KR20210075017A - 배터리 트레이 - Google Patents

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KR20210075017A
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도미닉 마니히
로거 쿠퍼슈미트
슈테판 필리프
미하엘 유슈트
하잔 아타소이
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지에프 캐스팅 솔루션스 아게
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Abstract

본 발명은 자동차용의, 바람직하게는 전기 구동 차량용의 적어도 하나의 배터리 모듈을 위한 배터리 트레이에 관한 것으로, 상기 배터리 모듈은, 전방 모듈, 후방 모듈 및 적어도 하나의 중앙 모듈을 갖는 다수의 배터리 셀 모듈들을 포함하고, 모듈들은 베이스 섹션 및 적어도 하나의 벽 섹션을 각각 포함하고, 상기 베이스 섹션 상에 또는 내에 냉각 매체용 덕트들이 배열되고, 상기 모듈들은 주조 부품들로서 구현되고, 또한 폐쇄된, 압력 타이트한 그리고 매체 타이트한 배터리 트레이를 형성하기 위해 접합 방법들에 의해 서로 연결된다.

Description

배터리 트레이{Battery tray}
본 발명은 자동차용의, 바람직하게는 전기 구동 차량용의 적어도 하나의 배터리 모듈을 위한 배터리 트레이에 관한 것이고, 배터리 모듈은, 전방 모듈, 후방 모듈 및 적어도 하나의 중앙 모듈을 포함하는 다수의 배터리 셀 모듈들을 포함하고, 모듈들은 베이스 섹션 및 적어도 하나의 벽 섹션을 각각 포함하고, 베이스 섹션 상에 또는 내에 냉각 매체용 덕트들이 배열된다.
전기 구동부가 독점적으로 또는 적어도 추가적으로 장착되는 자동차에는 전기 구동부용 에너지가 저장되는 상응하게 큰 배터리가 장착되어야 한다. 이 경우, 배터리 자체는 배터리 트레이 내에 수용되고, 그 결과 한편으로는 배터리는 외부 풍화 영향에 대해 보호되지만, 다른 한편으로는 배터리 내에 포함된 물질이 환경에 방출되는 것을 방지한다.
이 경우, 배터리 트레이의 크기는 수용될 배터리 셀의 개수에 따라 그리고 차량 내에 이용가능한 설치 공간에 따라 좌우된다.
금속 시트 및 프로파일로부터 제조되는 배터리 트레이는 종래 기술로부터 공지되어 있다. 배터리 트레이는 복수의 배터리 셀이 배열되는 트레이 형상의 케이싱에 의해 특징지어 진다. 배터리 트레이가 충분히 견고하다는 것을 보장하기 위해서는, 트레이의 원주방향 벽과 동시에 또한 기능할 수 있는 원주방향 프로파일이 주로 외부에 배열된다. 누출 방지 및 제조 공차에 관한 요건들이 높다.
또한, 배터리 셀이 고온에서 작동될 때, 배터리 셀이 가속된 노화 과정과 그 결과 단축된 수명을 경험한다는 것이 공지되어 있다. 이러한 불리한 효과에 대응하기 위해서는, 트레이 상에 관류 (flow-through) 냉각 덕트의 형태로 능동 냉각 시스템을 제공하는 것이 공지되어 있다.
공보 DE 10 2017 005 329 A1 는 필요한 배터리의 크기에 개별적으로 조정될 수 있는 금속 시트로부터 배터리 트레이를 제조하는 방법을 개시한다.
이 경우, 능동 냉각 시스템이 트레이 상에 제공되지 않는 단점이 있다.
공보 DE 10 2015 217 810 A1 는 배터리용 하우징을 개시하고, 개방 덕트는 주조 부품 내에 제공되고, 상기 개방 덕트는 추가의 플레이트에 의해 커버된다. 이 경우에, 덕트가 연장되어 자체적으로 폐쇄되고 이것은 팽창될 수 없기 때문에, 배터리 트레이의 크기가 개별적으로 증가되거나 배터리 트레이가 배터리의 크기에 조정될 수 없는 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 배터리를 냉각시키기 위한 시스템을 제공하여 트레이가 상이한 배터리 크기에 조정될 수 있거나, 추가의 투자 비용 없이 더 크거나 더 작은 배터리 트레이들이 제조될 수 있는 배터리 트레이를 제안하는 것이다.
이러한 목적은, 모듈들이 주조 부품들로서 구현되고 또한 폐쇄된, 압력 타이트한 그리고 매체 타이트한 배터리 트레이를 형성하기 위해 서로 접합되는 것에 의해 연결된다는 사실로 인해 본 발명에 따라 달성된다.
본 발명은 자동차용의, 바람직하게는 전기 구동 차량용의 적어도 하나의 배터리 모듈을 위한 본 발명에 따른 배터리 트레이에 관한 것으로, 배터리 모듈은, 전방 모듈, 후방 모듈 및 적어도 하나의 중앙 모듈을 갖는 다수의 배터리 셀들을 포함한다. 모듈들은 각각의 경우에 베이스 섹션 및 적어도 하나의 벽 섹션을 포함한다.
전방 모듈 및 또한 후방 모듈은, 베이스 섹션 주위에서 연결 구역으로서 구현되는 단부면까지 연장되는 벽을 바람직하게는 포함한다. 배터리 트레이의 대안의 실시형태에서, 전방 모듈은 후방 모듈을 나타낼 수 있거나, 역으로 나타낼 수 있다. 중앙 모듈은 두 개의 마주하여 놓이는 외부면들에서 각각의 경우에 벽 섹션을 포함하고, 또한 중앙 모듈에는 두 개의 마주하여 놓이는 단부면들에서 모듈들을 서로 연결할 수 있게 하는 연결 구역이 제공된다.
냉각 매체용 덕트들은 각각의 경우에 베이스 섹션 내에 또는 상에 배열되고, 상기 냉각 매체는 본 발명에 따라 배터리 트레이를 통해 유동하거나 배터리를 냉각시키기 위한 모듈들을 통해 유동한다.
모듈들은 주조 부품들로서 구현되고, 배터리 트레이를 형성하기 위해 서로 접합되는 것에 의해 연결되고, 배터리 트레이는 매체 타이트하고 또한 압력 타이트하다.
본 발명에 따른 배터리 트레이는 다수의 모듈들로부터 형성되는 폐쇄된 트레이를 나타내고, 결과적으로 트레이의 크기는, 예를 들어 추가의 중앙 모듈들이 모듈들 상의 균일한 연결 구역으로 인해 서로 양립가능하기 때문에 배터리 트레이가 추가의 중앙 모듈들에 의해 팽창될 수 있다는 점에서, 배터리의 크기에 따라 조정될 수 있다.
별개의 모듈들의 덕트들은 별개의 모듈들이 서로 접합되기 때문에 매체 타이트한 그리고 압력 타이트한 방식으로 서로 연결된다. 배터리 트레이 또는 모듈들은 또한 연결 구역들 내에서 매체 타이트한 그리고 압력 타이트한 방식으로 서로 연결되고, 그 결과 유체는 배터리 트레이 내로도 흐르지 않고 배터리 트레이 밖으로도 흐르지 않을 수 있다.
모듈들은 일 피이스 또는 일 부품으로서 구현되고, 다시 말해서 전방 모듈, 후방 모듈 및 또한 중앙 모듈이 베이스 섹션 및 적어도 하나의 벽 섹션을 갖는 일 피이스의 주조 부품으로서 각각 구현되고, 냉각 매체를 위한 덕트들이 베이스 섹션 내에 또는 상에 배열되는 것이 바람직하다.
모듈들이 압력 주조 부품들로서 제조되는 경우 유리한 것으로 나타났다. 이러한 제조 방법은 모듈들이 연결 구역들에서 양립가능하다는 것을 보장하기 위하여 부품들에 관하여 높은 정밀도를 수반한다.
바람직한 실시형태에 따라, 냉각 매체용 덕트들은 베이스 섹션의 하부면에 배열된다. 덕트들은 모듈 내에 또는 상에 각각 배열되거나, 일 피이스 주조 부품 내에 통합된다.
덕트들이 폐쇄된 단면을 갖는 것이 바람직하다. 덕트들은 바람직하게는 주조 재료로부터 형성되거나, 냉각 매체가 유동하는 중공 챔버는 주조 재료에 의해 직접 둘러싸인다.
상호 연결된 모듈들 중 적어도 하나의 모듈이 적어도 하나의 단부면에서 모듈들이 서로 연결될 수 있는 연결 구역을 갖는 경우 유리하다. 결과적으로 연결 구역은 서로에 대해 모듈들의 양립가능한 인터페이스이다.
연결 구역들이 연결 구역을 따라서 종방향으로 연장되는 레그 또는 오프셋 배열체 또는 단차형 배열체를 갖고 상호 연결된 모듈들이 연결 구역에서 중첩되는 경우 유리하다.
바람직한 실시형태는 상호 연결된 모듈들이 용접 방법, 리벳들, 스크류들 및/또는 접착제에 의해 중첩 연결 구역에서 접합되는 경우 그 자체로 도시된다. 이러한 유형의 접합 방법은 원하는 매체 타이트함 및 압력 타이트함을 보장한다. 자연적으로 연결이 매체 타이트하고 압력 타이트하다는 것을 보장한다면 추가의 접합 기술들이 또한 가능하다.
벽 섹션들이 배터리 트레이의 강도를 증가시키고 벽을 보강하는 리빙을 갖는 것이 유리하다.
배터리 트레이가 연결 덕트들을 포함하고, 연결 덕트들은 별개의 부품들로서 각각 구현되는 것이 바람직하다. 모듈들의 덕트들을 서로 연결하는 연결 덕트들은 모듈들 내에 통합되지 않지만 오히려 별개의 부품들로서 구현되고 또한 배터리 트레이 상에 배열된다. 연결 덕트들은 덕트들을 서로 연결하기 위하여 덕트들의 단부면에 각각 배열되는 것이 바람직하다. 덕트들은 연결 덕트들의 도움으로 서로 직렬로 또는 병렬로 연결될 수 있다.
냉각 매체용 덕트들은 병렬로 연장되고 또한 덕트들의 두 개의 단부들에서 각각 하나의 연결 덕트에 의해 서로 연결되는 것이 바람직하다.
연결 덕트들이 합성 재료 또는 금속 시트들로부터 구현되는 경우 유리한 것으로 보여진다. 이들은 그런 다음 모듈들에 접합될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 모듈들이 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금으로 제조된다는 사실로 인해 특징지어진다. 이는 배터리를 효율적으로 냉각시키기 위해 높은 수준의 강성 및 강도 및 또한 효율적인 열전도율과 함께 가능한 한 낮은 중량을 보장한다.
모든 실시형태 가능성들은 서로 자유롭게 결합될 수 있다.
본 발명의 일 예시적인 실시형태는 도면들의 도움으로 설명되고, 본 발명은 예시적인 실시형태로만 한정되지 않는다.
도 1 은 본 발명에 따른 배터리 트레이의 삼차원 도면을 도시한다.
도 2 는 아래에서 본 본 발명에 따른 배터리 트레이의 삼차원 도면을 도시하고, 덕트들은 직렬로 서로 연결된다.
도 3 은 아래에서 본 본 발명에 따른 배터리 트레이의 삼차원 도면을 도시하고, 덕트들은 병렬로 서로 연결된다.
도 4 는 두 개의 모듈들의 연결 구역을 통한 단면도이다.
도 1 에 도시된 도면은 자동차용의, 바람직하게는 전기 구동된 자동차용의 본 발명에 따른 배터리 트레이 (1) 를 도시한다. 본 발명에 따른 배터리 트레이 (1) 는 배터리 모듈 (미도시) 을 수용하기 위해 사용되고, 배터리 모듈은 다중 배터리 셀 모듈들을 포함한다. 본 발명에 따른 배터리 트레이 (1) 는 전방 모듈 (2), 후방 모듈 (3) 및 적어도 하나의 중앙 모듈 (4) 을 포함한다. 모듈들 (2, 3, 4) 은 각 경우에 베이스 섹션 (5) 과 적어도 하나의 벽 섹션 (6) 을 포함한다. 모듈들 (2, 3, 4) 은 일 피이스 주조 부품들, 바람직하게는 압력 캐스팅으로 각각 구현된다. 배터리 모듈을 냉각시키기 위한 냉각 매체용 덕트들 (7) 은 모듈들 (2, 3, 4) 의 베이스 섹션 (5) 내에 또는 상에 배열된다. 게다가, 모듈들 (2, 3, 4) 은 배터리 트레이 (1) 내에 배터리 셀들을 고장하기 위하여 배터리 셀 모듈 부착 지점 (12) 을 바람직하게는 포함한다. 모듈들 (2, 3, 4) 은 연결 구역들 (8) 에서 서로 연결된다. 서로 양립가능한 연결 구역 (8) 에 의해 설치되어야 하는 배터리 모듈에 따라 배터리 트레이 (1) 를 커스터마이즈할 수 있다. 다시 말해서, 필요에 따라, 배터리 트레이 (1) 의 크기를 그에 따라 증가시키기 위해 추가의 중앙 모듈들 (4) 을 설치할 수 있다. 배터리 트레이 (1) 의 도 1 내지 도 3 에 도시된 실시형태는 두 개의 중앙 모듈들 (4) 을 포함하지만, 단 하나의 또는 여전히 추가의 중앙 모듈들 (4) 을 또한 설치할 수 있다. 모듈들 (2, 3, 4) 은 벽 섹션들 (6) 을 포함하고, 전방 모듈 (2) 및 후방 모듈 (3) 은 연결 구역 (8) 까지 연장되는 벽 섹션 (6) 을 포함하고, 중앙 모듈 (4) 은 두 개의 마주하여 놓이는 벽 섹션들 (6) 을 포함한다. 트레이 (1) 의 강성 및 강도를 보장하는 벽 섹션들 (6) 의 리빙 (6) 이 또한 분명하게 드러난다.
냉각 매체용 덕트들 (7) 은 도 2 에 분명하게 드러나고, 상기 덕트들은 모듈들 (2, 3, 4) 의 베이스 섹션 (5) 의 하부면에 배열된다. 덕트들 (7) 은 모듈 (2, 3, 4) 내에 또는 일 피이스의 주조 부품 내에 통합된다. 덕트들 (7) 은 폐쇄된 다면을 가지고, 형성되는 중공 챔버 (14) 는 주조 재료에 의해 결과적으로 둘러싸인다. 덕트들 (7) 은 병렬로 연장되고, 부착된 모듈 (2, 3, 4) 의 덕트들 (7) 에 매체 타이트한 그리고 압력 타이트한 방식으로 연결 구역들 (8) 에 의해 연결된다.
덕트들 (7) 을 병렬로 또는 직렬로 서로 연결하기 위해, 연결 덕트들 (11) 은 후방 모듈 및 전방 모듈에 각각 배열되는 덕트들 (7) 의 단부들 (10) 상에 배열된다. 연결 덕트 (11) 는 별개의 부품으로서 구현되고, 또한 마찬가지로 매체 타이트한 그리고 압력 타이트한 방식으로 조립된 모듈들 (2, 3) 에 부착되거나, 또는 전방 모듈 (2) 및 후방 모듈 (3) 에 부착되거나, 또는 덕트들 (7) 의 단부들 (10) 에 부착된다. 도 2 는 덕트들 (7) 을 직렬로 연결할 수 있게 하는 연결 덕트들 (11) 에의 덕트들 (7) 의 연결을 도시하고, 도시된 실시형태에서, 연결 덕트들은 별개의 밴드들로서 구현되고 또한 모듈 (2, 3) 상에 배열된다. 자연적으로, 별개의 밴드들은 또한 조립 절차 동안 지출을 줄이기 위해 일 부품으로서 구현될 수 있고, 밴드들의 유동 덕트는 직렬 관류를 생성하기 위해 서로 연결되지 않는다. 도 3 은 연결 덕트 (11) 의 일 실시형태를 도시하고, 상기 덕트들 (7) 은 연결 덕트 (11) 에 병렬로 연결된다.
도 4 는 두 개의 모듈들 (2, 3, 4) 사이의 연결 구역 (8) 을 통한 단면도를 도시한다. 오프셋 배열체 (13) 가 일 모듈 (2, 3, 4) 내에 배열되고 상기 오프셋 배열체가 적어도 모듈의 일 단부면의 길이에 걸쳐 연장되는 것이 분명하게 드러난다. 결과적으로, 두 개의 모듈들이 연결 구역에서 서로 중첩된다. 모듈들 (2, 3, 4) 이 또한 용접 방법, 리벳들, 스크류들, 접착제 및/또는 매체 타이트한 그리고 압력 타이트한 연결을 제공할 수 있게 하는 추가의 접합 수단에 의해 연결 구역 (8) 을 따라서 서로 접합되는 것이 바람직하다.
1 배터리 트레이
2 전방 모듈
3 후방 모듈
4 중앙 모듈
5 베이스 섹션
6 벽 섹션
7 덕트들
8 연결 구역
9 리빙
10 덕트 단부들
11 연결 덕트
12 배터리 셀 모듈 부착 지점
13 오프셋 배열체
14 중공 챔버 덕트들

Claims (14)

  1. 자동차용의, 바람직하게는 전기 구동 차량용의 적어도 하나의 배터리 모듈을 위한 배터리 트레이 (1) 로서,
    상기 배터리 모듈은, 전방 모듈 (2), 후방 모듈 (3) 및 적어도 하나의 중앙 모듈 (4) 을 갖는 다수의 배터리 셀 모듈들을 포함하고, 모듈들 (2, 3, 4) 은 베이스 섹션 (5) 및 적어도 하나의 벽 섹션 (6) 을 각각 포함하고, 상기 베이스 섹션 (5) 상에 또는 내에 냉각 매체용 덕트들 (7) 이 배열되고,
    상기 모듈들 (2, 3, 4) 은 주조 부품들로서 구현되고, 또한 폐쇄된, 압력 타이트한 (pressure-tight) 그리고 매체 타이트한 (medium-tight) 배터리 트레이 (1) 를 형성하기 위해 접합 방법들에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈들 (2, 3, 4) 은 일 피이스 또는 일 부품으로서 각각 구현되는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 모듈들 (2, 3, 4) 은 압력 주조 부품들로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
    상기 냉각 매체용 덕트들 (7) 은 상기 베이스 섹션 (5) 의 하부면에 배열되는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서,
    상기 덕트들 (7) 은 폐쇄된 단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항에 있어서,
    상호 연결된 모듈들 (2, 3, 4) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 단부면에서 상기 모듈들 (2, 3, 4) 이 서로 연결되는 연결 구역 (8) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연결 구역 (8) 은 오프셋 배열체 (13) 를 포함하고, 상기 상호 연결된 모듈들 (2, 3, 4) 은 상기 연결 구역 (8) 에서 중첩되는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 상호 연결된 모듈들 (2, 3, 4) 은 바람직하게는 용접 방법, 리벳들, 스크류들 및/또는 접착제에 의해 중첩 연결 구역 (8) 에서 접합되는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벽 섹션들 (6) 은 리빙 (9; ribbing) 을 가지는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 매체용 덕트들 (7) 은 병렬로 연장되고, 또한 연결 덕트들 (11) 에 의해 상기 덕트들 (7) 의 두 개의 단부들 (10) 에서 서로 각각 연결되는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연결 덕트들 (11) 은 상기 덕트들 (7) 을 서로 병렬로 또는 직렬로 연결하는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 연결 덕트들 (11) 은 별개의 부품들로서 각각 구현되는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 덕트들 (11) 은 합성 재료 또는 금속 시트들로부터 구현되는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈들 (2, 3, 4) 은 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금으로부터 제조되는 것을 특징으로 하는, 배터리 트레이 (1).
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