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KR20220102642A - 배터리 및 그 관련 장치, 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

배터리 및 그 관련 장치, 제조 방법 및 제조 장치 Download PDF

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KR20220102642A
KR20220102642A KR1020227020680A KR20227020680A KR20220102642A KR 20220102642 A KR20220102642 A KR 20220102642A KR 1020227020680 A KR1020227020680 A KR 1020227020680A KR 20227020680 A KR20227020680 A KR 20227020680A KR 20220102642 A KR20220102642 A KR 20220102642A
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KR
South Korea
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battery
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thermal management
battery cell
bus
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위췬 정
즈민 정
카이 우
싱디 천
펑 왕
샤오보 천
야오 리
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컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드
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Publication date
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Abstract

본 출원은 배터리 및 그 관련 장치, 제조 방법 및 제조 장치를 개시한다. 배터리는 복수의 배터리 셀(20), 커버 본체(111) 및 절연부(113)를 포함한다. 상기 복수의 배터리 셀(20)은 버스 부재(12)를 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구성되며; 커버 본체(111)는 수용 공간(111a)을 포함하고, 상기 수용 공간(111a)은 상기 버스 부재(12)를 장착하도록 구성되며; 상기 절연부(113)는 상기 커버 본체(111)에 부착되고 또한 적어도 상기 버스 부재(12)를 덮도록 설치된다. 본 출원에 따르면, 배터리에서 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는데 사용되는 버스 부재를 커버 본체에 내장되게 설치하며, 이러한 설치는 배터리의 구조를 보다 컴팩트하게 만들고 또한 버스 부재를 박스 본체 내에 밀봉하는 것이 아니기 때문에, 배터리 관리 유닛의 구조의 일부를 배터리의 박스 본체 외부에 설치할 수 있다.

Description

배터리 및 그 관련 장치, 제조 방법 및 제조 장치
본 출원은 배터리 분야와 관련되며, 구체적으로 배터리 및 그 관련 장치, 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
화학 배터리, 전화 배터리, 전기화학 배터리 또는 전기화학 셀은 산화 환원 반응을 통해 양극 및 음극 활물질의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 유형의 장치를 말한다. 일반적인 산화 환원 반응과 달리 산화 및 환원 반응이 산화는 음극에서, 환원은 양극에서 분리되어 이루어지며, 전자의 득실은 외부 회로를 통해 이루어져 전류를 형성한다. 이는 모든 배터리의 필수 기능이다. 장기간의 연구 및 개발을 거쳐 화학 배터리는 다양한 제품이 출시되고 다양한 분야에 사용되고 있다. 큰 건물을 수용할 수 있는 거대한 장치부터 밀리미터 크기의 작은 유형도 있다. 현대 전자 기술의 발전은 화학 배터리에 대한 높은 요구 사항을 제시한다. 화학 배터리 기술의 모든 혁신은 전자 장치의 혁명적인 발전을 가져왔다. 세계의 많은 전기화학 과학자들은 전기 자동차의 동력으로 사용되는 화학 배터리 분야에 연구 개발 관심을 집중하고 있다.
리튬 이온 배터리는 화학 배터리의 일종으로 소형, 고에너지 밀도, 고출력 밀도, 긴 사용 주기와 긴 저장 시간 등의 장점이 있어 일부 전자 장치, 전기 자동차, 전기 장난감 등에 사용되고 있다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리는 현재 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 배터리 자동차, 전기 자동차, 전기 비행기, 전기 선박, 전기 장난감 자동차, 전기 장난감 선박, 전기 장난감 비행기 및 전동 공구 등에 널리 사용된다.
리튬 이온 배터리 기술의 지속적인 발전으로 리튬 이온 배터리의 성능에 대한 요구 사항이 높아짐에 따라 리튬 이온 배터리가 다양한 설계 요소를 동시에 고려할 수 있기를 바라며, 그 중에서 리튬 이온 배터리의 안전 성능이 특히 중요하다.
종래의 배터리에서, 버스 부재는 일반적으로 커버 본체와 배터리 셀 사이에 설치되며, 이러한 설치는 배터리의 전체 부피를 더 크게 만든다. 또한, 버스 부재는 일반적으로 박스 본체에 밀폐되므로 버스 부재와 전기적으로 연결되는 배터리 관리 유닛도 배터리의 박스 본체 내에 설치해야 하며(커버 본체는 예를 들어 박스 본체의 일부임), 이는 배터리의 박스 본체를 더 크게 만들고, 또한 배터리 관리 유닛이 박스 내에 밀폐되게 하므로 후속 유지 보수 및 교체가 불편하다.
본 출원은 배터리 및 그 관련 장치, 제조 방법 및 제조 장치를 제안한다. 본 출원의 제1 측면에 따라, 배터리를 제공하며, 이 배터리는 복수의 배터리 셀, 커버 본체 및 절연부를 포함한다. 상기 복수의 배터리 셀은 버스 부재를 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구성되며; 커버 본체는 수용 공간을 포함하고, 상기 수용 공간은 상기 버스 부재를 장착하도록 구성되며; 상기 절연부는 상기 커버 본체에 부착되고 또한 적어도 상기 버스 부재를 덮도록 설치된다.
본 방안에 따라, 배터리에서 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는데 사용되는 버스 부재를 커버 본체에 내장되게 설치하며, 이러한 설치는 배터리의 구조를 보다 컴팩트하게 만들고 배터리의 체적 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 또한 버스 부재를 박스 본체 내에 밀봉하는 것이 아니기 때문에, 배터리 관리 유닛의 구조의 일부를 배터리의 박스 본체 외부에 설치할 수 있다.
일부 실시 방식에서, 상기 수용 공간은 상기 커버 본체에 형성된 통공이며, 상기 버스 부재는 상기 통공을 통과하고 또한 상기 커버 본체에 고정된다.
이 방안에 따르면, 수용 공간의 구조가 비교적 간단하고, 구현이 쉽고, 비용이 저렴하다.
일부 실시 방식에서, 상기 절연부는 상기 커버 본체에 적용되거나 또는 조립된다.
이 방안에 따르면, 생산 시 버스 부재를 수용 공간에 설치한 후 절연부를 커버 본체에 조립하거나 적용할 수 있어, 비교적 간단하고, 구현이 쉽다.
일부 실시 방식에서, 상기 수용 공간은 상기 커버 본체에 형성된 블라인드 홀이며, 상기 버스 부재는 상기 수용 공간의 개구를 통해 상기 수용 공간에 진입할 수 있으며, 또한 상기 버스 부재의 적어도 일부는 상기 수용 공간에 수용되고, 상기 절연부는 상기 커버 본체와 일체로 형성된다.
이 방안에 따르면, 버스 부재는 커버 본체와 절연부에 의해 형성된 일체형 구조에 완전히 내장될 수 있으므로, 이러한 설치는 공간을 추가로 절약하고 배터리의 전체 크기를 줄일 수 있다.
일부 실시 방식에서, 상기 배터리는 배터리 관리 유닛을 더 포함하고, 상기 배터리 관리 유닛은 제어 모듈과 전기 연결 부재를 포함하며, 상기 제어 모듈과 상기 버스 부재는 상기 전기 연결 부재를 통해 연결된다.
일부 실시 방식에서, 상기 배터리는 박스 쉘을 더 포함하고, 상기 박스 쉘과 상기 커버 본체는 함께 둘러싸 상기 복수의 배터리 셀을 수용하기 위한 상기 박스 본체를 형성하며, 상기 제어 모듈은 상기 박스 본체 외부에 설치된다.
일부 실시 방식에서, 상기 제어 모듈 및 상기 전기 연결 부재 중 적어도 하나는 상기 커버 본체에 내장된다.
전술한 몇 가지 방안에 따르면, 배터리 관리 유닛의 구성 요소가 박스 본체 외부에 설치되거나 커버 본체에 내장될 수 있어, 배터리 관리 유닛이 박스 본체에 완전히 설치되는 구조와 비교하여, 전술한 몇 가지 방안은 공간을 추가로 절약하고 배터리 크기를 줄일 수 있으며, 또한 배터리 관리 유닛의 유지 보수 및 교체에 편리하다.
일부 실시 방식에서, 상기 전기 연결 부재는 상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되어 상기 복수의 배터리 셀의 온도 또는 전압 신호를 수집하는 회로 기판을 포함한다.
이 방안에 따르면, 이러한 설치는 배터리 셀의 온도 또는 전압 신호를 보다 정확하게 획득할 수 있게 하여 배터리의 전체 작동 상태를 보다 정확하게 모니터링할 수 있다.
일부 실시 방식에서, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀은 감압 기구를 포함하고, 상기 감압 기구는 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 내부 압력 또는 온도가 임계값에 도달할 때 작동되어 상기 내부 압력을 방출하며, 그 중에서, 상기 감압 기구와 상기 버스 부재는 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 서로 다른 면에 각각 배치되어, 상기 감압 기구가 작동될 때 상기 적어도 하나의 배터리 셀로부터의 배출물을 상기 버스 부재에서 멀어지는 방향으로 배출되게 한다.
이 방안에 따르면, 감압 기구와 버스 부재의 이러한 배치를 통해 배터리의 안전 성능이 크게 향상된다. 먼저, 예를 들어 배터리가 전기 자동차에 적용되고 또한 내부에 열폭주가 발생하는 경우, 배터리 셀의 배출물이 운전석에 있는 탑승자에게로 방출되지 않으므로, 배터리를 사용하는 전기 자동차의 안전성을 향상시킬 수 있다. 둘째, 감압 기구와 버스 부재가 배터리 셀의 다른 측면에 배치되기 때문에 배터리 셀의 배출물이 버스 부재의 단락을 야기하지 않으므로 버스 부재의 단락으로 인한 위험이 크게 줄어 들어 배터리의 안전 성능을 향상시킨다.
일부 실시 방식에서, 배터리는 열관리 부재를 더 포함하고, 상기 열관리 부재는 상기 배터리 셀의 온도를 조절하기 위한 유체를 수용하는데 사용되며, 또한 상기 열관리 부재는 상기 감압 기구가 작동될 때 파손되어 상기 배터리 셀로부터의 배출물이 상기 열관리 부재를 통과하도록 구성된다.
이 방안에 따르면, 열관리 부재를 설치함으로써 배터리 셀의 온도를 보다 유연하고 능동적으로 제어할 수 있다. 또한, 배터리 내부의 열폭주의 경우, 배터리 셀의 배출물도 효과적으로 방출될 수 있어 배출물의 배출 불량으로 인한 위험을 감소시킨다.
일부 실시 방식에서, 상기 열관리 부재는 상기 감압 기구가 작동될 때 파손되어 상기 유체가 유출되도록 구성된다.
이 방안에 따르면, 이러한 배치는 배터리 셀로부터의 고온 고압 배출물을 효과적으로 냉각할 수 있게 하여 배터리의 안전 성능을 향상시킨다.
일부 실시 방식에서, 상기 열관리 부재는 회피 구조를 더 포함하며, 상기 회피 구조는 상기 감압 기구의 작동을 허용하는 공간을 제공하도록 구성된다. 또한 상기 열관리 부재는 상기 복수의 배터리 셀에 부착되어, 상기 회피 구조와 상기 감압 기구 사이에 회피 캐비티를 형성한다.
이 방안에 따르면, 회피 구조를 설치하면 감압 구조가 효과적으로 작동되는 것을 보장할 수 있다. 또한, 회피 캐비티는 배터리 셀의 배출물의 방출을 위한 완충 공간을 제공함으로써 배터리 셀의 배출물이 외부에 가하는 충격 압력을 감소시켜 배터리의 안전 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
일부 실시 방식에서, 상기 열관리 부재는 회피 구조를 더 포함하며, 상기 회피 구조는 상기 감압 기구의 작동을 허용하는 공간을 제공하도록 구성되며, 또한 상기 회피 구조는 상기 열관리 부재를 관통하는 통공이다.
이 방안에 따르면, 이 배치는 단순한 방식과 저렴한 비용으로 배출물이 열관리 부재를 통과하는 목표를 달성한다.
일부 실시 방식에서, 배터리는 수집 캐비티를 더 포함하며, 상기 수집 캐비티는 상기 감압 기구가 작동될 때 상기 배터리 셀 및 상기 열관리 부재로부터의 배출물을 수집하는 데 사용되며, 그 중에서, 상기 회피 캐비티 및 상기 수집 캐비티는 상기 열관리 부재에 의해 격리된다.
이 방안에 따르면, 수집 캐비티는 배출물의 배출에 추가 완충을 제공하여 배출물의 충격 압력을 추가로 줄일 수 있다. 또한, 수집 캐비티는 배출물로 인한 외부에 대한 2차 피해의 위험을 줄일 수 있다.
일부 실시 방식에서, 배터리는 수집 캐비티를 더 포함하며, 상기 수집 캐비티는 상기 감압 기구가 작동될 때 상기 배터리 셀 및 상기 열관리 부재로부터의 배출물을 수집하는 데 사용되며, 그 중에서, 상기 회피 구조와 상기 수집 캐비티는 서로 연통된다.
이 방안에 따르면, 배출물이 수집 캐비티로 원활하게 들어가게 할 수 있어, 배출물로 인한 외부의 위험을 줄이고 외부 환경에 대한 오염을 줄인다. 또한, 수집 캐비티는 배출물의 배출을 위한 추가 완충을 제공하여 배출물의 충격 압력을 더욱 감소시킬 수 있다.
일부 실시 방식에서, 배터리는 보호 부재를 더 포함하며, 상기 보호 부재는 상기 배터리 셀에서 멀어지는 상기 열관리 부재의 일측에 배치되고, 또한 상기 수집 캐비티는 상기 열관리 부재와 상기 보호 부재 사이에 배치된다.
이 방안에 따르면, 보호 부재는 배터리를 추가로 보호하여 배터리가 이물질에 의해 손상되는 것을 방지하고 외부 먼지나 이물질이 배터리 내부로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 또한 보호 부재 및 열관리 부재는 수집 공동을 형성하여, 감압 기구가 작동될 때 배출물의 배출에 추가 완충을 제공하여 배출물의 충격 압력을 줄인다.
일부 실시 방식에서, 배터리는 밀봉 부재를 더 포함하며, 상기 밀봉 부재는 상기 열관리 부재와 상기 보호 부재 사이에 배치되어 상기 수집 캐비티를 밀봉한다.
이 방안에 따르면, 밀봉 부재의 설치는 수집 캐비티에서 배출물의 우발적인 배출을 효과적으로 방지할 수 있어 배터리의 안전 성능을 향상시킬 수 있다.
본 출원의 제2 측면에 따라, 장치를 제공하며, 이 장치는 전술한 방안 중 어느 하나에 따른 상기 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 전기 에너지를 제공한다.
본 출원의 제3 측면에 따라, 배터리 제조 방법을 제공하며, 이 방법은:
복수의 배터리 셀을 제공하는 것을 포함하고, 상기 복수의 배터리 셀은 버스 부재를 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구성되며;
커버 본체를 제공하는 것을 포함하고, 상기 커버 본체는 수용 공간을 포함하고, 상기 수용 공간은 상기 버스 부재를 장착하도록 구성되며;
절연부를 제공하는 것을 포함하고, 상기 절연부는 상기 커버 본체에 부착되고 또한 적어도 상기 버스 부재를 덮도록 설치된다.
본 출원의 제4 측면에 따라, 배터리 제조 장치를 제공하며, 이 장치는 배터리 셀 제조 모듈, 커버 본체 제조 모듈 및 절연부 제조 모듈을 포함하며,
상기 배터리 셀 제조 모듈은 복수의 배터리 셀을 제조하는 데 사용되고, 상기 복수의 배터리 셀은 버스 부재를 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구성되며;
상기 커버 본체 제조 모듈은 커버 본체를 제조하는데 사용되고, 상기 커버 본체는 수용 공간을 포함하고, 상기 수용 공간은 상기 버스 부재를 장착하도록 구성되며;
상기 절연부 제조 모듈은 절연부를 제조하는 데 사용되고, 상기 절연부는 상기 커버 본체에 부착되고 또한 적어도 상기 버스 부재를 덮도록 구성된다.
본 출원의 실시예의 배터리 및 그 관련 장치, 제조 방법, 및 제조 장치는 배터리에서 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는데 사용되는 버스 부재를 커버 본체에 내장되게 설치한다. 이러한 설치는 배터리의 구조를 보다 컴팩트하게 만들고 배터리의 체적 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 또한 버스 부재를 박스 본체 내에 밀봉하는 것이 아니기 때문에, 배터리 관리 유닛의 구조의 일부를 배터리의 박스 본체 외부에 설치할 수 있어 공간을 더욱 절약하고 배터리 크기를 줄이며 배터리 관리 유닛의 유지 보수 및 교체를 용이하게 할 수 있다.
여기에 설명된 도면은 본 출원에 대한 추가적인 이해를 제공하기 위해 사용되고, 본 출원의 일부를 구성하며, 본 출원의 개략적인 실시예 및 설명은 본 출원을 해석하는데 사용되며, 본 출원에 대한 부적절한 제한을 구성하지 않는다. 첨부된 도면에서:
도 1은 본 출원의 배터리를 사용하는 차량의 일부 실시예의 개략적인 구조도를 도시한다;
도 2는 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리의 분해도를 도시한다;
도 3은 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리의 분해도를 도시한다;
도 4는 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리의 측단면도를 도시한다;
도 5는 도 4에 도시된 배터리의 A 부분의 확대도를 도시한다;
도 6은 도 4에 도시된 배터리의 B 부분의 확대도를 도시한다;
도 7은 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리 셀의 개략적인 사시도를 도시한다;
도 8은 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리 셀의 개략적인 사시도를 도시한다;
도 9는 본 출원의 일부 실시예에 따른 열관리 부재의 평면도를 도시한다;
도 10은 도 9에 도시된 본 출원의 열관리 부재의 저면도를 도시한다;
도 11은 도 9에 도시된 본 출원의 열관리 부재의 A-A 단면도를 도시한다;
도 12는 본 출원의 배터리 제조 방법의 일부 실시예의 개략적인 흐름도를 도시한다;
도 13은 본 출원의 배터리 제조 장치의 일부 실시예의 개략적인 구조도를 도시한다.
본 출원의 목적, 기술 방안 및 이점을 보다 명확하게 하기 위하여, 다음은 본 출원의 여러 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 출원의 실시예의 기술 방안에 대하여 명확하고 완전하게 설명하며, 설명된 실시예는 본 출원의 일부 실시예일 뿐 전부는 아님을 이해해야 한다. 본 출원에 기재된 실시예에 기초하여, 창의적인 노력을 들이지 않고 본 분야의 기술자에 의해 획득된 다른 모든 실시예는 본 출원의 보호 범위에 속한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 출원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 분야의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다; 본 출원에서 본 출원의 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니다; 본 출원의 상세한 설명, 청구 범위 및 첨부 도면의 설명에서 "포괄", "포함", "있음", "구비", "함유", "함유" 등의 용어는 제한이 없는 용어이다. 따라서, 예를 들어, 하나 이상의 단계 또는 요소를 "포괄", "포함", "있음"하는 방법 또는 장치는, 하나 이상의 단계 또는 요소를 갖고, 이 하나 이상의 단계 또는 요소만을 갖는 것으로 제한되지는 않는다. 본 출원의 상세한 설명, 청구 범위 및 첨부 도면에서, "제1", "제2" 등은 단지 서로 다른 대상을 구별하기 위해 사용된 것으로, 특정 순서 또는 주종 관계를 설명하기 위함이 아니다. 또한, "제1", "제2"는 단지 설명의 목적으로 사용되며, 상대적인 중요성을 나타내거나 암시하거나, 또는 지시된 기술 특징의 개수를 암시하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 따라서 "제1", "제2"로 정의된 특징은 하나 이상의 특징을 명시적으로 또는 묵시적으로 포함할 수 있다. 본 출원의 설명에서, "복수"는 달리 명시적으로 그리고 구체적으로 정의되지 않는 한 둘 이상을 의미한다.
본 출원의 설명에서, 기술 용어 "중심", "가로방향", "길이", “폭”, "상", "하", "전", "후", "좌", "우", "수직", "수평", "상부", “바닥부”, “내”, “외”, "축방향", "반경방향", “원주방향” 등이 지시하는 방위 또는 위치 관계는 첨부 도면에 도시된 방위 또는 위치 관계를 기반으로 본출원을 설명하고 설명을 간략화하기 위함일 뿐, 표시된 장치 또는 구성 요소가 특정의 방향을 갖거나, 특정 방향의 구조 및 작동해야 하는 것이 아니므로, 본 출원의 실시예에 대한 제한으로 해석되어서는 안 된다.
본 출원의 설명에서, 달리 명백하게 규정 및 한정하지 않는 한 "장착", "상호 연결", "연결", “부착”이라는 용어는 넓은 의미로 해석되어야 한다. 예를 들어, 고정 연결, 탈착식 연결, 일체형 연결이 될 수 있으며; 직접 연결 또는 중간 매체를 통한 간접 연결, 두 구성 요소 내부의 연통일 수 있다. 본 분야의 기술자는 특정 상황에 따라 본 출원의 실시예에서 상기 용어들의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.
본 명세서에서 언급된 "실시예"는 실시예를 결합하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 출원의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 다양한 위치에 있는 이 문구의 출현이 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니며, 다른 실시예와 상호 배타적인 별도의 또는 대안적인 실시예를 지칭하는 것도 아니다. 본 분야의 기술자는 본 명세서에 설명된 실시예가 다른 실시예와 결합될 수 있다는 것을 명시적으로 그리고 묵시적으로 이해한다.
전술한 바와 같이, "포괄/포함"이라는 용어가 본 명세서에서 사용될 때, 명시된 특징, 정수, 단계 또는 구성 요소의 존재를 명확하게 나타내기 위해 사용되지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 구성 요소 또는 그룹된 특징, 정수, 단계, 구성 요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것을 강조해야 한다. 본 출원에서 사용된 단수형 "한 개", "하나" 및 "그"는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 "하나" 및 "한 개"라는 단어는 하나를 의미할 수 있지만, 또한 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 의미와 일치할 수 있다. 용어 "약"은 일반적으로 언급된 숫자에 10%를 더하거나 뺀 것을 의미하며, 또는 더 구체적으로 5%를 더하거나 뺀 것을 의미한다. 특허 청구 범위에서 사용된 용어 "또는"은 명시적으로 언급되지 않는 한 대체적인 방안만을 지칭하며, 그렇지 않으면 "및/또는"을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 연관된 개체를 설명하기 위한 연관 관계일 뿐이며, 3 유형의 관계가 존재하는 것을 표시할 수 있다. 예를 들어, A 및/또는 B는: A가 단독으로 존재하고, A와 B가 동시에 존재하고, B가 단독으로 존재하는 3가지 경우를 표시할 수 있다. 또한 본 명세서에서 "/" 문자는 일반적으로 전후의 관련 개체가 "또는" 관계임을 나타낸다.
이 분야에서 언급되는 배터리는 재충전 여부에 따라 일회용 배터리와 충전식 배터리로 나눌 수 있다. 일회용 배터리(Primary Battery)는 일반적으로 "일회용품" 배터리 및 기본 배터리로 알려져 있다. 왜냐하면 전원이 소진된 후에는 재충전하여 사용할 수 없고 폐기만 할 수 있기 때문이다. 충전식 배터리는 2차 배터리(Secondary Battery) 또는 2급 배터리, 저장 배터리라고 한다. 충전식 배터리의 재료와 공정은 일회용 배터리와 다르며, 충전 후 여러 번 재활용할 수 있고, 충전식 배터리의 출력 전류 부하 용량이 대부분의 일회용 배터리보다 높다는 장점이 있다. 현재 흔히 볼 수 있는 충전식 배터리의 종류는 납축 배터리, 니켈 수소 배터리, 리튬 이온 배터리이다. 리튬 이온 배터리는 경량, 대용량(용량은 같은 무게의 니켈 수소 배터리의 1.5~2배), 메모리 효과가 없는 등의 장점이 있으며, 또한 자기 방전율이 매우 낮아 비교적 고가임에도 불구하고 여전히 널리 사용되고 있다. 리튬 이온 배터리는 순수 전기차와 하이브리드 자동차에도 사용되는데, 이 용도로 사용되는 리튬 이온 배터리는 용량이 상대적으로 작지만 출력과 충전 전류가 더 크며 수명이 더 긴 경우도 있지만 가격이 비싸다.
본 출원의 실시예에서 설명된 배터리는 충전식 배터리를 의미한다. 이하, 주로 리튬 이온 배터리를 예로 들어 본 출원에 개시된 실시예를 설명한다. 본 출원에 개시된 실시예는 임의의 다른 적합한 유형의 충전식 배터리에 적용 가능하다. 본 출원에 개시된 실시예에서 언급된 배터리는 적절한 장치에 직접적 또는 간접적으로 사용되어 그 장치에 전원을 공급할 수 있다.
본 출원에 개시된 실시예에서 언급된 배터리는 더 높은 전압 및 용량을 제공하기 위해 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 단일 물리적 모듈을 의미한다. 배터리 셀은 배터리의 기본 유닛으로, 일반적으로 포장 방법에 따라 원통형 배터리 셀, 각형 배터리 셀 및 소프트 팩 배터리 셀의 세 가지 유형으로 나뉜다. 다음은 주로 사각형 배터리 셀에 중점을 둔다. 후술하는 실시예는 적어도 일부 측면에서 원통형 또는 소프트 팩 배터리 셀에도 적용할 수 있다.
배터리 셀은 양극편, 음극편, 전해액 및 분리막을 포함한다. 리튬 이온 배터리 셀은 주로 양극편과 음극편 사이의 리튬 이온 이동에 의존하여 작동한다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리 셀은 삽입된 리튬 화합물을 전극 재료로 사용한다. 현재 리튬 이온 배터리에 사용되는 주요 양극 재료는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 망간산 리튬(LiMn2O4), 니켈산 리튬(LiNiO2) 및 리튬 인산철(LiFePO4)이다. 양극편과 음극편 사이에 분리막을 설치하여 3층의 재료로 이루어진 박막 구조를 형성한다. 박막 구조는 일반적으로 권선 또는 적층하여 원하는 형상의 전극 조립체로 만들어진다. 예를 들어, 원통형 배터리 셀의 3층 재료의 박막 구조는 원통형 전극 조립체로 감겨 있는 반면, 각형 배터리 셀의 박막 구조는 감겨지거나 혹은 적층되어 대략 직육면체 형태의 전극 조립체를 형성한다.
일반적인 배터리 셀 구조에서, 배터리 셀은 케이스, 전극 조립체 및 전해액을 포함한다. 전극 조립체는 배터리 셀의 케이스에 수용되며, 전극 조립체는 양극편, 음극편 및 분리막을 포함한다. 분리막의 재질은 PP 또는 PE 등일 수 있다. 전극 조립체는 권선 구조 또는 적층 구조일 수 있다. 케이스는 하우징 및 커버판을 포함할 수 있다. 하우징은 복수의 벽에 의해 형성된 수용 캐비티 및 개구부를 포함한다. 커버판은 개구부에 배치되어 수용 캐비티를 폐쇄한다. 수용 캐비티에는 전극 조립체 외에 전해액도 수용된다. 전극 조립체의 양극편과 음극편은 탭을 포함한다. 구체적으로, 양극편은 양극 집전체 및 양극 활물질층을 포함하고, 양극 활물질층은 양극 집전체의 표면에 코팅되며, 양극 활물질층이 코팅되지 않은 양극 집전체는 양극 활물질층이 코팅된 양극 집전체로부터 돌출되며, 양극 활물질층이 코팅되지 않은 양극 집전체는 양극 탭으로 사용되며, 양극 집전체의 재료는 알루미늄일 수 있고 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물, 리튬 인산철, 삼원 리튬 또는 망간산 리튬 등일 수 있다; 음극편은 음극 집전체 및 음극 활물질층을 포함하고, 음극 활물질층은 음극 집전체의 표면에 코팅되며, 음극 활물질층이 코팅되지 않은 음극 집전체는 음극 활물질층이 코팅된 음극 집전체로부터 돌출되며, 음극 활물질층이 코팅되지 않은 음극 집전체는 음극 탭으로 사용된다. 음극 집전체의 재료는 구리일 수 있고, 음극 활물질은 탄소 또는 실리콘 등일 수 있다. 큰 전류가 퓨징 없이 흐르도록 하기 위해 양극 탭의 개수는 복수이고 함께 적층되며, 음극 탭의 개수는 복수이고 함께 적층된다. 탭은 연결 부재를 통해 배터리 셀 외부에 위치하는 양극 단자 및 음극 단자와 전기적으로 연결된다. 각형 배터리 셀의 경우, 일반적으로 전극 단자는 커버판 부분에 설치된다. 복수의 배터리 셀은 전극 단자를 통해 직렬 및/또는 병렬로 함께 연결되어 다양한 시나리오에 사용된다.
전기 자동차와 같은 일부 고전력 응용 분야에서 배터리 적용에는 배터리 셀, 배터리 모듈 및 배터리 팩의 세 가지 수준이 있다. 배터리 모듈은 외부 충격, 열, 진동 등으로부터 배터리 셀을 보호하기 위해 일정 수의 배터리 셀을 전기적으로 함께 연결하고 프레임에 넣어 형성한다. 배터리 팩은 전기차에 탑재되는 배터리 시스템의 최종 상태이다. 배터리 팩은 일반적으로 하나 이상의 배터리 셀을 포장하는데 사용되는 박스 본체를 포함한다. 박스 본체는 액체 또는 기타 이물질이 배터리 셀의 충전 또는 방전에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 현재 대부분의 배터리 팩은 하나 이상의 배터리 모듈에 배터리 관리 시스템(BMS), 열관리 부재 등과 같은 다양한 제어 및 보호 시스템을 조립하여 제작된다. 배터리 분야의 기술이 발전함에 따라, 배터리 모듈의 단계를 생략할 수 있게 되었다. 즉, 배터리 셀로부터 배터리 팩을 직접 형성할 수 있다. 이러한 개선을 통해 배터리 시스템은 중량 에너지 밀도 및 체적 에너지 밀도를 개선함과 동시에 부품 수를 크게 줄일 수 있다. 본 출원에서 언급된 배터리는 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 포함한다.
일반적으로, 배터리는 배터리 셀 외에 커버 본체, 절연부, 배터리 관리 유닛을 더 포함한다. 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 데 사용되는 버스 부재는 일반적으로 커버 본체와 배터리 셀 사이에 설치되며, 이러한 설치는 배터리의 전체 부피를 더 크게 만든다. 또한, 버스 부재는 일반적으로 박스 본체에 밀폐되므로 버스 부재와 전기적으로 연결되는 배터리 관리 유닛도 배터리의 박스 본체 내에 설치해야 하며(커버 본체는 예를 들어 박스 본체의 일부임), 이는 배터리의 박스 본체를 더 크게 만들고, 또한 배터리 관리 유닛이 박스 내에 밀폐되게 하므로 후속 유지 보수 및 교체가 불편하다.
버스 부재는 커버 본체와 배터리 셀 사이에 설치한다라는 이러한 설계 개념을 바꾸려면, 연구자 및 본 분야의 기술자가 다양한 기술적 문제를 해결하고 기술적 편견을 극복해야 하는데, 이는 결코 쉬운 일이 아니다.
이 문제를 해결하기 위해, 많은 연구자들이 쉽게 생각할 수 있는 것은 박스 본체의 분리성을 개선하여 배터리 관리 유닛을 수리하기 위해 나중에 박스 본체를 쉽게 열 수 있도록 이 기술적 문제를 해결하는 것이다. 즉, 전술한 다양한 문제점 또는 기타 다양한 문제점의 존재로 인한 기술적 편견으로 인해, 본 분야의 기술자는 이러한 문제를 해결하기 위해 버스 부재를 커버 본체에 내장하는 것을 쉽게 생각하지 못할 것이다. 이는 또한 이러한 설계 변경이 너무 위험하고 어렵기 때문에, 이러한 위험과 어려움을 극복하고 연구자들은 버스 부재 설치 방법을 변경할 수 없다.
상기 언급된 문제점 및 종래 기술의 배터리의 다른 잠재적인 문제점을 해결하거나 적어도 부분적으로 해결하기 위해, 본 출원의 발명자들은 이와 정반대로 많은 연구와 실험을 거쳐 새로운 형태의 배터리를 제안하였다. 본 출원의 실시예에서 설명된 배터리가 적용될 수 있는 장치는 다음을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 휴대폰, 휴대용 기기, 노트북, 배터리 자동차, 전기 자동차, 선박, 우주선, 전기 장난감 및 전동 공구 등, 예를 들어 우주선은 비행기, 로켓, 우주왕복선, 우주선 등을 포함하며, 전기 장난감은 고정식 또는 이동식 전기장난감을 포함하며, 예를 들어, 게임 콘솔, 전기 자동차 장난감, 전기 선박 장난감 및 전기 항공기 장난감 등이 있다. 전동 공구는 금속 절삭 전동 공구, 연삭 전동 공구, 조립 전동 공구 및 철도 전동 공구 등을 포함하며, 예를 들어, 전기 드릴, 전기 그라인더, 전기 렌치, 전기 스크루 드라이버, 전기 해머, 전기 충격 드릴, 콘크리트 진동기 및 전기 대패가 있다.
예를 들어, 도 1은 본 출원의 실시예에 따른 차량(1)의 간단한 개략도를 도시한다. 차량(1)은 연료 차량, 휘발유 차량 또는 신에너지 차량이 될 수 있으며, 신에너지 자동차는 순수 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 장거리 자동차 등이 될 수 있다. 배터리(10)는 차량(1)의 내부에 설치될 수 있으며, 예를 들어, 배터리(10)는 차량(1)의 바닥부 또는 차량의 전방 또는 후방에 설치될 수 있다. 배터리(10)는 차량(1)의 전원 공급에 사용될 수 있고, 예를 들어 배터리(10)는 차량(1)의 작동 전원으로서 사용될 수 있다. 그리고 차량(1)은 제어기(30)와 모터(40)를 더 포함할 수 있다. 제어기(30)는 모터(40)의 전원 공급을 위해 배터리(10)를 제어하는데 사용된다. 예를 들어, 차량(1)의 시동, 탐색 및 구동 시의 작동 전력 요구 사항에 사용된다. 본 출원의 다른 실시예에서, 배터리(10)는 차량(1)의 작동 전원으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 또한 차량(1)의 구동 전원으로 사용되어, 연료 또는 천연 가스를 교체하거나 부분적으로 교체하여 차량(1)에 구동 동력을 제공할 수 있다. 이하에서 언급되는 배터리(10)는 또한 복수의 배터리 셀(20)을 포함하는 배터리 팩으로 이해될 수 있다.
도 2 및 도 3은 각각 본 출원의 실시예에 따른 배터리의 분해도를 도시한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리(10)는 복수의 배터리 셀(20)과, 복수의 배터리 셀(20)을 전기적으로 연결하는 버스 부재(12)를 포함한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(20)이 외부의 액체나 이물질에 의해 침입 또는 부식되는 것을 방지하기 위해, 배터리(10)는 박스 본체(11)를 포함하며, 이는 복수의 배터리 셀 및 기타 필요한 구성 요소를 포장한다. 일부 실시예에서, 박스 본체(11)는 커버 본체(111) 및 박스 쉘(112)을 포함할 수 있다. 커버 본체(111)와 박스 쉘(112)은 함께 기밀하게 조립되어 함께 둘러싸 복수의 배터리 셀(20)을 수용하기 위한 전기 캐비티를 형성한다.
여기서, 버스 부재(12)는 커버 본체(111)에 내장될 수도 있으며, 도 2 내지 도 5는 커버 본체(111)에 내장된 버스 부재(12)의 개략도를 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 커버 본체(111)는 수용 공간(111a)을 포함할 수 있고, 수용 공간(111a)은 버스 부재(12)를 수용할 수 있다. 일부 실시예에서, 수용 공간(111a)은 커버 본체(111)에 형성된 통공일 수 있다. 버스 부재(12)는 적절한 방법에 의해 통공에 고정될 수 있다. 예를 들어, 버스 부재(12)는 커버 본체(111)가 몰딩되기 전에 금형에 로딩되어 커버 본체(111)가 형성된 후에 버스 부재(12)는 커버 본체(111)에 내장될 수 있다.
버스 부재(12)는 커버 본체(111)에서 배터리 셀(20)의 전극 단자(214)(양극 단자(214a) 및 음극 단자(214b)를 포함)에 대응하는 위치에 배치된다. 박스 본체(111)의 배터리 셀(20)이 제자리에 배치된 후, 커버 본체(111)를 박스 쉘(112)에 직접 조립한 다음, 레이저 용접 또는 초음파 용접과 같은 용접 고정 방법을 통해 버스 부재(12)와 배터리 셀(20)의 전극 단자(214)를 전기적으로 연결한다. 그 후, 상기 커버 본체(111)에 부착된 절연부(113)를 통해 적어도 버스 부재(12)를 덮어 포장된 박스 본체(11)를 형성한다.
일부 실시예에서, 절연부(113)는 편상 또는 박판 형상 구조일 수 있고, 절연부(113)의 재질은 PP, PE 또는 PET 등일 수 있고; 일부 다른 실시예에서, 절연 부분(113)은 또한 절연 접착제 또는 절연 페인트 등일 수 있다.
일부 실시예에서, 절연부(113)는 커버 본체(111)에 적용되거나 조립될 수 있다. 예를 들어, 버스 부재(12)와 배터리 셀(20)의 전극 단자(214)를 전기적으로 연결한 후, 버스 부재(12)가 형성된 커버 본체(111) 부분에 절연층을 코팅하여 절연부(113)를 형성할 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, 절연부(113)는 적어도 절연부(113)를 덮도록 커버 본체(111)에 조립되는 부재일 수도 있다. 절연부(113)와 커버 본체(111)는 밀봉되게 조립되어 박스 본체(11)의 밀봉성을 보장할 수 있다. 일부 실시예에서, 코팅된 절연층 또는 조립된 절연 부(113)는 또한 커버 본체(111)의 전체 외표면을 덮을 수 있다.
일부 실시예에서, 절연부(113)는 또한 커버 본체(111)와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연부(113)는 커버 본체(111)의 외측면에서 돌출된 부분으로 형성될 수 있으며, 이 부분의 내부에는 버스 부재(12)를 수용하는 수용 공간(111a)이 형성된다. 이러한 실시예에서, 버스 부재(12)는 또한 몰딩 등과 같은 방법에 의해 커버 본체(111)에 내장되거나, 또는 커버 본체(111)가 형성된 후에 커버 본체(111)에 조립될 수 있다. 이 경우, 후술하는 바와 같이 버스 부재(12)는 저항 용접 등에 의해 배터리 셀(20)의 전극 단자(214)와 전기적으로 연결될 수 있다.
전술한 실시예에서 설명한 커버 본체(111)에 버스 부재(12)를 내장하는 배치에 따르면, 배터리(10)의 안전성에 영향을 미치지 않거나 심지어 배터리의 안전성을 개선할 수 있는 동시에 배터리(10)의 부피를 크게 감소시켜, 배터리(10)의 체적 에너지 밀도를 증가시킨다. 또한, 이 방법은 또한 배터리(10)의 조립 난이도를 감소시켜 조립 비용을 절감할 수 있다. 또한, 버스 부재(12)를 커버 본체(111)에 내장함으로써 전술한 배터리 관리 유닛을 적어도 부분적으로 전기 캐비티(11a)의 외부에 배치할 수도 있다.
구체적으로, 종래의 배터리의 경우, 커버 본체(111)와 박스 쉘(112)을 밀봉하기 전에 전기 캐비티(11a) 내의 구성 요소를 적절하게 연결해야 한다. 여기서 연결은 버스 부재(12)와 전극 단자(214)의 연결과 배터리 관리 유닛과 버스 부재(12)의 연결을 포함한다. 즉, 종래의 배터리에서 배터리 관리 유닛은 밀봉된 박스 본체(11)에 포장된다. 하지만 배터리 관리 유닛은 다른 부품에 비해 취약한 부품이다. 배터리 관리 유닛이 손상되거나 결함이 있는 경우 교체를 위해 밀봉된 박스 본체(11)를 열어야 하므로 시간이 많이 걸리고 힘이 드는 동시에 박스 본체(11)의 밀봉성에도 영향을 미친다.
종래의 배터리와 달리, 버스 부재(12)가 커버 본체(111)에 내장되는 경우, 배터리 관리 유닛은 적어도 부분적으로 전기 캐비티(11a)의 외부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 유닛의 제어부(미도시)와 버스 부재(12) 사이의 전기 연결 부재(151) 중 적어도 하나는 도 3에 도시된 바와 같이 커버 본체(111)에 내장될 수도 있다. 제어부는 커버 본체(111)와 일체화된 수용 부분에 수용될 수 있다. 이 경우, 배터리 관리 유닛의 제어부 또는 전기 연결 부재(151)가 고장 나면, 박스 본체(11)를 열지 않고 유지보수를 할 수 있어 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 동시에 박스 본체(11)의 밀봉성이 영향을 받지 않도록 보장할 수 있어서 배터리의 안전 성능과 사용자 경험이 향상된다. 일부 실시예에서, 전기 연결 부재(151)는 예를 들어 회로 기판(예: 인쇄 회로 기판 또는 연성 회로 기판), 케이블, 와이어, 도전성 시트 또는 도전성 바 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 여기서, 전기 연결 부재(151)는 복수의 배터리 셀(20)과 전기적으로 연결되어 복수의 배터리 셀(20)의 온도 또는 전압 신호를 수집한다.
도 6은 도 4의 B 부분의 부분 확대도로서, 도 6에서 배터리 셀(20) 아래쪽에 열관리 부재(13)가 설치되고, 또한 배터리 셀(20) 아래쪽에 또한 2개의 캐비티, 즉 수집 캐비티(11b)와 회피 캐비티(134a)가 구비된 것을 볼 수 있다. 회피 캐비티(134a)는 배터리 셀의 감압 기구(213)의 작동을 위한 공간을 제공한다. 수집 캐비티(11b)는 배출물을 수집하는 데 사용되며, 그는 밀봉되거나 밀봉되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 수집 캐비티(11b)는 공기 또는 다른 가스를 포함할 수 있다. 선택적으로, 수집 캐비티(11b)는 또한 냉각 매체와 같은 액체를 포함할 수 있거나, 액체를 수용하기 위한 구성 요소를 설치하여 수집 캐비티(11b)로 유입되는 배출물의 온도를 더 낮춘다. 추가로 선택적으로, 수집 캐비티(11b) 내의 기체 또는 액체는 순환된다. 열관리 부재(13)와 이중 캐비티 구조의 역할 및 구조를 이해하기 위해서는, 먼저 도 7 및 도 8을 참조하여 배터리 셀(20)의 구조를 설명할 필요가 있다.
도 7 및 도 8은 각각 다른 각도에서 본 배터리 셀(20)의 사시도를 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 출원에 따른 배터리 셀(20)에서 전극 조립체는 배터리 셀(20)의 케이스에 수용된다. 케이스는 하우징(211)과 커버판(212)를 포함한다. 하우징(211)은 복수의 벽에 의해 형성된 수용 캐비티 및 개구부를 포함한다. 커버판(212)은 개구부에 배치되어 수용 캐비티를 폐쇄한다. 수용 캐비티는 전극 조립체 외에 또한 전해액을 수용한다. 전극 조립체의 양극편과 음극편에는 일반적으로 탭이 설치된다. 탭은 일반적으로 양극탭과 음극탭을 포함한다. 탭은 연결 부재를 통해 배터리 셀(20) 외부에 위치한 전극 단자(214)와 전기적으로 연결된다. 전극 단자(214)는 일반적으로 양극 단자(214a)와 음극 단자(214b)를 포함한다. 본 출원의 배터리(10)의 배터리 셀(20) 중 적어도 하나의 배터리 셀(20)은 감압 기구(213)를 포함한다. 일부 실시예에서, 감압 기구(213)는 복수의 배터리 셀(20) 중 배터리(10) 내의 위치로 인해 열 폭주에 더 민감할 수 있는 배터리 셀(20)에 설치될 수 있다. 물론, 배터리(10)의 각 배터리 셀(20)에 감압 기구(213)를 설치하는 것도 가능하다.
감압 기구(213)는 배터리 셀(20)의 내부 압력 또는 온도가 미리 정해진 임계값에 도달하면 내부 압력 및/또는 내부 물질을 방출하도록 작동되는 구성 요소 또는 부품을 의미한다. 본 출원에서 언급된 임계값은 압력 임계값 또는 온도 임계값일 수 있으며, 임계값의 설계는 다양한 설계 요구사항에 따라 변한다. 예를 들어, 임계값은 위험 또는 폭주의 위험이 있다고 판단되는 배터리 셀(20)의 내부 압력 또는 내부 온도 값에 기초하여 설계 또는 결정될 수 있다. 또한, 임계값은 배터리 셀(20)의 양극편, 음극편, 전해액 및 분리막의 하나 이상의 재료에 의존할 수 있다. 즉, 감압 기구(213)는 그가 위치한 적어도 하나의 배터리 셀(20)의 내부 압력 또는 온도가 임계값에 도달하면 작동하여 배터리 내부의 압력을 방출하여 더 위험한 사고를 방지하는 데 사용된다. 전술한 바와 같이, 감압 기구(213)는 방폭 밸브, 가스 밸브, 감압 밸브 또는 안전 밸브 등으로도 불릴 수 있으며, 구체적으로 압력 감지 또는 온도 감지의 구성 요소 또는 구조를 채택할 수 있다. 즉, 배터리 셀(20)의 내부 압력 또는 온도가 소정의 임계값에 도달하면, 감압 기구(213)는 동작을 수행하거나 감압 기구에 설치된 박약 구조가 파손되어 내부 압력 방출을 위한 개구 또는 통로를 형성한다. 버스 부재(12)는 버스바 또는 버스 등으로도 불리며, 복수의 배터리 셀(20)을 직렬 및/또는 병렬로 전기적으로 연결하는 부품이다. 복수의 배터리 셀(20)은 버스 부재(12)를 통해 직렬 및 병렬로 연결된 후에 더 높은 전압을 가지므로 버스 부재(12)가 구비된 측은 때때로 고압 측으로 지칭된다.
본 출원에서 언급된 "작동"은 감압 기구(213)가 동작을 발생하거나 일정한 상태로 활성화되어 배터리 셀(20)의 내부 압력이 방출되는 것을 의미한다. 감압 기구(213)에 의해 발생된 동작은 감압 기구(213)의 적어도 일부가 파열, 파손, 찢어지거나 개방되는 것을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 감압 기구(213)가 작동되면, 배터리 셀(20) 내부의 고온 고압 물질은 배출물로서 작동되는 부위로부터 배출된다. 이러한 방식으로, 제어 가능한 압력 또는 온도 조건 하에서 배터리 셀(20)은 감압되어 잠재적으로 더 심각한 사고를 회피할 수 있다. 본 출원에서 언급된 배터리 셀(20)로부터의 배출물에는 전해액, 용해 또는 분열된 양극편 및 음극편, 분리막의 파편, 반응에 의해 생성된 고온 고압 가스, 화염 등이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다. 고온 고압의 배출물은 감압 기구(213)가 설치된 배터리 셀(20) 방향으로 배출되며, 또한 보다 구체적으로 감압 기구(213)가 작동되는 영역 방향으로 배출될 수 있으며, 그러한 배출물의 위력과 파괴력은 상당할 수 있으며, 심지어 그 방향에서 커버 본체(111) 등과 같은 하나 이상의 구조물을 뚫기에 충분할 수 있다.
종래의 배터리와 달리, 본 출원의 실시예에 따른 배터리(10)의 감압 기구(213)와 버스 부재(12)는 배터리 셀(20)의 서로 다른 측면에 각각 배치된다. 즉, 일반적으로 버스 부재(12)는 커버판(212)이 위치하는 상부측에 배치되고, 본 출원의 실시예에 따른 배터리 셀(20)의 감압 기구(213)는 상부측과 다른 적절한 일측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8은 감압 기구(213)가 버스 부재(12)의 반대측에 배치되는 것을 도시한다. 실제로, 감압 기구(213)는 아래에서 더 설명되는 바와 같이 배터리 셀(20)의 하우징(211)의 임의의 하나 이상의 벽에 배치될 수 있다.
한편, 예를 들어, 배터리(10)가 전기 자동차 등에 적용될 때, 버스 부재(12)가 설치되는 고압측은 배선 및 기타 관계로 인해 일반적으로 운전석에 인접한 측에 배치되고, 감압 기구(213)를 그와 다른 측에 배치함으로써, 감압 기구(213)가 작동될 때 배터리 셀(20)의 배출물이 버스 부재(12)로부터 멀어지는 방향으로 배출될 수 있게 하고, 도 6에 도시된 회피 캐비티(134a)에서 화살표로 표시된 바와 같이, 배출물은 실질적으로 부채꼴 방향으로 버스 부재(12)로부터 멀어지는 방향으로 배출될 것이다. 이러한 방식으로 배출물이 운전석으로 배출되어 탑승자의 안전을 위협하는 숨겨진 위험이 제거되어 배터리(10)의 사용 안전 계수가 크게 향상된다.
다른 한편, 배출물은 다양한 도전성 액체 또는 고체를 포함하기 때문에, 버스 부재(12)와 감압 기구(213)를 같은 측에 배치하는 것은 배출물이 고압의 양극 및 음극을 직접 도통하여 단락을 유발할 수 있는 큰 위험이 있다. 단락에 의해 야기되는 일련의 연쇄 반응은 배터리(10) 내의 모든 배터리 셀(20)의 열 폭주 또는 폭발을 유발할 수 있다. 버스 부재(12)와 감압기구(213)를 서로 다른 측에 배치하여 배출물이 버스 부재(12)에서 멀어지는 방향으로 배출되도록 함으로써 전술한 문제를 방지하여 배터리(10)의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 도 9 내지 도 11은 일부 실시예의 열관리 부재(13)의 상이한 각도의 도면 및 단면도를 도시하고, 다음은 도 9 내지 도 11과 참조하여 열관리 부재(13)를 설명한다.
본 출원에서 열관리 부재(13)는 배터리 셀(20)의 온도를 관리 및 조절할 수 있는 부품을 의미한다. 열관리 부재(13)는 배터리 셀(20)의 온도를 관리 및 조절하기 위한 유체를 수용할 수 있다. 여기서 유체는 액체 또는 기체일 수 있다. 온도의 관리 및 조절은 복수의 배터리 셀(20)을 가열하거나 냉각하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(20)의 냉각하거나 온도를 낮추는 경우, 열관리 부재(13)는 냉각 유체를 수용하여 복수의 배터리 셀(20)의 온도를 낮추는 데 사용되며, 이때 열관리 부재(13)는 또한 냉각 부품, 냉각 시스템 또는 냉각판 등으로도 지칭되며, 그 안에 수용된 유체는 냉각 매체 또는 냉각 유체라고도 지칭될 수 있다. 보다 구체적으로, 냉각 액체 또는 냉각 가스라고 부를 수 있으며, 여기서 냉각 매체는 더 나은 온도 조절을 달성하기 위해 순환되도록 설계될 수 있다. 냉각 매체는 구체적으로 물, 물과 에틸렌 글리콜의 혼합물, 또는 공기 등과 같은 것이 사용될 수 있다. 냉각의 효율성을 달성하기 위해, 열관리 부재(13)는 일반적으로 열 전도성 실리콘과 같은 방법에 의해 배터리 셀(20)에 부착된다. 또한, 열관리 부재(13)는 복수의 배터리 셀(20)의 온도를 올리기 위한 가열에 사용될 수 있다. 예를 들어, 추운 겨울 온도의 일부 지역에서 전기 자동차를 시동하기 전에 배터리(10)를 가열하면 배터리 성능을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 열관리 부재(13)는 한 쌍의 열전도판 및 한 쌍의 열전도판 사이에 형성된 유로(133)를 포함할 수 있다. 이하 설명의 편의상, 상기 한 쌍의 열전도판을 복수의 배터리 셀(20)에 부착되는 제1 열전도판(131) 및 배터리 셀(20)과 이격되는 제1 열전도판(131)의 일측에 배치된 제2 열전도판(132)이라고 칭한다. 유로(133)는 유체를 수용하고 그 내부에서 유체가 흐르도록 하기 위해 사용된다. 일부 실시예에서, 제1 열전도판(131), 제2 열전도판(132) 및 유로(133)를 포함하는 열관리 부재(13)는 블로우 몰딩과 같은 적절한 공정에 의해 일체로 형성되거나, 또는 제1 열전도판(131) 및 제2 열전도판(132)은 용접(예를 들어, 브레이징)에 의해 함께 조립된다. 일부 대안적인 실시예에서, 제1 열전도판(131), 제2 열전도판(132) 및 유로(133)는 또한 별도로 형성되고 함께 조립되어 열관리 부재(13)를 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 열관리 부재(13)는 복수의 배터리 셀을 수용하기 위한 박스 본체(11)의 일부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 열관리 부재(13)는 박스 본체(11)의 박스 쉘(112)의 바닥부(미도시)일 수 있다. 박스 쉘(112)는 바닥부 외에 측면부(112b)를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 측면부(112b)는 프레임 구조로 형성되고 열관리 부재(13)와 함께 조립되어 박스 쉘(112)을 형성할 수 있다. 이러한 방식은, 배터리(10)의 구조를 보다 콤팩트하게 할 수 있고, 공간의 유효 활용을 향상시킬 수 있고, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
열관리 부재(13)와 측면부(112b)는 밀봉 링과 같은 밀봉 부재 및 패스너 등을 통해 함께 기밀하게 조립될 수 있다. 밀봉 효과를 향상시키기 위해 패스너는 FDS 플로우 드릴 나사를 사용할 수 있다. 물론, 이 밀봉 조립 방법은 예시일 뿐이며, 본 출원 내용의 보호 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 다른 적절한 조립 방법도 가능하다. 예를 들어, 일부 대안적인 실시예에서, 열관리 부재(13)는 접합과 같은 적절한 방법에 의해 함께 조립될 수 있다.
일부 대안적인 실시예에서, 열 관리 부재(13)는 또한 측면부(112b)와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 박스 본체(11)의 박스 쉘(112)은 일체로 형성될 수 있다. 이러한 성형 방법은 박스 쉘(112)의 강도를 높일 수 있고, 누수가 발생하기 쉽지 않다. 다른 실시예에서 박스 쉘(112)의 측면부(112b)는 커버 본체(111)와 일체로 형성될 수도 있다. 즉, 이 경우 커버 본체(111)는 열관리 부재(13)에 의해 폐쇄될 수 있는 하부 개구를 갖는 구조를 구성한다.
즉, 열관리 부재(13)와 박스 본체(11)의 관계는 다양할 수 있다. 예를 들어, 일부 대안적인 실시예에서, 열관리 부재(13)는 박스 본체(11)의 박스 쉘(112)의 일부가 아니라, 커버 본체(111)를 향해 박스 쉘(112)의 측면에 조립된 하나의 부품일 수 있다. 이 방법은 박스 본체(11)를 기밀하게 유지하는 데 더 도움이 된다. 또한 일부 대안적인 실시예에서, 열관리 부재(13)는 또한 적절한 방법으로 박스 쉘(112)의 내측에 통합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 감압 기구(213)가 작동될 때, 감압 기구(213)의 위치에 대응하는 배터리 셀(20) 외부에 회피 구조(134)를 설치하여, 감압 기구(213)가 원활하게 작동하여 제 기능을 수행하게 할 필요가 있다. 일부 실시예에서, 회피 구조(134)는 열관리 부재(13) 상에 배치될 수 있고, 이에 의해 열 관리 부재(13)가 복수의 배터리 셀(20)에 부착되는 경우 회피 구조(134)와 감압 기구(213) 사이에 회피 캐비티(134a)가 형성될 수 있다. 즉, 본 출원에서 언급된 회피 캐비티(134a)는 회피 구조(134)와 감압 기구(213)에 의해 함께 형성되는 폐쇄 캐비티를 의미한다. 이 방안에서, 배터리 셀(20)로부터의 배출물의 배출을 위해, 회피 캐비티(134a)의 입구측 표면은 감압 기구(213)의 작동에 의해 개방될 수 있고, 입구측의 표면과 반대되는 출구측 표면은 고온 고압의 배출물로 인해 부분적으로 파손되고 개방되어 배출물을 위한 배출 통로를 형성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 회피 캐비티(134a)는, 예를 들어, 회피 구조(134)와 감압 기구(213)가 함께 형성되는 밀폐되지 않은 캐비티일 수 있고, 밀폐되지 않은 캐비티의 출구측 표면에는 원래부터 배출물이 흘러나올 수 있는 통로가 있을 수 있다.
계속해서 도 9-11을 참조하면, 도면에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제1 열전도판(131)과 제2 열전도판(132)에는 유로(133)에 대응하는 반홈 구조가 각각 형성될 수 있고, 또한 제1 열전도판(131)과 제2 열전도판(132)의 반홈 구조는 서로 정렬된다. 제1 열전도판(131)과 제2 열전도판(132)을 함께 조립함으로써, 제1 열전도판(131)과 제2 열전도판(132)의 반홈 구조를 유로(133)로 결합하고, 또한 최종적으로 열관리 부재(13)를 형성한다.
물론, 위에서 설명된 열관리 부재(13)의 구체적인 구조는 단지 예시적인 것이며, 본 출원의 보호 범위를 제한하려는 의도가 아니다. 임의의 다른 적절한 구조 또는 배열이 또한 가능하다. 예를 들어, 일부 대안적인 실시예에서, 제1 열전도판(131), 제2 열전도판(132) 및 유로(133) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다. 예를 들어, 제2 열전도판(132)은 생략될 수 있다. 즉, 일부 실시예에서 열관리 부재(13)는 제1 열전도판(131) 및 일측에 배치되거나 내부에 내장되는 유로(133)만을 포함할 수 있다.
위의 설명에서 알 수 있듯이, 일부 실시예에서, 감압 기구(213)를 배터리 셀(20)을 기준으로 버스 부재(12)의 다른 측면에 배치하는 경우, 구조를 조정하여 이중 캐비티 구조를 형성할 수 있다. 이중 캐비티는 전술한 배터리 셀(20)의 감압 기구(213)와 회피 구조(134) 사이의 회피 캐비티(134a) 및 수집 캐비티(11b)를 말한다. 이중 캐비티 구조는 감압 기구(213)가 작동될 때 배터리 셀(20)로부터의 배출물이 제어되고 질서 있는 방식으로 적시에 배출될 수 있음을 효과적으로 보장할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 회피 캐비티(134a)는 파손되어 열관리 부재(13)의 유체가 흐르게 하여 배터리 셀(20)로부터의 배출물에 대해 냉각 및 화재를 진압할 수 있도록 하므로, 배터리 셀(20)의 배출물 온도를 빠르게 낮출 수 있어, 배터리(10)의 안전 성능을 향상시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 일부 실시예에서, 열관리 부재(13) 상에 형성된 회피 구조(134)는 회피 바닥벽(134b) 및 회피 캐비티(134a)를 둘러싸는 회피 측벽(134c)을 포함할 수 있음을 알 수 있다. 본 출원에서 회피 바닥벽(134b) 및 회피 측벽(134c)은 회피 캐비티(134a)에 대해 상대적이다. 구체적으로, 회피 바닥벽(134b)은 감압 기구(213)와 대향하는 회피 공간(134a)의 벽을 말하며, 회피 측벽(134c)은 회피 바닥벽(134b)에 인접하고 소정 각도로 회피 공간(134a)을 둘러싸는 벽이다. 일부 실시예에서, 회피 바닥벽(134b)은 제2 열전도판(132)의 일부일 수 있고, 회피 측벽(134c)은 제1 열전도판(131)의 일부일 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 회피 구조(134)는 제1 열전도판(131)의 일부를 제2 열전도판(132) 쪽으로 함몰시켜 개구부를 형성하고, 개구부의 에지를 제2 열전도판(132)과 적절한 고정 방법으로 함께 고정함으로써 형성된다. 감압 기구(213)가 작동되면, 배터리 셀(20)로부터의 배출물이 먼저 회피 캐비티(134a)로 들어간다. 도 6의 회피 캐비티(134a)에서 화살표로 표시된 바와 같이, 배출물은 일반적으로 부채꼴 방향으로 외부로 배출된다.
종래의 열관리 부재와 달리, 본 출원 실시예의 열관리 부재(13)는 감압 기구(213)가 작동될 때 파손되어 배터리 셀(20)로부터의 배출물이 열관리 부재(13)를 통과할 수 있다. 이러한 설치의 장점은 배터리 셀(20)로부터의 고온 고압 배출물이 열관리 부재(13)를 원활하게 통과할 수 있어 배출물이 적시에 배출되지 않아 발생하는 2차 사고를 방지할 수 있어, 배터리(10)의 안전 성능을 향상시킬 수 있다.
배출물이 열관리 부재(13)를 원활하게 통과할 수 있도록, 감압 기구(213)와 대향하는 열관리 부재(13)의 위치에 통공 또는 방출 기구를 설치할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 회피 바닥벽(134b)에, 즉, 제2 열전도판(132) 상에 방출 기구가 설치될 수 있다. 본 출원에서 방출 기구는 감압 기구(213)가 작동될 때 적어도 배터리 셀(20)로부터의 배출물이 열 관리 부재(13)를 통해 배출될 수 있도록 작동될 수 있는 기구를 의미한다. 일부 실시예에서, 방출 기구는 또한 배터리 셀(200) 상의 감압 기구(213)과 동일한 구조를 채택할 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 방출 기구는 제2 열전도판(132)에 배치되고 방출 기구(213)과 동일한 구성을 갖는 기구일 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, 방출 기구는 또한 감압 기구(213)과 다른 구조를 채택하여, 단지 회피 바닥벽(134b)에 설치된 박약 구조일 수 있으며, 박약 구조는 예를 들어 회피 바닥벽(134b)과 일체로 된 얇은 박약부, 노치(예를 들어, 도 9에 도시된 십자형 노치(134d)), 또는 회피 바닥벽(134b)에 장착된 플라스틱과 같은 깨지기 쉬운 재료로 만들어진 취약부 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 또는, 방출 기구는 감지하는 온도 또는 압력이 임계값을 초과할 때 작동되는 온도 또는 압력 감지 방출 기구일 수 있다.
일부 실시예에서, 배출물이 열관리 부재(13)를 원활하게 통과할 수 있도록 하기 위해, 회피 구조(134)는 또한 열관리 부재(13)를 관통하는 통공일 수 있다. 즉, 회피 구조물(134)은 회피 측벽(134c)만을 가질 수 있고, 또한 회피 측벽(134c)은 통공의 구멍 벽이다. 이 경우, 감압 기구(213)가 작동되면, 배터리 셀(20)로부터의 배출물은 직접 회피 구조(134)를 해 배출될 수 있다. 이러한 방식으로, 2차 고압의 형성을 보다 효과적으로 방지할 수 있어, 배터리(10)의 안전 성능을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 열관리 부재(13)는 또한 감압 기구(213)가 작동될 때 파손되어 유체가 유출될 수 있도록 구성될 수 있다. 유체가 유출되면 배터리 셀(20)의 고온 고압 배출물을 신속하게 냉각하고 화재를 진압함으로써 다른 배터리 셀(20) 및 배터리(10)에 대한 추가 손상을 방지하여 더 심각한 사고가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 회피 측벽(134c)은 또한 배터리 셀(20)로부터의 배출물에 의해 쉽게 손상되도록 형성될 수 있다. 배터리 셀(20)의 상대적으로 큰 내부 압력으로 인해 배터리 셀(20)로부터의 배출물은 대체로 원추형으로 외부로 배출된다. 이 경우, 회피 측벽(134c)과 배출물 사이의 접촉 면적이 증가될 수 있다면, 회피 측벽(134c)이 손상될 가능성을 높일 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 회피 측벽(134c)은 열관리 부재(13)를 향하는 감압 기구(213)의 방향에 대해 소정의 협각을 형성하도록 구성되고, 이 협각은 15° 이상 85° 이하이다. 예를 들어, 도 6에 도시된 소정의 협각은 약 45°이다. 이 협각을 합리적으로 설정함으로써, 회피 측벽(134c)은 감압 기구(213)가 작동될 때 더 쉽게 파손될 수 있고, 더 나아가 유체가 유출되어 배출물과 접촉하여 적시에 배출물을 냉각시키는 효과를 달성할 수 있다. 또한, 소정의 협각은 회피 측벽(134c)이 더 쉽게 형성될 수 있게 할 수 있으며, 예를 들어, 소정의 협각은 일정한 구배 각도를 제공하여, 회피 측벽(134c) 및 전체 제1 열전도판(131)의 제조에 도움을 줄 수 있다.
또한, 회피 측벽(134c)의 이러한 배치는 전술한 회피 캐비티(134a)를 갖는 경우와 회피 구조(134)가 통공인 경우에 적용될 수 있다. 예를 들어, 회피 구조(134)가 통공인 경우, 통공의 직경은 열관리 부재(13)를 향하는 감압 기구(213)의 방향으로 점차 감소할 수 있고, 또한 열관리 부재(13)를 향한 감압 기구(213)의 방향에 대해 통공의 구멍 벽이 형성하는 각도는 15° 이상 85° 이하이다.
물론, 열관리 부재(13)를 향하는 감압 기구(213)의 방향에 대해 회피 측벽(134c)이 소정의 협각을 형성하는 형상은 단지 개략적인 것이며, 본 출원의 보호 범위를 제한하려는 것은 아니다. 감압 기구(213)가 작동될 때 측벽(134c)이 손상되는 것을 도울 수 있는 임의의 다른 적절한 구조도 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 회피 측벽(134c)에는 임의의 유형의 박약 구조가 구비될 수도 있다.
위의 실시예에서는 열관리 부재(13)가 회피 구조(134)를 갖는 경우를 설명하였다. 즉, 위의 실시예에서 언급된 회피 캐비티(134a)는 열관리 부재(13) 상의 회피 구조(134) 및 감압 기구(213)를 통해 형성된다. 회피 캐비티(134a)에 대한 상기 실시예는 단지 예시적이며, 본 출원의 내용의 보호 범위를 제한하도록 의도되지 않으며, 임의의 다른 적절한 구조 또는 배치도 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 대안적인 실시예에서, 열관리 부재(13)는 회피 구조(134)를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 회피 캐비티(134)는, 예를 들어, 감압 기구(213)의 둘레에 형성된 돌출된 부분과 열관리 부재(13)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 감압 기구(213)에 대향하는 열관리 부재(13)의 위치에 부분 방출 기구 또는 박약 구조를 설치하여, 배터리 셀로부터의 배출물이 열관리 부재(13)를 통과 및/또는 파손하게 하여 유체가 유출되도록 할 수 있다.
물론, 일부 실시예에서, 회피 캐비티(134a)를 사용하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 회피 공간이 필요 없이 작동될 수 있는 일부 감압 기구(213)의 경우, 감압 기구(213)은 열관리 부재(13)와 밀접하게 설치될 수 있다. 이러한 감압 기구(213)은 예를 들어 온도 감응형 감압 기구(213)를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 온도 감응형 감압 기구(213)는 배터리 셀(20)의 온도가 임계값에 도달했을 때 작동되어 배터리 셀(20)의 내부 압력을 방출하는 기구이다. 이에 대응하는 것은 감압형 감압 기구(213)이다. 감압형 감압 기구(213)는 전술한 감압 기구(213)이다. 감압형 감압 기구는 배터리 셀(20)의 내부 압력이 임계값에 도달하면 작동하여 배터리 셀(20)의 내부 압력을 방출하는 기구이다.
도 6을 다시 참조하여, 수집 캐비티(11b)에 대해 설명한다. 본 출원에서 수집 캐비티(11b)는 감압 기구(213)가 작동될 때 배터리 셀(20) 및 열관리 부재(13)로부터의 배출물을 수집하는 캐비티를 의미한다. 전술한 바와 같이 회피 공간(134a)이 존재하는 경우, 회피 캐비티(134a)가 열 관리 부재(13)에 의해 수집 캐비티(11b)와 격리될 수 있다. 여기서 "격리"란 분리되어 있는 것을 말하며, 밀봉된 것이 아닐 수 있다. 이 상황은 배출물이 회피 측벽(134c)을 뚫고 빠져나가 유체가 흘러나오도록 하여 배출물의 온도를 더욱 낮추고 화재를 진압함으로써 배터리(10)의 안전 성능을 향상시키는 데 더 유리할 수 있다. 또한, 전술한 회피 구조(134)가 통공인 경우, 회피 캐비티(134a)와 수집 캐비티(11b)는 서로 연통될 수 있다. 이러한 방법은 배출물 배출에 더 유리하므로 2차 고압으로 인한 안전 위험을 피할 수 있다.
일부 실시예에서, 수집 캐비티(11b)는 또한 열관리 부재(13) 외부의 개방된 캐비티일 수 있다. 예를 들어, 열관리 부재(13)가 박스 본체(11)의 박스 쉘(112)의 바닥 부분으로 사용되는 실시예에서, 배터리 셀(20)로부터의 배출물은 열관리 부재(13)를 통과한 후 열관리 부재(13)의 외부 공간으로 직접 배출될 수 있으며, 즉, 박스 본체(11) 외부로 직접 배출될 수 있어 2차 고압의 발생을 방지할 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, 배터리(10)는 또한 보호 부재(115)를 포함할 수 있다. 본 출원에서 보호 부재(115)는 배터리 셀(20)로부터 떨어진 열관리 부재(13) 측에 배치되어 열관리 부재(13) 및 배터리 셀(20)을 보호하는 부품을 지칭한다. 이러한 실시예에서, 수집 캐비티(11b)는 보호 부재(115)와 열관리 부재(13) 사이에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 보호 부재(115)는 박스 본체(11)의 바닥부에 설치되어 보호 역할을 하는 부분일 수 있다. 이러한 방식은 전기 자동차와 같은 배터리(10)의 응용 부위 또는 공간의 보다 다양한 설계를 용이하게 하는 데 도움이 된다. 예를 들어, 일부 전기 자동차의 경우 제조원가를 낮추어 최종 제품의 가격을 낮추기 위해, 사용에 영향을 미치지 않는 경우 보호 부재(115)는 설치하지 않을 수 있다. 필요에 따라 사용자는 보호 부재를 설치할지 여부를 선택할 수 있다. 이 경우, 수집 캐비티(11b)는 전술한 개방된 캐비티를 구성하고, 배터리 셀(20)로부터의 배출물을 배터리(10) 외부로 직접 방출할 수 있다.
일부 실시예에서, 보호 부재(115)는 박스 본체(11)의 박스 쉘(112)의 바닥부일 수 있다. 예를 들어, 열관리 부재(13)는 박스 쉘(112)의 바닥부 역할을 하는 보호 부재(115)에 조립될 수 있고, 또한 열관리 부재(13)는 보호 부재(115)에 조립되고 또한 둘 사이에 간극을 두어 수집 캐비티(11b)를 형성한다. 이 경우, 수집 캐비티(11b)는 배터리 셀(20)로부터의 배출물을 위한 버퍼 캐비티의 역할을 할 수 있다. 수집캐비티(11b)의 배출물 온도, 부피, 압력 중 적어도 하나가 일정 수준 또는 임계값에 도달하면, 보호 부재(115)가 부분적으로 파손되어 수집 캐비티(11b)의 압력이 적시에 방출될 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, 대안적으로 또는 추가적으로 보호 부재(115)와 열관리 부재(13) 사이에 밀봉 부재(예를 들어, 밀봉 링, 밀봉 접착제 등)가 설치되어 수집 캐비티(11b)를 밀봉할 수 있다. 여기서, 밀봉 부재는 또한 수집 캐비티(11b)에서 배출물의 온도, 부피 또는 압력 중 적어도 하나가 일정 수준 또는 임계값에 도달할 때 적어도 부분적으로 파손되고, 적시에 수집 캐비티(11b)의 압력을 방출하여2차 손상을 회피할 수 있다.
일부 대안적인 실시예에서, 보호 부재(115)는 또한 열관리 부재(13)와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 열관리 부재(13)의 외측에 보호 부재(115)가 일체로 형성되고, 보호 부재(115)와 열관리 부재(13) 사이에 간격이 구비되어 수집 캐비티(11b)를 형성한다. 보호 부재(15)에는 박약 구조가 설치될 수 있으며, 이는 수집 캐비티(11b)의 배출물의 온도, 부피, 압력이 일정 수준 또는 임계값에 도달하면 보호 부재(115)는 부분적으로 파손되어 수집 캐비티(11b)의 압력을 적시에 방출할 수 있다. 이러한 방식으로 부품의 수를 더 줄일 수 있어 조립 시간과 조립 비용을 줄일 수 있다.
이상에서는 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 출원 실시예에 따른 배터리를 설명하였고, 다음은 도 12 및 도 13을 참조하여 본 출원 실시예에 따른 배터리 제조 방법 및 장치를 설명하며, 구체적으로 설명되지 않은 부분은 전술한 실시예를 참조할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 출원에서 제공되는 실시예는, 또한 배터리 제조 방법(50)을 제공하며, 이 방법은: 복수의 배터리 셀을 제공하는 단계(51)를 포함하고, 복수의 배터리 셀은 버스 부재를 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구성되며; 커버 본체를 제공하는 단계(52)를 포함하고, 커버 본체는 수용 공간을 포함하고, 수용 공간은 버스 부재를 장착하도록 구성되며; 절연부를 제공하는 단계(53)를 포함하고, 절연부는 커버 본체에 부착되고 또한 적어도 버스 부재를 덮도록 설치된다.
도 13을 참조하면, 본 출원에서 제공되는 실시예는, 또한 배터리 제조 장치(60)를 제공한다. 이 장치는 배터리 셀 제조 모듈(61), 커버 본체 제조 모듈(62) 및 절연부 제조 모듈(63)을 포함한다. 배터리 셀 제조 모듈(61)은 복수의 배터리 셀을 제조하는 데 사용되고, 복수의 배터리 셀은 버스 부재를 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구성되며; 커버 본체 제조 모듈(62)은 커버 본체를 제조하는데 사용되고, 커버 본체는 수용 공간을 포함하고, 수용 공간은 버스 부재를 장착하도록 구성되며; 절연부 제조 모듈(63)은 절연부를 제조하는 데 사용되고, 절연부는 커버 본체에 부착되고 또한 적어도 버스 부재를 덮도록 구성된다.
본 출원의 실시예의 배터리 및 그 관련 장치, 제조 방법, 및 제조 장치는 배터리에서 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는데 사용되는 버스 부재를 커버 본체에 내장되게 설치한다. 이러한 설치는 배터리의 구조를 보다 컴팩트하게 만들고 배터리의 체적 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 또한 버스 부재를 박스 본체 내에 밀봉하는 것이 아니기 때문에, 배터리 관리 유닛의 구조의 일부를 배터리의 박스 본체 외부에 설치할 수 있어 공간을 더욱 절약하고 배터리 크기를 줄이며 배터리 관리 유닛의 유지 보수 및 교체를 용이하게 할 수 있다.
마지막으로, 이상의 실시예는 본 출원의 기술 방안을 설명하기 위해 사용된 것일 뿐, 이를 제한하기 위한 것이 아니라는 것을 유의해야 하며; 본 출원이 전술한 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 본 분야의 기술자는 다음을 이해해야 한다: 전술한 실시예에 기재된 기술 방안을 수정하거나 기술적 특징의 일부에 대해 동등한 대체를 수행하는 것은 여전히 가능하며; 이러한 수정 또는 교체는 상응하는 기술 방안의 본질이 본 출원의 다양한 실시예의 기술 방안의 범위에서 벗어나게 하지 않는다.
1-차량; 10-배터리; 20-배터리 셀; 30-제어기; 40-모터; 11-박스 본체; 11a-전기 캐비티; 11b-수집 캐비티; 12-버스 부재; 13-열관리 부재; 111-커버 본체; 111a-수용 공간; 112-박스 쉘; 112b-측면부; 113-절연부; 115-보호 부재; 131-제1 열전도판; 132-제2 열전도판; 133-유로; 134- 회피 구조; 134a-회피 캐비티; 134b-회피 바닥벽; 134c-회피 측벽; 134d-십자형 노치; 211-하우징; 212-커버판; 213-감압 기구; 214-전극 단자; 214a-양극 단자; 214b-음극 단자.

Claims (20)

  1. 복수의 배터리 셀(20), 커버 본체(111) 및 절연부(113)를 포함하며,
    상기 복수의 배터리 셀(20)은 버스 부재(12)를 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구성되며;
    상기 커버 본체(111)는 수용 공간(111a)을 포함하고, 상기 수용 공간(111a)은 상기 버스 부재(12)를 장착하도록 구성되며;
    상기 절연부(113)는 상기 커버 본체(111)에 부착되고 또한 적어도 상기 버스 부재(12)를 덮도록 설치되는, 배터리(10).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 수용 공간(111a)은 상기 커버 본체(111)에 형성된 통공이며, 상기 버스 부재(12)는 상기 통공을 통과하고 또한 상기 커버 본체(111)에 고정되는, 배터리(10).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 절연부(113)는 상기 커버 본체(111)에 적용되거나 또는 조립되는, 배터리(10).
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 수용 공간(111a)은 상기 커버 본체(111)에 형성된 블라인드 홀이며, 상기 버스 부재(12)는 상기 수용 공간(111a)의 개구를 통해 상기 수용 공간(111a)에 진입할 수 있으며, 또한 상기 버스 부재(12)의 적어도 일부는 상기 수용 공간(111a)에 수용되고, 상기 절연부(113)는 상기 커버 본체(111)와 일체로 형성되는, 배터리(10).
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리는 배터리 관리 유닛을 더 포함하고, 상기 배터리 관리 유닛은 제어 모듈과 전기 연결 부재를 포함하며, 상기 제어 모듈과 상기 버스 부재는 상기 전기 연결 부재를 통해 연결되는, 배터리(10).
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 배터리는 박스 쉘(112)을 더 포함하고, 상기 박스 쉘(112)과 상기 커버 본체(111)는 함께 둘러싸 상기 복수의 배터리 셀(20)을 수용하기 위한 상기 박스 본체(11)를 형성하며, 상기 제어 모듈은 상기 박스 본체(11) 외부에 설치되는, 배터리(10).
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 제어 모듈 및 상기 전기 연결 부재 중 적어도 하나는 상기 커버 본체(111)에 내장되는, 배터리(10).
  8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 연결 부재는 상기 복수의 배터리 셀(20)과 전기적으로 연결되어 상기 복수의 배터리 셀(20)의 온도 또는 전압 신호를 수집하는 회로 기판을 포함하는, 배터리(10).
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀(20) 중 적어도 하나의 배터리 셀(20)은 감압 기구(213)를 포함하고, 상기 감압 기구(213)는 상기 적어도 하나의 배터리 셀(20)의 내부 압력 또는 온도가 임계값에 도달할 때 작동되어 상기 내부 압력을 방출하며;
    그 중에서, 상기 감압 기구(213)와 상기 버스 부재(12)는 상기 적어도 하나의 배터리 셀(20)의 서로 다른 면에 각각 배치되어, 상기 감압 기구(213)가 작동될 때 상기 적어도 하나의 배터리 셀(20)로부터의 배출물을 상기 버스 부재(12)에서 멀어지는 방향으로 배출되게 하는, 배터리(10).
  10. 청구항 9에 있어서, 열관리 부재(13)를 더 포함하고, 상기 열관리 부재(13)는 상기 배터리 셀(20)의 온도를 조절하기 위한 유체를 수용하는데 사용되며, 또한 상기 열관리 부재(13)는 상기 감압 기구(213)가 작동될 때 파손되어 상기 배터리 셀(20)로부터의 배출물이 상기 열관리 부재(13)를 통과하도록 구성되는, 배터리(10).
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 열관리 부재(13)는 상기 감압 기구(213)가 작동될 때 파손되어 상기 유체가 유출되도록 구성되는, 배터리(10).
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 열관리 부재(13)는 회피 구조(134)를 더 포함하며,
    상기 회피 구조(134)는 상기 감압 기구(213)의 작동을 허용하는 공간을 제공하도록 구성되며, 또한
    그 중에서, 상기 열관리 부재(13)는 상기 복수의 배터리 셀(20)에 부착되어, 상기 회피 구조(134)와 상기 감압 기구(213) 사이에 회피 캐비티(134a)를 형성하는, 배터리(10).
  13. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 열관리 부재(13)는 회피 구조(134)를 더 포함하며,
    상기 회피 구조(134)는 상기 감압 기구(213)의 작동을 허용하는 공간을 제공하도록 구성되며, 또한
    그 중에서, 상기 회피 구조(134)는 상기 열관리 부재(13)를 관통하는 통공인, 배터리(10).
  14. 청구항 12에 있어서, 수집 캐비티(11b)를 더 포함하며,
    상기 수집 캐비티(11b)는 상기 감압 기구(213)가 작동될 때 상기 배터리 셀(20) 및 상기 열관리 부재(13)로부터의 배출물을 수집하는 데 사용되며,
    그 중에서, 상기 회피 캐비티(134a) 및 상기 수집 캐비티(11b)는 상기 열관리 부재(13)에 의해 격리되는, 배터리(10).
  15. 청구항 13에 있어서, 수집 캐비티(11b)를 더 포함하며,
    상기 수집 캐비티(11b)는 상기 감압 기구(213)가 작동될 때 상기 배터리 셀(20) 및 상기 열관리 부재(13)로부터의 배출물을 수집하는 데 사용되며,
    그 중에서, 상기 회피 구조(134)와 상기 수집 캐비티(11b)는 서로 연통되는, 배터리(10).
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서, 보호 부재(115)를 더 포함하며,
    상기 보호 부재(115)는 상기 배터리 셀(20)에서 멀어지는 상기 열관리 부재(13)의 일측에 배치되고, 또한 상기 수집 캐비티(11b)는 상기 열관리 부재(13)와 상기 보호 부재(115) 사이에 배치되는, 배터리(10).
  17. 청구항 16에 있어서, 밀봉 부재를 더 포함하며,
    상기 밀봉 부재는 상기 열관리 부재(13)와 상기 보호 부재(115) 사이에 배치되어 상기 수집 캐비티(11b)를 밀봉하는, 배터리(10).
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 전기 에너지를 제공하는데 사용되는, 장치.
  19. 베터리 제조 방법에 있어서, 이 방법은:
    복수의 배터리 셀을 제공하는 것을 포함하고, 상기 복수의 배터리 셀(20)은 버스 부재(12)를 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구성되며;
    커버 본체(111)를 제공하는 것을 포함하고, 상기 커버 본체(111)는 수용 공간(111a)을 포함하고, 상기 수용 공간(111a)은 상기 버스 부재(12)를 장착하도록 구성되며;
    절연부(113)를 제공하는 것을 포함하고, 상기 절연부(113)는 상기 커버 본체(111)에 부착되고 또한 적어도 상기 버스 부재(12)를 덮도록 설치되는, 배터리 제조 방법.
  20. 배터리 셀 제조 모듈, 커버 본체 제조 모듈 및 절연부 제조 모듈을 포함하며,
    상기 배터리 셀 제조 모듈은 복수의 배터리 셀(20)을 제조하는 데 사용되고, 상기 복수의 배터리 셀(20)은 버스 부재(12)를 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구성되며;
    상기 커버 본체 제조 모듈은 커버 본체를 제조하는데 사용되고, 상기 커버 본체(111)는 수용 공간(111a)을 포함하고, 상기 수용 공간(111a)은 상기 버스 부재(12)를 장착하도록 구성되며;
    상기 절연부 제조 모듈은 절연부(113)를 제조하는 데 사용되고, 상기 절연부(113)는 상기 커버 본체(111)에 부착되고 또한 적어도 상기 버스 부재(12)를 덮도록 구성되는, 배터리 제조 장치.
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