KR20230017846A

KR20230017846A - 하나 이상의 배터리 셀용 셀 홀더 및 셀 모듈

Info

Publication number: KR20230017846A
Application number: KR1020227045778A
Authority: KR
Inventors: 안셀름 뮐베르거; 홀거 로텐부르거
Original assignee: 메르세데스-벤츠 그룹 아게
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2023-02-06
Also published as: CN115917847A; JP2023529436A; DE102020003892B4; WO2022002541A1; JP7538894B2; EP4173075A1; DE102020003892A1; US20230231252A1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 배터리 셀(12)을 수용할 수 있는 마운트(22)를 제공하고 하나의 모듈 프레임에서 다른 셀 홀더(10)과 적층될 수 있으며, 이를 통해 하나 이상의 배터리 셀(12)을 포함하는 배터리를 제공할 수 있는 적어도 하나 이상의 배터리 셀(12)를 위한 셀 홀더(10)에 관한 것으로, 이때 셀 홀더(10)은 셀 홀더(10)이 모듈 프레임에 대해 상대적으로 모듈 프레임 내에서 가이드될 수 있는 가이드 장치(26)을 가진다.

Description

하나 이상의 배터리 셀용 셀 홀더 및 셀 모듈

본 발명은 특허 청구항 제1항의 전제부에 따른 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 위한 셀 홀더 및 셀 모듈에 관한 것이다.

DE 10 2014 019 092 A1은 평평하게 배열된 셀 인출 도체를 갖는 단일 셀을 수용하기 위한 셀 홀더를 개시하고 있다. 각형 셀 인출 도체를 지지하기 위한 지지 요소가 셀 홀더의 외부 사이드 면에 제공된다. 이 단일 셀은 이른바 커피 백 또는 파우치 셀 구조의 플랫 셀이다. 이 경우, 전기화학적 활성 셀 내부는 셀 하우징인 전기 절연성 복합 필름으로 둘러싸여 있다. 복합 필름으로 인해 비교적 불안정한 셀 하우징을 갖는 개별 셀을 기계적으로 고정하기 위해 셀 홀더가 제공된다. 이 셀 홀더는 두 개의 개별 셀 사이에 배열되고 가장자리에서 개별 셀들을 둘러싸며 이때 개별 셀과 셀 홀더는 전기 배터리의 구성요소인 셀 블록을 형성한다.

본 발명의 목적은 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 위한 셀 홀더 및 수용된 배터리 셀의 특히 바람직한 보호를 가능하게 하는 셀 모듈을 마련하는 데 있다.

이러한 목적은 특허 청구항 제1항의 특징을 갖는 적어도 하나 이상 배터리 셀을 위한 셀 홀더 및 특허 청구항 제7항의 특징을 갖는 셀 모듈에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 목적에 맞는 발명의 바람직한 실시예는 각각의 독립항과 다음의 명에서 제시한다.

본 발명은 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 수용할 수 있는 마운트를 제공하는 적어도 하나 이상의 배터리 셀용 셀 홀더에 관한 것이다. 이 마운트는 적어도 하나 이상의 방향으로 개방되도록 설계되어, 마운트에 수용되는 배터리 셀의 부피 변화를 가능하게 한다. 셀 홀더는 또한 모듈 프레임에서 다른 셀 홀더와 적층될 수 있으며, 그 결과 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리가 제공될 수 있다. 배터리는 특히 전기로 작동하는 자동차를 구동시킬 수 있는 차량 배터리이다. 배터리 셀은 특히 이른바 파우치 셀이다. 이때 파우치 셀이라는 명칭은 배터리 셀의 기술적 구조만을 설명한다. 파우치 셀에서 적층 또는 접힘 활성층은 플렉서블 외부 필름으로 둘러싸여 있다. 복수 개의 개별 전기 파우치 셀을 적층하여 직렬 연결 또는 병렬 연결로 서로 연결할 수 있다. 연결 전극인 셀 인출 도체는 각 파우치 셀의 외부 필름에서 돌출되어 있다. 배터리 셀, 특히 셀의 외부 필름에 대한 손상 위험을 특히 낮게 유지하기 위해, 배터리 셀에 기계적 하중이 특히 적게 가해져야 하는 것으로 제시된다. 한편으로는 각각의 배터리 셀의 특히 바람직한 보호를 가능하게 하고 다른 한편으로는 수명 주기 또는 충전 주기 동안 배터리 셀의 부피 변화를 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따라 셀 홀더는 가이드 장치를 가지며, 이 가이드 장치를 통해 모듈 프레임의 셀 홀더가 모듈 프레임에 대해 가이드될 수 있는 것으로 제시된다. 가이드 장치 덕분에 모듈 프레임에 대해 상대적으로 셀 홀더를 가이드할 수 있기 때문에 모듈 프레임에 대한 셀 홀더의 상대 이동을 통해 셀 홀더로 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 셀의 부피 변화가 보상되고 그 결과, 부피 변화 시 배터리 셀에 가해지는 기계적 하중이 특히 낮게 유지될 수 있게 된다. 특히, 적어도 하나 이상의 배터리 셀이 각각 수용되어 있는 복수의 셀 홀더의 적층된 배열에서, 셀 홀더는 그 가이드 장치를 통해 상호 독립적으로 모듈 프레임에 대해 상대적으로 이동할 수 있으며, 그 결과 셀 홀더는 상호 상대적으로 이동할 수 있다. 이 경우, 제1 셀 홀더의 제1 마운트에 수용된 배터리 셀은 제1 셀 홀더에 적층된 제2 셀 홀더의 벽에 인접하게 된다. 제2 셀 홀더의 이 벽은 제1 셀 홀더의 마운트의 개방 면을 덮는다. 따라서 마운트에 배치된 배터리 셀은 셀 홀더의 적층 방향을 따라 제1 방향으로 제1 셀 홀더로 덮이고 제2 방향으로 제2 셀 홀더로 덮인다. 적어도 하나 이상의 셀 홀더에 수용된 배터리 셀 중 적어도 하나 이상의 배터리 셀이 팽창하면, 배터리 셀을 수용하는 셀 홀더와 배터리 셀에 인접해 있는 다음 셀 홀더가 배터리 셀의 팽창으로 인해 서로 밀릴 수 있다. 셀 홀더가 서로 밀리게 되면, 셀 홀더의 상대 이동이 상호 이루어지며 이는 셀 홀더를 모듈 프레임에 대해 상대적으로 각각 이동시킬 수 있는, 셀 홀더의 각각의 가이드 장치에 의해 가능하게 된다. 부피 증가로 인한 배터리 셀의 압력 상승은 셀 홀더의 상대 이동으로 저지되거나 적어도 약화될 수 있다. 따라서, 셀 홀더에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 셀의 압력 부하는 특히 낮게 유지될 수 있다. 그 결과, 셀 홀더에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 셀에 대한 손상 위험이 특히 낮게 유지될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 수용된 배터리 셀의 셀 인출 도체를 굴절시킬 수 있는 벤딩 에지가 제공된다. 굴절된 셀 인출 도체는 다음 배터리 셀의 셀 인출 도체에 연결될 수 있으며, 이때 배터리 셀은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 셀 인출 도체의 굴절을 통해 복수의 셀 홀더 및 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리의 특히 콤팩트한 구조를 얻을 수 있다.

이와 관련하여, 벤딩 에지에 금속 인서트가 제공되고, 이 금속 인서트에 셀 인출 도체가 인접될 수 있고 이 금속 인서트를 통해 셀 인출 도체가 물질적 결합 방식으로 셀 홀더에 연결될 수 있는 것이 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 즉, 벤딩 에지에는 벤딩 에지에서 굴절될 때 적어도 하나 이상의 셀 인출 도체가 인접할 수 있는 금속 인서트가 배치되어 있다. 각각의 적어도 하나 이상의 배터리 셀이 셀 홀더에 특히 단단히 고정되는 것을 보장하기 위해, 셀 인출 도체는 물질적 결합으로 금속 인서트에 연결, 특히 용접될 수 있다. 물질적 결합을 통해 셀 홀더에 셀 인출 도체를 정확한 위치에 고정할 수 있다. 이러한 방식으로, 다양한 셀 홀더에 수용된 복수의 배터리 셀의 특히 간단하고 안전한 상호 연결이 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 가이드 장치가 더브테일 가이드로 설계될 경우 바람직한 것으로 입증되었다. 더브테일 가이드는 모듈 프레임과 함께 하나의 슬라이딩 가이드를 형성하도록 설치된다. 이 슬라이딩 가이드의 경우 더브테일 가이드가 모듈 프레임과 함께 더브테일 결합이 이루어지도록 설계되었다. 더브테일 결합을 통해 셀 홀더와 모듈 프레임 간에 정형 결합이 제공될 수 있다. 이렇게 해서, 한편으로 셀 홀더는 더브테일 가이드를 통해 모듈 프레임에 특히 단단히 고정될 수 있고, 다른 한편으로 더브테일 가이드 덕분에 모듈 프레임에 대한 셀 홀더의 특히 정확한 상대 이동 가이드가 가능하게 된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 마운트를 구획하는 적어도 하나 이상의 벽이 금속 구성요소에 의해 제공되고, 이 금속 구성요소에는 배터리 셀이 마운트에 수용된 상태에서 배터리 셀이 인접할 수 있는 것이 바람직한 것으로 입증되었다. 이렇게 해서 마운트에 수용된 배터리 셀은 금속 구성요소와 접촉될 수 있다. 금속 구성요소는 특히 높은 열전도율을 가지며 이 금속 구성요소로 셀 홀더의 마운트에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 셀로부터 열이 특히 바람직하게 방출될 수 있다. 그 결과, 셀 홀더의 마운트에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 셀은 금속 구성요소에 의해 특히 간단한 방식으로 냉각될 수 있다. 또한, 마운트에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 셀의 과열이 금속 구성요소에 의해 적어도 기본적으로 방지될 수 있다. 금속 구성요소로 예컨대 서로 적층된 셀 홀더에 수용된 복수의 배터리 셀의 각각의 온도가 서로 균등해지고/균등해지거나 셀 홀더 마운트에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 셀로부터 열이 방출되어 냉각 장치에 공급될 수 있다. 따라서 적어도 하나 이상의 금속 구성요소로 셀 홀더의 마운트에 수용된 배터리 셀의 특히 바람직한 온도 조절이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에서, 마운트를 구획하는 적어도 하나 이상의 벽에 가열 소자, 특히 펠티어 소자가 배치되어 있고 배터리 셀이 마운트에 수용된 상태에서 이 가열 소자에 배터리 셀이 인접할 수 있는 경우 바람직한 것으로 나타났다. 배터리 셀은 마운트에 배치된 상태에서 가열 소자에 의해 가열될 수 있다. 그로 인해 마운트에 배치된 배터리 셀의 최저 온도가 특히 간단하게 설정될 수 있고, 그 결과, 배터리 셀의 손상 위험이 특히 낮게 유지될 수 있다. 또한, 배터리 셀의 시가동 시 가열 소자는 배터리 셀의 작동 온도를 특히 빠르게 설정할 수 있게 하여, 그 결과 배터리 셀을 특히 에너지 효율적이고 빠르게 사용할 수 있다. 작동 온도를 빠르게 조절함으로써, 셀 홀더의 가열 소자에 의해 배터리 셀의 손상 위험이 특히 낮게 유지될 수 있으며, 그 결과 배터리 셀의 특히 긴 수명을 달성할 수 있고, 또한 마운트에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 셀의 특히 바람직한 작동이 가능하게 될 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 셀 홀더와 관련하여 이미 설명된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 가이드 마운트를 가지는 모듈 프레임 및 적어도 2개 이상의 셀 홀더가 있는 셀 모듈에 관한 것이다. 셀 홀더는 적층 방향으로 서로 적층되어 있고 모듈 프레임에 고정된다. 적층 방향을 따라 셀 홀더는 가이드 장치로 모듈 프레임의 적어도 하나 이상의 가이드 마운트에서 모듈 프레임에 대해 상대적으로 가이드될 수 있다. 적어도 하나 이상의 각각의 배터리 셀은 셀 홀더의 마운트에 수용될 수 있다. 모듈 프레임에서 셀 홀더의 적층 배치로 인해, 제1 셀 홀더에 수용된 배터리 셀은 적층 방향으로 제1 셀 홀더 위에 적층된 제2 셀 홀더의 후면 패널에 인접하게 된다. 따라서 적어도 하나 이상의 배터리 셀은 제1 셀 홀더의 마운트에 배열되고 적층 방향으로 제2 셀 홀더의 후면 패널로 덮인다. 결과적으로, 적어도 하나 이상의 배터리 셀이 제1 셀 홀더의 마운트에 배열될 때, 적어도 기본적으로 제1 셀 홀더와 제2 셀 홀더에 의해 둘러싸이고, 적어도 적층 방향을 따라 위아래로 덮인다.

가이드 장치는 가이드 마운트와 함께 예컨대 슬라이딩 가이드, 특히 더브테일 결합을 이룬다. 모듈 프레임은 가이드 마운트로서 적어도 하나 이상의 가이드 홈을 가질 수 있으며, 이 가이드 홈에서 셀 홀더 가이드 장치의 각각의 가이드 요소가 특히 형상 맞춤으로 맞물릴 수 있다. 셀 홀더는 적층 방향을 따라 가이드 장치를 통해 모듈 프레임에 대해 상대적으로 개별적으로 이동할 수 있으며, 이를 통해 셀 홀더 간의 거리를 조정할 수 있다. 적층 방향에서 각각의 셀 홀더 간의 거리는 셀 홀더에 수용된 배터리 셀의 각각의 부피에 따라 조정될 수 있고, 이를 통해 배터리 셀의 압력 부하가 특히 낮게 유지될 수 있다. 특히, 적층 방향을 따라 서로에 대한 셀 홀더의 상대 이동은 적어도 하나 이상의 배터리 셀의 부피 증가 시 셀 홀더가 피할 수 있도록 하며, 이를 통해 셀 홀더에 수용된 배터리 셀의 손상 위험이 특히 낮게 유지될 수 있다. 따라서 셀 모듈은 배터리 셀에 대한 특히 낮은 기계적 하중에서 배터리 셀의 부피 변화를 가능하게 하면서 배터리 셀의 특히 긴 수명을 가능하게 한다.

금속 구성요소가 제1 셀 홀더의 후면 패널의 제1 면에 인접하는 경우 특히 바람직한 것으로 입증되었으며, 이때 제1 면 맞은편에 있는 제2 면에 제2 셀 홀더에 수용된 배터리 셀이 인접할 수 있다. 이는 금속 구성요소가 적층 방향으로 셀 홀더의 적어도 하나 이상의 마운트와 중첩되도록 배열되고, 이를 통해 셀 홀더의 마운트에 배열된 배터리 셀이 적층 방향으로 금속 구성요소와 중첩되고 그에 인접하여 배치될 수 있음을 의미한다. 금속 구성요소는 금속 구성요소에 의해 구획된 마운트에 수용되고 금속 구성요소에 인접한 배터리 셀에서 열이 소산될 수 있도록 한다. 금속 구성요소에 의해 흡수된 열은 적층 방향으로 후면 패널을 통해 마운트 및 배터리 셀에서 소산될 수 있다. 적어도 하나 이상의 배터리 셀이 여러 적층 방향으로 서로 나란히 배열된 셀 홀더에 배열된 경우, 적층 방향으로 각각의 배터리 셀 사이에 배열된 적어도 하나 이상의 금속 구성요소를 통해 배터리 셀 사이의 온도 조정이 이루어질 수 있다. 이로 인해 셀 모듈 내의 온도 피크가 적어도 상당히 방지 및 특히 신속하게 조정되고 균등화될 수 있다. 따라서 셀 모듈의 과열이 특히 바람직하게 방지될 수 있다. 그 결과, 셀 모듈의 손상 위험을 특히 낮게 유지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 적층된 셀 홀더에 인접해 있으면서 셀 홀더에서 열을 흡수할 수 있는 냉각 장치가 제공되는 경우 바람직한 것으로 나타났다. 냉각 장치는 특히 적층 방향으로 적층된 모든 셀 홀더에 동시에 인접한다. 이를 위해, 냉각 장치는 적층 방향에 수직으로 셀 홀더의 마운트를 구획하는 각각의 하부면에서 바깥면에 인접할 수 있다. 셀 모듈은 각각의 셀 홀더에서 열을 직접 흡수하면서 냉각 장치에 의해 특히 바람직하게 냉각될 수 있다. 냉각 장치로 인해 셀 모듈의 특히 바람직한 균일한 냉각이 가능하고, 그 결과 셀 모듈의 과열 및 온도 피크가 적어도 기본적으로 방지될 수 있다. 대안적으로 또는 냉각 장치에 추가하여, 가열 장치는 모든 적층된 셀 홀더에 동시에 인접할 수 있으며, 이를 통해 셀 홀더가 가열될 수 있고, 이를 통해 셀 홀더의 각각의 마운트에 수용된 배터리 셀이 가열될 수 있다. 그 결과, 셀 홀더의 마운트에 수용된 배터리 셀은 작동 온도 및/또는 최저 온도로 가열될 수 있으며, 이를 통해 셀 모듈에 수용된 배터리 셀의 손상 위험이 특히 낮게 유지될 수 있다.

금속 구성요소가 셀 홀더 중에서 적어도 하나 이상의 셀 홀더의 냉각 장치 쪽을 향하는 하부 패널에 배열되는 경우 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 이때 금속 구성요소는 마운트를 향하는 하부 패널의 제1 면에 있다. 냉각 장치는 하부 패널의 제1 면을 마주하고 있는 외부 제2 면에서 셀 홀더에 인접한다. 대안적으로, 하부 패널은 금속 구성요소로 구성될 수 있다. 금속 구성요소 덕분에 마운트에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 셀로부터 냉각 장치로 특히 바람직한 열 방출이 가능하고, 이를 통해 마운트에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 셀의 특히 효율적인 냉각을 달성할 수 있다.

본 발명의 자세한 장점과 특징 및 상세 사항은 도면을 기초로 한 바람직한 예시적인 실시예의 다음 설명에서 다룬다. 본 명세서에서 언급된 특징과 특징 조합 및 다음 그림 설명에서 언급되거나/되고 그림에서 단독으로 제시된 특징과 특징 조합들은 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 각각 제시된 조합에서뿐만 아니라 다른 조합에서 또는 단독으로 사용할 수 있다.

이때 각 그림은 다음을 도시한다.
도 1 다음 셀 홀더와 적층되며 하나의 셀 모듈을 형성할 수 있는 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 위한 셀 홀더의 개략적인 사시도
도 2 적어도 하나 이상의 배터리 셀이 각각 수용된 복수의 적층형 셀 홀더의 개략적인 사시도. 이때 적층형 셀 홀더는 함께 하나의 셀 모듈을 이루는 하나의 모듈 프레임에 셀 블록으로 수용될 수 있다.

도 1은 적어도 하나 이상의 배터리 셀(12)을 수용할 수 있는 셀 홀더(10)를 도시한다. 이렇게 해서 셀 홀더(10)는 적어도 하나 이상의 배터리 셀(12)을 위한 셀 케이스를 제공하고 적어도 하나 이상의 배터리 셀(12)을 고정하도록 설치된다. 본 발명에서 셀 홀더(10)는 폴리머로 만들어졌기에 폴리머 셀 케이스라고도 할 수 있다. 여기에서 셀 홀더(10)는 사출 성형 공정으로 제조되었기에, 셀 홀더(10)는 사출 성형 부품이다. 셀 홀더(10)는 1개의 후면 패널(14), 1개의 하부 패널(16), 1개의 상부 패널(18) 및 2개의 측면 패널(20)을 가지며, 이들은 함께 하나의 마운트(22)를 구획한다. 하부 패널(16)과 상부 패널(18)은 각각 서로 마주하는 면에서 마운트(22)를 구획한다. 또한, 두 측면 패널(20)은 서로 마주하는 면에서 마운트(22)를 구획한다. 마운트(22)는 후면 패널(14)과 마주하는 한 면이 열려 있는 구조이다. 적어도 하나 이상의 배터리 셀(12)이 마운트(22)에 수용될 수 있고, 이때 적어도 하나 이상의 배터리 셀(12)은 패널(14, 16, 18, 20)에 의해 고정되며 손상으로부터 보호된다.

셀 모듈을 제공할 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 셀 홀더(10)가 적층 방향(24)으로 서로 적층될 수 있다. 각 셀 홀더(10)에는 적어도 하나 이상의 배터리 셀(12)이 수용될 수 있다. 적층 방향(24)으로 셀 홀더(10)를 적층함으로써, 제1 셀 홀더(10)의 해당 마운트(22)가 제1 셀 홀더(10)의 제1 후면 패널(14)을 마주하고 있는 면에서, 제1 셀 홀더(10)에 적층 방향(24)으로 적층된 제2 셀 홀더(10)의 제2 후면 패널(14)로부터 구획될 수 있다. 이를 통해, 셀 홀더(10)의 적층된 상태에서, 제1 셀 홀더(10)의 제1 마운트(22)에 수용된 배터리 셀(12)은 특히 바람직하게는 제1 셀 홀더(10)와 제2 셀 홀더(10)로 둘러싸일 수 있다. 셀 홀더(10)가 서로 적층된 상태로 유지될 수 있도록 셀 모듈은 복수의 셀 홀더(10) 외에 셀 홀더(10)가 고정되어 있는 모듈 프레임(그림에 도시되지 않음)을 포함한다. 모듈 프레임은 특히 금속으로 구성된다. 셀 홀더(10)는 모듈 프레임에 대해 상대적으로 마운트(22)에 수용된 배터리 셀(12)을 가이드하는 역할을 한다. 다중 셀 홀더(10)는 모듈 프레임과 함께 셀 모듈로 결합될 수 있으며, 이때 복수의 셀 모듈은 다시 하나의 배터리로 결합될 수 있다. 이를 위해, 셀 모듈의 복수의 배터리 셀(12)이 상호 연결될 수 있으며 복수의 셀 모듈도 상호 연결될 수 있다.

셀 홀더(10)에 수용될 수 있는 배터리 셀(12)은 이 경우 리튬 이온 배터리 셀이다. 배터리 셀(12) 내부에 있는 전기화학적 활성 전극 재료는 그 충전 상태 및 수명에 따라 두께가 달라진다. 리튬 금속 음극으로 배터리 셀(12)을 충전할 때 두께 증가의 일반적인 값은 0%에서 100% 충전 상태로 충전할 때 대략 15%이다. 고체 셀이나 종래의 리튬 셀 화학 기술의 배터리 셀(12)이 노화되면서 두께 증가의 일반적인 값은 전체 수명에 걸쳐 약 5%이다. 전체적으로, 예컨대 배터리 셀(12)의 약 20%의 두께 변화가 보상된다.

선행 기술에서는 배터리 셀(12)의 두께 변화에 대한 이러한 보상을 위해 발포 매트나 나선형 스프링과 같은 탄성 스프링 요소가 배터리 셀(12) 내부 및/또는 배터리 셀 사이에 배열된다. 이 기술에서의 단점은 배터리 셀(12)이 팽창할 때 스프링 요소의 스프링 특성 곡선으로 인해 원리상 가압력이 증가하게 되고 그로 인해 배터리 셀(12) 또는 전체 셀 모듈이 두께 변화 방향에서 특히 높은 축방향 힘에 맞게 설계되어야 한다는 것이다.

각 셀 홀더(10)는 셀 홀더(10)에 수용되는 배터리 셀(12)의 두께 변화를 가능하게 하고 적층 방향(24)으로 배터리 셀(12) 및/또는 전체 셀 모듈에 미치는 힘을 특히 낮게 유지할 수 있도록 가이드 장치(26)를 갖는다. 셀 홀더(10)는 모듈 프레임에서 가이드 장치(26)에 의해 적층 방향(24)으로 모듈 프레임에 대해 상대적으로 이동 가능하게 유지된다. 또한, 셀 홀더(10)의 가이드 장치(26)는 적층 방향(24)으로 상호 셀 홀더(10)의 상대 이동을 가능하게 하고, 이로 인해 각각의 셀 홀더(10)의 후면 패널(14)에 마주하고 있는, 마운트(22)의 각각의 개방 면을 통해 마운트(22)에 수용되는 배터리 셀(12)의 두께 변화가 가능해진다. 본 발명에서 각각의 가이드 장치(26)는 셀 홀더(10)의 각 측면 패널(20)에 배열된 각각 2개의 가이드 요소(28)를 포함한다. 측면 패널(20)에 배열된 각각의 가이드 요소(28)는 모듈 프레임의 가이드 마운트에서 가이드 장치(26)의 더브테일 가이드를 가능하게 하는 더브테일 형상을 공동으로 제공한다. 이 더브테일 가이드 덕분에 가이드 장치(26)가 열팽창 시 모듈 프레임의 가이드 마운트에 걸리지 않고 열팽창 시 걸림 전에 열려 가이드 장치(26)가 가이드 마운트에서 분리될 수 있다.

배터리 셀(12)은 각각의 셀 홀더(10)에 수용되기 때문에, 배터리 셀(12)은 예컨대 충전 또는 방전으로 인해 부피 변화 시 셀 홀더(10)에 대해서만 접촉된 상대 이동을 하게 된다. 이를 통해 전기화학적 활성 전극 물질을 둘러싸는 파우치 필름이 손상으로부터 보호될 수 있다.

각각의 배터리 셀(12)을 셀 모듈에서 특히 바람직하게 서로 연결할 수 있으려면, 각 셀 홀더(10)는 마운트(22)에 배열된 배터리 셀(12)의 적어도 하나 이상의 셀 인출 도체(32)를 굴절시킬 수 있는 적어도 하나 이상의 벤딩 에지(30)를 갖는다. 벤딩 에지(30)에서 셀 인출 도체(32)를 구부림으로써, 서로 다른 셀 홀더(10)에 수용된 여러 배터리 셀(12)의 각각의 셀 인출 도체(32)는 서로 중첩되어 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 그 결과, 하나의 셀 모듈에서 각각의 셀 홀더(10)에 수용된 배터리 셀(12)을 상호 연결할 수 있다. 마운트(22)에 수용된 각각의 배터리 셀(12)이 셀 홀더(10)에 특히 견고하게 고정될 수 있도록 하기 위해, 사이드 금속 인서트(34)가 벤딩 에지(30)에 제공된다. 배터리 셀(12)의 적어도 하나 이상의 셀 인출 도체(32)는 셀 홀더(10)의 금속 인서트(34)에 용접될 수 있고, 그로 인해 셀 인출 도체(32)가 벤딩 에지(30)에 고정될 수 있다. 적층형 셀 홀더(10)에 수용된 배터리 셀(12)은 각각의 셀 인출 도체(32)를 통해 특히 쉽게 상호 연결될 수 있으며, 이때 배터리 셀(12)은 직렬 연결 또는 병렬 연결로 상호 연결될 수 있다.

셀 홀더(10)의 마운트(22)에 수용된 배터리 셀(12)의 특히 바람직한 온도 제어를 가능하게 하기 위해, 제1 금속 구성요소(36)가 마운트(22)를 향하는 면의 후면 패널(14)에 배열된다. 이 경우에, 제1 금속 구성요소(36)은 마운트(22) 쪽으로 전체 후면 패널(14)를 덮는다. 결과적으로, 제1 금속 구성요소(36)는 마운트(22)를 구획한다. 마운트(22) 중 하나에서 배열되어 있으면서 제1 금속 구성요소(36)와 인접하는 배터리 셀(12)에서 제1 금속 구성요소(36)에 의해 열이 흡수되거나 이 배터리 셀로 방출될 수 있다. 제1 금속 구성요소(36)에 의해 제1 셀 홀더(10)의 제1 마운트(22)에 배열된 배터리 셀(12)은 제1 셀 홀더(10)의 제1 후면 패널(14)을 통해 적층 방향(24)으로 제1 셀 홀더(10)에 적층된 제2 셀 홀더(10)의 제2 마운트(22)에 배열되어 있으면서 제1 후면 패널(14)에 인접한 다음 배터리 셀(12)에 전달된다. 그 결과, 제1 금속 구성요소(36)을 통해 제1 셀 홀더(10)와 제2 셀 홀더(10)에서 수용된 배터리 셀(12) 사이에 열 교환이 이루어질 수 있다. 대안적으로 또는 제1 금속 구성요소(36)에 추가하여, 적어도 하나 이상의, 특히 복수의 가열 소자, 이 경우에는 펠티어 소자를 갖는 필름이 마운트(22) 쪽으로 후면 패널(14)에 배열될 수 있다. 이때 필름은 마운트(22) 쪽으로 후면 패널(14)을 완전히 덮을 수 있다. 마운트(22) 및 결과적으로 마운트(22)에 수용된 배터리 셀(12)은 가열 소자에 의해 가열될 수 있다. 따라서, 펠티어 소자는 마운트(22)에 수용된 배터리 셀(12)이 가열되도록 하는 가열 기능을 가능하게 하고, 이로 인해 마운트(22)에 배열된 배터리 셀(12)이 특히 바람직한 전도성 영역에 들어갈 수 있게 된다.

본 발명에서 셀 홀더(10)는 하부 패널(16)에서 마운트(22)을 향해 배열된 제2 금속 구성요소(38)를 포함한다. 이 경우에, 제2 금속 구성요소(38)은 마운트(22) 쪽으로 하부 패널(16)을 완전히 덮는다. 각각의 금속 구성요소의 특히 높은 전도도로 인해, 제2 금속 구성요소(38)는 특히 바람직하게는 마운트(22)에 배열된 배터리 셀(12)로부터 열을 흡수하고 하부 패널(16)을 통해 열을 소산시킬 수 있다. 특히, 셀 모듈은 셀 홀더(10)에서 하부 패널(16)의 마운트(22) 반대쪽을 향하는 면에 인접하는 냉각 장치를 포함할 수 있다. 특히, 냉각 장치는 각각의 하부 패널(16)에서 적층된 모든 셀 홀더(10)에 인접하게 된다. 제2 금속 구성요소(38)은 마운트(22)에 수용된 배터리 셀(12)로부터 하부 패널(16)을 통해 냉각 장치로 특히 바람직한 열 방출을 가능하게 한다. 셀 모듈은 냉각 장치에 의해 특히 균일하게 냉각될 수 있다. 마운트(22)에 수용된 배터리 셀(12)과 하부 패널(16) 사이의 특히 바람직한 열 접속은 제2 금속 구성요소(38)에 의해 달성될 수 있다. 이를 통해 제2 금속 구성요소(38) 덕분에 마운트(22)에 수용된 배터리 셀(12)과 냉각 장치, 특히 바닥 냉각 시스템 사이에 특히 바람직한 열 접촉이 가능하게 된다.

셀 홀더(10) 덕분에 배터리 셀(12)의 부피 변화로 인해 발생하게 되는 배터리 셀(12)의 상대 이동을 흡수하여 각각의 배터리 셀(12)의 파우치 필름을 보호할 수 있게 된다. 그 결과, 파우치 필름에 천공을 유발할 수 있는 배터리 셀(12)의 파우치 필름의 마모가 적어도 기본적으로 방지될 수 있다. 따라서 마운트(22)에 수용된 배터리 셀(12)의 각각의 파우치 필름은 셀 홀더(10)를 통해 마찰과 재료 마모로부터 보호된다. 냉각 장치에 대한 배터리 셀(12)의 열 접속은 금속 구성요소(36, 38)를 통해 보장될 수 있다. 셀 가열장치는 가열 소자를 감싸는 필름을 통해 셀 홀더(10)에 통합될 수 있으며, 이는 최소 작동 온도를 필요로 하는 배터리 셀(12)의 셀 화학에서 특히 바람직하다. 각각의 셀 홀더(10)의 벤딩 에지(30)로 셀 인출 도체(32)가 셀 홀더(10)에서 직접 굴절될 수 있고, 그 결과 굴절을 위해 특히 적은 조립 단계가 요구된다. 마운트(22)에 수용된 각 배터리 셀(12)의 셀 인출 도체(32)는 본 발명에서는 작은 금속 플레이트인 측면 패널(20)에 매입된 금속 인서트(34)에 직접 용접될 수 있다. 그 결과, 셀 인출 도체(32)는 셀 홀더(10)에 직접 연결되어 여기에서 고정될 수 있다. 이렇게 해서 셀 클립이 고정될 수 있다. 셀 홀더(10)로 셀 모듈의 복수의 배터리 셀(12)을 특히 간단하고 비용 효율적으로 서로 연결할 수 있고 또한 특히 개별적으로 할당된 셀 홀더(10)에 간단하고 비용 효율적으로 고정시킬 수 있다.

전반적으로, 본 발명은 하나의 셀 케이스에 가이드, 도체 고정, 열 적용 및 발열체가 제공될 수 있는 방법을 제시한다.

10 셀 홀더
12 배터리 셀
14 후면 패널
16 하부 패널
18 상부 패널
20 측면 패널
22 마운트
24 적층 방향
26 가이드 장치
28 가이드 요소
30 벤딩 에지
32 셀 인출 도체
34 금속 인서트
36 제1 금속 구성요소
38 제2 금속 구성요소

Claims

하나 이상의 배터리 셀(12)를 수용할 수 있는 마운트(22)를 제공하고 하나의 모듈 프레임에서 다른 셀 홀더(10)과 적층될 수 있으며, 이를 통해 하나 이상의 배터리 셀(12)를 포함하는 배터리를 제공할 수 있는 적어도 하나 이상의 배터리 셀(12)를 위한 셀 홀더(10)으로서,
셀 홀더(10)이 모듈 프레임에 대해 상대적으로 모듈 프레임 내에서 가이드될 수 있는 가이드 장치(26)을 가지는 것을 특징으로 하는 셀 홀더(10).
제1항에 있어서,
수용된 배터리 셀(12)의 셀 인출 도체(32)를 굴절시킬 수 있는 벤딩 에지(30)가 제공되는 것을 특징으로 하는 셀 홀더(10).
제2항에 있어서,
벤딩 에지(30)에 금속 인서트(34)가 제공되며, 이 인서트에 셀 인출 도체(32)가 인접할 수 있고 이를 통해 셀 인출 도체(32)가 물질 결합 형태로 셀 홀더(10)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 셀 홀더(10).
상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
가이드 장치(26)가 더브테일 가이드로 설계되는 것을 특징으로 하는 셀 홀더(10).
상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
마운트(22)를 구획하는 적어도 하나 이상의 벽이 배터리 셀(12)이 마운트(22)에 수용된 상태로 인접할 수 있는 금속 구성요소(36, 38)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 셀 홀더(10).
상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
마운트(22)를 구획하는 적어도 하나 이상의 벽에서 배터리 셀(12)이 마운트(22)에 수용된 상태로 인접할 수 있는 가열 소자가 배치된 것을 특징으로 하는 셀 홀더(10).
상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
가이드 마운트(26)을 갖는 적어도 하나 이상의 모듈 프레임과 적어도 두 개 이상의 셀 홀더(10)이 있는 셀 모듈로서,
셀 홀더가 적층 방향(24)에서 모듈 프레임에 상호 적층된 상태로 고정되어 있고, 이 방향을 따라 셀 홀더(10)이 가이드 장치(26)으로 적어도 하나 이상의 가이드 마운트에서 모듈 프레임에 대해 상대적으로 이동할 수 있으며 이 마운트에 적어도 하나 이상의 배터리 셀(12)가 각각 고정될 수 있는 셀 모듈.
제5항을 참조하여 제7항에 있어서,
금속 구성요소(36)이 제1 셀 홀더(10)의 후면 패널(14)의 제1 면에 인접하고 이때, 제2 셀 홀더(10)에 수용된 배터리 셀(12)는 후면 패널(14)의 제1 면에 마주하고 있는 제2 면에서 인접할 수 있는 것을 특징으로 하는 셀 모듈.
제7항 또는 제8항에 있어서,
냉각 장치가 적층된 셀 홀더(10)에 인접되어 있으며, 이를 통해 셀 홀더(10)의 열이 흡수될 수 있는 것을 특징으로 하는 셀 홀더.
제5항을 참조하여 제9항에 있어서,
금속 구성요소(38)이 셀 홀더(10)의 냉각 장치를 향하는 하부 패널(16)에 배열되는 것을 특징으로 하는 셀 모듈.