KR20240004854A - 배터리 셀 팩, 프레임 장치 및 배터리를 조이기 위한 프레임 장치용 압축 응력 장치 - Google Patents

배터리 셀 팩, 프레임 장치 및 배터리를 조이기 위한 프레임 장치용 압축 응력 장치 Download PDF

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KR
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tightening
joint
compressive stress
battery cell
joint device
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KR1020237041536A
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필립 코터
막시밀리안 알트만
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바이에리쉐 모토렌 베르케 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 프레임 장치(2)용 압축 응력 장치(1), 및 프레임 장치(2)를 구비하는 배터리(3)에 관한 것이다. 압축 응력 장치(1)는 고정 바디(12), 조임 바디(16) 및 조임 조인트 장치(20)를 구비한다. 압축 응력 장치(1)는 고정 바디(12)에 의해 프레임 장치(2)의 인장 응력 장치(8)에 고정될 수 있다. 조임 바디(16)는 배터리 셀 팩(7) 상에 접촉되도록 설계되어 있다. 조임 조인트 장치(20)에 의해 고정 바디(12)와 조임 바디(16)가 서로 연결되어 있으며, 이때 조임 조인트 장치(20)는, 고정 바디(12)를 향하는 방향으로 작용하는 조임력(21, 37, 38)이 조임 바디(16)에 가해질 때, 조임 조인트 장치(20)가 정의된 방식으로 항복함으로써, 조임 바디(16)가 고정 바디(12)를 향해 조임 방향(22)으로 이동되도록 설계되어 있다.

Description

배터리 셀 팩, 프레임 장치 및 배터리를 조이기 위한 프레임 장치용 압축 응력 장치
본 발명은, 배터리 셀 팩을 조이도록 설계된 프레임 장치용 압축 응력 장치에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 배터리 셀 팩을 조이기 위한 프레임 장치에 관한 것이며, 이 경우 프레임 장치는 이와 같은 압축 응력 장치를 구비한다. 또한, 본 발명은 프레임 장치를 구비하는 배터리, 그리고 서로 나란히 배열된 다수의 배터리 셀을 구비하고 배터리 셀 팩이 조임 영역에서 조여져 있는 배터리 셀 팩과도 관련이 있다.
적어도 부분적으로 전기식으로 구동할 수 있거나 전방으로 이동할 수 있는 자동차, 예를 들어 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등은 전기 기계식 에너지 변환기에 의해 해당 자동차를 구동하기 위하여 전기 에너지를 저장하고 공급하기 위한 배터리, 특히 2차 배터리를 구비한다. 이때, 배터리는 대부분 예를 들어 개별 파우치-셀 또는 각기둥 모양의 셀로서 형성된 다수의 배터리 셀로 구성되어 있다. 개별 배터리 셀은 자동차의 동작 중에 충전{충전 상태(SoC)가 더 높아짐}과 방전{충전 상태(SoC)가 더 작아짐}을 반복하며, 이 경우 개별 배터리 셀은 방전된 상태(SoC가 0에 가까움)에서 그리고 충전된 상태(0보다 큰 SoC)에서 상이한 외부 치수, 다시 말해 상이한 치수의 팽창부를 구비한다. 달리 표현하자면, 전기 충전으로 인해 배터리 셀은 SoC
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0의 기본 치수로부터 출발하여 팽창 치수(SoC > 0)로 팽창한다. 또한, 배터리 셀은 노화가 증가함에 따라 비가역적으로 팽창하는데, 이와 같은 비가역적 팽창은 배터리 셀의 노화가 증가함에 따라 기본 치수가 증가한다는 것을 의미한다. 더욱이, 불량 배터리 셀은 팽창 치수까지 부풀어 오를 수 있다.
이제 배터리 셀을 고정하기 위해 종래의 강성의 프레임을 사용하면, 배터리 셀이 팽창 치수까지 팽창함으로써 프레임 요소, 특히 프레임의 연결 지점이 강한 하중을 받게 된다. 또한, 종래의 배터리를 제작/제조할 때, 하나 이상 또는 복수의 배터리 셀이 제조 공차로 인해 목표 두께에 비해 더 큰 두께를 가지면, 배터리 셀이 원치 않는 방식으로 너무 강하게 조여지는 상황이 발생할 수 있다. 과도하게 강한 장력은 전극 및/또는 세퍼레이터에서 손상을 야기할 수 있으며, 그 결과로 서비스 수명의 조기 종료를 초래할 수 있다. 또한, 현재로서는 종래의 배터리 또는 종래의 배터리 모듈, 다시 말해 하나 또는 복수의 종래의 배터리 셀이 손상 또는 마모되었는지의 여부를 시각적으로 식별하는 것은 상당한 노력으로써만 가능하다. 예를 들어 차량 유지 관리 및/또는 차량 수리의 틀 안에서 볼 때, 서비스 기술자에게는 배터리 셀이 기본 치수를 갖는지 아니면 팽창 치수를 갖는지의 여부와 상관없이 강성의 프레임이 적어도 외측에서는 변경되지 않는 것처럼 보인다. 또한, 종래의 고강도 강성으로 형성된 프레임은 배터리가 장착된 자동차의 사고 발생 시에는 변형 불가능한 요소로서 간주될 수 있다. 이로 인해서, 배터리 셀의 설치를 위해 이용할 수 있는 설치 공간이 제한되는데, 그 이유는 사고 안전을 위해 충돌 시 존재하는 운동 에너지를 효율적으로 소산하기 위하여, 충격 시 - 가급적 제어된 방식으로 - 변형되는 공간 및/또는 요소("변형 구역")가 자동차 내부에 제공되어야만 하기 때문이다. 변형 구역은 변형 불가능한 요소(소위 블록 형성자)가 없는 상태로 유지되어야만 한다. 더욱이, 배터리 또는 배터리 모듈의 변형이 피해져야만 하는데, 그렇지 않으면 충돌 시 기계적 과부하로 인해 열 폭주(thermal runaway)가 발생할 수 있기 때문이다.
개별 배터리 셀의 작동 중에 발생하는 팽창 변경으로 인해, 배터리 셀의 장착 위치에서 공간적 팽창 변경을 포착하거나 보상하기 위한 구조적인 조치가 강구되어야만 한다. 공간적 팽창 변경은 충전된 상태와 방전된 상태 사이에서 배터리 셀 당 최대 10%의 부피 차이로 나타난다. 이로써, DE 10 2018 216 835 A1호 및 DE 10 2019 201 126 A1호는 각각 물결 모양의 스프링을 통해 상호 이격되어 있는 2개의 지지 요소를 구비하는 조임 장치를 갖춘 배터리 모듈을 개시하고 있다. 이때, 종래의 배터리 셀은 2개 지지 요소 중 하나와 카운터 베어링 사이에 고정되어 있다. 하지만, 이와 같은 종래의 배터리 모듈은 제조 측면에서 특히 복잡한데, 그 이유는 조임 장치가 여러 부분으로 형성되어 있고, 조임 장치의 부분들이 추후에 서로 접하여 배열되기 위하여 상호 분리된 상태로 제공되기 때문이다.
본 발명의 과제는, 작동 중에 자체 공간적 팽창부와 관련하여 변하는 배터리 셀을 특히 바람직하게 사용하거나 배열할 수 있는 가능성을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 특허 청구항들의 대상들에 의해서 해결된다. 본 발명의 또 다른 가능한 실시예들은 종속 청구항, 상세한 설명부 및 도면에 개시되어 있다.
본 발명에 따라 압축 응력 장치가 제안되며, 이 경우 압축 응력 장치는 배터리 셀 팩을 조이도록 설계된 프레임 장치용으로 제공되어 있다. 이 목적을 위해, 압축 응력 장치는 고정 바디를 구비하며, 이 고정 바디를 통해서는 압축 응력 장치가 의도한 대로 - 직접적으로 또는 간접적으로 - 프레임 장치의 인장 응력 장치에 고정될 수 있다. 예를 들어, 압축 응력 장치의 고정 바디는 인장 응력 장치의 인장 응력 요소에 고정될 수 있다. 이와 같은 점에서, 인장 응력 장치가 인장 응력 요소 또는 복수의 인장 응력 요소를 구비하는 것이 제안될 수 있다. 고정 바디를 의도한 대로 인장 응력 장치와 연결하거나 고정하기 위하여, 고정 바디는 예를 들어 고정 요소를 구비한다. 이 목적을 위해, 고정 바디는 예를 들어 하나의 용접 표면 및/또는 강제 결합 방식, 형상 결합 방식 및/또는 재료 결합 방식으로 작용하는 하나 이상의 다른 고정 요소를 구비한다. 인장 응력 장치, 특히 인장 응력 장치의 인장 응력 요소 또는 인장 응력 장치의 인장 응력 요소들은 고정 바디의 고정 요소에 부합하는 고정 요소를 구비한다.
배터리 셀 팩은 특히 적어도 부분적으로 전기식으로 구동할 수 있거나 전진 이동할 수 있는 자동차용으로 제공되어 있다. 자동차는 예를 들어 승용차 및/또는 트럭, 모터 버스, 모터사이클 등이다. 또한, 다른 유형의 차량(선박, 항공기, 철도 차량 등)에 배터리 셀 팩을 사용하는 것도 배제되지 않는다. 배터리 셀 팩의 의도한 장착 위치에서 배터리는 배터리 셀 팩을 구비한다. 이때, 배터리 셀 팩은 옆으로 나란히 배열되어 있거나 위·아래로 겹쳐서 배열되어 있는 다수의 배터리 셀, 특히 2차 배터리 셀을 구비한다. 개별 배터리 셀 또는 2차 배터리 셀은 예를 들어 고체 배터리 셀로서 설계되어 있다. 그에 따라, 말하자면 이 경우에는 개별 배터리 셀이 전고체 전해질을 구비한다. 특히, 개별 배터리 셀에는 또한 어떠한 액체도 없다. 이와 같은 방식으로 구현된 배터리 셀은 ASSB-셀(ASSB: All-Solid-State-Battery/전고체 배터리)로서 지칭된다. 전고체 배터리 셀은 특히 높은 비-에너지 밀도 측면에서 그리고 개선된 작동 안전성 측면에서 장점을 갖고 있다.
압축 응력 장치는, 의도한 대로 - 직접적으로 또는 간접적으로 - 배터리 셀 팩 상에 접촉하도록 설계된 조임 바디를 추가로 구비한다. 특히, 조임 바디가 배터리 셀 팩의 접촉 면에 부합하는 조임 면을 구비함으로써, 결과적으로 조임 바디의 조임 면과 배터리 셀 팩의 접촉 면이 직접적으로 또는 간접적으로 서로 접촉함으로써, 조임 면은 배터리 셀 팩 상에 접촉하게 된다. 이때, 배터리 셀 팩의 접촉 면은 "마지막" 배터리 셀의 외부 표면의 적어도 일부분일 수 있으며, 이 경우 마지막 배터리 셀과 조임 바디의 조임 면 사이에는 또 다른 배터리 셀이 배열되어 있지 않다.
압축 응력 장치는 조임 조인트 장치를 더 포함하며, 이 장치에 의해서는 고정 바디와 조임 바디가 - 직접적으로 또는 간접적으로 - 서로 연결되어 있다. 예를 들어, 고정 바디 및 조임 바디는 조임 조인트 장치를 통해 강제 결합 방식, 형상 결합 방식 및/또는 재료 결합 방식으로 서로 고정되어 있다. 다른 말로 표현하자면: 조임 조인트 장치와 고정 바디 또는 조임 조인트 장치와 조임 바디는 강제 결합 방식, 형상 결합 방식 및/또는 재료 결합 방식의 연결부 없이 단순히 서로 접하지 않는다. 달리 표현하자면, 적어도 해당 연결 요소에서는, 특히 3개의 모든 공간 방향에 대한 상대 이동이 조임 조인트 장치와 고정 바디 사이에서 그리고 조임 조인트 장치와 조임 바디 사이에서 차단된다. 그 이유는, 고정 바디와 조임 바디가 조임 조인트 장치를 통해 서로 연결, 다시 말해 서로 고정되기 때문이다.
조임 조인트 장치는 어떤 경우에도, 고정 바디를 세로 방향 방향으로 작용하는 조임력이 조임 바디에 가해질 때, 조임 조인트 장치가 정의된 방식으로 항복함으로써, 조임 바디가 고정 바디를 향해 조임 방향으로 이동되도록 설계되어 있다. 압축 응력 장치가 조임 조인트 장치를 구비함으로써, 압축 응력 장치는 규정을 준수하는 시스템이다.
조임 조인트 장치가 의도된 방식으로 인장 응력 장치와 연결되고, 이로 인해 프레임 장치가 형성되면, 프레임 장치에 의해 조여진 배터리 셀 팩의 하나 이상의 배터리 셀이 팽창 치수로 부풀어 오름으로써, 조임 조인트 장치는 적어도 압축 가능해진다. 이 경우, 해당 배터리 셀의 팽창 치수는 해당 배터리 셀의 기본 치수보다 크다. 배터리 셀이 기본 치수로부터 팽창 치수로 부풀어 오르는 것은, 예를 들어 현재의 충전 상태(SoC: State of Charge)와 관련이 있다. 이로써, 방전된 상태(SoC = 0)의 배터리 셀은 기본 치수를 갖는 반면, 충전된 상태(SoC > 0)의 배터리 셀은 팽창 치수를 갖는다. 배터리 셀이 팽창 치수를 가지면, 배터리 셀은 이 배터리 셀이 기본 치수를 갖는 경우보다 한 가지 이상의 공간 방향으로 더 크다. 예를 들어, 이때에는 해당 배터리 셀이 더 두껍다. 간단히 표현하자면, 배터리 셀이 팽창 치수를 갖는 경우에는 배터리 셀이 기본 치수를 갖는 경우보다 배터리 셀이 더 넓으며 그리고/또는 더 길며 그리고/또는 더 높다.
해당 배터리 셀이 부풀어 오를 때에는, 해당 배터리 셀의 팽창에 의해 고정 바디를 세로 방향 방향으로 작용하는 조임력이 조임 바디에 가해짐으로써, 프레임 장치 내부에서의 배터리 셀의 크기 변경이 압축 응력 장치에 의해, 특히 조임 조인트 장치에 의해 보상 혹은 포착되거나 균형을 이루며, 그 결과 조임 바디는 고정 바디를 향해 조임 방향으로 이동하게 되며, 이 경우 조임 조인트 장치는 정의된 방식으로 항복한다. 특히, 이 경우에는, 고정 바디 및 인장 응력 장치가 - 조임 조인트 장치가 항복하는지 아니면 항복했는지와 상관없이 - 서로에 대해 이동되지 않는 상태를 유지함으로써, 결과적으로 프레임 장치 외측에서 배터리 셀이 부풀어 오르는 현상은 프레임 장치의 크기 변경에 반영되지 않는다. 다시 말해, 프레임 장치의 기하학적 구조 및 외부 치수는 배터리 셀이 기본 치수를 갖는지 아니면 팽창 치수를 갖는지와 상관없이 외측에서 일정하게 유지된다. 따라서, 프레임 장치의 외부 치수, 특히 압축 응력 장치 및/또는 인장 응력 장치의 외부 치수는 해당 배터리 셀의 사이클링(의도한 대로의 작동 중에 반복되는 전기 충전 및 방전) 동안 변하지 않는다.
압축 응력 장치에 의해서는, 또한 예를 들어 배터리 셀의 제조 공차로 인해 배터리 셀이 원치 않는 방식으로 너무 강하게 조여지는 상황이 효율적인 방식으로 방지된다. 그 이유는 배터리 셀의 목표 두께에 비해 상황에 따라 더 큰 두께가 - 특히 프레임 장치를 구비하는 배터리를 제조할 때에 - 조임 조인트 장치에 의해서 보상되기 때문이다. 또한, 압축 응력 장치의 요소들 사이의, 특히 조임 조인트 장치의 요소들 사이의 각도 및/또는 거리가 측정됨으로써, 배터리, 특히 하나 또는 복수의 배터리 셀이 손상 또는 마모되었는지의 여부를 시각적으로 식별하는 것도 특히 간단하다. 특히, 조임 조인트 장치의 요소들이 서로 직접적으로 또는 곧바로 접촉할 정도로 조임 조인트 장치가 강하게 또는 폭넓게 항복했을 때, 다시 말해 조임 조인트 장치가 블록 치수까지 항복했을 때, 배터리 또는 배터리 모듈의 자체 수명이 거의 다한 경우에는, 특히 우수하게 식별될 수 있다.
또한, 조임 조인트 장치가 삽입되어 있는 고정 바디와 조임 바디 사이의 공간은 사고의 경우에 변형 구역으로서 이용될 수 있다. 이로 인해서, 프레임 장치, 특히 압축 응력 장치와 충돌 시 변형되는 공간 또는 요소 사이에 간격을 제공할 필요가 더 이상 없어지는데, 그 이유는 충돌 시에는 조임 조인트 장치의 항복에 의해서 충돌 시 존재하는 운동 에너지가 효율적으로 감소되기 때문이다. 이와 같은 방식에 의해서는, 예를 들어 또 다른 또는 추가 배터리 셀을 사용하는 것이 가능해지며, 이와 같은 상황은 바람직한 방식으로 본 출원서에서 설명된 배터리가 장착된 자동차의 도달 거리의 증가를 유도한다.
배터리 셀 팩 또는 이 배터리 셀 팩의 배터리 셀의 특히 긴 사용 수명 및 특히 신뢰할 만한 작동을 보장하기 위해서는, 해당 배터리 셀이 부풀어 오르지 않았더라도 개별 배터리 셀에 초기 압력이 작용하는 방식으로, 특히 조임 조인트 장치가 구성되어 있는 것, 즉 설계 및 배열되어 있는 것이 제안되었다. 다시 말해, 조임 조인트 장치는, 배터리 셀이 기본 치수를 갖는 경우에도 개별 배터리 셀에 초기 압력이 작용하도록 설계 및 배열되어 있다.
압축 응력 장치의 또 다른 실시예에서는, 조임 조인트 장치가 고정 바디의 변형 부분을 구비하여, 결과적으로 변형 부분이 변형됨으로써, 특히 구부러짐으로써 조임 조인트 장치가 정의된 방식으로 항복하는 것이 제안되었다. 이와 같은 점에서, 고정 바디의 변형 부분은 고정 바디의 굽힘 부분일 수 있다. 이로써, 고정 바디, 특히 고정 바디의 변형 부분 또는 굽힘 부분은 본 출원서에서 조임 조인트 장치의 굽힘 요소 또는 굽힘 조인트로서 간주된다. 고정 바디 또는 변형 부분의 재료 두께 및/또는 재료 유형 및/또는 기하학적 디자인에 따라, 특히 강한 팽창 및 그 결과로서 특히 강한 조임력이 보상될 수 있다.
압축 응력 장치의 일 개선예에 따라, 조임 조인트 장치가 제1 조인트 또는 힌지 장치를 포함하는 것이 제안되었으며, 이 경우 조인트 장치 또는 힌지 장치는 제1 밴드 요소 및 제2 밴드 요소를 구비한다. 또한, 조인트 또는 힌지 장치는 고정 바디 측 스위블 조인트(swivel joint) 또는 힌지를 구비하며, 이 스위블 조인트 또는 힌지를 통해서는 - 직접적으로 또는 간접적으로 - 고정 바디와 제1 밴드 요소가 관절 방식으로 서로 연결되어 있다. 제1 조인트 장치는 또한 중간 스위블 조인트 또는 중간 힌지를 포함하며, 이 중간 스위블 조인트 또는 중간 힌지를 통해서는 제1 밴드 요소와 제2 밴드 요소가 관절 방식으로 서로 연결되어 있다. 또한, 제1 힌지 장치 또는 제1 조인트 장치는 조임 바디 측 스위블 조인트 또는 조임 바디 측의 힌지를 포함하고, 이 조임 바디 측 스위블 조인트 또는 조임 바디 측의 힌지를 통해서는 제2 밴드 요소와 조임 바디가 관절 방식으로 서로 연결되어 있다. 이 점에 있어서, 다시 말해 고정 바디와 조임 바디는 고정 바디 측 스위블 조인트를 통해, 제1 밴드 요소를 통해, 중간 스위블 조인트를 통해, 제2 밴드 요소를 통해 그리고 고정 바디 측 스위블 조인트를 통해 서로 연결되어 있다. 조임 조인트 장치가 항복하면, 밴드 요소는 서로에 대해, 고정 바디에 대해 그리고 조임 바디에 대해 관절 방식으로 회전한다. 이 경우, 스위블 조인트는 예를 들어 정지 위치로부터 편향 위치로 편향되거나 회전된다. 개별 스위블 조인트 또는 힌지의 개별 회전 방향을 사전 설정하기 위하여, 특히 조임 조인트 장치가 제조되거나 제공되는 것이 제안되었으며, 이 경우 밴드 요소들 사이에 있는 중간 스위블 조인트에 의해서는 180도와 상이한 각도가 설정된다. 이로써, 스위블 조인트 또는 힌지의 개별 회전 방향은 조임 조인트 장치가 항복할 때에 사전 설정되거나 사전 설정될 수 있다.
조인트 또는 힌지를 갖는 조임 조인트 장치가 고정 바디와 조임 바디 사이에서 사용됨으로써, 고정 바디와 조임 바디 사이에는 운동 역학이 제공되며, 이 운동 역학은, 해당 배터리 셀과 압축 응력 장치 사이에서는 일정한 힘 수준이 우세하도록 설계되었다. 이 경우, 이 일정한 힘 수준은 조임 조인트 장치의 편향 또는 항복과 무관하다. 다른 말로 표현하자면, 배터리 셀 팩의 배터리 셀은 일정한 방식으로 초기 압력을 받는다. 그와 동시에, 특히 높은 수준의 탄력성이 운동 역학에 의해서, 다시 말해 조임 조인트 장치에 의해서 보장된다.
압축 응력 장치, 특히 압축 응력 장치의 조임 조인트 장치는 압축 응력 장치의 개선예에서 하나 이상의 조인트 장치를 구비할 수 있다. 이 경우, 조인트 장치는 상호 이격될 수 있고, 조임 바디가 고정 바디를 향하는 방향으로 이동할 때에 동일하게 또는 상이하게 이동할 수 있다. 2개 조인트 장치 또는 힌지 장치의 개별의 중간 스위블 조인트는 조임 조인트 장치가 항복할 때에 동일한 방향으로 이동할 수 있다. 2개 (동일한) 조인트 장치의 중간 스위블 조인트 또는 힌지는 조임 장치가 항복할 때에 서로를 향해 교대로 이동할 수 있다. 다시 말해, 압축 응력 장치가 복수의 조인트 장치 또는 복수의 힌지 장치를 구비하면, 이들은 임의로 직렬로, 병렬로 그리고/또는 순차적으로 조합될 수 있는데, 다시 말하자면 원하는 기계적 전체 특성, 즉 고정 바디와 조임 바디 사이에서 운동 역학에 도달하기 위하여 해당 스위블 조인트를 통해 서로 결합될 수 있다. 이와 같은 상황은, 특히 압축 응력 장치를 제조할 때에 또는 압축 응력 장치의 제조에 의해서 고정 바디와 조임 바디 사이에서 원하는 기계적 전체 특성이 생성된다는 것을 의미한다. 이 경우 직렬, 병렬 및/또는 순차적 조합 그리고 밴드 요소 및/또는 스위블 조인트 혹은 힌지의 벽 두께의 선택은 조임 조인트 장치의 필수적인 디자인 파라미터이다.
이와 같은 관계에서, 압축 응력 장치의 일 개선예에 따르면, 조임 조인트 장치가 하나 이상의 제2 조인트 장치, 제3 밴드 요소 및 제4 밴드 요소를 더 구비하는 것이 제안되었다. 또한, 조임 조인트 장치는 이때 커플링 스위블 조인트 또는 커플링 힌지를 포함하고, 이 커플링 스위블 조인트 또는 커플링 힌지를 통해서는 제3 밴드 요소와 제4 밴드 요소가 관절 방식으로 서로 연결되어 있다. 이 경우, 제3 밴드 요소와 제1 조인트 장치의 중간 스위블 조인트는 관절 방식으로 서로 연결되어 있으며, 그리고 제4 밴드 요소와 제2 조인트 장치의 중간 스위블 조인트도 마찬가지로 관절 방식으로 서로 연결되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 함께 하나의 조인트 장치 쌍을 형성하는 2개 조인트 장치의 개별 중간 스위블 조인트가 개별적인 3중-스위블 조인트인 것이 제안되었다. 이와 같은 3중-스위블 조인트에 의해서는, 다시 말해 관절 장치 쌍의 관절 장치의 개별 중간 스위블 조인트에 의해서는, 개별 제1 밴드 요소, 개별 제2 밴드 요소 및 제3 밴드 요소 또는 제4 밴드 요소가 특히 하나의 공동 회전축을 중심으로 서로에 대해 회전할 수 있거나 피벗팅할 수 있다.
일반적으로 조임 조인트 장치의 조인트는 해당 조인트 장치의 관절 방식의 운동에 대한 저항력을 갖는다. 이로써, 조인트 장치의 직렬, 병렬 및/또는 순차적 조합에 의해서는, 조임 조인트 장치의 탄력성에 대한 저항력이 설정되거나 사전 설정될 수 있다. 이때 경우에 따라 제3 밴드 요소 및 제4 밴드 요소 그리고 커플링 스위블 조인트가 조인트 장치 쌍의 조인트 장치 사이에서 사용되면, 조임 조인트 장치의 더 큰 전체 높이를 감수해야 할 필요 없이, 조임 조인트 장치의 항복에 대한 저항력에 또 다른 저항 단계가 부가될 수 있다. 또한, 2개의 조인트 장치 사이에 있는 커플링 스위블 조인트, 제3 밴드 요소 및 제4 밴드 요소에 의해서는 이들 2개의 조인트 장치가 정의된 방식으로 변형되거나 회전하도록 보장되며, 이 경우 2개 조인트 장치의 중간 스위블 조인트는 조임 조인트 장치가 항복할 때에 서로를 향하는 방향으로 이동한다.
압축 응력 장치의 또 다른 실시예에서, 개별 스위블 조인트 또는 힌지는 포일(foil) 또는 포일 조인트 또는 포일 또는 포일 힌지로서 설계되어 있다. 이와 같은 방식에 의해서는, 압축 응력 장치가 특히 간단하게 또는 복잡하지 않게 제조될 수 있도록 설계되는데, 그 이유는 적어도 (개별) 조인트 장치 및 경우에 따라서는 제3 밴드 요소 및 제4 밴드 요소 그리고 커플링 스위블 조인트가 서로 일체형으로 형성될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 앞에서 언급된 요소들은 압출에 의해서, 주조에 의해서, 생성 제작 방법(3D-프린팅) 등에 의해서 서로 일체형으로 제조되어 있거나 제조될 수 있다.
압축 응력 장치의 또 다른 실시예에 따르면, 고정 바디, 조임 바디 그리고 조임 조인트 장치는 서로 일체형으로 설계되어 있다. 이와 같은 설계 방식은 고정 바디, 조임 바디 및 조임 조인트 장치가 예를 들어 단 하나의 공동 압출, 주조 등에 의해서 형성되었다는 것을 의미한다. 이와 같은 단 하나의 공동 작업 공정에서 이루어지는 고정 바디, 조임 바디 및 조임 조인트 장치의 일체형 형성, 특히 동시 형성에 의해서는, 압축 응력 장치가 이와 같은 하나의 작업 공정에서 제조된다. 이로 인해서, 압축 응력 장치가 복수의, 특히 상이한 재료를 구비할 수 있는 가능성이 배제되지 않는데, 그 이유는 압축 응력 장치를 제조하기 위해 하나 또는 복수의 요소가 함께 공압출될 수 있기 때문이다. 이에 대해 대안적으로는, 압축 응력 장치의 하나 또는 복수의 요소가 압축 응력 장치의 나머지 요소들과 별도로 제공됨으로써, 결과적으로 압축 응력 장치를 제조하기 위해서는 서로 별도로 제공되는 요소들과 나머지 요소들이 상응하게 제공된 후에 - 다시 말해 또 다른 하나의 작업 공정에서 - 서로 강제 결합 방식으로, 형상 결합 방식으로 그리고/또는 재료 결합 방식으로 서로에 대해 고정되는 것을 생각할 수 있다. 압축 응력 장치가 일체형으로 설계되어 있음으로써, 이 압축 응력 장치는 특히 안정적이며, 이로 인해 바람직한 방식으로 특히 긴 사용 수명을 갖게 된다.
압축 응력 장치가 변형 부분을 구비하는 고정 바디뿐만 아니라 앞에서 설명된 조인트 장치들 중 하나 이상까지도 구비하면, 압축 응력 장치의 개선예에서는, 제1 조임력에서 조인트 장치(들)의 관절 방식 운동이 이루어지는 방식으로, 조인트 장치(들)의 관절 방식 운동에 대한 저항력이 형성되는 것이 제안되었다. 그와 달리, 고정 바디의 변형 부분의 변형에 대한, 특히 굽힘 부분의 굽힘에 대한 저항력은, 제2 조임력에서 변형/굽힘이 이루어지도록 설계되어 있다. 이 경우에는, 제1 조임력이 제2 조임력보다 크거나, 제2 조임력이 제1 조임력보다 큰 것이 제안되었다. 이와 같은 방식에 의해서는, 특히 압축 응력 장치를 제조할 때에 압축 응력 장치의 항복 순서 또는 변형 순서 및/또는 굽힘 순서가 사전 설정될 수 있다. 이 목적을 위해서는, 조인트 장치(들) 및 고정 바디의, 특히 고정 바디의 변형 부분 혹은 굽힘 부분의 재료, 재료 두께 및/또는 형상이 상응하게 선택된다. 이때, 이와 같은 선택에 의해서는, 제2 조임력으로 인해 조임 조인트 장치가 항복할 때에 고정 바디의 변형 부분이 먼저 변형되고, 다시 말해 예를 들어 고정 바디의 굽힘 부분이 먼저 구부러지고, 제2 조임력이 발생할 때에 비로소 조인트 장치(들)의 스위블 조인트 또는 힌지가 회전되는 상황이 나타난다. 다른 경우에는, 조임 조인트 장치가 항복할 때에 조인트 장치(들)의 조인트가 먼저 (더 낮은) 제2 조임력으로 인해 회전되고, (더 높은) 제1 조임력이 발생할 때에 비로소 고정 바디의 변형 부분이 변형된다. 이로써, 바람직한 방식으로는, 압축 응력 장치의 요소들 중 어느 요소가 먼저 그리고/또는 더 강하게 변형되는지가 사전 설정될 수 있으며, 이로 인해 압축 응력 장치는 특히 다용도로 그리고/또는 유연하게 사용될 수 있는데, 다시 말하자면 다수의 사용 목적을 위해 사용될 수 있다.
일 개선예에 따르면, 압축 응력 장치, 특히 조임 장치는, 조임 조인트 장치의 항복이 완전히 또는 부분적으로 비-파괴적으로 가역적 탄성을 갖도록 설계되어 있다. 특히 이 경우에는, 조임 조인트 장치의 항복, 다시 말해 예를 들어 고정 바디의 변형 부분 또는 굽힘 부분의 변형 또는 굽힘 및/또는 조인트 장치(들)의 조인트의 회전이, 적어도 배터리 셀의 충전 주기에 의존하는 조임력의 범위 안에서는 완전히 비-파괴적인 가역적 탄성을 야기하는 것이 제안되었다. 이와 같은 상황은, 적어도 사이클링으로 인해 해당 배터리 셀의 기본 치수와 해당 배터리 셀의 팽창 치수 사이에서 그 배터리 셀의 팽창 및 수축에 의해 야기되는 탄력성 영역 또는 변형 영역에서는, 압축 응력 장치가 자체 리셋팅 방식으로 설계되어 있다는 것을 의미한다. 대안적으로 또는 추가로, 조임 조인트 장치의 항복은 적어도 부분적으로는 소성인 것이 제안될 수 있다. 특히, 이와 관련해서는, 해당 배터리 셀의 사용 수명에 의존하는 팽창으로 인해 생성되거나 조임 바디에 가해지는 조임력의 범위 안에서는 조임 조인트 장치의 항복이 소성인 것이 제안되었다.
조임 조인트 장치가 비-파괴적으로 가역적이거나 소성 변형 가능하거나 탄력적인지의 여부 그리고/또는 조임 조인트 장치가 어느 범위에서 비-파괴적으로 가역적이거나 소성 변형 가능하거나 탄력적인지를 사전 설정하기 위해, 특히 압축 응력 장치, 특히 조임 조인트 장치를 제조할 때에 상응하는 재료 선택이 이루어진다. 예를 들어, 알루미늄과 같은 금속을 사용하면 오히려 조임 조인트 장치의 소성 변형 특성이 나타날 수 있다. 다른 금속이 선택되고/선택되거나 상응하는 금속이 기계적으로, 열적으로 및/또는 기계적으로 처리되면, 예를 들어 표면 처리되면, 조임 조인트 장치의 탄성 항복뿐만 아니라 소성 항복도 실현될 수 있으며, 이 경우에는 탄성 가요성과 소성 가요성이 예를 들어 서로 합병된다. 또한, 조임 조인트 장치를 예컨대 탄성 중합체와 같은 플라스틱으로 형성하는 것도 생각할 수 있으며, 이와 같은 형성에 인해서 조임 조인트 장치의 특히 큰 탄성 가요성 범위에 대한 아이디어가 특별한 정도로 고려된다. 조임 바디가 조임 조인트 장치의 소성 및/또는 탄성 변형 가능성 또는 가요성으로 인해 배터리 셀의 팽창하거나 수축하는 외부 치수를 따름으로써, 프레임 장치 내에서 배터리 셀 팩의 특히 견고한 피팅, 예를 들어 특히 신뢰할 만한 조임이 보장되었다. 따라서, 특히 유리한 NVH-품질(NVH: 소음, 진동, 거칠기)에 도달하게 된다.
본 발명은, 또한 배터리 셀 팩을 조이기 위한 프레임 장치와도 관련이 있다. 본 발명에 따른 압축 응력 장치의 특징부, 장점 및 바람직한 실시예는 본 발명에 따른 프레임 장치의 특징부, 장점 및 바람직한 실시예로서 간주될 수 있으며 그 반대도 마찬가지이다. 프레임 장치는 전술된 상세한 설명에 따라 설계된 압축 응력 장치 그리고 카운터 베어링을 포함하며, 이 경우 카운터 베어링과 압축 응력 장치는 프레임 장치의 세로 방향을 따라 상호 이격되어 있다. 더욱이, 프레임 장치는 제1 인장 응력 요소 및 제2 인장 응력 요소를 구비하는 인장 응력 장치를 구비한다. 이때, 인장 응력 요소는 프레임 장치의 가로 방향을 따라 상호 이격되어 있다. 또한, 압축 응력 장치와 카운터 베어링이 인장 응력 요소에 의해 서로 고정되어 있음으로써, 결과적으로 압축 응력 장치와 카운터 베어링 사이에서는 세로 방향을 따라 그리고 가로 방향을 따라 조임 영역이 생성되며, 이 조임 영역 내부에는 배터리 셀 팩이 삽입될 수 있고 그 내부에 고정될 수 있다.
또한, 본 발명은, 전술된 상세한 설명에 따라 설계된 프레임 장치 그리고 배터리 셀 팩을 구비하는 배터리와도 관련이 있다. 본 발명에 따른 압축 응력 장치 및 본 발명에 따른 프레임 장치의 특징부, 장점 및 바람직한 실시예는 본 발명에 따른 배터리의 특징부, 장점 및 바람직한 실시예로서 간주될 수 있으며 그 반대도 마찬가지이다. 배터리 셀 팩은 옆으로 나란히 배열되어 있거나 위·아래로 겹쳐서 배열되어 있는 다수의 배터리 셀을 포함하고, 프레임 장치의 조임 영역 내부에 고정되거나 조여진다. 하나 이상의 배터리 셀이 팽창 치수로 팽창됨으로써, 조임 바디에 조임 방향으로 조임력이 가해지며, 이로 인해서 조임 조인트 장치의 정의된 항복과 동시에 조임 바디가 고정 바디를 향해 조임 방향으로 이동하게 된다.
본 발명의 또 다른 특징부들은 청구범위, 도면 및 도면에 대한 설명으로부터 드러날 수 있다. 상기 상세한 설명 부분에서 언급된 특징부 및 특징부 조합 그리고 이하의 도면에 대한 설명 부분에 그리고/또는 도면에 단독으로 도시된 특징부 및 특징부 조합은 각각 명시된 조합으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 조합으로도 또는 단독으로도 사용될 수 있다.
도 1은 압축 응력 장치를 갖는 프레임 장치를 구비하는 배터리, 특히 차량 배터리의 개략도를 도시한다.
도 1은, 압축 응력 장치를 갖는 프레임 장치를 구비하는 배터리, 특히 차량 배터리의 개략도를 단 하나의 도면에서 보여준다. 이하에서는, 압축 응력 장치(1), 프레임 장치(2) 및 배터리(3)가 공동의 상세한 설명에서 설명된다. 본 도면에서 동일하고 기능적으로 동일한 요소에는 동일한 참조 번호가 제공되어 있다.
배터리(3)는 압축 응력 장치(1)를 포함하는 프레임 장치(2)를 구비한다. 또한, 본 예의 배터리(3)는 카운터 베어링(4)을 구비하며, 이 경우에는 카운터 베어링(4)과 압축 응력 장치(1) 사이에 복수의 배터리 셀(5)이 조여져 있다. 카운터 베어링(4)은 예를 들어 또 다른 압축 응력 장치(1)일 수 있다. 배터리 셀(5)은 배터리(3)의 세로 방향(6)을 따라 하나의 배터리 셀 팩(7)을 형성하도록 배열되어 있는데, 예컨대 상호 적층되어 하나의 배터리 셀 스택을 형성한다. 프레임 장치(2)는 2개의 인장 응력 요소(9), 예를 들어 타이 로드(tie rod)를 구비하는 인장 응력 장치(8)를 구비한다. 이때, 인장 응력 장치(8)의 인장 응력 요소(9) 또는 타이 로드는 배터리(3)의 가로 방향(10)을 따라 상호 이격되어 있다. 따라서, 프레임 장치(2)의 조임 영역(11)은 압축 응력 장치(1)에 의해서, 카운터 베어링(4)에 의해서 그리고 인장 응력 요소(9)에 의해서 제한되어 있다. 이 조임 영역(11)에서는, 배터리 셀 팩(7)이 압축 응력 장치(1)와 카운터 베어링(4) 사이에 배열되어 있거나 고정 또는 조여져 있다.
인장 응력 요소(9)에 의해서는, 압축 응력 장치(1) 그리고 카운터 베어링(4)이 서로에 대해 고정되어 있다. 이 목적을 위해, 압축 응력 장치(1)는 고정 바디(12)를 구비하며, 이 고정 바디를 통해서는 압축 응력 장치(1)가 의도한 대로 - 본 예에서는 직접적으로 - 인장 응력 장치(8)에, 본 경우에는 인장 응력 요소(9)에 고정되어 있다. 이 목적을 위해, 고정 바디(12)는 본 예에서 용접 면으로서 설계된 고정 요소(13)를 구비한다. 또한, 개별 인장 응력 요소(9)가 압축 응력 장치(1)의 고정 요소(13)에 상응하는 또 다른 고정 요소(14)를 구비함으로써, 결과적으로 압축 응력 장치(1), 특히 압축 응력 장치의 고정 바디(12) 및 인장 응력 장치(8), 특히 인장 응력 장치의 인장 응력 요소(9)는 고정 요소(13, 14)에 의해 강제 결합 방식으로, 형상 결합 방식으로 그리고 재료 결합 방식으로 서로에 대해 고정되어 있다. 본 예에서는, 인장 응력 요소(9)와 고정 바디(12)가 서로 용접됨으로써, 특히 레이저 용접됨으로써, 압축 응력 장치(1)와 인장 응력 장치(8)는 서로에 대해 고정되어 있다. 이와 같은 상황은 도 1에서 용접부(15)에 의해 표시되어 있다.
도 1에서는, 인장 요소(9)와 (개별) 고정 바디(12)가 서로에 대해 움직일 수 없도록 배열되어 있다는 것도 알 수 있다. 또한, 본 예에서는 배터리(3), 특히 압축 응력 장치(1)가 복수의 고정 요소(13), 복수의 고정 요소(14) 그리고 복수의 용접부(15)를 구비한다는 것도 알 수 있다. 이 경우에는, 압축 응력 장치(1)와 인장 조임 장치(8)가 - 본원에서 도시되었거나 설명된 용접부(15)에 대해 대안적으로 또는 추가로 - 다른 유형의 강제 결합 방식으로, 형상 결합 방식으로 그리고/또는 재료 결합 방식으로 서로 연결될 수 있다는 것, 예를 들어 나사 결합, 리벳 결합, 납땜 등으로 서로 연결될 수 있다는 것을 이해해야만 한다.
압축 응력 장치(1)는 조임 바디(16)를 추가로 구비하며, 본 예에서 조임 바디는 배터리 셀 팩(7)의 접촉 면(18)에 부합하는 조임 면(17)을 구비한다. 배터리 셀 팩(7)이 프레임 장치(2) 내에 조여져 있음으로써, 조임 바디(16)와 배터리 셀 팩(7)은 서로 맞대어 놓이게 되는데, 본 예에서는 서로 간접적으로 맞대어 놓이게 된다. 본 예에서는, 조임 바디(16)와 배터리 셀 팩(7) 사이에 분리 층(19)이 제공되어 있기 때문에, 결과적으로 배터리 셀 팩(7)과 조임 바디(16)는 분리 층(19)을 통해 서로 안착하게 된다. 배터리 셀 팩(7)의 접촉 면(18)은 특히 "마지막" 배터리 셀(5)의 외부 표면에 의해 적어도 부분적으로 형성되어 있다.
압축 응력 장치(1)는 고정 바디(12)와 조임 바디(16)를 서로 연결시키는 조임 조인트 장치(20)를 더 구비한다. 본 예에서, 고정 바디(12), 조임 바디(16) 그리고 조임 조인트 장치(20)는 서로 일체형으로 형성되어 있다. 이 경우, 조임 조인트 장치(20)는 - 고정 바디(12) 방향으로 작용하는 조임력(21)이 조임 바디(16)에 가해질 때에 - 조임 바디(16)가 고정 바디를 향해 조임 방향(22)으로 이동되도록 설계되어 있으며, 이 경우 이와 같은 이동 동작 중에는 조임 조인트 장치(20)가 정의된 방식으로 항복한다. 특히, 조임 조인트 장치(20)는 조임 방향(22)으로 항복한다. 조임 조인트 장치(20)가 항복함에 따라, 조임 바디(16)는 고정 바디(12)에 대해 그리고 인장 응력 장치(8)에 대해, 특히 인장 응력 요소(9)에 대해 이동하게 되는데, 그 이유는 조임 바디(16)와 인장 응력 장치(8)가 서로 직접적으로 연결되어 있지 않기 때문이다.
본 경우, 조임 조인트 장치(20)는 도 1의 좌측 이미지 절반에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 제1 조인트 장치(23) 또는 복수의 제1 조인트 장치(23)를 포함한다. 이 경우, 개별 제1 조인트 장치(23)는 제1 밴드 요소(24) 및 제2 밴드 요소(25) 그리고 고정 바디 측 스위블 조인트(26), 중간 스위블 조인트(27) 및 조임 바디 측 스위블 조인트(28)를 구비한다. 이때, 밴드 요소(24, 25)는 중간 스위블 조인트(27)를 통해 관절 방식으로 서로 연결되어 있다. 더욱이, 제1 밴드 요소(24)와 고정 바디(12)는 고정 바디 측 스위블 조인트(26)에 의해 관절 방식으로 서로 연결되어 있는 반면, 조임 바디 측 스위블 조인트(28)를 통해서는 제2 밴드 요소(25)와 조임 바디(16)가 관절 방식으로 서로 연결되어 있다.
도 1의 우측 이미지 절반에 도시되어 있는 압축 응력 장치(1) 또는 프레임 장치(2) 또는 배터리(3)의 또 다른 일 실시예에 따르면, 조임 조인트 장치(20)는 제1 조인트 장치(23) 및 또 다른 (제2) 조인트 장치(23)를 구비하며, 이 경우 조인트 장치(23, 29)에 의해서는 조인트 장치 쌍(30)이 형성되어 있다. 이때, 이 경우에 조임 조인트 장치(20), 특히 조인트 장치 쌍(30)은 제3 밴드 요소(31) 및 제4 밴드 요소(32) 그리고 커플링 스위블 조인트(33)를 구비한다. 이와 같은 또 다른 또는 제2 조인트 장치(29) 및 제1 조인트 장치(23)는 동일하게 또는 적어도 유사하게 형성되어 있다. 특히, 조인트 장치(23, 29)는 동일하거나 유사한 운동 역학적 특성을 구비한다. 도 1(우측 이미지 절반)에서는, 조인트 장치(23, 29)가 서로에 대해 반사 대칭으로 설계될 수 있다는 것을을 알 수 있다.
조인트 장치 쌍(30)에서는 제3 밴드 요소(31)와 제1 조인트 장치(23)의 중간 스위블 조인트(27)가 관절 방식으로 서로 연결되어 있다. 또한, 제4 밴드 요소(32)와 제2 조인트 장치(29)의 중간 스위블 조인트(34)도 관절 방식으로 서로 연결되어 있다. 이 경우, 밴드 요소(31, 32)는 커플링 스위블 조인트(33)에 의해 관절 방식으로 서로 연결되어 있다. 이와 같은 점에서, 2개의 조인트 장치(23, 29)가 밴드 요소(31, 32)를 통해 그리고 커플링 스위블 조인트(33)를 통해 운동 역학적으로 상호 결합되어 있음으로써, 제1 조인트 장치(23)의 이동 동작과 제2 조인트 장치(29)의 이동 동작은 운동 역학적으로 서로 결합되어 있다.
본 경우, 스위블 조인트(26, 27, 28, 34) 및/또는 커플링 스위블 조인트(33)는 개별 포일 조인트로서 형성되어 있다. 특히, 조임 조인트 장치(20)에서 사용되는 모든 조인트는 개별 포일 조인트로서 형성되어 있다.
압축 응력 장치(1), 프레임 장치(2) 및/또는 배터리(3)는 반사면 대칭으로 형성될 수 있으며, 이 경우 상응하는 반사면(35)은 일점쇄선의 세로 방향 선(6)에 의해 표시되어 있다. 압축 응력 장치(1), 프레임 장치(2) 및/또는 배터리(3)가 비대칭으로 구성되어 있는 것도 마찬가지로 생각할 수 있다.
본 예에서, 고정 바디(12)는 특히 굽힘 부분으로서 형성된 변형 부분(36)을 구비한다. 본 예에서, 이와 같은 변형 부분(36) 또는 굽힘 부분은 조임 조인트 장치(20)의 구성 부분이다. 다른 말로 표현하자면, 조임 조인트 장치(20)가 고정 바디(12)의 변형 부분(36)을 포함함으로써, 조임 조인트 장치(20)는 고정 바디(12)를 부분적으로 구비한다. 이 경우에는, 변형 부분(36)이 변형됨으로써, 다시 말해 예를 들어 굽힘 부분이 구부러짐으로써, 조임 조인트 장치(20)는 정의된 방식으로 적어도 부분적으로 항복하는 것이 제안되었다.
개별 조인트 장치(23, 29) 또는 개별 조인트 장치 쌍(30)은 해당 조인트 장치(29, 23, 30)의 관절 방식 운동에 대한 저항력을 갖는다. 또한, 고정 바디(12)의 변형 부분(36)도 이 변형 부분(36)의 변형에 대한 저항력을 갖는다. 따라서, 조임 조인트 장치(20)가 정의된 방식으로 항복하기 위해서는 해당 저항이 조임력(21)에 의해 극복되는 것이 필요하다. 이 경우, 해당 조인트 장치(23, 29, 30)의 관절 방식 운동에 대한 저항력 및 변형 부분(36)의 변형에 대한 저항력이 상이한 강도 또는 상이한 크기를 가짐으로써, 결과적으로 해당 저항력을 상응하게 극복하기 위해서는 상이한 높이의 또는 상이한 강도의 조임력(21)이 필요하다. 본 경우에는, 조인트 장치(23, 29, 30)의 관절 방식 운동에 대한 저항력이 제1 조임력(37)에 의해 극복될 수 있는 반면, 이 제1 조임력(37)은 변형 부분(36)의 변형에 대한 저항력을 극복하기에는 충분하지 않다는 것이 제안되었다. 왜냐하면, 변형 부분(36)의 변형에 대한 저항력을 극복하기 위해서는, 예를 들어 제1 조임력(37)보다 큰 제2 조임력(38)이 필요하기 때문이다. 대안적인 실시예에서, 제1 조임력(37)은 제2 조임력(38)보다 클 수 있다. 이와 같은 방식에 의해서는, 조임 조인트 장치(20)가 의도한 대로 항복할 때에 참조하는 순서가 사전 설정된다. 해당 조인트 장치(23, 29, 30) 및/또는 변형 부분(36)의 재료, 재료 두께 및/또는 형상에 따라 개별 저항력이 나타나고, 그 결과로 제1 조임력(37)이 제2 조임력(38)보다 큰지 아니면 그 반대인지가 결정된다.
개별 조임력(21, 37, 38)은 - 특히 압축 응력 장치(1) 또는 프레임 장치(2) 또는 배터리(3)의 작동 중에 - 하나 또는 복수의 배터리 셀(5)이 자체 기본 치수로부터 출발하여 팽창 치수로 부풀어 오름으로써, 압축 응력 장치(1)의 조임 바디(16)에 가해진다. 이와 같은 상황은, 특히 해당 배터리 셀(5)의 전기 충전으로 인해 그리고/또는 해당 배터리 셀(5)의 노화로 인해 발생한다. 이 경우, 노화로 인한 팽창은 전혀 되돌릴 수 없거나 특히 약간만 되돌릴 수 있는 반면, 방전 또는 충전으로 인한 팽창은 해당 배터리 셀(5)의 전기 방전에 의해서 적어도 부분적으로 되돌릴 수 있다.
본 예에서는, 조임 조인트 장치(20)의 항복이 비파괴 방식으로 전체적으로 또는 부분적으로 가역적 탄성을 갖는 것이 제안되었다. 다른 말로 표현하자면, 조임력(21, 37, 38)이 (재차) 작아지자마자, 조임 조인트 장치(20)가 자체적으로 리셋팅 되는 것이 제안되었다. 이 경우, 조임 조인트 장치의 항복은 비파괴적으로 가역적 탄성을 갖는 제1 가요성 부분 그리고 소성, 즉 비가역적인 또 다른 가요성 부분을 가질 수 있다. 또한, 해당 배터리 셀(5)의 노화로 인한 팽창은 소성인 조임 조인트 장치(20)의 가요성 영역에서 발생하는 것도 제안되었다. 그와 달리, 해당 배터리 셀(5)의 방전 또는 충전으로 인한 팽창은 조임 조인트 장치(20)의 비파괴적으로 가역적으로 탄성적인 가요성 영역에서 이루어지는 것이 제안되었다. 이와 같은 방식에 의해서는, 압축 응력 장치(1), 특히 압축 응력 장치의 조임 바디(16)가 해당 배터리 셀(5)의 주기적 팽창 및 수축을 따르게 되고, 이로써 배터리 셀 팩(7)의 주기적 팽창 및 수축을 따르게 되는 반면, 압축 응력 장치(1), 특히 압축 응력 장치의 조임 바디(16)는 조임 조인트 장치(20)의 소성 변형에 의해서 또는 소성 항복에 의해서 배터리 셀(5) 또는 배터리 셀 팩(7)의 노화로 인한 비가역적인 팽창을 따르게 된다. 이로 인해서, 특히 해당 배터리 셀(5), 즉 배터리 셀 팩(7)에 항상 배터리 셀(5) 내부에서의 결정 형성을 저지하는 원하는 초기 압력이 가해지도록 보장되었다.
전체적으로 볼 때, 압축 응력 장치(1)에 의해서는, 프레임 장치(2)에 의해서는 그리고 배터리(3)에 의해서는, 전기적으로 충전된 상태와 전기적으로 방전된 상태 사이에서 그리고 노화로 인해 자체 공간적 팽창과 관련하여 변경되는 배터리 셀(5)을 사용할 수 있거나 배열할 수 있는 개별적인 가능성이 나타났다.
1: 압축 응력 장치 2: 프레임 장치
3: 배터리 4: 카운터 베어링
5: 배터리 셀 6: 세로 방향
7: 배터리 셀 스택 8: 인장 응력 장치
9: 인장 응력 요소 10: 가로 방향
11: 조임 영역 12: 고정 바디
13: 고정 요소 14: 고정 요소
15: 용접부 16: 조임 바디
17: 조임 면 18: 접촉 면
19: 분리 층 20: 조임 조인트 장치
21: 조임력 22: 조임 방향
23: 제1 조인트 장치 24: 제1 밴드 요소
25: 제2 밴드 요소 26: 고정 바디 측 스위블 조인트
27: 중간 스위블 조인트 28: 조임 바디 측 스위블 조인트
29: 또 다른 조인트 장치
30: 조인트 장치 쌍
31: 제3 밴드 요소
32: 제4 밴드 요소
33: 커플링 스위블 조인트
34: 중간 스위블 조인트
35: 반사면
36: 변형 부분
37: 제1 조임력
38: 제2 조임력

Claims (10)

  1. 배터리 셀 팩(7)을 조이도록 설계된, 프레임 장치(2)용 압축 응력 장치(1)로서,
    - 고정 바디(12)를 구비하고, 상기 고정 바디를 통해서는 압축 응력 장치(1)가 프레임 장치(2)의 인장 응력 장치(8)에 고정될 수 있으며;
    - 조임 바디(16)를 구비하고, 상기 조임 바디는 상기 배터리 셀 팩(7) 상에 접촉되도록 설계되어 있으며;
    - 조임 조인트 장치(20)를 구비하고, 상기 조임 조인트 장치에 의해서는 고정 바디(12)와 조임 바디(16)가 서로 연결되어 있으며, 상기 조임 조인트 장치(20)는, 고정 바디(12)를 향하는 방향으로 작용하는 조임력(21, 37, 38)이 조임 바디(16)에 가해질 때, 조임 조인트 장치(20)가 정의된 방식으로 항복함으로써, 조임 바디(16)가 고정 바디(12)를 향해 조임 방향(22)으로 이동되도록 설계되어 있는, 프레임 장치(2)용 압축 응력 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조임 조인트 장치(20)가 고정 바디(12)의 변형 부분(36)을 구비하여, 상기 변형 부분(36)이 변형됨으로써, 특히 구부러짐으로써 조임 조인트 장치(20)가 정의된 방식으로 항복하는 것을 특징으로 하는, 압축 응력 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조임 조인트 장치(1)가 제1 조인트 장치(23, 29)를 포함하며, 상기 제1 조인트 장치는,
    - 제1 밴드 요소(24) 및 제2 밴드 요소(25)를 구비하며;
    - 고정 바디 측 스위블 조인트(26)를 구비하고, 상기 스위블 조인트를 통해서는 고정 바디(12)와 제1 밴드 요소(24)가 관절 방식으로 서로 연결되어 있으며;
    - 중간 스위블 조인트(27)를 포함하고, 상기 중간 스위블 조인트를 통해서는 제1 밴드 요소(24)와 제2 밴드 요소(25)가 관절 방식으로 서로 연결되어 있으며;
    - 조임 바디 측 스위블 조인트(28)를 포함하고, 상기 스위블 조인트를 통해서는 제2 밴드 요소(25)와 조임 바디(16)가 관절 방식으로 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 압축 응력 장치(1).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조임 조인트 장치(20)는,
    - 제2 조인트 장치(29);
    - 제3 밴드 요소(31) 및 제4 밴드 요소(32);
    - 커플링 스위블 조인트(33)
    를 더 포함하되, 상기 커플링 스위블 조인트를 통해서 제3 밴드 요소(31)와 제4 밴드 요소(33)가 관절 방식으로 서로 연결되어 있으며;
    - 제3 밴드 요소(31)와 제1 조인트 장치(23)의 중간 스위블 조인트(27)는 관절 방식으로 서로 연결되어 있으며;
    - 제4 밴드 요소(32)와 제2 조인트 장치(29)의 중간 스위블 조인트(34)는 관절 방식으로 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 압축 응력 장치(1).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 개별 스위블 조인트(26, 27, 28, 29, 33, 34)가 포일 조인트로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 압축 응력 장치(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 바디(12), 조임 바디(16) 그리고 조임 조인트 장치(20)가 서로 일체형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 압축 응력 장치(1).
  7. 제2항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조인트 장치(23, 29)의 관절 방식 운동에 대한 저항력은, 상기 관절 방식 운동이 제1 조임력(37)에서 이루어지도록 설계되어 있으며, 고정 바디(12)의 변형 부분(36)의 변형에 대한 저항력은, 상기 변형이 제2 조임력(38)에서 이루어지도록 설계되어 있으며, 이 경우에는
    - 상기 제1 조임력(37)이 제2 조임력(38)보다 크거나
    - 상기 제2 조임력(38)이 제1 조임력(37)보다 큰 것을 특징으로 하는, 압축 응력 장치(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 응력 장치는, 상기 조임 조인트 장치(20)의 항복이 적어도 부분적으로 비-파괴적으로 가역적 탄성을 갖도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는, 압축 응력 장치(1).
  9. 배터리 셀 팩(7)을 조이기 위한 프레임 장치(2)로서,
    - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따라 설계된 압축 응력 장치(1) 및 카운터 베어링(4)을 구비하고, 상기 압축 응력 장치와 상기 카운터 베어링은 프레임 장치(2)의 세로 방향(6)을 따라 상호 이격되어 있으며;
    - 인장 응력 장치(8)를 구비하고, 상기 인장 응력 장치는 프레임 장치(2)의 가로 방향(10)을 따라 상호 이격된 2개의 인장 응력 요소(9)를 구비하며;
    - 이 경우에는 압축 응력 장치(1)와 카운터 베어링(4)이 인장 응력 요소(9)에 의해 서로 고정되어 있음으로써, 결과적으로 압축 응력 장치(8)와 카운터 베어링(4) 사이에서는 조임 영역(11)이 생성되며, 상기 조임 영역 내부에는 배터리 셀 팩(7)이 삽입될 수 있고 그 내부에 고정될 수 있는, 배터리 셀 팩(7)을 조이기 위한 프레임 장치(2).
  10. 제9항에 따라 설계된 프레임 장치(2) 및 배터리 셀 팩(7)을 구비하는, 배터리(3)로서,
    상기 배터리 셀 팩(7)은 서로 나란히 배열된 다수의 배터리 셀(5)을 구비하고, 조임 영역 내부에 조여져 있으며, 상기 배터리 셀(5) 중 하나가 팽창 치수로 팽창됨으로써, 조임 바디(16)에 조임 방향(22)으로 조임력(21, 37, 38)이 가해지며, 이로 인해서 조임 조인트 장치(20)의 정의된 항복과 동시에 조임 바디(16)가 고정 바디(12)를 향해 조임 방향(22)으로 이동하게 되는, 배터리(3).
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