KR20090082212A - 온도 제어 장치를 구비한 배터리 조립체 - Google Patents

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battery
terminal
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데릭 벅
로버트 패티그
브루스 실크
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에네르델, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 배터리 모듈은 자동차에 사용되는 수직 적층 배터리 셀 패키징 구성과 중첩 배터리 셀 패키징 구성을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 구성들에 사용하게 적용될 수 있다. 배터리 모듈은 셀들이 그 사이에 배치된 복수의 배터리 히트싱크 조립체를 갖는다. 복수의 봉이 배터리 모듈을 형성하기 위해 히트싱크 조립체들과 셀을 서로 고정하도록 각각의 히트싱크 조립체를 관통하여 연장한다.
배터리, 자동차, 셀, 히트싱크, 하이브리드

Description

온도 제어 장치를 구비한 배터리 조립체{BATTERY ASSEMBLY WITH TEMPERATURE CONTROL DEVICE}
본 발명은, 셀(cell)을 갖는 배터리 팩에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 배터리 팩 내의 셀을 냉각시키기 위한 냉각 시스템 또는 가열 시스템을 갖는 전기/하이브리드 자동차용 배터리 팩에 관한 것이다.
예를 들어, 하이브리드 차와 같은 자동차는 원동력을 제공하기 위해 여러 추진 시스템들을 사용한다. 이는 가장 일반적으로, 내연기관들(ICEs)을 구동하기 위해 휘발유(석유)를 사용하고, 전기 모터들을 구동하기 위해 전기 배터리들을 사용하는 휘발유-전기 하이브리드 차를 의미한다. 이러한 하이브리드 차들은 회생 제동을 통해 동적 에너지를 포착하여 그 배터리들을 재충전한다. 순항 또는 공전 중일 때, 내연기관의 출력의 일부가 발전기(단순히 발전기 모드로 작동하는 전기 모터(들)임)에 공급되고, 이는 배터리들을 충전하기 위한 전기를 생산한다. 이는 송전망(grid) 또는 거리 연장 트레일러(range extending trailer)와 같은 외부 전원에 의해 충전된 배터리들을 사용하는 모든-전기 차와 대조적이다. 경유 및 에탄올 또는 식물계 오일과 같은 다른 연료도 종종 사용되는 것으로 보이지만, 거의 모든 하이브리드 차들은 여전히 휘발유를 그 유일한 연료원으로 필요로 한다.
배터리와 셀들은 당업계에 잘 알려져 있는 중요한 에너지 저장 장치이다. 배터리들과 셀들은 전형적으로 전극들과 그 사이에 배치된 이온 전도 전해질을 포함한다. 리튬 이온 배터리들을 담고 있는 배터리 팩들은 자동차 응용예들 및 다양한 상용 전기 장치들에서 갈수록 대중화되고 있는데, 이는 이들이 재충전 가능하고 메모리 효과가 없기 때문이다. 리튬 이온 배터리를 최적 작동 온도에 보관 및 작동시키는 것은 배터리가 장기간 동안 충전을 유지하게 하는데 매우 중요하다.
리튬 이온 배터리들의 특성들로 인해, 배터리 팩은 -20 내지 60℃의 대기온도 범위 내에서 작동한다. 그러나 이 온도 범위 내에서 작동할 때에도, 배터리 팩은 대기중 온도가 0℃ 이하로 떨어지면 충전 또는 방전하는 성능 또는 능력을 잃기 시작할 수 있다. 대기중 온도에 따라, 배터리의 수명 사이클 성능 또는 충/방전 성능은 온도가 0℃ 근처일 때 크게 감소될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 리튬이온 배터리는 대기중 온도가 이 온도 범위 밖에 드는 경우에 사용하는 것을 회피할 수 없을 수 있다.
위에서 암시하듯이, 큰 온도 편차가 하나의 셀로부터 다른 셀로 일어날 수 있고, 이는 배터리 팩의 성능에 치명적이다. 전체 배터리 팩의 긴 수명을 촉진하기 위해, 셀들은 바람직한 임계 온도 이하이어야 한다. 팩 성능을 촉진하기 위해, 배터리 팩에서 셀들 간의 온도차가 최소화되어야 한다. 그러나 대기로의 열적 경로에 따라, 상이한 셀들이 상이한 온도들에 도달한다. 또한, 동일한 이유로, 충전 과정 중에 상이한 셀들이 상이한 온도들에 도달한다. 따라서, 하나의 셀이 다른 셀들에 대해 증가된 온도에 있으면, 그 충전 또는 방전 효율이 상이하므로, 다른 셀들보다 빠르게 충전 또는 방전될 수 있다. 이는 전체 팩의 성능이 감소되게 한다.
이 기술은 냉각 시스템을 구비한 여러 디자인의 배터리 팩이 풍부하다. 존즈(Jones) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,071,652호는, 나란히 배열되어 있는 복수의 원형 셀 모듈을 포함하는 원형 형태의 외부 압력 용기를 포함하는 금속 산화물-수소 배터리를 교시한다. 인접한 셀 모듈은, 셀 모듈로부터 외부 용기로 열을 전달하는 원형의 열 전달 부재로 분리되어 있다. 각각의 열 전달 부재는 인접한 셀 모듈 사이에 배열되어 있는 일반적으로 편평한 몸체 또는 핀을 포함한다. 주변 플랜지는 압력 용기의 내면과 접촉하여 위치하여 있다. 각 셀 모듈의 폭은 플랜지의 길이보다 더 길어서, 각 열 전달 부재의 플랜지는 인접한 열 전달 부재와 접촉하지 않는다. 압력 용기에 바깥쪽의 방사방향 힘을 가하도록 플랜지가 구성되고 배열되어 있다. 타이 바(tie bar)는 셀 모듈과 열 전달 부재를 압력 용기 안으로 삽입되어 있는 스택의 형태로 함께 고정시킨다.
존스(Jones) 등에게 허여된 미국 특허에 의해 교시된 금속 산화물-수소 배터리는 원통형 타입의 배터리들을 위해 설계되어 있고, 용기(vessel)와 직접 접촉되어 있는 열 전달 부재들을 교시하여 용기와 열 전달 부재 사이의 간극을 생성하지 못하고, 이는 셀을 냉각 또는 가열하기 위해 냉각제 또는 가열제를 도입하는데 사용될 수 있다.
얼(Earl) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,354,630호는, 격실(compartment)의 스택을 포함하는 외부 압력 용기를 구비한 원형 타입의 Ni--H2 저장 배터리의 일반 적인 압력 용기를 교시한다. 각각의 격실은 하나 이상의 배터리 셀, 열 전달 부재, 및 인접 격실 사이에 비교적 일정한 거리를 유지하기 위한 셀 스페이서(cell spacer)를 포함한다. 열 전달 부재들은 배터리 셀과 열 접촉하는 핀(fin) 부분과, 핀 부분으로부터 종방향으로 연장하고 압력 용기의 내벽과 긴밀하게 열 접촉하는 플랜지 부분을 포함한다. 열 전달 부재는 배터리 셀로부터 압력 용기로 방사방향으로 생성되는 열을 전달하는 작용을 한다.
존즈 등의 미국 특허 제 5,071,652호가 교시하는 금속 산화물-수소 배터리와 유사하게, 얼 등의 미국 특허 제 5,354,630호가 교시하는 저장 배터리는 원통형 타입의 배터리들을 위해 설계되어 있다. 이 금속 산화물-수소 배터리는 용기와 직접 접촉되는 열 전달 부재들을 교시하여 셀들을 냉각 또는 가열하기 위해 냉각제 또는 가열제를 도입하는데 사용될 수 있는 열 전달 부재들과 용기 간의 간극을 생성하는데 실패한다.
호프만 등의 미국 특허 제 6,117,584호는 전기화학적 에너지 저장 장치와 함께 사용하기 위한 열 전도체를 교시한다. 열 전도체는 전기화학적 셀의 애노드 및 캐쏘드 접점들 중 하나 또는 모두에 부착된다. 전도체의 탄성 부분은 도체와 벽 구조 간의 상대 운동에 반응하여 수용(containment) 용기의 인접한 벽 구조와 도체 간의 접촉을 유지하도록 높이 또는 위치가 변할 수 있다. 열 전도체는 전기화학적 셀로부터 및 셀로 전류를 전도하고, 벽 구조와 도체 사이에 배치되는 열 전도성 및 전기 저항 재료와 전기화학적 셀 간에 열 에너지를 전도한다. 호프만 등의 미국 특허 제 6,117,584호가 교시하는 열 전도체는 셀들 사이가 아니라 셀의 애노드와 캐 쏘드 접점들 중 하나 또는 모두에 부착된다.
오가타 등의 미국 특허 제 6,709,783호는 서로 평행하게 배치된 니켈 금속 수소화물 배터리들로 구성된 복수의 다면(prismatic)의 편평한 배터리 모듈을 갖는 배터리 팩을 교시한다. 각각의 배터리 모듈은 짧은 측면 면들과 긴 측면 면들을 갖는 복수의 다면형 배터리 케이스들을 상호 일체로 연결하여 형성된 일체형 케이스로 구성되며, 짧은 측면 면들은 인접한 배터리 케이스들 사이에서 격벽(partition)들을 구성하고 공유된다. 복수의 스페이서가 반대방향으로 구부러진 시트로 만들어져 번갈아 돌출하는 홈 또는 융기부(ridge)들이 배터리 모듈들 사이에 냉각 통로들을 제공하기 위해 배터리 모듈들의 대향하는 긴 측면 면들과 각각 접촉한다. 오가타 등의 미국 특허 제 6,709,783호가 교시하는 배터리 팩은 공극, 즉 셀들 간의 냉각 통로들을 형성하여 팩의 패키징 특성들을 감소시키고자 한다.
힌톤(Hinton) 등의 미국 특허 제 6,821,671호는 배터리 셀들을 냉각하기 위한 장치를 교시한다. 힌톤 등의 미국 특허 제 6,821,671호의 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각용 핀이 냉각용 핀을 잡아주기 위한 난간(railing)들을 갖는 배터리 셀에 연결되며 각각의 냉각 핀은 난간 사이에서 슬라이딩하여 각각의 배터리 셀 내에 냉각용 핀을 끼워맞춰 상술한 장치를 형성한다. 냉각용 핀과 배터리 셀의 결합은 냉각용 핀이 배터리 셀들 너머로 연장하지 않는 방식으로 제공된다. 그러므로 냉각제는 장치의 측면으로부터 도입되면 의도한 목적으로만 작용한다. 예를 들어, 냉각제가 장치의 정면에 적용되면, 제 1 배터리 셀만이 냉각제에 노출되어 다른 배터리 셀들의 효과적인 냉각을 방해한다.
위에서 암시하듯이, 힌톤 등의 미국 특허 제 6,821,671호의 도 7은 장치를 도시하고 여기서 장치를 형성하기 위해 여러 개의 배터리 셀들을 연결하기 위해 냉각용 핀들로부터 연장하는 귀(ear)들을 통해 스트랩이 삽입되어 배터리 셀들을 압축된 상태로 유지하기 위해 장치와 핀들을 함께 형성한다. 도 7에 도시한 바와 같은 스트랩들은 배터리 셀들을 변형시켜 각각의 배터리 셀들의 전해질, 캐쏘드와 애노드 간의 화학 반응에 부정적 영향을 주고 셀들의 수명이 감소된다.
일본 공개공보 제 JP-2001-229897호는 배터리 팩 디자인 및 이를 형성하는 방법을 교시한다. 이 방법의 목적은 셀들을 냉각시키기 위해 셀들 사이에서 공극들을 지나가는 공기를 냉각시키기 위해 셀들 사이에 공극들을 생성한다. 상술한 오가타 등의 미국 특허 제 6,709,783호와 유사하게, 일본 공개공보 제 JP-2001-229897호가 교시하는 배터리 팩은 셀들 사이의 공극들을 형성하여 팩의 패키징 특성들을 감소시킨다.
그러므로, 리튬 배터리가 동작하는 대기중 온도 범위를 증가시키고 새 배터리 팩에 개선된 패키징 특성을 제공하기 위해 종래기술의 리튬 배터리들의 팩들을 개선시킬 기회가 여전히 존재한다.
또한, 가능한 가장 긴 수명, 정격 용량, 공칭 충전 및 방전율을 보장하기 위해 최적의 동작 온도에 배터리 팩을 유지할 기회가 남아 있다.
본 발명의 팩 또는 배터리 모듈은 자동차에 사용되는 수평적으로 또는 수직으로 적층된 배터리 셀 패키징 구성을 포함하지만, 이에 한정되지 않은 다양한 구성들에서 사용되게 적용될 수 있다. 배터리 팩은 본 발명의 범위를 제한하지 않고, 예를 들어, 편평한 알루미늄 합금 박(flat stock aluminum alloy foil) 등과 같은 열전도성 재료로부터 형성된 각각의 히트싱크들에 의해 각각 끼워지는 셀들의 크기를 각각 제공하는 복수의 배터리 모듈을 갖는다.
바람직하게는, 각각의 셀은 제 1 집전장치(current collector)와 제 1 집전장치 근처의 제 1 전극과 제 2 집전장치와 제 1 전극 반대쪽이고 제 2 집전장치 부근의 제 2 충전 전극을 갖는 리튬 이온 셀이다. 분리막 층(separator layer)이 제 1 및 제 2 전극들 사이에 배치되며 제 1 및 제 2 전극들은 그 사이에 전해질을 전도한다. 복수의 제 1 전극과 제 2 전극이 셀을 형성하기 위해 적층되고 전기절연 외피로 패키징된다. 셀 패키징은 측면 에지들과 단자 단부들을 포함한다. 하나의 단자 단부는 제 1 방향에서 그로부터 연장하는 제 1 만곡부(bend)를 포함한다. 다른 단자 단부는 제 1 방향의 반대쪽인 제 2 방향에서 그로부터 연장하는 제 2 만곡부를 포함한다.
히트싱크(heatsink)는 단자 단부들, 상부 및 하부 열 전달 에지들을 포함한다. 상부 및 하부 열 전달 에지들은 히트싱크로부터 연장하고 이와 일체인 복수의 핀을 포함할 수 있다. 핀들은 냉간-성형되고 응용예에 따라 셀들로부터 또는 셀들에 열을 전달하게 설계될 수 있다. 한 쌍의 전기 절연 스페이서 장치들 또는 귀(ear)들이 히트싱크의 각 측면 상에 기계적으로 부착된다. 복수의 스터드가 히트싱크의 일 측면 상에 주조되고 그 위의 스페이서로부터 연장할 수 있고 복수의 스터드없이 센서를 위한 양각부(relief)를 갖는 스페이서가 히트싱크 조립체를 형성하기 위해 반대쪽 측면을 점유한다. 셀 단자들은 전기적 직렬 또는 전기적 병렬 구성으로 스터드들 상에서 접힐 수 있다. 셀들은 히트싱크 조립체 사이에 배치될 수 있다.
복수의 가요성 회로가 모든 직렬 연결에서의 전압을 감지하기 위해 스터들 상에 배치된다. 일체형 센서들이 온도 감지를 제공하기 위해 가요성 회로에 배치된다. 일체형 스프링 와셔를 갖는 너트는 나사가공되어 전기 전도성 및 기계적 유지를 위해 각각의 스터드 상에서 일정 토크를 제공한다. 2개의 단부 또는 압축 판들이 그 사이에 배치된 셀들과 함께 서로 정렬된 히트싱크 조립체에 부착된다.
적어도 4개의 타이 로드(tie rod)들이 각각의 히트싱크 조립체와 압축판을 통해 주변으로 연장하여 전체 배터리 모듈을 압축 상태로 배치하여 셀 내의 이온 전도에 대해 더 짧은 경로 길이와 히트싱크로 또는 히트싱크로부터의 개선된 열 전달을 촉진한다.
예를 들어, 폴리우레탄, 발포 폴리우레탄, 실리콘 또는 에폭시와 같은 충진 재료(potting material)가 케이스에 배치된 배터리 모듈로 주입되어 배터리 모듈과 상응하는 셀들을 적어도 부분적으로 또는 완전히 둘러싸서 셀들과 케이스 사이의 공기 갭들을 제거한다. 충진 재료는 충격과 진동에 노출되는 중에 셀 패키징 재료 내에서 전극 스택이 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 충진 재료는 셀 패키징이 시간이 지남에 따라 이완되는 것을 방지하여 전해질이 셀 패키지의 바닥에 안정되어 셀의 전기 용량을 감소시킬 수 있게 한다. 충진/밀봉 재료는 배터리 팩 케이스 내의 배터리 모듈의 움직임도 방지한다.
본 발명의 장점은 매우 높은 에너지 밀도 특성을 갖는 배터리 모듈을 제공하는 것이고, 여기서 높은 에너지 밀도는 작은 공간 체적에 셀들, 전력 및 데이터 버스(bussing) 장치들, 제어기들, 냉각, 및 유지용 구조물을 조립하여 달성되어 패키징 특성을 개선하고 컴팩트한 제품을 제공한다.
본 발명의 다른 장점은 셀들을 둘러싸고 고정하는 우수한 유지력을 갖는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 셀 외피 내의 전극 스택을 둘러싸고 이동하지 못하도록 고정시키는 우수한 유지력을 갖는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 액체의 발생 가능한 삼투 또는 배터리 모듈의 내측으로부터 배터리 팩의 외측으로의 누설을 크게 감소시켜 배터리 모듈의 조기 고장 또는 제품 수명 감소를 방지하는, 충진 재료에 의해 캡슐화된 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은, 예를 들어 실리콘, 또는 에폭시 접착제와 같은 종래의 유지 방법들에 대해 매우 경쟁력 있는 잠재적인 유지 장치로서 발포 폴리우레탄을 포함하는 배터리 팩의 저 질량 디자인을 제공한다.
본 발명의 또 다른 장점은 모듈을 제 위치에 고정하고 팩이 임의의 배향으로 장착될 수 있게 하는 캡슐재(encapsulant)로 충전된 테이퍼를 포함하는 모듈을 수용하는 케이스를 사용하는 패키징 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 장점은 간략화된 조립 방법들로 인해 제조 비용을 감소시키는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 균형잡힌 열 관리 시스템을 갖는 배터리 팩을 제공하는 것으로, 여기서 배터리 팩의 각각의 셀은 열을 제거하고 또는 추가하는 것을 돕기 위해 열 관리 매체의 유동 및 유사한 온도를 받아들인다.
본 발명의 또 다른 장점은 배터리 팩의 성능 및 수명에 부정적 영향을 줄 수 있는 급속 충전 또는 방전 펄스 중에 바람직하지 않은 열을 효과적으로 제거하여 배터리 팩이 높은 전류 속도, 즉 C-레이트로 전달 및 받게 하는 냉각 시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 장점은 셀 화학물질의 최적 작동 범위 아래의 온도에 노출될 때 배터리 팩이 작동할 수 있게 하는 가열 시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 장점은 간단한 디자인 및 질량이 감소된 팩을 제공하는 것이다.
본 발명은 배터리 팩이 작동할 수 있는 대기중 온도 범위를 증가시켜 종래기술의 배터리 팩에 대해 몇 가지 장점을 제공한다. 또한, 본 발명은 배터리 팩의 수명 주기를 연장하고, 배터리 팩 안전성을 높이기 위해 최적 작동 온도로 배터리 팩을 유지하는 것을 돕는다.
본 발명의 다른 장점들은 첨부한 도면들과 연계하여 고려할 때 하기의 상세한 교시를 참조하여 더 잘 이해되는 것과 같이 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 배터리 모듈 내에서 서로 각각 상호연결된 복수의 셀을 각각 갖는 복수의 모듈들을 담고 있는 배터리 팩의 사시도이고 부가적으로 배터리 팩 제어 전자 회로와 외부 연결부가 예시됨.
도 2는 하우징의 베이스에 의해 지지된 각각의 배터리 모듈을 갖는 히트싱크 조립체들에 의해 사이에 끼워진 셀들을 각각 제공하는 2개의 배터리 모듈을 도시하는 도 1의 배터리 팩의 다른 사시도.
도 3은 배터리 모듈들 상에 배치되어 이들을 상호연결하는 응력 경감 부재들을 갖는 한 쌍의 버스 장치와 상술한 2개의 배터리 모듈을 도시하는 도 2의 배터리 팩의 다른 사시도.
도 4는 배터리 모듈들 사이의 응력 경감 부재를 제공하는 응력 경감 부재들과 함께 버스 장치에 의해 상호연결된 배터리 모듈들의 부분도.
도 5는 배터리 팩의 히트싱크 조립체의 도면.
도 6은 다른 실시예의 히트싱크 조립체의 도면.
도 7 내지 도 12는 다른 열 전달 에지 구성의 부분도.
도 13은 상이한 방향들로 연장하는 한 쌍의 단자 만곡부를 갖는 셀의 도면.
도 14는 히트싱크 조립체의 센서 영역과 결합하는 셀의 부분 사시도.
도 15는 히트싱크 조립체의 단자 단부와 결합하는 셀의 부분 사시도.
도 16은 그로부터 연장하는 히트싱크 열 전달 에지와 히트싱크 조립체의 측면들을 도시하는 배터리 모듈의 부분 사시도이고, 히트싱크 조립체의 측면들과 결합하는 셀들의 만곡부들이 히트싱크 조립체들을 통해 연장하는 봉과 복수의 압력 판에 의해 가압되어 셀들에 압력을 가하는 것을 또한 예시하는 도면.
도 17은 배터리 모듈의 다른 실시예의 부분 사시도.
도 18은 압력판들 사이와 셀들의 만곡부들 상에서 연장하고 도 1에 도시된 바와 같은 제어기에 대한 상호연결을 제공하기 위해 단자 미부(tail portion)로 연장하는 가요성 회로를 갖는 배터리 모듈의 사시도.
도 19는 정면 압축판 조립체의 사시도.
도 20은 복수의 가열 장치를 예시하는, 도 1에 도시된 배터리 모듈의 다른 실시예의 도면.
도 21은 하우징에 배치된 도 20의 배터리 모듈의 측면도.
도 22는 하우징에 배치된 도 20의 배터리 모듈의 평면도.
도면들을 참조하면, 여기서 유사한 도면부호들은 유사하거나 또는 상응하는 부분들을 지시하고, 본 발명의 배터리 유닛 또는 팩은 자동차 응용예에서 사용되는 수평 또는 수직으로 적층된 배터리 셀 패키징 구성을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 구성에 사용되게 적용될 수 있다. 배터리 조립체 또는 팩은 도 1에 도면부호 10으로 일반적으로 도시되어 있다. 배터리 조립체(10)는 도 2 및 도 3에 각각 일반적으로 도면부호 12로 도시된 복수의 배터리 모듈을 포함한다.
각각의 배터리 모듈(12)은 도 13에 일반적으로 도면부호 14로 도시된 복수의 셀을 포함한다. 바람직하게는, 각각의 셀(14)은 본 발명의 범위를 한정하지 않고 리튬 이온 셀이다. 배터리 업계의 당업자는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 다른 셀들을 이해할 것이다. 각각의 셀(14)은 리튬 배터리 기술의 당업자에게 공지된 바와 같이 그 사이의 전해질과 서로 상호 작용하는 복수의 배터리 구성요소(도시하지 않음)를 포함한다. 제 1 전극이 제 1 집전장치 근처에 있고 제 1 전극의 반대쪽의 제 2 충전 전극이 제 2 집전장치 부근에 있다. 분리막 층이 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하고 제 1 및 제 2 전극은 그 사이에 전해질이 있다. 복수의 제 1 및 제 2 전극은 셀을 형성하기 위해 적층되고 전기 절연 외피로 패키징된다.
위에서 암시하듯이, 셀(14)은 측면 에지(16, 18)들을 제공한다. 제 1 만곡부(20)는 애노드 단자를 제공하고 제 2 만곡부(22)는 캐쏘드 단자를 제공한다. 각각의 만곡부(20, 22)는 90°이하의 구성각(defined angle)을 갖는다. 각각의 만곡부(20, 22)는 한 쌍의 반원형 구멍(24)을 제공한다. 대안적으로, 각각의 만곡부(20, 22)는 다른 구멍(도시하지 않음)을 제공할 수 있다. 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 제 1 만곡부(20)는 제 2 만곡부(22)의 반대쪽에서 연장하고, 즉, 제 1 만곡부(20)의 구멍(24)들은 제 2 만곡부(22)의 구멍(24)들의 반대쪽을 마주한다.
도 2에 최상으로 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(12)은 도 5에 일반적으로 도면부호 30으로 도시한, 복수의 히트싱크 조립체를 포함한다. 각각의 히트싱크 조립체(30)는 본 발명의 범위를 한정하지 않고 알루미늄, 구리 등과 같은 열전도 재료로부터 형성된다. 판, 시트 또는 박(foil)으로 만들어진 각각의 히트싱크 조립체(30)는 모서리(42)들에 의해 서로 연결된 단자 단부(38, 39)들과 상부 및 하부 열 전달 에지(34, 36)들을 형성하는 열 전달 면(32)을 제공한다. 단자 단부(38, 39)들은 본 발명의 범위를 한정하지 않고 비-전도성 중합체 또는 비-전기 전도성 재료로부터 형성된 스페이서(48, 50)들을 수용하기 위한 절취부(44, 46; cut out) 들을 형성한다. 하나의 스페이서(48)는 각각의 만곡부(20, 22)의 셀 단자 구멍(24)을 수용하기 위해 그로부터 연장하는 둘 이상의 스터드(52, 54)를 포함한다. 제 1 스페이서 반대쪽에서, 제 2 스페이서(50)는 셀(14) 온도를 모니터링하기 위한 센서들(도시하지 않음)을 수용하기 위해 적어도 한 쌍의 오목한 특징부(56, 58)를 포함한다. 도 6은 일반적으로 도면부호 30으로 도시된, 히트싱크 조립체의 다른 실시예를 도시한다.
위에서 암시하듯이, 열전도성 판, 시트 또는 박(34)의 하나 이상의 에지가 도 5에서 일반적으로 도면부호 60으로 지시된, 핀 부분에서 종료하고, 주름형 구성(60)을 제공한다. 도 6 및 도 17은 상부 에지에서 봤을 때 판(32) 너머로 연장하는 게이트 형상으로 구부러진 탭(62; tab)을 제공하는 핀 부분(60)을 도시한다. 도 7 내지 도 12는 핀 부분(60)의 다른 실시예들의 부분도들을 도시한다. 도 7은 주름잡힌(64) 핀 부분(60)을 도시한다. 도 8은 편평한(66) 핀 부분(60)을 도시한다. 도 9는 복수의 슬롯 또는 구멍(68)을 갖는 핀 부분(60)을 도시한다. 도 10은 가열기 블랭킷(blanket) 및/또는 냉각 재킷들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 외부 가열기 또는 냉각 장치용 열 인터페이스 면을 제공하도록 만곡부(70)의 형태인 핀 부분(60)을 도시한다. 도 11은 후크(72) 형태의 핀 부분(60)을 도시한다. 도 12는 도 6의 탭(62)들과 유사한 탭(74)들을 제공하지만, 위에서 봤을 때 판(32) 너머로 연장하는 오목한 면(76)을 갖는 게이트 형상으로 구부러지는 핀 부분(60)을 도시한다. 당업자는 수많은 다른 형상의 핀 부분(60)이 본 발명의 범위를 한정하지 않고 배터리 모듈(12)의 셀(14)들을 냉각 또는 가열하기 위해 각각의 열 전도성 판, 시 트 또는 박(32)의 핀 부분(60)에 도입되는 액체, 고체, 또는 기체들과 같은 냉각 또는 가열 매체를 위한 개선된 표면 영역을 제공하는데 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
위에서 암시하듯이, 그리고 도 14 내지 도 16에 최상으로 예시된 바와 같이, 셀(14)들과 히트싱크 조립체(30) 간의 기계적 연결부가 일반적으로 도시되어 있다. 배터리 모듈(12)이 조립될 때, 히트싱크 조립체(30)들은 히트싱크 조립체(30)들이 교번하는 방식으로 배향되는 방식으로 배향된다. 달리 말해, 하나의 히트싱크 조립체(30)의 스페이서(48)가 도 16에 도시된 바와 같이 다른 히트싱크 조립체(30)의 스페이서(50)와 교번한다. 그러므로 셀(14)들 중 하나의 만곡부(20)가 각각의 반원형 구멍(24)을 통해 연장하는 스터드(52, 54)들로 다른 셀(14)의 만곡부(22)와 연결된다. 셀(14)들의 만곡부(20, 22)는 전기적 직렬 또는 병렬 구성으로 스터드들 상에서 접힐 수 있다. 그러므로 조립될 때 배터리 모듈은 일반적으로 도면부호 82로 지시된 애노드 측, 일반적으로 도면부호 84로 지시된 캐쏘드 측을 형성한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 왕관(crowned) 또는 활(bowed) 형상 구성을 갖는 복수의 압축 바(86)가 스페이서(48)에 연결되어 서로 상호연결된 셀 단자 만곡부(20, 22)에 걸쳐 균일한 압력을 가하고 모듈(12)의 양면 둘레에 부착된 가요성 기판(88, 90)을 고정한다. 각각의 가요성 기판(88, 90)은 배터리 전자 제어기(100, 102)와 정합하도록 연결 포트(96, 98)에서 종료하는 미부(92, 94)들로 연장한다.
도 4, 도 15, 도 19에 최상으로 예시된 바와 같이, 도면 부호 104, 106으로 일반적으로 지시된, 한 쌍의 압축 판이 각각의 배터리 모듈(12)의 단자 벽들을 형 성하도록 설계된다. 한 세트의 이격된 구멍(108)이 압축 판(104, 106) 및 히트싱크 조립체(30)에 형성되어 압축 판(104, 106) 및 히트싱크 조립체(30)를 통해 연장하는 봉(110)들을 수용하고 셀(14)들에 압력을 가하고 셀(14)들 내의 이온 전도를 위해 더 짧은 경로 길이를 촉진하고 히트싱크 조립체(30)의 열 전달을 개선하도록 전체 배터리 모듈(12)을 배치하게 체결부재(112)들에 의해 고정된다. 대안적으로, 각각의 압축 판(104, 106)은 인접한 히트싱크 조립체(30)와 결합하여 유지되는 암수 특징부(도시하지 않음)를 제공한다. 도 5에 예시된 바와 같이, 한 세트의 원추형/카운터싱크 특징부(40)들이 조립체 정렬을 돕기 위해 열전도성 판, 시트 또는 박(32)으로부터 연장한다.
도 3 및 도 4에 최상으로 예시된 바와 같이, 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(12)을 서로 전기적으로 연결하는 한 쌍의 전도성 부재(120, 122)를 포함한다. 각각의 부재(120, 122)는 차(도시하지 않음)가 움직일 때 배터리 팩(10)의 응력을 감소시키기 위해 각각의 부재(120, 122) 상에 배치된 S자형 구조의 응력 경감 부재(124)를 갖는 편평한 스트랩, 즉 바(bar)에 의해 형성된다. 부재(120, 122)의 개수는 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3에 최상으로 예시된 바와 같이, 배터리 팩(10)이 조립된 다음에, 일반적으로 도면부호 130으로 지시한 인클로져(enclosure) 또는 하우징에 배치된다. 하우징(130)은 모듈(12)들을 지지하기 위한 베이스(132)와 모듈(12)들을 집어넣기 위한 케이스(134)를 포함한다. 하우징(130)은 본 발명의 범위를 제한하지 않고 중합체 재료 또는 비-중합체 재료 또는 이의 조합으로부터 형성된다. 케이 스(134)는 한 쌍의 이격된 창을 형성하고, 창(136)을 통해 핀 부분(60)들에 도입되는 냉각 및/또는 가열 매체에 핀 부분(60)들을 노출시키기 위해 도 1에 단 하나만이 도면부호 136으로 도시되어 있다.
대안적으로, 예를 들어, 도 10에 예시한 바와 같은 상이한 핀 구성, 및 상응하는 열적 매체, 즉 워터 재킷을 사용하면, 인클로져(130) 상의 구멍(136)을 필요로 하지 않는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어 발포재(foam)와 같은 중합체 재료로부터 형성된, 도면부호 140으로 부분적으로 지시된 모듈 유지 구조물이 모듈(12)들과 하우징(130) 사이에 주입된다. 폴리우레탄 캡슐화 용액(142)이 배터리 팩(10) 내의 상술한 구성요소들과 셀(14)들을 고정하는데 사용된다. 발포재 또는 캡슐제의 타입은 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다.
예를 들어, 혼합된 두-부분 캡슐제의 층류가 배터리 팩(10)에 부어진다. 내부 구성요소들에 대한 캡슐제(142)의 우수한 접착 특성과 표면 접촉면적이 많으면 RTV와 같은 종래 방법들에 대한 큰 기계적인 유지력 장점을 제공한다. 캡슐제(142)의 팽창은 충격, 진동, 및 충돌 부하에 관해 배터리 모듈(10)의 구조적 완전성을 크게 개선한다. 캡슐제(142)는 각각의 셀(14)을 밀봉하여 히트싱크 조립체(30)와 셀(14)들 사이의 공기 갭을 제거하도록 각각의 셀(14)과 히트싱크 조립체(30)들 사이에서 연장한다.
열 전달 계수들이 막힌 공기 갭들에 의해 생성된 관련 절연층들의 제거로 인해 개선된다. 캡슐제(142)의 발사 사이즈는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 공냉 응용예를 위한 히트싱크 핀 구성에 대해 위로 올라오지 않도록 제어된다. 캡슐 제(142)는 충격과 진동에 노출되는 중에 전극 스택이 셀 패키징 재료 내에서 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 캡슐제(142)는 셀 패키징이 시간이 지남에 따라 이완되는 것을 방지하고 전해질이 셀(14) 패키지의 베이스에 안정되게 하여 셀(14)의 전기 용량을 감소시킨다.
다시 도 1을 참조하면, 팩(10)은 사전-충전 회로(150), 단락 보호부(154), 전류 센서(152), 전원 커넥터(156), 한쌍의 전원 접촉기(160), 각각의 모듈(12)로부터 연장하고 각각의 전원 접촉기(160)에 연결된 한 쌍의 전원 모선(164; buss bar)을 포함한다.
위에서 암시하듯이, 배터리 팩(10)은 셀(14)들의 온도를 감지하기 위해 하우징(130) 내에 배치된 온도 센서(도시하지 않음)들을 추가로 포함한다. 온도 센서들은 온도 센서들로부터 온도를 수신하여 그 데이터를 배터리 제어기 회로(100, 102)들에 보내는 가요성 회로(88, 90)에 전기접속된다. 온도가 설정된 안전 한계를 초과하면, 배터리 제어기가 전체 배터리 팩(10)을 차단(shutdown)한다.
당업자는 배터리 팩(10)이 여러 개의 온도 센서와 여러 개의 제어 회로를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 부가적으로, 셀(14), 냉각 장치, 가열기(필요하다면), 온도 센서, 및 제어 회로들의 배치는 도면들에 도시하고 교시한 것과 상이할 수 있다. 또한, 하나의 온도 센서가 여러 제어 회로와 함께 사용되거나, 각각의 제어회로가 그 자체의 온도 센서를 가질 수 있다. 각각 제어회로에 의해 제어될 수 있거나, 또는 각각의 가열기(필요하다면)가 개별적인 제어회로들에 의해 제어될 수 있다.
위에서 암시하듯이, 도면 20 내지 도 22는 일반적으로 도면부호 201로 지시한 하나 이상의 팩을 갖는 일반적으로 도면부호 200으로 지시한 본 발명의 다른 실시예를 예시한다. 각각의 히트싱크 조립체(204)의 열 전달 에지들로부터 연장하는 핀 부분(204)들은 도 21 및 도 10에 도시한 바와 같이 약 90°의 각도를 형성하는 L자형 구조를 제공하여 일반적으로 도면부호 208로 지시한 열 에너지의 효과적인 전달을 위한 공면(co-planar) 인터페이스 면을 형성한다. 각각의 공면 면(208)은 결국 셀(14)을 가열하는 히트싱크 조립체(204)를 가열하기 위한 가열 부재(도시하지 않음)를 갖는 가열기 장치(210) 또는 하나 이상의 가열기 블랭킷을 지지한다. 가열기(210)는 배터리 모듈(200)의 셀(14)들을 최적 작동 온도로 가열하는데 사용될 수 있다.
당업자는 리튬이온 배터리가 이상적 온도 범위 내에서만 최적으로 작동할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 대기중 온도가 0℃ 이하일 때, 셀(14)들의 성능이 크게 감소된다. 그러므로, 가열기(210)는 배터리 모듈(200)을 최적 작동 온도로 가열하고, 이는 대기중 온도가 0℃ 이하일 때 배터리 모듈(200)이 사용될 수 있게 한다. 예를 들어, 가열기(210)와 함께, 배터리 모듈(200)이 -40℃만큼 낮은 대기중 온도에서 사용될 수 있다. 당업자는 참조한 온도들이 단순히 일례로서 주어졌음을 이해할 것이다. 대안적으로, 가열기(210)는 히트싱크 조립체(206)에 예를 들어, 액체, 가스 또는 고체 등과 같은 냉각제를 도입하여 셀(14)들을 냉각하기 위한 공면 인터페이스 면(208)을 냉각하기 위한 워터 재킷 장치(도시하지 않음)로 대체될 수 있다.
여러 타입의 가열기(210)가 당업계에 공지되어 있고 본 발명의 범위 내에 있다. 양호한 실시예에서, 가열기(210)는 인클로져 또는 하우징(212)으로 열을 발산하는 저항기일 수 있다.
도 20 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 왕관형 또는 활-모양 구조를 갖는 복수의 압축 바가 스페이서(205, 206)들에 연결되어 서로 상호연결된 셀(14)들의 만곡부들(도시하지 않음)에 걸쳐 균일한 압력을 가하고 한 쌍의 가요성 회로(224, 226)를 고정한다. 각각의 가요성 회로버스(224, 226)는 연결 포트(232, 234)에서 종료하는 미부(228, 230)로 연장하여 하나 이상의 배터리 전자 제어기(236)와 통신한다.
위에서 암시하듯이, 배터리 모듈(200)은 셀(14)의 온도를 감지하기 위해 인클로져(212) 내에 배치되는 온도 센서(도시하지 않음)들을 추가로 포함한다. 온도 센서들은 온도 센서들로부터 온도를 수신하여 배터리 제어기 회로(236)에 그 데이터를 보내는 가요성 회로(224, 226)에 전기접속되어 있다. 온도가 설정된 안전 한계를 초과하면, 배터리 제어기는 배터리를 차단한다. 배터리 제어기는 제 1 비교기(도시하지 않음)를 사용하여 온도를 예정된 최소 온도와도 비교한다. 인클로져(212)의 온도가 예정된 최소 온도 이하로 떨어질 때, 제 2 비교기(도시하지 않음)가 가열기들을 사용할 수 있게 하는 트랜지스터(도시하지 않음)를 활성화시키는데 사용될 수 있다. 인클로져(212)가 예정된 설정 온도로 가열된 후, 가열기들은 사용할 수 없게 되고 인클로져(212)를 가열하는 것을 중지한다.
위에서 언급하듯이 본 발명의 다른 장점들이 도시되어 있다. 본 발명의 배터 리 팩(10, 200)들은 매우 높은 에너지 밀도 특성을 갖고, 높은 에너지 밀도는 작은 공간 체적에 셀(14), 전원 및 데이터 버스 장치, 제어기, 열 관리부, 및 유지 구조물을 조립하여 패키징 특성을 개선하고 컴팩트한 제품을 제공하여 달성된다. 배터리 팩(10, 200)들은 셀(14)들을 둘러싸고 고정하는 우수한 유지 방법을 제공하고 배터리 모듈(12)의 비용 효과적인 디자인을 제공한다. 본 발명의 다른 장점에서 배터리 팩(10, 200)들이 충진 재료로 캡슐화되고, 이는 배터리 모듈로의 액체의 발생가능한 삼투, 또는 배터리 팩(10, 200)들의 내측으로부터 배터리 팩(10, 200)들의 외측으로 누설을 크게 감소시켜 배터리 팩(10, 200)들의 조기 고장 또는 제품 수명 감소를 방지한다.
본 발명의 개념은 종래기술에 대해 다른 장점들을 제공한다. 배터리 팩(10, 200)들은 효과적인 패키징 특성을 갖고, 이는 셀(14)들과, 셀(14)들 내의 내부 전극 스택들을 둘러싸고 고정하는 우수한 유지 방법을 제공한다. 본 발명의 제 2 장점은 개선된 접착력 및 배터리 셀(14)들과 히트싱크 조립체(30) 간의 표면 접착면적과 그 사이에 배치되는 캡슐제 및 재료 밀도를 갖는 배터리 팩(10, 200)의 독특한 디자인에 의해 종래의 유지 방법들을 사용하는 종래기술의 배터리 팩들보다 우수한 구조적 완전성을 갖는 배터리 팩(10, 200)들을 제공한다. 본 발명의 또 다른 장점은 화학품에 저항하는 디자인을 갖는 배터리 팩(10, 200)들을 제공하는 것이며 여기서 배터리 팩(10, 200)들의 내부 구성요소들은 충진 재료로 캡슐화되고 이는 배터리 모듈로의 액체의 발생가능한 삼투, 또는 배터리 팩(10, 200)들의 내측으로부터 배터리 팩(10, 200)들의 외측으로 누설을 크게 감소시켜 배터리 팩(10, 200) 들의 조기 고장 또는 제품 수명 감소를 방지한다.
본 발명은 실시예로서 교시되었지만, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화가 이루어질 수 있고 그 요소들이 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 부가적으로, 본 발명의 실질적인 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 내용에 따라 특정한 상황 또는 재료를 적용하도록 많은 수정이 이루어질 수 있다. 그러므로 본 발명은 본 발명을 실시하기 위해 고려된 최적의 모드(mode)로서 공개된 특정 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 첨부한 청구범위 내에 드는 모든 실시예를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 배터리 팩 내의 셀을 냉각시키기 위한 냉각 시스템 또는 가열 시스템을 갖는 전기/하이브리드 자동차용 배터리 팩을 제공하는데 사용된다.

Claims (56)

  1. 유체를 끌어들이기 위한 장치를 내부에 구비하여 배터리 조립체의 온도에 영향을 미치는 차량용 배터리 조립체(battery assembly)에 있어서,
    상기 배터리 조립체는,
    측면 에지들을 갖는 복수의 다면형 셀;
    상기 다면형 셀들 사이에서 연장하는 복수의 열 전달 요소로서, 각각의 열 전달 요소는 단자 단부들과 열전달 에지들을 제공하고, 상기 열전달 에지들 중 하나 이상은 상기 다면형 셀의 상기 에지 위로 연장하고, 히트 싱크(heat sink)와 상기 다면형 셀은 서로 제거 가능하게 상호 연결되어 상기 다면형 셀에 압력을 가하는, 복수의 열전달 요소;
    각각의 상기 다면형 셀의 상기 측면 에지들 중 하나로부터 연장하는 제 1 만곡부와 상기 제 1 만곡부의 반대쪽 방향에서 각각의 상기 다면형 셀의 반대쪽 측면 에지로부터 연장하는 제 2 만곡부에 의해 형성되는 상기 열 전달 부재들과 상기 다면형 셀 사이의 기계적 연결로서, 각각의 상기 다면형 셀들의 상기 제 1 만곡부는 상기 열 전달 부재들 중 하나의 상기 단자 단부들과 결합하고 각각의 상기 다면형 셀들의 상기 제 2 만곡부는 다른 상기 열 전달 부재의 단자 단부와 결합하고 각각의 상기 제 1 만곡부는 서로 연결되고 각각의 상기 제 2 만곡부는 서로 연결되는, 기계적 연결을
    포함하는 하나 이상의 배터리 팩을 제공하는, 배터리 조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기계적 연결부는 상기 다면형 셀들의 캐쏘드 단자를 제공하는 상기 제 1 만곡부와 상기 다면형 셀들의 애노드 단자를 제공하는 상기 제 2 만곡부에 의해 추가로 형성되고 상기 다면형 셀들은 리튬 이온 셀인, 배터리 조립체.
  3. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 열 전달 부재는 하나 이상의 열전도 재료로부터 형성된 판을 갖는 히트싱크 조립체에 의해 추가로 형성되고 상기 판은 상기 열 전달 에지들과 상기 단자 단부들을 형성하는, 배터리 조립체.
  4. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 판은 절취부와 상기 절취부들과 결합하는 스페이서를 형성하는, 배터리 조립체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 브라켓들 중 하나는 그로부터 연장하는 하나 이상의 핀을 포함하고 상기 브라켓들 중 다른 하나는 상기 다면형 셀들의 온도를 감지하기 위한 센서를 수용하기 위해 하나 이상의 오목한 부분을 포함하는, 배터리 조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 제 1 및 제 2 만곡부는 90°이상의 각도를 형성하는 L자형 구조와 하나 이상의 원형 구멍과 그 안의 반원형 구멍들을 제공하여 상기 다면형 셀들이 상기 스페이서들과 조립될 때 상기 브라켓으로부터 연장하는 상기 하나 이상의 핀을 수용하는, 배터리 조립체.
  7. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 판들은 복수의 구멍과 이를 통해 연장하는 복수의 봉을 포함하여 상기 히트싱크 조립체를 상기 판들 사이에 배치된 상기 다면형 셀들과 상호연결하여 상기 다면형 셀들에 압력을 가하고 상기 판들 사이에 상기 다면형 셀들을 유지하는, 배터리 조립체.
  8. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 판의 상기 단자 에지들 중 하나 이상은 주름형 구조를 제공하는, 배터리 조립체.
  9. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 판의 상기 단자 에지들 중 하나 이상은 후크를 제공하는, 배터리 조립체.
  10. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 판의 상기 단자 에지들 중 하나 이상은 상기 판 위에서 구부러져 복수의 U자형 게이트를 형성하는 복수의 탭을 제공하는, 배터리 조립체.
  11. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 판의 상기 단자 에지들 중 하나 이상은 그 안에 형성된 복수의 구멍을 제공하는, 배터리 조립체.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 조립체는 상기 배터리 팩들을 서로 연결하는 하나 이상의 부재를 포함하고 상기 하나 이상의 부재는 자동차가 움직일 때 상기 배터리 팩의 응력을 감소시키기 위해 응력 경감 부재를 제공하는, 배터리 조립체.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 스페이서들과 결합하는 한 쌍의 단자 판을 포함하고 상기 다면형 셀들은 상기 배터리 팩을 형성하기 위해 그 사이에 배치되는, 배터리 조립체.
  14. 제 13항에 있어서, 각각의 상기 캐쏘드 단자들과 상기 애노드 단자들에 연결되고 애노드 말단과 캐쏘드 말단까지 연장하는 전원 회로 버스를 포함하는, 배터리 조립체.
  15. 제 1항에 있어서, 전원회로 버스를 상기 애노드 단자들과 상기 캐쏘드 단자들로 밀기 위해 상기 브라켓들로부터 연장하는 상기 핀들에 연결되는 복수의 세그먼트를 포함하는, 배터리 조립체.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 팩들을 지지하기 위한 제 1 부분과 상기 배터리 팩들을 둘러싸기 위한 제 2 부분을 갖는 하우징을 포함하는, 배터리 조립체.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 하우징 내에 배치되고 상기 배터리 팩들을 커버하여 상기 스페이서들의 상기 하나 이상의 상기 단자 에지를 상기 발포재 너머로 노출시키고 냉각 유체와 가열 유체 중 하나 이상을 수용하도록 상기 하우징에서 노출되어 상기 다면체 셀들을 가열 및 냉각시키는 발포재를 포함하는, 배터리 조립체.
  18. 제 1항에 있어서, 전류 센서, 전원 접촉기, 상기 배터리 팩들에 각각 연결된 한 쌍의 전원 모선, 배터리 전자 제어기, 전원 접촉기, 단락 보호부, 사전-충전 회로 중 하나 이상을 포함하는, 배터리 조립체.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 하우징과 상기 브라켓들은 중합체 재료로부터 형성되는, 배터리 조립체.
  20. 유체를 내부로 끌어들이기 위한 장치를 구비하여 배터리 조립체의 온도에 영향을 미치는 복수의 차량용 배터리 팩을 갖는 배터리 조립체를 형성하는 방법에 있어서,
    측면 에지들을 갖는 복수의 다면체 셀들을 다면체 셀들 사이에서 연장하는 복수의 열 전달 부재들 사이에 배치하는 단계로서, 각각의 열 전달 부재는 단자 에지들과 단자 측면들을 제공하고 하나 이상의 단자 에지들이 셀의 에지들 너머로 연장하는, 단계와;
    배터리 팩의 사이즈를 적어도 감소 및 증가시키고 다면체 셀들에 압력을 가하기 위해 열 전달 요소들과 다면체 셀들을 서로 제거 가능하도록 연결하는 단계 와;
    각각의 다면체 셀의 측면 에지들 중 하나로부터 제 1 만곡부를 연장하고 제 1 만곡부의 반대방향에서 각각의 다면체 셀의 다른 측면 에지로부터 제 2 만곡부를 연장하여 열 전달 부재들과 다면체 셀들 간의 기계적 연결부를 형성하는 단계와;
    열 전달 부재들 중 하나의 단자 단부들 중 하나와 각각의 다면체 셀의 제 1 만곡부를 결합하고 다른 열 전달 부재의 단자 단부와 각각의 다면체 셀의 제 2 만곡부를 결합하는 단계를
    포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 단열 재료와 열 흡수 재료 중 하나 이상으로부터 각각의 열 전달 부재를 판의 형상으로 성형하고 판은 단자 에지들과 단자 측면들을 형성하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  22. 제 20항에 있어서, 판의 각각의 단자 단부에서 절취부들을 형성하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  23. 제 20항에 있어서, 각각의 절취부에 브라켓을 연결하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  24. 제 20항에 있어서, 브라켓들 중 하나로부터 한 쌍의 핀을 연장하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  25. 제 20항에 있어서, 다면체 셀들의 온도를 감지하기 위해 센서를 수용하도록 브라켓들의 하나 이상의 오목한 부분을 형성하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  26. 제 20항에 있어서, 각각의 제 1 및 제 2 만곡부를 연장하는 단계는 90°이상의 각도를 형성하도록 L자형 구조로 제 1 및 제 2 만곡부를 형성하고 브라켓으로부터 연장하는 하나 이상의 핀을 수용하도록 각각의 제 1 및 제 2 만곡부에 하나 이상의 원형 구멍과 반원형 구멍을 형성하여 추가로 정의되는, 배터리 조립체 형성 방법.
  27. 제 20항에 있어서, 다면체 셀들에 압력을 가하고 열 전달 부재 사이에 다면체 셀들을 유지하기 위해 열 전달 부재 사이에 배치된 다면체 셀들과 열 전달 부재를 상호연결하도록 이를 통해 복수의 봉을 삽입하기 위해 각각의 열 전달 부재에 복수의 구멍을 형성하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  28. 제 20항에 있어서, 하나 이상의 주름형, 후크, 탭, 편평한 구조의 각각의 열 전달 부재의 단자 에지들 중 하나 이상을 형성하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  29. 제 20항에 있어서, 자동차가 움직일 때 배터리 팩들의 응력을 감소시키기 위해 응력 경감 부재를 제공하는 하나 이상의 부재를 배터리 팩에 연결하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  30. 제 20항에 있어서, 배터리 팩을 형성하기 위해 그 사이에 배치된 다면형 셀들과 열 전달 부재를 결합하기 위해 한 쌍의 단자 판들을 연결하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  31. 제 20항에 있어서, 각각의 캐쏘드 단자와 애노드 단자에 회로 버스를 연결하고 애노드 말단과 캐쏘드 말단으로 연장하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  32. 제 20항에 있어서, 애노드 단자들과 캐쏘드 단자들에 회로 버스를 밀기 위해 브라켓들로부터 연장하는 핀들에 복수의 세그먼트를 연결하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  33. 제 20항에 있어서, 하나 이상의 배터리 팩을 지지하는 제 1 부분과 하나 이상의 배터리 팩들을 둘러싸는 제 2 부분을 갖는 하우징을 형성하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  34. 제 20항에 있어서, 하우징 내측에 발포재를 주입하고 배터리 백들을 커버하고 냉각 유체와 가열 유체 중 하나 이상을 수용하여 다면체 셀들을 가열 및 냉각시키도록 하우징에 의해 노출되고 발포재 너머로 열 전달 부재들의 단자 에지들 중 하나를 노출시키는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  35. 제 20항에 있어서, 전류 센서, 전원 접촉기, 상기 패터리 팩들에 각각 연결되는 한 쌍의 전원 모선, 배터리 전자 제어기, 단락 보호부, 사전-충전 회로 중 하나 이상을 배터리 팩에 연결하는 단계를 포함하는, 배터리 조립체 형성 방법.
  36. 유체를 내부로 끌어들이기 위한 장치를 구비하여 배터리 조립체의 온도에 영향을 미치는 차량용 배터리 조립체에 있어서,
    한 쌍의 배터리 팩으로서, 각각 측면 에지들을 갖는 복수의 다면체 셀과 상기 셀 사이에서 연장하는 복수의 스페이서를 갖고, 각각의 스페이서는 단자 에지들과 단자 측면들을 제공하고, 상기 스페이서들의 상기 단자 에지들 중 적어도 하나는 상기 셀의 상기 에지 위로 연장되고, 상기 스페이서들과 상기 셀들은 서로 제거 가능하게 기계적으로 상호 연결되어 상기 셀에 압력을 가하는, 한 쌍의 배터리 팩과;
    자동차가 움직일 때 상기 배터리 팩들의 응력을 감소시키기 위해 응력 경감 부재를 제공하며 상기 배터리 팩들과 서로 연결되는 하나 이상의 부재를
    포함하는, 차량용 배터리 조립체.
  37. 제 36항에 있어서, 하나 이상의 부재는 상기 배터리 팩들을 서로 연결하는 전기 버스 부재에 의해 추가로 정의되고 상기 하나 이상의 부재는 자동차가 움직일 때 상기 배터리 팩들의 응력을 감소시키기 위해 응력 경감 부재를 제공하는, 차량용 배터리 조립체.
  38. 제 36항에 있어서, 상기 배터리 팩들을 연결하는데 배치된 상기 응력 경감 부재를 포함하는 편평한 부재를 제공하는, 차량용 배터리 조립체.
  39. 제 36항에 있어서, 둘 이상의 상기 편평한 부재를 포함하는, 차량용 배터리 조립체.
  40. 제 36항에 있어서, 상기 편평한 부재는 금속 및 비-금속 재료 중 하나 이상으로부터 형성되는, 차량용 배터리 조립체.
  41. 제 36항에 있어서, 상기 기계적 연결부는 상기 다면체 셀의 캐쏘드 단자를 제공하는 제 1 만곡부와 상기 다면체 셀의 애노드 단자를 제공하는 제 2 만곡부에 의해 추가로 정의되고 상기 다면체 셀은 리튬 이온 셀이고, 각각의 상기 스페이서는 단열 재료와 열 흡수 재료 중 하나 이상으로부터의 판에 의해 추가로 정의되고 상기 판은 상기 단자 에지들과 상기 단자 측면들을 형성하고, 상기 스페이서의 각각의 단자 단부는 절취부와, 상기 절취부와 결합하는 브라켓에 의해 추가로 정의되고, 상기 브라켓 중 하나는 그로부터 연장하는 하나 이상의 핀을 포함하고 상기 브라켓들 중 다른 것은 상기 다면체 셀들의 온도를 감지하기 위한 센서를 수용하기 위해 하나 이상의 오목한 부분을 포함하는, 차량용 배터리 조립체.
  42. 제 36항에 있어서, 각각의 상기 제 1 및 제 2 만곡부는 상기 다면체 셀들이 상기 스페이서들과 조립될 때 상기 브라켓으로부터 연장하는 하나 이상의 핀을 수용하기 위해 원형 구멍과 그 안에 형성된 반원형 구멍 중 하나 이상과 90°이상의 각도를 형성하는 L자형 구조를 제공하는, 차량용 배터리 조립체.
  43. 제 36항에 있어서, 각각의 상기 스페이서는 복수의 구멍과 이를 통해 연장하는 복수의 봉을 포함하여 상기 스페이서 사이에 배치된 상기 다면체 셀들과 상기 스페이서를 상호 연결하여 상기 다면체 셀들에 압력을 가하고 상기 스페이서들 사이에 상기 다면체 셀들을 유지하는, 차량용 배터리 조립체.
  44. 제 36항에 있어서, 각각의 상기 캐쏘드 단자들과 상기 애노드 단자들에 연결되고 애노드 말단과 캐쏘드 말단으로 연장하는 회로 버스를 포함하는, 차량용 배터리 조립체.
  45. 제 36항에 있어서, 상기 배터리 팩들을 지지하는 제 1 부분과 상기 배터리 팩들을 둘러싸는 제 2 부분을 갖는 하우징을 포함하고 발포재는 상기 하우징 내에 배치되고 상기 배터리 팩들을 커버하여 상기 발포재 너머로 상기 스페이서들의 상기 단자 에지들 중 하나 이상을 노출시키고 냉각 유체와 가열 유체 중 하나 이상을 수용하여 상기 다면체 셀들을 가열 또는 냉각하도록 상기 하우징에 의해 노출되는, 차량용 배터리 조립체.
  46. 제 36항에 있어서, 전류 센서, 전원 접촉기, 상기 배터리 팩들에 각각 연결된 한 쌍의 전원 모선, 배터리 전자 제어기, 단락 보호부, 사전-충전 회로 중 하나 이상을 포함하는, 차량용 배터리 조립체.
  47. 유체를 내부로 끌어들이기 위한 장치를 구비하여 배터리 조립체의 온도에 영향을 미치는 차량용 배터리 조립체에 있어서,
    반대 극성의 전류의 단자 에지들과 다면체 셀들 사이에서 연장하는 복수의 스페이서를 갖는 복수의 다면체 셀로서, 각각의 스페이서는 단자 에지를 제공하고, 상기 스페이서들의 상기 단자 에지들 중 적어도 하나는 상기 다면체 셀의 상기 에지 위로 연장되고, 상기 스페이서들과 상기 다면체 셀들은 서로 제거 가능하게 기계적으로 상호 연결되어 상기 다면체 셀에 압력을 가하는, 복수의 다면체 셀과;
    상기 다면체 셀들과 상기 스페이서를 캡슐화하는 하우징과;
    상기 하우징과 실질적으로 평행한 관계로 상기 단자 에지 위에 연속적으로 뻗어 있고 이에 의해 지지되어 상기 다면체 셀의 경우 온도를 선택적으로 증가 및 감소시키는, 온도에 영향을 미치는 요소를
    포함하는, 차량용 배터리 조립체.
  48. 제 47항에 있어서, 상기 온도 영향 부재는 상기 단자 에지들에 걸쳐 연속적으로 연장하는 한 쌍의 가열기 블랭킷에 의해 추가로 정의되는, 차량용 배터리 조립체.
  49. 제 47항에 있어서, 상기 가열기 블랭킷은 워터 재킷에 의해 추가로 정의되는, 차량용 배터리 조립체.
  50. 제 47항에 있어서, 상기 가열기 블랭킷은 열을 생성하기 위한 전기 저항기에 의해 추가로 정의되는, 차량용 배터리 조립체.
  51. 제 47항에 있어서, 각각의 상기 스페이서는 단열 재료와 열 흡수 재료 중 하나 이상으로부터의 판에 의해 추가로 정의되고 상기 판은 만곡부들이 일반적으로 연속적인 면을 형성하도록 서로 정렬되고 90°이상의 각도를 형성하는 L자형 구조를 제공할 때 형성된 상기 단자 에지들을 형성하고 상기 가열기 블랭킷은 상기 하나 이상의 연속면 상에서 연속적으로 연장하고 이에 의해 지지되는, 차량용 배터리 조립체.
  52. 제 47항에 있어서, 상기 스페이서들과 결합하는 한 쌍의 단자 판들을 포함하고 상기 다면체 셀들이 상기 배터리 조립체를 형성하기 위해 그 사이에 배치되는, 차량용 배터리 조립체.
  53. 제 47항에 있어서, 각각의 상기 다면체 셀들의 각각의 상기 단자 에지들에 연결된 회로 버스를 포함하는, 차량용 배터리 조립체.
  54. 제 47항에 있어서, 상기 하우징 내에 배치된 발포재를 포함하는, 차량용 배터리 조립체.
  55. 제 47항에 있어서, 전류 센서, 전원 접촉기, 상기 배터리 팩들에 각각 연결된 한 쌍의 전원 모선, 배터리 전자 제어기, 단락 보호부, 사전-충전 회로 중 하나 이상을 포함하는, 차량용 배터리 조립체.
  56. 유체를 내부로 끌어들이기 위한 장치를 구비하여 배터리 조립체의 온도에 영향을 주는 차량용 배터리 조립체에 있어서,
    하나 이상의 배터리 팩;
    상기 하나 이상의 배터리 팩의 복수의 다면체 리튬 셀로서, 각각의 다면체 리튬 셀은 각각의 상기 제 1 및 제 2 만곡부들에 형성된 원형 구멍들과 반원형 구 멍들 중 하나 이상과, 대향하는 방향들에서 상기 측면 에지들로부터 연장하고 90°이상의 각도를 형성하는 L자형 구조를 제공하는, 복수의 다면체 리튬 셀;
    상기 다면체 리튬 셀들 사이에서 연장하는 복수의 스페이서로서, 각각의 스페이서는 단자 단부들과 단자 에지들을 제공하고 상기 스페이서들의 상기 단자 에지들 중 하나 이상이 상기 다면체 리튬 셀의 상기 측면 에지들 너머로 연장하고 상기 스페이서들과 상기 다면체 리튬 셀들은 서로 제거가능하게 상호연결되어 상기 다면체 리튬 셀들에 압력을 가하는, 복수의 스페이서;
    단열 재료와 열 흡수 재료 중 하나 이상으로부터의 판에 의해 정의된 각각의 상기 스페이서로서, 상기 판은 상기 단자 에지들과 상기 단자 측면들을 형성하고 상기 스페이서의 상기 단자 에지들 중 하나 이상이 주름형 구조를 제공하고 상기 스페이서의 단자 에지들 중 하나 이상은 후크를 제공하는, 스페이서;
    상기 스페이서의 각각의 단자 단부에 형성된 절취부;
    각각의 상기 스페이서의 상기 절취부들과 결합하는 한 쌍의 브라켓으로서, 상기 브라켓들 중 하나는 그로부터 연장하는 하나 이상의 핀을 포함하고 상기 브라켓들 중 다른 것은 상기 다면체 리튬 셀들의 온도를 감지하기 위해 센서를 수용하도록 하나 이상의 오목한 부분을 포함하는, 한 쌍의 브라켓;
    각각의 상기 스페이서는 복수의 구멍과, 상기 스페이서 사이에 배치된 상기 다면체 셀들과 상기 스페이서를 상호연결하여 상기 다면체 셀들에 압력을 가하고, 상기 스페이서들 사이에 상기 다면체 셀을 유지하도록 이를 통해 연장하는 복수의 봉을 포함하고;
    상기 다면체 리튬 셀들이 상기 스페이서들과 조립될 때 각각의 상기 제 1 및 제 2 만곡부에 형성된 원형 구멍들과 반원형 구멍들 중 하나 이상과 결합하도록 상기 브라켓들 중 하나 이상으로부터 연장하는 한 쌍의 핀으로서, 상기 만곡부들 중 하나는 각각의 상기 다면체 리튬 셀의 상기 측면 에지들 중 하나로부터 연장하고 다른 만곡부는 반대 방향에서 각각의 상기 다면체 리튬 셀의 다른 측면 에지로부터 연장하고 각각의 상기 리튬 셀들의 상기 만곡부는 상기 스페이서들 중 하나의 상기 단자 단부들 중 하나와 결합하고 각각의 상기 다면체 리튬 셀들의 상기 다른 만곡부들은 다른 상기 스페이서의 단자 단부와 결합하는, 한 쌍의 핀;
    상기 배터리 팩을 서로 연결하고 자동차가 움직일 때 상기 배터리 팩들의 응력을 감소시키기 위해 응력 경감 부재를 제공하는 하나 이상의 부재;
    상기 스페이서들과 결합하고 상기 배터리 팩을 형성하도록 상기 다면체 셀들이 그 사이에 배치되는 한 쌍의 단자 판;
    각각의 상기 캐쏘드 단자들과 상기 애노드 단자들에 연결되고 애노드 말단과 캐쏘드 말단으로 연장하는 회로 버스;
    상기 캐쏘드 단자들과 상기 애노드 단자들에 상기 회로 버스를 밀기 위해 상기 브라켓으로부터 연장하는 상기 핀들에 연결된 복수의 세그먼트;
    중합체 재료로부터 형성되고, 상기 배터리 팩들을 지지하는 제 1 부분과 상기 배터리 팩들을 둘러싸는 제 2 부분을 갖는 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되고 상기 배터리 팩들을 커버하여 상기 스페이서들의 상기 단자 에지들 중 하나 이상을 발포재 너머로 노출시키고 냉각 유체와 가열 유 체 중 하나 이상을 수용하여 상기 다면체 셀들을 가열 또는 냉각하도록 상기 하우징에 노출된 발포재;
    서로에 대해 그리고 상기 다면체 셀들과 상기 스페이서들과 작동상 통신을 제공하는 전류 센서, 전원 접촉기, 상기 배터리 팩들에 각각 연결된 한 쌍의 전원 모선, 배터리 전자 제어기, 단락 보호부, 사전-충전 회로 중 하나 이상을
    포함하는, 차량용 배터리 조립체.
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