KR20180112018A - 단일 셀, 배터리 모듈, 파워 배터리, 및 전기 자동차 - Google Patents

단일 셀, 배터리 모듈, 파워 배터리, 및 전기 자동차 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 셀, 배터리 모듈, 파워 배터리, 및 전기 자동차를 개시한다. 단일 셀(4100)은 케이스, 상기 케이스 내에 수용되는 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 전극 터미널(4101), 및 상기 케이스를 밀봉하는 커버 플레이트(4102)를 포함한다. 상기 전극 터미널(4101)은 상기 커버 플레이트(4102)에 배치된다. 상기 전극 터미널은 상기 커버 플레이트(4102)를 관통하여 내부 가이드 부재(4196)를 통해 상기 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 배터리 포스트(4104)를 포함한다. 상기 단일 셀은 상기 배터리 포스트(4104)에 실장되는 전류 차단 장치(4200)를 더 포함한다. 상기 전류 차단 장치(4200)는 상기 케이스 내의 가스와 연통하는 플리핑 부재(4202)를 가진다. 상기 플리핑 부재(4202)는 연결점을 사용하여 상기 배터리 포스트(4104)의 외측 끝 면에 연결된다. 상기 연결점은 공기압의 작용 하에서 끊어질 수 있다.

Description

단일 셀, 배터리 모듈, 파워 배터리, 및 전기 자동차
본 발명은 배터리 분야에 관한 것으로, 특히 단일 셀, 상기 단일 셀을 포함하는 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈을 포함하는 파워 배터리, 및 상기 파워 배터리를 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다.
에너지 저장 유닛으로 배터리는 다양한 산업 분야에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 파워 배터리는 신 에너지 자동차와 같은 분야에 널리 적용되고 있다. 파워 배터리의 배터리 팩에는 다수의 단일 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리 모듈을 이루고, 충/방전 작업을 수행할 수 있다. 파워 배터리는 보통 배터리 관리 시스템(BMS)을 사용하여 전압 변화 및 전류 변화를 감시하고 충/방전 프로세스에서 충전 상태를 계산한다. 그러나, 전압 샘플링 오류는 배터리의 과충전을 초래한다. 특히, 삼성분계(ternary system)에서는 과충전이 일정량에 도달할 경우 배터리 화재 또는 폭발의 위험성이 있다.
현재의 기술적 솔루션은, 배터리 전압과 전류를 감시하는 동안, 전류 적분 방법(current integration method) 및 개로 전압 방법(open circuit voltage method)을 사용하여 배터리 레벨을 계산하고, 배터리 충/방전을 관리한다. 그러나, 단점이 존재한다. 예를 들어, 배터리는 배터리 전압 샘플링 오류, 배터리 전류 샘플링 오류, 혹은 소프트웨어 오류등에 의해 관리 이탈되어 장시간동안 재충전된다. 특히, 충전 파일(charging pile)을 사용하여 재충전하는 경우에 있어서, 충전 파일이 배터리 매니저와의 통신을 실패할 경우 과충전은 통제될 수 없고, 과충전이 일정량에 도달하면 배터리 팽창 및 심지어 폭발 혹은 화재가 발생할 수 있다.
따라서, 사전적으로 그리고 강제적으로 전류를 차단하기 위한 전류 차단 기술을 제공하는 것이 매우 중요하다.
본 발명의 목적은 단일 셀을 제공하는 것이다. 단일 셀은 독창적인 구조를 가지며 위험에 처하면 강제적으로 전류를 차단할 수 있어서 배터리 폭발과 같은 위험을 방지할 수 있다.
더하여, 본 발명의 목적은 배터리 셀을 사용하는 배터리 모듈, 배터리 모듈을 사용하는 파워 배터리, 그리고 파워 배터리를 사용하는 전기 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명은 단일 셀을 제공한다. 단일 셀은 케이스, 상기 케이스 내에 수용되는 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 전극 터미널, 및 상기 케이스를 밀봉하는 커버 플레이트를 포함한다. 상기 전극 터미널은 상기 커버 플레이트에 배치된다. 상기 전극 터미널은 상기 커버 플레이트를 관통하여 내부 가이드 부재를 통해 상기 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 배터리 포스트를 포함한다. 상기 단일 셀은 상기 배터리 포스트에 실장되는 전류 차단 장치를 더 포함한다. 상기 전류 차단 장치는 상기 케이스 내의 가스와 연통하는 플리핑 부재를 가진다. 상기 플리핑 부재는 연결점을 사용하여 상기 배터리 포스트의 외측 끝 면에 연결된다. 상기 연결점은 공기압의 작용 하에서 끊어질 수 있다.
바람직하게, 상기 플리핑 부재는 단일 용접점을 사용해 상기 배터리 포스트에 연결된다.
바람직하게, 상기 배터리 포스트는 상기 케이스 내부와 연통하는 공기-가이드 홀이 제공된다.
바람직하게, 상기 플리핑 부재는 노치가 제공된다. 상기 노치는 상기 연결점 둘레에 배치된다.
바람직하게, 상기 연결점은 상기 케이스 내의 제1 공기압의 작용 하에서 끊어질 수 있고, 상기 노치는 제2 공기압의 작용 하에서 끊어질 수 있으며, 상기 제2 공기압은 상기 제1 공기압보다 더 크다.
바람직하게, 상기 플리핑 부재는 커버링 캡에 의해 커버되고, 상기 커버링 캡은 공기홀이 제공된다.
바람직하게, 상기 배터리 포스트와 상기 커버 플레이트 사이에 제1 세라믹 링이 연결된다.
바람직하게, 상기 배터리 포스트와 상기 플리핑 부재의 외측 주변 사이에 제2 세라믹 링이 단단히 연결된다.
바람직하게, 상기 배터리 포스트는 상기 연결점을 둘러싸는 환형 보스를 갖는다. 상기 제1 세라믹 링은 상기 환형 보스의 뒤쪽 만곡부에 단단히 수용된다. 상기 제1 세라믹 링은 상기 커버 플레이트에 단단히 연결된다. 상기 환형 보스의 방사상 외부는 상기 제2 세라믹 링을 단단히 지지한다. 상기 제2 세라믹 링은 상기 플리핑 부재의 외측 주변을 단단히 지지한다.
바람직하게, 상기 제1 세라믹 링은 트랜지션 링을 사용해 상기 커버 플레이트에 단단히 연결된다.
본 발명은 배터리 모듈을 더 제공한다. 상기 배터리 모듈은 본 발명에 따른 단일 셀이 제공된다.
본 발명은 파워 배터리를 더 제공한다. 상기 파워 배터리는 봉입체 및 상기 봉입체 내에 수용되는 배터리 모듈을 포함한다. 상기 배터리 모듈은 본 발명에 따른 배터리 모듈이다.
본 발명은 전기 자동차를 더 제공한다. 상기 전기 자동차는 본 발명에 따른 파워 배터리를 가진다.
상술한 기술 솔루션에서, 배터리가 긴급상태에 놓인 경우 가스가 생성될 수 있다. 따라서, 공기압이 증가함에 따라, 플리핑 부재는 공기압의 작용 하에서 플립될 수 있고, 전도 부재와 끊어지며, 파워 배터리의 충방전 회로를 끊어서, 배터리 내의 공기압이 더욱 증가하여 폭발하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 보스 용접 구조는 높은 전류의 안정적인 통과를 보장하고, 세라믹 링은 누설 방지, 절연, 안정성을 개선한다.
본 발명의 다른 특징과 장점들은 이하에서 구체적으로 설명한다.
여기서의 도면은 명세서에 병합되어 본 명세서의 일부분을 구성하고, 본 발명의 실시예에 부합되며, 명세서와 함께 본 발명의 원리를 해석하는데 사용되고, 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파워 배터리를 개략적으로 도시하는 3차원 부분 분해 조립도.
도 2는 본 발명에 따른 두 개의 인접한 단일 셀을 개략적으로 도시하는 평면도.
도 3은 도 2에서 A-A 선으로 절취한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단 장치를 개략적으로 도시하는 분해 조립도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플리핑 부재와 전도 부재를 개략적으로 도시하는 분해 조립도.
도 6은 일 실시예에 따른 플리핑 부재와 전도 부재가 조립된 상태를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도 부재를 개략적으로 도시하는 평면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 포스트와 세라믹 링을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 9는 도 8의 배터리 포스트를 도시하는 3차원 개략도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 포스트와 세라믹 링을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 11은 도 10의 배터리 포스트와 세라믹 링을 도시하는 3차원 개략도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 인접한 단일 셀을 도시하는 개략도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 배터리를 도시하는 3차원 개략도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 셀을 나타내는 3차원 개략도.
도 15는 도 14의 단일 셀을 개략적으로 도시하는 3차원 분해 조립도.
도 16은 도 15의 플리핑 부재와 전도 부재를 개략적으로 도시하는 3차원 분해 조립도.
도 17은 도 14의 단일 셀을 개략적으로 도시하는 부분 단면도.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 셀을 개략적으로 도시하는 부분 단면도.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 시스템의 블럭 다이어그램.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 셀을 개략적으로 나타내는 분해 조립도.
도 21은 도 20의 단일 셀이 조립된 상태를 개략적으로 도시하는 부분 단면도.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 셀을 개략적으로 도시하는 부분 단면도.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단 장치를 도시하는 개략도.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 셀을 개략적으로 도시하는 부분 단면도.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들이 여기서 상세하게 설명될 것이다. 예시적인 실시예들은 본 발명을 일반적으로 이해하는데 사용되어야 하며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
다르게 설명하지 않는 한, 본 발명에서 사용되는 "위, 아래, 왼쪽, 그리고 오른쪽"과 같은 용어들은 일반적으로 첨부된 도면의 평면 방향을 기준으로 정의되고, "내(inside) 및 외(outside)"는 해당 요소의 내측 부분 및 외측 부분에 해당한다.
본 발명은 전류 차단 장치, 단일 셀, 배터리 모듈, 파워 배터리, 그리고 전기 자동차의 기술적 솔루션을 제공한다. 전류 차단 장치는 단일 셀 내에 배치된다. 다수의 단일 셀은 직렬 혹은 병렬로 연결되어 배터리 모듈을 형성하고 배터리 팩 내에 배치되어 파워 배터리를 형성한다. 더욱이, 파워 배터리 분야에 더하여 본 발명에 제공된 다양한 기술적 솔루션은 다른 배터리 분야에 널리 적용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 단일 셀(100, 1100, 2100, 3100, 및 4100)과 전류 차단 장치(200, 1200, 3200, 4200)와 폭발 릴리프 밸브(2200)와 관련된다. 덧붙여, 본 발명은 파워 배터리를 갖는 충/방전 보호 시스템과 관련된다. 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 구체적으로 설명한다.
본 발명은 다수의 단일 셀(100, 1100, 2100, 3100, 4100)을 포함하는 배터리 모듈을 제공한다. 단일 셀은 케이스, 케이스 내에 수용되는 배터리 셀, 배터리 셀에 전기적으로 연결된 전극 터미널(101, 1101, 2101, 3101, 4101), 그리고 케이스를 밀폐시키는 커버 플레이트(102, 1102, 2102, 3102, 4102)를 포함할 수 있다. 전극 터미널은 커버 플레이트 내에 배치되어 전류를 입력 및 출력시킨다. 단일 셀은 전류 차단 장치(200, 1200, 3200, 4200) 또는 폭발 릴리프 밸브(2200)을 포함한다. 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브는 전극 터미널에 전기적으로 연결된다. 따라서, 전극 터미널에서 전류의 입력 및 출력은 전류 차단 장치의 작동 하에서 제어될 수 있다. 즉, 단일 셀 내의 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브는 보통 배터리 셀에 연결된다. 이 경우, 전극 터미널은 통상 전류를 입력 및 출력할 수 있어서 단일 셀의 충/방전 작업을 완료한다. 그러나, 위급한 상황에서는, 예를 들어, 배터리가 과충전된 경우, 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브는 전극 터미널의 전류 입력과 출력을 중지시킬 수 있어 배터리가 과도하게 재충전되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전류 차단 장치의 신뢰성은 중요한 안전 조치로서 결정적이다. 즉, 전류 차단 장치는 신속한 응답이 가능할 것이 요구된다. 더욱이, 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브는 커버 플레이트에 상대적으로 고정될 수 있다. 즉, 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브는 커버 플레이트에 직접적으로 고정되거나, 커버 플레이트에 연결된 다른 요소에 고정되거나 커버 플레이트에 상대적으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브는 커버 플레이트 내에서 전극 터미널에 실장될 수 있다.
본 발명에서, 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브 각각은 공기압을 감지하기 위한 기계적 구조이다. 구체적으로, 전류 차단 장치는 단일 셀의 케이스 내의 가스와 연통하고, 공기압의 작용 하에서 전류 차단 장치를 통과하는 전류를 차단할 수 있다. 구체적으로, 내부 요소들간의 연결은 전류 전송을 멈추기 위해 끊어질 수 있으며, 따라서 배터리의 충/방전을 시기 적절하게 멈출 수 있다. 사용된 공기압의 소스는: 예를 들어, 배터리의 과충전과 같은 응급 케이스가 발생하면, 배터리 내에서 가스가 생성되고, 케이스 내에서 공기압을 증가시킨다. 또는, 사용중 배터리에 이상이 발생하여 배터리의 온도를 증가시키고 배터리 내의 공기압을 증가시켜 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브를 작동시키기 위한 공기압 파워를 발생시킨다.
도 1 내지 도 12는 실시예들을 제공한다. 도 3 내지 도 6, 도 8, 그리고 도 10에 도시된 바와 같이, 전류 차단 장치(200)는 전도 부재(201) 및 전도 부재재(201)에 전기적으로 연결된 플리핑 부재(202)를 가진다. 플리핑 부재(202)와 전도 부재(201)는 공기압의 작용 하에서 상호 전기적으로 끊어질 수 있다. 본 발명에서, 전기적 끊어짐은 다른 방식으로도 이행될 수 있다. 연결점이 끊어질 수 있다. 예를 들어, 전도 부재와 플리핑 부재 사이의 용접점이 제거되어 전기적으로 끊어질 수 있다. 대신에, 전도 부재와 플리핑 부재 중 적어도 하나가 부러질 수 있다. 예를 들어, 해당 요소에 약화 노치(weakening notch)가 형성되어 구조의 분리를 이행할 수 있으며, 따라서 전기적 단선을 이행할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 공기압의 작용 하에서 기계적 구조를 분리시켜서 전류 전송을 멈추는 목적이 달성될 수 있다.
이렇게 하여, 예를 들어, 배터리가 과충전되면, 배터리 내에서 갭이 생성되고 따라서 공기압이 증가된다. 이 경우, 플리핑 부재(202)는 플리핑 작용(flipping action)을 통해서 전도 부재(201)로부터 분리되고, 전극 터미널(101)과 외부 사이의 회로는 끊어지며, 배터리의 충전은 멈추게 되며, 따라서 배터리 내에서 공기압이 더욱 증가하는 것을 방지할 수 있어서, 배터리 안전을 보장할 수 있다.
전극 터미널(101)은 배터리 셀에 전기적으로 연결된 배터리 포스트(104)를 포함한다. 예를 들어, 배터리 포스트(104)는 내부 가이드 부재를 사용하여 배터리 셀과 연결된다. 배터리 포스트(104)는 커버 플레이트(102)를 관통하여 케이스로부터 전류를 가이드한다. 전류 차단 장치(200)는 배터리 포스트(104)에 실장된다. 이렇게 하여, 배터리 내의 공기압은 배터리 포스트(104)를 사용하여 감지될 수 있으며, 감도(sensitivity)는 높을 수 있다. 더욱이, 전류 차단 장치(200)는 전극 터미널에 추가적으로 연결될 필요가 없어, 공정을 용이하게 한다.
파워 배터리 분야에서는, 대전류(high current) 통과가 필요하다. 따라서, 전도 부재(201)와 플리핑 부재(202)의 용접 구조의 안정성이 보장되어야 대전류가 용접 구조를 파손시키는 것을 방지할 수 있다. 이렇게 하여, 일 실시예에서, 도 5 및 도 6에서와 같이, 플리핑 부재(202)와 전도 부재(201)는 보스 용접 구조(boss welded structure)를 사용하여 상호 연결된다. 보스 용접 구조는 보스(203), 보스(203)를 수용하는 연결홀(204), 그리고 보스(203)와 연결홀(204) 사이에 위치하는 환형 용접점(217)을 포함한다. 따라서, 환형 용접점(217)이 연결홀(204)에 수용된 보스(203)를 견고하게 용접하는데 사용되어, 전류의 통과 영역은 대전류 통과를 보장하도록 증가될 수 있다. 구체적으로, 보스(203)는 전도 부재(201)에 형성되고, 연결홀(204)은 플리핑 부재(202)에 형성된다. 보다 구체적으로, 플리핑 부재(202)는 제1 시트-형상 구조로 형성되고, 제1 시트-형상 구조는 연결홀(204)이 제공되며, 전도 부재(201)는 제2 시트-형상 구조로 형성되며, 제2 시트-형상 구조는 보스(203)가 제공된다. 다른 실시예에서, 보스(203)는 플리핑 부재(202)에 배치될 수 있고, 연결홀(204)은 전도 부재(201)에 배치된다. 더욱이, 일부 실시예에서, 플리핑 부재(202)와 전도 부재(201)는 레이저 침투 용접 방법 등을 사용하여 용접될 수 있다.
플리핑 부재와 전도 부재는 노치를 사용하여 상호 전기적으로 분리될 수 있다. 즉, 다른 지역의 약화 부분보다 낮은 강도를 갖는 약화 부분을 해당 부분에 제공한다. 전도 부재와 플리핑 부재가 서로 완전히 분리되도록 하기 위해, 노치는 대체로 전도 부재와 플리핑 부재 사이의 연결점, 예를 들어, 보스 용접 구조를 둘러싸는 환형 구조이다. 이렇게 하여, 전기적 단선은 전도 부재 또는 플리핑 부재의 분리에 의해 이행될 수 있다. 노치는 플리핑 부재에 형성되거나 전도 부재에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 전도 부재(201)에는 노치(205)가 제공된다. 노치(205)는 플리핑 부재(202)와 연결하기 위한 연결점을 둘러싸고 있다. 즉, 환형 노치는 전도 부재(201)에 배치되고 보스(203)를 둘러싼다. 이렇게 하여, 배터리 내에서 공기압이 증가하면, 노치(205)는 공기압의 작용 하에서 뜯겨져 노치(205)에 의해 둘러싸인 보스(203)가 플리핑 부재(202)와 함께 전도 부재(201)로부터 분리되며, 전류 차단을 이행한다. 다른 실시예에서, 노치는 플리핑 부재(202)에 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 노치(205)가 뜯겨지는 것을 도와주기 위해, 바람직하게, 노치(205)는 타원형이다. 이렇게 하여, 공기압의 작용 하에서, 상이한 윤곽 곡률 때문에, 응력은 보다 큰 곡률을 갖는 지역에 보다 쉽게 집중되고 가해지는 힘은 크게 된다. 이렇게 하여, 이러한 지역은 먼저 찢어지고, 노치(205)가 뜯겨지는 감도는 증가된다. 또한, 본 실시예에서, 보스(203)는 원형이고, 타원형 노치(205)의 센터와 보스(203)의 센터는 타원의 장축 방향을 따라서 어긋난다. 이렇게 하여, 타원의 장축의 양측 단부는 균등하지 않은 힘을 받게 되어, 노치(205)는 로컬 포인트(local point)에서 쉽게 뜯겨져, 노치(205)의 민감성을 증가시킨다.
더욱이, 전극 터미널(101)과 동축상으로 도전성 플리핑 부재(202)를 배치하는 것도 가능하고, 전도 부재(201)는 전극 터미널(101)의 축선에 대해 어긋나게 배치된다. 이렇게 하여, 아래쪽에 위치하는 노치는 먼저 뜯겨져, 노치(205)가 뜯겨지는 감도를 증가시킨다. 또한, 노치(205)가 타원인 경우, 타원의 장축과 전도 부재의 축선은 어긋나게 배치된다. 전도 부재가 배터리 포스트에 실장되면, 전도 부재와 배터리 포스트의 축선은 마찬가지로 어긋나게 배치된다. 이렇게 하여, 장축의 일측 단부에서 보다 큰 곡률을 갖는 지역이 먼저 그리고 쉽게 찢겨지고, 따라서 필요시 노치(205)가 정상적으로 뜯겨지는 것을 보장하고, 전류 차단 장치(200)의 정상적인 작동을 보장한다.
더욱이, 노치(205)가 뜯겨지는 것을 보장하기 위해, 도 7에서와 같이, 노치(205)에는 약화홀(206)이 제공된다. 이렇게 하여, 노치(205)는 약화홀(206)의 위치에서 쉽게 뜯겨진다. 약화홀(206)의 크기와 수량은 실태에 따라 설정될 수 있다. 바람직하게, 다수의 약화홀(206)이 노치(205)를 따라서 간격을 두고 배치될 수 있다. 약화 효과에 더하여, 노치가 전도 부재(201)에 설계되면, 약화홀(206)은 공기 가이드를 위해서도 사용될 수 있으며, 배터리 내의 가스는 약화홀(206)을 사용하여 공기압을 플리핑 부재(202)에 가할 수 있다.
도 3, 도 8, 및 도 10에서와 같이, 전류 차단 장치(200)가 배터리 포스트(104, 104', 104'')에 실장되면, 전도 부재(201)는 배터리 포스트(104, 104', 104'')의 외측 끝 면에 연결되고, 플리핑 부재(202)의 외측 주변은 커버 플레이트(102)에 상대적으로 고정된다. 이렇게 하여, 공기압의 작용 하에서 플리핑 부재(202)의 외측 주변은 지지 포인트로 사용되고, 전도 부재(201)에 형성된 노치(205)는 뜯겨질 수 있다. 더욱이, 플리핑 부재(202)가 공기압의 작용 하에 놓일 수 있도록 하기 위해, 플리핑 부재의 외측 주변은 밀봉될 수 있다. 예를 들어, 내부 공기압이 플리핑 부재에 힘을 가하여 노치(205)가 뜯겨질 수 있을 정도로 용접을 통해서 커버 플레이트에 단단히 연결될 수 있다. 여기 및 유사한 설명에서, 외측 끝(outer end) 또는 내측 끝(inner end)은 케이스에 대해 배터리 포스트의 축방향을 따라서 상대적으로 정의되며, "내(inside) 및 외(outside)"는 환형 요소에 대해 상대적으로 정의되는데, 예를 들어, 외측 주변(outer periphery)은 환형 요소의 센터에 대해 방사방향을 따라서 상대적으로 정의된다.
전도 부재(201)와 배터리 포스트(104')가 고정된 상태에서 전도 부재(201)에 있는 노치(205)가 여전히 뜯겨질 수 있도록 하기 위해, 바람직하게, 배터리 포스트(104)의 외측 끝 면에는 수용홀(218)이 제공되고, 전도 부재(201)의 외측 둘레는 수용홀의 내벽에 고정된다. 이렇게 하여, 전도 부재(201)는 환형 둘레에서 견고하게 고정될 수 있는 한편, 노치(205) 안쪽 지역은 배터리 포스트(104)에 연결되지 않은 관계로 플리핑 부재(202)의 장력 또는 가스의 직접압박과 같은 외력의 작동 하에서 뜯겨질 수 있다.
본 발명에서, 전류 차단 장치는 배터리 내의 가스와 다수의 방식으로 연통할 수 있다. 배터리 포스트(104, 104')에는 각각 케이스 내부와 전류 차단 장치(200)를 연통하는 공기-가이드 덕트가 제공된다. 이렇게 하여, 배터리 포스트(104, 104')의 내부 구조를 직접 사용하여 공기압이 전류 차단 장치에 가해질 수 있다. 따라서, 구조는 더욱 간단하다.
도 8 및 도 9에 도시된 실시예에서, 공기-가이드 덕트는 두 타입의 공기-가이드 홀(103)을 포함한다. 제1 타입 공기-가이드 홀(103)은 수용홀(218)과 케이스의 내부를 연결하는데 사용되며, 노치(205)가 뜯겨지도록 압력을 전도 부재(201)에 직접 가한다. 즉, 공기-가이드 덕트는 수용홀(218)과 케이스의 내부를 연결하는 공기-가이드 홀(103)을 포함한다. 제2 타입 공기-가이드 홀(103)은 플리핑 부재(202)와 케이스의 내부를 연결하는데 사용되며, 노치(205)가 뜯겨지도록 플리핑 부재에 압력을 가한다. 플리핑 부재(202)의 응력 분배 효율을 향상시키기 위해 다수의 공기-가이드 홀(103)이 수용홀을 둘러싼다. 따라서, 두 타입의 공기-가이드 홀(103)의 공동 작동 하에서 전류 차단 장치의 민감도는 향상될 수 있다.
구체적으로, 도 8에서와 같이, 배터리 포스트(104')는 커버 플레이트(102)에 고정적으로 연결되어, 전극 터미널의 구조는 안정적이다. 배터리 포스트(104')의 외측 끝 주변은 방사상 보스(105)를 가지며, 방사상 보스(105)는 커버 플레이트(102)에 고정적으로 연결되며, 제2 타입 공기-가이드 홀(103)은 방사상 보스(105)에 형성되어, 가스는 플리핑 부재(202)로 흐른다. 제1 타입 공기-가이드 홀(103)은 배터리 포스트(104') 내에 축방향을 따라서 형성된다. 즉, 방사상 보스(105)에 위치하는 공기-가이드 홀(103)은 플리핑 부재(202)에 압력을 가하기 위해 사용되고, 수용홀(218) 아래의 공기-가이드 홀(103)은 전도 부재(201)에 직접 압력을 가할 수 있다. 도 9에서와 같이, 본 발명의 실시예에서, 배터리 포스트(104')의 방사상 보스(105)와 배터리 포스트의 몸체에는 둘 다 공기-가이드 홀(103)이 제공된다. 배터리 포스트 몸체 내의 제1 타입 공기-가이드 홀(103)은 끝 면에서 수용홀(218)과 연결되며, 4개의 제1 타입 공기-가이드 홀(103)이 원주 방향을 따라서 동일 간격으로 배치된다. 다른 실시예에서, 제1 타입 공기-가이드 홀(103)은 다른 수량으로 제공될 수 있으며, 본 실시예에 한정되지 않는다.
도 3, 도 8, 도 10에서와 같이, 커버 플레이트가 대전되는 것을 방지하기 위해, 바람직하게, 배터리 포스트(104, 104', 104'')는 커버 플레이트에 고정적으로 연결될 때 커버 플레이트와 절연처리될 필요가 있다. 따라서, 배터리 포스트(104, 104', 104'')는 세라믹 링(207, 207')에 고정적으로 연결되어, 예를 들어 세라믹 브레이징을 통해 커버 플레이트(102)에 고정적으로 연결된다. 이는 플라스틱 혹은 고무를 사용하여 시행되는 절연에 비해 보다 높은 신뢰도와 내후성을 얻도록 하며, 전류 차단 장치의 안정적이고 단단한 연결을 시행할 뿐만 아니라 배터리 포스트와 커버 플레이트 사이의 절연을 시행할 수 있다. 구체적으로, 배터리 포스트(104, 104', 104'')의 외측 끝 주변은 방사상 보스(105, 105')를 가지며, 세라믹 링(207,207')의 내측 엣지는 방사상 보스(105, 105')에 연결되어 지지하는 방사상 서포트(208, 208')를 가진다. 방사상 보스(105, 105')는 세라믹 링(207, 207')에 끼워 넣어져 방사상 서포트(208, 208')에 연결된다. 즉, 방사상 서포트(208, 208')는 상대적으로 얇아 계단식 타입 수용 공간을 형성하며, 그 안에 배터리 포스트(104, 104', 104'')가 끼워 넣어진다.
도 11에 도시된 실시예에는, 앞서 상술한 공기-가이드 홀(103)이 제공된 배터리 포스트에서의 가스 방출 방식과 달리, 다수의 방사상 보스(105')와 다수의 방사상 서포트(208')가 원주 방향을 따라서 간격을 두고 배열된다. 즉, 다수의 방사상 보스(105')가 원주 방향을 따라 간격을 두고 배열되고, 다수의 방사상 서포트(208')가 원주 방향을 따라서 간격을 두고 배열된다. 또한, 다수의 방사상 보스는 다수의 방사상 서포트와 일대일 대응한다. 이렇게 하여, 가스 방출은 인접한 방사상 보스(105') 사이의 공간과 방사상 서포트(208') 사이의 공간을 사용하여 시행될 수 있다. 구조가 단순하고 독창적이며, 프로세싱이 용이하며, 배터리 포스트(104'')는 공기-가이드 덕트가 추가로 제공될 필요가 없다. 따라서, 전도 부재(201)를 조립하기 위한 배터리 포스트(104'')의 지역은 영향을 받지 않는다. 또한, 전도 부재(201)의 크기는 최대화될 수 있어, 노치의 크기를 증가시키고 노치를 뜯어내는 감도는 증가될 수 있다. 본 실시예에서는 세 개의 방사상 보스(105')가 동일 간격으로 배치되어, 연결 안정성과 공기 투과성을 보장한다. 다른 실시예에서는, 방사상 보스의 수량이 다를 수 있으며, 예를 들어 네 개 혹은 그 이상의 방사상 보스가 배치될 수 있다.
세라믹 링(207, 207')의 외측 끝 면은 각각 계단형 구조로 형성되어 내측 링과 외측 링을 가진다. 배터리 포스트(104, 104', 104'')는 내측 링과 연결되게 끼어 넣어진다. 차이점은, 원피스형 방사상 보스(105)의 실시예에서, 내측 링은 단일 환형 방사상 서포트로 형성되고, 반면 분리형 방사상 보스(105')의 실시예에서는, 내측 링은 상술한 다수의 간격을 두고 배치된 방사상 서포트(208')로 형성된다. 따라서, 전체 구조를 보다 컴팩트하고 연결이 보다 안정적이게 만든다.
상술한 실시예에서, 외부로의 전류 흐름 패스를 확립하기 위해, 바람직하게, 세라믹 링(207, 207')의 외측 끝 면은 외측 링에 특별히 연결된 전도 링(216)에 단단히 연결된다. 플리핑 부재(202)의 외측 주변은 전도 링(216)에 고정적으로 연결된다. 즉, 플리핑 부재(202)는 전도 링을 사용하여 세라믹 링(207, 207')에 연결된다. 전도 링은 플리핑 부재와 외부 사이에 전류 루프를 확립할 수 있다. 노치가 뜯겨진 이후에도 전도 링이 여전히 배터리 포스트에 전기적으로 연결되어 전류 차단의 기능을 무효화하는 것을 방지하기 위해, 바람직하게, 전도 링(216)은 세라믹 링의 외측 링에 단단히 연결되어 배터리 포스트와 절연된다. 즉, 배터리 포스트(104, 104', 104'')는 세라믹 링을 사용하여 전도 링(216)과 절연된다. 또한, 전도 링(216)은 세라믹 링에 단단히 연결되어 플리핑 부재의 외측 주변은 밀봉될 수 있고, 케이스 내의 공기압은 누설 없이 플리핑 부재에 작용할 수 있다.
전도 링과 플리핑 부재 사이의 안정적인 연결을 시행하기 위해, 전도 링(216)의 외측 끝 면에는 L-형상 라베트(rabbet)가 제공되며, 전도 링(216)의 내측 끝 면은 세라믹 링의 외측 링을 연결하는데 사용될 수 있다. 플리핑 부재(202)의 외측 주변은 L-형상 라베트에 끼워 넣어져 지지한다. 또한, 외측 주변은 플리핑 부재(202)를 커버하는 커버링 캡(210)을 사용하여 L-형상 라베트에 단단히 연결된다. 따라서, 전류 차단 장치(200)는 안정적인 밀봉과 플리핑 부재(202)의 조립을 시행하면서 보호될 수 있다. 또한, 전도 링(216)은 커버링 캡에 연결하거나 또는 상호 직접 연결된 전극 가이드 편들(electrode guide pieces)을 사용하여 전류 루프를 확립할 수 있다. 예를 들어, 인접한 단일 셀(100) 또는 인접한 배터리 모듈은 전극 가이드 편들을 사용하여 상호 연결될 수 있다.
세라믹 링(207, 207')을 커버 플레이트(102)에 용이하고 단단히 연결하기 위해, 바람직하게, 세라믹 링(207, 207')의 내측 끝 면은 트랜지션 링(209)에 단단히 연결된다. 트랜지션 링(209)은 세라믹 브레이징을 통해 세라믹 링(207, 207')에 연결될 수 있다. 또한, 트랜지션 링(209)은 커버 플레이트(102)에 단단히 연결된다. 트랜지션 링(209)은 세라믹 링(207, 207')과 커버 플레이트(102)가 간격을 두고 배치되도록 사용될 수 있다. 세라믹 링(207, 207')이 커버 플레이트(102)에 직접 조립되지 않으므로, 커버 플레이트(102)는 세라믹 링의 브레이징 과정에서 발생하는 고온으로부터 보호될 수 있다. 더욱이, 세라믹 링(207, 207')의 영역은 커버 플레이트(102)에 직접 조립될 필요가 없다. 또한, 세라믹 링(207, 207')에 대한 구체적인 디자인이 요구되지 않으므로, 제조와 조립이 간편하다.
도 3, 도 8, 도 10에서와 같이, 바람직하게, 트랜지션 링(209)은 Z-형상 구조를 형성하는 내부 링과 외부 링을 갖는다. 커버 플레이트(102)에는 배터리 포스트(104, 104', 104'')가 통과하는 관통홀이 제공된다. 관통홀의 끝 면은 계단형 구조를 갖는다. 트랜지션 링의 내부 링은 계단형 구조에 끼워져 지지한다. 즉, 도 3, 도 8, 도 10에서, 내부 링은 하부에 위치하고 관통홀에 끼워 넣어져 둘 사이의 접촉 영역을 증가시키고 연결 안정성을 보장한다.
따라서, 상술한 실시예에서, 전류 차단 장치(200)를 시행하기 위해, 플리핑부재(202)의 외측 주변은 밀봉될 필요가 있다. 구체적으로, 세라믹 링(207, 207')은 플리핑 부재의 외측 주변과 커버 플레이트 사이에 단단히 연결된다. 따라서, 세라믹 밀봉 구조를 사용하여 전류 차단 장치의 안정적이고 신뢰할 수 있는 작동을 시행한다. 이러한 세라믹 밀봉 구조에서, 커버 플레이트와 트랜지션 링 사이, 트랜지션 링과 세라믹 링 사이, 세라믹 링과 전도 링 사이, 그리고 전도 링과 플리핑 부재 사이의 단단한 연결은 케이스 내의 공기압이 효과적으로 전류 차단 장치에 작용하는 것을 가능하게 하며, 따라서 전류 차단 장치의 작동은 신뢰할 수 있다. 조립하는 동안, 전류 차단 장치의 기밀도를 보장하기 위해, 세라믹 링(207, 207')은 세라믹 브레이징을 통해 각기 단단히 전도 링(216), 배터리 포스트(104, 104', 104''), 및 트랜지션 링(209)에 연결된다. 즉, 전도 링(216), 배터리 포스트(104, 104', 104''), 및 트랜지션 링(209)은 먼저 개별 어셈블리를 형성하고, 트랜지션 링(209)이 레이저 용접을 통해 커버 플레이트(102)에 조립된다. 조립 방식은 편리하고 세라믹 링은 커버 플레이트에 브레이징을 통해 용접될 필요는 없다. 더욱이, 전도 부재(201)는 레이저 용접을 통해 배터리 포스트(104, 104', 104'')에 연결될 수 있다. 플리핑 부재와 전도 부재는 레이저 침투 용접 또는 상술한 보스 용접 구조 또는 다른 방식을 통해 상호 연결될 수 있다. 커버링 캡(210)과 전도 링은 레이저 용접을 통해 상호 연결될 수 있다. 또한, 배터리 포스트(104, 104', 104'')와 배터리 셀의 가이드 부품은 레이저 용접을 통해 함께 용접되어 전류 차단 장치의 전반적인 어셈블리를 완성할 수 있다.
전류 차단 장치(200)의 구조는 대부분 위에서 설명하였다. 이하에서는 전류 차단 장치(200)의 배치 방식에 대해 설명한다.
상술한 공기압-구동 전류 차단 장치(200)의 보통 및 시의 적절한 작동을 보장하기 위해, 전류 차단 장치(200)의 크기는 상대적으로 크게 설계될 수 있다. 이렇게 하여, 만일 공기압이 변화될 수 없으면, 끌어당기는 강도는 힘을 받는 영역이 증가함에 따라서 증가될 수 있다. 예를 들어, 플리핑 부재의 일 영역은 상대적으로 크게 설계되어 플리핑 부재의 끌어당기는 강도를 증가시킬 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 전류 차단 장치(200)는 사이즈를 증가시키기 위해 방사상 방향을 따라 커버 플레이트(102) 밖으로 연장되도록 설계된다. 이 경우, 배터리 모듈에는, 다수의 단일 셀(100)이 구비된다. 전류 차단 장치(200)가 밖으로 연장되어 인접한 단일 셀(100)들에서, 바람직하게, 인접한 단일 셀(100) 사이에서, 전극 터미널에 영향을 주는 것을 방지하기 위해, 전극 차단 장치(200)와 인접한 전극 터미널은 커버 플레이트의 확장 방향으로 어긋나있다. 이는 커버 플레이트(102) 상에서 전극 터미널(101)이 배치되지 않은 지역을 충분히 사용할 수 있도록 하고, 이에 따라 전극 차단 장치의 돌출이 커버 플레이트에서 구조물에 영향을 주지 않으며, 배터리 팩 내부에서 공간의 사용을 줄일 수 있고, 따라서 봉입체에서 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 본 발명에서, "인접한 단일 셀 사이", "전극 차단 장치와 인접한 전극 터미널 사이", 혹은 "인접한 전극 터미널 사이"는 하나의 단일 셀에서 인접한 특징간의 연결을 의미하는 것이 아니고, 상이한 단일 셀 사이에서 인접한 특징들 간의 연결을 의미하는 것임을 주의해야 한다.
본 실시예에서, 전류 차단 장치(200)와 인접한 전극 터미널(101)은 커버 플레이트의 확장 방향으로 어긋나있다. 다른 실시예에서, 전류 차단 장치(200)와 인접한 전극 터미널(101)은 높이 방향으로 어긋날 수 있다.
일 실시예에서, 도 1에서와 같이, 인접한 단일 셀(100) 사이에서, 전류 차단 장치(200)는 L-형상 연결 부재(214)를 사용해 인접한 전극 터미널에 연결된다. L-형상 연결 부재(214)는 커버부(211)와 가이드부(212)를 갖는다. 커버부(211)는 전류 차단 장치(200)를 커버하고 전류 차단 장치(200)에 연결된다. 가이드부(212)는 전극 터미널에 인접하도록 인접한 전극 터미널로 연장된다. 도 1에 도시된 L-형상 연결 부재는 먼저 커버 플레이트의 확장 방향으로 전극 터미널에 맞추어 조정되고, 다음에 전극 터미널로 연장된다. 다른 실시예에서, L-형상 연결 부재는 먼저 인접한 커버 플레이트로 연장되고, 다음에 전극 터미널로 연장되어 둘 사이의 연결을 시행한다.
다른 실시예에서, 도 2에서와 같이, 인접한 단일 셀(100) 사이에서, 전류 차단 장치(200)는 플리핑 부재(202)를 커버하는 커버링 캡(210)을 포함한다. 커버링 캡(210)은 인접한 전극 터미널에 맞추어 조정되도록 커버 플레이트(102)를 따라서 연장되며, 즉, 선형으로 배치된 커버부(211) 및 도입부(212)를 가지며, 선형 I-형상 연결 부재(215)를 사용하여 인접한 전극 터미널에 연결된다. 선형 I-형상 연결 부재(215)는 전류 차단 장치(200)가 배치되지 않은 단일 셀(100) 사이에서 다른 전극 터미널(101)을 연결할 수 있다. 이렇게 하여, 커버링 캡(210)을 통해서 전체 배터리 모듈은 기본적으로 이러한 타입의 연결 부재만을 필요로 할 수 있다.
도 2에 도시된 실시예와 달리, 도 12에서와 같이, 단일 셀(100)은 상대적으로 큰 전류 차단 장치에 맞도록 확대될 수 있다. 구체적으로, 단일 셀(100) 사이에서, 전류 차단 장치(200)가 구비된 단일 셀(100)의 폭은 전류 차단 장치(200)가 구비되지 않은 단일 셀의 폭보다 크다. 또한, 전류 차단 장치(200)는 커버 플레이트(102)의 폭 방향 가장자리에 근접하여 연장되어, 이에 맞을 수 있다.
더욱이, 해당 단일 셀이 넓기 때문에, 전류 차단 장치는 커버 플레이트를 넘어서 돌출되지 않고, 인접한 전극 터미널은 서로 맞추어 조정될 수 있다. 이는 커버 플레이트(102)를 넘어서 연장되는 전류 차단 장치(200)가 인접한 커버 플레이트(102)의 용접 구조물에 또는 다른 구조물에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다. 또한, 바람직하게, 전류 차단 장치와 인접한 전극 터미널은 선형 I-형상 연결 부재(215)를 사용하여 연결될 수 있다.
더욱이, 사용 도중에, 비록 단일 셀(100)의 폭이 증가되더라도, 배터리 셀의 용량은 증가하지 않는다. 즉, 전류 차단 장치(200)가 구비된 단일 셀(100)의 배터리 셀 용량은 전류 차단 장치가 구비되지 않은 단일 셀(100)의 배터리 셀 용량과 같다. 따라서, 상이한 용량을 갖는 단일 셀이 동일 모듈에 존재하는 것이 방지되고, BMS에 대한 충격을 방지할 수 있다. 동일 배터리 셀 용량에 따라서, 케이스 내의 잔류 공간은 파티션 플레이트를 사용하여 채워질 수 있다. 즉, 배터리 셀은 파티션 플레이트로 둘러싸이고, 배터리 셀의 조립 구조는 안정적이다.
배터리 모듈의 사이즈와 단일 셀의 사이즈를 종합적으로 고려하여, 파티션 플레이트의 사이즈에 대한 배터리 셀의 사이즈의 비율은 1:1 내지 2:1일 수 있다. 파티션 플레이트는 전해질 저항 물질로 이루어질 수 있다.
더욱이, 전류 차단 효과, 비용, 조립을 고려하여, 동일 모듈 내의 복수의 단일 셀(100)에서, 전류 차단 장치(200)가 구비된 단일 셀의 수량은 셋 이하일 필요가 있다. 바람직하게, 전류 차단 장치(200)가 구비된 단일 셀의 수량은 셋이다. 바람직하게, 전류 차단 장치(200)가 구비된 단일 셀은 배터리 모듈의 끝 부분과 중앙 부분에 위치하는 단일 셀이다. 만일 배터리 모듈이 n개의 순차적으로 배열된 단일 셀을 포함하면, 배터리 모듈의 끝 부분의 단일 셀은 배터리 모듈의 첫번째 단일 셀과 n번째 단일 셀이다. n이 홀수이면, 배터리 모듈의 중앙 부분에 위치하는 단일 셀은 배터리 모듈의 ((n+1)/2)번째 단일 셀이다. n이 짝수이면, 배터리 모듈의 중앙 부분에 위치하는 단일 셀은 (n/2)번째 단일 셀이거나 또는 n≥3에서 ((n+2)/2)번째 단일 셀이다.
도 1 내지 도 12에 따른 실시예에 제공된 전류 차단 장치, 단일 셀, 그리고 배터리 모듈에서, 보스 용접 구조물, 타원형 노치, 그리고 세라믹 링과 같은 특징들은 다른 실시예에도 적용될 수 있다. 이하에서는 도 13 내지 도 17을 참조하여 다른 실시예에 따른 단일 셀을 설명한다.
도 13 내지 도 15에서와 같이, 본 실시예는 단일 셀(1100)을 제공한다. 단일 셀(1100)은 케이스, 케이스 내에 수용된 배터리 셀, 배터리 셀에 전기적으로 연결된 전극 터미널(1101), 그리고 케이스를 밀봉하는 커버 플레이트(1102)를 포함한다. 전극 터미널(1101)은 커버 플레이트(1102) 내에 배치되고, 전류를 입력 및 출력시킨다. 단일 셀(1100)은 케이스 내의 가스와 연통하는 전류 차단 장치(1200)를 더 포함한다. 도 1 내지 도 12에 따른 실시예에서 전극 터미널에 실장되는 방식과 달리, 전류 차단 장치(1200)는 커버 플레이트에 배치되어 케이스 내의 가스와 연통한다. 전류 차단 장치(1200)는 전도 부재(1201) 및 전도 부재(1201)에 전기적으로 연결된 플리핑 부재(1202)를 포함한다. 플리핑 부재(1202)와 전도 부재(1201)는 공기압의 작용 하에서 상호 전기적으로 분리될 수 있다. 즉, 전류 차단 장치(1200)의 작동 원리는 기본적으로 도 1 내지 도 12에 따른 실시예의 전류 차단 장치와 동일하다. 양쪽 작동 원리에서, 회로는 단일 셀 내의 공기압을 감지함으로써 시행되는 플리핑 부재의 플리핑 동작에 의해 끊어진다.
도 17에서와 같이, 전류 차단 장치(1200)가 전극 터미널에 배치되지 않기 때문에, 전도 부재(1201)는 플리핑 부재(1202)에 연결된 몸체부(1299)와 몸체부(1299)에서 전극 터미널(1101)로 연장되어 전극 터미널(1101)에 연결되는 연결부(1298)를 포함한다. 따라서, 본 실시예에서, 전류 차단 장치(1200)는 커버 플레이트에 배치된다. 이는 전극 터미널(1101)의 높이의 증가를 방지하고, 따라서 커버 플레이트의 길이 공간을 사용하는 것으로 배터리 용량 밀도를 증가시킨다.
도 15 내지 도 17에서와 같이, 본 실시예에서, 전도 부재(1201)의 몸체부(1299)는 케이스 내의 가스와 연통하고 노치(1205)가 제공된다. 노치(1205)는 플리핑 부재(1202)와 연결하기 위한 연결점 둘레에 배치된다. 이렇게 하여, 노치는 내부 공기압 하에서 뜯겨질 수 있으며, 플리핑 부재와 전도 부재 사이의 전기적 연결을 끊을 수 있다. 또한, 노치(1205)에는 통기공(1206)이 제공된다. 이렇게 하여, 통기공(1206)은 공기압이 플리핑 부재(1202)에 작용할 수 있도록 사용될 수 있으며, 플리핑 부재는 노치에 인장력을 가할 수 있다. 또한, 노치(1205)는 통기공(1206)의 위치에서 용이하게 뜯겨질 수 있으며, 따라서 플리핑 부재(1202)의 민감도를 향상시킨다. 이 경우, 노치는 플리핑 부재에 배치될 수도 있다. 노치(1205)를 따라서 다수의 통기공(1206)이 간격을 두고 배치될 수 있다. 더욱이, 노치, 통기공 등의 특징에 있어서, 도 1 내지 도 12에 따른 실시예에서의 모든 특징이 본 실시예에 적용될 수 있다. 다른 실시예에서, 전도 부재의 몸체부와 플리핑 부재는 개별적으로 노치가 제공될 수 있다. 이렇게 하여, 케이스 내의 공기압이 계속해서 증가하는 경우, 전도 부재의 노치를 뜯어버리는 것에 더하여 플리핑 부재의 노치도 뜯겨질 수 있다. 이 경우, 배터리 내의 가스는 플리핑 부재를 통해 외부로 배출될 수 있고, 단일 셀의 케이스 내에서 공기압이 더욱 증가하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 배터리의 봉입체 내의 가스 센서는 경보를 감지하거나 회로를 끊을 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 구체적으로 설명한다.
구체적으로, 몸체부의 노치(1205)는 케이스 내의 제1 공기압에 의해 뜯겨질 수 있고, 플리핑 부재의 노치는 케이스 내의 제2 공기압의 작용 하에서 뜯겨질 수 있는데, 제2 공기압은 제1 공기압보다 크다. 즉, 전도 부재의 몸체부의 노치의 압축강도는 플리핑 부재의 노치의 압축강도보다 작고, 따라서 전도부재의 몸체부의 노치는 보다 작은 제1 공기압에 의해 뜯겨질 수 있다. 플리핑 부재의 노치는 공기압이 계속해서 증가하지 않는 한 압력 방출에 의해 뜯겨지지 않는다.
본 실시예에서, 플리핑 부재(1202)가 케이스 내의 공기압의 작용 하에 놓이는 것을 보장하기 위해, 플리핑 부재(1202)의 외측 주변은 전도 부재(1201)에 단단히 연결되어, 플리핑 부재의 외측 주변에서 가스가 새는 것을 방지하고 압력 방출을 방지한다. 특히, 커버 플레이트(1102)는 케이스 내의 가스와 연통하는 통기공이 제공되고, 커버 플레이트는 통기공을 둘러싸는 제1 세라믹 링(1207)에 단단히 연결된다. 몸체부(1299)는 통기공을 둘러싸는 제1 세라믹 링(1207)에 단단히 연결되어, 내부 공기압은 외부로 새어나가지 않고 몸체부(1299)에 작용할 수 있다. 더욱이, 플리핑 부재(1202)를 안정적으로 조립하기 위해, 플리핑 부재(1202)의 외측 주변은 제2 세라믹 링(1296)에 단단히 연결되고, 제2 세라믹 링은 전도 부재(1201)에 단단히 연결된다. 따라서, 제2 세라믹 링의 절연 특성에 의해, 플리핑 부재(1202)의 외측 주변은 안정적으로 지지되고, 전도 부재는 제2 세라믹 링(1296)을 사용하여 플리핑 부재(1202)의 외측 주변과 절연될 수 있다. 이렇게 하여, 플리핑 부재(1202)와 전도 부재(1201)는 노치(1205)가 뜯겨진 이후에 전류 단선을 유지할 수 있고, 전류를 차단할 수 있다.
특히, 도 16과 도 17에서와 같이, 전도 부재(1201)의 몸체부(1299)는 노치(1205)를 둘러싸는 환형 보스(1297)가 제공된다. 이렇게 하여, 환형 보스(1297)의 구조를 통해, 환형 보스(1297)의 안쪽 사이드는 방사상 방향에서 노치(1205)등의 특징을 형성하는데 사용될 수 있고, 환형 보스(1297)의 뒤쪽 오목한 부분은 제1 세라믹 링(1207)을 단단히 수용한다. 더욱이, 환형 보스(1297)의 바깥쪽 사이드는 제2 세라믹 링(1296)을 단단히 지지하는데 사용될 수 있다. 이렇게 하여, 본 실시예에서는, 도 16과 도 17에 도시된 전도 부재(1201)의 독특한 특징을 통해, 전류 차단 장치(1200)는 보다 쉽게 실장될 수 있다.
더욱이, 제1 세라믹 링(1207)은 트랜지션 링(1209)를 사용하여 커버 플레이트(1102)에 단단히 연결된다. 도 17에서와 같이, 트랜지션 링(1209)은 통기공의 내벽에 끼워진 연결 몸체와 제1 세라믹 링(1207)에 연결되는 플랜지 링을 갖는다. 플랜지 링은 연결 몸체로부터 방사상 방향으로 돌출되며 커버 플레이트 쪽으로 단단히 밀어붙인다. 따라서, 전류 차단 장치(1200)의 안정적인 실장이 보장되고, 제1 세라믹 링(1207)은 커버 플레이트(1102)에 직접적으로 연결될 필요가 없다.
본 실시예에서, 연결의 편의를 위해, 바람직하게, 도 17에서와 같이, 전극 터미널(1101)은 커버 플레이트(1102)를 관통하여 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 배터리 포스트(1104)를 포함한다. 도 14 및 도 16에서와 같이, 전도 부재(1201)의 연결부(1298)에는 슬롯(1295)이 제공된다. 배터리 포스트(1104)는 슬롯(1295)을 관통하고, 슬롯(1295)에 용접되어, 안정적으로 전도 부재(1201)에 연결된다. 더욱이, 도 15에서와 같이, 전류 차단 장치(1200)는 플리핑 부재(1202)를 커버하고 플리핑 부재(1202)에 전기적으로 연결되는 연결 부재(1210)를 포함한다. 연결 부재(1210)는 플리핑 부재(1202)를 커버하는 커버부(1294)와 커버부(1294)에서 연장되는 가이드부(1293)을 갖는다. 연결 부재(1210)는 도 1 내지 도 12에 따른 실시예에서의 L-형상 연결 부재(214)와 동일한 구조로 형성될 수 있다. 즉, 커버부와 가이드부는 L-형상 연결 부재를 형성한다. 이렇게 하여, 전류는 전류 차단 장치(1200)에서 인접한 전극 터미널 또는 모듈 밖으로 쉽게 가이드될 수 있다.
단일 셀들 중 적어도 하나가 단일 셀(1100)인 배터리 모듈에서, 전류 차단 장치는 방사상 방향으로 커버 플레이트 밖으로 연장되며, 이를 통해 힘을 받는 영역과 끌어당기는 힘을 증가시킨다. 인접한 단일 셀 사이에서, 전류 차단 장치와 인접한 전극 터미널은 인접한 커버 플레이트의 구조에 영향을 주지 않도록 커버 플레이트(1102)의 확장 방향으로 어긋나있다. 더욱이, 도 1 내지 도 12에 따른 실시예와 같이, 전류 차단 장치(1200)가 제공된 단일 셀(1100)은 최대 세 개이다.
도 13 내지 도 17의 실시예에 따른 단일 셀은 위에서 설명하였고, 도 1 내지 도 12의 실시예와 상이한 특징들을 위주로 설명하였다. 이러한 특징들은 모순되지 않는 한 상호 대체되거나 결합될 수 있다. 이에 따라, 구체적인 내용은 다시 설명하지 않는다.
이하에서는 도 18을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 셀(2100)을 설명한다. 단일 셀(2100)은 케이스, 케이스 내에 수용되는 배터리 셀, 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 전극 터미널(2101), 케이스를 밀봉하는 커버 플레이트(2102)를 포함한다. 전극 터미널(2101)은 커버 플레이트(2102) 내에 배치된다. 단일 셀은 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 제1 전극 가이드 부재(2298), 그리고 전극 터미널(2101)에 전기적으로 연결되는 제2 전극 가이드 부재(2297)를 포함한다. 커버 플레이트(2102)에는 케이스 내의 가스와 연통하는 폭발 릴리프 밸브(2200)가 더 제공된다. 폭발 릴리프 밸브(2200)는 제1 전극 가이드 부재(2298)와 제2 전극 가이드 부재(2297)를 연결하는 플리핑 부재(2202)를 갖는다. 즉, 두 개의 전극 가이드 부재는 플리핑 부재(2202)를 사용하여 상호 연결된다.
제1 전극 가이드 부재(2298) 및/또는 제2 전극 가이드 부재(2297)에는 제1 노치(2205)가 제공된다. 제1 노치(2205)는 케이스 내의 공기압 작용 하에서 끊어져, 제1 전극 가이드 부재(2298) 및/또는 제2 전극 가이드 부재(2297) 상의 전류를 차단할 수 있다. 즉, 제1 노치는 제1 노치가 제공된 전극 가이드 부재가 단선되는데 사용되며, 전류의 전송을 중단시킨다. 그러므로, 두 개의 전극 가이드 부재 중 적어도 하나가 제1 노치를 구비하는 경우 배터리 셀과 전극 터미널은 상호 전기적으로 분리될 수 있고, 따라서 단일 셀과 외부 사이의 전류 전송을 끊을 수 있다. 더욱이, 플리핑 부재(2202)에는 제2 노치(2299)가 더 제공된다. 제2 노치(2299)는 케이스 내의 공기압 작용 하에서 끊어져, 케이스 내의 가스가 플리핑 부재(2202)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 즉, 제2 노치는 가스 방출을 위해 사용된다. 제2 노치가 끊어지면, 내부 가스는 외부로 배출될 수 있고, 따라서 배터리 내에서 공기압이 더욱 증가함에 따른 폭발을 방지할 수 있고, 방폭 효과를 성취할 수 있다.
구체적으로, 제1 노치는 케이스 내의 제1 공기압의 작용 하에 뜯겨질 수 있고, 제2 노치는 케이스 내의 제2 공기압의 작용 하에 뜯겨질 수 있으며, 제2 공기압은 제1 공기압보다 크다. 즉, 제1 노치(2205)의 압축강도는 제2 노치(2299)의 압축강도보다 작으며, 따라서 제1 노치(2205)는 보다 작은 제1 공기압에 의해 뜯겨질 수 있다. 제2 노치(2299)는 공기압이 계속해서 증가하지 않는 한 압력 방출에 의해 뜯겨지지 않는다.
도 18에서와 같이, 본 실시예에서, 두 개의 전극 가이드 부재는 연장된 시트 구일 수 있고, 전류는 차단될 수 있다. 제1 노치(2205)는 연장된 시트 구조의 폭방향을 따라 일측 가장자리에서 타측 가장자리로 연장된다. 이렇게 하여, 연장된 시트 구조는 제1 노치를 따라 시기 적절하게 파괴될 수 있다. 플리핑 부재(2202)에는 환형 외측벽이 제공될 수 있다. 두 개의 전극 가이드 부재는 환형 외측벽에 고정되게 연결되어 전류 전송을 시행할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서, 플리핑 부재의 환형 외측벽은, 예를 들어, 보스 용접 구조의 보스를 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 플리핑 부재는 원뿔형 링 구조로 형성될 수 있다. 원뿔형 링은 보스로부터 플리핑 부재의 외측 주변을 향해 바깥쪽으로 기울어져 연장되어, 플리핑 부재를 보울 형상으로 형성한다. 더욱이, 제2 노치는 플리핑 부재의 주변 둘레를 따라 고리모양의 형상으로 형성될 수 있고, 제2 노치는 공기압의 작용 하에서 완전히 끊어질 수 있어서, 가스압 릴리프 효율성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 제2 노치는 원뿔형 링 구조로 형성될 수 있다. 플리핑 부재가 공기압의 작용 하에서 효과적으로 제1 노치와 제2 노치를 뜯을 수 있도록 하기 위해, 플리핑 부재(2202)의 외측 주변은 커버 플레이트에 단단히 연결되고 절연된다. 따라서, 한편으로는 제1 노치와 제2 노치가 뜯겨지지 않아 두 개의 노치가 실질적으로 사용되지 않은 경우 가스는 외부로 배출되는 것이 방지된다. 다른 한편으로는 커버 플레이트는 절연된 연결을 통해 대전되는 것이 방지될 수 있다.
본 실시예에서, 전극 터미널(2101)은 커버 플레이트를 관통하는 배터리 포스트를 포함한다. 배터리 포스트는 외부와의 전류 루프의 수립을 용이하게 하기 위해 제2 세라믹 링을 사용하여 커버 플레이트와 절연되고 커버 플레이트의 외부와 연결된다. 즉, 인접한 단일 셀 사이의 전류 이송은 전극 터미널 사이의 상호연결을 통해서 시행된다. 세라믹 링의 사용은 커버 플레이트가 대전되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 제1 세라믹 링(2207)은 플리핑 부재(2202)의 외측 주변과 커버 플레이트 사이에 단단히 연결되어, 밀봉과 절연을 위해 사용된다.
더욱이, 플리핑 부재(2202)의 연결을 용이하게 하기 위해, 제1 연결 요소(2295)는 커버 플레이트(2102)에 단단히 연결되고, 제2 연결 요소(2296)는 플리핑 부재(2202)의 주변에 단단히 연결된다. 제1 연결 요소와 제2 연결 요소는 알루미늄 시트일 수 있다. 제1 연결 요소(2295)와 제2 연결 요소(2296)는 제1 세라믹 링(2207)과 동축으로 브레이징 연결된다. 이렇게 하여, 조립 과정 동안, 두 개의 연결 요소는 우선 제1 세라믹 링에 브레이징을 통해 용접되고, 이후 다른 구조물에 용접된다. 이는 제1 세라믹 링과 커버 플레이트와 같은 구조물의 브레이징에 의해 발생된 고온을 방지할 수 있다. 따라서, 조립은 용이하게 수행될 수 있고, 제1 세라믹 링(2207)은 단단하고, 안정적이고, 절연된 연결을 시행하는데 사용되며, 커버 플레이트(2102)는 대전되는 것이 방지된다.
특히, 제1 세라믹 링의 두 개의 고리 모양의 끝 면에 맞도록 제1 연결 요소(2295)와 제2 연결 요소(2296)는 고리 모양 구조일 수 있다. 더욱이, 바람직하게, 커버 플레이트(2102)에는 환형 보스가 제공된다. 제1 연결 요소(2295)는 환형 보스 내에 지지된다. 제1 세라믹 링은 환형 보스의 내측면 쪽으로 단단히 밀어붙이고 제2 연결 요소(2296)를 향해 연장되어, 제1 세라믹 링은 커버 플레이트(2102) 내에 안정적으로 연결된다.
더욱이, 폭발 릴리프 밸브는 공기압에 의한 펀칭에 의해 찢겨지는 보호 필름(2099)을 더 포함한다. 보호 필름은 플리핑 부재(2202)를 단단히 커버하고, 플리핑 부재에서 멀리 떨어져 제1 연결 요소(2295)에 연결된다. 이렇게 하여, 일반적으로 보호 필름(2099)은 폭발 릴리프 밸브(2200)의 내부를 보호하고, 방폭이 요구될 경우, 예컨대 제2 공기압과 같은 일정 공기압에 의한 펀칭에 의해 찢어질 수 있으며, 따라서 폭발 릴리프 밸브의 방폭 효과에 충격을 주는 것을 방지한다.
더욱이, 본 발명에서, 두 개의 노치가 순차적으로 뜯겨지도록 하기 위해, 제2 노치의 잔여 두께에 대한 제1 노치의 잔여 두께의 비율은 1:3 내지 1:1.2이고, 1:2 내지 1:1.3이다.
본 발명의 도 18에 따른 실시예에 제공된 단일 셀을 설명하였다. 이하에서는 도 22 및 도 23을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
본 실시예는 단일 셀(3100)과 단일 셀을 사용하는 배터리 모듈을 제공한다. 단일 셀(3100)은 케이스, 케이스 내에 수용되는 배터리 셀, 케이스를 밀봉하는 커버 플레이트(3102), 그리고 커버 플레이트(3102) 내에 배치되는 전극 터미널(3101)을 포함한다. 단일 셀(3100)은 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 내부 가이드 부재(3299) 및 내부 가이드 부재(3299)와 전극 터미널(3101) 사이에 연결되는 전류 차단 장치(3200)를 더 포함한다. 도 1 내지 도 12에 따른 실시예에서 배터리 포스트의 외측 끝에 실장되는 방식과 달리, 본 실시예에서는 전류 차단 장치(3200)는 커버 플레이트(3102)의 내측에 위치하며 공기압의 작용 하에서 전류 차단 장치(3200)를 통한 전류 흐름을 차단할 수 있도록 케이스 내의 가스와 연통한다. 외측 주변으로부터 방사상 방향을 따라서 밖으로 연장되는 어댑터부(3298)는 전극 터미널(3101)에 연결되고, 전극 터미널(3101)은 어댑터부(3298)를 사용해 전류 차단 장치의 외측 주변에 연결된다.
이렇게 하여, 전극 터미널의 외측 주변으로부터 방사상 방향으로 밖으로 연장되는 어댑터부(3298)를 사용하여, 전극 터미널에 직접 연결되는 방식과 비교해서, 외측이 방사상 방향으로 어댑터부(3298)에 연결되는 전류 차단 장치의 영역은 보다 넓게 설계될 수 있고, 따라서 내부 공기압이 전류 차단 장치에 힘을 가하는 영역을 증가시킨다. 이렇게 하여, 공기압이 불변인 채로 있는 동안 전류 차단 장치가 받는 힘은 증가될 수 있고, 따라서 전류 차단 장치(3200)의 민감도를 개선하고, 시기 적절하게 전류 차단을 시행할 수 있다. 특히, 본 발명의 배터리가 파워 배터리와 같은 대용량 배터리 분야에 적용되면, 고전류의 전송이 요구된다. 따라서, 어댑터부의 추가 및 전류 차단 장치의 크기 확대는 모두 고전류 전송을 용이하게 할 수 있다.
본 실시예에서, 어댑터부(3298)는 고리 모양의 구조로 형성된다. 고리 모양 구조의 내측 주변은 전극 터미널의 외측 주변에 연결되고, 외측 주변은 전류 차단 장치의 외측 주변에 연결되며, 따라서 전류 차단 장치의 영역은 증가된다. 다른 실시예에서, 어댑터부(3298)는 방사상 방향을 따라 연장되는 다중 연결 포스트의 구조로, 원주 방향을 따라서 간격을 두고 배치될 수 있다. 이는 또한 전류 차단 장치의 영역을 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서, 어댑터부의 전극 터미널과 전류 차단 장치와의 견고성(기밀성)을 증가시키고, 안정적인 전류 전송을 보장하기 위해, 바람직하게, 고리 모양 구조의 내측 주변은 전극 터미널의 안쪽 끝의 외측 주변의 라베트에 들어맞는다. 구체적으로, 전극 터미널의 안쪽 끝의 외측 주변에는 라베트가 제공되고, 어댑터부의 내측 주변은 라베트에 끼워넣어져 연결된다. 이렇게 하여, 연결 영역은 증가되고, 연결의 안정성이 보장되는 동안 전류 전송 효율은 개선된다. 전극 터미널의 안쪽과 바깥쪽 끝은 전극 터미널의 축방향을 따라서 케이스에 상대적으로 정의된다. 즉, 케이스의 내부에 가까운 끝부분이 안쪽 끝이다.
더욱이, 본 실시예에서, 고리 모양 구조의 외측 주변은 케이스의 안으로 돌출된다. 즉, 고리 모양 구조는 환형 캡 구조로 형성되고, 전류 차단 장치는 외측 주변의 내부에서 라베트에 들어맞는다. 이는 연결의 안정성을 보장하고 전류 전송 효율을 개선할 뿐만 아니라 전류 차단 장치와 전극 터미널을 수용할 수 있고, 따라서 공기압의 작용 하에서 전류 차단 장치를 단선시키기 위한 공간을 제공한다.
본 실시예에서, 내부 가이드 부재(3299)는 배터리 셀에 연결되는 연결 요소(미도시)를 포함한다. 연결 요소는 배터리 셀에서 커버 플레이트를 향해 연장된다. 더욱이, 내부 가이드 부재는 전류 차단 장치를 수용하고 실장하기 위한 지지 홈과, 지지 홈으로부터 반대 방향을 향해 연장되는 연결 플레이트들을 더 포함한다. 연결 플레이트들은 각기 커버 플레이트와 절연 연결되며, 따라서 커버 플레이트가 대전되는 것을 방지한다. 구체적으로, 연결 플레이트들과 연결 홈은 판상 구조를 형성할 수 있다. 즉, 연결 홈은 두 개의 측벽과 하나의 하부벽을 포함한다. 두 개의 측벽은 각각 연결 플레이트에 연결된다. 더욱이, 전류 차단 장치가 케이스 내의 공기와 연통하도록 하기 위해, 연결 홈의 하부벽은 케이스 내의 가스와 연통하는 공기 통과 홀이 제공되도록 설계될 수 있다.
본 실시예에서, 커버 플레이트가 대전되는 것을 방지하기 위해, 내부 가이드 부재(3299)는 세라믹 부재(3296)를 사용하여 커버 플레이트(3102)의 내부에 절연 연결된다. 구체적으로, 세라믹 부재(3296)는 세라믹 시트로 형성될 수 있고, 연결 요소(3294)를 사용하여 내부 가이드 부재(3299)와 커버 플레이트에 용접 연결된다. 즉, 두 개의 연결 요소(3294)가 있다. 연결 요소는 알루미늄 시트일 수 있고, 각기 세라믹 부재(3296)의 상면과 하면에 위치할 수 있다. 세라믹 부재(3296)는 세라믹 부재(3296)의 상면에 위치하는 연결 요소(3294)를 사용하여 커버 플레이트(3102)에 용접 연결된다. 또한, 세라믹 부재(3296)는 세라믹 부재(3296)의 하면에 위치하는 연결 요소(3294)를 사용하여 내부 가이드 부재(3299)에 용접 연결된다. 이렇게 하여, 세라믹 부재(3296)와 커버 플레이트(3102) 사이 및 세라믹 부재(3296)와 내부 가이드 부재(3299) 사이의 용접 연결은 보다 쉽게 시행되고, 용접 구조는 안정적이다. 세라믹 부재(3296)는 세라믹 브레이징을 통해 세라믹 부재(3296)의 상면과 하면에 위치하는 연결 요소(3294)에 연결될 수 있다. 세라믹 부재(3296)의 상면에 위치하는 연결 요소(3294)는 레이저 용접을 통해 커버 플레이트(3102)에 연결될 수 있다. 세라믹 부재(3296)의 하면에 위치하는 연결 요소(3294)는 레이저 용접을 통해 내부 가이드 부재(3299)에 연결될 수 있다.
본 실시예에서, 전류 차단 장치(3200)는 전도 부재(3201) 및 상호간의 전기적 연결을 위해 전도 부재(3201)에 연결되는 플리핑 부재(3202)를 갖는다. 또한, 플리핑 부재(3202)와 전도 부재(3201)는 공기압의 작용 하에서 상호간 전기적으로 끊어질 수 있다. 전도 부재(3201)는 내부 가이드 부재(3299)에 연결되고, 케이스 내의 가스와 연통하는 공기-가이드 홀(3213)이 제공된다. 특히, 전도 부재(3201)는 내부 가이드 부재의 지지 홈에 끼워져 연결된다. 이렇게 하여, 지지 홈에 형성된 공기 통과 홀은 공기-가이드 홀(3213)과 연통할 수 있고, 플리핑 부재(3202)는 케이스 내의 가스에 의해 가해지는 압력을 감지할 수 있으며, 내부 공기압의 작용 하에서 플리핑 부재(3202)와 전도 부재(3201) 사이의 전기적 연결을 끊을 수 있다. 플리핑 부재(3202)의 외측 주변과 어댑터부(3298)의 외측 주변은 상호 연결되어 전류 연결 통로를 설립한다.
본 실시예에서, 전기적 연결을 끊는 방식으로, 전도 부재(3201)에는 노치가 제공되며, 노치는 플리핑 부재(3202)를 연결하기 위한 연결점 둘레에 배치된다. 이렇게 하여, 내부 공기압의 작용 하에서, 노치는 뜯겨지고, 따라서 전도 부재와 플리핑 부재 사이의 전기적 연결은 끊어진다. 다른 실시예에서, 노치는 플리핑 부재에 형성되거나, 둘 사이의 연결점을 뜯는 방식이 사용될 수 있다. 플리핑 부재(3202)에 공기압을 가하기 위해, 플리핑 부재(3202)의 외측 주변은 절연 부재(3295)를 사용하여 전도 부재(3201) 및/또는 내부 가이드 부재(3299)에 지지 연결되며, 그렇게 함으로써 절연 부재(3295)를 사용하여 플리핑 부재(3202)의 조립을 시행한다. 이는 플리핑 부재의 외측 주변이 내부 가이드 부재(3299) 및 전도 부재와 절연되는 것을 보장하고, 따라서 공기압의 작용 하에 플리핑 부재가 전도 부재로부터 전기적으로 끊어진 이후에도 플리핑 부재가 외측 주변에서 전도 부재 또는 내부 가이드 부재와 계속해서 전기적으로 연결된 상태에 있는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 절연 부재는 세라믹 링 또는 밀봉 링과 같은 고리 모양 절연 부재일 수 있다. 절연 부재를 위한 세 가지 연결 방식이 있다. 첫 번째 방식에서, 절연 부재가 전도 부재(3201)를 단단히 지지하고, 특히, 전도 부재(3201)에서 뜯겨지는 지역을 둘러싸는 지역을 지지한다. 두 번째 방식에서, 절연 부재가 내부 가이드 부재(3299)를 지지하고, 특히, 전도 부재(3201)를 둘러싸는 내부 가이드 부재(3299)의 지역을 지지한다. 세 번째 방식에서, 절연 부재는 내부 가이드 부재(3299)와 전도 부재(3201)를 지지한다. 즉, 도 23에서와 같이, 절연 부재는 내부 가이드 부재(3299)와 전도 부재(3201)를 연결하는 지역을 지지한다.
전도 부재와 플리핑 부재 사이의 안정적인 전류 전송을 보장하기 위해, 특히, 고전류 파워 배터리에 적용하기 위해, 도 1 내지 도 12에 따른 실시예와 유사하게, 만일 전도 부재에 노치(3205)가 제공되면, 도 23에서와 같이, 플리핑 부재(3202)와 전도 부재(3201)는 노치(3205)에 의해 둘러싸인 보스 용접 구조를 사용하여 상호 연결된다. 보스 용접 구조는 보스(3203), 보스(3203)를 수용하는 연결 홀(3204), 그리고 보스(3203)와 연결홀(3204) 사이에 위치하는 환형 용접점(3217)을 포함하고, 따라서 고전류의 효과적인 통과를 보장한다. 구체적으로, 도 23에서와 같이, 도 6에 도시된 것과 다르게, 보스(3203)는 플리핑 부재(3202)에 형성되고 연결홀(3204)은 전도 부재(3201)에 형성된다. 또한, 도 6에서와 동일한 케이스가 사용될 수 있다. 즉, 보스는 전도 부재(3201)에 형성되고, 연결홀(3204)은 플리핑 부재에 형성된다.
더욱이, 도 22에서와 같이, 전도 부재(3201)는 캡-형상 구조로 형성될 수 있다. 캡-형상 구조는 플리핑 부재에 연결되는 캡 몸체(cap body) 및 캡 몸체를 둘러싸는 캡 챙(cap brim)을 포함한다. 캡 챙은 공기-가이드 홀이 제공되고 내부 가이드 부재에 연결된다. 캡 몸체는 플리핑 부재를 향해 돌출된다. 플리핑 부재는 시트-형상 구조로 형성되고, 절연 부재(3295)는 시트-형상 구조의 외측 주변과 캡 챙 사이에 연결된다. 따라서, 본 발명에 제공된 전류 차단 장치의 구조는 컴팩트하고, 조립은 안정적이다.
본 실시예에서, 외부와의 전류 루프를 수립하기 위해, 바람직하게, 전극 터미널(3101)은 커버 플레이트를 관통하는 배터리 포스트(3104)를 포함한다. 배터리 포스트는 세라믹 링(3293)을 사용하여 커버 플레이트와 절연 연결되며, 따라서 커버 플레이트가 대전되는 것을 방지한다. 더욱이, 어댑터부(3298)는 배터리 포스트의 내측 끝에 연결되고 커버 플레이트를 관통하여 외부로 돌출하는 부분을 사용하여 외부와 전류 루프를 수립한다. 구체적으로, 세라믹 링(3293)은 커버 플레이트의 외부면에 단단히 연결되고 배터리 포스트(3104)에 단단히 연결되어, 커버 플레이트 내부의 밀봉 효과를 보장한다. 공기홀(3292)은 축방향을 따라서 배터리 포스트를 관통하여 형성된다. 이렇게 하여, 압력 하에서의 단선 과정에서, 전류 차단 장치(3200)는 커버 플레이트에서 밀폐 공간(closed cavity)의 공기압에 의해 영향을 받지 않는다. 그러나, 외부 대기와의 압력 차이를 가질 수 있으며, 따라서 플리핑 부재(3202)는 내부 압력과 외부 압력 사이의 압력차의 작용 하에서 노치(3205)를 뜯을 수 있는 움직임을 보일 수 있다.
도 22 및 도 23에 따른 실시예에 제공된 단일 셀을 위에서 설명하였다. 이하에서는 도 24를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 실시예는 단일 셀(4100) 및 단일 셀을 사용하는 배터리 모듈을 제공한다. 단일 셀(4100)은 케이스, 케이스 내에 수용되는 배터리 셀, 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 전극 터미널(4101), 그리고 케이스를 밀봉하는 커버 플레이트(4102)를 포함한다. 전극 터미널(4101)은 커버 플레이트(4102)에 배치된다. 전극 터미널은 커버 플레이트(4102)를 관통하고 내부 가이드 부재(4196)를 사용하여 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 배터리 포스트(4104)를 포함한다. 단일 셀은 배터리 포스트(4104)에 실장되는 전류 차단 장치(4200)를 더 포함한다. 전류 차단 장치(4200)는 커버 플레이트(4102)에 상대적으로 고정되고 케이스 내의 가스와 연통하는 플리핑 부재(4202)를 갖는다. 또한, 플리핑 부재(4202)는 연결점을 사용하여 배터리 포스트(4104)의 외측 끝 면에 연결된다. 연결점은 공기압의 작용 하에서 분리될 수 있다. 이렇게 하여, 전류 차단 장치의 작동 원리는 공기압을 사용하여 플리핑 부재(4202)를 연결점에서 배터리 포스트(4104)로부터 직접적으로 분리하는 것이고, 따라서 플리핑 부재(4202)와 배터리 포스트(4104) 사이의 전기적 연결을 끊을 수 있다.
민감도를 개선하기 위해, 바람직하게, 플리핑 부재(4202)는 단일 용접점(4199)를 사용하여 배터리 포스트에 연결된다. 예를 들어, 스폿 용접을 통해서 생성된 용접점(4199)이 사용된다. 또한, 레이저 용접과 같은 다른 용접 방법이 사용될 수 있다. 따라서, 용접점의 용입과 용접폭은 인장압력(tensile pressure)을 조절할 수 있도록 적절하게 설정된다.
도 1 내지 도 12에 따른 실시예와 유사하게, 배터리 포스트(4104)는 케이스 내부와 연통하는 공기-가이드 홀(4103)이 제공되어, 내부 공기압은 용이하게 전류 차단 장치로 안내될 수 있다. 더욱이, 전류 차단 장치의 신뢰성을 개선하기 위해, 바람직하게, 플리핑 부재(4202)는 노치(4205)가 제공된다. 노치(4205)는 연결점 둘레에 배치된다. 이렇게 하여, 전류를 차단하기 위해 연결점을 떨어트리는 것에 더하여 노치(4205)를 떨어트리는 것이 사용될 수 있다. 연결점을 뜯기위한 공기압은 노치를 뜯기 위한 공기압과 상이하다. 구체적으로, 연결점은 케이스 내부의 제1 공기압의 작용 하에서 뜯겨질 수 있고, 노치(4205)는 제2 공기압의 작용 하에서 뜯겨질 수 있다. 제2 공기압은 제1 공기압보다 더 크다. 이렇게 하여, 배터리 안전을 보장하기 위해 노치(4205)는 연결점의 백업 수단으로 사용될 수 있다. 더욱 바람직하게, 플리핑 부재(4202)는 커버링 캡(4210)으로 커버된다. 커버링 캡(4210)은 공기홀(4197)이 제공된다. 이렇게 하여, 노치(4205)가 뜯겨진 이후에, 케이스 내의 가스는 플리핑 부재를 통과하여 공기홀(4197)로부터 배출되며, 배터리 내부의 압력 릴리프를 실행하고, 배터리 내부의 폭발을 방지한다. 이러한 원리는 도 18에 따른 실시예의 폭발 릴리프 밸브의 원리와 유사하다.
제1 세라믹 링(4207)은 배터리 포스트(4104)와 커버 플레이트(4102) 사이에 연결되고, 배터리 포스트는 세라믹 구조를 사용하여 안정적으로 실장될 수 있고 커버 플레이트(4102)는 대전되는 것이 방지된다. 더욱이, 제2 세라믹 링(4198)은 배터리 포스트(4104)와 플리핑 부재의 외측 주변 사이에 단단히 연결되어, 플리핑 부재의 외측 주변은 세라믹 구조를 사용하여 밀봉될 수 있고, 내부 가스가 효과적으로 플리핑 부재에 압력을 가하는 것과 배터리 포스트가 플리핑 부재의 외측 주변과 절연되는 것을 보장하고, 연결점 혹은 노치가 뜯겨진 이후에도 플리핑 부재가 계속해서 전도성 상태에 있는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 일 실시예에서, 배터리 포스트(4104)는 연결점을 둘러싸는 환형 보스(4297)를 갖는다. 제1 세라믹 링(4207)은 환형 보스(4297)의 뒤쪽 만곡부에 단단히 수용된다. 제1 세라믹 링(4207)은 커버 플레이트(4102)에 단단히 연결된다. 환형 보스(4297)의 방사상 외부는 제2 세라믹 링(4198)을 단단히 지지한다. 제2 세라믹 링(4198)은 플리핑 부재(4202)의 외측 주변을 단단히 지지한다. 이렇게 하여, 전류 차단 장치의 전체적인 구조는 보다 컴팩트하고, 조립은 안정적이다. 조립 편의를 위해, 제1 세라믹 링(4207)은 트랜지션 링(4209)을 사용하여 커버 플레이트(4102)에 단단히 연결된다. 구체적으로, 단단한 연결을 위해 트랜지션 링과 제1 세라믹 링(4207)에 세라믹 브레이징이 수행될 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7, 도 20, 및 도 21을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 실시예는 단일 셀과 배터리 모듈을 제공한다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 특징들의 효과는 구체적으로 설명하지 않는다.
본 실시예는 단일 셀을 제공한다. 단일 셀(100)은 케이스(109), 케이스(109) 내에 수용되는 배터리 셀(108), 배터리 셀(108)에 전기적으로 연결되는 전극 터미널(101), 그리고 케이스를 밀봉하는 커버 플레이트(102)를 포함한다. 전극 터미널(101)은 커버 플레이트(102)에 배치된다. 전극 터미널은 커버 플레이트(102)를 관통하여 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 배터리 포스트(104''')를 포함한다. 단일 셀은 배터리 포스트(104''')에 실장되는 전류 차단 장치(200)를 더 포함한다. 전류 차단 장치(200)는 케이스 내의 가스와 연통한다. 전류 차단 장치(200)는 전도 부재(201) 및 상호간의 전기적 연결을 위해 전도 부재(201)에 연결되는 플리핑 부재(202)를 갖는다. 또한, 플리핑 부재(202)와 전도 부재(201)는 공기압의 작용 하에서 상호 전기적으로 끊어질 수 있다. 전도 부재(201)는 상호간의 전기적 연결을 위해 배터리 포스트(104''')에 연결된다. 플리핑 부재(202)와 전도 부재(201)는 보스 용접 구조를 사용해 서로 연결된다. 보스 용접 구조는 보스(203), 보스(203)를 수용하는 연결홀(204), 그리고 보스(203)와 연결홀(204) 사이에 위치하는 환형 용접점(217)을 포함한다. 플리핑 부재(202)는 제1 시트-형상 구조로 형성된다. 제1 시트-형상 구조는 연결홀(204)이 제공된다. 전도 부재(201)는 제2 시트-형상 구조로 형성된다. 제2 시트-형상 구조는 보스(203)가 제공된다. 전도 부재(201)는 노치(205)가 제공된다. 노치(205)는 보스(203) 둘레에 배치된다. 전도 부재(201)는 배터리 포스트(104''')의 외측 끝 면에 연결된다. 플리핑 부재(202)의 외측 주변은 커버 플레이트(102)에 상대적으로 고정된다. 배터리 포스트(104''')는 커버 플레이트(102)에 고정적으로 연결되고, 배터리 포스트(104''')는 케이스의 내부와 전류 차단 장치(200)를 연통하는 공기-가이드 덕트가 제공된다. 배터리 포스트(104''')는 세라믹 링(207'')에 실장되어 커버 플레이트(102)에 단단히 연결된다. 세라믹 링(207'')의 외측 끝 면은 전도 링(216')에 단단히 연결된다. 플리핑 부재(202)의 외측 주변은 전도 링(216')에 단단히 연결된다. 배터리 포스트(104''')와 전도 링(216')은 세라믹 링(207'')을 사용하여 절연된다. 이렇게 하여, 전류는 안정적으로 전송되거나 차단될 수 있다.
본 실시예에서, 배터리 포스트(104''')의 외측 끝 면은 수용홀(218')이 제공되고, 전도 부재(201)의 외측 주변은 수용홀의 내벽에 고정된다.
본 실시예에서, 노치(205)는 타원형이고, 보스(203)는 원형이고, 노치(205)의 센터와 보스(203)의 센터는 타원의 장축 방향을 따라서 어긋나며, 타원의 장축과 전극 터미널의 축선은 비스듬히 배치된다.
본 실시예에서, 추가로, 배터리 포스트(104''')의 외측 끝 주변은 방사상 보스(105'')를 갖는다. 세라믹 링(207'')의 내측 주변은 방사상 서포트(208'')을 가져 방사상 보스(105'')를 지지하고 연결된다. 다수의 방사상 보스(105'')가 원주 방향을 따라서 일정 간격으로 배치된다. 다수의 방사상 서포트(208'')가 원주 방향을 따라서 일정 간격으로 배치된다. 다수의 방사상 보스는 다수의 방사상 서포트와 일대일 대응한다.
본 실시예에서, 세라믹 링(207'')의 외측 끝 면은 계단형 구조로 형성되어 내측 링과 외측 링을 갖는다. 배터리 포스트(104''')는 내측 링에 끼워져 연결된다. 외측 링은 전도 링(216')에 단단히 연결되어 배터리 포스트(104''')와 절연된다. 플리핑 부재(202)의 외측 주변은 전도 링(216')에 고정적으로 연결된다. 세라믹 링(207'')의 내측 끝 면은 트랜지션 링(209')에 단단히 연결된다. 트랜지션 링(209')은 커버 플레이트(102)에 단단히 연결되어 세라믹 링(207'')과 커버 플레이트(102)는 간격을 두고 배치된다.
본 실시예에서, 세라믹 링(207'')은 세라믹 브레이징을 통해 전도 링(216'), 배터리 포스트(104'''), 그리고 트랜지션 링(209')에 단단히 연결된다.
본 실시예에서, 트랜지션 링(209')은 Z-형상의 구조를 형성하는 내측 링과 외측 링을 갖는다. 커버 플레이트는 배터리 포스트(104)가 통과하는 관통홀이 제공된다. 관통홀의 끝 면은 계단형 구조를 갖는다. 트랜지션 링의 내측 링은 계단형 구조에 끼워져 지지한다.
본 실시예에서, 전도 링(216')의 외측 끝 면은 L-형상 라베트가 제공된다. 플리핑 부재(202)의 외측 주변은 L-형상 라베트에 끼워져 지지한다. 외측 주변은 플리핑 부재(202)를 커버하는 커버링 캡(210)을 사용하여 L-형상 라베트에 단단히 연결된다.
단일 셀의 조립을 시행하기 위해, 도 20 및 도 21에서와 같이, 하부 스페이서 링(107)은 배터리 셀(108)에 연결되고, 상부 스페이서 링(106)은 커버 플레이트(102) 아래에 연결된다. 상부 및 하부 스페이서 링은 절연물로 이루어질 수 있다. 단일 셀(100)은 배터리 셀에 연결되는 내부 연결 시트(110)를 더 포함한다. 내부 연결 시트(110)는 상부 스페이서 링(107)과 하부 스페이서 링(106) 사이에서 연장된다. 배터리 포스트(104''')의 하부면은 계단부가 제공된다. 계단부는 커버 플레이트(102)와 상부 스페이서 링(106)을 관통하여 내부 연결 시트(110)의 단부에 고정된다. 이렇게 하여, 전류는 배터리 셀(108)에서 배터리 포스트(104''')로 전송되고, 커버 플레이트(102)는 케이스(109)와 절연되어 대전되는 것이 방지된다.
본 실시예에 제공된 배터리 모듈에 따르면, 배터리 모듈은 다수의 단일 셀을 포함한다. 다수의 단일 셀 중 적어도 하나는 위에서 설명한 단일 셀이다. 전류 차단 장치(200)는 방사상 방향을 따라 커버 플레이트(102)의 바깥으로 연장된다. 인접한 단일 셀(100) 사이에서, 전류 차단 장치(200)와 인접한 전극 터미널은 커버 플레이트의 확장 방향으로 어긋나있다. 더욱이, 도 1에서와 같이, 인접한 단일 셀(100) 사이에서, 전류 차단 장치(200)는 L-형상 연결 부재(214)를 사용하여 인접한 전극 터미널에 연결된다. L-형상 연결 부재(214)는 커버부(211)와 가이드부(212)를 갖는다. 커버부(211)는 전류 차단 장치(200)를 커버하고 연결된다. 가이드부(212)는 인접한 전극 터미널로 연장된다.
또한, 본 실시예는 파워 배터리를 더 제공한다. 파워 배터리는 봉입체 및 봉입체 내에 수용되는 배터리 모듈을 포함한다. 배터리 모듈은 위에서 설명한 배터리 모듈이다. 인화성 가스를 검출하기 위한 가스 검출 장치는 봉입체 내에 배치된다. 가스 검출 장치는 전류 차단 장치에 가까이 배치되어, 충방전 보호 시스템을 위한 인화성 가스 신호를 제공한다. 더욱이, 비용과 효과를 고려하여, 배터리 모듈은 하나의 전류 차단 장치를 가질 필요가 있다.
전류 차단 장치 혹은 폭발 릴리프 밸브를 갖는 단일 셀은 위에서 설명하였다. 전류 차단 장치 혹은 폭발 릴리프 밸브 각각은 전류 차단 장치 혹은 폭발 릴리프 밸브의 기계적 구조를 사용하여 안전 조치를 시행한다. 이하에서는 전자 제어를 통해 안전성을 개선하도록 충방전 보호 시스템을 포함하는 파워 배터리를 구체적으로 설명한다.
도 19에서와 같이, 본 발명은 파워 배터리를 제공한다. 파워 배터리는 전류 차단 장치 혹은 폭발 릴리프 밸브를 포함하는 파워 배터리이거나, 또 다른 타입의 파워 배터리일 수 있다. 파워 배터리는 봉입체 및 봉입체 내에 수용되는 다수의 단일 셀(100)을 포함한다. 예를 들어, 다수의 단일 셀(100)은 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리 모듈을 형성한다. 파워 배터리 내의 인화성 가스를 검출하기 위한 가스 검출 장치(300)는, 예를 들어, 가스 센서, 봉입체 내에 배치되어, 파워 배터리의 충방전 회로를 스위치 오프(switch off)할 것인지 여부를 표시하기 위한 신호를 제공한다.
파워 배터리 내부에 위치하는 가스 검출 장치(300)를 포함하는 것에 더하여, 파워 배터리 내에 포함되는 충방전 보호 시스템은 제어 장치(400) 및 회로 스위치 온/오프 장치(circuit switching on/off device)를 포함한다.
가스 검출 장치(300)는 인화성 가스 신호를 제어 장치(400)로 피드백한다. 제어 장치(400)는 인화성 가스 신호에 따라 파워 배터리 컨트롤의 충방전 회로를 스위치 오프하도록 회로 스위치 온/오프 장치를 제어한다. 즉, 본 발명의 안전은 봉입체 내에 인화성 가스가 있는지를 검출하는 것을 통해 수행되는 자동 제어이다. 배터리의 과충전과 같은 위급한 상황에서, 인화성 가스는 배터리 내에 생성된다. 가스의 적어도 일부는 다양한 방식으로 봉입체 내부로 누설된다. 이 경우, 가스 검출 장치는, 예를 들어, 가스 센서, 인화성 가스를 검출할 수 있고, 이러한 정보를 제어 장치로 피드백한다. 제어 장치는 인화성 가스가 검출되었는지 여부 혹은 검출된 인화성 가스의 양, 파워 배터리의 충방전 회로를 차단할지 여부를 판단한다. 인화성 가스가 검출되거나, 또는 인화성 가스의 양이 설정 임계점을 초과하면, 회로 스위치 온/오프 장치는 파워 배터리의 충방전 회로를 차단하도록 제어되고, 파워 배터리의 안전을 보장한다.
잠재적 위험을 더 감소시키기 위해, 파워 배터리는 제어 장치(400)에 의해 제어되는 경보 장치(500)를 더 포함한다. 이렇게 하여, 관련자들은 음성, 섬광, 혹은 사이렌과 같은 경보 장치를 통해 현장을 떠나도록 지시를 받을 수 있고, 따라서 잠재적 위험을 감소시킬 수 있다.
도 19에서와 같이, 제어 장치(400)는 파워 배터리의 호스트 컴퓨터 주 제어 칩(401) 및 주 제어 칩과 신호 연결되는 제어 모듈(402)을 포함한다. 제어 모듈(402)은 회로 스위치 온/오프 장치와 신호 연결된다. 회로 스위치 온/오프 장치는 충방전 회로에 위치하는 계전기(403)일 수 있고, 충방전 회로를 스위치 오프하도록 제어 모듈(402)에 의해 제어될 수 있다. 더욱이, 경보 장치(500)는 호스트 컴퓨터 주 제어 칩(401)과 신호 연결되어, 경보 지시로부터 경보를 수신할 수 있다.
특정 작업 공정에서, 디지털-아날로그 변환, 샘플 스토리지(sampled storage), 그리고 다른 공정은 가스 센서의 획득된 신호 상에서 수행될 수 있다. 더욱이, 시스템에서 장애 검출이 더 수행될 수 있다. 시스템에 장애가 발생하지 않으면, 인화성 가스의 누설이 발생하였는지 여부를 판단하도록 가스 농축 공정이 획득된 신호에 더 수행될 수 있다. 인화성 가스의 누설 농도가 임계점을 초과하면, 호스트 컴퓨터 주 제어 칩(401)은 전류를 차단하고 경보를 발생시킨다.
가스 검출 장치는 단일 셀 외부에 배치된다. 인화성 가스는 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브를 사용하여 외부로 배출될 수 있다. 또한, 알려진 많은 기존의 폭발 릴리프 밸브가 가스를 외부로 배출하는데 사용될 수 있다. 즉, 배터리 모듈에서, 적어도 하나의 단일 셀은 단일 셀 내의 가스압의 작용 하에서 충방전 회로를 차단하기 위해 전류 차단 장치, 즉 상술한 전류 차단 장치가 제공된다. 또한, 전류 차단 장치는 케이스 내의 가스가 전류 차단 상태에서 외부로 배출될 수 있도록 한다. 이렇게 하여, 봉입체 내의 가스 검출 장치는 외부로 배출된 인화성 가스를 검출할 수 있다. 이 경우, 이는 배터리 과충전이라는 응급 상황이 발생하였음을 나타낸다. 또한, 시스템의 민감도를 향상시키기 위해, 바람직하게, 가스 검출 장치는 전류 차단 장치에 인접하여 배치되고, 인화성 가스가 방출된 이후에 가스 검출 장치가 해당 신호를 시기 적절하게 검출하여 제어 장치로 신호를 피드백할 수 있다. 더욱이, 전류 차단 장치에 더하여, 적어도 하나의 단일 셀은 단일 셀 내의 가스압의 작용 하에서 가스를 배출할 수 있는 폭발 릴리프 밸브, 예를 들어, 도 18의 실시예에 따른 폭발 릴리프 밸브가 제공될 수 있다. 이 경우, 가스 검출 장치는 폭발 릴리프 밸브에 인접하여 배치될 수 있다.
가스를 외부로 배출하기 위해, 상술한 각 전류 차단 장치는 커버 부재가 제공된다. 커버 부재는 외부와 연통하는 공기홀이 제공된다. 이렇게 하여, 케이스 내의 가스는 플리핑 부재와 전도 부재가 서로 전기적으로 끊어진 이후에 플리핑 부재를 사용하여 외부로 배출될 수 있다. 특히, 이 경우, 플리핑 부재는 케이스 내의 공기압에 의해 뜯겨질 수 있는 노치가 제공될 수 있다. 도 13 내지 도 17에 따른 실시예에서, 플리핑 부재의 노치의 압축강도는 전도 부재의 몸체부의 노치의 압축강도보다 클 수 있다. 도 18에 따른 실시예에서, 플리핑 부재의 노치의 압축강도는 두 전극 가이드 부재의 노치의 압축강도보다 클 수 있다. 이렇게 하여, 전류가 차단된 이후에 가스를 배출하는 프로세스가 시행된다. 또한, 만일 도 1 내지 도 12의 실시예에 따른 전류 차단 장치가 사용되면, 플리핑 부재는 상술한 노치가 제공된다.
더욱이, 커버 부재의 공기홀은 전류 차단 장치가 대기와 압력차를 갖도록 하여, 플리핑 부재의 작동이 시행되도록 한다. 여기서 커버 부재는 도 1 내지 도 12에 따른 실시예의 커버링 캡(210)일 수 있고, 도 13 내지 도 17에 따른 실시예의 연결 부재(1210)일 수 있고, 도 18에 따른 실시예의 보호 필름(2099) 등일 수 있다. 이렇게 하여, 해당 노치가 뜯겨진 이후에, 예를 들어, 도 1 내지 도 12에 따른 실시예의 공기홀(213)을 사용하여 가스는 외부로 배출될 수 있고, 가스 검출 장치는 시기 적절하게 팩으로 누설되는 인화성 가스를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예들을 도면을 참조하여 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술 사상 및 원리의 범위 내에서의 다양한 간단한 개조가 이루질 수 있다. 이러한 간단한 개조들은 모두 본 발명의 보호 범위에 속함은 인정되어야 할 것이다.
더욱이, 상술한 실시예에서 기술된 각각의 특정한 기술 구성은 반박이 없다면 어떤 적절한 방법을 통하여 결합할 수 있으며, 불필요한 반복을 피하기 위해 다양한 가능한 결합 방법들이 본 발명에 있어서 기술되지 않았음을 알아야 할 것이다.
또한, 본 발명의 각각의 다른 실시예는 또한 본 개시의 사상 및 원리에 벗어남이 없이 서로 결합될 수 있으며, 이는 또한 본 발명의 내용으로 여겨져야 할 것이다.
마지막으로, 상술한 본 발명의 기술 사상을 소개하기 위한 조사 및 개발 백그라운드가 설명된다.
환경오염이 갈수록 악화됨에 따라, 신 에너지 자동차의 개발은 새로운 국가 전략 계획이 되고 있다. 현재, 전 전기 자동차(all-electric vehicles)와 플러그-인 하이브리드 자동차는 자동차 시장을 지배한다. 전기 자동차 분야에서, 연비 내구성(endurance mileage)은 전기 자동차의 개발을 제한하는 주요 요소이며, 연비 내구성은 배터리 셀의 에너지 밀도에 의존한다. 현재, 시장에는 배터리 셀을 위해 주로 두 개의 물질이 있다: 삼상물질(ternary material)과 리튬 이온 포스페이트(Lithium iron phosphate). 비록 고에너지 밀도를 가지지만 삼상물질은 안전성능이 약하다. 특히, 과충전은 화재 또는 폭발을 일으킨다. 이는 안전성능에 대한 엄격한 요구를 가지는 자동차 산업의 큰 도전이다.
배터리 용량이 커질수록 연비 내구성이 향상되며, 삼상물질의 안전성능의 향상을 위한 일부 솔루션은 삼상물질의 안전을 보장하는데 사용되어야 한다. 그러나, 삼상물질의 성능을 더 향상시키는 것이 어렵기 때문에, 구조와 관련한 솔루션이 고려되어야 한다.
종래 기술에서 설명한 바와 같이, 기존 배터리 팩의 디자인에서, BMS는 주로 전압과 전류 온도 관리 및 모듈 내의 배터리 셀에 대한 제어를 수행하는데 사용된다. 그러나, 실제 사용 프로세스에서, 배터리 셀의 일관성과 관리 소프트웨어의 신뢰도에 대한 부수적 위험이 여전히 존재한다. 특히, 모바일 장치에 대한 사용자의 사용 습관을 참조하면, 사용자는 대체로 자동차 몸체를 플러그에 꽂아 항상 전기 자동차를 충전한다. BMS 소프트웨어가 충전을 제어하는데 사용되기 때문에, 배터리는 오랫동안 충전된다. 그러나, 만일 소프트웨어 검출 오류 또는 다른 예외가 발생하면, 배터리 셀의 과충전 위험이 봉입체 내에서 발생한다. 따라서, 본 발명의 발명자는 소프트웨어 오류 이후에 배터리 안전 위험이 발생하는 것을 방지하도록 배터리를 위해 기계적 보호를 제공하기 위한 디자인을 구상한다.
기계적 방호방책을 위해, 본 발명의 발명자는 과충전과 같은 긴급상태에서 배터리의 전류 차단 타이밍의 법칙이 있음을 창조적으로 발견한다. 구체적으로, 과충전과 같은 긴급상태에서 내부 공기압이 증가하는 원리에 따라 전극 터미널 상의 전류를 차단할 수 있는 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브가 설계될 수 있다. 이렇게 하여, 전극 터미널을 통한 전류의 입출력이 제어될 수 있고, 안전성을 보장할 수 있다.
더욱이, 자동차에 사용되는 파워 배터리의 용량은 대체로 3C 배터리 용량의 10배 남짓이며, 통과 전류는 소형급 배터리의 수십배 또는 수백배이다. 따라서, 시트는 매우 높은 통과 전류를 견뎌낼 필요가 있다. 또한, 사용 환경 때문에 파워 배터리의 내후성과 누설 방지에 대한 요구가 엄격하다. 이러한 문제점들은 제어되고 본 발명의 기술적 솔루션이 형성된다. 또한, 테스트를 통해 확인했듯이, 본 발명의 전류 차단 장치 또는 폭발 릴리프 밸브는 시기 적절하게 전류를 차단할 수 있고, 따라서 안전성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
100, 1100, 2100, 3100, 4100: 단일 셀
101, 1101, 2101, 3101, 4101: 전극 터미널
102, 1102, 2102, 3102, 4102: 커버 플레이트
200, 1200, 3200, 4200: 전류 차단 장치
201: 전도 부재
202: 플리핑 부재
2200: 폭발 릴리프 밸브

Claims (13)

  1. 단일 셀에 있어서,
    상기 단일 셀(4100)은 케이스, 상기 케이스 내에 수용되는 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 전극 터미널(4101), 및 상기 케이스를 밀봉하는 커버 플레이트(4102)를 포함하고, 상기 전극 터미널(4101)은 상기 커버 플레이트(4102)에 배치되며,
    상기 전극 터미널은 상기 커버 플레이트(4102)를 관통하여 내부 가이드 부재(4196)를 통해 상기 배터리 셀에 전기적으로 연결되는 배터리 포스트(4104)를 포함하고, 상기 단일 셀은 상기 배터리 포스트(4104)에 실장되는 전류 차단 장치(4200)를 더 포함하며, 상기 전류 차단 장치(4200)는 상기 케이스 내의 가스와 연통하는 플리핑 부재(4202)를 가지며, 상기 플리핑 부재(4202)는 연결점을 사용하여 상기 배터리 포스트(4104)의 외측 끝 면에 연결되고, 상기 연결점은 공기압의 작용 하에서 끊어지는 단일 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플리핑 부재(4202)는 단일 용접점(4199)을 사용해 상기 배터리 포스트에 연결되는 단일 셀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배터리 포스트(4104)는 상기 케이스 내부와 연통하는 공기-가이드 홀(4103)이 제공되는 단일 셀.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플리핑 부재(4202)는 노치(4205)가 제공되고, 상기 노치(4205)는 상기 연결점 둘레에 배치되는 단일 셀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결점은 상기 케이스 내의 제1 공기압의 작용 하에서 끊어질 수 있고, 상기 노치(4205)는 제2 공기압의 작용 하에서 끊어질 수 있으며, 상기 제2 공기압은 상기 제1 공기압보다 더 큰 단일 셀.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 플리핑 부재(4202)는 커버링 캡(4210)에 의해 커버되고, 상기 커버링 캡(4210)은 공기홀(4197)이 제공되는 단일 셀.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 포스트(4104)와 상기 커버 플레이트(4102) 사이에 제1 세라믹 링(4207)이 연결되는 단일 셀.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 포스트(4104)와 상기 플리핑 부재의 외측 주변 사이에 제2 세라믹 링(4198)이 단단히 연결되는 단일 셀.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 포스트(4104)는 상기 연결점을 둘러싸는 환형 보스(4297)를 가지며, 상기 제1 세라믹 링(4207)은 상기 환형 보스(4297)의 뒤쪽 만곡부에 단단히 수용되고, 상기 제1 세라믹 링(4207)은 상기 커버 플레이트(4102)에 단단히 연결되며, 상기 환형 보스(4297)의 방사상 외부는 상기 제2 세라믹 링(4198)을 단단히 지지하고, 상기 제2 세라믹 링(4198)은 상기 플리핑 부재(4202)의 외측 주변을 단단히 지지하는 단일 셀.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 세라믹 링(4207)은 트랜지션 링(4209)을 사용해 상기 커버 플레이트(4102)에 단단히 연결되는 단일 셀.
  11. 배터리 모듈에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 단일 셀을 포함하는 배터리 모듈.
  12. 파워 배터리에 있어서,
    상기 파워 배터리는 봉입체 및 상기 봉입체 내에 수용되는 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈은 제11항의 배터리 모듈인 파워 배터리.
  13. 전기 자동차에 있어서,
    상기 전기 자동차는 제12항의 파워 배터리를 가지는 전기 자동차.
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