KR20220134771A - 배터리, 배터리 모듈, 배터리 팩, 및 전기 차량 - Google Patents

배터리, 배터리 모듈, 배터리 팩, 및 전기 차량 Download PDF

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KR20220134771A
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cell
electrode
core assembly
metal housing
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스차오 후
칭보 펑
옌 주
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비와이디 컴퍼니 리미티드
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Abstract

배터리(100), 배터리 모듈(300), 배터리 팩(200), 및 전기 차량(1000)이 개시된다. 배터리(100)는 금속 하우징(11) 및 그 안에 패키징된 극 코어 컴포넌트 어레이(14)를 포함한다. 극 코어 컴포넌트 어레이(14)는 N행 및 M열의 극 코어 컴포넌트들(12)을 포함한다. 극 코어 컴포넌트(12)는 패키징 필름 및 그 안에 패키징된 적어도 하나의 극 코어를 포함한다. 극 코어 컴포넌트들(12)은 배터리(100)의 길이 방향으로 행으로 배열되고, 각각의 행은 M개의 극 코어 컴포넌트(12)를 포함한다. 극 코어 컴포넌트들(12)은 배터리(100)의 두께 또는 높이 방향으로 열로 배열되고, 각각의 열은 N개의 극 코어 컴포넌트(12)를 포함한다. N개의 극 코어 컴포넌트(12)의 각각의 열은 직렬로 연결되어 극 코어 컴포넌트 스트링들(13)을 형성한다. M개의 극 코어 컴포넌트 스트링(13)은 직렬로 연결된다. M 및 N은 1보다 더 큰 정수들이다. 금속 하우징(11)과 패키징 필름 사이의 기압은 금속 하우징(11) 외부의 기압보다 작다.

Description

배터리, 배터리 모듈, 배터리 팩, 및 전기 차량
관련 출원에 대한 상호 참조
본 개시내용은 2020년 2월 18일자로 BYD Co., Ltd.에 의해 출원된 발명의 명칭이 "CELL, BATTERY MODULE, BATTERY PACK, AND ELECTRIC VEHICLE"인 중국 특허 출원 제202010097965.2호에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 개시내용은 배터리 분야에 속하고, 더 구체적으로, 셀(cell), 배터리 모듈, 배터리 팩, 및 전기 차량에 관한 것이다.
현재, 전기 차량들에 적용되는 배터리 팩들은 일반적으로 셀의 용량을 향상시키기 위해 복수의 셀을 포함한다. 복수의 셀은 배터리 팩의 하우징에 장착된다.
관련 기술에서의 셀은 일반적으로 금속 하우징 및 금속 하우징 내에 캡슐화된 전극 코어들을 포함한다. 또한, 셀의 전압을 향상시키기 위해, 복수의 전극 코어를 직렬로 연결하는 해결책도 있다. 그러나, 현재 직렬 연결의 해결책은 실제 응용에서 특정한 안전 문제를 갖는다.
본 개시내용은 관련 기술에 존재하는 기술적 문제들 중 적어도 하나를 해결하는 것을 목적으로 한다. 이 목적을 위해, 본 개시내용은 더 높은 안전 성능을 갖는 셀을 제공한다.
본 개시내용은 배터리 모듈을 추가로 제공한다.
본 개시내용은 배터리 팩 및 이 배터리 팩을 이용한 전기 차량을 추가로 제공한다.
본 개시내용의 셀은 금속 하우징 및 금속 하우징 내부에 캡슐화된 적어도 하나의 전극 코어 어셈블리 어레이를 포함한다. 전극 코어 어셈블리 어레이는 N행 및 M열의 전극 코어 어셈블리들을 포함한다. 전극 코어 어셈블리들 각각은 캡슐화 필름 및 캡슐화 필름 내부에 캡슐화된 적어도 하나의 전극 코어를 포함한다. 셀의 길이 방향에서, 전극 코어 어셈블리들은 행들로 배열되고, 각각의 행은 M개의 전극 코어 어셈블리를 포함한다. 셀의 두께 또는 높이 방향에서, 전극 코어 어셈블리들은 열들로 배열되고, 각각의 열은 N개의 전극 코어 어셈블리를 포함한다. 각각의 열에서의 N개의 전극 코어 어셈블리는 직렬로 연결되어 전극 코어 어셈블리 스트링을 형성한다. M개의 전극 코어 어셈블리 스트링은 직렬로 연결된다. M 및 N은 1보다 더 큰 정수들이다. 금속 하우징과 캡슐화 필름 사이의 기압은 금속 하우징 외부의 기압보다 낮다.
본 개시내용의 셀에서, 전극 코어는 먼저 캡슐화 필름 내에 캡슐화된 다음, 금속 하우징 내에 캡슐화되어, 2차 밀봉을 달성하여, 캡슐화 필름과 금속 하우징의 이중-층 밀봉 효과를 사용함으로써 밀봉 효과가 효과적으로 향상될 수 있다. 또한, 금속 하우징과 캡슐화 필름 사이의 기압은 금속 하우징 외부의 기압보다 낮아서, 금속 하우징이 내부 전극 코어 어셈블리에 가능한 한 가깝게 되어, 내부 갭을 감소시킴으로써, 전극 코어 어셈블리가 금속 하우징 내에서 이동하는 것을 방지하고 전극 코어 어셈블리들 사이의 상대 변위를 회피한다. 따라서, 집전체 손상, 멤브레인의 주름, 및 활성 재료의 탈락과 같은 경우들이 감소되고, 배터리 전체의 기계적 강도가 향상되고, 셀의 유효 수명이 연장되고, 셀의 안전 성능이 향상된다. 또한, 본 개시내용의 전극 코어 어셈블리들의 배열 방식을 통해, 비교적 긴 셀이 더 편리하게 제조될 수 있어, 비용을 감소시키고 추가로 셀의 방열 효율이 향상되는 것을 보장한다. 따라서, 본 개시내용의 해결책을 사용함으로써, 비교적 길고 강한 셀이 용이하게 구현될 수 있어, 셀이 배터리 팩의 하우징 내에 장착될 때, 배터리 팩 내의 가로 빔 및 세로 빔과 같은 지지 구조체들의 배열이 감소될 수 있다. 셀은 셀을 지지체로서 사용함으로써 배터리 팩의 하우징 내에 직접 장착되어, 배터리 팩의 내부 공간을 감소시키고, 그에 의해 배터리 팩의 체적 이용률을 향상시키며 배터리 팩의 중량을 감소시킨다.
본 개시내용의 추가적인 양태들 및 이점들이 이하의 설명에서 주어질 것이며, 그 중 일부는 이하의 설명으로부터 명백해지거나 또는 본 개시내용의 실시로부터 알 수 있다.
본 개시내용의 전술한 및/또는 추가적인 양태들 및 이점들은 다음의 첨부 도면들을 참조하여 이루어진 실시예들의 설명에서 명백해지고 이해가능하게 될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 셀의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 전극 코어 어셈블리 어레이의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른, 전극 코어 어셈블리 어레이의 전극 코어 어셈블리들이 전기적으로 연결되는 개략도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른, 전극 코어 어셈블리 어레이의 전극 코어 어셈블리들이 전기적으로 연결되는 개략도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 금속 하우징의 제1 표면이 리세스되는 개략도이다.
도 6은 본 개시내용의 실시예에 따른 셀 어레이의 개략적인 구조도이다.
도 7은 본 개시내용의 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 구조도이다.
도 8은 본 개시내용의 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 구조도이다.
도 9는 본 개시내용의 실시예에 따른 전기 차량의 개략도이다.
본 개시내용의 실시예들이 아래에 상세히 설명되고, 실시예들의 예들이 첨부 도면들에 도시되며, 동일하거나 유사한 요소들 또는 동일하거나 유사한 기능들을 갖는 요소들은 설명 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 참조 번호들로 표시된다. 첨부 도면들을 참조하여 아래에 설명되는 실시예들은 예시적이고 단지 본 개시내용을 설명하기 위해 사용되며, 본 개시내용을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 개시내용은 셀(100)을 제공한다. 셀(100)은, 예를 들어, 배터리 팩을 형성하는데 사용되는 셀(100)을 지칭한다. 셀(100)은 금속 하우징(11) 및 금속 하우징(11) 내부에 캡슐화된 적어도 하나의 전극 코어 어셈블리 어레이(14)를 포함한다. 전극 코어 어셈블리 어레이(14)는 N행 및 M열의 전극 코어 어셈블리들(12)을 포함한다. 전극 코어 어셈블리들(12) 각각은 캡슐화 필름 및 캡슐화 필름 내부에 캡슐화된 적어도 하나의 전극 코어를 포함한다. 셀(100)의 길이 방향에서, 전극 코어 어셈블리들(12)은 행들로 배열되고, 각각의 행은 M개의 전극 코어 어셈블리(12)를 포함한다. 셀(100)의 두께 또는 높이 방향에서, 전극 코어 어셈블리들(12)은 열들로 배열되고, 각각의 열은 N개의 전극 코어 어셈블리(12)를 포함한다. 각각의 열에서의 N개의 전극 코어 어셈블리(12)는 직렬로 연결되어 전극 코어 어셈블리 스트링(13)을 형성한다. M개의 전극 코어 어셈블리 스트링(13)은 직렬로 연결된다. M 및 N은 1보다 더 큰 정수들이다. 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 기압은 금속 하우징(11) 외부의 기압보다 낮다.
본 개시내용의 셀에서, 전극 코어는 먼저 캡슐화 필름 내에 캡슐화된 다음, 금속 하우징(11) 내에 캡슐화되어, 2차 밀봉을 달성하여, 캡슐화 필름과 금속 하우징(11)의 이중-층 밀봉 효과를 사용함으로써 밀봉 효과가 효과적으로 향상될 수 있다. 또한, 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 기압은 금속 하우징(11) 외부의 기압보다 낮아서, 금속 하우징(11)이 내부 전극 코어 어셈블리(12)에 가능한 한 가깝게 되어, 내부 갭을 감소시킴으로써, 전극 코어 어셈블리(12)가 금속 하우징(11) 내에서 이동하는 것을 방지하고 전극 코어 어셈블리들(12) 사이의 상대 변위를 회피한다. 따라서, 집전체 손상, 멤브레인의 주름, 및 활성 재료의 탈락과 같은 경우들이 감소되고, 배터리 전체의 기계적 강도가 향상되고, 셀의 유효 수명이 연장되고, 셀의 안전 성능이 향상된다. 또한, 본 개시내용의 전극 코어 어셈블리들의 배열 방식을 통해, 비교적 긴 셀이 더 편리하게 제조될 수 있어, 비용을 감소시키고 추가로 셀의 방열 효율이 향상되는 것을 보장한다. 따라서, 본 개시내용의 해결책을 사용함으로써, 비교적 길고 강한 셀이 용이하게 구현될 수 있어, 셀이 배터리 팩의 하우징 내에 장착될 때, 배터리 팩 내의 가로 빔 및 세로 빔과 같은 지지 구조체들의 배열이 감소될 수 있다. 셀은 셀을 지지체로서 사용함으로써 배터리 팩의 하우징 내에 직접 장착되어, 배터리 팩의 내부 공간을 감소시키고, 그에 의해 배터리 팩의 체적 이용률을 향상시키며 배터리 팩의 중량을 감소시킨다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 전극 코어 어셈블리(12)의 길이는 셀의 길이 방향을 따라 연장된다. 전극 코어 어셈블리(12)는 길이 방향을 따라 전극 코어 어셈블리(12)의 양단으로부터 각각 연장하고 전류를 인출하도록 구성되는 제1 전극 인출 부재(121) 및 제2 전극 인출 부재(122)를 포함한다. 제1 전극 인출 부재들(121) 및 제2 전극 인출 부재들(122)의 수량은 제한되지 않으며, 상이한 전극 코어들을 갖는 2개의 전극 인출 부재만이 본 명세서에 표현된다. 각각의 열에서의 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리(12) 중 하나의 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)는 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 중 다른 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)에 전기적으로 연결된다.
예를 들어, 각각의 열에서의 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리(12) 중 하나의 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)와 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 중 다른 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 열의 동일한 측면 상에 배열되어, 더 간단한 연결을 달성함으로써, 추가로 셀의 안전 성능을 향상시키고 셀의 비용을 감소시킨다. 제1 전극 인출 부재(121)와 제2 전극 인출 부재(122) 사이의 연결은 직접 연결 또는 전도성 부재에 의한 연결과 같은 간접 연결일 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링(13) 중 하나의 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 후미 단부에서의 전극 코어 어셈블리(12)는 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 다른 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 후미 단부에서의 전극 코어 어셈블리(12)에 전기적으로 연결되거나; 또는 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링(13) 중 하나의 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 제1 전극 코어 어셈블리(12)는 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 다른 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 제1 전극 코어 어셈블리(12)에 전기적으로 연결되어, 전극 코어 어셈블리 스트링들(13) 사이의 직렬 연결을 구현한다. 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링(13) 중 하나의 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 후미 단부에서의 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)는 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 다른 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 후미 단부에서의 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)에 인접하거나; 또는 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링(13) 중 하나의 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 제1 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)는 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 다른 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 제1 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)에 인접하여, 더 간단한 연결을 달성함으로써, 추가로 셀의 안전 성능을 향상시키고 셀의 비용을 감소시킨다. 제1 전극 인출 부재(121)와 제2 전극 인출 부재(122) 사이의 연결은 직접 연결 또는 전도성 부재에 의한 연결과 같은 간접 연결일 수 있다.
본 개시내용의 이 실시예에서, N개의 전극 코어 어셈블리(12)는 셀의 두께 방향을 따라 배열된다. 전극 코어 어셈블리(12)의 두께는 셀의 두께 방향을 따라 연장된다. 직렬 연결 방식에서, 전극 코어 어셈블리 어레이(14)는 직렬 전류를 인출하도록 구성되는 제1 메인 전극(141) 및 제2 메인 전극(142)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 두께 방향을 따라 배열된 3개의 전극 코어 어셈블리(12)가 직렬로 연결된다. 제3 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 제2 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)에 연결되고, 2개의 전극 인출 부재는 동일한 측면 상에 있다. 제2 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 제1 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)에 연결되고, 2개의 전극 인출 부재는 동일한 측면 상에 있다. 제1 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 다음 전극 코어 어셈블리 스트링(13)에 전기적으로 연결되도록 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 3개의 전극 코어 어셈블리는 S자형 전극 코어 어셈블리 스트링들(13)을 형성하도록 연결된다. 형성된 전극 코어 어셈블리 스트링들(13)에서, 즉, 제1 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 제1 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 제2 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 제1 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)에 연결되고, 2개의 전극 인출 부재는 인접한다. 이어서, 제2 전극 코어 어셈블리 스트링(13)에서, 제1 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 제2 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)에 연결되고, 2개의 전극 인출 부재는 동일한 측면 상에 있다. 제2 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 제3 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)에 연결되고, 2개의 전극 인출 부재는 동일한 측면 상에 있다. 제3 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 다음 전극 코어 어셈블리 스트링(13)에 전기적으로 연결되도록 구성된다.
제2 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 제3 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 제3 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 제3 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)에 연결되고, 2개의 전극 인출 부재는 인접한다. 이어서, 제3 전극 코어 어셈블리 스트링(13)에서, 제3 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 제2 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)에 연결되고, 2개의 전극 인출 부재는 동일한 측면 상에 있다. 제2 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 제1 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)에 연결되고, 2개의 전극 인출 부재는 동일한 측면 상에 있다. 제1 전극 코어 어셈블리(12)의 제2 전극 인출 부재(122)는 제2 메인 전극(142)을 인출하도록 구성된다.
제1 전극 코어 어셈블리 스트링(13)의 제3 전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121)는 제1 메인 전극(141)을 인출하도록 구성된다. 제1 메인 전극(141) 및 제2 메인 전극(142)은 전극 코어 어셈블리 어레이(14)의 2개의 대향 코너로부터 각각 연장된다. 여기서는 첨부 도면들에서 연결 관계만을 설명하고, 준비 동안의 구체적인 연결 순서는 이 실시예에서 제한되지 않으며 실제 상황에 따라 조정될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 획득된 전극 코어 어셈블리 어레이들(14)은 직렬로 연결될 수 있다. 제1 전극 코어 어셈블리 어레이(14)의 제2 메인 전극(142)은 제2 전극 코어 어셈블리 어레이(14)의 제1 메인 전극(142)에 연결되고, 2개의 메인 전극은 동일한 측면 상에 있고 더 양호하게 인접한다. 다른 실시예에서, 직렬 연결은 2개의 전극 코어 어셈블리 어레이(14) 사이에 제한되지 않으며, 복수의 전극 코어 어셈블리 어레이(14)가 직렬로 연결될 수 있다. 각각의 전극 코어 어셈블리 어레이(14)에서의 M 및 N의 값들은 동일할 수 있거나 상이할 수 있으며, 즉, 각각의 전극 코어 어셈블리 어레이(14)에서의 전극 코어 어셈블리들의 수량은 동일할 수 있거나 상이할 수 있다.
본 개시내용에서, 언급된 전극 코어는 전력 배터리 분야에서 흔히 사용되는 전극 코어이고, 권선(winding)에 의해 형성된 전극 코어일 수 있거나 적층(lamination)에 의해 만들어진 전극 코어일 수 있다. 일반적으로, 전극 코어는 적어도 양극판(positive electrode plate), 멤브레인, 및 음극판(negative electrode plate)을 포함한다. 본 개시내용에서, 하나 이상의 전극 코어가 전극 코어 어셈블리에 제공될 수 있다. 일반적으로, 복수의 전극 코어는 병렬로 연결된다. 전극 코어 어셈블리는 셀로서 이해될 수 없다는 점에 유의해야 한다. 본 개시내용에서 언급된 셀은 독립적인 단일 셀이며, 셀이 복수의 전극 코어 어셈블리를 포함하기 때문에 단순히 배터리 모듈(300) 또는 배터리 어셈블리로서 이해될 수 없다.
전극 코어 어셈블리(12)의 제1 전극 인출 부재(121) 및 제2 전극 인출 부재(122)는 각각 캡슐화 필름으로부터 연장된다. 전극 코어 어셈블리(12)가 하나의 전극 코어만을 포함하는 경우, 제1 전극 인출 부재(121) 및 제2 전극 인출 부재(122)는 각각 전극 코어의 애노드 탭 및 캐소드 탭일 수 있거나, 각각 캐소드 탭 및 애노드 탭일 수 있다. 전극 코어 어셈블리가 복수의 전극 코어를 포함하는 경우, 제1 전극 인출 부재(121)는 애노드 탭들을 합성(compounding) 및 용접(welding)함으로써 형성된 인출 부재일 수 있고, 제2 전극 인출 부재(122)는 캐소드 탭들을 합성 및 용접함으로써 형성된 인출 부재일 수 있다. 대안적으로, 제1 전극 인출 부재(121)는 캐소드 탭들을 합성 및 용접함으로써 형성된 인출 부재일 수 있고, 제2 전극 인출 부재(122)는 애노드 탭들을 합성 및 용접함으로써 형성된 인출 부재일 수 있다. 제1 전극 인출 부재(121) 및 제2 전극 인출 부재(122)에서의 "제1" 및 "제2"는 명칭을 구별하기 위해 사용된 것일 뿐이고, 수량을 제한하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 하나 이상의 제1 전극 인출 부재(121)가 제공될 수 있다.
금속 하우징(11)은, 개구를 갖는 하우징 본체(111)와, 개구에 밀봉 방식으로 연결된 커버 플레이트(112)를 포함한다. 커버 플레이트(112) 및 하우징 본체(111)는 밀봉된 수용 캐비티(sealed accommodating cavity)를 둘러싸고, 전극 코어 어셈블리 어레이(14)는 수용 캐비티 내에 배열된다. 제1 메인 전극(141) 및 제2 메인 전극(142)은 커버 플레이트(112)로부터 인출된다. 커버 플레이트들(112)의 수량은 본 개시내용에서 제한되지 않으며, 1개 또는 2개의 커버 플레이트가 제공될 수 있다. 하우징 본체(111)에서의 개구의 위치 및 커버 플레이트들(112)의 수량은 내부 전극 코어 어셈블리 어레이(14)의 설계에 따라 설계될 수 있다.
일부 구현들에서, 하우징 본체(111)에는 양단에 개구들이 제공될 수 있고, 2개의 커버 플레이트(112)가 제공될 수 있으므로, 2개의 커버 플레이트(112)는 밀봉된 방식으로 하우징 본체(111)의 양단에서 개구들에 각각 연결되어, 밀봉된 수용 캐비티를 형성한다. 이러한 방식으로, 전극 코어 어셈블리 어레이(14)의 제1 메인 전극(141) 및 제2 메인 전극(142)은 동일한 커버 플레이트(112)로부터 인출될 수 있거나, 2개의 커버 플레이트(112)로부터 각각 인출될 수 있다. 이것은 제한되지 않는다. 일부 구현들에서, 하우징 본체(111)에는 일 단부에만 개구가 제공될 수 있고, 하나의 커버 플레이트(112)가 제공되므로, 커버 플레이트(112)는 밀봉 방식으로 하우징 본체(111)의 일 단부에서 개구에 연결된다. 이러한 방식으로, 전극 코어 어셈블리 어레이(14)의 제1 메인 전극(141) 및 제2 메인 전극(142)은 동일한 커버 플레이트(112)로부터 인출된다.
본 개시내용의 이 실시예에서, 전극 코어는 캡슐화 필름 내에 캡슐화되며, 즉, 캡슐화 필름은 금속 하우징(11)과 전극 코어 사이에 더 배열된다. 따라서, 캡슐화 필름 및 금속 하우징(11)을 사용함으로써 전극 코어 상의 2차 캡슐화가 구현될 수 있으며, 이는 셀의 밀봉 효과를 향상시키는데 유리하다. 일반적으로, 캡슐화 필름은 전해질 용액을 갖는다. 따라서, 이러한 방식으로, 전해질 용액이 금속 하우징(11)과 접촉하는 것이 추가로 방지되어, 금속 하우징(11)의 부식 또는 전해질 용액의 분해를 회피할 수 있다. 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 기압은 금속 하우징(11) 외부의 기압보다 낮다. 본 개시내용에서, "기압"은 대기압의 약어이고, 단위 면적에 작용하는 기압이며, 즉, 단위 면적당 대기의 상한까지 상향 연장되는 수직 공기 기둥의 중량과 같다. 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 기압은 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 공간에서의 기압이고, 기압은 금속 하우징(11) 외부의 기압보다 낮다. 따라서, 본 개시내용의 이 실시예에서, 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 공간은 음압 상태에 있으므로, 금속 하우징(11)은 기압의 작용 하에서 리세스되거나 변형되고, 금속 하우징(11)과 전극 코어 어셈블리 사이의 갭은 감소된다. 전극 코어 어셈블리들의 이동 또는 전극 코어 어셈블리들 사이의 변위를 위한 공간이 감소되어, 전극 코어 어셈블리들의 이동 및 전극 코어 어셈블리들 사이의 상대 변위를 감소시킴으로써, 셀(100)의 안정성을 향상시키고 셀(100)의 강도 및 셀(100)의 안전 성능을 향상시킨다.
예를 들어, 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 공간에 대해 공기 추출 처리(air extraction processing)가 수행될 수 있어, 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 공간을 음압 상태로 만들 수 있다. 따라서, 금속 하우징(11)은 내부 전극 코어 어셈블리에 가능한 한 가깝게 되어, 내부 갭을 감소시킴으로써, 전극 코어 어셈블리가 금속 하우징 내에서 이동하는 것을 방지하고 전극 코어 어셈블리들 사이의 상대 변위를 회피할 수 있다. 따라서, 집전체 손상, 멤브레인의 주름, 및 활성 재료의 탈락과 같은 경우들이 감소되고, 배터리 전체의 기계적 강도가 향상되고, 셀의 유효 수명이 연장되고, 셀의 안전 성능이 향상된다.
일 구현에서, 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 기압은 P1이고, P1의 값은 -100 kPa 내지 -5 kPa의 범위일 수 있다.
물론, 본 기술분야의 통상의 기술자는 실제 요건에 따라 P1의 값을 설정할 수 있다. 예를 들어, P1의 값은 -75 kPa 내지 -20 kPa의 범위일 수 있다. 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 공간은 대안적으로 진공 상태에 있을 수 있다는 점에 유의해야 한다.
캡슐화 필름 내의 기압은 P2이고, P1과 P2 사이의 관계는 P1/P2가 0.05 내지 0.85의 범위인 것을 만족시킨다. P2의 값은 -100 kPa 내지 -20 kPa의 범위일 수 있다.
P1, P2, 및 P1/P2는 범위 내로 제한된다. 이 기술에서의 전극 코어는 2차 밀봉 모드를 채택한다. 전극 코어는 먼저 캡슐화 필름 내에 캡슐화된다. 과도하게 큰 내부 기압으로 인한 캡슐화 필름의 외향 벌지(bulge)에 의해 야기되는 캡슐화 필름에 대한 손상을 회피하기 위해, 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 기압은 캡슐화 필름 내의 기압보다 높다. 또한, P1/P2가 범위 내에 있을 때, 셀의 2차 밀봉의 신뢰성이 더 양호하게 보장된다는 것이 다수의 실험을 통해 검증된다. 또한, 셀의 전극 판들 사이의 계면이 보장되고, 전극 판들 사이의 갭이 회피되어, 리튬 이온이 더 잘 전도될 수 있게 한다.
일부 구현들에서, 캡슐화 필름 내의 기압은 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 기압보다 낮다.
본 개시내용의 배열 방식에서는, 2개의 전극 코어 어셈블리(12)마다 편리하게 직렬로 연결될 수 있고, 연결 구조가 간단하다. 또한, 이 배열 방식에서는, 비교적 긴 셀(100)이 편리하게 제조될 수 있다. 따라서, 셀(100)은 가로 빔 및 세로 빔과 같은 지지 구조체들 없이 배터리 팩의 하우징에 장착될 수 있고, 셀(100)은 셀(100)의 금속 하우징(11)을 지지체로서 사용함으로써 배터리 팩의 하우징에 직접 장착된다. 따라서, 배터리 팩의 내부 공간이 감소될 수 있고, 그에 의해 배터리 팩의 체적 이용률을 향상시키며 배터리 팩의 중량을 감소시킨다.
셀은 실질적으로 직육면체이고, 셀의 길이(L)는 400 mm 내지 2500 mm(밀리미터)의 범위이고, 예를 들어, 500 mm, 1000 mm, 또는 1500 mm일 수 있다. 셀 내에 복수의 전극 코어 어셈블리가 배열되는 방식으로, 하나의 전극 코어만이 배열되는 기존의 방식에 비해 비교적 긴 셀이 더 편리하게 제조될 수 있다. 종래의 셀에서는, 일단 셀이 비교적 길면, 셀 내부의 집전체로서 사용되는 구리-알루미늄 포일(copper-aluminum foil)의 길이가 대응하여 증가되며, 이는 셀의 내부 저항을 크게 증가시키고 점점 더 높은 전력 및 고속 충전을 위한 전류 요건을 충족시킬 수 없다. 셀들의 길이들이 동일한 경우에, 본 개시내용의 이 실시예에서는, 셀의 내부 저항이 크게 감소되어, 고전력 출력 및 고속 충전의 조건들 하에서 셀의 과열에 의해 야기되는 문제들을 회피할 수 있다.
셀의 두께 D는 10 mm보다 클 수 있고, 예를 들어, 13 mm 내지 75 mm의 범위일 수 있다. 본 개시내용의 이 실시예에서, 셀의 두께에 대한 셀의 길이의 비율은 5 내지 250의 범위이다.
본 개시내용의 이 실시예에서, 셀에는 셀의 두께 방향을 따라 2개의 대향하는 제1 표면(113)이 제공된다. 제1 표면들(113)은 셀의 가장 큰 표면들, 즉, 셀의 "큰 표면들"이다. 적어도 하나의 제1 표면(113)은 금속 하우징(11)의 내부를 향해 리세스되므로, 금속 하우징(11)은 전극 코어 어셈블리에 가능한 한 가까울 수 있다.
금속 하우징(11)이 비교적 작은 두께를 갖고 비교적 얇은 시트이기 때문에, 셀의 제1 표면(113) 상의 리세스(114)는, 예를 들어, 금속 하우징(11)의 내부에서 공기 추출을 수행함으로써 형성된 리세스일 수 있다. 즉, 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 공간에 대해 공기 추출 처리가 수행되어, 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 기압이 금속 하우징(11) 외부의 기압보다 낮을 때, 공기 추출이 수행됨에 따라 셀의 제1 표면(113)이 금속 하우징(11)의 내부를 향해 쉽게 리세스되어 리세스(114)를 형성한다.
셀의 정상적인 사용 중에, 셀은 일반적으로 재료의 팽창, 전해질 용액의 가스 발생 등으로 인해 팽윤되고, 팽윤 및 변형이 큰 영역은 셀의 큰 표면이다. 이 기술을 사용함으로써, 셀의 큰 표면은 셀이 초기 상태에 있을 때 진공화(vacuuming)에 의해 안쪽으로 약간 리세스되도록 제한되고, 이는 셀이 팽윤된 후에 셀들 사이의 압출을 효과적으로 완화시킬 수 있고, 그에 의해 셀 및 전체 시스템의 유효 수명 및 안전 성능을 향상시킨다.
일부 다른 실시예들에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 리세스가 대안적으로 미리 금속 하우징(11)의 제1 표면(113) 상에 형성될 수 있는 후에, 금속 하우징(11)의 내부에 대해 공기 추출 처리가 수행된다. 복수의 리세스(114)가 금속 하우징(11)의 제1 표면(113) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 복수의 리세스(114)가 제1 표면(113) 상에 미리 형성되고, 각각의 리세스의 위치는 하나의 전극 코어 어셈블리의 위치에 대응한다.
일부 구현들에서, 셀의 2개의 대향하는 제1 표면(113) 양자 모두는 금속 하우징의 내부를 향해 리세스되어, 리세스된 영역들을 사용함으로써 전극 코어 어셈블리를 클램핑한다.
배기 구멍(exhaust hole)이 금속 하우징(11) 상에 제공될 수 있다. 배기 구멍을 사용하여 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 공간에 대해 공기 추출 동작이 수행된다. 배기 구멍은 밀봉될 필요가 있다. 따라서, 배기 구멍을 밀봉하기 위해 배기 구멍 내부에 밀봉 부재가 더 배열된다. 밀봉 부재는, 예를 들어, 플러그 또는 고무 부재일 수 있다. 이것은 제한되지 않는다.
일부 구현들에서, 금속 하우징(11)에 대해 공기 추출이 수행되기 전에, 금속 하우징(11)의 내부 표면과 전극 코어 어셈블리 사이에 갭이 제공된다. 갭은 금속 하우징(11) 내로의 전극 코어 어셈블리의 편리한 장착을 용이하게 한다. 금속 하우징(11)에 대해 공기 추출이 수행된 후에, 금속 하우징(11)은 제2 방향을 따라 전극 코어 어셈블리의 외부 표면에 대해 가압되어 전극 코어 어셈블리를 클램핑하여, 전극 코어 어셈블리가 금속 하우징 내부에서 이동하는 공간을 감소시키고, 이에 의해 셀의 안전 성능을 향상시킨다.
본 개시내용의 이 실시예에서, 금속 하우징(11)은 기존의 알루미늄 플라스틱 필름과 상이하다. 알루미늄 플라스틱 필름은 비교적 열악한 방열 효과 및 낮은 강도를 가지며 제조 공정에 의해 제한되고, 비교적 큰 두께를 갖는 셀(100)은 셀(100)의 하우징으로서 알루미늄 플라스틱 필름을 사용하여 준비될 수 없다. 금속 하우징(11)은 높은 강도 및 양호한 방열 효과를 가지며, 금속 하우징(11)은 알루미늄 하우징 또는 강철 하우징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 금속 하우징(11)의 두께는 0.05 mm 내지 1 mm의 범위이다. 금속 하우징(11)의 두께가 비교적 두꺼울 때, 셀(100)의 중량이 증가될 수 있고, 셀(100)의 용량이 감소되고, 본 개시내용은 쉽게 구현되지 않는다. 이 실시예에서, 금속 하우징(11)의 두께는 전술한 범위로부터 선택되고, 이는 금속 하우징(11)의 강도를 보장할 수 있을 뿐만 아니라 셀(100)의 용량을 감소시키지 않으며, 음압 상태에서, 금속 하우징(11)은 더 쉽게 변형될 수 있어, 금속 하우징(11)과 전극 코어 어셈블리 사이의 거리를 감소시켜, 금속 하우징(11) 내부의 전극 코어 어셈블리의 이동 및 전극 코어 어셈블리들 사이의 상대 변위를 감소시킬 수 있다.
본 개시내용에서, 캡슐화 필름은 알루미늄-플라스틱 화합물 필름이다. 대안적으로, 캡슐화 필름은 함께 적층된 비-금속성 외부 필름과 비-금속성 내부 필름을 포함한다. 내부 필름은 외부 필름과 전극 코어 어셈블리 사이에 배열된다. 내부 필름은 비교적 양호한 화학적 안정성을 가지며, 예를 들어, 항-전해질 용액 부식 특성(anti-electrolyte solution corrosion characteristic)을 갖는 재료로 만들어질 수 있고, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있거나, 재료들의 복수의 조합일 수 있다. 외부 필름은 보호층이다. 공기, 특히 수증기, 산소 등의 침투는 외부 필름을 사용하여 방지될 수 있다. 외부 필름의 재료는, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드(PA), 또는 폴리프로필렌일 수 있거나, 재료들의 복수의 조합일 수 있다. 본 실시예의 캡슐화 필름에서, 외부 필름의 융점은 내부 필름의 융점보다 높다. 따라서, 고온 용융(hot melting) 및 밀봉이 수행될 때, 외부 필름은 용융되지 않고, 내부 필름은 적시에 용융되어 양호한 밀봉 성능을 보장할 수 있다.
외부 필름의 융점과 내부 필름의 융점 사이의 차이는 30℃ 내지 80℃의 범위일 수 있다. 예를 들어, 융점들 사이의 차이는 50℃, 70℃ 등일 수 있다. 특정 재료의 선택은 실제 요건에 따라 결정될 수 있다. 외부 필름과 내부 필름은 접착제를 사용하여 본딩될 수 있다. 예를 들어, 외부 필름의 재료는 PP일 수 있고, 내부 필름의 재료는 PET일 수 있으며, 외부 필름과 내부 필름을 본딩하기 위한 결합제(binder)가, 예를 들어, 폴리올레핀 결합제일 수 있어, 복합 필름을 형성할 수 있다. 이 실시예에서, 캡슐화 필름은 비-금속성 필름들의 이중 층들에 의해 형성되어 더 높은 인장 강도 및 파단 연신율(elongation rate at break)로 전극 코어를 캡슐화하며, 이는 셀의 두께에 대한 제한을 감소시킬 수 있으므로, 더 큰 두께를 갖는 셀이 획득될 수 있다. 이 실시예에서, 셀의 두께의 범위는 확장될 수 있고, 예를 들어, 두께는 10 mm보다 클 수 있고, 예를 들어, 13 mm 내지 75 mm의 범위일 수 있다.
본 개시내용의 실시예에서, 셀은 리튬-이온 셀이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 전술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 셀을 포함하는 배터리 모듈(300)이 제공된다. 본 개시내용에 제공된 배터리 모듈(300)을 사용함으로써, 밀봉 성능이 더 양호하고, 조립 공정이 간단하고, 셀의 비용이 비교적 낮다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 본 개시내용은 셀 어레이(21)를 포함하는 배터리 팩(200)을 추가로 제공한다. 셀 어레이(21)는 복수의 셀(100)을 포함한다. 셀(100)은 실시예들 중 어느 하나에서 설명된 셀(100)이다. 따라서, 셀(100)의 특정 구조는 여기서 다시 설명되지 않는다.
하나 이상의 셀 어레이(21)가 제공될 수 있고, 하나 이상의 셀(100)이 각각의 셀 어레이(21)에 제공될 수 있다. 실제 생산 동안, 셀들(100)의 수량은 실제 요건에 따라 설정될 수 있고, 셀 어레이들(21)의 수량은 또한 실제 요건에 따라 설정될 수 있다. 이것은 본 개시내용에서 구체적으로 제한되지 않는다.
본 개시내용의 이 실시예에서, 복수의 셀(100)이 셀의 두께 방향을 따라 순차적으로 배열되어, 셀 어레이(21)를 형성한다. 적어도 2개의 인접한 셀(100) 사이에 갭이 제공된다. 셀(100)의 두께에 대한 갭의 비율은 0.001 내지 0.15의 범위이다.
2개의 인접한 셀(100) 사이의 갭은 셀의 작동 시간이 증가함에 따라 변화한다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 셀이 작동중이든, 또는 셀이 작동한 후든, 또는 셀이 공장에서 출하되기 전이든 관계없이, 두께에 대한 셀들 사이의 갭의 비율이 본 개시내용에서 제한된 범위 내에 있는 한, 갭은 본 개시내용의 보호 범위 내에 있다.
본 개시내용에서는, 셀들(100) 사이에 특정 갭을 확보하여, 셀(100)의 팽윤을 위한 완충 공간을 확보한다.
본 개시내용에서, 셀(100)의 두께에 대한 셀들(100) 사이의 갭의 비율은 0.001 내지 0.15로 제한되므로, 배터리 팩(200)의 공간이 완전히 사용될 수 있고, 배터리 팩(200)의 이용률이 향상되고, 셀(100)의 팽윤을 위해 더 양호한 완충 효과가 또한 달성될 수 있다.
또한, 셀(100)은 팽윤 동안 열을 발생시킨다. 셀들(100) 사이에 특정 갭이 확보되고, 갭은 또한 공기 채널과 같은 방열 채널로서 역할을 할 수 있다. 셀(100)의 비교적 큰 면적을 갖는 표면은 더 양호한 방열 효과를 갖는다. 따라서, 배터리 팩(200)의 방열 효율이 더 향상될 수 있고, 배터리 팩(200)의 안전 성능이 향상된다.
해결책에서, 셀들(100) 사이의 갭은, 셀들(100) 사이에 어떠한 구조 부재도 배열되지 않고, 단순히 특정 공간이 확보되는 것으로 이해될 수 있거나, 셀들(100) 사이에 다른 구조 부재를 배열하여 이 구조 부재를 사용함으로써 셀들(100)을 분리하는 것으로 이해될 수 있다.
셀들(100) 사이에 구조 부재가 배열될 때, 셀들(100) 사이의 갭은 구조 부재의 양측에 있는 셀들(100) 사이의 거리로서 이해되어야 하지만, 구조 부재와 셀(100) 사이의 거리로서 이해될 수 없다는 점에 유의해야 한다.
구조 부재의 양측에 있는 셀들(100)과 구조 부재 사이에 갭들이 확보될 수 있거나, 구조 부재가 구조 부재의 양측에 있는 셀들과 직접 접촉할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 구조 부재가 양측에 있는 셀들(100)과 직접 접촉할 때, 구조 부재는 특정 가요성을 가져야 하고 셀(100)의 팽윤을 위한 완충 효과를 달성할 수 있다. 구조 부재는 에어로겔, 열 전도성 구조 접착제, 또는 단열 발포체(heat insulation foam)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본 개시내용에서, 복수의 셀 어레이들(21)이 제공될 때, 갭은 상이한 셀 어레이들(21)에서의 2개의 인접한 셀 사이의 거리보다는 동일한 셀 어레이(21)에서의 2개의 인접한 셀(100) 사이의 거리를 지칭해야 한다. 또한, 동일한 셀 어레이(21)에서, 모든 셀들의 2개의 인접한 셀마다 특정 갭이 확보될 수 있거나, 일부 셀들의 2개의 인접한 셀마다 특정 갭이 확보될 수 있다.
일 구현에서, 2개의 인접한 셀(100) 사이의 갭은 제1 갭(d1)을 포함한다. 제1 갭(d1)은 셀의 두께 방향을 따르는 2개의 인접한 셀의 2개의 커버 플레이트(112) 사이의 최소 거리로서 정의된다. 셀의 두께에 대한 제1 갭(d1)의 비율은 0.005 내지 0.1의 범위이다.
구현에서, 비교적 높은 강도로 인해, 커버 플레이트(112)는 하우징 본체(111)에 비해 쉽게 팽창되지 않는다. 셀(100)이 일정 기간(a period of time) 동안 작동한 후, 셀 내부에서 화학 반응이 일어나고, 셀(100)이 팽윤하여 인접한 셀들(100)을 압착하더라도, 제1 갭(d1)은 변화(예를 들어, 점진적으로 증가)하지만, 변화가 비교적 작고 무시될 수 있다. 대안적으로, 제1 갭이 변화하더라도, 셀(100)의 두께에 대한 제1 갭의 비율은 여전히 범위를 충족시킨다. 구현에서, 하우징 본체(111)의 양단에는 커버 플레이트들(112)이 각각 제공된다. 셀들(100)이 두께 방향을 따라 배열되어 셀 어레이(21)를 형성할 때, 2개의 셀(100) 사이의 갭은 셀 어레이의 동일한 단부에서 셀의 두께 방향을 따르는 2개의 커버 플레이트 사이의 최소 거리일 수 있거나, 셀 어레이의 상이한 단부들에서 셀의 두께 방향을 따르는 2개의 커버 플레이트 사이의 최소 거리일 수 있다.
일 구현에서, 2개의 인접한 셀(100) 사이의 갭은 제2 갭(d2)을 포함한다. 제2 갭(d2)은 2개의 인접한 셀(100)의 서로 대면하는 2개의 제1 표면 사이의 최소 거리이다. 셀(100)이 사용되기 전의 제2 갭(d2)은 셀이 사용된 후의 제2 갭(d2)보다 크다.
"사용 전"은 셀(100)이 조립된 후에 공장에서 출하 예정이거나 공장에서 출하되었지만 외부에 전기 에너지를 제공하기 시작하지 않은 것으로 이해될 수 있다. "사용 후"는 셀(100)이 외부에 전기 에너지를 제공한 후인 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(200)이 전기 차량(1000)에 조립된 후에, 사용 전의 상태는 신차의 상태로 이해될 수 있다. 사용 후의 상태는 차량이 일정 주행 거리를 주행한 후의 상태여야 한다.
구현에서, 제2 갭은 2개의 인접한 셀(100)의 2개의 대향하는 제1 표면 사이의 최소 거리를 지칭해야 한다. 거리는 셀의 사용 시간이 증가함에 따라 점진적으로 감소하는데, 이는 주로 셀이 팽윤된 후에, 2개의 인접한 큰 표면 사이의 거리가 점진적으로 감소하기 때문이다.
본 개시내용의 이 실시예에서, 배터리 팩(200)은 배터리 커버 및 트레이(22)를 추가로 포함한다. 배터리 커버는 도 8에 도시되지 않는다. 배터리 커버는 밀봉 방식으로 트레이(22)에 연결되어, 배터리 수용 캐비티를 형성하고, 셀 어레이(21)는 배터리 수용 캐비티 내부에 배열된다. 트레이(22)는 지지 부재(221)를 포함한다. 셀(100)의 금속 하우징(11) 상에 지지 영역이 형성된다. 셀(100)은 지지 영역에 의해 지지 부재(221)와 맞닿아, 지지 부재(221) 상에 지지된다.
트레이(22)는 사이드 빔들을 포함한다. 사이드 빔들은 지지 부재들(221)로서 사용된다. 셀의 길이 방향을 따르는 셀(100)의 양단은 각각 사이드 빔들 상에 지지된다.
본 개시내용의 실시예들의 셀(100)에서, 금속 하우징(11)과 캡슐화 필름 사이의 기압은 음압이고, 셀의 전체 강도가 향상될 수 있다. 따라서, 셀(100)은 지지체로서 강도를 사용하여 트레이(22) 상에 직접 장착될 수 있으므로, 가로 빔 또는 세로 빔과 같은 구조체가 셀(100)을 지지하기 위해 트레이(22) 상에 배열될 필요가 없고, 그에 의해 배터리 팩의 내부 공간의 이용률을 향상시킨다.
전기 차량(1000)이 제공되고 배터리 팩(200)을 포함한다. 본 개시내용에 제공된 전기 차량(1000)을 사용함으로써, 차량의 내구성 능력이 높고, 비용이 비교적 낮다.
셀의 길이 방향은 전기 차량(1000)의 차체의 길이 방향을 따라 배열되고, 차체의 길이는 500 mm 내지 5200 mm의 범위이다.
본 개시내용의 설명에서, 달리 명시적으로 지정되거나 정의되지 않으면, "설치하다", "연결하다", 및 "연결"과 같은 용어들은 넓은 의미로 이해되어야 한다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 연결은 고정 연결, 분리가능 연결, 또는 일체형 연결일 수 있거나; 또는 연결은 기계적 연결 또는 전기적 연결일 수 있거나; 또는 연결은 직접 연결, 중개를 통한 간접 연결, 또는 2개의 컴포넌트 사이의 내부 통신일 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 특정 상황에 따라 본 개시내용에서 전술한 용어의 특정 의미를 이해할 수 있다.
본 명세서의 설명에서, "실시예", "특정 실시예" 또는 "예"와 같은 참조 용어의 설명은 실시예 또는 예에 설명된 특정 특징, 구조, 재료, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예 또는 예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서에서, 전술한 용어들의 예시적인 설명들이 반드시 동일한 실시예 또는 예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 설명된 특정 특징들, 구조들, 재료들, 또는 특성들은 실시예들 또는 예들 중 어느 하나 이상에서 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시내용의 원리들 및 사상에서 벗어나지 않고서 실시예들에 대해 다양한 변화들, 수정들, 대체들, 및 변형들이 이루어질 수 있고, 본 개시내용의 범위는 첨부된 청구항들 및 그 등가물들에 의해 정의된 것과 같다는 것을 이해해야 한다.

Claims (31)

  1. 셀(cell)로서, 금속 하우징 및 상기 금속 하우징 내에 캡슐화된 적어도 하나의 전극 코어 어셈블리 어레이를 포함하고, 상기 전극 코어 어셈블리 어레이는 N행 및 M열의 전극 코어 어셈블리들을 포함하고, 상기 전극 코어 어셈블리들 각각은 캡슐화 필름 및 상기 캡슐화 필름 내에 캡슐화된 적어도 하나의 전극 코어를 포함하고;
    상기 셀의 길이 방향에서, 상기 전극 코어 어셈블리들은 행들로 배열되고, 각각의 행은 M개의 전극 코어 어셈블리를 포함하고, 상기 셀의 두께 또는 높이 방향에서, 상기 전극 코어 어셈블리들은 열들로 배열되고, 각각의 열은 N개의 전극 코어 어셈블리를 포함하고;
    각각의 열에서의 상기 N개의 전극 코어 어셈블리는 직렬로 연결되어 전극 코어 어셈블리 스트링을 형성하고;
    상기 M개의 전극 코어 어셈블리 스트링은 직렬로 연결되고;
    M 및 N은 1보다 더 큰 정수들이고;
    상기 금속 하우징과 상기 캡슐화 필름 사이의 기압은 상기 금속 하우징 외부의 기압보다 낮은, 셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극 코어 어셈블리들 각각의 길이는 상기 셀의 길이 방향을 따라 연장되고;
    상기 전극 코어 어셈블리들 각각은 길이 방향을 따라 상기 전극 코어 어셈블리의 양단으로부터 각각 연장하고 전류를 인출(lead out)하도록 구성되는 제1 전극 인출 부재 및 제2 전극 인출 부재를 포함하고;
    각각의 열에서의 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 중 하나의 전극 코어 어셈블리의 제1 전극 인출 부재는 상기 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 중 다른 전극 코어 어셈블리의 제2 전극 인출 부재에 전기적으로 연결되는, 셀.
  3. 제2항에 있어서, 각각의 열에서의 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 중 하나의 전극 코어 어셈블리의 제1 전극 인출 부재와 상기 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 중 다른 전극 코어 어셈블리의 제2 전극 인출 부재가 상기 열의 동일한 측면 상에 배열되는, 셀.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 하나의 전극 코어 어셈블리 스트링의 후미 단부에서의 전극 코어 어셈블리는 상기 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 다른 전극 코어 어셈블리 스트링의 후미 단부에서의 전극 코어 어셈블리에 전기적으로 연결되거나; 또는
    상기 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 하나의 전극 코어 어셈블리 스트링의 제1 전극 코어 어셈블리는 상기 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 다른 전극 코어 어셈블리 스트링의 제1 전극 코어 어셈블리에 전기적으로 연결되는, 셀.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전극 코어 어셈블리들 각각의 길이는 상기 셀의 길이 방향을 따라 연장되고;
    상기 전극 코어 어셈블리들 각각은 상기 길이 방향을 따라 상기 전극 코어 어셈블리의 양단으로부터 각각 연장하고 전류를 인출하도록 구성되는 상기 제1 전극 인출 부재 및 상기 제2 전극 인출 부재를 포함하고;
    2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 하나의 전극 코어 어셈블리 스트링의 후미 단부에서의 전극 코어 어셈블리의 제1 전극 인출 부재는 상기 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 다른 전극 코어 어셈블리 스트링의 후미 단부에서의 전극 코어 어셈블리의 제2 전극 인출 부재에 인접하거나; 또는
    2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 하나의 전극 코어 어셈블리 스트링의 제1 전극 코어 어셈블리의 제1 전극 인출 부재는 상기 2개의 인접한 전극 코어 어셈블리 스트링 중 다른 전극 코어 어셈블리 스트링의 제1 전극 코어 어셈블리의 제2 전극 인출 부재에 인접하는, 셀.
  6. 제2항에 있어서, 상기 N개의 전극 코어 어셈블리는 상기 셀의 두께 방향을 따라 배열되고; 상기 전극 코어 어셈블리들 각각의 두께는 상기 셀의 두께 방향을 따라 연장되고;
    상기 전극 코어 어셈블리 어레이는 직렬 전류를 인출하도록 구성되는 제1 메인 전극 및 제2 메인 전극을 포함하고;
    N은 홀수이고, 상기 제1 메인 전극 및 상기 제2 메인 전극은 상기 전극 코어 어셈블리 어레이의 2개의 대향 코너로부터 각각 연장되는, 셀.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 전극 코어 어셈블리 어레이가 제공되는, 셀.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀의 길이는 400 mm 내지 2500 mm의 범위이고; 상기 셀의 두께는 13 mm 내지 75 mm의 범위인, 셀.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 필름 내의 기압은 상기 금속 하우징과 상기 캡슐화 필름 사이의 기압보다 낮은, 셀.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 하우징과 상기 캡슐화 필름 사이의 기압 P1은 -100 kPa 내지 -5 kPa의 범위인, 셀.
  11. 제10항에 있어서, 상기 캡슐화 필름 내의 기압은 P2이고, P1과 P2 사이의 관계는 P1/P2가 0.05 내지 0.85의 범위인 것을 만족시키는, 셀.
  12. 제11항에 있어서, P2의 값은 -100 kPa 내지 -20 kPa의 범위인, 셀.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀에는 상기 셀의 두께 방향을 따라 2개의 대향하는 제1 표면이 제공되고, 상기 제1 표면들 중 적어도 하나는 상기 금속 하우징의 내부를 향해 리세스되는, 셀.
  14. 제13항에 있어서, 상기 2개의 제1 표면 양자 모두는 상기 금속 하우징의 내부를 향해 리세스되어, 상기 전극 코어 어셈블리 어레이를 클램핑하는, 셀.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 필름은 함께 적층된 비-금속성 외부 필름과 비-금속성 내부 필름을 포함하고, 상기 내부 필름은 전극 코어와 상기 외부 필름 사이에 배열되고, 상기 외부 필름의 융점은 상기 내부 필름의 융점보다 높고, 상기 외부 필름의 융점과 상기 내부 필름의 융점 사이의 차이는 30℃ 내지 80℃의 범위인, 셀.
  16. 제15항에 있어서, 상기 외부 필름의 재료는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 및 폴리프로필렌 중 하나 이상의 조합이고; 상기 내부 필름의 재료는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 하나 또는 하나 초과의 조합인, 셀.
  17. 제16항에 있어서, 상기 외부 필름은 상기 내부 필름에 본딩되고; 본딩을 위한 결합제(binder)는 폴리올레핀 결합제인, 셀.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 필름은 알루미늄-플라스틱 화합물 필름인, 셀.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 하우징에는 배기 구멍(exhaust hole)이 제공되고, 상기 배기 구멍 내부에 밀봉 부재가 배열되는, 셀.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 하우징의 두께는 0.05 mm 내지 1 mm의 범위인, 셀.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 셀을 포함하는, 배터리 모듈.
  22. 셀 어레이를 포함하는 배터리 팩으로서, 상기 셀 어레이는 복수의 셀들을 포함하고, 상기 셀들 중 적어도 하나는 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 셀인, 배터리 팩.
  23. 제22항에 있어서, 상기 복수의 셀들은 상기 셀의 두께 방향을 따라 순차적으로 배열되어, 상기 셀 어레이를 형성하고;
    적어도 2개의 인접한 셀 사이에 갭(gap)이 제공되고, 상기 셀의 두께에 대한 상기 갭의 비율은 0.001 내지 0.15의 범위인, 배터리 팩.
  24. 제23항에 있어서, 상기 금속 하우징은 개구(opening)가 제공된 하우징 본체 및 상기 개구에 밀봉 방식으로 연결된 커버 플레이트를 포함하고, 상기 커버 플레이트 및 상기 하우징 본체는 밀봉된 수용 캐비티(sealed accommodating cavity)를 둘러싸고, 상기 전극 코어 어셈블리 어레이는 상기 수용 캐비티 내에 배열되고;
    상기 2개의 인접한 셀 사이의 갭은 제1 갭 d1을 포함하고, 상기 제1 갭은 상기 셀의 두께 방향을 따르는 상기 2개의 인접한 셀의 2개의 커버 플레이트 사이의 최소 거리이고, 상기 셀의 두께에 대한 상기 제1 갭 d1의 비율은 0.005 내지 0.1의 범위인, 배터리 팩.
  25. 제23항에 있어서, 상기 셀에는 상기 셀의 두께 방향을 따라 2개의 대향하는 제1 표면이 제공되고, 상기 2개의 인접한 셀 사이의 갭은 제2 갭 d2를 포함하고, 상기 제2 갭은 상기 2개의 인접한 셀의 서로 대면하는 2개의 제1 표면 사이의 최소 거리인, 배터리 팩.
  26. 제25항에 있어서, 상기 셀이 사용되기 전의 상기 제2 갭 d2는 상기 셀이 사용된 후의 상기 제2 갭 d2보다 큰, 배터리 팩.
  27. 제23항에 있어서, 배터리 팩 커버 및 트레이를 추가로 포함하고, 상기 배터리 팩 커버는 밀봉 방식으로 상기 트레이에 연결되어 배터리 수용 캐비티를 형성하고, 상기 셀 어레이는 상기 배터리 수용 캐비티 내에 배열되고, 상기 트레이는 지지 부재를 포함하고, 상기 금속 하우징 상에 지지 영역이 형성되고, 상기 셀은 상기 지지 영역에 의해 상기 지지 부재와 맞닿아, 상기 지지 부재 상에 지지되는, 배터리 팩.
  28. 제27항에 있어서, 상기 트레이는 사이드 빔들을 포함하고; 상기 사이드 빔들은 지지 부재들이고, 길이 방향을 따르는 상기 셀의 양단은 각각 상기 사이드 빔들 상에 지지되는, 배터리 팩.
  29. 제22항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는, 전기 차량.
  30. 제29항에 있어서, 상기 셀의 길이 방향은 상기 전기 차량의 차체의 길이 방향을 따라 배열되는, 전기 차량.
  31. 제30항에 있어서, 상기 차체의 길이는 500 mm 내지 5200 mm의 범위인, 전기 차량.
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