KR20230013105A - 전기 에너지 저장기 - Google Patents

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KR20230013105A
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housing
cell
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electrical energy
lib
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KR1020227044616A
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Inventor
토르스텐 프랑케
데이브 안드레
Original Assignee
바이에리쉐 모토렌 베르케 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 2개 이상의 하우징 부분으로 이루어지는, 자동차 내에 설치하기 위한 전기 에너지 저장기에 관한 것으로서, - 이 경우 제1 하우징 부분은 저장 셀을 수용하기 위해 제공되어 있지 않고, 제2 하우징 부분은 모든 저장 셀을 수용하기 위해 제공되어 있으며, - 제1 하우징 부분은 하우징 상부로서 자동차 내에 설치하기 위해 제공되어 있고, 제2 하우징 부분은 하우징 하부로서 자동차 내에 설치하기 위해 제공되어 있으며, - 제1 하우징 부분은 제거 가능한 제1 덮개에 의해 폐쇄될 수 있으며, 그리고 - 제2 하우징 부분은 재차 제거할 수 없는 제2 덮개에 의해 폐쇄된 캡슐로서 설계되어 있다.

Description

전기 에너지 저장기
본 발명은, 자동차용 전기 에너지 저장기, 특히 리튬-이온 저장기, 및 예를 들어, 온-보드 배터리, 고전압 저장기 또는 트랙션 배터리로서 알려진 바와 같은, 차량 내에서 사용하기 위한 리튬-이온 저장기를 구성하기 위한 방법에 관한 것이다. 이하에서, 전기 에너지 저장기, 특히 리튬-이온 저장기는 간략히 에너지 저장기로서 지칭된다.
예를 들어, DE 10 2019 110 007 B4호에는, 수평으로 분리된 2개의 격실(또는 하우징 부분)을 갖는 하나의 저장기 설치 공간을 구비하는 (리튬-이온 저장기 형태의) 에너지 저장기가 공지되어 있으며, 여기에서 수평의 분리 벽은, 셀 어셈블리가 하부 설치 공간에 매달려 있고, 냉각 플레이트와 우수한 열전도율로 연결되어 있으며, 셀 접촉부 그리고 각각의 셀의 위험 구멍이 아래쪽으로 향하는 냉각 플레이트로서 구현되어 있다.
2020년 9월 22일의 Tesla "Battery-Day" (https://www.youtube.com/embed/I6T9xleZTds 라이브 녹화)에서는 (리튬-이온 저장기 형태의) 에너지 저장기가 소개되었는데, 이 에너지 저장기는, 셀이 하우징과 견고하게 접착되어 강성은 높지만 고장의 경우에는 에너지 저장기의 셀 어셈블리가 복구될 수 없는 분실형 저장기이다.
본 발명의 과제는, 자동차용 에너지 저장기, 특히 자동차용 리튬-이온 저장기를 가급적 비용 효율적으로 더욱 개선하는 것이다.
상기 과제는, 독립 특허 청구항들의 특징부들에 의해서 해결된다. 종속 특허 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들이다.
본 발명은, 2개 이상의 하우징 부분으로 이루어지는, 자동차 내에 설치하기 위한 전기 에너지 저장기에 관한 것으로서,
- 이 경우 제1 하우징 부분은 저장 셀을 수용하기 위해 제공되어 있지 않고, 제2 하우징 부분은 모든 저장 셀을 수용하기 위해 제공되어 있으며,
- 이 경우 제1 하우징 부분은 하우징 상부로서 자동차 내에 설치하기 위해 제공되어 있고, 제2 하우징 부분은 하우징 하부로서 자동차 내에 설치하기 위해 제공되어 있으며,
- 이 경우 제1 하우징 부분은 제거 가능한 제1 덮개에 의해 폐쇄될 수 있으며, 그리고
- 이 경우 제2 하우징 부분은 재차 제거할 수 없는 제2 덮개에 의해 폐쇄된 캡슐로서 설계되어 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 2개의 하우징 부분을 수평으로 분리하는 그리고 관류하는 냉각 유체를 위한 중간 공간을 포함하는 하우징 중앙 부분이 2개의 하우징 부분 사이에 배열되어 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 제1 하우징 부분은 저장기 전자 장치를 수용하도록 설계되어 있고, 외부로 돌출하는 전기 연결부를 구비한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 제1 하우징 부분의 저장기 전자 장치 및 제2 하우징 부분의 저장기 셀은 전기 접촉부, 예를 들어, 케이블 하니스와 전기적으로 연결되어 있으며, 하우징 중앙 부분을 통과하는 전기 접촉부의 관통부(들)에는 밀봉부(들)가 제공되어 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 밀봉부는 파열 압력을 견디도록 설계되어 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 제2 하우징 부분은 저장기 셀을 갖는 하나의 셀 팩 그리고 이 셀 팩 아래에 배열된 프레임(frame)을 포함하며, 이때 저장기 셀들의 하우징은 장착된 상태에서 수직으로 정렬되어 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, (장착된 상태에서) 아래쪽으로 향하는 프레임은, 힘을 흡수하는 셀의 하우징 연장부로서 작용하는 지지 요소의 프레임 워크(framework)를 구비한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 지지 요소는 셀 하우징 아래의 별도의 지지부로서 또는 셀 하우징의 연장부로서 또는 셀(들)을 완전히 둘러싸는 그리고 추가로 공동부를 구비하는 지지 튜브로서 설계되어 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 제2 덮개는 국부적으로 재료가 얇아지는 하나 이상의 재료 수축부(material thinning part)를 구비하며, 이 재료 수축부는 저장기 내부가 임계 정압인 경우에 목표 파괴 지점으로서 작용한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 셀 팩은 측면 충돌 및 세로 방향 충돌의 경우에 제2 하우징 부분의 외부 경계부에 대한 중간 공간에 의해서 손상으로부터 보호되며, 이때 제2 하우징 부분은 중간 공간을 채우는 소탄성 재료(plastoelastic material)에 의해서 적어도 부분적으로 보강되어 있다.
본 발명에는 다음과 같은 사상들이 기초가 된다:
본 발명은, (예를 들어, 자주 "LiB"로 약칭되는 리튬-이온 저장기 형태인) 에너지 저장기의 비용을 줄이는 데 기여해야만 한다. 일반적으로 사전에 알려진 선행 기술에 기초하여, 이와 같은 알려진 선행 기술을 능가하는 다음과 같은 특성을 갖는 에너지 저장기가 제안된다:
- 충돌 및 볼라드(bollard) 방지
- 밀폐된 셀 설치 공간
- 셀 수준에서 자체 진화됨(즉, 셀 수준에서 전파 중지)
- 저장기 전자 장치는 냉각 가능하고, 유지 관리 가능하며, 교체 가능함
일반적으로 알려진 기술의 단점은, 에너지 저장기가 충돌 및 볼라드 안전 기능을 위해, 습기 방지 및 열 전파 방지를 위해 그리고 전자 구성 요소의 신뢰성 및 위험에 대한 저항성을 위해 매우 높은 비용을 필요로 한다는 것이다. 이와 같은 문제점에 대한 해결책이 본 발명의 대상이다.
본 발명에 따른 에너지 저장기는, 차량 내부로 향하는 전자 장치 설치 공간으로 그리고 차량 외부로 향하는 밀폐형 셀 설치 공간으로 세분되어 있다. 셀 설치 공간의 밀폐에 의해서는, 가스 제거 및/또는 응축수 제거를 위한 밀봉부 및 장치가 생략될 수 있다. 또한, 습기 부하 그리고 셀 팩 요소의 부식이 배제되며, 위험 상황에서 셀 분출물이 차량 내부로 침투하는 것을 방지한다. 밀폐식 연결은 어레인지먼트의 강성을 높인다. 정압 부하 완화 기능은 차량 외부 영역에 있는 셀 설치 공간의 벽의 목표 파괴 지점에 의해서 이루어진다. 측면 및 세로 방향 충돌시 셀 팩의 보호는 힘을 분산시키는 소탄성 재료에 의해서 보강된다. 소탄성 재료는 셀 팩 주변으로 또는 셀들 사이를 통과해서 가로 방향으로 준-유압식으로 침입력의 방향을 조종하며, 이로 인해 한 편으로는 더 많은 재료가 충돌 흡수에 참여할 수 있게 되며, 또한 힘은 적어도 부분적으로 압축력으로부터 인장력으로 변환되고, 이와 같은 인장력의 형태로 셀 설치 공간의 벽에 제공될 수 있으며, 이와 같은 상황은 재료 활용도를 개선한다. 추가로, 준-유압식 힘 분포에 의해서는 셀이 모든 방향에서 균일하게 압력을 받게 되고, 이와 같은 상황은 충돌에 의한 셀 손상 위험을 감소시킨다. 이때, 소탄성 재료는, 셀 수준에서 전파 중지를 지원하기 위하여 팽창 특성을 가질 수 있다. 볼라드 충돌 시 셀 팩의 보호는, 도로 쪽을 향하는 셀 설치 공간의 벽으로부터 셀 사이의 셀 접촉부 영역에 있는 중간 요소를 통과해서 또는 셀 벽까지 그리고 셀 벽을 통과해서 차량 내측을 향하는 셀 설치 공간의 벽까지 힘을 전달함으로써 이루어지며, 이때 상기 셀 설치 공간의 벽은 차량의 차체 구조로의 힘 전달을 담당할 뿐만 아니라 셀을 위한 냉각 기능까지도 갖는다. 중간 요소는 또한 개별 셀의 가스 제거 공간을 개별화함으로써 셀 위험의 영향을 감소시키고, 이로써 열 전파에 대한 보호를 증가시킨다. 셀 설치 공간으로부터 전자 장치 설치 공간을 분리하는 것은, 배터리에 위험이 발생할 경우 전자 장치를 보호하고 전자 장치의 지속적인 기능을 보장한다. 차량 내측에 전자 장치 설치 공간을 배치함으로써, 예를 들어, 인포테인먼트 전자 장치를 위한 차량 구조에서 일반적으로 사용되는 수단으로써 습기, 상승된 온도 및 높은 기계적 부하로부터 보호될 수 있다. 더욱이, 셀 설치 공간을 열지 않고서도 전자 장치 구성 요소의 서비스 능력이 가능하다. 2개의 설치 공간 사이에 있는 격벽은 셀 팩 및 전자 장치의 냉각을 위해 이용된다.
도면부에는 본 발명의 일 실시예가 도시되어 있다. 도면부에서,
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장기의 바람직한 전체 어레인지먼트를 도시하며,
도 2a는 본 발명에 따른 프레임을 형성하는 지지 요소의 가능한 제1 실시예를 도시하고,
도 2b는 본 발명에 따른 프레임을 형성하는 지지 요소의 가능한 제2 실시예를 도시하며, 그리고
도 3은 이와 같은 에너지 저장기 어레인지먼트에 대한 예시적인 제조 방법을 도시한다.
도 1에는, 하우징 중앙 부분(1)으로 이루어진 에너지 저장기(LiB)가 도시되어 있으며, 이때 하우징 중앙 부분은 에너지 저장기(LiB)의 2개의 하우징 부분(2, 3)을 수평으로 분리하고 관류하는 냉각 유체(4)를 위한 중간 공간을 포함하며, 이 중간 공간은 단자(5)를 통해 외부 냉각 순환계와 연결될 수 있다. 제1 하우징 부분(2)은 차량 내부의 방향으로 (다시 말해, 장착된 상태에서 위로) 향하여 있고, 바람직하게는 저장기 전자 장치(6)를 수용하기 위해 이용되며, 외부로 향하는 전기 연결부(7)를 구비한다. 제2 하우징 부분(3)은 차량 외부의 방향으로 (다시 말해, 장착된 상태에서 아래로 도로 쪽으로) 향하여 있고, 특히 셀 팩(8)으로서 설계된 저장기 셀(17)(줄여서 셀이라고도 지칭됨)을 수용하기 위해 이용된다. 셀(17)은 예를 들어, 원형 셀 또는 각기둥 셀일 수 있다. 저장기 전자 장치(6) 및 셀 팩(8)은 예를 들어, 전기 접촉부(9)와 전기적으로 연결되어 있으며, 하우징 중앙 부분(1)을 통과하는 상기 전기 접촉부의 관통부에는 바람직하게 파열 압력을 견디는 밀폐식 밀봉부(10)가 제공되어 있다. 제1 하우징 부분(2)에는 하우징 중앙 부분(1)에 부착 및 밀봉되어 있는 그리고 전자 장치 구성 요소의 서비스를 가능하게 하기 위해 반복적으로 제거 가능한 덮개(11)가 제공되어 있다.
제2 하우징 부분(3)에는, 하우징 중앙 부분(1)에서 재차 제거할 수 없는, 예를 들어, 용접된, 압착된 또는 접착된 덮개(12)가 밀폐식으로 제공되어 있다. 다른 말로 표현하자면, 제2 하우징 부분(3)은 하우징 중앙 부분(1)에 의해 그리고 분리될 수 없는 덮개(12)에 의해 폐쇄형 캡슐로서 설계되어 있다.
바람직하게, 하우징 중앙 부분(1)은 딥 드로잉 가공된, 스탬핑 가공된, 예를 들어, 서로 용접된 그리고 평평한 섹션(1c 및 1d)을 갖는 2개의 플레이트(1a 및 1b)로 이루어지며, 상기 평평한 섹션은 저장기 전자 장치(6) 및 셀 팩(8)을 위한 열 접촉 표면을 제공한다. 제1 플레이트(1a)는 단자(5) 및 연결부(7)의 부착을 위한 관통구(1e 및 1f) 그리고 제1 덮개(11)의 부착을 위한 플랜지를 포함한다. 제2 플레이트(1b)는 제2 덮개(12)의 부착을 위한 플랜지 또는 에지를 포함한다. 이때, (1a), (1b), (12)는 금속, 플라스틱 또는 다층 플라스틱-금속 복합물로 이루어질 수 있고, 적어도 부분적으로는 전기 절연부, 예를 들어, 포일(foil)을 구비할 수 있다.
셀 팩(8)은 바람직하게 (장착된 상태에서) 아래로 향하는 프레임(13), 셀 접촉부(14), 셀 감지용 단자(15), 전기 접촉부(9)의 셀 팩 측을 위한 전기 단자(16), 셀(17), 셀(17) 사이에 있는 접착부 또는 충전제(19) 그리고 셀 접촉부(14) 및 셀 감지부(15) 둘레에 있는 소프트 포팅(20)(soft potting)으로 이루어진다. 이때, 충전제(19)는 소프트 포팅(20)과 동일한 재료로 이루어질 수 있고, 소프트 포팅과 함께 삽입될 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 충전제와 소프트 포팅은 경질 파라핀으로 이루어진다. 이때, 셀 접촉부(14), 셀 감지부(15) 및 단자(16)는 적어도 부분적으로 프레임(13) 내에서 미리 조립되고, 하나의 집합체(21)(ensemble)를 형성하며, 이 집합체는 제1 대안 예(18a)에서 제2 덮개(12) 및 하우징 중앙 부분(1)과 단단히 연결될 수 있거나, 제2 대안 예(18b)에서 셀(17) 및 하우징 중앙 부분(1)과 단단히 연결될 수 있다. 이때, 연결은, 예를 들어, 도포 접착제에 의해서, 그리고 또한 바람직하게 열 전도성이 우수한 양면 접착 포일에 의해서도, 그리고 또한 연결될 요소들 중 하나에서의 사전 도포에 의해서 또는 용접에 의해서도 이루어질 수 있다.
또한, 셀(17)의 위치를 결정하기 위해 이용되는 캐리어(21)가 제공되어 있다. 저장기 셀(17)이 원형 셀로서 형성된 경우, 캐리어(21)는 예를 들어, 알려진 방식으로 저장기 셀(17)의 중간 공간에 스파이크를 구비할 수 있다.
프레임(13)은 캐리어(21)의 부분으로서 설계될 수 있고, 또한 볼라드 충돌로부터 하우징 중앙 부분(1)으로 힘을 전달하기 위해 제2 덮개(12)로부터 하우징 중앙 부분(1)으로 또는 셀 벽(17a)까지 힘을 전달하는 요소로서도 이용되며, 그리고 위험 발생 시 셀(17)로부터 방출되는 가스 및 입자의 방향을 조종하기 위해 개별 셀(17)에 할당된 가스 제거 공간(22)의 상호 칸막이로서 그리고 이웃하는 셀(17)의 보호부로서도 이용된다.
본 발명의 특히 바람직한 일 실시예에서, 프레임(13)은, 셀(17)의 힘 흡수 하우징 연장부로서 작용하는 지지 요소(30)의 프레임 워크를 포함한다. 이때, 지지 요소(30)는 셀 하우징(도 2a) 아래에 있는 별도의 지지부로서 또는 셀 하우징의 연장부로서 또는 셀을 완전히 둘러싸면서 추가로 공동부(H)를 갖는 지지 튜브(도 2b)로서 설계될 수 있다. 지지 요소(30)는 바람직하게 셀 접촉부(14)의 형성 및/또는 셀 감지부(15)를 위한 단자의 형성을 위한 통합된 전기 연결부 및/또는 전기 접촉부(9)의 셀 팩 측을 위한 전기 단자(16)를 구비한다. 또한, 지지 요소(30)는 캐리어(21)의 부분일 수도 있다.
제2 덮개(12)는 적어도 국부적으로 재료가 얇아지는 하나 이상의 재료 수축부(12a)를 구비하며, 이 재료 수축부는 저장기 내부가 임계 정압인 경우에 목표 파괴 지점으로서 작용하고, 제어된 방식으로 정압을 제한한다. 바람직하게, 제2 덮개(12)의 전면, 후면 및/또는 하부 면에는 복수의 재료 수축부(12a)가 구현되어 있다. 또 다른 일 실시예에서, 각각의 가스 제거 공간(22) 아래에는 재료 수축부(12a)가 각각 하나씩 있다. 또 다른 일 실시예에서, 목표 파괴 지점은 하우징 중앙 부분(1)의 밀폐된 연결부(12b) 및 제2 덮개(12)를 국부적으로 약화시킴으로써 표현된다.
셀 팩(8)은 바람직하게 제2 하우징 부분(3)의 외부 경계에 대한 중간 공간(23)에 의해서도 측면 및 세로 방향 충돌의 경우에 손상으로부터 보호된다. 바람직한 일 실시예에서, 이와 같은 방식의 보호는 중간 공간(23)을 채우는 소탄성 재료(24)에 의해 적어도 부분적으로 보강되며, 이는 국부적으로 작용하는 힘을 더 넓은 표면으로 확산시키며, 힘의 방향을 유압식으로 변경함으로써 전체 저장기 복합체를 충돌 에너지의 흡수에 편입시킨다. 가능한 일 실시예에서, 소탄성 재료(24)는 중간 공간(23)을 채우는 약간 압축 가능한 가벼운 플라스틱 과립, 광물 충전제, 모래, 코르크, 톱밥, 왁스, 유체 또는 이들의 조합으로 이루어진다. 바람직한 일 실시예에서, 소탄성 재료는 팽창 특성을 갖는다. 이때, 소탄성 재료(24)는 튜브 등 내에 패킹될 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 소탄성 재료(24)는 미리 형성된 프로파일로 이루어진다. 또 다른 일 실시예에서, 접착제 또는 충전제(19) 및 소탄성 재료(24) 및 경우에 따라 소프트 포팅(20)은 동일한 재료로 이루어지고, 공통 제조 단계에서 도입된다.
저장기 전자 장치(6)는 바람직하게 셀 모니터링부(6a), 보호 스위칭 장치(6b), 배터리 관리 시스템(6c) 그리고 선택적으로 차량 내의 또 다른 전압 레벨에 전력을 공급하기 위한 변환기(6d), 차량 외부 공급 전압 및 스위칭 장치를 연결하기 위한 변환기(6e), 안전 장치 그리고 차량의 전력 사용자 장치를 위한 필터(6f)를 포함한다. 저장기 전자 장치(6)의 요소는 적어도 부분적으로 전기 접촉부(9)의 전자 장치 측을 통해 셀 팩(8)과 그리고 또 다른 전기 연결부(25)를 통해 연결부(7)와 연결되어 있다. 바람직한 일 실시예에서, 연결부(7) 및 또 다른 연결부(25)는 하나의 구성 요소로, 예를 들어, 픽테일(picktail)로 결합되어 있다.
도 3은, 본 발명에 따른 에너지 저장기(LiB)를 구성하기 위한 바람직한 단계를 개략적으로 보여준다:
1. 프레임(13)을 갖는 캐리어(21)를 배치한다.
2. 셀(17)을 삽입한다.
3. 하우징 중앙 부분(1)을 안착시키고 접착한다.
4. 지금까지의 어레인지먼트를 회전시킨다.
5. 셀(17) 사이에 접착제를 부음으로써 접착부(19)를 부착한다.
6. 셀(17)에 셀 접촉부(14)를 제공하고, 전기 접촉부(9)를 연결한다.
7. 캐리어(21)를 주조하며, 이때 셀(17)은 셀 접촉부(14) 및 셀 감지부(15)로 둘러싸인다.
8. 소탄성 재료(24)를 하나 이상의 중간 공간(23) 내로 도입한다.
9. 제2 덮개(12)를 안착시키고, 하우징 중앙 부분(1)과 해체 불가능하게 연결한다(예를 들어, 접착한다).
10. 제1 덮개(11)를 제외한 전술된 모든 부분을 갖는 에너지 저장기(LiB)를 접착, 용접 또는 다른 방식의 연결 후에 경화시킨다.
11. 에너지 저장기를 회전시킨다.
12. 저장기 전자 장치(6)를 조립한다.
13. 저장기 전자 장치(6) 및 전기 연결부(25)를 전기 접촉부(9)와 연결한다.
14. 해체 가능한 덮개(11)를 닫고, 이와 같이 생성된 에너지 저장기(LiB)의 전체 어레인지먼트를 테스트하며, 차량 내에 설치하기 위해 제거한다.

Claims (10)

  1. 2개 이상의 하우징 부분(2, 3)으로 이루어지는, 자동차 내에 설치하기 위한 전기 에너지 저장기(LiB)로서,
    - 제1 하우징 부분(2)은 저장 셀(17)을 수용하기 위해 제공되어 있지 않고, 제2 하우징 부분(3)은 저장 셀(17)을 수용하기 위해 제공되어 있으며,
    - 상기 제1 하우징 부분(2)은 하우징 상부로서 자동차 내에 설치하기 위해 제공되어 있고, 상기 제2 하우징 부분(3)은 하우징 하부(3)로서 자동차 내에 설치하기 위해 제공되어 있으며,
    - 상기 제1 하우징 부분(2)은 제거 가능한 제1 덮개(11)에 의해 폐쇄될 수 있으며, 그리고
    - 상기 제2 하우징 부분(3)은 재차 제거할 수 없는 제2 덮개(12)에 의해 폐쇄된 캡슐로서 설계되어 있는, 자동차 내에 설치하기 위한 전기 에너지 저장기(LiB).
  2. 제1항에 있어서, 상기 2개의 하우징 부분(2, 3)을 수평으로 분리하는 그리고 관류하는 냉각 유체(4)를 위한 중간 공간을 포함하는 하우징 중앙 부분(1)이 2개의 하우징 부분(2, 3) 사이에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 에너지 저장기(LiB).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 하우징 부분(2)이 저장기 전자 장치(6)를 수용하도록 설계되어 있고, 외부로 돌출하는 전기 연결부(7)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전기 에너지 저장기(LiB).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 하우징 부분(2)의 저장기 전자 장치(6) 및 상기 제2 하우징 부분(3)의 저장기 셀(17)이 전기 접촉부(9)와 전기적으로 연결되어 있으며, 하우징 중앙 부분(1)을 통과하는 상기 전기 접촉부의 관통부에 밀봉부(10)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 에너지 저장기(LiB).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉부(10)가 파열 압력을 견디도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 에너지 저장기(LiB).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 하우징 부분(3)이 저장기 셀(17)을 갖는 하나의 셀 팩(8) 그리고 상기 셀 팩(8) 아래에 배열된 프레임(13)을 포함하되, 상기 저장기 셀(17)의 하우징은 장착된 상태에서 수직으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 에너지 저장기(LiB).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아래쪽으로 향하는 프레임(13)이, 힘을 흡수하는 셀(17)의 하우징 연장부로서 작용하는 지지 요소(30)의 프레임 워크를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전기 에너지 저장기(LiB).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 요소(30)가 셀 하우징 아래의 별도의 지지부로서 또는 셀 하우징의 연장부로서 또는 셀(17)을 완전히 둘러싸는 그리고 추가로 공동부를 구비하는 지지 튜브로서 설계되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 에너지 저장기(LiB).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 덮개(12)가 국부적으로 재료가 얇아지는 하나 이상의 재료 수축부(12a)를 구비하며, 상기 재료 수축부는 저장기 내부가 임계 정압인 경우에 목표 파괴 지점으로서 작용하는 것을 특징으로 하는, 전기 에너지 저장기(LiB).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀 팩(8)은 측면 충돌 및 세로 방향 충돌의 경우에 제2 하우징 부분(3)의 외부 경계부에 대한 중간 공간(23)에 의해서 손상으로부터 보호되되, 상기 제2 하우징 부분은 중간 공간(23)을 채우는 소탄성 재료(plastoelastic material)(24)에 의해서 적어도 부분적으로 보강되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 에너지 저장기(LiB).
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021102017A1 (de) 2021-01-29 2022-08-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrischer Energiespeicher für den Einbau in ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug
DE102021102338A1 (de) 2021-02-02 2022-08-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrischer Energiespeicher
DE102021110219A1 (de) 2021-04-22 2022-10-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher zum Einbau in ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug
DE102022125713A1 (de) 2022-10-05 2024-04-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug
DE102023108787B3 (de) 2023-04-05 2024-05-29 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug, umfassend eine Traktionsbatterie und einen Fahrgastraum

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011104499A1 (de) 2011-06-17 2012-12-20 Audi Ag Batterie für ein Fahrzeug
AT515315B1 (de) 2014-01-28 2015-08-15 Avl List Gmbh Batteriemodul
DE102014221707A1 (de) * 2014-07-11 2016-01-14 Robert Bosch Gmbh Gehäuse für eine Vielzahl von Batteriezellen umfassend drei Hauptbestandteile
CN110100325B (zh) * 2016-12-27 2022-04-08 松下知识产权经营株式会社 电池模块
US11217847B2 (en) * 2018-04-27 2022-01-04 Ford Global Technologies, Llc Polymer-based enclosure assemblies for electrified vehicle battery packs
DE102018210690A1 (de) * 2018-06-29 2020-01-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Speichermodul für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs sowie Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug
DE102019110007B3 (de) 2019-04-16 2020-08-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Batterieanordnung für ein Fahrzeug umfassend eine Trägervorrichtung mit zwei Aufnahmeräumen sowie Fahrzeug

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