락들(short circuits)과 같은 문제들을 신속하게 검출하도록 감시될 수 있다.
[0004] 전술된 구성을 가지는 배터리 모듈은 통상적으로, 제조하기에 어렵고 그리고 전형적으로 복잡한 절차들 및 특화된 기계를 요구한다. 이와 같이, 배터리 모듈의 제조를 보다 간단하고 그리고 저렴하게 하는 개선되는 상호연결 시스템을 가지는 배터리 모듈에 대한 필요성이 존재한다.
[0005] 본 개시내용에 따르면, 배터리 모듈이 제공되고 그리고 본체에 부착가능한 커버를 갖는 하우징을 포함한다. 복수의 배터리 셀들은 하우징에 배치된다. 각각의 배터리 셀들은 단자들의 쌍을 포함한다. 배터리 모듈은 상부 및 하부 상호연결 패널들, 캐리어, 및 감시 모듈을 더 포함한다. 상부 상호연결 패널은 전도성 금속의 시트로 스탬핑된다(stamped). 상부 상호연결 패널은 복수의 제1 패널 개구들 ─ 복수의 제1 패널 개구들은 상부 상호연결 패널을 통해 연장함 ─ 을 가지고, 그리고 배터리 셀들의 단자들에 고정되는 복수의 제1 접점들을 각각 포함한다. 제1 접점들은 제1 패널 개구들에 적어도 부분적으로 각각 배치된다. 하부 상호연결 패널은 전도성 금속의 다른 시트로 스탬핑된다. 하부 상호연결 패널은 복수의 제2 패널 개구들 ─ 복수의 제2 패널 개구들은 하부 상호연결 패널을 통해 연장함 ─ 을 가지고, 그리고 배터리 셀들의 단자들에 고정되는 복수의 제2 접점들을 각각 포함한다. 제2 접점들은 제2 패널 개구들에 적어도 부분적으로 각각 배치된다. 캐리어는 열가소성 수지의 본체로 성형되는 리드 프레임을 포함한다. 리드 프레임은 상부 및 하부 상호연결 패널들 상의 복수의 위치들에 연결된다. 캐리어의 본체의 적어도 상부 부분은 상부 상호연결 패널 위에 배치되며 그리고 캐리어의 본체의 적어도 하부 부분은 하부 상호연결 패널 아래에 배치된다. 상부 및 하부 상호연결 패널들은 회로 배열체를 형성하기 위해 배터리 셀들에 연결된다. 감시 모듈은 리드 프레임에 연결되고 그리고 회로 배열체의 전기적 특성들을 측정하도록 작동가능하다.
[0006] 본 발명의 특징들, 양태들, 및 이점들은 다음의 설명, 첨부된 청구항들, 및 첨부 도면들에 대해 보다 양호하게 이해될 것이다.
[0007] 도 1은 본 개시내용의 제1 실시예에 따라 구성되는 제1 배터리 모듈의 분해 사시도를 도시한다.
[0008] 도 2는 도 1의 제1 배터리 모듈 및 도 17에서 도시되는 제2 배터리 모듈의 하우징 본체의 최상부 사시도를 도시한다.
[0009] 도 3은 도 2의 하우징 본체의 단면도를 도시한다.
[0010] 도 4는 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈의 셀 홀더의 최상부 사시도를 도시한다.
[0011] 도 5는 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈의 배터리 셀의 사시도를 도시한다.
[0012] 도 6은 제1 배터리 모듈의 절연 층의 최상부 사시도를 도시한다.
[0013] 도 7은 제1 배터리 모듈의 상부 상호연결 패널의 최상부 사시도를 도시한다.
[0014] 도 8은 제1 배터리 모듈의 하부 상호연결 패널의 최상부 사시도를 도시한다.
[0015] 도 9는 제1 배터리 모듈의 제1 배터리 상호연결 시스템의 최상부 사시도를 도시하며, 이 때 제1 배터리 상호연결 시스템의 캐리어가 제자리에서 밖으로 이동된다.
[0016] 도 10은 하우징이 제거된 상태의 제1 배터리 모듈의 최상부 사시도를 도시한다.
[0017] 도 11은 도 9에서 도시되는 캐리어의 저부 사시 사시도를 도시한다.
[0018] 도 12는 도 9에서 그리고 도 11에서 도시되는 캐리어의 리드 프레임의 최상부 사시도를 도시한다.
[0019] 도 13은 리드 프레임의 패드들 사이에 고정되는 구성요소를 도시하는, 도 12의 리드 프레임의 일부분의 근접 최상부 사시도를 도시한다.
[0020] 도 14는 제1 배터리 모듈의 제1 배터리 상호연결 시스템의 정면 입면도를 도시한다.
[0021] 도 15는 제1 및 제2 배터리 모듈들의 감시 모듈의 사시도를 도시한다.
[0022] 도 16은 그의 하우징 덮개 및 배터리 셀들이 제거된 상태의 제1 배터리 모듈의 사시 단면도를 도시한다.
[0023] 도 17은, 개시내용의 제2 실시예에 따라 구성되는, 제2 배터리 모듈의 분해 사시도를 도시한다.
[0024] 도 18은 그의 하우징이 제거된 상태의 제2 배터리 모듈의 최상부 사시도를 도시한다.
[0025] 도 19는 제2 배터리 모듈의 상부 상호연결 패널의 최상부 사시도를 도시한다.
[0026] 도 20은 제2 배터리 모듈의 하부 상호연결 패널의 최상부 사시도를 도시한다.
[0027] 도 21은 도 18의 일부분의 근접도를 도시한다.
[0028] 도 22는 제2 배터리 모듈의 캐리어의 저부 사시도를 도시한다.
[0029] 도 23은 제2 배터리 모듈의 캐리어의 최상부 사시도를 도시한다.
[0030] 도 24는 도 18의 일부분의 근접 단면도를 도시한다.
[0031] 뒤따르는 상세한 설명들에서, 구성요소들이 본 개시내용의 상이한 실시예들에서 도시되는지의 여부와 관계없이, 동일한 구성요소들이 동일한 도면 부호들을 가진다는 것이 유의되어야 한다. 명료성 및 간결성의 목적들을 위해, 도면들이 반드시 실척대로 도시될 필요가 없을 수 있으며 그리고 개시내용의 특정한 특징들이 다소 개략적인 형태로 도시될 수 있는 것이 또한 유의되어야 한다.
[0032] 공간적으로 상대적인 용어들, 예컨대 "최상부", "저부", "하부", "위", "상부" 등은, 요소들 또는 특징들이 지칭되는 그림 도면(들)에서 예시되는 경우, 다른 요소(들) 또는 특징(들)에 대한 하나의 요소 또는 특징의 관계를 설명하도록 단지 설명의 용이성을 위해 본원에서 사용된다. 공간적으로 상대적인 용어들은, 제한하는 것으로 의미되지 않고 그리고 도면들에서 묘사되는 배향 이외에도 사용 또는 작동시에 디바이스의 상이한 배향들을 포함하는 것으로 의도되는 것이 이해될 것이다.
[0033] 본 개시내용은 전기 차량("EV") 또는 하이브리드 전기 차량("HEV")과 같은 차량용 배터리 시스템에 사용될 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다. 배터리 모듈은 일반적으로 하우징, 복수의 배터리 셀들(14), 감시 모듈(15) 및 배터리 상호연결 시스템(BIS)을 포함한다. 본 개시내용의 제1 실시예에서, 제1 배터리 모듈(10)은 제1 BIS(16)를 가지는 반면, 본 개시내용의 제2 실시예에서, 제2 배터리 모듈(160)은 제2 BIS(162)를 갖는다.
[0034] 이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 하우징은 본체(18) 및 덮개(20)를 가지며, 이들 중 하나 또는 둘 모두는 열가소성 수지로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 열가소성 수지는 우수한 전기 절연 특성들을 가지고 그리고 내열성이다. 사용될 수 있는 열가소성 수지들의 예들은 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 에테르, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드, 액정 폴리머, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함한다. 본체(18)와 덮개(20)는 서로 맞물리도록 구성될 수 있어서, 그 사이에 밀봉을 형성하며, 이에 의해 본체(18)의 내부는 외부 환경으로부터 밀봉된다. 본체(18)는 복수의 외벽들(24)을 포함한다. 대향하는 쌍의 외벽들(24c 및 24d)은 복수의 배터리 모듈들(10)을 차량의 섀시와 같은 구조물에 장착하는데 사용되는 장착 레일들의 수용을 위한 돌출부들(26)을 포함할 수 있다. 개구(27)는 외벽(24c)을 통해 연장할 수 있다. 다른 쌍의 대향하는 외벽들(24a, 24b)에서, 슬롯(28)은 (전방) 외벽(24a)에 형성될 수 있는 반면에, 홀(29)은 (후방) 외벽(24b)에 형성될 수 있다.
[0035] 하우징 본체(18)는 일반적으로 형상이 직육면체일 수 있고 그리고 제1 BIS(16)에 의해 함께 연결되는 배터리 셀(14)을 유지하기 위한 내부 유지 공간(30)을 규정한다. 하우징 본체(18)는 제1 BIS(16)를 장착하기 위해 그로부터 상향으로 연장하는 포스트들(34)을 갖는 하나 이상의 내부 플랜지들(32)을 포함할 수 있다. 도시되는 실시예들에서, 하우징 본체(18)는 내부 유지 공간(30)으로부터 범위가 정해지는 내부 챔버(38)를 규정하는 하나 이상의(예컨대, 3개) 내부 벽들(36)을 더 포함한다. 내부 챔버(38) 내부에, 복수의 장착부들(37)은 내부 벽들(36)의 내부 표면들에 고정된다. 장착부들(37)은 감시 모듈(15)(도 15에서 도시됨)의 PCB(printed circuit board)(39)의 에지들을 유지하기 위한 슬롯들을 포함한다. (감시 모듈(15)을 갖는) 내부 챔버(38)가 하우징 본체(18)에, 외벽들(24a, 24b) 사이의 중간 쯤에 위치되는 것으로 도시되었지만, (감시 모듈(15)을 갖는) 내부 챔버(38)가 다른 곳에 위치될 수 있고 그리고 상이한 구성을 가질 수 있는 것이 이해되어야 한다.
[0036] 이제 도 4를 또한 참조하면, 하나 이상의 셀 홀더들(40)이 하우징 본체(18)의 내부 유지 공간(30)에 배치되고 그리고 배터리 셀들(14)을 유지한다. 각각의 셀 홀더(40)는 플라스틱으로 구성될 수 있고 그리고 기판을 통해 연장하는 복수의 개구들(44)을 갖는 기판(42)을 포함한다. 각각의 개구(44)는 배터리 셀들(14) 중 하나를 꼭맞게 유지하고, 그리고 이와 같이, 배터리 셀(14)의 외부 구성에 대응하는 구성을 가지는 기판(42)의 내부 표면에 의해 형성될 수 있다. 따라서, (도시된 바와 같이) 배터리 셀들(14)이 원통형인 경우, 개구들(44)은 원형일 수 있다. 상부 및 하부 셀 홀더들(40a, 40b)이 제공될 수 있으며, 이 때 상부 셀 홀더(40a)는 배터리 셀들(14)의 상부 부분들을 유지하며 그리고 하부 셀 홀더(40b)는 배터리 셀들(14)의 하부 부분들을 유지한다. 상부 및 하부 셀 홀더들(40a, 40b) 중 하나 또는 둘 모두는 하우징 본체(18)에 일체로 결합될 수 있어서, 하우징 본체와 일체형 또는 모놀리식 구조를 형성한다. 예를 들어, 하부 셀 홀더(40b)는 하우징 본체(18)의 저부 벽의 일부일 수 있다. 일부 실시예들에서, 단지 단일 셀 홀더(40)가 제공될 수 있다.
[0037] 도시되는 실시예들에서, 상부 셀 홀더(40a)는 하우징 본체(18)로부터 별도이고 그리고 제1 BIS(16)에 접하는 반면, 하부 셀 홀더(40b)는 하우징 본체(18)에 일체로 결합된다. 상부 및 하부 셀 홀더들(40a, 40b)은 각각, 내부에 형성되는 확장 슬롯들(46)을 갖는다. 하부 셀 홀더(40b)의 슬롯(46)은 내부 챔버(38)를 규정하는 내부 벽들(36) 주위에 배치되는 반면, 상부 셀 홀더(40a)의 슬롯(46)은 내부 챔버(38)를 덮는다. 배터리 셀들(14)은 내부 챔버(38)를 규정하는 내부 벽들(36) 주위에 배치된다. 아래에서 더 완전히 설명되는 바와 같이, 감시 모듈(15)은 내부 챔버(38)에 배치된다.
[0038] 이제 도 1 및 도 5를 참조하면, 배터리 셀들(14)은 충전식 리튬 이온(LI-ION) 배터리들 또는 다른 유형의 충전식 배터리일 수 있다. 사용될 수 있는 충전식 LI-ION 배터리의 예는, 약 18mm의 직경 및 약 65mm의 길이를 갖는 원통형 형상을 가지는 18650 타입 LI-ION 배터리이다. 대안적으로, 다른 충전식 배터리 폼 팩터들(form factors) 및/또는 화학물질들이 사용될 수 있다. 도시된 것을 포함하는 하나 이상의 실시예들에서, 각각의 배터리 셀(14)은 제1 및 제2 단부들을 갖는 원통형 케이스(50)를 갖는다. 중심 양극 단자(52) 및 주변 환형 음극 단자(negative terminal)(54)는 제1 단부에 위치된다.
[0039] 이제 도 1 및 도 6을 참조하면, 본 개시내용의 제1 실시예에서, 제1 BIS(16)는 일반적으로 상부 상호연결 층 또는 패널(58), 하부 상호연결 층 또는 패널(60) 및 캐리어(62)를 포함한다. 제1 BIS(16)는 하나 이상의 전기 절연 층들(64)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 BIS(16)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 절연 층(64a) 및 하부 절연 층(64b)을 포함할 수 있다. 절연 층(64)은 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르 에테르 케톤 및/또는 폴리카보네이트와 같은 절연 플라스틱으로 구성될 수 있다. 절연 층들(64) 각각은 도 6에 도시되는 직사각형 개구들(68)과 같은 복수의 개구들, 갭들 및/또는 오목부들을 내부에 갖는다. 개구들(68)이 층들(64)의 에지들에 의해 완전히 에워싸이지 않도록, 그의 제1 측면을 향해 위치되는 절연 층들(64)의 부분들이 제거되었다.
[0040] 상부 절연 층(64a)은 상부 상호연결 패널(58)과 하부 상호연결 패널(60) 사이에 배치될 수 있는 반면, 하부 절연 층(64b)은 하부 상호연결 패널(60)과 상부 셀 홀더(40a) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 하부 상호연결 패널(60)은 상부 절연 층(64a)과 하부 절연 층(64b) 사이에 배치된다. 상부 절연 층(64a)은 상부 상호연결 패널(58)의 저부 측에 접착제에 의해 고정될 수 있으며, 그리고 하부 절연 층(64b)은 하부 상호연결 패널(60)의 저부 측에 접착제에 의해 고정될 수 있다. 대안적으로, 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60) 및 상부 및 하부 절연 층들(64a, 64b)은 제1 BIS(16)를 일체형 조립체로 만들기 위해 모두 물리적 커넥터들에 의해 함께 고정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 셀 홀더(40a)는 또한 동일한 또는 상이한 커넥터들에 의해 제1 BIS(16)에 고정될 수 있다.
[0041] 이제 도 7 및 도 8을 참조하면, 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)은 일반적으로 직사각형이고 그리고 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금과 같은 전도성 금속의 기판(70)으로 각각 구성된다. 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60) 각각은 전도성 금속의 시트로 스탬핑(stamping) 작동시에 형성된다. 제1 실시예는 특히 약 0.007인치(0.178mm) 내지 약 0.090인치(2.286mm)의 그리고 더 바람직하게는 약 0.012인치(0.305mm)의 두께를 가지는 기판(70)을 갖는, 알루미늄으로 구성된 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)을 가지는데 특히 적합하다. 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)은 각각 하나의 일체형 또는 모놀리식 구조일 수 있거나, 갭들 또는 공간들에 의해 서로 분리되는 복수의 섹션들을 포함할 수 있다. 이러한 후자의 실시예에서, 상호연결 패널(58, 60)은 취급의 용이성을 위해 상호연결 패널(58, 60)을 모놀리식 또는 일체형 구조로서 유지하기 위해 희생 타이 바들에 의해 상호연결되도록 형성될 수 있다. 희생 타이 바들은 제1 BIS(16)의 조립 동안 또는 이후와 같이, 나중에 절단될 수 있다.
[0042] 상부 상호연결 패널(58)은 복수의 양극 접점들(74) 및 복수의 음극 접점들(76)을 포함하는 반면, 하부 상호연결 패널(60)은 복수의 양극 접점들(80) 및 복수의 음극 접점들(82)을 포함한다. 각각의 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)에서, 양극 접점들(74, 80) 및 음극 접점들(76, 82)은 기판(70)으로 형성되고 그리고 내부에 개구들, 갭들 및/또는 오목부들에 배치되고 그리고/또는 이들을 통해 연장한다. 예를 들어, 양극 접점들(74, 76) 및 음극 접점들(76, 82)은 확장 불규칙-형상 개구들(78)에 배치될 수 있고 그리고/또는 이를 통해 연장할 수 있다. 개구들(78)이 기판들(70)의 에지들에 의해 완전히 에워싸이지 않도록, 제1 측을 향해 위치되는, 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)의 기판들(70)의 부분들은 제거되었다. 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)의 개구들(78)은 절연 층들(64)의 개구들(68)과 정렬된다. 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)의 개구들(78)의 수는 배터리 셀들(14)의 수와 동일하다.
[0043] 각각의 양극 접점(74, 80)은 패드 부분(74a, 80a) 및 패드 부분(74a, 80a)을 기판(70)의 나머지 부분에 연결하는 커넥터 부분(74b, 80b)을 갖는다. 제1 실시예를 포함한 일부 실시예들에서, 커넥터 부분(74b, 80b)은 패드 부분(74a, 80a)보다 더 두껍다. 양극 접점(74, 80)은 그의 연관된 개구(78) 내로 및/또는 이를 통해 연장하는 페닌술라(peninsula)를 형성한다. 패드 부분들(74a, 80a)은 커넥터 부분(74b, 80b)보다 더 넓을 수 있으며, 커넥터 부분은 퓨즈로서 기능한다. 그러나, 도시되는 실시예에서, 패드 부분(74a, 80a) 및 커넥터 부분(74b, 80b)은 둥근 외부 단부를 갖는 단일의 실질적으로 직사각형 스트립으로서 (평면도에서) 나타나도록 대략 동일한 폭을 갖는다.
[0044] 양극 접점들(74, 80)과 유사하게, 각각의 음극 접점(76, 82)은 패드 부분(76a, 82a) 및 기판(70)의 나머지 부분에 패드 부분(76a, 82a)을 연결하는 커넥터 부분(76, 82b)을 갖는다. 제1 실시예를 포함하는 일부 실시예들에서, 패드 부분(76a, 82a)은 커넥터 부분(76b, 82b)보다 더 얇다. 음극 접점(76, 82)은 그의 연관된 개구(78) 내로 및/또는 이를 통해 연장하는 페닌술라를 형성한다. 일부 실시예들에서, 패드 부분(76a, 82a)은 커넥터 부분(76b, 82b)보다 더 넓을 수 있으며, 커넥터 부분은 퓨즈로서 기능한다. 도시되는 실시예와 같은 다른 실시예에서, 패드 부분(76a, 82a) 및 커넥터 부분(76b, 82b)은 도시되는 실시예에서와 같이, 둥근 외부 단부를 갖는 실질적으로 직사각형의 단일 스트립으로서 나타나도록 유사한 구성을 가질 수 있다. 도시되는 실시예들에서, 음극 접점들(76, 80)은 양극 접점들(74, 80)보다 더 좁다.
[0045] 상부 상호연결 패널(58)에서, 굴곡부들은, 패드 부분들(74a, 76a)이 기판(70) 아래에 배치되는 것을 가능하게 하기 위해 스탬핑 작동 동안 커넥터 부분들(74b, 76b)에서 형성될 수 있으며, 여기서 굴곡부들은 배터리 셀들(14)의 양극 및 음극 단자들(52, 54)에 각각 고정된다. 하부 상호연결 패널(60)에서, 커넥터 부분들(80b, 82b)은 단순히 패드 부분들(82a, 82a)로 경사지거나 휘어질 수 있다. 스탬핑 작동들 중에 커넥터 부분들(74b, 76b)에서 굴곡부들을 사전-형성함으로써, 패드 부분들(74a, 76a)이 배터리 셀들(14)의 단자들(52, 54)에 (용접함으로써 또는 다른 방식으로) 부착되어 있는 동시에 굴곡부들이 형성될 필요가 없다.
[0046] 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60) 둘 모두에서, 양극 접점 및 음극 접점의 패드 부분들(74a, 76a, 80a, 80b)은, 도 7 및 8에 도시되는 바와 같이, 양극 접점 및 음극 접점의 커넥터 부분들(74b, 76b, 80b, 82b)보다 더 얇을 수 있다. 패드 부분들(74a, 76a, 80a, 80a)은 예를 들어 코이닝(coining), 밀링(milling) 또는 다른 수단에 의해 얇아질 수 있다.
[0047] 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60) 각각이 별도의 섹션들을 가지는 실시예들에서, 각각의 섹션은 복수의 양극 접점들(74, 80) 및 복수의 음극 접점들(76, 82)을 포함할 수 있다.
[0048] 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)은 제1 배터리 모듈(10)을 위한 요망되는 회로 배열체로 배터리 셀들(14)을 함께 연결하기 위해 구성된다. 회로 배열체는 직렬, 병렬 및/또는 그의 조합으로 함께 연결되는 배터리 셀들(14)을 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀들(14)의 복수의 그룹들은 전기적으로 직렬로 연결될 수 있으며, 각각의 그룹에서, 배터리 셀들(14)은 전기적으로 병렬로 연결된다.
[0049] 배터리 셀들(14) 사이의 전기적 연결들을 생성하기 위해, 주어진 배터리 셀(14)은 상부 상호연결 패널(58)에 연결되는 그의 단자들(52, 54) 중 하나 및 하부 상호연결 패널(60)에 연결되는 그의 단자들(52, 54) 중 다른 하나를 가질 수 있다. 이러한 유형의 연결은 도시된 실시예들에서 예시되며, 상부 및 하부 상호연결 패널(58, 60)은, 상부 상호연결 패널(58)의 개구들(78)을 하부 상호연결 패널(60)의 개구들(78)과 대응하게 하도록 구성되어, 양극 접점(74)를 가지는 상부 상호연결 패널(58)의 각각의 개구(78)에서, 하부 상호연결 패널(60)에서의 대응하는 개구(78)는 음극 접점(82)를 가지며, 그 반대도 마찬가지이다. 또한, 절연 층들(64)의 개구들(68)은, 배터리 셀들(14)과 각각 연관되는, 제1 BIS(16)에 개구들(88)(도 9에 도시됨)을 형성하도록 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)에서 대응하는 개구들(78)과 정렬된다.
[0050] 이제 도 10을 참조하면, 각각의 배터리 셀(14)은 제1 BIS(16)의 개구(88) 및 상부 셀 홀더(40a)의 개구(44)와 연관된다. 각각의 배터리 셀(14)은, 배터리 셀(14)의 상부 부분이 개구(44)를 규정하는 기판(42)의 내부 표면에 의해 둘러싸이도록 상부 셀 홀더(40a)의 개구(44) 내로 연장한다. 배터리 셀(14)의 중심 양극 단자들(52) 및 주변 환형 음극 단자들(54)의 최상부 표면들은 상부 셀 홀더(40)의 최상부 표면과 대략 같은 높이에 배치된다. 각각의 배터리 셀(14)에 대해, 배터리 셀(14)의 양극 단자(52)는 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60) 중 하나의 양극 접점(74, 80)에 연결되며, 그리고 배터리 셀(14)의 음극 단자(54)는 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60) 중 다른 하나의 음극 접점(76, 82)에 연결된다. 예를 들어, 배터리 셀(14a)은 상부 상호연결 패널(58)의 양극 접점(74)에 연결되는 그의 양극 단자(52) 및 하부 상호연결 패널(60)의 음극 접점(82)에 연결되는 음극 단자(54)를 갖는다. 도시되는 바와 같이, 양극 접점(74)의 커넥터 부분(74b)은, 양극 접점(74)의 패드 부분(74a)을 양극 단자(52)와 물리적 접촉 상태로 배치시키기 위해 상부 절연 층(64a) 및 하부 상호연결 패널(60) 위에서, 하향으로 구부러지며, 여기서 패드 부분 및 양극 단자는 함께 고정된다. 배터리 셀들(14)의 단자들(52, 54)은 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에 의해 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)의 접점 패드들(74, 76, 80, 82)에 연결될 수 있다.
[0051] 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)에 대한 배터리 셀(14)의 단자들(52, 54)의 연결을 용이하게 하기 위해, 접점들(74, 76, 80, 82)은 제1 BIS(16)의 개구(88)에 배열되어, 각각의 개구(88)에서, 음극 접점(76, 82)은 개구(88)의 제1 측 부분(88a)을 향해 배치되는 반면, 양극 접점(74, 80)은 개구(88)의 대향하는 제2 측 부분(88b)을 향해 배치된다. 하부 상호연결 패널(60)에서, 양극 및 음극 접점들(80, 82) 둘 모두는 하부 상호연결 패널(60)의 기판(70)의 제1 (전방) 에지들(70a)로부터 개구(88) 내로 각각 연장하는 반면, 상부 상호연결 패널(58)에서, 양극 및 음극 접점들(74, 76) 둘 모두는 각각 상부 상호연결 패널(58)의 기판(70)의 제2 (후방) 에지들(70b)로부터 개구들(88) 내로 각각 연장하며, 이 때 제1 에지들(70a) 및 제2 에지들(70b)은 개구들(88)의 대향하는 측들 상에 배치된다.
[0052] 하부 상호연결 패널(60)은 하부 상호연결 패널(60)의 양 측들 상에 배치되는 제1(전방) 및 제2(후방) 전력 탭들(90, 92)을 포함한다. 제1 및 제2 파워 탭들(90, 92)은 하향으로 구부러지고 그리고, 이에 따라, 기판(70)의 나머지 부분과 평면을 벗어나(out-of-plane) 배치된다. 제1 및 제2 파워 탭들(90, 92)의 평면 표면들은 바깥쪽으로 대면하고 그리고 기판(70)에 대해 대략 직각으로 배치된다. 제1 및 제2 전력 탭들(90, 92)은 제1 배터리 모듈(10)의 회로 배열체를 위한 양극 및 음극 접점들이다. 아래에서 보다 완전히 설명되는 바와 같이, 제1 및 제2 파워 탭들(90, 92)은 캐리어(62)에 전기적으로 연결된다.
[0053] 도시된 실시예들에서, 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60) 및 절연 층들(64)은 내부에 형성되는 확장 슬롯들(94, 96)을 각각 가지며, 확장 슬롯들은 셀 홀더들(40)의 확장 슬롯들(46)에 대응한다. 슬롯들(94, 96)은 캐리어(62)를 수용하기 위한 슬롯(98)(도 9에 도시됨)을 형성하도록 정렬된다. 복수의 감지 접점들(100)은 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60) 각각으로부터 연장하고 그리고 슬롯(98) 내로 돌출한다. 감지 접점들(100)은, 제1 배터리 모듈(10)을 위한 회로 배열체의 다양한 부분들의 감시 모듈(15)에 의해 (전류, 전압 및 온도와 같은) 다양한 측정들이 이루어지는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 병렬 연결된 배터리 셀들(14)의 그룹들의 출력들에서의 전압들 및/또는 온도들은 감지 접점들(100)에서 감시 모듈(15)에 의해 각각 측정될 수 있다.
[0054] 이제 도 9 및 도 11 내지 도 14를 참조하면, 캐리어(62)는 플라스틱 본체(104) 및 구리와 같은 전도성 금속으로 구성되는 스탬핑된 리드 프레임(106)을 포함한다. 본체(104)는 열가소성 수지로 리드 프레임(106)을 오버몰딩함(overmolding)으로써 형성된다. 바람직하게는, 열가소성 수지는 우수한 전기 절연 특성들을 가지고 그리고 내열성이다. 사용될 수 있는 열가소성 수지들의 예들은 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 에테르, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드, 액정 폴리머, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함한다. 특히 적합한 상업적으로 이용가능한 열가소성 수지들은 유리 또는 탄소 섬유를 갖는 SPS(syndiotactic polystyrene)(이는 상표명 Xarec®로 Indemitsu Kosan Co., Ltd.으로부터 상업적으로 이용가능함); 및 PPO(polyphenylene oxide) 및 PS(polystyrene)의 혼합물(이는 상표명 Noryl®로 SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 이용가능함)을 포함한다.
[0055] 캐리어(62)의 본체(104)는 일반적으로 T-형상이고 그리고 바깥쪽으로 연장하는 제1 및 제2 아암 부분들(110, 112)의 쌍에 결합되는 바-형상 주요 부분(108)을 포함한다. 주요 부분(108)은 제1 BIS(16)의 슬롯(98)에 끼워맞춤하는 반면, 아암 부분들(110, 112)은 제1 BIS(16)의 제1 측면 에지를 형성하는 것을 돕는다. 제1 커넥터 하우징(114)은 주요 부분(108)의 저부 측에 결합되고 그리고 하우징 본체(18)의 내부 챔버(38)를 향해 하향으로 대면하는 복수의 개구들을 갖는다. 제2 커넥터 하우징(117)은 또한 주요 부분(108)의 저부 측에 결합되고 그리고 바깥쪽으로 대면하는 개구들의 쌍을 갖는다. 도 14에 가장 잘 도시되는 바와 같이, 캐리어 본체(104)의 부분(예컨대, 주요 부분(108))은 상부 상호연결 패널(58) 위에 배치되며, 그리고 캐리어 본체(104)의 부분(예컨대, 커넥터 하우징(114))은 하부 상호연결 패널(60) 아래에 배치된다.
[0056] 리드 프레임(106)은 주요 부분(108)으로 성형된다. 리드 프레임(106)의 상부 부분은 도시되는 바와 같이, 대부분 노출될 수 있거나, 패드들(115)을 제외하고, 본체(104)의 중합체로 완전히 덮일 수 있으며, 패드들은 어느 방향으로든 노출되고 그리고 주요 부분(108)의 측 에지들로부터 안쪽으로 이격되는 오목부들에 배치된다. 패드들(115)은, 예컨대, 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에 의해 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)의 감지 접점들(100)에 전기적으로 그리고 기계적으로 각각 연결된다. 퓨즈들 및/또는 써미스터들(thermistors)과 같은 구성요소들(117)은 또한, 도 13에 도시되는 바와 같이, 패드들(115) 사이에 용접될 수 있다. 패드들(115)은 리드들(116)에 의해 커넥터 핀들(120)에 연결되며, 대부분의 커넥터 핀들은 감시 모듈(15)의 커넥터(122)와 커플링하는 암형 커넥터(118)를 형성하기 위해 제1 커넥터 하우징(114)으로 하향으로 돌출하는 열 또는 매트릭스로 배열된다. 그러나, 커넥터 핀들(120) 중 일부는, 감시 모듈(15)을 차량 배터리 시스템을 위한 마스터 제어기에 연결하는데 사용될 수 있는 커넥터(126)를 형성하기 위해 제2 커넥터 하우징(117)으로 연장하는 커넥터 블레이드들(124)에 연결된다. 커넥터(126)는 하우징 본체(18)의 외벽(24c)의 개구(27)를 통해 접근가능하다.
[0057] 제1 및 제2 아암 부분들(110, 112)은 각각 하향으로 연장하는 제1 및 제2 장착부들(128, 130)을 포함한다. 제1 전력 커넥터(132)는 제1 아암 부분(110)의 제1 장착부(128) 내로 성형되는 반면, 제2 전력 커넥터(134)는 제2 아암 부분(112)의 제2 장착부(130) 내로 성형된다. 제1 및 제2 전력 커넥터들(132, 134)은 복수의 배터리 모듈들(10)이 함께 연결되는 것을 가능하게 한다. 제1 및 제2 전력 커넥터들(132, 134)은 캐리어 본체(104)의 절연 플라스틱에 의해 리드 프레임(106)으로부터 전기적으로 절연된다.
[0058] 제1 전력 커넥터(132)는 핀 형상이고 그리고 확장 원형 헤드(140)에 결합되는 중실 원통형 본체(138)를 포함한다. 본체(138)는 제1 장착부(128)의 외부 측으로부터 연장하는 반면, 헤드(140)는 제1 장착부(128)의 내부 측에 대해 배치된다. 헤드(140)는, 예컨대, 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에 의해 하부 상호연결 패널(60)의 제1 전력 탭(90)에 물리적으로 그리고 전기적으로 연결될 수 있다.
[0059] 제2 전력 커넥터(134)는 확장 원형 헤드(144)에 결합되는 중공 원통형 본체를 포함한다. 본체의 개방 단부는 소켓(146)을 형성하며, 소켓은 제2 장착부(130)의 외부 측에 인접하게 배치되는 반면, 헤드(144)는 제2 장착부(130)의 내부 측에 대해 배치된다. 헤드(144)는 예컨대, 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에 의해 하부 상호연결 패널(60)의 제2 전력 탭(92)에 물리적으로 그리고 전기적으로 연결될 수 있다.
[0060] 제1 전력 커넥터(132)의 본체(138)는 하우징 본체(18)의 외벽(24a)의 슬롯(28)을 통해 연장하는 반면, 제2 전력 커넥터(134)의 소켓(146)은 외벽(24b)의 홀(29)과 정렬된다. 제1 전력 커넥터(132)의 본체(138)는 제2 전력 커넥터(134)의 소켓(146)에 수용되도록 크기가 정해진다. 이러한 방식으로, 제1 제1 배터리 모듈(10)의 제1 전력 커넥터(132)의 본체(138)를 제2 제1 배터리 모듈(10)의 제2 전력 커넥터(134)의 소켓(146) 내로 삽입함으로써, 제1 제1 배터리 모듈(10)은 제2 제1 배터리 모듈(10)에 전기적으로 연결될 수 있다.
[0061] 캐리어(62)는 제1 BIS(16)의 다른 구성요소들과 함께, 상부 셀 홀더(40a)에 지지되며, 상부 셀 홀더는 결국, 하우징 본체(18)의 내부 플랜지(32)에 지지된다. 하우징 본체(18)의 포스트(34)는 하우징 본체(18) 내에서 이러한 구성요소들의 정렬을 고정하고 그리고 유지하는 것을 돕기 위해 상부 셀 홀더(40a) 및 BIS(16)의 정렬되는 개구들을 통해 연장할 수 있다. 제1 BIS(16)가 그렇게 위치결정되는 경우, 캐리어(62)의 주요 부분(108)은, 캐리어(62)의 커넥터(118)가 내부 챔버(38) 내로 연장하도록 하우징 본체(18)의 내부 챔버(38) 위에 위치결정되며, 내부 챔버(38)에서, 커넥터(118)는 감시 모듈(15)의 커넥터(122)에 연결된다.
[0062] 이제 도 15 및 도 16을 참조하면, 감시 모듈(15)은, PCB에 고정되는 커넥터(122)를 가지는 PCB(39)를 포함한다. 커넥터(122)는 PCB(39)와 리드 프레임(106) 사이의 전기적 연결을 구축하기 위해 캐리어(62)의 커넥터(118)에 끼워맞춤한다. PCB(39)는 하나 이상의 프로세서들 및 메모리를 포함할 수 있는 감시 회로를 갖는다. 하나 이상의 프로세서들은 하나 이상의 ASIC들(application specific integrated circuits), 하나 이상의 FPGA들(field programmable gate arrays), 하나 이상의 범용 프로세서들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 메모리는 RAM(random access memory)과 같은 휘발성 메모리, 및/또는 ROM(read-only memory)과 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
[0063] 감시 모듈(15)은 제1 배터리 모듈(10)의 작동을 감시하도록 작동가능하다. 예를 들어, 감시 회로는 각각의 배터리 셀(14) 및/또는 배터리 셀들(14)의 각각의 그룹에 걸친 전압을 감시할 수 있다. 또한, 감시 회로는 제1 및 제2 전력 커넥터들(132, 134)을 통해 제1 배터리 모듈(10) 내로 또는 그 밖으로 흐르는 전류를 감시할 수 있다. 추가적으로, 감시 회로는 제1 배터리 모듈(10) 내의 다양한 위치들에서 온도들을 감시할 수 있다. 감시되는 전압들, 전류들 또는 온도들 중 일부가 미리 정해진 레벨을 초과하는 경우, 감시 회로는 차량 배터리 시스템을 위한 마스터 제어기에게 통지하기 위해 경보를 생성할 수 있다. 임의의 생성되는 알람들뿐만 아니라, 감시되는 전압들, 전류들 및 온도들에 대한 값들은 감시 모듈(15)과 마스터 제어기 사이에 연결되는 CAN(Controller Area Network) 버스(bus)에 걸쳐 마스터 제어기로 전송될 수 있다.
[0064] 도 16에 도시되는 바와 같이, 감시 모듈(15)은 하우징 본체(18)의 내부 챔버(38)에 배치되며, 이 때 PCB(39)는 장착부들(37)의 슬롯들에 유지된다. 커넥터들(118, 122)은, 커넥터(18)의 커넥터 핀(120)을 수용하는 커넥터(122)의 소켓 접점들과 함께 커플링되며, 이에 의해 제1 BIS(16)의 감지 접점들(100)과 감시 모듈(15)의 감시 회로 사이를 연결한다.
[0065] 이제 도 17을 참조하면, 본 개시내용의 제2 실시예에 따라 구성되는 제2 배터리 모듈(160)이 도시된다. 제2 배터리 모듈(160)은, 제2 배터리 모듈(160)이 제1 BIS(16) 대신 제2 BIS(162)를 가지는 것을 제외하고, 제1 배터리 모듈(10)과 동일한 구조를 갖는다.
[0066] 제2 BIS(162)는 아래에 설명되는 차이들을 제외하고, 제1 BIS(16)와 동일한 구성을 가지고 그리고 제1 BIS(16)와 동일한 방식으로 배터리 셀들(14)을 상호연결한다. 제2 BIS(162)는 일반적으로 상부 상호연결 층 또는 패널(164), 하부 상호연결 층 또는 패널(166) 및 캐리어(170)를 포함한다. 제2 BIS(162)는 하나 이상의 전기 절연 층들(168)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 BIS(162)는, 도 17에 도시되는 바와 같이, 상부 절연 층(168a) 및 하부 절연 층(168b)을 포함할 수 있다. 절연 층(168)은, 절연 층들(168)이 절연 층들(64)과 같이 측 부분들이 제거되지 않은 것을 제외하고, 절연 층들(64)과 동일한 구성을 갖는다. 이와 같이, 절연 층(168)의 모든 개구들(68)은 층들(168)의 내부 에지들에 의해 완전히 에워싸인다.
[0067] 제1 BIS(16)의 하부 절연 층(64b)과 마찬가지로, 제2 BIS(162)의 하부 절연 층(168b)은 하부 상호연결 패널(166)과 상부 셀 홀더(40a) 사이에 배치된다. 그러나, 제1 BIS(16)의 상부 절연 층(64a)과 달리, 제2 BIS(162)의 상부 절연 층(168a)은 덮개(20)와 상부 상호연결 패널(164) 사이에 배치된다. 상부 절연 층(168a)은 상부 상호연결 패널(164)의 최상부 측에 접착제에 의해 고정될 수 있으며, 그리고 저부 절연 층(168b)은 저부 상호연결 패널(166)의 저부 측에 접착제에 의해 고정될 수 있다. 대안적으로, 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166), 캐리어(170), 및 절연 층들(168)은 모두, 제2 BIS(162)를 일체형 조립체로 만들기 위해 물리적 커넥터들에 의해 함께 고정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 셀 홀더(40a)는 또한 동일한 또는 상이한 커넥터들에 의해 제2 BIS(162)에 고정될 수 있다.
[0068] 도 18에 도시되는 바와 같이, 제2 BIS(162)는 상부 셀 홀더(40a) 및 배터리 셀들(14)의 최상부에 배치된다. 제1 배터리 모듈(10)의 제1 BIS(16)와 마찬가지로, 제2 BIS(162)는 제2 배터리 모듈(160)을 위한 요구되는 회로 배열체로 배터리 셀들(14)을 함께 연결한다. 회로 배열체는 직렬, 병렬 및/또는 그의 조합으로 함께 연결되는 배터리 셀들(14)을 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀들(14)의 복수의 그룹들은 전기적으로 직렬로 연결될 수 있으며, 각각의 그룹에서, 배터리 셀들(14)은 전기적으로 병렬로 연결된다.
[0069] 이제 도 19 내지 도 21을 또한 참조하면, 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166)은 일반적으로 직사각형이고 그리고 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금과 같은 전도성 금속의 기판(172)으로 구성된다. 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166) 각각은 전도성 금속의 시트로 스탬핑 작동시에 형성된다. 제2 실시예는 특히 약 0.005인치(0.127mm) 내지 약 0.020인치(0.508mm)의 그리고 더 바람직하게는 약 0.010인치(0.254mm)의 두께를 가지는 기판(172)을 갖는, 구리로 구성된 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166)을 가지는데 특히 적합하다. 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166)은 각각 하나의 일체형 또는 모놀리식 구조일 수 있거나, 희생 타이 바들을 절단함으로써 형성될 수 있는 갭들 또는 공간들에 의해 서로 분리되는 복수의 섹션들을 포함할 수 있다.
[0070] 위에서 그리고 아래에 유의되는 것을 제외하고, 제2 BIS(162)의 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166)은 제1 BIS(16)의 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)과 동일한 구성을 갖는다. 제1 BIS(16)의 상부 및 하부 상호연결 패널들(58, 60)과 달리, 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166)은 측 부분들이 제거되지 않는다. 따라서, 모든 개구들(78)은 기판들(172)의 에지들에 의해 완전히 에워싸인다.
[0071] 도 19에 가장 잘 도시되는 바와 같이, 상부 상호연결 패널(164)의 기판(172)은 상부 상호연결 패널(58)의 기판(70)보다 더 얇다. 또한, 상부 상호연결 패널(164)은 양극 접점들(74) 대신에 복수의 양극 접점들(174) 및 음극 접점들(76) 대신에 복수의 음극 접점들(176)을 갖는다. 그러나, 양극 및 음극 접점들(174, 176)은 상부 상호연결 패널(58)의 양극 및 음극 접점들(74, 76)로서 유사하게 구성되고 그리고 배열되며, 그 사이의 차이는 아래에서 설명된다. 양극 접점들(174)은 각각 패드 부분(174a) 및 커넥터 부분(174b)을 가지며, 그리고 음극 접점들(176)은 각각 패드 부분(176a) 및 커넥터 부분(176b)을 갖는다. 커넥터 부분들(174b, 176b)은 상부 상호연결 패널(58)의 커넥터 부분들(74b, 76b)보다 더 얇다. 커넥터 부분들(174b, 176b)은 패드 부분들(174a, 176a)과 거의 동일한 두께이다.
[0072] 이전 내용 이외에도, 상부 상호연결 패널(164)의 양극 및 음극 접점들(174, 176)을 위한 커넥터 부분들(174b, 176b)의 굴곡부들은 상부 상호연결 패널(58)의 양극 및 음극 접점들(74, 76)을 위한 커넥터 부분들(74b, 76b)의 굴곡부들보다 더 확연하다(즉, 더 큼). 굴곡부들은, 패드 부분들(174a, 176a)이 예컨대 전자빔 용접 또는 레이저 빔 용접에 의해 배터리 셀들(14)의 단자들(52, 54)에 고정되는 것을 가능하게 하도록, 커넥터 부분들(174b, 176b)이 캐리어(170)의 보다 큰 두께에 걸쳐 연장하는 것을 허용하기 위해 보다 크다.
[0073] 도 20에 가장 잘 도시되는 바와 같이, 하부 상호연결 패널(166)의 기판(172)은 하부 상호연결 패널(60)의 기판(70)보다 더 얇다. 또한, 하부 상호연결 패널(166)은 양극 접점들(80) 대신에 복수의 양극 접점들(180) 및 음극 접점들(82) 대신에 복수의 음극 접점들(182)을 갖는다. 그러나, 양극 및 음극 접점들(180, 182)은 하부 상호연결 패널(60)의 양극 및 음극 접점들(80, 82)로서 유사하게 구성되고 그리고 배열되며, 그 사이의 차이는 아래에서 설명된다. 양극 접점들(180)은 각각 패드 부분(180a) 및 커넥터 부분(180b)을 가지며, 그리고 음극 접점들(182)은 각각 패드 부분(182a) 및 커넥터 부분(182b)을 갖는다. 커넥터 부분들(180b, 182b)은 하부 상호연결 패널(60)의 커넥터 부분들(80b, 82b)보다 더 얇다. 커넥터 부분들(180b, 182b)은, 커넥터 부분들(180b, 182b)이 실질적으로 평탄하고 그리고 패드 부분들(180a, 182a)과 각각 매끄럽게 합쳐지도록 패드 부분들(180a, 182a)과 거의 동일한 두께이다. 상부 상호연결 패널(164)과 마찬가지로, 하부 상호연결 패널(166)의 패드 부분들(180a, 182a)은, 예컨대, 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에 의해 배터리 셀들(14)의 단자들(52, 54)에 고정된다.
[0074] 이제 도 22 및 23을 참조하면, 캐리어(170)는 플라스틱 본체(184) 및 리드 프레임(106)을 포함한다. 본체(184)는 열가소성 수지로 리드 프레임(106)을 오버몰딩함으로써 형성된다. 바람직하게는, 열가소성 수지는 우수한 전기 절연 특성들을 가지고 그리고 내열성이다. 사용될 수 있는 열가소성 수지들의 예들은 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 에테르, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드, 액정 폴리머, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함한다. 특히 적합한 상업적으로 이용가능한 열가소성 수지들은 유리 또는 탄소 섬유를 갖는 SPS(syndiotactic polystyrene)(이는 상표명 Xarec®로 Indemitsu Kosan Co., Ltd.으로부터 상업적으로 이용가능함); 및 PPO(polyphenylene oxide) 및 PS(polystyrene)의 혼합물(이는 상표명 Noryl®로 SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 이용가능함)을 포함한다.
[0075] 캐리어(170)의 본체(184)는 형상이 직사각형이고 그리고 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166) 및 절연 층들(168)보다 약간 큰 치수들(길이 및 폭)을 갖는다. 본체(184)는 오버몰드 부분(192) 및 주변 상부 플랜지(186)에 의해 범위가 정해지는 상부 표면(185)을 갖는다. 유사하게, 본체(184)는 오버몰드 부분(192) 및 주변 하부 플랜지(188)에 의해 범위가 정해지는 하부 표면(187)을 갖는다. 상부 및 하부 표면들(185, 187) 사이의 본체(184)의 두께는 약 0.039인치(1mm) 내지 약 0.188인치(3mm)이고, 그리고, 보다 바람직하게는 약 0.079인치(2mm)이다. 이와 같이, 본체(184)는 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166) 각각의 두께의 약 2배 내지 약 24배의 두께, 및 보다 바람직하게는 이 두께의 약 6배 내지 8배이다. 본체(184)는 상부 및 하부 표면들(185, 187)을 통해 연장하는 복수의 확장 직사각형 개구들(190)를 가지며, 개구들(190)의 수는 배터리 셀들(14)의 수와 동일하다. 캐리어(170)는 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166) 사이에 배치되고 그리고 이들에 접한다. 보다 구체적으로, 상부 상호연결 패널(164)은 캐리어 본체(184)의 상부 표면(185)에 접하며 그리고 그의 외부 에지들은 상부 플랜지(186)에 의해 둘러싸이는 반면, 하부 상호연결 패널(166)은 캐리어 본체(184)의 하부 표면(187)에 접하며 그리고 그의 외부 에지들은 하부 플랜지(188)에 의해 둘러싸인다. 캐리어 본체(184)의 개구들(190)은 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166)의 개구들(78)뿐만 아니라 절연 층들(168)의 개구들(68)과 정렬되어서, 제2 BIS(162)에 개구들(194)을 형성한다(도 24에서 가장 잘 도시됨). 상부 플랜지(186)는 제1 절연 층(168a)의 외부 에지들을 둘러싸는 반면, 하부 플랜지(188)는 제2 절연 층(168b)의 외부 에지들을 둘러싼다. 상부 및 하부 플랜지들(186,188)은 캐리어(170)와의 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166) 및 절연 층들(168)의 정렬을 유지하는 것을 돕는다. 위에서 제시된 바와 같이, 절연 층들(168), 상부 및 하부 상호연결 패널(164, 166), 및 캐리어(170)는 물리적 커넥터들에 의해 함께 고정될 수 있으며, 이에 의해 단일, 멀티-구성요소 구조를 형성한다.
[0076] 캐리어(170)의 본체(184)는 상부 상호연결 패널(164) 및/또는 하부 상호연결 패널(166)에서 타이 바들과 정렬되는 윈도우들 또는 홀들(183)을 더 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166) 각각에서, 타이 바들은 제조 및/또는 후속적인 취급을 용이하게 하기 위해 기판(172)의 섹션들을 일시적으로 함께 연결시킬 수 있다. 그러나, 이러한 타이 바들은, 제2 BIS(162)가 요망되는 방식으로 배터리 셀들(14)을 함께 연결하는 것을 가능하게 하도록 나중에 절단되거나 제거되어야 한다. 캐리어(170)의 본체(184)에서의 홀들(183)은, 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166)이 캐리어(170)에 장착된 후에 타이 바들을 절단하거나 제거하기 위해, 타이 바들이 레이저 또는 펀치에 의해 접근되는 것을 가능하게 하며, 즉, 홀들(183)은 BIS(162)가 디버스되는(debussed) 것을 가능하게 한다. 물론, 타이 바들은, 타이 바들이 캐리어(170)에 장착되기 전에 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166)로부터 (레이저 또는 펀칭에 의해) 절단되거나 제거될 수 있다.
[0077] 캐리어 본체(184)의 오버몰드 부분(192)은 리드 프레임(106)뿐만 아니라 제1 및 제2 커넥터 하우징들(114, 117)을 포함한다. 오버몰드 부분(192)은 제2 BIS(162)의 슬롯(98) 및 내부 챔버(38)와 정렬되도록 캐리어(170)에 위치된다. 리드 프레임(106)의 상부 부분은 오버몰드 부분(192)의 측 에지들로부터 안쪽으로 이격되는 오목부들에 노출되고 그리고 배치되는 패드들(115)를 제외하고, 캐리어 본체(184)의 중합체로 완전히 덮힌다. 패드들(115)은 예컨대, 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에 의해 각각 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166)의 감지 접점들(100)에 전기적으로 및 기계적으로 각각 연결된다. 패드들(115)은 리드들(116)에 의해 커넥터 핀들(120)에 연결되며, 커넥터 핀들은 감시 모듈(15)의 커넥터(122)와 커플링하는 커넥터(118)를 형성하기 위해 제1 커넥터 하우징(114)으로 하향으로 돌출하는 열 또는 매트릭스로 배열된다. 그러나, 커넥터 핀들(120) 중 일부는, 감시 모듈(15)을 차량 배터리 시스템을 위한 마스터 제어기에 연결하는데 사용될 수 있는 커넥터(126)를 형성하기 위해 제2 커넥터 하우징(117)으로 연장하는 커넥터 블레이드들(124)에 연결된다. 커넥터(126)는 하우징 본체(18)의 외벽(24c)의 개구(27)를 통해 접근가능하다.
[0078] 캐리어(62)에서와 같이, 캐리어 본체(184)의 부분(예컨대, 오버몰딩 부분(192))은 상부 상호연결 패널(164) 위에 배치되며, 그리고 캐리어 본체(184)의 부분(예컨대, 커넥터 하우징(114))은 하부 상호연결 패널(166) 아래에 배치된다.
[0079] 캐리어(170)는 캐리어(170)의 대향하는 전방 및 후방 측들로부터 하향으로 돌출하는 제1 및 제2 장착부들(128, 130)을 포함한다. 제1 배터리 모듈(10)의 캐리어(62)에서와 같이, 제1 및 제2 장착부들(128, 130)은 하부 상호연결 패널(166)의 제1 및 제2 전력 탭들(90, 92)에 고정되는 제1 및 제2 전력 커넥터들(132, 134)을 포함한다. 제1 및 제2 전력 커넥터들(132, 134)은 캐리어 본체(184)의 절연 플라스틱에 의해 리드 프레임(106)으로부터 전기적으로 절연된다.
[0080] 제2 BIS(162)는, 제2 BIS(162)의 개구들(194)이 상부 셀 홀더(40a)의 개구들(44)과 각각 정렬되도록 상부 셀 홀더(40a)의 최상부에 배치된다. 상부 셀 홀더(40a) 및 제2 BIS(162)는 하우징 본체(18)의 내부 플랜지(32) 상에서 지지된다. 하우징 본체(18)의 포스트(34)는 하우징 본체(18) 내에서 이러한 구성요소들의 정렬을 고정하고 그리고 유지하는 것을 돕기 위해 상부 셀 홀더(40a) 및 제2 BIS(162)의 정렬되는 개구를 통해 연장할 수 있다. 제2 BIS(162)가 그렇게 위치결정되는 경우, 캐리어(170)의 오버몰드 부분(192)은, 캐리어(170)의 커넥터(118)가 내부 챔버(38) 내로 연장하도록 하우징 본체(18)의 내부 챔버(38) 위에 위치결정되며, 내부 챔버(38)에서, 커넥터(118)는 감시 모듈(15)의 커넥터(122)에 연결된다.
[0081] 이제 도 24를 참조하면, 제2 BIS(162)가 배터리 셀들(14)과 인터페이싱하는(interfacing) 것으로 도시된다. 각각의 배터리 셀(14)은 상부 셀 홀더(40a)의 개구(44)와 연관된다. 보다 구체적으로, 각각의 배터리 셀(14)은, 배터리 셀(14)의 상부 부분이 개구(44)를 규정하는 기판(42)의 내부 표면에 의해 둘러싸이도록 상부 셀 홀더(40a)의 개구(44) 내로 연장한다. 도시되는 바와 같이, 배터리 셀(14)의 중심 양극 단자들(52) 및 주변 환형 음극 단자들(54)의 최상부 표면들은 상부 셀 홀더(40a)의 최상부 표면과 대략 같은 높이에 배치된다.
[0082] 각각의 배터리 셀(14)은 또한, 제2 BIS(162)의 개구(194)와 연관된다. 각각의 개구(194) 및 그의 연관된 배터리 셀(14)에 대해, 배터리 셀(14)의 양극 단자(52)는 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166) 중 하나의 양극 접점(174, 180)에 연결되며, 그리고 배터리 셀(14)의 음극 단자(54)는 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166) 중 다른 하나의 음극 접점(176, 182)에 연결된다. 예를 들어, 배터리 셀(14a)은 상부 상호연결 패널(164)의 양극 접점(174)에 연결되는 그의 양극 단자(52) 및 하부 상호연결 패널(166)의 음극 접점(182)에 연결되는 음극 단자(54)를 갖는다. 도시되는 바와 같이, 양극 접점(174)을 위한 커넥터 부분(174b)은 양극 단자(52)와의 물리적 접촉 상태로 양극 접점(174)의 패드 부분(174a)을 배치하기 위해 캐리어(170), 하부 상호연결 패널(166) 및 하부 절연 층(168b)에 걸쳐 하향으로 구부러지며, 여기서 패드 부분 및 양극 단자는 함께 고정된다. 배터리 셀들(14)의 단자들(52, 54)은 전자 빔 용접 또는 레이저 빔 용접에 의해 상부 및 하부 상호연결 패널들(164, 166)의 접점들(174, 176, 180, 182)에 연결될 수 있다.
[0083] 제1 및 제2 배터리 모듈들(10, 160)의 이전의 설명이 총망라된 것이라기 보다는 단지 예시적인 것으로 의도되는 것이 이해될 수 있다. 당업자는 본 개시내용의 사상 또는 그의 범주를 벗어나지 않고 제1 및 제2 배터리 모듈들(10, 160)에 대한 특정한 추가들, 삭제들 및/또는 수정들을 수행할 수 있을 것이다. 예를 들어, 2개의 상호연결 패널들(상부 및 하부)을 가지는 각각의 배터리 모듈(10, 160) 대신에, 각각의 배터리 모듈(10, 160)은 오직, 하나의 상호연결 패널, 예컨대, 상부 상호연결 패널(58, 164)을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 단일 상호연결 패널은 복수의 섹션들로 분리되며, 각각의 배터리 셀(14)의 양극 및 음극 단자들(52, 54)은 각각, 별도의 양극 및 음극 섹션들에 연결된다.
[0084] 다른 예는 일부 실시예들에서 각각의 배터리 모듈들(10, 160)의 다양한 구성요소들이 상이하게 배열될 수 있다. 보다 구체적으로, 리드 프레임(106), 커넥터(118), 내부 챔버(38), 및 감시 모듈(15)은 상이한 위치 및/또는 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징 본체(18)에 위치되는 (내부에 배치되는 감시 모듈(15)을 갖는) 내부 챔버(38)를 가지는 것 대신에, 외부 벽들(24a, 24b) 사이의 중간에, (감시 모듈(15)을 갖는) 내부 챔버(38)는 외부 벽들(24) 중 하나를 따라 또는 다른 곳에 위치될 수 있다. 배터리 모듈들(10, 160)의 다른 구성요소들은 또한 위치 및/또는 배향의 이전의 변경을 가능하게 하거나 용이하게 하기 위해 재구성되고 그리고/또는 재위치되어야 할 수 있다.
[0085] 제1 및 제2 배터리 모듈들(10, 160)에 대해 이루어질 수 있는 다른 수정들은 제1 및 제2 전력 커넥터들(132, 134)의 위치들 및/또는 배향들을 변경하는 것을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 전력 커넥터들(132, 134) 및 이들의 대응하는 슬롯(28) 및 홀(29)은 외벽들(24a, 24b)의 중심을 향해 위치되도록 이동될 수 있다. 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 전력 커넥터들(132, 134) 및 이들의 대응하는 슬롯(28) 및 홀(29)은 외벽들(24c, 24d)로 각각 이동될 수 있다.

Claims (18)

  1. 배터리 모듈(battery module)로서,
    본체에 부착가능한 커버(cover)를 가지는 하우징(housing);
    상기 하우징에 배치되는 복수의 배터리 셀들(battery cells) ─ 상기 배터리 셀들 각각은 단자들의 쌍을 포함함 ─ ;
    전도성 금속의 시트로부터 스탬핑되는(stamped) 상부 상호연결 패널(upper interconnect panel) ─ 상기 상부 상호연결 패널은 상기 상부 상호연결 패널을 통해 연장하는 복수의 제1 패널 개구들을 가지고 그리고 상기 배터리 셀들의 단자들에 고정되는 복수의 제1 접점들을 각각 포함하며, 상기 제1 접점들은 상기 제1 패널 개구들에 적어도 부분적으로 각각 배치됨 ─ ;
    전도성 금속의 다른 시트로부터 스탬핑되는 하부 상호연결 패널 ─ 상기 하부 상호연결 패널은 상기 하부 상호연결 패널을 통해 연장하는 복수의 제2 패널 개구들을 가지고 그리고 상기 배터리 셀의 단자들에 고정되는 복수의 제2 접점들을 각각 포함하며, 상기 제2 접점들은 상기 제2 패널 개구들에 적어도 부분적으로 각각 배치됨 ─ ;
    열가소성 수지의 본체로 성형되는 리드 프레임(lead frame)을 포함하는 캐리어(carrier) ─ 상기 리드 프레임은 상기 상부 및 하부 상호연결 패널들 상의 복수의 위치들에 연결되며, 그리고 상기 캐리어의 본체의 적어도 상부 부분은 상기 상부 상호연결 패널 위에 배치되며, 그리고 상기 캐리어의 본체의 적어도 하부 부분은 상기 하부 상호연결 패널 아래에 배치됨 ─ ; 및
    상기 리드 프레임에 연결되는 감시 모듈(monitoring module)을 포함하며, 그리고
    상기 상부 및 하부 상호연결 패널들은 회로 배열체를 형성하기 위해 상기 배터리 셀들에 연결되며, 그리고 상기 감시 모듈은 상기 회로 배열체의 전기적 특성들을 측정하도록 작동가능한,
    배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 리드 프레임을 상기 감시 모듈에 연결하기 위한 리드 커넥터(lead connector)를 포함하며, 상기 리드 커넥터는 상기 캐리어의 본체에 형성되는 커넥터 하우징을 포함하고, 상기 커넥터 하우징은, 상기 리드 프레임의 접점들이 배치되는 내부를 규정하고 그리고 상기 접점들이 접근가능한 개구를 가지는,
    배터리 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 상부 상호연결 패널과 상기 하부 상호연결 패널 사이에 배치되는,
    배터리 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 상호연결 패널들의 전도성 금속은 구리 또는 구리 합금인,
    배터리 모듈.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 감시 모듈은 회로 기판을 포함하며, 상기 회로 기판은 상기 회로 기판에 고정되는 보드 커넥터(board connector)를 가지고, 상기 보드 커넥터 및 상기 리드 커넥터는 상기 캐리어의 리드 커넥터를 상기 회로 기판에 연결하는 플러그-인 맞물림부(plug-in engagement)를 가지는,
    배터리 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 보드 커넥터는, 상기 리드 커넥터의 커넥터 하우징에 적어도 부분적으로 배치되는 핀 헤더(pin header)를 포함하며, 그리고
    상기 리드 프레임의 접점들은 상기 핀 헤더에 수용되는 핀들인,
    배터리 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 리드 프레임의 부분들 사이에 고정되는 써미스터(thermistor) 또는 퓨즈(fuse)를 더 포함하는,
    배터리 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 캐리어의 본체는 상부 플랜지(upper flange)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 상부 표면 및 하부 플랜지에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 하부 표면을 가지며, 그리고
    상기 상부 상호연결 패널은 상기 본체의 상부 표면에 접하고 그리고 상기 상부 플랜지로부터 안쪽으로 배치되며, 그리고 상기 하부 상호연결 패널은 상기 본체의 하부 표면에 접하고 그리고 상기 하부 플랜지로부터 안쪽으로 배치되는,
    배터리 모듈.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징의 본체는 상기 배터리 셀이 배치되는 내부 유지 공간을 규정하며, 그리고
    상기 본체는 상기 내부 유지 공간으로부터 범위가 정해지는 내부 챔버(inner chamber)를 적어도 부분적으로 규정하는 적어도 하나의 내부 벽을 포함하는,
    배터리 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 감시 모듈은 상기 내부 챔버에 배치되는,
    배터리 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    각각의 배터리 셀은 상기 상부 상호연결 패널의 제1 접점들 중 하나 및 상기 하부 상호연결 패널의 제2 접점들 중 하나에 연결되는,
    배터리 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 접점들 중 일부는 상기 배터리들의 양극 단자들(positive terminals)에 각각 연결되며, 그리고 상기 제1 접점들 중 일부는 상기 배터리들의 음극 단자들(negative terminals)에 각각 연결되고; 그리고
    상기 제2 접점들 중 일부는 상기 배터리들의 양극 단자들에 각각 연결되며, 그리고 상기 제2 접점들 중 일부는 상기 배터리의 음극 단자들에 각각 연결되는,
    배터리 모듈.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 상호연결 패널들은 서로 정렬되는 확장 슬롯들(enlarged slots)을 각각 포함하며, 그리고
    상기 캐리어는 정렬되는 슬롯들에 배치되는,
    배터리 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 상호연결 패널들의 전도성 금속은 알루미늄 또는 알루미늄 합금인,
    배터리 모듈.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 상부 상호연결 패널과 상기 하부 상호연결 패널 사이에 배치되는,
    배터리 모듈.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 캐리어는 내부에 형성되는 복수의 확장 캐리어 개구들을 가지며,
    상기 캐리어 개구들 중 각각 하나는 상기 배터리 셀들 중 하나와 연관되는,
    배터리 모듈.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 캐리어의 본체는 상부 표면 및 하부 표면을 가지며, 그리고,
    상기 상부 표면과 하부 표면 사이에서 상기 본체의 두께는 상기 상부 및 하부 상호연결 패널들 각각의 두께의 약 2배 내지 약 24배인,
    배터리 모듈.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 본체의 상부 표면은 상부 플랜지에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이며, 그리고 상기 본체의 하부 표면은 하부 플랜지에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 그리고
    상기 상부 상호연결 패널은 상기 본체의 상부 표면에 접하고 그리고 상기 상부 플랜지로부터 안쪽으로 배치되며, 그리고 상기 하부 상호연결 패널은 상기 본체의 하부 표면에 접하고 그리고 상기 하부 플랜지로부터 안쪽으로 배치되는,
    배터리 모듈.
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