KR20210108876A - 배터리 시스템, 배터리 시스템 내부 누출 검출 방법, 및 배터리 시스템을 포함하는 차량 - Google Patents

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Abstract

배터리 시스템은 하우징 프레임 및 베이스 프레임을 포함하는 하우징 - 상기 하우징 프레임 및 상기 베이스 프레임은 하우징 공간을 둘러쌈 - , 버스 바에 의해 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈 - 상기 배터리 모듈은 상기 하우징 공간에 배치됨 - , 트레이 프레임 및 트레이 베이스를 포함하는 적어도 하나의 트레이, 그리고 배터리 관리 시스템과 통합된 액체 검출 시스템 - 상기 배터리 관리 시스템은 상기 액체 검출 시스템에 의해 상기 트레이 내부의 액체를 검출하도록 구성되고, 상기 액체 검출 시스템은 제1단이 상기 버스 바에 연결되어 있고 제2단이 상기 베이스 프레임과 상기 트레이 베이스 사이에 배치되어 있는 고전압 전도체를 포함함 - 을 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.

Description

배터리 시스템, 배터리 시스템 내부 누출 검출 방법, 및 배터리 시스템을 포함하는 차량{BATTERY SYSTEM, A METHOD FOR LEAKAGE DETECTION INSIDE A BATTERY SYSTEM AND A VEHICLE INCLUDING A BATTERY SYSTEM}
본 발명은 배터리 시스템, 배터리 시스템 내부 누출 검출 방법, 및 적어도 하나의 배터리 시스템을 포함하는 차량에 관한 것이다.
근래에, 전력을 동력원으로서 사용하여 상품 및 사람 운송용 차량이 개발되고 있다. 이러한 전기-차량은 재충전 가능 배터리에 저장된 에너지를 사용하여 전기 모터에 의해 추진되는 차량이다. 전기-차량은 배터리로만 구동될 수 있거나 또는 예를 들어 연료 기반 발전기로 구동되는 하이브리드 차량의 형태일 수 있다. 또한, 차량은 전기 모터와 종래의 연소 기관의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 전기-차량 배터리(EVB: electric-vehicle battery) 또는 트랙션 배터리(traction battery)는 배터리 전기-차량(BEV: battery electric vehicle)의 추진에 전력을 공급하는 데 사용되는 배터리이다. 전기-차량 배터리는 장시간 동안 전원을 공급하도록 설계되었기 때문에, 시동, 조명, 및 점화 배터리와 상이하다. 충전식 또는 이차 배터리는 반복적으로 충전 및 방전될 수 있다는 점에서, 화학 물질의 전기 에너지로의 비가역적 변환만을 제공하는 일차 배터리와는 상이하다. 저용량의 재충전 가능한 배터리는 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치의 전원 공급 장치로서 사용되고, 고용량의 재충전 가능한 배터리는 하이브리드 자동차 등의 전원 공급 장치로서 사용된다.
일반적으로, 이차 배터리는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 그리고 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 있는 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극, 및 전해질 용액의 전기 화학적 반응을 통해 배터리의 충방전을 가능하게 하기 위해, 케이스로 전해액이 주입된다. 원통형 또는 직사각형과 같은 케이스의 형상은 배터리의 용도에 따라 다르다. 랩톱 및 가전 제품에 널리 사용되는 리튬-이온(및 유사한 리튬 폴리머) 배터리는 개발중인 최신 전기-차량 그룹에 지배적으로 사용된다.
재충전 가능한 배터리는 직렬 및/또는 병렬로 결합된 다수의 단위 배터리 셀로 형성된 배터리 모듈로서 사용되어, 예를 들어 하이브리드 자동차의 모터 구동을 위한, 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있다. 즉, 배터리 모듈은 예를 들어, 전기 자동차용 고전력 재충전 가능한 배터리를 구현하기 위해 필요한 전력량에 따라 복수의 단위 배터리 셀의 전극 단자들을 상호 연결하여 형성된다.
배터리 팩은 여러 개의(바람직하게는 동일한) 배터리 모듈 세트이다. 이들은 원하는 전압, 용량, 또는 전력 밀도를 제공하기 위해 직렬로, 병렬로, 또는 이 둘이 혼합된 형태로 구성될 수 있다. 배터리 팩의 구성 요소는 개별 배터리 모듈과 이들 사이에 전기 전도성을 제공하는 인터커넥터(interconnector)를 포함한다.
이러한 배터리 팩의 기계적 통합은 개별 구성 요소 간, 즉 배터리 모듈들 사이, 그리고 배터리 모듈과 차량의 지지 구조 사이에, 적절한 기계적 연결이 필요하다. 이러한 연결은 배터리 시스템의 평균 서비스 수명 동안 기능을 유지하고 오래 가야 한다. 또한, 특히 모바일 응용에서 설치 공간 및 호환성 요건이 충족되어야 한다.
배터리 모듈의 기계적 통합은 캐리어 프레임워크를 제공하고, 그 위에 배터리 모듈을 배치하여 달성될 수 있다. 배터리 셀 또는 배터리 모듈을 고정하는 것은 프레임워크에 장착된 함몰부에 의해 또는 볼트 또는 나사와 같은 기계적 인터커넥터를 사용하여 달성될 수 있다. 대안으로, 배터리 모듈은 캐리어 프레임워크의 측면에 측면 플레이트를 고정하여 제한된다. 또한, 커버 플레이트는 배터리 모듈의 상부와 하부에 고정될 수 있다.
배터리 팩의 캐리어 프레임워크는 차량의 운반 구조에 장착된다. 배터리 팩이 차량 하단에 고정되어야 하는 경우, 예를 들어 배터리 팩의 캐리어 프레임워크를 통과하는 볼트를 사용하여, 하측으로부터 기계적 연결이 설정될 수 있다. 캐리어 프레임워크는 일반적으로 구조의 총 중량을 줄이기 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진다.
종래 기술에 따른 배터리 시스템은, 임의의 모듈 구조에도 불구하고, 일반적으로 배터리 시스템을 환경으로부터 밀봉하도록 인클로저 역할을 하면서 배터리 시스템의 구성 요소의 구조적 보호를 제공하는 배터리 하우징을 포함한다. 하우징 배터리 시스템은 그것의 응용 환경, 즉 전기 차량에 일반적으로 전체로서 장착된다. 따라서, 결함이 있는 시스템 부품, 즉 결함이 있는 배터리 서브모듈의 교체는 전체 배터리 시스템을 분리하고 그것의 하우징을 먼저 제거하는 것을 필요로 한다. 소형 및/또는 저렴한 시스템 부품의 결함조차도 전체 배터리 시스템의 분리 및 교체와 그것의 별도의 수리로 이어질 수 있다. 고용량 배터리 시스템은 비싸고, 크고 무겁기 때문에, 이러한 절차는 부담스럽고, 예를 들어, 정비사의 작업장에서, 부피가 큰 배터리 시스템의 보관도 어려워진다.
배터리 팩의 열 제어를 제공하기 위해, 충전식 배터리에서 생성된 열을 효율적으로 방출, 배출, 및/또는 방산하여 하나 이상의 배터리 모듈을 안전하게 사용하기 위한 열 관리 시스템이 요구된다. 방출/배출/방산이 충분히 이루어지지 않으면, 각 배터리 셀 간에 온도 편차가 발생하여, 적어도 하나의 배터리 모듈이 원하는 양의 전력을 생산할 수 없게된이다. 또한, 내부 온도 상승은 그 내부에서 이상 반응을 일으킬 수 있어서, 재충전 가능한 배터리의 충 방전 성능이 저하되고 재충전 가능한 배터리의 수명이 단축된다. 따라서, 셀로부터 효과적으로 열을 방출/배출/방산하기 위한 셀 냉각이 필요하다.
따라서, 배터리 시스템은 배터리를 냉각하기 위해 사용되는 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 수랭식 시스템에 비해 공랭식 시스템의 성능이 낮기 때문에, 공랭식 시스템 대신 수랭식 시스템이 일반적으로 사용된다. 그러나, 특히 배터리 시스템이 기밀하지 않으면, 수랭식 시스템은 항상 누출 문제의 위험을 가질 수 있다. 배터리 모듈로부터의 냉각액이 배터리 하우징 내로 누출될 수 있다. 따라서, 배터리 하우징은 배터리 모듈로부터 누출된 냉각액인 액체로 채워진다. 더욱이, 냉각액은 전기 전도성이다. 따라서, 배터리 하우징 내부의 액체가 일정 수준에 도달하여, 액체가 배터리 모듈과 접촉하게 되면, 절연 결함, 전기 분해, 폭발성 가스 방출과 같은 안전 관련 문제가 발생할 수 있다.
EP 2 506 360 A1은 배터리를 포함하는 하우징 및 전도성 와이어 그리드 및 전도성 와이어 그리드 사이에 배치된 개방형 셀 폼(open cell foam) 층을 포함하는 액체 누출 검출 시스템을 갖는 배터리 팩을 개시하고, DE 10 2013 201 411 A1은 하우징 내에서 누출된 액체를 검출하도록 설계된 센서를 포함하는 하우징을 개시한다.
종래 기술의 하나 이상의 단점은 본 개시에 의해 방지되거나 또는 적어도 감소될 수 있다. 본 발명의 목적은 배터리 시스템의 하우징 내부에 액체의 존재를 검출할 수 있는 배터리 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시의 실시예들은 종래 기술에 존재하는 문제들 중 적어도 하나를 적어도 어느 정도 해결하고자 한다. 특히 차량용 배터리 시스템이 제공된다. 배터리 시스템은 하우징 프레임 및 베이스 프레임을 포함하는 하우징 - 상기 하우징 프레임 및 상기 베이스 프레임은 하우징 공간을 둘러쌈 - , 버스 바에 의해 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈 - 상기 배터리 모듈은 상기 하우징 공간에 배치됨 - , 트레이 프레임 및 트레이 베이스를 포함하는 적어도 하나의 트레이, 그리고 배터리 관리 시스템과 통합된 액체 검출 시스템 - 상기 배터리 관리 시스템은 상기 액체 검출 시스템에 의해 상기 트레이 내부의 액체를 검출하도록 구성되고, 상기 액체 검출 시스템은 제1단이 상기 버스 바에 연결되어 있고 제2단이 상기 베이스 프레임과 상기 트레이 베이스 사이에 배치되어 있는 고전압 전도체를 포함함 - 을 포함한다. 배터리 시스템은 냉각액을 갖는 냉각 시스템을 더 포함하고, 상기 배터리 모듈은 냉각을 위해 상기 냉각액을 수용하도록 구성된다. 상기 트레이 프레임 및 상기 트레이 베이스는 전기적으로 절연되어 있을 수 있으며, 상기 트레이 베이스는 상기 베이스 프레임으로부터 소정 거리에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 배터리 시스템 내부의 누출 검출 방법이 제공된다. 방법은 하우징 프레임 및 베이스 프레임을 포함하는 하우징 - 상기 하우징 프레임 및 상기 베이스 프레임은 하우징 공간을 둘러쌈 - , 냉각액을 갖는 냉각 시스템, 버스 바에 의해 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈 - 상기 배터리 모듈은 상기 하우징 공간에 배치되고, 상기 배터리 모듈은 냉각을 위해 상기 냉각액을 수용하도록 구성됨 - , 트레이 프레임 및 트레이 베이스를 포함하는 적어도 하나의 트레이, 그리고 배터리 관리 시스템과 통합된 액체 검출 시스템 - 상기 배터리 관리 시스템은 상기 액체 검출 시스템에 의해 상기 트레이 내부의 액체를 검출하도록 구성되고, 상기 액체 검출 시스템은 제1단이 상기 버스 바에 연결되어 있고 제2단이 상기 베이스 프레임과 상기 트레이 베이스 사이에 배치되어 있는 고전압 전도체를 포함함 - 을 포함하는 배터리 시스템을 제공하는 단계, 상기 배터리 관리 시스템에 의해 상기 냉각 시스템 내부의 상기 냉각액의 감소를 모니터링하는 단계, 상기 배터리 관리 시스템에 의해 상기 트레이 내부의 상기 액체의 증가를 모니터링하는 단계, 상기 배터리 관리 시스템에 의해 상기 냉각 시스템 내부의 상기 냉각액의 감소와 상기 트레이 내부의 상기 액체의 증가를 비교하는 단계, 그리고 상기 냉각 시스템 내부의 상기 냉각액의 감소가 상기 액체의 증가에 대응하면, 상기 배터리 관리 시스템에 의해 상기 트레이 내부의 상기 액체가 상기 냉각액인지 확인하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 정의된 바와 같은 적어도 하나의 배터리 시스템을 포함하는 차량이 제공된다.
본 발명의 추가적인 양태는 종속항 또는 다음의 설명으로부터 학습될 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세히 설명함으로써 특징들이 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백해질 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 고전압 전도체를 갖는 배터리 시스템의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 고전압 전도체 및 저전압 전도체를 갖는 배터리 시스템의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 저장소를 갖는 배터리 시스템의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 버스 바의 일부로서 고전압 전도체의 개략도를 예시한다.
도 5는 일 실시예에 따라 버스 바에 연결된 고전압 전도체의 개략도를 예시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리 시스템 내부의 누출 검출 방법의 순서도를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 배터리 시스템 내부의 누출 검출 방법의 단계의 순서도를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 저장소를 갖는 배터리 시스템의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 저장소를 갖는 배터리 시스템의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 저장소를 갖는 배터리 시스템의 개략적인 사시도를 예시한다.
본 발명의 개념 및 이를 달성하는 방법의 특징은 이하의 실시예들의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다. 이하, 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예가 보다 상세하게 설명되며, 여기서 동일한 참조 번호는 전체적으로 동일한 요소를 지칭한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 예시된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시가 철저하고 완전하며, 당업자에게 본 발명의 양태 및 특징을 모두 전달할 수 있도록 예로서 제공된다. 따라서, 본 발명의 양태 및 특징의 완전한 이해를 위해 통상의 지식을 가진 자에게 필요하지 않은 프로세스, 요소, 및 기술은 설명되지 않을 수 있다. 별도의 언급이 없는 한, 동일한 참조 번호는 첨부 도면 및 기재된 설명 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타내므로, 그에 대한 설명은 반복되지 않을 것이다. 도면에서, 요소, 층, 및 영역의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
여기에서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 연관된 나열된 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명할 때 "할 수 있다"라는 용어는 "본 발명의 하나 이상의 실시예"를 의미한다.
"제1" 및 "제2"라는 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 사용되지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되어서는 안됨을 이해할 것이다. 이 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 제1 요소는 제2 요소로 명명될 수 있고, 마찬가지로, 제2 요소는 제1 요소로 명명될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이하의 설명에서, 단수 형태의 용어는 문맥이 다른 것을 명백하게 나타내지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다.
용어 "포함하다", "포괄하다", "포함하는" 또는 "포괄하는"은 속성, 영역, 고정된 숫자, 단계, 프로세스, 요소, 구성 요소, 및 이들의 조합을 특정하지만, 다른 속성, 영역, 고정된 숫자, 단계, 프로세스, 요소, 구성 요소, 및 이들의 조합을 제외하지는 않는다는 것이 더 이해될 것이다.
본원에서 "바로 아래에", "아래에", "하부에", "밑에", "위에", "상부에" 등의 공간적으로 상대적인 용어는, 도면에 도시된 바와 같이 다른 요소(들) 또는 특징(들)에 대한 하나의 요소 또는 특징의 관계를 기술하도록 설명의 용이함을 위해 여기서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방위에 추가적으로, 사용 또는 작동 시에 장치의 상이한 방위를 포함하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌다면, 다른 요소 또는 특징의 "하부에" 또는 "바로 아래에" 또는 "밑에"로 기술된 요소는 다른 요소 또는 특징의 "위로" 향할 것이다. 따라서, "하부에" 및 "밑에"의 예시적인 용어는 위와 아래의 방향 모두를 포함할 수 있다. 장치는 다른 방향으로 향할 수 있고(예를 들어, 90도 또는 다른 방향으로 회전될 수 있음), 여기서 사용된 공간적으로 상대적인 설명은 그에 따라 해석되어야 한다. 또한 구성 요소 또는 요소가 다른 구성 요소 또는 요소의 "위에 또는 "상에" 있는 것으로 언급될 때, 다른 구성 요소 또는 요소 상에 직접 있을 수 있거나, 또는 중간에 개재된 구성 요소 또는 요소도 존재할 수 있음을 이해해야 한다.
달리 정의되지 않는 한,(기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여) 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어와 같이, 용어는 관련된 예술 및/또는 본 명세서의 문맥에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기서 명시적으로 정의되지 않는 한, 이상적이거나 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안된다는 것이 더 이해될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 배터리 시스템(10)을 도시하는 사시도이다. 배터리 시스템(10)은 하우징 프레임(12a) 및 베이스 프레임(12b)(점선으로 표시됨)을 포함하는 하우징(11)을 포함한다. 베이스 프레임(12b)은 직사각형 형상을 가지며, 구리와 같은 전기 전도성 재료로 구성될 수 있다. 하우징 프레임(12a) 및 베이스 프레임(12b)은 하우징 공간(13)을 둘러싼다. 배터리 시스템(10)은 3개의 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3), 즉 제1 배터리 모듈(M1), 제2 배터리 모듈(M2), 및 제3 배터리 모듈(M3)을 포함하며, 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)은 하우징 공간(13)에 배치된다. 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 각각은 모듈 하우징(24) 및 모듈 베이스(25)를 각각 포함하고, 모듈 하우징(24) 및 모듈 베이스(25) 각각은 대응하는 모듈 공간(26)을 각각 둘러싼다. 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 각각의 모듈 베이스(25)는 베이스 프레임(12)에 의해 지지된다. 즉, 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)은 베이스 프레임(12)에 위치된다. 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 각각의 모듈 베이스(25)는 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 기계적 수단에 의해 베이스 프레임(12b)에 결합되어 있다. 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)의 크기는 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)이 하우징 공간(13)에 적절하게 배치되고, 배터리 시스템(10)의 하우징 프레임(12a) 및 베이스 프레임(12b)에 의해 지지될 수 있도록 조정될 수 있다.
제1 배터리 모듈(M1)은 복수의 배터리 셀(14)을 포함하고, 제2 배터리 모듈(M2)은 복수의 배터리 셀(15)을 포함하며, 제3 배터리 모듈(M3)은 복수의 배터리 셀(16)을 포함한다. 즉, 복수의 배터리 셀(14, 15, 및 16)은 대응하는 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 각각의 각 모듈 공간(26)에 배치된다. 각각의 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)의 복수의 배터리 셀(14, 15, 및 16) 각각은 버스 바에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 일 실시예에 따르면, 제1 배터리 모듈(M1)의 복수의 셀(14)은 버스 바(18)에 의해 연결되어 있고, 제3 배터리 모듈(M3)의 복수의 셀(16)은 버스 바(19)에 의해 연결되어 있다. 제1 배터리 모듈(M1)의 복수의 셀(14)은 버스 바(20)를 통해 제2 배터리 모듈(M2)의 복수의 셀(15)에 전기적으로 연결된다. 제2 배터리 모듈(M2)의 복수의 셀(15)은 버스 바(21)를 통해 제3 배터리 모듈(M3)의 복수의 셀(16)에 전기적으로 연결된다. 예시적인 일 실시예에서, 버스 바(18, 19, 20 및 21)는 알루미늄으로 구성된다. 물론, 대안적인 실시예에서, 버스 바(18, 19, 20 및 21)는 당업자에게 알려진 다른 금속 또는 금속 합금 또는 전기 전도성 재료로 구성될 수 있다. 더욱이, 각각의 버스 바(18, 19, 20 및 21)는 서로 독립적인 상이한 재료로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 전지 셀(14, 15, 및 16)은 전극 조립체(미도시)와 전극 조립체를 수용하기 위한 케이스(17)를 포함할 수 있으며, 케이스(17)는 전해질을 담고 있다. 전극 조립체는 세퍼레이터를 사이에 두고 양극과 음극을 나선형으로 감아 젤리롤형 전극 조립체로 형성될 수 있다(미도시). 전해질은 EC, PC, DEC, EMC 또는 EMC와 같은 유기 용매와 함께 LiPF6 또는 LiBF4와 같은 리튬 염으로 만들어질 수 있다. 전해질 용액은 액체, 고체, 또는 겔 상태일 수 있다.
배터리 셀(14, 15 및 16)은 또한 케이스(17)의 개구를 밀봉하기 위한 캡 조립체(22)를 포함할 수 있다. 전지 셀(14, 15, 및 16)은 프리즘 형상(또는 직사각형)을 갖도록 구성된 리튬 이온 이차 배터리의 비-제한적인 예로서 설명된다. 케이스(17)는 실질적으로 입방형을 갖도록 구성될 수 있으며, 일측에 개구가 형성될 수 있다. 케이스(17)는 알루미늄과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
베이스(27)와 배터리 셀(14, 15, 및 16)의 측면이 전극 조립체 및 전해질을 수용하기 위한 공간을 형성할 수 있도록, 케이스(17)는 베이스(27)를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 케이스(17)는 캡 조립체(22)에 의해 밀폐 밀봉되고, 베이스(27)와 캡 조립체(22)는 서로 평행하다. 캡 조립체(22)에는 상이한 극성을 갖는 양극 및 음극 단자(23, 23')와 벤트(도면에 도시되지 않음)가 제공된다. 벤트는 배터리 셀(14, 15, 및 16)에서 생성된 가스가 배터리 셀(14, 15, 및 16)의 외부로 배출되는 통로 역할을 하는 배터리 셀(14, 15, 및 16)의 안전 수단이다.
배터리 시스템(10)은 냉각액(29)을 갖는 냉각 시스템(28)을 포함하고, 여기서 냉각 시스템(28)은 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 각각을 냉각시키기 위해 각각의 경로(30, 31 및 32)를 따라 냉각액(29)을 각각의 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)에 제공하도록 구성된다. 냉각액(29)이 배터리 시스템(10)의 작동 중에 배터리 셀(14, 15 및 16)에 의해 방출될 수 있는 열 에너지를 흡수할 수 있도록, 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)은 냉각을 위한 냉각액(29)을 수용하도록 구성된다.
배터리 시스템(10)은 트레이(33)를 포함한다. 트레이(33)는 트레이 프레임(34) 및 트레이 베이스(35)를 포함한다. 트레이 프레임(34)은 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지될 수 있는 용접 또는 기계적 수단에 의해 트레이 베이스(35)에 결합되어 있다. 트레이 프레임(34)과 트레이 베이스(35)는 전기적으로 절연되어 있다. 트레이 프레임(34) 및 트레이 베이스(35)가 트레이 공간(36)을 둘러쌀 수 있도록, 트레이 베이스(35)는 베이스 프레임(12b)으로부터 소정 거리에 위치한다. 트레이 공간(36)은 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 중 적어도 하나로부터 누출되어 트레이 공간(36)에 수집될 수 있는 냉각액(29)의 일부일 수 있는 액체(37)를 수용하도록 구성된다. 배터리 시스템(10)의 중량 감소를 가능하게 하고 액체(37)의 통과를 가능하게 하기 위해, 베이스 프레임(12b)이 각각의 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)의 모듈 베이스(25)를 지지하는 외주와 그 사이에 중공 공간을 포함할 수 있도록, 베이스 프레임(12b)은 프레임 골격 구조(도면에 도시되지 않음)의 형태일 수 있으며, 배터리 시스템(10)의 액체(37)는 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)로부터 트레이 공간(36)으로 누출될 수 있다. 또한, 베이스 프레임(12b)은 그 위에 배치된 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)을 지지하고 또한 액체(37)가 통과할 수 있도록 구성된 그리드 형태일 수 있으며, 액체(37)는 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)로부터 트레이 공간(36)으로 누출될 수 있다. 트레이 프레임(34)은 볼트 및 리벳과 같은 기계적 결합에 의해 베이스 프레임(12b)에 결합될 수 있거나, 또는 용접될 수 있거나 또는 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지될 수 있는 기계적 수단에 의해 결합될 수 있다. 트레이 프레임(34)과 베이스 프레임(12b)은 필요 시 분리될 수 있도록 결합될 수 있다.
배터리 시스템(10)은 전기적으로 구동될 수 있는 차량(도면에 도시되지 않음)에 통합될 수 있으며, 트레이 베이스(35)는 차량의 섀시에 결합될 수 있다. 다른 실시예(도면에 도시되지 않음)에서, 배터리 시스템(10)의 하우징(11)이 섀시 상에 배치될 수 있도록, 베이스 프레임(12b)은 섀시의 일측에서 차량의 섀시에 결합될 수 있다. 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 중 적어도 하나로부터 누출될 수 있는 액체(37)가 트레이 공간(36) 내부에 수집될 수 있도록, 트레이 베이스(35)는 섀시의 타측에 결합될 수 있다. 또한, 배터리 시스템(10)은 하우징(11)에 결합된 하나 이상의 트레이(33)를 포함할 수 있다. 단일 트레이(33)에 비해 동일한 양의 누출된 액체(37)를 수용하기 위해, 이것은 트레이 베이스(35)와 베이스 프레임(12b) 사이의 미리 결정된 거리를 감소시킬 수 있기 때문에 이점이 있다.
배터리 시스템(10)은 마이크로 프로세서(39)를 포함하고 배터리 시스템(10)의 충전/방전을 관리하도록 구성된 배터리 관리 시스템(38)을 포함한다. 또한, 배터리 시스템(10)은 배터리 관리 시스템(38)과 통합된 액체 검출 시스템(40)을 포함한다. 액체 검출 시스템(40)이 배터리 관리 시스템(38)의 일부 또는 전부가 될 수 있도록, 액체 검출 시스템(40)은 배터리 관리 시스템(38)에 통합될 수 있다. 배터리 관리 시스템(38)은 액체 검출 시스템(40)에 의해 트레이(33) 내부의 액체(37)를 검출하도록 구성된다. 즉, 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 중 하나로부터 누출이 발생하여, 내부의 냉각액(29)이 액체(37)로서 트레이(33)로 누출될 때, 액체 검출 시스템(40)은 배터리 시스템(10)의 특성, 예를 들어 저항의 변화를 검출하고, 배터리 관리 시스템(38)에 신호를 전송하도록 구성된다. 액체 검출 시스템(40)으로부터 신호를 수신하면, 배터리 관리 시스템(38)은 트레이(33) 내부의 액체(37)를 검출할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 액체 검출 시스템(40)은 배터리 관리 시스템(38)과 통합된다. 액체 검출 시스템(40)은 배터리 관리 시스템(38) 외부에 위치한 고전압 전도체(41)를 포함한다. 고전압 전도체(41)의 제1단(41a)은 버스 바(18)에 연결되어 있고, 고전압 전도체(41)의 제2단(41b)은 베이스 프레임(12b)과 트레이 베이스(35) 사이에 배치되어 있다. 즉, 고전압 전도체(41)는 제1단(41a)에서 배터리 셀(14, 15 및 16) 중 하나의 전극에 전기적으로 연결되어 있고, 제2단(41b)에서 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)의 모듈 베이스(26) 아래에 적어도 부분적으로 배치되어 있다.
액체 검출 시스템(40)은 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이의 저항을 모니터링하도록 구성된 저항 모니터링 시스템(42)을 포함한다. 도 1 내지 도 3, 및 도 8 내지 도 10에 도시된 같이, 액체 검출 시스템(40)의 저항 모니터링 시스템(42)은 배터리 관리 시스템(38)의 일부이다. 저항 모니터링 시스템(42)은 전기 전도체(43)에 의해 고전압 전도체(41)에 전기적으로 결합되어 있다. 저항 모니터링 시스템(42)은 전기 전도체(44)에 의해 트레이 베이스(35)에 전기적으로 결합되어 있다. 저항 모니터링 시스템(42)은 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이의 저항 레벨을 나타내는 저항 신호를 출력하도록 구성된다. 누출, 즉 액체(37)가 없는 경우, 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이의 저항 레벨은 절연 저항의 값에 대응하는 값일 수 있다. 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 중 적어도 하나로부터 냉각액(29)이 누출된 경우, 트레이(33) 내부에 수집된 액체(37)는 트레이 베이스(35)로부터 고전압 전도체(41)의 제2단(41b)의 위치까지의 거리에 대응하는 레벨에 도달할 수 있다. 이 경우, 액체(37)는 전도성 경로를 형성하고, 이로 인해 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이의 저항 레벨이 감소한다. 고전압 전도체(41)의 제2단(41b)의 위치에 따라, 문턱 저항 값이 실험적으로 또는 경험적으로 결정된다. 저항 모니터링 시스템(42)이 저항 신호를 시간의 인스턴스로 출력할 때, 그 시간에, 마이크로 프로세서(39)는 출력된 저항 신호에 기초한 저항 레벨이 임계 저항 값보다 작거나 또는 같은지 여부를 결정한다. 수집된 액체(37)의 레벨이 트레이 베이스(35)로부터 고전압 전도체(41)의 제2단(41b) 위치까지의 거리에 대응하는 레벨에 도달하지 않은 경우, 즉, 액체(37)가 제2단(41b)에 접촉하지 않은 경우, 마이크로 프로세서(39)에 의해 결정된 저항 레벨은 임계 저항 값보다 더 크다. 따라서, 트레이(33) 내부의 액체(37)의 존재는 검출되지 않는다. 그러나, 나중에, 미리 결정된 양의 냉각액(29)이 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 중 적어도 하나로부터 누출될 때, 그 순간에 저항 모니터링 시스템(42)에 의해 출력된 저항 신호로부터 마이크로 프로세서(39)에 의해 결정된 저항 레벨은 임계 저항 값보다 더 작거나 또는 동일하다. 따라서, 트레이(33) 내부의 액체(37)가 검출될 수 있다.
그러나, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 배터리 시스템(10)의 특성 변화에 기초한 검출로써 트레이(33) 내부의 액체(37)를 검출하는 다른 종류의 방법론이 채택될 수 있다. 예를 들어, 고전압 전도체(41)는 버스 바(18, 19, 20, 및 21)에 연결되고, 버스 바(18, 19, 20, 및 21)의 전압 전위에 대응하는 전압 전위를 갖는 반면, 트레이 베이스(35)는 배터리 관리 시스템(38)과 동일한 접지 전위를 갖는다. 이것은 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이에 미리 결정된 전압 전위차를 가능하게 한다. 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이에 액체(37)가 없을 때, 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이에 전기적 연결이 없을 수 있다. 따라서, 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이의 전기적 연결이 없는 것에 대응하여 설정될 수 있는 미리 결정된 저항 값에 기초한 신호가 배터리 관리 시스템(38)에 전송될 수 있다. 유사하게, 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이에 전기적 연결이 없기 때문에 임계 전류 흐름 값에 기초한 신호는 액체 검출 시스템(40)에 의해 배터리 관리 시스템(38)에 전송될 수 있다. 이에 기초하여, 배터리 관리 시스템(38)은 트레이(33)에 액체(37)가 존재하지 않는다고 결정할 수 있다.
트레이(33) 내부의 액체(37)가 고전압 전도체(41)의 적어도 제2단(41b)에 닿을 수 있는 레벨로 상승하면, 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(33) 사이의 전기적 연결이 설정된다. 따라서, 액체(37)로 인해 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이에 설정된 전기적 연결에 대응하여 설정될 수 있는 저항 값의 변화에 기초한 신호는 배터리 관리 시스템(38)에 전송될 수 있다. . 유사하게, 액체(37)로 인한 고전압 전도체(41)와 트레이 베이스(35) 사이의 전기적 연결로 인한 전류 흐름 값의 변화에 기초한 신호는 액체 검출 시스템(40)에 의해 배터리 관리 시스템(38)에 전송될 수 있다. 이를 기반으로, 배터리 관리 시스템(38)은 트레이(33) 내부의 액체(37)를 검출할 수 있다.
초기 단계, 즉 제2단(41b)의 위치보다 더 낮은 레벨에 있는 트레이(33) 내부의 액체(37)의 존재를 검출할 수 있도록, 액체 검출 시스템(40)은 저전압 전도체(45)를 더 포함하고, 저전압 전도체(45)의 제1단(45a)은 배터리 관리 시스템(38)에 연결되어 있고, 저전압 전도체(45)의 제2단(45b)은 고전압 전도체(41)의 제2단(41b)과 트레이 베이스(35) 사이에 배치되어 있다. 즉, 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 중 적어도 하나로부터 누출된 액체(37)의 존재에 대한 검출이 더 일찍 가능하게 되고, 즉, 트레이(33)에 수집된 액체(37)의 레벨은 제2단부(41b)의 위치보다 더 낮다. 따라서, 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)의 베이스(26)로부터 더 멀리 떨어진 레벨의 액체(37)의 존재는 액체 검출 시스템(40)의 저전압 전도체(45)에 의해 배터리 관리 시스템(38)에 의해 검출된다. 따라서, 고전압 전도체(41)와 함께 추가적인 저전압 전도체(45)인 여분의 센서에 의해, 트레이(33) 내부의 액체(37) 검출에 대한 더 높은 신뢰성이 달성될 수 있다.
또한, 저항 모니터링 시스템(42)은 저전압 전도체(45)와 트레이 베이스(35) 사이의 저항을 모니터링하도록 구성된다. 배터리 관리 시스템(38)과 통합된 저항 모니터링 시스템(42)은, 제1단(45a)이 배터리 관리 시스템(38)에 연결되어 있기 때문에, 저전압 전도체(45)에 전기적으로 연결되어 있다. 저항 모니터링 시스템(42)은 전기 전도체(44)에 의해 트레이 베이스(35)에 전기적으로 결합되어 있다. 저항 모니터링 시스템(42)은 저전압 전도체(45)와 트레이 베이스(35) 사이의 저항 레벨을 나타내는 저항 신호를 출력하도록 구성된다. 누출, 즉 액체(37)가 없는 경우, 저전압 전도체(45)와 트레이 베이스(35) 사이의 저항 레벨은 미리 정의된 설정 값에 대응하는 값일 수 있다. 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 중 적어도 하나로부터 냉각액(29)이 누출되는 경우, 트레이(33) 내부에 수집된 액체(37)는 트레이 베이스(35)로부터 저전압 전도체(45)의 제2단(45b)의 위치까지의 거리에 대응하는 레벨에 도달할 수 있다. 이 경우, 액체(37)는 전도성 경로를 형성하고, 이로 인해 저전압 전도체(45)와 트레이 베이스(35) 사이의 저항 레벨이 감소한다. 저항 모니터링 시스템(42)이 특정 시점에 저항 신호를 출력할 때, 그 시간에, 마이크로 프로세서(39)는 출력된 저항 신호에 기초한 저항 레벨이 미리 정의된 설정 값보다 작거나 또는 같은지 여부를 결정한다. 수집된 액체(37)의 레벨이 트레이 베이스(35)로부터 저전압 전도체(45)의 제2단(45b) 위치까지의 거리에 대응하는 레벨에 도달하지 않은 경우, 즉, 액체(37)가 제2단(45b)에 접촉하지 않은 경우, 마이크로 프로세서(39)에 의해 결정된 저항 레벨은 임계 저항 값보다 더 크다. 따라서, 트레이(33) 내의 액체(37)의 존재는 검출되지 않는다. 그러나, 나중에, 미리 결정된 양의 냉각액(29)이 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 중 적어도 하나로부터 누출될 때, 그 순간에 저항 모니터링 시스템(42)에 의해 출력된 저항 신호로부터 마이크로 프로세서(39)에 의해 결정된 저항 레벨은 임계 저항 값보다 더 작거나 또는 동일하다. 따라서, 트레이(33) 내부의 액체(37)가 검출될 수 있다. 그러나, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 배터리 시스템(10)의 특성 변화에 기초한 검출로써 트레이(33) 내부의 액체(37)를 검출하는 다른 종류의 방법론이 채택될 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 관리 시스템(38) 및 트레이(33)는 동일한 접지 전위에 연결될 수 있으며, 여기서 배터리 관리 시스템(38)은 저전압 전도체(45)와 트레이 베이스(35) 사이의 액체(37)를 검출하도록 구성된다. 또한, 저전압 전도체(45)는 저항기를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 트레이 베이스(35)는 경사면(46)을 포함한다. 경사면(46)을 갖는 트레이 베이스(35)는 적어도 하나의 저장소(47), 예를 들어 하나의 저장소(47)를 포함한다. 냉각액(29)이 누출될 경우, 액체(37)가 중력에 의해 먼저 저장소(47)에 직접 유입되어 저장소(47) 내부에 수집될 수 있도록, 저장소(47)는 경사면(46)의 경사면에서 가장 낮은 지점에 위치한다. 저장소(47)는 저장소 베이스(48) 및 저장소 벽(49)을 포함하는 원통형 부피의 형태이다. 저장소 베이스(48)와 저장소 벽(49)이 저장소 공간(50)을 둘러싸도록 하여, 누출된 액체(37)가 누출 후에 먼저 수집된다. 저장소(47)는 상부에 개구 단부를 포함하고, 이를 통해 누출된 액체(37)가 저장소 공간(50)으로 진입한다. 다시 말하면, 트레이 베이스(35)는 평면 대신에 경사면(46)과 저장소(47)를 포함하여, 액체(37)의 검출이 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) 중 적어도 하나로부터 액체(37)의 훨씬 적은 누출을 가능하게 할 수 있다.
고전압 전도체(41)의 제2단(41b)과 저전압 전도체(45)의 제2단(45b)은 저장소 공간(50) 내부에 배치되고, 저전압 전도체(45)의 제2단(45b)은 고전압 전도체(41)의 제2단(41b)과 저장소 베이스(48) 사이에 배치된다. 누출된 액체(37)가 저장소(47) 내부로 직접 흘러, 저전압 전도체(45)에 의해 먼저 검출되고, 추가 누출의 경우 고전압 전도체(41)에 의해 검출되므로, 이것은 소량의 미리 결정된 부피의 누출 액체(37)에 대해서도 누출된 액체(37)의 조기 검출을 가능하게 하기 때문에 이점이 있다. 전체적으로, 이 유리한 실시예는 액체 검출 시스템(40)을 사용하는 배터리 관리 시스템(38)에 의해 저장소(47) 내부의 소량의 액체(37)의 누출을 조기에 검출할 수 있게 한다. 또한, 제2단(41b)은 베이스 프레임(12b)에 더 가까운 저장소(47) 외부의 훨씬 더 높은 레벨에 배치될 수 있는 반면, 저전압 전도체(45)의 제2단(45b)은 저장소 공간(50) 내부에 배치될 수 있다.
저장소(47)는 적어도 하나의 광학적으로 검출 가능한 표면을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 저장소 베이스(48) 또는 저장소 벽(49)의 적어도 일부는 광학적으로 검출 가능한 표면을 포함하거나 또는 적어도 부분적으로 투명하다. 적어도 하나의 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)로부터 누출될 수 있는 액체(37)의 검출이 저장소(47)의 적어도 하나의 광학적으로 검출 가능한 표면의 간단한 광학 검사에 의해 달성될 수 있기 때문에 이것은 이점이 있다. 예를 들어, 내시경 카메라를 사용하여 간단하고 비용 효율적인 방식으로, 냉각 시스템(28)의 기밀성 또는 저장소(47) 내의 누출 액체(37)의 검출의 광학적 검사가 수행될 수 있다. 저장소(47)의 광학적으로 검출 가능한 표면이 건조하면, 냉각 시스템은 기밀하거나 또는 누출이 없는 것으로 간주될 수 있다. 또한, 트레이 베이스(33)는 배수 플러그(도면에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 트레이 베이스(33)는 개구를 포함하고, 개구는 배수 플러그에 의해 폐쇄될 수 있고 배터리 관리 시스템(38)에 연결될 수 있는 펌프에 연결될 수 있다고 생각할 수 있다. 트레이 내부의 액체(37)가 배터리 관리 시스템(38)에 의해 검출되는 경우, 액체(37)가 펌프에 의해 트레이(33) 밖으로 흡입될 수 있도록, 배터리 관리 시스템(38)은 배수 플러그의 개방을 조절할 수 있다. 그러나, 트레이(33) 내부의 액체(37)를 검출할 때 액체(37)를 제거하기 위한 추가적인 메커니즘이 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채택될 수 있다.
도 4, 도 8 내지 도 10에 도시된 실시예에 따르면, 고전압 전도체(41)는 버스 바(18)의 일 부분(51)이다. 즉, 버스 바(18)는 대응하는 배터리 모듈(M1)의 가장 낮은 지점일 수 있는 움푹 들어간 구조의 형태로 채택된 부분을 포함하며, 이러한 부분(51)은 액체 검출 시스템(40)의 고전압 전도체(41)로서 기능하도록 구성된다. 제2단(41b)은 배터리 모듈(M1 및 M2) 중 적어도 하나로부터 냉각액(29)이 누출되는 경우, 누출액(37)과 접촉하게 될 배터리 모듈(M1)의 제1 지점이 될 수 있도록, 버스 바(18)의 일 부분(51)은 배터리 모듈(M1)의 가장 낮은 지점인 제2단(41b)을 포함한다. 도 5는 고전압 전도체(41)의 제1단(41a)이 버스 바(18)에 결합되는 반면, 제2단(41b)이 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 베이스 프레임(12b)과 트레이 베이스(35) 사이에 배치되거나, 또는 제2단(41b)이 도 3에 도시된 바와 같이 저장소 공간(50)에 배치될 수 있도록, 고전압 전도체(41)가 버스 바(18)에 연결되어 있는 센서 와이어의 형태인 일 실시예를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리 시스템(10) 내부의 누출 검출을 위한 방법(S)의 순서도를 개시한다.
방법(S)은 하우징 프레임(12a) 및 베이스 프레임(12b)을 포함하는 하우징(11) - 하우징 프레임(12a) 및 베이스 프레임(12b)은 하우징 공간(13)을 둘러쌈 - , 냉각액(29)을 갖는 냉각 시스템(28), 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀(17, 15 및 16)을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3) - 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)은 하우징 공간(13) 내에 배치되고, 배터리 모듈(M1, M2, 및 M3)은 냉각을 위해 냉각액(29)을 수용하도록 구성됨 - , 적어도 하나의 트레이(33), 배터리 관리 시스템(38), 그리고 액체 검출 시스템(40)을 포함하는 배터리 시스템(10)을 제공하는 제1 단계(S1)를 포함한다. 적어도 하나의 트레이(33)는 트레이 프레임(34) 및 트레이 베이스(35)를 포함하고, 트레이 프레임(34)은 베이스 프레임(12b)에 결합되어 있고, 트레이 프레임(34) 및 트레이 베이스(35)는 전기적으로 절연되어 있으며, 트레이 베이스(35)는 베이스 프레임(12b)으로부터 소정 거리에 위치한다. 액체 검출 시스템(40)은 배터리 관리 시스템(38)에 연결되어 있고, 배터리 관리 시스템(38)은 액체 검출 시스템(40)에 의해 트레이(33) 내부의 액체(37)를 검출하도록 구성된다. 액체 검출 시스템(40)은, 제1단(41a)이 버스 바(18, 19, 20, 및 21)에 연결되어 있고 제2단(41b)이 베이스 프레임(12b)과 트레이 베이스(35) 사이에 배치되어 있는 고전압 전도체(41)를 포함한다.
방법(S)은 배터리 관리 시스템(38)에 의해 냉각 시스템(28) 내부의 냉각액(29)의 감소를 모니터링하는 것을 포함하는 제2 단계(S2)를 포함한다.
방법(S)은 배터리 관리 시스템(38)에 의해 트레이(33) 내부의 액체(37)의 증가를 모니터링하는 것을 포함하는 제3 단계(S3)를 포함한다.
방법(S)은 배터리 관리 시스템(38)에 의해 냉각 시스템(28) 내부의 냉각액(29)의 감소와 트레이(33) 내부의 액체(37)의 증가를 비교하는 것을 포함하는 제4 단계(S4)를 포함한다.
마지막으로, 방법(S)은 냉각 시스템(28) 내부의 냉각액(29)의 감소가 트레이(33) 내부의 액체(37)의 증가에 대응하면, 배터리 관리 시스템(38)에 의해 트레이(33) 내부의 액체(37)가 냉각액(29)임을 확인하는 단계를 포함하는 제5 단계(S5)를 포함한다.
도 7은 일 실시예에 따른 배터리 시스템(10) 내부의 액체(37)를 검출하기 위한 방법(S)의 제3 단계(S3)의 순서도를 도시한다.
트레이(33) 내부의 액체(37)의 증가를 모니터링하기 위한 제3 단계(S3)는 도 8에 도시된 바와 같이 트레이(33) 내부의 액체(37)가 검출되면 배터리 관리 시스템(38)에 저전압 전도체(45)가 제1 신호(53)를 전송하는 제1 서브 단계(S3a)를 포함한다.
트레이(33) 내부의 액체(37)의 증가를 모니터링하기 위한 제3 단계(S3)는 도 9에 도시된 바와 같이 트레이(33) 내부의 액체(37)가 검출되면 배터리 관리 시스템(38)에 고전압 전도체(41)가 제2 신호(54)를 전송하는 제2 서브 단계(S3b)를 포함한다.
도 8 내지 도 10에 도시된 실시예에 따르면. 배터리 시스템(10)은 하우징 공간(13) 내에 2개의 배터리 모듈(M1 및 M2)을 포함하고, 각각은 복수의 배터리 셀(14 및 15)을 각각 포함한다. 복수의 배터리 셀(14)은 버스 바(20)에 의해 배터리 시스템(10)의 상측에서 서로 전기적으로 연결되어 있고, 복수의 배터리 셀(14)은 버스 바(18)에 의해 배터리 시스템(10)의 하측에서 서로 전기적으로 연결되어 있다. 복수의 배터리 셀(15)은 버스 바(21)에 의해 배터리 시스템(10)의 상측에서 서로 전기적으로 연결되어 있고, 복수의 배터리 셀(15)은 버스 바(19)에 의해 배터리 시스템(10)의 하측에서 서로 전기적으로 연결되어 있다. 배터리 모듈(M1)의 복수의 배터리 셀(14)은 버스 바(52)에 의해 배터리 모듈(M2)의 복수의 배터리 셀(15)과 전기적으로 연결되어 있다. 냉각 시스템(28)은 배터리 모듈(M1 및 M2) 각각을 냉각하기 위해 각각의 배터리 모듈(M1 및 M2)에 각각의 경로(30 및 31)를 따라 냉각액(29)을 제공하도록 구성된다. 냉각액(29)이 배터리 시스템(10)의 작동 중에 배터리 셀(14 및 16)에 의해 방출될 수 있는 열 에너지를 흡수할 수 할 수 있도록, 배터리 모듈(M1 및 M2)은 냉각을 위한 냉각액(29)을 수용하도록 구성된다. 고전압 전도체(41)는 버스 바(18)의 일 부분(51)이다. 트레이(33) 내부의 액체(37)의 증가를 모니터링하는 방법(S)의 제3 단계(S3)의 제1 서브 단계(S3a)에 따라, 저전압 전도체(45)의 제2단(45b)은 저장소 공간(50) 내에 배치되며, 저장소(47) 내부의 액체(37)가 검출되면 제1 신호(53)를 배터리 관리 시스템(38)에 전송한다. 따라서, 저전압 전도체(45)는 배터리 모듈(M1 및 M2) 중 적어도 하나의 누출에 관한 사전 경고 신호를 배터리 관리 시스템(38)에 전송한다.
적어도 하나의 배터리 모듈(M1 및 M2)로부터 냉각액(29)의 누출이 계속되는 경우, 트레이(33)에 수집된 액체(37)의 레벨이 증가하여, 특정 순간에 액체(37)가 고전압 전도체(41)의 제2단(41b)에 도달한다. 즉, 액체(37)는 배터리 모듈(M1)의 버스 바(18)에 도달한다. 그 순간, 트레이(33) 내부의 액체(37)의 증가를 모니터링하는 방법(S)의 제3 단계(S3)의 제2 서브 단계(S3b)에 따라, 고전압 전도체(41)는 트레이(33) 내부의 액체(37)를 검출하면 제2 신호(54)를 배터리 관리 시스템(38)에 전송한다. 따라서, 배터리 관리 시스템(38)은 격리 결함을 검출한다. 배터리 시스템(10) 내의 냉각액(29)의 총량은 알려져 있을 수 있다. 저전압 전도체(45) 및 고전압 전도체(41) 모두는 트레이(33) 내부의 상이한 레벨에서 액체(37)를 검출한다. 누출 레벨은 트레이 베이스(35)로부터 각각의 제2단(41b 및 45b) 까지의 미리 결정된 거리에 따른다. 배터리 시스템(10)의 냉각액(29)의 양이 각각의 고전압 전도체(41)와 저전압 전도체(45)의 제2단(41b, 45b)의 위치 사이의 체적보다 적으면, 냉각액의 전기 분해가 발생한 것으로 간주될 수 있다.
도 10은 액체(37)가 각각의 배터리 모듈(M1 및 M2)의 모듈 베이스(25)의 위치를 능가하는 더 높은 레벨에 도달하는 것을 도시한다. 액체(37)의 이러한 레벨에서, 폭발 가스를 생성할 수 있는 대량의 전기 분해가 발생할 수 있으며, 이는 전체 배터리 시스템(10)을 손상시킬 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(M1 및 M2) 중 적어도 하나로부터 냉각액(29)의 누출의 조기 검출이 필요하며, 이는 본 발명에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 배터리 시스템(10) 내부의 누출 검출을 위한 적어도 하나의 배터리 시스템(10)을 포함하는 차량을 개시한다.
10: 배터리 시스템 11: 하우징
12a: 하우징 프레임 12b: 베이스 프레임
13: 하우징 공간 14: 배터리 셀
15: 배터리 셀 16: 배터리 셀
17: 케이스 18: 버스 바
19: 버스 바 20: 버스 바
21: 버스 바 22: 캡 어셈블리
23: 양극 단자 23': 음극 단자
24: 모듈 하우징 25: 모듈 베이스
26: 모듈 공간 27: 베이스
28: 냉각 시스템 29: 냉각액
30: 경로 31: 경로
32: 경로 33: 트레이
34: 트레이 프레임 35: 트레이 베이스
36: 트레이 공간 37: 액체
38: 배터리 관리 시스템 39: 마이크로 프로세서
40: 액체 검출 시스템 41: 고전압 전도체
41a: 제1단 41b: 제2단
42: 저항 모니터링 시스템 43: 전도체
44: 전도체 45: 저전압 전도체
45a: 제1단 45b: 제2단
46: 경사면 47: 저장소
48: 저장소 베이스 49: 저장소 벽
50: 저장소 공간 51: 버스 바의 일 부분
52: 버스 바 53: 제1 신호
54: 제2 신호 M1: 배터리 모듈
M2: 배터리 모듈 M3: 배터리 모듈
S: 방법 S1: 제1 단계
S2: 제2 단계 S3: 제3 단계
S3a: 제1 서브 단계 S3b: 제2 서브 단계
S4: 제4 단계 S5: 제5 단계

Claims (15)

  1. 하우징 프레임 및 베이스 프레임을 포함하는 하우징 - 상기 하우징 프레임 및 상기 베이스 프레임은 하우징 공간을 둘러쌈 - ,
    버스 바에 의해 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈 - 상기 배터리 모듈은 상기 하우징 공간에 배치됨 - ,
    트레이 프레임 및 트레이 베이스를 포함하는 적어도 하나의 트레이, 그리고
    배터리 관리 시스템과 통합된 액체 검출 시스템 - 상기 배터리 관리 시스템은 상기 액체 검출 시스템에 의해 상기 트레이 내부의 액체를 검출하도록 구성되고, 상기 액체 검출 시스템은 제1단이 상기 버스 바에 연결되어 있고 제2단이 상기 베이스 프레임과 상기 트레이 베이스 사이에 배치되어 있는 고전압 전도체를 포함함 -
    을 포함하는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체 검출 시스템은 제1단은 상기 배터리 관리 시스템에 연결되어 있고 제2단은 상기 고전압 전도체의 제2단과 상기 트레이 베이스 사이에 배치되어 있는 저전압 전도체를 더 포함하는,
    배터리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액체 검출 시스템은 상기 고전압 전도체와 상기 트레이 베이스 사이의 저항을 모니터링하도록 구성된 저항 모니터링 시스템을 포함하는,
    배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 저항 모니터링 시스템은 상기 저전압 전도체와 상기 트레이 베이스 사이의 저항을 모니터링하도록 구성되는,
    배터리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 전도체는 상기 버스 바의 일부인,
    배터리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템과 상기 트레이는 동일한 접지 전위에 연결되어 있고,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 저전압 전도체와 상기 트레이 베이스 사이의 상기 액체를 검출하도록 구성된,
    배터리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 트레이 베이스는 경사면을 포함하는,
    배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 경사면을 갖는 상기 트레이 베이스는 적어도 하나의 저장소를 포함하고,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 액체 검출 시스템에 의해 상기 저장소 내부의 상기 액체를 검출하도록 구성된,
    배터리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고전압 전도체의 제2단 및 상기 저전압 전도체의 제2단은 상기 저장소 내부에 배치되어 있고, 상기 저전압 전도체의 제2단은 상기 고전압 전도체의 제2단과 상기 저장소 베이스 사이에 배치되어 있는,
    배터리 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 저장소는 적어도 하나의 광학적으로 검출 가능한 표면을 포함하는,
    배터리 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 저장소는 배수 플러그를 포함하는,
    배터리 시스템.
  12. 배터리 시스템 내부의 누출 검출 방법으로서,
    하우징 프레임 및 베이스 프레임을 포함하는 하우징 - 상기 하우징 프레임 및 상기 베이스 프레임은 하우징 공간을 둘러쌈 - , 냉각액을 갖는 냉각 시스템, 버스 바에 의해 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈 - 상기 배터리 모듈은 상기 하우징 공간에 배치되고, 상기 배터리 모듈은 냉각을 위해 상기 냉각액을 수용하도록 구성됨 - , 트레이 프레임 및 트레이 베이스를 포함하는 적어도 하나의 트레이, 그리고 배터리 관리 시스템과 통합된 액체 검출 시스템 - 상기 배터리 관리 시스템은 상기 액체 검출 시스템에 의해 상기 트레이 내부의 액체를 검출하도록 구성되고, 상기 액체 검출 시스템은 제1단이 상기 버스 바에 연결되어 있고 제2단이 상기 베이스 프레임과 상기 트레이 베이스 사이에 배치되어 있는 고전압 전도체를 포함함 - 을 포함하는 배터리 시스템을 제공하는 단계,
    상기 배터리 관리 시스템에 의해 상기 냉각 시스템 내부의 상기 냉각액의 감소를 모니터링하는 단계,
    상기 배터리 관리 시스템에 의해 상기 트레이 내부의 상기 액체의 증가를 모니터링하는 단계,
    상기 배터리 관리 시스템에 의해 상기 냉각 시스템 내부의 상기 냉각액의 감소와 상기 트레이 내부의 상기 액체의 증가를 비교하는 단계, 그리고
    상기 냉각 시스템 내부의 상기 냉각액의 감소가 상기 액체의 증가에 대응하면, 상기 배터리 관리 시스템에 의해 상기 트레이 내부의 상기 액체가 상기 냉각액인지 확인하는 단계
    를 포함하는 배터리 시스템 내부의 누출 검출 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 트레이 내부의 상기 액체의 증가를 모니터링하는 단계는,
    상기 트레이 내부의 상기 액체가 검출되면 저전압 전도체가 상기 배터리 관리 시스템에 제1 신호를 전송하는 제1 서브 단계를 포함하는,
    배터리 시스템 내부의 누출 검출 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 트레이 내부의 상기 액체의 증가를 모니터링하는 단계는,
    상기 트레이 내부의 상기 액체가 검출되면 상기 고전압 전도체가 상기 배터리 관리 시스템에 제2 신호를 전송하는 제2 하위 단계를 포함하는,
    배터리 시스템 내부의 누출 검출 방법.
  15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 배터리 시스템을 포함하는 차량.
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