KR20230093000A - 낮은 전계 누설을 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

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티쎈크로프 마리네 지스템스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 배터리 모듈(100)에 관한 것으로, 배터리 모듈(100)은 제 1 서브모듈(110) 및 제 2 서브모듈(120)을 갖고, 제 1 서브모듈(110)은 복수의 재충전가능 배터리들(10)을 갖고, 제 1 서브모듈(110)의 모든 전기 접점들은 제 2 서브모듈(120)에 대향하는 제 1 서브모듈(110) 측에 배열되고, 제 2 서브모듈(120)의 모든 전기 접점들은 제 1 서브모듈(110)에 대향하는 제 2 서브모듈(120) 측에 배열되고, 수평으로 인접한 재충전가능 배터리들(10)은 전기적으로 병렬로 연결되고, 수직으로 인접한 재충전가능 배터리들(10)은 전기적으로 직렬로 연결된다.

Description

낮은 전계 누설을 갖는 배터리 모듈
본 발명은 특히 리튬-기반 재충전가능 배터리들을 위한 배터리 모듈에 관한 것이다.
리튬-기반 재충전가능 배터리들은 예를 들어 높은 에너지 밀도로 인해 관심이 증가하고 있다. 그러나, 특히 대규모 에너지 저장소들에 대해, 예를 들어, 납-황산 재충전가능 배터리들과는 2개의 기본적인 차이점들이 있다. 첫째, 개별 셀들을 원하는 대로 쉽게 확대시킬 수 없다. 이는 일반적으로 다수의 재충전가능 배터리들이 더 큰 모듈을 형성하도록 조립되는 결과를 초래한다. 두 번째로, 특히 이들 재충전가능 배터리들의 경우에, 열 폭주의 문제가 있다. 이 경우에, 많은 양의 가스가 또한 재충전가능 배터리의 체적과 관련하여 생성되고, 또한 비교적 큰 셀들의 경우에, 또한 절대적으로 상응하는 많은 양이기 때문에, 이는 특히, 예를 들어 항공기의 재충전가능 배터리들에서 입증된 바와 같이 중요한 환경에서 높은 위험을 야기한다.
일반적으로, 재충전가능 배터리들은 2개의 전극, 즉 애노드 및 캐소드를 갖는다. 가장 간단한 경우에, 전해질은 그 사이에 배치된다. 전해질은 액체 또는 다른 고체일 수 있다. 게다가, 전극 상에 종종 층들이 있으며, 특히 리튬 재충전가능 배터리 인터칼레이션 층들에서 그러하다. 전기적 접촉은 일반적으로 외부적으로 접근가능한 접촉에 의해 각각의 전극과 이루어진다.
수중 여행을 위해, 잠수함은 전통적으로 대용량의 배터리를 구비하고 이는 중요한 에너지 공급을 나타낸다. 또한 비상시에 승무원들의 생존 및 수면을 유지하기 위해 에너지가 공급되는 것을 항상 보장할 필요가 있다. 따라서, 특히 잠수함 분야에서, 중요한 구성요소 부품들은 모두 충격-방지, 즉, 바로 근처에서 폭발에 의해 유발되는 충격파를 견디고 그 후에 기능을 유지하도록 설계되는 것이 중요하다. 이 경우, 단기간 동안 극히 높은 힘이 발생한다.
동시에, 잠수함에서 특히 리튬 셀의 안전성은 예를 들어 승용차 안에서보다 훨씬 더 중요하다. 승용차에 타고 있는 사람은 실질적으로 즉각적이고 안전하게 차를 떠날 수 있지만, 잠수함의 경우에는 가능하지 않다. 복잡한 요인은 잠수함 또한 매우 작은 통기성 대기만을 이용할 수 있다는 것, 즉 오염물질이 빠르게 방출되고 희석될 수 없다는 것이다.
US 2012/0003508 A1 은 리튬 셀들 사이에 난연성 발포 충전제를 갖는 리튬 셀들을 갖는 배터리를 개시한다.
DE 10 2017 214 289 A1 은 적어도 2개의 배터리 셀들 및 각각의 경우에 적어도 하나의 안전 밸브를 갖는 배터리 모듈을 개시한다.
DE 10 2015 219 280 A1 은 주조 화합물을 사용하여 캡슐화되고 복수의 배터리 셀들을 갖는 배터리 시스템을 개시한다.
DE 10 2008 013 188 A1 은 사건 발생시에 셀들로부터 나오는 가스를 수용하기 위한 탈기 챔버를 갖는 전기화학적 재충전가능 배터리를 개시한다.
JP 02 174 077 A 는 고상 이차 배터리를 개시한다.
DE 10 2016 001 287 A1 은 복수의 재충전가능 배터리 셀들 및 주조 화합물을 갖는 재충전가능 배터리 블록을 개시하며, 여기서 재충전가능 배터리 셀들은 폴리이미드 층에 의해 둘러싸인다.
PCT/EP2020/000182 는 특히 리튬 재충전가능 배터리용의 충격-방지 배터리 모듈을 개시한다.
DE 10 2009 000 675 A1 은 재충전가능 배터리를 개시한다.
EP 2 639 858 A1 은 배터리 시스템을 개시한다.
DE 10 2013 203 204 A1 은 제 1 및 제 2 배터리 모듈을 갖는 배터리를 개시한다.
본 발명의 목적은 작동 중에 가능한한 자기 조사가 적고 특히 장기 안정성이 우수한 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1 에 특정된 특징들을 갖는 배터리 모듈에 의해 달성된다. 유리한 개발들은 종속 청구항들, 이하의 설명 및 도면들로부터 인식될 것이다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은 제 1 서브모듈 및 제 2 서브모듈을 갖는다. 하나의 서브모듈은 바람직하게는 서브모듈 하우징 및 이 서브모듈 하우징에 배치되는 재충전가능 배터리들로 구성된다. 재충전가능 배터리들은 바람직하게는 서브모듈 하우징 내에 캡슐화되어 이들이 주조 화합물에 의해 안전하고 신뢰성 있게 보유된다. 바람직하게는, 서브모듈들은 직육면체 형태이다. 서브모듈들에 대한 다른 기하학적 구조들, 특히 압력 선체의 내부의 공간을 최적으로 이용할 수 있도록 잠수함의 곡선들에 최적으로 적응하는 기하학적 구조들도 당연히 고려될 수 있다. 이 경우, 표준화된 유리한 모듈 제조와 더 복잡하지만 용량을 확대하여 공간 활용도를 개선하는 것 사이의 균형을 맞출 필요가 있다. 제 1 서브모듈은 복수의 재충전가능 배터리들을 포함하고, 제 2 서브모듈은 복수의 재충전가능 배터리들을 포함하며, 제 1 서브모듈의 재충전가능 배터리들의 개수는 제 2 서브모듈의 재충전가능 배터리들의 개수와 동일한 것이 특히 바람직하다. 각각의 재충전가능 배터리는 제 1 전기 접점 및 제 2 전기 접점을 갖는다. 제 1 전기 접점과 제 2 전기 접점은 각각 재충전가능 배터리의 동일한 단부 측에 배치된다. 전기 접점을 갖는 제 1 서브모듈의 단부 측은 제 1 평면에 배열되고, 전기 접점을 갖는 제 2 서브모듈의 단부 측은 제 2 평면에 배열된다. 제 1 평면은 제 2 평면에 대해 평면상 평행하다. 또한, 제 1 전기 접점들 모두는 재충전가능 배터리들의 제 1 내부 전극에 연결되고, 제 2 전기 접점들 모두는 재충전가능 배터리들의 제 2 전극에 연결된다. 예를 들어, 각각의 제 1 전기 접점은 각각의 경우에 각각의 재충전가능 배터리의 캐소드에 연결되고, 각각의 제 2 전기 접점은 각각의 경우에 각각의 재충전가능 배터리의 애노드에 연결된다. 바람직하게는, 각각의 재충전가능 배터리에서, 제 1 전기 접점은 각각의 경우에 제 2 전기 접점과 동일한 전위에 있다(예를 들어, 재충전가능 배터리들에서의 최소 차이들로 인한 최소 타입-의존적 변동들을 한 번 고려하지 않음). 대안적으로, 연결들은 또한 그 반대일 수 있다. 따라서, 모든 제 1 전기 접점들은 제 1 극성을 갖고, 모든 제 2 전기 접점들은 반대의 제 2 극성을 갖는다. 따라서, 모든 제 1 접점들은 양극 단자에 대응하고, 모든 제 2 접점들은 음극 단자에 대응하거나, 그 반대이다. 제 1 서브모듈의 모든 전기 접점들은 제 2 서브모듈에 대향하는 제 1 서브모듈 측에 배열되고, 제 2 서브모듈의 모든 전기 접점들은 제 1 서브모듈에 대향하는 제 2 서브모듈 측에 배열된다. 따라서, 서브모듈들은 재충전가능 배터리들의 접점들을 갖는 측면들이 서로를 향하는 방식으로 배향된다. 그러나, 이 경우, 접점들 사이에 물리적 간격이 존재하여, 접점들은 서로 접촉하지 않는다. 그 결과, 전기 연결부들 사이의 공간 및 동작 동안 흐르는 전류들 사이의 공간이 최소화되어, 도체 루프에 의해 생성되는 자속을 최소화하고, 따라서 시그니처를 가능한한 작게 유지한다.
본 발명에 따르면, 제 1 서브모듈의 제 1 및 제 2 전기 접점은, 평균적으로 제 1 평면에서 흐르거나 제 1 평면에 평행하게 흐르는 전류 흐름이 발생하는 방식으로 서로 연결된다. 매우 유사하게, 제 2 서브모듈의 제 1 및 제 2 전기 접점은, 평균적으로, 제 2 평면에서 흐르거나 제 2 평면에 대해 평면상 평행하게 흐르는 전류 흐름이 발생하는 방식으로 서로 연결된다. 제 1 서브모듈과 제 2 서브모듈의 전류 흐름은 서로 반대 방향이다. 따라서, 이는 예를 들어 하나의 서브모듈에서 위로부터 아래로 그리고 다른 서브모듈에서 아래로부터 위로 전류가 흐르는 결과를 초래한다. 따라서, 서브모듈들의 흐르는 전류들은 반대 방향이며, 이는 가능한한 작은 간격과 함께 결과적인 전기장들의 최대 보상을 가져온다.
본 발명의 의미 내의 전류 흐름은 서브모듈을 통한 평균 rms 총 전류 흐름이다. 이 경우, 평균 전류 흐름과 평행하게 흐르지 않는 부분 전류가 발생하는 것도 가능하다. 예를 들어, 부분 전류들은 상이한 재충전가능 배터리들이 상이한 내부 저항들을 갖는다는 사실에 의해 발생할 수 있다. 따라서, 전류 흐름은 전체 서브모듈을 통한 rms 전류 흐름인 것으로 이해되어야 한다.
제 1 서브모듈의 단부 측이 배치되는 제 1 평면 및 전기 접점을 갖는 제 2 서브모듈의 단부 측이 배치되는 제 2 평면은 기술적 관점에서 이해되어야 하며, 접점이 이 평면 아래 및 위에 배치될 수 있는 공차 범위를 또한 포함한다. 공차 범위의 범위는 이 경우에, 예를 들어, 평면에 수직인 접점들의 최대 길이이다. 이는 또한, 예를 들어, 특정 유형의 재충전가능 배터리의 경우에 발생하는 단자 접점들 중 하나가 더 길게 설계되고 다른 하나가 더 짧게 설계된다는 사실에 의해 제공될 수 있다. 이는 또한, 예를 들어, 재충전가능 배터리가 부정확하게 삽입되어, 그 결과로 손상이 발생하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
전기 접점은 전기 도체, 즉 예를 들어 도체 바, 금속 스트립, 케이블 등에 의해 연결될 수 있다. 마찬가지로, 연결들은 기능 엘리먼트들, 예를 들어, 퓨즈들을 통해 발생할 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 일 실시예에서, 모든 제 1 전기 접점들은 제 1 도체 바에 연결될 수 있고, 모든 제 2 전기 접점들은 제 2 도체 바에 연결될 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 모든 재충전가능 배터리들은 병렬로 연결되어, 배터리 모듈은 최대로 높은 전류를 제공할 수 있지만, 가능한한 낮은 전압에서, 개별의 재충전가능 배터리의 전압을 제공할 수 있다. 제 1 도체 바 및 제 2 도체 바는 이 경우에 전류 흐름의 방향으로 (주로) 그들의 종방향 범위로 배향된다. 제 1 서브모듈 및 제 2 서브모듈의 도체 바들은 이 경우에 바람직하게는 서로 평행하게 배향된다. 바람직하게는, 제 1 서브모듈의 제 1 도체 바는 제 2 서브모듈의 제 1 도체 바와 평행하게 이어지고, 제 1 서브모듈의 제 2 도체 바는 제 2 서브모듈의 제 2 도체 바와 평행하게 이어진다.
대안적인 실시예에서, 각각의 경우에 재충전가능 배터리들의 하나의 그룹의 제 1 접점들은 각각의 경우에 하나의 제 1 도체 바에 전기적으로 연결될 수 있고, 이들 재충전가능 배터리들의 그룹들의 제 2 접점들은 각각의 경우에 제 2 도체 바들에 대응하여 연결된다. 이 실시예에서, 제 1 그룹의 제 1 전도체 바는 바람직하게는 제 2 그룹의 제 2 전도체 바에 연결되고, 제 2 그룹은 바람직하게는 제 1 그룹의 바로 뒤에 전기적으로 배열된다. 따라서, 하나의 그룹의 재충전가능 배터리들은 병렬로 연결되고, 그룹들은 서로 직렬로 연결된다. 서로 전기적으로 연결되는 하나의 서브모듈의 그룹들은 바람직하게는 이 경우에 하나가 다른 하나의 위에 배열되고, 그 결과 평균적으로, 전류 흐름이 제 1 평면, 제 2 평면 또는 이들 평면들에 평행하게 생성된다. 그룹들의 개수는 이 경우에 바람직하게는 2 내지 50, 특히 바람직하게는 2 내지 20 이다. 그룹 당 재충전가능 배터리들의 수는 바람직하게는 2 내지 15, 특히 바람직하게는 3 내지 10, 매우 특히 바람직하게는 4 내지 8 이다. 한 그룹의 재충전가능 배터리들의 병렬 전기 접속은, 그 부분이 다른 그룹들과 직렬로 접속되는데, 이는, 첫째, 순수 병렬 배열의 경우보다 더 높은 출력 전압이 달성되고, 직렬 배열의 경우보다 더 높은 최대 전류가 달성된다는 이점을 갖는다. 따라서, 그룹들의 크기 및 수는 공급될 전력 공급 시스템에 대해 감지가능한 전압을 제공하기 위해 선택될 수 있으며, 여기서 전력 공급 시스템으로의 공급 이전의 변환은 명확하게 감지가능하고 통상적이다. 또한, 개별의 재충전가능 배터리의 고장이 재충전가능 배터리의 순수 직렬 회로의 경우와 같이 전체 배터리 모듈의 고장을 초래하지 않는다. 그런데, 이렇게 하면 배터리 모듈의 용량은 그룹당 재충전가능 배터리들의 수의 역수, 즉 n개의 재충전가능 배터리의 경우 (n - 1) / n 의 용량값으로 줄어든다. 예컨대 4개의 재충전가능 배터리가 각각의 그룹에 있다면, 배터리 모듈의 용량은 1개의 재충전가능 배터리의 고장 시에 75% 로 감소한다. 순수하게 병렬 회로의 경우, 용량은 고장난 재충전가능 배터리의 용량만큼만 감소될 것이다.
추가의 대안적인 실시예에서, 모든 재충전가능 배터리들은 직렬로 연결된다. 이를 위해, 각각의 경우에 재충전가능 배터리의 양극 단자는 다음의 재충전가능 배터리의 음극 단자에 연결된다. 이러한 방식으로, 최대 전압이 달성된다. 그러나, 하나의 단점은 최대 전류, 즉 단일의 재충전가능 배터리가 생성할 수 있는 최대 전류만이 낮다는 것이다. 게다가, 단지 하나의 재충전가능 배터리의 고장은 전체 배터리 모듈의 고장을 초래한다.
따라서, 전기 접점들 및 연결 전기 도체들의 배열은 제 1 서브모듈 내의 배터리 모듈로부터의 전류 인출의 경우에 전류 흐름의 방향이 제 2 서브모듈 내의 전류 흐름의 방향에 (특히 공간적으로) 대향하도록 선택된다. 예를 들어, 평균화된 rms 전류는 제 1 서브모듈에서 위에서 아래로 흐르는 반면, 평균화된 rms 전류는 제 2 서브모듈에서 아래에서 위로 흐른다.
물론, 또한 평균화된 rms 전류 흐름에 대해 횡방향으로 또는 임의의 원하는 각도로 흐르는 부분 전류들이 존재한다.
특히 바람직하게는, 배터리 모듈과 전기적 접촉을 위한 모듈 단자들이 배터리 모듈의 상부에 또는 하부에 배치된다. 특히 바람직하게는 배터리 모듈과 전기적 접촉을 위한 모듈 단자들이 상부에 배치된다.
본 발명의 추가 실시예에서, 제 1 서브모듈의 부분 전류들 및 제 2 서브모듈의 부분 전류들은 마찬가지로 서로 역평행하게, 즉 각각의 경우에 반대 방향으로 배열된다. 결과적으로, 부분 전류들의 경우에도 최적의 보상이 발생한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 전류 흐름과 수직으로 인접한 재충전가능 배터리들은 전기적으로 병렬로 연결되고, 전류 흐름의 방향으로 인접한 재충전가능 배터리들은 전기적으로 직렬로 연결된다. 결과적으로, 그리드형 구조는 각각의 서브모듈에 대해 발생하고, 여기서 2개의 서브모듈의 2개의 그리드형 구조는 서로 반대이다. 사용 동안, 전류는 이어서 매우 좁고 평평한 2차원 도체 루프를 통해서만 흐르며, 이는 작동 동안 배터리 모듈의 자기 시그니처를 최소화한다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 잠수함에 탑승하여 사용하기에 특히 적합하다.
본 발명의 하나의 추가 실시예에서, 각각의 재충전가능 배터리는 원통형 기본 형상을 갖는다. 다른 기본 형상도 생각할 수 있지만, 원통형 형상은 서브모듈에서 생산성과 포장성을 모두 최적화한다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 제 1 서브모듈 및 제 2 서브모듈은 동일한 설계이지만, 전류 흐름에 평행한 축을 중심으로 180°만큼 회전된다. 이는 모든 서브모듈들이 동일한 설계를 갖기 때문에 단순한 모듈식 제조를 초래한다. 재충전가능 배터리들의 배치만이 전기적 이유로 하나의 서브모듈에서 다른 서브모듈에 대해 회전될 필요가 있다.
본 발명의 추가의 대안적인 실시예에서, 제 1 서브모듈 및 제 2 서브모듈은 거울 대칭 방식으로 설계된다. 이 경우에도, 재충전가능 배터리들의 배치는 전기적 이유로 하나의 서브 모듈이 다른 서브 모듈에 대해 회전될 필요가 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 재충전가능 배터리들은 육각형으로 배열된다. 이는 원통형 물체의 가장 조밀한 패킹에 해당한다. 재충전가능 배터리의 제 1 전기 접점과 제 2 전기 접점은 각각 전류 흐름의 방향으로 서로 위에 배치된다. 간단히 말하면, 양극 단자와 음극 단자는 각각 하나의 경우에 수직으로 하나가 다른 하나 위에 놓인다. 전기 접점들의 순서는 각각의 경우에, 오프셋되고 전류 흐름에 수직으로 인접하게 배열되는 재충전가능 배터리들의 경우에 역전된다. 예를 들어, 상부 층의 경우에, 양극 단자가 상부에 있고 음극 단자가 하부에 있는 경우, 중첩 방식으로 그 아래에 놓인 층에서, 음극 단자는 상부에 있고 양극 단자는 상부에 있다. 이는 바람직하게는 일렬로 놓인 동일한 전기 접점들을 초래한다. 특히 바람직하게는, 전류 흐름에 수직으로 서로 옆에 배열된 동일한 전기 접점들은 금속 스트립에 전도적으로 연결된다. 금속 스트립은 전기 접점-제조에 부가하여 2개의 추가의 이점을 갖는다. 첫째, 인접한 층들의 전기 접점들 사이의 소정 높이 차이가 폭에 의해 보상될 수 있다. 둘째로, 그러한 표면은 또한 양호한 열 교환 표면을 나타낸다. 이는 전기 접점을 통해 재충전가능 배터리의 전극과 연결되어 있어 열을 용이하게 방출할 수 있다. 그리고 이 표면을 통해 열은 이어서 주변 환경으로 더 방출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 전류 흐름 방향으로 서로 인접한 2개의 재충전가능 배터리들 중 전류 흐름 방향으로 서로 위에 배열된 2개의 전기 접점들은 서로 전기적으로 연결된다. 직렬 회로를 확보하기 위해, 전류 흐름의 방향으로 서로 위에 배열된 이들 전기 접점들은 실질적으로 양극 단자 및 음극 단자를 말하는 반대 접점들이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 이러한 전기적 연결은 퓨즈로서 설계된다.
본 발명의 추가 실시예에서, 하나의 서브모듈의 모든 재충전가능 배터리들은 격자형 방식으로 서로 연결된다. 따라서, 인접하여 놓인 동일한 단자들끼리 서로 연결되고, 마찬가지로 각각의 경우에 인접하여 형성되며 서로의 위에 형성된 대향 단자들끼리는 서로 연결되며, 결과적으로 전기적으로 격자가 형성된다. 따라서, 각각의 서브모듈은 격자를 갖고, 여기서 이들 격자들은 평면상 평행 방식으로 서로 위에 놓인다. 이 격자로 인해, 자기 누설장은 최소화되며, 동시에 온도는 균일해진다.
본 발명의 추가 실시예에서, 냉각 장치는 제 1 서브모듈의 재충전가능 배터리들의 전기 접점 연결부와 제 2 서브모듈의 전기 접점 연결부 사이에 배치된다. 구체적으로, 접점 연결부의 2차원 설계로 인해, 효과적인 냉각이 가능하다. 특히 바람직하게, 냉각 장치들과 전기 접점 연결부들은 전기 절연을 위해 필요한 만큼 서로로부터 단지 멀리 이격된다. 그 결과, 첫째로 열 전달이 향상되고, 둘째로 자기 누설장이 최소화된다.
2개의 서브모듈은 함께 배터리 모듈을 형성한다. 배터리 모듈은 전기 2차 분배 시스템, 즉 차량 분배 시스템에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된다. 일 단부에서, 배터리 모듈은 전기 2차 분배 시스템과 접촉하고 연결하기 위한 접점들을 갖는다. 서브모듈들은 대향 단부에서 서로 연결된다. 본 발명의 추가 실시예에서, 2개의 서브모듈은 하단부에서 서로 전기적으로 연결된다. 따라서, 전류는 하나의 서브모듈에서 하향으로 그리고 다른 서브모듈에서 상향으로 흐른다. 배터리 모듈과 접촉하기 위한 전기 접점들은 바람직하게는 상측에 배열되고, 바람직하게는 가능한한 서로 팽팽하게 배열된다. 이 실시예는 납산 재충전가능 배터리가 이미 장착된 잠수함에 개조하기 위해 특히 바람직하다.
본 발명의 추가의 대안적인 실시예에서, 2개의 서브모듈은 상단부에서 서로 전기적으로 연결된다. 따라서 전류는 하나의 서브모듈에서 위로 흐르고 다른 서브모듈에서 아래로 흐른다. 배터리 모듈과 접촉하기 위한 전기 접점들은 바람직하게는 하부측에 배열되고, 바람직하게는 가능한한 서로 팽팽하게 배열된다.
일 실시예에서, 배터리 모듈은 제 1 모듈 접점 및 제 2 모듈 접점을 갖는다. 제 1 모듈 접점은 제 1 서브모듈에 연결되고, 제 2 모듈 접점은 제 2 서브모듈에 연결된다. 예를 들어, 제 1 모듈 접점은 양극 단자이고, 제 2 모듈 접점은 음극 단자이다 (또는 그 반대).
추가 실시예에서, 배터리 모듈은 n개의 제 1 서브모듈 및 n개의 제 2 서브모듈로 구성되며, 여기서 n 은 1 내지 200, 바람직하게는 2 내지 40 의 자연수이다. 이 경우, 제 1 서브모듈 및 제 2 서브모듈은 전술한 방식으로 서로에 대해 각각 배열되고, 그 결과 항상 2개의 대향하는 서브모듈들은 자속을 최소화하는 본 발명에 따른 이점을 보장한다. 이어서, 서브모듈들은 각각의 경우에 교번 측면들, 예를 들어, 특히 상부 측 및 하부 측에서 교대로 서로 전기적으로 연결된다. 2차 분배 시스템 또는 차량 분배 시스템에 대한 배터리 모듈의 전기적 연결은 이 경우에 첫 번째 및 마지막 서브모듈 상에 배치된다.
본 발명의 추가 실시예에서, 주조 화합물은 재충전가능 배터리들 사이 및 서브모듈들 사이에 있다. 바람직하게는, 주조 화합물은 열경화성 플라스틱, 바람직하게는 에폭시이다. 바람직하게는, 주조 화합물은 ISO 527에 따라 25 내지 200 MPa, 더욱 바람직하게는 50 내지 125 MPa, 특히 바람직하게는 60 내지 90 MPa의 탄성 계수를 갖는다. 바람직하게는, 주조 화합물은 ISO 527에 따라 2 내지 20 MPa, 더욱 바람직하게는 3 내지 15 MPa, 특히 바람직하게는 4 내지 9 MPa의 인장 강도를 갖는다. 바람직하게는, 주조 화합물은 ISO 53505에 따른 20 내지 100 쇼어 D, 바람직하게는 35 내지 80, 특히 바람직하게는 50 내지 75의 경도를 갖는다. 바람직하게는, 주조 화합물의 열 전도도는 0.03 W / (m · K) 초과, 바람직하게는 0.2 W / (m · K) 초과, 더욱 바람직하게는 0.5 W / (m · K) 초과, 특히 바람직하게는 0.8 W / (m · K) 초과이다. 원하는 만큼 높은 열 전도도가 바람직할 것이라 하더라도, 현실적으로, 그러나, 주조 화합물은 20 W / (m · K) 미만, 더 아마도 5 W / (m · K) 미만, 더 아마도 여전히 2 W / (m · K) 미만인 열 전도도를 갖는다. 특히, 열 전도도는 ISO 8894-1 에 따라 결정된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대해 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은 서브모듈을 나타낸다.
도 2 는 배터리 모듈을 나타낸다.
도 1 은 서브모듈(110, 120)의 일부를 도시한다. 단순화를 위해, 3x3 재충전가능 배터리들(10)의 간단한 이차 배열이 도시된다. 실제 응용에서, 재충전가능 배터리들(10)의 개수는 더 많을 것이지만, 원리는 동일하게 유지된다. 각각의 재충전가능 배터리(10)는 양극 단자(40) 및 음극 단자(50)를 갖는다. 이러한 단순화된 배열은 단지 도면의 명확성을 향상시키기 위한 목적으로 선택된다. 도시된 경우에, 음극 단자(50)는 접점 연결부(20)를 통해 전류 흐름에 수직으로 서로 연결된다. 도시된 예에서, 전류 흐름의 방향에서, 재충전가능 배터리(10)의 상부 열의 음극 단자(50)는 전류 흐름의 방향에서 접점 연결부(30)를 통해 그 아래의 재충전가능 배터리(10) 열의 양극 단자(40)에 연결된다. 재충전가능한 배터리(10)에서 생성된 열은 또한 단자들(40, 50)의 전기 접점 연결을 통해 전류 흐름에 수직인 금속 스트립의 형태로 접점 연결부(20)로 소산되고, 따라서 냉각 장치(160)의 부근으로 거의 전달된다.
또한, 양극 단자에서 음극 단자로 흐르는 기술적인 관점에서 평균 전류 흐름(60)이 도시되어 있다. 전류 흐름에 수직인 접점 연결부(20)로 흐르는 전류는 서로 평균화되어, 결국 전류 흐름(60)이 생성된다.
도 2 는 매우 단순화된 단면에서의 배터리 모듈(100)을 도시한다. 배터리 모듈(100)은 제 1 서브 모듈(110) 및 제 2 서브 모듈(120)을 갖는다. 제 1 서브모듈(110)의 모든 재충전가능 배터리들(10)은 도 1 에 개략적으로 도시된 바와 같이 제 1 전기 접점 연결부(130)를 통해 접점 연결되고, 제 2 서브모듈(120)의 모든 재충전가능 배터리들(10)은 도 1 에 개략적으로 도시된 바와 같이 제 2 전기 접점 연결부(140)를 통해 접점 연결된다. 제 1 전기 접점 연결부(130)는 연결부(150)를 통해 제 2 전기 접점 연결부(140)에 전기적으로 연결된다. 배터리 모듈(100)은 전기적으로 접점 연결될 수 있고, 전기 에너지를 이용 가능하게 하거나 제 1 단자(132) 및 제 2 단자(142)를 통해 충전될 수 있다.
냉각 장치(160)는 제 1 전기 접점 연결부(130)와 제 2 전기 접점 연결부(140) 사이에 배치된다. 간격은 단락의 위험으로부터 벗어남이 없이 최적의 열 전달을 할 수 있도록 가능한한 작게 유지된다.
평균적으로, 전류는, 예를 들어, 제 1 전기 접점 연결부(130)에서 위에서 아래로 흐르고, 제 2 전기 접점 연결부(140)에서 아래에서 위로 흐르며, 전류 흐름(60)으로 예시된다. 이는 매우 좁은 도체 루프를 발생시키며, 이는 작은 면적 때문에 작은 자속을 발생시킨다.
또한, 제 1 전기 접점 연결부(130)는 어느 정도의 공간적인 크기를 가지며, 정확한 평면으로서 (선으로서) 도시되지 않았음을 간략화된 개략도로부터 알 수 있다. 마찬가지로, 제 2 전기 접점 연결부(140)는 소정의 공간적인 크기를 가지며, 정확한 평면으로서 (선으로서) 도시되지 않는다. 이는 제조 관점에서 필요한 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 의미 내에서, 제 1 전기 접점 연결부(130)는 제 1 평면에 배열되고, 제 2 전기 접점 연결부(140)는 제 2 평면에 배열된다.
10 재충전가능 배터리
20 전류 흐름에 수직인 접점 연결부
30 전류 흐름 방향으로의 접점 연결부
40 양극 단자
50 음극 단자
60 전류 흐름
100 배터리 모듈
110 제 1 서브모듈
120 제 2 서브모듈
130 제 1 전기 접점 연결부
132 제 1 단자
140 제 2 전기 접점 연결부
142 제 2 단자
150 연결부
160 냉각 장치

Claims (8)

  1. 배터리 모듈 (100) 로서, 상기 배터리 모듈 (100) 은 제 1 서브모듈 (110) 및 제 2 서브모듈 (120) 을 갖고, 상기 제 1 서브모듈 (110) 은 복수의 재충전가능 배터리들 (10) 을 갖고, 상기 제 2 서브모듈 (120) 은 복수의 재충전가능 배터리들 (10) 을 갖고, 상기 재충전가능 배터리들 (10) 의 각각은 제 1 전기 접점 및 제 2 전기 접점을 갖고, 상기 제 1 전기 접점 및 상기 제 2 전기 접점은 각각 재충전가능 배터리 (10) 의 동일한 단부 측 상에 배열되고, 전기 접점들을 갖는 상기 제 1 서브모듈 (110) 의 단부 측은 제 1 평면에 배열되고, 전기 접점들을 갖는 상기 제 2 서브모듈 (120) 의 단부 측은 제 2 평면에 배열되고, 상기 제 1 평면은 상기 제 2 평면에 대해 평면상 평행이고, 제 1 전기 접점들 모두는 상기 재충전가능 배터리들 (10) 의 제 1 전극에 연결되고, 제 2 전기 접점들 모두는 상기 재충전가능 배터리들 (10) 의 제 2 전극에 연결되고, 상기 제 1 서브모듈 (110) 의 전기 접점들 모두는 상기 제 2 서브모듈 (120) 에 대향하는 상기 제 1 서브모듈 (110) 측에 배열되고, 상기 제 2 서브모듈 (120) 의 전기 접점들 모두는 상기 제 1 서브모듈 (110) 에 대향하는 상기 제 2 서브모듈 (120) 측에 배열되고, 상기 제 1 서브모듈 (110) 의 제 1 전기 접점 및 제 2 전기 접점은 평균 전류 흐름이 상기 제 1 평면에 야기되거나 상기 제 1 평면에 대해 평면상 평행하도록 하는 방식으로 서로 연결되고, 상기 제 2 서브모듈 (120) 의 제 1 전기 접점 및 제 2 전기 접점은 평균 전류 흐름이 상기 제 2 평면에 야기되거나 상기 제 2 평면에 대해 평면상 평행하도록 하는 방식으로 서로 연결되고, 상기 제 1 서브모듈 (110) 및 상기 제 2 서브모듈 (120) 의 전류 흐름은 서로 반대 방향인, 배터리 모듈 (100).
  2. 제 1 항에 있어서, 전류 흐름에 대해 수직으로 인접하는 상기 재충전가능 배터리들 (10) 은 전기적으로 병렬 연결되고, 전류 흐름의 방향으로 인접하는 상기 재충전가능 배터리들 (10) 은 전기적으로 직렬 연결되는, 배터리 모듈 (100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 재충전가능 배터리들 (10) 은 육각형으로 배치되고, 상기 제 1 전기 접점 및 상기 제 2 전기 접점 각각은 전류 흐름의 방향으로 상하로 배치되고, 전기 접점들의 순서는, 전류 흐름에 대해 오프셋되어 배치되고 수직으로 인접하는 재충전가능 배터리들 (10) 의 경우에 각각 역전되는, 배터리 모듈 (100).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 흐름에 대해 수직으로 나란히 배열된 동일한 전기 접점들은 금속 스트립에 전도적으로 연결되는, 배터리 모듈 (100).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 흐름 방향으로 인접한 2개의 재충전가능 배터리들 (10) 중 전류 흐름 방향으로 상하로 배치된 2개의 전기 접점들은 서로 전기적으로 연결되는, 배터리 모듈 (100).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 서브모듈 (110, 120) 의 재충전가능 배터리들 (10) 모두는 격자형 방식으로 서로 연결되는, 배터리 모듈 (100).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 서브모듈 (110) 의 재충전가능 배터리들 (10) 의 전기 접점 연결부 (20, 30, 130, 140) 와 상기 제 2 서브모듈 (120) 의 전기 접점 연결부 (20, 30, 130, 140) 사이에 냉각 장치 (160) 가 배치되는, 배터리 모듈 (100).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 서브모듈들 (110, 120) 은 하단부에서 서로 전기적으로 연결되는, 배터리 모듈 (100).
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