KR20230104134A - 배터리 셀 접촉 디바이스, 및 이러한 배터리 셀 접촉 디바이스를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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아르카디우스 두카
마테우시 쿠르피엘
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디일 아카오 스티프퉁 운트 캄파니 카게
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Abstract

복수의 셀 커넥터(16)를 통해 서로 전기적으로 결합되는 복수의 배터리 셀(12)을 갖는 배터리 모듈(10)용 배터리 셀 접촉 디바이스(20)는 인쇄 회로 기판(21)을 가지며, 이 인쇄 회로 기판(21)은 복수의 셀 커넥터(16)에 인접한 영역에서 배터리 셀(12) 위에 배치되고, 복수의 접촉 요소(30)를 통해 복수의 셀 커넥터(16)에 접속된다. 피팅을 보다 용이하고 확실하게 하기 위해, 복수의 접촉 요소의 각각은 도전성 와이어(32)로 형성되고, 이 와이어(32)는 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 인쇄 회로 기판(21)에 도전적으로 접속되고, 반대측의 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)에 도전적으로 접속될 수 있고 및/또는 각각의 셀 커넥터(16)와 접촉할 수 있는 센서 요소(34)에 결합된다.

Description

배터리 셀 접촉 디바이스, 및 이러한 배터리 셀 접촉 디바이스를 포함하는 배터리 모듈
본 발명은 복수의 셀 커넥터를 통해 서로 전기적으로 결합되는 복수의 배터리 셀 및 배터리 셀 그룹을 갖는 배터리 모듈용 배터리 셀 접촉 디바이스, 및 이러한 배터리 셀 접촉 디바이스를 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.
예를 들면, 배터리 셀의 충전 프로세스, 전압과 충전 상태의 밸런싱, 온도 조정 프로세스 등을 수행하도록 배터리 모듈의 개별 배터리 셀을 모니터링하는 셀 관리 제어기(CMC)는, 예를 들면, 배터리 셀의 전위 및 온도의 대응하는 측정 신호를 얻기 위해 배터리 셀 및/또는 셀 커넥터에 접촉하기 위한 배터리 셀 접촉 디바이스를 필요로 한다. 종래의 배터리 셀 접촉 디바이스는 신호 소스를 신호 라인 시스템에 연결하기 위한 고도의 제조 및 피팅(fitting) 관련 복잡성을 수반한다. 또한, 종래의 배터리 셀 접촉 디바이스에는 배터리 셀이 이동하거나 팽창되는 경우에 배터리 셀 또는 셀 커넥터의 접촉이 파괴되는 위험성이 종종 있다.
본 발명의 목적은 단순한 설계 및 단순하고 영구적으로 신뢰할 수 있는 피팅을 가진 개선된 배터리 셀 접촉 디바이스를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 배터리 셀 접촉 디바이스에 의해 달성된다. 본 발명의 특히 유리한 구성 및 개발은 종속 청구항의 대상이다.
본 발명의 배터리 셀 접촉 디바이스는 배터리 셀의 구성 및 배향에 따라 직렬 및/또는 병렬로 접속되도록 복수의 셀 커넥터를 통해 서로 전기적으로 결합되는 복수의 배터리 셀 및/또는 배터리 셀 그룹을 갖는 배터리 모듈용으로 설계된다. 배터리 셀 접촉 디바이스는 인쇄 회로 기판을 가지며, 이것은 복수의 셀 커넥터에 인접한 영역에서 배터리 셀/배터리 셀 그룹 위에 배치될 수 있고, 복수의 접촉 요소를 통해 복수의 셀 커넥터에 접속될 수 있고, 복수의 접촉 요소의 각각은 인쇄 회로 기판을 향하는 방향에서 제 1 단부 섹션을 가지며, 복수의 셀 커넥터의 각각의 하나를 향하는 방향에서 제 1 단부 섹션의 반대측에 있는 제 2 단부 섹션을 갖는다. 본 발명에 따르면, 복수의 접촉 요소의 각각이 도전성 와이어로 형성되고, 이것은 (i) 접촉 요소의 제 1 단부 섹션과 제 2 단부 섹션 사이에 연장되고, (ii) 접촉 요소의 제 1 단부 섹션에서 인쇄 회로 기판에 도전적으로 접속되고, (iii) 접촉 요소의 제 2 단부 섹션에서, 각각의 셀 커넥터에 도전적으로 접속될 수 있고 및/또는 각각의 셀 커넥터에 접촉될 수 있는 센서 요소에 결합되는 것이 제안된다. 복수의 배터리 셀 및/또는 배터리 셀 그룹을 서로 전기적으로 결합하는 복수의 셀 커넥터는 또한 버스바 또는 버스바 시스템이라고 부를 수 있다. 접촉 요소가 와이어로 형성된다는 특징은 이 문맥에서 접촉 요소가 어딘가에 와이어를 포함할 뿐만 아니라 실질적으로 와이어로 이루어짐을 의미하는 것이 의도된다.
접촉 요소용으로 도전성 와이어를 사용하는 것은 여러 가지 장점을 갖는다. 와이어는 단순한 구조를 갖고, 다양하게 구성될 수 있고, 특정의 용도에 부합될 수 있는 표준 구성 부품이며, 인쇄 회로 기판(이에 따라 인쇄 회로 기판의 신호 라인) 및 셀 커넥터에 추가의 특별한 요소를 사용하지 않고 (예를 들면, 납땜 또는 용접에 의해) 단순한 전기 접촉 접속이 가능하고, 이 전기 접촉 접속은 자동화된 방식으로 실행될 수도 있다. 이로 인해 배터리 모듈에서 배터리 셀 접촉 디바이스의 단순하고 비용효과적인 피팅이 가능하다. 또한, 이들 접촉 요소의 유연성은, 예를 들면, 충전 및 방전 사이클 중에 발생할 수 있는 배터리 셀(12)의 이동 및 팽창을 보상할 수 있으나, 이는 강성 접촉 시스템에서는 불가능하다. 와이어는 또한 배터리 셀 및/또는 셀 커넥터의 특성을 검출하는 센서 요소(예를 들면, 온도센서)에 간단한 방식으로 결합될 수 있다. 와이어 접촉 요소의 유연성에 의해 유리하게는 강성 인쇄 회로 기판의 사용도 가능해지고, 제조 및 피팅 중의 취급이 더 간단해지고, 예를 들면, 전자 회로 요소 등의 구성 부품의 장착도 간단해진다. 강성 인쇄 회로 기판의 형상 및 크기는 원칙적으로 배터리 모듈의 임의의 원하는 구조, 특히 배터리 셀의 임의의 원하는 구성, 크기 및 수에 일치될 수 있다. 마찬가지로, 와이어 접촉 요소의 수, 길이, 배향 및 위치는 원칙적으로 배터리 모듈의 임의의 원하는 구조, 특히 배터리 셀용 셀 커넥터의 임의의 원하는 구성, 형상 및 수에 일치될 수 있다.
복수의 접촉 요소의 와이어는 바람직하게는 인쇄 회로 기판을 관통하는 적어도 하나의 도금된 관통공 내의 접촉 요소의 제 1 단부 섹션에서 또는 인쇄 회로 기판의 표면 상의 적어도 하나의 접촉 패널에서 인쇄 회로 기판에 각각 도전적으로 접속될 수 있다. 도금된 관통공의 경우, 와이어는 원칙적으로 인쇄 회로 기판의 임의의 원하는 측으로부터 도금된 관통공 내에 삽입될 수 있다. 접촉 패널의 경우, 이들은 배터리 셀/배터리 셀 그룹으로부터 이격되어 있는 인쇄 회로 기판의 상면에 배치되는 것이 바람직하다. 도금된 관통공 또는 접촉 패널에서 와이어의 접촉은 자동화된 양식으로 행해질 수도 있는 납땜에 의해 행해질 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 복수의 접촉 요소의 와이어는 각각 접촉 요소의 제 2 단부 섹션에서 각각의 셀 커넥터의 표면에 용접될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 셀 커넥터에서 와이어의 접촉은 거의 시간을 필요로 하지 않고 자동화된 양식으로 행해지는 초음파 용접법에 의해 행해지는 것이 바람직하다.
와이어가 센서 요소에 결합되는 경우, 이 결합은, 예를 들면, 납땜에 의해 행해질 수 있고, 센서 요소는 각각의 셀 커넥터의 표면에 접속될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 센서 요소의 유형에 따라, 셀 커넥터의 접속은, 예를 들면, 접착제 접합, 납땜 또는 용접에 의해 행해질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 접촉 요소의 와이어는 접촉 요소의 제 1 단부 섹션과 제 2 단부 섹션 사이에 단상 양식으로 연장되고, 와이어의 일단부는 접촉 요소의 제 1 단부 섹션에서 인쇄 회로 기판에 도전적으로 접속되고, 와이어의 타단부는 접촉 요소의 제 2 단부 섹션에서 각각의 셀 커넥터에 도전적으로 접속될 수 있다. 와이어의 단상 경로는 단일의 접속 라인 또는, 예를 들면, 접촉 요소의 I 형상을 의미한다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 접촉 요소의 와이어는 접촉 요소의 제 1 단부 섹션과 제 2 단부 섹션 사이에 다상 양식으로 연장되고, 와이어의 단부는 접촉 요소의 제 1 단부 섹션에서 인쇄 회로 기판에 도전적으로 접속되고, 와이어의 절곡부(단일의 만곡부, 복수의 만곡부 또는 직선의 절곡부를 구비함)는 접촉 요소의 제 1 단부 섹션에서 각각의 셀 커넥터에 도전적으로 접속될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시형태에서, 접촉 요소의 와이어는 접촉 요소의 제 1 단부 섹션과 제 2 단부 섹션 사이에 다상 양식으로 연장되고, 와이어의 절곡부(단일 만곡부, 복수의 만곡부 또는 직선의 절곡부를 구비함)는 접촉 요소의 제 1 단부 섹션에서 인쇄 회로 기판에 도전적으로 접속되고, 와이어의 단부는 접촉 요소의 제 1 단부 섹션에서 각각의 셀 커넥터에 도전적으로 접속될 수 있다. 와이어의 다상 경로는 적어도 2 개의 접속 라인 또는, 예를 들면, 접촉 요소의 U 형상 또는 W 형상을 의미한다. 와이어의 다상 경로는 풍부한 접속 및/또는 별개의 측정 및 인쇄 회로 기판과 각각의 셀 커넥터 사이의 구동 접속이라고 하는 추가의 장점이 있다.
배터리 셀 접촉 디바이스의 복수의 접촉 요소는 선택적으로 전술한 3 가지 실시형태의 전체에서 동일하거나 상이한 형태로 실현될 수 있다.
본 발명의 하나의 구성에서, 배터리 셀 접촉 디바이스는 적어도 하나의 신호 관리 회로를 더 가지며, 이 신호 관리 회로는 인쇄 회로 기판 상에 장착되거나 인쇄 회로 기판에 접속된다. 이 신호 관리 회로는 그 일부가 배터리 모듈 제어기에 접속되거나 통합된다. 배터리 모듈 제어기는 배터리 셀 접촉 디바이스에 의해 얻어지는 측정 신호에 적어도 부분적으로 의존하여, 예를 들면, 충전 프로세스, 전압 및 충전 상태의 밸런싱, 특히 냉각 프로세스 등의 온도 조정 프로세스를 수행한다. 배터리 셀 접촉 디바이스, 신호 관리 회로 및 배터리 모듈 제어기는 셀 관리 제어기(CMC)로 통칭될 수도 있다.
본 발명의 추가의 구성에서, 배터리 셀 접촉 디바이스의 인쇄 회로 기판은 적어도 하나의 통기구(예를 들면, 복수의 구멍 또는 슬릿의 형태임)를 가질 수 있다. 이러한 통기구는 강성 인쇄 회로 기판 아래의 배터리 셀의 냉각 프로세스를 도울 수 있다.
본 발명의 대상은 또한 서로 인접하여 배치되고, 각각 적어도 하나의 양극 단자 및 적어도 하나의 음극 단자를 갖는 복수의 배터리 셀 및/또는 배터리 셀 그룹; 복수의 배터리 셀/배터리 셀 그룹의 인접하는 것의 전극 단자를 서로 전기적으로 접속하는 복수의 셀 커넥터; 및 본 발명의 전술한 배터리 셀 접촉 디바이스를 갖는 배터리 모듈이며, 복수의 셀 커넥터에 인접한 영역에서, 인쇄 회로 기판은 배터리 셀/배터리 셀 그룹 위에 배치되고, 접촉 요소의 제 2 단부 섹션에서 복수의 접촉 요소의 도전성 와이어는 각각의 셀 커넥터에 각각 도전적으로 접속되고 및/또는 각각의 셀 커넥터에 접촉하는 센서 요소에 결합된다. 복수의 접촉 요소의 와이어는 초음파 용접법에 의해 접촉 요소의 제 2 단부 섹션에서 각각의 셀 커넥터에 각각 용접된다.
배터리 셀은 셀 커넥터를 통해 서로 접속되고, 배터리 모듈의 전기 단자를 통해 소비자 또는 충전 시스템에 접속가능하다. 배터리 셀 및 배터리 셀 접촉 디바이스는 바람직하게는 둘 모두 모터 하우징 내에 수용된다. 본 발명은 복수의 배터리 셀/배터리 셀 그룹의 특정의 수, 크기 또는 구성에 한정되지 않는다.
본 발명은 유리하게는 차량, 특히 전기 차량 및 하이브리드 차량, 특히 자동차 및 오토바이용 배터리 모듈 및 에너지 저장 시스템 및 기타 전기 기구용 배터리 모듈에 적용가능하다.
본 발명의 전술한 특징 및 장점 및 추가의 특징 및 장점은 바람직한 비한정적인 예시적 실시형태의 이하의 설명으로부터 첨부한 도면을 참조하여 더 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1a는 배터리 모듈에서 사용되는 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 배터리 셀 접촉 디바이스의 평면도를 도시하고;
도 1b는 배터리 모듈에서 사용되는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따른 배터리 셀 접촉 디바이스의 평면도를 도시하고;
도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 배터리 셀 접촉 디바이스 아래의 복수의 배터리 셀의 가능한 구성의 사시도이고;
도 3 및 도 4는 도 1a 및 도 1b에 도시된 배터리 셀 접촉 디바이스의 부분 사시도를 도시하고;
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 각각 하나의 접촉 요소의 상세 사시도를 도시하고;
도 9는 접촉 요소에 사용가능한 점퍼 와이어(jumper wire)의 예시도를 도시하고;
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 요소를 갖는 접촉 요소의 상세 사시도를 도시하고;
도 11 내지 도 13은 본 발명의 다양한 추가의 실시형태에 따른 각각 하나의 접촉 요소의 상세 사시도를 도시한다.
이하에서, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10) 및 배터리 셀 접촉 디바이스(20)의 빌트온(built-on) 부속품을 예로서 더 상세히 설명한다.
배터리 모듈(10)은 모듈 하우징(11) 내에 배치된 복수의 배터리 셀(12)(선택적으로 적어도 부분적으로 복수의 배터리 셀 그룹의 형태임)을 갖는다. 이 예시적인 실시형태에서, 배터리 셀은 도 1a 및 도 1b에서 우로부터 좌의 방향으로 서로 인접하여 배치되고, 각각은 상단부 영역에서 양극 단자(13) 및 음극 단자(14)를 가지며, 배터리 셀(12)의 양극 단자(13) 및 음극 단자(14)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(12)의 양극 단자(13)가 인접한 배터리 셀(12)의 음극 단자(14)에 인접하여 배치되도록 배치된다.
도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이, 복수의 셀 커넥터(16)가 배터리 셀 구성 상에 배치되고, 그 각각의 셀 커넥터는 2 개의 접촉 영역(16a, 16b) 및 이 개의 접촉 영역(16a, 16b) 사이의 (바람직하게는 탄성의) 보상 영역(16c)을 갖는다. 셀 커넥터(16)는 각각 이들 2 개의 접촉 영역(16a, 16b)을 통해 배터리 셀(12)의 양극 단자(13)를 인접한 배터리 셀(12)의 음극 단자(14)에 결합하므로, 이 예시적인 실시형태에서, 배터리 모듈(10)에서 배터리 셀(12)의 직렬 회로가 얻어진다. 셀 커넥터(16)를 통해 전기적으로 결합된 배터리 셀(12)을 구비하는 배터리 모듈(10)의 체계는 원칙적으로 당업자에게 알려져 있으며, 본 발명은 그 특정의 구조에 한정되지 않고, 이러한 이유로 보다 상세한 예시 및 설명은 생략될 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이, 배터리 모듈(10)은 또한 모듈 하우징(11) 내에서 배터리 셀(12) 및 셀 커넥터(16) 위에 배치되는 배터리 셀 접촉 디바이스(20)를 포함한다. 배터리 셀 접촉 디바이스(20)는 실질적으로 강성 인쇄 회로 기판(21)로 구성되며, 이것은 바람직하게는 다층 인쇄 회로 기판의 형태일 수 있다. 이들 예시적인 실시형태에서, 인쇄 회로 기판(21)은 실질적으로 직사각형의 기본 형상을 가지며, 배터리 셀 구성의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐 연장하여 셀 커넥터(16)의 2 개의 열 사이에 끼워맞춤되도록 치수가 결정된다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판(21) 또는 그 신호 라인은 복수의 접촉 요소(30)를 통해 셀 커넥터(16)에 도전적으로 접속된다. 접촉 요소(30)는 인쇄 회로 기판(21)의 2 개의 긴 측연부 상에 제공된다. 접촉 요소(30)의 수는 셀 커넥터(16)의 수에 대응하고 접촉 요소(30)는 각각 셀 커넥터(16)의 접촉 영역(16a 또는 16b)에 접속된다. 따라서, 배터리 모듈(10)의 배터리 셀(12)의 전극 단자(13, 14)의 전위는 접촉 요소(30)를 통해 검출될 수 있다.
도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이, 접촉 요소(30)는 각각 인쇄 회로 기판(21)을 향하는 방향에서 제 1 단부 섹션(31a) 및 각각의 셀 커넥터(16)를 향하는 방향에서 제 1 단부 섹션(31a)의 반대측에 있는 제 2 단부 섹션(31b)을 갖는다. 접촉 요소(30)는 각각 실질적으로 도전성 와이어(32)로 이루어지며, 이것은 접촉 요소(30)의 2 개의 단부 섹션(31a, 31b) 사이에 연장된다. 도전성 와이어(32)는 바람직하게는 금속 와이어이다. 와이어(32)는 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 인쇄 회로 기판(21)(더 정확하게는 인쇄 회로 기판의 신호 라인)에 도전적으로 접속되고, 와이어(32)는 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)의 접촉 영역(16a 또는 16b)에 도전적으로 접속된다. 인쇄 회로 기판(21)에의 와이어(32)의 접속은 인쇄 회로 기판(21)의 제조 프로세스 중에 일찍 이루어지는 반면, 와이어(32)의 셀 커넥터(16)에 대한 접속은 인쇄 회로 기판(21)이 배터리 모듈(10) 내의 배터리 셀 구성 상에 배치된 후에 이루어진다.
접촉 요소(30)에 와이어를 사용함으로써, 자연스럽게, 즉 추가의 추가 조치 없이, 접촉 요소의 탄성, 즉 강성 인쇄 회로 기판의 평면에 수직인 방향 및 강성 인쇄 회로 기판의 평면에 평행한 평면에서 강성 인쇄 회로 기판(21) 상의 제 1 단부 섹션(31a)에 대한 제 2 단부 섹션(31b)의 가능한 이동이 발생한다. 그 결과, 접촉 요소(30)는, 예를 들면, 충전 및 방전 사이클 중에 발생할 수 있는 다양한 배향에서 배터리 셀(12)의 팽창 및 이동의 둘 모두를 보상할 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 배터리 셀 접촉 디바이스(20)는 한 쌍의 접촉 요소(30)를 가질 수 있으며, 이 경우 와이어(32)는 제 2 단부 섹션(31b)에서 센서 요소(34)(예를 들면, 온도센서)에 결합된다. 이 경우, 센서 요소(34)는 각각의 셀 커넥터(16)의 접촉 영역(16b)과 접촉한다.
도 1a의 예시적인 실시형태에서, 전자 신호 관리 회로(22)가 인쇄 회로 기판(21)에 추가적으로 장착되고, 접촉 요소(30)는 인쇄 회로 기판(21)의 신호 라인(미도시)을 통해 상기 전자 신호 관리 회로에 접속된다. 신호 관리 회로(22)는, 예를 들면, 전압 측정법을 수행하고, 접촉 요소(30)에 의해 얻어지는 측정 신호를 평가하도록 구성된다. 도 1a에 예시된 바와 같이, 신호 관리 회로(22)는 접속 인터페이스(23)를 통해 배터리 모듈 제어기(24)에 접속될 수 있다. 이 배터리 모듈 제어기(24)는, 예를 들면, 충전 프로세스, 전압 및 충전 상태의 밸런싱, 특히 냉각 프로세스 등의 온도 조정 프로세스 등을 수행하는 역할을 하며, 이러한 프로세스는 배터리 셀 접촉 디바이스(20)에 의해 얻어진 측정 신호 또는 그 신호 관리 회로(22)에 의해 얻어진 측정 값에 적어도 부분적으로 의존하는 방식으로 수행된다.
도 1b의 예시적인 실시형태는 인쇄 회로 기판(21)에 신호 관리 회로(20)가 통합되어 있지 않고, 오히려 외부 신호 관리 회로(22')에 대한 접속 인터페이스(25)가 인쇄 회로 기판(21)에 제공된다는 점에서 도 1a의 실시형태와 상이하다. 외부 신호 관리 회로(22')는 마찬가지로 접속 인터페이스(23)를 통해 배터리 모듈 제어기(24)에 접속된다.
도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이, 이들 예시적인 실시형태에서의 인쇄 회로 기판(21)은 각각의 경우에 아래에 배치된 배터리 셀(12)의 냉각 프로세스를 보조하기 위한 통기구(26)로서 복수의 구멍을 갖는다. 대안으로서 또는 추가적으로, 인쇄 회로 기판(21)은 통기구(26)로서, 강성 인쇄 회로 기판의 길이의 대부분에 걸쳐 연장하는 적어도 하나의 통기 슬릿을 가질 수도 있다. 이러한 통기구(26)는 배터리 모듈(10)의 냉각 프로세스를 보조하기 위해 사용된다.
이하의 문장에서, 이제 배터리 셀 접촉 디바이스(20)의 접촉 요소(30)의 다양한 구체적 실시형태를 실시례를 통해 보다 상세하게 설명할 것이다.
도 5 내지 도 8은 각각 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 인쇄 회로 기판(21)의 도금된 관통공(36) 내에 삽입되고, 예를 들면, 납땜에 의해 이 도금된 관통공(36)의 인쇄 회로 기판(21) 또는 각각의 신호 라인에 도전적으로 접속되는 실시형태를 도시한다. 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서, 와이어(32)는, 각각의 경우에, 각각의 셀 커넥터(16)의 접촉 영역의 표면에 도전적으로 접속되며, 예를 들면, (바람직하게는 초음파 용접법을 통해) 용접된다.
접촉 요소(30)의 와이어(32)는 선택적으로 배터리 셀(12)로부터 멀리 떨어진 인쇄 회로 기판(21)의 상면의 도금된 관통공(36) 내에 삽입될 수 있거나(예를 들면, 도 5, 7, 8 참조), 배터리 셀(12)에 면한 인쇄 회로 기판(21)의 하면 상의 도금된 관통공(36) 내에 삽입될 수 있다(예를 들면, 도 6 참조).
와이어(32)는 접촉 요소(30)의 2 개의 단부 섹션(31a, 31b) 사이에서 단상 양식으로 연장될 수 있고(예를 들면, 도 8 참조), 즉, 단일의 접속 라인을 갖는 실질적으로 I 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 와이어(32)의 일단부는 인쇄 회로 기판(21)의 상면에 있는 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 인쇄 회로 기판(21)의 도금된 관통공(36) 내에 삽입되고 납땜되며, 와이어(32)의 타단부는 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)에 용접된다. 선택적으로, 도 8에 도시된 변형 실시형태에서, 와이어(32)는 배터리 셀(12)에 면하는 인쇄 회로 기판(21)의 하면에 있는 제 1 단부 섹션(31a)에서 도금된 관통공(36) 내에 삽입될 수 있다.
대안적으로, 와이어(32)는 접촉 요소(30)의 2 개의 단부 섹션(31a, 31b) 사이에서 다상 양식으로 연장될 수 있고(예를 들면, 도 5, 6, 7 참조), 즉, 예를 들면, 2 개의 접속 라인을 갖는 실질적으로 U 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 와이어(32)의 2 개의 단부는 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 인쇄 회로 기판(21)의 2 개의 도금된 관통공(36) 내에 삽입되고 납땜되며, 와이어(32)의 만곡된 절곡부(도 5 및 도 6) 또는 실질적으로 직선상 절곡부(도 7)는 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)에 용접된다. 이러한 다상 경로의 덕분에, 접촉 요소(30)를 통해 중복 전압 측정이 달성될 수 있다.
바람직하게는, 도 5 내지 도 7에 예시된 접촉 요소(30)에는 도 9에 실시례로서 예시된 바와 같이 점퍼 와이어가 사용될 수 있다.
도 10은 다상(polyphase) 양식으로 연장되는 와이어(32)가 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 인쇄 회로 기판(21) 내의 도금된 관통공(36) 내에 삽입되고, 예를 들면, 납땜을 통해 인쇄 회로 기판(21) 또는 이들 도금된 관통공(36) 내의 각각의 신호 라인에 도전적으로 접속되고, 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 센서 요소(34)(예를 들면, 온도센서)에 결합되는 실시형태를 도시하고 있다. 센서 요소(34)는, 예를 들면, 각각의 배터리 셀의 온도를 측정하기 위해 각각의 셀 커넥터(16)의 표면과 (예를 들면, 접착제 접합을 통해) 접촉하게 된다. 선택적으로, 와이어(32)는, 도 10의 변형 실시형태에서, 접촉 요소(30)의 2 개의 단부 섹션 사이에서 단상 양식으로 연장될 수도 있고 및/또는 배터리 셀(12)과 면하는 인쇄 회로 기판(21)의 하면에 있는 제 1 단부 섹션(31a)에서 도금된 관통공(36) 내에 삽입될 수 있다.
도 11 내지 도 13은 각각 와이어(32)가 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 적어도 하나의 도금된 관통공(36) 대신에 인쇄 회로 기판(21)의 표면 상의 접촉 패널(38)에 납땜되는 실시형태를 도시한다. 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서, 이 와이어(32)가 각각의 경우에 각각의 셀 커넥터(16)의 접촉 영역의 표면에 (바람직하게는 초음파 용접법을 통해) 도전적으로 접속, 예를 들면, 용접된다. 도 11 내지 도 13의 실시형태에서, 와이어(32)가 납땜되는 접촉 패널(38)은 인쇄 회로 기판(21)의 상면에 제공되며; 대안적으로, 와이어(32)를 납땜하기 위한 접촉 패널(38)을 인쇄 회로 기판(21)의 하면에 제공하는 것도 가능할 것이다.
도 11의 실시형태에서, 와이어(32)는 접촉 요소(30)의 2 개의 단부 섹션(31a, 31b) 사이에서 다상 양식으로 연장되며, 여기서 와이어(32)의 2 개의 단부는 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)에 용접되고, 와이어(32)의 실질적으로 직선상 절곡부(대안적으로는 만곡된 절곡부)는 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 인쇄 회로 기판(21) 상의 접촉 패널(38)에 납땜된다.
도 12의 실시형태에서, 와이어(32)는 마찬가지로 접촉 요소(30)의 2 개의 단부 섹션(31a, 31b) 사이에서 다상 양식으로 연장된다. 그러나, 이 경우, 와이어(32)의 2 개의 단부는 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 인쇄 회로 기판(21) 상의 2 개의 접촉 패널(38)에 (대안적으로는 공통의 접촉 패널에) 납땜되고, 와이어(32)의 실질적으로 직선상 절곡부 (대안적으로는 만곡된 절곡부)는 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)에 용접된다.
도 13의 실시형태에서, 와이어(32)는 접촉 요소(30)의 2 개의 단부 섹션(31a, 31b) 사이에서 단상 양식으로만 연장되고, 와이어(32)의 일단부는 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 인쇄 회로 기판(21) 상의 접촉 패널(38)에 납땜되고, 와이어(32)의 타단부는 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)에 용접된다.
첨부된 청구범위에서 정의된 본 발명의 범위 내에서, 예를 들면, 도 5 내지 도 8 및 도 10 내지 도 13의 실시형태의 다른 특징 변형례 및/또는 특징들의 다른 조합을 포함하는 접촉 요소(30)의 추가의 실시형태들도 고려될 수 있다. 예를 들면, 도 11, 12, 13의 실시형태는 또한 도 10의 실시형태와 유사한 방식으로 센서 요소(34)와 조합될 수 있다. 예를 들면, 도 5 내지 도 7 및 도 10 내지 도 12의 실시형태에서 다상 양식으로 연장하는 와이어는 3 개 이상의 접속 라인, 예를 들면, 대략 W 형상을 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 셀 접촉 디바이스(20)를 갖는 설명된 배터리 모듈(10)은, 예를 들면, 차량, 특히 전기 차량 및 하이브리드 차량, 특히 자동차 및 오토바이, 또는 에너지 저장 시스템 또는 다른 전기 제품(예를 들면, 전자 가전 제품)에 사용될 수 있다.
10 배터리 모듈
11 모듈 하우징
12 배터리 셀
13 양극 단자
14 음극 단자
16 셀 커넥터
16a,16b 셀 커넥터의 접촉 영역
16c 셀 커넥터의 보상 영역
20 배터리 셀 접촉 디바이스
21 인쇄 회로 기판
22 신호 관리 회로
22' 외부 신호 관리 회로
23 배터리 모듈 제어기의 접속 인터페이스
24 배터리 모듈 제어기
25 외부 신호 관리 회로에의 접속 인터페이스
26 통기구
30 접촉 요소
31a 인쇄 회로 기판을 향하는 방향으로의 제 1 단부 섹션
31b 각각의 셀 커넥터를 향하는 방향으로의 제 2 단부 섹션
32 도전성 와이어
34 센서 요소
36 도금된 관통공
38 접촉 패널

Claims (10)

  1. 복수의 셀 커넥터(16)를 통해 서로 전기적으로 결합되는 복수의 배터리 셀(12) 및/또는 배터리 셀 그룹을 갖는 배터리 모듈(10)용 배터리 셀 접촉 디바이스(20)로서,
    상기 배터리 셀 접촉 디바이스(20)는 인쇄 회로 기판(21)을 가지며, 상기 인쇄 회로 기판(21)은 상기 복수의 셀 커넥터(16)에 인접한 영역에서 상기 배터리 셀 및/또는 상기 배터리 셀 그룹 위에 배치될 수 있고, 복수의 접촉 요소(30)를 통해 상기 복수의 셀 커넥터(16)에 접속될 수 있고,
    상기 복수의 접촉 요소(30)의 각각은 상기 인쇄 회로 기판(21)을 향하는 방향에서 제 1 단부 섹션(31a) 및 상기 복수의 셀 커넥터(16)들 중 각각의 하나를 향하는 방향에서 상기 제 1 단부 섹션(31a)의 반대측에 있는 제 2 단부 섹션(31b)을 가지며,
    상기 복수의 접촉 요소(30)의 각각은 도전성 와이어(32)로 형성되고, 상기 와이어(32)는 상기 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)과 상기 제 2 단부 섹션(31b) 사이에 연장되고, 상기 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 상기 와이어(32)는 상기 인쇄 회로 기판(21)에 도전적으로 접속되고, 상기 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 상기 와이어(32)는 각각의 셀 커넥터(16)에 도전적으로 접속될 수 있고 및/또는 각각의 셀 커넥터(16)에 접촉될 수 있는 센서 요소(34)에 결합되는, 배터리 셀 접촉 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 요소(30)의 와이어(32)는 상기 인쇄 회로 기판(21)을 관통하는 적어도 하나의 도금된 관통공(36) 내의 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 또는 상기 인쇄 회로 기판(21)의 표면 상의 적어도 하나의 접촉 패널(38)에서 각각 상기 인쇄 회로 기판(21)에 도전적으로 접속되는, 배터리 셀 접촉 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 요소(30)의 와이어(32)는 각각 상기 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)의 표면에 용접될 수 있도록 구성되는, 배터리 셀 접촉 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 요소(30)의 적어도 하나의 와이어(32)는 상기 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)과 제 2 단부 섹션(31b) 사이에 단상 양식으로 연장되고, 상기 와이어(32)의 일단부는 상기 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 상기 인쇄 회로 기판(21)에 도전적으로 접속되고, 상기 와이어(32)의 타단부는 상기 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)에 도전적으로 접속될 수 있는, 배터리 셀 접촉 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 요소(30)의 적어도 하나의 와이어(32)는 상기 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)과 제 2 단부 섹션(31b) 사이에 다상 양식으로 연장되고, 상기 와이어(32)의 단부들은 상기 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 상기 인쇄 회로 기판(21)에 도전적으로 접속되고, 상기 와이어(32)의 절곡부는 상기 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)에 도전적으로 접속될 수 있는, 배터리 셀 접촉 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 요소(30)의 적어도 하나의 와이어(32)는 상기 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)과 제 2 단부 섹션(31b) 사이에 다상 양식으로 연장되고, 상기 와이어(32)의 절곡부는 상기 접촉 요소(30)의 제 1 단부 섹션(31a)에서 상기 인쇄 회로 기판(21)에 도전적으로 접속되고, 상기 와이어(32)의 단부들은 상기 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 각각의 셀 커넥터(16)에 도전적으로 접속될 수 있는, 배터리 셀 접촉 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀 접촉 디바이스는 적어도 하나의 신호 관리 회로(22, 22')를 더 가지며, 상기 신호 관리 회로(22, 22')는 상기 인쇄 회로 기판(21) 상에 장착되거나 상기 인쇄 회로 기판(21)에 접속되는, 배터리 셀 접촉 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판(21)은 적어도 하나의 통기구(26)를 갖는, 배터리 셀 접촉 디바이스.
  9. 배터리 모듈(10)로서,
    서로 인접하여 배치되고, 각각이 적어도 하나의 양극 단자(13) 및 적어도 하나의 음극 단자(14)를 갖는 복수의 배터리 셀(12) 및/또는 배터리 셀 그룹;
    상기 복수의 배터리 셀(12) 및/또는 상기 배터리 셀 그룹 중 인접하는 것들의 전극 단자(13, 14)를 서로 전기적으로 각각 접속시키는 복수의 셀 커넥터(16); 및
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 배터리 셀 접촉 디바이스(20)를 가지며, 상기 복수의 셀 커넥터(16)에 인접한 영역에서, 상기 인쇄 회로 기판(21)은 상기 배터리 셀(12) 및/또는 배터리 셀 그룹 위에 배치되고, 상기 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서, 상기 복수의 접촉 요소(30)의 도전성 와이어(32)는 각각의 셀 커넥터(16)에 각각 도전적으로 접속되고 및/또는 각각의 셀 커넥터(16)와 접촉하는 센서 요소(34)에 결합되는, 배터리 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 요소(30)의 와이어(32)는 초음파 용접법에 의해 상기 접촉 요소(30)의 제 2 단부 섹션(31b)에서 상기 각각의 셀 커넥터(16)에 각각 용접되는, 배터리 모듈.
KR1020237013283A 2020-11-03 2021-10-04 배터리 셀 접촉 디바이스, 및 이러한 배터리 셀 접촉 디바이스를 포함하는 배터리 모듈 KR20230104134A (ko)

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