KR20170093956A - 배터리 모듈 시스템 - Google Patents

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KR20170093956A
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battery
cell
cells
cylindrical
module
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KR1020177019125A
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English (en)
Inventor
티모시 이. 휴즈
링창 왕
아르판 아흐마드
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에이일이삼 시스템즈, 엘엘씨
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Abstract

복수 개의 원통형 셀을 포함하는 배터리가 제공된다. 세 개의 원통형 셀은 세 개의 원통형 셀 사이에 위치된 전기적 절연 스페이서를 구비하여 삼각형 구성으로 배치될 수 있고, 케이싱은 셀 그룹을 형성하는 셀의 상대 이동을 제한하기 위해 셀 주위에 랩핑될 수 있다. 전기적 절연 스페이서에 의해 분리된, 다수의 셀 그룹은 부스 바를 통해 전기적으로 결합될 수 있고 셀 모듈을 형성하도록 형성될 수 있으며, 이때 다수의 셀 모듈은 배터리 내에 포함될 수 있고, 셀 모듈은 인터-모듈 커넥터를 통해 전기적으로 결합될 수 있다.

Description

배터리 모듈 시스템{BATTERY MODULE SYSTEM}
본 출원은 2014년 12월 15일에 출원된 미국 가출원 번호 No.　62/092,168에 대한 우선권을 주장하고, 여기에서 모든 목적을 위해 포함된다.
본 출원은 원통형 배터리 셀을 포함하는 멀티(multi)-셀 배터리 시스템의 모듈식 설계에 관한 것이다.
많은 배터리는 배터리의 전류 및/또는 전압 요구사항을 만족하기 위해 직렬 및 병렬로(in series and parallel) 조립된 원통형 배터리 셀을 활용한다. 배터리 셀은 적층되고(stacked) 부스 바(bus bars)를 통해 서로에 대해 전기적으로 연결된다. 이러한 원통형 배터리는 하이브리드 전기 차량(HEVs) 및 추진을 위한 완전한 전기 차량에서 사용될 수 있다.
그러나, 여기서 발명자는 원통형 멀티-셀 배터리가 갖는 잠재적인 문제점을 인식했다. 일 예시로서, 원통형 배터리에서 배터리 셀의 낮은 패킹 밀도(packing density)에 의해, 배터리의 부피가 커질 수 있다. 이와 같이 차량의 패킹 사이즈는 배터리의 사이즈를 수용하기 위해 증가될 수 있다. 게다가, 적어도 어느 정도 원통형 배터리 셀의 형상에 의해, 배터리의 구조적 안정성이 직사각형 배터리 셀을 포함하는 배터리에 비해 감소될 수 있다. 추가적으로, 이러한 원통형 배터리는 복잡한 전기 회로를 포함하고, 예를 들어, 서브어셈블리 수준(subassembly level)에서 문제점을 진단(diagnosing)하고 교정(correcting)하는 데 상당한 시간이 소요될 수 있다.
일 예시에서, 전술된 문제점은 셀 그룹을 포함하는 배터리 어셈블리에 의해 해결될 수 있고, 셀 그룹은 삼각형 구성으로 배치된 세 개의 원통형 배터리 셀, 세 개의 원통형 배터리 셀 사이에 위치되고 배터리 셀의 단부 사이에서 연장하는 전기적 절연 스페이서, 및 셀과 스페이서 사이에 상대 이동을 제한하기 위해 배터리 셀 주위에 랩핑된 케이싱을 포함하고, 배터리는 셀 그룹을 유지하기 위한 하우징을 더 포함한다.
다른 예시에서, 배터리는 복수 개의 원통형 셀, 셀 그룹을 형성하기 위해 복수 개의 원통형 셀 중 세 개를 함께 바인딩하는 일차 시스, 두 개 이상의 셀 그룹을 바인딩하는 이차 시스, 이차 시스 및 두 개 이상의 셀 그룹을 포함하는 배터리 셀 모듈, 및 배터리 셀 모듈을 포함하는 하우징을 포함할 수 있다.
또 다른 예시에서, 차량 배터리는 두 개 이상의 배터리 셀 모듈, 두 개 이상의 배터리 셀 모듈을 전기적으로 결합하기 위한 인터-모듈 커넥터, 및 두 개 이상의 배터리 셀 모듈을 유지하기 위한 하우징을 포함할 수 있고, 두 개 이상의 배터리 셀 모듈은 각각 세 개의 원통형 배터리 셀 및 셀 주위에 감싸지는 일차 시스를 포함하는 두 개 이상의 셀 그룹, 두 개 이상의 셀 그룹 사이에 위치된 두 개 이상의 전기적 절연 스페이서, 두 개 이상의 셀 그룹 주위에 랩핑된 이차 시스, 두 개 이상의 셀 그룹의 원통형 배터리 셀을 전기적으로 결합하는 부스 바, 원통형 배터리 셀의 전압을 모니터링 하기 위해 부스 바에 전기적으로 결합되는 전압 모니터링 탭을 포함한다.
이러한 방식으로, 원통형 배터리의 패킹 밀도는 시스로 배터리 셀을 세 개씩 하나의 그룹으로 랩핑하는 것에 의해 증가될 수 있다. 게다가, 패킹 밀도는 셀 모듈을 형성하기 위해 그룹을 적층하고, 부스 바를 통해 셀 모듈을 전기적으로 결합하는 것에 의해 증가될 수 있다. 셀을 세 개씩 하나의 그룹으로 감싸고 그것들을 물리적으로 바인딩하는 것에 의해, 셀 모듈의 강도가 증가될 수 있다.
전술된 요약은 발명의 상세한 설명에서 추가적으로 설명되는 컨셉의 선택을 단순한 형태로 안내하도록 제공된다고 이해되어야 한다. 그것은 청구대상의 핵심 또는 필수 기능을 식별하기 위한 것이 아니며, 그 범위는 상세한 설명 뒤에 나오는 청구항에 의해서만 정의된다. 게다가, 청구대상은 본 개시의 일부 또는 전술된 이점을 해결하는 실시예에 국한되지 않는다.
본문 내에 포함되어 있음.
도 1은 원통형 배터리 셀의 셀 그룹의 분해 측면 사시도이다.
도 2는 도 1의 셀 그룹의 조립된 측면 사시도이다.
도 3은 다수의 셀 그룹을 포함하는 배터리 모듈의 분해 측면 사시도이다.
도 4는 도 3의 배터리 모듈의 조립된 측면 사시도이다.
도 5-6은 도 3의 배터리 모듈의 측면 사시도이다.
도 7은 다수의 배터리 셀 모듈을 포함하는 배터리의 분해 측면 사시도이다.
도 8은 도 7의 배터리의 조립된 측면 사시도이다.
각각의 도면은 대략적인 축척으로(scale) 그려지며, 서로에 대한 구성요소의 상대적인 크기 및 위치를 보여준다. 대안의 실시예에서, 원한다면, 다른 상대적인 크기 및/또는 위치가 사용될 수 있다.
다음의 설명은 원통형 셀 배터리(cylindrical cell type battery)의 모듈식 설계(modular design)에 관한 것이다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 원통형 셀은 세 개씩 하나의 그룹으로(in groups of three) 함께 패킹될 수 있으며, 예를 들어 정확히 세 개의 개별적인 원통형 셀을 구비하여 각각 그룹핑(grouping)하여 패킹될 수 있다. 그런 다음 다수의 셀 그룹은 도 3 및 4에 도시된 배터리 셀 모듈과 같이 더 큰 어셈블리를 형성하기 위해 서로에 대해 적층되고 고정될 수 있다. 셀은 부스 바(bus bars)에 의해 직렬(in series) 및 병렬(parallel)로 전기적으로 결합될 수 있다. 부스 바 단자는 도 5 및 6의 예시에서 도시된 바와 같이 와이어링 하네스(wiring harness)에 전기적으로 결합될 수 있고, 다른 셀 모듈의 와이어링 하네스는 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 커넥터를 통해 서로 전기적으로 결합될 수 있다. 이런 방식으로, 몇몇 셀 모듈은 단일 배터리 내에 포함될 수 있다. 모듈식 디자인은 원통형 셀의 더 빽빽한 패킹 밀도를 제공할 수 있고, 배터리의 효율을 증가시키며, 배터리 대량 생산 능력을 증가시키고, 서브어셈블리 수준에서 오작동하는 구성요소를 진단하고 교정하는 기능을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 원통형 셀 포스트-어셈블리의 상대 이동이 더욱 제한될 수 있으며, 배터리 셀 어셈블리의 구조는 단단하게 유지되고 특정 구성을 유지할 수 있다. 따라서, 배터리 셀 어셈블리의 구조적 안정성이 증가될 수 있고, 이는 원통형 셀을 구비하여 작업할 때 중대한 설계 과제가 될 수 있다.
도 1-8은 도 7 및 8을 참조하여 이하에 나타내지는 배터리 시스템(701) 같은, 배터리의 예시적인 구성을 배터리의 다양한 구성요소의 상대 위치(relative positioning)를 구비하여 도시한다. 만약 서로 직접 접촉하거나, 직접 결합되는 것으로 도시되었으면, 그러한 구성요소는 적어도 일 예시에서, 각각 직접 접촉 또는 직접 결합하는 것으로 언급될 수 있다. 유사하게, 서로에 대해 인접한 또는 근접한 것으로 도시된 구성요소는 적어도 일 예시에서, 각각 서로에 인접하거나 근접할 수 있다. 예시로서, 서로 함께 면-공유 접촉(face-sharing contact)으로 놓이는 구성요소는 서로 면-공유 접촉 또는 물리적 접촉으로 언급될 수 있다. 다른 예시로서, 세 개 사이에서 오직 공간을 구비하여 서로로부터 이격 배치된 요소는 적어도 일 예시에서, 그와 같이 언급될 수 있으나, 다른 구성요소들은 그렇지 않을 수 있다. 또 다른 예시로서, 서로에 대해 상부/하부에, 서로에 대해 반대되는 측면에, 또는 서로의 좌측/우측에 도시된 요소들은 서로에 대해 그와 같이 언급될 수 있다. 게다가, 도면에서 도시된 바와 같이, 적어도 일 예시에서, 요소의 최상 요소(topmost element) 또는 포인트(point)는 구성요소의 "상단(top)"으로 언급될 수 있고, 요소의 최하 요소 또는 포인트는 구성요소의 "하단(bottom)"으로 언급될 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 상단/하단(top/bottom), 상측/하측(upper/lower), 상부/하부(above/below)는 도면의 세로축에 대해서 될 수 있고, 서로에 대한 도면의 요소 위치를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이, 일 예시에서, 다른 요소의 상부에 도시된 요소는 다른 요소의 수직 상부에 위치된다. 또 다른 예시로서, 도면 내에 도시된 요소는 그러한 형상(예를 들어, 원(circular), 곧은(straight), 평면의(straight), 굽은(curved), 둥근(rounded), 모따기된(chamfered), 각진(angled) 등)을 구비하는 것으로 언급될 수 있다. 게다가, 서로 교차하는 것으로 도시된 요소는 적어도 일 예시에서, 서로 교차하거나 교차하는 요소로 언급될 수 있다. 나아가, 다른 요소의 외부에 도시되거나 다른 요소의 내부에 도시된 요소는 일 예시에서, 그와 같이 언급될 수 있다.
도 1은 배터리 내에 포함될 수 있는, 셀 블록 또는 그룹(101)의 예시적인 실시예의 분해 측면 사시도(100)이다. 셀 그룹(101)은 하나 이상의 원통형 배터리 셀(102)을 포함하고, 배터리 셀(102)은 각각 배터리 셀(102)의 마주보는 단부에 배치된, 양극 또는 네거티브 셀 단자(anode or negative cell terminal; 104) 및 음극 또는 포지티브 셀 단자(cathode or positive cell terminal; 106)를 포함한다. 구체적으로, 각각의 배터리 셀(102)은 제1 단부(103)에서 양극(104)을 포함하고 마주보는 제2 단부(105)에서 음극(106)을 포함할 수 있다. 단부(103 및 105)는 곡면(curved surface; 107)에 의해 연결될 수 있다. 따라서, 셀(102)의 원통형 형상은 단부(103 및 105) 및 단부(103 및 105) 사이에 연장하는 곡면(107)의 윤곽의 크기에 의해 정의될 수 있다. 도 1의 예시에서 도시된 바와 같이, 셀 그룹(101)은 세 개의 배터리 셀(102)을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 예시에서, 셀 그룹(101)은 세 개보다 많거나 적은 배터리 셀(102)을 포함할 수 있음은 당연하다.
배터리 셀(102)은 셀 그룹(101)의 형상을 정의하는 피라미드형 또는 삼각형 구성으로 배치될 수 있다. 따라서, 셀(102)의 단부(103 및 105)는 서로 동일한 높이로 될 수 있고, 셀(102)은 각각의 셀(102)의 곡면(107)을 통해 서로 인터페이스할 수 있다(interface). 그룹(101) 내에서 셀(102)은 서로에 대해 그것들의 양극 및 음극의 방위(orientation)에 따라서 서로 병렬로(parallel) 또는 역병렬로(antiparallel) 배향될 수 있다. 따라서, 두 개 이상의 셀(102)은 셀(102)의 양극 및 음극이 동일한 방향을 향할 때 서로 병렬로 배향될 수 있다. 그 대신에, 셀(102)의 양극 및 음극이 반대되는 방향으로 향할 때 두 개 이상의 셀(102)이 서로에 대해 역병렬로 배향되어, 두 개의 역병렬 셀(102)에서 각각의 셀(102)의 제1 단부(103)가 다른 셀의 제2 단부(105)와 정렬될 수 있다. 도 1에 도시된 예시와 같이, 셀 그룹(101)이 세 개의 셀(102)을 포함하는 예시에서, 셀(102) 중 두 개는 동일한 방향으로 가리켜지는 셀(102)의 양극 및 음극을 구비하여, 서로에 대해 병렬로 배향될 수 있고, 셀 그룹(101) 내 세 번째 셀은 반대되는 방향으로 배향될 수 있다. 동일한 방향으로 배향된 두 개의 셀은, 배터리 셀(102)의 컨커런트 페어(concurrent pair; 110)으로 언급될 수 있다. 컨커런트 페어(110)에 역병렬 또는 반대되는 방향으로 배향된 세 번째 셀은 인버스 셀(inverse cell; 112)로 언급될 수 있다. 따라서, 셀 그룹(101)이 세 개의 셀(102)을 포함하는 예시에서 컨커런트 페어(110) 및 인버스 셀(112)은 함께 셀 그룹(101)을 포함할 수 있다.
다른 말로 하면, 적층될 때, 인접한 배터리 셀(102)은 셀 단자(104 및 106)가 같은 극성이 서로 접하는 정합 방위(matching orientation) 또는 다른 극성이 서로 접하는 교대 구성(alternating configuration)이 되도록 배치될 수 있다. 다른 말로 하면, 인접한 배터리 셀(102)의 양극 및 음극은 서로에 대해 동일 또는 반대되는 위치에 배향될 수 있다. 따라서 배터리 셀(102) 중 하나의 네거티브 셀 단자(104)는 정합 배위로 인접한 배터리 셀의 네거티브 셀 단자(104)와 정렬될 수 있거나, 배터리 셀(102) 중 하나의 네거티브 셀 단자(104)는 교대 구성으로 배터리 셀(102) 중 다른 하나의 포지티브 셀 단자(106)와 정렬될 수 있다. 예시에서, 도 1의 예시에서 도시된 바와 같이, 셀(102)이 세 개씩 하나의 그룹으로 서로 결합되는 경우, 그룹(101) 내 세 개의 셀(102) 중 두 개는 정합 방위로 배향될 수 있다.
그룹(101)은 그룹(101) 내 셀(102) 사이에 위치된 비-전도성 유전체 스페이서(non-conductive dielectric spacer; 108)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 스페이서(108)는 셀 그룹(101) 내 각각의 셀(102)의 중심축(X-X')으로부터 등거리에 위치될 수 있다. 예를 들어, 스페이서(108)는 셀(102) 사이에 간격(spacing) 및 충격 흡수를 제공하기 위해 탄성중합체 압출(elastomeric extrusion)로 마련될 수 있다. 스페이서(108)는 셀(102)의 형상에 일치하는 기하학적 구조를 구비하여, 삼각형 형상으로 될 수 있다. 게다가, 스페이서(108)는 배터리 셀(102)의 단부(103 및 105) 사이에서 연장할 수 있다. 스페이서(108)는 오목 표면(concave surfaces; 109)을 포함할 수 있다. 각각의 오목 표면(109)은 셀 그룹(101) 내 셀(102) 중 하나의 곡면(107)에 물리적으로 접촉할 수 있다. 따라서, 스페이서(108)는 셀 그룹(101) 내 셀(102)을 물리적으로 및 전기적으로 분리할 수 있다. 이와 같이, 셀 그룹(101) 내 셀(102)은 서로 물리적으로 접촉할 수 없으며, 대신에 스페이서(108)에만 접촉할 수 있다. 구체적으로, 셀 그룹(101) 내 각각의 셀(102)의 곡면(107)은 스페이서(108)에 물리적으로 접촉할 수 있고, 그룹(101) 내 다른 셀(102)의 곡면(107)에는 물리적으로 접촉할 수 없다. 이와 같이, 스페이서(108)가 그룹(101) 내 각각의 셀(102) 사이에 위치될 수 있는 경우, 셀 그룹(101) 내 셀(102)은 서로 물리적으로 분리될 수 있다. 그러나, 다른 예시에서, 셀 그룹(101) 내 셀(102)은 스페이서(108)에 접촉하는 것뿐만 아니라 서로 접촉할 수 있다. 스페이서(108)는 셀(102) 사이에 전류의 통과를 감소 및/또는 방지하기 위해 전기적 절연 물질로 구성될 수 있다. 다른 말로 하면, 전기적 절연 갭(electrical insulating gap)을 유지하도록 셀(102) 사이에 적절한 클리어런스(clearance)를 확보할 수 있다. 도 2를 참조하여 이하에서 나타내진 바와 같이, 셀 그룹(101) 내 셀(102)은 조립될 때 함께 랩핑되고 바인딩될 수 있다.
도 2를 참조하여, 완전히 조립된 때 셀 블록 또는 그룹(101)의 예시적인 실시예의 측면 사시도(200)를 도시한다. 도 1을 참조하여 전술되고, 도 2에서 유사하게 번호가 매겨진 구성요소는 여기에서 도 2의 상세한 설명에서 다시 설명되거나 다시 안내되지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 셀(102)이 일차 시스(primary sheath; 204) 내에 랩핑될 수 있을 경우, 셀 그룹(101)의 도면(200)은 조립된 그룹(101)을 도시한다. 그러므로 일차 시스(204)는 셀(102) 및 스페이서(108)를 포함하는, 셀 그룹(101)의 구성요소를 합칠 수 있고(amalgamate) 및/또는 바인딩할 수 있다. 일차 시스(204)는 각각의 셀(102)의 표면(107)에 물리적으로 접촉할 수 있다. 그러나, 일차 시스(204)는 셀(102)의 단부(103 및 105)에 물리적으로 접촉하지 않을 수 있다. 따라서, 단부(103 및 105), 및 양극과 네거티브 셀 단자(106 및 104)는 각각 일차 시스(204)에 의해 덮이지 않을 수 있고 노출될 수 있다. 일차 시스(204)는 셀 그룹(101)의 형상을 유지하기 위해 수축되는 랩핑 재료(shrink wrapping), 폴리머 플라스틱(polymer plastic) 또는 다른 적절한 매체로 될 수 있다. 따라서, 시스(204)는 가열될 때 수축하고 셀 그룹(101) 내 각각의 셀(102)의 표면(107)에 일치하는 물질을 포함하여 셀(102)의 상대 이동을 제한하는 단단한 구조물을 생성할 수 있다. 이와 같이 시스(204)가 셀 그룹(101)의 셀(102) 주위에서 수축할 때, 셀 그룹(101)은 일련의 정점(apexes; 206) 및 오목한 리지(concave ridges; 208)를 포함한다. 도 2에 도시된 예시에서, 셀 그룹(101)은 세 개의 정점(206) 및 세 개의 오목한 리지(208)를 포함할 수 있다. 그러나, 정점(206) 및 오목한 리지(208)의 개수는 그룹(101) 내에 포함된 셀(102)의 개수에 따라 3보다 많거나 적게 될 수 있음은 당연하다.
이러한 방식으로, 일차 시스(204)는 셀 그룹(101)의 셀(102) 및 스페이서(108)의 상대 이동을 감소 및/또는 방지할 수 있다. 다른 말로 하면, 일차 시스(204)는 셀 그룹(101) 상에 내부 압축력(inward compressive force)을 제공하여 셀 그룹(101)의 형상을 유지시킬 수 있다. 일차 시스를 포함하는 조립된 셀 그룹(101)은 제2 단부(205)에 반대되는 제1 단부(203)를 포함할 수 있다. 제1 단부(203)는 도 2에 도시된 예시에서 인버스 셀(112)인, 셀(102) 중 하나의 양극(104)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 제2 단부(205)는 인버스 셀(112)의 음극(106)을 포함할 수 있다. 그러므로, 제1 단부(203)는 음극 및 컨커런트 페어(110)의 각각의 셀(102)의 제2 단부(105)를 포함하고, 제2 단부(203)는 양극 및 컨커런트 페어(110)의 각각의 셀(102)의 제1 단부(103)를 포함하는 결과가 된다. 따라서, 셀(102) 중 두 개의 양극 및 셀(102) 중 하나의 음극은 제2 단부(205)에 포함될 수 있고, 셀(102) 중 두 개의 음극 및 셀(102) 중 하나의 양극은 셀 그룹(101)의 제1 단부(203)에 포함될 수 있다. 도 3을 참조하여 이하에서 나타내진 바와 같이, 셀 그룹(101)은 배터리 내에 포함될 수 있는 셀 모듈을 형성하기 위해 다른 셀 그룹과 함께 포함될 수 있다.
도 3을 참조하여, 다른 셀 그룹과 결합되고 배터리 셀 모듈(302)을 형성하도록 배치된 셀 그룹(101)의 측면 사시도(300)가 도시된다. 도 1 및 2를 참조하여 전술되고, 도 3에서 유사하게 번호가 매겨진 구성요소는 도 3의 설명에서 다시 설명되거나 다시 안내되지 않을 수 있다. 배터리 셀 모듈(302) 내 각각의 셀 그룹은 셀 그룹(101)과 유사하거나 동일한 경우, 배터리 셀 모듈(302)은 두 개 이상의 셀 그룹을 포함할 수 있다. 따라서, 셀 그룹(101)의 다수의 카피(multiple copies)가 배터리 셀 모듈(302) 내에 포함될 수 있음은 당연하다. 예를 들어, 도 3에 도시된 예시에서, 배터리 셀 모듈(302)은 셀 그룹(101)의 네 개의 카피를 포함할 수 있다. 그러나 다른 예시에서 네 개보다 많거나 적은 셀 그룹(101)의 카피가 배터리 셀 모듈(302) 내에 포함될 수 있음은 당연하다. 배터리 셀 모듈(302) 내에 포함된 셀 그룹의 개수 및/또는 서로에 대한 그것들의 배위는 배터리 셀 모듈(302)이 포함된 배터리의 요구사항에 따라서 다르게 될 수 있다.
배터리 모듈(302)의 구성요소의 상대 위치 표시를 제공하기 위해 도 3에 축 시스템(axis system; 315)이 도시된다. 축 시스템은 수직 축(319) 및 수평 축(317)을 포함한다. 수직 축(319)은 도 3에서 위 및 아래로 가리키고, 수평 축은 도 3에서 좌우를 가리킨다. 서로에 대해 "수평으로 변위된(horizontally displaced)"다고 언급되는 배터리 모듈(302)의 구성요소는 수평 축(317)을 따라 서로에 대해 변위될 수 있다. 유사하게, 서로에 대해 "수직하게 변위된(vertically displaced)"다고 언급되는 배터리 모듈(302)의 구성요소는 수직 축(319)을 따라 서로에 대해 변위될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(302)의 구성요소의 크기 및/또는 위치는 축 시스템(315)에 대해 설명될 수 있다.
더 나아가, 유전체 스페이서(dielectric spacer; 108)는 셀 그룹(101)의 이웃하는 카피 사이에 위치될 수 있다. 유전체 스페이서(108)는 배터리 셀 모듈(302) 내 각각의 셀 그룹(101) 사이에 전류의 통과를 감소 및/또는 방지할 수 있다. 다른 말로 하면, 스페이서(108)는 전기적 절연 갭(electrical insulating gap)을 유지하도록 셀 그룹 사이에 적절한 클리어런스(clearance)를 확보할 수 있다. 각각의 셀 그룹(101)은 스페이서(108)에만 접촉할 수 있고, 배터리 셀 모듈(302) 내 다른 셀 그룹(101)에 접촉할 수 없다. 그러나, 다른 예시에서, 셀 그룹은 유전체 스페이서(108) 및 다른 셀 그룹 모두에 물리적으로 접촉할 수 있다. 구체적으로, 각각의 셀 그룹(101)의 일차 시스(204)는 유전체 스페이서(108)의 오목 표면(109) 중 하나와 물리적으로 접촉할 수 있다.
추가적으로 또는 그 대신에, 각각의 셀 그룹(101)의 일차 시스(204)는 하나 이상의 다른 셀 그룹의 일차 시스(204)와 물리적으로 접촉될 수 있다. 따라서, 도 3의 예시에 도시된 바와 같이, 네 개의 셀 그룹이 배터리 셀 모듈(302) 내에 포함되는 경우, 유전체 스페이서(108)의 두 개의 카피가 배터리 셀 모듈(302) 내 셀 그룹 사이에 포함될 수 있다. 다른 말로 하면, 배터리 셀 모듈(302)이 두 개의 유전체 스페이서를 포함할 수 있다. 총 유전체 스페이서(108)의 여섯 개의 카피가 배터리 셀 모듈(302) 내에 포함될 수 있다; 네 개의 셀 그룹 내 네 개(각각의 셀 그룹(101) 내 하나), 및 셀 그룹 사이에 포함된 두 개. 그러나, 배터리 셀 모듈(302) 내 포함된 셀 그룹(101)의 카피의 개수에 따라 유전체 스페이서(108)의 카피가 여섯 개보다 많거나 적게 될 수 있음은 당연하다.
셀 그룹은 각각의 셀 그룹(101)의 정점(206) 중 하나가 두 개의 다른 셀 그룹의 인접한 오목한 리지(208) 사이에 장착되도록 배향될 수 있다. 이러한 방식으로, 셀 그룹 사이에 위치될 때, 유전체 스페이서(108)는 셀 그룹(101)의 정점(206) 중 하나, 및 배터리 셀 모듈(302) 내 두 개의 다른 셀 그룹의 오목한 리지(208) 사이에 위치될 수 있다. 따라서, 도 4를 참조하여, 아래에서 나타내진 바와 같이, 조립된 때, 각각의 셀 그룹(101)의 인버스 셀(112)은 인접한 셀 그룹의 인버스 셀(112)과 실질적으로 정렬되거나 및/또는 인접하게 될 수 있다. 인접한 셀 그룹의 인버스 셀은 각각의 셀 그룹(101)의 컨커런트 페어(110)에 실질적으로 병렬로 될 수 있다. 게다가, 컨커런트 페어(110)가 서로 병렬로 되도록 셀(102)이 배터리 셀 모듈(302) 내에 배향될 수 있다.
더 나아가, 배터리 셀 모듈(302) 내에 포함된 셀 그룹의 절반은 서로에 대해 병렬로 배향될 수 있고, 셀 그룹의 다른 절반에 역병렬로 배향될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 예시에서, 네 개의 셀 그룹이 배터리 셀 모듈(302) 내 포함되는 경우, 각각의 셀 그룹의 제1 단부(203)가 병렬로 정렬되도록 셀 그룹 중 두 개가 동일한 방향으로 배향될 수 있다. 다른 말로 하면, 각각의 쌍이 서로에 대해 역병렬인, 두 쌍의 병렬인 셀 그룹이 셀 모듈(302) 내에 포함될 수 있다. 따라서, 여섯 개의 양극 및 여섯 개의 음극이 배터리 셀 모듈(302)의 각각의 단부에 정렬될 수 있다.
이런 방식으로, 축 시스템(315)의 수직 축(319)을 따라 진행할 때, 배터리 셀 단자(예를 들어, 양극(104) 및 음극(106))의 극성이 교대로 될 수 있다. 따라서, 양극(106)은 음극(106)의 상부에 그리고 음극(106)의 아래에 적층될 수 있다. 유사하게, 음극(106)은 양극(104)의 상부에 그리고 양극(104)의 아래에 적층될 수 있다. 그러나, 축 시스템(315)의 수평 축(317)을 따라 진행할 때, 배터리 셀(102)은 동일한 극성의 단자의 쌍이 교대하도록 배치될 수 있다. 따라서, 도 3의 예시에 도시된 바와 같이, 두 개의 음극에는 두 개의 양극이 이어질 수 있다. 따라서, 셀(102)은 셀의 열을 형성하도록 적층될 수 있고, 이때 열은 서로에 대해 및 수평 축(317)에 대해 병렬로 된다.
도 4를 참조하여, 배터리 내에 포함될 수 있는, 배터리 셀 모듈(302)의 예시적인 실시예의 조립된 때 측면 사시도(400)가 도시된다. 도 1-3을 참조하여 전술되고 도 3에 유사하게 번호가 매겨진 배터리 셀 모듈(302)의 구성요소는 도 4의 설명에서 다시 설명되거나 다시 안내되지 않을 수 있다. 배터리 셀 모듈(302)의 도면(400)은 조립된 배터리 셀 모듈(302)을 도시하고, 이때 셀 그룹은 이차 시스(410) 내에 랩핑될 수 있다. 이차 시스(410)는 셀 그룹 및 유전체 스페이서를 포함하여, 배터리 셀 모듈(302)의 구성요소를 합칠 수 있다. 이차 시스(410)는 배터리 셀 모듈(302) 내 각각의 셀 그룹(101)의 일차 시스(204)에 물리적으로 접촉할 수 있다. 그러나, 단부(103 및 105)는 이차 시스(410)에 의해 덮이지 않고, 노출될 수 있다. 이차 시스(410)는 셀 그룹(101)의 형상을 유지하기 위해 수축되는 랩핑 재료(shrink wrapping), 폴리머 플라스틱(polymer plastic) 또는 다른 적절한 매체로 될 수 있다. 이차 시스(410)는 가열될 때 수축하고, 배터리 셀 모듈(302) 내 각각의 셀 그룹(101)의 일차 시스(204)에 일치하여, 배터리 셀 모듈(302)의 형상을 정의하는 재질을 포함할 수 있다. 이차 시스(410)는 배터리 셀 모듈(302)의 셀 그룹을 감싸서, 셀 그룹의 상대 이동을 제한하는 단단한 구조물을 생성할 수 있다. 일부 예시에서, 이차 시스(410)는 일차 시스(204)와 동일한 재질로 구성될 수 있다. 그러나, 다른 예시에서, 이차 시스(410)는 일차 시스(204)와 다른 재질로 구성될 수 있다. 일단 이차 시스(410)로 랩핑되면, 배터리 셀 모듈(302)은 단단한 어셈블리가 될 수 있다. 따라서, 이차 시스(410)는 배터리 셀 모듈(302)에 구조적 안정성을 제공할 수 있고, 배터리 셀 모듈(302)의 구성요소의 서로에 대한 상대 이동을 제한 및/또는 억제할 수 있다. 다른 말로 하면, 이차 시스(410)는 내부 압축력을 제공하여, 셀 그룹, 유전체 스페이서 및 배터리 셀 모듈(302)의 다른 구성요소의 상대 위치를 유지할 수 있다.
각각의 양극(104) 및 음극(106)은 최신 연결 기술을 사용하여 전기적으로 연결될 수 있다. 도 4에 도시된 예시에서 용접된 부스 바(404)는 셀(102)의 전기 단자(예를 들어, 양극(104) 및 음극(106))에 결합되어, 그 사이에 전기통신을 제공할 수 있다. 구체적으로, 부스 바(404)는 인접한 셀(102)과 병렬로 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 컨커런트 페어(110)는 부스 바(404)를 통해 병렬로 전기적으로 결합될 수 있다. 게다가, 셀 그룹(101)의 인버스 셀(112)은 부스 바(404)를 통해 인접한 셀 그룹(101)의 인버스 셀(112)과 병렬로 전기적으로 결합될 수 있다. 부스 바(404)는 병렬 쌍(parallel pair; 412)을 형성하기 위해 동일한 극성의 인접한 셀 단자를 병렬로 전기적으로 결합할 수 있다. 병렬 쌍(412)은 서로 병렬로 전기적으로 결합된 두 개의 인접한 셀(102)을 포함할 수 있다. 병렬 쌍(412)의 양극은 부스 바(404)를 통해 서로 전기적으로 결합될 수 있고, 병렬 쌍(412)의 음극은 부스 바(404)를 통해 서로 전기적으로 결합될 수 있다. 부스 바(404)는 두 개의 인접한 셀(102)의 양극을 서로 병렬로 전기적으로 결합할 수 있다. 유사하게, 부스 바(404)는 두 개의 인접한 셀(102)의 음극을 서로 병렬로 전기적으로 결합할 수 있다.
다른 말로 하면, 배터리 셀(102)은 부스 바(404)에 의해 직렬로 병렬로(in series in parallel) 서로에 대해 전기적으로 결합될 수 있다. 동일하거나 상이한 셀 그룹(101)으로부터의 두 개의 셀(102)은 병렬로 전기적으로 결합되어 병렬 쌍(412)을 형성할 수 있다. 도 4에 도시된 예시에서, 배터리 모듈(302)은 여섯 개의 병렬 쌍을 포함할 수 있다. 각각의 병렬 쌍(412)은 부스 바(404)에 의해 서로 직렬로(in series) 배치될 수 있다.
따라서, 도 4의 예시에서, 배터리 셀 모듈(302)이 12개의 셀(102)을 포함하도록 도시되는 경우, 셀(102)은 6개의 병렬 쌍을 형성하도록 부스 바(404)를 통해 서로 전기적으로 결합될 수 있다. 그러나, 배터리 셀 모듈(302) 내 포함된 셀(102)의 개수에 따라 6개보다 많거나 적은 병렬 쌍이 형성될 수 있다. 각각의 부스 바(404)는 실질적으로 서로에 대해 물리적으로 병렬로 될 수 있고, 병렬 쌍을 서로 직렬로 전기적으로 결합할 수 있다.
부스 바(404)는 배터리 모듈(302)의 출력(outputs)에 부스 바(404)를 전기적으로 결합하기 위한 단자를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 부스 바(404)는 전류 전송 또는 인터커넥트 단자(current transfer or interconnect terminals; 408) 및 전압 모니터링 단자(voltage monitoring terminals; 406)를 포함할 수 있다. 도 7 및 8을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 다수의 배터리 모듈은 전기 커넥터를 통해 그것들의 인터커넥트 단자(408)에서 서로 전기적으로 결합될 수 있다. 전압 모니터링 단자(406)는 도 5-8을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 셀 전압의 모니터링을 위해 배터리 관리 시스템에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5-6을 참조하여, 그것들은 일단에 전압 모니터링 단자(406)에 전기적으로 결합되고 타단에 와이어링 하네스(wiring harness; 504)에 전기적으로 결합된 전압 커넥터(voltage connectors; 502)을 구비하는 배터리 셀 모듈(302)을 도시하는 다른 측면 사시도(500 및 600)를 각각 도시한다. 도 5 및 6은 여기에서 함께 설명될 수 있다. 도 1-4를 참조하여 전술되고 도 5 및 6에서 유사하게 번호가 매겨진 배터리 셀 모듈(302)의 구성요소는 도 4 및 5의 설명에서 다시 설명되거나 다시 안내되지 않을 수 있다. 구체적으로, 도 5는 배터리 셀 모듈(302)의 전방 측면 사시도(500)를 도시하고, 이때 도면에서 배터리 셀 모듈(302)의 정면(front side; 503)이 나타내지고 배터리 셀 모듈(302)의 후면(back side; 505)은 숨겨진다. 도 6은 후면(505)을 나타내는 배터리 셀 모듈(302)의 후방 측면 사시도(600)를 도시한다. 도 6은 도 5에 도시된 도면(500)에 대해 대략적으로 180도 플립된(flipped) 배터리 모듈(302)을 도시한다.
와이어링 하네스(504)는 그 사이에 전기통신을 제공하기 위해, 전압 커넥터(502), 및 배터리 관리 커넥터(506)에 결합될 수 있다. 커넥터(502) 및 와이어링 하네스(504)는 배터리 관리 시스템(미도시)에 전기적으로 결합될 수 있는 배터리 관리 커넥터(506) 및 전압 모니터링 단자(406) 사이에 전기적 연결을 제공할 수 있다. 추가적으로, 서미스터(thermistor; 508)는 배터리 셀(102)의 온도를 측정 및 모니터링하기 위해 와이어링 하네스(504)에 전기적으로 결합될 수 있다. 따라서, 서미스터(508)로부터의 출력은 배터리 셀(102)의 온도를 추정하기 위해 사용될 수 있다.
도 7-8은 하우징(708) 안에 조립되고 배터리를 형성하기 위해 인터-모듈 커넥터(inter-module connectors; 702)를 통해 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀 모듈을 도시하는 개략도(700 및 800)이다. 도 7 및 8은 설명에서 함께 설명될 수 있다. 구체적으로, 도 7은 모듈식 배터리 또는 어셈블리(701)의 분해 측면 사시도(700)이다. 도 8은 조립된 때 배터리 시스템(701)의 측면 사시도(800)이다.
따라서, 배터리 모듈(302)의 다수의 카피는 배터리 시스템(701) 내에 포함될 수 있는, 배터리 모듈 어레이(battery module array; 703)를 형성하기 위해 서로 전기적으로 결합될 수 있다. 도 1-6을 참조하여 전술되고 도 7 및 8에 유사하게 번호가 매겨진 배터리 셀 모듈(302)의 구성요소는 도 7 및 8의 설명에서 다시 설명되거나 다시 안내되지 않을 수 있다. 도 7-8에 도시된 예시에서, 배터리 모듈(302)의 네 개의 카피가 배터리 시스템(701) 내에 포함될 수 있다. 그러나, 다른 예시에서, 어레이(703) 및 배터리 시스템(701) 내에 배터리 셀 모듈이 네 개보다 많거나 적게 포함될 수 있음은 당연하다. 배터리 셀 모듈은 서로에 대해 병렬로 정렬되어, 다른 배터리 셀 모듈의 셀 단자(104 및 106)가 서로 마주볼 수 있다. 각각의 모듈(302)의 배터리 관리 커넥터(506)는 어레이(703)의 동일한 측면 상에 정렬될 수 있다.
인터-모듈 커넥터(702)는 어느 한 단부에서 다른 배터리 셀 모듈의 인터커넥트 단자(408)에 전기적으로 결합될 수 있다. 따라서, 인터-모듈 커넥터(702)는 인접한 배터리 셀 모듈(302)의 인터커넥트 단자(408)를 전기적으로 연결할 수 있다. 다른 말로 하면, 서로 인접하게 위치된 배터리 모듈(302)의 두 개의 카피는 그것들의 개별적인 인터커넥트 단자(408)에 결합된, 인터-모듈 커넥터(702)를 통해 서로 직렬로 전기적으로 결합될 수 있다. 따라서, 도 7 및 8에 도시된 예시에서, 배터리 시스템(701)이 배터리 셀 모듈(302)의 네 개의 카피를 포함하는 경우, 세 개의 인터-모듈 커넥터(702)가 모듈을 직렬로 함께 전기적으로 결합하도록 배터리 시스템(701) 내에 포함될 수 있다. 그러나, 배터리 시스템(701) 내에 포함된 배터리 모듈의 개수에 따라서 인터-모듈 커넥터(702)가 세 개보다 많거나 적게 포함될 수 있음은 당연하다. 커넥터(702)의 개수는 배터리 시스템(701) 내에 포함된 배터리 셀 모듈의 개수보다 1 적은 수로 될 수 있다.
네거티브 셀 커넥터(704)는 배터리 시스템(701)의 네거티브 제1 단자 단부(negative first terminal end; 705)에 전기적으로 결합될 수 있다. 구체적으로, 커넥터(704)의 제1 단부(712)는 배터리 시스템(701)의 네거티브 제1 단자 단부(705)에 가장 근접하게 위치된 배터리 모듈(302)의 인터커넥트 단자(408) 중 하나에 결합될 수 있고, 커넥터(704)의 반대되는 제2 단부(714)는 배터리 시스템(701)의 네거티브 단자를 형성하거나 및/또는 배터리 시스템(701)의 네거티브 단자에 결합될 수 있다. 따라서, 네거티브 셀 커넥터(704)는 배터리 시스템(701)의 네거티브 단자 모두 또는 일부를 형성할 수 있다. 포지티브 셀 커넥터(706)는 배터리 시스템(701)의 반대되는 포지티브 제2 단자 단부(707)에 전기적으로 결합될 수 있다. 구체적으로, 포지티브 셀 커넥터(706)의 제1 단부(716)는 배터리 시스템(701)의 포지티브 제2 단자 단부(707)에 가장 근접하게 위치된 배터리 모듈(302)의 인터커넥트 단자(408) 중 하나에 결합될 수 있고, 커넥터(707)의 반대되는 제2 단부(718)는 배터리 시스템(701)의 포지티브 단자를 형성하거나 및/또는 배터리 시스템(701)의 포지티브 단자에 결합될 수 있다. 포지티브 셀 커넥터(706)는 배터리 시스템(701)의 포지티브 단자 모두 또는 일부를 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 네거티브 셀 커넥터(704) 및 포지티브 셀 커넥터(706)의 제2 단부(714 및 718)는 개별적으로 각각의 관리 커넥터(506)와 같이 어레이(703)의 동일한 측면 상에 정렬될 수 있다.
하우징(708)은 배터리 셀 모듈을 유지하도록 사이징되고(sized) 구성될 수 있다. 하우징(708)은 단단한 구조로 될 수 있고, 하우징(708) 내에 배터리 셀 모듈 및 그것들의 구성요소의 상대 이동을 제한할 수 있다. 하우징(708), 배터리 셀 모듈의 어레이(701) 및 커넥터(702, 704 및 706)는 배터리 시스템(701)을 형성할 수 있다. 배터리 시스템(701)은 네 개의 배터리 셀 모듈을 포함할 수 있고, 각각의 모듈은 네 개의 배터리 셀 그룹을 포함하고, 각각의 셀 그룹은 세 개의 원통형 배터리 셀(102)을 포함할 수 있다. 따라서, 배터리 시스템(701)은 16개의 배터리 셀 그룹, 및 48개의 배터리 셀(102)을 포함할 수 있다.
이런 방식으로, 배터리 어셈블리는 삼각형 구성으로 배치된 세 개의 원통형 배터리 셀 및 배터리 셀 사이에 연장하고 세 개의 배터리 셀 사이에 위치된 전기적 절연 스페이서를 포함하는 셀 그룹, 셀 및 스페이서의 상대 이동을 제한하기 위해 배터리 셀 주위에 랩핑된 케이싱, 셀 그룹을 유지하기 위한 하우징을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리의 전술된 예시에서, 세 개의 원통형 배터리 셀 중 두 개는 세 개의 원통형 배터리 셀 중 세 번째의 역병렬 방향과 반대되는, 동일한 병렬 방향으로 배향될 수 있고, 스페이서는 세 개의 원통형 배터리 셀 각각의 중심축으로부터 등거리에 위치된다. 전술된 배터리 어셈블리 또는 전술된 배터리 어셈블리의 조합은 두 개 이상의 배터리 셀 모듈을 더 포함할 수 있고, 두 개 이상의 배터리 셀 모듈은 각각 셀 그룹을 포함할 수 있다. 전술된 배터리 어셈블리 또는 전술된 배터리 어셈블리의 조합에서, 두 개 이상의 배터리 셀 모듈은 제2 케이싱을 통해 셀 그룹에 물리적으로 결합된 세 개의 추가적인 셀 그룹을 더 포함할 수 있고, 제2 케이싱은 세 개의 추가적인 셀 그룹 및 셀 그룹의 상대 이동을 제한하기 위해 세 개의 추가적인 셀 그룹 및 셀 그룹 주위에 랩핑된다. 전술된 배터리 어셈블리 또는 전술된 배터리 어셈블리의 조합에서, 두 개 이상의 배터리 셀 모듈은 각각 세 개의 추가적인 셀 그룹 및 셀 그룹 사이에 위치된 두 개의 이차 전기적 절연 스페이서를 더 포함할 수 있다. 전술된 배터리 어셈블리 또는 전술된 배터리 어셈블리의 조합에서, 세 개의 추가적인 셀 그룹 중 두 개는 셀 그룹에 대해 역병렬로 배향될 수 있다. 전술된 배터리 어셈블리 또는 전술된 배터리 어셈블리의 조합은 세 개의 추가적인 셀 그룹의 원통형 셀과 셀 그룹을 전기적으로 결합하는 부스 바를 더 포함할 수 있고, 부스 바는 전압 모니터링 단자 및 전류 전달 단자를 더 포함할 수 있다. 전술된 배터리 어셈블리 또는 전술된 배터리 어셈블리의 조합은 배터리 셀의 전압 표시를 제공하기 위해 전압 관리 커넥터에 전압 모니터링 단자를 전기적으로 결합하는 와이어링 하네스를 더 포함할 수 있다.
다른 재현으로, 배터리는 복수 개의 원통형 셀, 셀 그룹을 형성하기 위해 복수 개의 원통형 셀 중 세 개를 함께 바인딩 하는 일차 시스, 두 개 이상의 셀 그룹을 바인딩하는 이차 시스, 이차 시스와 두 개 이상의 셀 그룹을 포함하는 배터리 셀 모듈, 및 배터리 셀 모듈을 포함하는 하우징을 포함할 수 있다. 전술된 배터리에서, 복수 개의 원통형 셀 중 세 개는 삼각형 구성으로 배치될 수 있고, 일차 시스는 복수 개의 원통형 셀 중 세 개 각각의 곡면 주위에 랩핑될 수 있다. 전술된 배터리 또는 배터리의 조합에서 셀 그룹은 복수 개의 원통형 셀 중 세 개 사이에 전류 흐름을 제한하기 위해 복수 개의 원통형 셀 중 세 개 사이에 위치된 비-전도성 전기적 절연 스페이서를 포함할 수 있다. 전술된 배터리 또는 배터리의 조합에서 배터리 셀 모듈은 두 개 이상의 배터리 셀 그룹 사이에 위치된 두 개의 전기적 절연 스페이서를 더 포함할 수 있다. 전술된 배터리 또는 배터리의 조합에서 일차 시스는 가열될 때 수축하여 복수 개의 원통형 셀 중 세 개의 형상에 일치하고 복수 개의 원통형 셀 중 세 개 주위에 단단한 구조물을 생성하는 플라스틱 폴리머로 구성된다. 전술된 배터리 또는 배터리의 조합에서 복수 개의 원통형 셀은 포지티브 단자 및 네거티브 단자를 포함할 수 있고, 복수 개의 원통형 셀에서 세 개 중 두 개는 동일한 배향으로 정렬되어 셀 그룹의 제1 단부는 두 개의 네거티브 단자를 포함하고 셀 그룹의 제2 단부는 두 개의 포지티브 단자를 포함할 수 있다. 전술된 배터리 또는 배터리의 조합에서 배터리 모듈은 부스 바를 더 포함할 수 있고, 부스 바는 복수 개의 원통형 셀을 직렬로 또는 병렬로 전기적으로 결합할 수 있으며, 부스 바는 전압 모니터링 단자들을 포함하고 단자들을 상호 연결할 수 있다. 전술된 배터리 또는 배터리의 조합에서 배터리 모듈은 복수 개의 원통형 셀의 전압 표시를 제공하기 위해, 전압 모니터링 단자에 전기적으로 결합되는 전압 관리 커넥터를 더 포함할 수 있다. 전술된 배터리 또는 배터리의 조합은 상호 연결된 단자들 중 하나에 전기적으로 결합되는 인터-모듈 커넥터를 더 포함할 수 있고, 커넥터는 배터리 내에 포함된 인접한 배터리 모듈 및 배터리 모듈 사이에 전기 통신을 제공할 수 있다.
또 다른 재현으로, 차량 배터리는 두 개 이상의 배터리 셀 모듈을 포함할 수 있고, 두 개 이상의 배터리 셀 모듈 각각은 두 개 이상의 셀 그룹을 포함할 수 있고, 두 개 이상의 셀 그룹은 세 개의 배터리 셀, 셀 주위에 랩핑된 일차 시스, 두 개 이상의 셀 그룹 사이에 위치된 두 개 이상의 전기적 절연 스페이서, 두 개 이상의 셀 그룹 주위에 랩핑된 이자 시스, 두 개 이상의 셀 그룹의 원통형 배터리 셀을 전기적으로 결합하는 부스 바, 및 원통형 배터리 셀의 전압을 모니터링 하기 위해 부스 바에 전기적으로 결합된 전압 모니터링 탭을 포함할 수 있다. 배터리는 추가적으로 두 개 이상의 배터리 셀 모듈을 전기적으로 결합하기 위한 인터-모듈 커넥터 및 두 개 이상의 배터리 셀 모듈을 유지하기 위한 하우징을 포함할 수 있다. 전술된 차량 배터리에서, 일차 시스 및 이차 시스는 플라스틱 폴리머를 포함할 수 있다. 전술된 차량 배터리 또는 차량 배터리의 조합에서 두 개 이상의 배터리 셀 모듈은 서로에 대해 병렬로 정렬될 수 있다.
이러한 방식으로, 세 개의 배터리 셀을 하나의 그룹으로 랩핑하고, 셀 모듈 내에 그룹을 적층한 다음, 커넥터를 통해 셀 모듈을 전기적으로 결합함으로써 원통형 배터리 셀의 패킹 밀도를 증가시키는 기술적 효과가 획득될 수 있다. 세 개의 배터리를 하나의 그룹으로 셀을 랩핑하고 수축되는 랩핑 재료 또는 다른 실현 가능한 인케이싱(viable encasing)으로 그것들을 물리적으로 바인딩하는 것에 의해, 셀 모듈의 강도가 증가될 수 있다. 다른 말로 하면, 서로에 대한 셀의 이동이 감소될 수 있다. 두 개의 다른 셀 그룹의 상부에 두 개의 셀 그룹을 적층하고 랩핑하고 수축되는 랩핑 재료 또는 다른 실현 가능한 인케이싱으로 네 개의 셀 그룹을 바인딩하여 셀 모듈을 형성함으로써 배터리의 구조적 완결성이 더 증가될 수 있다.
예시적인 실시예들이 앞서 설명되었으나, 이러한 실시예들은 본 발명의 모든 가능한 형태를 설명하는 것으로 의도되지 않는다. 명세서에서 사용된 단어는 제한이 아닌 설명의 단어이며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있다. 전술된 바와 같이, 다양한 실시 예들의 특징들이 결합되어 명시적으로 설명되거나 도시되지 않은 본 발명의 추가 실시예를 형성할 수 있다.
다양한 실시예들이 하나 이상의 원하는 특성들에 관하여 다른 실시예들 또는 종래 기술 구현들에 비해 이점들을 제공하거나 선호되는 것으로 설명될 수 있지만, 통상의 기술자는 하나 이상의 특징 또는 특성이 특정 애플리케이션 및 구현에 따라서 바람직한 전체 시스템 속성을 획득하기 위해 타협될 수 있다는 것을 인식한다. 이러한 속성은 비용, 강도, 내구성, 수명 주기 비용, 시장성, 외관, 패킹 사이즈, 실용성, 무게, 제조성, 조립 용이성 등을 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 하나 이상의 특성에 관하여 다른 실시예나 종래 기술 구현보다 바람직하지 않다고 설명된 실시예들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않으며, 특정 애플리케이션에 바람직할 수 있다.
101: 셀 그룹
102: 배터리 셀
103: 제1 단부
104: 양극 또는 네거티브 셀 단자
105: 제2 단부
106: 음극 또는 포지티브 셀 단자
107: 곡면
108: 비-전도성 유전체 스페이서
109: 오목 표면
110: 컨커런트 페어
112: 인버스 셀
204: 일차 시스
206: 정점
208: 오목한 리지
302: 배터리 셀 모듈
315: 축 시스템
404: 부스 바
410: 이차 시스
412: 병렬 쌍

Claims (20)

  1. 배터리 어셈블리는,
    셀 그룹; 및
    상기 셀 그룹을 유지하기 위한 하우징;
    을 포함하고,
    상기 셀 그룹은,
    삼각형 구성으로 배치된 세 개의 원통형 배터리 셀;
    상기 세 개의 원통형 배터리 셀 사이에 위치되고 상기 배터리 셀의 단부 사이에 연장하는 전기적 절연 스페이서; 및
    상기 셀 및 스페이서의 상대 이동은 제한하기 위해 상기 배터리 셀 주위에 랩핑된(wrapped) 케이싱;
    을 포함하는, 배터리 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세 개의 원통형 배터리 셀 중 두 개는, 상기 세 개의 원통형 배터리 셀 중 세 번째의 역병렬 방향(antiparallel direction)에 반대되는, 동일한 병렬 방향으로 배향되고, 상기 스페이서는 상기 세 개의 원통형 배터리 셀의 각각의 중심축으로부터 등거리로 되는, 배터리 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    두 개 이상의 배터리 셀 모듈을 더 포함하고,
    상기 두 개 이상의 배터리 셀 모듈은 각각 상기 셀 그룹을 포함하는, 배터리 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 두 개 이상의 배터리 셀 모듈은 각각 세 개의 추가적인 셀 그룹을 더 포함하고, 상기 세 개의 추가적인 셀 그룹은 상기 셀 그룹 및 상기 세 개의 추가적인 셀 그룹 주위에 랩핑된 제2 케이싱을 통해 상기 셀 그룹에 물리적으로 결합되어 상기 셀 그룹 및 상기 세 개의 추가적인 셀 그룹의 상대 이동을 제한하는, 배터리 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 두 개의 배터리 셀 모듈은 각각 상기 셀 그룹 및 상기 세 개의 추가적인 셀 그룹 사이에 위치된 두 개의 이차 전기적 절연 스페이서를 더 포함하는, 배터리 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 세 개의 추가적인 셀 그룹 중 두 개는 상기 셀 그룹에 역병렬로 배향되는, 배터리 어셈블리.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 셀 그룹 및 상기 세 개의 추가적인 셀 그룹의 원통형 셀들을 전기적으로 결합하는 부스 바를 더 포함하고, 상기 부스 바는 전압 모니터링 단자 및 전류 전달 단자를 더 포함하는, 배터리 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 전압 표시를 제공하기 위해 전압 관리 커넥터에 상기 전압 모니터링 단자를 전기적으로 결합하는 와이어링 하네스(wiring harness)를 더 포함하는 배터리 어셈블리.
  9. 복수 개의 원통형 셀;
    셀 그룹을 형성하기 위해 상기 복수 개의 원통형 셀 중 세 개를 함께 바인딩하는 일차 시스;
    두 개 이상의 셀 그룹을 바인딩하는 이차 시스;
    상기 이차 시스 및 두 개 이상의 셀 그룹을 포함하는 배터리 셀 모듈; 및
    상기 배터리 셀 모듈을 포함하는 하우징;
    을 포함하는, 배터리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수 개의 원통형 셀 중 세 개는 삼각형 구성으로 배치되고, 상기 일차 시스는 상기 복수 개의 원통형 셀 중 세 개 각각의 곡면 주위에 랩핑되는, 배터리 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 셀 그룹은 상기 복수 개의 원통형 셀 중 세 개 사이에 전류 흐름을 제한하기 위해 상기 복수 개의 원통형 셀 중 세 개 사이에 위치된, 비-전도성 전기적 절연 스페이서를 포함하는, 배터리 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 셀 모듈은 두 개 이상의 배터리 셀 그룹 사이에 위치된 두 개의 전기적 절연 스페이서를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 일차 시스는 가열될 때 수축하여 상기 복수 개의 원통형 셀 중 세 개의 형상에 일치하고 상기 복수 개의 원통형 셀 중 세 개 주위에 단단한 구조물을 생성하는 플라스틱 폴리머로 구성되는 배터리 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 복수 개의 원통형 셀은 포지티브 단자 및 네거티브 단자를 포함하고, 상기 복수 개의 원통형 셀에서 세 개 중 두 개는 동일한 배향(orientation)으로 정렬되어 상기 셀 그룹의 제1 단부는 두 개의 네거티브 단자를 포함하고 상기 셀 그룹의 제2 단부는 두 개의 포지티브 단자를 포함하는, 배터리 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 부스 바를 더 포함하고, 상기 부스 바는 상기 복수 개의 원통형 셀을 직렬로 또는 병렬로 전기적으로 결합하고, 상기 부스 바는 전압 모니터링 단자들을 포함하고 단자들을 상호 연결하는, 배터리 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 복수 개의 원통형 셀의 전압 표시를 제공하기 위해, 상기 전압 모니터링 단자에 전기적으로 결합되는 전압 관리 커넥터를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상호 연결된 단자들 중 하나에 전기적으로 결합되고, 세 개 사이에 전류를 전달하기 위해 상기 배터리 내에 포함된 인접한 배터리 모듈 및 배터리 모듈 사이에 전기 통신을 제공하는 인터-모듈 커넥터를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  18. 두 개 이상의 배터리 셀 모듈;
    상기 두 개 이상의 배터리 셀 모듈을 전기적으로 결합하기 위한 인터-모듈 커넥터; 및
    상기 두 개의 이상의 배터리 셀 모듈을 유지하기 위한 하우징;
    을 포함하고,
    상기 두 개 이상의 배터리 셀 모듈 각각은,
    정확하게 세 개의 원통형 배터리 셀 및 상기 셀 주위에 랩핑된 일차 시스를 포함하는 두 개 이상의 셀 그룹;
    상기 두 개 이상의 셀 그룹 사이에 위치된 두 개 이상의 전기적 절연 스페이서;
    상기 두 개 이상의 셀 그룹 주위에 랩핑된 이차 시스;
    상기 두 개 이상의 셀 그룹의 원통형 배터리 셀을 전기적으로 결합하는 부스 바; 및
    상기 원통형 배터리 셀의 전압을 모니터링 하기 위해 상기 부스 바에 전기적으로 결합된 전압 모니터링 탭;
    을 포함하는, 차량 배터리.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 일차 시스 및 이차 시스는 플라스틱 폴리머를 포함하는, 차량 배터리.
  20. 제18항에 있어서,
    두 개 이상의 배터리 셀 모듈은 서로에 대해 병렬로(parallel) 정렬되는, 차량 배터리.
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