KR102387741B1 - 열 발산 봉합재 재료를 갖는 배터리 모듈 및 그를 위한 방법들 - Google Patents

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에이일이삼 시스템즈, 엘엘씨
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Abstract

개선된 열 전달 및 열 발산 특성들을 나타내는 봉합재 재료를 포함하는 배터리 모듈이 본 명세서에 개시된다. 한 예시적인 실시예에서, 배터리 모듈은 셀들의 "스택"을 포함하고, 셀들의 적어도 일부, 및 선택적으로 각각의 셀은 금속 플레이트 또는 탭 형상 히트 싱크 층에 의해 분리되지 않고, 대신에, 셀들이 봉합재 재료에 의해 실질적으로 둘러싸이고 서로 위에 직접 스택된다.

Description

열 발산 봉합재 재료를 갖는 배터리 모듈 및 그를 위한 방법들
관련 출원과의 상호 참조
본원은 2016년 4월 1일자 출원된 "Battery Module With Heat Dissipating Encapsulant Material And Methods Therefor"하고 하는 미국 가 출원 번호 62/317,370호를 우선권 주장하고, 이 출원은 모든 목적들을 위해 본원에 참조로 포함된다.
분야
본 출원은 일반적으로 배터리 모듈들 및 배터리 모듈들을 제조하는 방법들에 관한 것이다.
리튬-이온(Li-이온) 배터리들은 전기화학 반응들로부터 결과된 에너지를 발생하는 보조(재충전) 배터리의 유형이다. 리튬-이온 배터리는 양의 전극, 음의 전극, 2개의 전극 간의 이온들의 왕복 이동을 가능하게 하는 이온 전해질 용액, 전극들 간의 이온 이동을 가능하게 하고 2개의 전극이 서로 접촉하지 않는 것을 추가로 보장하는 다공성 격리판 멤브레인을 갖는 배터리 셀을 포함할 수 있다.
배터리 성능은 온도에 의해 영향받을 수 있으므로, 일부 배터리 모듈들은 열을 발산하는 다양한 히트 싱크들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 함께 스택된 복수의 셀을 포함하는 모듈에서, 금속 탭들이 각각의 셀 사이에 배치될 수 있고 하우징으로 나아가 하우징 주변의 환경으로 열을 전달하기 위해 외부 하우징에 접촉하는 단부들을 가질 수 있다. 예를 들어, 히트 싱크 재료들은 셀들이 서로 직접 접촉하지 않도록 각기둥형 셀들(prismatic cells) 사이에 배치될 수 있다.
본 발명자들은 공정들을 복잡하게 할 수 있고/있거나 셀들 각각을 분리시키는 금속 탭들이 셀들로부터 열을 충분히 끌어내는 것을 보장하기 위한 설계들이 필요할 수 있다는 점에서, 위에 설명된 구성에서의 문제들을 인식하였다. 또한, 그것은 열 전달 전도 경로가 모듈로부터 멀리 충분한 열을 전달하기 위해 각각의 탭으로부터 하우징까지 제공되도록 각각의 탭이 하우징에 충분히 접촉하는 것을 보장하기 위해 동일하게 복잡해질 수 있다. 이들 종래의 히트 싱크 설계는 히트 싱크 소자들이 각기둥형 셀들과 모듈의 외부 피복 및 하우징 둘 다와 면 대 면 접촉하는 L자형 구성을 포함할 수 있고 L자형 히트 싱크와 모듈 하우징 사이의 긴밀한 접촉이 보장되지 않으면, 온도 영향들이 배터리 성능의 손실을 야기할 수 있다.
한 예로서, 상기 결점들은 모듈 내로부터 열을 더 잘 발산하기 위해 열 전도 봉합재 재료를 이용하는 배터리 모듈을 제공함으로써 해결될 수 있고, 그러므로 셀들 간의 히트 싱크 디바이스들의 감소 및/또는 제거를 가능하게 할 수 있다.
상기 요약은 상세한 설명에서 추가로 설명되는 개념들의 선택을 간소화된 형태로 소개하기 위해 제공된다는 것을 이해하여야 한다. 청구된 주제의 주요한 또는 본질적인 특징들을 확인하려는 것이 아니고, 그 범위는 상세한 설명을 따르는 청구범위에 의해 독특하게 정의된다. 또한, 청구된 주제는 위에 또는 본 개시내용의 임의의 일부에서 주목된 어떤 단점들을 해결하는 구현들로 제한되지 않는다.
도 1a는 배터리 모듈의 예시적인 실시예의 평면도를 도시한다.
도 1b는 예시적인 배터리 모듈 실시예의 등각 측면도를 도시한다.
도 2a는 예시적인 배터리 모듈 실시예의 정면도를 도시한다.
도 2b는 예시적인 배터리 모듈 실시예의 측면 프로필도를 도시한다.
도 3은 투명한 하우징을 갖는 예시적인 배터리 모듈 실시예의 등각 측면도를 도시한다.
도 4는 투명한 하우징을 갖는 예시적인 배터리 모듈 실시예의 등각 상향도를 도시한다.
도 5는 투명한 하우징을 갖는 배터리 모듈의 한 실시예의 측면 프로필을 도시한다.
도 6은 투명한 하우징을 갖는 배터리 모듈의 한 실시예의 정면도를 도시한다.
도 7은 투명한 하우징을 갖는 배터리 모듈 실시예를 도시한다.
도 8은 투명한 하우징을 갖는 제2의 예시적인 배터리 모듈 실시예의 등각도를 도시한다.
도 9는 제2의 예시적인 배터리 모듈의 전방 프로필도를 도시한다.
도 10은 제2의 예시적인 배터리 모듈의 측면 프로필도를 도시한다.
도 11은 제2의 예시적인 배터리 모듈의 등각 상향도를 도시한다.
도 12a는 하우징 내로의 액체 봉합재의 도입을 도시한다.
도 12b는 모듈 하우징 내로의 복수의 각기둥형 셀의 배치를 도시한다.
도 12c는 봉합재를 포함하는 배터리 모듈 실시예의 내부 단면의 절단도를 도시한다.
도 12d는 봉합재에 의해 둘러싸인 셀 스택의 확대도를 제공한다.
도 13은 예시적인 배터리 모듈 실시예의 정면 절단도를 도시한다.
도 14a는 하우징 내에 배치된 셀들의 스택을 도시한 사진도이다.
도 14b는 하우징 내에 배치된 셀들의 스택을 둘러싸는 경화된 봉합재 재료를 도시한 사진도이다. 도 1-11, 12a, 12b, 및 13-14는 축척에 맞게 그려졌지만, 다른 상대적 치수들이 사용될 수 있다.
본 개시내용은 본 발명의 예시적인 실시예들이 도시된, 첨부 도면을 참조하여 여기에 더 상세히 이제부터 설명될 것이다. 특정한 실시예는 단지 사실상 예시적이고 변화할 수 있는, 발명의 범위, 그것의 적용, 또는 사용들을 결코 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 명세서에 포함된 비제한적 정의들 및 용어와 관련하여 설명된다. 이들 정의 및 용어는 발명의 범위 또는 실시에 대한 제한으로서 기능하는 것이 아니고, 단지 예시 및 설명 목적들을 위해 제시된다. 공정들 및/또는 조성물들이 개별 단계들의 순서로서 또는 특정한 재료들을 사용하여 설명될 수 있지만, 단계들 또는 재료들은 여기의 개시내용의 설명이 많은 상이한 방식들로 배열된 복수의 부분 또는 단계를 포함할 수 있도록 상호교환가능할 수 있다는 것을 알 것이다.
하나 이상의 실시예에서 실질적으로 동일할 수 있는 소자들, 공정 단계들, 및 다른 요소들은 대등하게 식별되고 최소 반복으로 설명된다. 그러나, 대등하게 식별된 요소들은 또한 어느 정도 상이할 수 있다는 점에 주목할 것이다.
여기에 설명된 용어는 특정한 실시예들을 단지 설명하는 목적을 위한 것이고 제한하려는 것이 아니다. 여기에 사용된 바와 같이, 단수 표현은 내용이 분명히 달리 표시하지 않는다면, "적어도 하나"를 포함하는 복수 형태들을 포함하고자 한다. "또는"은 "및/또는"을 나타낸다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 나열된 아이템들의 하나 이상의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다. 용어들 "구성한다" 및/또는 "구성하는", 또는 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 본 명세서에서 사용될 때 기술된 특징들, 영역들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 소자들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 영역들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 소자들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것을 추가로 이해할 것이다. 용어 "그것의 조합" 또는 "~의 혼합"은 전술한 요소들 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 의미한다.
달리 정의되지 않는다면, 여기에 사용된 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들을 포함)은 본 개시내용이 속하는 기술의 적어도 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 공통으로 사용되는 사전들에서 정의된 것들과 같은 용어들은 관련 또는 본 개시내용의 맥락에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 명시적으로 여기에 정의되지 않는다면 이상적으로 또는 지나치게 형식적 의미에서 해석되지 않을 것이라는 것을 추가로 이해할 것이다.
본 개시내용은 일련의 스택된 전극 시트형 배터리 셀들을 포함하는 고 충전 용량 및 고 방전 용량 배터리 모듈을 제공한다. 한 실시예에서, 배터리 모듈 또는 복수의 배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 더 큰 배터리 팩 내부에 설치될 수 있다. 이러한 배터리 팩 어셈블리들은 다음에 다양한 고 전력 전기 부하들을 추가로 포함할 수 있는 고 충전 및 방전을 할 수 있는 배터리를 필요로 할 수 있는 지상, 해저, 비행 차량들, 또는 다른 그러한 차량들 내에 설치될 수 있다. 예를 들어, 차량 추진 또는 기계적 작동의 일부 다른 형태를 위해 사용되는 컴퓨터 제어 전력 인버터들 또는 전자 모터들과 같은 소자들은 배터리 팩 및 나아가, 그 안의 배터리 모듈들의 상당한 전력 능력을 필요로 할 수 있다.
복수의 배터리 모듈은 예를 들어, 국부 전력 분배 네트워크의 최악의 경우 전력 변동 사건들과 균등하게 하는 데 도움을 주기 위해 전기 공급 회사에 의해 추가로 사용될 수 있다. 본 예에서, 모듈들은 일종의 기초에 고정될 수 있는 큰 강성의 고정이고, 방수인 압출물 또는 봉입물을 포함할 수 있는 "배터리 스테이션" 내부에 설치될 수 있다. 모듈들은 필요할 때 임의의 모듈이 빨리 접속 또는 분리될 수 있도록 도크들에 랙들을 통해 장착 및 전기적으로 접속될 수 있다. 예를 들어, 배터리 스테이션이 서비스를 요구할 때, 스테이션은 개방될 수 있고, 하나 이상의 배터리 모듈이 전체 스테이션이 이동할 필요가 없도록 제거 또는 교체될 수 있다.
배터리 팩들 및 배터리 스테이션들은 위에 잠시 주목된 것과 같이 차량 제조사들에 완전한 완제품 배터리 팩들을 또는 전기 공급 회사들에 완전한 완제품 배터리 스테이션들을 전달하기 위해 전자 센서 모듈들, 전자 제어 모듈들, 전기 충전 모듈들, 전기 인터페이스 접속기들, 전기 퓨즈들, 전기 배선 설비들, 및/또는 히트 싱크들과 같은 열적 관리 요소들과 같은 내부에 설치된 보조 서브어셈블리들 및 다른 소자들을 포함할 수 있다.
개선된 열 전달 및 열 발산 특성들을 나타내는 봉합재 재료를 포함하는 배터리 모듈이 본 명세서에 개시된다. 한 예시적인 실시예에서, 배터리 모듈은 셀들의 "스택"을 추가로 포함하고, 각각의 셀은 평탄 플레이트형 금속 탭과 같은 히트 싱크 재료 층에 의해 분리되지 않는다. 예를 들어, 배터리 모듈 내의 스택된 각기둥형 셀들에서, 각각의 분리된 셀 요소는 셀들과 압출물 또는 하우징 요소 둘 다와 충분한 접촉을 해야 하는 히트 싱크 재료에 의해 분리될 수 있다. 이 방식으로, 개시된 배터리 모듈의 전체 크기가 감소될 수 있고, 히트 싱크 재료들의 배치로부터 결과된 잠재적인 복잡성들이 회피 또는 감소될 수 있다. 예를 들어, 복수의 스택된 각기둥형 셀을 포함하는 배터리 모듈을 제조하는 일부 방법들에서, L자형 히트 싱크 플레이트 또는 탭이 히트 싱크 재료가 셀들과 그리고 다른 압출물 하우징과 실질적으로 접촉하도록 각각의 스택된 셀 사이에 삽입될 수 있다. 일부 예들에서, 상기 히트 싱크 재료들의 배치는 예를 들어 구성 시에 또는 마감 단계 동안 배터리 모듈 내에서 변경 또는 시프트될 수 있다.
매체들 간의 개선된 열 전달을 제공하는 봉합재 재료의 사용은 그러므로 유사한 각기둥형 셀 모듈들을 구성하는 것들에 의해 접하게 되는 문제들을 제거 또는 감소시킬 수 있다.
설명 목적들을 위해, 용어 "각기둥형(prismatic)"은 본 개시내용과 함께 사용될 배터리 셀의 물리적 형상을 참조하고 그것은 원통형 셀들을 포함할 수 있는 다른 모듈들과 이 모듈을 구별한다. 각기둥형 셀은 서로 평행하게 배치된 2개의 큰 평탄한 표면을 갖는다. 셀 형상은 모듈 하우징 내의 기계적 유지 및 열적 관리의 방법으로서 추가로 사용될 수 있다. 셀의 전기 단자들은 전형적으로 주된 2개의 표면에 수직으로 배치된 다른 4개의 더 작은 표면의 어느 것으로부터 돌출한다.
이제 도 1a를 참조하면 이 도면은 본 개시내용에 따른 리튬-이온 배터리 모듈을 도시한다. 배터리 모듈(100)은 여기서 하우징이라고도 하는 압출물(102), 또는 봉입물을 포함할 수 있다. 압출물(102)은 적어도 하나의 실시예에서 알루미늄 구조를 포함할 수 있고 상부 면 및 좌측 및 우측 면 각각을 따라 압출물(102)의 외부 표면을 따라 배치될 수 있는 복수의 열 발산 돌출부(116)를 추가로 포함할 수 있다. 돌출부들(116)은 적어도 하나의 실시예에서 압출물(102)과 일체로 형성될 수 있다. 이 방식으로, 배터리 모듈 내에 발생된 열은 외부 압출물(102)로 전달될 수 있고 외부 대기와 접촉하고 있는 돌출부들(116)이 열을 배터리 모듈로부터 밖으로 보낼 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100)은 모듈을 실질적으로 밀봉하고 그 안에 스택된 셀들을 보호할 수 있는 전방 커버 패널(104)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 셀 단자들(106, 108)은 전방 커버 패널(104)의 상부의 외부 표면 상에 배치될 수 있다. 이 방식으로, 배터리 모듈은 부하들에 직접 접속될 수 있거나, 예를 들어 더 큰 배터리 팩 내의 다른 배터리 모듈들에 접속될 수 있다. 부가적으로, 전방 외부 환기구 포트(110)는 전방 커버 패널(104)의 전방 외부 표면을 따라 배치될 수 있다. 환기구 포트(110)는 다수의 기능을 하기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 제공된 환기구 포트(110)는 배터리 모듈의 내부에서 그리고 상기 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 내에서 잠재적인 압축 강화에 대해 보호하기 위해 환기를 제공하는 환기구의 역할을 할 수 있다. 부가적으로, 환기구 포트(110)는 과충전 사건 조건으로부터 결과된 잠재적인 가스들의 출구 포트로서 기능하도록 구성될 수 있다. 이 방식으로, 배터리 모듈의 안전 및 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 안전이 개선될 수 있다.
도 1b와 관련하여, 이 도면은 도 1a에 제공된 배터리 모듈(100)의 등각도를 제공한다. 이 도면에서, 이러한 적합한 응용들에서 배터리 모듈의 배치 및/또는 접속에 추가로 도움을 줄 수 있는 추가적인 소자를 시각화하는 것이 가능하다. 전방 커버 패널(104)은 일부 실시예들에서, 배터리 모듈과 더 큰 배터리 팩의 내부와 같은 또는 배터리 스테이션 내의 다른 요소들 간의 충분한 접속을 가능하게 하기 위해 제공될 수 있는 하부 배치 요소(114)를 추가로 포함할 수 있다.
도 2a에서, 배터리 모듈 실시예의 정면 프로필도가 제공된다. 이 도면에서, 배터리 단자들(106, 108)은 전방 커버 패널(104)의 전방 표면을 따라 엇갈린 패턴으로 배치된다는 것을 알 수 있다. 이 방식으로, 각각의 단자의 접속들은 2개의 단자 간의 접속이 제공되지 않을 수 있도록 고립 또는 분리될 수 있다. 이렇게 함으로써, 배터리 모듈이 잠재적으로 단락될(short-circuiting) 가능성이 감소할 수 있다. 부가적으로, 배치 리세스 또는 홈(202)이 전방 커버 패널(104)의 전방 외부 표면을 따라 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 배치 홈(202)은 배터리 모듈에 추가적인 결합 능력들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 배터리 팩들 또는 배터리 스테이션들에서, 내부 표면 상에 돌출부를 포함할 수 있다. 본 예의 돌출부는 배터리 모듈이 배터리 팩 또는 스테이션 내에 안전하게 유지될 수 있도록 제공된 홈(202)의 형상과 일치할 수 있다. 부가적으로, 배치 홈(202)은 홈(202)이 돌출부 또는 다른 그러한 배치 요소와 배터리 모듈을 실질적으로 고정시키는 방식으로 일치할 수 있도록 제공된 직사각형 형상 이외의 형상을 포함할 수 있다.
도 2b는 도 2b에 제공된 배터리 모듈 실시예의 측면 프로필도를 도시한다. 이 도면에서, 단자(들)(106, 108)가 그들이 전방 커버 패널(104)의 상부 표면 위로 상승하지 않도록 배치된다. 부가적으로, 전방 커버 패널(104)은 환기구 포트(110) 및 배치 요소(114)와 같은 하나 이상의 배치 또는 고정 요소를 포함할 수 있다. 위에 주목된 바와 같이, 이러한 배치 또는 고정 요소들은 추가적인 장착 능력들을 가능하게 하고/하거나 폭넓게 다양한 사용들에 걸친 배터리 모듈들의 적용성을 변화시키기 위해 제공될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 본 개시내용에 따른 완전히 구성된 배터리 모듈이 제공되고 여기서 모듈의 압출물(102)은 투명하다. 이 방식으로, 배터리 모듈(300)의 다양한 내부 소자들이 보다 분명히 보일 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 배터리 모듈은 복수의 개별 셀을 추가로 포함하는 리튬-이온 셀들(302)의 스택, 모듈의 압출물(102) 내에 고정하여 셀 스택을 유지할 수 있는 양 측 상의 엔드 플레이트(end plate)(304)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 모듈은 전자 보드(306), 퓨즈(308), 릴레이 어셈블리(310), 및 모듈의 하우징을 정하는 모듈의 압출물(102)의 내부 단면 내에 배치된 하나 이상의 분리 소자(312)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 릴레이(310)는 48V 릴레이를 포함할 수 있지만, 다른 전압들이 여기서 고려된다. 리튬-이온 셀들이 개시되지만, 원하는 경우, 니켈 금속 수소화물과 같은 다른 셀 화학들이 사용될 수 있다.
제공된 셀 스택(302)은 셀의 압출물(102)의 내부에 배치될 수 있고 엔드 플레이트들(304)의 포함을 통해 안전한 위치 내에 추가로 유지될 수 있다. 엔드 플레이트(304)는 셀 스택들의 2개의 가장 세로 측면 각각을 따라 배치될 수 있다. 또한, 셀 스택 내의 각각의 셀은 적어도 하나의 예시적인 실시예에서 서로 직접 면 공유 접촉할 수 있다. 이 방식으로, 각각의 셀 사이에 전형적으로 배치될 수 있는 히트 싱크 재료들의 포함으로부터 결과된 추가적인 두께가 감소될 수 있다. 그러나 그렇게 하는 데 있어서, 셀 내로부터 열 발산의 증가된 요구가 있을 수 있다. 그러므로, 아래에 개시되는 봉합재 재료는 각각의 셀 간의 히트 싱크 층의 포함 없이도 셀에 열 전달 능력들을 제공할 수 있다.
도 4는 배터리 모듈의 실시예의 등각 측면도를 제공한다. 도 3과 유사하게, 본 개시내용에 따른 완전히 구성된 배터리 모듈이 제공되고 여기서 모듈의 압출물(102)은 투명하다. 이 방식으로, 배터리 모듈(300)의 다양한 내부 소자들이 보다 분명히 보일 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 배터리 모듈은 복수의 개별 셀을 추가로 포함하는 셀들(302)의 스택, 모듈의 압출물(102) 내에 고정하여 셀 스택을 유지할 수 있는 양 측 상의 엔드 플레이트(304)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 모듈은 전자 보드(306), 퓨즈(308), 릴레이 어셈블리(310), 및 모듈의 하우징을 정하는 모듈의 압출물(102)의 내부 단면 내에 배치된 하나 이상의 분리 소자(312)를 포함할 수 있다.
제공된 셀 스택(302)은 셀의 압출물(102)의 내부에 배치될 수 있고 엔드 플레이트들(304)의 포함을 통해 안전한 위치 내에 추가로 유지될 수 있다. 엔드 플레이트(304)는 셀 스택들의 2개의 가장 세로 측면 각각을 따라 배치될 수 있다. 또한, 셀 스택 내의 각각의 셀은 적어도 하나의 예시적인 실시예에서 서로 직접 면 공유 접촉할 수 있다. 이 방식으로, 각각의 셀 사이에 전형적으로 배치될 수 있는 히트 싱크 재료들의 포함으로부터 결과된 추가적인 두께가 감소될 수 있다. 그러나 그렇게 하는 데 있어서, 셀 내로부터 열 발산의 증가된 요구가 있을 수 있다. 이 이유로, 우수한 열 전달 특성들을 갖는 봉합재 재료가 이러한 배터리 모듈 응용에서 유용할 수 있다.
도 5에 제공된 도시는 본 개시내용에 따른 배터리 모듈의 한 실시예의 측면도를 제공한다. 도 3 및 4와 유사하게, 본 개시내용에 따른 완전히 구성된 배터리 모듈이 제공되고 여기서 모듈의 압출물(102)은 투명하다. 이 방식으로, 배터리 모듈(300)의 다양한 내부 소자들이 보다 분명히 보일 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 배터리 모듈은 복수의 개별 셀을 추가로 포함하는 셀들(302)의 스택, 모듈의 압출물(102) 내에 고정하여 셀 스택을 유지할 수 있는 양 측 상의 엔드 플레이트(304)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 모듈은 전자 보드(306), 퓨즈(308), 릴레이 어셈블리(310), 및 모듈의 하우징을 정하는 모듈의 압출물(102)의 내부 단면 내에 배치된 하나 이상의 분리 소자(312)를 포함할 수 있다.
제공된 셀 스택(302)은 셀의 압출물(102)의 내부에 배치될 수 있고 엔드 플레이트들(304)의 포함을 통해 안전한 위치 내에 추가로 유지될 수 있다. 엔드 플레이트(304)는 셀 스택들의 2개의 가장 세로 측면 각각을 따라 배치될 수 있다. 또한, 셀 스택 내의 각각의 셀은 적어도 하나의 예시적인 실시예에서 서로 직접 면 공유 접촉할 수 있다. 이 방식으로, 각각의 셀 사이에 전형적으로 배치될 수 있는 히트 싱크 재료들의 포함으로부터 결과된 추가적인 두께가 감소될 수 있다. 그러나 그렇게 하는 데 있어서, 셀 내로부터 열 발산의 증가된 요구가 있을 수 있다. 이 이유로, 우수한 열 전달 특성들을 갖는 봉합재 재료가 이러한 배터리 모듈 응용에서 유용할 수 있다.
예시적인 배터리 모듈 실시예의 정면도가 도 6에 제공된다. 다시, 모듈의 하우징 또는 압출물(102)이 모듈의 내부 소자들의 가시화를 돕기 위해 투명한 방식으로 제공된다. 이 도면에서 배터리 모듈의 전방 표면을 따라 배치된 추가적인 외부 소자들이 가시적이다. 모듈은 전자 보드(306), 적어도 하나의 퓨즈(308), 48V 릴레이 또는 또 하나의 전압 릴레이를 포함할 수 있는 릴레이(310), 2개의 배터리 단자(106, 108), 및 전기 접속 부재(112)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전기 접속 부재(112)는 배터리 모듈과 부하 간의 접속들 및/또는 예를 들어 배터리 팩의 경우에서와 같이 하나 이상의 추가적인 배터리 모듈 간의 접속들을 가능하게 하기 위해 제공될 수 있다. 또 다른 예들에서, 전기 접속 부재(112)는 배터리를 위한 차량 통신 채널로서 기능할 수 있다. 부가적으로, 접속 부재(112)는 배터리 모듈의 릴레이에 전력을 제공하기 위해 전기 통신을 제공할 수 있다. 이 방식으로, 본 개시내용에 따른 배터리 모듈 및 나아가, 또한 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 적용성이 확장될 수 있다.
완전히 구성된 배터리 모듈의 한 실시예의 도시가 도 7에 제공된다. 이 도면에서, 전방 커버 패널(104)이 커버 패널(104)에 의해 하우징된 소정의 소자들의 가시화를 돕기 위해 투명한 방식으로 도시된다. 전방 커버 패널(104)은 모듈의 압출물의 전방 면의 외부 주변을 따라 배치된 하나 이상의 나사(702)에 의해 모듈의 압출물(104)에 고정될 수 있다.
도 8과 관련하여, 본 개시내용에 따른 배터리 모듈의 제2 실시예가 제공된다. 적어도 하나의 실시예에서, 배터리 모듈은 모듈의 압출물(102) 내에 복수의 개별 셀을 추가로 포함하는 리튬-이온 셀들의 스택, 전기 접속 부재(112), 및 하나 이상의 셀 단자(106, 108)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 모듈은 전자 보드(306), 퓨즈(308), 릴레이 어셈블리(310), 및 릴레이 접속(802)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 릴레이(310)는 48V 릴레이를 포함할 수 있지만, 다른 전압들이 여기서 고려된다. 리튬-이온 셀들이 개시되지만, 원하는 경우, 니켈 금속 수소화물과 같은 다른 셀 화학들이 사용될 수 있다.
제공된 셀 스택(302)은 셀의 압출물(102)의 내부에 배치될 수 있고 실리콘 봉합재 재료에 의해 완전히 둘러싸이고 봉합될 수 있다. 또한, 셀 스택 내의 각각의 셀은 적어도 하나의 예시적인 실시예에서 서로 직접 면 공유 접촉할 수 있다. 이 방식으로, 각각의 셀 사이에 전형적으로 배치될 수 있는 히트 싱크 재료들의 포함으로부터 결과된 추가적인 두께가 감소될 수 있다. 그러나 그렇게 하는 데 있어서, 셀 내로부터 열 발산의 증가된 요구가 있을 수 있다. 그러므로, 아래에 개시되는 봉합재 재료는 각각의 셀 간의 히트 싱크 층의 포함 없이도 셀에 열 전달 능력들을 제공할 수 있다.
도 9에 제공된 도시는 본 개시내용에 따른 배터리 모듈의 제2 실시예의 정면도를 제공한다. 적어도 하나의 실시예에서, 배터리 모듈은 모듈의 압출물(102) 내에 복수의 개별 셀을 추가로 포함하는 리튬-이온 셀들의 스택, 전기 접속 부재(112), 및 하나 이상의 셀 단자(106, 108)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 모듈은 전자 보드(306), 퓨즈(308), 릴레이 어셈블리(310), 및 릴레이 접속(802)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 릴레이(310)는 48V 릴레이를 포함할 수 있지만, 다른 전압들이 여기서 고려된다. 리튬-이온 셀들이 개시되지만, 원하는 경우, 니켈 금속 수소화물과 같은 다른 셀 화학들이 사용될 수 있다.
제공된 셀 스택(302)은 셀의 압출물(102)의 내부에 배치될 수 있고 실리콘 봉합재 재료에 의해 완전히 둘러싸이고 봉합될 수 있다. 또한, 셀 스택 내의 각각의 셀은 적어도 하나의 예시적인 실시예에서 서로 직접 면 공유 접촉할 수 있다. 이 방식으로, 각각의 셀 사이에 전형적으로 배치될 수 있는 히트 싱크 재료들의 포함으로부터 결과된 추가적인 두께가 감소될 수 있다. 그러나 그렇게 하는 데 있어서, 셀 내로부터 열 발산의 증가된 요구가 있을 수 있다. 그러므로, 아래에 개시되는 봉합재 재료는 각각의 셀 간의 히트 싱크 층의 포함 없이도 셀에 열 전달 능력들을 제공할 수 있다.
도 10에서, 제2의 예시적인 배터리 모듈 실시예의 부분적 절단 측면 프로필도가 제공된다. 적어도 하나의 실시예에서, 배터리 모듈은 모듈의 압출물(102) 내에 복수의 개별 셀을 추가로 포함하는 리튬-이온 셀들의 스택, 전기 접속 부재(112), 및 하나 이상의 셀 단자(106, 108)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 모듈은 전자 보드(306), 퓨즈(308), 릴레이 어셈블리(310), 및 릴레이 접속(802)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 릴레이(310)는 48V 릴레이를 포함할 수 있지만, 다른 전압들이 여기서 고려된다. 리튬-이온 셀들이 개시되지만, 원하는 경우, 니켈 금속 수소화물과 같은 다른 셀 화학들이 사용될 수 있다.
제공된 셀 스택(302)은 셀의 압출물(102)의 내부에 배치될 수 있고 실리콘 봉합재 재료에 의해 완전히 둘러싸이고 봉합될 수 있다. 또한, 셀 스택 내의 각각의 셀은 적어도 하나의 예시적인 실시예에서 서로 직접 면 공유 접촉할 수 있다. 이 방식으로, 각각의 셀 사이에 전형적으로 배치될 수 있는 히트 싱크 재료들의 포함으로부터 결과된 추가적인 두께가 감소될 수 있다. 그러나 그렇게 하는 데 있어서, 셀 내로부터 열 발산의 증가된 요구가 있을 수 있다. 그러므로, 아래에 개시되는 봉합재 재료는 각각의 셀 간의 히트 싱크 층의 포함 없이도 셀에 열 전달 능력들을 제공할 수 있다.
도 11은 본 개시내용에 따른 배터리 모듈의 제2의 예시적인 실시예의 추가 도면을 제공한다. 적어도 하나의 실시예에서, 배터리 모듈은 모듈의 압출물(102) 내에 복수의 개별 셀을 추가로 포함하는 리튬-이온 셀들의 스택, 전기 접속 부재(112), 및 하나 이상의 셀 단자(106, 108)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 모듈은 전자 보드(306), 퓨즈(308), 릴레이 어셈블리(310), 및 릴레이 접속(802)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 릴레이(310)는 48V 릴레이를 포함할 수 있지만, 다른 전압들이 여기서 고려된다. 리튬-이온 셀들이 개시되지만, 원하는 경우, 니켈 금속 수소화물과 같은 다른 셀 화학들이 사용될 수 있다.
제공된 셀 스택(302)은 셀의 압출물(102)의 내부에 배치될 수 있고 실리콘 봉합재 재료에 의해 완전히 둘러싸이고 봉합될 수 있다. 또한, 셀 스택 내의 각각의 셀은 적어도 하나의 예시적인 실시예에서 서로 직접 면 공유 접촉할 수 있다. 이 방식으로, 각각의 셀 사이에 전형적으로 배치될 수 있는 히트 싱크 재료들의 포함으로부터 결과된 추가적인 두께가 감소될 수 있다. 그러나 그렇게 하는 데 있어서, 셀 내로부터 열 발산의 증가된 요구가 있을 수 있다. 그러므로, 아래에 개시되는 봉합재 재료는 각각의 셀 간의 히트 싱크 층의 포함 없이도 셀에 열 전달 능력들을 제공할 수 있다.
이제 도 12a, 12b, 12c, 및 12d를 참조한다. 이들 도면은 개시된 배터리 모듈의 구성을 상세하게 나타낸 예시적인 예들을 제공한다.
시작하면, 도 12a는 봉합재 재료가 삽입될 수 있는 배터리 모듈의 압출물(102) 소자를 도시한다. 한 실시예에서, 봉합재 재료는 액체를 포함할 수 있고 실리콘 재료를 추가로 포함할 수 있다. 한 예시적인 실시예에서, 실리콘 봉합재는 재료 LORD 열경화성 수지 SC-309 또는 우수한 또는 개선된 열 전달 특성들을 나타내는 다른 적합한 그러한 실리콘 재료일 수 있다. 다른 예들에서, 개선된 열 전달 특성들을 나타내는 다른 재료들이 대안적인 봉합재 재료로서 사용될 수 있다.
봉합재 재료는 재료가 경화함에 따라 모듈 내에 배치된 다른 소자들에 대해 낮은 수축 및 응력을 나타냄으로써, 다른 높은 열 전도 재료들에 비해 소자 봉합의 용이성을 위해 낮은 점도를 유지하고, 우수한 열 충격 저항을 제공하고, 우수한 난연성을 나타내도록 특별히 선택된다.
본 명세서에 개시된 배터리 모듈의 다양한 응용들에 따라 다른 열 전도 실리콘 봉합재 재료들이 선택될 수 있다는 것을 알 것이다.
이러한 열 전도 실리콘 봉합재 재료의 준비는 혼합하고 도포하는 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 봉합재 재료로서 LORD 열경화성 수지 SC-309를 사용할 때, 재료의 각각의 성분은 철저히 혼합되어야 한다. 구체적으로, 25℃에서 3500cps의 점도를 갖는 회색 액체이고 1.66의 비중을 나타내는 SC-309 수지가 25℃에서 3500cps의 점도를 갖는 백색 액체이고 1:1 중량 또는 체적 비로 1.66의 비중을 나타내는 SC-309 경화제와 혼합되어야 한다. 조합될 때, 열경화성 수지 SC-309 봉합재 재료는 25℃에서 3600cps의 점도, 및 1.66의 비중을 갖는 밝은 회색 액체의 형태를 취한다. 일부 예들에서, 자동 계량 혼합 장비가 사용될 수 있지만, 다른 혼합 방법들이 여기서 고려된다.
실리콘 봉합재 재료의 준비에서, 공기 및 나아가 혼합 중에 또는 혼합을 촉진시킬 때 봉합재 시스템 내로 도입되는 공기 버블들의 양을 최소화하기 위해 상당한 주의를 기울여야 한다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 실리콘 봉합재의 전기적 특성들은 봉합재 내에 트랩된 공기 버블들이 감소될 때 더욱 쉽게 나타나고 최상이다. 그러므로, 극도로 높은 전압 또는 다른 그러한 임계적 도포들에서, 진공 도포가 적절할 수 있다.
혼합물이 철저히 조합될 때, 봉합재 혼합물이 다음에 배터리 모듈의 압출물의 내부 영역에 공급될 수 있고 스택된 전극 소자들은 다음에 봉합재가 셀들을 완전히 둘러싸도록 압출물 내로 삽입될 수 있다. 셀들이 압출물 내로 삽입되고 나서, 혼합물에는 다음에 경화 단계가 진행될 수 있다. 한 예시적인 실시예에서, 봉합재는 실온에서 24시간 동안 경화되는 것이 허용되었다. 또 하나의 실시예에서, 혼합물은 15분 동안 100℃에서 경화되는 것이 허용되었고, 또 다른 실시예에서, 혼합물은 10분 동안 120℃에서 경화되었다.
경화되고 나서, 실리콘 봉합재는 25℃에서 4.3*1013Ω/cm의 체적 비저항, 1.0W/mk의 열 전도율, 190ppm/℃의 선 열팽창 계수, 0.34MPa의 인장 강도, 0.5% 미만의 흡습율, 600V/mil의 절연 강도, 25℃에서 4.0의 유전 상수, 및 25℃에서 0.004%의 발산 팩터를 나타낼 수 있다. 실리콘 봉합재로서의 이러한 재료의 사용을 통해, 종래의 히트 싱크 소자들을 제공하는 것이 더 이상 합당하지 않을 수 있다.
도 12a에 도시된 것과 같이, 봉합재 재료로 채워지고 나서, 셀 스택(들)(302)이 그 안에 배치된 봉합재 재료가 도 12b에 도시된 것과 같이 셀들을 완전히 둘러싸고 효과적으로 봉합할 수 있도록 모듈의 압출물(102) 내로 삽입될 수 있다. 이 방식으로, 우수한 열 전달 특성들을 나타내는 봉합재가 모듈 내의 열적 갭을 고려하지 않을 수 있는 종래의 히트 싱크 소자들에 대한 대안으로서 제공될 수 있다.
도 12c는 예시적인 배터리 모듈 실시예의 절단도를 제공하고 셀(302), 봉합재(1204), 및 압출물(102) 간의 내부 관계를 도시한다. 이 도면에서, 봉합재 재료(1204)는 모듈의 내부 안의 갭들 또는 리세스들을 완전히 둘러싸는 것이 시각적으로 분명할 수 있다. 이 방식으로, 열 전도율이 배터리 모듈의 전체에 걸쳐 확립될 수 있다. 또한, 열적 갭 패드 또는 컴플라이언스 패드(1202)는 일부 실시예들에서 셀 내로부터의 열 발산을 위한 또 하나의 루트를 제공하는 것뿐만 아니라 모듈의 압출물(102)로부터 셀들을 분리시키기 위해 제공될 수 있다. 셀들(302)은 제공된 전류를 셀/모듈 밖으로 그리고 전기 부하를 필요로 하는 디바이스 또는 장치 내로 전달할 수 있는 적어도 하나의 전류 수집 탭(1206)을 추가로 포함할 수 있다.
도 12d는 각각의 셀(1212) 사이에 배치된 분리된 히트 싱크 탭들 또는 플레이트들의 부족을 도시한 확대도를 제공한다. 그러나, 계면(1208)이 셀 스택(들)을 포함하는 각각의 개별 셀(1212)의 긴밀한 면 공유 접촉에 의해 형성될 수 있다는 것을 알 것이다. 부가적으로, 도 12d에서 시각적으로 분명한 것과 같이, 봉합재 재료는 셀들 및/또는 셀 스택을 완전히 둘러쌀 수 있다. 구체적으로, 봉합재 재료는 셀 소자들의 4개의 변 각각을 따라 배치될 수 있다. 이 방식으로, 봉합재 재료의 열 전도율은 배터리 모듈 전체에 걸쳐 완전히 이용될 수 있다.
본 개시내용에 따른 배터리 모듈의 한 실시예의 추가 도시가 도 13에 제공된다. 여기서, 본 개시내용에 따른 배터리 모듈의 도면이 제공된다. 이 도면에서, 셀들(302)의 스택은 배터리 모듈의 압출물(102) 부재 내에 배치된다. 부가적으로, 셀들(302)은 모듈의 외부와의 셀들의 추가적인 분리를 제공할 수 있는 하나 이상의 열적 갭 패드(1202)의 포함을 통해 압출물(102)과 추가로 분리될 수 있다. 위에 주목된 바와 같이, 봉합재 재료(1204)는 셀 스택의 전체가 봉합재 재료에 의해 완전히 둘러싸이도록 모듈의 압출물(102) 내에 배치될 수 있다. 그러나, 일부 예들에서, 봉합재 재료는 배터리 셀들의 더 짧은 2개의 변 각각을 따라서만 배치될 수 있다. 이 방식으로, 배터리 모듈의 신축성 있는 구성이 제공될 수 있다.
도 13에서, 셀 스택을 포함하는 각각의 개별 셀의 전류 수집 탭들(1206)이 보인다. 셀 스택을 포함하는 각각의 셀 상에 연장된 전류 수집 탭들(1206)을 제공하는 데 있어서, 배터리 모듈 내에 유지된 전기 전하를 외부 부하에 완전히 전달하는 것이 가능할 수 있다. 여기에 사용된 실리콘 봉합재 재료는 적어도 하나의 실시예에서 전류 수집기 탭들을 실질적으로 둘러쌀 수 있다는 것을 추가로 알 것이다. 또 하나의 실시예에서, 전류 수집기 탭들은 추가적인 접속 가능성들을 제공하기 위해 봉합재 재료와 적어도 부분적으로 분리될 수 있다.
다시, 여기에 사용된 것과 같이 전극 스택들로 구성된 셀 스택들은 그 사이에 배치되는 히트 싱크를 포함하지 않는다는 점에 추가로 주목할 것이다. 구체적으로 여기에 개시된 적어도 하나의 실시예에서, 각각의 셀은 소자들 간의 공간이 감소되도록 서로 직접 면 공유 접촉할 수 있다.
마지막으로, 도 14a 및 14b는 본 개시내용에 따른 배터리 모듈 실시예 내부의 추가적인 도면들을 제공한다. 스택된 셀들(302)은 위에 주목된 바와 같이 압출물(102)의 내부 영역 내에 배치되고 봉합재 재료가 그 안에서 경화된다. 봉합재 재료가 도 14a 및 14b에서 쉽게 보이지 않지만, 각각의 셀 사이에 배치된 히트 싱크 소자들은 없다.
실리콘 봉합재 재료를 사용하는 예시적인 기술적 효과는 히트 싱크들과 같은 배터리 모듈 내로부터의 열 발산의 종래의 방법들이 본 개시내용에 따라 제거 또는 감소될 수 있다는 것이다.
한 예로서, 복수의 전기화학적 셀 - 전기화학적 셀들은 각기둥형 스택으로 배열될 수 있음 - , 모듈로부터 멀리 과잉 열을 보내도록 구성된 복수의 전기화학적 셀을 하우징하는 압출물, 압출물 하우징 내에 배치되고 모듈로부터 과잉 열을 수용하도록 구성된 실리콘 봉합재 재료 - 실리콘 봉합재는 전기화학적 셀들의 각기둥형 스택을 실질적으로 둘러쌈 - 및 압출물에 제거 가능하게 결합될 수 있는 전방 커버 패널을 포함하는 배터리 모듈이 개시된다. 또 하나의 실시예는 위에 언급된 예를 선택적으로 포함할 수 있고, 그 사이에 배치되는 히트 싱크 소자를 포함하지 않는 복수의 전기화학적 셀을 추가로 포함할 수 있다. 제3의 예시적인 실시예는 제1 내지 제2 예들 중 어느 하나를 선택적으로 포함할 수 있고 실리콘 봉합재 재료가 3.0 내지 5.0의 범위의 유전 상수를 갖는 배터리 모듈을 추가로 포함할 수 있다. 제4 예는 제1 내지 제3 예들 중 어느 하나를 선택적으로 포함할 수 있고 실리콘 봉합재 재료가 LORD 열경화성 수지 SC-309를 포함하는 배터리 모듈을 추가로 포함할 수 있다. 이 배터리 모듈의 다른 예는 제1 내지 제4 예들 중 어느 하나를 선택적으로 포함할 수 있고 압출물의 상부 표면 및 각각의 측면 표면을 따라 복수의 열 발산 돌출부를 포함하는 압출물을 추가로 포함할 수 있다.
다른 예로서, 고체 외부 봉입물, 고체 외부 봉입물 내에 배치된 하나 이상의 각기둥형 전기화학적 셀, 하나 이상의 각기둥형 전기화학적 셀에 통신 가능하게 결합된 전자 보드, 배터리 모듈 내로부터 열을 수용하고 발산하도록 구성된 고체 외부 봉입물의 내부에 배치된 실리콘 봉합재 재료, 및 고체 외부 봉입물에 해제 가능하게 결합된 전방 패널 커버를 포함하는 배터리 모듈이 제공된다. 위에 언급된 배터리 모듈의 제2 예는 제1 예의 소자들을 포함할 수 있고, 하나 이상의 각기둥형 전기화학적 셀이 히트 싱크 소자를 포함하지 않는 모듈을 추가로 포함할 수 있다. 제3의 예시적인 실시예는 제1 및 제2 예들 중 어느 하나를 선택적으로 포함할 수 있고, 실리콘 봉합재 재료가 3.0 내지 5.0의 범위의 유전 상수를 갖는 모듈을 추가로 포함할 수 있다. 제4 예는 제1 내지 제3 예들 중 어느 하나를 선택적으로 포함할 수 있고, 실리콘 봉합재 재료가 LORD 열경화성 수지 SC-309를 포함하는 모듈을 추가로 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예는 제1 내지 제4 예들 중 어느 하나를 선택적으로 포함할 수 있고, 고체 외부 봉입물의 상부 표면 및 각각의 측면 표면을 따라 복수의 열 발산 돌출부를 포함하는 고체 외부 봉입물을 추가로 포함할 수 있다.
부가적으로, 복수의 전기화학적 셀 - 전기화학적 셀들은 각기둥형 스택으로 배열될 수 있음 - , 모듈로부터 멀리 과잉 열을 보내도록 구성된 복수의 전기화학적 셀을 하우징하는 압출물, 압출물 하우징 내에 배치되고 모듈로부터 과잉 열을 수용하도록 구성된 실리콘 봉합재 재료 - 실리콘 봉합재는 전기화학적 셀들의 각기둥형 스택을 실질적으로 둘러쌈 - , 및 압출물에 제거 가능하게 결합된 전방 커버 패널을 포함하는 하나 이상의 배터리 모듈, 하나 이상의 배터리 모듈을 완전히 둘러싸도록 구성된 하우징, 및 배터리 팩 내로부터의 전하를 부하에 공급하도록 구성된 하나 이상의 외부적으로 배치된 전기 접속 포트를 포함하는 배터리 팩이 개시된다. 배터리 팩의 제2 예는 제1 예를 포함할 수 있고 복수의 전기화학적 셀이 그 사이에 배치되는 히트 싱크 소자를 포함하지 않는 팩을 추가로 포함할 수 있다. 제3 예는 제1 내지 제2 예들 중 어느 하나를 포함할 수 있고 실리콘 봉합재 재료가 3.0 내지 5.0의 범위의 유전 상수를 갖는 배터리 팩을 추가로 포함할 수 있다. 제4 예는 제1 내지 제3 예들 중 어느 하나를 선택적으로 포함할 수 있고 실리콘 봉합재 재료가 LORD 열경화성 수지 SC-309를 포함하는 팩을 추가로 포함할 수 있다. 또 하나의 예시적인 실시예는 제1 내지 제4 예들 중 어느 하나를 선택적으로 포함할 수 있고 압출물의 상부 표면 및 각각의 측면 표면을 따라 복수의 열 발산 돌출부를 포함하는 팩을 추가로 포함할 수 있다.
여기에 도시되고 설명된 것들 외에, 본 개시내용의 다양한 수정들이 상기 설명의 기술 분야의 통상의 기술자들에게 분명할 것이다. 이러한 수정들은 또한 첨부된 청구범위의 범위 내에 드는 것으로 한다.
모든 반응물들은 달리 특정되지 않는다면 본 기술 분야에 공지된 소스들에 의해 획득가능하다는 것을 알 것이다.
명세서에 언급된 특허들, 공개들, 및 출원들은 본 발명이 관련한 기술 분야의 통상의 기술자들의 수준들을 표시한다. 이들 특허, 공개, 및 출원은 각각의 개별적인 특허, 공개, 및 출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 본원에 참조로 포함되는 것처럼 동일한 정도로 본원에 참조로 포함된다.
전술한 설명은 본 발명의 특정한 실시예들을 예시한 것이지, 그것의 실시에 대해 제한하려는 것이 아니다.
전술한 논의는 예시적인 것으로 이해되어야 하고 어떤 의미로도 제한하는 것으로 고려되어서는 안된다. 본 발명들이 그 양호한 실시예들을 참조하여 특정하게 도시되고 설명되었지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자들은 형태 및 상세들에 있어서 다양한 변화들이 청구범위에 의해 정의된 것과 같은 발명들의 취지 및 범위에서 벗어나지 않고서 그 안에서 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도면들은 다양한 소자들의 상대적 배치를 갖는 예시적인 구성들을 도시한다. 서로 직접 접촉하거나, 직접 결합된 것으로 도시하면, 이러한 요소들은 한 예에서 적어도, 각각 직접 접촉 또는 직접 결합되는 것이라고 한다. 유사하게, 서로 연속하거나 인접한 것으로 도시한 요소들은 한 예에서 적어도, 각각 서로 연속 또는 인접할 수 있다. 한 예로서, 서로 직접 면 공유 접촉하여 놓인 소자들은 면 공유 접촉한 것이라고 할 수 있다. 다른 예로서, 그들 사이에 단지 한 공간을 두고 다른 소자들이 없이 서로 이격되어 배치된 요소들은 적어도 하나의 예에서 그러한 것이라고 할 수 있다. 또 다른 예로서, 서로 위/아래에, 서로 대향 측들에, 또는 서로 좌/우에 있는 것으로 도시한 요소들은 서로에 대해 그러한 것이라고 할 수 있다. 또한, 도면에 도시한 것과 같이, 적어도 하나의 예에서, 최상위 요소 또는 요소의 점은 소자의 "상부"라고 할 수 있고 최하위 요소 또는 요소의 점은 소자의 "하부"라고 할 수 있다. 여기에 사용된 것과 같이, 상부/하부, 상/하, 위/아래는 도면의 수직 측에 대한 것일 수 있고 서로에 대한 도면들의 요소들의 배치를 설명하기 위해 사용된다. 이와 같이, 다른 요소들 위에 도시한 요소들은 한 예에서 다른 요소들 위에 수직으로 배치된다. 또 다른 예로서, 도면에 표시된 요소들의 형상들은 (예를 들어, 원형, 직선, 평면, 곡선, 둥근, 모서리가 깍인, 각이 진 등과 같은) 그들 형상을 갖는 것으로 참조될 수 있다. 또한, 서로 교차하는 것으로 도시된 요소들은 적어도 하나의 예에서, 교차하는 요소들 또는 서로 교차하는 것으로 참조될 수 있다. 또한, 다른 요소 내에 도시되거나 다른 요소 밖에 도시된 요소는 한 예에서, 그와 같이 참조될 수 있다.
아래의 청구범위 내의 모든 수단 또는 단계들 플러스 기능 요소들의 대응하는 구조들, 재료들, 동작들 및 등가물들은 구체적으로 청구된 것과 같은 다른 청구된 요소와 조합하여 기능들을 수행하는 임의의 구조, 재료 또는 동작들을 포함하고자 한다.
마지막으로, 위에 설명된 물품들, 시스템들, 및 방법들은 본 개시내용의 실시예들이고 그 수많은 변형들 및 확장들이 역시 제한되지 않은 예로 고려된다. 따라서, 본 개시내용은 여기에 개시된 물품들, 시스템들, 및 방법들의 모든 신규하고 비자명한 조합들 및 부조합들뿐만 아니라, 그 임의의 및 모든 등가물들을 포함한다.

Claims (15)

  1. 배터리 모듈로서,
    압출된 하우징(extruded housing) 내에 하우징된 각기둥형 스택(prismatic stack)으로 배열된 복수의 전기화학적 셀;
    상기 하우징 내에 배치되고 상기 각기둥형 스택의 에지들을 둘러싸는 봉합재 재료(encapsulant material)
    를 포함하고,
    상기 봉합재 재료는 셀 에지들 및 상기 하우징의 내부 벽들과 직접 접촉하고, 임의의 상기 셀들의 에지는 상기 하우징의 임의의 내부 측벽들과 직접 접촉하지 않고, 정렬된 스택 에지들은 모두 상기 봉합재 재료를 통해 상기 하우징의 상기 내부 측벽들로부터 멀리 이격되어 있는, 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전기화학적 셀은 상기 셀들의 복수의 파우치(pouch)를 포함하고, 상기 파우치들은 서로 면 공유 접촉(face-sharing contact)하고 그 사이에 금속 탭 히트 싱크(metal tab heat sink) 없이 놓인 배터리 모듈.
  3. 삭제
  4. 배터리 모듈로서,
    복수의 전기화학적 셀 - 상기 전기화학적 셀들은 각기둥형 스택으로 배열됨 - ;
    상기 모듈로부터 멀리 과잉 열을 보내도록 구성된 상기 복수의 전기화학적 셀을 하우징하는 압출물(extrusion);
    상기 압출물 내에 배치되고 상기 모듈로부터 과잉 열을 수용하도록 구성된 실리콘 봉합재 재료 - 상기 실리콘 봉합재 재료는 전기화학적 셀들의 상기 각기둥형 스택을 실질적으로 둘러쌈 - ; 및
    상기 압출물에 제거 가능하게 결합된 전방 커버 패널
    을 포함하고,
    상기 실리콘 봉합재 재료는 셀 에지들 및 상기 압출물의 내부 벽들과 직접 접촉하고, 임의의 상기 셀들의 에지는 상기 압출물의 임의의 내부 측벽들과 직접 접촉하지 않고, 정렬된 스택 에지들은 모두 상기 실리콘 봉합재 재료를 통해 상기 압출물의 상기 내부 측벽들로부터 멀리 이격되어 있는, 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 전기화학적 셀은 그 사이에 배치되는 히트 싱크 소자(heat sink component)를 포함하지 않는 배터리 모듈.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 실리콘 봉합재 재료는 3.0 내지 5.0의 범위의 유전 상수를 갖는 배터리 모듈.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 압출물은 상기 압출물의 상부 표면 및 각각의 측면 표면을 따라 복수의 열 발산 돌출부를 포함하는 배터리 모듈.
  8. 배터리 모듈로서,
    고체 금속 알루미늄 외부 봉입물(solid metal aluminum external enclosure);
    상기 고체 금속 알루미늄 외부 봉입물 내에 배치된 복수의 각기둥형 전기화학적 셀;
    상기 하나 이상의 각기둥형 전기화학적 셀에 통신 가능하게 결합된 전자 보드;
    상기 배터리 모듈 내로부터 열을 수용하고 발산하도록 구성된 상기 고체 금속 알루미늄 외부 봉입물의 내부에 배치된 실리콘 봉합재 재료; 및
    상기 고체 금속 알루미늄 외부 봉입물에 해제 가능하게 결합된 전방 커버 패널
    을 포함하고,
    상기 실리콘 봉합재 재료는 셀 에지들 및 상기 고체 금속 알루미늄 외부 봉입물의 내부 벽들과 직접 접촉하고, 임의의 상기 셀들의 에지는 상기 고체 금속 알루미늄 외부 봉입물의 임의의 내부 측벽들과 직접 접촉하지 않고, 정렬된 스택 에지들은 모두 상기 실리콘 봉합재 재료를 통해 상기 고체 금속 알루미늄 외부 봉입물의 상기 내부 측벽들로부터 멀리 이격되어 있는, 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 각기둥형 전기화학적 셀은 히트 싱크 소자를 포함하지 않는 배터리 모듈.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 실리콘 봉합재 재료는 3.0 내지 5.0의 범위의 유전 상수를 갖는 배터리 모듈.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 고체 금속 알루미늄 외부 봉입물은 상기 고체 금속 알루미늄 외부 봉입물의 상부 표면 및 각각의 측면 표면을 따라 복수의 열 발산 돌출부를 포함하는 배터리 모듈.
  12. 배터리 팩(battery pack)으로서,
    복수의 전기화학적 셀 - 상기 전기화학적 셀들은 각기둥형 스택으로 배열됨 - , 모듈로부터 멀리 과잉 열을 보내도록 구성된 상기 복수의 전기화학적 셀을 하우징하는 압출물, 상기 압출물 내에 배치되고 상기 모듈로부터 과잉 열을 수용하도록 구성된 실리콘 봉합재 재료 - 상기 실리콘 봉합재 재료는 전기화학적 셀들의 상기 각기둥형 스택을 실질적으로 둘러쌈 - , 및 상기 압출물에 제거 가능하게 결합된 전방 커버 패널을 포함하는 하나 이상의 배터리 모듈;
    상기 하나 이상의 배터리 모듈을 완전히 둘러싸도록 구성된 하우징; 및
    상기 배터리 팩 내로부터의 전하를 부하에 공급하도록 구성된 하나 이상의 외부적으로 배치된 전기 접속 포트
    를 포함하고,
    상기 실리콘 봉합재 재료는 셀 에지들 및 상기 압출물의 내부 벽들과 직접 접촉하고, 임의의 상기 셀들의 에지는 상기 압출물의 임의의 내부 측벽들과 직접 접촉하지 않고, 정렬된 스택 에지들은 모두 상기 실리콘 봉합재 재료를 통해 상기 압출물의 상기 내부 측벽들로부터 멀리 이격되어 있는, 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 전기화학적 셀은 그 사이에 배치되는 히트 싱크 소자를 포함하지 않는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서, 상기 실리콘 봉합재 재료는 3.0 내지 5.0의 범위의 유전 상수를 갖는 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서, 상기 압출물은 상기 압출물의 상부 표면 및 각각의 측면 표면을 따라 복수의 열 발산 돌출부를 포함하는 배터리 팩.
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