KR20130117779A - 평판 전기화학 전지를 수용하기 위한 하우징 - Google Patents

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리-텍 배터리 게엠베하
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Abstract

적어도 국부적으로 전지의 에지에 연장된 용접 시임(3)을 가진 적어도 하나의 평판 전기화학 전지(2)를 수용하기 위한 하우징(1)은 실질적으로 서로 평행하게 배치된 2개의 하우징 벽(4)을 포함하고, 상기 하우징 측벽의 서로를 향한 내부면은 수용할 각각 2개의 전지를 위해 대향 배치된 노치(5) 쌍을 갖고, 상기 노치는 각각의 전지(2)의 적어도 하나의 용접 시임(3)을 수용하기 위해 제공된다. 하우징(1)은 바람직하게 발포 재료로 형성된다.

Description

평판 전기화학 전지를 수용하기 위한 하우징{HOUSING FOR ACCOMMODATING A FLAT ELECTROCHEMICAL CELL}
본 발명은 적어도 국부적으로 전지의 에지를 따라 연장된 용접 시임을 포함하는 적어도 하나의 평판 전기화학 전지를 수용하기 위한 하우징, 상기 하우징 내의 다수의 전지들의 장치 및 상기 하우징 또는 상기 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
하기에서 전기화학 또는 갈바니 전지라고 하는 전기화학 에너지 저장 장치는 대개 적층 가능한 평판 유닛의 형태로 제조되고, 상기 유닛으로부터 다수의 전지들의 결합에 의해 다양한 용도를 위한 소위 배터리가 제조될 수 있다. 전지의 이러한 적층 구조 내에서 전지의 기계적 고정을 위해 예컨대 DE 10 2009 005 124 A1호에서는 전지들이 프레임에 지지되는 상기 전지들의 장치가 제안되고, 이 경우 상기 프레임은 전지들이 결합하여 다수의 전지들로 이루어진 기계적으로 안정된 유닛을 형성하는데 적합한 구조 부재를 포함한다.
본 발명의 과제는 공지된 해결 방법의 단점 및 제한을 가능한 한 방지하거나 또는 극복하는 평판 전기화학 전지를 기계적으로 고정 또는 수용하기 위한 기술적 교리를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제1항에 따라 적어도 국부적으로 전지의 에지를 따라 연장된 용접 시임을 포함하는 적어도 하나의 평판 전기화학 전지를 수용하기 위한 하우징, 청구항 제9항에 따른 다수의 상기 전지들의 장치에 의해 그리고 청구항 제12항에 따른 상기 하우징 또는 상기 장치의 제조 방법에 의해 해결된다. 종속 청구항은 본 발명의 바람직한 개선예와 관련된다.
본 발명에 따라 적어도 국부적으로 전지의 에지를 따라 연장된 용접 시임을 포함하는 적어도 하나의 평판 전기화학 전지를 수용하기 위한 하우징이 제공되고, 이 경우 하우징은 실질적으로 서로 평행하게 배치된 2개의 하우징 측벽을 포함하고, 상기 하우징 측벽의 내부면은 수용될 각각의 전지를 위해 대향 배치된 노치 쌍을 포함하고, 상기 노치는 각각의 전지의 적어도 하나의 용접 시임을 수용하기 위해 제공된다.
하우징이란 본 발명과 관련해서 전기화학 전지 또는 다수의 전기화학 전지의 집합체를 바람직하지 않거나 또는 장해가 되는 외부 영향에 대해 차단하고 및/또는 전기화학 전지 또는 상기 전기화학 에너지 전지의 집합체의 주변을 상기 전지의 작동에 의해 발생할 수 있는 바람직하지 않은 영향으로부터 보호하는데 적합한 모든 장치이다. 바람직하게 이러한 하우징은 하우징의 내부와 주변 사이의 바람직하지 않은 물질 이동 또는 물질 교환을 저지하거나 또는 어렵게 한다.
전기화학 전지란, 이와 관련하여 전기화학 에너지 저장 장치, 즉 에너지를 화학적 형태로 저장하고, 컨슈머에 전기 형태로 공급하고, 바람직하게 충전 장치로부터 전기 형태로도 흡수할 수 있는 장치이다. 이러한 전기화학 에너지 저장 장치의 주요 예는 갈바니 전지 또는 연료전지이다.
평판 전기화학 전지란, 이와 관련해서 실질적으로 평행한 2개의 면에 의해 특징되는 외부 형태를 갖는 전기화학 전지이고, 상기 2개의 면들의 서로 수직 간격은 상기 면들에 대해 평행하게 측정된 전지의 평균 길이보다 짧다. 대개 포장 또는 전지 케이스로 둘러싸인 2개의 면들 사이에 전지의 전기화학 활성 성분들이 배치된다. 이러한 전지는 대개 다층 필름 포장으로 둘러싸이고, 상기 필름 포장은 전지 포장의 에지에 용접 시임을 갖고, 상기 용접 시임은 필름 포장의 용접 시임의 영역에 견고한 결합과 밀봉에 의해 형성된다. 이러한 전지는 흔히 파우치 전치 또는 커피백 전지라고도 한다.
각각의 전지의 적어도 하나의 용접 시임을 수용하기 위해 제공된 대향 배치된 노치 쌍의 디자인은 이에 적합한 상기 노치의 형상, 크기 및 배치와 관련된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 2개의 하우징 측벽 사이에 배치된 적어도 하나의 하우징 벽을 포함하는 하우징이 제공되고, 상기 하우징 벽의 내부면은 수용될 각각의 전지를 위해 노치를 갖고, 상기 노치는 적어도 하나의 전지의 적어도 하나의 용접 시임을 수용하기 위해 형성된다. 2개의 하우징 측벽 사이에 배치된 상기 하우징 벽은 바람직하게 하우징의 베이스 및/또는 하우징의 커버를 형성한다. 본 발명의 다른 실시예에서 2개의 하우징 측벽 사이에 배치된 다른 하우징 벽은 하우징 중간벽일 수도 있고, 상기 하우징 중간벽은 하우징 내에 배치된 전기화학 전지의 다수의 층들을 서로 분리한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 2개의 노치 사이에 배치된 적어도 하나의 하우징 중간벽이 제공되고, 상기 중간벽은 바람직하게 인접한 2개의 전기화학 전지들 사이에 배치된다. 이러한 하우징 중간벽은 바람직하게, 인접한 전기화학 전지들이 사이의 바람직하지 않은 상호 작용을 가능한 한 방지하거나 또는 저지하기 위해, 인접한 전기화학 전지들을 서로 열 및/또는 기계적으로 분리하는데 이용된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 적어도 하나의 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽은 적어도 부분적으로 압축성, 특히 바람직하게 탄성 재료로 제조된다. 이 경우, 발포제, 바람직하게는 폴리에틸렌 발포 플라스틱으로 이루어진 재료가 특히 바람직하다. 이러한 재료는, 기계적 진동, 충격 또는 다른 가능한 유해한 영향을 흡수하고 하우징 내에 배치된 전기하학 전지에 대한 상기 영향들의 작용을 줄이거나 또는 제거하는데 특히 적합하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 하우징은 전체 전지 바디를 둘러싸는 하우징으로서 바람직하게 배터리 모듈 영역에 형성되고, 이 경우 이용에 따른 불가피한 진동 또는 열 부하가 차단되거나 또는 적어도 부분적으로 흡수된다. 노후화된 전지에서도 재료의 부분적인 탄성에 의해 전지 작동을 위한 최적의 압력이 전지의 수명 동안 유지될 수 있도록, 하우징 블록 또는 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽에 재료와 관련해서 포켓이 제공되는 것이 특히 바람직하다. 예를 들어 3/10의 소위 전지 호흡시 또는 노후화에 의한 두께 증가시 최적의 압력이 유지될 수 있고, 이로써 특히 세파리온(separion)으로 이루어진 분리막을 포함하는 전지의 수명, 전지의 노후화 과정 및 수명에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 이는 바람직하게 확실한 경량 구조에서 노후화 진행시 포켓이 제공된 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽에 대한 유연한 압력에 의해 달성된다.
다른 바람직한 실시예에 따라 하우징 또는 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽은 바람직하게 외부로는 다층 복합 재료, 하이브리드 재료 또는 섬유 복합 재료 또는 유사한 경량 재료들에 의해 바람직하지 않은 작용에 대해 보호된다. 바람직하게 양호한 열 전도 재료가 사용된다. 이 경우 사용된 섬유 복합 재료의 적절한 선택에 의해 높은 강도가 달성되고, 전지 결합부 상에 또는 내의 입자 또는 침투 대상물이 단락 또는 손상을 야기하지 않는 것이 보장될 수 있다.
바람직하게 상기 섬유 복합 재료를 위해 기초 재료 또는 매트릭스 재료로서 엘라스토머가 사용된다. 바람직하게 강화 섬유들은 상기 재료에서 다방향으로, 바람직하게는 의도한 방향으로 또는 단방향으로 정렬된다. 강화 섬유의 다방향 정렬에 의해 바람직하게 하우징 벽의 부품 강도가 증가하고, 이로써 배터리 하우징의 안전성이 향상된다. 강화 섬유의 적어도 국부적으로 달성된, 예를 들어 단방향 정렬에 의해 바람직하게 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽의 변형이 영향을 받을 수 있다. 바람직하게 그에 따라 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽의 정렬된, 부분적으로 상이한 변형이 이루어진다. 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽의 이러한 정렬된 변형에 의해 특히, 이들은 배터리 하우징을 둘러싸는 공동부 또는 리세스 내에서 팽창된다. 이러한 정렬된 변형에 의해 바람직하게 배터리 하우징을 둘러싸는 대상물, 예를 들어 프레임 부분 또는 다른 배터리 하우징과 조절되지 않은 접촉이 방지되고 따라서 배터리 하우징의 안전성이 향상된다.
본 발명에 따른 상기 측벽을 위한 상기 섬유 복합 재료의 강화 섬유들은 바람직하게 플라스틱으로 이루어진다. 바람직하게 상기 플라스틱은 기초 재료와 다른 팽창 거동을 갖는다. 바람직하게 상기 강화 섬유는 나일론 또는 아라미드로 이루어진다. 바람직하게 강화 섬유는 플라스틱과 다른 재료 그룹의 재료로도 이루어질 수 있고, 따라서 예를 들어 유리 섬유, 금속 섬유, 세라믹 섬유, 또는 탄소 섬유일 수 있다. 바람직하게 강화 섬유는 1 ㎛ 내지 1,000 ㎛, 바람직하게 10 ㎛ 내지 100 ㎛ , 특히 바람직하게 20 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께를 갖는다. 이러한 강화 섬유의 팽창 거동은 바람직하게 그 기하학적 형상, 예를 들어 메인 응력 방향에 대해 법선으로 배치된 횡단면적에 의해 또는 바람직하게 상기 섬유의 탄성계수에 의해 영향을 받을 수 있다. 강화 섬유 및 기초 재료의 상이한 팽창 거동에 의해 상기 측벽의 변형 거동이 영향을 받을 수 있고, 따라서 배터리 하우징의 안전성이 향상된다.
바람직하게 측벽은 적어도 부분적으로 100% 내지 1,000%의 파단 연신율을 갖는 플라스틱, 예컨대 폴리올레핀, 50% 내지 500%의 파단 연신율을 갖는 플라스틱, 예컨대 폴리아미드, 또는 5% 내지 80%의 파단 연신율을 갖는 플라스틱, 예컨대 폴리카보네이트로 이루어진다. 바람직하게 측벽은 적어도 부분적으로 플라스틱, 예컨대 폴리-에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM)의 그룹의 플라스틱으로 이루어진다. 바람직하게 상기 플라스틱은 전기화학 에너지 저장 장치의 함유 물질에 의해 또는 상기 함유 물질의 반응 생성물에 의해 화적으로 부식되거나 또는 이들에 의해 분해되지 않는다. 바람직하게 코팅 또는 다른 보호 장치에 의해, 반응성 함유 물질이 상기 측벽과 접촉하는 것이 저지된다. 바람직하게 측벽을 위한 플라스틱을 적절히 선택함으로써, 배터리 하우징으로부터 반응성 재료가 배출되는 것이 저지되므로, 안전성이 향상된다.
섬유 복합 재료에서 열 전도도는 바람직하게 높은 함량의 열 전도성 섬유에 의해 달성되고, 상기 열 전도성 섬유는 바람직하게 전술한 열 전도성을 갖는 재료로 이루어진다. 바람직하게 섬유 복합 재료는 30 내지 95 체적%, 바람직하게 40 내지 80 체적%, 특히 바람직하게 50 내지 65 체적%의 섬유 함량을 포함한다. 바람직하게 이것은 높은 열 전도성, 바람직하게 20 ℃에서 40 내지 1,000 W/(K*m), 바람직하게 100 내지 400 W/(K*m), 그리고 특히 바람직하게 약 220 W/(K*m)의 열 전도도를 갖는 재료이다. 바람직하게 상기 재료는 주요 성분으로서 알루미늄을 포함하고, 다른 성분들은 바람직하게 망간, 마그네슘, 구리, 규소, 니켈, 아연 및 베릴륨일 수 있다.
하이브리드 재료란, 본 발명과 관련해서 국부적으로 플라스틱, 바람직하게 섬유강화 플라스틱 및 바람직하게 적어도 국부적으로 금속 재료로 이루어진 재료로 구성된다. 하이브리드 재료가 금속으로 이루어진 영역에서, 상기 하이브리드 재료는 바람직하게 양호한 열 전도성을 갖고, 상기 하이브리드 재료가 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 영역에서는 상기 하이브리드 재료는 바람직하게 양호한 열 절연 특성을 갖는다. 바람직하게 상기 열 전도도는 20℃에서 0.5 W/(K*m)보다 작고, 바람직하게 0.2 W/(K*m)보다 작고, 특히 바람직하게 0.1 W/(K*m)보다 작다. 바람직한 열 전도 특성에 의해 그리고 하이브리드 재료의 경우에 배터리 하우징의 양호한 절연 특성에 의해 에너지 저장 장치의 온도 평형에 간단하게 영향을 미칠 수 있고, 이로써 작동 안전성이 향상된다.
바람직하게 본 발명에 따른 하우징 또는 본 발명에 따른 배치는 전지-압력 분포 층을 포함한다. 특히 전지-압력 분포 층은 불순물로부터 전지-압력 분포 층에 가해지는 힘 또는 압력의 표면 분포에 이용된다. 특히 전지-압력 분포 층은 배터리 전지를 불순물과 분리한다. 바람직하게 전지-압력 분포 층은 하기 그룹에서 적어도 하나의 재료를 포함하고, 상기 그룹은 다음을 포함한다: 철 함유 합금, 강, 알루미늄, 티타늄 또는 마그네슘과 같은 경금속, 특히 가교형 플라스틱, 충전제 및/또는 직물/부직포, 특히 탄소-, 유리- 및/또는 아라미드 섬유를 포함하는 플라스틱.
바람직하게 전지-압력 분포 층은 아라미드 섬유 및/또는 금속 박막을 포함하는 허니콤 구조를 갖고, 이 경우 특히 바람직하게 허니콤의 종축선은 바람직하게 작용 불순물의 방향으로 배치된다. 바람직하게 허니콤은 길이방향으로 커버층으로 폐쇄된다. 바람직하게 전지-압력 분포 층은 리브 또는 웨브를 갖고, 상기 리브 또는 웨브는 특히 바람직하게 불순물의 예상 방향으로 연장된다. 전지-압력 분포 층은 바람직하게 하우징 또는 장치의 사전 설정된 영역에만 배치되고, 특히 바람직하게 불순물의 특히 작은 단부면에 의한 손상이 예상되는 영역에만 배치된다. 바람직하게 전지-압력 분포 층은 적어도 국부적으로 특히 금속 코팅 및/또는 금속 와이어에 의해 전기 전도성으로 형성된다.
바람직하게 하우징은 적어도 부분적으로 하기 그룹에서 적어도 하나의 재료를 포함하고, 상기 그룹은 다음을 포함한다: 철 함유 합금, 강, 알루미늄, 티타늄 또는 마그네슘과 같은 경금속, 특히 가교되고 특히 충전제 및/또는 직물/부직포, 특히 유리- 및/또는 아라미드 섬유에 의해 강화된 특히 PP, PA 또는 PE와 같은 플라스틱. 바람직하게 하우징은 적어도 국부적으로 특히 바람직하게 아라미드 섬유 및/또는 금속 박막을 포함하는 허니콤 구조를 갖고, 이 경우, 특히 바람직하게 허니콤의 종축선은 작용 불순물의 방향으로 배치된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽의 재료는 전지의 화재시 화원에 가능한 한 가까운 곳에서 그리고 바람직하게 외부 작용 없이 연소 작용이 달성될 수 있도록 하기 위해, 난연성 첨가제 또는 소화제 또는 소화 첨가제를 포함한다.
이와 관련해서 화재란, 에너지 저장 장치 또는 에너지 저장 장치의 부분들 또는 그 주변이 바람직하지 않은 화학 반응으로 변화하거나 또는 분해되는 모든 과정이다. 이와 관련해서 화재는 특히 에너지 저장 장치의 구성 부재 또는 성분들의 발열 화학 반응이고, 이는 대개 에너지 저장 장치 또는 그 성분들의 과열로 인해 발생한다.
소화제란, 이와 관련해서 소화 작용, 즉 바람직하게는 화재 억제 작용을 하고 및/또는 화재 발생을 저지하거나 또는 어렵게 하는 물질 또는 혼합 물질이다. 소화 작용이란 본 발명과 관련해서 바람직하게, 화재를 저지하는, 즉 화재의 연속 또는 발생을 저지하거나 또는 약화킬 수 있는 작용을 의미한다. 소화제 또는 그것의 바람직한 함유 물질의 예는 화재를 지속시킬 수 있게 하는 화학 반응 물질을 화원에서 제거하거나 또는 발화 또는 화재의 지속에 필요한 화학 반응을 억제하는 물질이다. 소화제는 바람직하게 소화 첨가제 또는 난연성 첨가제가 용매 또는 운반 물질과 혼합됨으로써 형성된다.
난연성 첨가제란, 본 발명과 관련해서 바람직하게 소위 D-분말 소화제(또한, 금속 연소 분말, 금속 분말 소화제, M-분말) 또는 소위 ABC-분말 소화제, 즉 바람직하게 대부분 미세하게 분쇄된 인산암모늄과 황산 암모늄으로 이루어진 소화 첨가제 또는 난연성 첨가제가 고려된다. 이와 관련해서 바람직한 D-분말 소화제는 바람직하게 주로 미세하게 분쇄된 알칼리 염화물(대개 염화 나트륨)로 이루어진다. 상기 재료의 바람직한 특징은 높은 반응 및 온도 안정성이다.
바람직한 소화 첨가제 또는 난연성 첨가제는 본 발명과 관련해서 소위 겔 형성제이고, 상기 젤 형성제는 다른 물질들, 바람직하게는 물과 같은 용매 또는 운반 물질과 관련해서 바람직하게 점착성의, 바람직하게는 점성의 겔 또는 점탄성 유체를 형성하고, 이들은 바람직하게 연소중인 대상 및 그 표면에 대한 높은 점착성을 특징으로 한다. 겔 형성제는 바람직하게 소위 초흡수제에 기초하고, 바람직하게 분말 또는 고체 물질 또는 에멀전으로서 제공되는 소화 첨가제의 바람직한 예이다. 초흡수제는 대개 그 중량 또는 체적의 수배에 이르는 물 또는 다른 운반 물질을 흡수할 수 있다. 적절한 초흡수제에 의해 물과 혼합하여 형성된 수성 겔은 종래의 거품층과 달리, 기밀성 차단층이 형성되는 장점을 갖고, 상기 차단층은 종래의 거품층에서보다 더 오래 지속되고, 현저히 적은 양의 물을 가연성 물질에 배출한다.
본 발명의 설명과 관련해서 점탄성 유체란, 점탄성 특성을 갖는 유체이다. (바람직한) 유체란 임의의 느린 전단에 (거의) 아무런 저항이 없는 물질이다. 압축성 유체(기체)와 비압축성 유체(액체)가 구별된다. 대부분의 물리적 법칙은 기체와 액체에 (거의) 동일하게 적용되고, 이들의 많은 특성들은 정량적으로만 서로 구별되고 기본적으로 정성적으로는 서로 구별되지 않기 때문에, 상의어인 "유체"가 사용된다. 실제 유체는 그 거동에 따라, 유동 매커니즘으로 설명되는 "뉴턴 유체"와 유동학(rheology)으로 설명되는 비뉴턴 유체로 구분된다. 이 경우, 매체의 유동 거동에서 차이가 있으며, 상기 유동 거동은 전단 응력 및 왜곡 속도 또는 전단 속도에 의해 설명된다.
예를 들어 폴리머 용융물과 같은 유체 또는 예컨대 플라스틱과 같은 고체의 시간, 온도 및/또는 빈도 의존적인 탄성을 점탄성이라고 한다. 점탄성은 부분적으로는 탄성 거동, 부분적으로는 점성 거동으로 형성된다. 물질은 외부로부터 작용하는 힘을 제거한 후에 불완전하지만 처음 상태로 되돌아가고, 남은 에너지는 플로우 프로세스(flow process)의 형태로 제거된다.
본 발명의 설명과 관련해서, 겔이란 적어도 하나의 제 1, 대개 고상 및 적어도 하나의 제 2, 대개 액상으로 이루어진 미세 분포계이다. 겔은 대개 콜로이드이다. 고상은 스폰지 같은 3차원 망을 형성하고, 상기 망의 다공은 액체 또는 기체로 채워진다. 대개 2개의 상들은 완전히 침투된다. 다른 매체(고체, 기체 또는 액체), 즉 분포제에 미세하게 분포된 입자 또는 액적을 콜로이드라고 한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 소화제 또는 소화 첨가제가 고체 입자 또는 탄성 변형 가능한 물질이거나 또는 이러한 물질을 포함하는 전기화학 에너지 저장 장치가 제공된다. 고체 입자란 용어는, 이와 관련해서 분말 또는 발포제, 특히 탄성 변형 가능한 발포제로 이루어진 압축된 응집체를 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 소화제 또는 소화 첨가제가 인접한 2개의 전기화학 전지들 사이마다 또는 하나의 전기화학 전지와 하우징 벽 사이에 스페이서 또는 가장자리 보호 플레이트 형태로 배치되는 전기화학 에너지 저장 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 소화제 또는 소화 첨가제가 그 체적의 수배의 수분을 흡수할 수 있거나 또는 포함하는 전기화학 에너지 저장 장치가 제공된다. 이와 관련해서 특히 겔 형성제에 기초한 소화제, 바람직하게 소위 초흡수제에 기초한 소화 첨가제를 포함하는 소화제가 특히 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 소화제 또는 소화 첨가제가 적어도 하나의 폴리머 또는 코폴리머, 특히 바람직하게 아크릴아마이드 코폴리머 또는 소듐아크릴레이트 코폴리머를 포함하는 전기화학 에너지 저장 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 소화제 또는 소화 첨가제가 적어도 하나의 지방산 에스테르를 포함하는 전기화학 에너지 저장 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 소화제 또는 소화 첨가제가 적어도 하나의 계면 활성제를 포함하는 전기화학 에너지 저장 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 소화제 또는 소화 첨가제가 물과 적어도 하나의 지방산 에스테르, 적어도 하나의 폴리머, 바람직하게는 코폴리머, 특히 바람직하게는 아크릴아마이드 코폴리머 또는 소듐아크릴레이트 코폴리머로 이루어진 적어도 하나의 혼합물 또는 에멀전을 포함하는 전기화학 에너지 저장 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 소화제가 약 28%의 적어도 하나의 폴리머, 약 6%의 적어도 하나의 계면 활성제, 약 23%의 적어도 하나의 에스테르 오일 및 약 43%의 물로 이루어진 혼합물 또는 에멀전을 포함하는 전기화학 에너지 저장 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 소화 첨가제가 물과 함께 사용되고, 약 50%의 적어도 하나의 폴리머, 약 10%의 적어도 하나의 계면 활성제 및 약 40%의 적어도 하나의 에스테르 오일로 이루어진 혼합물 또는 에멀전을 포함하는 전기화학 에너지 저장 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 소화 첨가제와 혼합하여 소화제가 될 수 있는 운반 물질은 냉각제이고, 상기 냉각제는 에너지 저장 장치의 정상 작동시 폐쇄된 냉각제 순환계를 통해 흐르고, 화재시에는 폐쇄된 냉각제 순환계로부터 특정 위치에 배출되어 상기 위치에서 소화 작용을 할 수 있도록 형성된다. 이로 인해 소화 작용은 의도한 대로 화재가 발생한 특정 위치에서 발휘될 수 있다. 동시에 냉각제로서의 작용도 유지할 수 있다.
본 발명과 관련해서 냉각제란 주변에서 열을 흡수하고, 이 열을 유동에 의해 전달하고, 그 주변으로 방출할 수 있는 유동성 물질, 특히 기체 형태의 또는 액체의 열 전달 매체이고, 이것은 그 물리적 특성으로 인해 열 전도 및/또는 열 전달에 의해 열 전달 매체 내의 공기 역학적 또는 유체 역학적 유동, 특히 대류를 통해 열을 전달하는데 적합하다. 일반적으로 공업에서 사용되는 열 전달 매체들의 주요 예는 예컨대 공기 또는 물 또는 다른 일반적인 냉각제이다. 관련 용도에 따라 다른 기체 또는 액체, 예컨대 불활성 가스 또는 액화된 불활성 가스 또는 높은 열용량 및/또는 열전도성을 갖는 물질과 같은 화학적 불활성 (거의 반응하지 않는) 기체 또는 액체도 사용된다.
이와 관련해서, 유동성 물질이란 공기 또는 유체 역학적 의미에서 유동이 형성될 수 있거나 또는 이러한 유동이 유지될 수 있는 모든 물질을 의미한다. 이러한 물질의 예는 특히 기체 또는 액체이다. 그러나 액체 또는 기체 및 초미세 고체로 이루어진 혼합물, 소위 에어로솔에서 또는 콜로이드성 용액에서도 공기 또는 유체 역학적 의미에서 유동이 유지될 수 있거나 또는 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 장치는 화재시 냉각제 순환계로부터 냉각제를 곳곳으로 배출할 때 냉각제 압력을 안정화하는 장치를 포함한다. 본 발명의 이러한 실시예는, 냉각제가 소화 작용을 하기 위한 곳으로 냉각제 순환계로부터 배출되는 경우에, 냉각제 압력의 가능한 한 또는 완전한 유지 및 냉각 작용과 관련될 수 있다.
화재시 냉각제를 곳곳으로 배출하는 것은 바람직하게 메카트로닉 또는 센서 트리거 시스템을 포함하는 밸브에 의해 야기된다. 따라서 화재시 소화제는 의도대로 연속하는 전지에 제공될 수 있으므로, 소위 케스케이드 효과가 저지될 수 있다.
또한, 냉각제로서 물이 사용되고, 이러한 냉각제가 에너지 저장 장치의 정상 작동시 폐쇄된 냉각제 순환계를 통해 유동하고, 상기 냉각제 순환계는 화재시 냉각제 순환계로부터 특정 위치에 물을 배출할 수 있고, 냉각제 순환계로부터 배출시 소화 첨가제와 물이 혼합되고, 이 경우 겔 또는 점탄성 유체가 형성되도록 구성된 본 발명의 실시예가 바람직하다.
적어도 하나의 폴리머, 적어도 하나의 계면 활성제 및 적어도 하나의 에스테르 오일로 이루어진 소화 첨가제의 사용이 특히 바람직하다.
또한, 약 50%의 적어도 하나의 폴리머, 약 10%의 적어도 하나의 계면 활성제 및 약 40%의 적어도 하나의 에스테르 오일로 이루어진 혼합물로 구성된 첨가제가 특히 바람직하다.
혼합비 설정시 바람직하게, 냉각 및 소화 혼합물 또는 첨가제의 바람직한 작용이 냉각 및 소화 혼합물의 점탄성 및 물과 결합하는 능력에 근거하는 것이 고려될 수 있다. 이로써 매끄러운 면에서도 냉각제의 점착력이 높아질 수 있다. 액체는 사용되지 않은 채 배출되지 않는다.
특히 폴리머, 에스테르 오일, 계면 활성제 및 물로 이루어진 혼합물의 경우에 운동 에너지의 작용 하에서 혼합비의 적절한 설정은 정지 상태에서보다 점성을 현저히 감소시킨다. 이로 인해 낮은 점성의 상기 혼합물이 냉각 순환계를 통해 흐를 수 있는 동시에 상기 냉각 순환계로부터 화재 위치에 배출시에는 높은 점성을 가질 수 있다. 이러한 혼합물의 유동성은 주로 유동 속도에 의존한다.
액체가 겔 구조로 화학-물리적으로 결합함으로써, 액체의 증발률은 더 높은 온도에서도 현저히 감소될 수 있다. 이로 인해 액체 소모도 현저히 감소될 수 있다. 화재 위치에서 겔 구조에 결합하는 액체는 비교적 높은 층 두께 및 감소된 증발 속도에 의해 개선된 냉각 효과를 발휘할 수 있다. 이러한 효과는 매우 높은 온도의 화재 진압시 특히 중요하다.
소화 첨가제는 몇몇의 바람직한 실시예에서 바람직하게 전체 첨가제 양과 관련해서,
45 ≤ P ≤ 55,
8 ≤ T ≤ 12,
35 ≤ E ≤ 45이고,
P + T + E = 100인,
P 중량%의 적어도 하나의 폴리머, T 중량%의 적어도 하나의 계면 활성제 및 E 중량%의 적어도 하나의 에스테르 오일로 이루어진 혼합물의 형태를 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽에 적어도 하나의 열 전도 또는 열 전달 구조가 매립된다. 상기 구조는 바람직하게 냉각 채널, 열 전도체 또는 열 튜브 구조일 수 있다. 이로 인해 전기화학 전지의 작동 온도가 안정화될 수 있고, 따라서 전기화학 전지의 가능한 한 효율적이고 안정적인 작동에 기여할 수 있다.
열 전도 또는 열 전달 구조들은 바람직하게 축방향으로 및 레그가 벌어진 상태로 배치된 콤(comb) 형태 또는 YO-형태의 바람직하게 냉각 채널, 와이어 또는 유사한 구조이다. 이러한 바람직한 실시예에 의해, 하우징 블록 또는 전체 구조는 기계적으로 안정화되어 지지되고, 전지에서 물질에 의해 냉각이 이루어지고, 진동 억제 작용을 하는 지지 부재의 기능을 하는 것이 달성된다. 이와 관련해서 바람직한 재료들은 C-섬유, 구리, 열 전도성 박막 또는 냉각 리브이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽은 바람직하게 기체로 충전된 공동부를 포함한다. 상기 공동부는 바람직하게, 작동 중에 전기화학 전지의 팽창을 가능하게 하고 그에 따른 전치의 체적 증가분을 수용하는데 이용되므로, 개별 전지의 이러한 체적 증가가 인접한 전지에 미치는 바람직하지 않은 효과가 방지되거나 또는 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 적어도 국부적으로 전지의 에지를 따라 연장된 용접 시임 및 전술한 하우징을 포함하는 다수의 평판 전기화학 전지들을 포함하는 장치가 제공된다. 바람직하게, 전지들의 용접 시임은 적어도 국부적으로 및 적어도 부분적으로 하우징 벽 및/또는 하우징 측벽 내의 노치에 삽입된다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에 따라, 전지들은 전지들과 적어도 하나의 하우징 벽, 하우징 중간벽 또는 하우징 측벽 사이의 마찰 결합에 의해 하우징 내에서 지지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 하우징이 완전히 또는 부분적으로 스트랜드(strand)로부터 커팅되는, 본 발명에 따른 하우징 또는 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 전술한 특징 및 다른 실시예들은 바람직하게 서로 조합될 수 있으므로, 당업자는 여기에서 완전하게 설명되지 않은 본 발명의 다른 실시예를 이용할 수 있다.
하기에서 본 발명은 바람직한 실시예 및 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 평판 전기화학 전지의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 평판 전기화학 전지의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다수의 전기화학 전지들의 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1은 평판 전기화학 전지(2)의 실시예를 개략적으로 도시하고, 상기 전지의 대향 배치된 단부에서 리드(6a, 6b), 즉 전지의 전기 접속부들이 전지의 케이싱 또는 포장으로부터 밖으로 안내된다. 전기화학 전지의 포장 또는 케이싱은 측면에서 용접 시임(3)에 의해 폐쇄되고, 상기 용접 시임은 예를 들어 가열 밀봉 단계 또는 유사한 공정 단계에 의해 형성되고, 이러한 공정 단계에서 예컨대 포장 필름의 다수의 층들은 서로 재료 결합 방식으로 결합하므로, 전기화학 전지와 그 주변 사이의 재료 교환은 실질적으로 불가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 용접 시임(3)은 전기화학 전지의 기본 바디보다 균일하게 현저히 얇다. 이로 인해 용접 시임은, 하나 또는 다수의 상기 전기화학 전지를 수용하기 위한 본 발명에 따른 하우징의 하우징 벽 내의 노치에 삽입되도록 하는데 적합하다.
도 2는 평판 전기화학 전지의 다른 바람직한 실시예를 개략적으로 도시하고, 상기 전지에서 리드(6a, 6b)는 동일한 단부에서 전기화학 전지의 케이싱 또는 포장의 에지로부터 밖으로 안내된다. 평판 전기화학 전지의 이러한 실시예에서 대향 배치된 단부에서 리드가 전지(2)의 에지 영역으로부터 밖으로 안내되지 않기 때문에, 상기 대향 배치된 단부에서 용접 시임(3)의 폭은 리드(6a, 6b)가 밖으로 안내되는 단부에서보다 좁다. 따라서 용접 시임(3)의 측면 영역뿐만 아니라 리드에 대향 배치된 용접 시임(3)의 영역도, 본 발명에 따른 하우징의 벽에 있는 노치에 삽입되도록 하는데 적합하다. 도 2에 도시된 실시예에서, 리드가 가장자리 영역으로부터 밖으로 안내되고 용접 시임이 상응하게 더 넓은 전지의 단부에 용접 시임을 관통하는 원형 개구(7)가 배치되고, 상기 개구는 전지를 고정하는데 이용될 수 있다.
따라서 전기화학 전지의 도 1에 도시된 실시예는 본 발명에 따른 하우징의 대향 배치된 2개의 하우징 측벽이 용접 시임(3)이 삽입될 수 있는 노치를 갖는 하우징 형태에 특히 적합한 한편, 도 2에 도시된 전기화학 전지의 실시예에서는 특히 용접 시임(3)이 2개의 측벽 내의 노치뿐만 아니라 하우징의 베이스 플레이트 내의 노치에도 삽입될 수 있도록 하는데 적합하다.
도 3은 대향 배치된 2개의 하우징 측벽(4)을 갖는 본 발명에 따른 하우징(1)의 실시예를 개략적으로 도시하고, 상기 측벽은 노치(5)를 포함하고, 상기 노치에 리드(6)를 가진 다수의 전기화학 전지(2)의 용접 시임(3)이 삽입된다. 전기화학 전지들 사이에 하우징 측벽(8)이 배치된다.
도 4는 본 발명에 따른 하우징(1)의 바람직한 실시예의 측면 사시도를 개략적으로 도시하고, 상기 도면에서 갈바니 전지의 동일한 단부에서 리드가 벽 영역으로부터 돌출하는 도 2에 도시된 구조의 전기화학 전지의 용접 시임(3)은 하우징(1)의 하우징 측벽(4)의 노치(5)에 삽입된다.
도 5는 전기화학 전지(2)의 용접 시임(3)이 하우징의 대향 배치된 2개의 노치(5)에 삽입된 본 발명에 따른 장치의 부분을 확대하여 개략적으로 도시한다.
도면은 바람직하게 개략적으로 도시되고, 특히 대부분 반드시 정확한 축척을 따르지 않는다.
본 발명 및 본 발명의 실시예들은 전기화학 전지의 프레임 구조를 생략하고, 그대신 전지들을 용접 시임에 의해 본 발명에 따른 하우징에 직접 삽입할 수 있는 방법을 제공한다. 이 경우 특히, 바람직하게 압축성 탄성 재료, 특히 바람직하게 발포 플라스틱 재료로 이루어진 하우징 재료의 적절한 선택시 전기화학 전지의 용접 시임은 바람직하게 보호될 수 있다. 이는 특히, 본 발명의 몇몇의 실시예에서 전지가 마찰 결합에 의해 전체 면에 걸쳐 지지될 수 있고 이로 인해 하중이 경감될 수 있음으로써 가능해진다. 특히 하우징 중간벽의 적절한 재료 및/또는 사용 방법에 소급되는 본 발명의 실시예는 추가로 전지에 대한 기계적 영향, 예를 들어 바람직하지 않은 진동의 작용에 대한 추가 보호를 제공한다.
하우징 또는 하우징 벽, 특히 하우징 측벽, 하우징 베이스 플레이트 또는 하우징 중간벽을 위한 압축성 재료, 바람직하게 발포 플라스틱의 사용시 전기화학 전지가 체적을 팽창할 수 있는 바람직한 방법이 제공되고, 이 경우 이로 인해 인접한 전지에 미치는 바람직하지 않은 작용 또는 그 밖의 손상을 염려하지 않아도 된다. 또한, 전기화학 전지의 제조시 제조 공차는 본 발명의 적절하게 구현된 실시예에 의해 양호하게 보상될 수 있다. 적절한 재료 선택시 전기화학 전지가 프레임 구조에 의해 지지되는 배터리에 비해 상당한 중량 절감이 가능하다.
하우징 중간벽이 제공된 실시예에서 상기 하우징 중간벽에 예컨대 와이어 부재가 삽입될 수 있다. 이는 예를 들어, 하우징 중간벽이 발포 플라스틱 재료로 이루어지는 경우에 특히 바람직하다. 와이어 부재 외에 다른 열 전도 수단 또는 열 전달 수단이 하우징 중간벽에 또는 다른 하우징 벽에 삽입될 수 있다 .
본 발명에 따른 하우징 또는 상기 하우징의 부분들이 발포 재료로 제조되는 경우에, 이러한 발포 재료 블록은 연속 제품 또는 스트랜드로서 저렴하게 생산될 수 있고, 필요시 적절하게 커팅될 수 있다.
1 하우징
2 전기화학 전지
3 용접 시임
4 하우징 측벽
5 노치

Claims (12)

  1. 적어도 국부적으로 전극의 에지를 따라 연장된 용접 시임(3)을 포함하는 적어도 하나의 평판 전기화학 전지(2)를 수용하기 위한 하우징(1)에 있어서,
    상기 하우징(1)은 실질적으로 서로 평행하게 배치된 2개의 하우징 측벽(4)을 포함하고, 상기 하우징 측벽의 서로를 향한 내부면은 수용될 각각의 전지(2)를 위해 대향 배치된 노치(5) 쌍을 갖고, 상기 노치는 각각의 전지(2)의 적어도 하나의 용접 시임(3)을 수용하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 하우징.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징(1)은 상기 2개의 하우징 측벽(4) 사이에 배치된 적어도 하나의 하우징 벽을 포함하고, 상기 하우징 벽의 서로를 향한 내부면은 상기 수용될 각각의 전지(2)를 위해 노치를 포함하고, 상기 노치는 상기 각각의 전지(2)의 상기 적어도 하나의 용접 시임(3)을 수용하기 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 하우징.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징(1)은 적어도 하나의 하우징 중간벽(8)을 포함하고, 대향 배치된 두 개의 노치(5) 쌍의 사이 영역에서 상기 중간벽은 적어도 부분적으로 상기 2개의 하우징 측벽(4) 사이로 연장되는 것을 특징으로 하는 하우징.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하우징 벽, 하우징 중간벽(8) 또는 하우징 측벽(4)은 적어도 부분적으로 압축성, 바람직하게는 탄성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 하우징.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하우징 벽, 하우징 중간벽(8) 또는 하우징 측벽(4)은 적어도 부분적으로 발포제, 바람직하게는 폴리에틸렌-발포 플라스틱으로 제조되는 것을 특징으로 하는 하우징.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하우징 벽, 하우징 중간벽(8) 또는 하우징 측벽(4)은 적어도 하나의 난연성 첨가제, 소화제 및/또는 소화 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하우징 벽, 하우징 중간벽(8) 또는 하우징 측벽(4)에 적어도 하나의 열 전도 또는 열 전달 구조가 매립되는 것을 특징으로 하는 하우징.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하우징벽, 하우징 중간벽(8) 또는 하우징 측벽(4)은 적어도 하나의, 바람직하게 기체로 충전된 공동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징.
  9. 적어도 국부적으로 전지의 에지를 따라 연장된 용접 시임(3) 및 다수의 전지(2)를 수용하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 다른 하우징을 포함하는 다수의 평판 전기화학 전지들(2)의 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전지(2)의 상기 용접 시임(3)은 적어도 국부적으로 및 적어도 부분적으로 하우징 벽 및/또는 하우징 측벽(4) 내의 노치(5)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 전지들(2)은 상기 전지들(2)과 적어도 하나의 하우징 벽, 하우징 중간벽(8) 또는 하우징 측벽(4) 사이의 마찰 결합에 의해 상기 하우징(1) 내에서 지지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 하우징(1) 또는 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 장치의 제조 방법으로서, 상기 하우징(1)은 전체적으로 또는 부분적으로 스트랜드로부터 커팅되는 제조 방법.
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