KR20230141846A - 배터리 셀, 배터리 및 전기 기기 - Google Patents

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KR20230141846A
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electrode
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신샹 천
즈쥔 궈
위리앤 정
펑 왕
하이주 진
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컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드
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Abstract

본 출원의 실시예는 더 높은 공간 이용률을 구비하는 배터리 셀, 배터리 및 전기 기기를 제공한다. 상기 배터리 셀은 가장자리의 제1 영역이 함몰되어 제1 오목부를 형성하는 제1 표면; 상기 배터리 셀의 제1 전극 단자를 설치하기 위해 사용되고, 상기 제1 표면과 함께 제1 방향에 수직인 제2 표면; 상기 제1 방향에서 상기 제2 표면에 돌출 설치되고, 상기 제1 오목부와 정대향하는 제1 전극 단자를 포함하되, 상기 제1 방향에서, 상기 제1 오목부의 깊이는 상기 제1 전극 단자의 높이보다 크고, 상기 제1 표면 상의 상기 제1 오목부의 투영면적은 상기 제1 표면 상의 상기 제1 전극 단자의 투영면적보다 크다.

Description

배터리 셀, 배터리 및 전기 기기
본 출원은 2021년 10월 22에 중국 특허청에 제출된, 출원번호가 202122559769.5이고, 명칭이 “배터리 셀, 배터리 및 전기 기기”인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 인용을 통해 본 출원에 통합된다.
본 출원은 배터리 기술 분야에 관한 것으로, 특히 배터리 셀, 배터리 및 전기 기기에 관한 것이다.
에너지 절약 및 오염물질 배출 감소는 자동차 산업의 지속 가능한 발전의 관건이다. 이러한 상황에서 전기 차량은 에너지 절약 및 친환경의 장점으로 인해 자동차 산업의 지속 가능한 발전의 중요한 구성 부분이 되었다. 전기 차량에 있어서, 배터리 기술은 또한 그의 발전과 관련된 중요한 요소이다.
사람들의 빠른 이동에 적응하기 위해, 배터리는 사용 과정에서 급속 충전 요구를 충족해야 하며, 이로써, 배터리 셀의 용량을 증가시켜야 하며, 이는 배터리 셀의 치수가 변경될 수 있도록 하여 더 많은 수용 공간을 차지한다.
따라서, 배터리 셀의 공간 이용률을 어떻게 향상시키는지는 해결해야 할 문제로 되었다.
본 출원은 배터리 셀의 공간 이용률을 향상시킬 수 있는 배터리 셀, 배터리 및 전기 기기를 제공한다.
제1 양태에 있어서, 배터리 셀을 제공하는 바,
가장자리의 제1 영역이 함몰되어 제1 오목부를 형성하는 제1 표면;
상기 배터리 셀의 제1 전극 단자를 설치하기 위해 사용되고, 상기 제1 표면과 함께 제1 방향에 수직인 제2 표면;
상기 제1 방향에서 상기 제2 표면에 돌출 설치되고, 상기 제1 오목부와 정대향하는 제1 전극 단자를 포함하되,
여기서, 상기 제1 방향에서, 상기 제1 오목부의 깊이는 상기 제1 전극 단자의 높이보다 크고, 상기 제1 표면 상의 상기 제1 오목부의 투영면적은 상기 제1 표면 상의 상기 제1 전극 단자의 투영면적보다 크다.
해당 기술적 해결수단을 기초로, 배터리 셀의 제1 표면의 가장자리에 제1 오목부가 설치되고, 또한 배터리 셀의 제1 전극 단자가 해당 제1 표면과 대향하는 제2 표면에 돌출 설치되므로, 복수 개의 배터리 셀이 제1 전극 단자의 돌출 방향을 따라 배열될 경우, 해당 배터리 셀에 인접한 다른 배터리 셀의 제1 오목부가 해당 배터리 셀의 제1 전극 단자를 수용하기 위해 사용될 수 있어, 해당 배터리 셀의 제1 전극 단자가 별도의 공간을 차지하지 않아도 되어, 배터리 셀의 공간 이용률을 향상시킨다.
실시가능한 구현형태에 있어서, 상기 제1 방향에서, 상기 배터리 셀의 치수와 상기 배터리 셀의 상기 제1 오목부의 치수의 차는 2mm 이상이다.
해당 실시예에서, 제1 오목부의 치수 요구를 충족시키는 상태에서 배터리 셀 내부의 어댑터 부재, 플라스틱 시트, 전극 조립체 등 부재의 수용 공간을 확보하도록 복수 개의 배터리 셀이 배열되는 제1 방향을 따른 제1 오목부에 대응하는 배터리 셀의 위치부의 치수는 2mm 이상이다.
실시가능한 구현형태에 있어서, 제2 방향을 따른 상기 제1 표면 상의 상기 제1 오목부는 12mm이상이고, 상기 제2 방향은 상기 배터리 셀의 제3 표면에 수직이고, 상기 제3 표면은 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면에 수직이다.
해당 실시예에서, 제1 전극 단자 및 그 절연 가장자리, 배터리 셀의 리벳팅 블록 및 리벳팅 공구의 포지셔닝 등은 모두 여유 공간이 필요하므로, 제2 방향을 따른 제1 표면 상의 배터리 셀의 제1 오목부의 치수는 합리적인 범위로 설정되어야 하며, 예를 들어 12 mm 이상이다.
실시가능한 구현형태에 있어서, 제3 방향을 따른 상기 제1 표면 상의 상기 제1 오목부의 치수는 15mm이상이고, 상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직이다.
실시가능한 구현형태에 있어서, 상기 배터리 셀은 상기 배터리 셀의 전극 조립체를 수용하기 위한 케이스와, 상기 전극 조립체를 상기 케이스 내에 밀폐시키기 위해 상기 케이스에 커버되는 엔드 캡을 포함하며, 상기 케이스의 저벽은 상기 배터리 셀의 상기 제1 표면을 형성하고, 상기 엔드 캡은 상기 배터리 셀의 상기 제2 표면을 형성한다.
실시가능한 구현형태에 있어서, 상기 전극 조립체에 대응하는 상기 엔드 캡의 영역은 상기 케이스를 등지는 방향으로 돌출되어 상기 케이스를 향하는 상기 엔드 캡의 일측에 오목홈을 형성한다.
실시가능한 구현형태에 있어서, 상기 오목홈은 상기 전극 조립체를 조립하는 과정에서 상기 전극 조립체에 대한 포지셔닝을 수행하기 위해 사용된다.
실시가능한 구현형태에 있어서, 상기 엔드 캡의 가장자리 영역과 상기 오목홈 사이의 윤곽선은 상기 케이스와 상기 엔드 캡을 용접하는 과정에서 용접 궤적에 대한 포지셔닝을 수행하기 위해 사용된다.
해당 실시예에서, 배터리 셀에서 전극 조립체에 대응하는 엔드 캡의 영역은 케이스를 등지는 방향으로 돌출되어 케이스를 향하는 엔드 캡의 일측에 오목홈을 형성한다. 이러한 설계는 해당 오목홈이 전극 조립체를 조립하는 과정에서 전극 조립체에 대한 포지셔닝을 수행할 수 있도록 할뿐만 아니라, 해당 엔드 캡의 가장자리 영역과 해당 오목홈 사이의 윤곽선이 케이스와 엔드 캡을 용접하는 과정에서 용접 궤적에 대해 포지셔닝을 수행할 수도 있도록 한다.
실시가능한 구현형태에 있어서, 상기 오목홈의 깊이는 0.4mm 내지 3mm 사이에 위치한다.
해당 실시예에서, 용접 과정에서 용접 도구의 위치에 영향을 주는 것을 피하도록 해당 오목홈의 깊이가 너무 커서는 안되며, 해당 오목홈의 깊이가 너무 작아서도 안되고, 그렇지 않으면 상기 기능을 구현할 수 없으므로 그 깊이를 0.4 내지 3mm 사이로 설정하는 것은 가장 바람직하다.
실시가능한 구현형태에 있어서, 상기 윤곽선과 상기 용접 궤적 사이의 거리는 0.5mm보다 크다.
실시가능한 구현형태에 있어서, 상기 제1 표면의 가장자리의 제2 영역이 함몰되어 제2 오목부를 형성하고, 상기 제1 영역은 상기 제1 표면의 제2 방향 상의 제1 단에 위치하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 표면의 제2 방향 상의 제2 단에 위치하며, 상기 배터리 셀의 제2 전극 단자는 상기 제1 방향에서 배터리 셀의 제2 표면에 돌출 설치되고, 또한 상기 제2 오목부와 정대향하고, 상기 제2 전극 단자와 상기 제1 전극 단자의 극성은 반대이다. 여기서, 상기 제1 방향에서, 상기 제2 오목부의 깊이는 상기 제2 전극 단자의 높이보다 크고, 상기 제1 표면 상의 상기 제2 오목부의 투영면적은 상기 제1 표면 상의 상기 제2 전극 단자의 투영면적보다 크다.
해당 실시예에서, 배터리 셀의 제1 표면의 가장자리의 제1 영역이 함몰되어 제1 오목부를 형성하는 외에, 배터리 셀은 제2 오목부 및 제2 전극 단자를 더 구비하며, 여기서, 배터리 셀의 제1 표면의 가장자리의 제2 영역이 함몰되어 제2 오목부를 형성하고, 또한 배터리 셀의 제2 전극 단자가 해당 제1 표면과 대향하는 제2 표면에 돌출 설치되므로, 복수 개의 배터리 셀이 제2 전극 단자의 돌출 방향을 따라 배열될 경우, 해당 배터리에 인접한 또 다른 배터리 셀의 제2 오목부가 해당 배터리 셀의 제2 전극 단자를 수용할 수 있어, 제1 전극 단자가 별도의 공간을 차지하지 않아도 되어, 배터리 셀의 공간 이용률을 향상시킨다.
제2 양태에 있어서, 제1 양태 또는 제1 양태의 임의의 가능한 구현형태 중의 배터리 셀을 포함하는 배터리를 제공한다.
제3 양태에 있어서, 제1 양태 또는 제1 양태의 임의의 가능한 구현형태 중의 배터리 셀을 포함하는 배터리를 제공한다.
제4 양태에 있어서, 전기 에너지를 제공하기 위한 제1 양태 또는 제1 양태의 임의의 가능한 구현형태 중의 배터리 셀을 포함하는 전기 기기를 제공한다.
해당 기술적 해결수단을 기초로, 배터리 셀의 제1 표면의 가장자리에 제1 오목부가 설치되고, 또한 배터리 셀의 제1 전극 단자가 해당 제1 표면과 대향하는 제2 표면에 돌출 설치되므로, 복수 개의 배터리 셀이 제1 전극 단자의 돌출 방향을 따라 배열될 경우, 해당 배터리 셀에 인접한 다른 배터리 셀의 제1 오목부가 해당 배터리 셀의 제1 전극 단자를 수용하기 위해 사용될 수 있어, 해당 배터리 셀의 제1 전극 단자가 별도의 공간을 차지하지 않아도 되어, 배터리 셀의 공간 이용률을 향상시킨다.
본 출원 실시예의 기술적 해결수단을 보다 더 명확하게 설명하기 위해, 이하는 본 출원 실시예에서 사용해야 할 도면에 대해 간단히 소개하며, 자명한 것은, 이하에서 기술되는 도면은 단지 본 출원의 일부 실시예일 뿐, 본 분야의 통상의 지식을 가진 자에 있어서, 진보성 창출에 힘을 쓰지 않는 전제 하에서, 도면에 의해 다른 도면을 얻을 수도 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 개시된 차량의 구조 모식도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 개시된 배터리의 구조 모식도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 개시된 배터리 셀의 구조 모식도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 개시된 배터리 셀의 구조 모식도이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 개시된 배터리의 구조 모식도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시예에 개시된 집전 부재에 의해 인접하는 배터리 셀을 연결하는 모식도이다.
도 7은 본 출원의 일 실시예에 개시된 집전 부재의 구조 모식도이다.
도 8은 본 출원의 일 실시예에 개시된 집전 부재의 구조 모식도이다.
도 9는 본 출원의 일 실시예에 개시된 집전 부재의 구조 모식도이다.
도 10은 본 출원의 일 실시예에 개시된 집전 부재의 구조 모식도이다.
도 11은 본 출원의 일 실시예에 개시된 집전 부재의 치수 모식도이다.
도 12는 본 출원의 일 실시예에 개시된 집전 부재의 치수 모식도이다.
도 13은 본 출원의 일 실시예에 개시된 배터리 셀의 구조 모식도이다.
도 14는 본 출원의 일 실시예에 개시된 배터리 셀의 조립화 과정의 모식도이다.
도 15는 본 출원의 일 실시예에 개시된 배터리 셀의 측면도이다.
도 16은 본 출원의 일 실시예에 개시된 배터리 셀의 측면도이다.
도 17은 본 출원의 일 실시예에 개시된 배터리 셀의 엔드 캡의 오목홈의 구조 모식도이다.
도면에서, 도면은 실제 비율로 그려지지 않았다.
이하는 도면과 실시예를 결합하여 본 출원의 실시형태에 대해 추가적으로 상세하게 기재한다. 하기 실시예의 상세하게 기재된 내용과 도면은 본 출원의 원리를 예시적으로 설명하기 위한 것이지만, 본 출원의 범위를 한정하는 것이 아니며, 즉 본 출원은 기재된 실시예에 한정되지 않는다.
본 출원의 기재에서 설명이 필요한 것은, 별다른 설명이 없는 한, “다수”의 뜻은 2개 이상이고; 용어“상”, “하”, “좌”, “우”, “내”, “외”등의 지시하는 방향 또는 위치관계는 단지 본 출원을 기재하고 간략하게 기재하기 위한 것일 뿐, 그 지시하는 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방향을 구비하고 특정된 방향으로 구성되고 조작되어야 함을 의미하거나 암시하는 것이 아니므로, 본 출원에 대한 한정으로 이해해서는 안된다. 또한, 용어“제1”, “제2”, “제3”등은 단지 기재하는 목적으로 사용될 뿐, 상대적 중요성을 의미하거나 암시하는 것으로 이해해서는 안된다. “수직”은 엄격한 의미상의 수직이 아니고, 오차 허용 범위 내에 있는 것이다. “평행”은 엄격한 의미상의 평행이 아니고, 오차 허용 범위 내에 있는 것이다.
하기 기재된 내용에서 나타나는 방향 단어는 모두 도면에 도시된 방향이고, 본 출원의 구체적인 구조를 한정하는 것이 아니다. 본 출원의 기재에서 설명이 더 필요한 것은, 별다른 명확한 규정과 한정이 없는 한, 용어“장착”, “접속”, “연결”을 광범위하게 이해해야 하며, 예를 들어, 고정적 연결일 수도 있고, 탈착가능한 연결일 수도 있거나 또는 일체적 연결일 수도 있으며; 직접적인 접속일 수도 있고, 중간 매개체를 통한 간접적인 접속일 수도 있다. 본 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 구체적인 상황을 보면서 본 출원 중의 상기 용어의 구체적인 뜻을 이해해야 한다.
본 출원에서 용어 “및/또는”은, 단지 관련대상을 기술하는 연관관계일 뿐, 세가지 관계가 존재할 수 있으며, 예를 들어, A및/또는 B는 단독적으로 A가 존재하는 경우, A와 B가 동시에 존재하는 경우, 단독적으로 B가 존재하는 경우, 이 세가지 경우를 나타낼 수 있다. 또한, 본 출원에서 부호“/”는, 일반적으로 전후 관련 대상이 “또는”의 관계임을 표시한다.
별다른 정의가 없는 한, 본 출원에서 사용되는 모든 기술과 과학적 용어는 본 출원에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하는 뜻과 동일하며; 본 출원에 있어서, 출원되는 명세서에서 사용되는 용어는 단지 구체적인 실시예를 기재하기 위한 목적일 뿐, 본 출원을 한정하기 위한 것이 아니며; 본 출원의 명세서와 특허청구범위 및 상기 도면의 간단한 설명 중의 용어 “포함하다”와 “구비하다” 및 이들의 임의의 변형은, 비배타성 포함을 커버하려는 의도이다. 본 출원의 명세서와 특허청구범위 또는 상기 도면 중의 용어 “제1”, “제2”등은 상이한 대상을 구별하기 위한 것이고, 특정된 순서 또는 주된 것과 부차적인 관계를 기재하기 위한 것이 아니다.
본 출원에서 언급된 “실시예”는 실시예에서 기술되는 특정된 특징, 구조 또는 특성을 결합하여, 본 출원의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서 중의 각 위치에 상기 단어가 나타났다고 해서 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니고, 다른 실시예와 서로 배척되는 독립되거나 예비된 실시예도 아니다. 본 분야의 통상의 지식을 가진 자가 명시적으로 그리고 묵시적으로 이해하는 것은 본 출원에 기술된 실시예는 다른 실시예와 결합될 수 있다는 것이다.
바람직한 실시예를 참조하여 본 출원을 기재하였으나, 본 출원의 범위를 벗어나지 않는 상황에서, 이를 다양하게 개선할 수 있고, 등가물로 그중의 부재를 대체할 수 있다. 특히, 구조적 충돌이 없는 한, 각 실시예에서 언급한 각항 기술적 특징은 모두 임의의 방식으로 조합될 수 있다. 본 출원은 본 출원에서 개시된 특정 실시예에 한정되지 않고, 특허청구범위 내에 속하는 모든 기술적 해결수단을 포함한다.
본 출원에서, 배터리는 하나 또는 복수 개의 배터리 셀을 포함하여 전기 에너지를 제공하는 물리적 모듈을 의미한다. 예를 들어, 본 출원에서 언급된 배터리는 배터리 모듈 또는 배터리 팩 등을 포함할 수 있다. 배터리는 일반적으로 하나 또는 복수 개의 배터리 셀을 밀봉 포장하기 위한 박스를 포함한다. 박스는 액체 또는 다른 이물질이 배터리 셀의 충전 또는 방전에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
선택적으로, 배터리 셀은 리튬 이온 이차 전지, 리튬 이온 일차 전지, 리튬-황 전지, 나트륨-리튬 이온 전지, 나트륨 이온 전지 또는 마그네슘 이온 전지 등을 포함할 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다. 일부 실시형태에 있어서, 배터리 셀은 셀이라고도 할 수 있다.
배터리 셀은 전극 조립체 및 전해액을 포함하고, 전극 조립체는 양극 시트, 음극 시트 및 분리막으로 구성된다. 배터리 셀은 주로 양극 시트와 음극 시트 사이에서의 금속 이온의 이동에 의거하여 작동된다. 양극 시트는 양극 집전체와 양극 활성물질층을 포함하며, 양극 활성물질층은 양극 집전체의 표면에 도포되고, 양극 활성물질층이 도포되지 않은 집전체는 양극 활성물질층이 도포된 집전체로부터 돌출되어 있으며, 양극 활성물질층이 도포되지 않은 집전체는 양극 탭으로 사용된다. 리튬 이온 배터리를 예로 들면, 양극 집전체의 재료는 알루미늄일 수 있고, 양극 활성물질은 리튬 코발트 산화물, 리튬 철 인산염, 삼원 리튬 또는 망간산 리튬 등일 수 있다. 음극 시트는 음극 집전체와 음극 활성물질층을 포함하며, 음극 활성물질층이 음극 집전체의 표면에 도포되고, 음극 활성물질층이 도포되지 않은 집전체는 음극 활성물질층이 도포된 집전체로부터 돌출되어 있으며, 음극 활성물질층이 도포되지 않은 집전체는 음극 탭으로 사용된다. 음극 집전체의 재료는 구리일 수 있고, 음극 활성물질은 탄소 또는 규소 등일 수 있다. 고전류로 인해 녹아 브레이크가 발생하지 않도록 보장하기 위해, 양극 탭의 개수는 복수 개로 함께 적층되며, 음극 탭의 개수는 복수 개로 함께 적층된다. 분리막의 재질은 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 또는 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 등일 수 있다. 또한, 전극 조립체는 권취식 구조일 수 있고, 적층식 구조일 수도 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 한정되지 않는다.
다양한 전력 요구를 충족하기 위해 배터리 중의 복수 개의 배터리 셀 사이에는 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있으며, 여기서 직병렬은 직렬 및 병렬의 혼합을 의미한다. 선택적으로, 복수 개의 배터리 셀은 먼저 직렬, 병렬 또는 직병렬로 배터리 모듈을 구성하고, 복수 개의 배터리 모듈은 또한 직렬, 병렬 또는 직병렬로 배터리를 구성할 수 있다. 즉, 복수 개의 배터리 셀이 직접 배터리를 구성할 수 있고, 먼저 배터리 모듈을 구성한 다음 배터리를 구성할 수도 있다. 배터리는 또한 전기 기기에 추가적으로 설치되어 전기 기기에 전기 에너지를 제공한다.
배터리의 케이스에서, 신호 전송 조립체를 더 포함될 수 있다. 신호 전송 조립체는 배터리 셀의 전압 및/또는 온도 등 신호를 전송하기 위해 사용될 수 있다. 해당 신호 전송 조립체는 집전 부재를 포함할 수 있고, 해당 집전 부재는 병렬, 직렬 또는 직병렬과 같은 복수 개의 배터리 셀 사이의 전기적 연결을 구현하기 위해 사용된다. 집전 부재는 배터리 셀의 전극 단자를 연결함으로써 배터리 셀 사이의 전기적 연결을 구현할 수 있다. 일부 실시예에서, 집전 부재는 용접에 의해 배터리 셀의 전극 단자에 고정될 수 있다. 집전 부재는 배터리 셀의 전압을 전송하고 복수 개의 배터리 셀이 직렬로 연결된 다음 보다 높은 전압을 얻으며, 상응하게, 집전 부재가 형성된 전기적 연결을 '고압 연결'이라고도 할 수 있다.
집전 부재 외에, 해당 신호 전송 조립체는 배터리 셀의 상태를 감지하는 센서 부재를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어 해당 센서 부재는 배터리 셀의 온도 및 하전 상태 등 감지 신호를 측정하고 전송하기 위해 사용될 수 있다. 본 출원의 실시예에서, 배터리 내의 전기적 연결 부재는 집전 부재 및/또는 센서 부재를 포함할 수 있다.
집전 부재 및 센서 부재는 절연층 중에 밀봉 포장되어 신호 전송 조립체를 형성할 수 있다. 상응하게, 신호 전송 조립체는 배터리 셀의 전압 및/또는 감지 신호를 전송하기 위해 사용될 수 있다. 신호 전송 조립체는 배터리 셀의 전극 단자와의 연결부에 절연층을 구비하지 않고, 즉, 여기서 절연층에 개구를 구비하여 배터리 셀의 전극 단자와 연결되도록 한다.
배터리 기술의 발전은 에너지 밀도, 사이클 수명, 방전 용량, 충방전 배율 등 성능 파라미터와 같은 여러 측면의 설계 요소를 동시에 고려해야 한다. 또한, 배터리 부피를 줄이고 배터리의 적용 시나리오를 확장하기 위해 배터리 셀의 공간 이용률을 더 고려해야 한다.
이에 감안하여, 본 출원은 배터리 셀의 제1 표면의 가장자리에 오목부를 설치하고, 배터리 셀의 전극 단자가 제1 표면과 대향하는 제2 표면 상의 해당 위치에 설치되는 기술적 해결수단을 제공한다. 인접한 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀의 경우, 제2 배터리 셀의 오목부는 제1 배터리 셀의 전극 단자를 수용하기 위해 사용될 수 있어, 전극 단자가 별도의 공간을 차지하지 않아도 된다. 집전 부재를 제2 배터리 셀의 측벽으로 우회시켜 양단을 각각 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀의 전극 단자에 연결하기만 하면 바로 2개의 배터리 셀 사이의 전기적 연결을 구현할 수 있다.
본 출원의 실시예에 기재된 기술적 해결수단은 휴대폰, 휴대용 기기, 노트북 컴퓨터, 축전지차, 전동 장난감, 전동 공구, 전기 차량, 선박 및 우주 설비와 같은 배터리를 사용하는 다양한 장치에 모두 적용되며, 예를 들어 우주 설비는 비행기, 로켓, 우주 왕복선, 우주선 등을 포함한다.
본 출원의 실시예에 기재된 기술적 해결수단은 상기 기재된 장치의 적용에만 국한되지 않고 배터리를 사용하는 모두 장치에 적용될 수 있으며, 다만 간략하게 기재하기 위해 하기 실시예는 전기 차량을 예로 들어 설명한다는 것을 이해해야 한다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 출원의 실시예의 차량(1)의 구조 모식도이고, 차량(1)은 연료 자동차, 천연가스 자동차 또는 신에너지 자동차일 수 있고, 신에너지 자동차는 순수 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 주행거리 연장 전기 자동차 등일 수 있다. 차량(1)의 내부에는 모터(40), 제어기(30) 및 배터리(10)가 설치될 수 있으며, 제어기(30)는 배터리(10)가 모터(40)에 전력을 공급하도록 제어하기 위해 사용된다. 예를 들어, 차량(1)의 바닥부나 앞부분 또는 뒷부분에는 배터리(10)가 설치될 수 있다. 배터리(10)는 차량(1)에 대한 전력 공급에 사용될 수 있으며, 예를 들어 배터리(10)는 차량(1)의 작동 전원으로 차량(1)의 회로 시스템에 사용될 수 있고, 예를 들어 차량(1)의 시동, 내비게이션 및 작동 시의 작동 전기 사용 요구에 사용된다. 본 출원의 또 다른 실시예에서, 배터리(10)는 차량(1)의 작동 전원으로 될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 차량(1)의 구동 전원으로 연료 또는 천연 가스를 대체하거나 부분적으로 대체하여 차량(1)에 구동 동력을 제공할 수 있다.
배터리(10)는 복수 개의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리(10)의 구조 모식도이고, 배터리(10)는 적어도 하나의 배터리 모듈(200)을 포함할 수 있다. 배터리 모듈(200)은 복수 개의 배터리 셀(20)을 포함한다. 배터리(10)는 박스(11)를 더 포함할 수 있으며, 박스(11)의 내부는 중공 구조이고, 복수 개의 배터리 셀(20)이 박스(11) 내에 수용된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 박스(11)는 두 부분을 포함할 수 있으며, 여기서 각각 제1 부분(111)(상부 박스)과 제2 부분(112)(하부 박스)이라고 하며, 제1 부분(111)과 제2 부분(112)은 함께 걸림 결합된다. 제1 부분(111) 및 제2 부분(112)의 형상은 복수 개의 배터리 셀(20)이 조합된 형상에 따라 결정될 수 있으며, 제1 부분(111) 및 제2 부분(112) 중 적어도 하나는 하나의 개구를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 부분(111) 및 제2 부분(112)은 모두 중공의 직육면체일 수 있고, 또한 각각 일면만이 개구면이며, 제1 부분(111)의 개구와 제2 부분(112)의 개구는 대향하게 설치되며, 또한 제1 부분(111) 및 제2 부분(112)은 서로 걸림 결합하여 밀폐된 챔버를 구비하는 박스(11)를 형성한다. 또한 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 달리, 제1 부분(111) 및 제2 부분(112) 중 하나만이 개구를 구비하는 중공 직육면체이고, 다른 하나는 개구를 덮기 위해 판상일 수 있다. 예를 들어, 여기서 제2 부분(112)은 중공의 직육면체이고 또한 일면만이 개구면이며, 제1 부분(111)이 판상인 경우를 예로 하면, 제1 부분(111)은 제2 부분(112)의 개구부에 커버되어 밀폐된 챔버를 구비하는 박스를 형성하며, 해당 챔버는 복수 개의 배터리 셀(20)을 수용하기 위해 사용된다. 복수 개의 배터리 셀(20)은 서로 병렬, 직렬 또는 직병렬로 조합된 후, 제1 부분(111)과 제2 부분(112)이 걸림 결합되어 형성된 박스(11) 내에 배치된다.
선택적으로, 배터리(10)는 다른 구조를 더 포함할 수 있으며, 여기서 더이상 반복 설명하지 않는다. 예를 들어, 해당 배터리(10)는 집전 부재를 더 포함할 수 있고, 집전 부재는 병렬, 직렬 또는 직병렬과 같은 복수 개의 배터리 셀(20) 사이의 전기적 연결을 구현하기 위해 사용된다. 구체적으로, 집전 부재는 배터리 셀(20)의 전극 단자를 연결함으로써 배터리 셀(20) 사이의 전기적 연결을 구현할 수 있다. 추가적으로, 집전 부재는 용접에 의해 배터리 셀(20)의 전극 단자에 고정될 수 있다. 복수 개의 배터리 셀(20)의 전기 에너지는 추가적으로 도전 기구에 의해 박스를 관통하여 인출될 수 있다. 선택적으로, 도전 기구는 집전 부재에 속할 수도 있다.
다른 전력 수요에 따라, 배터리 셀(20)의 수는 임의의 값으로 설정될 수 있다. 복수 개의 배터리 셀(20)은 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결되어 큰 용량 또는 전력을 구현할 수 있다. 각 배터리(10)에 포함된 배터리 셀(20)의 수는 많을 수 있으므로, 장착의 편의를 위해 배터리 셀(20)을 군으로 나눠 설치할 수 있으며, 각 군의 배터리 셀(20)은 배터리 모듈을 구성한다. 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀(20)의 수는 제한되지 않으며 수요에 따라 설정할 수 있다. 배터리는 복수 개의 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 이러한 배터리 모듈은 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.
예로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 셀(20)의 구조 모식도이고, 배터리 셀(20)은 하나 또는 복수 개의 전극 조립체(22), 케이스(211) 및 엔드 캡(212)을 포함한다. 케이스(211)와 엔드 캡(212)은 케이스 본체 또는 배터리 박스(21)를 형성한다. 케이스(211)의 벽 및 엔드 캡(212)은 모두 배터리 셀(20)의 벽이라고 지칭하며, 여기서, 직육면체형 배터리 셀(20)의 경우 케이스(211)의 벽은 바닥벽과 4개의 측벽을 포함한다. 케이스(211)는 하나 또는 복수 개의 전극 조립체(22)가 조합된 형상에 따라 결정되며, 예를 들어, 케이스(211)는 중공의 직육면체 또는 입방체 또는 원기둥체일 수 있으며, 또한 케이스(211)의 평면 중 하나는 개구를 구비하여 하나 또는 복수 개의 전극 조립체(22)가 케이스(211) 내에 배치될 수 있도록 한다. 예를 들어, 케이스(211)는 중공의 직육면체 또는 입방체일 경우 케이스(211)의 평면 중 하나는 개구면이고, 즉 해당 평면은 벽체를 구비하지 않아 케이스(211)의 내부와 외부가 연통되도록 한다. 케이스(211)가 중공의 원기둥체일 경우 케이스(211)의 평면은 개구면이고, 즉 해당 평면은 벽체를 구비하지 않아 케이스(211)의 내부와 외부가 연통되도록 한다. 엔드 캡(212)은 개구를 커버하고 케이스(211)와 연결되어 전극 조립체(22)가 배치되는 밀폐된 챔버를 형성한다. 케이스(211) 내에는 전해액과 같은 전해질로 충전된다.
해당 배터리 셀(20)은 2개의 전극 단자(214)를 더 포함할 수 있고, 2개의 전극 단자(214)는 엔드 캡(212)에 설치될 수 있다. 엔드 캡(212)은 일반적으로 평판 형상이며, 2개의 전극 단자(214)는 엔드 캡(212)의 평판면에 고정되고, 2개의 전극 단자(214)는 각각 양극 단자(214a) 및 음극 단자(214b)이다. 각 전극 단자(214)에는 각각 연결 부재(23)가 하나씩 대응 설치되며, 집전체 부재(23)로 지칭할 수도 있고, 이는 엔드 캡(212)과 전극 조립체(22) 사이에 위치하고, 전극 조립체(22)와 전극 단자(214)를 전기적으로 연결하기 위해 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각 전극 조립체(22)는 제1 탭(221a) 및 제2 탭(222a)을 구비한다. 제1 탭(221a) 및 제2 탭(222a)의 극성은 반대이다. 예를 들어, 제1 탭(221a)이 양극 탭일 경우 제2 탭(222a)은 음극 탭이다. 하나 또는 복수 개의 전극 조립체(22)의 제1 탭(221a)은 하나의 연결 부재(23)에 의해 하나의 전극 단자와 연결되고, 하나 또는 복수 개의 전극 조립체(22)의 제2 탭(222a)은 다른 연결 부재(23에 의해 다른 전극 단자와 연결된다. 예를 들어, 양전극 단자(214a)는 하나의 연결 부재(23)에 의해 양극 탭과 연결되고, 음전극 단자(214b)는 다른 연결 부재(23)에 의해 음극 탭과 연결된다.
해당 배터리 셀(20)에서, 실제 사용 수요에 따라 전극 조립체(22)는 단일 또는 복수 개로 설정될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(20) 내에는 4개의 독립적인 전극 조립체(22)가 설치된다.
배터리 셀(20)에는 압력 완화 기구(213)를 더 설치할 수 있다. 압력 완화 기구(213)는 배터리 셀(20)의 내부 압력 또는 온도가 임계값에 도달할 때 작동하여 내부 압력 또는 온도를 완화하기 위해 사용된다.
압력 완화 기구(213)는 다양한 가능한 압력 완화 구조일 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 압력 완화 기구(213)는 감온성 압력 완화 기구일 수 있고, 감온성 압력 완화 기구는 압력 완화 기구(213)가 설치된 배터리 셀(20)의 내부 온도가 임계값에 도달할 때 용해될 수 있도록 배치되며; 및/또는 압력 완화 기구(213)는 감압성 압력 완화 기구일 수 있고, 감압성 압력 완화 기구는 압력 완화 기구(213)가 설치된 배터리 셀(20)의 내부 기압이 임계값에 도달할 때 파열될 수 있도록 배치된다.
본 출원의 실시예 중의 배터리(10)에 포함된 복수 개의 배터리 셀(20)은 케이스(11) 내에 임의의 방향으로 배열 배치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 도3에 도시된 바와 같은 직육면체 형상의 배터리 셀(20)을 예로 하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 배터리 셀(20)을 도3에 도시된 바와 같은 수직 방향에 따라 박스 내에 장착하여 장착 후의 복수 개의 배터리 셀(20)의 엔드 캡(212)이 상부 박스(111)를 향하도록 하고, 배터리 셀(20)의 케이스(211)의 저벽이 하부 박스(112)를 향하도록 할 수 있다. 또 예를 들어, 도 2와 달리, 도 3에 도시된 바와 같은 복수 개의 배터리 셀(20)을 가로로 박스 내에 설치할 수도 있다.
상기 도 3에 도시된 바와 같은 각형 배터리 셀(20)의 조립화 과정에서 충격 등 외력이 가해지면 배터리 셀(20) 간에 쉽게 서로 엇갈리면서 움직여 집전 부재에 의한 배터리 셀(20)의 전극 단자(214) 간의 당김을 초래하며, 또한 배터리 셀(20)의 측벽 면적이 보다 커 변형이 쉽게 발생한다. 이 때문에, 배터리 셀(20)의 형상을 블레이드상으로 설치하고, 즉 배터리 셀의 길이를 증가시켜, 배터리 셀(20)의 케이스(211)가 일정한 지지 역할을 하고 일부의 외력을 분담할 수 있도록 하며, 또한 길이 방향을 따른 배터리 셀(20)의 단부에 전극 단자(214)를 설치하여, 집전 부재에 의한 배터리 셀의 전극 단자(214) 간의 당김을 완화시킬 수 있다.
배터리 셀(20)의 에너지 밀도가 일정할 경우 배터리 셀(20)은 길이 방향 상의 치수가 증가할 수록 두께 방향 상의 치수가 감소하고 배터리 셀(20)이 편평해져야 하며, 이로써, 배터리 셀(20)의 과도한 용량으로 인해 전극 단자의 과전류가 지나치게 커져 전극 단자에서 발생하는 열량이 배터리 셀(20)의 사용 온도 수요를 초과하는 것을 방지한다. 배터리 셀(20)의 두께가 줄어들어, 배터리 셀(20)의 단부에 전극 단자(214)를 설치할 경우 전극 단자(214)의 치수가 제한되는 바, 전극 단자(214)의 치수가 너무 작으면 과전류 수요를 충족시킬 수 없다.
이 때문에, 본 출원의 실시예는 도 4에 도시된 바와 같은 블레이드상의 배터리 셀(20)을 사용할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(20)은 제1 표면(251), 제2 표면(252) 및 제1 전극 단자(214a)를 포함한다. 제1 표면(251)의 가장자리의 제1 영역이 함몰되어 제1 오목부(241)를 형성하고, 제2 표면(252)은 배터리 셀(20)의 제1 전극 단자(214a)를 설치하기 위해 사용되고, 제1 표면(251)과 제2 표면(252)은 제1 방향(X)에 수직이다.
배터리 셀(20)은 제1 전극 단자를 더 포함한다. 제1 전극 단자는 양전극 단자(214a) 또는 음전극 단자(214b)일 수 있고, 이하에서는 제1 전극 단자가 양전극 단자(214a)인 경우를 예로 기재를 수행한다. 여기서, 제1 전극 단자(214a)는 제1 방향(X)에서 배터리 셀(20)의 제2 표면(252)에 돌출 설치되고, 제1 오목부(241)와 정대향한다. 도 4 중의 양전극 단자(214a)는 음전극 단자(214b)의 위치와 호환될 수 있고, 이하에서, 예로는, 제1 오목부(241)의 대응 위치의 전극 단자는 양전극 단자(214a)인 경우를 예로 기재를 수행한다.
제1 표면(251)은 배터리 셀(20)의 케이스(211)의 저벽일 수 있으며, 제1 표면(251)의 제1 영역은 배터리 셀(20)의 X 방향의 하나의 가장자리에 위치한다. 제2 표면(252)은 배터리 셀의 엔드 캡(212)의 표면일 수 있다. 여기서, 제1 방향(X) 상의 제1 오목부(241)의 깊이는 제1 전극 단자(214a)의 높이보다 크고, 또한 제1 표면(251) 상의 제1 오목부(241)의 투영면적은 제1 표면(251) 상의 제1 전극 단자(214a)의 투영면적보다 크다. 이와 같이, 제1 오목홈(241)은 제1 방향 상의 배터리 셀(20)과 인접하게 설치되는 다른 배터리 셀(20)의 제1 전극 단자(214a)를 수용할 수 있다.
구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리(10)의 측면도이다. 배터리(10)는 박스(211) 및 박스(211) 내에 수용된 복수 개의 배터리 셀(20)을 포함하며, 예를 들어 인접한 제1 배터리 셀(201) 및 제2 배터리 셀(202)을 포함한다. 복수 개의 배터리 셀(20)은 제1 방향(X)을 따라 배열되고, 복수 개의 배터리 셀(20) 중의 각 배터리 셀(20)의 제1 표면(251)의 가장자리의 제1 영역이 오목하여 제1 오목부(241)를 형성한다. 각 배터리 셀(20)의 제1 전극 단자(214a)는 해당 배터리 셀(20)의 제2 표면(252)에 돌출 설치된다. 여기서, 제1 전극 단자(214a)의 돌출 방향은 바로 제1 방향(X)이다.
배터리(10)는 인접하게 설치된 2개의 배터리 셀(20)의 제1 전극 단자(214a)를 전기적으로 연결하기 위한 제1 집전 부재(26)를 더 포함하며, 예를 들어 제1 배터리 셀(201)과 제2 배터리 셀(202) 사이의 집전 부재(26)는 제1 배터리 셀(201)의 제1 전극 단자(214a)와 제2 배터리 셀(202)의 제1 전극 단자(214a)를 전기적으로 연결하기 위해 사용된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 집전 부재(26)는 제1 방향(X)에 평행한 제2 배터리 셀(202)의 측벽을 우회하여, 제1 집전 부재(26)의 제1단(261)이 제1 배터리 셀(201)의 제1 전극 단자(214a)에 연결되고 제1 집전 부재(26)의 제2단(262)이 제2 배터리 셀(202)의 제1 전극 단자(214a)에 연결되도록 하며, 여기서, 제1 집전 부재(26)의 제1단(261)과 제1 배터리 셀(201)의 제1 전극 단자(214a)가 제2 배터리 셀(202)의 제1 오목부(241) 내에 공통으로 수용된다.
배터리 셀(20)의 제1 표면(251)의 가장자리에 제1 오목부(241)가 설치되고, 또한 배터리 셀(20)의 제1 전극 단자(214a)가 제1 표면(251)과 대향하는 제2 표면(252)에 돌출 설치되므로, 복수 개의 배터리 셀(20)이 제1 전극 단자(214a)의 돌출 방향을 따라 배열될 경우, 인접한 2개의 배터리 셀 중의 제2 배터리 셀(202)의 제1 오목부(241)는 제1 배터리 셀(201)의 제1 전극 단자(214a)를 수용하고, 또한 2개의 배터리 셀(20)을 연결하기 위한 제1 집전 부재(26)를 수용할 수 있다. 제1 집전 부재(26)는 제2 배터리 셀(202)의 측벽을 우회하여, 제1 집전 부재(26)의 제1 단(261)이 제1 배터리 셀(201)의 제1 전극 단자(214a)에 연결되고, 또한 제2 단(262)이 제2 배터리 셀(202)의 제1 전극 단자(214a)에 연결되도록 할 수 있다. 복수 개의 배터리 셀(20)이 각각의 제1 전극 단자(214a)의 돌출 방향(X)을 따라 배열되고, 또한 제1 전극 단자(214a)가 인접한 배터리 셀(20)의 제1 오목부(241) 내에 수용되어, 모듈 조립 공간을 차지하지 않아, 배터리 셀(20)의 공간 이용률을 향상시킨다.
하나의 실시형태에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 집전 부재(26)는 제1 단(261), 제2 단(262), 및 제1 단(261)과 제2 단(262) 사이에 위치하는 절곡부(263)를 포함한다. 여기서, 절곡부(263)는 절곡가능하게 배치되어 제1 집전 부재(26)가 제1 방향(X)에 평행한 제2 배터리 셀(202)의 측벽을 우회할 수 있도록 한다.
이와 같이, 제1 집전 부재(26)에 절곡부(263)를 설치하여 복수 개의 배터리 셀(20)의 조립화 과정에서 제1 집전 부재(26)가 배터리 셀(20)의 측벽을 더욱 용이하게 우회할 수 있어, 제1 집전 부재(26)의 장착이 용이하게 한다.
하나의 구현형태에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 절곡부(263)는 제1 절곡 영역(2631), 제2 절곡 영역(2632) 및 중간 영역(2633)을 포함하고, 여기서, 제1 절곡 영역(2631)은 절곡되는 데 사용되어 제1단(261)과 중간 영역(2633)을 연결하도록 하고, 제2 절곡 영역(262)은 절곡되는 데 사용되어 제2단(262)과 중간 영역(2633)을 연결하도록 한다.
하나의 구현형태에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 절곡 영역(2631)의 두께와 제2 절곡 영역(2632)의 두께는 중간 영역(2633)의 두께보다 작다. 이와 같이, 제1 집전 부재(26)의 절곡부(263)의 제1 절곡 영역(2631)의 두께와 제2 절곡 영역(2632)의 두께는 중간 영역(2633)의 두께보다 작고, 제1 절곡 영역(2631)과 제2 절곡 영역(2631)의 박형화에 상당하므로, 제1 집전 부재(26)의 절곡을 더욱 용이하게 구현한다.
하나의 구현형태에 있어서, 중간 영역(2633)은 배터리 셀(20)의 제1 표면(251) 및 제2 표면(252)에 수직이다. 제1 집전 부재(26)의 절곡부의 중간 영역은 배터리 셀(20)의 제1 표면(251) 및 제2 표면(252)에 수직이므로, 제1 집전 부재(26)는 제1 표면(251) 및 제2 표면(252)에 수직인 방향에서 최소한의 공간을 차지하여 배터리 셀의 공간 이용률을 더욱 향상시킨다.
추가적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 중간 영역(2633)에는 보강 리브(264)가 설치되어, 제1 집전 부재(26)의 강도를 향상시킬 수 있다. 보강 리브(264)는 예를 들어 제1 방향(X)에 평행할 수 있다.
하나의 구현형태에 있어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(20)을 향한 절곡부(263)의 표면에 절연층(265)이 설치되고, 해당 절연층(265)은 예를 들어 절연 패치 또는 절연 도포층일 수 있으며; 또는 다른 구현형태에 있어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 절곡부(263)는 절연 재료(266)로 피복된다. 절곡부(263)에는 절연층(265)이 설치되거나 절연 재료(266)로 피복되므로, 제1 집전 부재(26)와 배터리 셀(20)의 제1 전극 단자(214a)와의 전기적 접촉을 피할 수 있어, 배터리(10)의 안전성을 향상시킨다.
하나의 구현형태에 있어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 방향(X)에서, 제1 오목부(241)의 치수(H1)는 제1 전극 단자(214a)의 높이(H3)와 제1 집전 부재(26)의 치수(H2)의 합보다 커서, 배터리 셀(20)의 제1 오목부(241)가 인접한 다른 배터리 셀(20)의 제1 전극 단자(214a) 및 제1 집전 부재(26)를 수용하도록 한다.
예를 들어, 제1 방향(X)에서 배터리 셀(20)의 치수(H0)(제1 전극 단자(214a)의 높이(H3) 미포함)와 배터리 셀(20)의 제1 오목부(241)의 치수(H2)의 차는 2mm 이상, 즉 H0-H1>2mm일 수 있다. 이와 같이, 제1 방향(X)에서, 제1 오목부(241)에 대응하는 배터리 셀(20)의 위치부의 치수는 2mm 이상인 경우, 제1 오목부(241)의 치수 요구를 충족시키는 상태에서 배터리 셀(20) 내부의 어댑터 부재, 플라스틱 시트, 전극 조립체(22) 등 부재의 수용 공간을 확보할 수 있다.
또한 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 방향(Y)을 따른 제1 표면(251) 상의 제1 오목부(241)의 치수(L0)는 12mm이상이고, 제2 방향(Y)은 배터리 셀(20)의 제3 표면(253)에 수직이고, 제3 표면(253)은 제1 표면(251) 및 제2 표면(252)에 수직이다.
제2 방향(Y)에서, 제1 전극 단자(214a) 및 그 절연 가장자리, 배터리 셀(20)의 리벳팅 블록(27) 및 리벳팅 공구의 포지셔닝 등은 미리 남겨 둔 공간이 필요하므로, 제1 표면(251) 상의 제2 방향(Y)을 따른 배터리 셀(20)의 제1 오목부(241)의 치수는 합리적인 범위로 설정되어야 하며, 예를 들어 12 mm 이상이다. 일반적으로, 제1 전극 단자(214a)의 과전류 수요를 보장하기 위해, 제1 전극 단자(214a)의 직경(D)은 일반적으로 D≥5 mm를 충족시킨다. 제2 방향(Y) 상의 리벳팅 블록(27)의 한 변의 치수는 예를 들어 L1≥2-3mm으로 설정할 수 있고, 제1 전극 단자(214a)를 피복하기 위한 절연 가장자리의 한 변의 두께는 예를 들어 L2≥0.6mm로 설정할 수 있으며, 리벳팅 지그의 포지셔닝 시 한 변의 간격은 예를 들어 L3≥1mm로 설정할 수 있다. 따라서, 제2 방향(Y)을 따른 제1 오목부(241)의 치수(L0)는 일반적으로 5+(2+0.6+1)×2=12.2mm보다 커야 된다.
또한 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 2개의 제1 전극 단자(214a) 사이의 간격과 각 제1 전극 단자(214a)의 절연 가장자리의 두께 등 수요를 충족시키도록 제3 방향(Z)을 따른 제1 오목부(241)의 제1 표면(251) 상의 치수(L4)는 15mm 이상이다.
하나의 구현형태에 있어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 각 배터리 셀(20)의 제1 표면(251)의 가장자리의 제2 영역이 함몰되어 제2 오목부(242)를 형성하고, 여기서, 제1 영역은 제1 표면(251)의 제2 방향(Y)의 제1 단에 위치하고, 제2 영역은 제1 표면(251)의 제2 방향(Y)의 제2 단에 위치한다. 여기서, 각 배터리 셀(20)의 제2 전극 단자(214b)는 해당 배터리 셀(20)의 제2 표면(252)에 돌출 설치되고, 제2 전극 단자(214b)와 제1 전극 단자(214a)의 극성은 반대이다. 도 13 중의 양전극 단자(214a)는 음전극 단자(214b)의 위치와 호환될 수 있고, 본 출원에서 제2 오목부(242)의 대응 위치의 전극 단자는 음전극 단자(214b)인 경우를 예로 기재를 수행한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 복수 개의 배터리 셀(20)은 제2 배터리 셀(202)과 인접한 제3 배터리 셀(203)을 더 포함하고, 배터리(10)에는 제2 집전 부재(27)를 더 포함하고, 제2 집전 부재(27)는 제2 배터리 셀(202)의 제2 전극 단자(214b)와 제3 배터리 셀(203)의 제2 전극 단자(214b)를 전기적으로 연결하기 위해 사용된다. 유사하게, 제2 집전 부재(27)는 제1 방향(X)에 평행한 제3 배터리 셀(203)의 측벽을 최종적으로 우회할 수 있어, 제2 집전 부재(27)의 제1단이 제2 배터리 셀(202)의 제2 전극 단자(214b)에 연결되고, 제2 집전 부재(27)의 제2단이 제3 배터리 셀(203)의 제2 전극 단자(214b)에 연결되도록 한다. 여기서, 제2 배터리 셀(202)과 연결되는 제2 집전 부재(27)의 제1단, 및 제2 배터리 셀(202)의 제2 전극 단자(214b)는 제3 배터리 셀(203)의 제2 오목부(242) 내에 공통으로 수용된다.
제2 오목부(242) 및 제2 집전 부재(27)의 구체적인 세부 사항은 제1 오목부(241) 및 제1 집전 부재(26)에 대한 전술한 관련 기재를 참조할 수 있음을 이애해야 하며, 간결하기 위해 여기서는 더이상 반복 기재하지 않는다. 제1 오목부(241)에 대응하는 배터리 셀(20)의 제2 표면(252) 상의 위치에는 제1 전극 단자가 설치되고, 제2 오목부(242)에 대응하는 배터리 셀(20)의 제2 표면(252) 상의 위치에는 제2 전극 단자가 설치되며, 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자는 각각 양극 단자(214a) 및 음극 단자(214b)일 수 있고, 또는 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자는 각각 음극 단자(214b) 및 양극 단자(214a)일 수 있다.
이하에서, 제1 배터리 셀(201)과 제2 배터리 셀(202)의 제1 전극 단자(214a) 사이의 연결을 예로 들어, 복수 개의 배터리 셀(20)의 조립화 과정을 기재한다. 제1 배터리 셀(201)은 설치 완료 후 제1 집전 부재(26)의 제1 단(261)을 제1 배터리 셀(201)의 제2 표면(252)에 대응하는 위치의 제1 전극 단자(214a)에 용접한다. 다음, 제2 배터리 셀(202)의 제2 표면(251)을 제1 배터리 셀(201)의 제1 표면을 향하게 적층하고, 제1 배터리 셀(201)의 제1 전극 단자(214a)를 제2 배터리 셀(202)의 제1 오목부(241) 내에 수용시킨다. 이어서, 제1 집전 부재(26)를 절곡하여, 제1 방향(X)에 평행한 제2 배터리 셀(202)의 측벽을 우회하고, 제1 집전 부재(26)의 제2 단(262)을 제2 배터리 셀(202)의 제1 전극 단자(214a)에 용접한다. 이와 같이, 제1 배터리 셀(201)과 제2 배터리 셀(202)의 제1 전극 단자(214a) 사이의 전기적 연결이 완성된다. 유사하게, 또한 인접한 제2 배터리 셀(202)과 제3 배터리 셀(203)의 제2 전극 단자(214b) 사이의 전기적 연결을 구현할 수 있다. 복수 개의 배터리 셀(20)은 유사한 방식으로 조립화한 후 배터리(10)를 형성한다.
하나의 실시형태에 있어서, 도 15 내지 도 17을 참조하면, 도 16은 도 15에 도시된 배터리 셀이 A-A 방향, 즉 제2 방향(Y)을 따른 단면도이고, 도 17은 도 16의 영역 B의 부분 확대도이다. 배터리 셀(20)의 전극 조립체(22)에 대응하는 엔드 캡(212)의 영역은 케이스(211)를 등지는 방향으로 돌출되어 엔드 캡(212)의 케이스(211)를 향하는 일측에 오목홈(2121)을 형성한다.
오목홈(2121)은 전극 조립체(22)를 조립하는 과정에서 전극 조립체(22)에 대한 포지셔닝을 수행할 수 있다. 추가적으로, 엔드 캡(212)의 가장자리 영역과 오목홈(2121) 사이의 윤곽선(2122)은 케이스(211)와 엔드 캡(212)을 용접하는 과정에서 용접 궤적에 대한 포지셔닝을 수행하기 위해 사용된다.
선택적으로, 제1 방향(X)에 수직인 평면의 단면에서, 전극 조립체(22)가 오목홈(2121) 내에 수용될 수 있도록 오목홈(2121)의 치수는 전극 조립체(22)의 치수 이상이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제1 방향(X) 상의 오목홈(2121)의 깊이(R1)는 예를 들어 0.4mm 내지 3mm 사이에 위치한다. 용접 과정에서 용접 도구의 위치에 대한 영향을 피하도록 오목홈(2121)의 깊이가 너무 커서는 안되며, 오목홈(2121)의 깊이가 너무 작아서도 안되고, 그렇지 않으면 상기 기능을 구현할 수 없으므로 그 깊이를 0.4 내지 3mm 사이로 설정하는 것은 가장 바람직하다.
도 16에 도시된 바와 같이, 용접 과정에서 용접 도구의 위치를 남겨 두어 레이저 용접 렌즈의 포지셔닝 수요에 영향을 미치지 않도록 윤곽선(2122)과 용접 궤적 사이의 거리(R2)는 예를 들어 0.5mm보다 클 수 있다.
따라서, 배터리 셀(20)에서, 전극 조립체(22)에 대응하는 엔드 캡(212)의 영역은 케이스(211)를 등지는 방향으로 돌출되어 케이스(211)를 향하는 엔드 캡(212)의 일측에 오목홈(2121)을 형성한다. 이러한 설계는 오목홈(2121)이 전극 조립체(22)를 조립하는 과정에서 전극 조립체(22)에 대한 포지셔닝을 수행하도록 할 뿐만 아니라, 해당 엔드 캡(212)의 가장자리 영역과 해당 오목홈(2121) 사이의 윤곽선(2122)이 케이스(211)와 엔드 캡(212)을 용접하는 과정에서 용접 궤적에 대한 포지셔닝을 수행할 수도 있도록 한다.
본 출원의 일 실시예는 전기 기기를 제공하며, 해당 전기 기기는 전술한 각 실시예의 배터리(10)를 포함할 수 있으며, 해당 전기 기기에 전기 에너지를 제공하기 위해 사용된다. 선택적으로, 전기 기기는 차량, 선박 또는 우주 설비일 수 있다.
전기 기기에 전술한 실시예의 배터리(10)를 설치함으로써, 배터리(10) 중의 배터리 셀(20)의 전극 단자가 인접한 배터리 셀의 오목부 내에 수용되어, 공간을 절약하여, 공간 이용률을 향상시키며, 전기 기기의 보급 및 사용을 용이하게 한다.
바람직한 실시예를 참조하여 본 출원을 기재하였으나, 본 출원의 범위를 벗어나지 않는 상황에서, 이를 다양하게 개선할 수 있고, 등가물로 그중의 부재를 대체할 수 있다. 특히, 구조적 충돌이 없는 한, 각 실시예에서 언급한 각 기술적 특징은 모두 임의의 방식으로 조합할 수 있다. 본 출원은 본 출원에 개시된 특정 실시예에 한정되지 않고, 특허청구범위 내에 속하는 모든 기술적 해결수단을 포함한다.

Claims (14)

  1. 배터리 셀로서,
    가장자리의 제1영역이 함몰되어 제1 오목부를 형성하는 제1 표면;
    상기 배터리 셀의 제1 전극 단자를 설치하기 위해 사용되고, 상기 제1 표면과 함께 제1방향에 수직인 제2 표면;
    상기 제1 방향에서 상기 제2 표면에 돌출 설치되고, 상기 제1 오목부와 정대향하는 제1 전극 단자를 포함하되,
    상기 제1 방향에서, 상기 제1 오목부의 깊이는 상기 제1 전극 단자의 높이보다 크고, 상기 제1 표면 상의 상기 제1 오목부의 투영면적은 상기 제1 표면 상의 상기 제1 전극 단자의 투영면적보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에서, 상기 배터리 셀의 치수와 상기 배터리 셀의 상기 제1 오목부의 치수의 차는 2mm 이상인 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제2 방향을 따른 상기 제1 표면 상의 상기 제1 오목부의 치수는 12mm이상이고, 상기 제2 방향은 상기 배터리 셀의 제3 표면에 수직이고, 상기 제3 표면은 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면에 수직인 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  4. 제3항에 있어서,
    제3 방향을 따른 상기 제1 표면 상의 상기 제1 오목부의 치수는 15mm이상이고, 상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직인 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 상기 배터리 셀의 전극 조립체를 수용하기 위한 케이스와, 상기 전극 조립체를 상기 케이스 내에 밀폐시키기 위해 상기 케이스에 커버되는 엔드 캡을 포함하되, 상기 케이스의 저벽은 상기 배터리 셀의 상기 제1 표면을 형성하고, 상기 엔드 캡은 상기 배터리 셀의 상기 제2 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극 조립체와 대응하는 상기 엔드 캡의 영역은 상기 케이스를 등지는 방향으로 돌출되어 상기 케이스를 향하는 상기 엔드 캡의 일측에 오목홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오목홈은 상기 전극 조립체를 조립하는 과정에서 상기 전극 조립체에 대한 포지셔닝을 수행하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 엔드 캡의 가장자리 영역과 상기 오목홈 사이의 윤곽선은 상기 케이스와 상기 엔드 캡을 용접하는 과정에서 용접 궤적에 대한 포지셔닝을 수행하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오목홈의 깊이는 0.4mm 내지 3mm 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 윤곽선과 상기 용접 궤적 사이의 거리는 0.5mm보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 방향에 수직인 평면의 단면에서, 상기 오목홈의 치수는 상기 전극 조립체의 치수 이상인 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 표면의 가장자리의 제2 영역이 함몰되어 제2 오목부를 형성하고, 상기 제1 영역은 상기 제1 표면의 제2 방향 상의 제1단에 위치하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 표면의 제2 방향 상의 제2단에 위치하며, 상기 배터리 셀의 제2 전극 단자는 상기 제1 방향에서 상기 배터리 셀의 제2 표면에 돌출 설치되고, 또한 상기 제2 오목부와 정대향하고, 상기 제2 전극 단자와 상기 제1 전극 단자의 극성은 반대이되;
    상기 제1 방향에서, 상기 제2 오목부의 깊이는 상기 제2 전극 단자의 높이보다 크고, 상기 제1 표면 상의 상기 제2 오목부의 투영면적은 상기 제1 표면 상의 상기 제2 전극 단자의 투영면적보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  13. 배터리로서,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀을 포함하는 배터리.
  14. 전기 기기로서,
    전기 에너지를 제공하기 위한 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀을 포함하는 전기 기기.
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