KR20090107443A - 가요성의 발전 소자와 상기 발전 소자들의 기계적, 열적 조절 시스템을 포함하는 전기 배터리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가요성의 봉합된 외피(3)에 패키지 된 하나 이상의 전기화학적 셀(2)로 구성된 전기 에너지 발전 소자(1) 다수를 포함하는 전기 배터리에 있어서, 상기 전기 배터리는 상기 발전 소자의 기계적 열적 조절 시스템을 더 포함하고, 상기 배터리의 상기 조절 시스템은 열 전도성 물질로 만들어진 구조체(9)를 형성하고, 상기 구조체 두 개의 길이 방향 부재(10,11)와 다수의 교차 부재(12)로 구성되는데, 상기 교차 부재(12)는 교차 부재(12)들 사이에 각각 발전 소자(1)가 배치되어 있는 하우징(13)을 형성하기 위하여 상기 길이 방향 부재를 연결하고, 상기 구조체는 열 조절 유체의 순환 경로를 포함하며, 상기 순환 경로는 길이 방향 부재(10,11)에 있는 각각 상향채널(14)과 하향채널(15)의 두 개의 채널과, 그리고 상기 각각 교차 부재(12)에 형성되는 통로(16)를 포함하고, 상기 통로는 각각 측면 부에서 상향채널(14)과 하향채널(15)과 연통 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 배터리와 관련한다.

전기 발전 소자, 전기화학적 셀, 봉합된 외피, 전기 배터리, 열 조절 시스템

Description

가요성의 발전 소자와 상기 발전 소자들의 기계적, 열적 조절 시스템을 포함하는 전기 배터리{ELECTRICAL BATTERY COMPRISING FLEXIBLE GENERATING ELEMENTS AND A SYSTEM FOR THE MECHANICAL AND THERMAL CONDITIONING OF SAID ELEMENTS}

본 발명은 특히 전기 또는 하이브리드 차량을 위해 만들어진 전기 배터리와 관련되는 것으로, 다시 말해 차량은 구동 바퀴를 구동하는 전기 모터와 구동 바퀴 또는 가능한 다른 구동 바퀴를 구동하는 내연 기관을 결합한 것을 포함한다.

특히, 본 발명은 운송수단의 완전한 충전에까지도 이를 수 있는 내연차량의 높은 정도의 혼성화(hybridisation)에 적용된다. 이 경우에 전기 배터리는 단지 차량의 가속 단계에서 보조할 수 있을 뿐만 아니라, 먼거리든 가까운 거리든 차량이 배터리에 의해 자발적으로 움직이도록 할 수 있다.

해당 용도에 필요한 파워와 에너지를 보장하기 위해서는 다수의 전기 에너지 발전 소자를 포함하는 배터리를 만들 필요가 있다.

그러나, 전기 발전 소자가 충전되거나 방전될 때에 발생하는 열이 조절되지 못하는 경우에는 상기 발전 소자의 사용 수명을 줄이는 영향을 주거나, 극한의 조건에서 온도가 상승하는 경우에는 상기 발전 소자의 어느 화학적 성분에 열 폭주의 위험이 있어서, 배터리를 약화시킬 수 있다.

따라서 상기 전기 배터리의 성능과 사용수명을 최적화하기 위해서는, 소자들의 열 조절 시스템이 상기 배터리 안에 통합되어야 한다. 특히, 상기 열 조절 시스템은 열 조절 유체를 위한 순환통로를 포함하고, 상기 통로는 필수적으로 상기 발전 소자 주위에 형성될 수 있다.

그리고, 전기 배터리가 자동차에 응용되는 경우에는, 열 소산이 유동 밀도와 유동 밀도 변화에 따라서 최고치가 되기 때문에 시스템의 효용은 높아야 하고, 특히 열 소산은 높은 가속 단계, 회생제동, 배터리의 급격한 방전 또는 전기방식으로 고속도로를 주행하는 경우에는 아주 높은 값에 이를 수 있다.

상기 발전 소자들은 일반적으로 예를 들어 리튬 이온 또는 리튬 중합체 유형의 전기화학적 셀을 하나 이상 포함하고 있고, 상기 전기화학적 셀은 연속적으로 양극, 음극으로 작용하는 전자능동 층으로 쌓여 있고, 상기 층은 전해물에 의하여 접촉되어 넣어져 있다.

이러한 전기화학적 셀은 외부의 충격으로부터 보호하기 위하여 일반적으로 견고하고, 완전히 밀폐되어 봉인된 용기들에 패키지 되어 있다. 특히, 이러한 용기들은 쌓여있는 층들의 권선의 주입 후에 덮개로 용접하여 닫을 수 있는 컵(cup)으로 형성되기 위하여 심가공(deep-drawn) 금속 시트로 제조된다.

이러한 종류의 패키지는 높은 제조 단가뿐 아니라 금속 컵(cup)의 전극 중 적어도 하나 이상은 전기적으로 단절될 필요가 있고 구성 소자가 과충전되거나 과열되었을 때 압력을 방출하기 위하여 방전 밸브를 추가하여야 하는 등의 문제점들이 있다.

문제점들을 해결하기 위해서, 가요성의 봉합된 외피에 전자능동 층을 평평하게 쌓아올린 더미 패키지로 된 발전 소자를 형성하는 것을 제안되어왔다. 게다가, 이러한 발전 소자는 일반적으로 보통 열 조절 유체와의 교환 면적을 증가시키는 각형 구조를 가진다.

그러나, 이러한 외피 때문에, 구성 소자의 기계적 강도가 상당히 약해지고, 이는 자동차산업의 현재의 제약, 특히 충돌과 관련하여서 상충 된다.

그리고, 더미가 변형되기 쉽고, 특히 층 상호 간의 움직임에 의하여 변형되기 쉽다. 특히 이러한 변형은 리튬 이온 첨가율에 따라서 양극 또는 음극이 될 수 있는 능동 물질의 부피 변화에 의하여 야기된다.

이러한 움직임의 결과는 상기 층 사이의 접촉 저항에 있어서의 변화를 만들고, 상기 변화는 부가적인 열을 발생시켜서 사용 가능 에너지를 제한하고 열 폭주를 유인하는 위험이 있는 빠른 노화를 야기한다.

본 발명의 목적은 전기화학적 거동과 자동차산업에서 현재의 제약, 그리고 특히 충돌의 관점 모두에서 사용 수명과 안정도를 높이기 위한 기계적 열적 패키지 시스템과 가요성의 소자와 발전 소자 사용의 이점을 결합한 전기 배터리를 제안함으로써 종래 기술을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 가요성의 봉합된 외피에 패키지 된 하나 이상의 전기화학적 셀로 구성된 전기 에너지 발전 소자 다수를 포함하는 전기 배터리에 있어서, 상기 전기 배터리는 상기 발전 소자의 기계적 열적 조절 시스템을 더 포함하고, 상기 배터리의 상기 조절 시스템은 열 전도성 물질로 만들어진 구조체를 형성하고, 상기 구조체는 두 개의 길이 방향 부재와 다수의 교차 부재로 구성되는데, 상기 교차 부재는 상기 교차 부재들 사이에 각각 발전 소자가 배치되어 있는 하우징을 형성하기 위하여 상기 길이 방향 부재를 연결하고, 상기 구조체는 열 조절 유체의 순환 경로를 포함하며, 상기 순환 경로는 길이 방향 부재에 있는 각각 상향채널과 하향채널의 두 개의 채널과, 그리고 상기 각각 교차 부재에 형성되는 통로를 포함하고, 상기 통로는 각각 측면 부에서 상향채널과 하향채널과 연통 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 배터리를 제안한다.

본 발명의 다른 상세한 설명과 장점은 주어진 첨부된 도면을 참조하여 아래의 서술에 의하여 설명될 것이다.

본 전기 배터리를 구성하는 가요성의 외피에 의하여 열 교환 면적이 증가하 고, 열 조절 시스템에 의하여 발전 소자의 사용수명을 증가시키고 열 폭주의 위험을 피할 수 있다. 본 배터리는 구조체에 의하여 높은 강도를 가지고, 본질적으로 방수가 되고, 나사가 필요하지 않기 때문에 조립시간이 감소하고 가볍다. 나아가, 연결되는 모듈의 수에 따라 전기의 양이 많아 지거나 작아질 수 있으므로 설계가 용이하다.

아래의 설명에서 사용되는 용어들은 도 1에 도시된 배터리의 위치에 기초하여 배치되어 있다. 그러나, 배터리의 밀봉부는 방위에 따라 그 위치를 파악할 수 있다.

도면과 관련하여, 아래에서 설명하는 것처럼, 전기 배터리는 다수의 전기 에너지 발전 소자를 포함하고(1), 상기 발전 소자(1)는 적어도 한 개 이상의 전기화학적 셀(2)로 형성되어 있고, 상기 전기화학적 셀은 가요성의 봉합된 외피(3)에 패키지 되어 있다. 특히, 전기화학적 셀(2)은 리튬 이온 또는 리튬 중합체 유형이다.

상기 배터리는 특히 전기 자동차나 전기/내연 하이브리드 유형의 경우이든지 모터 차량에 전기 모터를 공급하기 위한 목적이다. 그러나, 본 발명에 따른 상기 배터리는 또한 다른 교통 수단, 특히 항공장치의 전기 에너지 축전 수단으로 응용될 수 있다. 그리고, 풍차와 같은 고정된 응용분야에서도 본 발명의 배터리가 사용될 수 있다.

도 5와 관련하여, 전기화학적 셀(2)은 각형 구조를 가지고 있고, 상기 전기 화학적 셀(2)은 양극, 음극으로 성공적으로 역할하는 전자능동 층(4)의 평평한 더미를 포함하고, 상기 층은 전해질을 수단으로 접촉되어 넣어져 있다. 게다가, 두 개의 전극(5)은 상기 셀의 전기적 연결을 위하여 상기 외피(3)의 끝 부분 바깥으로 나와져 있다.

상기 외피(3)는 두 개의 판으로 구성되어 있고, 상부 엣지(edge)(6)와 측면 엣지(7)는 상호 열-용접되어 있고, 하부 엣지(8)는 상기 외피의 바닥을 형성하기 위하여 접어져 있다. 특히 상기 판은 전자능동 층(4)의 더미 주위로 배치되어 있고 다층 필름으로 형성되어 있다. 상기 판은 상기 더미를 동봉하고, 특히 열 용접에 우선하여 상기 외피(3)의 안은 진공으로 제조된다.

게다가, 필름은 전해물과 용매의 침투에 대항하기 위하여 최적화되고, 상기 전기화학적 셀(2)의 긴 수명을 보장하기 위하여 공기와 습기를 견뎌낼 수 있는 열 용접이 되어있다. 리튬 이온 또는 리튬 중합체 셀의 화학적 성질이 물과 공기에 영향을 받기 쉽기 때문이고, 이는 상기 외피(3) 안에 내부 저항과 압력을 상승시켜서 조기 산화를 야기하게 된다.

전기 배터리는 상기 발전 소자를 위한 기계적 열적 패키지 시스템을 포함하고, 상기 시스템은 첫 번째로 상기 소자의 온도를 조절하고 두 번째로 강화된 구조에서 소자들을 고정시켜 준다. 따라서 본 시스템은 온도와 관계된 위험과 관련하여 배터리의 전기적인 안정을 제공하여 본 시스템의 상기 배터리가 최적화된 온도 범위에서 동작할 수 있게 하고, 그리고 특히 본 기술분야에서 내재하는 것으로 고려되는 충돌 위험과 관련하여 안전적으로 동작하게 한다.

기계적인 패키지를 제시하기 위해서는, 특히 낮은 무게의 강점을 가진 알루미늄과 같은 금속 등의 전도성 물질로 만들어진 구조체(9)가 시스템을 형성하여야 한다. 구조체(9)가 발전 소자(1)에 기계적인 강도를 제공하는 것을 의미하는데, 특히 자동차 산업에서 충돌 제약 시험과 관련될 뿐만 아니라 차 안에서 배터리가 받게 될 다른 형태의 기계적인 힘을 포함한다.

상기 구조체(9)는 배터리의 양 측면으로 길이 방향으로 뻗어 있는 두 개의 길이 방향 부재(10,11)로 구성되어 있다. 상기 구조체(9)는 다수의 교차 부재(12)를 가지고 있고, 상기 교차 부재(12)는 각각 발전 소자(1)가 배치될 수 있는 하우징(13)을 형성하기 위하여 길이 방향 부재를 상호 연결시 킬 수 있을 만큼 횡방향으로 뻗어있다.

그리고, 상기 열 조절을 위해서는 외피(3)가 열 조절 유체의 순환 경로를 포함하여야 하고, 상기 경로는 길이 방향 부재(10,11)에 각각 형성되어 있는 상향채널(14)과 하향채널(15)의 두 개의 채널과, 상향채널(14)과 하향채널(15)로 연통 되어 있고 각각 상기 교차 부재(12)에 형성되어 있는 통로(16)를 포함한다. 따라서 상기 교차 부재(12)는 상기 발전 소자(1)와 동일한 채널(14,15) 사이에 열 교환을 하게 되고, 상기 채널은 모든 교차 부재(12)에 있는 상기 통로(16)에 공급 또는 방출 유동을 각각 제공한다.

제시된 실시예에서, 길이 방향 부재(12)는 길이 방향 부재(12) 사이에 하우징(13)을 형성하기 위하여 길이 방향으로 인접하고 있고, 각각의 길이 방향 부재(10,11)에 길이 방향으로 상향채널(14)과 하향채널(15)이 뻗어 있다. 게다가, 하 나의 하우징(13) 요소가 두 개의 인접하는 교차 부재(12) 사이에 형성된다.

게다가, 상기 배터리는 특히 플라스틱으로 만들어진 방수 용기(17)를 포함하고, 상기 방수 용기 내부에 상기 구조체(9)와 상기 발전 소자(1)가 배치되고, 상기 용기는 차량에 설치될 수 있도록 형성된다. 그리고, 발전 소자의 공기와 습기 이동을 제한함으로써 상기 발전 소자(1)의 열 단절과 사용 수명을 증가시키기 위하여 상기 용기(17) 내부는 진공으로 만들어진다.

본 배터리는 상기 발전 소자(1)의 열 조절을 하기 위한 상기 유체를 순환시키는 장치(도시되지 않음)를 포함한다. 예를 들어 닫힌 경로에 있는 유체의 압력을 가압하기 위한 펌프와 열 교환기가 있을 수 있다.

보다 구체적으로, 본 배터리는 상기 상향채널(14)에 유체를 공급하기 위한 수단과 상기 교차 부재(12)를 경유한 상기 하향채널(15)의 유체를 방출하기 위한 수단을 포함한다. 특히 각각의 상기 교차 부재(12)에 있는 상기 통로(16)는 하나의 상향채널(14)으로부터 병렬적으로 제공되는데, 이는 다른 교차 부재(12)를 통과하지 않고 직접적으로 각각 상향채널(14)로부터 각각 상기 교차 부재(12)를 통과하는 유체를 공급받기 위함이다. 그러므로 열교환의 연속과 관련된 열 축적을 피하면서 우수한 균질성을 나타내는 결과를 가진다.

유체는 가스일 수 있고, 특히 공기일 수 있고 또는 액체일 수 있고, 특히 낮은 증기압을 가진 유전체의 액체이거나 글리콜레이트(glycolated)된 물일 수도 있다. 열 조절은 열 공급과 방출을 모두 의미하고, 이는 최적의 온도 범위에서 상기 발전 소자(1)를 유지하기 위함이다. 특히, 상기 조절 시스템은 어떠한 사용 조건에 도 관계없이 열 조절을 확실하게 하기 위해서 상기 배터리의 열을 빠르고 효과적으로 공급하거나 방출하게 하는 것을 가능하게 해준다.

특히, 도 6 또는 도 7과 도 12 내지 도 14에 나타난 실시예를 보면, 상기 구조체(9)는 모듈(18)을 밀폐식으로 결합하여 형성될 수 있다. 따라서 모듈(18)의 수를 조절함으로써 상기 발전 소자(1)의 수를 조절하는 간단한 방법으로 배터리의 힘을 조정하는 것이 가능하다.

이를 위하여, 상기 모듈(18)은:

- 채널(14,15) 부분이 각각 형성되어 있는 길이 방향 부재(10,11) 두 부분과;

- 상기 채널 부분과 연통하는 통로(16)가 있는 교차 부재로서, 교차 부재의 엣지에 각각 길이 방향 부재(10,11)가 결합되는 교차 부재(12);를 포함한다.

게다가, 통로(16)의 측면에 상향채널(14)과 하향채널(15)을 형성하여 채널(14,15)부분이 연통되도록 모듈(18)이 결합된다.

도시된 도 11의 변형실시에서, 상기 구조체(9)는 일체형 구조체일 수 있고. 예를 들어 상기 구조체는 상기 발전 소자(1)가 배치된 하우징(13)을 형성하는 용접된 구조이다. 특히, 채널 그리고 그 가운데에 유체통로가 통합되어 있는 상기 길이 방향 부재와 교차 부재의 배열은 모듈체와 관련하여 아래에 설명된 바와 비슷하다. 특히 배터리의 치수 변경에 있어서 일체형구조체는 단위 조각(profiled peice)을 사용하여 막대한 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

도 6 또는 도 7과 도 12 내지 도 14에서 상기 교차 부재(12)는 중공 플레이 트(21)를 포함하고 상기 중공플레이트 양 측면은 길이 방향 부재(10,11)의 부분을 형성하는 프레임(19)에 고정되고, 상기 프레임은 내부에 채널(14,15) 부분을 형성하기 위하여 중공되어 있다. 더 구체적으로는, 상기 플레이트(21)의 양 측면 엣지가 상기 프레임(19)의 엣지를 통과하는 슬롯(20)에 삽입되도록 하여, 플레이트(21)의 내부를 프레임(19)의 내부와 연통하도록 넣기 위함이다. 중공 프레임(19)은 사각형의 부분을 가지고 있고, 중공 플레이트(21)는 유체가 한쪽 프레임(19)에서 다른 쪽의 횡방향으로 순환할 수 있는 통로(16)를 형성하는 채널 사이에 가로방향뼈대(22)를 가진다.

게다가 상기 프레임(19)의 두께는 두 개의 인접한 교차 부재(12) 사이에서 하우징(13)을 형성하기 위하여 상기 플레이트(21)보다 더 두껍다. 게다가 플레이트(21)의 두께는 예를 들어 0.5mm 정도로 제한되는데 상기 발전 소자(1)의 열교환을 증가시키고 배터리를 조밀하게 하기 위해서이다.

도 7은 도 6에 따른 상기 모듈(18)의 길이 방향 더미의 구조를 보여주는 것으로, 플레이트(21)의 양 측면에 길이 방향 채널(14,15)을 형성하기 위하여 상호 접합부인 인접한 프레임(19)을 각자 마주보게 하여 놓는 것을 보여준다. 게다기 상기 모듈(19) 사이에 방수는 프레임(19)의 표면 사이에 밀봉부(23)를 넣어 달성된다.

모듈은 서로 조립되는데, 특히 프레임(19)에 결합되는 방법으로 형성된다. 도 7의 실시예에서, 프레임(19)에 있는 구멍을 나사로 죄어 결합이 이루어진다. 그리고, 플레이트(24)는 채널(14,15)을 닫기 위하여 모듈(19) 더미의 각각 단부에 조 립되고, 상기 각각 플레이트는 유체 공급 또는 복구 수단(25)을 가진다.

도시되지 않은 변형실시에서, 모듈은 양 측면이 개구부로 둘러 쌓여진 중간 부분을 가지기 위해서 가압된 플레이트를 포함하고, 상기 플레이트 사이에 통로를 형성하기 위하여, 다른 플레이트가 중간 부분에 고정될 수 있다.

도 12 내지 14에 따르면 상기 모듈(18)은 중공 숫 프레임(19a)과 중공 암 프레임(19b)으로 구성되고, 상기 모듈의 결합은 상기 암 프레임을 상기 숫 프레임을 끼어넣음으로써 하게 된다.

더 구체적으로는, 상기 숫 프레임(19a)의 구멍의 크기는 상기 암 프레임(19b)의 바깥 치수와 동일하여 상기 구멍 안에 상기 암 프레임을 끼어넣을 수 있어서 유체 통로인 채널 부(14,15)를 만들 수 있다.

특히, 따라서 구조체(9)를 만들 수 있다.

-높은 강도를 가져서 시간의 흐름에 따라 나사가 풀어지는 위험이 없고, 자동차 진동 충격에 저항할 수 있기에 알맞고;

-본질적으로 방수가 되고, 시간이 지남에 따른 저항력을 위하여 개선이 필요한 추가적인 봉합을 필요로 하지 않고, 그리고 추가적인 봉합은 격렬한 기계적 응력이 있는 봉합이라는 관점에서 효능을 보장하기가 어렵고;

- 나사가 필요하지 않기 때문에 조밀하고 가볍고;

- 조립시간이 상당히 감소한다.

상기 모듈(18)을 분해하기 위해서 상기 조립된 모듈의 연결을 끊기 위한 충분한 힘을 발휘할 수 있는 특정한 도구(예를 들어 바퀴 뽑는 도구)가 사용될 수 있 다. 그리고, 플라스틱 고리(41)가 프레임(19)의 접합면 사이에 편리하게 합쳐질 수 있다. 플라스틱 고리는 예를 들어 몸체의 재조립 이후에 기계적 특성을 보장하는 새 플라스틱 고리와 교체되기 위하여 분해 이후에 잘려져 나갈 수 있다.

제시된 실시예는 두 개의 중공 숫 프레임(19a)을 가지고 있는 제 1 유형의 모듈(18a)과 두 개의 중공 암 프레임(19b)을 가지고 있는 제 2 유형의 모듈(18b)을 가지고 있고, 상기 구조체(9)는 각각 유형의 모듈(18a, 18b)을 교차적으로 끼어넣음으로써 만들어진다.(도 14)

도시되지 않은 변형실시에서, 각각 모듈(18)은 중공 숫 프레임(19a)과 중공 암 프레임(19b)을 가지고, 상기 구조체(9)는 상기 모듈들을 반대 방향으로 끼어넣음으로써 형성되는 것이다.

제시된 실시예에서, 상기 발전 소자(1)는 도 5와 같이 고정되어 있는 두 개의 전기화학적 셀(2)을 포함하고 있으며, 특히 전기화학적 셀은 서로 접착되어 플레이트에 붙어 있고, 상기 각각 전극(5)은 평행하게 용접되어 있다.

그리고, 상기 발전 소자(1)는 상기 교차 부재(12)에 열 접합에 의하여 붙어 있어서, 상기 소자와 상기 교차 부재가 열교환을 할 때 상기 하우징(13)의 상기 발전 소자(1)의 기계적인 지지력을 증가시킨다. 그리고, 상기 발전 소자(1)는 상호 간에 상기 전자능동 층(4)의 움직임을 제한하기 위하여 하우징(13)에 정렬되어 있다.

도 2에서 제시한 데로, 본 배터리의 전기 패키지는 특히 발전 소자(1)에 용접되어 있는 전극(5)에 특히 전원연결장비(26)를 제공함으로써 달성될 수 있고, 상 기 전원연결장비는 프레임(19)에 고정되어 있다. 게다가, 상기 발전 소자(1)의 전기 카드(27)는 전원연결장비(26)와 결합 된다. 특히 몇 개의 인접하는 발전 소자(1)와 공통되는 전기 카드(27)를 제공한다.

본 패키지 시스템은 고분자 수지로 만들어진 구조 매트릭스(28)를 포함하고, 상기 매트릭스는 상기 발전 소자(1)를 피복 하기 위하여 적어도 부분적으로 상기 하우징(13)을 채우고 있다. 따라서 상기 발전 소자(1)는 상기 매트릭스(28)에 의해서 상기구조체(9)에 고정되어 전체적으로 기계적 강도를 개선하는데 도움이 된다.

그리고, 상기 매트릭스(28)는 상기 발전 소자(1)의 변형을 제한하는데 도움이 되고 그래서 내부적 강도가 좋아지게 된다. 상기 매트릭스(28)는 또한 상기 외피(3)의 방수에 도움이 되고 외부환경(공기 또는 습기의 침입과 전해질의 누수)과 관련한 상기 전자능동 층(4)의 보호에 기여한다.

그리고, 상기 매트릭스(28)는 상기 발전 소자(1)와 통로의 유체순환 사이에 열 전달 기능을 수행하기 위하여 열 전도성이 있고, 그리고/또는 상기 소자들이 전기적으로 안전하게 동작하기 위하여 전기적으로 단절된다. 열전달과 관련하여, 중요한 특성은 상기 매트릭스(28)의 열 전도율과 그 두께의 비율인 전도도이다. 예시된 실시예에서 상기 매트릭스(28)는 열 전도상수 1W/m/℃와 2mm정도의 두께를 가진다.

상기 매트릭스(28)로 고분자 수지를 사용하는 것은 구조적인 특징을 가진 모든 종류의 중합체 유형을 사용하게 할 수 있게 하고 특히 배터리의 강직도를 증가시키고 상기 배터리의 발전 소자(1)를 지지하는데 이점이 있는 접착제를 이용할 수 있게 해준다. 예를 들어 접착제는 에폭시, 실리콘, 폴리우레탄, 아크릴군과 열 전도 특성이 더 해질 수 있는 Al₂O3, AlN, MgO, ZnO, BeO, BN, Si₃N₄, SiC 그리고/또는 SiO₂등 무기물이다. 예시된 실시예에서 두 개의 성분을 가진 에폭시 수지를 가진 3M사의 2605번 종류가 사용될 수 있다.

사용을 위하여, 상기 하우징(13)에 상기 발전 소자(1)를 나열한 이후에, 유동성의 수지가 상기 하우징에 배치되고, 상기 수지는 구조적 매트릭스(28)를 형성하기 위하여 응고된다. 이동주체를 포함하는 프리머 코팅은 배터리의 재활용을 용이하게 하기 위하여는 발전 소자(1)의 표면에도 적용될 수 있다. 이 이동주체는 낮은 결합 층을 생성하기 위하여 연결 접합을 이동할 수 있게 한다. 이 이동은 열 활성화에 의하여 일어나고, 이는 결합 된 조립을 분해할 수 있게 한다. 이 이동주체는 프리머에 사용될 수 있고, 수지 그 자체로도 사용될 수 있다. 이동주체는 예를 들어 폴리올레핀일 수 있다. 또는 더 특정직으로 국제특허공보 WO-2004/087829에 나타난 것처럼 열의 공급에 의하여 포화가 될 있다고 알려진 PTSH(para-toluenesul fohydrazide)가 될 있다.

게다가, 상기 매트릭스(28)는 상기 발전 소자(1)의 온도 조절을 향상시키기 위한 온도 범위에서 상 변화 특성을 가질 수 있다. 그리고, 상기 매트릭스(28)는 자기 소화성의 특성을 가질 수 있다.

도 12 내지 14에서, 각각 모듈(18)은 접착제(42) 층에 의하여 교차 부재(12)의 양 측면으로 각각 접착되는 한 쌍의 발전 소자(1)를 포함하고, 상기 발전 소자 는 적어도 부분적으로 구조적 매트릭스(28)에 의하여 피복되어 있다. 게다가, 예를 들어 접속이 나사로 죄여진 접속 스터드(connection stud)40을 포함하는 중간 전원연결장치를 연결함으로써 한 쌍의 상기 소자(1)는 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.

도 8과 관련하여, 적어도 외피(3)의 주변부의 일부는 과압력이 외피 내부에 발생하는 경우에 파열부(29)를 형성하는 기계적으로 약한 부분을 가진다. 따라서 열폭주 또는 단락의 경우에 상기 발전 소자(1)에서 방출되는 잉여 가스가 파열 부분을 통과하여 상기 발전 소자 바깥으로 배출되고, 상기 가스는 파열부(29)와 연통 되어 있는 방출 채널을 통하여 배터리 바깥으로 나오게 되고, 상기 방출 채널은 용기(17)에 있는 밸브(30)를 포함한다.(도 10)

과압력을 방출하는 것은 배터리의 열폭주를 야기할 수도 있는 추가적인 과열을 방지한다. 게다가, 발전 소자(1)가 딱딱한 환경에 가두어져 있을 때 가스를 방출시키는 것은 발전 소자(1)의 증가하는 내부 저항을 감소시키고 그럼으로써 발전 소자의 사용 수명을 향상시킬 수 있으므로 무엇보다 중요하다.

제시된 실시예에서, 외피(3)의 주변부는 구부려져 튼튼한 바닥(8) 근처 양 측면 엣지(7)에 위치한 파열부(29)를 형성하기 위하여 수지로 둘러싸지 않는다. 게다가 외피(3)의 바닥부분은 수지 피복이 없다. 도시되지 않은 변형실시에서, 파열부는 기계적으로 형성될 수 있고, 예를 들어 외피 그리고/또는 수지에 벤 자국을 내거나 전체 외피(3)를 감싸고 있는 수지의 피복두께를 국부적으로 축소시킬 수 있다.

도 9와 관련하여 상기 발전 소자(1)는 서로 고정된 전기화학적 셀(2)을 포함한다. 도 9b에서, 상기 발전 소자(1)는 교차 부재(12)에 결합 되어 있고, 피복동안, 매트릭스(28)는 전기화학적 셀(2)을 고정한다. 실시예에서 아주 얇은 두께의 접착제가 발전 소자(1)와 교차 부재(12) 사이에 위치한다. 열 전도율은 두께에 의존하기 때문에, 따라서 상기 소자(1)와 상기 교차 부재(12) 사이의 열 교환은 우수한 열 전도성의 접착제가 아니더라도 보장된다.

도 9c에서는 전기화학적 셀(2)들이 서로 미리 결합하고 있고 매트릭스(28)가 상기 발전 소자(1)와 상기 교차 부재(12)의 틈을 채우고 있다. 실시예에서 매트릭스(28)는 발전 소자(1)와 교차 부재(12) 사이에 위치하여 두꺼운 두께를 가지기 때문에, 우수한 열 전도성의 매트릭스(28)를 사용하는 것이 바람직하다.

발명에 따르면, 배터리 온도의 탁월한 균질성은 발전 소자들(1) 사이에서 평형의 정도를 증가시키고, 사용 수명의 손해없이도 상기 발전 소자(1)의 내부 저항을 가능한 한 감소시키기 위한 열적으로 높은 정밀도를 가진 배터리를 조절하는 것을 가능하게 해준다. 열 관리의 최적화는 배터리의 에너지와 파워를 발전 소자(1)의 추가 없이도 가능하게 해준다.

게다가, 조절 시스템은 상기 발전 소자(1)의 열 패키지로부터 나오는 열 에너지를 소산해 줄 수 있고, 열 폭주 현상의 전개를 일으킬 수도 있는 과도한 열이 인접한 발전 소자(1)에 전달되지 않도록 해준다. 이 열 제한 역할은 전체 배터리에 퍼질 수 있는 열 폭주 위험을 방지해주고, 이는 고에너지 배터리에 필수적이다.

그리고, 패키지 시스템은 채널(14,15)이나 통로(16)의 막힘의 위험이 없이 물을 끓일 수 있는 기능을 가지고, 이는 본 배터리의 보호에 큰 유리한 점을 가진다. 왜냐하면, 발전 소자(1)의 열 폭주 또는 화재의 경우에, 물의 수증기화 현상은 배터리의 온도를 고정 값으로 유지되게 해주어, 광범위한 폭주 현상의 출현을 피하게 해준다. 기화 온도는 사용되는 유체의 특성에 달려있고, 유체는 물이거나 낮은 증발점을 가진 유체일 수 있다.

도 1은 특히 상기 기계적, 열적 패키지 시스템의 상기 구조체뿐 아니라 상기 발전 소자의 정렬을 보여주는 발명의 한 실시예에 따른 배터리의 일부를 부분적으로 잘라낸 부분 투영도이다.

도 2는 발전 소자와 조립된 전원연결장비와 전자카드의 상호관계를 보여주는 도 1의 상기 배터리의 부분 투영도이다.

도 3은 도 1의 보호 용기 안에 배치된 몸체를 보여주는 상기 배터리의 횡단면도이다.

도 4는 도 1의 보호 용기 안에 배치된 구조체를 보여주는 배터리 부분의 종방향 부분 단면도이다.

도 5는 도 1에 있는 배터리의 전기화학적 셀의 종방향 단면도이다.

도 6은 도 1에서의 상기 배터리의 상기 구조체를 형성하는 모듈의 투영도이다.

도 7은 도 6의 두 개의 모듈 사이에 발전 소자가 배열되는 것을 보여주는 상호관계 투영도이다.

도 8은 구조적 매트릭스로 상기 발전 소자 피복의 정렬을 보여주는 도 7에 따른 상기 발전 소자의 투영도이다.

도 9는 실시예의 피복물에 설치되어 있는 발전 소자의 표시들로써 정면도(도 9a), AA단면도(도 9b), 변형실시에서의 AA단면도(도 9c)이다.

도 10은 방출채널과 서로 연통하는 파열 부를 보여주는 부분 확대도이다.

도 11은 발명의 실시예에 따른 배터리의 구조체 한 구획의 투영도이다.

도 12는 교차적으로 끼어넣음으로써 구조체를 형성하는 두 종류의 모듈의 투영도이다.

도 13은 한 쌍의 발전 소자와 구조적 매트릭스를 포함하는 도 12에 따른 모듈의 단면도이다.

도 14는 도 13에 따른 교차적으로 끼어넣는 모듈의 단면도로써 상기 발전 소자에서의 단면도(도 14a)와 상기 상향채널에서의 단면도(도 14b)이다.

Claims (15)

1. 가요성의 밀봉 외피(3)에 패키지 된 하나 이상의 전기화학적 셀(2)로 구성된 전기 에너지 발전 소자(1)를 다수 포함하고, 상기 발전 소자의 기계적 열적 조절 시스템을 더 포함하는, 배터리에 있어서,

   상기 배터리의 상기 조절 시스템은 열 전도성 물질로 만들어진 구조체(9)를 형성하고, 상기 구조체는 두 개의 길이 방향 부재(10,11)와 다수의 교차 부재(12)를 구비하며, 각각 상기 발전 소자(1)가 배치되어 있는 하우징(13)을 상기 교차 부재(12) 사이에 형성하기 위하여 상기 교차 부재(12)는 상기 길이 방향 부재를 연결하고, 상기 구조체는 열 조절 유체의 순환 경로를 포함하며, 상기 순환 경로는 길이 방향 부재(10,11) 내에 각각 형성된 두 채널인 상향채널(14)과 하향채널(15), 그리고 상기 교차 부재(12) 내에 각각 형성된 통로(16)를 포함하고, 상기 통로는 각각 측면에서 상기 상향채널(14) 및 하향채널(15)과 연통 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
2. 제1항에 있어서,

   상기 교차 부재(12)는 각각 길이 방향 부재(10,11)에 길이 방향으로 뻗어있는 상향채널(14)과 하향채널(15) 사이에 상기 하우징(13)을 형성하기 위하여 길이방향으로 인접한 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 발전 소자(1)는 상기 교차 부재(12)에 접착결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 구조체(9)는 모듈(18)을 밀폐식으로 조립하여 형성되고, 상기 모듈(18)은:

   - 채널(14,15) 부분이 각각 형성되어 있는 길이 방향 부재(10,11) 두 부분과;

   - 상기 채널 부분과 연통하는 통로(16)가 있는 교차 부재로서, 교차 부재의 엣지에 각각 길이 방향 부재(10,11)가 조립되는 교차 부재(12);를 포함하고,

   상기 모듈은 상기 통로(16)의 각 측면에 상향채널(14)과 하향채널(15)을 형성하여 채널(14,15) 부분이 연통되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
5. 제4항에 있어서,

   상기 교차 부재(12)는 중공 플레이트(21)의 양 측면을 길이 방향 부재(10,11)를 형성하는 중공 프레임(19)에 고정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
6. 제5항에 있어서,

   상기 모듈(18)은 중공 숫 프레임(19a)과 중공 암 프레임 (19b)를 가지고, 상기 중공 암 프레임을 상기 중공 프레임에 끼어넣음으로써 상기 모듈이 조립되는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
7. 제6항에 있어서,

   상기 전기 배터리는 두 개의 중공 숫 프레임(19a)을 가지는 제1 유형의 모듈(18a)과 두 개의 중공 암 프레임(19b)을 가지는 제2 유형의 모듈(18b)을 포함하고, 상기 구조체(9)는 상기 제1 유형의 모듈(18a)과 제2 유형의 모듈(18b)을 교차적으로 끼어넣음으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
8. 제6항에 있어서,

   각각 모듈(18)은 중공 숫 프레임(19a)과 중공 암 프레임(19b)을 구비하고, 구조체(9)는 상기 모듈들을 마주 보는 방향으로 끼어넣음으로써 형성되는 것을 특징으로 가지는 전기 배터리.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   적어도 외피(3)의 주변부의 일부는 과압력이 외피 내부에 발생하는 경우에 파열부(29)가 형성 되어지는 기계적으로 약한 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
10. 제9항에 있어서,

    상기 파열부(29)는 방출 채널과 연통 되는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조절 시스템은 또 중합체 수지로 만들어진 구조적 매트릭스(28)를 포함하고, 상기 매트릭스는 상기 발전 소자(1)를 피복 하기 위하여 적어도 부분적으로 하우징(13)을 채우고 있는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
12. 제3항, 제4항 또는 제11항에 있어서,

    각각 모듈(18)은 교차 부재(12)의 한쪽 면에 각각 접착되어 있는 한 쌍의 발전 소자(1)를 포함하고, 상기 발전 소자는 적어도 부분적으로 구조적 매트릭스(28)에 의하여 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전기 배터리는 상기 상향채널(14)에 유체를 공급하는 수단과 상기 유체가 상기 교차 부재(12)를 경유한 후 상기 하향채널(15)의 유체를 방출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
14. 제13항에 있어서,

    상기 각각 교차 부재(12)의 상기 통로(16)는 상기 상향채널(14)에 의하여 병 렬적으로 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

    전기 배터리는 상기 구조체(9)와 상기 발전 소자(1)가 배치되어 있는 내부가 진공으로 형성된 밀폐된 용기(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 배터리.

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