KR20030066764A - Mechanically improved rechargeable battery - Google Patents

Mechanically improved rechargeable battery Download PDF

Info

Publication number
KR20030066764A
KR20030066764A KR10-2003-7008623A KR20037008623A KR20030066764A KR 20030066764 A KR20030066764 A KR 20030066764A KR 20037008623 A KR20037008623 A KR 20037008623A KR 20030066764 A KR20030066764 A KR 20030066764A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
electrode
case
module
coolant
Prior art date
Application number
KR10-2003-7008623A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
오브신스키스탠포드알.
코리간데니스에이.
벤카테산스리니바산
다르서브하쉬케이.
홀란드아더
필모어돈
히글리린
고우필리프
힘러도날드
카디트사스닉
라밍케네쓰
오스굳안토니
Original Assignee
오보닉 배터리 컴퍼니, 아이엔씨.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오보닉 배터리 컴퍼니, 아이엔씨. filed Critical 오보닉 배터리 컴퍼니, 아이엔씨.
Publication of KR20030066764A publication Critical patent/KR20030066764A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468Compression means for stacks of electrodes and separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34Gastight accumulators
    • H01M10/345Gastight metal hydride accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63Control systems
    • H01M10/635Control systems based on ambient temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/651Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations
    • H01M10/652Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations characterised by gradients
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561Gases
    • H01M10/6563Gases with forced flow, e.g. by blowers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/658Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/317Re-sealable arrangements
    • H01M50/325Re-sealable arrangements comprising deformable valve members, e.g. elastic or flexible valve members
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 기계적 및 열적 측면에서 개선된 재충전가능한 배터리, 모듈 및 유체 냉각 배터리 시스템에 관한 것이다. 상기 배터리는 최적의 두께 대 너비 대 높이의 종횡비를 가진 프리즘 형태로서, 최적화된 종횡비를 가지지 않은 프리즘 배터리와 비교했을 때, 이런 최적화된 종횡비로 인해 배터리는 균형잡힌 최적의 특성을 갖출 수 있게 된다. 최적화된 두께, 너비 및 높이는 최대의 용량 및 전력 출력을 가능케 하며 바람직하지 않은 부작용을 제거할 수 있게 된다. 배터리 케이스는 어느 한 방향 방향에 대응하는 외부의 기계적인 압축력에 대하여 용이하게 보충될 수 있는 상기 한 방향의 팽창을 가능케 한다. 상기 모듈(32)에서, 상기 배터리는 팽창으로 인해 외부 압력의 균형을 잡기 위해 극대화되는 외부의 기계적인 압축하에서 모듈 번들링/압축 수단내에서 번들링되며 추가적인 내부 압축을 제공하여 상기 양전극과 상기 음전극간의 거리를 감소시켜 전체 배터리 전력이 증가하도록 한다. 상기 유체 냉각 배터리 팩(39)은 냉각제 입구(41) 및 냉각제 출구(42)를 가지는 배터리 팩 케이스(40); 상기 케이스내에 위치하여 상기 케이스 벽으로부터 이격되며 또한 상기 케이스내의 다른 배터리 모듈로부터 이격되어 그 번들링된 배터리의 적어도 하나의 표면을 따라 냉각제 유동 채널(43)을 형성하도록 하는 배터리 모듈; 및 적어도 하나의 냉각제 이송 수단(44)을 구비한다. 상기 냉각제 유동 채널의 너비는 최대 열 이동을 하도록 형성된다. 마지막으로, 상기 배터리, 모듈 및 팩은 가변적인 대기 상태하에서 원하는 동작 거리내에서 재충전가능한 배터리 시스템의온도를 유지하기 위해, 상기 대기 열 상태에 가장 직접적으로 노출된 상기 재충전가능한 배터리 시스템의 부분에 가변형 열 절연을 제공하는 수단을 또한 포함한다.The present invention relates to rechargeable batteries, modules and fluid cooled battery systems that are improved in mechanical and thermal aspects. The battery is in the form of a prism with an aspect ratio of optimal thickness to width to height, which, when compared to a prism battery that does not have an optimized aspect ratio, allows the battery to have balanced optimal characteristics. Optimized thickness, width and height allow for maximum capacity and power output and eliminate undesirable side effects. The battery case enables expansion in the one direction, which can be easily supplemented with external mechanical compressive force corresponding to either direction. In the module 32, the battery is bundled in module bundling / compression means under external mechanical compression that is maximized to balance external pressure due to expansion and provides additional internal compression to provide a distance between the positive electrode and the negative electrode. To decrease the overall battery power. The fluid cooling battery pack 39 includes a battery pack case 40 having a coolant inlet 41 and a coolant outlet 42; A battery module located within the case and spaced apart from the wall of the case and spaced apart from other battery modules in the case to form a coolant flow channel 43 along at least one surface of the bundled battery; And at least one coolant conveying means 44. The width of the coolant flow channel is configured to allow maximum thermal movement. Finally, the batteries, modules and packs are variable to portions of the rechargeable battery system that are most directly exposed to the standby state to maintain the temperature of the rechargeable battery system within a desired operating distance under variable standby conditions. Also included are means for providing thermal insulation.

Description

기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리 {MECHANICALLY IMPROVED RECHARGEABLE BATTERY}Mechanically Improved Rechargeable Battery {MECHANICALLY IMPROVED RECHARGEABLE BATTERY}

본 원은 1993년 10월 25일자로 출원된 미국 출원번호 제 08/140,933호의 일부계속출원이다.This application is partly filed in US Application No. 08 / 140,933, filed October 25, 1993.

본 발명은 대체로 금속 수소화물 배터리, 그로부터 만들어진 배터리 모듈 및 상기 모듈로부터 만들어진 배터리 팩의 개선에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 배터리 디자인, 배터리 모듈 디자인 및 배터리 팩 디자인의 기계적 및 열적 개선에 관한 것이다.The present invention relates generally to metal hydride batteries, battery modules made therefrom, and improvements to battery packs made from such modules. In particular, the present invention relates to mechanical and thermal improvements in battery design, battery module design and battery pack design.

포크 리프트, 골프 카트, 연속형의 전원 공급장치 및 전기 차량과 같은 여러 산업 및 상업 분야에서 재충전가능한 프리즘 배터리가 사용된다.Rechargeable prism batteries are used in many industrial and commercial applications such as fork lifts, golf carts, continuous power supplies and electric vehicles.

재충전가능한 납산전지가 현재 가장 널리 사용되는 배터리 형태이다. 납산전지는 내부 연소 엔진용의 시동 모터에 대한 유용한 전원 공급원이다. 그러나, 이들 배터리는 약 30 Wh/kg의 낮은 에너지 밀도와 적절하게 열에 대해 저항할 수 있는 성능의 부족으로 인해 전기 차량에 대하여 비실용적인 전원 공급원이 될 수밖에 없다. 납산전지를 사용하는 전기 차량은 짧은 거리를 주행한 이후에 바로 재충전을 요하게 되며, 재충전을 위해서는 약 6 내지 12시간이 필요하며 유독 물질을 함유하게 된다. 게다가, 납산전지를 사용하는 전기 차량은 느린 가속력을 가지며 급방전에 대해 약한 특성을 보이고 단지 약 20,000 마일의 배터리 수명을 갖는다.Rechargeable lead acid batteries are the most widely used battery type at present. Lead-acid batteries are a useful source of power for starting motors for internal combustion engines. However, these batteries have become impractical power sources for electric vehicles because of their low energy density of about 30 Wh / kg and the lack of adequate heat resistance. Electric vehicles using lead-acid batteries require recharging immediately after driving a short distance, and require about 6 to 12 hours to recharge and contain toxic substances. In addition, electric vehicles using lead-acid batteries have slow acceleration, are weak against rapid discharge and have only about 20,000 miles of battery life.

니켈 금속 수소화물 배터리(이하, "Ni-MH 배터리"라 명명함)는 납산전지보다 훨씬 우수하며, Ni-MH 배터리는 전기 차량에 이용가능한 가장 가능성있는 배터리 형태이다. 예를 들어, 본 원의 대응출원이며 참조문헌으로서 이하에 개시된 Ovshinsky Fetcenko에 의해 출원된 미국 특허 출원번호 제 07/934,976호에 개시된 것과 같은 Ni-MH 배터리는 납산전지보다 훨씬 높은 에너지 밀도를 보이며, 재충전하기 전에 전기 차량에 250마일 이상의 전력공급을 할 수 있으며, 15분내에 재충전될 수 있고, 어떠한 유독 물질도 함유하고 있지 않다. Ni-MH 배터리를 사용하는 전기 차량은 예외적인 가속력을 가지며 약 100,000마일 이상의 배터리 수명을 갖는다.Nickel metal hydride batteries (hereinafter referred to as "Ni-MH batteries") are far superior to lead acid batteries, and Ni-MH batteries are the most likely battery type available for electric vehicles. For example, Ni-MH batteries, such as those disclosed in U.S. Patent Application No. 07 / 934,976, filed by Ovshinsky Fetcenko, which is a corresponding application of this application and disclosed below, exhibit much higher energy density than lead acid batteries, The electric vehicle can be powered by more than 250 miles before being recharged, recharged within 15 minutes and contains no toxic substances. Electric vehicles using Ni-MH batteries have exceptional acceleration and have a battery life of about 100,000 miles or more.

전기화학적 측면에서 Ni-MH 배터리의 전력 및 충전 능력을 개선하고자 이전부터 광범위한 연구가 이루어지고 있으며, 이는 미국 특허번호 제 5,096,667호, 제 5,104,617호 및 미국 특허출원 번호 제 07/746,015호 및 제 07/934,976호에 상세히개시된다. 이들 모든 참조문헌의 내용이 이하에 명확하게 설명된다.Extensive research has been made in the past to improve the power and charging capabilities of Ni-MH batteries in electrochemical aspects, which are described in US Pat. Nos. 5,096,667, 5,104,617, and US Pat. It is disclosed in detail in 934,976. The contents of all these references are clearly explained below.

최초로 Ovshinsky와 그 팀은 음 전극을 형성하는 금속 수소화물 합금에 초점을 두었다. 이러한 노력의 결과, 이들은 효율적이고 경제적인 배터리 응용분야에서 요구되는 가역의 수소 축전 특성을 상당히 향상시킬 수 있었으며, 높은 밀도의 에너지 저장, 효율적인 가역력, 높은 전기 효율성, 구조 변경 또는 중독성분이 없는 효율적인 대량의 수소 축전, 긴 사이클 수명 및 반복되는 급방전이 가능한 배터리를 생산할 수 있었다. 현재에는 이른바 이들 "Ovonic" 합금의 개선된 특성은 선택된 변경자 엘리먼트와 호스트 매트릭스를 통합하여 국부적인 화학적 구성 및 국부적인 구조적 구성을 변경함으로써 얻어진다. 무질서한 금속 수소화물 합금은 단일 또는 다상의 투명 물질에 비해 매우 높은 밀도의 촉매 활성 사이트(site)와 축전 사이트를 가진다. 전기화학 충전/방전의 개선된 효율성 및 전기 에너지 축전 용량의 증가는 이들 추가 사이트로 인해 얻어진다. 축전 사이트의 성질과 그 수는 촉매 활성 사이트와는 별개로 설계될 수 있다. 특히, 이들 합금은 결합 강도에서 분해된 수소원자의 대량 축전이 이차적인 배터리 응용분야에서 사용하기에 적합한 가역성의 범위내에서 가능하도록 변형된다.For the first time, Ovshinsky and his team focused on metal hydride alloys that form negative electrodes. As a result of these efforts, they have been able to significantly improve the reversible hydrogen storage characteristics required for efficient and economical battery applications, and they are capable of high-density energy storage, efficient reversibility, high electrical efficiency, structural modifications, or no toxic effects. Has been able to produce batteries capable of hydrogen storage, long cycle life and repeated discharge and discharge. The improved properties of these so-called "Ovonic" alloys are now obtained by integrating selected modifier elements and host matrices to alter local chemical and local structural configurations. Disordered metal hydride alloys have very high density of catalytically active sites and storage sites compared to single or multiphase transparent materials. Improved efficiency of electrochemical charge / discharge and an increase in electrical energy storage capacity are obtained due to these additional sites. The nature and number of storage sites can be designed separately from catalytically active sites. In particular, these alloys are modified such that large capacity storage of hydrogen atoms decomposed at bond strength is possible within the range of reversibility suitable for use in secondary battery applications.

몇몇 매우 효율적인 전기화학 수소 축전물질은 상기한 바의 무질서형태의 물질에 기준하여 형성된다. 이들은 Sapru, Hong, Fetcenko, 및 Venkatesan의 미국 특허번호 제 4,551,400호(이하, "'400 특허")에 개시된 것과 같은 Ti-V-Zr-Ni형의 활성물질이며, 이 '400 특허는 이하에서 참조문헌으로서 개시된다. 이들 물질은 수소를 저장하기 위해 역으로 수소화물을 형성한다. '400 특허에서 사용된 모든 물질은적어도 Ti, V, 및 Ni가 존재하며 Cr, Zr, 및 Al을 가지고 변경될 수도 있는 일반적인 Ti-V-Ni 화합물을 사용한다. '400 특허의 이 물질은 C14및 C15형의 결정 구조를 가진 하나 이상의 위상을 포함하나 이에 한정되지 않는 다상 물질이다.Some highly efficient electrochemical hydrogen storage materials are formed based on the disordered materials as described above. These are active materials of the Ti-V-Zr-Ni type, such as those disclosed in US Pat. No. 4,551,400 (hereinafter referred to as "'400 patent") by Sapru, Hong, Fetcenko, and Venkatesan, which are described below. It is disclosed as a document. These materials form hydrides in reverse to store hydrogen. All materials used in the '400 patent use a common Ti-V-Ni compound which is at least Ti, V, and Ni present and may be modified with Cr, Zr, and Al. This material of the '400 patent is a multiphase material including, but not limited to, one or more phases with crystal structures of C 14 and C 15 forms.

또한 다른 Ti-V-Ni 합금은 재충전가능한 수소 축전 음전극용으로 사용된다. 그러한 형태의 물질은 Venkatesan, Reichman 및 Fetcenko의 미국 특허번호 제 4,728,586호(이하, "'586 특허")에 개시되며, 이 '586 특허는 이하에서 참조문헌으로서 개시된다. '586 특허는 Ti, V, Zr, Ni 및 5번째 구성요소인, Cr으로 이루어진 특정 서브클래스의 Ti-V-Ni-Zr 합금을 개시한다. '586 특허는 Ti, V, Zr, Ni 및 Cr 구성요소의 합금 이외에 첨가제 또는 변경자의 가능성에 대해 언급하며, 특정의 첨가제 및 변경자, 이들 변경자의 양 및 그들간의 상호작용, 및 이들로부터 예측될 수 있는 특별한 이점을 일반적으로 제시한다.Other Ti-V-Ni alloys are also used for rechargeable hydrogen storage negative electrodes. Such types of materials are disclosed in US Pat. No. 4,728,586 (hereinafter referred to as “'586 Patent”) of Venkatesan, Reichman and Fetcenko, which is described below by reference. The '586 patent discloses Ti-V-Ni-Zr alloys of a particular subclass consisting of Ti, V, Zr, Ni and the fifth component, Cr. The '586 patent refers to the possibility of additives or modifiers in addition to alloys of Ti, V, Zr, Ni and Cr components, and can be predicted from certain additives and modifiers, the amounts of these modifiers and their interactions, and from them. There are some general advantages.

상기한 바 있는 Ovonic 합금과 비교하여, 상기 합금은 다른 화학, 마이크로스트럭쳐 및 전기화학적 특성을 가진 "순서를 가진" 물질로서 대체로 간주된다. 초기에 순서를 가진 물질의 성능은 형편없었으나, 1980년대 초기에, 변형정도가 강해짐에 따라(즉, 기본 변경자의 수 및 양이 증가함에 따라), 이들 성능은 상당히 향상되기 시작했다. 이는 변경자의 전기 및 화학적 속성에 기인한 만큼과 같은 정도의 변경자에 의해 제공된 무질서에 기인한 것이다. 특정 클래스의 "순서를 가진" 물질로부터 현재의 다중 구성요소, 다상의 "무질서" 합금까지의 합금의 발전과정은 다음의 특허에서 볼 수 있다: (i) 미국 특허번호 제 3,874,928호; (ii) 미국 특허번호 제 4,214,043호; (iii) 미국 특허번호 제 4,107,395호; (iv) 미국 특허번호 제 4,107,405호; (v) 미국 특허번호 제 4,112,199호; (vi) 미국 특허번호 제 4,125,688호; (vii) 미국 특허번호 제 4,214,043호; (viii) 미국 특허번호 제 4,216,274호; (ix) 미국 특허번호 제 4,487,817호; (x) 미국 특허번호 제 4,605,603호; (xii) 미국 특허번호 제 4,696,873호; 및 (xiii) 미국 특허번호 제 4,699,856호(이들 참조문헌은 미국 특허번호 제 5,096,667호에 포괄적으로 개시되며, 이들 논의는 참조문헌으로서 명백히 개시된다).In comparison to the Ovonic alloys described above, the alloys are generally regarded as "order-in" materials with other chemical, microstructure and electrochemical properties. Initially, the performance of ordered materials was poor, but in the early 1980s, as the degree of deformation became stronger (ie, as the number and amount of basic modifiers increased), these performances began to improve significantly. This is due to the disorder provided by the modifier to the same extent as due to the modifier's electrical and chemical properties. The development of alloys from a particular class of "ordered" materials to current multi-component, multiphase "disordered" alloys can be found in the following patents: (i) US Patent No. 3,874,928; (ii) US Patent No. 4,214,043; (iii) US Patent No. 4,107,395; (iv) US Pat. No. 4,107,405; (v) US Pat. No. 4,112,199; (vi) US Pat. No. 4,125,688; (vii) US Pat. No. 4,214,043; (viii) US Pat. No. 4,216,274; (ix) US Pat. No. 4,487,817; (x) US Pat. No. 4,605,603; (xii) US Patent No. 4,696,873; And (xiii) US Pat. No. 4,699,856 (these references are comprehensively disclosed in US Pat. No. 5,096,667, the discussions of which are expressly incorporated by reference).

간략히 언급했듯이, 모든 금속 수소화물 합금에 있어서, 변경정도가 증가함에 따라, 초기의 순서를 갖춘 기본 합금의 역할의 중요성이 특별한 변경자로 인한 특성 및 무질서에 비해서 떨어졌다. 게다가, 시장에서 이용가능하며 다양한 제조업자에 의해 생산되는 현재의 다중 구성요소 합금의 분석을 보면, 이들 합금이 Ovonic 합금 시스템에 대해 설정된 가이드라인을 뒤쫓아서 변경된다는 점을 보여준다. 그 결과, 상기한 바와 같이, 매우 많이 변경된 합금은 다중 구성요소 및 다상, 즉 Ovonic 합금에 의해 특징지워지는 무질서 물질이다.As briefly mentioned, for all metal hydride alloys, as the degree of change increases, the importance of the role of the initial ordered base alloys is less than the characteristics and disorder caused by special modifiers. In addition, analysis of current multi-component alloys that are available on the market and produced by various manufacturers shows that these alloys change following the guidelines set for Ovonic alloy systems. As a result, as mentioned above, very much modified alloys are disordered materials characterized by multiple components and multiphase, ie Ovonic alloys.

명백히, Ovonic 합금 기술의 도입은 Ni-MH 배터리의 활성의 전기화학적 측면에 있어서 중요한 진보를 가져왔다. 그러나, 최근까지 Ni-MH 배터리 성능의 기계적 및 열적 측면이 간과되어 왔다는 점을 주목해야만 한다.Clearly, the introduction of Ovonic alloy technology has made important advances in the electrochemical aspects of the activity of Ni-MH batteries. However, it should be noted that until recently the mechanical and thermal aspects of Ni-MH battery performance have been overlooked.

예를 들어, 전기 차량에 있어서, 배터리 무게는 차량 무게의 가장 큰 구성부분이므로 중요한 인자가 된다. 이러한 이유로, 개별 배터리의 무게를 줄이는 것이 전기 추진 차량의 배터리를 설계하는 데 있어서 중요한 고려대상이 되었다. 배터리무게의 감소와 더불어, 모듈의 필요한 기계적 요구조건(즉, 운송의 편이, 강성 등)을 여전히 제공하면서도 배터리 모듈의 무게를 감소시켜야만 한다. 또한, 이러한 배터리 모듈이 배터리 팩 시스템(전기 차량 용도와 같은)과 결합되었을 때, 그 배터리 팩 구성요소는 가능한 경량이 되어야만 한다.For example, in electric vehicles, battery weight is an important factor since it is the largest component of the vehicle weight. For this reason, reducing the weight of individual batteries has become an important consideration in designing batteries for electric propulsion vehicles. In addition to reducing the weight of the battery, the weight of the battery module must be reduced while still providing the necessary mechanical requirements of the module (ie, ease of transport, stiffness, etc.). In addition, when such a battery module is combined with a battery pack system (such as in an electric vehicle), the battery pack component should be as lightweight as possible.

전기 차량 응용분야에서는 열 관리에 대해서 중요한 요구조건을 가져야만 한다는 점을 특히 주목해야만 한다. 이는 개개의 셀이 근접하여 서로 번들링되며 많은 셀이 전기적으로 그리고 열적으로 서로 연결되기 때문이다. 그러므로, 충전 및 방전 동안 상당한 열을 발생하는 고유의 경향이 있으므로, 전기 차량용의 동작가능한 배터리 설계는 그 발생된 열이 충분히 제어될 수 있는 지의 여부에 따라서 결정된다.It should be particularly noted that electric vehicle applications must have important requirements for thermal management. This is because the individual cells are close together and bundled together and many cells are electrically and thermally connected to each other. Therefore, since there is an inherent tendency to generate significant heat during charging and discharging, the operable battery design for an electric vehicle is determined depending on whether the generated heat can be sufficiently controlled.

열원은 주로 세 겹으로 이루어진다. 첫째, 더운 기후에서 차량의 동작으로 인한 대기 열. 둘째, 충전 및 방전 중에 저항 또는 I2R 가열, 여기서 I는 배터리내로 또는 밖으로 흐르는 전류를 나타내며 R은 배터리의 저항을 나타낸다. 셋째, 과다한 양의 열이 가스 재결합으로 인한 과충전 동안에 발생된다.The heat source consists mainly of three layers. First, atmospheric heat due to the operation of the vehicle in hot climates. Second, resistance or I 2 R heating during charging and discharging, where I represents the current flowing into or out of the battery and R represents the resistance of the battery. Third, excessive amounts of heat are generated during overcharging due to gas recombination.

상기 파라미터가 모든 전기 배터리 시스템에 일반적으로 공통되지만, 이들은 니켈-금속 수소화물 배터리 시스템에 특히 중요하다. 이는 Ni-MH가 그러한 높은 특정 에너지를 가지며 충전 및 방전 전류가 또한 높기 때문이다. 예를 들어, 한시간 내에 납산전지를 충전하기 위해서는, 35 Amps의 전류가 사용되나, Ni-MH 배터리의 재충전은 동일한 한 시간의 재충전을 위해 100 Amps의 전류가 사용된다. 둘째, Ni-MH가 예외적인 에너지 밀도(즉, 에너지가 매우 조밀하게 저장됨)를 갖기 때문에, 열 방출이 납산전지보다 더 어렵다. 이는 표면 면적 대 체적 비가 납산전지보다 상당히 작기 때문이며, 이는 발생된 열이 납산전지에 대해서 보다도 Ni-MH 배터리에 대해 2.5배 더 많은 반면, 열 방출 표면이 줄어드는 것을 의미한다.Although these parameters are generally common to all electric battery systems, they are particularly important for nickel-metal hydride battery systems. This is because Ni-MH has such a high specific energy and the charge and discharge currents are also high. For example, to charge a lead-acid battery within an hour, a current of 35 Amps is used, while a recharge of a Ni-MH battery uses a current of 100 Amps for the same hour of recharging. Second, heat release is more difficult than lead-acid batteries because Ni-MH has exceptional energy density (i.e. energy is stored very densely). This is because the surface area-to-volume ratio is considerably smaller than lead-acid batteries, which means that the heat generated is 2.5 times more for Ni-MH batteries than for lead-acid batteries, while the heat dissipation surface is reduced.

다음의 예시는 전기 차량용의 Ni-MH 배터리 팩 설계시 직면하는 열관리 문제를 이해하는 데 도움이 된다. General Motors에 특허허여된 미국 특허번호 제 5,378,555호(이하에 참조문헌으로서 개시됨)에는, 납산전지를 사용하는 전기 차량 배터리 팩이 개시된다. 납산전지를 이용하는 배터리 팩 시스템은 약 13 kWh의 용량과 약 800 파운드의 무게를 가지며, 약 90 마일의 운송 거리를 갖는다. 납산전지 팩을 동일한 크기의 Ovonic 배터리 팩으로 대체함으로써, 그 용량은 35 kWh로 증가하고 운송 거리는 약 250 마일까지 늘어난다. 이 비교를 통해 15분의 충전 동안, Ni-MH 배터리 팩에 공급되는 전원은 상응하는 추가 열을 가지며, 납산전지 팩에 공급되는 전력보다 2.7배 더 큼을 알 수 있다. 그러나, 이 상황은 방전 중에는 다소 다르다. 고속도로에서 일정속도를 가지는 차량에 전력을 공급하기 위해서는, 그 배터리에 흡수되는 전류는 Ni-MH 배터리 또는 납산전지(또는 다른 전력원)이든지 간에 동일하다. 기본적으로 차량을 구동하는 전기 모터는 어디에서 에너지를 얻는지 또는 어떤 형태의 배터리가 전력을 공급하는지를 알 지 못하거나 관심이 없다. 방전시에 Ni-MH 배터리 및 납산전지의 가열의 차이점은 방전 거리이다. 즉, Ni-MH 배터리는 납산전지보다 2.7배 더 먼 거리로 차량을 구동하기 때문에, 이 배터리는 "냉각"하기 전에 더 많은 작동시간을 가지게 된다.The following examples will help you understand the thermal management challenges you face when designing Ni-MH battery packs for electric vehicles. US Patent No. 5,378,555, which is hereby incorporated by reference to Patents General Motors, discloses an electric vehicle battery pack using a lead acid battery. A battery pack system using lead acid batteries has a capacity of about 13 kWh, a weight of about 800 pounds, and a transport distance of about 90 miles. By replacing lead-acid battery packs with Ovonic battery packs of the same size, the capacity increases to 35 kWh and the transportation distance increases by approximately 250 miles. This comparison shows that for 15 minutes of charging, the power supplied to the Ni-MH battery pack has a corresponding additional heat and is 2.7 times greater than the power supplied to the lead-acid battery pack. However, this situation is somewhat different during discharge. In order to power a vehicle with a constant speed on the highway, the current absorbed by the battery is the same whether it is a Ni-MH battery or a lead acid battery (or other power source). Basically, the electric motor that drives the vehicle does not know or care where it gets its energy or what type of battery it supplies. The difference between the heating of the Ni-MH battery and the lead acid battery during discharge is the discharge distance. That is, because Ni-MH batteries drive the vehicle 2.7 times farther than lead-acid batteries, they have more operating time before "cooling".

게다가, 소형의 소비자 배터리 또는 비교적 아주 큰 배터리가 한정된 시간 동안에 단독으로 사용될 경우 Ni-MH 배터리의 충전 및 방전 중에 발생된 열은 그 배터리 내에서 보통 문제가 되지 않는 반면에, 연속적인 전력원으로서 기능하는 큰 배터리는, 특히 인공위성 또는 전기 차량내에서와 같이, 하나 이상이 직렬 또는 병렬로 사용될 때, 방전 및 충전시에 충분한 열을 발생하여 배터리 모듈 또는 배터리 팩 시스템의 궁극적인 성능에 영향을 미치게 된다.In addition, when small consumer batteries or relatively very large batteries are used alone for a limited time, the heat generated during charging and discharging of Ni-MH batteries is usually not a problem in them, while functioning as a continuous power source. Large batteries that generate sufficient heat during discharging and charging, especially when one or more are used in series or in parallel, such as in satellite or electric vehicles, will affect the ultimate performance of the battery module or battery pack system. .

그 결과, 배터리, 배터리 모듈 및 배터리 팩 시스템 설계 분야에서 이들의 전반적인 무게를 감소시키고, 에너지 저장용량 또는 전력 출력량을 줄이지 않으면서 전기 차량의 원만한 운용을 위해 요구되는 필수요건인 열관리를 실행하며, 배터리의 신뢰성을 향상시키고, 그 비용을 감소시킬 필요가 있게 된다.As a result, batteries, battery modules, and battery pack system designs reduce their overall weight, implement thermal management, which is an essential requirement for the smooth operation of electric vehicles, without reducing energy storage capacity or power output, and It is necessary to improve the reliability of the, and reduce its cost.

선행 기술의 결함A deficiency in prior art

고에너지 배터리를 이용하는 전기 차량 배터리 시스템의 열관리는 전에는 결코 증명되지 못했다. 상승 온도에서 작용하는 Na-S와 같은 몇몇 기술은 완전히 절연되어서 특정의 작용 온도를 유지하도록 하는 방식이다. 이러한 배열은 열관리 장치의 지나친 하중, 고도의 복잡성 및 지나친 비용증가로 인한 전반적인 에너지 밀도에서의 심한 부담으로 인해 바람직하지 못하다. Ni-Cd와 같은 다른 시스템에서, 열관리 장치는 수냉식 시스템을 이용하는 시도도 했다. 또한, 이러한 유형의 열관리 시스템은 배터리 팩에 대해 중량, 복잡도 및 비용 문제를 수반한다.Thermal management of electric vehicle battery systems using high energy batteries has never been proven before. Some techniques, such as Na-S, which operate at elevated temperatures, are such that they are completely insulated to maintain a specific operating temperature. This arrangement is undesirable due to the heavy burden on the overall energy density due to excessive load, high complexity and excessive cost of the thermal management device. In other systems, such as Ni-Cd, thermal management devices have also attempted to use water-cooled systems. In addition, this type of thermal management system carries weight, complexity and cost issues for battery packs.

간략히 명기한 바와 같이, 선행 기술의 내용은 통합된 배터리 구조/내부 디자인, 배터리 모듈 및 경량이며 복잡하지 않고 저가이며, 상기 배터리, 모듈 및 팩의 기계적인 지지부와 공기 냉각 열관리 시스템을 결합하는 열적 측면에서 관리될 수 있는 배터리 팩 시스템을 제시하지 않는다.As briefly stated, the prior art is based on an integrated battery structure / internal design, battery module and lightweight, inexpensive, low cost, thermal aspect that combines the mechanical support of the battery, module and pack with an air cooling thermal management system. It does not present a battery pack system that can be managed by.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명의 한 측면에 따르면, 본 발명은 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리를 제공한다. 상기 배터리는: 1)배터리 양전극 단자 및 배터리 음전극 단자를 갖는 배터리 케이스; 2)상기 배터리 케이스 내에 위치하며 상기 배터리 양전극 단자와 전기적으로 연결된 적어도 하나의 배터리 양전극; 3)상기 배터리 케이스 내에 위치하며 상기 배터리 음전극 단자와 전기적으로 연결된 적어도 하나의 배터리 음전극; 4)상기 배터리 케이스 내의 상기 양전극 및 음전극 사이에 위치하여 상기 음전극으로부터 상기 양전극을 전기적으로 절연하나 이들의 화학적인 상호작용을 가능하도록 하는 적어도 하나의 배터리 전극 분리기; 및 5)상기 양전극, 상기 음전극 및 상기 분리기를 둘러싸며 침수시키는 배터리 전해액을 구비한다. 상기 배터리 케이스는 프리즘 형태이며 최적의 두께 대 너비 대 높이의 종횡비를 갖는다.According to one aspect of the invention, the invention provides a mechanically improved rechargeable battery. The battery comprises: 1) a battery case having a battery positive electrode terminal and a battery negative electrode terminal; 2) at least one battery positive electrode positioned in the battery case and electrically connected to the battery positive electrode terminal; 3) at least one battery negative electrode positioned in the battery case and electrically connected to the battery negative electrode terminal; 4) at least one battery electrode separator positioned between the positive electrode and the negative electrode in the battery case to electrically insulate the positive electrode from the negative electrode but enable chemical interaction thereof; And 5) a battery electrolyte surrounding the positive electrode, the negative electrode, and the separator. The battery case is prismatic and has an optimum thickness to width to height aspect ratio.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 개선된, 고전력 배터리 모듈을 구비한다. 본 발명의 배터리 모듈은: 1)다수 개의 개별 배터리; 2)상기 모듈의 상기 개별 배터리를 서로 연결하며 별개의 배터리 모듈을 전기적으로 서로 연결하기 위한 수단을 제공하는 다수 개의 전기적 상호 연결장치; 및 3)배터리 모듈 번들링/압축 수단을 구비한다. 상기 배터리는 배터리 구성요소의 팽창으로 인해 발생되는 외부 압력의 균형을 맞추기 위해 최적의 외부의 기계적인 압축하에서 상기 모듈 번들링/압축 수단내에서 번들링되며 각 셀내에서 상기 배터리 전극상에 추가적인 내부 압축을 제공하여 상기 양전극과 상기 음전극간의 거리를 감소시켜 전체 셀 전력을 증가시킨다.According to another aspect of the present invention, the present invention includes an improved, high power battery module. The battery module of the present invention comprises: 1) a plurality of individual batteries; 2) a plurality of electrical interconnections connecting said individual batteries of said module to each other and providing means for electrically connecting separate battery modules to each other; And 3) battery module bundling / compression means. The battery is bundled within the module bundling / compression means under optimal external mechanical compression to balance external pressures caused by the expansion of battery components and provides additional internal compression on the battery electrodes in each cell. Therefore, the distance between the positive electrode and the negative electrode is reduced to increase the total cell power.

상기 모듈 번들링/압축 수단은 1)요구되는 배터리 압축 정도를 고려하며; 2)진동에 대한 저항을 가진 모듈 번들러의 요구되는 기계적인 기능을 수행하며; 3)가능한 가볍게 설계된다.The module bundling / compression means 1) takes into account the required degree of battery compression; 2) performs the required mechanical functions of the module bundler with resistance to vibration; 3) Designed as lightly as possible.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 경량의 기계적인 구조를 가진 유체 냉각 배터리 팩 시스템을 제공한다. 가장 기본적으로, 본 발명의 유체 냉각 배터리 팩 시스템은: 1)적어도 하나의 냉각제 입구 및 적어도 하나의 냉각제 출구를 가지는 배터리 팩 케이스; 2)상기 케이스 내에 위치하여서 상기 케이스 벽으로부터 이격되며 또한 상기 케이스 내의 다른 배터리 모듈로부터 이격되어 그 번들링된 배터리의 적어도 하나의 표면을 따라, 그 너비가 상기 배터리로부터 상기 냉각제까지 대류이며 도전성을 가진 방사성의 열 이동장치를 통해 최대의 열 이동을 가능하게 하는 최적의 크기를 갖는 냉각제 유동 채널을 형성하도록 하는 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 3)상기 냉각제가 상기 케이스의 상기 냉각제 입구 수단으로 유입되도록 하여 상기 냉각제 유동 채널을 통해 흘러서 상기 케이스의 상기 냉각제 출구 수단을 통해 배출되도록 하는 적어도 하나의 냉각제 이송 수단을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 배터리 팩 시스템은 공기로 냉각되어진다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a fluid cooling battery pack system having a lightweight mechanical structure. Most basically, the fluid cooling battery pack system of the present invention comprises: 1) a battery pack case having at least one coolant inlet and at least one coolant outlet; 2) conducting and conducting radioactive, convective from the battery to the coolant, the width of which is located within the case, spaced apart from the case wall and spaced apart from other battery modules in the case and along at least one surface of the bundled battery. At least one battery module configured to form a coolant flow channel having an optimal size that allows for maximum heat transfer through the heat transfer device of the apparatus; And 3) at least one coolant conveying means for allowing said coolant to flow into said coolant inlet means of said case to flow through said coolant flow channel and to be discharged through said coolant outlet means of said case. In a preferred embodiment, the battery pack system is cooled with air.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 배터리, 모듈 및 배터리 팩 시스템의 상기 언급된 기계적인 설계는 최소의 과충전 및 열 발생 관리를 통해 배터리 수명을 연장하면서 상기 배터리 팩 시스템을 빠르게 충전하도록 설계된 충전기 알고리즘을 통해 전자적으로 일체화된다.According to another aspect of the invention, the invention provides that the above mentioned mechanical design of the battery, module and battery pack system is designed to quickly charge the battery pack system while extending battery life with minimal overcharge and heat generation management. Electronically integrated via charger algorithm.

최종적으로, 상기 배터리, 모듈 및 팩은 가변적인 대기 상태에서 원하는 동작 거리 내에서 상기 재충전가능한 배터리 시스템의 온도를 유지하기 위해, 상기 대기 열 상태에 가장 많이 직접적으로 노출된 상기 재충전가능한 배터리 시스템의 적어도 그 부분에 가변형의 열 절연을 제공하는 수단을 또한 포함한다.Finally, the batteries, modules and packs are at least one of the rechargeable battery systems most directly exposed to the standby heat state to maintain the temperature of the rechargeable battery system within a desired operating distance in a variable standby state. It also includes means for providing variable thermal insulation to that portion.

도 1은 본 발명에 따른 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리, 특히 배터리 전극, 분리기, 배터리 케이스 및 배터리 전극 단자들을 도시한 횡단면도;1 shows a cross-sectional view of a mechanically improved rechargeable battery according to the invention, in particular a battery electrode, a separator, a battery case and battery electrode terminals;

도 2는 본 발명에 따른 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리, 특히 결합시 상호작용하는 배터리 구성요소들을 도시한 도식화된 횡단면 전개도;2 is a schematic cross-sectional exploded view showing a mechanically improved rechargeable battery according to the present invention, in particular battery components interacting upon coupling;

도 3은 도 2에 도시된 단자, 캔 상부, 단자 실 및 전극 콤의 확대도;3 is an enlarged view of the terminal, can top, terminal seal and electrode comb shown in FIG. 2;

도 4는 배터리 캔 상부에 배터리 단자를 실링하기 위해 형성된 주름 실의 횡단면도;4 is a cross sectional view of a corrugated seal formed to seal a battery terminal on top of a battery can;

도 5는 상기 배터리 단자의 일 실시예, 특히 압력 배출구가 단자와 어떻게 통합될 수 있는 지를 도시한 횡단면도;5 is a cross-sectional view showing one embodiment of the battery terminal, in particular how the pressure outlet can be integrated with the terminal;

도 6은 상기 배터리 단자의 다른 실시예, 특히 소켓형태의 전기적인 납 연결장치와 단자가 어떻게 통합될 수 있는 지를 도시한 횡단면도;6 is a cross-sectional view showing another embodiment of the battery terminal, in particular how the terminal can be integrated with an electrical lead connection device in the form of a socket;

도 7은 전극 콤의 예시도;7 shows an example of an electrode comb;

도 8은 본 발명의 배터리 모듈, 특히 일정 방향성, 외부의 기계적인 압축하에서 배터리를 지지하는 바 및 엔드 플레이트 및 압축 축을 포함하여 번들링되는 배터리들을 도시한 상면도;FIG. 8 is a top view of the battery module of the present invention, in particular the batteries that are bundled, including the end plate and the compression shaft, and the support bars and the support plate under constant directional, external mechanical compression;

도 9는 도 8의 배터리 모듈, 특히 엔드 플레이트의 리브내의 슬롯에 설정된 금속 바를 도시한 측면도;FIG. 9 is a side view of the battery module of FIG. 8, in particular a metal bar set in a slot in the rib of the end plate; FIG.

도 10은 도 8 및 9의 배터리 모듈, 특히 서로 상호작용하는 엔드 플레이트 및 압축 바를 도시한 부분도;10 shows a partial view of the battery module of FIGS. 8 and 9, in particular the end plate and the compression bar interacting with each other;

도 11은 본 발명의 배터리 모듈, 특히 본 발명에 따른 모듈 스페이서 및 이에 부착된 스페이서 탭을 도시한 상면도;11 is a top view of a battery module of the invention, in particular a module spacer according to the invention and a spacer tab attached thereto;

도 12는 도 11의 배터리 모듈, 특히 배터리 모듈의 상부 및 하부상에 위치한 모듈 스페이서를 도시한 측면도;FIG. 12 is a side view of the battery module of FIG. 11, in particular module spacers located on top and bottom of the battery module; FIG.

도 13a는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 단 플레이트의 일 실시예, 특히 리브가 형성된 엔드 플레이트를 도시한 예시도;Figure 13a illustrates an embodiment of the end plate of the battery module according to the invention, in particular the end plate with ribs formed;

도 13b는 도 13a의 리브가 형성된 엔드 플레이트의 횡단면도;13B is a cross-sectional view of the ribbed end plate of FIG. 13A;

도 14는 본 발명에 따른 모듈 및 배터리 팩에서 유용한 편조 케이블 상호연결장치의 일 실시예, 특히 플랫형의 편조 케이블 전기적 상호연결장치를 도시한 예시도;14 illustrates an embodiment of a braided cable interconnector useful in modules and battery packs, in particular flat braided cable electrical interconnectors, in accordance with the present invention;

도 15는 본 발명에 따른 유체 냉각 배터리 팩의 일 실시예, 특히 모듈 스페이서가 냉각제 유동 채널, 유체 입구 및 출구 포트 및 유체 이송 수단을 형성하게 되는 팩 케이스 내의 배터리 모듈의 매트릭스 배치를 도시한 상면도;15 is a top view of a matrix arrangement of battery modules in a pack case in which an embodiment of a fluid cooled battery pack according to the invention, in particular the module spacer, forms coolant flow channels, fluid inlet and outlet ports and fluid transfer means; ;

도 16은 팩 자기 방전 동안 배터리 온도에 영향을 미치는 온도 제어형의 팬 알고리즘을 나타내는 배터리 온도 대 정지 시간의 구성도;16 is a schematic diagram of battery temperature vs. downtime showing a temperature controlled fan algorithm that affects battery temperature during pack self discharge;

도 17은 배터리 저항 및 배터리 두께 대 외부 압축력, 최적의 기능적인 범위를 보여준 구성도;17 is a schematic showing battery resistance and battery thickness versus external compressive force, optimal functional range;

도 18은 Wh/kg의 배터리 온도 대 특정 에너지의 구성을 보여주는 배터리의 특정 에너지에 대한 온도 효과의 예시도;18 is an illustration of the temperature effect on a particular energy of a battery showing the composition of the battery temperature versus specific energy of Wh / kg;

도 19는 W/kg의 배터리 온도 대 특정 전력의 구성을 보여주는 배터리의 특정 전력에 대한 온도 효과의 예시도;19 is an illustration of the temperature effect on a specific power of a battery showing the configuration of the battery temperature vs. specific power of W / kg;

도 20은 냉각제 체적 유량 및 냉각제 유동 채널을 통해 수직으로 흐르는 냉각제에 대한 최대 열전달 및 냉각제 속도율 대 센터라인 간격(냉각제 채널의 평균 너비와 관련된) 관계의 구성도;20 is a schematic diagram of the relationship between coolant volume flow rate and maximum heat transfer and coolant rate versus centerline spacing (relative to average width of coolant channel) for coolant flowing vertically through the coolant flow channel;

도 21은 냉각제 체적 유량 및 냉각제 유동 채널을 통해 수평으로 흐르는 냉각제에 대한 최대 열전달 및 냉각제 속도율 대 센터라인 간격(냉각제 채널의 평균 너비와 관련된) 관계의 구성도;21 is a schematic diagram of the relationship between coolant volume flow rate and maximum heat transfer and coolant rate versus centerline spacing (relative to average width of coolant channel) for coolant flowing horizontally through the coolant flow channel;

도 22는 "온도보상 전압 리드" 충전 방법을 이용하여 충전 및 방전중에 대기로부터 온도 상승 및 팩 전압 대 시간 관계의 구성도;Figure 22 is a schematic diagram of the temperature rise and pack voltage vs. time relationship from the atmosphere during charging and discharging using the "temperature compensated voltage lead" charging method;

도 23은 "고정 전압 리드" 충전 방법을 이용하여 충전 및 방전중에 대기로부터 온도 상승 및 팩 전압 대 시간 관계의 구성도;Figure 23 is a schematic diagram of the temperature rise and pack voltage vs. time relationship from the atmosphere during charging and discharging using the "fixed voltage lead" charging method;

도 24는 Ah에서 측정된 배터리 용량 대 M-계열 배터리에 대한 배터리 형태 관계의 구성도;24 is a schematic diagram of a battery type relationship for an M-series battery versus a battery capacity measured at Ah;

도 25는 W에서 측정된 배터리 전력 대 M-계열 배터리에 대한 배터리 형태 관계의 구성도;25 is a schematic diagram of a battery type relationship for battery power measured at W versus M-series batteries;

도 26은 mAh/cm2에서 측정된 정규화된 배터리 용량 대 M-계열 배터리에 대한 배터리 형태 관계의 구성도;FIG. 26 is a plot of battery type relationship for normalized battery capacity measured at mAh / cm 2 versus M-series batteries. FIG.

도 27은 mW/cm2에서 측정된 정규화된 배터리 전력 대 M-계열 배터리에 대한 배터리 형태 관계의 구성도;27 is a schematic diagram of a battery type relationship for normalized battery power versus M-series batteries measured at mW / cm 2 ;

도 28은 W/Kg에서 측정된 특정 배터리 전력 대 M-계열 배터리에 대한 배터리 형태 관계의 구성도; 및28 is a schematic diagram of a battery type relationship for a specific battery power versus M-series batteries measured at W / Kg; And

도 29는 Wh/kg에서 측정된 특정 배터리 에너지 대 M-계열 배터리에 대한 배터리 형태 관계의 구성도.29 is a schematic diagram of a battery type relationship for a specific battery energy versus M-series batteries measured at Wh / kg.

일반적으로 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 측면은 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리를 제공한다. 보편적으로 니켈 금속 수소화물 배터리 시스템과 같은 재충전가능한 배터리 분야에서는, 배터리, 모듈 및 팩 설계의 기계적 측면을 개선하는 데 있어서 보다 적은 시간과 에너지를 소비하면서 배터리의 전기화학적 측면에 중요성을 많이 두게 된다.As generally shown in FIG. 1, one aspect of the invention provides a mechanically improved rechargeable battery. BACKGROUND OF THE INVENTION In the field of rechargeable batteries, such as nickel metal hydride battery systems, there is a great deal of importance on the electrochemical aspects of batteries with less time and energy in improving the mechanical aspects of batteries, modules and pack designs.

본 발명자들은 에너지 밀도(부피 및 중량 측정 모두), 강도, 내구성, 배터리 성능의 기계적 측면 및 열 관리와 같은 측면을 살피면서 재충전가능한 배터리 시스템의 기계적 측면에서의 설계상의 개선점을 연구해왔다.We have studied design improvements in the mechanical aspects of rechargeable battery systems while looking at aspects such as energy density (both volume and gravimetric), strength, durability, mechanical aspects of battery performance and thermal management.

이러한 연구에 따라서, 본 발명자들은 기계적으로 향상된 재충전가능한 배터리(1)를 제공한다. 상기 배터리는: 1)배터리 양전극 단자(7) 및 배터리 음전극 단자(8)를 가지는 배터리 케이스(2); 2)상기 배터리 케이스(2)내에 위치하며 상기 배터리 양전극 단자(7)와 전기적으로 연결된 적어도 하나의 배터리 양전극(5); 3)상기 배터리 케이스(2)내에 위치하며 상기 배터리 음전극 단자(8)와 전기적으로 연결된 적어도 하나의 배터리 음전극(4); 4)상기 배터리 케이스(2)내의 상기 양전극 및 음전극 사이에 위치하여 상기 음전극으로부터 상기 양전극을 전기적으로 절연하나 이들의 화학적인 상호작용을 가능하도록 하는 적어도 하나의 배터리 전극 분리기(6); 및 5)상기 양전극(5), 상기 음전극(4), 및 상기 분리기(6)를 둘러싸며 침수시키는 배터리 전해액(미도시)을 구비한다. 상기 배터리 케이스(2)는 프리즘 형태이며 최적의 두께 대 너비 대 높이의 종횡비를 갖는다.In accordance with this study, the inventors provide a mechanically improved rechargeable battery 1. The battery comprises: 1) a battery case (2) having a battery positive electrode terminal (7) and a battery negative electrode terminal (8); 2) at least one battery positive electrode 5 positioned in the battery case 2 and electrically connected to the battery positive electrode terminal 7; 3) at least one battery negative electrode 4 located in the battery case 2 and electrically connected to the battery negative electrode terminal 8; 4) at least one battery electrode separator (6) positioned between the positive electrode and the negative electrode in the battery case (2) to electrically insulate the positive electrode from the negative electrode but to enable chemical interaction thereof; And 5) a battery electrolyte (not shown) surrounding and immersing the positive electrode 5, the negative electrode 4, and the separator 6. The battery case 2 is in the form of a prism and has an optimum thickness to width to height aspect ratio.

여기에 사용된 것으로서, 용어 "배터리"는 특히 분리기에 의해 분리되며, 외부에 양단자 및 음단자를 가진 케이스 내에 밀봉되며 각각의 단자에 모두 연결되는 다수 의 양전극 및 음전극을 포함하는 전기화학적 셀을 가리킨다.As used herein, the term "battery" refers to an electrochemical cell comprising a plurality of positive and negative electrodes, all of which are separated by a separator and sealed in a case having both positive and negative terminals externally, all connected to respective terminals. Point.

하기한 바와 같이, 그러한 최적화된 종횡비를 가지지 않은 프리즘형의 배터리와 비교했을 때, 이런 최적화된 종횡비로 인해 배터리는 균형잡힌 최적의 특성을 갖출 수 있게 된다. 특히, 두께, 너비 및 높이가 모두 최적화되어 최대의 용량 및 전력 출력을 가능케 하며 해로운 부작용을 제거할 수 있게 된다. 게다가, 이러한 특별한 케이스는 일정 방향으로 외부적인 기계적 압축을 가짐으로써 용이하게 보충될 수 있는 그러한 일정 방향의 팽창을 할 수 있도록 설계된다. 본 발명자들은 최적의 전극 두께 대 너비 비는 약 0.1 대 0.75 사이이며 최적의 높이 대 너비 비는 0.75 대 2. 1 사이임을 알게 되었다. 특정의 배터리 예들과 그 전극 높이 대 너비 비가 아래의 표 1에 보여진다.As discussed below, this optimized aspect ratio allows the battery to have balanced optimal characteristics when compared to prismatic batteries that do not have such an optimized aspect ratio. In particular, the thickness, width and height are all optimized to allow for maximum capacity and power output and to eliminate harmful side effects. In addition, this particular case is designed to allow for expansion in such a direction that can be easily supplemented by having external mechanical compression in the direction. The inventors have found that the optimal electrode thickness to width ratio is between about 0.1 to 0.75 and the optimal height to width ratio is between 0.75 to 2.1. Specific battery examples and their electrode height to width ratios are shown in Table 1 below.

표 1Table 1

배터리 형태Battery type 높이(mm)Height (mm) 너비(mm)Width (mm) 비(H/W)Rain (H / W) LL 140140 7575 1.871.87 MM 187187 9191 2.062.06 M-20M-20 167167 9191 1.841.84 M-40M-40 147147 9191 1.621.62 M-60M-60 127127 9191 1.401.40

최적의 비율 범위내에서도, 배터리의 원하는 특성에 따라 좌우되는 부차적인 최적의 범위도 있음을 주목해야만 한다. 도 24 내지 29는 M 계열의 배터리(표 1에 도시한)의 여러 가지 높이 대 너비 종횡비가 어떤 방식에서 원하는 특정 특성에 좌우되는 여러 가지 최적효과를 제공하는 지를 보여준다. 각각 Ah에서 배터리 용량 및 W에서 측정된 배터리 전력 대 배터리 형태 관계의 구성도인 도 24 및 25는 M 셀이 최대의 용량과 전력면에서 우수하다는 사실을 보여준다. 그러나, mAh/cm2에서 측정된 정규화된 배터리 용량 및 mW/cm2에서 측정된 배터리 전력 대 배터리 형태 관계의 구성도인 도 26 및 27에서 알 수 있듯이, 만약 용량 및 전력이 전극 범위내에서 정규화된다면, M-40 셀이 가장 우수하다. 또한, 만약 배터리의 특정 전력이 정해진다면, W/Kg에서 측정된 배터리의 특정 전력 대 배터리 형태 관계의 구성도인 도 28에 도시한 바와 같이, 또한 M-40 셀이 우수하다. 마지막으로, 만약 배터리의 특정 에너지가 중요하다면, Wh/Kg에서 측정된 배터리의 특정 에너지 대 배터리 형태 관계의 구성도인 도 29에 도시한 바와 같이, M-20 셀이 우수하다.It should be noted that even within the optimum ratio range, there are also secondary optimal ranges that depend on the desired characteristics of the battery. 24 to 29 show how the different height to width aspect ratios of the M series batteries (shown in Table 1) provide various optimal effects depending on the specific characteristics desired. 24 and 25, which are schematics of the battery power versus battery type relationship measured at battery capacity and W at Ah, respectively, show that M cells are superior in terms of maximum capacity and power. However, as can be seen in FIGS. 26 and 27, which are the schematics of the normalized battery capacity measured at mAh / cm 2 and the battery power versus battery type relationship measured at mW / cm 2 , if capacity and power are normalized within the electrode range, If so, the M-40 cell is the best. Further, if the specific power of the battery is determined, the M-40 cell is also superior, as shown in Figure 28, which is a schematic diagram of the specific power versus battery type relationship of the battery measured at W / Kg. Finally, if the specific energy of the battery is important, the M-20 cell is superior, as shown in Figure 29, which is a schematic of the specific energy versus battery type relationship of the battery measured at Wh / Kg.

최적비의 결정에서, 본 발명자들은 만약 배터리의 높이가 너무 높다면(크다면) 전극이 팽창 및 수축시에 갈라지는 경향이 심해진다는 점을 알게 되었다. 또한 전극의 내부 전기저항이 늘어나게 되고 배터리의 하부로의 전해액의 중량적인 분리가 전극의 상부를 건조하게 하는 문제가 발생한다. 이런 후자의 문제는 배터리의 용량 및 전력 출력을 감소시킨다. 한편, 만약 전극이 너무 짧으면, 배터리의 용량 및 전력은 전기화학적 활성 물질의 낮아진 함유량으로 인해 줄어들게 되고 배터리의 특정 에너지 밀도는 자중 배터리 구성요소 대 전기화학적 활성 구성요소의 비율 변화로 인해 줄어들게 된다.In determining the optimal ratio, the inventors have found that if the height of the battery is too high (large), the electrode tends to break apart upon expansion and contraction. In addition, the internal electrical resistance of the electrode is increased, and the weight separation of the electrolyte solution to the bottom of the battery causes a problem that the top of the electrode is dried. This latter problem reduces the capacity and power output of the battery. On the other hand, if the electrode is too short, the capacity and power of the battery will be reduced due to the lower content of the electrochemically active material and the specific energy density of the battery will be reduced due to the change in ratio of the self-weight battery component to the electrochemically active component.

또한, 만약 배터리가 너무 넓으면, 전극이 팽창 및 수축시에 갈라지는 경향이 심해진다. 또한 배터리의 용량 및 전력 출력을 감소시키는 전극의 내부 전기저항이 늘어나게 되는 문제가 발생한다. 그러나, 만약 전극이 너무 좁으면, 배터리의 용량 및 전력은 전기화학적 활성 물질의 낮아진 함유량으로 인해 줄어들게 되고 배터리의 특정 에너지 밀도는 자중 배터리 구성요소 대 전기화학적 활성 구성요소의 비율 변화로 인해 줄어들게 된다.In addition, if the battery is too wide, the electrode tends to split upon expansion and contraction. In addition, there is a problem that the internal electrical resistance of the electrode, which reduces the capacity and power output of the battery increases. However, if the electrodes are too narrow, the capacity and power of the battery will be reduced due to the lowered content of the electrochemically active material and the specific energy density of the battery will be reduced due to the change in ratio of the self-weighted battery component to the electrochemically active component.

마지막으로, 만약 배터리가 너무 두꺼우면, 배터리 용량 및 전력을 감소시키게 되는 중심 전극으로부터 열방출이 부적절하게 이루어지는 문제가 발생한다. 또한, 배터리 케이스에 휨 현상과 손상을 가져오며 양전극과 음전극간에 갭을 형성하여 배터리 전력과 용량을 감소하게 하는 두께 방향으로 전반적인 전극 번들의 팽창현상이 증가된다. 이러한 지나친 전극 번들의 팽창은 외부적인 기계적 압축에 의해 보충되어야만 한다. 그러나, 배터리가 너무 두꺼울 때는, 지나친 외부 압력이 전극의 팽창과 분열을 보충하기 위해 필요하게 된다. 한편, 만약 배터리가 너무 얇으면, 적은 수의 전극이 배터리 내에 존재할 것이며, 그러므로, 배터리의 용량 및 전력은 전기화학적 활성 물질의 낮아진 함유량으로 인해 줄어들게 되고 배터리의 특정 에너지 밀도는 자중 배터리 구성요소 대 전기화학적 활성 구성요소의 비율 변화로 인해 줄어들게 된다.Finally, if the battery is too thick, a problem arises in which heat dissipation is inappropriate from the center electrode, which reduces battery capacity and power. In addition, the phenomenon of deflection and damage to the battery case is increased, and the overall expansion of the electrode bundle is increased in the thickness direction to form a gap between the positive electrode and the negative electrode, thereby reducing battery power and capacity. This excessive expansion of the electrode bundle must be compensated for by external mechanical compression. However, when the battery is too thick, excessive external pressure is needed to compensate for the expansion and fragmentation of the electrode. On the other hand, if the battery is too thin, fewer electrodes will be present in the battery, and therefore the capacity and power of the battery will be reduced due to the lower content of the electrochemically active material and the specific energy density of the battery will depend on the self-weight battery component versus electricity. Due to a change in the proportion of chemically active components.

본 발명 내의 용어 "팽창"은 열 및 전기화학적인 팽창을 모두 포함한다. 열 팽창은 상기한 바 있는 그러한 메커니즘에 의해 배터리 구성요소의 가열로 인한 것이며 전기화학적 팽창은 배터리의 전기화학적 활성 물질의 충전 및 방전된 상태에서 다른 격자 구조 사이에서 생기는 변화에 기인하다.The term "expansion" within the present invention encompasses both thermal and electrochemical expansion. Thermal expansion is due to the heating of the battery components by such a mechanism as described above and the electrochemical expansion is due to the changes that occur between different lattice structures in the charged and discharged state of the electrochemically active material of the battery.

상기 배터리 케이스(2)는 바람직하게 열 전도성이며 기계적으로 강하고 단단하며 금속과 같이 배터리 화학성질에 화학적으로 비활성인 물질로부터 형성된다. 또는, 상기 배터리 케이스 물질로서 폴리머 또는 복합 물질이 사용될 수 있다. 그러한 물질을 선택함에 있어서, 열전달 측면이 고려되어야만 한다. 참조문헌으로서 본 원에 개시된, 1995년 5월 5일자로 출원된 미국 출원번호 제 08/238,570호에 상세히 개시된 바와 같이, 플라스틱 케이스를 통한 실험결과는 플라스틱 케이스를 가진 금속 수소화물 배터리의 내부 온도는 용량의 120%로의 C/10에서 사이클링 후에 대기로부터 약 80℃ 상승하나, 반면에 스테인레스 스틸 케이스는 단지 32℃ 정도 상승한다. 그 결과, 열전도성의 폴리머 또는 복합 물질로 이루어진 케이스가 바람직함을 알 수 있다. 가장 바람직하게, 상기 케이스는 스테인레스 스틸로 형성된 것이다. 금속 케이스의 외부를 비전도성의 폴리머 코팅제(미도시)로 코팅함으로써 주위 환경으로부터 금속 케이스의 외부를 전기적으로 절연하는 것이 바람직하다. 그러한 코팅층의 예로서 폴리에스테르와 같은 폴리머로 만들어진 절연성의 폴리머 테이프 층을 들 수 있다. 상기 폴리머 테이프의 기계적인 세기 및 그 거친 표면은 절연 특성만큼 중요하다. 또한, 바람직하게 이는 저가이며, 균일하며 얇다.The battery case 2 is preferably formed from a material which is thermally conductive, mechanically strong and rigid and chemically inert to the battery chemistry, such as metal. Alternatively, a polymer or composite material may be used as the battery case material. In selecting such materials, heat transfer aspects must be considered. As described in detail in US application Ser. No. 08 / 238,570, filed May 5, 1995, disclosed herein by reference, the results of experiments with a plastic case indicate that the internal temperature of the metal hydride battery with the plastic case is The temperature rises about 80 ° C. from the atmosphere after cycling at C / 10 to 120% of the capacity, while the stainless steel case rises only 32 ° C. As a result, it can be seen that a case made of a thermally conductive polymer or a composite material is preferable. Most preferably, the case is formed of stainless steel. It is desirable to electrically insulate the outside of the metal case from the surrounding environment by coating the outside of the metal case with a nonconductive polymer coating (not shown). An example of such a coating layer is an insulating polymer tape layer made of a polymer such as polyester. The mechanical strength of the polymer tape and its rough surface are just as important as the insulating properties. It is also preferably inexpensive, uniform and thin.

또한 상기 배터리 케이스(2)의 내부는 배터리 전극으로부터 전기적으로 절연되어야만 한다. 이는 상기 배터리 케이스의 내부상에 전기적 절연 폴리머(미도시)를 코팅하거나, 또는 배터리 화학성질에 비활성상태에 있는 전기적 절연 폴리머 백(미도시)내에 배터리 전극 및 전해액을 담아둠으로써 달성될 수 있다. 그런 다음, 이 백은 밀봉되어 상기 배터리 케이스(2)내에 삽입된다.In addition, the inside of the battery case 2 must be electrically insulated from the battery electrodes. This can be accomplished by coating an electrically insulating polymer (not shown) on the interior of the battery case or by placing the battery electrode and electrolyte in an electrically insulating polymer bag (not shown) that is inactive to the battery chemistry. The bag is then sealed and inserted into the battery case 2.

도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 배터리 케이스는 상기 배터리 양전극 단자(7) 및 상기 배터리 음전극 단자(8)가 부착되는 상부 케이스(3) 및 상기 전극(4 및 5)이 위치하는 배터리 케이스 캔(9)을 포함한다. 도 3은 개구부(13)를 구비한 상기 상부 케이스(3)를 도시하는 데, 상기 개구부(13)를 통해서 상기 배터리 양전극 단자(7) 및 상기 배터리 음전극 단자(8)가 상기 배터리 전극(4 및 5)과 전기적 전달 관계를 갖게 된다. 상기 개구부(13)의 직경은 상기 단자(7 및 8)의 외경보다는 약간 크나 상기 상부 케이스(3)에 상기 단자(7 및 8)를 실링하기 위해 사용되는 실(10)의 외경보다는 작다. 상기 단자(7 및 8)는 상기 실(10)을 이용하여 상기 케이스 상부(3)에 상기 단자(7 및 8)를 실링하는 데 도움이 되는 실링 립(11)을 포함한다. 전형적으로 상기 실(10)은 실링 링이다. 상기 실(10)은 실링 립 슬롯(12)을 구비하는 데, 이를 통해 상기 단자(7 및 8)의 상기 실링 립(11)이 끼워지게 된다. 이러한 슬롯(12)은 상기 단자(7 및 8)와 상기 케이스 상부(3) 사이의 양호한 압력 실을 형성하도록 하며 상기 단자(7 및 8)가 상기 케이스 상부(3)내로 주름이 잡아질 때에 상기 실(10)을 유지하도록 한다. 바람직하게 상기 실(10)은 예를 들어, 폴리술폰과 같은 탄성 폴리머이며, 절연성의 수소 불침투성 물질로 이루어진다. 또한 상기 케이스 상부(3)는 상기 개구부(13) 각각을 둘러싸며 상기 케이스 상부(3)로부터 외측으로 확장되는 슈라우드(14)를 구비한다. 상기 슈라우드(14)는 상기 실(10)의 외경보다 다소 큰 내경을 가진다. 상기 슈라우드(14)는 상기 배터리 단자(7 및 8)의 상기 실(10) 및 상기 실링 립(11) 주변에서 주름이 형성되어 상기 단자(7 및 8)와 상기 케이스 상부(3)간의 비전도성의 압력 실을 형성하게 된다. 상기 주름형성의 단자 실은 선행기술에서의 나사산 형태의 실에 비해서 진동에 대한 저항능력을 제공해준다. 상기 케이스 상부(3), 케이스 캔(9) 및 환형의 슈라우드(14)는 304L 스테인레스 스틸을 가지고 형성될 수 있다.In the preferred embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the battery case is positioned with the upper case 3 and the electrodes 4 and 5 to which the battery positive electrode terminal 7 and the battery negative electrode terminal 8 are attached. It includes a battery case can (9). FIG. 3 shows the upper case 3 with an opening 13, wherein the battery positive electrode terminal 7 and the battery negative electrode terminal 8 are connected to the battery electrode 4 and through the opening 13. 5) and electrical transmission relationship. The diameter of the opening 13 is slightly larger than the outer diameter of the terminals 7 and 8 but smaller than the outer diameter of the seal 10 used to seal the terminals 7 and 8 in the upper case 3. The terminals 7 and 8 comprise a sealing lip 11 which helps to seal the terminals 7 and 8 to the upper part 3 of the case using the seal 10. Typically the seal 10 is a sealing ring. The seal 10 has a sealing lip slot 12 through which the sealing lip 11 of the terminals 7 and 8 is fitted. This slot 12 forms a good pressure seal between the terminals 7 and 8 and the case top 3 and when the terminals 7 and 8 are crimped into the case top 3 Hold the seal 10. Preferably the seal 10 is, for example, an elastic polymer such as polysulfone and is made of an insulating hydrogen impermeable material. The case top 3 also has a shroud 14 which surrounds each of the openings 13 and extends outward from the case top 3. The shroud 14 has an inner diameter somewhat larger than the outer diameter of the seal 10. The shroud 14 is wrinkled around the seal 10 and the sealing lip 11 of the battery terminals 7 and 8 to form a non-conducting portion between the terminals 7 and 8 and the upper case 3. Will form a pressure seal. The crimped terminal seal provides resistance to vibration as compared to threaded threads in the prior art. The case top 3, case can 9 and annular shroud 14 may be formed with 304L stainless steel.

도 4는 본 발명에 따른 배터리의 일부, 특히 상기 배터리 단자(7 및 8)가 상기 케이스 상부(3)내로 주름 실링되는 형상을 도시한다. 도시한 바와 같이, 상기 케이스 상부(3)의 상기 슈라우드(14)가 상기 배터리 단자(7 및 8)의 상기 실링 립(11) 주위에서 번갈아 실링되는 상기 실(10) 주위에서 주름 실링되는 방법을 명백히 알 수 있다. 이러한 방법으로 인해 진동에 대한 저항력을 가진 압력 실이 형성된다.4 shows the shape of a part of the battery according to the invention, in particular the battery terminals 7 and 8, which are pleat-sealed into the upper part of the case 3. As shown, the shroud 14 of the upper case 3 is wrinkle-sealed around the seal 10 which is alternately sealed around the sealing lip 11 of the battery terminals 7 and 8. It is obvious. In this way a pressure seal is formed which is resistant to vibrations.

상기 케이스 상부(3)에 상기 단자(7 및 8)를 부착하는 방법은 상기 케이스 상부(3)에 상기 단자(7 및 8)를 주름 실링하는 방법이다. 이러한 주름 실링 방법은 선행 기술에 비해 많은 이점을 갖고 있다. 주름 실링은 고속의 장비에서 신속하게 이루어져 직접적인 비용 절감의 효과를 가져온다. 게다가, 이 방법은 선행 기술보다 적은 양의 물질을 사용하여 상기 단자의 무게를 감소시켜 간접적인 비용 절감효과를 제공한다. 또한 감소된 중량의 물질과 결합된 이러한 설계의 더 높은 표면 영역은 상기 단자로부터 열 방출을 증가하게 한다. 본 발명에 따른 또 다른 이점은 어떤 가단성의 물질로부터 상기 배터리 케이스 및 다른 구성부를 형성할 수 있으며 특히 레이저 실링, 금속 실에 대한 특정 세라믹, 또는 다른 특정( 및 그로 인한 고가의) 방법을 요구하지 않는다. 또한, 전체 구성부의 수와 고도로 기계가공되며 정밀 제조된 구성부에 대한 요구가 필요하지 않게 된다.The method of attaching the terminals 7 and 8 to the upper case 3 is a method of wrinkle sealing the terminals 7 and 8 to the upper case 3. This wrinkle sealing method has many advantages over the prior art. Wrinkle seals can be made quickly on high speed machines, resulting in direct cost savings. In addition, this method uses less material than the prior art to reduce the weight of the terminal, providing indirect cost savings. The higher surface area of this design also combined with a reduced weight of material allows for increased heat dissipation from the terminals. Another advantage according to the invention is that it is possible to form the battery case and other components from any malleable material and in particular does not require laser sealing, specific ceramics for metal seals, or other specific (and thus expensive) methods. . In addition, there is no need for the total number of components and the need for highly machined and precisely manufactured components.

상기 배터리 단자(7 및 8)는 전형적으로 구리 또는 구리 합금 물질로 형성되며, 바람직하게는 내부식성을 위해 판금된 니켈로 만들어진다. 그러나, 배터리 화학성질과 호환될 수 있는 전기적으로 전도성이 있는 어떤 물질도 사용될 수 있다. 본 발명의 맥락에서 개시한 상기 배터리 단자(7 및 8)는 적은 환상 두께를 가지며 선행 기술의 직경보다 큰 직경을 가진다. 그 결과, 본 발명의 단자는 매우 효율적인 열 방출기가 되어 배터리의 열 관리에 상당한 기여를 하게 된다.The battery terminals 7 and 8 are typically formed of copper or copper alloy material and are preferably made of sheet metal nickel for corrosion resistance. However, any electrically conductive material compatible with battery chemistry may be used. The battery terminals 7 and 8 disclosed in the context of the present invention have a small annular thickness and have a diameter larger than that of the prior art. As a result, the terminal of the present invention becomes a very efficient heat emitter, which makes a significant contribution to the thermal management of the battery.

상기 단자(7 및 8)는 또한 축방향으로 정렬된 중앙 개구부(15)를 포함한다. 상기 중앙 개구부(15)는 다용도로서 작용한다. 중요하게도, 이 개구부는 배터리의 중량을 감소시키는 역할을 한다. 또한 상기 개구부는 외부 전기 연결장치가 마찰방식에서 끼워지도록 하는 개구부로서의 기능을 한다. 상기 개구부(15)를 통해 원통형 또는 환형의 배터리 납 연결장치가 마찰방식에서 끼워짐으로써 배터리에 외부적인 전기 접속을 가능하도록 한다. 마지막으로, 상기 개구부는 상기 배터리의 내부로부터 지나친 압력을 배출하도록 하는 압력 배출구로서의 역할을 한다. 상기 개구부(15)는 상기 단자(만약 연결장치 소켓으로서만 기능할 경우)를 부분적으로 통해또는 전체적으로 상기 단자(만약 압력 배출구를 포함하여 연결장치 소켓으로서 기능할 경우)를 통해 연장될 수 있다.The terminals 7 and 8 also comprise a central opening 15 which is axially aligned. The central opening 15 acts as a multipurpose. Importantly, this opening serves to reduce the weight of the battery. The opening also functions as an opening to allow the external electrical connection device to be fitted in a frictional manner. Cylindrical or annular battery lead connectors are inserted through the opening 15 in a frictional manner to enable external electrical connection to the battery. Finally, the opening serves as a pressure outlet for discharging excessive pressure from the inside of the battery. The opening 15 may extend in part through the terminal (if only functioning as a connector socket) or entirely through the terminal (if functioning as a connector socket including a pressure outlet).

상기 단자(7 및 8) 중의 적어도 하나가 배터리의 내부 압력을 주변 대기로 배출하는 압력 배출구를 포함할 때, 상기 배출구는 상기 단자 내에서 상기 축방향의 개구부에 부착될 수 있다(도 5 참조). 가장 바람직하게는 상기 압력 배출구(16)는: 1)상기 개구부(15, 18 및 23)를 통해 주변 대기 및 상기 배터리 케이스의 내부와 가스전달되는 중공의 내부 영역부(21)를 가지는 배출구 하우징(17); 2)상기 중공의 내부 영역부(21)내에 위치하며 상기 축방향 개구부(16)를 실링할 정도의 크기를 가지며 상기 축방향 개구부(16)의 마주보는 표면부 상에 실 슬롯(20)을 가진 압력 배출 피스톤(19); 3)실의 일 표면부 거의를 삽입할 수 있도록 형성되어 삽입되지 않은 상기 실의 표면부가 노출되도록 한 상기 실 슬롯 내에 장착되는 탄성체이며, 절연성의 상기 실(미도시); 및 4)상기 압력 배출 피스톤(19)이 상기 실 슬롯(20)에 상기 실을 압축하도록 하며 상기 단자(7 및 8)내에 상기 축방향 개구부(18)를 차단하는 압축 스프링(22)을 구비한다. 참조문헌으로서 이하에 개시된 1993년 11월 2일자로 특허허여됐으며 "Electrochemical Cell Having Improved Pressure Vent"이라는 명칭을 가진 미국 특허번호 제 5,258,242호를 살펴본다. 다시 말해, 바람직하게 상기 탄성체이며 절연성의 실은 수소 불침투성의 폴리술폰 물질로 형성된다. 더하여, 배터리 캔이 제곱 인치당 기껏해서 약 150파운드에 대체로 정격되므로, 상기 배출구는 제곱 인치당 약 120파운드를 초과시에 내부 압력을 배출하여 배터리 상태를 보장하도록 한다.When at least one of the terminals 7 and 8 includes a pressure outlet for discharging the internal pressure of the battery to the ambient atmosphere, the outlet may be attached to the axial opening in the terminal (see FIG. 5). . Most preferably the pressure outlet 16 comprises: 1) an outlet housing having a hollow inner region 21 which is gas-transmitted with the surrounding atmosphere and the interior of the battery case through the openings 15, 18 and 23. 17); 2) located in the hollow inner region 21 and sized to seal the axial opening 16 and having a seal slot 20 on the opposing surface of the axial opening 16; A pressure relief piston 19; 3) an elastic body which is formed to be capable of inserting almost one surface portion of the thread so as to be mounted in the thread slot to expose the surface portion of the uninserted thread, and the insulating thread (not shown); And 4) a compression spring 22 which causes the pressure relief piston 19 to compress the seal in the seal slot 20 and blocks the axial opening 18 in the terminals 7 and 8. . See US Pat. No. 5,258,242, issued November 2, 1993, which is incorporated by reference, and entitled " Electrochemical Cell Having Improved Pressure Vent ". In other words, the elastic and insulating yarn is preferably formed of a hydrogen impermeable polysulfone material. In addition, since the battery cans are generally rated at about 150 pounds at most per square inch, the outlet vents release internal pressure above about 120 pounds per square inch to ensure battery condition.

상기한 바와 같이 재실링가능한 배출구 뿐만 아니라, 다른 형태의 배출구가 본 발명에 따른 배터리에 사용될 수 있다. 특히, 파열 디스크, 압력 플러그 및 격벽 배출구가 사용될 수 있다. 그러한 격벽 배출구 중의 하나가 참조문헌으로서 이하에 개시된 미국 특허번호 제 5,171,647호에 개시된다. 또한, 압력 배출구가 중공의 배터리 단자내에 위치하는 것이 바람직하나, 상기 배출구는 자신의 보호 하우징내의 상기 배터리 상부상의 어느 곳에서나 형성될 수 있거나 상기 배터리 케이스의 상부내의 개구부에 단지 부착될 수 있다.In addition to the resealable outlet as described above, other types of outlets can be used in the battery according to the invention. In particular, bursting discs, pressure plugs and partition outlets can be used. One such barrier rib outlet is disclosed in US Pat. No. 5,171,647, disclosed below by reference. It is also preferred that the pressure outlet is located in the hollow battery terminal, but the outlet can be formed anywhere on the top of the battery in its protective housing or can only be attached to an opening in the top of the battery case.

상기 배터리 단자의 또 다른 실시예가 단자(7 및 8)를 도시한 도 6에 예시되는데, 그 단자내에 외부 배터리 납 연결장치(24)가 마찰방식에서 끼워질 수 있다. 상기 연결장치(24)는 외부 배터리 납(25)에 부착된다. 상기 납(25)은 고체 바; 금속 리본; 단일 또는 다중 스트랜드 와이어; 또는 편조된 고전류의 배터리 케이블(상기한 바와 같이)과 같은 당해 기술분야에 일반적으로 알려진 어떤 형태를 가질 수 있다. 바람직하게 상기 납 연결장치(24)는 상기 배터리 단자(7 및 8)의 상기 축방향으로 정렬된 중앙 개구부(15)내에 마찰방식으로 끼워지는 중공의 환형의 배럴 연결장치이다. 상기 납 연결장치(25)는 배럴 연결장치 웹(26)을 경유해서 상기 배터리 단자(7 및 8)내에 지지된다. 고체 형태의 배럴 연결장치가 각각 Koch 등에 특허허여된, "Radially Resilent Electrical Socket"이라는 명칭을 가진 1987년 4월 14일자의 미국 특허번호 제 4,657,335호 및 1988년 3월 29일자의 미국 특허번호 제 4,734,063호에 개시되며, 그 개시 내용은 참조문헌으로서 이하 설명된다.Another embodiment of the battery terminal is illustrated in FIG. 6 showing the terminals 7 and 8, in which an external battery lead connection device 24 can be fitted in a frictional manner. The connection device 24 is attached to an external battery lead 25. The lead 25 is a solid bar; Metal ribbons; Single or multiple stranded wires; Or any form generally known in the art, such as braided high current battery cables (as described above). Preferably, the lead connector 24 is a hollow annular barrel connector fitted in a frictional manner in the axially aligned central opening 15 of the battery terminals 7 and 8. The lead connector 25 is supported in the battery terminals 7 and 8 via the barrel connector web 26. Solid barrel connection devices are US Patent Nos. 4,657,335, dated April 14, 1987, and March 29, 1988, US Pat. No. 4,734,063, entitled "Radially Resilent Electrical Socket", each patented by Koch et al. The disclosure is described below by reference.

원한다면, 도 5 및 6의 실시예들은 결합되어 상기 압력 배출구(16)와 상기외부 배터리 납 연결장치(24)를 통합하는 하나의 실시예로 바뀔 수 있다. 더하여, 파열 디스크(즉, 과도한 압력을 배출하는 재실링이 불가능한 수단)가 상기 압력 배출구 대신에 또는 그 외에 포함될 수 있다.If desired, the embodiments of FIGS. 5 and 6 can be combined into one embodiment that incorporates the pressure outlet 16 and the external battery lead connection 24. In addition, a ruptured disc (ie, a non-resealable means for releasing excessive pressure) may be included instead of or in addition to the pressure outlet.

상기 주름 실링 단자 및 상부 케이스가 본 발명에 따른 바람직한 실시예이나, 다른 형태의 단자 및 그에 따른 다른 형태의 상부 케이스가 사용될 수 있다. 특히, O-링 형태의 실과 결합하는 단자상에 스크류가 사용될 수 있다. 일반적으로, 공지의 실링처리된 어떤 단자라도 만약 배터리의 동작 압력을 가질 수 있으며 배터리의 전기화학적 환경에 버틸 수 있다면 사용될 수 있다.The pleated sealing terminal and the upper case are preferred embodiments according to the present invention, but other types of terminals and thus other types of upper case may be used. In particular, a screw may be used on the terminal that engages the seal in the form of an O-ring. In general, any known sealed terminal can be used if it can have the operating pressure of the battery and can withstand the electrochemical environment of the battery.

어떤 배터리 시스템도 본 발명에 따른 배터리, 모듈 및 팩 구조상의 개선을 통해 이점을 갖거나, 상기 양전극이 니켈 수산화물로부터 형성되며 상기 음전극은 수소 흡수 합금으로부터 형성되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 음전극 물질은 Ovonic 금속-수소화물 합금이다(즉, 1994년 6월 14일자에 출원된 미국 출원 번호 제 08/259,793호 및 1995년 4월 18일자의 미국 특허번호 제 5,407,781호(둘 다 참조문헌으로서 상세히 개시된)에 개시된 것으로서 무질서의 다중 구성요소 금속 수소화물 합금). 또한 상기 전극은 비직물의, 펠트처리된 나일론 또는 폴리프로필렌 분리기에 의해 분리되며 상기 전해액은 예를 들어 45 wt/%의 칼륨 수산화물을 함유하는 알칼리성 전해액이다. 그러한 분리기는 미국 특허번호 제 5,330,861호에 개시되며 그 내용은 참조 문헌으로서 개시된다.Any battery system would benefit from improvements in the battery, module and pack structure according to the invention, or it is preferred that the positive electrode is formed from nickel hydroxide and the negative electrode is formed from a hydrogen absorbing alloy. Preferably, the negative electrode material is an Ovonic metal-hydride alloy (ie, US Application No. 08 / 259,793, filed June 14, 1994 and US Patent No. 5,407,781, April 18, 1995 (both) Disordered multi-component metal hydride alloys, as disclosed in the entirety of the disclosure). The electrode is also separated by a nonwoven, felt nylon or polypropylene separator and the electrolyte is an alkaline electrolyte containing, for example, 45 wt /% potassium hydroxide. Such separators are disclosed in US Pat. No. 5,330,861, the contents of which are incorporated by reference.

시장에서 소비자 응용분야에서의 Ni-MH 배터리는 충분한 가스 재연소율을 얻기 위하여 그리고 산화 및 부식으로부터 베이스 합금을 보호하기 위해서 페이스트금속 수소화물 전극을 사용했다. 일반적으로 그러한 페이스트 전극은 활성 물질 파우더와 플라스틱 바인더와 혼합한 활성 물질 파우더 및 다른 비전도성의 친수성 물질을 포함한다. 이러한 과정으로 인해 전도성의 기판상에서 압축된 100% 전도성의 활성물질로 이루어진 본 발명의 구조와 비교했을 때 그 전극 구조의 열 전도율이 상당히 감소하는 의도되지 않은 결과를 갖게 된다.Ni-MH batteries in consumer applications on the market used paste metal hydride electrodes to obtain sufficient gas reburn rates and to protect the base alloy from oxidation and corrosion. Such paste electrodes generally comprise an active material powder mixed with an active material powder and a plastic binder and other nonconductive hydrophilic materials. This process has the unintended consequence of significantly reducing the thermal conductivity of the electrode structure compared to the structure of the present invention consisting of 100% conductive active material compressed on a conductive substrate.

본 발명에 따른 실링처리된 프리즘 Ni-MH 배터리에 있어서, 과충전 동안 발생된 열 증가가 열 전도성의 금속 수소화물 전극물질의 셀 번들을 이용하여 피하게 된다. 이러한 열 전도성의 금속 수소화물 전극물질은 서로 밀접하게 접촉되는 금속 수소화물 입자들을 함유한다. 과충전 중에 발생된 산소 가스는 연소되어 이런 입자의 표면상에서 수분 및 열을 발생하게 된다. 본 발명에 있어서, 이런 열은 상기 열 전도성의 음전극 물질을 따라서 전류 컬렉터, 그런 다음 상기 케이스의 표면부까지 이어진다. 상기 열 전도성의 금속 수소화물 전극물질 번들의 열 효율은 만약 상기 전극물질의 번들이 열 전도성을 가지는 배터리 케이스와 열 접촉을 갖게 된다면 더욱 증가하게 된다.In a sealed prism Ni-MH battery according to the present invention, the heat increase generated during overcharging is avoided by using a cell bundle of thermally conductive metal hydride electrode material. This thermally conductive metal hydride electrode material contains metal hydride particles in intimate contact with each other. Oxygen gas generated during overcharging is combusted to generate moisture and heat on the surface of these particles. In the present invention, this heat extends along the thermally conductive negative electrode material to the current collector and then to the surface portion of the case. The thermal efficiency of the thermally conductive metal hydride electrode material bundle is further increased if the bundle of electrode material is in thermal contact with a battery case which is thermally conductive.

본 발명에 있어서, 바람직하게 상기 열 전도성의 금속 수소화물 전극물질은 소결을 이용해서 제조되어 상기 Ni-MH 입자가 서로 긴밀한 열접촉을 갖도록 한 미국 특허번호 제 4,765,598호; 제 4,820,481호; 제 4,915,898호; 제 5,507,761호; 및 미국 출원 번호 제 08/259,793호(이들의 내용은 참조 문헌으로서 개시됨)에 개시된 것과 같은 소결 전극이다.In the present invention, preferably, the thermally conductive metal hydride electrode material is prepared using sintering so that the Ni-MH particles have intimate thermal contact with each other; US Pat. No. 4,765,598; No. 4,820,481; No. 4,915,898; 5,507,761; 5,507,761; And US Application No. 08 / 259,793, the contents of which are disclosed by reference.

본 발명에서 사용된 상기 양전극은 니켈 수소 물질로 형성된다. 상기 양전극은 미국 특허번호 제 5,344,728호(참조 문헌으로서 개시됨)에 개시된 것과 같이 소결되며, 뿐만 아니라 미국 특허번호 제 5,348,822호 및 이의 계속출원(참조 문헌으로써 개시됨)에 개시된 것과 같은 니켈 폼 또는 니켈 섬유 맷(matte)에 붙여지게 된다.The positive electrode used in the present invention is formed of a nickel hydrogen material. The positive electrode is sintered as disclosed in US Pat. No. 5,344,728 (disclosed by reference), as well as nickel foam or nickel as disclosed in US Pat. No. 5,348,822 and its continuing application (disclosed by reference). It is attached to a fiber matte.

본 발명의 한 측면을 통해 실링된 Ni-MH 배터리에 있어서, 열 발생은 과충전중에 특히 상업적으로 바람직하며 신속한 충전 진행 중에 특히 높다는 점을 알 수 있게 된다. 과충전 도중 발생된 열은 상기 금속 수소화물 전극의 표면상에서의 산소 연소에 기인한다는 사실은 주목할만한 가치가 있다. 따라서, 페이스트 처리된 양전극과 결합하여 열전도성의 금속 수소화물 전극을 이용하는 것이 가능하다. 특히 이러한 바람직한 실시예는 배터리의 특정 에너지, 전반적인 성능 및 비용을 최적화하는 데 유용하다. 소결 전극의 사용에 대한 보다 상세한 내용을 알고자 한다면 참조문헌으로서 이하에 개시된 1994년 5월 5일자로 출원된 "Optimized Cell Pack For Large Sealed Nickel-Metal Hydride Batteries"이라는 명칭을 가진 미국 출원번호 제 08/238,570호를 참조한다.In a sealed Ni-MH battery through one aspect of the present invention, it will be appreciated that heat generation is particularly commercially desirable during overcharging and particularly high during rapid charging progression. It is worth noting that the heat generated during overcharging is due to the combustion of oxygen on the surface of the metal hydride electrode. Therefore, it is possible to use a thermally conductive metal hydride electrode in combination with a paste-treated positive electrode. This preferred embodiment is particularly useful for optimizing the specific energy, overall performance and cost of the battery. For further details on the use of sintered electrodes, see US Application No. 08 entitled “Optimized Cell Pack For Large Sealed Nickel-Metal Hydride Batteries,” filed May 5, 1994, which is incorporated herein by reference. See / 238,570.

도 2에 도시된 바와 같이, 전극 스택을 형성하는 상기 전극(4 및 5)의 각각은 자신에게 부착된 전기 연결장치 탭(27)을 가진다. 이러한 탭(27)은 배터리내에서 형성된 전류를 상기 배터리 단자(7 및 8)로 이동하는 데 사용된다. 상기 탭(37)은 그러한 부착을 위한 돌기부(28)를 구비하는 상기 단자(7 및 8)에 전기적으로 연결된다. 대안적으로, 상기 돌기부(28)는 상기 단자(7 및 8)와 전극 탭 컬렉터 콤(29)을 전기적으로 그리고 물리적으로 연결하기 위해 사용될 수 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 전형적으로 상기 콤(29)은 마찰, 용접 또는 납땜에 의해 상기 전극 탭(27)을 지지하는 다수 개의 직렬 형태의 전극 탭 수집 슬롯(30)을 포함하는 전기적으로 전도성을 가진 바이다. 또한, 도 7은 상기 탭 수집 콤(29)내의 배터리 단자 연결장치 개구부(31)를 도시한다. 상기 배터리 단자 용접/납땜 립(28)은 상기 개구부(31)내로 압력방식에서 끼워져서 만약 요구되거나 원하는 부분에 납땜되거나 용접된다. 상기 콤(29)은 상기 전극(4 및 5)으로부터 상기 단자(7 및 8)로 전기 에너지를 전달하기 위한 진동에 대한 저항성을 가진 연결장치를 제공한다. 상기 콤(29)은 상기 단자(7 및 8)의 저면 돌기부(28)에 상기 수집 탭(27)을 볼트 고정하는 종래의 방법에 비해서 더 높은 진동에 대한 저항성을 갖게 한다. 상기 단자(7 및 8)에 상기 탭(27)을 연결하는 종래의 방법은 또한 더 길이가 긴 탭과 케이스(더 큰 헤드 공간을 가진 케이스)를 필요로 하게 된다. 이는 배터리의 전체 중량과 크기를 늘어나게 한다. 볼트의 제거는 배터리의 헤드 공간 부분을 상당히 감소시켜 체적의 에너지 밀도의 증가를 초래하게 된다. 상기 콤(29) 및 상기 배터리 단자(7 및 8)는 구리 또는 구리 합금으로 바람직하게 형성되며, 더욱 바람직하게는 내부식성을 가지도록 코팅처리된 니켈이다. 그러나, 이들은 배터리의 화학성질과 호환될 수 있는 전기적으로 전도성을 가진 물질을 가지고 만들어질 수 있다. 상기 전극 탭 컬렉터 콤이 상기 배터리 단자에 상기 전극 탭을 부착하는 이상적인 수단이지만, 볼트, 나사, 용접 또는 납땜과 같은 다른 종래의 수단이 또한 사용될 수 있으며, 그러므로 본 발명은 상기의 바람직한 실시예에 제한되지 않는다.As shown in FIG. 2, each of the electrodes 4 and 5 forming the electrode stack has an electrical connector tab 27 attached thereto. This tab 27 is used to move the current formed in the battery to the battery terminals 7 and 8. The tab 37 is electrically connected to the terminals 7 and 8 with a projection 28 for such attachment. Alternatively, the protrusions 28 can be used to electrically and physically connect the terminals 7 and 8 and the electrode tab collector comb 29. As shown in FIG. 7, typically, the comb 29 is electrically conductive comprising a plurality of series of electrode tab collection slots 30 supporting the electrode tabs 27 by friction, welding or soldering. It is with. 7 also shows the battery terminal connector opening 31 in the tab collection comb 29. The battery terminal welding / soldering lip 28 is pressurized into the opening 31 to be soldered or welded to the required or desired portion. The comb 29 provides a connection with resistance to vibration for transferring electrical energy from the electrodes 4 and 5 to the terminals 7 and 8. The comb 29 has a higher resistance to vibrations than the conventional method of bolting the collection tab 27 to the bottom projections 28 of the terminals 7 and 8. The conventional method of connecting the tabs 27 to the terminals 7 and 8 also requires longer tabs and cases (cases with larger head space). This increases the overall weight and size of the battery. Removal of the bolts significantly reduces the head space portion of the battery, resulting in an increase in the energy density of the volume. The comb 29 and the battery terminals 7 and 8 are preferably formed of copper or a copper alloy, and more preferably nickel coated with corrosion resistance. However, they can be made with electrically conductive materials that are compatible with the chemistry of the battery. Although the electrode tab collector comb is an ideal means of attaching the electrode tab to the battery terminal, other conventional means such as bolts, screws, welding or soldering may also be used, and therefore the present invention is limited to the above preferred embodiment. It doesn't work.

상기 배터리 양전극 및 음전극(4 및 5)은 상기 배터리 케이스(2)내에 형성될수 있어 이들의 각 전기 수집 탭(27)은 상기 케이스의 상부에서 서로 반대되는 위치에서 형성된다. 즉, 모든 음전극 전기 수집 탭은 상기 배터리의 일측상에 배열되며 모든 양전극 전기 수집 탭은 상기 배터리의 반대측상에 배열되게 된다. 바람직하게 상기 배터리 양전극 및 음전극은 서로 상반되는 극성의 전극 전기 수집 탭이 위치하는 노치 코너(미도시)를 가짐으로써, 그 전극간에 단락을 막을 수 있으며 사용되지 않은 자중 전극 물질을 제거하게 된다. 한 전극의 전기 수집 탭이 꼬이게 되거나 상기 전극 분리기를 관통할 수 있고 근접하는 상반대 극성의 전극을 단락할 수 있는 날카로운 돌출부를 가지게 될 때 그러한 단락현상이 발생한다. 상기 자중 전극 물질은 비활성 상태의 전극이 상대 전극물질과 이웃하지 않음으로 인해 그 비활성 전극과 활성 물질과의 결합에 의해서 발생된다.The battery positive and negative electrodes 4 and 5 may be formed in the battery case 2 so that each of the electrical collection tabs 27 is formed at positions opposite to each other on the top of the case. That is, all negative electrode electrical collection tabs are arranged on one side of the battery and all positive electrode electrical collection tabs are arranged on the opposite side of the battery. Preferably, the battery positive electrode and the negative electrode have a notched corner (not shown) in which electrode electrode collecting tabs of opposite polarities are located, thereby preventing a short circuit between the electrodes and removing unused self-weight electrode material. Such a short circuit occurs when the electrical collection tab of an electrode is twisted or has sharp protrusions that can penetrate the electrode separator and short the electrodes of opposite opposite polarities. The self-weighted electrode material is generated by the combination of the inactive electrode and the active material because the inactive electrode does not neighbor the counter electrode material.

상기 배터리가 두께에 따라서 소정 수의 전극을 가질 수 있을지라도, 바람직하게 상기 배터리는 상기 케이스내에 교호적으로 배치된 19개의 양전극과 20개의 음전극을 구비한다. 즉, 상기 전극은 전극 스택에 걸쳐서 외측에 음전극을 위치시키면서 양전극과 음전극을 교호적으로 배치한다. 이러한 구조는 배터리가 외부의 기계적인 압축하에 있을 때 발생할 수 있는 단락을 피할 수 있도록 한다. 즉, 만약 전극 스택의 외측에 양전극과 음전극이 있게 된다면, 상기 전극은 상기 배터리가 외부의 기계적인 압축을 받게 될 때 그 금속 배터리 케이스를 통해 전기 단락 통로를 형성할 가능성이 발생하게 될 것이다.Although the battery may have a predetermined number of electrodes depending on the thickness, the battery preferably has 19 positive electrodes and 20 negative electrodes arranged alternately in the case. That is, the electrode alternately arranges the positive electrode and the negative electrode while placing the negative electrode outside the electrode stack. This construction avoids short circuits that can occur when the battery is under external mechanical compression. That is, if there is a positive electrode and a negative electrode on the outside of the electrode stack, there will be a possibility that the electrode will form an electrical short circuit through the metal battery case when the battery is subjected to external mechanical compression.

한 세트의 상기 배터리 전극(즉, 단지 음전극 주변의 분리기 또는 단지 양전극 주변의 분리기)을 둘러싸는 전극 분리기(6)를 가지는 것이 필요하지만, 각 세트의 전극을 둘러싸는 분리기(6)를 구비하는 것이 보다 이롭다. 자료를 보면, 이중 분리기의 사용이 배터리의 자기 방출 레벨을 줄일 수 있다. 특히, 전하 보유량이 단일 분리기를 가진 배터리의 경우 이틀 후에 약 80%이나 이중 분리기를 가진 배터리의 경우 이틀 후에 약 93% 정도로 늘어났다. 상기 분리기(6)는 종래 기술에서 익히 공지된 전형적인 폴리프로필렌 분리기 물질이다. 이들은 기계 형성에 의해 야기되는 일정 방향성의 그레인 또는 슬롯을 가지며 상기 폴리프로필렌 분리기 물질의 그레인 또는 슬롯은 전극을 따라 세로로 정렬되는 것이 바람직하다. 이러한 일정 방향성은 마찰을 줄이고 이웃한 분리기의 그레인 또는 슬롯에 하나의 분리기의 그레인 또는 슬롯의 캐칭 및 부착현상이 전극의 파손을 야기할 수 있으므로 기계적인 압축 동안에 또는 전극의 팽창중에 그러한 캐칭 및 부착을 막는다.It is necessary to have an electrode separator 6 surrounding a set of said battery electrodes (i.e., a separator around the negative electrode or only a separator around the positive electrode), but it is necessary to have a separator 6 surrounding each set of electrodes. Better than Data show that the use of double separators can reduce the self-emission level of the battery. In particular, the charge retention increased to about 80% after two days for a battery with a single separator or about 93% after two days with a battery with a double separator. The separator 6 is a typical polypropylene separator material well known in the art. They have a grain or slot of directionality caused by machine formation and the grain or slot of the polypropylene separator material is preferably aligned vertically along the electrode. This constant directionality reduces friction, and catching and attaching the grain or slot of one separator to the grain or slot of a neighboring separator can lead to breakage of the electrode, thus preventing such catching and attachment during mechanical compression or during expansion of the electrode. Prevent.

본 발명에 따른 다른 측면에 있어서, 본 발명은, 특히 도 8내지 12에 도시된, 향상된 고전력의 배터리 모듈(두 개 이상의 전기적으로 상호연결된 셀로서 정의된, 이하에서 사용되는 "배터리 모듈" 또는 "모듈")을 포함한다. 유용하게 사용되기 위해서는, 모듈내의 배터리는 조밀하게 구성되며, 휴대가능하며 사용할 때 기계적으로 안정성을 갖추어야만 한다. 또한, 배터리 모듈(배터리 자체를 제외하고)의 구성시에 사용되는 물질은 상기 모듈에 과도한 자중 또는 상기 모듈의 에너지 밀도를 추가해서는 안된다. 또한, 배터리는 사이클링 중에 많은 양의 열을 발생하기 때문에, 그 구성 물질은 열 전도성을 띠어야만 하며 배터리로부터 먼 거리까지 열이 이동하는 것을 막지 않을 정도로 작으며 상기 배터리 및 모듈내에 열 싱크, 트랩핑 열(trapping heat)로서 작용하지 않을 정도로 작아야만 한다. 이러한 요구조건을 충족하기 위해서, 본 발명은 본 발명에 따른 보다 개선된 고전력의 배터리 모듈을 설계하게 되었다.In another aspect according to the invention, the invention relates to an improved high power battery module, in particular defined as two or more electrically interconnected cells, shown below in FIGS. Module "). To be useful, the battery in the module must be compact, portable and mechanically stable when used. In addition, the materials used in the construction of the battery module (except the battery itself) should not add excessive self weight or energy density to the module. In addition, since the battery generates a large amount of heat during cycling, its constituent material must be thermally conductive and small enough not to prevent heat from moving far away from the battery and heat sinking and trapping within the battery and module. It must be small enough not to act as trapping heat. In order to meet these requirements, the present invention has led to the design of an improved high power battery module according to the present invention.

본 발명의 배터리 모듈(32)은: 1)다수 개의 개별 배터리(1); 2)상기 모듈(32)의 상기 개별 배터리(1)를 서로 연결하며 별개의 배터리 모듈(32)을 전기적으로 서로 연결하기 위한 수단을 제공하는 다수 개의 전기적 상호 연결장치(25); 및 3)배터리 모듈 번들링/압축 수단(이하에 개시됨)을 포함한다. 상기 배터리는 상기 모듈 번들링/압축 수단내에서 외부의 기계적인 압축(이러한 압축의 이점은 하기에 개시될 것임)하에서 서로 번들링되어 그 결과 고정되어 이송 또는 사용시에 기계적인 진동이 발생될 때 주변으로 이동되거나 움직이지 않게 된다.The battery module 32 of the present invention comprises: 1) a plurality of individual batteries 1; 2) a plurality of electrical interconnections (25) connecting the individual batteries (1) of the module (32) to each other and providing means for electrically connecting the separate battery modules (32) to each other; And 3) battery module bundling / compression means (disclosed below). The batteries are bundled together under external mechanical compression (the advantages of such compression will be described below) within the module bundling / compression means, which are thus fixed and moved around when mechanical vibrations occur during transport or use. Or stops moving.

소정 수의 배터리가 하나의 모듈로 번들링되지만, 일반적으로 번들당 2내지 15개의 배터리가 번들링된다. 상기 배터리 모듈(32)은 전형적으로 본 발명의 프리즘 배터리의 번들이다. 바람직하게 배터리가 번들링되어서 그 상부상에 위치한 전기 단자를 가진 각 배터리와 동일한 방식에서 모두 일정한 방향을 갖게 된다(도 8 및 12 참조). 상기 배터리는 상기 모듈내에서 일정 방향으로 향하게 되어 가장 좁은 면이 상기 모듈의 면과 마주보게 되고 이들의 가장 넓은 면(배터리의 확장시에, 뒤틀리게 됨)이 상기 모듈의 다른 배터리에 이웃하여 위치하게 된다. 이러한 배열방식은 상기 모듈내에서 단지 일방향으로만 팽창을 허용하게 되며, 이는 바람직하다.Although a certain number of batteries are bundled into one module, generally two to fifteen batteries per bundle are bundled. The battery module 32 is typically a bundle of prismatic batteries of the present invention. Preferably the batteries are bundled so that they all have a certain orientation in the same manner as each battery with an electrical terminal located on top thereof (see FIGS. 8 and 12). The battery is oriented in a direction within the module such that the narrowest side faces the face of the module and its widest side (when the battery expands) is positioned adjacent to the other battery of the module. do. This arrangement allows for expansion in only one direction within the module, which is desirable.

상기 배터리(1)는 배터리 구성요소의 팽창으로 인해 외부 압력의 균형을 맞추고 상기 양전극 및 음전극간에 거리를 줄여서 전반적인 배터리 전력을 증가하기위해 각 배터리내에 상기 배터리 전극상의 별도의 내부 압축을 제공하기 위해서 최적화된 외부의 기계적인 압축하에서의 상기 모듈 번들링/압축 수단내에서 서로 번들링된다.The battery 1 is optimized to provide separate internal compression on the battery electrode within each battery to balance the external pressure due to the expansion of the battery components and to reduce the distance between the positive and negative electrodes to increase overall battery power. Bundled together in said module bundling / compression means under external mechanical compression.

상기한 바와 같이, 본 발명에서 바람직하게 사용된 프리즘 배터리의 팽창은 단일방향으로 이루어짐으로써 그러한 팽창을 상쇄하기 위한 압축이 이러한 일방향으로 요구된다(압축 방향 화살표(33) 참조). 만약 상쇄되지 않으면, 이러한 팽창은 배터리의 외부 케이스의 만곡 및 휘어짐 현상과 전극간의 최적의 분리 공간보다 더 큰 공간을 발생시켜 결국 배터리의 전력을 감소시키게 된다. 또한, 그러한 팽창에 대한 과보상도 어느 정도 유용하다. 즉, 어느 정도까지는, 과도한 압축이 그 번들링된 배터리의 전력 출력을 실제로 증가시킨다(내부 저항을 감소시킨다). 그러나, 극도로 지나친 압축은 상기 배터리내의 전극의 파열 및 단락을 가져오게 된다. 과압축으로 인해 증가된 전력은 상기 양전극의 압축으로부터 기인한다고 보고 있으며, 이는 상기 전극 및 상기 전극 전류 컬렉터내의 활성 물질 입자간 접촉으로 인한 저항력을 감소시킴으로써 그 저항성을 약하게 한다. 또한, 상기 분리기의 압축은 상기 양전극 및 음전극간의 보다 짧은 이온 통로를 형성하도록 하여 이들간의 전해액 저항력을 감소시키는 상기 배터리의 상기 양전극 및 음전극 사이의 플레이트간 공간부를 감소시키게 한다.As mentioned above, the expansion of the prism battery preferably used in the present invention takes place in a single direction, so that compression is required in this one direction to cancel such expansion (see compression direction arrow 33). If not offset, this expansion creates more space than the optimal separation space between the electrodes and the bending and warping of the outer casing of the battery, eventually reducing the battery power. In addition, overcompensation for such expansion is also useful to some extent. In other words, to some extent, excessive compression actually increases (reduces internal resistance) the power output of the bundled battery. However, excessively excessive compression results in rupture and short circuit of the electrodes in the battery. The increased power due to overcompression is believed to result from the compression of the positive electrode, which weakens its resistance by reducing the resistance due to contact between active material particles in the electrode and the electrode current collector. In addition, the compression of the separator allows the formation of shorter ion passages between the positive and negative electrodes, thereby reducing the interplate space between the positive and negative electrodes of the battery, which reduces the electrolyte resistance therebetween.

도 17은 모듈 압축 대 배터리 저항간의 상관관계를 도시한다. 엔드 플레이트(하기에 기술될)를 가진 모듈은 다른 힘의 양을 이용하여 압축되며 내부 배터리 저항(전체 전력 출력 및 충전 효율과 관련됨) 및 배터리 두께가 측정된다.도 17로부터 알 수 있듯이, 약 70 및 170 psi(약 100cm2의 면적에 대해 약 1100-2600 파운드의 힘)사이에서 이들 모듈에 대해 최적의 압축 범위가 형성되며 약 50 내지 180 psi(약 100cm2의 면적에 대해 약 800 내지 2800 파운드의 힘)사이에서 이들 모듈에 대해 기능적인 범위가 형성된다. 이러한 모듈에서 사용되는 배터리에 대하여, 상기 기능적인 범위의 상한선 이상의 압축 및 하한선 이하의 압축은 배터리의 내부 저항을 증가시켜 전력을 감소시킨다는 점을 분명히 알 수 있게 된다. 상기 최적 및 기능적인 압축 범위가 크기가 다른 배터리에 대해 달리 나타나지만, 이러한 다른 크기의 배터리에 대해 저항 대 압축 관계는 적절한 셀 성능을 위한 기능 및 최적의 압축 범위가 있다는 점에서 모두 유사하다.17 shows the correlation between module compression versus battery resistance. Modules with end plates (described below) are compressed using different amounts of force and the internal battery resistance (related to total power output and charging efficiency) and battery thickness are measured. As can be seen from FIG. And an optimum compression range is formed for these modules between 170 psi (about 1100-2600 pounds for an area of about 100 cm 2 ) and about 50 to 180 psi (about 800 to 2800 pounds for an area of about 100 cm 2) . The functional range is formed for these modules. For batteries used in such modules, it will be apparent that compression above the upper limit of the functional range and compression below the lower limit increase the internal resistance of the battery, thereby reducing power. Although the optimum and functional compression ranges appear differently for batteries of different sizes, the resistance versus compression relationship for these different sizes of batteries is similar in that both have the function and optimum compression range for proper cell performance.

1)요구된 압축 실행을 할 수 있으며; 2)진동에 대해 저항성을 가진 모듈 번들링/압축 수단의 요구된 기계적 기능을 실행하며; 그리고 3)가능한 무게가 가벼운 설계/물질을 가진 구조를 찾는다는 것은 굉장히 힘든 작업이다. 본 발명은 상기 배터리 모듈이 높은 기계적 압력하에서는 상기 배터리 모듈(32)의 네 면을 따라 형성되며 상기 모듈의 4개의 코너에서 용접되어 상기 배터리 모듈의 바깥 주변에 밴드를 형성하는 금속 바(34)(바람직하게 스테인레스 스틸)를 이용하여 서로 번들링될 수 있다. 바람직하게 상기 용접된 금속 바(34)는 상기 배터리 모듈의 상부 및 하부사이 중앙에 위치하며, 여기서 팽창이 가장 왕성하게 일어난다. 상기 전극 스택을 포함하지 않은 영역내에서의 배터리 압축은 이러한 압축이 상기 전극을 압축하지 않으므로 유용하지 않게 된다. 사실상, 이러한 압축은 내부 절연기를 통해 상기 금속 캔에 대해 상기 전극의 단락을 일으키게 되므로 해가 될 수 있다.1) the required compression run is possible; 2) to perform the required mechanical functions of the module bundling / compression means resistant to vibration; And 3) finding structures with the lightest weight / design possible. According to the present invention, the battery module is formed along four sides of the battery module 32 under high mechanical pressure and welded at four corners of the module to form a band 34 around the outside of the battery module. Preferably stainless steel). Preferably the welded metal bar 34 is located centrally between the top and bottom of the battery module, where the expansion occurs most vigorously. Battery compression in areas that do not include the electrode stack is not useful as such compression does not compress the electrode. In fact, this compression can be detrimental as it causes a short circuit of the electrode to the metal can via an internal insulator.

도면에서 용이하게 알 수 없을지라도, 상기 배터리 케이스의 상부 및 하부 경계선에서 두께 및 너비 크기는 전체 두께 및 너비 크기보다 0.5 및 1.0 mm 정도 작다는 점을 주목해야만 한다. 이러한 크기의 감소는 모든 압축력이 상기 전극 플레이트 스택 및 분리기에로만 이동된다는 점을 보장한다.Although not readily seen in the figures, it should be noted that the thickness and width dimensions at the upper and lower borders of the battery case are about 0.5 and 1.0 mm smaller than the overall thickness and width dimensions. This reduction in size ensures that all compressive forces are transferred only to the electrode plate stack and separator.

상기 용접된 금속 바(34)는 상기 배터리 모듈의 상부 및 하부 사이 중앙에 위치한 둘 또는 세 개의 바 세트를 포함한다. 만약 세 개의 바 세트가 사용된다면, 제 1 세트의 바는 상기 배터리 모듈의 상부 및 하부 사이의 중간 정도에 위치하며, 그런 다음 제 2 세트의 바는 상기 제 1 세트의 바와 상기 배터리 모듈의 상부 사이에 위치하며, 제 3 세트의 바는 상기 제 1 세트의 바와 상기 배터리 모듈의 하부 사이에 위치한다. 이는 균일한 압축 분산을 가능케 하며 상기 바 세트상의 응력을 완화시켜 준다. 또한 이러한 압축 분산은 가장 작고 가장 가벼운 금속 바를 사용할 수 있도록 하여 모듈의 자중을 감소시킨다.The welded metal bars 34 comprise a set of two or three bars located centrally between the top and bottom of the battery module. If three sets of bars are used, the first set of bars is halfway between the top and bottom of the battery module, and the second set of bars is then between the first set of bars and the top of the battery module. And a third set of bars is located between the first set of bars and the bottom of the battery module. This allows for uniform compressive dispersion and relieves stress on the bar set. This compression dispersion also reduces the module's own weight by allowing the use of the smallest and lightest metal bars.

본 발명의 또 다른 바람직한 설계에서는 상기 모듈의 단부상에 금속 엔드 플레이트(35)를 사용한다. 상기 스테인레스 스틸 바는 상기 배터리 모듈의 면을 따라 형성되어 상기 모듈의 코너에서 용접되고 직사각형의 금속 튜빙(도 9에서 참조번호 45)으로 형성되어 상기 엔드 바를 대체하여 상기 엔드 플레이트(35)를 적절하게 지지한다. 이러한 설계는 압축력의 분산을 도와준다. 상기 엔드 플레이트(35)는 바람직하게 알루미늄으로 형성되며 상기 엔드 플레이트(35)의 평면에 수직 돌출한 리브(36)를 구비하여, 상기 플레이트(35)에 강도를 증가시키며 사용될 물질을 더욱가볍게 해준다(상기 엔드 플레이트의 일 실시예가 도 13a 및 13b에 도시되며, 다른 실시예는 1995년 5월 5일자로 출원된 미국 출원번호 제 08/238,570호에 개시되며, 이 내용은 참조문헌으로서 개시됨). 상기 엔드 플레이트(35)가 그러한 리브(36)를 구비할 때, 상기 직사각형의 금속 튜빙(45)을 수용하기 위해 그러한 리브내에 슬롯(미도시, 그러나 도 9를 참조)이 형성될 필요가 있다. 바람직하게 상기 엔드 플레이트(35)는 열 절연 폴리머 층 또는 폴리머 폼과 같은 열 절연 물질에 의해 상기 모듈(32)내에 번들링된 배터리로부터 열분리 또는 열 절연될 수 있다. 이러한 절연은 상기 엔드 플레이트(35)의 상기 리브(36)의 냉각 핀 작용에 의해 일어날 수 있는 모듈내에 불규칙한 배터리 온도 분산을 막을 수 있다. 그러나, 상기 리브(36)는 만약 필요하다면 이웃한 배터리(1)에 상기 엔드 플레이트(35)를 열 싱크에 의해 상기 모듈(32)내에 배터리(1)에 대해 열 방출을 증가하도록 한다.In another preferred design of the invention a metal end plate 35 is used on the end of the module. The stainless steel bar is formed along the face of the battery module, welded at the corner of the module and formed of rectangular metal tubing (45 in FIG. 9) to replace the end bar to properly replace the end plate 35. I support it. This design helps to distribute the compressive force. The end plate 35 is preferably formed of aluminum and has ribs 36 projecting perpendicularly to the plane of the end plate 35, increasing the strength of the plate 35 and making the material to be used lighter ( One embodiment of such an end plate is shown in FIGS. 13A and 13B, another embodiment is disclosed in US Application No. 08 / 238,570, filed May 5, 1995, which is incorporated by reference). When the end plate 35 has such ribs 36, slots (not shown, but see FIG. 9) need to be formed in such ribs to accommodate the rectangular metal tubing 45. Preferably the end plate 35 may be thermally isolated or thermally isolated from the battery bundled in the module 32 by a thermal insulating material such as a thermally insulating polymer layer or polymer foam. This insulation can prevent irregular battery temperature distribution within the module that may be caused by the action of the cooling fins of the rib 36 of the end plate 35. However, the ribs 36 allow the end plates 35 to neighboring batteries 1 to increase heat dissipation for the batteries 1 in the module 32 by a heat sink if necessary.

상기 각각의 모듈(32)은 다른 모듈(32) 및 배터리 팩 케이스로부터 얼마간 떨어져서 상기 모듈(32)을 지지하는 모듈 스페이서(37)(도 11 및 12 참조)를 별도로 포함한다. 이러한 모듈 스페이서(37)는 상기 모듈(32)의 상부 및 하부상에 형성되어 상기 모듈(32)내의 상기 배터리(1)의 코너 및 상기 배터리(1)의 상기 전기 상호연결장치(25) 및 단자(7 및 8)에 대한 보호 기능을 한다. 더욱 중요하게는, 상기 스페이서(37)의 각 면상의 탭(38)은 상기 모듈(32)을 최적의 거리만큼 떨어지도록 지지한다. 바람직하게 상기 스페이서(37)는 내구성의 폴리머와 같은 경량이며 전기적으로 비전도성 물질로 형성된다. 또한, 상기 스페이서가 요구된 기능을 실행하기 위해서 가능한 작고 가벼운 물질을 포함하는 것이 전체 에너지 밀도에서 중요하다.Each module 32 separately includes a module spacer 37 (see FIGS. 11 and 12) that supports the module 32 some distance from the other module 32 and the battery pack case. These module spacers 37 are formed on the top and bottom of the module 32 to form corners of the battery 1 in the module 32 and the electrical interconnects 25 and terminals of the battery 1. It protects against (7 and 8). More importantly, tabs 38 on each side of the spacer 37 support the module 32 away from the optimum distance. Preferably, the spacers 37 are formed of a lightweight, electrically nonconductive material, such as a durable polymer. In addition, it is important in the overall energy density that the spacer contain as small and light material as possible to perform the required function.

본 발명에 따른 배터리 및 모듈은 그들간에 낮은 저항 통로를 제공하는 전도성의 납(25)(도 8 및 9 참조)에 의해 바람직하게 전기적으로 상호연결된다. 납 저항 및 접촉성 저항을 포함한 전체 저항은 바람직하게 0.1 mohm을 초과해서는 안된다. 상기 납은 나사, 볼트 또는 바람직하게 상기한 바 있는 소켓 배럴 연결장치(24)에 의해 상기 단자에 고정된다. 본 발명에 따른 상기 배터리 모듈(32)의 상기 전기적 상호연결장치(25)는 바람직하게는 편조 케이블 상호연결장치(도 14 참조)이며, 이는 높은 열 방출 및 모듈의 디자인/구조에 대한 유연성을 제공한다. 즉, 상기 편조 케이블 상호연결장치(25)는 본 발명의 상기 배터리 모듈내에서 두 가지 중요한 기능을 수행한다(상기 배터리로부터 전기 에너지를 이동하는 일반적인 기능외에). 첫째, 상기 편조 케이블(25)은 유연성을 가짐으로써 개별 배터리(1)의 팽창 및 수축을 도모하여 상기 모듈(32)내의 개별 배터리(1)의 상기 단자(7 및 8)사이의 거리 변화를 가져오게 한다. 둘째로, 상기 편조 케이블 상호연결장치(25)는 고체 케이블 또는 바보다 훨씬 높은 표면적을 갖는다. 이 점은 전기적인 상호연결장치가 상기 배터리의 내부에서 시작하여 상기 전극(4 및 5), 상기 전극 탭(27), 상기 배터리 단자(7)를 통해, 상기 전기적인 상호연결장치(25)를 통과하는 열 통로의 일부이기 때문에 본 발명에 따른 배터리, 모듈 및 팩의 열 관리에 있어서 중요하다. 그러므로, 상기 전기 상호연결장치(25)의 표면적이 높을수록, 상기 배터리(1)의 열 방출이 증가되며 그 열 관리도 더욱 양호하게 된다. 바람직하게 상기 편조 케이블 전기 상호연결장치(25)는 내부식성을 가지기 위해 니켈로 바람직하게 코팅처리된 구리 또는 구리 합금으로 형성된다.Batteries and modules according to the invention are preferably electrically interconnected by conductive leads 25 (see FIGS. 8 and 9) which provide low resistance passages between them. The total resistance, including lead resistance and contact resistance, should preferably not exceed 0.1 mohm. The lead is secured to the terminal by screws, bolts or preferably socket barrel connectors 24 as described above. The electrical interconnect 25 of the battery module 32 according to the invention is preferably a braided cable interconnect (see FIG. 14), which provides high heat dissipation and flexibility for the design / structure of the module. do. That is, the braided cable interconnect 25 performs two important functions within the battery module of the present invention (in addition to the general function of transferring electrical energy from the battery). First, the braided cable 25 is flexible to facilitate expansion and contraction of the individual battery 1, resulting in a change in distance between the terminals 7 and 8 of the individual battery 1 in the module 32. To come. Secondly, the braided cable interconnect 25 has a much higher surface area than a solid cable or bar. This is due to the fact that an electrical interconnect starts inside the battery and runs through the electrodes 4 and 5, the electrode tab 27, and the battery terminal 7 to connect the electrical interconnect 25. It is important in the thermal management of batteries, modules and packs according to the invention as it is part of the heat passage through it. Therefore, the higher the surface area of the electrical interconnect device 25, the greater the heat dissipation of the battery 1 and the better its thermal management. Preferably the braided cable electrical interconnect 25 is formed of copper or a copper alloy, preferably coated with nickel to have corrosion resistance.

본 발명의 또 다른 측면(도 15에 도시됨)은 유체 냉각 배터리 팩 시스템(이하에서 사용된 것으로서, 용어 "배터리 팩" 또는 "팩"은 두 개 이상의 전기적으로 상호연결된 배터리 모듈을 나타낸다.)의 기계적인 설계에 있다. 또한, 배터리의 사이클링 동안에, 그 배터리는 많은 양의 여열을 발생한다는 점을 주목해야만 한다. 이는 특히 배터리의 충전 중에 해당한다. 이러한 여열은 상기 배터리 시스템에 해가 될 수도 있고 심지어는 마비상태를 가져올 수도 있다. 배터리 시스템이 아무런 열 관리를 하지 않거나 부적절한 열 관리를 할 때 겪을 수 있는 몇 가지 부정적인 특징은: 1)낮은 용량 및 전력; 2)자기 방전 증가; 3)배터리 및 모듈간의 온도의 불균형, 그로 인한 배터리 오용; 및 4)배터리 사이클 수명의 감소이다. 그러므로, 최적의 상태에서 상기 배터리 팩 시스템을 사용하기 위해서는 적절한 열 관리가 필요하다는 것은 명백하다.Another aspect (shown in FIG. 15) of the present invention is a fluid cooled battery pack system (as used below, the term "battery pack" or "pack" refers to two or more electrically interconnected battery modules). It is in mechanical design. It should also be noted that during cycling of the battery, the battery generates a large amount of excess heat. This is especially true during charging of the battery. This heat may harm the battery system and even cause paralysis. Some of the negative characteristics that a battery system may experience when doing no or inadequate thermal management include: 1) low capacity and power; 2) increased self discharge; 3) unbalance in temperature between the battery and the module, resulting in battery misuse; And 4) reduction in battery cycle life. Therefore, it is clear that proper thermal management is necessary to use the battery pack system in an optimal state.

배터리 팩 시스템의 열 관리에서 고려되어야 할 몇 가지 인자는: 1)모든 배터리 및 모듈은 배터리에 영구적인 손상을 막기 위해서 65℃보다 더 낮게 유지되어야만 한다; 2)모든 배터리 및 모듈은 배터리의 정격 성능의 적어도 80%를 얻기 위해서 55℃보다 더 낮게 유지되어야만 한다; 3)모든 배터리 및 모듈은 최대 사이클 수명을 가지기 위해서 45℃보다 더 낮게 유지되어야만 한다; 및 4)개별적인 배터리 및 배터리 모듈간의 온도차는 최적의 성능구현을 위해 8℃ 이하에서 유지되어야만 한다. 본 발명에 있어서의 특징은 배터리간의 온도차를 약 2℃ 이하로 제어할 수 있다는 데 있다.Some factors to consider in thermal management of battery pack systems are: 1) All batteries and modules must be kept below 65 ° C to prevent permanent damage to the battery; 2) all batteries and modules must be kept lower than 55 ° C. to obtain at least 80% of the battery's rated performance; 3) All batteries and modules must be kept below 45 ° C to have maximum cycle life; And 4) The temperature difference between individual batteries and battery modules should be kept below 8 ° C for optimal performance. A feature of the present invention is that the temperature difference between batteries can be controlled to about 2 ° C or less.

상기 배터리 팩 시스템의 열 관리는 적절한 냉각효과를 제공하여 아주 다양한 동작여건에서 Ni-MH 배터리의 최적 성능 및 내구성을 보장해야만 한다. 미국에서의 대기 온도는 49개 주에서 적어도 -30℃에서 43℃까지의 넓은 범위에 해당한다. 약 -1℃에서 38℃까지의 최적의 배터리 성능 범위에서 배터리를 유지하는 한편, 이러한 대기 온도 범위에서 상기 배터리 팩의 동작 유용성을 획득하는 것이 필요하다.Thermal management of the battery pack system must provide adequate cooling to ensure optimum performance and durability of Ni-MH batteries under a wide variety of operating conditions. Atmospheric temperatures in the United States range from 49 states to at least -30 ° C to 43 ° C. It is necessary to maintain the battery in the optimal battery performance range from about −1 ° C. to 38 ° C., while attaining the operational utility of the battery pack in this ambient temperature range.

니켈 금속 수소화물 배터리는 니켈 양전극에서 산소 발생에 의해 발생하는 문제로 인해 43℃ 이상의 매우 높은 온도에서는 충전 효율의 저하를 보인다. 이러한 비효율성을 피하기 위해서 충전중의 배터리 온도는 이상적으로 43℃ 이하에서 유지되어야만 한다. 또한 니켈 금속 수소화물 배터리는 니켈 음전극에서의 성능 저하로 인해 -1℃ 이하의 온도에서는 전력 성능의 저하를 보인다. 이러한 전력의 감소를 막기 위해서 배터리 온도는 방전중에 약 -1℃ 이상에서 유지되어야만 한다.Nickel metal hydride batteries show a decrease in charging efficiency at very high temperatures of 43 ° C. or higher due to problems caused by oxygen generation in the nickel positive electrode. To avoid this inefficiency, the battery temperature during charging should ideally be kept below 43 ° C. Nickel metal hydride batteries also exhibit poor power performance at temperatures below -1 ° C due to performance degradation at the nickel negative electrode. To prevent this loss of power, the battery temperature must be maintained above about -1 ° C during discharge.

상기에서 언급한 바와 같이, 고온 및 저온에서의 성능 저하 현상 이외에, 충전중에 모듈내의 배터리간의 온도차로 인해 역효과가 발생할 수 있다. 온도차가 클 경우에는 배터리의 충전 효율에 있어서 불균형이 발생되며, 이 때, 배터리는 번갈아 충전 상태에서 불균형을 일으켜서 용량의 감소를 가져오며 잠재적으로는 심한 과충전 및 과방전 현상을 빈번히 발생하게 한다. 이러한 문제를 피하기 위해서, 상기 배터리간의 온도차는 8℃ 이하로, 바람직하게는 5℃ 이하로 제어되어야만 한다.As mentioned above, in addition to the performance degradation at high and low temperatures, adverse effects may occur due to the temperature difference between the batteries in the module during charging. If the temperature difference is large, an imbalance occurs in the charging efficiency of the battery, in which the battery alternately causes an unbalance in the charging state, resulting in a decrease in capacity, and frequently causing severe overcharge and overdischarge phenomenon. In order to avoid this problem, the temperature difference between the batteries should be controlled to 8 ° C. or lower, preferably 5 ° C. or lower.

도 18은 본 발명에 따른 니켈 금속 수소화물 배터리의 Wh/Kg으로 측정된 배터리 비에너지(specific energy) 및 배터리 온도간의 관계를 도시한다. 도시한 바와 같이, 배터리의 특정 에너지는 약 20℃ 정도를 넘어서 하강하기 시작하여 약 40℃ 이상에서 갑자기 떨어진다. 도 19는 본 발명에 따른 니켈 금속 수소화물 배터리의 W/Kg으로 측정된 배터리 비전력(specific power) 및 배터리 온도간의 관계를 도시한다. 도시한 바와 같이, 배터리의 비전력은 온도와 함께 상승하나 약 40℃ 이상에서 안정상태로 된다.18 shows the relationship between battery specific energy and battery temperature measured in Wh / Kg of a nickel metal hydride battery according to the present invention. As shown, the specific energy of the battery begins to drop above about 20 ° C. and suddenly drops above about 40 ° C. 19 shows the relationship between battery specific power and battery temperature measured in W / Kg of a nickel metal hydride battery according to the present invention. As shown, the specific power of the battery rises with temperature but becomes stable above about 40 ° C.

유체 냉각 배터리 팩 시스템 설계의 또 다른 인자는 기계적인 항목부분이다. 예를 들어, 배터리 및 모듈 패킹 밀도는 가능한 조밀하여 최종 생산에서의 공간을 대비하게 된다. 별도로, 열 관리를 위해 상기 배터리 팩 시스템에 추가된 소정의 물질은 배터리 자체의 전기화학적 용량에 직접적으로 영향을 미치지 않으므로 상기 배터리 시스템의 전체 에너지 밀도를 궁극적으로 감소시킨다. 이러한 요구를 충족하기 위해서, 본 발명자들은 본 발명에 따른 유체 냉각 배터리 팩 시스템을 설계하게 되었다.Another factor in the design of a fluid cooled battery pack system is the mechanical part. For example, battery and module packing densities are as compact as possible to prepare for space in final production. Separately, certain materials added to the battery pack system for thermal management do not directly affect the electrochemical capacity of the battery itself, ultimately reducing the overall energy density of the battery system. To meet this need, the inventors have designed the fluid cooling battery pack system according to the present invention.

본 발명의 가장 기본적인 형태(도 15에 도시된 실시예)에 있어서, 상기 유체 냉각 배터리 팩 시스템은: 1)적어도 하나의 냉각제 입구(41) 및 적어도 하나의 냉각제 출구(42)를 가지는 배터리 팩 케이스(40); 2)상기 케이스(40)내에 위치하여 배터리 모듈(32)이 상기 케이스 벽으로부터 이격되며 또한 상기 케이스(40)내의 다른 배터리 모듈(32)로부터 이격되어 그 번들링된 배터리의 적어도 하나의 표면을 따라, 그 너비가 상기 배터리로부터 상기 냉각제까지 대류이며 전도성을 갖고 방사성의 열 이동 장치를 통해 최대의 열 이동을 가능하게 하는 최대로 효율적인 크기를 가지는 냉각제 유동 채널(43)을 형성하도록 하는 적어도 하나의 배터리 모듈(32); 및 3)상기 냉각제가 상기 케이스(40)의 상기 냉각제 입구 수단(41)으로유입되도록 하여 상기 냉각제 유동 채널(43)을 통해 흘러서 상기 케이스(40)의 상기 냉각제 출구 수단(42)을 통해 배출되도록 하는 적어도 하나의 냉각제 이송 수단(44)을 구비한다. 바람직하게, 이상적으로, 상기 배터리 팩 시스템(39)은 상기 케이스내에 2차원 또는 3차원 매트릭스 구조로 배열되는 다수 개의 배터리 모듈(32), 일반적으로 2 내지 100개의 모듈을 가진다. 그러한 매트릭스 구조는 냉각제가 상기 배터리 모듈(32) 각각의 적어도 하나의 표면을 지나서 흐르도록 하면서 높은 패킹 밀도를 가지도록 한다.In the most basic form of the invention (the embodiment shown in FIG. 15), the fluid cooling battery pack system comprises: 1) a battery pack case having at least one coolant inlet 41 and at least one coolant outlet 42. 40; 2) located in the case 40 so that the battery module 32 is spaced apart from the wall of the case and is spaced apart from other battery modules 32 in the case 40 and along at least one surface of the bundled battery, At least one battery module that is convection from the battery to the coolant and forms a coolant flow channel 43 having a maximally efficient size that is conductive and allows maximum heat transfer through the radioactive heat transfer device (32); And 3) allowing the coolant to flow into the coolant inlet means 41 of the case 40 to flow through the coolant flow channel 43 and to be discharged through the coolant outlet means 42 of the case 40. At least one coolant transfer means 44 is provided. Preferably, the battery pack system 39 has a plurality of battery modules 32, generally 2 to 100 modules, arranged in a two-dimensional or three-dimensional matrix structure in the case. Such a matrix structure allows the coolant to flow over at least one surface of each of the battery modules 32 while having a high packing density.

바람직하게 상기 배터리 팩 케이스(40)는 전기적 절연 물질로 형성된다. 더욱 바람직하게 상기 케이스(40)는 경량이며, 내구성이 있고, 전기적으로 절연되는 폴리머 물질로 형성된다. 이러한 물질은 전기적으로 절연되어 만약 상기 케이스가 배터리 및 모듈과 접촉했을지라도 단락되지 않도록 해야 한다. 또한, 이 물질은 전체 팩 에너지 밀도를 증가시키기 위해 경량성을 가져야만 한다. 마지막으로, 이 물질은 내구성을 가져서 배터리 팩의 반복되는 사용에도 견딜 수 있어야만 한다. 상기 배터리 팩 케이스(40)는 특정 유체 포트이며 바람직하게는 상기 배터리 팩 케이스(40)내의 단순한 구멍이 되며 이를 통해 냉각공기를 유입하고 배출하는 하나 또는 그 이상의 냉각제 입구(41) 및 출구(42)를 포함한다.Preferably, the battery pack case 40 is formed of an electrically insulating material. More preferably, the case 40 is formed of a lightweight, durable, electrically insulating polymer material. These materials must be electrically insulated so that they will not short circuit, even if the case is in contact with the battery and module. In addition, the material must have light weight to increase the overall pack energy density. Finally, the material must be durable to withstand repeated use of the battery pack. The battery pack case 40 is a specific fluid port and is preferably a simple hole in the battery pack case 40 through which one or more coolant inlets 41 and outlets 42 enter and discharge cooling air. It includes.

상기 유체 냉각 배터리 팩 시스템(39)은 가스 또는 액체인 전기적으로 절연되는 냉각제를 사용하도록 설계된다. 바람직하게 상기 냉각제는 가스이며 더욱 바람직하게는 상기 냉각제는 공기가 된다. 상기 냉각제로서 공기가 사용될 때, 바람직하게는 상기 냉각제 이송 수단(44)은 강제 공기 송풍기이며, 더욱 바람직하게는상기 팩에서 셀 당 1 내지 3 SCFM 공기의 공기 유량을 제공하는 송풍기이다.The fluid cooled battery pack system 39 is designed to use an electrically insulated coolant that is a gas or a liquid. Preferably the coolant is a gas and more preferably the coolant is air. When air is used as the coolant, the coolant delivery means 44 is preferably a forced air blower, more preferably a blower that provides an air flow rate of 1 to 3 SCFM air per cell in the pack.

상기 송풍기는 상기 배터리 팩내로 연속적으로 냉각 공기를 제공할 필요는 없으나, 최적의 상태에서 배터리 팩 온도를 유지하기 위해서는 제어될 필요가 있다. 팬을 온/오프하는 팬 제어, 바람직하게는 팬의 속도를 제어하기 위한 팬 제어는 충전, 구동 및 휴지 대기(idle stand) 중에 효율적인 냉각을 위해 필요하다. 통상적으로, 냉각은 충전중에 가장 중요하나, 구동중에도 또한 필요하다. 팬 속도는 배터리 팩 및 대기 사이의 온도차를 기준하여 제어되며, 뿐만 아니라 배터리가 냉각된 상태에서 배터리를 냉각하지 않기 위해서 또는 배터리가 이상적인 온도 범위중에서 상한치에 가까웠을 때 여분의 냉각을 제공하기 위해서 절대 온도를 기준하여 제어된다. 니켈 금속 수소화물 배터리에서, 팬은 충전 후에 휴지 시간에 또한 필요하다. 간헐적인 냉각은 이러한 상태에서 효율적인 냉각을 제공하기 위해 필요하며 팬의 소모 전력 이하로 자기 방전 비율을 유지함으로써 순수 에너지 절감을 가져온다. 통상적인 결과(도 16)가 최초의 충전 후 냉각 후에 2.4 시간에서의 팬을 보여준다. 전형적으로 정상적인 팬 제어 과정(하기에 개시될)은 이러한 시나리오에서 잘 이루어진다. 효율적인 팬의 사용은 시간내내 팬 전력의 충분한 소모없이 필요할 때 효율적인 냉각을 실행하도록 하여 에너지 효율을 높게 유지하도록 한다. 더욱 효율적인 팬의 사용은 팩의 성능 및 수명의 최적화를 가능케 하는 최적의 팩 온도를 유지한다는 점에서 이롭다.The blower need not continuously provide cooling air into the battery pack, but need to be controlled to maintain the battery pack temperature in an optimal state. Fan control to turn the fan on / off, preferably fan control for controlling the speed of the fan, is required for efficient cooling during charging, driving and idle stand. Typically, cooling is most important during charging, but also during operation. The fan speed is controlled based on the temperature difference between the battery pack and the atmosphere, as well as in order not to cool the battery while the battery is cooled or to provide extra cooling when the battery is near the upper limit of the ideal temperature range. Controlled based on temperature. In nickel metal hydride batteries, a fan is also needed at rest time after charging. Intermittent cooling is needed to provide efficient cooling in this condition, resulting in net energy savings by maintaining the self-discharge rate below the fan's power consumption. Typical results (FIG. 16) show a fan at 2.4 hours after cooling after the initial charge. Typically the normal fan control process (discussed below) works well in this scenario. The use of efficient fans allows for efficient cooling when needed without sacrificing fan power over time to maintain high energy efficiency. The use of more efficient fans is beneficial in maintaining the optimum pack temperature, which allows for the optimization of pack performance and life.

만약 배터리의 최대 온도가 30℃ 이상이며 대기 온도가 그 배터리 최대 온도보다 낮을(바람직하게 5℃ 이상 낮은) 경우, 팬 제어 과정의 일 예를 보면 팬은 구동하여 더욱 냉각된 공기를 상기 냉각 채널로 순환시킨다.If the maximum temperature of the battery is above 30 ° C and the ambient temperature is lower than the maximum temperature of the battery (preferably above 5 ° C), an example of the fan control process is that the fan is driven to drive more cooled air into the cooling channel. Circulate

또 다른 유용한 팬 제어 알고리즘은 소정 기준에 따라서 다양한 비율에서 팬을 동작시킨다. 이러한 기준은 1)배터리 최대 온도; 2)대기 온도; 3)현재 배터리 사용(즉, 충전, 충전 대기, 고온, 구동중에 높은 방전 깊이(dod), 스탠딩 등);4) 냉각 팬을 파워 온하는 보조 배터리의 전압을 포함한다. 상기 알고리즘은 표 2에 도시한 바와 같다.Another useful fan control algorithm operates fans at various ratios according to certain criteria. These criteria are: 1) battery maximum temperature; 2) ambient temperature; 3) current battery usage (i.e. charging, charging standby, high temperature, high discharge depth during operation, standing, etc.); and 4) the voltage of the auxiliary battery powering on the cooling fan. The algorithm is shown in Table 2.

표 2TABLE 2

IF(Tbatmax >= 25℃THENPWM = Minspeed + 5*DeltaPWM = MIN(PWM, Maxspeed)ELSE PWM = MinspeedIF PWM < 30 THEN PWM = 0IF (Vauxbat < 13) and (PWM >= 30)THEN PWM = 30IF (Tbatmax> = 25 ° C THENPWM = Minspeed + 5 * DeltaPWM = MIN (PWM, Maxspeed) ELSE PWM = MinspeedIF PWM <30 THEN PWM = 0IF (Vauxbat <13) and (PWM> = 30) THEN PWM = 30

표 2의 알고리즘에서:In the algorithm of Table 2:

"Tbatmax"는 최대 모듈 온도이며;"Tbatmax" is the maximum module temperature;

"Tamb"는 주변 대기 온도이며;"Tamb" is the ambient air temperature;

"Delta"는 Tbatmax-Tamb('0'으로 간주되는 음의 값을 가짐)"Delta" is Tbatmax-Tamb (negative value assumed to be '0')

"PWM"는 팬 펄스 폭 변조(PWM)율 제어 신호(0=OFF, 100=FULL POWER)이며;"PWM" is a fan pulse width modulation (PWM) rate control signal (0 = OFF, 100 = FULL POWER);

"Vauxbat"는 보조 팬 배터리 전압이며;"Vauxbat" is the auxiliary fan battery voltage;

"Minspeed"는 최소 팬 속도, 만약 충전, 충전 대기, 고온, 구동중의 높은 방전 깊이(dod)일 경우 30%의 PWM; 또는 0%의 PWM; 및"Minspeed" is the minimum fan speed, 30% PWM if charging, charging standby, high temperature, high discharge dodging during operation; Or 0% PWM; And

"Maxspeed"는 최대 팬 속도, 만약 충전 또는 충전 대기의 경우, 100%의 PWM, 또는 65%의 PWM."Maxspeed" is the maximum fan speed, 100% PWM, or 65% PWM if charging or waiting for charging.

상기 냉각 유체의 유량 및 압력은 상기 팩에 충분한 열 용량 및 열 이동을 제공하기 위해서 충분할 필요가 있다. 상기 유체의 유량은 최대 예상된 지속적인 열 발생율에서 열의 안정 상태의 제거를 위해 충분하도록 요구되어 허용 온도 상승을 일으키게 된다. 일반적인 Ni-MH 배터리 팩에서, 과충전(최대 열 발생)중에 발생된 셀당 5 내지 10 W를 가지며, 셀당 1 내지 3 CFM 공기의 유량이 단순히 공기의 열 용량을 기준하여 적절한 냉각을 제공하기 위해 필요하며, 이는 허용 온도 상승을 이루게 된다. 복사 송풍기 형태의 팬이 열 관리를 위한 가장 효과적인 기류를 제공하기 위해 사용된다. 이는 축 방향의 팬에 의해 발생되는 공기 압력과 비교했을 때 이들 팬에 의해 발생되는 공기 압력이 더 높기 때문이다. 일반적으로, 적어도 0.5"의 물의 압력 강하가 팩에 설치된 팬의 동작점에서 요구된다. 높은 유량에서 이러한 압력 강하를 발생하기 위해서는 일반적으로 1.5" 내지 3"의 물의 팬의 정적 압력 용량을 필요로 하게 된다.The flow rate and pressure of the cooling fluid need to be sufficient to provide sufficient heat capacity and heat transfer to the pack. The flow rate of the fluid is required to be sufficient to remove the steady state of heat at the maximum expected sustained heat generation rate, resulting in an allowable temperature rise. In a typical Ni-MH battery pack, it has 5 to 10 W per cell generated during overcharge (maximum heat generation), and a flow rate of 1 to 3 CFM air per cell is simply needed to provide adequate cooling based on the heat capacity of the air. This results in an allowable temperature rise. Fans in the form of radiant blowers are used to provide the most effective airflow for thermal management. This is because the air pressure generated by these fans is higher compared to the air pressure generated by the fans in the axial direction. In general, a pressure drop of at least 0.5 "water is required at the operating point of the fan installed in the pack. To produce this pressure drop at high flow rates it is generally necessary to require a static pressure capacity of a fan of 1.5" to 3 "water. do.

배터리 팩이 뜨거울 때 이를 냉각하기 위해 팬을 사용하는 것 이외에, 팬은 이런 배터리 팩이 너무 차가울 때 이를 가열할 수 있다. 즉, 만약 배터리 팩이 최소 최적온도 이하에 있게 되고 대기가 그런 배터리 팩보다 더 따뜻하다면, 팬은 가동되어 따뜻한 대기를 배터리 팩내로 유입한다. 그런 다음, 그 따뜻한 공기의 열 에너지는 배터리 팩으로 이동하여 적어도 최적의 온도 범위의 하한선까지 상기 배터리 팩을 따뜻하게 한다.In addition to using a fan to cool the battery pack when it is hot, the fan can heat it when it is too cold. In other words, if the battery pack is below the minimum optimum temperature and the atmosphere is warmer than such a battery pack, the fan is turned on to bring the warm atmosphere into the battery pack. The heat energy of the warm air then moves to the battery pack to warm the battery pack to at least the lower limit of the optimal temperature range.

하나 또는 그 이상의 냉각제 이송 수단(44)이 상기 냉각제 입구(41)에 형성되어 상기 냉각제 유동 채널(43)을 통해 그리고 상기 냉각제 출구(42)로부터 상기 배터리 팩 케이스(40)내로 신선한 냉각제를 유입할 수 있다. 또는, 하나 또는 그 이상의 냉각제 이송 수단(44)이 상기 냉각제 출구(42)에 형성되어 상기 배터리 팩 케이스(40)로부터 가열된 냉각제를 유출하여, 신선한 냉각제가 상기 냉각제 입구(41)를 경유하여 상기 배터리 팩 케이스(40)로 유입하도록 하며 상기 냉각제 유동 채널(43)을 통해 유동하도록 한다.One or more coolant conveying means 44 are formed at the coolant inlet 41 to introduce fresh coolant through the coolant flow channel 43 and from the coolant outlet 42 into the battery pack case 40. Can be. Alternatively, one or more coolant conveying means 44 are formed at the coolant outlet 42 and outflow the heated coolant from the battery pack case 40 so that fresh coolant passes through the coolant inlet 41. It flows into the battery pack case 40 and flows through the coolant flow channel 43.

상기 냉각제는 상기 가장 긴 크기의 냉각제 유동 채널(43)에 평행하게 흐르게 되거나(즉, 배터리 모듈의 길이 방향으로), 또는 상기 가장 긴 크기의 냉각제 유동 채널(43)에 수직인 방향으로 흐르게 된다(즉, 배터리 모듈의 높이 방향으로). 상기 냉각제는 상기 냉각 채널(43)을 통해 흐름에 따라 상기 배터리로부터 여열을 회수하기 때문에 상기 냉각제는 가열되게 된다는 점을 유의해야만 한다. 그러므로, 상기 유량이 상기 가장 긴 크기의 냉각제 유동 채널(43)에 수직하게 흐르는 것이 바람직하다. 이는 상기 냉각제가 가열됨에 따라, 상기 배터리와 냉각제간의 온도 차가 줄어들어 그 결과 냉각율 또한 감소하기 때문이다. 그래서, 전체 열 방출이 저하되게 된다. 이러한 현상을 줄이기 위해서, 냉각제 유동 통로는 즉, 배터리의 높이를 따라, 그 두 개 중에서 더 짧아야만 한다.The coolant flows in parallel to the longest coolant flow channel 43 (ie in the longitudinal direction of the battery module), or in a direction perpendicular to the longest coolant flow channel 43 ( Ie in the height direction of the battery module). It should be noted that the coolant is heated because the coolant recovers excess heat from the battery as it flows through the cooling channel 43. Therefore, it is preferable that the flow rate flows perpendicular to the longest size coolant flow channel 43. This is because as the coolant is heated, the temperature difference between the battery and the coolant is reduced and consequently the cooling rate is also reduced. Thus, the total heat dissipation is lowered. To reduce this phenomenon, the coolant flow passage must be shorter of the two, ie along the height of the battery.

공기가 가장 바람직한 냉각제이지만(이는 쉽게 이용가능하며 케이스내에 그리고 케이스 밖으로 이송되기 용이하므로), 다른 가스 및 액체가 사용될 수 있다.특히, 프레온 또는 에틸렌글리콜, 뿐만 아니라 다른 상업적으로 이용가능한 플루오르카본 및 비플루오르카본 염기 물질과 같은 액체 냉각제가 사용될 수 있다. 이런 가스 및 액체가 냉각제로 사용될 때, 바람직하게 상기 냉각제 이송 수단(44)은 바람직하게 펌프가 된다. 공기 이외의 다른 냉각제를 사용할 때에는, 상기 냉각제 이송 수단은 냉각제 보유기(미도시)로 가열된 냉각제를 재순환하는 상기 냉각제 출구(42)에 부착된 냉각제 복귀 라인을 바람직하게 구비한다. 상기 냉각제 복귀 라인으로부터 상기 냉각제가 열을 추출하기 위해 냉각제 열 교환기(미도시)로 이동되어 최종적으로 상기 배터리 팩(39)의 재냉각 사용을 위해 상기 냉각제 펌프(44)로 재전달된다.While air is the most preferred coolant (which is readily available and easy to transport in and out of the case), other gases and liquids may be used. In particular, freon or ethylene glycol, as well as other commercially available fluorocarbons and non- Liquid coolants such as fluorocarbon base materials can be used. When such gas and liquid are used as coolant, the coolant conveying means 44 is preferably pumped. When using a coolant other than air, the coolant conveying means preferably comprises a coolant return line attached to the coolant outlet 42 for recirculating the coolant heated by a coolant retainer (not shown). From the coolant return line, the coolant is transferred to a coolant heat exchanger (not shown) to extract heat and finally re-delivered to the coolant pump 44 for recooling use of the battery pack 39.

상기 최적의 냉각 유동 채널 폭은 여러 가지 많은 인자를 갖는다. 이들 인자중의 몇 가지 예는 배터리 수, 배터리의 에너지 밀도 및 용량, 배터리 충전 및 방전율, 상기 냉각제의 방향, 속도 및 용적 유량, 상기 냉각제의 열 용량 등이다. 이러한 인자와는 별도로, 모듈 사이를 통과할 때의 냉각 유체량을 방해하거나 지연하는 상기 냉각 채널(43)을 설계하는 것이 중요하다는 점을 알게 됐다. 이상적으로, 유동의 지연은 셀 냉각 표면과 마찰로 인한 것이 우세적이며, 이는 유동량의 5 내지 30%의 유동 감소를 가져온다. 모듈간의 공간이 상기 냉각 유체 처리시스템에서 주요한 유동 제약을 형성할 때, 이는 모든 모듈간의 공간에 균일하며 대체로 동일한 냉각 유체 유동량을 발생시켜 동일한 냉각을 가져오며, 상기 모듈간의 불균일한 유동을 발생시킬 수 있는 다른 유동 제약(입구 또는 출구와 같은)의 영향을 감소시키게 된다. 더욱이, 각 셀의 동일한 영역이 유사한 속도 및 온도를 가지고 냉각 유체에 노출되게 된다.The optimal cooling flow channel width has many factors. Some examples of these factors are the number of batteries, the energy density and capacity of the battery, the rate of charge and discharge of the battery, the direction, speed and volume flow rate of the coolant, the heat capacity of the coolant, and the like. Apart from these factors, it has been found that it is important to design the cooling channel 43 that obstructs or delays the amount of cooling fluid as it passes between modules. Ideally, the delay of the flow is predominantly due to friction with the cell cooling surface, which results in a flow reduction of 5-30% of the flow volume. When the spacing between modules forms a major flow constraint in the cooling fluid treatment system, this results in uniform and generally the same amount of cooling fluid flow in the spacing between all modules, resulting in the same cooling and uneven flow between the modules. To reduce the effects of other flow constraints (such as inlet or outlet). Moreover, the same area of each cell is exposed to the cooling fluid with similar speed and temperature.

배터리 모듈은 셀 표면과 냉각 유체간의 높은 열 이동계수를 얻기 위해서 냉각 유체의 속도를 최소화함으로써 배터리 셀의 효율적인 냉각을 위해 형성된다. 이는 상기 냉각 유체 유동량이 감소하기 시작하나 유체 속도는 여전히 증가할 정도까지 모듈간의 공간을 좁힘으로써 달성된다. 또한 그 좁아진 공간은 상기 냉각 유체에서 열 이동을 위해 더욱 짧아진 거리가 셀을 유체 온도 변화 정도까지 상승시킴에 따라 열 이동 계수를 높이도록 도와준다.The battery module is formed for efficient cooling of the battery cell by minimizing the velocity of the cooling fluid in order to obtain a high coefficient of heat transfer between the cell surface and the cooling fluid. This is accomplished by narrowing the space between the modules to such an extent that the cooling fluid flow begins to decrease but the fluid velocity still increases. The narrower space also helps to increase the coefficient of heat transfer as the shorter distance for heat transfer in the cooling fluid raises the cell to the degree of fluid temperature change.

최적의 냉각제 유동 채널의 너비는 유동 방향의 유동 통로의 길이뿐만 아니라 상기 냉각제 유동에 수직 평면상의 냉각제 유동 채널의 면적에 의해 결정된다. 최적의 공간은 팬 특성에 다소 미약하게 의존한다. 공기에 대한 상기 냉각제 유동 채널(43)의 너비는 약 0.3-12 mm 사이이며, 바람직하게는 1-9 mm 사이이며, 더욱 바람직하게는 3-8 mm사이이다. 7인치 높이의 모듈을 지나는 수직 공기 유동에 대해, 최적의 평균 모듈 간격(상기 냉각제 유동 채널(43)의 너비)은 약 3-4 mm이다(105 mm 센터라인 간격). 전체 64인치 거리의 열에서 16인치 길이의 4개의 모듈을 지나는 길이방향의 수평 공기 유동에 대해, 최적의 평균 모듈 간격(상기 냉각제 유동 채널(43)의 너비)은 약 7-8 mm이다(109 mm 센터라인 간격). 이러한 열의 단부에서의 다소 가까운 모듈간의 간격은 높은 공기유량을 발생시킬 것이며 결국 높은 열전달 계수를 가져다줌으로써 하향하는 높은 공기 온도를 보상하게 된다. 상기 수평 냉각 유동 통로를 따른 이차적인 입구 또는 일련의 입구는 추가되는 냉각제를 유입하여 배터리 셀 및 냉각제간의 열 이동을 전체 유동 통로를 따라 보다 균일하게 하는 수단으로 또한 사용될 수 있다.The width of the optimal coolant flow channel is determined by the length of the flow passage in the flow direction as well as the area of the coolant flow channel on a plane perpendicular to the coolant flow. The optimal space depends somewhat slightly on the fan characteristics. The width of the coolant flow channel 43 with respect to air is between about 0.3-12 mm, preferably between 1-9 mm, more preferably between 3-8 mm. For vertical air flow through a 7 inch high module, the optimal average module spacing (width of the coolant flow channel 43) is about 3-4 mm (105 mm centerline spacing). For longitudinal horizontal air flow across four modules 16 inches long in a row of 64 inches away, the optimal average module spacing (width of the coolant flow channel 43) is about 7-8 mm (109). mm centerline spacing). The spacing between modules somewhat closer at the ends of these rows will result in higher air flow rates, which in turn will compensate for the lowering air temperatures by bringing a higher heat transfer coefficient. A secondary inlet or series of inlets along the horizontal cooling flow passage may also be used as a means for introducing additional coolant to make the heat transfer between the battery cells and the coolant more uniform along the entire flow passage.

용어 "센터라인 간격"은 냉각제 유동 채널 너비와 유사한 의미로 때때로 사용될 수 있다는 점을 주의해야 한다. 이런 이유는 상기 인용된 냉각제 유동 채널의 너비는 평균 숫자이기 때문이다. 그러한 평균 측정의 이유는 상기 유동 채널(43)을 형성하는 상기 배터리 모듈의 면들이 균일하게 평면적이지 않고, 그 밴드는 상기 모듈을 서로 번들링하며, 배터리 자체의 면들은 실제 채널의 너비가 그 길이를 따라 달라지도록 하기 때문이다. 그러므로, 다른 크기의 배터리에 대해서 변하는 개별적인 모듈의 중심 사이의 간격에 대한 너비, 즉, 센터라인 너비를 설명하는 것이 때때로 편할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 실제 배터리 크기와 관계없이 배터리 모듈에 적용되는 평균 채널 너비를 나타내는 것이 일반적으로 보다 유용하다.It should be noted that the term “centerline spacing” may sometimes be used in a similar sense to the coolant flow channel width. This is because the width of the coolant flow channels cited above is an average number. The reason for such an average measurement is that the faces of the battery module forming the flow channel 43 are not evenly planar, the bands bundling the modules together, and the faces of the battery itself are determined by the width of the actual channel. Because it depends. Therefore, it may sometimes be convenient to describe the width, i.e., the centerline width, for the spacing between the centers of the individual modules that vary for different size batteries. Therefore, it is generally more useful to represent the average channel width applied to the battery module regardless of the actual battery size used in the present invention.

도 20 및 21은 상기 냉각제 유동 채널의 너비(즉, 센터라인 간격) 대 상기 냉각제 용적 유량, 수직 및 수평 냉각제 유동에 대한 최대 냉각제 속도비율 및 최대 열이송 비율 사이의 관계를 각각 보인 평면도이다. 이들 그래프에서는 공기를 냉각제로 사용했으며 급격한 유동 및 30%의 외부 제약을 가정한다. 도시한 바와 같이, 냉각제의 유동방향에 따라 달라지는 최적의 간격이 명백히 존재한다. ±10%의 최적의 열전달 범위 내에서 동작하는 것이 가장 효율적이나, 만약 필요하다면, 상기 시스템은 상기 냉각제의 용적 유량을 증가시킴으로써 이 범위를 벗어나서 동작할 수 있다. 상기 도면에서, 사각형 부호(■)에 의해 표시된 곡선은 상기 냉각제(공기)의 용적 유량을 나타내며 좌측 좌표로부터 읽을 수 있으며, 반면에 삼각형 부호(▲) 및 다이아몬드 부호(◆)에 의해 표시된 곡선은 최대 열전달율 및 최대 냉각제 유동 속도비율을 각각 나타내며, 우측 좌표로부터 읽을 수 있다.20 and 21 are plan views showing the relationship between the width of the coolant flow channel (ie, the centerline interval) to the coolant volume flow rate, the maximum coolant rate ratio and the maximum heat transfer rate for the vertical and horizontal coolant flows, respectively. These graphs use air as the coolant and assume rapid flow and 30% external constraints. As shown, there is clearly an optimal spacing that depends on the flow direction of the coolant. It is most efficient to operate within an optimum heat transfer range of ± 10%, but if necessary, the system can operate outside this range by increasing the volumetric flow rate of the coolant. In this figure, the curve indicated by the square symbol (■) represents the volume flow rate of the coolant (air) and can be read from the left coordinate, while the curve indicated by the triangle symbol (▲) and diamond symbol (◆) is maximum. The heat transfer rate and the maximum coolant flow rate ratio are respectively shown and can be read from the right coordinate.

상기 팩 케이스내에 모듈의 적절한 간격을 유지하며 상기 모듈간의 전기적인 분리를 가지도록 하기 위해서, 각각의 모듈은 다른 모듈(32) 및 상기 배터리 팩 케이스(40)로부터 최적의 거리에서 상기 모듈(32)을 지지하여 상기 냉각제 유동 채널(43)을 형성하는 냉각제 유동 채널 스페이서(37)를 구비하게 된다. 상기한 바와 같이, 상기 냉각제 유동 채널 스페이서(37)는 바람직하게 상기 배터리 모듈(32)의 상부 및 하부에 형성되어, 상기 모듈(32)의 코너, 상기 배터리 단자(7 및 8) 및 상기 전기적 상호연결장치(25)에 대한 보호 기능을 하게 된다. 보다 중요하게는, 상기 스페이서(37)의 각 면상의 탭은 상기 모듈을 최적의 간격을 두고 떨어지도록 지지한다. 바람직하게 상기 스페이서(37)는 내구성을 가진 폴리머와 같은 경량이며 전기적으로 비전도성인 물질로 형성된다. 또한, 상기 스페이서가 요구된 기능을 실행하기 위해서 가능한 작고 가벼운 물질을 포함하는 것이 전체 팩 에너지 밀도에서 중요하다.In order to maintain the proper spacing of the modules within the pack case and to have electrical separation between the modules, each module is the module 32 at an optimum distance from the other module 32 and the battery pack case 40. And a coolant flow channel spacer 37 for supporting the coolant flow channel 43. As noted above, the coolant flow channel spacer 37 is preferably formed at the top and bottom of the battery module 32 such that the corners of the module 32, the battery terminals 7 and 8, and the electrical interconnection. It is to protect the connection device (25). More importantly, tabs on each side of the spacer 37 support the module apart at optimal intervals. Preferably, the spacers 37 are formed of a lightweight, electrically nonconductive material, such as a durable polymer. In addition, it is important for the overall pack energy density that the spacer contain as small and light material as possible to perform the required function.

상기한 바와 같이, 상기한 Ni-MH 배터리는 특정의 온도 범위에서 가장 잘 동작한다. 상기한 냉각제 시스템이 본 발명에 따른 상기 배터리 팩 시스템을 최적의 온도범위 중 고온 범위보다 낮은 동작 온도에서 유지하도록 할 수 있으나(만약 대기 온도가 배터리보다 따뜻하거나 최적 온도범위의 저온범위보다 따뜻한 경우, 때때로 그러한 최적 온도범위의 저온범위 이상에서 동작하도록 하기 위하여), 여전히 상기 배터리 팩 시스템이 최적의 온도범위의 하한선보다 더 차가워질 때가 있다.그러므로, 상기 배터리팩 시스템내에 몇몇 배터리 및 모듈 또는 모든 배터리 및 모듈에 대하여 가변적인 열 절연을 여하튼 제공할 필요가 있게 된다.As noted above, the Ni-MH batteries work best in certain temperature ranges. While the coolant system may maintain the battery pack system according to the present invention at an operating temperature lower than the high temperature range of the optimum temperature range (when the standby temperature is warmer than the battery or warmer than the low temperature range of the optimum temperature range, Sometimes, in order to operate above the low temperature range of such an optimum temperature range, there are still times when the battery pack system is colder than the lower limit of the optimum temperature range. There may be a need to provide variable thermal isolation for the module anyway.

상기한 바의 냉각 시스템 이외에, 본 발명에 따른 상기 배터리 팩 시스템을 열 제어하는 또 다른 방법이 열 의존 충전방식의 사용이다. 열 의존 충전방식은 여러 가지 대기 온도상황하에서 효율적인 충전을 가능하게 해 준다. 한 방법으로서, 전류가 특정값까지 강하되어 특정 전하 입력이 정전류 상태에서 인가될 때까지 지지되는 연속적으로 업데이트된 온도 의존 전압 리드에 배터리를 충전하는 것이다. 또 다른 방법은 정전류 또는 전력상태에서 인가되는 특정 전하 입력에 앞선 온도 보상 전압 한계로의 일련의 감소되는 정전류 또는 정전력 과정들을 포함한다. 또 다른 방법은 정전류 또는 전력상태에서 인가되는 특정 전하 입력에 앞선 온도 상승의 최대 측정율에 의해 종결되는 일련의 감소되는 정전류 또는 정전력 과정들을 포함한다. 온도 의존 전압 리드는 넓은 범위의 온도에 대해 균일한 용량을 보장하며 최소 온도상승을 가지고서 충전이 이루어짐을 보장한다. 예를 들어, 고정 전압 충전 리드는 온도 보상 충전이 유사한 조건에서 3℃의 온도상승에서 이루어지는 경우에 8℃의 온도상승을 가져온다. 충전 온도의 절대 한계온도(60℃)는 배터리가 충전기 및 냉각 시스템이 동시에 고장난 경우 발생할 수 있는 심각한 과열을 피하도록 하기 위해서 필요하다. 팩 또는 모듈 기준에서 시간(dV/dt)에 관한 전압의 변화율의 검출은 dV/dt의 음의 값이 충전 터미네이터로서 작용하도록 한다. 이는 지나친 과충전을 막을 수 있으며 별도의 안전 한계값으로서 작용할 뿐만 아니라 배터리의 동작효율을 향상시킬 수 있다.In addition to the cooling system described above, another method of thermally controlling the battery pack system according to the present invention is the use of a heat dependent charging method. Thermally dependent charging allows efficient charging under various ambient temperatures. One way is to charge the battery in a continuously updated temperature dependent voltage lead that is supported until the current drops to a certain value and a particular charge input is applied in a constant current state. Another method involves a series of reduced constant current or constant power processes to a temperature compensated voltage limit prior to a particular charge input applied in a constant current or power state. Another method involves a series of reduced constant current or constant power processes terminated by the maximum rate of temperature rise prior to the particular charge input applied in the constant current or power state. Temperature-dependent voltage leads ensure uniform capacity over a wide range of temperatures and ensure charging with minimum temperature rise. For example, a fixed voltage charge lead results in a temperature rise of 8 ° C. when temperature compensated charging occurs at a temperature rise of 3 ° C. under similar conditions. The absolute limit temperature (60 ° C.) of the charging temperature is necessary to ensure that the battery avoids severe overheating that can occur if the charger and cooling system fail simultaneously. The detection of the rate of change of voltage with respect to time (dV / dt) on a pack or module basis causes the negative value of dV / dt to act as a charging terminator. This prevents excessive overcharging, acts as a separate safety limit, and improves battery operating efficiency.

온도 의존형 충전 방법의 일 예가 표 3에 제시된다.An example of a temperature dependent charging method is shown in Table 3.

표 3TABLE 3

1) 전압 리드*4에 이를 때까지 최대 전력상태에서 충전하라.*1,2,32) 30% 전류를 감소하고 전압 리드*4에 이를 때까지 충전하라.*1,2,33) 전류 ≤ 5A가 될 때까지 상기 제 2) 단계를 반복하라.*1,2,34) 만약 재충전 암페어시가 5Ah보다 클 때까지 1시간 동안 5A의 정전류 충전상 태에서 충전을 완료하라.*1,2,35) 2시간마다 또는 X 시간마다 충전을 재개시하라(X에 대한 하기 식 참조).*5또는 만약 배터리 모듈 전압이 15V 이하로 떨어진다면 충전을 재개시하거나, 만약 배터리 전압이 오프셋(예를 들어, 모듈당 0.5V)을 뺀 상기 전압 리드 이하로 떨어진다면 충전을 재개시하거나, 상기 오프셋을 뺀 전압 리드에 배터리를 부동시켜라. 상기한 모든 경우에서, 최대 배터리 온도는 충전 재개시 전에 50C 이하가 되어야 한다.*1) 만약 최대 배터리 온도가 40℃ 이상이면 전류가 10A로 제한되어야만 한다.*2) 만약 최대 배터리 온도가 60℃ 이상이면 충전을 중단하며, -만약 최대 배터리 온도가 50℃ 이하로 강하된다면 충전을 재개시한다.*3) 초기 충전을 위해서 최대 95Ah까지 전체 충전을 제한하며 재개시를 위해서 최대 30Ah까지 제한한다.*4) 전압 리드 = (16.65V - [0.024V/C]*최대 배터리 온도(℃))*모듈 번호*5)예를 들어, X = 20*(1-충전 최소허용 상태(%))2*(60-최대 배터리 온도)1) Charge at full power until voltage lead * 4 is reached. * 1,2,3 2) Reduce the current by 30% and charge until the voltage lead * 4 is reached. * 1,2,3 3) Repeat step 2) above until current <5A. * 1,2,3 4) Complete charging at 5A constant current charge for 1 hour until recharge amperage is greater than 5Ah. * 1,2,3 5) Resume charging every 2 hours or every X hours (see equation below for X). * 5 or resume charging if the battery module voltage falls below 15V, or resume charging if the battery voltage falls below the voltage lead minus an offset (e.g. 0.5V per module), or Float the battery to the voltage lead minus the offset. In all of the above cases, the maximum battery temperature should be below 50C before resuming charging. * 1) If the maximum battery temperature is above 40 ℃, the current should be limited to 10A. * 2) If the maximum battery temperature is above 60 ℃, stop charging.-If the maximum battery temperature drops below 50 ℃, resume charging. * 3) Limit full charge up to 95Ah for initial charge and up to 30Ah for resumption. * 4) Voltage lead = (16.65V-[0.024V / C] * Maximum battery temperature (° C)) * Module number * 5) For example, X = 20 * (1-Charge Minimum Allowed State (%)) 2 * (60-max battery temperature)

도 22 및 23은 "온도보상 전압 리드" 충전 방식이 어떻게 배터리 팩 시스템의 충전 동안 전압 상승을 감소시키는지를 보여준다. 이들 도면은 팩의 충전 및 방전중에 배터리 팩의 온도 상승 및 팩 전압 대 시간과의 관계를 도시한다. 도 22(시간보상 전압 리드)에서, 상부 곡선은 팩 전압을 나타내며 하부 곡선은 대기보다 높은 팩 온도를 나타낸다. 도 22는 전압 곡선의 최고점으로 표시된 충전 사이클의 말단에서, 배터리 팩이 대기보다 단지 3℃ 정도 높은 온도 상승을 갖게 된다. 반면에, 도 23은 "고정 전압 리드" 충전 방식을 적용시에 대기에 비해 8℃ 정도 높은온도 상승을 보여준다. 여기에서, 점선 곡선은 팩 전압을 나타내며 실선 곡선은 팩 온도를 나타낸다. 그러므로, 종래의 충전에서 발생된 열의 대부분이 "온도보상 전압 리드" 충전 방식에 의해 제거된다는 점을 이해할 수 있다.22 and 23 show how the “temperature compensated voltage lead” charging scheme reduces the voltage rise during charging of the battery pack system. These figures show the relationship between the temperature rise of the battery pack and pack voltage versus time during pack charging and discharging. In FIG. 22 (time compensated voltage lead), the top curve represents the pack voltage and the bottom curve represents the pack temperature above atmospheric. FIG. 22 shows that at the end of the charging cycle, indicated by the peak of the voltage curve, the battery pack will have a temperature rise only 3 ° C. above the atmosphere. On the other hand, FIG. 23 shows a temperature rise of about 8 ° C. higher than the atmosphere when the “fixed voltage lead” charging scheme is applied. Here, the dotted line curve represents the pack voltage and the solid line curve represents the pack temperature. Therefore, it can be understood that most of the heat generated in conventional charging is removed by the "temperature compensated voltage lead" charging scheme.

상기한 바와 같이, 본 발명의 배터리 동작 온도범위 상에서 상한선을 가지는 것 이외에 또한 하한선을 가지게 된다. 또한 상기한 바와 같이, 대기 온도가 배터리 온도보다 높을 경우, "냉각 시스템"은 가열 시스템으로서 사용될 수 있다. 그러나, 만약 배터리 팩 온도가 낮다면, 대기 온도가 또한 낮을 것이며 바람직하게는 배터리 팩 온도보다 더 낮게 되기가 훨씬 쉽다. 그러므로, 배터리 팩 시스템의 동작중에 대기로부터 배터리를 열 절연하는 것이 이로울 때가 있을 것이다. 그러나, 열 절연이 항상 일정하게 필요한 것은 아닐 것이며 매우 짧은 시간에도 급격히 변할 수도 있다. 따라서, 열 절연의 필요성은 가변성을 가지게 될 것이다.As described above, in addition to having an upper limit on the battery operating temperature range of the present invention, it also has a lower limit. As also mentioned above, when the ambient temperature is higher than the battery temperature, the "cooling system" can be used as the heating system. However, if the battery pack temperature is low, the standby temperature will also be low and preferably much lower than the battery pack temperature. Therefore, there may be times when it is advantageous to thermally insulate a battery from the atmosphere during operation of the battery pack system. However, thermal insulation is not always necessary and may change rapidly, even in a very short time. Thus, the need for thermal insulation will be variable.

이러한 가변적인 열 절연 요구를 맞추기 위해서, 본 발명은 가변 열 절연을 제공하는 수단을 포함한다. 상기 본 발명에 따른 가변 열 절연 수단은 개개의 배터리, 배터리 모듈 및 배터리 팩 시스템에서 똑같이 사용될 수 있다.To meet these variable thermal insulation needs, the present invention includes means for providing variable thermal insulation. The variable thermal insulation means according to the invention can equally be used in individual batteries, battery modules and battery pack systems.

가장 기본적으로, 상기 수단은 상기 대기 온도상태에 가장 직접적으로 노출된 재충전가능한 배터리 시스템의 적어도 한 부분에 가변 열 절연을 제공하여 가변되는 대기상태에서 원하는 동작 범위내에서 상기 재충전가능한 배터리 시스템의 온도를 유지하도록 한다.Most basically, the means provides variable thermal insulation to at least a portion of the rechargeable battery system that is most directly exposed to the ambient temperature condition to provide a temperature of the rechargeable battery system within a desired operating range in a variable standby state. Keep it.

이러한 가변 열 절연을 제공하기 위해, 본 발명은 온도 센서 수단, 압축가능한 열 절연 수단 및 상기 열 센서에 의해 검출된 온도에 응답하여 상기 압축가능한 열 절연 수단을 압축하기 위한 수단을 결합한다. 상기 온도센서는 만약 대기가 차가우면, 열 절연이 배터리, 모듈 또는 배터리 팩 시스템의 추위로 인해 영향을 받는 범위를 절연하기 위해 요구되는 영역에 있음을 나타낸다. 대기가 따뜻할 경우, 상기 온도 센서는 열 절연이 부분적으로 또는 전체적으로 이루어지도록 하여 상기 압축가능한 절연에 의해 상기 배터리 시스템에 제공된 절연 인자가 부분적으로 또는 전체적으로 제거되도록 한다.To provide such variable thermal insulation, the present invention combines temperature sensor means, compressible thermal insulation means and means for compressing the compressible thermal insulation means in response to a temperature detected by the thermal sensor. The temperature sensor indicates that if the atmosphere is cold, thermal insulation is in the area required to insulate the range affected by the cold of the battery, module or battery pack system. When the atmosphere is warm, the temperature sensor allows the thermal insulation to be partially or wholly made such that the compressive insulation causes the insulation factor provided to the battery system to be partially or wholly removed.

상기 열 센서는 압축가능한 폼 또는 섬유 절연체상에 압축을 가변적으로 증가 또는 감소시키는 피스톤 장치에 정보를 제공하는 전자 센서이다. 또는, (및 더욱 바람직하게는 전기 에너지 활용 및 기계적인 신뢰성 측면에서 볼 때), 상기 센서 및 압축 장치는 대기 열 상태에 직접 반응하여 열 절연체상에 가변 압축을 하는 하나의 기계 장치내에서 결합될 수 있다. 그러한 결합된 센서/압축 장치는 서모스탯에서 사용되는 스트립과 같은 바이메탈 물질을 가지고 형성될 수 있다. 낮은 대기 온도에서는, 상기 바이메탈 장치는 열 절연이 확장되도록 하여 차가운 대기 상태로부터 상기 배터리 시스템을 보호하나, 배터리 온도 또는 대기 온도가 상승할 때, 상기 바이메탈 장치는 절연을 감소시켜 상기 배터리 시스템으로부터 절연 효과를 제거하도록 한다.The thermal sensor is an electronic sensor that provides information to a piston device that variably increases or decreases compression on a compressible foam or fiber insulator. Alternatively, (and more preferably in view of electrical energy utilization and mechanical reliability), the sensor and compression device may be combined in one mechanical device that performs variable compression on the thermal insulator in direct response to atmospheric thermal conditions. Can be. Such a combined sensor / compression device may be formed with a bimetallic material, such as a strip used in a thermostat. At low ambient temperatures, the bimetal device protects the battery system from cold atmospheric conditions by allowing thermal insulation to expand, but when the battery temperature or ambient temperature rises, the bimetal device reduces insulation to effect insulation from the battery system. Remove it.

상기 가변 열 절연체는 전체 배터리, 모듈 또는 배터리 팩 시스템을 충분히 걸쳐서 사용될 수 있으나, 항상 그렇게 할 필요는 없다. 상기 가변 열 절연체는 상기 시스템의 문제 부분을 절연할 때에만 효과적일 수 있다. 예를 들어, 리브가 형성된 엔드 플레이트를 가진 본 발명에 따른 배터리 모듈 및 배터리 팩 시스템에서, 낮은 대기 온도상태에 의해 가장 직접적으로 영향을 받는 모듈의 단부를 열 절연하기 위해서 필요할 뿐이다. 이러한 대기 상태는 상기 모듈(들)의 배터리간에 커다란 온도 불균형을 가져오며 그 결과 모듈 또는 팩 시스템의 성능을 떨어뜨리게 된다. 상기 모듈(들)의 온도 영향을 받는 단부(들)에 대한 가변 절연에 의해서, 배터리간의 온도차가 감소되거나 제거될 수 있으며, 모듈(들)의 전체 온도가 제어될 수 있다. 마지막으로, 열 절연체는 배터리 또는 모듈과 반드시 접촉할 필요는 없으나 상기 모듈로부터 떨어질 수 있으며 추가 열 절연체로서 작용하는 배터리 또는 모듈 근처의 정체 공기지역을 남겨둘 수 있다.The variable thermal insulator can be used across the entire battery, module or battery pack system, but need not always be so. The variable thermal insulator can only be effective when isolating problem parts of the system. For example, in the battery module and battery pack system according to the invention with ribbed end plates, it is only necessary to thermally insulate the ends of the modules most directly affected by low ambient temperatures. This standby state causes a large temperature imbalance between the batteries of the module (s), which results in poor performance of the module or pack system. By means of variable insulation on the temperature affected end (s) of the module (s), the temperature difference between batteries can be reduced or eliminated and the overall temperature of the module (s) can be controlled. Finally, the thermal insulator does not necessarily need to be in contact with the battery or module but may fall away from the module and leave a static air area near the battery or module that acts as an additional thermal insulator.

상기한 개시내용은 본 발명의 충분한 개시를 위해 기술된 상세한 실시예를 통해서 제시되며, 그런 상세한 내용은 상기한 내용 및 하기에서의 본 발명의 청구범위에서 본 발명의 범위를 제한하지 않으면서 해석된다.The foregoing disclosure is presented through the detailed embodiments described for a full disclosure of the invention, which details are to be interpreted without limiting the scope of the invention in the foregoing and the claims of the invention below. .

Claims (30)

배터리 양전극 단자 및 배터리 음전극 단자를 가지는 배터리 케이스;A battery case having a battery positive electrode terminal and a battery negative electrode terminal; 상기 배터리 케이스내에 위치하며 상기 배터리 양전극 단자와 전기적으로 연결된 적어도 하나의 배터리 양전극;At least one battery positive electrode positioned in the battery case and electrically connected to the battery positive electrode terminal; 상기 배터리 케이스내에 위치하며 상기 배터리 음전극 단자와 전기적으로 연결된 적어도 하나의 배터리 음전극;At least one battery negative electrode positioned in the battery case and electrically connected to the battery negative electrode terminal; 상기 배터리 케이스내의 상기 양전극 및 음전극 사이에 위치하여 상기 음전극으로부터 상기 양전극을 전기적으로 절연하지만 이들의 화학적인 상호작용을 가능하도록 하는 적어도 하나의 배터리 전극 분리기; 및At least one battery electrode separator positioned between the positive electrode and the negative electrode in the battery case to electrically insulate the positive electrode from the negative electrode but to enable their chemical interaction; And 상기 배터리 케이스내에 위치하며, 상기 양전극, 상기 음전극, 및 상기 배터리 전극 분리기를 둘러싸서 침지시키는 배터리 전해액을 구비하며, 상기 배터리 케이스는 프리즘 형태이며 최적의 두께 대 너비 대 높이의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.Located within the battery case, the positive electrode, the negative electrode, and the battery electrolyte surrounding the battery electrode separator to be immersed, the battery case is characterized in that the prism form having an aspect ratio of the optimum thickness to width to height Mechanically improved rechargeable battery. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배터리 케이스는 열전도성을 가지며, 기계적으로 강하고 내부식성을 가진 물질로 형성됨을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the battery case is thermally conductive and is formed of a mechanically strong and corrosion resistant material. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 프리즘 배터리 케이스는 금속으로 형성됨을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the prismatic battery case is formed of metal. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 금속 케이스는 스테인레스 스틸로 형성됨을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the metal case is formed of stainless steel. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 케이스는 상기 배터리 양전극 및 상기 배터리 음전극을 포함하는 케이스 상부 및, 상기 전극이 위치하는 배터리 케이스 캔으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the case is formed of an upper case including the battery positive electrode and the battery negative electrode, and a battery case can in which the electrode is located. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 케이스 상부는 주변에 실링 립을 가진 상기 상부 및 단자를 통하여 적어도 하나의 개구부의 외주를 한정하는 환형의 슈라우드를 구비하며, 상기 단자는 상기 실링 립에서 상기 환형 슈라우드내로 주름 실링되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.The case upper portion has an annular shroud defining an outer periphery of at least one opening through the upper portion and the terminal having a sealing lip around the terminal, wherein the terminal is pleated sealed into the annular shroud at the sealing lip. Mechanically improved rechargeable battery. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 케이스 상부, 상기 케이스 캔, 및 상기 환형의 슈라우드는 304L 스테인레스 스틸로 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the case top, the case can, and the annular shroud are formed of 304L stainless steel. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 탄력있는 절연성의 밀봉부는 상기 실링 립 및 상기 환형의 슈라우드 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And a resilient insulating seal is located between the sealing lip and the annular shroud. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 탄력있는 절연성의 밀봉부는 수소 불침투성의 폴리술폰 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the resilient insulating seal is formed of a hydrogen impermeable polysulfone material. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 주변 대기로 상기 배터리의 내부 압력을 방출하기 위한 압력 배출구를 더 포함함을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And a pressure outlet for releasing the internal pressure of the battery to the ambient atmosphere. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 압력 배출구는 상기 단자중의 적어도 하나의 내부의 개구부에 부착되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the pressure outlet is attached to an opening in the interior of at least one of the terminals. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 압력 배출구는;The pressure outlet; 상기 개구부를 통해 상기 주변 대기 및 상기 케이스의 내부와 가스전달되는 중공의 내부 영역부를 가지는 배출구 하우징;An outlet housing having a hollow inner region portion in which gas is communicated with the surrounding atmosphere and the inside of the case through the opening; 상기 중공의 내부 영역부내에 위치하며 상기 축방향 개구부를 실링할 정도의 크기를 가지며 상기 축방향 개구부의 마주보는 표면부 상에 밀봉 슬롯을 가진 압력 배출 피스톤;A pressure relief piston located in the hollow inner region and sized to seal the axial opening and having a sealing slot on an opposing surface portion of the axial opening; 밀봉부의 표면부의 거의 대부분을 삽입할 수 있도록 형성되어 삽입되지 않은 상기 밀봉부의 표면부를 노출된 상태로 두는 상기 밀봉 슬롯내에 장착되는 탄성체이며, 절연성의 상기 밀봉부; 및An elastic body mounted in the sealing slot which is formed to be able to insert almost the surface portion of the sealing portion and leaves the surface portion of the sealing portion which is not inserted, exposed; And 상기 압력 배출 피스톤이 상기 밀봉 슬롯내의 상기 밀봉부를 압축하도록 하며 상기 단자내에 상기 축방향 개구부를 차단하는 압축 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And a compression spring for causing said pressure relief piston to compress said seal in said seal slot and to block said axial opening in said terminal. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 탄력있는 절연성의 밀봉부는 수소 불침투성의 폴리술폰 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the resilient insulating seal is formed of a hydrogen impermeable polysulfone material. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 내부 전극 탭 및 상기 단자 사이에 전기적 연결관계를 형성하는 적어도 하나의 콤을 더 포함함을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And at least one comb forming an electrical connection between the internal electrode tab and the terminal. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 적어도 하나의 콤은 상기 내부 전극 탭이 마찰방식에서 끼워지는 복수의 병렬 슬롯을 가지는 전기적으로 전도성을 띤 바임을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the at least one comb is an electrically conductive bar having a plurality of parallel slots in which the inner electrode tab is frictionally fitted. 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 적어도 하나의 콤은 구리, 구리 합금, 니켈 코팅처리된 구리 또는 니켈 코팅처리된 구리 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the at least one comb is formed from copper, copper alloy, nickel coated copper or nickel coated copper alloy. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단자는 구리, 구리 합금, 니켈 코팅처리된 구리 또는 니켈 코팅처리된 구리 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the terminal is formed of copper, copper alloy, nickel coated copper or nickel coated copper alloy. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양전극 및 상기 음전극 사이에 형성된 상기 적어도 하나의 배터리 전극 분리기는 각 전극을 둘러싸는 분리기들을 구비하는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the at least one battery electrode separator formed between the positive electrode and the negative electrode comprises separators surrounding each electrode. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분리기들은 일정 방향의 그레인 또는 슬롯 구조를 가진 폴리프로필렌으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the separators are formed of polypropylene with grain or slot structure in a direction. 제 19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 분리기들은 상기 일정 방향의 그레인 또는 슬롯 구조가 상기 적어도 하나의 양전극 및 상기 적어도 하나의 음전극의 높이 방향을 따라서 정렬되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the separators are arranged such that the grain or slot structure in the predetermined direction is aligned along the height direction of the at least one positive electrode and the at least one negative electrode. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 금속 프리즘 배터리 케이스의 외부는 비전도성의 폴리머 코팅에 의해 주위 환경과 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And wherein the exterior of the metal prism battery case is electrically isolated from the surrounding environment by a nonconductive polymer coating. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 비전도성의 폴리머 코팅은 전기적으로 절연되는 폴리머 테이프 층임을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And wherein the nonconductive polymer coating is an electrically insulating polymer tape layer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배터리 양전극 및 상기 배터리 음전극은 각각의 전기 수집 탭이 상기 케이스의 상부에서 서로 상반되게 놓이도록 상기 케이스내에 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the battery positive electrode and the battery negative electrode are formed in the case such that the respective electrical collection tabs lie opposite each other on top of the case. 제 23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 배터리 양전극 및 상기 배터리 음전극은 서로 상반되는 극성의 전극 전기 수집 탭이 위치하는 노치 코너를 가짐으로써, 상기 전극간에 단락을 막을 수 있으며 사용되지 않은 자중 전극 물질을 제거하도록 하는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.The battery positive electrode and the battery negative electrode have a notched corner in which electrode electrode collecting tabs having opposite polarities are located, thereby preventing short circuits between the electrodes and mechanically removing unused self-weight electrode material. Improved rechargeable battery. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배터리는 상기 케이스내에 교대로 형성된 19개의 양전극 및 20개의 음전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the battery includes nineteen positive and twenty negative electrodes alternately formed in the case. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 금속 프리즘 배터리 케이스의 내부는 상기 전극 및 전해질과 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.The interior of the metal prism battery case is electrically insulated from the electrode and electrolyte. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 금속 프리즘 배터리 케이스의 내부는 상기 배터리 케이스의 내부를 전기적으로 절연되는 폴리머 물질로 코팅함으로써 상기 전극 및 전해질과 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.The interior of the metal prism battery case is electrically insulated from the electrode and electrolyte by coating the interior of the battery case with an electrically insulated polymer material. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 금속 프리즘 배터리 케이스의 내부는 상기 배터리 케이스로 실링되어 삽입되는 폴리머 백내에 상기 전극 및 전해질을 둠으로써 상기 전극 및 전해질과 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.The interior of the metal prism battery case is electrically insulated from the electrode and electrolyte by placing the electrode and electrolyte in a polymer bag that is sealed and inserted into the battery case. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 음전극은 열전도성의 소결함유 금속 수소화물 전극 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the negative electrode is formed of a thermally conductive sintered metal hydride electrode material. 제 29항에 있어서,The method of claim 29, 상기 열전도성의 소결함유 금속 수소화물 전극은 상기 배터리 케이스와 열접촉되는 것을 특징으로 하는 기계적으로 개선된 재충전가능한 배터리.And the thermally conductive sintered metal hydride electrode is in thermal contact with the battery case.
KR10-2003-7008623A 1997-01-13 1997-01-13 Mechanically improved rechargeable battery KR20030066764A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US1997/000805 WO1998031059A1 (en) 1997-01-13 1997-01-13 Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules and battery packs

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-1999-7006292A Division KR100422175B1 (en) 1997-01-13 1997-01-13 Fluid cooled battery-pack system

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2004-7003613A Division KR100449983B1 (en) 1997-01-13 1997-01-13 A fluid cooled battery pack for a vehicle drive system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030066764A true KR20030066764A (en) 2003-08-09

Family

ID=22260251

Family Applications (5)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2004-7003613A KR100449983B1 (en) 1997-01-13 1997-01-13 A fluid cooled battery pack for a vehicle drive system
KR10-2003-7008624A KR20030066765A (en) 1997-01-13 1997-01-13 Rechargeable battery system
KR10-1999-7006292A KR100422175B1 (en) 1997-01-13 1997-01-13 Fluid cooled battery-pack system
KR10-2003-7008622A KR20030066763A (en) 1997-01-13 1997-01-13 High-power battery module
KR10-2003-7008623A KR20030066764A (en) 1997-01-13 1997-01-13 Mechanically improved rechargeable battery

Family Applications Before (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2004-7003613A KR100449983B1 (en) 1997-01-13 1997-01-13 A fluid cooled battery pack for a vehicle drive system
KR10-2003-7008624A KR20030066765A (en) 1997-01-13 1997-01-13 Rechargeable battery system
KR10-1999-7006292A KR100422175B1 (en) 1997-01-13 1997-01-13 Fluid cooled battery-pack system
KR10-2003-7008622A KR20030066763A (en) 1997-01-13 1997-01-13 High-power battery module

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP0956602A4 (en)
JP (1) JP4286909B2 (en)
KR (5) KR100449983B1 (en)
AU (1) AU737894B2 (en)
CA (1) CA2276569C (en)
UA (1) UA46888C2 (en)
WO (1) WO1998031059A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101275813B1 (en) * 2011-07-12 2013-06-18 삼성에스디아이 주식회사 Battery pack assembly

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4220649B2 (en) * 1999-06-10 2009-02-04 パナソニック株式会社 Assembled battery
JP4224186B2 (en) * 1999-06-10 2009-02-12 パナソニック株式会社 Collective secondary battery
JP4136223B2 (en) 1999-09-21 2008-08-20 松下電器産業株式会社 Secondary battery
JP4559567B2 (en) 1999-10-08 2010-10-06 パナソニック株式会社 Sealed storage battery
JP4416266B2 (en) 1999-10-08 2010-02-17 パナソニック株式会社 Sealed prismatic battery
JP4921629B2 (en) 2000-03-31 2012-04-25 パナソニック株式会社 Fluid-cooled battery pack system
JP4959867B2 (en) * 2000-04-12 2012-06-27 パナソニック株式会社 Assembled battery heat dissipation evaluation method and assembled battery cooling design method using this heat dissipation evaluation method
JP4757369B2 (en) * 2000-05-08 2011-08-24 パナソニック株式会社 Rectangular alkaline storage battery, unit battery and assembled battery using the same
JP3805664B2 (en) 2001-11-01 2006-08-02 株式会社マキタ Battery pack
JP4242665B2 (en) 2002-05-13 2009-03-25 パナソニック株式会社 Battery pack cooling device and secondary battery
JP4362321B2 (en) 2003-06-13 2009-11-11 パナソニック株式会社 Assembled battery
EP1852924B1 (en) * 2005-02-18 2014-06-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Battery pack
KR100684763B1 (en) * 2005-07-29 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 Secondary battery module and connector
KR100684846B1 (en) * 2005-07-29 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 Secondary battery module
JP5177947B2 (en) * 2005-08-11 2013-04-10 新日鐵住金株式会社 Battery pack and battery case with excellent heat dissipation
JP4960373B2 (en) * 2005-11-08 2012-06-27 ビーワイディー カンパニー リミテッド Heat dissipating device for battery pack and battery pack using the same
KR100749655B1 (en) * 2005-12-20 2007-08-14 삼성에스디아이 주식회사 Battery Pack
KR101143314B1 (en) * 2006-10-16 2012-05-09 주식회사 엘지화학 Battery Module of Compact Joint Structure
JP5082568B2 (en) * 2007-04-26 2012-11-28 トヨタ自動車株式会社 Power storage device
JP2008282582A (en) 2007-05-08 2008-11-20 Sanyo Electric Co Ltd Battery pack
KR100981878B1 (en) 2007-06-14 2010-09-14 주식회사 엘지화학 Middle or Large-sized Battery Pack Case Providing Improved Distribution Uniformity of Coolant Flux
KR100951324B1 (en) 2007-06-14 2010-04-08 주식회사 엘지화학 Middle or Large-sized Battery Pack Case Providing Improved Distribution Uniformity of Coolant Flux
US8231996B2 (en) 2008-02-15 2012-07-31 Atieva Usa, Inc Method of cooling a battery pack using flat heat pipes
KR101112442B1 (en) * 2008-10-14 2012-02-20 주식회사 엘지화학 Battery Module Assembly of Improved Cooling Efficiency
JP5405102B2 (en) 2008-12-27 2014-02-05 三洋電機株式会社 Battery system
DE102009016868A1 (en) * 2009-04-08 2010-10-14 Li-Tec Battery Gmbh Galvanic cell, cell stack and heat sink
CN104505476B (en) * 2009-05-14 2017-09-15 株式会社杰士汤浅国际 Battery pack
KR101130043B1 (en) * 2009-07-27 2012-03-28 주식회사 엘지화학 Battery Module of Improved Cooling Efficiency
CN102576826B (en) 2009-09-24 2014-11-19 株式会社Lg化学 Rectangular rechargeable battery having a notch recess
US8846232B2 (en) 2009-11-11 2014-09-30 Atieva, Inc. Flash cooling system for increased battery safety
US20130063893A1 (en) * 2010-09-06 2013-03-14 Volvo Construction Equipment Ab Energy repository discharge system for construction machinery
TWI451614B (en) * 2010-12-08 2014-09-01 Changs Ascending Entpr Co Ltd Electrode structure of lithium battery
CN104380496B (en) 2012-06-18 2017-10-13 Hzo股份有限公司 Moisture-resistant energy storage device and correlation technique
DE102012108767B4 (en) 2012-09-18 2022-04-21 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft battery module
JP6065327B2 (en) * 2013-11-18 2017-01-25 本田技研工業株式会社 Power storage module
KR101638105B1 (en) * 2014-12-23 2016-07-08 포스코에너지 주식회사 Module for high temperature operated secondary battery
KR102224592B1 (en) * 2015-03-16 2021-03-08 주식회사 뉴파워 프라즈마 Battery pack of matrix structure for electromobile
US10249916B2 (en) 2015-04-13 2019-04-02 Johnson Controls Technology Company Connector barrel for a battery module
USD920251S1 (en) 2015-09-10 2021-05-25 Cps Technology Holdings Llc Battery module connector barrel
JP6508094B2 (en) * 2016-03-10 2019-05-08 トヨタ自動車株式会社 Vehicle power system
USD867993S1 (en) 2016-09-02 2019-11-26 Cps Technology Holdings Llc Battery module connector barrel
US10543795B2 (en) 2016-09-02 2020-01-28 Cps Technology Holdings Llc Battery module connector barrel
JP6893339B2 (en) * 2017-03-01 2021-06-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Battery module
FR3067170A1 (en) 2017-06-02 2018-12-07 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives TRAVERSEE FORMING TERMINAL FOR METAL-ION ELECTROCHEMICAL ACCUMULATOR, INCORPORATING A GAS RELEASE VALVE, ASSOCIATED ACCUMULATOR
CN109613055B (en) * 2018-12-27 2023-12-12 上海工程技术大学 Steady state measuring method and measuring device for radial heat conductivity coefficient of cylindrical battery
JP7212564B2 (en) * 2019-03-20 2023-01-25 株式会社Subaru automotive battery
CN116420085A (en) * 2020-10-22 2023-07-11 Ems铱美解决有限责任公司 Composite battery connector system
CN114552064B (en) * 2022-02-28 2023-11-07 重庆邮电大学 Cooling system for lithium ion battery pack of electric automobile
CN115483474B (en) * 2022-10-24 2023-06-30 深圳市柏特瑞电子有限公司 Battery charging monitoring system

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3463672A (en) * 1967-08-10 1969-08-26 Mc Graw Edison Co Battery construction
US3607439A (en) * 1969-07-02 1971-09-21 Olin Mathieson Minature battery or power cell containers
US4020244A (en) * 1975-02-18 1977-04-26 Motorola, Inc. Clamping structure for battery cells
US4468440A (en) * 1982-05-21 1984-08-28 General Electric Company Air heating and cooling system for aircraft batteries
GB8419064D0 (en) * 1984-07-26 1984-08-30 Lucas Ind Plc Electric storage battery
JPH04358950A (en) * 1991-05-31 1992-12-11 Honda Motor Co Ltd Electrically-driven vehicle and charging stand thereof
US5510201A (en) * 1992-04-24 1996-04-23 H Power Corporation Method of operating a fuel cell wherein hydrogen is generated by providing iron in situ
JP3242153B2 (en) * 1992-06-08 2001-12-25 本田技研工業株式会社 Battery module temperature control structure
US5258242A (en) * 1993-02-08 1993-11-02 Ovonic Battery Company, Inc. Electrochemical cell having improved pressure vent
US5558950A (en) * 1993-03-05 1996-09-24 Ovonic Battery Company, Inc. Optimized cell pack for large sealed nickel-metal hydride batteries
JPH0785847A (en) * 1993-09-17 1995-03-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Unit cell and battery system of sealed type alkaline storage battery
US5472802A (en) * 1993-10-25 1995-12-05 Ovonic Battery Company, Inc. Sealed hydride batteries, including a new lid-terminal seal and electrode tab collecting comb
JP3015667B2 (en) * 1994-05-31 2000-03-06 三洋電機株式会社 Sealed prismatic batteries

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101275813B1 (en) * 2011-07-12 2013-06-18 삼성에스디아이 주식회사 Battery pack assembly
US8920952B2 (en) 2011-07-12 2014-12-30 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack assembly

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001507856A (en) 2001-06-12
KR20000070071A (en) 2000-11-25
AU737894B2 (en) 2001-09-06
CA2276569C (en) 2006-11-14
KR20030066765A (en) 2003-08-09
KR100422175B1 (en) 2004-03-10
KR20040031078A (en) 2004-04-09
KR20030066763A (en) 2003-08-09
JP4286909B2 (en) 2009-07-01
EP0956602A4 (en) 2004-09-22
KR100449983B1 (en) 2004-09-22
WO1998031059A1 (en) 1998-07-16
EP0956602A1 (en) 1999-11-17
AU1703497A (en) 1998-08-03
CA2276569A1 (en) 1998-07-16
UA46888C2 (en) 2002-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100422175B1 (en) Fluid cooled battery-pack system
US7217473B2 (en) Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules, and battery packs
US5879831A (en) Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules and battery packs
US6372377B1 (en) Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules and battery packs
US6557655B2 (en) Hybrid electric vehicle
US6692864B1 (en) Battery pack and power tool using the same
US10632848B2 (en) Battery module of improved safety
JP4833420B2 (en) Battery pack
US6565836B2 (en) Very low emission hybrid electric vehicle incorporating an integrated propulsion system including a hydrogen powered internal combustion engine and a high power Ni-MH battery pack
US20010026886A1 (en) Fluid-cooled battery pack system
RU2187865C2 (en) Mechanical and thermal perfection of nickel-cadmium-hybrid batteries, battery modules and blocks of batteries
US20230076751A1 (en) Battery, apparatus using battery, and manufacutring method and manufacutring device of battery
CN1178398A (en) Cooling method of batteries
AU5443101A (en) Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries
AU5443401A (en) Rechargeable battery system
AU5443001A (en) Mechanical and thermal improvements in battery modules
JP3573892B2 (en) Assembled battery
MXPA99006499A (en) Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules and battery packs

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J801 Dismissal of trial

Free format text: REJECTION OF TRIAL FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20040311

Effective date: 20040614