KR20190097231A - 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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KR20190097231A
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아우구스토 이. 바턴
로버트 클린턴 레인
나단 칼릴 치디악
줄리안 크리스티안 칼
휴 버넷 로스
윌리암 비. 스톡턴
니콜라스 파울 마노브
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테슬라, 인크.
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Abstract

에너지 저장 시스템은 모듈 하우징과 상기 모듈 하우징 내에 위치하는 복수의 배터리 셀들을 갖는다. 각각의 배터리 셀들은 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는다. 게다가, 각각의 배터리 셀들은 양극 단자 및 음극 단자를 갖는다. 상기 에너지 저장 시스템은 제 1 상호 연결부 및 제 2 상호 연결부를 포함한다. 복수의 제 1 셀 커넥터들은 상기 배터리 셀들의 상기 양극 단자들을 상기 제 1 상호 연결부에 연결시킨다. 내부측과 외부측을 갖는 상판은 상기 제 1 상호 연결부 및 상기 제 2 상호 연결부 위에 위치한다. 상기 상판은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀의 위에 하나 또는 그 이상의 약한 영역들을 갖는다.

Description

에너지 저장 시스템
본 개재는 에너지 저장 시스템과 연관되어 있다. 더 상세하게는, 상기 본 개재는 상기 에너지 저장 시스템의 구조적 및 전기적 측면들과 연관된다.
에너지 저장 시스템들은 여러 환경에서 사용되었다. 예를들어, 전기 저장 시스템은 광발전을 통해 생성돤 에너지를 저장하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 본 개재의 상기 에너지 저장 시스템들은 함께 적층된 복수의 셀들의 "팩들(packs)"을 포함한다. 팩 내의 이러한 셀들 및 다른 부품들은, 상기 에너지를 저장하는 상기 충전 과정 동안 및 에너지를 소비할 때의 상기 방전 과정 동안 모두에서 작동시에 열을 발생시킨다. 상기 셀들이 고장나면, 고장난 셀들은 보통 고온 가스들을 방출한다. 이러한 가스들은 상기 팩 내의 다른 셀들의 상기 완전성에 영향을 줄 수 있으며 고장나지 않은 상기 가동되는 셀들에 상당한 피해를 줄 수 있다. 따라서, 위에서 언급된 상기 문제점들 중 하나 또는 그 이 상을 감소시키거나 제거할 수 있는 향상된 에너지 저장 시스템이 요구된다.
도 1a는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 배터리 셀의 사시도를 나타낸다.
도 1b는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 배터리 셀의 측면도를 나타낸다.
도 2는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 모듈 하우징 내에 위치하는 배터리 셀들의 배열의 사시도를 나타낸다
도 3은 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 배터리 셀들의 사이에 위치하는 틈새 물질을 갖는 배터리 셀들의 배열의 상면도를 나타낸다.
도 4는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 배터리 셀들의 주위에 위치하는 슬리브 관들을 갖는 배터리 셀들의 상기 배열의 상면도를 나타낸다.
도 5는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 냉각을 제공하기 위한 배터리 셀들의 사이의 냉각 튜브들을 나타낸다.
도 6은 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 상기 배터리 셀들 위에 위치하는 제 1 상호 연결부 및 제 2 상호 연결부를 나타낸다.
도 7은 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 상호 연결층을 나타낸다.
도 8은 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 상호 연결층의 일부에 대한 상세도이다.
도 9a는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 상기 에너지 저장 시스템의 육각형의 약한 영역들을 갖는 상판을 나타낸다.
도 9b는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 상기 에너지 저장 시스템의 원형의 약한 영역들을 갖는 상판을 나타낸다.
도 9c는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 상기 에너지 저장 시스템의 다각형의 약한 영역들을 갖는 상판을 나타낸다.
도 10은 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 상기 에너지 저장 시스템의 분해도이다.
도 11은 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 상기 에너지 저장 시스템의 측면도이다.
도 12는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 상기 에너지 저장 시스템의 조립 방법을 나타낸다.
도 13a는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템 내부의 냉각재들을 나타낸다.
도 13b는 상기 본 발명의 특정 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템 내부의 냉각 판들을 나타낸다.
상기 본 개재의 실시예들 및 장점들은 아래에 기재된 상세한 설명을 참조하는 것으로 가장 잘 이해될 수 있다. 같은 참조 번호들은 하나 또는 그 이상의 도면들에서, 같은 요소들을 표시하기 위해 사용되었으며, 도면들은 상기 본 개재의 실시예들을 설명하기 위한 것일 뿐 한정하기 위한 것이 아니다.
상기 본 개재는 에너지 저장 시스템과 연관되어있다. 더 정확히는, 상기 본 개재는 상기 에너지 저장 시스템의 구조적 측면과 연관되어있다.
상기 에너지 저장 시스템은 내부에 복수의 배터리 셀들을 갖는 모듈 하우징을 포함한다. 각각의 상기 배터리 셀들은 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는다. 또한, 각각의 상기 배터리 셀들은 양극 단자 및 음극 단자를 갖는다. 제 1 상호 연결부는 상기 복수의 배터리 셀들의 위에 위치한다. 제 2 상호 연결부는 상기 복수의 배터리 셀들의 위에 위치한다. 복수의 제 1 셀 커넥터들은 상기 배터리 셀들의 상기 양극 단자를 상기 제 1 상호 연결부에 연결한다. 이와 유사하게, 복수의 제 2 셀 커넥터들은 상기 배터리 셀들의 상기 음극 단자를 상기 제 2 상호 연결부에 연결한다. 내부측면과 외부측면을 갖는 상판은 상기 제 1 상호 연결부 및 상기 제 2 상호 연결부 위에 위치한다. 상기 상판은 상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀의 위에 하나 또는 그 이상의 약한 영역들을 갖는다. 상기 약한 영역들은 약한 보전성을 갖는 부분이며 따라서, 배터리 셀들이 가스를 방출하였을 때 기계적 고장이 생길 확률이 더 높은 부분이다. 이러한 부분들은 주변 영역들에 비해서 물리적으로 약한 부분일 수 있으며, 고장난 셀에 의해 압력이 증가하면 파열될 수 있다. 그 대신에, 상기 약한 영역들은 화학적으로 약하여 고장난 배터리 셀에 의해 배출된 부식성 가스들에 노출되었을 때 우선적으로 파열될 수 있다. 상기 약한 영역들은 물리적 및 화학적 약화의 조합에 의해서도 파열될 수 있다.
상기 본 발명의 특성들은 아래에서 첨부된 도면에 표시된 특정 예시들과 함께 특성 및 형태를 명시하기 위하여 상세히 설명되었다. 가능한 한, 같거나 상응하는 부분을 나타내는 때에는 도면들에 걸쳐서 동일 또는 유사한 참조 번호들이 사용될 것이다.
도 1은 도 1a에서 배터리 셀(100)의 사시도를 보여주고, 도 1b에서 측면도를 보여준다. 도 1a 및 도 1b를 복학적으로 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은 배터리 셀(100)에 저장된 물질의 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 종래의 어떠한 종류의 배터리 셀일 수도 있다. 상기 배터리 셀(100)은 제 1 단부(102) 및 제 2 단부(104)를 갖는다. 상기 배터리 셀(100)은 상기 제 1 단부(102) 방향으로 양극 단자(106) 및 음극 단자(108)를 갖는다. 상기 양극 단자(106)는 상기 양극 단자(106)와 접촉하고 상기 제 1 단부(102)를 상기 제 2 단부(104)로 부터 구분짓기 위해 우선적으로 상기 배터리 셀의 상기 제 1 단부에서 부터 돌출된다, 그러나 다양한 기하학적 구조를 갖는 양극 단자가 존재할 수도 있습니다. 상기 음극 단자(108)는 상기 제 2 단부에서 시작하여 상기 배터리 셀(100)의 상기 외부측면(110)으로 이어지며 제 1 단부(102)의 적어도 일부분을 감싼다. 상기 외부측면에서 상기 제 1 단부까지를 감싸는 상기 배터리 셀(100)의 상기 일부분은 상기 배터리 셀(100)의 "어깨부"로 지칭된다. 상기 음극 단자는 상기 어깨부에 형성되며, 그로써 상기 음극 단자로의 연결들은 상기 어깨부 상에서 생성될 수 있다. 다른 말로, 상기 음극 단자(108)는 상기 배터리 셀(100)의 어깨부 상에 존재한다. 상기 양극 단자(106) 및 상기 음극 단자(108)는 상호 접촉에 의해 합선이 되지 않도록, 절연 영역(112)이 상기 배터리 셀(100)의 상기 표면(110) 상에 제공될 수 있다. 상기 절연 영역(112)은 상기 양극 단자(106) 및 상기 음극 단자(108) 사이의 상기 표면(110)의 영역을 포함하는 어떠한 다른 방법들을 통해서도 제공될 수 있다. 대안 실시예들에서, 상기 양극 및 음극 단자들은 교환될 수 있다.
도 2는 모듈 하우징(200) 내에 위치하는 배터리 셀(100)들의 어레이를 나타낸다. 상기 모듈 하우징(200)은 표시된 것 처럼, 상기 배터리 셀(100)들을 똑바로 세울 수 있는 방법들을 가질 수 있는 박스 형태의 용기일 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 상기 모듈 하우징(200)은 베이스(202) 및 베이스(202) 상에서 지지되는 네 개의 측벽들(204)을 갖는다. 상기 측벽들(204)은 잠금 장치들, 접착제들 등의 어떠한 적절한 기계적 결합 수단을 통해 상기 베이스(202)에 붙여질 수 있다. 상기 모듈 하우징(200) 역시 일체형 상자 형태일 수도 있다. 상기 모듈 하우징(200)의 상기 베이스(202)는 상기 모듈 하우징(200) 내에 상기 배터리 셀들(100)을 정확히 위치시키기 위해 슬롯들 또는 기타 이와 같은 수단들(표시 되지 않음)을 포함할 수 있다. 상기 모듈러 하우징은 능동 냉각기 또는 전기 소자를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)의 상기 제 1 단부(102)는 도 10에 나타난 것 처럼 상판(900)을 향하고 또한 상기 배터리 셀들(100)의 상기 제 2 단부들(104)은 상판(900)에 반대로 또한 상기 베이스(202)를 향하도록, 상기 배터리 셀들(100)은 우선적으로 상기 모듈 하우징(200) 내에서 같은 방향으로 위치한다. 상기 베이스는 냉각 판을 포함하거나 또는 단순히 비-냉각 판일 수 있다. 상기 베이스는 상기 배터리 셀들(100) 사이, 상기 베이스 또는 상기 모듈 하우징의 다른 부분들을 통해 전기적 연결이 형성되는 것을 방지하기 위해 절연되었을 수 있다. 상기 배터리 셀들(100)은 상기 세스템의 기하학적 및 설계적 제약 조건에 따라 다른 방향들로 배열 될 수 있다. 상기 배터리 셀들(100)은 표시된 것 처럼 행과 열로 배열될 수 있으며 또는 각각의 적용의 요구 사항에 따라 사용되는 상기 배터리 셀들(100)의 숫자에 따라 다른 어떠한 방법으로도 배열될 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 작동 중에, 상기 배터리 셀들(100)은 열을 발생시킨다. 상기 시스템은 상기 배터리 셀들(100)을 다른 셀들(및/또는 다른 전기적 장치들)에 의해 생성된 열을 단열시키기 위한 특징 또는, 폴리머 기반 단열 소재 또는 다른 타입의 단열 소재와 같은 소재를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 에너지 저장 시스템의 작동 중에 상기 배터리 셀들(100)에 의해 발생한 열을 제거하기 위한 냉각판 또는 열 파이프들과 같은 특징들을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀들(100)의 상기 음극 단자는 상기 셀들의 상기 측에 존재할 수 있다. 따라서, 상기 배터리 셀들(100)을 서로로 부터 전기적으로 차단하는 것이 요구될 수 있다. 이러한 전기적 차단을 실행하기 위한 특징들 또는 물질은, 아래에서 설명된 것과 같이, 상기 틈새 물질 또는 슬리브 관을 포함할 수 있다. 대안 실시예들에서, 에어 갭(air gap)이 상기 필수적인 전기적 절연을 제공할 수 있다.
추가적으로, 상기 배터리 셀들(100)은 고장으로 상기 다른 배터리 셀들(100) 및 상기 시스템의 다른 부분들을 부식시키는 내용물을 고온 가스로 배출 할 수 있다. 상기 에너지 저장 시스템은 배터리 셀의 고장 중에 유출된 고온 가스를 유도시키기 위한 특징들 또는 물질을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 배터리 셀들(100)을 다른 셀들(및/또는 다른 전기적 장치들)에 의해 생성된 열을 단열시키기 위한 특징 또는 물질 및 상기 에너지 저장 시스템은 배터리 셀의 고장 중에 유출된 고온 가스를 유도시키기 위한 특징 또는 물질은 같을 수 있다. 다른 실시예들에서, 개별적인 특징들 또는 재료들은 동시에 배터리 셀을 다른 배터리 셀들로 부터 차단하고 고온 가스들의 상기 배출을 유도할 수 있다. 상기 절연 재료 또는 특성은 틈새 물질(300) (도 3에 표시됨) 또는 슬리브 관(400) (도 4에 표시됨)일 수 있다. 이와 유사하게, 고온 가스의 상기 배출을 유도시키기 위한 상기 특성 또는 재료는 틈새 물질(300) 또는 슬리브 관(400)일 수 있다.
도 3은 상기 배터리 셀들(100) 사이에 상기 틈새 물질(300)이 있는 배터리 셀들의 어레이의 평면도를 나타낸다. 상기 틈새 물질(300)은 다른 배터리 셀들(100)에 의해 생성된 상기 열로 부터 상기 배터리 셀들(100)을 단열시킬 수 있으며 또한 상기 배터리 셀들(100)을 서로로 부터 전기적으로 절연 시킬 수 있으며, 이는 배터리 셀의 측면에 상기 음극 단자가 존재할 수 있기 때문에 필수적이다. 상기 틈새 물질(300)은 상기 배터리 셀들(100)이 고장 났을 때 발생한 모든 배출물을 상기 다른 배터리 셀들(100)로 부터 멀리 유도할 수 있다.
상기 배터리 셀들(100)의 단열 및/또는 전기적 절연 및 상기 배터리 셀들(100)이 고장으로 인해 발생한 모든 배출물을 상기 다른 배터리 셀들(100)로 부터 멀리 유도시키기 위해 개별 재료들 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 이는 상기 셀들의 주위에 열적 및/또는 전기적으로 격리시키는 제 1 틈새 물질을 제공함으로써 발생 시킬 수 있다. 만약 이 물질이 고장난 셀로 부터 배출되는 뜨거운-가스를 완전히 유도시키기에 충분하지 않은 경우, 예를 들어, 상기 물질의 상기 다공성에 의해서, 상기 요구된 배출을 유도시키기 위해 상기 제 1 틈새 물질의 주위에 제 2 틈새 물질이 배치될 수 있다.
상기 틈새 물질(300)은 거품 제재(foams)들, 직물들, 탄솜(battings)들, 팽창성(intumescent) 재료들, 및 단열 업계에서 널리 알려진 단열 소재들을 포함하고 이에 국한되지 않는 다양한 재료들로 부터 선택될 수 있다. 이는 실리콘들, 에폭시들, 우레탄들, 폴리이미드들(polyimides), 방향족 폴리 에테르들 및 설폰 화합물, 및 페놀성 거품 재제(대체로 높은 열 안정성을 갖는 것으로 갖는 것으로 알려진)와 같은 고분자 거품 재제를 포함한다. 이는 동일한 종류의 중합체로 형성된 유리 기포 강화 플라스틱(syntactic foam)(중공 마이크로 버블 필러가 있는 수지 기반 재료)들을 더 포함한다. 이는 수지 매트릭스에 완전히 잠겨지는 대신 결합체와 함께 결합된 절연 입자들(미세 기포들과 같은)의 결합된 조립품을 포함하도록 확장 될 수 있다. 이는 또한 에어로젤들 (aerogels) 및 다공성 세라믹과 같은 비-중합체 거품 제재들을 포함한다. 직물들 빛 탄솜들은 세라믹 및 유리 섬유 펠트들, 종이들, 직물들, 및 탄솜들을 포함한다. 열이 있는 상태에서 팽창하고 까맣게 타는 재료들인 팽창성(intumescent) 재료들은 자립형 충전제로서 통합되거나 또는 위의 거품 제재들, 유리 기포 강화 플라스틱들, 또는 직물-같은 거품 제재와 같은 상기 옵션들에 통합된다. 이와 같이, 상기 충전제는 위에서 언급된 종류들의 재료들의 조합일 수 있다. 상기 충전제는 내연제 업계에서 알려진 방염제 및 난연성 재료들의 추가로 인해 더 강화될 수 있다.
상기 틈새 물질(300)은 모듈러 하우징의 하나 또는 그 이상의 측벽들(204)에 있는 포트들(ports)을 통해 상기 재료들을 추가함으로서 상기 모듈 하우질(200) 내의 상기 배터리 셀들(100)의 사이의 공간들에 배치될 수 있다. 또는, 상기 재료는, 상기 모듈러 하우징 내부에 배터리 셀들이 위치된 후에, 상기 상판을 제외하고 상기 상부에서 부터 추가될 수 있다. 또한, 상기 충전재를 결합시키는 추가적인 방법은 조립하는 동안 또는 셀 조립 후에 상기 마지막 덮개가 닫히기 전에 미리-형성된 단열 삽입물들을 상기 틈새 간격들에 위치시키는 것을 포함한다. 여러 종류의 틈새 물질들이 사용된 경우, 다른 기법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 틈새 물질은 딥 코팅(dip coating) 또는 스핀 코팅(sping coating)을 통해 코팅될 수 있다________________________________________
[0034] 도 4는 상기 배터리 셀들의 주위에 슬리브 관들이 있는 상기 본 발명의 다른 실시예의 평면도를 나타낸다. 슬리브 관들(400)은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(100)의 주위에 제공된다. 특정 실시예들 에서, 슬리브 관들은 모든 배터리 셀(100)의 주위에 제공될 수 있다. 다른 실시예들에서, 슬리브 관들은 전체 보다는 적은 배터리 셀(100) 주의에 제공될 수 있으나, 각각의 배터리 셀들은 전기적 및/또는 열적으로 서로로 부터 격리되어야한다.
슬리브 관들(400)은 상기 틈새 물질(300)과 유사한 역할을 수행할 수 있으며, 특히 배터리 셀들(100)(및 다른 전기 부품들)을 서로로 부터 전기전으로 격리시키며, 배터리 셀들(100)(및 다른 열적 부품들)을 서로로 부터 열적으로 격리시키고, 및/또한 배터리 셀의 상기 고장에 의한 고온 가스들의 상기 방출을 유도시킨다. 슬리브 관(400)은 내부 측면이 상기 배터리 셀(100)의 외부 측면에 합치하는 원통형의 슬리브 관일 수 있다. 상기 슬리브 관(400)은 상기 배터리 셀(100)에 압입(press fit)될 수 있도록 상기 배터리 셀들(100)의 바깥 지름과 같거나 조금 작은 내부 지름을 가질 수 있다. 상기 슬리브 관(400)은 다른 임의의 적절한 방법으로 상기 배터리 셀들(100)에 붙여질 수 있다. 예를 들어, 만약 상기 음극 단자로의 상기 연결이 배터리 셀의 어깨부가 아닌 상기 배터리 셀의 상기 측면에서 이루어진다면, 상기 슬리브 관(400)은 상기 배터리 셀(100)의 상기 양극 단자(106) 및 상기 음극 단자(108)에 전기적 연결을 위해 간격 또는 공간을 포함할 수 있다. 슬리브 관(400)을 사용하는 것은 더 높은 포장 효율 및 전기적 또는 열적 격리, 또는 고온-가스의 배출을 특정 방향으로 유도시키는 것과 같은 특성을 제공하기 위해 필수적인 재료의 양을 줄이도록 할 수 있다.
특정 실시예들에서, 슬리브 관(400)과 틈새 물질(300)은 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 슬리브 관(400)은 단열, 전기 절연, 및/또는 고장난 셀들의 배출을 유도시키기 위해 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들의 주위에 배치될 수 있다 (예를 들어, 모든 배터리 셀들, 또는 모든 배터리 셀들 보다는 적지만 상기 필수적인 특징들을 제공하기에 충분한 양). 만약 상기 슬리브 관이 요구되는 모든 특징들을 제공하지 않는다면, 틈새 물질(300)은 슬리브 관(모든 배터리 셀들이 슬리브 관들을 갖져야 하는 것은 아니라는 것을 유의해야한다)을 갖는 상기 배터리 셀들(100)의 사이 공간에 상기 틈새 물질을 모듈러 하우징의 하나 또는 그 이상의 측벽들(204) 내의 포트들을 통해 추가함으로서 배치될 수 있다. 대안적으로, 상기 틈새 물질은 상기 모듈러 하우징 내에 배터리 셀들이 위치된 뒤에 상기 상판을 제거하고 상기 상부에서 추가될 수 있다.
도 5는 특정 실시예에 따라 배터리 셀들에 의해서 생성된 열을 제거하기 위해 사용된 냉각 튜브를 나타낸다. 도 5에 나타난 것 처럼, 냉각 튜브들(500)은 상기 배터리 셀들(100)의 열들의 사이에 배치된다. 다른 실시예들에서, 복수의 냉각 튜브들(500)은 상기 배터리 셀들(100)의 사이에 제공될 수 있다. 상기 냉각 튜브들(500)의 모든 적절한 배열은 냉각 요구들에 따라 상기 배터리 셀들(100)의 사이에 제공될 수 있다. 상기 냉각 튜브들(500)은 상기 배터리 셀들(100)에서 열을 제거하고 온도를 허용 한계 이내로 유지하도록 돕는다. 특정 실시예들 에서, 틈새 물질(300), 슬리브 관들(400), 및 상기 냉각 튜브들(500)은 서로 조합되어 사용된다. 예를 들어, 상기 냉각 튜브들(500)은 상기 배터리 셀들(100)을 냉각 시키는 것을 돕기 위하여 상기 모듈 하우징(200) 내에 제공될 수 있으며, 그 이후에 상기 틈새 물질(300)이 상기 배터리 셀들(100) 및 상기 냉각 튜브들(500)의 주위에 고장난 배터리 셀(100)의 배출물을 내보내는 것을 돕기 위해 제공된다. 냉각 튜브들(500)은 가급적 열 전도성을 향상시키는 내부 루멘들(lumens)을 갖는다. U.S. Pat. Appl. No. 14/056,552는 상기 본 발명의 에너지 저장 시스템 내에서 사용 가능한 온도 제어를 위한 냉각 튜브들의 특성을 기재하고있다. U.S. Pat. Appl. No. 14/056,552의 개재 전체는 본원에 참조로서 첨부되어있다.
다른 실시예들에서, 냉각 튜브들 대신에, 열 파이프들이 생성된 열을 제거하기 위해 상기 배터리 셀들의 사이에 배치된다. 열 파이프들은 압출 튜브 또는 다른 형태의 금속 또는 다른 높은 열전도율을 갖는 물질일 수 있다. 상기 압출 공정 중에, 모세관과 같은 작용을 하는 작은 핀들(fins)이 형성된다. 상기 압출된 튜브 또는 다른 형태는 액체로 채워지며, 공기는 제거되고, 그 후에는 상기 튜브 또는 다른 형태는 밀봉되어 액체/가스 혼합물이 상기 밀봉된 튜브 또는 다른 형태 내에 존재하도록 한다. 열 파이프들은 더 뜨거운 영역과 열 접촉을하는 액체는 열을 흡수하여 액체에서 기체로의 상변화를 겪는 증발 공정을 통해 냉각을 제공한다. 상기 기체가 상기 기체에서 충분한 열을 제거할 정도로 충분히 차가운 영역에 다다르면, 상기 기체는 액체로 다시 응축된다. 상기 액체는 그 후 상기 압출 공정에 의해 형성된 상기 핀들의 모세관 작용의 상기 도움에 의해 다시 상기 열의 근원으로 되돌아갈 수 있다. U.S. Pat. Appl. No. 14/189,129은 에너지 저장 시스템 내의 열 관리를 위한 열 파이프들의 추가적인 특성들에 대하여 기재하며, 상기 개재는 본원에 참조로 첨부되었다.
특정 실시예들에서, 냉각 판(액체 냉각을 제공하는) 시스템의 사용 중에 생성되는 열을 더 제거하기 위해 상기 배터리 셀들(100)과 열적으로 연결될 수 있다. 상기 냉각 판은 상기 배터리 셀들(100)과 직접적으로 열적 접촉할 수 있으며 또는, 대안적으로, 하나 또는 그 이상의 층들 및/또는 부분들이 상기 냉각판 및 상기 배터리 셀들(100) 사이에 존재할 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 배터리 셀들(100)은 상기 배터리 셀들의 아래에 있는 과도한 열을 제거하기 위해 하나 또는 그 이상의 열 파이프들과 접촉한다. 냉각 판은 상기 열 파이프 또는 파이프들(상기 배터리 셀들(100)에 멀리 떨어진 상기 표면)의 아래에 배치되며 상기 열 파이프 내에 포함된 상기 열을 방출하도록 돕는다.
특정 실시예들에서, 상기 냉각 판은 상기 셀들의 사이에 열 파이프들이 배치되지 않고 상기 셀들의 한 측면과 열 접촉 할 수 있다. 상기 냉각 판은 상기 셀들 및/또는 서로에게 열적으로 연결된 하나의 판 또는 복수의 판들을 물리적으로 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 열 파이프들은 상기 배터리 셀들(100) 사이에 배치되며, 냉각 판은 상기 배터리 셀들(100)의 아래에 배치된다. 상기 열 파이프들 및 상기 냉각 판은 서로 열 연결되었을 수 있다.
열 파이프들 및 냉각 판들을 포함하는 실시예들의 추가적인 세부 사항들은 도 13a 및 b에 표시되어있다. 13a 및 13b는 특정 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템과 함께 하나 또는 그 이상의 냉각 요소들을 나타낸다. 도 13a는 열 파이프(1300) 및 냉각 판(1302)을 갖는 에너지 저장 시스템을 나타낸다. 도 13a에 나타난 상기 실시예들에서, 상기 배터리 셀들(100)에서 생성된 열은 열 파이프(1300) 및 냉각 판(1302) 모두를 사용하여 제거된다. 접착 층(1304)은 열 파이프(1300) 및 냉각 판(1302)을 접착시킨다. 도 13a에 나타난 것과 같이, 열 파이프(1300)는 유전체 코팅 층을 이용하여 각각의 면이 코팅되며, 또한 냉각 판(1302)은 냉각 판(1302)과 가장 가까운 상기 측면 상의 유전체 코팅 층을 이용하여 코팅된다. 도 13a에 나타난 것과 같이 상기 열 파이프(1300) 및 냉각 판(1302)이 유전체 코팅층으로 코팅될 때, 접착 층(1304)응 유전체 코팅층들(1306 및 1310)에 직접적으로 접착된다. 이와 유사하게, 접착 층(1312)은 상기 배터리 셀들을 열 파이프(1300)에 접착시킨다. 도 13a에 표시된 것 처럼, 접착 층(1312)은 배터리 셀들(100)을 열 파이프(1300) 상의 유전체 코팅층(1308)에 직접적으로 접착시킨다. 상기 접착 층이 접착 되어야 할 요소들의 사이에 (예를 들어, 열 파이프(1300) 및 상기 쟁각 판(1302)의 사이) 충분한 접착력을 제공하는 어떠한 종류의 접착제도 모두 포함할수 있음에도, 접착 층들(1304 및 1312)은 유전체들이며 높은 열 전도율을 갖는 접착제를 포함한다. 상기 열 파이프(1300)에 열 결합된 냉각 판(1302)은 도 13a에 나타난 것 처럼 상기 열 파이프에서 열을 제거하고 도 13b에 나타난 것 처럼 배터리 셀들에서 직접적으로 열을 제거한다.
특정 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 상기 유전체 코팅 층들은 생략될 수 있다. 유전체 코팅 층이 없으면, 접착 층(1304) 또는 접착 층(1312)은 상기 열 파이프 또는 냉각 판에 직접적으로 접착될 수 있다. 예를 들어, 만약 유전체 코팅 층(1306)이 없으면, 접착 층(1304)이 냉각 판(1302)에 직접적으로 접착될 것이며, 열 파이프(1300)는 유전체 코팅 층(1310)을 통해 접착될 것이다. 대안 실시예들에 있어서, 추가적인 층들이 상기 열 파이프 및 냉각 판 또는 상기 열 파이프 사이에 존재할 수 있다. 추가적인 층들은 상기 열 파이프 및 배터리 셀들 사이에 또한 존재할 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 상기 접착 층들(1304 및 1312)는 생략될 수 있다.
도 13b는 열 파이프 없이 배터리 셀들에 연결된 상기 냉각 판을 포함하는 실시예를 나타낸다. 도 13b에 나타난 것 처럼, 냉각 판(1302)은 유전체 코팅 층(1306)에 의해 코팅된다. 상기 배터리 셀들(100)은 접착제(1312)를 사용하여 상기 유전체 코팅 층(1306)을 통해 상기 냉각 판에 접착된다. 위에서 설명된 것 처럼, 상기 유전체 코팅 층은 상기 배터리 셀들이 접착제를 이용하여 상기 냉각 판에 직접적으로 접착된 경우에 생략될 수 있다. 또한, 특정 실시예들에서는, 추가적인 층들이 존재한다.
도 6은 상기 배터리 셀들(100) 위에 배치된 제 1 상호 연결부(602) 및 제 2 상호 연결 부(600)를 나타낸다. 상기 배터리 셀들(100)이 상기 슬리브 관(400)을 따라 표시 되었음에도, 상기 배터리 셀들(100)은 상기 슬리브 관들(400) 없이 제공될 수 있다는 것이 인식되어야한다. 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600)은 금속 판들일 수 있다. 게다가, 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600)의 밑면(상기 배터리 셀들(100)에 더 가까운 면인)은 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600)이 셀 단자와 접촉을 통한 의도되지 않은 전기적 연결들을 형성하지 않기 위해 전기적을 절연되는 것이 선호된다. 도 6에 나타난 것 처럼, 상기 전기적 연결들은 제 1 및 제 2 셀 커넥터들(604 및 606)을 사용하여 만들어진다.
상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600)은 상기 에너지 저장 시스템의 작동 중에 상기 배터리 셀들(100)을 충전 및 방전 시키기 위해 사용된다. 상기 제 1 상호 연결부(602)(또는 상호 연결부들의 세트)는 상기 배터리 셀들(100)의 상기 양극 단자들(106)에 연결되며, 또한 상기 제 2 상호 연결부(600)(또는 상호 연결부들의 세트)는 상기 배터리 셀들(100)의 상기 음극 단자들(108)에 연결된다. 상기 제 1 셀 커넥터들(604)은 각각의 배터리 셀(100)의 상기 양극 단자(106)를 상기 제 1 상호 연결부(602)에 연결시킨다. 상기 제 1 셀 커넥터(604)는 와이어 또는 다른 전기 연결제일 수 있으며, 상기 배터리 셀(100)의 상기 양극 단자(106)에 연결된다. 역시 와이어 또는 다른 전기 연결제일 수 있는 상기 제 2 셀 커넥터(606)은 상기 배터리 셀들(100)의 상기 음극 단자들(108)을 상기 제 2 상호 연결부(600)에 연결시킨다. 상기 제 2 셀 커넥터(606)는 상기 배터리 셀(100)의 상기 음극 단자(108)의 어느 부분에도 연결될 수 있다. 상기 배터리 셀(100)의 상기 음극 단자(108)는 상기 양극 단자(106)에서 부터 떨어진 상기 단부에서 부터, 상기 배터리 셀(100)의 상기 측면 위로, 상기 제 1 단부(102)의 상기 "어깨부" 상에 있는 상기 양극 단자(106)의 상기 측면의 주위로 이어진다. 상기 양극 및 음극 단자들이 서로 전기적으로 고립된 경우에 상기 음극 단자는 상기 제 1 단부(102)에 현저하게 배치될 수 있다. 상기 제 2 셀 커넥터(606)는 상기 배터리 셀(100)의 상기 어깨부 상의 상기 배터리 셀의 상기 음극 단자와 접촉할 수 있다. 대안 실시예들에서, 상기 양극 및 음극 단자들은 교환될 수 있다.
도 6에 도시된 것 처럼, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 양극 단자들(106)은 상기 복수의 제 1 셀 커넥터들(604)를 통해 상기 제 1 상호 연결부(602)에 연결되며, 상기 배터리 셀들(100)의 모든 상기 음극 단자들(108)은 상기 복수의 제 2 셀 커넥터들(606)을 통해 상기 제 2 상호 연결부(600)에 연결된다. 즉, 도 6에 도시된 모든 상기 배터리 셀들(100)은 전기적으로 병렬로 연결된다. 병렬로 전기적으로 연결된 상기 배터리 셀들(100)의 그룹은 상기 배터리 셀들(100)의 다른 그룹과 직렬로 연결될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600)은 상기 배터리 셀들(100) 위의 같은 수평면에 놓여있다. 상기 제 1 셀 커넥터(604) 및 상기 제 2 셀 커넥터(606)는 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600) 보다 조금 위로 돌출 될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600)은, 상기 제 1 및 제 2 셀 커넥터들(604 및 606)을 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 606)이 놓여 있는 같은 수평면에 수용하기 위해, 그루브(groove)들 등 또한 포함할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 상판(900)(도 9에 도시된)은 상기 배터리 셀(100)에서 상기 제 1 및 제 2 셀 커넥터들(604 및 606)이 위로 돌출하도록 하는 특성을 포함한다. 예를 들어, 상기 상판(900)은 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600)이 제한 없이 돌출 될 수 있도록 부품을 제거할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 슬리브 관들(400)을 포함하는 다른 실시예들에서, 상기 슬리브 관들(400)은 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600)이 상기 상판(900)이 상기 배터리 셀(100)의 위에 위치하는 것을 억제하지 않으면서 각각 상기 양극 및 음극 단자들(106 및 108)에 연결되도록 하기 위해 간격 또는 공간을 포함할 수 있다.
도 7은 상기 제 1 및 제 2 셀 커넥터들(604 및 606)이 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600)과 같은 평면에 형성되는 상기 본 개재의 다른 실시예를 나타낸다. 이 물리적 상호연결 층(700)은 상기 배터리 셀들(100)의 상기 양극 단자(106) 및 상기 음극 단자(108) 모두를 위한 연결 수단 포함한다. 상기 연결 수단은 금속 판의 일부일 수 있으며, 상기 금속 판은 셀 커넥터들 및 상호 연결부(또는 상호 연결부들의 세트)를 포함한다. 도 6에 도시된 상기 실시예들과 같이, 상기 상호 연결부들은 의도되지 않은 전기적 연결들을 방지하기 위해 전기 절연 층을 가질수 있다. 상기 양극 단자(106) 또는 상기 음극 단자(108)으로의 전기적 연결이 이루어지는 상기 영역들에서는 전기적 절연이 제거되거나 존재하지 않을 수 있다. 상기 배터리 셀들(100)의 블록들은 서로에게 병렬로 연결되고 또한 직렬로 연결될 수 있다.
도 8은 상기 상호 연결 층(700)의 구조적 세부 사항들을 나타낸다. 상기 상호 연결 층(700)은 상기 배터리 셀들(100)의 상기 양극 단자(106) 및 상기 음극 단자(108)을 모두 연결할 수 있다. 상기 상호 연결 층은 양극 상호 연결부(802) 및 음극 상호 연결부(804)를 포함한다. 상기 양극 상호 연결부(802)는 상기 배터리 셀들(100)의 상기 양극 단자들(106)과 상기 상호 연결 층(700)과 연결시키며, 상기 음극 상호 연결부(804)는 상기 상호 연결 층(700)과 상기 배터리 셀들(100)의 상기 음극 단자들(108)을 연결시킨다.
상기 양극 상호 연결부(802)는 상기 배터리 셀들(100)의 상기 양극 단자들(106)을 복수의 제 1 연결 지점들(806)에 연결시킨다. 이와 유사하게, 상기 음극 상호 연결부(802)는 상기 배터리 셀들(100)의 상기 음극 단자(108)를 복수의 제 2 연결 지점들(808)에 연결시킨다. 상기 제 1 연결 지점(806) 및 상기 제 2 연결 지점(808)은 상기 양극 상호 연결부(802) 및 상기 음극 상호 연결부(804) 각각의 통합된 부분들일 수 있다. 상기 제 1 연결 지점들(806) 및 상기 제 2 연결 지점들(808)은 상기 양극 및 음극 상호 연결 부들과 같은 수평면에 놓여 있으며 상기 상호 연결부들과 같은 재료로 형성될 수 있다. 상기 양극 상호 연결부들(802) 및 상기 음극 상호 연결부들(804) 역시 상기 같은 재료로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 8에 표시된 것 처럼, 전류가 왼쪽에서 오른쪽으로 흐를 수 있다. 상기 좌측면의 상기 배터리 셀들(100)은 서로 병렬로 전기적으로 연결될 수 있으며 또한 그 후 상기 우측면의 상기 배터리 셀들(100)과 직렬로 연결된다. 도 8에 나타난 것 처럼, 상기 배터리 셀들(100)의 블록들은 점선들(880, 890)을 통해 정의된다. 상기 점선들(880) 내에 나타난 상기 배터리 셀들(100)은 서로 병렬로 전기적으로 연결된다. 본 상기 배터리 셀들(100)의 그룹은 상기 점선(890) 내에 보여지는 상기 배터리 셀들(100)의 상기 그룹과 직렬로 연결된다. 상기 점선들(890) 내의 상기 배터리 셀들(100)의 상기 그룹은 서로 병렬로 연결된다. 이 설명은 설명일 뿐이며; 직렬 eh는 병렬로 다른 수의 배터리 셀들(100)을 갖는 다른 구성들 역시 가능하다.
상기 상판(900)은 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600) 위에 위치한다. 도 9a-9c는 상기 상판(900)의 구조적 세부 사항들을 도시한다. 상기 상판(900)은 복수의 약한 영역들(904)을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 내부측(902)은 상기 배터리 셀들(100) 위에 위치하는 상기 복수의 약한 영역들(904)을 갖는다. 다른 실시예들에서, 상기 약한 영역들(904)는 상기 상판의 상기 외장 부분 상에 존재할 수 있다. 상기 상판(900)의 상기 내부측(902) 상의 상기 약한 영역들(904)의 수는 상기 적용 요건에 따라 달라질 수 있다. 상기 약한 영역들(904)는 상기 상판(900)의 구조적으로 약한 부분들이다. 상기 약한 영역들(904)은 상기 본 발명의 상기 필요에 따른 어떠한 적절한 기하학적 구조도 가질 수 있으며, 이는 육각형의 기하학적 구조, 원형의 기하학적 구조, 에너지 저장 시스템의 다른 특징 또는 요소를 수용하기 위한 불규칙적인 기하학적 구조를 포함한다.
예를 들어, 도 9a에 보여지는 것 처럼, 상기 약한 영역들(904)는 육각형의 기하학적 구조를 갖는다. 도 9b에 보여지는 것 처럼, 상기 약한 영역들(904)는 둘레를 따라 소재의 부분들이 제거된 원형의 기하학적 구조를 갖는다. 제거된 소재의 상기 부분들은 상기 둘레를 따라 제공된 노치들(notches)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 약한 영역들(904)은 상기 제 1 및 제 2 셀 커넥터들(604 및 606)를 상기 양극 단자(106) 및 상기 음극 단자(108)에 맞추기 위해 도 9c에서와 같은 불규칙적인 다각형의 기하학적 구조를 가질 수 있다.
상기 약한 영역들은 배터리 셀이 고장나서 내용물을 배출할 때 고온 가스들을 유도시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 약한 영역들은 바람직한 배출 위치로 상기 고온 가스들을 유도시키는 것에 도움을 주며, 더 중요하게는, 상기 다른 배터리 셀들과 같이 덜 바람직한 영역들에서 떨어지도록 한다. 상기 고온 가스들은 보통 부식성이며 충분한 양의 상기 부식성 가스들에 다른 셀들이 노출되면 상기 다른 가스들의 고장을 유발할 수 있다. 약한 영역들을 생성하는 것은 상기 부식성 가스들이 상기 다른 배터리 셀들(100)에서 멀리 떨어지도록 유도시키는 것 및 배터리 셀의 상기 고장으로 부터의 피해를 최소화하는 것에 도움을 준다.
상기 상판(900)은 상기 고장난 셀 위의 상기 약한 영역(904)이 파열되었을 때, 고장난 배터리 셀로 부터의 상기 가스들이 방출되도록 설계되었다. 상기 약한 영역은 상기 가스들에 의해 증가된 압력 및/또는 상기 부식성 가스들이 상기 약한 영역들에 충돌하여 파열을 유도시키는 것에 의해서 팔열된다. 일단 파열이 발생하면, 상기 가스들은 상기 모듈러 하우징의 외부로 방출될 수 있다.
약한 영역들(904)를 갖는 상판(900)은 여러 다른 방법들로 생산될 수 있다. 예를 들어, 상기 상판(900)은 단일 소재로 만들어질 수 있다. 상기 상판(900)의 약한 영역들(904)의 위치로 의도된 부분에서 상기 상판(900)의 두께가 다른 영역들에 대비하여 상기 약한 영역들(904)에서 더 얇도록 소재의 일부가 제거될 수 있다. 따라서, 상기 약한 영역들(904)는 상판(900)의 상기 내부측(902) 상의 그루브들 또는 구조적 함몰부들일 수 있다. 대안적으로, 상기 약한 영역들(904)는 상판(900)의 상기 외부측 상의 그루브들 또는 구조적 함몰부들일 수 있다.
다른 실시예에서, 상판(900)은 두꺼운 또는 구조적 층을 가질 수 있으며 각각의 배터리 셀 위에 개구부를 갖는다. 상기 개구부들은 배터리 셀이 고장났을 때 가스가 방출 될수 있는 어떠한 형태도 될 수 있으며, 셀 커넥터들 또는 돌출 상호 커넥터들과 같은 다른 부품들을 위한 공간을 제공할 수 있는 형태일 수 있다. 그후, 얇은 운모층과 같은 얇은 층이 상기 두꺼운 또는 구조적 층에 접착될(또는 추가될) 수 있다. 상기 얇은 층은 상기 두꺼운 또는 구조적 층의 상개 개구부들을 덮는다. 이 얇은 층은 고장난 배터리 셀에 의해서 압력이 증가하였을 때 파열될 수 있을 정도로 충분히 얇아야한다. 상기 얇은 층은 상기 남은 셀들이 계속 덮여져 있도록, 상기 고장난 배터리 셀의 위에서만 파열된다. 상기 두꺼운 또는 구조적 층은, 상기 얇은 층에 적합한 접착제, 열에 의한 상기 층들의 접착, 또는 상판(900)의 상기 재료를 포함하는 상기 재료들에 적합한 다른 어떠한 방법을 포함한 여러 방법을 통해 결합될 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 약한 영역들(904)은 상기 상판(900)을 복합 재료로 생산하여 상판(900) 상에 생성된다. 예를 들어, 상기 상판(900)은 상부에 철망을 갖는 운모층으로 생산될 수 있다. 상기 철망은 추후에 상기 상판(900)의 상기 약한 영역들(904)로 예정된 상기 부분들에서 상기 배터리 셀들(100)의 위에 운모만이 남도록 제거될 수 있다, 따라서, 상기 약한 영역들(904)은 구조적을 약하게 렌더링되며, 고장난 상기 배터리셀들(100)에서 나오는 상기 고온 가스들에 의한 힘이 적용될 때, 상기 상판(900)은 약한 영역들(904)에서 부서진다. 상기 상판(900)의 제작 방법, 및 구성은 단지 예시적 일 뿐이며, 적용별 요구 사항에 따라 상기 재료 및 제조 공정에 어떠한 변형도 가능하다. 상판(900)은 금속(의도되지 않은 전기를 방지하기 위한 전지 절연이 추가된), 세라믹, 운모가 추가된 금속, 방염 합성물들, 플라스틱, 또는 필요한 구조적 절연 특성을 제공할 수 있는 기타 모든 재료도 포함할 수 있다.
도 10은 다양한 구성요소들을 나타내는 에너지 저장 시스템(1000)의 확대 도면이다. 상기 모듈 하우징(200)은 보통 상기 베이스(202) 및 상기 네 측벽들(204)을 포함하지만, 여기에서 측벽(204)과 같은 구성 요소가 하나 또는 그 이상 제외될 수 있다. 상기 모듈 하우징(200)은 상기 하우징된 배터리 셀들(100)로 부터 전기적으로 분리된다. 이는 물리적인 분리 또는 전기적 절연층을 통해 이루어질 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 베이스(202)는 금속판 위에 전기적 절연층을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 베이스(202)는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리비닐 염소(polyvinyl chlorine), 다른 플라스틱, 비전도성 합성물, 또는 절연 탄소 섬유(insulated carbon fiber)와 같은 비전도성 또는 전기적으로 절연성의 소재로 이루어진다. 측벽들(204)은 절연층을 포함하거나 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리비닐 염소(polyvinyl chlorine), 다른 플라스틱, 비전도성 합성물, 또는 절연 탄소 섬유(insulated carbon fiber)와 같은 비전도성 또는 전기적으로 절연성의 소재로 이루질 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들에 따르면, 상기 측벽들(204)은 상기 측벽들(204)을 상기 베이스(202)에 결합시키기 위하여 상기 베이스(202)에 나타난 천공들(1004)에 들어맞을 수 있는 돌출부들(1002)를 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀들(100)은 상기 에너지 저장 시스템(1000)의 사용되기 위한 상기 적용 요건들에 따른 미리-정의된 위치 배열로 상기 베이스(202) 상에 배치된다. 상기 제 1 상호 연결부(602) 및 상기 제 2 상호 연결부(600)를 포함하는 상기 상호 연결층(700)은 상기 배터리 셀들(100) 위에 배치된다. 상기 상판(900)은 상기 상호 연결층(700) 위에 배치된다. 상기 상판(900)은 단일 판이거나 상기 상판은 표시된 것 처럼 복수의 상판들(900)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 상판들(900)은 상기 본 발명의 상기 범위에 따라 어떠한 적절한 방법으로 서로 결합될 수 있다. 상기 상판(900)은 구조적 함몰부들을 갖는 상기 내부측(902)과는 반대로 평평한 외부측(1006)을 포함한다.
도 11은 상기 에너지 저장 시스템(1000)의 측면도를 나타낸다. 상기 모듈 하우징(200), 상기 상호 연결층(700) 및 상기 상판(900)의 치수들은 상기 배터리 셀(100)이 상기 모듈 하우징(200) 내에 효율적으로 포장될 수 있을 정도이며, 상기 상호 연결층(700)은 상기 배터리 셀들(100)의 상기 양극 단자들(106) 및 음극 단자들(108)과 접촉한다. 상기 상호 연결층(700) 및 상기 상판(900)은 비슷한 치수들을 갖는다. 상기 모듈 하우징(200)의 길이 및 너비 치수는 상기 상호 연결 층(700) 및 상기 상판(900)의 대응하는 치수들과 일치한다. 상기 모듈 하우징(200)의 상기 베이스(200) 및 상기 측벽들(204)은 따라서 적절한 치수들을 갖는다.
도 12는 특정 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템(1000)을 제작하는 방법(1200)을 나타낸다. 상기 에너지 저장 시스템(1000)은 상기 모듈 하우징(200)을 포함한다. 상기 방법(1200)에 따르면, 단계(1202)에서 배터리 셀들(100)은 상기 모듈 하우징(200) 내에 위치한다. 상기 배터리 셀들(100)은 상기 제 1 단부(102) 및 상기 제 2 단부(104)를 갖는다. 각각의 배터리 셀(100)은 양극 단자(106) 및 음극 단자(108)를 갖는다. 상기 배터리 셀들(100)은 상기 모듈 하우징(200)의 상기 베이스 상에 상기 슬롯들 또는 다른 어떠한 유사한 방법에 의해 미리-정의된 위치에 위치되거나, 대안적으로 컴퓨터-보조 메커니즘을 통하여, 당업자들에게 알려진 대로, 상기 모듈 하우징 상의 데이터들을 사용하여 상기 셀들을 적절하게 위치시킨다. 단계(1204)에서, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 양극 단자들(106)은 상기 복수의 제 1 셀 커넥터들(604)을 통해 상기 제 1 상호 연결부(602)에 결합된다. 상기 제 1 셀 커넥터들(604)은 와이어와 같은 임의의 적절한 전기적 연결 수단일 수 있다. 단계(1206)에서, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 음극 단자(108)는 상기 복수의 제 2 셀 커넥터들(606)을 통해 상기 제 2 상호 연결부(600)에 결합된다. 상기 제 2 셀 커넥터들(606)은 와이어와 같은 임의의 적절한 전기적 연결 수단일 수 있다.
대안적으로, 상기 양극 및 음극 단자들의 상기 연결부들은 같은 평명 상의 제 1 상호 연결부들(602) 및 제 2 상호 연결부들(6006)을 통해 상기 상호 연결층(700)에 결합될 수 있다. 단계(1208)에서, 상기 상판(900)은 상기 제 1 상호 연결부(602) 및 상 기 제 2 상호 연결부(600)의 위에 위치한다. 상기 상판(900)은 상기 하나 또는 그 이상의 배터리셀들(100)의 위에 상기 하나 또는 그 이상의 약한 영역들(904)을 포함한다. 상기 약한 영역들(904)은 상기 상판(900)의 구조적으로 약한 부분들이다.
상기 상판(900)은 상기 약한 영역들(904)과는 다른 기술과 다른 재료로 생산될 수 있다. 예를 들어, 상기 상판(900)은 단일 재료로 형성될 수 있다. 상기 상판(900)의 두께가 상기 약한 영역들(904)에서 상기 상판(900)의 다른 영역들에서의 두께에 대비하여 얇도록, 상기 상판(900)의 상기 약한 영역들(904)로 의도된 위치에서 재료의 일부가 제거될 수 있다. 따라서, 상기 약한 영역들(904)은 상기 상판(900)의 상기 내부측(902) 상에서 그루브들 또는 구조적 함몰부들일 수 있다. 상기 약한 영역들(904)는 상기 상판(900)의 상기 외부측 상에서 그루브들 또는 구조적 함몰부들일 수 있다. 약한 영역들을 형성하기 위해 여기서 설명된 다른 방법들 및 당업자들에게 알려진 방법들이 사용될 수 있다.
방법(1200)은 상기 배터리 셀들(100) 사이에 상기 틈새 물질(300)을 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 틈새 물질(300)은 상기 배터리 셀들(100)에 전기 절연 및/또는 단열을 제공할 수 있다. 상기 틈새 물질은 또한 고장난 배터리 셀에서 직접 셀 방출을 유도할 수 있다. 방법(1200)은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(100) 주위에 슬리브 관(400)을 위치시키는 단계 또한 포함할 수 있다. 상기 슬리브 관은 틈새 물질 대신 또는 함께 사용될 수 있다. 방법(1200)은 상기 배터리 셀들에 냉각을 제공하기 위하여 냉각 튜브들(500)을 상기 배터리 셀들(100) 사이에 위치시키는 단계 또한 포함할 수 있다. 게다가, 방법(1200)은 열을 방출 시키기 위하여 상기 배터리 셀들과 열 연결된 하나 또는 그 이상의 냉각 판들을 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 하나 또는 그 이상의 냉각 판들은 모듈 하우징(200)의 상기 베이스(202) 위에 또는 대안적으로 상기 베이스(202) 대신에 위치될 수 있다. 상기 냉각 판이 상기 베이스(202) 위에 또는 베이스(202) 대신에 위치될 때, 단계(1202)에서 상기 배터리 셀들은 베이스(202) 대신 상기 냉각 판 상에 위치한다. 대안적으로, 배터리 셀들은 하나 또는 그 이상의 방열판들과 열 연결될 수 있다. 그 후에 열은 순환 대기 또는 상기 방열판 주위의 냉각된 공기에 의해서 제거될 수 있다.
상기 방법(1200)은 상기 틈새 물질, 슬리브 관들, 열 파이프들, 및/또는 냉각 튜브들의 모든 조합을 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 틈새 물질(300)은 상기 배터리 셀들(100)이 상기 모듈 하우징(200) 내에 존재한 후에 추가될 수 있다. 예를 들어, 상기 틈새 물질(300)은 상기 측벽(204)의 포트들을 통해서 추가될 수 있다. 상기 틈새 물질(300)은 상기 제 1 및 제 2 상호 연결부들(602 및 600)과 상기 상판(900)의 조립 이전에 상기 상부에서 부터 추가될 수 있다.
이하의 개재는 상기 본 개재에서 공개된 특정 형태 또는 특정 분야로 한정하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 개재에 따라서, 명시적으로 표시되었던 암시되었던, 여러 대체 실시예이 존재 및/또는 본개재의 내용의 변경이 가능하다는 것이 인정된다. 상기 본 개재에서 실시예들을 설명하였지만, 당업자는 상기 본 개재의 범위에서 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항이 변경될 수 있다는 것을 인지할 것입니다. 따라서, 상기 본 개재는 청구항들에 의해서만 한정될 것입니다.
이하의 상세한 설명에서, 상기 개재는 특정 실시예들을 인용하여 설명되었습니다. 그러나, 당업자가 이해할 수 있는 것 처럼, 본 개재에서 공개된 여러 실시예들은 상기 개재의 범위 및 정신으로 부터 벗어나지 않으면서 변경 또는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 본 설명은 예시적이며 공개된 공기 통품구 조립품의 여러 실시예들의 제작법 및 사용법을 당업자들에게 가르치기 위한 것임이 인지되어야한다. 도시되고 설명된 개재의 형태들은 대표적인 실시예들로 간주되어야 한다는 것이 이해되어야 한다. 동일한 요소들, 재료들, 절차들 또는 단계들로 여기에서 대표적으로 예시되고 설명된 것들을 대체할 수 있다. 게다가, 본 상기 개재의 특정 특성들이 다른 특성들의 사용에 대하여 독립적으로 이용될 수 있다는 것은 본 개재의 장점을 이해하는 당업자에게 명백할 것이다. "포함하는," "구성하는," "통합하는," "구성되는," "갖는," "같은"과 같은 상기 본 개재를 청구하고 설명하기 위해 사용된 표현들은 비-배타적인 방식으로 해석되어, 명시적으로 기술되지 않은 항목, 구성 요소 또는 성분이 존재할 수 있도록 한다. 단수로의 언급은 또한 복수형과 연관된 것으로도 해석될 수 있다.
게다가, 여기에 개재된 여러 실시예들은 예시적 및 설명적인 것으로 여겨져야하며, 상기 본 개재의 범위를 제한하는 것으로 여겨져서는 안된다. 모든 참조 결합자(joinder reference)들은 (예시: 결합된, 고정된, 연결된, 이어진, 등의) 오직 본 개재에 대한 독자의 이해를 돕기 위해서만 사용된 것이며, 여기에서 공개된 위치, 방향 상기 시스템의 사용 및/또는 방법에 대해서는 특히 그러하다. 따라서, 참조 결합자들은, 만약 있다면, 넓게 해석되야 한다. 게다가, 해당 참조 결합자들은 도 요소가 서로 직접적으로 연결된다는 것을 의미하지 않는다.
추가적으로, "제 1," "제 2," "제 3," "1 차," "2 차," "핵심" 또는 다른 어떠한 보통 및/또는 숫자 용어를 포함하고 이에 국한되지 않는 모든 숫자 용어들은 오직 식별자들로서 상기 여러 요소들, 실시예들, 상기 본 개재의 변형 및 수정에 대한 상기 독자의 이해를 돕기 위한 것이며, 또한 어떠한 한정들, 특히 요소, 실시예, 변형 및/또는 수정에 있어서 다른 요소, 실시예, 변형 및/또는 수정에 대한 선호도 또는 순서가 있어서는 안된다.
상기 도면들/그림들에 나타난 하나 도는 그 이상의 상기 요소들이 보다 분리되거나 통합된 방식으로 구현되거나, 특정 적용에 따라 유용한 특정 경우에는 제거되거나 작동 불능으로 렌더링 될 수도 있습니다.

Claims (20)

  1. 에너지 저장 시스템으로서,
    모듈 하우징;
    상기 모듈 하우징 내부에 위치하는 복수의 배터리 셀들―상기 복수의 배터리 셀들 각각은 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하며, 각각의 상기 복수의 배터리 셀들은 양극 단자 및 음극 단자를 더 포함함―;
    상기 복수의 배터리 셀들 위에 위치하는 제 1 상호 연결부;
    상기 복수의 배터리 셀들 위에 위치하는 제 2 상호 연결부;
    상기 배터리 셀들의 상기 양극 단자들을 상기 제 1 상호 연결부에 연결하는 복수의 제 1 셀 커넥터들;
    상기 배터리 셀들의 상기 음극 단자들을 상기 제 2 상호 연결부에 연결하는 복수의 제 2 셀 커넥터들; 및
    내부측면 및 외부측면을 포함하고 상기 제 1 상호 연결부 및 상기 제 2 상호 연결부 위에 위치하는 상판―상기 상판은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀 위에 위치하는 하나 또는 그 이상의 약한 영역들을 포함함―을 포함하는,
    에너지 저장 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상판 내의 상기 약한 영역들은 상기 상판에서 물리적으로 약한 부분들인,
    에너지 저장 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 약한 영역들은 상기 상판 내의 구조적 함몰부들이며 상기 구조적 함몰부들은 상기 상판의 내부측면 상에 존재하고 또한 상기 외부측면은 평면인,
    에너지 저장 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 상판은 단일 소재로 이루어지며 소재의 일부가 상기 약한 영역들에서 제거된,
    에너지 저장 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 상판이 혼합 소재로 이루어진,
    에너지 저장 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상호 연결층―상기 상호 연결층이 상기 제 1 상호 연결부 및 제 2 상호 연결부를 포함함―을 더 포함하는,
    에너지 저장 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 상호 연결부 및 제 2 상호 연결부가 상기 배터리 셀들의 각각의 상기 양극 단자 및 상기 음극 단자로부터 전류를 모으는,
    에너지 저장 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징 내부의 상기 복수의 배터리 셀들 사이에서 틈새 물질을 더 포함하는,
    에너지 저장 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 틈새 물질이 실리콘계 소재로 구성된,
    에너지 저장 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들 주위에 위치하는 슬리브 관을 더 포함하는,
    에너지 저장 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들과 열 연결된 냉각 판을 더 포함하는,
    에너지 저장 시스템.
  12. 에너지 저장 시스템을 조립하는 방법으로서,
    모듈 하우징의 내부에 복수의 배터리 셀들을 위치시키는 단계―각각의 상기 복수의 배터리 셀들은 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 각각의 상기 복수의 배터리 셀들이 양극 단자 및 음극 단자를 더 갖음―;
    복수의 제 1 셀 커넥터들을 통해 상기 복수의 배터리 셀들의 상기 양극 단자를 제 1 상호 연결부와 결합시키는 단계;
    복수의 제 2 셀 커넥터들을 통해 상기 복수의 배터리 셀들의 상기 음극 단자를 제 2 상호 연결부와 결합시키는 단계; 및
    상판을 상기 제 1 상호 연결부 및 상기 제 2 상호 연결부 위에 위치시키는 단계―상기 상판은 상기 하나 또는 그 이상의 배터리 셀 위에 위치하는 하나 또는 그 이상의 약한 영역들을 포함함―를 포함하는,
    방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들의 사이에 틈새 물질을 추가하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들 중 하나 또는 그 이상의 주위에 슬리브 관을 추가하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들의 사이 또는 아래에 하나 또는 그 이상의 열 파이프들을 추가하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은 상호 연결 층―상기 상호 연결층은 상기 제 1 상호 연결부 및 상기 제 2 상호 연결부를 포함함―을 더 포함하는,
    방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 상판 내의 상기 약한 영역들은 상기 상판의 물리적으로 약한 부분들인,
    방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 약한 영역들은 상기 상판의 구조적 함몰부들인,
    방법.
  19. 에너지 저장 시스템으로서,
    모듈 하우징;
    상기 모듈 하우징 내에 위치하는 복수의 배터리 셀들―각각의 상기 복수의 배터리 셀들은 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하며, 각각의 상기 복수의 배터리 셀들은 양극 단자 및 음극 단자를 더 포함함―;
    상기 복수의 배터리 셀들을 절연시키기 위한 소재;
    고장난 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들의 방전을 유도시키는 소재;
    상기 배터리 셀들의 상기 양극 단자에 연결된 복수의 제 1 셀 커넥터들;
    상기 배터리 셀들의 상기 음극 단자에 연결된 복수의 제 2 셀 커넥터들;
    상기 복수의 배터리 셀들 위에 위치하는 상호 연결 층; 및
    상기 상호 연결층 위에 위치하는 상판―상기 상판은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀 위에 하나 또는 그 이상의 약한 영역들을 포함함―을 포함하고,
    상기 상호 연결층은:
    상기 복수의 제 1 셀 커넥터들을 상기 제 1 상호 연결부에 결합시키도록 구성된 제 1 상호 연결부; 및
    상기 복수의 제 2 셀 커넥터들을 상기 제 2 상호 연결부에 결합시키도록 구성된 제 2 상호 연결부를 포함하고,
    상기 제 1 상호 연결부 및 상기 제 2 상호 연결부는 상기 복수의 배터리 셀들 위의 같은 수평면에 놓여있는,
    에너지 저장 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 배터리 셀들을 절연 시키기 위한 상기 소재 및 상기 고장난 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들의 상기 방전을 유도시키는 상기 소재는 같은 소재인,
    에너지 저장 시스템.
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