WO2018128295A1 - 전지시스템 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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WO2018128295A1
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battery cell
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뷰세랄프
스토야노비치올리버
크리거호스트
호흐가터러니콜라우스
암라이히베르너
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삼성에스디아이 주식회사
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery system and an automobile including the battery system.
  • Rechargeable batteries differ from primary batteries in that they can be repeatedly charged and discharged. The latter provide only irreversible conversion, in which chemicals cannot be returned to electrical energy.
  • Low-capacity secondary batteries are used as power sources for small electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and camcorders, and large-capacity secondary batteries are used as power sources for hybrid vehicles.
  • the secondary battery includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, a case accommodating the electrode assembly, and an electrode terminal electrically connected to the electrode assembly.
  • the electrolyte is injected to enable the charging and discharging of the battery through the electrochemical reaction of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte solution.
  • the shape of the case for example a cylindrical or rectangular case, depends on the use of the battery.
  • the secondary battery may be used as a battery module including a plurality of unit battery cells coupled in series and / or in parallel to provide a battery having a high energy density, for example, a battery for driving a motor of a hybrid vehicle. That is, the battery module is formed by interconnecting electrode terminals of a plurality of unit battery cells according to the amount of power required to implement a high output secondary battery, for example, a secondary battery for an electric vehicle.
  • the battery module may be configured in a block design or a module design, in which each battery cell is connected to a common current collector structure and a common battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • a plurality of battery cells are connected to form a sub module, and some of these sub modules are connected to form a battery module.
  • Battery management functions can be implemented at the module or submodule level, thereby improving compatibility between the configurations.
  • These battery modules may be equipped with a thermal management system in a mechanically and electrically integrated state, and may form a battery system when the battery modules are configured to communicate with one or more electrical consumers.
  • XsYp submodules having a plurality of battery cells connected in parallel are connected in series
  • XpYs submodules having a plurality of battery cells connected in series are connected in parallel
  • XsYp type submodules are suitable for generating high voltage, but the wiring complexity increases because the voltage level of each battery cell must be controlled individually.
  • XpYs type submodules the voltage levels of all paralleled cells are automatically balanced. Thus, the wiring complexity is reduced because it is sufficient to control the voltage at the submodule level.
  • the capacitances of the cells in the submodules of the parallel-connected battery cells are summed, and thus, XpYs type submodules are mostly used together with cells of low capacity.
  • a battery system generally consists of a battery management system (BMS) and a battery management unit (BMU) for processing such information.
  • BMS battery management system
  • BMU battery management unit
  • cooling means is disposed between a pair of adjacent battery cells in a state in which battery cells are vertically stacked. Accordingly, the conventional battery system includes an extension portion that is formed large in the vertical direction, thereby increasing the overall volume.
  • a battery system has a disadvantage of requiring a lot of installation space, for example, such a battery system is not suitable for mounting on the floor of an electric vehicle.
  • One aspect of the present invention is to provide a battery system of a compact structure that can be mounted to a moving means such as an electric vehicle.
  • One embodiment of the present invention is directed to a battery system including a system frame including a pair of first frame beams and a pair of second frame beams.
  • the pair of first frame beams may extend in a first direction and the pair of second frame beams may extend in a second direction perpendicular to the first direction.
  • 'Vertical' here can mean a range between 85 degrees and 95 degrees. Accordingly, the system frame has a rectangular shape, and a plurality of traverses are assembled between the pair of first frame beams.
  • the traverse extends in a second direction and may be spaced apart from each traverse by a predetermined distance with respect to the first direction. That is, two adjacent traverses are parallel and contain lateral distances to each other. As the traverse is coupled to the pair of first frame beams, the system frame can be reinforced with strength to ensure mechanical stability.
  • Each battery module may include a plurality of battery cell arrangements including a plurality of battery cells arranged in a second direction.
  • the battery cells may be arranged in a second direction, and electrode terminals of the battery cells may be oriented in a first direction or in a third direction perpendicular to the first and second directions. have.
  • the first frame beam may include a refrigerant supply line connected to an external refrigerant circuit, and at least one traverse or each of the plurality of traverses is connected to the refrigerant supply line. It may include. Therefore, the refrigerant may be provided from at least one refrigerant supply line of the first frame beam from an external refrigerant circuit, and the refrigerant flows into the refrigerant supply line of the same or another first frame beam from the refrigerant supply line and Can return to the refrigerant circuit.
  • cooling means that may be disposed between the lower plate, the system cover, or adjacent battery cells may be omitted. Therefore, since the traverse mechanically stabilizes the system frame and sufficiently cools the battery cells, a compact battery system having a minimum height and a minimum installation space is provided.
  • the refrigerant supply line may be integrally formed in each of the first frame beams, and the refrigerant duct may be integrally formed in at least one traverse.
  • the space required for installation of the battery system can be reduced.
  • the coolant supply line and / or the coolant duct are integrally formed in the first frame beam and the traverse, respectively, so that the coolant, the battery cell, and the electrical connection means are properly separated, thereby preventing malfunction.
  • each of the plurality of traverses may include a first cross section and the first frame beam A connected to a first frame beam A which is one of the pair of first frame beams. It may include a second cross section connected to the first frame beam (B) facing.
  • the first cross section of each traverse is assembled to the first frame beam A of the pair of first frame beams, and the second cross section faces the first frame beam A to which the first cross section is assembled. It is assembled to another first frame beam B.
  • a coolant distributor may be disposed in at least one of the first cross section and the second cross section.
  • Refrigerant distributors disposed in the respective cross-sections connect refrigerant ducts included in the traverse to refrigerant supply lines integrally formed in the first frame beams.
  • the plurality of refrigerant distributors disposed in at least one of the first and second cross-sections connect the refrigerant ducts to a plurality of refrigerant supply lines integrally formed in the first frame beam.
  • the pair of first frame beams and the pair of second frame beams may be welded together as an extruded profile to form a rectangular system frame.
  • the first frame beam is an aluminum extrusion profile
  • a lightweight system frame can be easily manufactured.
  • each of the battery cells may further include a bottom surface portion and a side portion vertically connected to each end of the bottom surface portion.
  • at least one side portion of each battery cell is in thermal contact with the traverse, so that the battery cells release heat through the side portions.
  • each of the battery cells may include a bottom surface portion, a pair of first side portions, and a pair of second side portions.
  • the first side portion and the second side portion extend vertically from each end of the bottom surface portion, and the width of the second side portion is smaller than the width of the first side portion.
  • each of the traverses may extend in a second direction to be in thermal contact with the second side portion, and according to this embodiment, the second side portion is oriented in the first direction.
  • the battery cells are packaged at high density, and the arranged battery cells are cooled through the second side parts.
  • the traverses may be spaced apart from each other by a distance corresponding to the width of the first side portion based on the first direction.
  • one battery cell arrangement can be arranged between two adjacent traverses, thereby achieving an improved cooling effect through the second side portions on both sides of each battery cell of the plurality of battery cell arrangements. Can be.
  • each battery module may include a first battery cell arrangement and a second battery cell arrangement arranged in a second direction.
  • Each traverse of the battery system may be disposed between the first battery cell arrangement and the second battery cell arrangement. Therefore, the first battery cell array and the second battery cell array are spaced apart from each other based on the first direction.
  • At least one second side portion of each of the battery cells of the first and second battery cell arrangements is in thermal contact with the traverse.
  • adjacent traverses may be spaced apart from each other by a distance corresponding to the width of the first side portion.
  • two adjacent battery cell arrangements are disposed between two adjacent traverses.
  • the two battery cell arrangements belong to different battery modules and are in contact with each other with the traverse interposed therebetween.
  • the energy density of the battery system is further improved because the packaging density of the battery cells in the battery system is further improved. Is improved.
  • the first battery cell arrangement and the second battery cell arrangement may be connected through a dual module connection unit.
  • the first battery cell array and the second battery cell array may be electrically and mechanically connected to the dual module by the dual module connection unit.
  • the dual module includes a central gap having a width corresponding to the width of the traverse.
  • the center gap may include a length extension part oriented in a second direction at an installation position of the battery module.
  • each battery cell assembly is assembled through a module frame, which module provides mechanical integrity to each battery cell assembly.
  • each battery cell arrangement can be assembled mechanically and / or electrically as a single unit.
  • each battery cell may be in direct contact with the traverse and in thermal contact with the traverse, and the side portion may be attached to the traverse.
  • the thermal contact lasts long, and other mechanical connection between the battery module and the traverse can be omitted or reproduced.
  • at least one side portion of each battery cell may contact the battery cell through a thermal pad. Therefore, the swelling phenomenon of the battery cell can be compensated for even in a sufficiently thermally connected state.
  • the battery system may further include a lower plate disposed below the plurality of battery cells and a system cover disposed above the plurality of battery cells.
  • the bottom plate and the system cover may be assembled to the first and second frame beams and / or traverses, respectively.
  • the bottom plate may not include cooling means, and may include or consist of a heat insulating material disposed between the aluminum bottom plate and the battery cell, the heat insulating material in the space between the traverse and the bottom plate. Can be deployed.
  • the system cover may include a thin aluminum cover layer and a heat insulating material disposed between the battery cell and the cover layer.
  • Another aspect of the invention relates to a motor vehicle comprising a battery system according to an embodiment of the present invention described above.
  • the vehicle is an electrically driven vehicle, and electrical energy for driving power may be provided by a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • the battery system can be mounted under the vehicle floor, and the low height of the battery system does not require much installation space under the vehicle.
  • the traverse can be coupled between a pair of first frame beams to mechanically stabilize the system frame, without placing cooling means between the bottom plate, system cover or adjacent battery cells.
  • the battery system of a compact structure can be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 1.
  • FIG 3 is a perspective view of a battery cell arrangement constituting a part of a dual battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a dual battery module assembled to a traverse according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a detailed perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a detailed perspective view of a dual battery module assembled to a traverse according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of a system frame according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of a refrigerant pipe of a system frame according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an edge portion of a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • the term 'and / or' includes any combination of the plurality of listed items or any of the plurality of listed items. That is, in the present specification, the description 'A and / or B' may include 'A or B' as 'A', 'B', or 'A and B'.
  • upper and “lower” are defined along the z axis, for example, the system cover may be defined as located above the z axis, and the ground plate may be defined below the z axis.
  • first”, “second”, “third”, etc. may be used herein to describe various parts, components, and / or sections, but these parts, components, and / or sections may be used in these terms. It is not limited to. These terms are used to distinguish one part, component, or section from another part, component, or section. Accordingly, the first part, component or section described below may be referred to as the second part, component or section without departing from the scope of the invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery cell according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view along the IV-IV line of FIG.
  • the battery cell 80 may include an electrode assembly 10 and a case 26 for receiving an electrolyte together with the electrode assembly 10. have.
  • the battery cell 80 may include a cap assembly 30 to seal the opening of the case 26.
  • the battery cell 80 will be described as a rectangular secondary battery cell, but the type of battery cell is not limited thereto.
  • the electrode assembly 10 is a jelly-roll type wound around a cathode 11, a cathode 12, and a separator 13 interposed between the anode 11 and the cathode 12. It may be formed of an electrode assembly of).
  • Each of the positive electrode 11 and the negative electrode 12 is a current collector made of a thin metal foil, and may include a coating part to which an active material is coated, and a positive electrode non-coating part 11a and a negative electrode non-coating part 12a to which the active material is not applied. Can be.
  • the coating part of the anode 11 may be formed by applying an active material such as a metal oxide to a substrate formed of metal foil such as aluminum foil, and the coating part of the cathode may be formed of copper (Cu) or nickel foil (Nickel foil). It can be formed by applying an active material, such as carbon, graphite, to a substrate formed of the same metal foil.
  • the positive electrode uncoated portion 11a may be formed at one side end based on the longitudinal direction of the positive electrode 11, and the negative electrode uncoated portion 12a may be formed at one side end based on the longitudinal direction of the negative electrode 12. Can be.
  • the positive electrode non-coating portion 11a and the negative electrode non-coating portion 12a may be located on surfaces facing each other with respect to each coating portion.
  • the separator 13 may be composed of a plurality of separators which may be wound in a spiral form after the anode 11, the cathode 12, and the separator 13 are alternately positioned.
  • the present invention is not limited thereto, and may include an electrode assembly 10 having a structure in which a plurality of sheets in which an anode 11, a separator 13, and a cathode 12 are repeatedly stacked.
  • the electrode assembly 10 may be accommodated in the case 26 together with an electrolyte.
  • the electrolyte may be formed of a lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 using an organic solvent such as EC, PC, DEC, EMC, or EMC.
  • the electrolyte may be in a liquid, solid, or gel state.
  • the case 26 may have a rectangular parallelepiped shape, and an opening may be formed at one side thereof, and the case 26 may be formed of a metal such as aluminum. It can be formed as.
  • the case 26 may include a bottom surface portion 27 having a rectangular shape, and may include a pair of first side portions 16 and 17 having a wide side and a pair of second side portions 18 having a narrow side. 19, wherein the first side portions 16 and 17 and the second side portions 18 and 19 are respectively connected perpendicularly to each end of the bottom surface portion 27 to accommodate the electrode assembly 10.
  • the first side portions 16 and 17 may be formed to face each other, and the second side portions 18 and 19 may be disposed to face each other and may be connected to the first side portions 16 and 17.
  • the length of the boundary line between which the bottom surface portion 27 and the first side surface portions 16 and 17 are connected may be longer than the length of the boundary line between which the bottom surface portion 27 and the second side surface portions 18 and 19 are connected. Adjacently located first side portions and second side portions may form an angle of 90 degrees to each other.
  • the cap assembly 30 may include a cap plate 31 coupled to the case 26 to cover an opening of the case 26, protrude outward of the cap plate 31, and the anode ( 11) and a cathode terminal 12 and the anode terminal 21 and the cathode terminal 22 may be electrically connected, respectively.
  • the cap plate 31 may have a plate shape extending in one direction and may be coupled to an opening of the case 26.
  • the cap plate 31 may include an injection hole 32 and a vent hole 34 communicating with an inside of the cap assembly 30.
  • the injection hole 32 may be configured to inject the electrolyte, and a sealing cap 38 may be inserted into the injection hole 32.
  • the vent hole 34 may be equipped with a vent member 39 having a notch 39a that can be opened by a predetermined pressure.
  • the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22 may be mounted to protrude upward of the cap plate 31.
  • the positive electrode terminal 21 may be electrically connected to the positive electrode 11 through the first current collecting tab 41
  • the negative electrode terminal 22 may be electrically connected to the negative electrode 12 through the second current collecting tab 42.
  • a first terminal connecting member 24 electrically connecting the positive electrode terminal 21 and the first current collecting tab 41 may be mounted between the positive electrode terminal 21 and the first current collecting tab 41.
  • the first terminal connecting member 24 may be welded to the first current collecting tab 41 while the lower terminal is inserted into a hole formed in the positive electrode terminal 21.
  • a sealing gasket 59 may be interposed between the first terminal connecting member 24 and the cap plate 31, and may be interposed through a hole in which the first terminal connecting member 24 extends.
  • a lower insulating member 43 that can be inserted into the lower end of the first terminal connecting member 24 may be mounted on the lower portion of the cap plate 31.
  • a connection plate 58 for electrically connecting the positive electrode terminal 21 and the cap plate 31 may be mounted between the positive electrode terminal 21 and the cap plate 31.
  • the first terminal connecting member 24 may be inserted through the connecting plate 58.
  • the cap plate 31 and the case 26 may be charged with a positive electrode.
  • the second terminal connection member 25 may be installed.
  • the second terminal connecting member 25 is inserted into a hole formed in the negative electrode terminal 22, and one end and the other end of the second terminal connecting member 25 are respectively the negative terminal 22 and the second current collector tab ( 42) can be welded.
  • a sealing gasket 59 similar to the sealing gasket 59 described above may be interposed between the negative electrode terminal 22 and the cap plate 31 with a hole extending from the terminal connecting member 25. .
  • a lower insulating member 45 that insulates the negative electrode terminal 22 and the second current collecting tab 42 from the cap plate 31 may be mounted under the cap plate 31.
  • An upper insulating member 54 may be mounted between the negative electrode terminal 22 and the cap plate 31 to electrically insulate the negative electrode terminal 22 and the cap plate 31.
  • the second terminal connecting member 25 may be inserted through the hole formed in the upper insulating member 54.
  • the cap assembly 30 includes a short-circuiting hole 37 and a shorting member 56 installed in the shorting hole 37 to short-circuit the positive electrode 11 and the negative electrode 11. can do.
  • the short circuit member 56 may be positioned between the lower portion of the upper insulation member 54 and the cap plate 31, and the upper insulation member 54 may be formed at a position corresponding to the short circuit member 56. It may include a cutout.
  • the short circuit member 56 may overlap the negative electrode terminal 22 exposed through the cutout, and may be separately located.
  • the short circuit member 56 may be located between the negative electrode terminal 22 and the vent hole 34, and may be located closer to the negative electrode terminal 22 than the vent hole 34.
  • the short circuit member 56 may include a curved portion formed convexly toward the electrode assembly 10, and an edge portion fixed to the cap plate 31 may be formed at an outer periphery of the curved portion.
  • the shorting member 56 When the internal pressure of the battery cell 80 rises, the shorting member 56 may be deformed and shorted. In other words, when an unnecessary reaction occurs in the battery cell 80 to generate gas, the internal pressure of the battery cell 80 may increase.
  • the shorting member 56 contacts the negative electrode terminal 22 to short-circuit. ) causes a phenomenon.
  • the plurality of battery cells 80 having a planar shape may be arranged in one direction to form the battery cell arrangement 85.
  • each of the battery cells 80 of the battery cell arrangement 85 is arranged such that the electrode terminals 21 and 22 face upwards.
  • an insulating thin film 69 is disposed between adjacent battery cells 80 to avoid unnecessary electrical contact between the individual battery cells 80.
  • the pair of front plates 63 are positioned to face the wide side portions 16 and 17 of each battery cell 80, and the front plate 63 includes a plurality of narrow side portions 18 of the battery cells 80.
  • a pair of side plates 64 facing 19 are mechanically coupled.
  • a pair of top plate 60 is coupled to the front plate 63 and side plate 64.
  • the front plate 63, the side plate 64, and the top plate 60 form a module frame to assemble the battery cell array 85 to be mechanically integrated into the plurality of battery cell arrays 85. Provide structure.
  • the first battery cell arrangement 85a and the second battery cell arrangement 85b may be electrically connected through one dual module connection unit 68.
  • the battery module 90 may include two of the battery cell arrangements 85a and 85b, but the battery module 90 may include one or more battery cell arrangements 85. ) May also be included.
  • the dual module connection unit 68 may be mechanically coupled to the upper plate 60 and the side plate 64 of the two battery cell arrangements 85a and 85b.
  • the dual module connection unit 68 may include a plurality of conductive members 67 including a cathode terminal 65, an anode terminal 66, and copper metallization.
  • the conductive members 67 spaced apart from each other are electrically contacted through the battery cell 80.
  • the conductive member 67 is connected to the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22 of each battery cell 80, the four battery cells 80 are connected in parallel, respectively. Therefore, the battery cell bundles formed of four battery cells 80 are connected in series through the conductive member 67.
  • the battery module 90 may include two battery cell arrangements 85a and 85b connected in a 4p3s shape, wherein the 4p3s shape includes four battery cells connected in parallel ( 80) and three battery cell bundles consisting of four battery cells are connected in series.
  • the battery module 90 may include a 4p6s configuration.
  • the battery module 90 formed as described above may be used as a power source and includes an equivalent voltage of six battery cells 80 and an equivalent current of four battery cells 80. 80 times the power of 80).
  • Each battery cell 80 provides a voltage of about 3.648 V and the battery module 90 provides a voltage of 21.89 V.
  • three battery modules 90 are mechanically connected to one traverse 70.
  • the two battery cell arrangements 85a and 85b are arranged in the second direction and are electrically connected to each other through the dual module connection unit 68 shown in FIG. 4.
  • the traverse 70 is inserted into a central gap formed between the first battery cell array 85a and the second battery cell array 85b to side surfaces of each of the battery cell arrays 85a and 85b. Is coupled to the plate 64.
  • the battery module 90 is mechanically supported by the traverse 70.
  • each battery cell 80 contacts the traverse 70 through its second side portions 18, 19, and the second side portions 18, 19. ) Is perpendicular to the first side portions 16, 17 and has a width narrower than the width of the first side portions 16, 17.
  • Each traverse 70 is in contact with the second side portions 18, 19 oriented in a first direction (or a direction opposite to the first direction) while extending in the second direction from where it is installed.
  • the traverse 70 has at least the same height as the side portions 16, 17, 18, 19 of the battery cell 80, the battery of the battery cell arrangement 85
  • the electrode terminals 21 and 22 of the cell 80 are oriented upwardly in a third direction perpendicular to the first and second directions.
  • each battery cell 80 contacts the traverse 70 through its bottom surface 27, the bottom surface 27 being the cap.
  • the cap assembly 30 Located on the opposite side of the assembly 30, the cap assembly 30 includes a positive terminal 21 and a negative terminal 22 of the battery cell 80, the positive terminal 21 and the negative terminal 22 ) Is oriented in the first direction in the battery cell arrangements 85a and 85b.
  • each traverse 70 may be assembled and mechanically connected to a pair of first frame beams 74.
  • the first frame beam 74 is an aluminum extrusion profile extending in the first direction and may be welded to a second frame beam 75 extending in a second direction perpendicular to the first direction and being an extrusion profile.
  • the first frame beam 74 and the second frame beam 75 may constitute a rectangular system frame 97.
  • the plurality of traverses 70 spaced apart from each other in the first direction may extend in the second direction.
  • the spacing between adjacent traverses 70 corresponds to the width of the first side portions 16, 17 of the battery cell 80.
  • Each traverse 70 is assembled to the first frame beam 74 within a system frame 97 to reinforce the system frame 97, although not shown in FIG. 8, the system frame 97.
  • At least one battery module 90 may be mounted to the traverses 70 before assembling the traverse 70.
  • the battery system 100 includes the system in which the pair of first frame beams 74 and the pair of second frame beams 75 are welded together. It may include a frame 97. Six traverses 70 to which three battery modules 90 are attached may be mounted on a pair of first frame beams 74. Accordingly, one of the battery cell arrays 85a and 85b is arranged on each side of the traverse 70 and the second side portion of each battery cell 80 forming the battery cell arrays 85a and 85b ( 18 and 19 may be in direct thermal contact with the side surfaces of the traverse 70.
  • the battery cells 80 are electrically connected to each other through the dual module connection unit 68, and the negative electrode terminal 65 of the battery module 90 is connected to each other. And the anode terminal 66 may be electrically connected through the bus bar 78.
  • each battery module 90 may include two battery cell arrangements 85a and 85b.
  • Each battery module 90 includes a voltage of about 21.89V, and the battery system 100 including 18 battery modules 90 may include a voltage of about 394V.
  • the first E / E box 79 or the second E / E box 79 may include a pair of second frame beams 75. ) Can be mounted on each.
  • the E / E box 79 is disposed outside the system frame 97 and includes a battery management unit (BMU), a high voltage connector, an input and / or a fuse, a relay, a current sensor, an electromagnetic filter (EMC-Filter), Free charge relays and / or resistors and / or HV interfaces.
  • the battery system 100 may further include a plurality of cell monitoring circuits (CSCs) for measuring and controlling current of individual battery cells 80 and balancing voltage and / or current of the battery cells 80. .
  • CSCs cell monitoring circuits
  • the first frame beam 74 may include a refrigerant supply line 77 encapsulated in the first frame beam 74 and integrally formed. .
  • the first frame beam 74 may comprise a first frame beam inner section 95 and a first frame beam outer section 96 which are assembled together using fastening means.
  • the coolant supply line 77 may be easily integrally formed with the first frame beam 74 before the first frame beam inner section 95 and the first frame beam outer section 96 are assembled.
  • the refrigerant supply line 77 may be a metal pipe inserted into the hollow between the inner section 95 and the outer section 96 of the first frame.
  • the refrigerant supply line 77 may include a refrigerant port 76 to be connected to an external refrigerant circuit.
  • the traverse 70 may include an internal refrigerant duct 71 passing through the entire length of each traverse 70.
  • the internal refrigerant duct 71 may be formed of a steel pipe welded into the hollow frame of the extruded aluminum traverse 70.
  • the refrigerant duct 71 may be formed by an encapsulated pipeline, each inserted into a suitable cavity of the traverse 70.
  • the refrigerant duct 71 may be connected to the refrigerant supply line 77 through a refrigerant distributor 72 disposed at least in one end surface of the traverse 70.
  • the refrigerant may be distributed to one of the refrigerant supply lines 77 of the first frame beam 74 through one of an external refrigerant circuit and a refrigerant port 76. Thereafter, the refrigerant may be distributed to the refrigerant duct 71 of each traverse 70 through the refrigerant distributor 72.
  • the refrigerant may absorb heat emitted from the battery cell 80 and, for example, absorb heat emitted through the second side portions 18 and 19 of the battery cell 80. Cooling the battery cell 80 through the traverse 70 may omit the cooling means in the lower plate 92.
  • a thin aluminum bottom plate 92 may be welded to the system frame 97 under the battery cell 80, and the thin aluminum system cover 91 may be connected to the battery cell 80. It may be attached to the battery system 100 from the top of.
  • the lower insulating member 94 may be disposed between the traverse 70 and the lower plate 92 and between the battery cell 80 and the lower plate 92.
  • the upper insulating member 93 may be disposed between the battery cell 80 and the system cover 91.
  • a battery system 100 of compact structure having a minimum height and a reduced minimum installation space can be provided.
  • cap assembly 31 cap plate
  • vent member 39a notch
  • top plate 63 front plate
  • first frame beam 75 second frame beam

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지시스템은 제 1 방향으로 연장되는 한 쌍의 제 1 프레임 빔 및 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향으로 연장되고 상기 제 1 프레임 빔에 연결되는 한 쌍의 제 2 프레임 빔을 포함하는 시스템 프레임; 상기 제 1 방향으로 이격되어 상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔에 결합되는 복수 개의 트래버스; 및 적어도 하나의 상기 트래버스에 각각 결합되고 상기 제 2 방향으로 배열되는 복수 개의 전지셀을 각각 포함하는 복수 개의 전지모듈을 포함하고, 상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔은 복수 개의 냉매 공급 라인을 포함하고, 적어도 하나의 상기 트래버스는 상기 냉매 공급 라인에 연결되는 냉매 덕트를 포함한다.

Description

전지시스템 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 전지시스템 및 상기 전지시스템을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전 및 방전을 반복적으로 수행할 수 있는 점에서 일차 전지와 다르며, 후자는 화학 물질을 전기 에너지로 되돌릴 수 없는 비가역적 변환(irreversible conversion)만 제공한다. 저용량의 이차 전지는 휴대 전화, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치의 전원으로 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 전원으로 사용된다.
일반적으로, 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 케이스 및 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해질 용액의 전기 화학적 반응을 통한 전지의 충전 및 방전이 가능하도록 전해액을 주입한다. 상기 케이스의 형상, 예를 들어 원통형 또는 직사각형의 케이스는 전지의 용도에 따라 달라진다.
이차 전지는 직렬 및/또는 병렬로 결합된 복수 개의 단위 전지셀로 이루어지는 전지모듈로 사용되어 높은 에너지 밀도의 전지, 예를 들어 하이브리드 자동차의 모터 구동을 위한 전지를 제공할 수 있다. 즉, 상기 전지모듈은 고출력의 이차 전지, 예를 들어 전기 차량용 이차 전지를 구현하기 위해 요구되는 전력량에 따라 복수 개의 단위 전지셀의 전극 단자들을 상호 연결함으로써 형성된다.
전지모듈은 블록 설계 또는 모듈 설계로 구성될 수 있고, 블록 설계에서 각 전지셀은 공통 집전체 구조 및 공통 전지 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 연결된다. 모듈 설계에서 복수 개의 전지셀은 서브 모듈을 형성하기 위해 연결되고, 이러한 서브 모듈의 일부는 전지모듈을 형성하기 위해 연결된다. 전지 관리 기능은 모듈 또는 서브 모듈 수준에서 구현될 수 있으므로 상기 구성들 간의 호환성은 향상된다.
이러한 전지모듈들은 기계적 및 전기적으로 통합된 상태에서 열 관리 시스템이 장착되며, 하나 이상의 전기 소비자(electrical consumer)와 통신할 수 있도록 설정되는 경우에는 전지시스템을 형성할 수 있다.
모듈 설계에서 전기적으로 통합된 전지 시스템을 제공하기 위해, 병렬 연결된 복수 개의 전지셀을 갖는 서브 모듈들은 직렬로 연결(XsYp)되거나, 또는 직렬로 연결된 복수 개의 전지셀을 갖는 서브 모듈들은 병렬로 연결(XpYs)된다. XsYp형 서브 모듈들은 고전압을 생성하는데 적합하나, 각 전지셀의 전압 레벨을 개별적으로 제어해야 하므로 배선 복잡성이 증가하게 된다. XpYs형 서브 모듈들에서, 병렬 연결된 모든 셀들의 전압 레벨은 자동적으로 균형을 이룬다. 따라서, 서브 모듈 레벨에서 전압을 제어하기 충분하므로 배선 복잡성이 감소하게 된다. 병렬 연결된 전지셀의 서브 모듈에서 상기 셀들의 커패시턴스는 합쳐지고, 이에 따라 XpYs형 서브 모듈들은 대부분 저용량의 셀들과 함께 사용된다.
전지 전원 출력 및 방전을 정적으로 관리하는 것은 상기 전지시스템에 연결된 다양한 전기 소비자들의 동적 전력 수요를 충족시키기에 충분하지 않다. 따라서, 전지 시스템과 전기 소비자의 관리자 사이의 지속적인 정보 교환이 요구되며, 이러한 정보는 전지 시스템의 실제 충전 상태(SoC, state of charge), 잠재적인 전기 성능, 충전 능력 및 내부 저항 뿐만 아니라 실제 또는 예측된 전력 수요 또는 잉여 소비자를 포함한다. 전지 시스템은 일반적으로 전지 관리 시스템(BMS, Battery Managemnet System)과 이러한 정보를 처리하기 위한 전지 관리 유닛(Battery Management Unit, BMU)으로 구성된다.
전지 시스템의 열을 관리하기 위해, 이차 전지로부터 발생하는 열을 효율적으로 방출, 방전 및/또는 방산함으로써 전지모듈을 안전하게 사용하기 위한 열 관리 시스템(thermal management system)이 필요하다. 만약, 상기 방출/방전/방산이 충분히 수행되지 않는 경우, 각 전지셀들 간에는 온도 편차가 발생하여 적어도 하나의 전지모듈은 원하는 양의 전력을 생성할 수 없다. 또한, 전지모듈 내부의 온도 상승은 그 내부에서 비정상적 반응을 일으켜 충전식 전지의 충방전의 성능을 저하시키고 전지의 수명을 단축시킨다. 따라서, 전지셀의 냉각을 위해 전지셀로부터 열을 효과적으로 방출/방전/방산하는 것이 필요하다. 전지 시스템의 기계적 통합은 개별 구품을 적절하게 기계적으로 연결하는 것이 필요하며, 예를 들어, 전지시스템 내의 전지 서브모듈들과 자동차와 같은 전기 소비자를 제공하는 시스템의 구조를 들 수 있다.
종래의 전지시스템은 전지셀들이 수직으로 적층된 상태에서 인접한 한 쌍의 전지셀들 사이에 냉각 수단이 배치된다. 이에 따라, 종래의 전지시스템은 수직 방향으로 크게 형성된 연장부를 포함하게 되어 전반적으로 부피가 커지게 된다. 특히, 모바일 기기에서, 이러한 전지시스템은 많은 설치 공간이 필요하다는 단점이 있으며, 예를 들어, 이러한 전지시스템은 전기 자동차의 플로어 하부에 장착하기에 적합하지 않다.
본 발명의 일 측면은 전기 자동차와 같은 이동 수단에 장착될 수 있는 컴팩트한 구조의 전지시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 한 쌍의 제 1 프레임 빔과 한 쌍의 제 2 프레임 빔을 포함하는 시스템 프레임을 포함하는 전지시스템에 관한 것이다.
상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔은 제 1 방향으로 연장되고 상기 한 쌍의 제 2 프레임 빔은 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향으로 연장될 수 있다. 여기서 '수직하다' 라는 것은 85 도와 95 도 사이의 범위를 의미할 수 있다. 따라서, 상기 시스템 프레임은 직사각형 형상으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔의 사이에는 복수 개의 트래버스가 조립된다.
상기 트래버스는 제 2 방향으로 연장되며, 각 트래버스 간에는 제 1 방향을 기준으로 일정 거리만큼 이격될 수 있다. 즉, 2 개의 인접한 트래버스는 평행하고, 상호 간에는 측 방향 거리를 포함한다. 상기 트래버스가 상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔에 결합됨으로써 상기 시스템 프레임은 강도가 보강되어 기계적 안정성이 확보될 수 있다.
각 전지모듈은 제 2 방향으로 배열되는 복수 개의 전지셀을 포함하는 복수 개의 전지셀 배열체를 포함할 수 있다. 상기 전지셀 배열체에서 상기 전지셀들은 제 2 방향으로 배열되고, 상기 각 전지셀들의 전극단자는 제 1 방향으로 배향되거나, 또는 제 1 방향 및 제 2 방향에 수직하는 제 3 방향으로 배향될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 프레임 빔은 외부 냉매 회로에 연결되는 냉매 공급 라인을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 트래버스 또는 상기 복수 개의 트래버스 각각은 상기 냉매 공급 라인에 연결되는 냉매 덕트를 포함할 수 있다. 따라서, 냉매는 외부 냉매 회로로부터 상기 제 1 프레임 빔의 적어도 하나의 냉매 공급 라인으로 제공될 수 있으며, 상기 냉매는 상기 냉매 공급 라인으로부터 동일하거나 또 다른 제 1 프레임 빔의 냉매 공급 라인으로 유입되어 외부 냉매 회로로 되돌아 갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전지셀의 냉각은 상기 트래버스를 통해 수행되므로 하부 플레이트, 시스템 커버 또는 인접한 전지셀들 사이에 배치될 수 있는 냉각 수단을 생략할 수 있다. 따라서, 상기 트래버스는 상기 시스템 프레임을 기계적으로 안정화시킴과 동시에 상기 전지셀들을 충분히 냉각시킬 수 있으므로, 최소 높이 및 최소의 설치 공간을 갖는 컴팩트한 구조의 전지시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉매 공급 라인은 상기 각각의 제 1 프레임 빔에 일체로 형성될 수 있고, 상기 냉매 덕트는 적어도 하나의 상기 트래버스에 일체로 형성될 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 외부로부터 상기 제 1 프레임 빔 또는 트래버스로 연결되는 냉매 파이프가 생략될 수 있으므로, 상기 전지시스템의 설치에 필요한 공간이 감소될 수 있다. 또한, 상기 냉매 공급 라인 및/또는 상기 냉매 덕트를 각각 제 1 프레임 빔과 트래버스에 일체로 형성시킴으로써 상기 냉매, 전지셀 및 전기적 연결 수단이 적절하게 분리되어 오작동을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 트래버스 각각은 상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔 중 어느 하나인 제 1 프레임 빔(A)에 연결되는 제 1 단면 및 상기 제 1 프레임 빔(A)과 마주보는 제 1 프레임 빔(B)에 연결되는 제 2 단면을 포함할 수 있다. 다시 말해, 각 트래버스의 제 1 단면은 한 쌍의 제 1 프레임 빔 중 제 1 프레임 빔(A)에 조립되고, 제 2 단면은 제 1 단면이 조립되는 제 1 프레임 빔(A)과 마주보는 또 다른 제 1 프레임 빔(B)에 조립된다.
이러한 실시예에 따르면, 상기 제 1 단면 및 제 2 단면 중 적어도 하나에는 냉매 분배기(coolant distributor)가 배치될 수 있다. 상기 각 단면에 배치되는 냉매 분배기는 상기 트래버스에 포함된 냉매 덕트를 상기 제 1 프레임 빔 각각에 일체로 형성된 냉매 공급 라인에 연결시킨다. 상기 제 1 단면과 제 2 단면 중 적어도 하나에 배치되는 복수 개의 냉매 분배기는 상기 냉매 덕트를 상기 제 1 프레임 빔에 일체로 형성된 복수 개의 냉매 공급 라인에 연결시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔과 한 쌍의 제 2 프레임 빔은 압출 프로파일(extruded profile)로서 함께 용접되어 직사각형 형상의 시스템 프레임을 형성할 수 있다. 이때, 상기 제 1 프레임 빔이 알루미늄 압출 프로파일인 경우에는 경량화된 시스템 프레임을 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전지셀 각각은 바닥면부와 상기 바닥면부의 각 단부에 수직하게 연결되는 측면부를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에 따르면, 각 전지셀의 적어도 하나의 측면부는 트래버스에 열적 접촉(thermal contact)하게 되므로 상기 전지셀은 측면부를 통해 열을 방출시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전지셀 각각은 바닥면부, 한 쌍의 제 1 측면부 및 한 쌍의 제 2 측면부를 포함할 수 있다. 상기 제 1 측면부 및 제 2 측면부는 상기 바닥면부의 각 단부로부터 수직으로 연장되며, 상기 제 2 측면부의 폭(width)은 상기 제 1 측면부의 폭보다 작다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 트래버스 각각은 제 2 방향으로 연장되어 제 2 측면부와 열적 접촉할 수 있으며, 이러한 실시예에 따르면, 상기 제 2 측면부는 제 1 방향으로 배향된다. 다시 말해, 인접한 전지셀들의 제 1 측면부들은 서로 마주보도록 배열되므로 전지셀들은 높은 밀도로 패키징 되며, 배열된 전지셀들은 상기 제 2 측면부를 통해 냉각이 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지시스템에서 상기 트래버스는 상호 간에 제 1 방향을 기준으로 제 1 측면부의 폭에 대응되는 거리만큼 이격될 수 있다. 다시 말해, 하나의 전지셀 배열체는 인접하는 2 개의 트래버스 사이에 배치될 수 있고, 이에 따라, 복수 개의 전지셀 배열체의 각 전지셀의 양측의 제 2 측면부를 통해 개선된 냉각 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 각 전지모듈은 제 2 방향으로 배열되는 제 1 전지셀 배열체와 제 2 전지셀 배열체를 포함할 수 있다. 상기 전지시스템의 각 트래버스는 상기 제 1 전지셀 배열체와 제 2 전지셀 배열체 사이에 배치될 수 있다. 따라서 상기 제 1 전지셀 배열체와 제 2 전지셀 배열체는 제 1 방향을 기준으로 상호 이격된다.
이러한 실시예에 따르면, 상기 제 1 전지셀 배열체 및 제 2 전지셀 배열체의 각 전지셀의 적어도 하나의 제 2 측면부는 상기 트래버스에 열적 접촉한다.
하나의 구체적인 예에서, 인접하는 트래버스는 상호 간에 제 1 측면부의 폭에 대응되는 거리만큼 이격될 수 있다. 다시 말해, 인접하는 2 개의 전지셀 배열체는 인접하는 2 개의 트래버스 사이에 배치된다. 이러한 2 개의 전지셀 배열체는 서로 다른 전지모듈에 속하고 트래버스를 사이에 두고 서로 접촉된다.이러한 실시예에 따르면, 상기 전지시스템 내의 전지셀의 패키징 밀도가 추가로 개선되므로 전지시스템의 에너지 밀도가 향상된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전지셀 배열체와 제 2 전지셀 배열체는 듀얼 모듈 접속 유닛을 통해 연결될 수 있다. 다시 말해, 상기 제 1 전지셀 배열체와 제 2 전지셀 배열체는 상기 듀얼 모듈 접속 유닛에 의해 전기적 및 기계적으로 연결되어 듀얼 모듈에 결합될 수 있다. 상기 듀얼 모듈은 상기 트래버스의 폭에 대응되는 폭을 갖는 중앙 갭(central gap)을 포함한다. 상기 중앙 갭은 상기 전지모듈의 설치 위치에서 제 2 방향으로 배향된 길이 연장부를 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 각각의 전지셀 배열체는 모듈 프레임을 통해 조립되며, 상기 모듈 프레임은 각 전지셀 배열체에 기계적인 일체성(mechanical integrity)을 제공한다. 이에 따라 각 전지셀 배열체는 단일 유닛으로서 기계적 및/또는 전기적으로 조립될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 각 전지셀의 적어도 하나의 측면부는 트래버스와 직접적으로 접촉하여 상기 트래버스와 열적 접촉할 수 있으며, 상기 측면부는 상기 트래버스에 부착될 수 있다. 따라서, 열적 접촉이 길게 지속되며, 상기 전지모듈과 트래버스 사이의 다른 기계적 연결이 생략되거나 재현될 수 있다. 이와 달리, 각 전지셀의 적어도 하나의 측면부는 열 패드(thermal pad)를 통해 상기 전지셀과 접촉할 수 있다. 따라서 열적으로 충분하게 연결된 상태에서도 전지셀의 스웰링 현상은 보완될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 전지시스템은 복수 개의 전지셀의 하부에 배치되는 하부 플레이트와 상기 복수 개의 전지셀의 상부에 배치되는 시스템 커버를 더 포함할 수 있다. 상기 하부 플레이트와 시스템 커버는 각각 제 1 및 제 2 프레임 빔 및/또는 트래버스에 조립될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 하부 플레이트는 냉각 수단을 포함하지 않을 수 있고, 알루미늄 하부 플레이트와 상기 전지셀 사이에 배치된 단열재를 포함하거나 그로부터 구성되며, 상기 단열재는 상기 트래버스와 하부 플레이트 사이의 공간에 배치될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 시스템 커버는 얇은 알루미늄 커버층 및 상기 전지셀과 커버층 사이에 배치되는 단열재를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지시스템을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 자동차는 전기적으로 구동되는 자동차이며, 전력 구동을 위한 전기 에너지는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지시스템에 의해 제공될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지시스템은 자동차 플로어 하부에 장착될 수 있으며, 전지시스템의 높이가 낮기 때문에 자동차 하부에 많은 설치 공간을 필요로 하지 않는다.
본 발명의 또 다른 측면은 종속항, 상기 첨부된 도면 및/또는 첨부된 도면의 설명으로부터 명백해질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 트래버스는 한 쌍의 제 1 프레임 빔 사이에 결합되어 시스템 프레임을 기계적으로 안정화시킬 수 있으며, 하부 플레이트, 시스템 커버 또는 인접한 전지셀들 사이에 냉각 수단을 배치하지 않고도 전지셀과 열적 접촉하여 냉각시킴으로써, 컴팩트한 구조의 전지시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다.
도 2는 도 1의 IV-IV 선을 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전지모듈의 일부를 구성하는 전지셀 배열체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트래버스에 조립된 듀얼 전지모듈의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈의 상세한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈의 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 트래버스에 조립된 듀얼 전지모듈의 상세한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 프레임의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 프레임의 냉매 파이프의 개략적인 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지시스템의 엣지부의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 즉, 본 명세서에서, 'A 및/또는 B'라는 기재는 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에 "실질적으로", "약" 및 이와 유사한 용어는 근사값을 지칭하는 용어로서 사용되고, 학위의 용어로서 사용되는 것은 아니며, 이러한 용어들에 의해 인식되는 측정 또는 계산된 값의 고유한 편차를 설명하기 위한 것이며, 이러한 편차는 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이다.
또한, 본 명세서에서, "상부" 및 "하부"는 z 축에 따라 정의되며, 예를 들어, 시스템 커버는 z 축의 상부에 위치하고, 접지판은 z 축의 하부에 위치하는 것으로 정의할 수 있다.
본 명세서에서 "제 1", "제 2", "제 3" 등의 용어는 다양한 부품, 구성요소 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 부품, 구성요소 및/또는 섹션은 이러한 용어들로 제한되지 않는다. 이러한 용어들은 하나의 부품, 구성요소, 또는 섹션을 다른 부품, 구성요소 또는 섹션과 구별하기 위해 사용된다. 따라서, 이하에서 설명되는 제 1 부품, 구성요소 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 제 2 부품, 구성요소 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 사시도이며, 도 2는 도 1의 IV-IV 선을 따른 단면도이다.
도 1및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀(80)은 전극조립체(10)와 상기 전극조립체(10)와 함께 전해액을 수용하는 케이스(26)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전지셀(80)은 상기 케이스(26)의 개구를 밀폐시키는 캡 어셈블리(30)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 상기 전지셀(80)은 각형 이차 전지셀로 설명될 것이나, 전지셀의 종류가 이에 제한되지 않는다.
상기 전극조립체(10)는 양극(11), 음극(12) 및 상기 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)가 개재된 상태에서 이를 권취한 젤리-롤 형태(Jelly-Roll type)의 전극조립체로 형성될 수 있다. 상기 양극(11)과 음극(12)은 각각 얇은 금속박으로 이루어진 집전체로서, 활물질이 도포될 수 있는 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 양극 무지부(11a)와 음극 무지부(12a)를 포함할 수 있다.
상기 양극(11)의 코팅부는 알루미늄 박(aluminium foil)과 같은 금속박으로 형성된 기재에 금속 산화물과 같은 활물질을 도포함으로써 형성될 수 있으며, 음극의 코팅부는 구리(Cu) 또는 니켈 박(Nickel foil)과 같은 금속박으로 형성된 기재에 탄소, 흑연 등과 같은 활물질을 도포함으로써 형성될 수 있다.
상기 양극 무지부(11a)는 상기 양극(11)의 길이 방향을 기준으로 일 측단에 형성될 수 있으며, 상기 음극 무지부(12a)는 상기 음극(12)의 길이 방향을 기준으로 일 측단에 형성될 수 있다. 상기 양극 무지부(11a)와 음극 무지부(12a)는 각 코팅부에 대해 서로 대향하는 면 상에 위치될 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터(13)는 양극(11), 음극(12) 및 세퍼레이터(13)가 교대로 위치된 후에 나선형으로 권취될 수 있는 복수 개의 세퍼레이터로 구성될 수 있다.
다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 양극(11), 세퍼레이터(13) 및 음극(12)이 반복적으로 적층된 복수 장의 시트를 포함하는 구조의 전극조립체(10)로 구성될 수 있다.
상기 전극조립체(10)는 전해액과 함께 상기 케이스(26) 내에 수용될 수 있다.상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, EMC 등의 유기 용매를 사용하여 LiPF6 또는 LiBF4와 같은 리튬 염으로 이루어질 수 있으며, 전해액은 액체, 고체 또는 겔(gel) 상태 일 수있다.상기 케이스(26)는 직육면체 형상으로 형성될 수 있고, 일측에 개구가 형성될 수 있으며, 상기 케이스(26)는 알루미늄과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 케이스(26)는 직사각형 형상을 갖는 바닥면부(27)를 포함할 수 있고, 넓은 측면을 갖는 한 쌍의 제 1 측면부(16, 17)와 좁은 측면을 갖는 한 쌍의 제 2 측면부(18, 19)를 포함하며, 상기 제1 측면부(16, 17) 및 제 2 측면부(18, 19)는 각각 상기 바닥면부(27)의 각 단부에 수직하게 연결되어 전극조립체(10)를 수용하기 위한 공간을 형성한다. 상기 제 1 측면부(16, 17)는 서로 마주 보도록 형성될 수 있으며, 상기 제 2 측면부(18, 19)는 서로 마주 보도록 배치되어 상기 제 1 측면부(16, 17)와 연결될 수 있다. 상기 바닥면부(27)와 제 1 측면부(16, 17)가 연결되는 경계선의 길이는 상기 바닥면부(27)와 제 2 측면부(18, 19)가 연결되는 경계선의 길이보다 길게 형성될 수 있으며, 인접하여 위치하는 제 1 측면부와 제 2 측면부는 상호 90 도의 각도를 이룰 수 있다.
상기 캡 어셈블리(30)는 상기 케이스(26)에 결합되어 상기 케이스(26)의 개구를 덮는 캡 플레이트(31)를 포함할 수 있으며, 상기 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 상기 양극(11) 및 음극(12)과 각각 전기적으로 연결되는 양극단자(21) 및 음극단자(22)를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(31)는 일 방향으로 연장되는 플레이트 형태로 이루어지며, 상기 케이스(26)의 개구에 결합될 수있다. 상기 캡 플레이트(31)는 캡 어셈블리(30)의 내부와 연통되는 주입구(32) 및 벤트홀(34)을 포함할 수 있다. 상기 주입구(32)는 전해액의 주입할 수 있도록 구성될 수 있으며, 상기 주입구(32)에는 밀봉 캡(38)이 삽입되어 장착될 수 있다. 또한, 상기 벤트홀(34)에는 소정의 압력에 의해 개방될 수 있는 노치(39a)가 형성된 벤트 부재(39)가 장착될 수 있다.
상기 양극단자(21) 및 음극단자(22)는 상기 캡 플레이트(31)의 상측으로 돌출되도록 장착될 수 있다. 상기 양극단자(21)는 제 1 집전탭(41)을 통해 양극 (11)에 전기적으로 연결될 수 있고, 음극단자(22)는 제 2 집전탭(42)을 통해 음극(12)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 양극단자(21)와 제 1 집전탭(41)을 전기적으로 연결하는 제 1 단자 연결부재(24)가 양극단자(21)와 제 1 집전탭(41) 사이에 장착 될 수 있다. 상기 제 1 단자 연결부재(24)는 양극단자(21)에 형성된 구멍에 삽입된 상태로 그 하부가 상기 제 1 집전탭(41)에 용접 연결될 수 있다.
상기 제 1 단자 연결부재(24)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉용 가스켓(59)이 개재될 수 있으며, 상기 제 1 단자 연결부재(24)가 연장되는 구멍을 통해 개재될 수 있다. 또한, 상기 제 1 단자 연결부재(24)의 하단에 삽입될 수 있는 하부 절연부재(43)가 상기 캡 플레이트(31)의 하부에 장착될 수 있다.
상기 양극단자(21)와 캡 플레이트(31) 사이에는 양극단자(21)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 연결하기 위한 연결 플레이트(58)가 장착될 수 있다. 상기 제 1 단자 연결부재(24)는 상기 연결 플레이트(58)를 관통하여 삽입될 수 있다.
따라서, 상기 캡 플레이트(31)와 케이스(26)는 양극으로 대전될 수 있다.
상기 음극단자(22)와 제 2 집전탭(42) 사이에는 전술한 상기 제 1 단자 연결부재(24)와 유사하고 상기 음극단자(22)와 제 2 집전탭(42)을 전기적으로 연결하기 위한 제 2 단자 연결부재(25)가 설치될 수 있다. 상기 제 2 단자 연결부재(25)는 상기 음극단자(22)에 형성된 구멍에 삽입된 상태로 상기 제 2 단자 연결부재(25)의 일단 및 타단이 각각 음극단자 (22) 및 제 2 집전탭(42)에 용접 연결될 수 있다.
상기 음극단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 전술한 상기 밀봉용 가스켓(59)과 유사한 밀봉용 가스켓(59)이 상기 단자 연결부재(25)가 연장되는 구멍에 개재되어 장착될 수 있다.
상기 음극단자(22)와 제 2 집전탭(42)을 상기 캡 플레이트(31)로부터 절연하는 하부 절연부재(45)가 상기 캡 플레이트(31)의 하부에 장착될 수 있다.
상기 음극단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 상기 음극단자(22)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연시키기 위한 상부 절연부재(54)가 장착될 수 있다.
상기 제 2 단자 연결부재(25)는 상기 상부 절연부재(54)에 형성된 구멍에 관통하여 삽입될 수 있다.
상기 캡 어셈블리(30)는 단락공(37, short-circuiting hole)과, 상기 단락공(37)에 설치되어 상기 양극(11) 및 음극(11)을 단락시킬 수 있는 단락부재(56)를 포함할 수 있다.
상기 단락부재(56)는 상부 절연부재(54)의 하부와 캡 플레이트(31) 사이에 위치될 수 있고, 상기 상부 절연부재(54)는 상기 단락부재(56)에 대응하는 위치에 형성되는 컷 아웃(cutout)을 포함할 수 있다.
상기 단락부재(56)는 상기 컷 아웃을 통해 노출된 음극단자(22)와 중첩될 수 있고, 분리되어 위치될 수 있다.
또한, 상기 단락부재(56)는 상기 음극단자(22)와 벤트홀(34) 사이에 위치할 수도 있고, 상기 벤트홀(34)보다 음극단자(22)에 더 가깝게 위치할 수 있다.
상기 단락부재(56)는 상기 전극조립체(10) 측을 향해 볼록하게 형성된 만곡부를 포함할 수 있으며, 상기 만곡부의 외주변에는 상기 캡 플레이트(31)에 고정되는 가장자리 부가 형성될 수 있다.
상기 전지셀(80)의 내부 압력이 상승하면 상기 단락부재(56)가 변형되어 단락될 수 있다. 다시 말해, 상기 전지셀(80) 내에서 불필요한 반응이 일어나 가스가 발생하는 경우에는 상기 전지셀(80)의 내부 압력이 상승할 수 있다.
예를 들어, 상기 전지셀(80)의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 상승하여 상기 만곡부가 반대 방향으로 오목하게 변형되면 상기 단락부재(56)는 음극단자(22)와 접촉하여 단락(short-circuit) 현상을 일으킨다.
도 3을 참조하면, 평면 형상을 갖는 복수 개의 전지셀(80)들은 전지셀 배열체(85)를 형성하도록 일 방향으로 배열될 수 있다. 다시 말해, 상기 전지셀 배열체(85)의 각 전지셀(80)은 전극단자(21, 22)가 상측을 향하도록 배열되어 있다.
이 때, 개별적인 전지셀들(80) 사이의 불필요한 전기적 접촉을 피하기 위해 절연 박막(69)이 인접한 전지셀들(80) 사이에 배치된다.
한 쌍의 전면 플레이트(63)는 각 전지셀(80)의 넓은 측면부(16, 17) 와 마주보도록 위치되며, 상기 전면 플레이트(63)에는 상기 전지셀(80)의 복수 개의 좁은 측면부(18, 19)와 마주보는 한 쌍의 측면 플레이트(64)가 기계적으로 결합된다.
한 쌍의 상면 플레이트(60)는 상기 전면 플레이트(63) 및 측면 플레이트(64)에 결합된다.
상기 전면 플레이트(63), 측면 플레이트(64) 및 상면 플레이트(60)는 모듈 프레임을 구성하여 상기 전지셀 배열체(85)를 조립함으로써 복수 개의 상기 전지셀 배열체(85)에 기계적으로 일체화된 구조를 제공한다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 제 1 전지셀 배열체(85a)와 제 2 전지셀 배열체(85b)는 1 개의 듀얼 모듈 접속 유닛(68)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지모듈(90)은 2 개의 상기 전지셀 배열체(85a,85b)를 포함할 수 있으나, 상기 전지모듈(90)은 하나 또는 둘 이상의 전지셀 배열체(85)도 포함할 수 있다.
상기 듀얼 모듈 접속 유닛(68)은 2 개의 전지셀 배열체(85a,85b)의 상기 상부 플레이트(60) 및 측면 플레이트(64)에 기계적으로 결합될 수 있다.
상기 듀얼 모듈 접속 유닛(68)은 음극단자(65), 양극단자(66) 및 구리 금속화(copper metallization)가 이루어진 복수 개의 전도부재(67)를 포함할 수 있다. 상기 상호 이격된 전도부재들(67)은 전지셀(80)을 통해 전기적으로 접촉된다. 상기 전도부재(67)는 각 전지셀(80)의 양극단자(21) 및 음극단자(22)에 연결되고, 4 개의 전지셀(80)을 각각 병렬로 연결시킨다. 따라서, 4 개의 전지셀(80)로 형성된 전지셀 다발들은 상기 전도부재(67)를 통해 직렬로 연결된다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 전지모듈(90)은 4p3s 형상으로 연결된 2 개의 전지셀 배열체(85a,85b)를 포함할 수 있으며, 여기서 4p3s 형상이란, 병렬로 연결된 4 개의 전지셀(80)과 4 개의 전지셀로 구성된 전지셀 다발 3 개가 직렬로 연결되는 경우를 의미한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈(90)은 4p6s 구성을 포함할 수 있다. 이와 같이 형성된 전지모듈(90)은 전원으로 사용될 수 있고, 6 개의 전지셀(80)의 등가 전압 및 4 개의 전지셀(80)의 등가 전류를 포함하므로 상기 전지모듈(90)은 단일 전지셀(80)의 전력의 24 배의 전력을 제공한다. 각각의 전지셀(80)은 약 3.648 V의 전압을 제공하며, 전지모듈(90)은 21.89 V의 전압을 제공한다.
도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 3 개의 전지모듈(90)은 1 개의 트래버스(70)에 기계적으로 연결된다. 상기 2 개의 전지셀 배열체(85a,85b)는 상기 제 2 방향으로 배열되며 도 4에 도시된 상기 듀얼 모듈 접속 유닛(68)을 통해 상호 간에 전기적으로 연결된다. 상기 트래버스(70)는 상기 제 1 전지셀 배열체(85a)와 제 2 전지셀 배열체(85b) 사이에 형성되는 중앙 갭(gap)에 삽입되어 각 전지셀 배열체(85a,85b)의 측면 플레이트(64)에 결합된다. 따라서, 상기 전지모듈(90)은 트래버스(70)에 의해 기계적으로 지지된다.
도 3, 도 4 및 도 6을 함께 참조하면, 상기 각 전지셀(80)은 그것의 제 2 측면부(18, 19)를 통해 상기 트래버스(70)와 접촉하며, 상기 제 2 측면부(18, 19)는 상기 제 1 측면부(16, 17)에 수직하고 상기 제 1 측면부(16, 17)의 폭보다 좁은 폭을 가진다. 상기 각 트래버스(70)는 그것이 설치된 위치에서 상기 제 2 방향으로 연장되면서 제 1 방향(또는 제 1 방향과 반대 방향)으로 배향된 상기 제 2 측면부(18, 19)와 접촉한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 트래버스(70)는 상기 전지셀(80)의 측면부(16, 17, 18, 19)와 적어도 동일한 높이를 가지며, 상기 전지셀 배열체(85)의 상기 전지셀(80)의 상기 전극단자(21, 22)는 상기 제 1 방향 및 제 2 방향에 수직하는 제 3 방향인 상측으로 배향된다.
도 7에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 각각의 전지셀(80)은 그것의 바닥면부(27)를 통해 상기 트래버스(70)와 접촉하며, 상기 바닥면부(27)는 상기 캡 어셈블리(30)의 반대 측에 위치하고, 상기 캡 어셈블리(30)는 상기 전지셀(80)의 양극단자(21) 및 음극단자(22)를 포함하며, 상기 양극단자(21) 및 음극단자(22)는 전지셀 배열체(85a, 85b)에서 상기 제 1 방향으로 배향된다.
도 8을 참조하면, 상기 각각의 트래버스(70)는 한 쌍의 제 1 프레임 빔(74)에 조립되어 기계적으로 연결될 수 있다. 상기 제 1 프레임 빔(74)은 상기 제 1 방향으로 연장되는 알루미늄 압출 프로파일로서, 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향으로 연장되고 압출 프로파일인 제 2 프레임 빔(75)에 용접 연결될 수 있다.
상기 제 1 프레임 빔(74) 및 제 2 프레임 빔(75)은 직사각형의 시스템 프레임(97)을 구성할 수 있다. 상기 제 1 방향으로 상호 이격되는 상기 복수 개의 트래버스(70)는 상기 제 2 방향으로 연장될 수 있다. 인접하는 트래버스들(70) 사이의 간격은 상기 전지셀(80)의 제 1 측면부(16, 17)의 폭에 대응한다
상기 각각의 트래버스(70)는 상기 시스템 프레임(97)을 보강하기 위해 시스템 프레임(97) 내에서 상기 제 1 프레임 빔(74)에 조립되며, 도 8에는 도시되지 않았으나, 상기 시스템 프레임(97)에 상기 트래버스(70)를 조립하기 전에는 적어도 하나의 전지모듈(90)이 상기 트래버스들(70)에 장착될 수 있다.
한편, 도 5, 도 6 및 도 8을 함께 참조하면, 전지시스템(100)은 상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔(74) 및 한 쌍의 제 2 프레임 빔(75)이 함께 용접되어 형성된 상기 시스템 프레임(97)을 포함할 수 있다. 3 개의 전지모듈(90)이 각각 부착되어 있는 6 개의 트래버스(70)는 한 쌍의 제 1 프레임 빔(74)에 장착될 수 있다. 따라서, 전지셀 배열체(85a, 85b) 중 하나는 상기 트래버스(70)의 각 측면에 배열되고, 상기 전지셀 배열체(85a, 85b)를 이루고 있는 각 전지셀(80) 의 제 2 측면부(18, 19)는 상기 트래버스(70)의 측면과 직접적으로 열 접촉할 수 있다.
도 5를 도 3 및 도 4와 함께 참조하면, 상기 전지셀들(80)은 상기 듀얼 모듈 접속 유닛(68)을 통해 상호 간에 전기적으로 연결되고, 상기 전지모듈(90)의 음극단자(65) 및 양극단자(66)는 버스 바(78)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 전지시스템(100)에서 18 개의 전지모듈(90)은 직렬 연결되고, 각 전지모듈(90)은 두 개의 전지셀 배열체(85a, 85b)를 포함할 수 있고, 상기 전지셀 배열체(85a, 85b)는 각각 직렬 연결된 4p3s 구조를 가질 수 있으며, 여기서 4p3s 구조란, 4 개의 전지셀이 병렬 연결(parallel connection)되어 형성되는 전지셀 다발 3개가 직렬 연결(series connection)되는 구조를 의미한다. 따라서, 상기 전지시스템(100)에서 4 개의 전지셀(80)은 병렬로 연결되며, 432 개(36개의 전지셀 배열체가 배열되어 있고, 각 전지셀 배열체 내에는 12개의 전지셀이 직렬로 연결되어 있어 36 x 12 = 432개)의 전지셀(80)은 직렬로 연결될 수 있다. 각각의 전지모듈(90)은 약 21.89 V의 전압을 포함하며, 상기 전지모듈(90)을 18 개 포함하는 상기 전지시스템(100)은 약 394 V의 전압을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 전지시스템(100)의 전압 및 전류를 제어하기 위해, 제 1 E/E 박스(79) 또는 제 2 E/E 박스(79)는 한 쌍의 제 2 프레임 빔(75)에 각각 장착될 수 있다. 상기 E/E 박스(79)는 상기 시스템 프레임(97) 외부에 배치되고, BMU(Battery Management Unit), 고전압 커넥터, 입력 및/또는 퓨즈, 릴레이, 전류 센서, 전자기 적합성 필터(EMC-Filter), 프리 차치(free charge) 릴레이 및/또는 저항 및/또는 HV 인터페이스를 포함할 수 있다. 상기 전지시스템(100)은 개별적인 전지셀(80)의 전류 측정 및 제어, 및 상기 전지셀(80)의 전압 및/또는 전류의 밸런싱을 위한 복수 개의 셀 감시 회로(CSC)를 더 포함할 수 있다.
도 6, 도 8, 도 9 및 도 10을 함께 참조하면, 상기 제 1 프레임 빔(74)은 상기 제 1 프레임 빔(74)에 캡슐화되어 일체형으로 형성된 냉매 공급 라인(77)을 포함할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 프레임 빔(74)은 고정 수단을 사용하여 함께 조립되는 제 1 프레임 빔 내부 섹션(95) 및 제 1 프레임 빔 외부 섹션(96)을 포함할 수 있으므로 상기 냉매 공급 라인(77)은 상기 제 1 프레임 빔 내부 섹션(95)과 제 1 프레임 빔 외부 섹션(96)이 조립되기 전에 제 1 프레임 빔(74)에 용이하게 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 냉매 공급 라인(77)은 상기 제 1 프레임의 내부 섹션(95) 및 외부 섹션(96) 사이의 중공 안으로 삽입되는 금속 파이프일 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 공급 라인(77)은 외부 냉매 회로에 연결되기 위한 냉매 포트(76)를 포함할 수 있다.
도 4, 도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 상기 트래버스(70)는 각 트래버스(70)의 전체 길이를 통과하는 내부 냉매 덕트(71)를 포함할 수 있다. 상기 내부 냉매 덕트(71)는 압출 알루미늄 트래버스(70)의 중공형 프레임 내에 용접된 강관(steel pipe)으로 형성될 수 있다.
이와 달리, 상기 냉매 덕트(71)는 상기 트래버스(70)의 적절한 캐비티(cavity) 내로 각각 삽입된 캡슐화된 파이프 라인에 의해 형성될 수도 있다.
상기 냉매 덕트(71)는 적어도 트래버스(70)의 일 단면에 배치되는 냉매 분배기(72)를 통해 상기 냉매 공급 라인(77)에 연결될 수 있다.
따라서, 냉매는 외부 냉매 회로 및 냉매 포트(76) 중 하나를 통해 상기 제 1 프레임 빔(74)의 상기 냉매 공급 라인(77) 중 하나에 분배될 수 있다. 그 이후에 상기 냉매는 상기 냉매 분배기(72)를 통해 상기 각각의 트래버스(70)의 냉매 덕트(71)에 분배될 수 있다.
상기 냉매는 상기 전지셀(80)로부터 방출되는 열을 흡수할 수 있으며, 예를 들어, 상기 전지셀(80)의 제 2 측면부(18, 19)를 통해서 방출되는 열을 흡수할 수 있다. 상기 트래버스(70)를 통해 상기 전지셀(80)을 냉각하는 것은 하부 플레이트(92)에서의 냉각 수단을 생략할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 얇은 알루미늄 하부 플레이트(92)가 상기 전지셀(80) 아래에서 상기 시스템 프레임(97)에 용접 연결될 수 있고, 얇은 알루미늄 시스템 커버(91)는 상기 전지셀(80)의 상부로부터 상기 전지시스템(100)에 부착될 수 있다.
하부 절연부재(94)는 상기 트래버스(70)과 하부 플레이트(92) 사이 및 상기 전지셀(80)과 하부 플레이트(92) 사이에 배치될 수 있다.
상부 절연부재(93)는 상기 전지셀(80)과 시스템 커버(91) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 최소 높이 및 감소된 최소 설치 공간을 갖는 컴팩트한 구조의 전지시스템(100)이 제공될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
- 부호의 설명-
10: 전극조립체
11: 양극 11a: 양극 무지부
12: 음극 1 2a: 음극 무지부
13: 세퍼레이터
16, 17: 제 1 측면부 18, 19: 제 2 측면부
21: 양극단자 22: 음극단자
24: 제 1 단자 연결부재 25: 제 2 단자 연결부재
26: 케이스 27: 바닥면부
30: 캡 어셈블리 31: 캡 플레이트
32: 주입구 34: 벤트홀
37: 단락공 38: 밀봉 캡
39: 벤트 부재 39a: 노치
41: 제 1 집전탭 42: 제 2 집전탭
43, 45: 하부 절연부재
54: 상부 절연부재 56: 단락부재
58: 연결 플레이트 59: 가스켓
60: 상면 플레이트 63: 전면 플레이트
64: 측면 플레이트
65: 음극 단자 66: 양극 단자
67: 전도부재
68: 듀얼 모뉼 접속 유닛
69: 절연 박막
70: 트래버스
71: 냉매 덕트 72: 냉매 분배기
74: 제 1 프레임 빔 75: 제 2 프레임 빔
76: 냉매 포트 77: 냉매 공급 라인
80: 전지셀
85a, 85b: 제 1 전지셀 배열체, 제 2 전지셀 배열체
90: 전지모듈
91: 시스템 커버
92: 하부 플레이트
93: 상부 절연부재
94: 하부 절연부재
95: 제 1 프레임 빔 내부 섹션
96: 제 1 프레임 빔 외부 섹션
97: 시스템 프레임
100: 전지시스템

Claims (15)

  1. 제 1 방향으로 연장되는 한 쌍의 제 1 프레임 빔 및 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향으로 연장되고 상기 제 1 프레임 빔에 연결되는 한 쌍의 제 2 프레임 빔을 포함하는 시스템 프레임;
    상기 제 1 방향으로 이격되어 상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔에 결합되는 복수 개의 트래버스; 및
    적어도 하나의 상기 트래버스에 각각 결합되고 상기 제 2 방향으로 배열되는 복수 개의 전지셀을 각각 포함하는 복수 개의 전지모듈을 포함하고,
    상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔은 복수 개의 냉매 공급 라인을 포함하고, 적어도 하나의 상기 트래버스는 상기 냉매 공급 라인에 연결되는 냉매 덕트를 포함하는 전지시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 냉매 공급 라인은 상기 제 1 프레임 빔에 일체로 형성되고,
    상기 냉매 덕트는 적어도 하나의 트래버스에 일체로 형성되는 전지시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 트래버스 각각은,
    상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔 중 어느 하나인 제 1 프레임 빔(A)에 연결되는 제 1 단면 및 상기 제 1 프레임 빔(A)과 마주보는 제 1 프레임 빔(B)에 연결되는 제 2 단면을 포함하고, 상기 제 1 단면 및 제 2 단면 중 적어도 하나에는 냉매 분배기가 배치되는 전지시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 1 프레임 빔 및 한 쌍의 제 2 프레임 빔은 압출 프로파일로서 함께 용접되어 직사각형 형상의 시스템 프레임을 형성하는 전지시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 전지셀은 바닥면부와 상기 바닥면부의 단부에 수직하게 연결되는 측면부를 포함하고,
    상기 각 전지셀의 적어도 하나의 측면부는 상기 트래버스에 열적 접촉하는 전지시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 전지셀은 바닥면부, 한 쌍의 제 1 측면부 및 상기 제 1 측면부의 폭보다 작은 폭을 갖는 한 쌍의 제 2 측면부를 포함하고,
    상기 각각의 트래버스는 제 2 방향으로 연장되어 상기 제 1 방향으로 배향된 제 2 측면부와 열적 접촉하는 전지시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 트래버스는,
    상호 간에 상기 제 1 방향을 기준으로 상기 제 1 측면부의 폭에 대응되는 거리만큼 이격되는 전지시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 전지모듈은 상기 제 2 방향으로 배열된 제 1 전지셀 배열체과 제 2 전지셀 배열체를 포함하고,
    상기 각각의 트래버스는 상기 제 1 전지셀 배열체와 제 2 전지셀 배열체 사이에 배치되며,
    상기 제 1 전지셀 배열체 및 제 2 전지셀 배열체를 구성하는 각 전지셀의 적어도 하나의 측면부는 상기 트래버스에 열적 접촉하는 전지시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 전지셀 배열체와 제 2 전지셀 배열체는 듀얼 모듈 접속 유닛을 통해 연결되는 전지시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 각각의 전지셀 배열체는 모듈 프레임을 통해 조립되는 전지시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 각 전지셀의 적어도 하나의 측면부는 상기 트래버스와 직접적으로 접촉하는 전지시스템.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 각 전지셀의 적어도 하나의 측면부와 상기 트래버스 사이에는 열 패드(thermal pad)가 배치되는 전지시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지셀의 하부에 배치되는 하부 플레이트와 상기 전지셀의 상부에 배치되는 시스템 커버를 더 포함하는 전지시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 전지시스템을 포함하는 자동차.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 전지시스템은 자동차 플로어 하부에 장착되는 자동차.
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