KR20170096123A - 고출력 애플리케이션을 위한 장수명 각형 배터리 셀 - Google Patents

고출력 애플리케이션을 위한 장수명 각형 배터리 셀 Download PDF

Info

Publication number
KR20170096123A
KR20170096123A KR1020177017233A KR20177017233A KR20170096123A KR 20170096123 A KR20170096123 A KR 20170096123A KR 1020177017233 A KR1020177017233 A KR 1020177017233A KR 20177017233 A KR20177017233 A KR 20177017233A KR 20170096123 A KR20170096123 A KR 20170096123A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
housing
heat
cell
battery cells
battery
Prior art date
Application number
KR1020177017233A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102008594B1 (ko
Inventor
제임스 디. 호지
조셉 씨. 터너
카이 더블유. 스토커
할리 데이비드 호스킨스
에릭 비야레알
Original Assignee
케이2 에너지 솔루션스, 인코포레이티드
카이 더블유. 스토커
할리 데이비드 호스킨스
에릭 비야레알
제임스 디. 호지
조셉 씨. 터너
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 케이2 에너지 솔루션스, 인코포레이티드, 카이 더블유. 스토커, 할리 데이비드 호스킨스, 에릭 비야레알, 제임스 디. 호지, 조셉 씨. 터너 filed Critical 케이2 에너지 솔루션스, 인코포레이티드
Publication of KR20170096123A publication Critical patent/KR20170096123A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102008594B1 publication Critical patent/KR102008594B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/627—Stationary installations, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
    • H01M2/0217—
    • H01M2/024—
    • H01M2/1077—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/222—Inorganic material
    • H01M50/224—Metals
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

배터리 모듈이 기재되어 있다. 상기 배터리 모듈은 하우징, 제1 핀 표면 및 제2 핀 표면을 갖는 하우징 내에 배치되는 열-전도 핀을 포함하며, 상기 제1 핀 표면 및 상기 제2 핀 표면은 상기 하우징 내에 각각의 제1 하우징 공동 및 제2 하우징 공동을 형성한다. 상기 배터리 모듈은 상기 제1 하우징 공동 내에 배치되고 또한 상기 제1 핀 표면과 결합하는 제1 배터리 셀, 및 상기 제2 하우징 공동에 배치되고 또한 상기 제2 핀 표면과 결합하는 제2 배터리 셀을 추가로 포함한다. 상기 열-전도 핀은 상기 제1 및 제2 배터리 셀로부터의 열을 상기 하우징으로부터 외측으로 전도하도록 적응된다.

Description

고출력 애플리케이션을 위한 장수명 각형 배터리 셀{LONG CYCLE LIFE PRISMATIC BATTERY CELL FOR HIGH POWER APPLICATIONS}
대규모 에너지 저장 시스템이 펄스 전력 및 지향성-에너지와 같은 애플리케이션에 통합됨에 따라, 이러한 애플리케이션을 위해 신뢰할 수 있고 유지보수가 적은 배터리의 필요성이 중요해지고 있다. 결과적으로, 이러한 다양한 애플리케이션을 지원할 수 있는 대형의 고비율 리튬-이온(Li-ion) 셀이 요망되고 있다.
현재의 최첨단 배터리 셀 기술에 있어서, 대형 셀에서는 열 관리 문제가 성능 및 수명-제한으로 되기 때문에, 고전력 출력이 가능한 셀은 전형적으로는 일반적인 소형의 원통형 포맷으로 제한된다. 그러나 대형 에너지 저장 시스템에서 이러한 소형 셀의 사용은, 전형적으로 잠재적으로 복잡한 수많은 셀 상호 연결부를 요구하며, 또한 소형 셀에서의 높은 패키징-활성 물질 비율과 원통형 셀에 의해 달성할 수 있는 비교적 낮은 패킹 밀도 모두로 인해, 배터리 에너지 밀도를 감소시킨다. 역으로, EV 및 대형 에너지 저장 애플리케이션에서의 사용을 증가시키는 것으로 밝혀진 대형 "파우치(pouch)" 셀은, 이들 셀이 높은 충전율 또는 방전율에 노출되었을 때, 셀 활성 물질과 내부 태브(tab) 모두에서의 자기 가열(self-heating)이 열 관리 문제를 발생시키기 때문에, 일반적으로 비교적 낮고 그리고 적당한 방전율로 제한된다. 또한, 이들 대형 셀에 통상적으로 사용되는 알루미늄화된 마일라(Mylar) 패키징 재료는, 원통형 셀의 금속 캔에서 "젤리롤(jellyroll)"에 의해 달성되는 높은 적층 압력을 제공하지 않는다. 이 때문에, 지지되지 않은 파우치 셀은, 작동 중 활성 물질에서의 주기적인 용적 변화가 전극을 부분적으로 박리시키기 때문에, 전형적으로 비교적 급속한 임피던스 성장과 전력 및 용량 손실을 나타낼 것이다. 결과적으로, 셀의 수명에 대해 셀의 활성 물질의 긴밀한 접촉을 유지하기 위해, 상기 마일라 파우치는 외부의 기계적 지지체로 보강되어야만 한다. 또한 많은 애플리케이션은 기계적 손상으로부터 셀을 보호하기 위해 추가적인 보강을 요구할 것이다.
원통형과 각형 모두의 통상적인 셀에 대해, 작동하고 있는 셀로부터 열을 제거하기 위한 주 경로는, 상기 셀로부터 전류를 운반하는 데 사용되는 금속 태브를 따라 있다. 이는 전극 쌍과 평행한 열전도율이 상기 전극 쌍과 수직한 것보다 몇 배 더 크기 때문인 경우이다. 결과적으로, 많은 배터리 열 관리 시스템은 수동적으로 또는 일부 능동적인 냉각 계획을 통해, 셀 상호 연결부 또는 배터리 연결부 자체로부터 열을 제거함으로써 작동한다. 이 전략은 적절한 방전율에서는 적당할 수 있지만, 그러나 높은 방전율을 갖는 고출력 애플리케이션에서는 내부 및 외부 모두의 셀 태브에서의 주울 발열(Joule-heating)이 중요해질 수 있고, 또한 태브에서의 결과적인 온도 상승이 감소되며, 극단적인 경우에는 심지어 태브와 셀 활성 물질 사이의 △T 를 역전시킨다. 이는 셀 활성 물질에서의 과도한 발열로 나타날 수 있으며, 이는 재료 열화 및 배터리 수명 단축을 가속시킬 수 있다.
대형 포맷 각형 디자인에서 원통형의 소형 셀 성능을 달성하기 위해 전극 적층 압력과 열 관리 문제 모두를 해결하는 각형 셀 디자인이 개시된다.
다른 특징 및 실시예는 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명의 판독에 따라 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 셀의 제1 실시예의 사시도이다.
도 2는 내부 열전달 핀(fin)을 도시한, 도 1의 셀의 분해도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 셀의 제2 실시예의 사시도이다.
도 4는 복수의 내부 열전달 핀을 도시한, 도 3의 셀의 분해도이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 셀의 제3 실시예의 분해도이다.
본 발명이 많은 상이한 형태의 실시예에 영향을 받기 쉽지만, 여기에서는 본 발명이 발명의 원리의 예시로서 간주되어야 하고 또한 발명을 도시된 특정 실시예로 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 점을 포함하여, 그 특정 실시예가 여기에 상세히 기재될 것이다.
많은 고출력 배터리 셀 디자인의 주목적은 셀 내부 임피던스를 최소화하는 것이며, 이는 방전 중 전압 강하(voltage sag)를 감소시키며(그리고 전력 출력을 증가시키며), 그리고 주울 발열로 인해 방전 중 온도 상승을 감소시킨다.
그러나 대형의 고출력 셀을 제조하는 것은 고전류 방전 중 셀 활성 물질의 가열이 최소화되어야 할 뿐만 아니라 발생된 임의의 열이 효과적으로 제거될 것을 요구한다. 본 발명의 양태에 따라, 각형 배터리 셀과 같은 배터리 셀에는 레이저 용접된 단부 캡(end cap)을 갖는 압출된 알루미늄과 같은 케이스가 제공된다. 상기 알루미늄 케이스는 셀 조립체 상에 내부 적층 압력을 유지하는 것을 돕는 보강재(stiffener)로서 그리고 배터리 내에 조립되었을 때 개별적인 셀 사이에 냉각 채널을 허용하기 위한 스탠드-오프(stand-off)로서 모두 작용할 수 있는, 외부 융기부가 형성될 수 있다.
이 셀 디자인에 대한 양태는 다음을 포함할 수 있다. 1) 알루미늄, 스테인리스 스틸, 등과 같은 내부 열-전도 핀(또는 핀들); 이는 전극 조립체에 추가적인 구조적 지지를 제공할 뿐만 아니라, 수동적 또는 능동적 냉각 시스템으로의 전도를 위해 셀의 중심으로부터 셀의 베이스와 같은 외부 히트 싱크로 열을 전도할 수 있으며; 2) 애노드 및 캐소드 필름 상의 등급화된 코트-중량; 이는 더 긴 열전달 경로 때문에 가열이 증가되는 셀의 위치에 더 낮은 코트-중량(및 더 낮은 임피던스)을 위치시킬 수 있다.
능동적인 셀 조립체의 조립은, 통상적인 고온 라미네이션 기술이 뒤따르는 연속적인 분리기(separator)로 개재된 적층형 전극을 이용할 수 있다. 이러한 타입의 조립을 위한 설비는 본 기술분야에 잘 알려진 많은 제조업자에 의해 이미 생산되고 있다. 그러나 셀이 알루미늄화된 마일라 파우치에 삽입되는 통상적인 제조 기술 대신에, 본 셀은 여기에 기재된 더욱 단단한 케이스에 패키징될 것이다. 상기 케이스의 본체를 위한 알루미늄 압출이 사용될 수 있으며, 또한 일단 셀 태브가 피드-스루(feed-through)에 용접되거나 또는 달리 부착되었다면, 상기 단부 캡은 용접에 의한 바와 같이 결합될 수 있고, 또한 방열 핀은 상기 단부 캡에서 대응의 슬롯 내로 용접에 의한 바와 같이 결합된다. 전기적 피드-스루를 구비한 단부 캡은, 전해액 분량 투여(dosing) 및 형성 가스 압력 완화를 위한 개구뿐만 아니라, 안전 파열 디스크를 통합할 수도 있다.
여기에 기재된 하나 또는 그 이상의 방열 핀의 실행은, 상기 셀로부터의 방열과 타협하지 않고, 임의의 두껍고 고용량인 셀의 제조를 허용할 수 있다.
매우 고전력인 애플리케이션을 위해, 위상-변화 재료(펄스 애플리케이션에 가장 적합한)를 함유하거나 또는 히트 파이프(고출력, 연속 방전에 적합한)로서 구성되는, 알루미늄과 같은, 중공 플레이트가 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 각형 셀 디자인은 등급화된 전극 코트-중량 계획을 사용하여 내부 열 발생을 관리할 수도 있다. 프로토타입(prototype) 셀에서 온도 탐침으로 확인되는 열 모델링을 사용하면, 셀 작동 중 과도한 온도 상승이 발생하는 셀 내의 위치를 식별할 수 있다. 후속의 셀 디자인/빌드에서는, 이것이 문제가 되는 셀의 영역에서 감소된 코트-중량을 구비한 전극 쌍을 이용하여 셀을 제조함으로써, 임의의 원치 않는 온도 상승을 완화시킬 수 있다. 이들 감소된 코트-중량 전극은 주어진 셀 충전 및 방전 조건 하에서 전류를 적게 방전시키고, 주울 발열을 적게 발생시킬 것이며, 또한 더 높은 열전달률을 갖는다.
융기된 외측 본체는 강제적인 공기 냉각, 펌핑된 유체 냉각 플레이트에 열을 전도하기 위한 핀의 삽입, 또는 상기 히트 파이프 또는 위상 변화 물질의 사용과 같은 더욱 특이한 계획을 허용하는 인접한 셀 사이의 스탠드-오프를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 여기에서 고려되는 통상적인 각형 배터리 셀은, 적층된 각형 배터리 셀의 형태일 수 있다. 상기 적층된 셀은 Z-폴드(Z-fold) 분리기 층에 의해 분리된 애노드 전극과 캐소드 전극의 다수의 교호하는 시트를 포함할 수 있다. 상기 분리기 층의 단부 부분은 본 기술분야에 알려진 바와 같이, 배터리 셀을 둘러쌀 수 있다. 상기 배터리 셀은 통상적인 래핑된 각형 셀의 형태일 수도 있다.
도 1 및 2를 참조하면, 배터리 셀 모듈(9)은 케이스(12) 내에 수용되는 2개의 각형 활성 셀 조립체 또는 배터리 셀(10a, 10b)을 포함하며, 이는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 등으로 구성될 수 있으며 또한 레이저-용접된 단부 캡(14)을 갖는다. 상기 케이스(12)는 압출될 수 있으며, 또한 상기 배터리 셀 모듈(9)의 최종 조립체는 예를 들어 레이저 용접 또는 다른 결합 방법과 같은 용접에 의해 달성될 수 있다.
상기 케이스(12)에는 셀 조립체 상에 내부 적층 압력을 유지하는 것을 돕기 위한 보강재로서, 그리고 배터리 셀 모듈(9) 내로 조립될 때 개별적인 셀(10) 사이의 냉각 채널을 허용하기 위한 스탠드-오프로서, 모두 작용할 수 있는 외부 융기부(16)가 형성될 수 있다. 인접한 배터리 셀 표면에 대해 균일한 압력을 유지하기 위해, 상기 융기부(16) 내부의 케이스 표면은 매끄러워야 한다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 케이스(12)는 그 사이에 결합된 내부 핀(18)을 구비한 2개의 인접한 셀(10a, 10b)을 포함할 수 있으며, 상기 핀은 조립체에 추가적인 구조적 지지를 제공할 뿐만 아니라, 셀(10)로부터 외부 히트 싱크로 및/또는 다른 수동적 또는 능동적 냉각 방법으로 열을 전달할 수 있다. 상기 핀(18)은 알루미늄, 스테인리스 스틸, 등일 수 있다. 상기 핀(18)은 배터리 모듈(9)을 채울 때 특히 유용한, 핀(18)을 가로 질러 전해액의 통과를 허용하기 위해 구멍 형태의 통로를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 애노드 및 캐소드 전극에는 등급화된 코트-중량이 제공될 수 있으며, 이는 더 낮은 코트-중량(그리고 이에 따라 더 낮은 임피던스) 필름을, 가열이 증가되는 셀의 위치에 위치시킬 수 있다.
능동 셀 조립체의 조립은 고온 라미네이션 기술이 뒤따르는 연속적인 분리기로 개재된 적층형 전극을 이용할 수 있다. 이를 위한 설비는 본 기술분야에 알려진 많은 제조업자로부터 상업적으로 입수 가능하다. 그러나 마일라(Mylar®)와 같은 알루미늄화된 폴리에스테르 필름으로 형성된 파우치 내에 셀이 삽입되는 통상적인 제조 기술 대신에, 상기 셀은 알루미늄 케이스(12)에 패키징될 수 있다.
여기에 기재된 방열 핀(18)의 실행은, 셀 모듈로부터의 방열과 타협하지 않고, 비교적 임의의 두껍고 고용량인 셀 모듈을 제조하는 것을 허용한다. 결과적으로, 다양한 크기, 두께, 및 재료의 추가적인 방열 핀을 필요에 따라 통합함으로써, 20Ah 보다 더 큰 바와 같은 대용량을 갖는 셀 모듈을 제조하는 것이 가능할 수 있다.
도 2를 참조하면, 배터리 셀 모듈(9)은 U 형 캔 본체(20), 및 수직 부분(18a)(도면에 배향된 바와 같이)과 베이스 부분(18b)을 갖는 T 형 알루미늄 핀(18)을 포함한다. 상기 핀(18)은 단일 부재로서 압출되거나 또는 용접될 수 있다. 본체(20) 내에 위치되었을 때, 상기 베이스 부분(18b)은 케이스(12)의 주변을 형성하도록 상기 U 형 본체(20)를 완성하며, 이들은 레이저 용접에 의해 함께 고정된다. 상기 수직 부분(18a)은 케이스를, 대향하는 제1 및 제2 공동(12a, 12b)으로 분할한다. 제1 및 제2 배터리 셀(10a, 10b)은 제1 및 제2 공동(12a, 12b) 중 각각 하나에 배치된다. 상기 제1 및 제2 배터리 셀(10a, 10b)의 각각은 공칭 3.2 volt 와 같은 통상적인 출력을 각각 갖는 완전히 기능하는 배터리 셀일 수 있다.
각각의 배터리 셀(10a, 10b)은 포지티브 출력 태브(22a), 및 네거티브 출력 태브(22b)를 가질 수 있다. 상기 배터리 셀(10a, 10b)은 서로의 거울 상(mirror image)으로서 전기적으로 구성되므로, 그 각각의 포지티브 태브 및 네거티브 태브(22a, 22b)는 상기 케이스(12) 내로 삽입되었을 때 적절히 정렬되어 서로 결합된다.
상기 배터리 모듈(9)은 포지티브 및 네거티브 단자(24a, 24b)를 포함하며, 이는 레이저 용접, 저항 용접, 또는 초음파 용접에 의한 바와 같이 각각의 포지티브 및 네거티브 태브(22a, 22b)에 전기적으로 결합된다.
제1 및 제2 단부 플레이트(26a, 26b)는 케이스(12)를 완성하도록 제공되며, 또한 용접 또는 접착에 의한 바와 같이 고정될 수 있다.
도 3 및 4를 참조하면, 다른 배터리 셀(10)을 직렬로 추가함으로써, 심지어 더 큰 용량을 갖는 배터리 모듈(9)이 달성될 수 있으며, 일부 또는 전부의 대향하는 배터리 셀(10)은 열 추출 핀 조립체(18)에 의해 분리된다. 압출된 알루미늄으로 형성된 핀 조립체를 사용하면, 조립이 간단해질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예가 도 5에 도시되어 있으며, 여기에서 U 형 본체(20')는 상기 핀(18')으로부터 연장하는 돌출부(32)를 수용하기 위한 슬롯(30)을 포함할 수 있다. 상기 U 형 본체(20')는 핀(18')으로부터 연장하는 횡방향 돌출부(32)를 수용하기 위해 횡방향 슬롯(30')을 포함할 수 있다. 상기 핀(18')은 용접에 의한 바와 같이 상기 U 형 본체(20')에 고정될 수 있다. 전술한 실시예와 마찬가지로, 대향하는 배터리 셀은 각각의 공동에 배치된다.
상기 케이스(12)의 본체를 위해 알루미늄 압출을 사용할 수 있으며, 일단 셀 태브가 상기 피드-스루(feed-throughs)에 용접되었다면, 상기 단부 캡(14)이 그 위에 레이저 용접될 수 있고, 상기 방열 핀(18)은 대응하는 슬롯 내로 레이저 용접된다. 전기 피드-스루를 구비한 단부 캡(14)은, 전해액 분량 투여 및 형성 가스 압력 완화를 위한 개구(도시되지 않음)뿐만 아니라, 안전 파열 디스크(도시되지 않음)를 통합할 수도 있다.
셀의 내부로부터 열을 전도시키기 위한 알루미늄 방열 핀(18)이 기재되었다. 고출력 애플리케이션을 위해, 알루미늄과 같은 중공 플레이트 형태이며, 또한 위상-변화 재료(펄스 애플리케이션에 가장 적합한)를 함유하고, 또는 히트 파이프(고출력, 연속 방전에 적합한)로서 구성되는 핀이 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각형 셀 디자인은 등급화된 전극 코트-중량 계획을 사용하여 내부 열 발생을 관리할 수도 있다. 프로토타입 셀에서 온도 탐침으로 확인된 열 모델링을 사용하여, 셀 작동 중 과도한 온도 상승이 발생하는 셀 내의 위치를 식별할 수 있다. 대안적인 셀 디자인/빌드에서는, 이것이 문제가 되는 셀의 영역에 감소된 코트-중량을 갖는 전극 쌍을 이용하여 셀을 제조함으로써 상기 온도 상승을 완화시킬 수 있다. 이들 감소된 코트-중량 전극은 주어진 셀 충전 및 방전 조건 하에서 전류를 적게 방전하고, 주울 발열을 적게 발생시키며, 또한 더 높은 열전달률을 가질 수 있다.
상기 셀(10)의 외부 케이스(12)의 열 관리는, 임의의 통상적인 방법에 의해 달성될 수 있다. 융기된 외측 본체는 강제적인 공기 냉각, 펌핑된 유체 냉각 플레이트로 열을 전달하기 위한 핀의 삽입, 또는 히트 파이프나 위상 변화 물질의 사용과 같은 더욱 특이한 계획을 허용할 수 있는 인접한 셀 사이의 스탠드-오프를 제공할 수 있다.
전술한 바로부터, 본 발명의 정신 및 범주로부터의 일탈 없이, 많은 변경 및 수정이 실시될 수 있음이 관찰될 것이다. 여기에 예시된 어떠한 제한도 의도되거나 추론되어서는 안 되는 것을 인식해야 한다. 물론, 청구범위에 속하는 바와 같은 모든 수정을 첨부된 청구범위에 의해 커버하는 것으로 의도된다.

Claims (11)

  1. 배터리 모듈로서:
    하우징;
    제1 핀 표면 및 제2 핀 표면을 갖는 하우징 내에 배치되고, 상기 제1 핀 표면 및 상기 제2 핀 표면이 상기 하우징 내에 각각의 제1 하우징 공동 및 제2 하우징 공동을 형성하는 열-전도 핀;
    상기 제1 하우징 공동 내에 배치되고, 또한 상기 제1 핀 표면과 결합하는 제1 배터리 셀; 및
    상기 제2 하우징 공동에 배치되고, 또한 상기 제2 핀 표면과 결합하는 제2 배터리 셀을 포함하며,
    상기 열-전도 핀은 상기 제1 및 제2 배터리 셀로부터의 열을 상기 하우징으로부터 외측으로 전도하는, 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은 하우징 외면을 포함하고, 상기 열-전도 핀은 상기 하우징 외면의 일부를 형성하는, 배터리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은 하우징 외면을 포함하며, 상기 열-전도 핀은 상기 하우징 외면의 일부와 열 결합하는, 배터리 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배터리 셀은 각형 배터리 셀을 포함하는, 배터리 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배터리 셀은 적층된 각형 배터리 셀을 포함하는, 배터리 모듈.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배터리 셀은 래핑된 각형 배터리 셀을 포함하는, 배터리 모듈.
  7. 청구항 2에 있어서,
    과도한 국부 가열을 최소화하기 위해 각형의 상기 배터리 셀은 등급화된 코트-중량을 갖는 전극들을 포함하는, 배터리 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    다수의 하우징 공동 중 각각의 플러스 원(plus one)을 형성하는 복수의 열-전도 핀; 및
    복수의 배터리 셀을 포함하며,
    상기 다수의 배터리 셀들 중 하나는 상기 복수의 하우징 공동의 하나 내에 각각 배치되고, 인접한 핀 표면과 결합하는, 배터리 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 열-전도 핀은 알루미늄인, 배터리 모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 열-전도 핀은 단일 압출로 형성되는, 배터리 모듈.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 열-전도 핀은 스테인리스 스틸인, 배터리 모듈.
KR1020177017233A 2014-12-03 2015-12-03 고출력 애플리케이션을 위한 장수명 각형 배터리 셀 KR102008594B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462087118P 2014-12-03 2014-12-03
US62/087,118 2014-12-03
PCT/US2015/063794 WO2016090167A1 (en) 2014-12-03 2015-12-03 Long cycle life prismatic battery cell for high power applications

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170096123A true KR20170096123A (ko) 2017-08-23
KR102008594B1 KR102008594B1 (ko) 2019-08-07

Family

ID=56092481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177017233A KR102008594B1 (ko) 2014-12-03 2015-12-03 고출력 애플리케이션을 위한 장수명 각형 배터리 셀

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10651517B2 (ko)
EP (1) EP3227939A4 (ko)
KR (1) KR102008594B1 (ko)
CN (1) CN107210387B (ko)
WO (1) WO2016090167A1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017122661B3 (de) * 2017-09-29 2019-03-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Batteriemodules
CN108011069A (zh) * 2017-12-01 2018-05-08 衢州职业技术学院 动力电池以及动力电池的热管理系统
CN111492503A (zh) * 2017-12-19 2020-08-04 三洋电机株式会社 电源装置和电源装置用的分隔件
US10797279B2 (en) * 2018-06-28 2020-10-06 Caterpillar Inc. Battery housing systems
FR3089067B1 (fr) * 2018-11-26 2020-11-06 Wattalps Coffre de batterie et systeme de batterie modulaire
US11799150B2 (en) 2020-07-17 2023-10-24 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Cooling structure for hybrid-electric vehicle battery cell assemblies
CN112909376A (zh) * 2021-03-24 2021-06-04 昆山宝创新能源科技有限公司 一种电芯及电池单体
DE102021124056A1 (de) 2021-09-17 2023-03-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezelle
DE102022107471B3 (de) 2022-03-30 2023-04-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriezelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102023112984B3 (de) 2023-05-17 2024-10-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kfz-Traktionsbatteriemodul
DE102023112977B3 (de) 2023-05-17 2024-07-04 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie für ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120102343A (ko) * 2011-03-08 2012-09-18 에스비리모티브 주식회사 배터리 팩
KR20130008136A (ko) * 2011-07-12 2013-01-22 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 케이스
KR20140011439A (ko) * 2012-07-12 2014-01-28 주식회사 엘지화학 간접 공냉 구조를 포함하는 전지모듈
KR20140124720A (ko) * 2013-04-17 2014-10-27 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3260951B2 (ja) * 1994-02-23 2002-02-25 松下電器産業株式会社 密閉形アルカリ蓄電池の単電池及び単位電池
US5525441A (en) * 1994-09-13 1996-06-11 Power Conversion, Inc. Folded electrode configuration for galvanic cells
JP4559566B2 (ja) * 1999-10-08 2010-10-06 パナソニック株式会社 角形密閉式電池
US7547487B1 (en) * 2004-05-18 2009-06-16 Ovonic Battery Company, Inc. Multi-cell battery assembly
DE102005031504A1 (de) 2005-07-06 2007-01-11 Daimlerchrysler Ag Prismatische Batterie aus mehreren Einzelzellen
US8865337B2 (en) * 2008-03-24 2014-10-21 Lightening Energy Modular battery, an interconnector for such batteries and methods related to modular batteries
JP5540070B2 (ja) * 2009-04-01 2014-07-02 エルジー・ケム・リミテッド 電池モジュール及び電池パック
US20110168550A1 (en) * 2010-01-13 2011-07-14 Applied Materials, Inc. Graded electrode technologies for high energy lithium-ion batteries
US9196938B2 (en) * 2010-07-06 2015-11-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery module
US8492019B2 (en) * 2010-08-17 2013-07-23 GM Global Technology Operations LLC Extruded thermal fin for temperature control of battery cells
US9306224B2 (en) * 2010-09-02 2016-04-05 Akasol Engineering Gmbh Cooling module and method for producing a cooling module
DE102010040538A1 (de) * 2010-09-10 2012-03-15 Robert Bosch Gmbh Verbesserte Ableitestruktur bei Batterien
KR101571774B1 (ko) * 2012-06-12 2015-11-25 주식회사 엘지화학 냉각 효율성이 향상된 전지셀
US9246185B2 (en) * 2013-03-14 2016-01-26 Sion Power Corporation Electrochemical cell having a folded electrode and separator, battery including the same, and method of forming same
EP2997622B1 (en) * 2013-05-15 2018-07-04 Valmet Automotive Oy System for packaging and thermal management of battery cells

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120102343A (ko) * 2011-03-08 2012-09-18 에스비리모티브 주식회사 배터리 팩
KR20130008136A (ko) * 2011-07-12 2013-01-22 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 케이스
KR20140011439A (ko) * 2012-07-12 2014-01-28 주식회사 엘지화학 간접 공냉 구조를 포함하는 전지모듈
KR20140124720A (ko) * 2013-04-17 2014-10-27 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
CN107210387B (zh) 2020-05-15
CN107210387A (zh) 2017-09-26
US10651517B2 (en) 2020-05-12
WO2016090167A1 (en) 2016-06-09
KR102008594B1 (ko) 2019-08-07
EP3227939A4 (en) 2018-09-12
EP3227939A1 (en) 2017-10-11
US20160164149A1 (en) 2016-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102008594B1 (ko) 고출력 애플리케이션을 위한 장수명 각형 배터리 셀
JP4652415B2 (ja) 新規な構造のバッテリーカートリッジ及びそれを含む開放型バッテリーモジュール
US10978759B2 (en) Battery module having improved cooling performance
EP0998765B1 (en) Thermal management system and method for a solid-state energy storing device
US8828576B2 (en) Prismatic cell with integrated cooling plate
CN104285315B (zh) 具有高效冷却结构的电池模块
US8435668B2 (en) Prismatic battery cell with integrated cooling passages and assembly frame
EP3285327B1 (en) Battery module
KR20210063939A (ko) 배터리 모듈
EP3379639B1 (en) Battery module, battery pack comprising same, and vehicle
JP7055203B2 (ja) 冷却効率が向上したバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック
CN109818038B (zh) 电池组和电池组所用的单电池的制造方法
KR102468657B1 (ko) 열전도 부재를 갖는 배터리 소자
CN110024211A (zh) 用于电池单体的套盒和包括所述套盒的电池模块
EP3358668A1 (en) Battery module, battery pack and vehicle having same
CN110770965B (zh) 具有改进的冷却结构的电池模块
KR101761825B1 (ko) 배터리 모듈 및 그를 구비하는 배터리 팩
KR20170098590A (ko) 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩
KR20170052059A (ko) 배터리 모듈
CN111226344A (zh) 电池模块和包括该电池模块的电池组
KR20190074796A (ko) 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈
KR102001545B1 (ko) 이차전지용 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR20180023637A (ko) 배터리 모듈
EP2797159A1 (en) Battery pack
JP2008198563A (ja) 鉛蓄電池

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20170622

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20170707

Comment text: Request for Examination of Application

PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20180821

Patent event code: PE09021S01D

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20190227

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20190620

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20190801

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20190801

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20230512