KR20210122697A - 전지 시스템 및 적어도 하나의 전지 시스템을 포함하는 차량 - Google Patents

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볼프강 라인프레헤트
미카엘 에르하르트
플로리안 마켈
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 전지 시스템 및 적어도 하나의 전지 시스템을 포함하는 차량에 관한 것이다. 실시예에 따른 전지 시스템은, 모듈 단자 사이에 상호 연결된 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 모듈과, 상기 모듈 단자와 전지 시스템 단자 사이의 전기 경로에 전기적으로 연결되고, 상기 전기 경로를 선택적으로 닫는 인터페이스 유닛을 포함하는 전지 차단 유닛과, 개구를 포함하며, 상기 전지 모듈 및 상기 전지 차단 유닛을 수용하는 하우징과, 상기 하우징의 외부에 착탈 가능하게 장착되고 상기 하우징의 개구를 폐쇄하는 냉각 플레이트, 및 상기 인터페이스 유닛과 상기 냉각 플레이트 사이에 인접하게 배치된 열 전도성 및 전기 절연성 열적 인터페이스 재료층을 포함한다.

Description

전지 시스템 및 적어도 하나의 전지 시스템을 포함하는 차량{Battery system and vehicle including at least one battery system}
본 발명은 전지 시스템의 전체 및 전지 차단 유닛의 구성 요소에 대한 냉각을 개선시킬 수 있는 전지 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 전지 시스템을 포함하는 차량에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 물건과 사람들의 운송 수단은 전력을 동력원으로 사용하여 개발되었다. 전기 자동차는 이차 전지에 저장된 에너지를 이용하여 전기 모터로 추진되는 자동차이다. 전기 자동차는 전지로만 구동되거나 가솔린 발전기와 같은 하이브리드 자동차의 한 형태일 수 있다. 또한, 차량은 전기 모터와 기존의 연소 엔진의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로 전기 자동차 전지(EVB) 또는 견인 전지는 전지 전기 자동차(BEV)의 추진에 사용되는 전지이다. 전기 자동차 전지는 지속적으로 전력을 공급하도록 설계되었기 때문에 시동, 조명 및 점화용 전지와는 다르다. 충전식 또는 이차 전지는 반복적으로 충전 및 방전할 수 있다는 점에서 일차 전지와 다른 반면, 후자는 화학 에너지를 전기 에너지로 비가역적으로 변환한다. 저용량 충전식 전지는 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더와 같은 소형 전자 기기의 전원 공급 장치로 사용되며, 고용량 충전식 전지는 하이브리드 차량용 전원 공급 장치로 사용된다.
일반적으로 이차 전지는 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해액의 전기 화학 반응을 통해 전지의 충전과 방전이 가능하도록 전해액이 케이스에 주입된다. 케이스의 형상(예: 원통형 또는 직사각형)은 전지의 용도에 따라 다르다. 노트북 및 가전 제품에 널리 사용되는 리튬 이온 (및 유사한 리튬 폴리머) 전지는 개발중인 가장 최근의 전기 자동차 그룹에서 가장 두드러진다.
이차 전지는 고 에너지 밀도를 제공하기 위하여(예: 하이브리드 차량의 모터 구동용) 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 단위 전지 셀로 형성되는 전지 모듈로서 사용될 수 있다. 즉, 전지 모듈은 필요한 전력량에 부합하고, 예컨대, 전기 차량의 고출력 이차 전지를 구현하기 위하여, 다수의 단위 전지의 전극 단자를 서로 연결하여 형성된다.
전지 모듈은 블록형(block) 구조 또는 모듈형(module) 구조로 구성될 수 있다. 블록형 구조에서는, 각 전지 셀은 공통된 집전체 구조와 공통된 전지 관리 시스템에 연결된다. 모듈형 구조에서는, 서브 모듈이 다수의 전지 셀을 연결하여 형성되고, 전지 모듈은 다수의 서브 모듈을 연결하여 형성된다. 자동차 애플리케이션에서 전지 시스템은 원하는 전압을 제공하기 위해 직렬로 연결된 복수의 전지 모듈로 구성되는 경우가 많다. 여기서 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층된 서브 모듈로 포함할 수 있으며, 전지 모듈에서 병렬로 연결된 셀을 포함하는 서브 모듈은 직렬로 연결되거나(XpYs) 직렬로 연결된 여러 개의 셀을 포함하는 서브 모듈은 병렬로 연결될 수 있다(XsYp).
전지 시스템과 연결된 각종 전기 소비 장치의 다양한 전력 수요를 역동적으로 충족시키기 위해 전원 출력 및 충전에 대한 정적 제어 방법만으로 충분하지 않다. 따라서, 전지 시스템과 전기 소비 장치의 컨트롤러 사이에 지속적인 정보 전달이 이루어지도록 구현할 필요가 있다. 이들 정보에는 전지 시스템의 실제 충전 상태(SoC), 잠재 전기적 성능, 충전능력, 및 내부 저항은 물론, 실제 또는 예측된 전력 수요 및 소비체의 잉여분과 같은 중요한 정보가 포함된다. 따라서 전지 시스템은 일반적으로 시스템 수준에서 상기한 정보를 얻고 처리하기위한 전지 관리 시스템(BMS)와 시스템 전지 모듈의 일부인 복수의 셀 감시 회로(CSC)를 포함하며, 이로부터 시스템 수준에 대한 관련 정보를 얻고 처리한다. 특히 전지 관리 시스템은 일반적으로 시스템 전압, 시스템 전류, 시스템 하우징 내부의 여러 위치에서의 국부적인 온도, 라이브 컴포넌트(live component)와 시스템 하우징 사이의 절연 저항 등을 측정한다. 또한, 셀 감시 회로는 일반적으로 전지 모듈의 개별 셀 전압과 온도를 측정한다.
이러한 전지 팩의 기계적 통합은 개별 구성 요소(예: 전지 모듈) 사이 및 전지 팩과 차량의지지 구조물 사이에 적절한 기계적 연결을 필요로 한다. 이 연결은 전지 시스템의 평균 서비스 수명 동안 기능을 유지하여야 하고 소비자가 사용하는 동안 가해지는 스트레스 하에서 기능적이고 안전하게 유지되도록 설계되어야 한다. 특히, 모바일 애플리케이션에서 설치 공간, 호환성 및 안전 요구 사항이 충족되어야 한다. 유독 가스, 연기 등과 같은 전지 시스템의 유해 유출물로부터 차량 승객 보호를 포함한 안전 요구 사항은 일반적으로 전지 모듈을 둘러싸고 있는 가스 밀폐 하우징과 상기한 유출물을 제한하기 위한 전지 관리 시스템에 의해 제공된다.
비정상적인 작동 상태의 경우, 일반적으로 전지 팩의 단자에 연결된 부하에서 전지 팩을 차단(또는 분리)해야 한다. 따라서, 전지 시스템은 전지 모듈과 전지 시스템 단자 사이에 전기적으로 연결된 전지 차단 유닛(BDU)을 더욱 포함한다. 전지를 사용하는 동안 전지 차단 유닛의 구성 요소가 가열되어 열 에너지를 방출하는 바, 전지 차단 유닛의 구성 요소를 냉각해야 한다. 일반적으로 전지 차단 유닛의 구성 요소는 전지 팩 내부의 폐쇄형 또는 부분 개방형 하우징 내에서 공랭식으로 냉각된다. 그런데, 릴레이 및 퓨즈와 같은 전기 부품에 충분한 냉각 표면을 제공하려면 긴 버스 바가 필요하다. 긴 버스 바를 사용하는 경우에는 저항과 손실을 가능한 한 낮게 유지하기 위해 버스 바의 훨씬 넓은 단면을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 적어도 일부 단점을 극복하거나 감소시키고, 전지 차단 유닛 및 전지 시스템 전체의 냉각을 효율적인 방식으로 개선할 수 있는 전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시의 실시예에 따른 전지 시스템은, 모듈 단자 사이에 상호 연결된 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 모듈과, 상기 모듈 단자와 전지 시스템 단자 사이의 전기 경로에 전기적으로 연결되고, 상기 전기 경로를 선택적으로 닫는 인터페이스 유닛을 포함하는 전지 차단 유닛과, 개구를 포함하며, 상기 전지 모듈 및 상기 전지 차단 유닛을 수용하는 하우징과, 상기 하우징의 외부에 착탈 가능하게 장착되고 상기 하우징의 개구를 폐쇄하는 냉각 플레이트, 및 상기 인터페이스 유닛과 상기 냉각 플레이트 사이에 인접하게 배치된 열 전도성 및 전기 절연성 열적 인터페이스 재료층을 포함한다.
상기 냉각 플레이트의 표면적은 상기 하우징의 전체 표면적의 20% 미만일 수 있다.
상기 냉각 플레이트는 상기 하우징과 열 접촉하도록 구성되고, 상기 냉각 플레이트 및/또는 상기 하우징은 상기 전지 시스템 외부 주변으로 열을 전달하도록 구성될 수 있다.
상기 냉각 플레이트는 상기 전지 시스템으로부터 상기 전지 시스템의 외부 주변으로 열을 전달하도록 구성된 복수의 메인 리브를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 전지 시스템으로부터 상기 전지 시스템의 외부 주변으로 열을 전달하도록 구성된 복수의 2차 리브를 포함할 수 있다.
상기 인터페이스 유닛은 전기 절연 재료 베이스에 배치된 복수의 금속 서브 플레이트와 전지 차단 유닛 요소를 포함한 인터페이스 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 금속 서브 플레이트는 서로 분리되어 배치되고, 상기 전지 차단 유닛 요소에 선택적으로 연결되거나 상기 전지 차단 유닛 요소를 통해 선택적으로 연결될 수 있다.
상기 전지 차단 유닛 요소는 전지 차단 유닛의 제어 유닛, 적어도 하나의 전지 차단 유닛 릴레이, 적어도 하나의 전지 차단 유닛 퓨즈 및/또는 하나 이상의 전지 차단 유닛의 버스 바를 포함할 수 있다.
상기 전지 시스템은 상기 개구를 통해 상기 인터페이스 유닛에 전기적으로 연결되며, 상기 전지 시스템 단자를 이루는 고전압 커넥터를 더욱 포함할 수 있다.
상기 고전압 커넥터는 상기 냉각 플레이트의 일 측면으로부터 연장되고, 상기 전지 차단 유닛은 상기 하우징을 향하는 상기 냉각 플레이트의 반대 측면에 설치될 수 있다.
상기 고전압 커넥터, 상기 냉각 플레이트, 상기 열적 인터페이스 재료층 및 상기 전지 차단 유닛은 함께 결합되어 단일 전지 차단 유닛 어셈블리 유닛을 구성할 수 있다.
상기 고전압 커넥터는 상기 냉각 플레이트 및 상기 열적 인터페이스 재료층을 통해 연장될 수 있다.
상기 전지 차단 유닛 어셈블리 유닛은 상기 하우징의 외부로부터 탈거되도록 구성될 수 있다.
상기 하우징은 상기 냉각 플레이트가 상기 하우징에 장착된 상태에서 상기 전지 차단 유닛과 상기 모듈 단자 사이 및/또는 상기 전지 차단 유닛과 상기 전지 시스템 단자의 전기적 연결을 개방할 수 있는 적어도 하나의 추가 개구를 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따른 상기한 전지 시스템을 적어도 하나로 포함하는 차량을 개시한다.
상기 차량은 전지 차단 유닛 어셈블리 유닛이 상기 차량에서 상기 전지 시스템을 제거하지 않고 상기 전지 시스템에서 제거될 수 있도록 구성될 수 있다.
본 개시 내용의 추가 측면 및 특징은 첨부된 도면 및 다음 설명에 개시된다.
전지 차단 유닛 및 전지 시스템 전체의 냉각을 효율적인 방식으로 개선할 수 있다.
본 기재의 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세하게 설명함으로써 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 전지 셀의 사시도를 도시한다.
도 2는 일반적인 전지 모듈의 사시도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 전지 시스템의 평면도를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 전지 차단 유닛의 평면도를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 도 3에 도시된 전지 차단 유닛을 갖는 전지 시스템의 단면도를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 전지 시스템의 평면도를 도시한다.
이하 실시예에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이며, 그 예가 첨부된 도면에 도시되어 있다. 본 실시예의 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 인용 부호는 동일한 구성 요소를 나타내며 중복되는 설명은 생략한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련 나열된 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명할 때 "~수 있다"라는 용어는 본 발명의 하나 이상의 실시예를 의미한다. 본 명세서의 실시예가 다양한 특정 실시예로 설명되었지만, 당업자가 본 발명을 수정/변경하여 실시하는 것은 자명할 것이다. 이러한 모든 수정/변경은 청구 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "실질적으로", "약" 및 유사한 용어는 정도의 용어가 아니라 근사값의 용어로 사용되며, 당업자에 의해 인식될 측정 또는 계산된 값의 고유한 변동을 설명하기 위한 것이다. 또한, 용어 "실질적으로"는 수치 값을 사용하여 표현될 수 있는 특징과 조합하여 사용되면, 용어"실질적으로"는 값을 중심으로 값의 +/- 5%의 범위를 가리킨다. "상부" 및 "하부"라는 용어는 z축을 기준으로 정의된다. 예를 들어, 상부 커버는 z축의 상부에 위치하고 하부 커버는 하부에 위치한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 전지 셀을 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 전지 셀(10)은 전극 조립체와 전극 조립체를 수용하기위한 케이스(2)를 포함할 수 있으며, 케이스(2)에는 전해질이 주입된다. 전해질은 LiPF6 또는 LiBF4와 같은 리튬 염과 EC, PC, DEC 또는 EMC와 같은 유기 용매를 포함할 수 있다. 전해질은 액체, 고체 또는 겔 상태일 수 있다. 또한 전지 셀(10)은 케이스(2)의 개구를 밀봉하기 위한 캡 조립체(3)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 전지 셀(10)은 각형 구성된 리튬 이온 이차 전지의 비한정적인 예로서 설명될 것이다.
케이스(2)는 실질적으로 입방체형으로 구성될 수 있으며, 일측에 개구가 형성될 수 있다. 케이스(2)는 알루미늄과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 케이스(2)는 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 형성하기 위해, 대략 직사각형 형상의 바닥면(4)과 넓은 측면인 한 쌍의 제1 측벽(5)과 바닥면(4)의 단부에 수직으로 연결된 한 쌍의 제2 측벽(6)을 포함할 수 있다. 제1 측벽(5)은 서로 마주 보도록 배치되고, 제2 측벽(6) 또한 서로 마주 보도록 배치되어 제1 측벽(5)에 연결될 수 있다. 바닥면(4)과 하나의 제1 측벽(5)이 서로 연결되는 모서리의 길이는 바닥면(4)과 하나의 제2 측벽(6)이 서로 연결된 모서리의 길이보다 길 수 있다. 인접한 제1 측벽(5)과 제2 측벽(6)은 약 90°의 각도를 두고 배치될 수 있다.
캡 조립체(3)는 케이스(2)에 결합되어 케이스(2)의 개구부를 덮는 캡 플레이트(7)를 포함할 수 있고, 캡 플레이트(7)로부터 외부로 돌출되어 양극 및 음극에 각각 전기적으로 연결되는 양극 단자(11)(제1 셀 단자) 및 음극 단자(12)(제2 셀 단자)를 포함할 수 있다. 캡 플레이트(7)는 일 방향으로 연장되며 케이스(2)의 개구에 용접 등을 통해 결합되는 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 또한, 캡 플레이트(7)는 캡 조립체(3)의 내부와 연통하는 주입구(13) 및 벤트 홀(14)을 포함할 수 있다. 주입구(13)는 전해액을 주입할 수 있도록 구성되며, 그 위 또는 내부에는 밀봉 캡이 장착될 수 있다. 또한, 벤트 홀(14)에는 소정의 압력에 의해 개방될 수 있는 노치(15)를 포함한 벤트 부재(16)가 장착될 수 있다.
도 2를 참조하면, 일반적인 전지 모듈(20)의 예시적인 실시예는 일 방향으로 정렬되고 예를 들어 도 1에 도시된 것과 같은 복수의 전지 셀(10)과, 복수의 전지 셀(10)의 바닥면에 인접하게 제공된 열교환 부재(23)를 포함한다. 또한, 지지 플레이트(25)와 열교환 부재(23) 사이에는 고무 또는 기타 탄성 물질로 이루어진 탄성 부재(24)가 개재될 수 있다. 한 쌍의 엔드 플레이트(26)가 전지 셀(10)의 외측에서 전지 셀(10)의 넓은 면에 마주하도록 제공되며, 연결 플레이트(27)가 한 쌍의 엔드 플레이트(26)와 서로 연결되어 복수의 전지 셀(10)을 고정하도록 구성된다. 전지 모듈(20) 양측의 체결부(28)는 볼트(29)에 의해 지지 플레이트(25)에 체결된다.
전지 모듈(20)에서, 각각의 전지 셀(10)은 각형(또는 직사각형)의 셀이며, 전지 셀(10)의 넓은 평면이 마주하도록 적층되어 전지 모듈(20)을 형성한다. 이웃하는 전지 셀(10)의 양극 단자(11)와 음극 단자(12)는 버스 바(30c)를 통해 전기적으로 연결되고, 버스 바(30c)는 너트 등으로 고정될 수 있다. 따라서, 전지 모듈(20)은 복수의 전지 셀(10)이 하나의 번들로 전기적으로 연결되어 구성되며, 이는 전원 유닛으로 사용될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 전지 시스템(50)을 도시하는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 전지 시스템(50), 특히 전지 모듈(20)과 전지 시스템(50)의 전지 차단 유닛(Battery Disconnect Unit, BDU, 이하 편의상 BDU라 함)(80) 사이의 전기적 연결에 대한 더 나은 이해를 위해 제공된 것이다. 전지 시스템(50)은 전기 자동차에 활용될 수 있으므로 전지 시스템(50)은 단일 레벨만을 가지고 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전지 시스템(50)은 베이스 플레이트(71), 4개의 측벽(72) 및 상부 커버(73)를 갖는 하우징(70)을 포함한다. 하우징(70)은 전지 시스템(50)을 위한 기밀 하우징으로서 제공되기 위해 상부 커버(73)에 의해 폐쇄된다. 베이스 플레이트(71), 4개의 측벽(72) 및 상부 커버(73)는 상호 결합되어 전지 격실(74)을 구성한다. 하우징(70), 즉 베이스 플레이트(71), 4개의 측벽(72) 및 상부 커버(73)는 예를 들어 주조 알루미늄과 같은 알루미늄으로 형성될 수 있고, 플라스틱 재료로도 형성될 수 있다. 하우징(70)은 전지 격실(74)을 형성하는 베이스 플레이트(71), 측벽(72) 및 상부 커버(73)와 같은 여러 부분으로 조립된 조립체로서 구성될 수 있다. 하우징(70)은 외부 환경에 대해 제어된 기밀성을 제공하기위한 밀봉 요소를 더욱 포함할 수 있다.
전지 시스템(50)은 전지 모듈(20)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전지 모듈(20)은 서로 마주 보는 넓은 측면 방향으로 설정된 적층 방향으로 적층되어 정렬된 10개의 전지 셀(10)을 포함한다. 전지 모듈(20)의 적층 방향은 전지 모듈(20)의 길이 방향이다. 여기서 길이 방향은 좌표축(100)의 X축에 평행하다. 전지 모듈(20)은 전지 격실(74)에 배치된다.
전지 모듈(20)의 전지 셀(10)은 버스 바(30c)를 통해 서로 연결되어, 2p5s 구성을 이룬다. 따라서, 각 버스 바(30c)는 2개의 제1 셀 단자(11) 및 2개의 제2 셀 단자(12), 즉 총 4개의 셀 단자(11, 12)를 서로 연결한다. 복수의 전지 셀(10)은 모듈 단자(전지 모듈 단자라고도 함)(21, 22), 즉 제1 모듈 단자(21)와 제2 모듈 단자(22) 사이의 각각의 버스 바(30c)에 의해 상호 연결된다.
전지 시스템(50)은 인터페이스 유닛(81)을 포함하는 BDU(80)를 더욱 포함한다. 도 4에는 인터페이스 유닛(81)을 포함하는 BDU(80)의 평면도가 도시되어 있다. 인터페이스 유닛(81)은 전기 절연 재료 베이스(83)에 배치 또는 매립된 복수의 금속 서브 플레이트(90)를 갖는 인터페이스 플레이트(82)를 포함한다. 금속 서브 플레이트(90)가 인터페이스 플레이트(82)의 양측에 노출되도록 금속 서브 플레이트(90)는 전기 절연 재료 베이스(83)에 배치된다. 금속 서브 플레이트(90)는 알루미늄 또는 구리와 같은 열 및 전기 전도성 금속을 포함한다. 전기 절연 재료베이스(83)는 당업자에게 알려져 있는 폴리머 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, 금속 서브 플레이트(90)는 4개의 주변 금속 서브 플레이트, 즉 제1 금속 서브 플레이트(90a), 제2 금속 서브 플레이트(90b), 제3 금속 서브 플레이트(90c), 제4 금속 서브 플레이트(90d) 및 2개의 중앙 금속 서브 플레이트(90g, 90h)를 포함한다. 이들 금속 서브 플레이트(90)는 서로 떨어져 배치된다. 즉, 금속 서브 플레이트(90)는 전기 절연 재료베이스(83)의 일부가 임의의 2 개의 인접한 금속 서브 플레이트(90) 사이에 놓이도록 전기 절연 재료베이스(83)에 배치된다. 편의상 도 4의 금속 서브-플레이트(90)는 도 3에 도시되지 않았다. 인터페이스 플레이트(82)의 두께는 0.5 내지 1.5mm의 범위 내에 있을 수 있다.
또한, BDU(80)의 인터페이스 유닛(81)은 BDU 요소를 포함한다. BDU 요소는 BDU 제어 유닛(86), 2개의 BDU 릴레이, 즉 제1 BDU 릴레이(87a) 및 제2 BDU 릴레이(87b), 2개의 BDU 퓨즈, 즉, 제1 BDU 퓨즈(88a) 및 제2 BDU 퓨즈(88b), 및 복수의 BDU 버스 바(89)를 포함한다. BDU 제어 유닛(86)은 BDU 릴레이(87a, 87b)의 특성, 특히 BDU 릴레이(87a, 87b)의 전도도를 설정하도록 구성된다. BDU 제어 유닛(86)은 특히 BDU 퓨즈(88a, 88b)의 상태를 모니터링하기 위해 BDU 퓨즈(88a, 88b)를 제어하도록 더욱 구성된다. 특히, BDU 제어 유닛(86)은 전지 시스템(50)의 오작동을 나타내는 신호를 수신하도록 구성 및/또는 부하로부터 적어도 하나의 전지 모듈(20)을 차단할 필요가 있음을 나타내는 신호를 수신할 수 있도록 구성되며, 이러한 신호 수신에 응답하여, BDU 릴레이(87a, 87b) 및 BDU 퓨즈(88a 및 88b)와 같은 추가 BDU 요소를 제어하여 각각의 시스템 단자(결과적으로 다운 스트림 부하)로부터 적어도 하나의 전지 모듈(20)을 차단하도록 구성된다. BDU의 일부로서 이러한 구성 요소의 기능은 당업자에게 알려져 있다. 더욱이, 당업자가 임의의 다른 수 BDU 릴레이 및 BDU 퓨즈를 사용할 수 있기 때문에(예: BDU 퓨즈의 수를 2개가 아닌 1개로 한정), 제시된 BDU 요소는 BDU 릴레이 및 BDU 퓨즈의 수에 제한되지 않는다.
BDU 버스 바(89)는 BDU 릴레이(87a, 87b) 및 BDU 퓨즈(88a, 88b)을 통해 전지 시스템(50)의 전지 모듈(20)의 모듈 단자(21, 22)를 시스템 단자(전지 시스템 단자라고도 함)(51, 52)에 각각 연결한다. BDU 릴레이(87a, 87b) 및 BDU 퓨즈(88a, 88b)에 대한 BDU 제어 유닛(86)의 제어 신호가 이들을 연결하는 선 상에 작은 원으로 표시되어 있다(도 3 참조).
전지 모듈(20)의 제1 모듈 단자(21)는 제1 고전류 커넥터(30a), 특히 제1 고전류 커넥터(30a), BDU 버스 바(89) 및 BDU 요소(87a, 88a)를 통해 전지 시스템(50)의 제1 (양극) 전지 시스템 단자(51)에 연결된다. 또한, 전지 모듈(20)의 제2 모듈 단자(22)는 제2 고전류 커넥터(30b), 특히 제2 고전류 커넥터(30b), BDU 버스 바(89) 및 BDU 요소(87b, 88b)를 통해 전지 시스템(50)의 제2 (음극) 전지 시스템 단자(52)에 연결된다. 이에 제1 고전류 커넥터(30a), 제2 고전류 커넥터(30b), 버스 바(30c) 및 BDU 버스 바(89)에 의한 고전류 경로가 형성된다.
즉, 인터페이스 유닛(81)을 포함하는 BDU(80)는 모듈 단자(21, 22)와 전지 시스템 단자(51, 52) 사이의 전기 경로에 전기적으로 연결되고 이를 선택적으로 닫는다. BDU(80)는 제1 전지 시스템 단자(51) 및 제2 전지 시스템 단자(52) 및 적어도 하나의 전지 모듈(20) 중 적어도 하나를 선택적으로 차단하도록 구성된 BDU 요소를 포함한다. 즉, BDU 요소는 BDU(80)의 실제 기능을 공통적으로 제공하도록 구성된다. 하우징(70)은 전지 모듈(20) 및 BDU(80)를 둘러싼다.
도 4에 도시된 실시예에 따르면, BDU 요소, 즉 BDU 제어 유닛(86), 2개의 BDU 릴레이, 즉 제1 BDU 릴레이(87a) 및 제2 BDU 릴레이(87b), 2개의 BDU 퓨즈, 즉 제1 BDU 퓨즈(88a) 및 제2 BDU 퓨즈(88b)는 각각의 금속 서브 플레이트(90) 상에 배치된다. 도 4에 도시된 제1 BDU 릴레이(87a), 제2 BDU 릴레이(87b), 제1 BDU 퓨즈(88a) 및 제2 BDU 퓨즈(88b)는 도 3에 도시된 BDU 요소에 대응한다. 모듈 단자(21, 22)와 시스템 단자(51, 52)를 상호 연결하는 BDU 버스 바(89)를 형성하기 위해 BDU 릴레이(87a, 87b)와 BDU 퓨즈(88a, 88b)가 금속 서브 플레이트(90)에 배치된다. BDU 릴레이(87a, 87b) 및 BDU 퓨즈(88a, 88b)는 예를 들어 레이저 용접에 의해 금속 서브 플레이트(90) 상에 배치될 수 있다.
제1 BDU 릴레이(87a)는 제2 금속 서브 플레이트(90b)의 일부 및 중앙 금속 서브 플레이트(90g)의 일부에 배치되는 반면, 나사 볼트 조인트와 같은 결합 요소(61)에 의해 금속 서브 플레이트(90b)에 분리 가능하게 연결되는 제1 고전류 커넥터(30a)는 도 3에서와 같이 제1 모듈 단자(21)를 제1 BDU 릴레이(87a)에 전기적으로 연결한다. 마찬가지로, 제1 BDU 퓨즈(88a)는 제1 금속 서브 플레이트(90a)의 일부 및 중앙 금속 서브 플레이트(90g)의 일부에 배치되고, 나사 볼트 조인트와 같은 결합 요소(62)에 의해 제1 금속 서브-플레이트(90a)에 분리 가능하게 연결되는 BDU 버스 바(89)는 도 3에서와 같이, 제1 전지 시스템 단자(51)를 제1 BDU 퓨즈(88a)에 전기적으로 연결한다. 제2 BDU 릴레이(87b)는 제3 금속 서브 플레이트(90c)의 일부 및 중앙 금속 서브 플레이트(90h)의 일부에 배치되고, 나사 볼트 조인트와 같은 결합 요소(63)에 의해 제3 금속 서브 플레이트(90c)에 분리 가능하게 연결되는 제2 고전류 커넥터(30b)는 도 3에서와 같이 제2 모듈 단자(22)를 제2 BDU 릴레 (87b)에 전기적으로 연결한다. 마찬가지로, 제2 BDU 퓨즈(88b)는 제4 금속 서브 플레이트(90d)의 일부 및 중앙 금속 서브 플레이트(90h)의 일부에 배치되고, 나사 볼트 조인트와 같은 결합 요소(64)에 의해 제4 금속 서브-플레이트(90d)에 분리 가능하게 연결되는 BDU 버스 바(89)는 도 3에서와 같이 제2 전지 시스템 단자(52)를 제2 BDU 퓨즈(88b)에 전기적으로 연결한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 중앙 금속 서브 플레이트(90g)는 제1 BDU 릴레이(87a)와 제1 BDU 퓨즈(88a)를 전기적으로 연결하는 BDU 버스 바(89)로 기능할 수 있는 반면, 중앙 금속 서브 플레이트(90h)는 제2 BDU 릴레이(87b)와 제2 BDU 퓨즈(88b)를 전기적으로 연결하는 BDU 버스 바(89)로 기능할 수 있다. 또한, 제1 BDU 릴레이(87a)와 제1 BDU 퓨즈(88a), 제2 BDU 릴레이(87b)와 제2 BDU 퓨즈(88b)를 각각, 중앙 금속 서브 플레이트(90g, 90h)에 전기적으로 연결하기 위해 추가 BDU 버스 바(89)를 배치할 수도 있다.
또한, BDU 제어 유닛(86) 및 대응하는 배선은, 예를 들어 인터페이스 플레이트(82)에 표면 실장되거나 내장됨으로써 전술한 다른 BDU 요소와 유사한 방식으로 인터페이스 플레이트(82) 상에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 인터페이스 플레이트(82)의 구조를 콤팩트하게 BDU(80)를 제조할 수 있는 점에서 유리하다. 또한, 모듈 단자(21, 22) 및/또는 전지 시스템 단자(51, 52)와 BDU(80)의 전기적 연결은 나사 볼트 조인트와 같은 해당 결합 요소(61, 62, 63, 64)를 개방(예: 제거)하여 필요할 때 기계적으로 쉽게 분리할 수 있다. 또한 상기한 구성은 가령, BDU 퓨즈(88a, 88b) 중 하나를 교체해야 하는 경우, 대응 BDU 퓨즈(88a, 88b)를 교체하기 전에 해당 연결 요소(62 및 64)를 제거만 하면 BDU(80)가 쉽게 전기적으로 분리될 수 있는 점에서 유리하다.
전지 시스템(50)은 도 3에 도시 된 바와 같이, 전지 시스템(50)의 하우징(70) 내부에 위치된 전지 관리 시스템(Battery Management System BMS, 77, 이하 편의상 BMS라 함)을 더욱 포함할 수 있다 BMS(77)는 예를 들어, 시스템 전압, 시스템 전류, 하우징(70) 내부의 다른 위치에서의 국부적 온도 및 라이브 컴포넌트(live component)와 하우징(70) 사이의 절연 저항을 측정함으로써, 전체 전지 시스템(50)을 모니터링하도록 구성된다. BMS(77)는 전지 시스템(50)의 비정상 상태의 존재를 판단하고, 결정된 비정상 상태와 관련된 적어도 하나의 조치(예: 차량 운전자에게 경고 신호를 전송)를 수행하거나 제어할 수 있다. 특히, BMS(77)는 차단 신호(DS)를 수신한 BDU 제어 유닛(86)에 차단 신호(DS)를 전송하여, 모듈 단자(21, 22)로부터 시스템 단자(51, 52)를 각각 차단하도록 BDU 요소(87a, 87b, 88a, 88b)를 제어한다. 특히, BDU 제어 유닛(86)은 모듈 단자(21, 22)로부터 시스템 단자(51, 52)로의 전류 경로를 분리하여 BDU 릴레이(87a, 87b)의 전도도 상태를 비전도성으로 제어한다. 그러나, 하나 이상의 BDU 릴레이(87a, 87b)가 오작동하는 경우, BDU 제어 유닛(86)은 BDU 퓨즈(88a, 88b) 중 하나가 전지 모듈(20)의 최종 과전류에 응답하여 끊어졌는지 여부 및 BDU 퓨즈(88a, 88b) 하나 또는 양쪽 모두가 끊어지면, 전지 시스템(50)이 안전한 상태에 도달했는지 여부를 감지할 수 있다.
전지 시스템(50)은 적어도 하나의 전지 모듈(20)과 BMS(77) 사이의 데이터 연결을 구성하는 복수의 저 전류 커넥터(도면에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 즉, 저 전류 커넥터는 저 전류 경로(예: 데이터 연결)를 형성한다. 각 전지 모듈(20)은 개별 셀 전압 및 모듈의 온도를 측정하도록 구성되고 전지 모듈(20)의 전지 셀(10)을 능동적으로 또는 수동적으로 균형을 이루도록 구성될 수 있는 셀 감시 회로(Cell Supervision Circuit, CSC)를 포함한다. 저 전류 커넥터는 루프가 아닌 데이지 체인 데이터 연결을 통해 셀 감시 회로와 BMS(77) 사이에 데이터 연결을 제공할 수 있다. 저 전류 커넥터, 특히 복수의 저 전류 커넥터 중 다른 커넥터는 BMS(77)과 BDU(80) 사이의 또 다른 데이터 연결을 구성한다.
전지 시스템(50)의 하우징(70), 즉 하우징(70)의 상부 커버(73)는 개구(55)를 포함한다(도 5 참조). 인터페이스 유닛(81)의 인터페이스 플레이트(82)의 면적은 개구(55)의 면적보다 작기 때문에, 인터페이스 플레이트(82)는 전지 시스템(50) 외부로부터 개구(55)를 통해 전지 격실(74)로 통과될 수 있다.
전지 시스템 (50)의 작동 동안, 전류는 BDU(80)를 통과하여 모듈 단자(21, 22)를 전지 시스템 단자(51, 52)에 전기적으로 연결한다. 전기 자동차의 전지 시스템(50)의 요구 사항에 따라 전류가 BDU 릴레이(87a, 87b)를 통해 전달된다. BDU 릴레이(87a, 87b)는 내부 저항을 가지게 되므로 그 결과 열이 발생한다. 따라서, 전지 시스템(50), 특히 BDU 릴레이(87a, 87b)의 작동 중에 열 에너지가 방출되며, 그 결과 전지 시스템(50)의 온도가 상승한다. 이로 인해 전체적으로 전지 시스템(50)의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 냉각을 통해 방출된 열을 전지 시스템(50)의 외부로 전달해야 한다. 전지 시스템(50)의 냉각은 능동 냉각, 즉 물과 같은 외부 유체가 하우징(70)의 주변을 순환하는 것으로 또는 수동 냉각에 의해 실현될 수 있으며, 전지 시스템 (50)은 냉각 플레이트와 같은 냉각 표면을 통한 열 전달에 의해 냉각된다.
본 개시에 따르면, 전지 시스템(50)은 하우징(70)의 외부에 착탈 가능하게 장착되고 하우징(70)의 개구(55)를 폐쇄하도록 구성된 냉각 플레이트(110)를 포함한다. 냉각 플레이트(110)는 알루미늄 또는 구리와 같은 금속으로 형성될 수 있으며, 전지 시스템(50) 내에서 발생하는 열을 주변으로 방출할 수 있도록 구성된다. 냉각 플레이트(110)의 표면적은 전지 시스템(50)의 하우징(70)의 전체 표면적의 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만일 수 있다.
냉각 플레이트(110)의 표면적은 개구(55)의 전체 표면적의 5% 이상, 바람직하게는 10% 이상, 보다 바람직하게는 15% 이상일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(110)의 형상은 직사각형일 수 있으나, 냉각 플레이트(110)의 형상은 전술한 형태에 한정되지 않고 당업자에 의해 선택될 수 있다. 또한, 냉각 플레이트(110)의 형상은 개구(55)의 형상에 맞게 조정될 수 있다.
또한, 전지 시스템(50)은 인터페이스 유닛(81)과 냉각 플레이트(110) 사이에 인접하여 배치된 열 전도성 및 전기 절연성 열적 인터페이스 재료층(120)을 포함한다. 이 열적 인터페이스 재료층(120)은 높은 열 전도성을 갖지만 전기 전도성은 낮다. 이는 절연체(낮은 전기 전도성)에서 원자 진동(포논)이 열 전달에 매우 효율적일 때 발생할 수 있다. 이는 포논과 전자 모두에 의해 열이 전달되는 반면 높은 전기 전도성을 위해서는 자유 전자가 필요하기 때문이다. 열적 인터페이스 재료층(120)은 예로서 2개의 구리층 사이에 질화 붕소와 탄화 규소, 질화 알루미늄 또는 질화 알루미늄의 다형체가 사용될 수 있다. 그러나, 열적 인터페이스 재료층(120)이 이로 한정되는 것은 아니다. 열적 인터페이스 재료층(120)의 표면적은 인터페이스 유닛(81)의 인터페이스 플레이트(82)의 표면적과 유사할 수 있다. 인터페이스 플레이트(82)의 제1 측면(82a)은 열적 인터페이스 재료층(120)의 제1 측면(120a)을 향한다. 또한, 인터페이스 플레이트(82)의 제2 측면(82b)은 전지 모듈(20)을 향한다. 더욱이, 열적 인터페이스 재료층(120)의 제2 측면(120b)은 냉각 플레이트(110)의 제1 측면(110a)을 향하는 반면, 냉각 플레이트(110)의 제2 측면(110b)은 전지 시스템 (50)의 하우징(70) 주변을 향한다.
금속 서브 플레이트(90)는 인터페이스 플레이트(82)의 제1 측면(82a) 및 제2 측면(82b)에서 노출된다. 예시된 실시예에서, 금속 서브 플레이트(90)는 인터페이스 플레이트(82)의 제2 측면(82b)상의 BDU 릴레이(87a, 87b)와 직접 접촉하고 전지 격실(74)의 내부를 향한다. 금속 서브 플레이트(90)는 전기적 및 열적 전도성을 가지므로, BDU 릴레이(87a, 87b) 사이에 열 접촉을 제공할 수 있는 바, 전지 시스템 (50)의 작동 시, BDU 릴레이(87a, 87b)가 열을 방출하여 방출된 열 에너지를 전도에 의해 금속 서브 플레이트(90)로 전달하도록 한다. 더욱이, 전지 모듈(20) 또는 전지 시스템(50)의 다른 열 방출 구성 요소에 의해 방출된 열은 복사 또는 전도에 의해 금속 서브-플레이트(90) 및 하우징(70)으로 전달될 수 있다.
또한 금속 서브 플레이트(90)는 인터페이스 플레이트(82)의 제1 측면(82a) 상에 노출되고 열적 인터페이스 재료층(120)의 제1 측면(120a)과 접촉한다. 따라서, 인터페이스 플레이트(82)의 제2 측면(82b)상의 BDU 릴레이(87a, 87b)로부터 금속 서브 플레이트(90)로 전달된 열은 전도에 의해 금속 서브 플레이트(90)에 의해 열적 인터페이스 재료층(120)으로 전달된다. 또한, 금속 서브 플레이트(90)는 전지 시스템(50)의 임의의 열 방출 요소로부터 방출된 열이 전달될 수 있도록 큰 표면적을 제공하여 열 전달을 향상시킨다. 더욱이, 열적 인터페이스 재료층(120)과 접촉하는 금속 서브 플레이트(90)의 넓은 표면적도 금속 서브 플레이트(90)로부터 열적 인터페이스 재료층(120)로 이어지는 전도에 의해 열 전달을 향상시킨다. 열적 인터페이스 재료층(120)으로 전달된 열은 전도에 의해 냉각 플레이트(110)로 더욱 전달된다. 금속 서브 플레이트(90) 및 열적 인터페이스 재료층(120)을 통해 전지 시스템(50)으로부터 냉각 플레이트(110)로 진행되는 열 에너지의 전달이 도 5에 굵은 화살표(101)로 도시되어 있다.
냉각 플레이트(110)는 하우징(70)과 열적으로 접촉하므로, 냉각 플레이트(110)는 도 5의 제1 화살표(102)로 도시된 바와 같이 전도에 의해 전지 시스템(50)으로부터 하우징(70)으로 받은 열 에너지의 일부를 전달한다. 또한, 냉각 플레이트(110)에 의해 받은 열 에너지의 다른 일부는 도 5에 제2 화살표(103)로 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(110)에 의해 전지 시스템(50)의 주변으로 빠져나가게 된다. 냉각 플레이트(110)에 의해 열이 전달되는 것은 전지 시스템(50)의 외부로 노출되는 냉각 플레이트(110)의 제2 측면(110b) 위로 부는 기류에 의한 대류에 의한 것일 수 있다. 이 때, 대류로 인한 열 전달 속도는 전지 시스템(50) 외부의 공기 흐름의 상대 속도에 비례하며, 여기서 공기 흐름의 상대 속도는 전기 자동차의 속도에 의존할 수 있다.
냉각 플레이트(110)으로부터 하우징(70), 특히 상부 커버(73)로 전달된 열 에너지의 일부는 도 5에서 제3 화살표(104)로 도시된 바와 같이 하우징(70)에 의해 전지 시스템(50)의 주변으로 빠져나가게 된다. 하우징(70)에 의한 전지 시스템(50)의 주변으로의 열 전달 모드는 복사뿐만 아니라 대류일 수 있다.
냉각 플레이트(110)는 나사 볼트 조인트와 같은 연결 요소(111)에 의해 하우징(70)의 상부 커버(73)에 연결된다.
공기 흐름의 상대 속도에 추가하여, 냉각 플레이트(110) 및/또는 하우징(70)의 노출 표면적은 열 전달 속도에 정비례한다. 열 전달 속도를 향상시키기 위해, 냉각 플레이트(110)는 도 6에 도시된 바와 같이 전지 시스템(50)으로부터 전지 시스템(50) 외부의 주변으로 열을 전달하도록 구성된 복수의 메인 리브(130)를 포함한다. 메인 리브(130)는 전지 시스템(50), 특히 BDU(80)에 의해 방출된 열로 인한 열점(95)으로부터 전지 시스템(50)의 외부 주변으로 열 전달을 향상시키기 위해, 냉각 플레이트(110)의 표면적을 넓힐 수 있도록 돌출된 구조나 핀 형태를 가질 수 있다. 메인 리브(130)는 열점(95)으로부터 주변으로 균일하게 열 전달하여 열 방출을 향상시키기 위해 방사상으로 대칭인 별 모양으로 냉각 플레이트(110)에 배치될 수 있다. 메인 리브(130)는 냉각 플레이트(110)과 유사한 열 전도성 물질로 만들어질 수 있으며, 용접에 의해 냉각 플레이트(110)의 제2 측면(110b)에 배치될 수 있다. 반면, 냉각 플레이트(110)는 일체형 방식으로 구성된 메인 리브(130)를 포함할 수 있는데, 이는 가령 메인 리브(130)를 포함하는 냉각 플레이트(110)를 몰드에 의해 제조하는 것으로 이룰 수 있다.
유사하게, 하우징(70), 즉 하우징(70)의 상부 커버(73)는 도 6에 도시된 바와 같이 전지 시스템(50)으로부터 전지 시스템(50) 외부의 주변으로 열을 전달하기위한 2차 리브(140)를 포함한다. 2차 리브(140)는 하우징(70)의 상부 커버(73)와 유사한 열 전도성 물질로 만들어 질 수 있으며, 용접에 의해 상부 커버(73)에 배치될 수 있다. 물론, 2차 리브(140)도 몰드에 의한 제조로 상부 커버(73)와 일체형 방식으로는 구성될 수 있다. 냉각 플레이트(110)상의 메인 리브(130) 및 하우징(70)의 상부 커버(73) 상의 2차 리브(140)의 구조 및 분포는 당업자에 의해 그의 요구 사항에 따라 적절히 선택될 수 있다. 냉각 플레이트(110) 및 하우징(70)의 열 전달 능력의 향상에 추가하여, 각각의 메인 리브(130) 및 2차 리브(140)는 냉각 플레이트(110) 및 하우징(70)에 각기 추가적인 기계적 강도 및 구조적 안정성을 제공할 수 있다.
즉, 전체적으로 350A (150kW) 이상의 전류로 장시간 빠른 충전 조건을 허용하기 위해서는, BDU(80) 내부의 전도성 구성 요소, 특히 BDU 릴레이(87a, 87b) 및 BDU 퓨즈(88a, 88b)는 물론, BDU 제어 유닛(86) 및 BDU 버스 바(89)도 구성 요소의 온도 요건을 충족시키기 위해 냉각되어야 한다. 더욱이, 전지 시스템(50)의 하우징(70), 예를 들어 EV 전지 시스템은, BDU 요소(86, 87a, 87b, 88a, 88b, 89)에 충분한 냉각을 제공하기에 좋은 열 전도성 및 넓은 표면적을 가진 금속으로 만들어진다. 이에 인터페이스 유닛(81)은, 서비스 리드(lid)로서 전지 시스템의 하우징(70)에 부착된 금속제의 냉각 플레이트(110)에 열적 인터페이스 재료층(120)을 통해서 열 접촉할 수 있는 가장 큰 가용 영역을 갖도록 설계된다.
전지 시스템(50)은 개구(55)를 통해 전지 모듈 단자(21, 22)에 전기적으로 연결되고(도 5의 점선(46)으로 도시한 라인 참조) 전지 시스템 단자(51, 52)를 형성하도록 구성된 고전압 커넥터(HVC)(40)를 더욱 포함한다. 고전압 커넥터(40)는 인터페이스 유닛(81)에 전기적으로 연결되도록 구성된다. 고전압 커넥터(40)는 전지 시스템(50)의 외부로 노출되는 냉각 플레이트(110)의 제2 측면(110b)으로부터 연장된다. 고전압 커넥터(40)는 냉각 플레이트(110)의 일측, 즉, 제2 측면(110b)으로부터 연장되며, BDU(80)는 하우징(70)을 향하는 냉각 플레이트(110)의 반대측, 즉, 제1 측면(110a)에 장착된다. 고전압 커넥터(40)는 냉각 플레이트(110)의 각 배선 개구(도면에 도시되지 않음)를 통해 이어지는 배선에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 고전압 커넥터(40)로부터의 배선은 열적 인터페이스 재료층(120)의 배선 개구뿐만 아니라 냉각 플레이트(110)의 각각의 배선 개구를 통해 이어질 수 있다. 더욱이, 고전압 커넥터(40) 자체는 열적 인터페이스 재료층(120)의 각각의 개구뿐만 아니라 냉각 플레이트(110)의 각각의 개구를 통해 연장될 수 있다.
고전압 커넥터(40), 냉각 플레이트(110), 열적 인터페이스 재료층(120) 및 BDU(80)가 결합됨으로써, 냉각 플레이트(110), 열적 인터페이스 재료층(120) 및 BDU(80)가 단일 BDU 어셈블리 유닛(115)으로 구성된다. 도 5에 도시된 실시예에서, BDU(80)의 냉각 플레이트(110), 열적 인터페이스 재료층(120) 및 인터페이스 유닛(81)은 나사 볼트 조인트와 같은 결합 요소(112)에 의해 연결되는 반면, 고전압 커넥터(40)는 결합 요소(도면에 도시되지 않음), 예를 들어 나사 볼트 조인트에 의해 냉각 플레이트(110)에 연결된다. 이러한 구성은 단일 BDU 어셈블리 유닛(115)의 효율적인 사용 및 운송을 가능하게 하는 모듈형 구조를 BDU 어셈블리 유닛(115)에 제공할 수 있는 점에서 이점이 있다.
더욱이, BDU 어셈블리 유닛(115)은 하우징(70)의 외부로부터 제거 가능하도록 구성된다. 즉, BDU 어셈블리 유닛(115)은 나사 볼트 조인트인 연결 요소(111)를 해지하는 것만으로 하우징(70)으로부터 제거될 수 있다. 이러한 구성은 전지 시스템(50)의 하우징(70)을 제거하지 않고 외부에서 BDU 어셈블리 유닛(115)을 손쉽게 제거함으로써 BDU 어셈블리 유닛(115)의 효율적인 교체를 가능하게 하는 점에서 이점이 있다.
도 5에 도시된 하우징(70)은, 냉각 플레이트(110)가 하우징(70)에 장착된 상태에서 BDU(80)와 모듈 단자(21, 22) 및/또는 BDU(80)와 전지 시스템 단자(51, 52) 사이의 전기적 연결을 개방할 수 있는 적어도 하나의 추가 개구(65)를 더욱 포함한다. 이러한 구성은 사용자의 안전을 위해 필수적인 냉각 플레이트(110)를 탈거하기 전에 상기한 전기 연결을 차단시킬 수 있는 점에서 이점이 있다. 상기한 전기적 연결은 추가 개구(65)를 통해 나사 볼트 조인트일 수 있는 결합 요소(61, 62, 63, 64)에 쉽게 접근하여 이를 간단히 푸는 것으로서 개방될 수 있다. 예를 들어, BDU(80)와 제1 모듈 단자(21) 사이의 전기적 연결을 개방하기 위해, 가령 나사 드라이버로서 상기 연결에 대응하는 결합 요소(61)인 나사 볼트 조인트를 풀 수 있다. 유사하게, BDU(80)와 제2 모듈 단자(22) 사이의 전기적 연결을 개방하기 위해, 결합 요소(63)가 풀릴 수 있다. 유사하게, BDU(80)와 제1 전지 시스템 단자(51) 사이의 전기적 연결을 개방하기 위해 결합 요소(62)가 풀릴 수 있고, BDU(80)와 제2 전지 시스템 단자(52) 사이의 전기적 연결을 개방하기 위해 결합 요소(64)가 풀릴 수 있다.
본 개시는 상기한 시스템(50)을 적어도 하나로 포함하는 차량(도면에 도시되지 않음)을 추가로 개시한다. 본 개시에 따른 차량은 차량으로부터 전지 시스템(50)을 제거하지 않고 BDU 어셈블리 유닛(115)을 전지 시스템 (50)으로부터 제거할 수 있도록 구성될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 전지 셀
20 전지 모듈
21, 22 모듈 단자
51, 52 전지 시스템 단자
55 개구
70 하우징
80 전지 차단 유닛
81 인터페이스 유닛
110 냉각 플레이트
120 열적 인터페이스 재료층

Claims (15)

  1. 모듈 단자 사이에 상호 연결된 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 모듈;
    상기 모듈 단자와 전지 시스템 단자 사이의 전기 경로에 전기적으로 연결되고, 상기 전기 경로를 선택적으로 닫는 인터페이스 유닛을 포함하는 전지 차단 유닛;
    개구를 포함하며, 상기 전지 모듈 및 상기 전지 차단 유닛을 수용하는 하우징;
    상기 하우징의 외부에 착탈 가능하게 장착되고 상기 하우징의 개구를 폐쇄하는 냉각 플레이트; 및
    상기 인터페이스 유닛과 상기 냉각 플레이트 사이에 인접하게 배치된 열 전도성 및 전기 절연성 열적 인터페이스 재료층
    을 포함하는, 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트의 표면적은 상기 하우징의 전체 표면적의 20% 미만인 전지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는 상기 하우징과 열 접촉하도록 구성되고, 상기 냉각 플레이트 및/또는 상기 하우징은 상기 전지 시스템 외부 주변으로 열을 전달하도록 구성된, 전지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는 상기 전지 시스템으로부터 상기 전지 시스템의 외부 주변으로 열을 전달하도록 구성된 복수의 메인 리브를 포함하는 전지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 전지 시스템으로부터 상기 전지 시스템의 외부 주변으로 열을 전달하도록 구성된 복수의 2차 리브를 포함하는 전지 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인터페이스 유닛은 전기 절연 재료 베이스에 배치된 복수의 금속 서브 플레이트와 전지 차단 유닛 요소를 포함한 인터페이스 플레이트를 포함하는 전지 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 서브 플레이트는 서로 분리되어 배치되고, 상기 전지 차단 유닛 요소에 선택적으로 연결되거나 상기 전지 차단 유닛 요소를 통해 선택적으로 연결되는 전지 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전지 차단 유닛 요소는 전지 차단 유닛의 제어 유닛, 적어도 하나의 전지 차단 유닛 릴레이, 적어도 하나의 전지 차단 유닛 퓨즈 및/또는 하나 이상의 전지 차단 유닛의 버스 바를 포함하는 전지 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 개구를 통해 상기 인터페이스 유닛에 전기적으로 연결되며, 상기 전지 시스템 단자를 이루는 고전압 커넥터를 더욱 포함하는, 전지 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고전압 커넥터는 상기 냉각 플레이트의 일 측면으로부터 연장되고, 상기 전지 차단 유닛은 상기 하우징을 향하는 상기 냉각 플레이트의 반대 측면에 설치되는, 전지 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고전압 커넥터, 상기 냉각 플레이트, 상기 열적 인터페이스 재료층 및 상기 전지 차단 유닛은 함께 결합되어 단일 전지 차단 유닛 어셈블리 유닛을 구성하는 전지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 고전압 커넥터는 상기 냉각 플레이트 및 상기 열적 인터페이스 재료층을 통해 연장되는 전지 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전지 차단 유닛 어셈블리 유닛은 상기 하우징의 외부로부터 탈거되도록 구성되는 전지 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 냉각 플레이트가 상기 하우징에 장착된 상태에서 상기 전지 차단 유닛과 상기 모듈 단자 사이 및/또는 상기 전지 차단 유닛과 상기 전지 시스템 단자의 전기적 연결을 개방할 수 있는 적어도 하나의 추가 개구를 포함하는, 전지 시스템
  15. 제1항에 따른 전지 시스템을 포함하는 차량.
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