KR102478780B1 - 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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KR102478780B1
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후아쥔 순
웬펑 지앙
쯔페이 루
웨이신 정
지앙롱 탕
옌 주
신위에 왕
커펑 허
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

배터리 팩, 자동차 및 에너지 저장 장치가 제공된다. 배터리 팩은 배터리 팩 하우징 및 복수 개의 직사각형 셀을 포함하며, 배터리 팩 하우징은 제1 방향 및 제1 방향에 수직인 제2 방향을 갖고, 배터리 팩은 제1 방향을 따른 치수가 600mm 이상이고, 배터리 팩 하우징 내에는 적어도 하나의 직사각형 셀 수용 유닛이 형성되고, 복수 개의 직사각형 셀은 제2 방향을 따라 직사각형 셀 수용 유닛에 배열되며, 직사각형 셀은 제1 방향을 따라 연장되고, 각 직사각형 셀 수용 유닛에는 제1 방향을 따라 하나의 직사각형 셀이 배치되고; 직사각형 셀은 D의 두께, L의 길이 및 H의 높이를 가지며, 배터리 팩의 제1 방향을 따른 치수는 L보다 크거나 같고, 적어도 하나의 직사각형 셀의 길이 방향은 제1 방향을 따라 직사각형 셀 수용 유닛의 일 측에서 직사각형 셀 수용 유닛의 타 측으로 연장되며, L>H, L>D, 600mm≤L≤2500mm, 23≤L/D≤208를 충족한다.

Description

배터리 팩 및 자동차
본 출원은 비와이디 컴퍼니 리미티드가 2019년 1 월 9 일자로 출원한 중국 특허출원 번호 "201910021244.0", "201910020967.9", "201910021246.X", "201910021248.9", "201910021247.4" 및 "201910020925.5"의 우선권을 주장하고, 상기 언급된 출원의 전체 내용은 인용에 의해 본 출원에 포함된다.
본 출원은 자동차 제조 기술 분야에 관한 것으로, 특히 배터리 팩, 배터리 팩이 구비된 자동차 및 배터리 팩이 구비된 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
관련 기술에서, 예를 들어 전기 자동차에 적용되는 파워 배터리 팩은 주로 팩 본체 및 팩 본체 내에 장착되는 복수 개의 배터리 모듈을 포함한다. 각 배터리 모듈은 복수 개의 셀로 조립된다.
사용자가 전기 자동차의 배터리 수명에 대한 요구가 갈수록 높아짐에 따라, 기존 기술을 이용한 파워 배터리 팩은 자동차 저부 공간이 제한된 경우, 내부 공간의 공간 활용률이 낮다. 또한, 파워 배터리 팩의 에너지 밀도는 수요를 충족하지 못해, 이는 점차 전기 자동차의 발전을 제한하는 중요한 요소로 된다.
전술한 종래 기술에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 파워 배터리 팩의 팩 본체는 대부분 가로 빔(500)과 세로 빔(600)에 의해 복수 개의 배터리 모듈(400a)의 장착 영역으로 분할된다. 배터리 모듈(400a)은 나사 등에 의해 가로 빔(500) 또는 세로 빔(600)에 고정된다. 배터리 모듈(400a)은 순차적으로 배열되는 복수 개의 셀을 포함하고, 복수 개의 셀은 배열되어 셀 어레이를 형성하도록 하고, 셀 어레이 외부에는 단부 빔 및/또는 측면 빔이 배치된다. 일반적으로, 셀 어레이를 수용하기 위한 공간이 정의되도록, 단부 빔과 측면 빔을 포함하여 고정시킨다. 이 경우, 단부 빔과 측면 빔은 나사로 연결되거나, 타이로드(tie rod)와 같은 기타 연결부재로 연결됨으로써, 셀 어레이가 고정되고 배터리 모듈(400a)이 구성된다.
실험 및 분석을 통해, 배터리 모듈(400a)은 나사 및 기타 구조물에 의해 가로 빔(500) 또는 세로 빔(600)에 고정되어, 공간을 낭비하고 나사 및 기타 연결부재의 추가로 인해 무게가 증가되고 에너지 밀도가 감소된 것을 알 수 있다. 또한, 배터리 모듈(400a)은 단부 빔과 측면 빔의 결합을 통해 설계된다. 단부 빔과 측면 빔은 일정 두께와 일정 높이를 가지므로, 팩 본체 내부의 공간을 낭비하고 팩 본체의 부피 활용을 저하시킨다. 일반적으로, 전술한 종래 기술의 파워 배터리 팩의 경우, 팩 본체의 부피에 대한 팩 본체 내의 셀 부피의 합의 비율은 약 40% 이하이다.
전술한 종래 기술의 실시예들에 의해 제공된 파워 배터리 팩을 사용함으로써, 배터리 모듈(400a)의 단부 빔 및 측면 빔 및 파워 배터리 팩 내부의 연결 방법 및 장착 방법 등은 팩 본체(200)의 내부 공간 활용률을 저하시킨다. 따라서, 파워 배터리 팩에서, 팩 본체(200)의 부피에 대한 셀 부피의 합의 비율이 지나치게 낮아서, 팩 본체의 에너지 밀도가 앞서 언급된 수요 증가를 충족시킬 수 없다. 또한 조립 공정이 복잡하고 조립 절차가 복잡하다. 먼저 셀을 배터리 모듈 내로 조립한 다음, 배터리 모듈을 팩 본체 내에 장착해야 하므로, 인력, 재료 및 기타 비용을 증가시킨다. 또한, 복수 개의 조립 절차가 필요하기 때문에, 파워 배터리 팩의 조립 시 불량률이 증가된다. 복수 개의 조립 절차는 파워 배터리 팩이 헐거워지고 견고하게 장착되지 못할 가능성을 증가시켜, 파워 배터리 팩의 품질에 악영향을 미치고, 파워 배터리 팩의 안정성 및 신뢰성을 감소시킨다.
본 출원은 출원인의 많은 연구 개발 작업을 통해 다음과 같은 사실과 문제점의 발견 및 이해를 바탕으로 제공된다.
관련 기술에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩은 주로 배터리 팩 하우징 및 배터리 팩 하우징 내에 장착되는 복수 개의 배터리 모듈(400a)을 포함하고, 각 배터리 모듈(400a)은 복수 개의 셀 및 모듈 프레임을 포함하고, 복수 개의 셀은 모듈 프레임 내에 조립되어, 배터리 모듈(400a)을 형성한다. 복수 개의 배터리 모듈(400a)은 배터리 팩 하우징 내에 배열 장착되어, 배터리 팩을 형성하고, 배터리 팩 하우징은 측면 프레임(200a), 및 측면 프레임(200a) 내에서 연결되는 가로 빔(500)과 세로 빔(600)을 포함한다.
관련 기술에서 배터리 팩의 경우, 먼저 모듈 프레임에 복수 개의 셀을 조립하여 배터리 모듈(400a)을 형성한 후 배터리 팩 하우징 내에 장착하기 때문에, 모듈 프레임이 배터리 팩 하우징 내의 장착 공간의 많은 부분을 차지하게 되므로, 팩 하우징 내의 장착 공간의 활용 효율을 저하시키고, 배터리 팩의 셀의 개수를 줄이며, 배터리 팩의 배터리 용량에 영향을 미치게 된다. 또한, 모듈 프레임의 형상이 불균일하기 때문에, 배터리 팩에 모듈 프레임을 밀집 배열하기 어려워 배터리 팩의 장착 공간 활용률을 저하시킨다.
관련 기술에서, 배터리 팩에 모듈 프레임이 필요하기 때문에, 부품 수가 증가됨으로 비용이 증가된다. 또한, 배터리 팩의 제조 과정에서, 먼저 모듈 프레임에 셀을 조립한 다음 모듈 프레임을 배터리 팩 하우징 내에 장착해야 하므로, 작업 절차가 늘어나 비용이 증가된다.
관련 기술에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 모듈 프레임은 전체 배터리 모듈(400a)의 큰 질량을 초래하고, 배터리 모듈(400a)이 바닥 플레이트에 지지되므로, 바닥 플레이트는 높은 강성과 강도가 요구된다. 따라서, 많은 가로 빔(500)과 세로 빔(600)이 배치되어야 하므로, 배터리 팩 하우징의 제한된 공간을 차지하게 된다.
전술한 기술적 문제를 해결하기 위해, 본 출원은 배터리 팩을 제공하고, 상기 배터리 팩은 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 갖는 배터리 팩 하우징을 포함하고; 상기 배터리 팩은 상기 제1 방향을 따른 치수가 600mm 이상이고, 상기 배터리 팩 하우징 내에는 적어도 하나의 직사각형 셀 수용 유닛이 형성되고; 상기 복수 개의 직사각형 셀은 상기 제2 방향을 따라 상기 직사각형 셀 수용 유닛에 배열되며 상기 제1 방향을 따라 연장되고, 각 상기 직사각형 셀 수용 유닛에는 상기 제1 방향을 따라 하나의 상기 직사각형 셀이 배치되고; 상기 직사각형 셀은 D의 두께, L의 길이, H의 높이를 가지며; 배터리 팩은 상기 제2 방향을 따른 치수가 상기 직사각형 셀의 길이 L보다 크거나 같고; 적어도 하나의 상기 직사각형 셀의 길이 방향은 상기 제1 방향을 따라 상기 직사각형 셀 수용 유닛의 일 측에서 상기 직사각형 셀 수용 유닛의 타 측으로 연장되고, L>H, L>D, 600mm≤L≤2500mm, 23≤L/D≤208 을 충족한다.
본 출원의 배터리 팩은 직사각형 셀 수용 유닛을 포함하고, 각각의 상기 직사각형 셀 수용 유닛 내에 복수 개의 직사각형 셀이 배열되며, 상기 복수 개의 직사각형 셀이 제1 방향을 따라 연장된다. 따라서, 장착 시 직사각형 셀이 직사각형 셀 수용 유닛에 직접 장착될 수 있어, 먼저 여러 개의 직사각형 셀을 배터리 모듈에 조립한 후 배터리 모듈을 배터리 팩에 장착할 필요가 없으므로, 장착 절차를 단순화시키고 비용을 절감시킨다. 이 경우, 각 직사각형 셀의 길이 L의 값은 600mm~2500mm 범위이고, L/D는 23~208 사이의 범위이다. 직사각형 셀의 길이가 길고 L/D 범위 내에 있으므로, 직사각형 셀의 전체 방열 면적이 증가된다. 길이 L이 길고 두께 D가 작을수록, 직사각형 셀 내부의 열이 직사각형 셀 외부로 더 쉽게 전달되며, L과 D 사이의 관계를 이용하여, 직사각형 셀의 외면이 커지고, 즉 방열 면적이 커져, 배터리 팩의 전반적인 방열 효과를 향상시키는데 더 유리하고 배터리 팩의 안전성 및 사용 안정성을 향상시킨다.
본 출원은 배터리 팩 하우징 내에 복수 개의 셀이 직접 장착되는 배터리 팩을 제공하여, 모듈 프레임이 제거됨으로, 모듈 프레임이 없는 배터리 팩이라고도 칭한다.
복수 개의 셀이 모듈 프레임 없이 배터리 팩 하우징 내에 직접 장착되기 때문에, 배터리 팩 하우징의 장착 공간이 더 잘 활용되고, 배터리 팩 하우징에 장착되는 셀의 수를 증가하여 배터리 성능을 향상시키고. 배터리 팩의 배터리 용량과 배터리 수명을 개선시킨다.
또한, 모듈 프레임을 필요로 하지 않기 때문에, 배터리 팩 하우징 내에 셀을 보다 밀집하게 배열될 수 있어, 배터리 팩 하우징의 장착 공간의 활용률을 높이고 셀의 수를 증가시킬 수 있다.
모듈 프레임을 필요로 하지 않기 때문에, 구성요소의 수 및 조립 절차를 감소시키고 비용을 절감시킨다.
본 출원은 또한 전술한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공한다.
본 출원은 또한 전술한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 장치를 제공한다.
종래 기술과 비교하여 상기 자동차 및 에너지 저장 장치는 전술한 배터리 팩과 동일한 장점이 있으므로, 여기서 설명을 생략한다.
본 출원의 다른 측면 및 이점은 이하 설명에서 제공될 것이며, 이들 중 일부는 이하 설명으로부터 명백해질 것이며, 본 출원의 실행으로부터 이해될 수 있다.
본 출원의 전술 및/또는 부가적인 측면 및 장점은 다음의 첨부 도면을 참조하여 이루어진 설명에서 명백해지고 이해될 것이다.
도 1은 관련 기술의 배터리 팩의 개략 분해도이다.
도 2는 본 출원의 실시방식에 따른 셀의 개략 구조 사시도이다.
도 3은 본 출원의 실시방식에 따른 배터리 팩의 개략 구조 사시도(실링 커버 도시됨)이다.
도 4는 본 출원의 실시방식에 따른 배터리 팩 하우징 내의 복수 개의 셀의 개략 배치도이다.
도 5는 본 출원의 실시방식에 따른 측면 프레임의 개략 구조 사시도이다.
도 6은 본 출원의 다른 실시방식에 따른 측면 프레임의 개략 구조 사시도이다.
도 7은 본 출원의 또 다른 실시방식에 따른 측면 프레임의 개략 구조 사시도이다.
도 8은 도 7의 A 위치의 부분 확대도이다.
도 9는 본 출원의 실시방식에 따른 배터리 팩의 단면 사시도이다.
도 10은 도 9의 B 위치의 부분 확대도이다.
도 11은 본 출원의 다른 실시방식에 따른 제1 프레임 및 제2 프레임이 도시되지 않은 배터리 팩의 단면도이다.
도 12는 본 출원의 실시방식에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
도 13은 본 출원의 실시방식에 따른 측면 플레이트의 개략 구조 사시도이다.
도 14는 본 출원의 실시방식에 따른 단부 플레이트의 개략 구조 사시도이다.
도 15는 본 출원의 실시방식에 따른 셀 어레이가 단일 층을 포함하는 배터리 팩의 개략 구조 사시도이다.
도 16은 본 출원의 다른 실시방식에 따른 셀 어레이가 복수 개의 층을 포함하는 배터리 팩의 개략 구조 사시도이다.
도 17은 본 출원의 또 다른 실시방식에 따른 Y 방향을 따라 분포된 복수 개의 셀 어레이가 구비된 배터리 팩의 개략 구조 사시도이다.
도 18은 본 출원의 또 다른 실시방식에 따른 X 방향을 따라 분포된 복수 개의 셀 어레이가 구비된 배터리 팩의 개략 구조 사시도이다.
도 19는 본 출원의 또 다른 실시방식에 따른 X 방향 및 Y 방향을 따라 분포된 복수 개의 셀 어레이가 구비된 배터리 팩의 개략 구조 사시도이다.
도 20은 본 출원의 다른 실시방식에 따른 셀 어레이가 단일 층을 포함하는 배터리 팩의 개략 구조 사시도이다.
도 21은 본 출원의 다른 실시방식에 따른 셀 어레이가 단일 층을 포함하는 배터리 팩의 개략 구조 사시도이다.
도 22는 본 출원의 실시방식에 따른 액체 냉각 플레이트의 개략 평면도이다.
도 23은 본 출원의 다른 실시방식에 따른 액체 냉각 플레이트의 개략 평면도이다.
도 24는 본 출원의 또 다른 실시방식에 따른 액체 냉각 플레이트의 개략 평면도이다.
도 25는 본 출원의 실시방식에 따른 자동차에 장착된 배터리 팩의 개략 구조 사시도이다.
도 26은 본 출원의 실시방식에 따른 자동차의 배터리 팩을 장착하기 위한 캐비티의 단면도이다.
도 27은 본 출원의 실시방식에 따른 자동차에 고정된 배터리 팩의 개략 사시도이다.
도 28은 본 출원의 실시방식에 따른 자동차에 고정된 배터리 팩의 개략 분해도이다.
도 29는 본 출원의 실시방식에 따른 자동차의 개략 구조도이다.
도 30은 본 출원의 실시방식에 따른 에너지 저장 장치의 개략 구조도이다.
본 출원의 배터리 팩(10)은 승용차에 사용될 뿐만 아니라, 전기 에너지를 공급하도록, 직사각형 셀(100)을 사용해야 하는 상용차, 특종 자동차, 선박, 백업 전원(dps, ups), 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 스쿠터 등과 같은 장치에도 사용될 수 있다. 본 출원의 배터리 팩(10)은 운송 수단의 파워 배터리 팩으로 사용될 수 있다.
이하에서 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 도 2 내지 도 28을 참조하여 설명하기로 한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 출원의 실시예에서 전후 방향은 자동차(1)의 종 방향, 즉 X 방향이고, 좌우 방향은 자동차(1)의 횡 방향, 즉 Y 방향이고, 상하 방향은 자동차(1)의 수직 방향, 즉 Z 방향이다.
실제 실시방식에서, 배터리 팩(10)이 완성차에 장착될 때, 배터리 팩(10)의 길이 방향은 X 방향을 따르고, 배터리 팩(10)의 폭 방향은 Y 방향을 따르며, 배터리 팩(10)의 높이 방향은 Z 방향을 따른다. 물론, 차종에 따라, 배터리 팩(10)의 장착 방식을 조절하여, 배터리 팩(10)의 길이 방향이 Y 방향에 해당되고 폭 방향이 X 방향에 해당되거나, 다른 대응관계가 이루어지도록 할 수 있다.
도 2 내지 도 28에 도시된 바와 같이, 본 출원의 배터리 팩(10)은 배터리 팩 하우징(200) 및 복수 개의 직사각형 셀(100)을 포함한다.
배터리 팩 하우징은 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향을 가지며, 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향은 서로 수직된다. 제1 방향은 직사각형 셀(100)의 길이 방향에 평행되고, 제2 방향은 직사각형 셀(100)의 두께 방향에 평행되며, 제3 방향은 직사각형 셀(100)의 높이 방향에 평행된다. 직사각형 셀(100)은 배터리 팩 하우징 내에서 서로 다른 방향으로 배열되며, 상기 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향과 배터리 팩 하우징의 실제 길이 방향, 폭 방향 및 높이 방향 간의 대응관계를 적절하게 조절해야 한다.
제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향과 X 방향, Y 방향 및 Z 방향의 대응관계는 배터리 팩(10)이 장착되는 방향과 직사각형 셀(100)이 배터리 팩 하우징 내에 배열되는 방향에 따라 결정된다.
실제 실시방식에서, 배터리 팩(10)이 완성차에 장착될 때, 도 17 내지 도 20에 도시된 실시예에서, 배터리 팩(10)의 길이 방향은 X 방향에 평행되고, 제1 방향은 배터리 팩(10)의 폭 방향 및 자동차(1)의 횡 방향에 평행될 수 있고, 제2 방향은 배터리 팩(10)의 길이 방향 및 자동차(1)의 종 방향에 평행될 수 있으며, 제3 방향은 배터리 팩(10)의 높이 방향 및 자동차(1)의 수직 방향에 평행될 수 있다. 도 21에 도시된 실시예에서, 배터리 팩(10)의 길이 방향은 X 방향에 평행되고, 제1 방향은 배터리 팩(10)의 길이 방향 및 자동차(1)의 종 방향에 평행될 수 있고, 제2 방향은 배터리 팩(10)의 폭 방향 및 자동차(1)의 횡 방향에 평행될 수 있으며, 제3 방향은 배터리 팩(10)의 높이 방향 및 자동차(1)의 수직 방향에 평행될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 직사각형 셀(100)은 하우징, 커버 플레이트, 폴 코어 및 인출 단자(101)를 포함한다. 폴 코어는 하우징과 커버 플레이트에 의해 형성된 공간에 위치된다. 인출 단자(101)는 폴 코어에 연결되며 커버 플레이트 밖으로 연장된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 직사각형 셀(100)은 2 개의 인출 단자(101)를 구비하며, 2 개의 인출 단자(101)는 각각 2 개의 커버 플레이트로부터 연장된다. 물론, 다른 실시예에서, 직사각형 셀(100)의 복수 개의 인출 단자(101)는 또한 동일한 커버 플레이트에서 연장될 수 있거나, 각 직사각형 셀(100)에 대해 더 많은 인출 단자(101)가 배치될 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)의 2 개의 폴에 위치된 2 개의 인출 단자(101)는 직사각형 셀(100)의 길이 방향의 양 단으로부터 각각 인출된다. 다시 말해서, 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 직사각형 셀(100) 내부의 전류 방향일 수 있고, 즉, 직사각형 셀(100) 내부의 전류 방향은 제1 방향이다. 따라서, 전류 방향이 직사각형 셀(100)의 길이 방향과 동일하기 때문에 직사각형 셀(100)은 더 큰 유효 방열 면적을 가지며, 더 좋은 방열 효율을 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)은 직육면체 구조를 가지며, 길이, 두께 및 길이와 두께 사이의 높이를 갖는다. 직사각형 셀(100)은 사이드 웨이(sideways) 방식으로 배치된다. 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 제1 방향이고, 두께 방향은 제2 방향이며, 높이 방향은 제3 방향이다. 2 개의 인접한 직사각형 셀(100)은 큰 면과 큰 면이 마주하는 방식으로 배열된다.
직사각형 셀(100)은 D의 두께, L의 길이 및 H의 높이를 갖는다.
적어도 하나의 직사각형 셀(100)은 L>H, L>D, 600mm≤L≤2500mm, 23≤L/D≤208을 충족한다
즉, 직사각형 셀(100)은 길이 방향으로 길이(L), 길이 방향에 수직되는 두께 방향으로 두께(D), 높이 방향으로 높이(H)를 갖는다. 높이(H)는 길이(L)와 두께(D) 사이에 있다. 본 출원에서 길이 방향에서의 직사각형 셀(100)의 치수는 높이 방향 및 두께 방향에서의 치수보다 훨씬 크다.
직사각형 셀(100)은 큰 면, 좁은 면 및 단부면을 갖는다. 큰 면의 장변은 전술한 길이(L)를 갖고, 큰 면의 단변은 전술한 높이(H)를 갖는다. 좁은 면의 장변은 전술한 길이(L)를 갖고, 좁은 면의 단변은 전술한 두께(D)를 갖는다. 단부면의 장변은 전술한 높이(H)를 갖고, 단부면의 단변은 전술한 두께(D)를 갖는다.
관련 기술에서, 배터리 기술 분야에서 해결해야 할 과제 중 하나는 직사각형 셀이 적절한 배터리 용량과 우수한 방열 효과를 갖도록, 직사각형 셀(100)의 치수를 설계하는 것이다.
본 출원에서 제공되는 실시예에서, 직사각형 셀(100)의 길이 (L)의 두께(D)에 대한 비율은 50≤L/D≤70을 충족한다. 이 비율 하에서, 길이가 길고 두께가 작은 직사각형 셀(100)을 얻을 수 있다. 따라서, 직사각형 셀(100)의 길이가 제1 방향으로 연장되는 경우, 적절한 저항 값, 높은 방열 면적 및 우수한 방열 효율을 유지할 수 있어, 직사각형 셀이 다양한 자동차 모델에 잘 적응되도록 한다.
일부 실시예에서, 500mm≤L≤1000mm이다. 이 길이의 직사각형 셀(100)은 길이가 길어, 배터리 팩(10)에 사용되는 경우, 제1 방향을 따라 하나의 직사각형 셀(100)만을 배열하면 된다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀(100)은 V의 부피를 갖고, 적어도 하나의 직사각형 셀(100)은 0.0005mm-2≤L/V≤0.002mm-2를 충족한다. 대량의 실험을 통해 직사각형 셀(100)이 전술한 한정을 충족할 때, 직사각형 셀(100)은 단면이 작고 우수한 방열 효과를 나타냄으로, 직사각형 셀(100)의 내부와 주변 온도의 차이가 작다는 것을 알 수 있다.
본 출원에서 제공되는 다른 실시방식에서, 직사각형 셀(100)의 표면적(S)의 부피(V)에 대한 비율은 0.1mm-1≤S/V≤0.35mm-1를 충족하며, 예를 들어, 0.15mm-1≤S/V≤0.2mm-1를 충족한다. 상기 비율은 전술한 길고 얇은 직사각형 셀(100) 또는 치수 조절을 통해 구현될 수 있다. 직사각형 셀(100)의 표면적(S)의 부피(V)에 대한 비율을 조절함으로써, 직사각형 셀(100)의 길이 방향으로의 표면적이 충분히 넓고, 직사각형 셀(100)이 충분한 방열 면적을 가짐으로, 직사각형 셀(100)의 방열 효과를 보장하도록 한다.
본 출원에서 제공되는 다른 실시방식에서, 직사각형 셀(100)의 표면적(S)의 에너지(E)에 대한 비율은 S/E≤1000mm2·Wh-1를 충족하며, 예를 들어 250mm2·Wh-1≤S/E≤400mm2·Wh-1를 충족한다. 이 비율 하에서, 길고 얇은 직사각형 셀(100)이 여전히 얻어질 수 있다. 유사하게, 상기 비율은 길고 얇은 직사각형 셀(100)을 통해 구현되거나, 기타 치수 조절을 통해 구현될 수 있다. 직사각형 셀(100)의 표면적(S)의 에너지(E)에 대한 비율을 제어함으로써, 직사각형 셀(100)이 일정한 에너지(E)를 가질 때, 직사각형 셀의 표면적은 방열 요구를 충족시킬 수 있도록 보장할 수 있다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀(100)은 파우치 셀일 수 있다. 파우치 셀은 폴리머 하우징 층으로 피복되며, 알루미늄 플라스틱 필름으로 포장된 구조를 갖는 액체 리튬 이온 셀을 의미한다. 안전 위험이 발생하면, 파우치 셀이 폭발 없이 부풀어오르므로, 직사각형 셀(100)의 안전 성능이 향상된다. 또한 파우치 셀의 폴 코어가 큰 비중을 차지하고 있어, 부피 활용률을 향상시키도록 하고, 파우치 셀의 처리비용이 낮다.
본 출원에서 제공되는 다른 실시방식에서, 직사각형 셀(100)은 금속 하우징이 구비된 사각형(square) 셀일 수 있다. 유의해야 할 것은, 직사각형 셀(100)의 하우징이 금속 재료로 제조될 때, 직사각형 셀(100)의 금속 하우징은 더 좋은 열 전도 특성을 가지며, 직사각형 셀(100)의 방열 효율이 개선되고, 직사각형 셀의 방열 효과가 최적화된다. 또한, 하드 케이스 셀은 강도와 강성이 우수하며, 직접 직사각형 셀(100) 자체를 통해 지지되는 역할을 할 수 있으며, 가로-세로 빔 구조를 대체하여 배터리 팩의 구조적 강도를 확보함으로써, 배터리 팩에서의 가로 빔(500) 및/또는 세로 빔(600)의 사용을 줄이고, 나아가 배터리 팩에서 가로 빔(500) 및/또는 세로 빔(600)의 사용을 피하도록 한다. 따라서, 배터리 팩에서 가로 빔 및/또는 세로 빔이 차지하는 공간을 줄이고, 배터리 팩(10)의 공간 활용률을 향상시키며, 배터리 팩(10) 내에 더 많은 직사각형 셀(100)이 배열될 수 있어, 배터리 팩 전체의 용량, 전압 및 배터리 수명을 향상시킨다. 예를 들어, 전기 자동차에서, 상기 설계는 원래 사용률에서 약 40%에서 60% 이상, 또는 80%와 같은 더 높은 공간 사용률로 증가될 수 있다.
배터리 팩 하우징(200) 내에는 적어도 하나의 직사각형 셀 수용 유닛이 형성된다. 직사각형 셀 수용 유닛의 경우, 복수 개의 직사각형 셀(100)이 제2 방향을 따라 직사각형 셀 수용 유닛 내에 배열되고, 적어도 하나의 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 직사각형 셀 수용 유닛의 일측에서 제1 방향을 따라 직사각형 셀 수용 유닛의 타측으로 연장된다.
일부 실시예에서, 각 직사각형 셀 수용 유닛 내에 단 하나의 직사각형 셀(100)만이 제1 방향을 따라 수용된다. 단 하나의 직사각형 셀(100)만이 전술한 긴 직사각형 셀(100)을 결합하여, 제1 방향을 따라 각 직사각형 셀 수용 유닛 내에 배치됨으로써, 복수 개의 직사각형 셀(100)의 조밀한 패킹을 용이하게 한다. 직사각형 셀 수용 유닛은 직사각형 셀(100)의 쉽고 조밀한 배열을 용이하도록, 직사각형 셀(100)의 제한 용기로서 사용될 수 있다.
직사각형 셀(100)은 각 직사각형 셀 수용 유닛 내에서 옆으로 세워 배치(placed sideways)될 수 있다. 직사각형 셀(100)의 옆으로 세워 배치하는 것은 직사각형 셀(100)의 두 단부면이 각각 직사각형 셀 수용 유닛의 양측을 향하고, 인접한 두 개의 직사각형 셀(100)의 큰 면이 서로 마주함으로서, 직사각형 셀(100)이 가로 빔을 대체하여 더 좋은 효과와 더 높은 강도를 구현할 수 있음을 의미한다.
도 2, 도 4, 도 12 및 도 17 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀 수용 유닛 내에 복수 개의 직사각형 셀(100)이 배열된다. 복수 개의 직사각형 셀(100)은 셀 어레이(400)로 배열되어, 직사각형 셀 수용 유닛 내에 장착될 수 있도록 한다. 모듈 프레임이 필요로 하지 않기 때문에, 직사각형 셀 수용 유닛 내부의 대부분의 공간은 직사각형 셀(100) 자체를 수용하는데 사용될 수 있다. 동일한 부피의 배터리 팩 하우징(200)에 더 많은 직사각형 셀(100)이 장착되어, 배터리 팩(10)의 배터리 용량이 크다.
모듈 프레임이 필요로 하지 않기 때문에, 직사각형 셀(100)은 직사각형 셀 수용 유닛 내에서 더 가깝게 배열될 수 있다. 도 2, 도 4, 도 12, 도 17 내지 도 19에 도시된 실시예에서, 복수 개의 직사각형 셀(100) 사이에 모듈 프레임을 배치할 필요가 없고, 인접한 2 개의 직사각형 셀(100)은 길이*높이를 갖는 측면이 서로 대향되어 결합될 수 있다. 서로 대향되는 큰 면의 대향 배열은 밀집 배열(close packing)을 용이하게 하고, 복수 개의 직사각형 셀(100)로 형성된 셀 어레이(400)는 전체적으로 큰 강성을 가지므로, 배터리 팩 하우징(200)의 장착 공간 활용률을 크게 향상시킬 수 있으며, 직사각형 셀(100)의 개수가 증가될 수 있다.
본 출원의 배터리 팩(10)은 모듈 프레임이 없는 배터리 팩이다. 복수 개의 직사각형 셀(100)이 배터리 팩 하우징(200) 내에 직접 장착되어, 모듈 프레임을 생략하고 부품 수 및 조립 공정을 줄이고 비용을 절감시킨다. 배터리 팩 하우징(200) 내에 장착되는 직사각형 셀(100)의 개수가 증가되어, 배터리 팩(10)의 배터리 용량이 증가되며 배터리 수명이 향상된다.
본 출원의 일부 실시예에서, 도 3, 도 9, 및 도 12에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 하우징(200)은 바닥 하우징 및 바닥 하우징에 연결되는 실링 커버를 포함하여, 적어도 하나의 직사각형 셀 수용 유닛을 형성하도록 한다.
실제 실시방식에서, 바닥 하우징은 트레이이다. 트레이는 개방단(open end)이 구비된 직사각형 셀 수용 유닛을 정의한다. 실링 커버(220)는 트레이의 개방단에 장착되며, 실링 커버(220)가 직사각형 셀 수용 유닛의 개방단을 밀봉하여, 직사각형 셀(100)이 기본적으로 배터리 팩 하우징(200) 내에 패킹되어 물 및 먼지의 침입을 방지한다. 실링 커버(220)는 접착제로 트레이에 연결될 수 있다. 또는, 실링 커버(220)는 나사 연결부재를 통해 트레이에 연결된다. 또는, 실링 커버(220)는 접착제 및 나사 연결부재에 의해 트레이에 연결됨으로써, 실링 커버(220)가 나사 연결부재를 통해 트레이에 견고하게 연결될 수 있으며, 접착제에 의해 모든 곳을 밀봉할 수 있다.
유의해야 할 것은, 본 출원의 일부 실시예에서, 배터리 팩(10)은 소형 팩이 아니라 대용량 배터리 팩(10)이고, 대응하는 트레이는 자동차 트레이이다.
자동차 트레이에서, 차체는 예로 폭이 1.2m~2m로서 폭이 크고, 예로 길이가 2m~5m로서 길이가 크기 때문에, 차종에 따라 대응하는 차체의 폭 및 길이가 서로 다르다. 차체의 폭이 넓고 길이가 길기 때문에, 차체의 바닥부에 배치된 트레이의 전체 치수가 더 커진다.
큰 치수를 갖는 트레이의 경우, 관련 기술에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 트레이의 측면 프레임(200a)에는 가로 빔(500) 및 세로 빔(600)이 배치되어, 내부 셀에 충분한 지지력과 구조적 강도를 제공한다. 자동차 트레이에 가로 빔(500)과 세로 빔(600)이 추가된 후, 자동차 트레이 전체의 무게와 내부 공간이 점유되어, 트레이 내부에 유효 사용공간이 줄어들게 된다. 또한, 가로 빔(500)의 존재로, 가로 빔(500)의 장착을 조절하기 위해, 트레이 내부의 폭 방향 및 길이 방향으로 복수 개의 배터리 모듈(400a)이 배치되어, 장착이 복잡하고 많은 장착 구조부재를 필요로 한다.
관련 기술에서, 배터리 팩 하우징 내에는 가로 빔 및/또는 세로 빔이 배치 되기 때문에, 가로 빔 및/또는 세로 빔이 배터리 팩 하우징에 셀을 수용하기 위한 큰 장착 공간을 차지함으로 인해, 배터리 팩 하우징의 부피 활용률(volume utilization)이 낮다. 일반적으로, 배터리 팩 하우징의 부피 활용률은 약 40% 이하이다. 즉, 관련 기술에서, 배터리 팩 하우징 공간의 약 40%만 셀을 장착하는데 사용될 수 있어, 배터리 팩 하우징에 수용 가능한 셀의 개수가 제한되어 배터리 팩 전체의 용량 및 전압이 제한되고, 배터리 팩의 배터리 수명이 짧다.
그러나, 본 출원에서, 직사각형 셀(100)은 배터리 팩 하우징(200)에 직접 장착되어, 배터리 팩 하우징(200) 내의 가로 빔 및/또는 세로 빔의 사용을 줄이고, 심지어 배터리 팩 하우징(200) 내에 가로 빔 및/또는 세로 빔을 사용하지 않을 수 있으며, 결과적으로 배터리 팩 하우징(200) 내에 가로 빔 및/또는 세로 빔이 차지하는 공간을 줄이고, 배터리 팩 하우징(200)의 공간 활용률을 개선함에 따라, 배터리 팩 하우징(200) 내에 더 많은 직사각형 셀(100)을 배치하여, 배터리 팩 전체의 용량, 전압 및 배터리 수명을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에서, 상기 설계는 공간 활용률을 약 40%의 원래 활용률에서 60% 이상, 예로 80%로 증가시킬 수 있다.
또한, 배터리 팩 하우징(200) 내에 가로 빔 및/또는 세로 빔을 배치할 필요가 없기 때문에, 한편으로 배터리 팩 하우징(200)의 제조 공정이 단순화되어 직사각형 셀(100)의 조립 복잡성을 저하시키고 생산비용이 절감된다. 다른 한편, 배터리 팩 하우징(200) 및 배터리 팩 전체의 무게가 감소되어 경량 배터리 팩을 구현한다. 구체적으로, 배터리 팩이 전기 자동차에 장착될 경우, 전기 자동차의 배터리 수명을 늘릴 수 있고, 경량 전기 자동차를 구현할 수 있다.
일부 실시예에서, 트레이는 직사각형 셀(100)을 장착하기 위해, 별도로 생산된 자동차 트레이일 수 있다. 도 27 및 도 28에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)이 트레이에 장착되며 트레이의 개방단이 실링 커버(220)에 의해 폐쇄되어 배터리 팩(10)을 형성하는 경우, 트레이는 패스너를 통해 차체에 장착될 수 있으며, 예를 들어, 트레이를 자동차(1)의 섀시에 리프팅시키기 위해, 리프팅 러그(lifting lug)를 배치할 수 있다.
일부 다른 실시예에서, 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 트레이는 자동차(1)의 섀시와 일체로 형성될 수 있다. 섀시는 Y 방향을 따라 대향되어 배치되는 제1 측면 빔(301) 및 제2 측면 빔(302)을 구비한다. 제1 측면 빔(301) 및 제2 측면 빔(302)은 셀 어레이(400)를 지지하는 지지부재로 사용된다. 직사각형 셀(100)의 제1 단부는 제1 측면 빔(301)에 지지되며, 직사각형 셀(100)의 제2 단부는 제2 측면 빔(302)에 지지된다.
실제 실시방식에서, 트레이의 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)을 해당되게 형성하도록, 제1 측면 빔(301) 및 제2 측면 빔(302)은 모두 하향으로 연장된다. 제1 측면 빔(301) 및 제2 측면 빔(302)은 절곡된(L 자형) 단면을 갖는다. 직사각형 셀(100)을 향하는 제1 빔(301)의 내벽면은 돌출된 제1 지지 플레이트(301a)를 구비한다. 제1 지지 플레이트(301a)에서 실링 커버(220)를 향하는 면에는 제1 지지면(301b)이 배치되고, 실링 커버(220)로부터 떨어진 제1 지지 플레이트 (301a)의 면에는 제1 장착면(301c)이 배치된다. 직사각형 셀(100)을 향하는 제2 측면 빔(302)의 내벽면은 돌출된 제2지지 플레이트(302a)를 구비한다. 제2 지지 플레이트(302a)에서 실링 커버(220)를 향하는 면에는 제2 지지면(302b)이 배치되고, 실링 커버(220)로부터 떨어진 제2 지지 플레이트(302a)의 면에는 제2 장착면(302c)이 배치된다. 제1 지지면(301b) 및 제2 지지면(302b)은 직사각형 셀(100)을 지지하도록 구성되고, 제1 장착면(301c) 및 제2 장착면(302c)은 바닥 플레이트(211)를 장착하도록 구성된다. 따라서, 독립형 셀을 제조할 필요가 없으며, 트레이와 완성차의 조립을 고려할 필요가 없다.
도 26에 도시된 바와 같이, 제1 측면 빔(301)의 제1 지지 플레이트(301a)와 제2 측면 빔(302)의 제2 지지 플레이트(302a)는, Z 방향으로 동일한 높이에 배치되어, 직사각형 셀(100)을 평형된 방식으로 지지하도록 한다.
도 26에 도시된 바와 같이, 제1 측면 빔(301)의 제1 지지 플레이트(301a)와 제2 측면 빔(302)의 제2 지지 플레이트(302a)는 간격을 두고 배치되는 위치까지만 연장될 수 있으며, 하단을 폐쇄하도록, 하방에 바닥 플레이트(211)를 세워져야 하므로, 폐기재료와 관련된 프레임의 길이가 짧아 완성차의 무게를 줄인다. 물론, 제1 측면 빔(301)의 제1 지지 플레이트(301a)와 제2 측면 빔(302)의 제2 지지 플레이트(302a)는 서로 연결되도록 연장되어, 하단이 폐쇄된 캐비티를 형성하여 하방에서 직사각형 셀(100)을 효과적으로 보호할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 도 5 내지 도10에 도시된 바와 같이, 트레이는 측면 프레임(200a) 및 바닥 플레이트(211)를 포함한다. 바닥 플레이트(211)는 측면 프레임(200a)에 연결되어, 직사각형 셀 수용 유닛을 정의하도록 한다. 직사각형 셀(100)은 측면 프레임(200a)에 연결된다.
관련 기술에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 각 셀이 바닥 플레이트에 지지되기 때문에， 바닥 플레이트의 강성과 강도에 대한 요구가 높다. 따라서, 바닥 플레이트의 지지 강도와 강성을 향상시키도록, 많은 가로 빔(500) 및 세로 빔(600)이 배치되어야 하므로, 배터리 팩 하우징의 제한된 공간을 차지한다. 그러나 가로 빔(500) 및 세로 빔(600)이 제거되면, 트레이는 충분한 하중능력을 제공할 수 없다.
본 출원에서, 직사각형 셀(100)은 측면 프레임(200a)에 연결되어, 큰 강성과 강도를 갖는 측면 프레임(200a)의 성능을 최대한 활용하도록 한다. 따라서, 바닥 플레이트(211)는 하중을 지탱할 필요가 없어, 트레이에서 가로 빔(500)과 세로 빔(600)을 제거할 수 있고, 더 많은 직사각형 셀(100)을 배치하도록 릴리즈된 공간을 사용할 수 있다.
유의해야 할 것은, 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 측면 프레임(200a)은 일반적으로 중공 프로파일로 만들어진다. 측면 프레임(200a)의 중공 캐비티는 충돌에 대한 에너지 흡수를 제공하도록 구성된다. 측면 프레임(200a)의 중공 캐비티 내의 리브는 측면 프레임(200a)의 강도를 높이고, 보강 리브를 측면 프레임(200a)의 외측벽에 더 배치할 수 있어, 측면 프레임(200a)의 강도와 강성은 셀 어레이(400) 장착에 대한 요구 사항을 충분히 충족한다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀(100)은 측면 프레임(200a)의 내주벽에 연결될 수 있다. 또는, 도 10에 도시된 실시예에서, 직사각형 셀(100)은 측면 프레임(200a)에 지지되어, 측면 프레임(200a)의 큰 강성과 강도의 성능을 충분히 활용한다.
도 3 내지 도 12 및 도 15 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 측면 프레임(200a)은 제1 프레임(201), 제2 프레임(202), 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)을 포함한다. 제1 프레임(201), 제3 프레임(203), 제2 프레임(202) 및 제4 프레임(204)은 순차적으로 말단 간 연결되어, 패쇄 루프를 형성하도록 한다. 제1 프레임(201)과 제2 프레임(202)은 제1 방향을 따라 서로 대향되어 배치되고, 제3 프레임(203)과 제4 프레임(204)은 제2 방향을 따라 서로 대향되어 배치된다.
제1 프레임(201), 제2 프레임(202), 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 모두 길게 형성될 수 있고, 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 평행되게 간격을 두고 배치되며, 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 평행되게 간격을 두고 배치되고, 측면 프레임(200a)은 실질적으로 직사각형 프레임일 수 있다.
실제 실시방식에서, 배터리 팩(10)이 완성차에 장착될 경우, 제1 방향은 Y 방향일 수 있고, 제2 방향은 X 방향일 수 있다. 물론, 자동차 모델에 따라 배터리 팩(10)을 장착하는 방법을 조절하여, 제1 방향이 X 방향에 해당되고, 제2 방향이 Y 방향에 해당되거나, 다른 대응관계가 이루어지도록 할 수 있다.
바닥 하우징은 트레이이다. 트레이는 제1 방향을 따라 서로 대향되어 배치되는 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)을 포함한다. 직사각형 셀(100)의 일 단부는 제1 프레임(201)에 지지되고, 직사각형 셀(100)의 타 단부는 제2 프레임(202)에 지지된다.
직사각형 셀 수용 유닛을 향하는 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 내벽면은 각각 지지면(213a)을 구비한다. 직사각형 셀(100)의 길이 방향을 따른 양 단부는 각각 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 지지면(213a)에 지지된다. 제1 프레임(201)의 내벽면은 제2 프레임(202)을 향하는 제1 프레임(201)의 벽면을 의미한다. 제2 프레임(202)의 내벽면은 제1 프레임(201)을 향하는 제2 프레임(202)의 벽면을 의미한다.
각 직사각형 셀(100)은 서로 대향되는 제1 단부 및 제2 단부를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)의 길이 방향(도면에서 Y 방향)을 따른 양 단부에서 각 직사각형 셀(100)의 제1 단부가 제1 프레임(201)에 지지되고, 각 직사각형 셀(100)의 제2 단부가 제2 프레임(202)에 지지된다.
즉, 각 직사각형 셀(100)은 제1 프레임(201)과 제2 프레임(202) 사이에서 연장된다. 복수 개의 직사각형 셀(100)은 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 길이 방향, 즉 제2 방향을 따라 배열된다.
여기서, 직사각형 셀(100)의 제1 단부 및 제2 단부는 각각 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 지지된다. 직사각형 셀(100)은 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 의해 직접 지지될 수 있으며, 즉, 직사각형 셀은 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 지지면(213a)에 각각 놓이거나, 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 지지면(213a)에 고정되고, 예로, 후술하는 고정 방법으로 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 지지면(213a)에 접착된다. 특정 지지 방법 및 고정 방법은 본 출원에서 제한되지 않는다.
본 출원의 기술적 구상 하에, 일 실시예에서, 제1 방향을 따라, 제1 프레임(201)과 제2 프레임(202) 사이의 거리는 직사각형 셀(100)의 치수에 적합하다. 여기서 상기 적합은 두 프레임의 내벽면 사이의 간격이 하나의 직사각형 셀(100)의 장착에 적합할 수 있음을 의미한다. 상기 적합은 본 출원의 목적을 달성하기 위해, 헐거운 끼워맞춤, 억지 끼워맞춤, 조임 결합, 고정 결합 등과 같은 다양한 결합 방식일 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 각 직사각형 셀(100)의 제1 단부는 제1 프레임(201)에 직접 또는 간접으로 지지될 수 있고, 각 직사각형 셀(100)의 제2 단부는 제2 프레임(202)에 직접 또는 간접으로 지지될 수 있다. 직접 지지는 직사각형 셀(100)의 제1 단부가 제1 프레임(201)에 직접 접촉되어 지지 결합되고, 직사각형 셀(100)의 제2 단부가 제2 프레임(202)과 직접 접촉되어 지지 결합되는 것을 의미한다. 간접 지지는 예를 들어 일부 실시예에서 직사각형 셀(100)의 제1 단부가 제1 단부 플레이트(207)를 통해 제1 프레임(201)에 결합되어 지지되고, 직사각형 셀(100)의 제2 단부가 제2 단부 플레이트(208)를 통해 제2 프레임(202)에 결합되어 지지됨을 의미한다.
유의해야 할 것은, 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 상대적으로 배치된다. 제1 프레임(201)과 제2 프레임(202)은 서로 평행되거나 각도를 이루게 배치될 수 있으며, 직선형 구조 또는 곡선형 구조일 수 있다. 직사각형 셀(100)은 제1 프레임(201) 및/또는 제2 프레임(202)에 수직되거나, 제1 프레임(201) 및/또는 제2 프레임(202)과 예각 또는 둔각으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 서로 평행되고, 제1 프레임(201), 제2 프레임(202) 및 직사각형 셀(100)은 직사각형, 정사각형, 평행 사변형, 부채꼴 또는 기타 구조로 형성될 수 있다. 제1 프레임(201)과 제2 프레임(202)이 각도를 이룰 경우, 제1 프레임(201), 제2 프레임(202) 및 직사각형 셀(100)은 사다리꼴, 삼각형 또는 기타 구조로 형성될 수 있다. 본 출원에서, 제1 프레임(201)과 제2 프레임(202) 사이의 각도 관계 및 직사각형 셀(100)과 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202) 사이의 각도 관계는 제한되지 않는다.
또한, 전술한 직사각형 셀(100)의 "제1 단부" 및 "제2 단부"는 직사각형 셀(100)의 방향을 설명하도록 구성되는 것이지, 직사각형 셀(100)의 구체적 구조를 정의 및 설명하도록 구성된 것은 아니다. 예를 들어, 제1 단부 및 제2 단부는 직사각형 셀(100)의 양극과 음극을 정의 및 설명하도록 구성된 것이 아니다. 즉, 본 출원에서, 제1 프레임(201)에 지지된 직사각형 셀(100)의 일 단부는 제1 단부이고, 제2 프레임(202)에 지지된 직사각형 셀(100)의 타 단부는 제2 단부이다.
제1 단부 및 제2 단부는 단부면을 가리키는 것이 아님을 유의해야 한다. 실제 실시방식에서, 직사각형 셀(100)의 길이*폭을 갖는 좁은 면의 단부와 같은 측면의 양 단부는 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 지지면(213a)과 지지 관계를 형성한다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀(100)과 측면 프레임(200a)은 사전 연결 구조로 연결될 수 있어, 모듈 프레임이 없는 직사각형 셀(100)이 트레이에서 흔들리는 것을 방지하고 고정 구조의 후속 장착을 용이하도록 한다. 예를 들어, 직사각형 셀(100)의 양 단부는 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 지지면(213a)에 신속하게 접착될 수 있고, 지지면(213a)의 길이 방향(제2 방향)을 따라 접착을 통해 한번에 빠르게 조립될 수 있다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀(100)이 프레임과 연통되는 것을 방지하도록, 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 내벽면과 직사각형 셀(100)의 단부면 사이에 절연 플레이트가 개재된다. 직사각형 셀(100)의 단부(길이 방향을 따른 단부)에는 인출 단자(101)가 배치된다. 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 각각 직사각형 셀(100)의 양 단부면과 매칭되는 내벽면을 포함한다. 절연 플레이트는 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 내벽면과 직사각형 셀(100)의 단부면 사이에 각각 개재된다. 절연 플레이트는 직사각형 셀(100)의 인출 단자(101)가 측면 프레임(200a)과 연통되는 것을 방지하도록 구성된다.
도 5 내지 도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀 수용 유닛을 향하는 제1 프레임(201)의 내벽면에는 내측으로 돌출된 지지 플레이트(213)가 구비되고, 직사각형 셀 수용 유닛을 향하는 제2 프레임(202)의 내벽면에는 내측으로 돌출된 지지 플레이트(213)가 구비된다. 지지 플레이트(213)에서 실링 커버(220)를 향하는 면(상면)에는 지지면(213a)이 배치된다. 지지 플레이트(213)에서 실링 커버(220)로부터 떨어진 면(하면)에는 장착면(213b)이 형성된다. 장착면(213b)은 바닥 플레이트(211)를 장착하도록 구성된다.
실제 실시방식에서, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(201), 제2 프레임(202), 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 공통으로 내측으로 돌출되어, 동일한 높이로 지지 플레이트(213)를 형성한다. 따라서, 지지 플레이트(213)는 폐쇄된 링 형상에 해당하고, 지지 플레이트(213)의 하면에 형성된 장착면(213b)도 링 형상이므로, 바닥 플레이트(211)의 장착이 용이하다. 바닥 플레이트(211)는 장착면(213b)에 접착식으로 연결된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 실링 커버(220)로부터 떨어진 측면 프레임(200a)의 단부에 위치하는 내부 링은 환형의 홈(annular sink)을 구비한다. 홈의 바닥 벽은 장착면(213b)을 형성하고, 바닥 플레이트(211)는 홈에 장착된다. 즉, 지지 플레이트(213)의 하면은 측면 프레임(200a)의 하면에 대해 상향으로 함몰되어, 측면 프레임(200a)의 내부 공간을 이용하여 바닥 플레이트(211)가 장착될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 실시예에서, 바닥 플레이트(211)의 하면은 기본적으로 측면 프레임(200a)의 하면과 동일 평면을 이루어, 전체 배터리 팩(10)의 높이가 낮다.
직사각형 셀(100)은 측면 프레임(200a)에 지지되고, 직사각형 셀(100)과 바닥 플레이트(211)는 간격을 두고 배치된다. 바닥 플레이트(211)가 직사각형 셀(100)의 무게를 지탱할 필요가 없으므로, 바닥 플레이트(211)가 얇아질 수 있다. 간격을 두고 배치된 직사각형 셀(100)과 바닥 플레이트(211) 사이에는 보온층(217)이 배치된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 지지 플레이트(213), 직사각형 셀(100) 및 바닥 플레이트(211)는 보온층(217)을 수용하기 위한 보온 캐비티를 공통으로 정의한다. 보온층(217)은 기본적으로 지지 플레이트(213)의 두께(Z 방향을 따름)와 동일한 두께를 가질 수 있다. 보온층(217)은 직사각형 셀(100)과 외부 사이의 열 전달을 차단하도록 구성되어, 직사각형 셀(100)의 보온을 구현하고, 수용 유닛 외부의 외부 환경과 수용 유닛 내부의 직사각형 셀(100) 사이의 열 간섭을 방지한다. 보온층(217)은 단열 및 보온 기능이 있는 재질, 예를 들어 단열 코튼으로 만들어질 수 있다.
도 5 내지 도 7, 및 도 10에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀 수용 유닛을 향하는 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 두 내벽면에는 제1 연결면(215)이 구비된다. 제1 연결면(215)에서 실링 커버(220)까지의 거리는 지지면(213a)에서 실링 커버(220)까지의 거리보다 작고, 직사각형 셀(100)은 제1 연결면(215)에 연결된다. 즉, 직사각형 셀(100)은 지지면(213a)을 통해서만 측면 프레임(200a)에 지지되는 것이 아니다. 지지면(213a) 및 제1 연결면(215)을 제공함으로써, 측면 프레임(200a)이 단일 위치에서 지탱하는 직사각형 셀(100)의 압력을 감소시키고 각 곳에 분산시킬 수 있어, 측면 프레임(200a)의 부분적인 균열을 방지할 수 있다.
제1 연결면(215)은 지지면(213a)에 대해 반경 방향으로 외측에 위치하여, 직사각형 셀(100)이 상부의 개방 단부로부터 트레이 내로 원활하게 로딩될 수 있다.
실제 실시방식에서, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀 수용 유닛을 향하는 제1 프레임(201) 또는 제2 프레임(202)의 내벽면은 적어도 2 개의 단차를 갖는다. 2 개의 단차의 면은 각각 제1 연결면(215) 및 지지면(213a)을 형성한다. 제1 연결면(215)과 지지면(213a) 사이의 수직인 내벽면은 서로 연결된다. 다단차 구조는 성형이 용이하고 측면 프레임(200a)의 구조적 강도를 강화시킬 수 있다. 직사각형 셀(100)은 제한된 공간에 조립된다. 직사각형 셀(100)의 단부면과, 제1 연결면(215)과 지지면(213a) 사이의 수직 내벽면 사이에는 절연 플레이트가 배치될 수 있다.
도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(10)은 직사각형 셀의 길이 방향을 따른 직사각형 셀(100)의 양 단부에 배치되는 단부 플레이트를 더 포함하고, 직사각형 셀(100)은 단부 플레이트를 통해 제1 연결면(215)에 연결된다. 절연 플레이트는 단부 플레이트와 집적될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 단부 플레이트는 단부 플레이트 본체(207a) 및 제1 연결 플레이트(207b)를 포함한다. 단부 플레이트 본체(207a)는 직사각형 셀(100)의 단부면에 대향되어 배치된다. 제1 연결 플레이트(207b)는 단부 플레이트 본체(207a)에 연결되며, 제1 연결면(215)(측면 프레임(200a))을 향해 돌출된다. 제1 연결 플레이트(207b)는 제1 연결면(215)에 연결되며, 제1 연결 플레이트(207b)와 단부 플레이트 본체(207a)는 L 자형과 같은 절곡된 형상으로 형성될 수 있으며, 물론, 도 16에 도시된 다층 배터리 팩(10)의 경우, 제1 연결 플레이트(207b) 및 단부 플레이트 본체(207a)는 T 자형으로 형성될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 직사각형 셀(100)의 제1 단부에 배치된 단부 플레이트를 제1 단부 플레이트(207)로 정의하고, 직사각형 셀(100)의 제2 단부에 배치된 단부 플레이트를 제2 단부 플레이트(208)로 정의한다. 제1 단부 플레이트(207) 및 제2 단부 플레이트(208)의 구조는 동일할 수 있다. 직사각형 셀(100)의 제1 단부는 제1 단부 플레이트(207)를 통해 제1 프레임(201)에 지지되고, 직사각형 셀(100)의 제2 단부는 제2 단부 플레이트(208)를 통해 제2 프레임(202)에 지지된다. 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208) 및 직사각형 셀(100)은 셀 어레이(400)를 구성한다.
따라서, 제1 단부 플레이트(207)의 단부 플레이트 본체(207a)는 직사각형 셀(100)의 제1 단부면과 제1 프레임(201) 사이에 개재되고, 제1 단부 플레이트(207)의 제1 연결 플레이트(207b)는 제1 프레임(201)의 제1 연결면(215)에 지지되며, 제1 프레임(201)의 제1 연결면(215)에 연결된다. 제2 단부 플레이트(208)의 단부 플레이트 본체는 직사각형 셀(100)의 제2 단부면과 제2 프레임(202) 사이에 개재되고, 제2 단부 플레이트(208)의 제1 연결 플레이트는 제2 프레임(202)의 제1 연결면(215)에 지지되며, 제2 프레임(202)의 제1 연결면(215)에 연결된다.
실제 실시방식에서, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 연결 플레이트(207b)에는 복수 개의 장착홀이 배치되며, 복수 개의 장착홀은 제2 방향을 따라 간격을 두고 배치된다. 장착홀이 배치된 제1 연결 플레이트(207b)의 위치는 다른 영역에 비해 넓어질 수 있다. 제1 연결 플레이트(207b)는 나사 연결부재를 통해 제1 연결면(215)에 연결될 수 있다.
단일 셀 어레이(400)는 하나의 제1 단부 플레이트(207) 및 하나의 제2 단부 플레이트(208)를 구비할 수 있다. 물론, 복수 개의 제1 단부 플레이트(207) 또는 제2 단부 플레이트(208)가 추가로 배치될 수 있다.
도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)의 2 개의 단부면 중 적어도 하나에는 방폭 밸브(103)가 배치되고, 2 개의 단부 플레이트(제1 단부 플레이트(207) 및 제2 단부 플레이트(208)) 중 적어도 하나의 단부 플레이트 본체(207a)에는 방폭 밸브(103)에 대응되는 비아(207c)가 배치되고, 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202) 중 적어도 하나에는 비아(207c)에 대응되는 배기홀(221) 및 배기홀(221)과 연통되는 배기통로(222)가 배치된다.
일 실시방식에서, 제1 프레임(201)을 향하는 직사각형 셀(100)의 제1 단부에 방폭 밸브(103)가 배치되고, 제1 프레임(201) 내부에 배기통로(222)가 배치된다. 배기통로(222)는 캐비티형 제1 프레임(201) 내부에 자연적으로 형성될 수 있다. 제1 단부 플레이트(207)에서 각 직사각형 셀(100)의 방폭 밸브(103)에 대응되는 위치에 비아(207c)가 배치된다. 제1 프레임(201)에서 직사각형 셀(100)의 방폭 밸브(103)에 대응되는 위치에 배기홀(221)가 배치된다. 배기홀(221)은 배기통로(222)와 연통된다. 배터리 팩 하우징(200)에 배기통로(222)와 연통되는 배기구가 배치된다. 추가적으로/다른 방안으로 제2 프레임(202)을 향하는 직사각형 셀(100)의 제2 단부에 방폭 밸브(103)가 배치된다. 제2 프레임(202) 내부에 배기통로(222)가 배치된다. 제2 단부 플레이트(208)에서 각 직사각형 셀(100)의 방폭 밸브(103)에 대응되는 위치에 비아(207c)가 배치된다. 제2 프레임(202)에서 각 직사각형 셀(100)의 방폭 밸브(103)에 대응되는 위치에 배기홀(221)이 배치된다. 배기홀(221)은 배기통로(222)와 연통된다. 배터리 팩 하우징(200)에 배기통로(222)와 연통되는 배기구가 배치된다. 다른 실시방식에서, 직사각형 셀(100)의 양 단부에 방폭 밸브(103)가 배치된다. 대응되게, 제1 단부 플레이트(207) 및 제2 단부 플레이트(208)에 비아(207c)가 배치된다. 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202) 각각에 배기홀(221) 및 배기통로(222)가 배치된다.
관련 기술에서, 직사각형 셀(100)을 사용하는 동안, 직사각형 셀 내부의 내부 가스 압력이 일정 정도 높아지면, 방폭 밸브(103)가 개방되어, 직사각형 셀(100) 내부의 화염, 연기 또는 가스가 방폭 밸브(103)를 통해 배출된다. 화염, 연기 또는 가스가 배터리 팩(10) 내부에 모이게 되며, 제때에 배출하지 않으면 직사각형 셀(100)에 2 차 손상이 야기된다. 그러나, 본 출원에서, 제1 프레임(201) 및/또는 제2 프레임(202)에는 직사각형 셀(100)의 방폭 밸브(103)에 대응되는 배기홀(221)이 배치되고, 제1 프레임(201) 및/또는 제2 프레임(202) 내부에 배기통로(222)가 배치되기 때문에, 직사각형 셀(100) 내부의 압력이 증가되면, 직사각형 셀의 방폭 밸브(103)가 개방되어 직사각형 셀 내부의 화염, 연기 또는 가스가 공기 유입구를 통해 직접 제1 프레임(201) 및/또는 제2 프레임(202) 내부의 배기통로(222)로 유입되고, 배기홀(221)을 통해 제1 프레임(201) 및/또는 제2 프레임(202) 밖으로 배출, 예를 들어 배기구를 통해 대기로 배출된다. 따라서, 화염, 연기 또는 가스가 수용 유닛 내부에 모이지 않으므로, 화염, 연기 또는 가스가 직사각형 셀(100)에 대한 2 차 손상이 야기되는 것을 방지하도록 한다.
도 3, 도 12 및 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 연결면(215)과 실링 커버(220) 사이에 배터리 관리부재 및 배전부재를 수용하기 위한 관리 수용 캐비티가 정의된다. 실제 실시방식에서, 제1 연결 플레이트(207b)와 실링 커버(220)는 간격을 두고 배치되고, 관리 수용 캐비티는 제1 연결 플레이트(207b), 측면 프레임(200a) 및 실링 커버(220)에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 셀 어레이(400)의 외주에 한 바퀴의 관리 수용 캐비티가 형성된다. 관리 수용 캐비티는 배터리 관리부재 및 배전부재를 장착하도록 구성될 수 있으므로, 배터리 관리부재 및 배전부재를 장착하기 위한 공간을 설계할 필요가 없으며, 셀 어레이(400)를 장착 후 간격을 활용하여 배터리 밀도를 최대화시킨다.
일부 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 프레임(203)은 제3 프레임(203)에 인접하게 배치된 직사각형 셀(100)에 대해 제4 프레임(204)을 향하는 힘을 가하고, 제4 프레임(204)은 제4 프레임(204)에 인접하게 배치된 직사각형 셀(100)에 대해 제3 프레임(203)을 향하는 힘을 가함으로써, 복수 개의 직사각형 셀(100)이 제2 방향을 따라 제3 프레임(203)과 제4 프레임(204) 사이에 밀집하게 배열될 수 있고, 복수 개의 직사각형 셀(100)이 서로 밀접될 수 있다. 또한, 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 제2 방향으로 복수 개의 직사각형 셀(100)을 위치한정할 수 있고, 특히, 직사각형 셀(100)이 약간 팽창될 때, 직사각형 셀(100)이 과도하게 팽창 및 변형되는 것을 방지하도록, 직사각형 셀(100)을 완충하고 내부로 압력을 제공할 수 있다. 특히, 직사각형 셀(100)에 방폭 밸브(103) 및 전류 차단장치(CID)를 배치하는 경우, 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 직사각형 셀(100)의 팽창을 효과적으로 제한할 수 있으므로, 직사각형 셀(100)이 고장 및 팽창 시, 직사각형 셀의 내부에는 방폭 밸브(103) 또는 전류 차단 장치(CID)의 플립 시트를 뚫을 수 있는 충분한 가스 압력이 있어, 직사각형 셀(100)의 단락을 유발시키고, 직사각형 셀(100)의 안전성을 확보하며, 직사각형 셀(100)의 폭발을 방지한다.
일부 실시예에서, 제3 프레임(203)과 제3 프레임(203)에 인접한 직사각형 셀(100) 사이 및 제4 프레임(204)과 제4 프레임(204)에 인접한 직사각형 셀(100) 사이 중 적어도 하나의 위치에는 탄성 장치가 탄성적으로 배치된다.
제3 프레임(203)과 제3 프레임(203)에 인접한 직사각형 셀(100) 사이에는 제1 탄성 장치가 배치될 수 있고/있거나, 제4 프레임(204)과 인접한 직사각형 셀(100) 사이에는 제2 탄성 장치가 배치될 수 있다. 제1 탄성 장치는 제3 프레임(203)에 장착될 수 있고, 제2 탄성 장치는 제4 프레임(204)에 장착될 수 있다. 복수 개의 직사각형 셀(100)은 제1 탄성 장치 및 제2 탄성 장치를 통해 밀집하게 배열된다. 따라서, 제3 프레임(203)과 제4 프레임(204) 사이의 간격이 변하지 않은 경우, 제1 탄성 장치 및 제2 탄성 장치와 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204) 사이의 장착 거리를 변경하는 것을 통해, 제3 프레임(203)과 제4 프레임(204) 사이에 배치된 직사각형 셀(100)의 수를 조절할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(10)은 제3 프레임(203)과 제3 프레임(203)에 인접한 직사각형 셀(100) 사이 및 제4 프레임(204)과 제4 프레임(204)에 인접한 직사각형 셀(100) 사이에 배치되는 측면 플레이트를 더 포함한다. 탄성 장치는 측면 플레이트와 집적될 수 있으며 측면 플레이트는 고무로 만들어질 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 측면 플레이트는 측면 플레이트 본체(209a) 및 제2 연결 플레이트(209b)를 포함한다. 측면 플레이트 본체(209a)는 직사각형 셀(100)의 측면에 대향되어 배치된다. 제2 연결 플레이트(209b)는 측면 플레이트 본체(209a)에 연결되며 제3 프레임(203) 또는 제4 프레임(204)을 향해 돌출된다. 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)에는 실링 커버(220)를 향하는 제2 연결면(216)이 배치된다. 제2 연결 플레이트(209b)는 제2 연결면(216)에 연결된다. 제2 연결 플레이트(209b)와 측면 플레이트 본체(209a)는 L 자형 또는 T 자형과 같은 절곡된 형상으로 형성될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 직사각형 셀(100)과 제3 프레임(203) 사이에 배치된 측면 플레이트를 제1 측면 플레이트(209)로 정의하고, 직사각형 셀(100)의 제2 단부에 배치된 측면 플레이트를 제2 측면 플레이트(210)로 정의한다. 제1 측면 플레이트(209) 및 제2 측면 플레이트(210)의 구조는 동일할 수 있다. 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208), 제1 측면 플레이트(209), 제2 측면 플레이트(210) 및 직사각형 셀(100)은 셀 어레이(400)를 구성한다. 따라서, 단부 플레이트 또는 측면 플레이트는 복수 개의 직사각형 셀(100)의 주변을 클램핑함으로써, 셀 어레이(400)가 전체로서 기본적으로 형성되도록 한다.
따라서, 제1 측면 플레이트(209)의 측면 플레이트 본체(209a)는 직사각형 셀(100)의 측면과 제3 프레임(203) 사이에 개재되고, 제1 측면 플레이트(209)의 제2 연결 플레이트(209b)는 제3 프레임(203)의 제2 연결면(216) 지지되며 제3 프레임(203)의 제2 연결면(216)에 연결된다. 제2 측면 플레이트(210)의 측면 플레이트 본체는 직사각형 셀(100)의 측면과 제4 프레임 사이에 개재되고, 제2 측면 플레이트(210)의 제2 연결 플레이트는 제4 프레임(204)의 제2 연결면(216)에 지지되며 제4 프레임(204)의 제2 연결면(216)에 연결된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)의 제3 방향을 따른 양 면에는 패널(212)이 배치될 수 있다. 단부 플레이트의 상단과 측면 플레이트의 상단은 상측의 패널(212)에 연결되고, 단부 플레이트의 하단과 측면 플레이트의 하단은 하측의 패널(212)에 연결된다. 제2 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208), 제1 측면 플레이트(209), 제2 측면 플레이트(210), 패널(212) 및 직사각형 셀(100)은 셀 어레이(400)를 구성하여, 직사각형 셀(100)의 6 개의 면 모두가 클램핑되도록 한다.
실시방식에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 직사각형 셀(100)이 배터리 팩 하우징(200) 내에 직접 장착될 수 있고, 직사각형 셀(100)의 제1 단부 및 제2 단부는 각각 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 지지될 수 있다.
다른 실시방식에서, 도 15 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 복수 개의 직사각형 셀(100)은 적어도 하나의 셀 어레이(400)로 조립된 후, 셀 어레이(400)가 배터리 팩 하우징(200) 내에 장착될 수도 있다. 따라서, 본 출원의 기술적 구상에 기초하여, 본 출원의 기술효과 또한 셀 어레이(400)의 외부 구조와 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202) 사이의 결합 관계를 통해 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(10)은 패널(212), 단부 플레이트, 측면 플레이트, 복수 개의 직사각형 셀(100) 및 배터리 팩 하우징(200)을 포함한다. 복수 개의 직사각형 셀(100)이 나란히 배열된다. 직사각형 셀(100)의 배치 방식에 대해서는 전술한 실시예의 설명을 참조할 수 있다. 직사각형 셀(100)의 상면 및 하면은 패널(212)에 연결되고, 단부 플레이트는 직사각형 셀(100)의 2 개의 단부면에 배치되고, 측면 플레이트는 2 개의 최외측의 직사각형 셀(100)의 외측면에 배치된다. 단부 플레이트 및 측면 플레이트는 2 개의 패널(212)에 연결되고, 직사각형 셀 수용 유닛을 향하는 배터리 팩 하우징(200)의 측면 프레임(200a)의 내벽면에는 지지면(213a) 및 연결면(제1 연결면(215) 및 제2 연결면(216))이 구비된다. 직사각형 셀(100)의 양 단부는 지지면(213a)에 지지되고, 단부 플레이트 및 측면 플레이트는 모두 연결면에 연결된다.
배터리 팩 하우징(200)에 복수 개의 긴 직사각형 셀(100)을 조립하는 경우, 안정된 구조를 가진 셀 어레이(400)를 쉽게 형성할 수 없다. 패널(212), 단부 플레이트 및 측면 플레이트는 6 개의 면에서 내측으로 가압함으로써, 셀 어레이(400)의 성능이 비교적 안정적이고 조립이 용이하다.
일부 실시예에서, 패널(212)은 직사각형 셀(100)의 적어도 일부의 하측에 배치된다. 제1 단부 플레이트(207)에 패널(212)이 연결되고, 제2 단부 플레이트(208)에 패널(212)이 연결된다. 패널(212), 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208), 및 직사각형 셀(100)의 적어도 일부는 셀 어레이(400)를 구성한다. 즉, 패널(212)은 복수 개의 직사각형 셀(100) 중 적어도 일부의 하측에 배치된다. 제1 단부 플레이트(207)에 패널(212)이 연결되고, 제2 단부 플레이트(208)에 패널(212)이 연결된다. 패널(212), 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208), 및 복수 개의 직사각형 셀(100) 중 적어도 일부는 셀 어레이(400)를 구성한다. 즉, 패널(212)이 하나일 수 있고, 제1 단부 플레이트(207) 및 제2 단부 플레이트(208)는 패널(212)에 연결되고, 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208) 및 패널(212)에는 복수 개의 직사각형 셀(100)을 수용하기 위한 수용 공간이 형성된다. 장착과정에서, 복수 개의 직사각형 셀(100)이 수용 공간에 배치된 후, 제1 단부 플레이트(207) 및 제2 단부 플레이트(208)가 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 지지된다. 또한, 패널(212)이 복수 개일 수 있고, 복수 개의 패널(212)이 복수 개의 제1 단부 플레이트(207) 및 제2 단부 플레이트(208)와 복수 개의 셀 어레이(400)를 구성하여, 복수 개의 셀 어레이(400)가 배터리 팩 하우징(200) 내에 장착된다.
일부 실시예에서, 패널(212)은 직사각형 셀(100)의 적어도 일부의 상측에 배치된다. 제1 단부 플레이트(207)에 패널(212)이 연결되고, 제2 단부 플레이트(208)에 패널(212)이 연결된다. 상측의 패널(212), 하측의 패널(212), 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208), 및 직사각형 셀(100)의 적어도 일부는 셀 어레이(400)를 구성한다. 즉, 패널(212)은 복수 개의 직사각형 셀 중적어도 일부의 상측에 배치된다. 제1 단부 플레이트(207)에 패널(212)이 연결되고, 제2 단부 플레이트(208)에 패널(212)이 연결된다. 상측의 패널(212), 하측의 패널(212), 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208), 및 복수 개의 직사각형 셀(100) 중 적어도 일부는 셀 어레이(400)를 구성한다. 즉, 제1 단부 플레이트(207) 및 제2 단부 플레이트(208), 패널(212)의 상단부에 패널(212)이 위치되고, 제1 단부 플레이트(207) 및 제2 단부 플레이트(208)의 하단부에 패널(212)이 위치되고, 직사각형 셀(100)은 일 패널(212)과 다른 일 패널(212) 사이에 위치된다. 따라서, 일 패널(212)과 다른 일 패널(212)은 직사각형 셀(100)이 상하로 이동되는 것을 방지하고, 직사각형 셀(100)의 안정성을 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 배터리 팩 하우징(200)은 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라 서로 대향되어 배치되는 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)을 구비한다. 직사각형 셀(100)에서 제3 프레임(203)에 인접하며 제3 프레임(203)을 향하는 측에는 제1 측면 플레이트(209)가 배치되고, 직사각형 셀(100)에서 제4 프레임(204)에 인접하며 제4 프레임(204)을 향하는 측에는 제2 측면 플레이트(210)가 배치된다. 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208), 제1 측면 플레이트(209), 제2 측면 플레이트(210), 상측의 패널(212), 하측의 패널(212), 및 복수 개의 직사각형 셀(100) 중 적어도 일부는 셀 어레이(400)를 구성한다. 셀 어레이(400)가 하나 또는 복수 개일 수 있다. 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208), 제1 측면 플레이트(209) 및 제2 측면 플레이트(210)는 패널(212) 및 패널(212) 주위에 배치될 수 있다. 제1 단부 플레이트(207)는 제1 프레임(201)에 고정되며, 제2 단부 플레이트(208)는 제2 프레임(202)에 고정되고, 제1 측면 플레이트(209)는 제3 프레임(203)에 고정되며, 제2 측면 플레이트(210)는 제4 프레임(204)에 고정된다. 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208), 제1 측면 플레이트(209), 제2 측면 플레이트(210), 상측의 패널(212) 및 하측의 패널(212)은 복수 개의 직사각형 셀(100)을 수용하기 위한 폐쇄 공간을 공통으로 정의한다. 따라서, 직사각형 셀(100)에 고장이 생겨 화재, 폭발 등이 발생한 경우, 제1 단부 플레이트(207), 제2 단부 플레이트(208), 제1 측면 플레이트(209), 제2 측면 플레이트(210), 일 패널(212) 및 다른 일 패널(212)은 일정한 범위 내로 직사각형 셀(100)의 고장을 제어할 수 있어, 직사각형 셀(100)이 폭발하여 주변부재에 영향을 미치는 것을 방지하도록 한다. 제1 측면 플레이트(209)는 전술한 제1 탄성 완충 플레이트일 수 있고, 제2 측면 플레이트(210)는 전술한 제2 탄성 완충 플레이트일 수 있으므로, 제1 측면 플레이트(209) 및 제2 측면 플레이트(210)는 복수 개의 직사각형 셀(100)의 팽창 및 변형을 제한하는 기능을 갖는다. 따라서, 방폭 밸브(103) 및/또는 전류 차단 장치(CID)의 작동을 보장한다.
다른 실시방식에서, 패널(212)은 복수 개의 직사각형 셀(100) 중 적어도 일부의 직사각형 셀(100)의 하측에 배치된다. 직사각형 셀(100)의 적어도 일부는 패널(212)을 통해 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 지지된다. 패널(212) 및 직사각형 셀(100)의 적어도 일부는 셀 어레이(400)를 구성한다. 즉, 패널(212)은 복수 개의 직사각형 셀(100) 중 적어도 일부의 하측에 배치된다. 각각의 직사각형 셀(100)은 패널(212)을 통해 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 지지된다. 패널(212) 및 직사각형 셀(100)의 적어도 일부는 셀 어레이(400)를 구성한다. 실시방식에서, 복수 개의 직사각형 셀(100)은 패널(212)을 통해 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 지지되어, 셀 어레이(400)의 구조를 단순화시키고 경량 배터리 팩(10)을 구현하는데 유리하다.
관련 기술에서, 직사각형 셀(100)의 치수가 작고 길이가 짧기 때문에, 직사각형 셀(100)의 2 개의 대향되는 단부는 배터리 팩 하우징(200)에 대향되어 배치된 2 개의 측면 빔과 매칭될 수 없다. 따라서, 가로 빔 및/또는 세로 빔(도면에 도시된 바와 같음)은 배터리 팩 하우징(200) 내에 배치되어, 직사각형 셀(100)의 조립을 용이하게 할 필요가 있다. 직사각형 셀(100)이 셀 어레이(400)를 통해 배터리 팩 하우징(200) 내에 장착되는 경우, 즉, 배터리 팩 하우징(200)의 제1 방향을 따라 복수 개의 직사각형 셀(100)이 존재한다. 즉, 직사각형 셀(100)은 2 개의 대향되는 측면 빔(제1 프레임(201)과 제2 프레임(202), 또는 제1 측벽과 제2 측벽) 사이에서 연장되지 않고, 2 개의 대향되는 가로 빔 또는 세로 빔 사이에서 연장된다. 셀 어레이(400)는 패스너를 통해 인접한 가로 빔 및/또는 세로 빔에 고정된다.
본 출원에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)은 L의 길이, H의 높이 및 D의 두께를 가지며, 4≤L/H≤21이고, 예를 들어 4≤L/H≤20, 23≤L/D≤208, 예를 들어 23≤L/D≤200 이다. 즉, 본 출원의 직사각형 셀(100)의 길이 방향을 따른 치수는 직사각형 셀(100)의 높이 방향을 따른 치수 및 두께 방향을 따른 치수보다 훨씬 크다. 긴 직사각형 셀(100)은 제1 프레임(201)으로부터 제2 프레임(202)으로 연장될 수 있다.
실제 실시방식에서, 배터리 팩(10)이 자동차(1)에 사용되는 전원 공급용 배터리 팩(10)으로 사용될 때, 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 자동차(1)의 폭 방향, 즉, 자동차(1)의 좌우 방향이다. 일부 실시예에서, 직사각형 셀(100)의 길이(L)은 600mm≤L≤2500mm, 예를 들어 600m≤L≤1000mm를 충족하므로, 직사각형 셀(100)의 길이는 자동차(1)의 폭에 맞게 적응될 수 있다.
도 2, 도 4, 도 12, 도 17 내지 도 19에 도시된 실시예에서, 2 개의 직사각형 셀(100)의 길이*높이의 측면은 서로 대향되며 부착될 수 있다. 직사각형 셀(100)은 V의 부피 및 H의 높이를 가지며, 0.0001m-2≤H/V≤0.00015mm-2를 충족한다.
이해해야 할 것은, V가 일정할 때, H/V가 작을수록 L*D가 커진다. 전술한 실시예에서, 직사각형 셀(100)은 방열에 대해 주로 길이*두께의 면에 의존한다. L*D 값의 증가는 직사각형 셀(100)의 방열 효과를 향상시킬 수 있어, 열 축적을 방지하도록 한다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 수직된다. 복수 개의 직사각형 셀(100)로 구성된 셀 어레이(400)는 복수 개의 형식으로 트레이에 배열된다. 여러 실시예에 대해 아래에서 설명한다.
도 3 및 도 12에 도시된 실시예에서, 직사각형 셀(100)의 제1 단부와 제2 단부 사이의 거리는 L이고, 제1 프레임(201)의 내벽면과 제2 프레임(202)의 내벽면 사이의 거리는 L2이다. L의 L2에 대한 비율은 L/L2≥50%를 충족한다. 즉, 제1 방향을 따라, 제1 프레임(201)과 제2 프레임(202) 사이에 단 하나의 직사각형 셀(100)이 배열된다. 직사각형 셀(100)과 두 프레임 사이의 관계는 제1 방향을 따라 이러한 방식으로 배열함으로써, 직사각형 셀(100)이 가로 빔으로 사용된다. 본 출원에서 제공되는 예시적인 실시방식에서, 단 하나의 직사각형 셀(100)이 제1 방향을 따라 제1 프레임(201)과 제2 프레임(202) 사이에 배치됨으로써, 직사각형 셀(100) 자체가 배터리 팩 하우징(200)의 구조적 강도를 강화하는 가로 빔으로 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, L의 L2에 대한 비율은 80%≤L/L2≤97%를 충족할 수 있으므로, 직사각형 셀(100)의 제1 단부 및 제2 단부는 가능한 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 인접하고, 심지어 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 맞닿게 하여, 직사각형 셀(100) 자체의 구조를 통해 힘의 분산 및 전달을 용이하게 하고, 직사각형 셀(100)을 강화하는 가로 빔으로 사용될 수 있도록 보장하며, 배터리 팩 하우징(200)이 외력에 의한 변형에 저항할 수 있는 충분한 강도를 갖도록 보장한다.
도 3 및 도 12에 도시된 실시예에서, 트레이 전체에 하나의 셀 어레이(400)가 배치되어, 직사각형 셀(100)이 최대한 밀집하게 적층될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 18에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 하우징(200) 내에 제1 가로 빔(700)이 배치된다. 제1 가로 빔(700)은 배터리 팩 하우징(200)의 제1 방향을 따라 연장된다. 제1 가로 빔(700)은 배터리 팩 하우징(200)의 내부를 2 개의 직사각형 셀 수용 유닛으로 분할한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 하우징(200) 전체에 제2 방향을 따라 분포되는 2 개의 셀 어레이(400)가 배치된다. 하나의 셀 어레이(400)가 각 직사각형 셀 수용 유닛 내에 배치되고, 인접한 셀 어레이(400) 사이에 간격이 보존된다. 예를 들어, 도 15에 도시된 실시예에서, 배터리 팩(10)은 제2 방향을 따라 분포되는 3 개의 셀 어레이(400)를 포함한다. 예를 들어, 도 18에 도시된 실시예에서, 배터리 팩(10)은 제2 방향을 따라 분포되는 2 개의 셀 어레이(400)를 포함한다.
이해해야 할 것은, 배터리 팩(10)은 제2 방향을 따라 과대한 치수를 가질 경우, 조립이 용이하도록 복수 개의 셀 어레이(400)가 배치되고, 조립 시 제2 방향을 따른 오차 누적이 줄어들고, 제2 방향을 따른 팽창 공간을 남겨둔다.
다른 가능한 실시방식에서, 본 출원의 구상 하에, 2 개 이상의 직사각형 셀(100)은 배터리 팩 하우징(200)의 공간을 적어도 충분히 활용하도록, 제1 방향을 따라 더 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 17에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 하우징(200) 내에는 제2 가로 빔(800)이 배치되고, 제2 가로 빔(800)은 배터리 팩 하우징(200)의 제2 방향을 따라 연장된다. 제2 가로 빔(800)은 배터리 팩 하우징(200)의 내부를 2 개의 셀 수용 유닛으로 분할한다.
도 17에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 하우징(200) 전체에 제1 방향을 따라 분포되는 2 개의 셀 어레이(400)가 배치된다. 각 직사각형 셀 수용 유닛에는 하나의 셀 어레이(400)가 배치되고, 2 개의 셀 어레이(400) 사이에 간격이 보존된다.
이해해야 할 것은, 배터리 팩(10)이 제1 방향을 따라 지나치게 큰 치수를 가질 경우, 조립이 용이하도록 복수 개의 셀 어레이(400)가 배치되고, 제1 방향을 따라 팽창 공간을 남겨두고, 직사각형 셀(100)의 길이가 짧아져, 직사각형 셀(100)의 제조를 용이하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 19에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 하우징(200) 내에는 제1 가로 빔(700) 및 제2 가로 빔(800)이 배치된다. 제1 가로 빔(700)은 배터리 팩 하우징(200)의 제1 방향을 따라 연장되고, 제2 가로 빔(800)은 배터리 팩 하우징(200)의 제2 방향을 따라 연장된다. 제1 가로 빔(700)과 제2 가로 빔(800)은 교차되고, 제1 가로 빔(700)과 제2 가로 빔(800)이 배터리 팩 하우징(200)의 내부를 4 개의 셀 수용 유닛으로 분할한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 하우징(200) 전체에 제1 방향을 따라 분포되는 2 개의 셀 어레이(400)가 배치되고, 전체 배터리 팩 하우징은 제2 방향을 따라 분포되는 2 개의 셀 어레이(400)를 포함한다. 각 직사각형 셀 수용 유닛에는 하나의 셀 어레이(400)가 배치된다. 도 19에 도시된 실시예에서, 배터리 팩(10)은 4(2×2) 셀 어레이(400)를 포함함으로써, 각 직사각형 셀(100)의 길이가 상대적으로 지나치게 길지 않도록 설계되어 직사각형 셀(100)의 제조를 용이하게 하고, 조립 시 제2 방향을 따른 오차 누적을 줄일 수 있고 제1 방향 및 제2 방향을 따라 팽창 공간을 남겨둔다.
도 16에 도시된 실시예에서, 배터리 팩(10)에는 수직 방향(Z 방향)을 따라 복수 개의 직사각형 셀(100)의 적어도 2 개의 층이 배열된다. 즉, 복수 개의 직사각형 셀(100)은 제3 방향(제3 방향은 제1 방향에 수직이며, 제2 방향에 수직임)을 따라 적층된 복수 개의 층으로 배열된다. 제1 프레임(201)과 제2 프레임(202) 사이에는 각 층에 복수 개의 직사각형 셀(100)이 위치된다. 직사각형 셀(100)의 층 수는 배터리 팩 하우징(200)의 치수에 따라 설정될 수 있다. 따라서, 복수 개의 직사각형 셀(100)은 배터리 팩 하우징(200)의 제한된 공간에 가능한 많이 배치되어, 배터리 팩 하우징(200)의 부피 활용률을 높이고, 배터리 팩(10)의 용량, 전압 및 배터리 수명을 향상시킬 수 있다. 따라서, 완성차가 제3 방향을 따라 충분히 높은 공간을 가질 때, 더 많은 직사각형 셀(100)이 배열될 수 있다. 이러한 배열 방식으로, 높이 방향을 따른 직사각형 셀(100)의 치수가 단축될 수 있어, 직사각형 셀(100)의 방열을 용이하게 한다.
전술한 실시예에서, 제3 방향을 따라 적층된 직사각형 셀(100)은 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 결합된 양 단부가 구비된 직사각형 셀(100)일 수 있거나, 직사각형 셀(100)의 다음 아래 층의 상측에 배치될 수 있고, 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 지지 결합 또는 연결되지 않는다.
본 출원에서 제공되는 실시방식에서, 제1 방향은 제2 방향에 수직일 수 있으며, 제1 방향은 각 직사각형 셀(100)의 길이 방향이고, 제2 방향은 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 길이 방향, 즉, 각 직사각형 셀(100)의 두께 방향이다. 즉, 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 직사각형 셀(100)에 수직되고, 각 직사각형 셀(100)의 길이 방향의 양 단부가 제1 프레임(201) 및/또는 제2 프레임(202)에 지지된다. 따라서, 제1 프레임(201) 및/또는 제2 프레임(202)이 외력에 의해 충격을 받으면, 복수 개의 직사각형 셀(100)이 힘을 전달하고 분산시킬 수 있어, 구조를 더 강화시키고, 외력에 의한 변형에 저항하는 배터리 팩 하우징(200)의 성능을 향상시키도록 한다. 이 실시방식에서, 도 3, 도 5, 도 6, 도 7, 도 15 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 직선형 구조이고, 제2 방향은 직선 방향이다. 일부 가능한 실시방식에서, 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 곡선형 구조일 수 있다. 이 경우, 제1 방향은 원주 방향일 수도 있고, 대응되는 제2 방향은 반경 방향일 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 배터리 팩(10)은 열교환 플레이트(219)를 더 포함하고, 열교환 플레이트(219)는 직사각형 셀(100)의 상면에 장착된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 셀 어레이(400)가 열교환 플레이트(219)를 포함하는 실시예의 경우, 열교환 플레이트(219)와 직사각형 셀(100) 사이에 열전도 플레이트(218)가 배치되어, 셀의 방열을 용이하게 하고, 복수 개의 직사각형 셀(100)의 약간의 온도 차이를 보장할 수 있다. 열전도 플레이트(218)는 열 전도율이 좋은 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 열전도 플레이트(218)는 열 전도율이 높은 구리 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
일 실시방식에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 셀 어레이(400)가 패널(212)을 포함하는 실시예의 경우, 열교환 플레이트(219)는 상측의 패널(212)과 집적될 수 있다. 열교환 플레이트(219)는 액랭식일 수 있고, 상측의 패널(212) 내부에 냉각통로가 배치되고, 냉각통로 내부에 냉각액이 배치되어, 직사각형 셀(100)의 온도를 냉각액을 통해 하강시켜 직사각형 셀(100)이 적절한 동작 온도가 되도록 한다. 열전도 플레이트(218)는 열교환 플레이트(219)와 직사각형 셀(100) 사이에 배치되기 때문에, 직사각형 셀(100)이 냉각액을 통해 냉각 시, 열전도 플레이트(218)에 의해 열교환 플레이트(219)의 모든 위치의 온도차가 균형을 이룰 수 있으므로, 복수 개의 직사각형 셀(100) 사이의 온도 차이가 1℃ 이내가 되도록 제어한다.
열교환 플레이트(219)의 냉각 효과를 향상시키기 위해, 도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 열교환 플레이트(219)의 상류에 기액 분리기(223)가 배치될 수 있다. 열교환 플레이트(219) 내의 냉각액은 자동차의 기타 열 관리 루프에서 나올 수 있으므로, 냉각액은 기체-액체 형태의 냉각액일 수 있다. 기체-액체 형태의 냉각액은 기액 분리기(223)에 의해 기체와 액체로 분리된 후, 순수한 액상 냉각액이 열교환 플레이트(219)로 유입되어, 직사각형 셀(100)을 냉각시켜 냉각 효과를 확보할 수 있다.
열교환 플레이트(219)는 임의의 적절한 구조를 가질 수 있다. 실시방식에서, 도 22에 도시된 바와 같이, 열교환 플레이트(219)에는 복수 개의 냉각액 관(224)이 구비될 수 있다. 복수 개의 냉각액 관(224)은 각각 U 자형 구조로 형성되어, 동일 측에 위치되는 냉각액 유입구(225)와 냉각액 유출구(226)를 구비한다. 복수 개의 냉각액 관(224)의 냉각액 유입구(225)와 냉각액 유출구(226)는 복수 개의 냉각액 관(224)의 배열 방향을 따라 간격을 두고 순차적으로 배치된다. 배터리 팩은 메인 액체 유입 관(227) 및 메인 액체 유출관(228)을 구비한다. 각 냉각액 유입구(225)는 메인 액체 유입관(227)과 연통되고, 각각의 냉각액 유출구(226)는 메인 액체 유출관(228)과 연통된다.
다른 실시방식에서, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 열교환 플레이트(219)에는 복수 개의 냉각액 관(224)이 구비된다. 복수 개의 냉각액 관(224)은 직선 파이프 라인이며 간격을 두고 서로 평행하게 배열된다. 각각의 냉각액 관(224)의 양 단부에는 각각 서로 대향되어 배치되는 냉각액 유입구(225)와 냉각액 유출구(226)가 구비된다. 복수 개의 냉각액 관(224)의 냉각액 유입구(225)와 냉각액 유출구(226)는 복수 개의 냉각액 관(224)의 배열 방향을 따라 간격을 두고 순차적으로 배치된다. 배터리 팩은 메인 액체 유입관(227) 및 메인 액체 유출관(228)을 구비한다. 각 냉각액 유입구(225)는 메인 액체 유입관(227)과 연통되고, 각 냉각액 유출구(226)는 메인 액체 유출관(228)과 연통된다. 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 메인 액체 유입관(227)에는 메인 냉각액 유입구(229)가 배치되고, 메인 액체 유출관(228)에는 메인 냉각액 유출구(230)가 배치된다. 메인 냉각액 유입구(229)와 메인 냉각액 유출구(230)는 열교환 플레이트(219)의 동일 측 또는 대향 측에 위치된다.
직사각형 셀(100)은 냉각 매체를 통해 추가로 냉각될 수 있다. 본 명세서에 제공된 다른 실시예에서, 패널(212)은 내부에 냉각 구조가 설치된 직냉 플레이트이고, 직냉 플레이트 내부에 냉각 매체가 제공된다. 냉각 매체는 자동차 공조 시스템에 의한 방열을 통해 냉각되는 냉각 매체일 수 있다. 저온 냉각 매체는 직사각형 셀(100)의 열을 효과적으로 흡수하여 직사각형 셀(100)의 온도를 항상 적절한 온도 값으로 유지시킬 수 있다. 직냉 플레이트와 열교환 플레이트(219)의 파이프 라인은 동일하거나 상이할 수 있다.
전술한 바와 같이, 배터리 팩의 치수가 600mm를 초과할 경우, 종래기술에 비해 본 출원에서는 최대 2500mm까지 셀의 치수를 길게 설계할 수 있다. 셀의 치수와 배터리 팩의 치수를 매칭시킴에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
(1) 배터리 팩의 부피 활용률이 크게 향상되고, 배터리 팩의 부피 에너지 밀도가 증가된다. 현재 업계의 부피 활용률은 약 40%이며, 배터리 팩 내부 전체에 셀이 분포될 수 있도록 설계하여, 부피 활용률을 60% 이상, 심지어 80%까지 높일 수 있어, 배터리 팩의 부피 에너지 밀도를 20% 이상 높일 수 있다. 동일한 자동차의 경우, 본 발명의 배터리 및 배열 방법을 이용하여 에너지를 20%~30% 증가시킬 수 있으며, 자동차 주행 가능 거리는 20%~30% 더 증가시킬 수 있다.
(2) 배터리 팩의 비용이 크게 절감된다. 셀 자체가 기계적 강화를 담당할 수 있으므로, 배터리 트레이의 강화 리브의 사용을 피하거나 줄일 수 있으며, 배터리 팩의 제조 공정을 단순화시켜 제조비용을 절감시킬 수 있다. 또한, 본 출원의 셀의 치수는 배터리 팩의 치수에 매칭될 수 있으며, 셀이 배터리 팩 내에서 직접 병렬로 배열될 수 있다. 이는 종래기술에서의 2 개의 단부 플레이트와 2 개의 측면 플레이트로 정의된 모듈 프레임에 복수 개의 셀을 병렬로 배열하고 배터리 모듈을 배터리 팩에 조립할 필요가 없다. 본 출원의 셀의 치수는 충분히 길어서, 복수 개의 셀을 배터리 팩 내에 직접 병렬로 배치하여, 배터리 모듈 조립에 사용되는 단부 플레이트와 측면 플레이트를 제거하거나 줄일 수 있으며, 복수 개 배터리 모듈의 고정 및 장착을 위한 나사와 같은 패스너를 사용하여, 셀 조립이 쉬워져 많은 인력, 재료 및 기타 제조비용을 절감시키고 전기 자동차의 대중화를 촉진시킨다.
(3) 배터리 팩의 안정성 및 신뢰성이 향상된다. 배터리 팩 조립 공정이 복잡할수록 불량률이 높아진다. 배터리 팩이 헐거워져 견고하게 장착되지 않을 가능성이 더욱 높아져, 배터리 팩의 품질에 악영향을 미치고 배터리 팩의 안정성 및 신뢰성이 저하된다. 본 출원의 셀을 사용하여 배터리 팩으로 조립함으로써, 조립 공정이 단순화됨에 따라, 배터리 팩의 안정성 및 신뢰성이 향상되고 배터리 팩의 불량률이 감소된다.
(4) 배터리 팩의 방열 성능 및 안전성이 크게 향상된다. 배터리 팩의 온도 상승은 열 발생과 열 방출의 결과이다. 동일한 용량의 전제 하에, 셀의 열 발생량은 고정 값이 된다. 본 출원에서, 셀을 일반적으로 편평하고 길게 하여, 셀의 더 좋은 방열 효과를 구현하고 셀의 온도 상승을 감소시키도록 한다. 배터리의 일정 동작 조건의 전제 하에, 셀을 사용함으로써, 배터리 팩의 온도 상승이 감소되어 배터리 팩의 안전 성능이 더욱 향상된다.
긴 셀에 따른 해당 기술적 효과를 바탕으로, 셀 자체의 지지를 구현하기 위해, 성형 공정 및 구조 설계 등 개선을 통해 하우징의 지지강도를 향상시킬 수 있으며, 하우징의 종횡비는 미리 정해진 범위 내로 제어된다. 이 경우, 전류 수집 경로 등을 최적화하여 셀 내부 저항을 저하시킬 수 있다. 또한, 액체 주입 공정이 더욱 개선될 수 있어, 셀의 치수가 길어짐에 따라, 액체 주입 시간이 길어지는 문제를 해결하도록 한다.
이하, 비교예 1 및 실시예 1~3, 비교예 2 및 실시예 4~5, 비교예 3 및 실시예 6~7을 통해 설명하기로 한다. 본 출원의 실시예의 배터리 팩(10)에 따르면, 직사각형 셀(100)의 배열 및 치수 파라미터 등의 설계를 통해 에너지 밀도 등이 향상된다.
비교예 1
관련 기술의 배터리 팩(10)의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 하우징(200) 내에는 2 개의 가로 빔(500) 및 1 개의 세로 빔(600)이 배치된다. 2 개의 가로 빔(500) 및 1 개의 세로 빔(600)은 직사각형 셀(100)을 6 개의 배터리 모듈(400)로 분할하고, 각각의 배터리 모듈(400)은 측면 빔과 단부 빔을 구비한다.
배터리 팩(10)의 총 부피는 213L이고, 배터리 팩(10)의 부피에 대한 배터리 팩(10)의 직사각형 셀(100)의 총 부피의 비율은 54.76%(즉, 공간 활용률이 54.76%)이고, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도는 251Wh/L이다.
실시예 1
본 출원의 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 도 19에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배열되고, 복수 개의 직사각형 셀(100)은 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(10)의 폭 방향에서, 배터리 팩 하우징(200)은 2 개의 직사각형 셀(100)을 수용한다. 배터리 팩 하우징(200) 내에는 제1 가로 빔(700) 및 제2 가로 빔(800)이 배치된다. 제1 가로 빔(700)은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 연장된다. 복수 개의 직사각형 셀(100)은 배터리 팩(10)의 길이를 따라 배열되어 셀 어레이(400)를 구성하고, 제1 가로 빔(700)은 셀 어레이(400)를 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 두 부분으로 분할한다. 또한, 복수 개의 직사각형 셀(100)의 경우, 두 개 열의 배터리 팩(400)이 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배치된다. 제2 가로 빔(800)은 인접한 두 개 열의 셀 어레이(400) 사이에 위치한다. 배터리 팩(10)의 폭 방향의 양 측에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 직사각형 셀(100)에 대해 지지력을 제공하고, 배터리 팩(10)의 길이 방향의 양 단부에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 인접한 직사각형 셀(100)에 대해 내측으로 가압력을 제공한다. 배터리 팩 하우징(200) 내에는 배터리 팩(10)의 높이 방향을 따라 2개 층의 셀 어레이(400)가 배치된다. 배터리 팩(10)의 셀 어레이(400)(또는 배터리 모듈로 이해됨)에 대해 단부 빔 또는 측면 빔이 배치되지 않는다.
본 실시예에서, 배터리 팩(10)의 부피에 대한 배터리 팩(10)의 직사각형 셀(100)의 부피의 합의 비율은 57.39%(즉, 공간 활용률은 57.39%)이고, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도는 252Wh/L이다.
실시예 2
본 출원의 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 도 18에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배열되고, 복수 개의 직사각형 셀(100)은 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(10)의 폭 방향에서, 배터리 팩 하우징(200)은 하나의 직사각형 셀(100)을 수용하고, 직사각형 셀(100)은 배터리 팩(10)의 폭 방향으로 배터리 팩 하우징(200)의 일 측에서 타 측으로 연장된다. 배터리 팩 하우징(200) 내에 제1 가로 빔(700)이 배치되고 제2 가로 빔(800)이 배치되지 않는다. 제1 가로 빔(700)은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 연장되고, 복수 개의 직사각형 셀(100)이 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 배열되어 셀 어레이(400)를 구성하고, 제1 가로 빔(700)은 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 셀 어레이(400)를 두 부분으로 분할한다. 배터리 팩(10)의 폭 방향의 양 측에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 직사각형 셀(100)에 대해 지지력을 제공하고, 배터리 팩(10)의 길이 방향의 양 단부에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 인접한 직사각형 셀(100)에 대해 내측으로 가압력을 제공한다. 배터리 팩 하우징(200) 내에는 배터리 팩(10)의 높이 방향을 따라 2 개 층의 셀 어레이(400)가 배치된다. 배터리 팩(10)의 셀 어레이(400)(또는 배터리 모듈로 이해됨)에 대해 단부 빔 또는 측면 빔이 배치되지 않는다.
본 실시예에서, 배터리 팩(10)의 부피에 대한 배터리 팩(10)의 직사각형 셀(100)의 부피의 합의 비율은 59.70%(즉, 공간 활용률은 59.70%)이고, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도는 268Wh/L이다.
실시예 3
본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 도 20에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배열되고, 복수 개의 직사각형 셀(100)은 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(10)의 폭 방향에서, 배터리 팩 하우징(200)은 하나의 직사각형 셀(100)을 수용하고, 직사각형 셀(100)은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배터리 팩 하우징(200)의 일 측에서 타 측으로 연장된다. 배터리 팩 하우징(200) 내에 제1 가로 빔(700) 또는 제2 가로 빔(800)이 배치되지 않는다. 배터리 팩(10)의 폭 방향의 양 측에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 직사각형 셀(100)에 대해 지지력을 제공하고, 배터리 팩(10)의 길이 방향의 양 단부에 위치한 배터리 패킹 하우징(200)의 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 인접한 직사각형 셀(100)에 대해 내측으로 가압력을 제공한다. 배터리 팩 하우징(200) 내에 배터리 팩(10)의 높이 방향을 따라 2 개 층의 셀 어레이(400)가 배치된다. 배터리 팩(10)의 셀 어레이(400)(또는 배터리 모듈로 이해 됨)에 대해 단부 빔 또는 측면 빔이 배치되지 않는다.
본 실시예에서, 배터리 팩(10)의 부피에 대한 배터리 팩(10)의 직사각형 셀(100) 부피의 합의 비율은 62.41%(즉, 공간 활용률은 62.41%)이고, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도는 280Wh/L이다.
전술한 비교예 1과 실시예 1 내지 3을 비교하여 당업자는 종래의 배터리 팩(10)에 비해, 본 출원의 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 배열, 치수 파라미터 및 다른 요소의 설계를 통해 직사각형 셀(100)의 그룹화 효율은 기존 배터리 팩(10)의 한계를 극복할 수 있어, 더 큰 에너지 밀도를 구현할 수 있음을 알 수 있다.
비교예 2
관련기술에서, 배터리 팩(10)의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 하우징(200) 내에는 2 개의 가로 빔(500) 및 1 개의 세로 빔(600)이 배치된다. 2 개의 가로 빔(500) 및 1 개의 세로 빔(600)은 직사각형 셀(100)을 6 개의 배터리 모듈(400)로 분할하고, 각각의 배터리 모듈(400)은 측면 빔 및 단부 빔를 구비한다.
배터리 팩(10)의 총 부피는 310L이고, 배터리 팩(10)의 부피에 대한 배터리 팩(10)의 직사각형 셀(100)의 부피의 합의 비율은 53.49%(즉, 공간 활용률은 53.49%)이고, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도는 245Wh/L이다.
실시예 4
본 출원의 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 도 17에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배열되고, 복수 개의 직사각형 셀(100)은 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(10)의 길이 방향에서, 배터리 팩 하우징(200)은 하나의 직사각형 셀(100)을 수용하고, 직사각형 셀(100)은 배터리 팩(10)의 길이 방향으로 배터리 팩 하우징(200)의 일 측에서 타 측으로 연장된다. 배터리 팩 하우징(200) 내에는 제2 가로 빔(800)이 배치되고 가로 빔(500)이 배치되지 않는다. 제2 가로 빔(800)은 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 연장되고, 복수 개의 직사각형 셀(100)이 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배열되어 셀 어레이(400)를 구성하고, 제2 가로 빔(800)은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 셀 어레이(400)를 두 부분으로 분할한다. 배터리 팩(10)의 길이 방향의 양 단부에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 직사각형 셀(100)에 대해 지지력을 제공하고, 배터리 팩(10)의 폭 방향의 양 측에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 직사각형 셀(100)에 대해 내측으로 가압력을 제공한다. 배터리 팩 하우징(200)에는 배터리 팩(10)의 높이 방향을 따라 2 개 층의 셀 어레이(400)가 배치된다. 배터리 팩(10)의 셀 어레이(400)(또는 배터리 모듈로 이해됨)에 대해 단부 빔 또는 측면 빔이 배치되지 않는다.
본 실시예에서, 배터리 팩(10)의 부피에 대한 배터리 팩(10)의 직사각형 셀(100)의 부피의 합의 비율은 59.25%(즉, 공간 활용률은 59.25%)이고, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도는 266Wh/L이다.
실시예 5
본 출원의 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 도 21에 도시된 바와 같이, 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 배열되고, 복수 개의 직사각형 셀(100)은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배치되고, 배터리 팩(10)의 길이 방향에서, 배터리 팩 하우징(200)은 하나의 직사각형 셀(100)을 수용하고, 직사각형 셀(100)은 배터리 팩(10)의 길이 방향으로 배터리 팩 하우징(200)의 일측에서 타 측으로 연장된다. 배터리 팩 하우징(200) 내에는 가로 빔 또는 세로 빔이 배치되지 않는다. 배터리 팩(10)의 길이 방향의 양 단부에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 직사각형 셀(100)에 대해 지지력을 제공하고, 배터리 팩(10)의 폭 방향의 양 측에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 직사각형 셀(100)에 대해 내측으로 가압력을 제공한다. 배터리 팩 하우징(200) 내에는 배터리 팩(10)의 높이 방향을 따라 2 개 층의 셀 어레이(400)가 배치된다. 배터리 팩(10)의 셀 어레이(400)(또는 배터리 모듈로 이해됨)에 대해 단부 빔 또는 측면 빔이 배치되지 않는다.
본 실시예에서, 배터리 팩(10)의 부피에 대한 배터리 팩(10)의 직사각형 셀(100)의 부피의 합의 비율은 61.23%(즉, 공간 활용률은 61.23%)이고, 배터리 팩(10)의에너지 밀도는 275Wh/L이다.
비교예 3
관련 기술에서, 배터리 팩(10)의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 하우징(200) 내에는 2 개의 가로 빔(500) 및 1 개의 세로 빔(600)이 배치된다. 2 개의 가로 빔(500) 및 1 개의 세로 빔(600)은 셀(100)을 6 개의 배터리 모듈(400)로 분할하고, 각각의 배터리 모듈(400)은 측면 빔 및 단부 빔을 구비한다.
배터리 팩(10)의 부피에 대한 배터리 팩(10)의 셀(100)의 부피의 합의 비율은 60.23%(즉, 공간 활용률은 60.23%)이고, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도는 276Wh/L이다.
실시예 6
본 출원의 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 도 21에 도시된 바와 같이, 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 배열되고, 복수 개의 셀(100)은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(10)의 길이 방향에서, 배터리 팩 하우징(200)은 하나의 셀(100)을 수용하고, 셀(100)은 배터리 팩(10)의 길이 방향으로 배터리 팩 하우징(200)의 일 측에서 타 측으로 연장된다. 배터리 팩 하우징(200) 내에는 가로 빔 또는 세로 빔이 배치되지 않는다. 배터리 팩(10)의 길이 방향의 양 단부에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 셀(100)에 대해 지지력을 제공하고, 배터리 팩(10)의 폭 방향 양측에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)은 셀(100)에 대해 내측으로 가압력을 제공한다. 배터리 팩 하우징(200)에는 배터리 팩(10)의 높이 방향을 따라 2 개 층의 셀 어레이(400)가 배치된다. 배터리 팩(10)의 셀 어레이(400)(또는 배터리 모듈로 이해됨)에 대해 단부 빔 또는 측면 빔이 배치되지 않는다.
본 실시예에서, 배터리 팩(10)의 부피에 대한 배터리 팩(10)의 셀(100) 부피의 합의 비율은 72.39%(즉, 공간 활용률은 72.39%)이고, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도는 326Wh/L이다.
실시예 7
본 출원의 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 도 21에 도시된 바와 같이, 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(10)의 길이 방향을 따라 배열되고, 복수 개의 셀(100)은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(10)의 길이 방향에서, 배터리 팩 하우징(200)은 하나의 셀(100)을 수용하고, 셀(100)은 배터리 팩(10)의 길이 방향으로 배터리 팩 하우징(200)의 일 측에서 타 측으로 연장된다. 배터리 팩 하우징(200) 내에는 가로 빔 또는 세로 빔이 배치되지 않는다. 배터리 팩(10)의 길이 방향의 양 단부에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제3 프레임(203) 및 제4 프레임(204)은 셀(100)에 대해 지지력을 제공하고, 배터리 팩(10)의 폭 방향의 양 측에 위치한 배터리 팩 하우징(200)의 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202) 은 셀(100)에 대해 내측으로 가압력을 제공한다. 배터리 팩 하우징(200) 내에는 배터리 팩(10)의 높이 방향을 따라 2 개 층의 셀 어레이(400)가 배치된다. 배터리 팩(10)의 셀 어레이(400)(또는 배터리 모듈로 이해됨)에 대해 단부 빔 또는 측면 빔이 배치되지 않는다.
본 실시예에서, 배터리 팩(10)의 부피에 대한 배터리 팩(10)의 셀(100)의 부피의 합의 비율은 73.66%(즉, 공간 활용률은 73.66%)이고, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도는 332Wh/L이다.
실시예 1~7 및 비교예 1~3의 구체적 파라미터를 표 1에 나타낸다.
트레이 및 상부 커버와 같은 하우징의 부피와 내부 배터리 관리 시스템 및 기타 배전 모듈이 차지하는 부피의 합은 대략적인 추정 값일 뿐이며 정확한 값과 약간 다를 수 있으나, 차이가 크지 않고 허용 가능한 오차 범위 내에 있으므로, 결과에 큰 영향을 미치지 않는다.
비교예 1 및 실시예 1~3에서, 파워 배터리 팩의 총 부피는 213L(1380*1005*137*0.000001+22.5)이고, 팩의 길이=1380mm이고, 팩의 폭=1005mm이며, 팩의 두께=137mm이고, 트레이 및 상부 커버와 같은 하우징의 부피와 내부 배터리 관리 시스템 및 기타 배전 모듈이 차지하는 부피의 합은 58L이고, 셀 및/또는 가로 빔 또는 세로 빔을 수용 가능한 실제 잔여 부피는 155L이다.
비교예 2 및 실시예 4~5에서, 파워 배터리 팩의 총 부피는 310L(=1580*1380*137*0.000001+11)이고, 팩의 길이=1580mm이고, 팩의 폭=1380mm이며, 팩의 두께=137mm이고, 트레이 및 상부 커버와 같은 하우징의 부피와 내부 배터리 관리 시스템 및 기타 배전 모듈이 차지하는 부피의 합은 89L이고, 셀 및/또는 가로 빔 또는 세로 빔을 수용 가능한 실제 잔여 부피는 221L이다.
비교예 3 및 실시예 6에서, 파워 배터리 팩의 총 부피는 414L(=2130*1380*137*0.000001+11)이고, 팩의 길이=2130mm이고, 팩의 폭=1380mm이며, 팩의 두께=137mm이고, 트레이 및 상부 커버와 같은 하우징의 부피와 내부 배터리 관리 시스템 및 기타 배전 모듈이 차지하는 부피의 합은 58L이고, 셀 및/또는 가로 빔 또는 세로 빔을 수용 가능한 실제 잔여 부피는 356L이다.
실시예 7에서, 파워 배터리 팩의 총 부피는 508L(=2630*1380*137*0.000001+11)이고, 팩의 길이=2630mm이고, 팩의 폭=1380mm이며, 팩의 두께=137mm이고, 트레이 및 상부 커버와 같은 하우징의 부피와 내부 배터리 관리 시스템 및 기타 배전 모듈이 차지하는 부피의 합계: 119 L; 셀 및/또는 가로 빔 또는 세로 빔을 수용 가능한 실제 잔여 부피는 389L이다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2 실시예 4 실시예 5 비교예 3 실시예 6 실시예 7
셀의 치수: 길이, 폭, 높이 208×118×13.5 435×118×13.5 905×118×13.5 905×118×13.5 208×118×13.5 1280×118×13.5 1280×118×13.5 208×118×13.5 2000×118×13.5 2500×118×13.5
개수 352 176 88 92 500 90 93 752 94 94
셀 용량(Ah) 47.5 95 202 202 47.5 286 286 47.5 448 561
셀의 전기량(Wh) 152 304 646.4 646.4 152 915.2 915.2 152 1434 1795
셀 부피(L) 0.331 0.693 1.442 1.442 0.331 2.039 2.039 0.331 3 4
셀 수용 캐비티의 용적(L) 150 151 152 155 219 220 221 334 356 389
셀의 에너지 밀도(Wh/L) 459 439 448 448 459 449 449 459 450 451
셀의 연장 방향에서의 차체의 치수(mm) 1880 1880 1880 1880 1950 1950 1950 4700 4700 5200
바닥 플레이트에서의 셀의 정투영면적(mm2) 988416 1033560 1075140 1124010 1404000 1555200 1607040 2111616 2538000 3172500
바닥 플레이트의 총 면적(mm2) 1386900 1386900 1386900 1386900 2180400 2180400 2180400 2939400 2939400 3629400
배터리 팩의 전기량(Wh) 53504 53504 56883.2 59468.8 76000 82368 85113.6 114304 134758.4 168748.8
배터리 팩의 총 부피(L) 213 213 213 213 310 310 310 414 414 508
배터리 팩의 에너지 밀도(Wh/L) 251 252 268 280 245 266 275 276 326 332
공간 활용률(%) 54.76% 57.39% 59.70% 62.41% 53.49% 59.25% 61.23% 60.23% 72.39% 73.66%
셀의 총 부피/셀 수용 캐비티의 용적 77.76% 80.77% 83.46% 85.57% 75.65% 83.42% 85.81% 74.63% 84.13% 96.33%
셀의 길이/셀 연장 방향을 따른 차체의 폭 44.26% 46.28% 48.14% 48.14% 42.67% 65.64% 65.64% 35.40% 42.55% 48.08%
바닥 플레이트에서의 셀의 정투영면적/바닥 플레이트 면적 71.27% 74.52% 77.52% 81.04% 64.39% 71.33% 73.70% 71.84% 86.34% 87.41%
전술한 비교예 1과 실시예 1~3, 비교예 2와 실시예 4~5, 비교예 3과 실시예 6~7을 비교함으로써, 당업자는 본 출원의 실시예에 따른 배터리 팩의 경우, 직사각형 셀(100)의 배열, 치수 파라미터 및 기타 요소의 설계를 통해 기존 배터리 팩(10)의 한계를 극복할 수 있어, 공간 활용률은 더 큰 에너지 밀도를 구현할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)의 전체 부피가 증가됨에 따라, 에너지 밀도의 증가가 확대된다. 즉, 부피가 큰 배터리 팩(10)의 경우 본 출원의 실시예의 기술방안을 사용함으로써, 에너지 밀도가 더욱 현저하게 향상된다.
도 25 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 본 출원은 자동차(1)를 추가로 개시한다.
본 출원의 자동차(1)는 전술한 실시예들 중 어느 한나의 배터리 팩(10)을 포함한다. 본 출원의 자동차(1)은 전기 자동차일 수 있고, 전기 자동차는 스스로 구동하도록 전기 에너지를 공급하는 배터리 팩(10)이 필요한 상용차, 특종 자동차, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 스쿠터 등과 같은 전기 자동차를 포함할 수 있다.
배터리 팩(10)은 자동차(1)의 바닥부에 배치되고, 배터리 팩 하우징(200)은 자동차(1)의 섀시에 고정적으로 연결된다. 배터리 팩(10)의 트레이는 자동차(1)의 섀시에 독립적으로 배치되거나 일체로 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 전기 자동차는 전기 자동차의 바닥부에 배치되는 배터리 팩(10) 및 전기 자동차의 섀시에 고정적으로 연결되는 배터리 팩 하우징(200)을 포함한다. 제1 방향은 전기 자동차의 차체의 폭 방향, 즉 전기 자동차의 좌우 방향이고, 제2 방향은 전기 자동차의 차체의 길이 방향, 즉 전기 자동차의 전후 방향이다. 전기 자동차는 전기 자동차의 바닥부에 배치되는 배터리 팩(10)을 포함한다. 배터리 팩(10)의 폭 방향은 전기 자동차의 차체의 폭 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(10)의 길이 방향은 전기 자동차의 차체의 길이 방향을 따라 배열된다.
다른 실시예에서, 전기 자동차는 전기 자동차의 바닥부에 배치되는 복수 개의 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다. 복수 개의 배터리 팩(10)의 형상 및 치수는 동일하거나 상이할 수 있다. 각 배터리 팩(10)은 전기 자동차의 섀시의 형상 및 치수에 따라 조절될 수 있으며, 복수 개의 배터리 팩(10)은 자동차의 차체의 길이 방향, 즉 전후 방향을 따라 배열된다.
일부 실시예에서, 배터리 팩의 폭(F) 및 자동차의 차체의 폭(W)은 50%≤F/W≤80%를 충족한다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(10)의 폭 방향을 따라 배열되고, 전기 자동차의 폭 방향에서, 직사각형 셀(100)의 길이(L) 및 자동차의 폭(W)은 46%≤L/W≤76%, 500mm≤W≤2000mm를 충족한다.
일부 실시예에서, 본 개시에 제공된 실시예에서, 자동차의 차체의 폭(W)에 대한 배터리 팩 하우징(200)의 제1 방향에서의 폭(L3)의 비율은 50%≤L3/W≤80%를 충족한다. 이러한 실시방식에서, 비율은 자동차의 차체의 폭 방향을 따라 하나의 배터리 팩 하우징(200)을 배치함으로써 구현될 수 있다. 배터리 팩 하우징(200)이 복수 개일 경우, 복수 개의 배터리 팩 하우징(200)은 자동차의 차체의 길이 방향을 따라 배열된다. 일반적으로, 대부분의 자동차(1)의 경우, 차체의 폭은 500mm~2000mm, 예를 들어 500mm, 1600mm, 1800mm, 2000mm이고, 차체의 길이는 500mm~5000mm이다. 승용차의 경우, 승용차의 폭은 보통 500mm ~ 1800mm이고 차체의 길이는 500mm ~ 4000mm이다.
일부 실시예에서, 차체의 폭(W)에 대한 직사각형 셀(100)의 제1 방향에서의 길이(L4)의 비율은 46%≤L4/W≤76%를 충족한다. 배터리 팩 하우징(200)의 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)의 두께를 고려하여, 자동차의 차체의 폭(W)에 대한 직사각형 셀(100)의 제1 방향에서의 길이(L4)의 비율은 46%≤L4/W≤76%를 충족할 때, 이 실시방식에서, 비율은 자동차의 차체의 폭 방향을 따라 단 하나의 직사각형 셀(100)을 배치함으로써 구현될 수 있다. 다른 가능한 실시방식에서, 이러한 치수 요건이 충족되는 경우, 비율은 길이 방향으로 복수 개의 셀 어레이(400) 또는 복수 개의 직사각형 셀(100)을 배치함으로써 구현될 수 있다. 일 실시방식으로서, 직사각형 셀(100)의 제1 방향에서의 길이(L4)는 500mm~1000mm이다.
유의해야 할 것은, 본 출원의 일부 실시예에서, 직사각형 셀(100)의 양 단부가 결합에 의해 각각 제1 프레임(201) 및 제2 프레임(202)에 지지되는 기술방안이 개시되어 있지만, 실제 생산과정에서, 자동차의 차체의 폭에 매칭되는 길이를 갖는 직사각형 셀(100)을 제조할 수 없다. 즉, 직사각형 셀(100)은 어떤 이유로 인해 원하는 길이로 가공될 수 없다. 이는 전기 자동차가 직사각형 셀(100)의 전압 플랫폼(voltage platform)에 대한 몇 가지 요구 사항을 가지고 있기 때문이다. 고정 재료 시스템에서, 일정 전압 플랫폼을 구현하기 위해, 직사각형 셀(100)의 필요한 부피가 고정적이다. 따라서, 직사각형 셀(100)의 길이를 늘리면 두께 또는 폭이 작아진다. 또한 전체 배터리의 표면적을 확보하여 방열을 개선해야 한다. 이 전제하에, 직사각형 셀(100)의 폭(높이)의 줄임을 통해 직사각형 셀(100)의 길이를 늘릴 수 없다. 이 경우 차체의 높이 공간 활용에 한계가 있다. 영향을 최소화하기 위해, 직사각형 셀(100)의 폭(높이)을 일반적으로 조절하지 않는다. 따라서, 직사각형 셀(100) 전체의 표면적은 직사각형 셀(100)의 제1 방향을 따른 길이를 변경하고 직사각형 셀(100)의 제2 방향을 따른 두께를 변경하는 것을 통해서만 변경된다. 따라서 두께를 줄여서 길이를 늘릴 가능성이 있다. 실제로, 직사각형 셀(100)의 내부에 폴 코어 및 관련 재료를 추가해야 하므로, 직사각형 셀의 두께 변화는 최소 한계 값을 갖는다. 따라서, 직사각형 셀(100)의 길이는 두께의 한계 값의 영향을 받기 때문에, 직사각형 셀(100)의 제1 방향을 따른 길이는 제한적으로 변경되고 무한적으로 증가할 수 없다.
따라서, 일부 실시예에서, 전술한 문제는 2 개의 직사각형 셀(100)을 제1 방향으로 배치함으로써 해결된다. 예를 들어, 하나의 직사각형 셀(100)이 제1 방향을 따라 배치된 원래의 기술방안에서, 직사각형 셀(100)의 제1 방향을 따른 길이는 1000mm이다. 상기 기술방안을 사용한 후, 2 개의 직사각형 셀(100)이 제1 방향으로 배치되고, 각 직사각형 셀(100)의 길이는 약 450mm이다. 길이가 원래 길이 1000mm의 절반 미만인 이유는 중간에 장착 위치를 추가하기 때문이다.
본 출원은 에너지 저장 장치(2)를 추가로 개시한다.
도 30에 도시된 바와 같이, 본 출원의 에너지 저장 장치(2)는 전술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 배터리 팩(10)을 포함한다. 본 출원의 에너지 저장 장치(2)는 가정용 백업 전원, 상업용 백업 전원, 실외 전원, 발전소용 피크 셰이빙 에너지 저장 장비, 각종 자동차용 전원, 등에 사용될 수 있다.
배터리 팩은 배터리 팩 하우징 및 복수 개의 직사각형 셀을 포함하며, 배터리 팩 하우징은 제1 방향 및 제1 방향에 수직인 제2 방향을 갖고; 배터리 팩은 제1 방향을 따른 치수가 600mm 이상이고, 배터리 팩 하우징 내에는 적어도 하나의 직사각형 셀 수용 유닛이 형성되고; 복수 개의 직사각형 셀은 제2 방향을 따라 직사각형 셀 수용 유닛에 배열되며; 직사각형 셀이 제1 방향을 따라 연장되고, 각 직사각형 셀 수용 유닛에는 제1 방향을 따라 하나의 직사각형 셀이 배치되고; 직사각형 셀은 D의 두께, L의 길이 및 H의 높이를 가지며; 배터리 팩의 제1 방향을 따른 치수는 L보다 크거나 같고; 적어도 하나의 직사각형 셀의 길이 방향은 제1 방향을 따라 길이 방향의 일 측에서 길이 방향의 타 측으로 연장되며, L>H, L>D, 600mm≤L≤2500mm, 23≤L/D≤208을 충족한다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀은 V의 부피를 가지며, 적어도 하나의 직사각형 셀은 0.0005mm-2≤L/V≤0.002mm-2를 충족한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 직사각형 셀은 600mm≤L≤1000mm를 충족한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 직사각형 셀은 50≤L/D≤70을 충족한다.
일부 실시예에서, 배터리 팩 하우징은 바닥 하우징 및 실링 커버를 포함하고, 바닥 하우징은 실링 커버에 연결되어 적어도 하나의 직사각형 셀 수용 유닛을 형성한다.
일부 실시예에서, 배터리 팩 하우징 내에는 제1 가로 빔이 배치되고, 제1 가로 빔이 제1 방향을 따라 연장되고; 제1 가로 빔은 배터리 팩 하우징의 내부를 2 개의 직사각형 셀 수용 유닛으로 분할하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 배터리 팩 하우징 내에는 제2 가로 빔이 배치되고, 제2 가로 빔은 제2 방향을 따라 연장되고; 제2 가로 빔은 배터리 팩 하우징의 내부를 2 개의 직사각형 셀 수용 유닛으로 분할하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 배터리 팩 하우징 내에는 제1 가로 빔 및 제2 가로 빔이 배치되고, 제1 가로 빔은 제1 방향을 따라 연장되며, 제2 가로 빔은 제2 방향을 따라 연장되고, 제1 가로 빔과 제2 가로 빔은 교차하며 배터리 팩 하우징의 내부를 4 개의 직사각형 셀 수용 유닛으로 분할시킨다.
일부 실시예에서, 바닥 하우징은 트레이이고, 트레이는 제1 방향을 따라 서로 대향되어 배치되는 제1 프레임 및 제2 프레임을 포함하고, 직사각형 셀 수용 유닛은 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 형성되고, 직사각형 셀의 일 단부는 제1 프레임에 지지되며, 직사각형 셀의 타 단부는 제2 프레임에 지지된다.
일부 실시예에서, 제1 프레임 및 제2 프레임은 각각 직사각형 셀의 2 개의 단부면과 매칭되는 내벽면을 포함하고, 제1 프레임 및 제2 프레임의 내벽면과 직사각형 셀의 단부면 사이에는 각각 절연 플레이트가 개재된다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀을 향하는 제1 프레임 및 제2 프레임의 내벽면에는 돌출된 지지 플레이트가 구비되며, 지지 플레이트에서 실링 커버를 향하는 측에는 지지면이 배치되고, 지지면은 직사각형 셀을 지지하도록 구성되고, 지지 플레이트에서 실링 커버로부터 떨어진 측에는 배터리 팩 하우징의 바닥 플레이트를 장착하는 장착면이 구비되고, 지지 플레이트, 직사각형 셀 및 바닥 플레이트는 보온층을 수용하는 보온 캐배티를 공통으로 정의한다.
일부 실시예에서, 실링 커버로부터 떨어진 제1 프레임 및 제2 프레임의 단부에 위치하는 내부 링은 환형의 홈(annular sink)을 구비하고, 홈의 바닥 벽은 장착면을 형성하고, 바닥 플레이트는 홈에 장착된다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀을 향하는 제1 프레임 및 제2 프레임의 내벽면에는 각각 제1 연결면이 구비되고, 제1 연결면에서 실링 커버까지의 거리는 지지면에서 실링 커버까지의 거리보다 작고, 직사각형 셀은 제1 연결면에 연결된다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀을 향하는 제1 프레임 또는 제2 프레임의 내벽면은 적어도 2 개의 단차를 가지며, 2 개의 단차의 면은 각각 제1 연결면 및 지지면을 형성한다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀의 길이 방향을 따른 직사각형 셀의 양 단부에 배치되는 단부 플레이트를 더 포함하고, 직사각형 셀은 단부 플레이트를 통해 제1 연결면에 연결된다.
일부 실시예에서, 단부 플레이트는 직사각형 셀의 단부면에 대향되어 배치되는 단부 플레이트 본체 및 단부 플레이트 본체에 연결되며 제1 연결면을 향해 돌출되는 제1 연결 플레이트를 포함하고, 제1 연결 플레이트는 제1 연결면에 연결된다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀의 2 개의 단부면 중 적어도 하나에는 방폭 밸브가 배치되고, 2 개의 단부 플레이트 중 적어도 하나의 단부 플레이트 본체에는 방폭 밸브에 대응되는 비아가 배치되고, 제1 프레임 및 제2 프레임 중 적어도 하나에는 비아에 대응되는 배기홀 및 배기홀과 연통되는 배기통로가 배치된다.
일부 실시예에서, 제1 연결면과 실링 커버 사이에는 배터리 관리부재 및 배전부재를 수용하는 관리 수용 캐비티가 정의된다.
일부 실시예에서, 트레이는 바닥 플레이트를 포함하고, 직사각형 셀과 바닥 플레이트는 간격을 두고 배치된다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀과 바닥 플레이트 사이에는 보온층이 배치된다.
일부 실시예에서, 트레이는 제2 방향을 따라 서로 대향되어 배치되는 제3 프레임 및 제4 프레임을 더 포함하고, 제3 프레임 및 제4 프레임은 제3 프레임 및 제4 프레임에 인접한 직사각형 셀에 대해 내측으로 가압력을 제공한다.
일부 실시예에서, 배터리 팩은 제3 프레임과 제3 프레임에 인접한 직사각형 셀 사이 및 제4 프레임과 제4 프레임에 인접한 직사각형 셀 사이 중 적어도 하나의 위치에 탄성적으로 개재되는 탄성 장치를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 제3 프레임과 제3 프레임에 인접한 직사각형 셀 사이 및 제4 프레임과 제4 프레임에 인접한 직사각형 셀 사이에 배치되는 측면 플레이트를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 측면 플레이트는 직사각형 셀의 측면과 대향되어 배치되는 측면 플레이트 본체 및 측면 플레이트 본체에 연결되며 제3 프레임 또는 제4 프레임을 향해 돌출되는 제2 연결 플레이트를 포함하고, 실링 커버를 향하는 제2 연결면은 제3 프레임 및 제4 프레임에 배치되며, 제2 연결 플레이트에 연결된다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀의 상면 및 하면에 연결되는 패널; 직사각형 셀의 2 개의 단부면에 배치되는 단부 플레이트; 및 2 개의 최외측의 직사각형 셀의 외측면에 배치되는 측면 플레이트를 더 포함하고, 단부 플레이트 및 측면 플레이트는 모두 2 개의 패널에 연결되며, 직사각형 셀을 향하는 제1 프레임 및 제2 프레임의 내벽면에는 지지면 및 연결면이 구비되고, 직사각형 셀의 양 단부는 지지면에 지지되며, 단부 플레이트 및 측면 플레이트는 연결면에 연결된다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀의 상면에 장착되는 열교환 플레이트를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀은 V의 부피 및 H의 높이를 가지며, 0.0001m-2≤H/V≤0.00015mm-2를 충족한다.
일부 실시예에서, 직사각형 셀은 L의 길이, H의 높이 및 D의 두께를 가지며, 4≤L/H≤21이다.
1: 자동차 2: 에너지 저장 장치
10: 배터리 팩 100: 직사각형 셀
101: 인출 단자 103: 방폭 밸브
400: 셀 어레이 200: 배터리 팩 하우징
200a: 측면 프레임 201: 제1 프레임
202: 제2 프레임 203: 제3 프레임
204: 제4 프레임 207: 제1 단부 플레이트
207b: 제1 연결 플레이트 207c: 비아
208: 제2 단부 플레이트 209: 제1 측면 플레이트
209a: 측면 플레이트 본체 209b: 제2 연결 플레이트
210: 제2 측면 플레이트 211: 바닥 플레이트
212: 패널 213: 지지 플레이트
213a: 지지면 213b: 장착면
215: 제1 연결면 216: 제2 연결면
217: 보온층 218: 열전도 플레이트
219: 열교환 플레이트 220: 실링 커버
221: 배기홀 222: 배기통로
223: 기액 분리기 224: 냉각액 관
225: 냉각액 유입구 226: 냉각액 유출구
227: 메인 액체 유입관 228: 메인 액체 유출관
229: 메인 냉각액 유입구 230: 메인 냉각액 유출구
301: 제1 측면 빔 301a: 제1 지지 플레이트
301b: 제1 지지면 301c: 제1 장착면
302: 제2 측면 빔 302a: 제2 지지 플레이트
302b: 제2 지지면 302c: 제2 장착면
400: 셀 어레이 400a: 배터리 모듈
500: 가로 빔 600: 세로 빔
700: 제1 가로 빔 800: 제2 가로 빔
L: 셀의 길이 D: 셀의 두께
H: 셀의 높이
L2: 제1 프레임의 내벽면과 제2 프레임의 내벽면 사이의 거리
L3: 배터리 팩 하우징의 제1 방향을 따른 폭
L4: 배터리 팩 하우징의 제2 방향을 따른 길이

Claims (35)

  1. 배터리 팩 하우징 및 복수 개의 직사각형 셀을 포함하는 배터리 팩으로서, 상기 배터리 팩 하우징은 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 갖고; 상기 배터리 팩은 상기 제1 방향을 따른 치수가 600mm 이상이고, 상기 배터리 팩 하우징 내에는 적어도 하나의 직사각형 셀 수용 유닛이 형성되고; 상기 복수 개의 직사각형 셀은 상기 제2 방향을 따라 상기 직사각형 셀 수용 유닛에 배열되며; 상기 직사각형 셀이 상기 제1 방향을 따라 연장되고, 각 상기 직사각형 셀 수용 유닛에는 상기 제1 방향을 따라 하나의 상기 직사각형 셀이 배치되고; 상기 직사각형 셀은 D의 두께, L의 길이 및 H의 높이를 가지며;
    상기 배터리 팩의 상기 제1 방향을 따른 치수는 L보다 크거나 같고;
    적어도 하나의 상기 직사각형 셀의 길이 방향은 상기 제1 방향을 따라 상기 직사각형 셀 수용 유닛의 일 측에서 상기 직사각형 셀 수용 유닛의 타 측으로 연장되며, L>H, L>D, 600mm≤L≤2500mm, 23≤L/D≤208을 충족하며,
    상기 배터리 팩 하우징은 바닥 하우징 및 실링 커버를 포함하고, 상기 바닥 하우징은 상기 실링 커버에 연결되어 상기 적어도 하나의 직사각형 셀 수용 유닛을 형성하고, 상기 바닥 하우징은 트레이이고, 상기 트레이는 상기 제1 방향을 따라 서로 대향되어 배치되는 제1 프레임 및 제2 프레임을 포함하고, 상기 직사각형 셀 수용 유닛은 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이에 형성되고, 상기 직사각형 셀의 일 단부는 상기 제1 프레임에 지지되며, 상기 직사각형 셀의 타 단부는 상기 제2 프레임에 지지되며,
    상기 트레이는 바닥 플레이트를 포함하고, 상기 직사각형 셀과 상기 바닥 플레이트는 간격을 두고 배치되는, 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 직사각형 셀은 V의 부피를 가지며, 상기 적어도 하나의 직사각형 셀은 0.0005mm-2≤L/V≤0.002mm-2를 충족하는, 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 직사각형 셀은 600mm≤L≤1000mm를 충족하고, 상기 적어도 하나의 직사각형 셀은 50≤L/D≤70을 충족하는, 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배터리 팩 하우징 내에는 제1 가로 빔이 배치되고, 상기 제1 가로 빔이 상기 제1 방향을 따라 연장되고; 상기 제1 가로 빔은 상기 배터리 팩 하우징의 내부를 2 개의 상기 직사각형 셀 수용 유닛으로 분할하도록 구성되는, 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배터리 팩 하우징 내에는 제2 가로 빔이 배치되고, 상기 제2 가로 빔이 상기 제2 방향을 따라 연장되고; 상기 제2 가로 빔은 상기 배터리 팩 하우징의 내부를 2 개의 상기 직사각형 셀 수용 유닛으로 분할하도록 구성되는, 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서, 상기 배터리 팩 하우징에는 제1 가로 빔 및 제2 가로 빔이 배치되고, 상기 제1 가로 빔은 상기 제1 방향을 따라 연장되며, 상기 제2 가로 빔은 상기 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 제1 가로 빔과 상기 제2 가로 빔은 교차하며 상기 배터리 팩 하우징의 내부를 4 개의 상기 직사각형 셀 수용 유닛으로 분할하도록 구성되는, 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서, 상기 직사각형 셀을 향하는 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임의 내벽면에는 돌출된 지지 플레이트가 구비되며, 상기 지지 플레이트에서 상기 실링 커버를 향하는 측에는 지지면이 배치되고, 상기 지지면은 상기 직사각형 셀을 지지하도록 구성되고, 상기 지지 플레이트에서 상기 실링 커버로부터 떨어진 측에는 상기 배터리 팩 하우징의 바닥 플레이트를 장착하는 장착면이 구비되고, 상기 지지 플레이트, 상기 직사각형 셀 및 상기 바닥 플레이트는 보온층을 수용하는 보온 캐비티를 공통으로 정의하는, 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서, 상기 직사각형 셀을 향하는 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임의 내벽면에는 각각 제1 연결면이 구비되고, 상기 제1 연결면에서 상기 실링 커버까지의 거리는 상기 지지면에서 상기 실링 커버까지의 거리보다 작고, 상기 직사각형 셀은 상기 제1 연결면에 연결되는, 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서, 상기 직사각형 셀의 길이 방향을 따른 상기 직사각형 셀의 양 단부에 배치되는 단부 플레이트를 더 포함하고, 상기 직사각형 셀은 상기 단부 플레이트를 통해 상기 제1 연결면에 연결되고; 상기 단부 플레이트는 상기 직사각형 셀의 단부면에 대향되어 배치되는 단부 플레이트 본체 및 상기 단부 플레이트 본체에 연결되며 상기 제1 연결면을 향해 돌출되는 제1 연결 플레이트를 포함하고, 상기 제1 연결 플레이트는 상기 제1 연결면에 연결되는, 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서, 상기 직사각형 셀의 2 개의 단부면 중 적어도 하나에는 방폭 밸브가 배치되고, 적어도 하나의 상기 단부 플레이트의 단부 플레이트 본체에는 상기 방폭 밸브에 대응되는 비아가 배치되고, 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임 중 적어도 하나에는 상기 비아에 대응되는 배기홀 및 상기 배기홀과 연통되는 배기통로가 배치되는, 배터리 팩.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 연결면과 상기 실링 커버 사이에 배터리 관리부재 및 배전부재를 수용하는 관리 수용 캐비티가 정의되는, 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서, 상기 트레이는 상기 제2 방향을 따라 서로 대향되어 배치되는 제3 프레임 및 제4 프레임을 더 포함하고;
    상기 배터리 팩은, 상기 제3 프레임과 상기 제3 프레임에 인접한 상기 직사각형 셀 사이 및 상기 제4 프레임과 상기 제4 프레임에 인접한 상기 직사각형 셀 사이에 배치되는 측면 플레이트를 더 포함하고;
    상기 측면 플레이트는 상기 직사각형 셀의 측면과 대향되어 배치되는 측면 플레이트 본체 및 상기 측면 플레이트 본체에 연결되며 상기 제3 프레임 또는 상기 제4 프레임을 향해 돌출되는 제2 연결 플레이트를 포함하고, 상기 실링 커버를 향하는 제2 연결면은 상기 제3 프레임 및 상기 제4 프레임에 배치되며, 상기 제2 연결 플레이트에 연결되는, 배터리 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 직사각형 셀의 상면 및 하면에 연결되는 패널;
    상기 직사각형 셀의 2 개의 단부면에 배치되는 단부 플레이트; 및
    2 개의 최외측의 상기 직사각형 셀의 외측면에 배치되는 측면 플레이트를 더 포함하고,
    상기 단부 플레이트 및 상기 측면 플레이트는 모두 2 개의 상기 패널에 연결되며, 상기 직사각형 셀을 향하는 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임의 내벽면에는 지지면 및 연결면이 구비되고, 상기 직사각형 셀의 양 단부는 상기 지지면에 지지되며, 상기 단부 플레이트 및 상기 측면 플레이트는 상기 연결면에 연결되는, 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서, 상기 직사각형 셀의 상면에 장착되는 열교환 플레이트를 더 포함하는, 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서, 상기 직사각형 셀은 V의 부피 및 H의 높이를 가지며, 0.0001m-2≤H/V≤0.00015mm-2를 충족하고;
    상기 직사각형 셀은 L의 길이, H의 높이 및 D의 두께를 가지며, 4≤L/H≤21인, 배터리 팩.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
  17. 제16항에 있어서, 상기 배터리 팩은 상기 자동차의 바닥부에 배치되고, 상기 배터리 팩 하우징은 상기 자동차의 섀시에 고정적으로 연결되는, 자동차.
  18. 제17항에 있어서, 상기 자동차 바닥부에 배치되는 배터리 팩을 포함하고, 상기 배터리 팩의 폭 방향은 상기 자동차의 차체의 폭 방향을 따라 배열되고, 상기 배터리 팩의 길이 방향은 상기 자동차의 차체의 길이 방향을 따라 배열되고;
    상기 배터리 팩의 폭(F)과 상기 자동차의 차체의 폭(W)은 50%≤F/W≤80%를 충족하고;
    상기 직사각형 셀의 길이 방향은 상기 배터리 팩의 폭 방향을 따라 배열되고, 상기 자동차의 폭 방향에서, 상기 직사각형 셀의 길이(L)와 상기 자동차의 차체의 폭(W)은 46%≤L/W≤76%를 충족하고;
    상기 차체의 폭(W)은 500mm≤W≤2000mm를 충족하는, 자동차.
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