KR20200097329A - 배터리 시스템 및 전기 자동차 - Google Patents

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루시아 지앙
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Abstract

배터리 시스템 및 전기 자동차가 제공된다. 배터리 시스템은 적어도 하나의 직렬 회로를 포함하고, 상기 직렬 회로에 적어도 하나의 제1 배터리 팩이 배치되며, 상기 제1 배터리 팩은, 병렬 연결된 적어도 2 개의 제1 셀; 및 전류 차단 장치를 포함하고, 상기 전류 차단 장치는 상기 제1 셀에 배치되며, 상기 제1 셀이 비정상일 때 상기 제1 셀의 내부 전류를 차단하도록 구성된다.

Description

배터리 시스템 및 전기 자동차
본 개시는 배터리 기술 분야에 관한 것으로, 배터리 시스템 및 전기 자동차에 관한 것이다.
에너지 저장 유닛으로서, 배터리는 다양한 산업에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 복수 개의 셀로 구성된 배터리 시스템은 새로운 에너지 차량 등과 같은 분야에 널리 사용된다. 배터리 시스템은 일반적으로 직렬 회로를 포함하고, 직렬 회로에 직렬 연결된 복수 개의 셀이 배치되어 충전 및 방전을 구현한다. 그러나, 배터리 시스템의 충전 과정에서, 셀의 과충전과 같은 비정상으로 인해 배터리 폭발이 발생하기 쉽다.
이 문제를 해결하기 위해, 관련 기술에서 통상적으로 직렬 회로의 대응하는 셀에 전류 차단 장치가 배치된다. 직렬 회로의 셀에 과충전과 같은 비정상일 때, 전류 차단 장치가 작동하도록 트리거링되어 셀의 내부 전류가 차단되도록 함으로써 셀에 대한 보호를 구현한다. 그러나 전류 차단 장치가 비정상적으로 작동되면 전체 직렬 회로가 열릴 수 있다.
본 개시의 목적은 전류 차단 장치의 비정상적 작동으로 인한 직렬 회로의 단전 위험을 감소시키도록 하는 배터리 시스템 및 전기 자동차를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 개시는 배터리 시스템이 제공되고, 상기 배터리 시스템은 적어도 하나의 직렬 회로를 포함하고, 직렬 회로에 적어도 하나의 제1 배터리 팩이 배치되고, 제1 배터리 팩은 병렬 연결된 적어도 2 개의 제1 셀, 및 제1 셀에 배치되는 전류 차단 장치를 포함하고, 전류 차단 장치는 제1 셀이 비정상일 때 제1 셀의 내부 전류를 차단하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 직렬 회로는 제1 배터리 팩에 직렬 연결되는 제2 배터리 팩을 추가로 포함하고, 제2 배터리 팩은 전류 차단 장치가 배치되지 않은 복수 개의 제2 셀을 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 셀은 코어 및 전극 단자를 포함하고, 전극 단자는 코어에 전기적 연결되며 내부 전극 단자 및 외부 전극 단자를 포함하고, 내부 전극 단자는 코어에 전기적 연결되고, 내부 전극 단자와 외부 전극 단자는 전류 차단 장치에 의해 전기적 연결된다.
일부 실시예에서, 전류 차단 장치는 내부 전극 단자에 전기적 연결되는 스코어 부재; 및 상기 스코어 부재 및 상기 외부 전극 단자에 각각 전기적 연결되며 제1 셀의 내부와 가스 연통되는 플립핑 부재를 포함한다.
일부 실시예에서, 스코어 부재는 스코어가 형성되는 스코어 영역, 플립핑 부재에 전기적 연결되는 제1 용접 영역 및 내부 전극 단자에 전기적 연결되는 제2 용접 영역을 포함하고, 플립핑 부재는 기압의 작용 하에 동작하여 스코어를 파단 가능하며, 플립핑 부재가 스코어를 파단한 후 내부 전극 단자와 차단될 수 있으며, 스코어는 제1 용접 영역을 둘러싸게 배치되고, 제1 용접 영역 및 제2 용접 영역 중 적어도 하나는 스코어가 위치한 평면과 상이한 평면에 배치된다.
일부 실시예에서, 스코어는 제1 용접 영역 및 제2 용접 영역이 위치한 평면과 상이한 평면에 배치된다.
일부 실시예에서, 스코어 부재는 스코어 영역으로부터 돌출되는 보스를 포함하고, 제1 용접 영역은 보스 상에 형성되며, 스코어는 스코어 영역에 형성되며 보스를 둘러싸게 배치된다.
일부 실시예에서, 제1 용접 영역은 보스의 상면에 형성되며 스코어 영역에 평행하고, 상기 상면의 외주연에는 링형 용접 조인트가 배치된다.
일부 실시예에서, 스코어 영역의 외주연에는 보스가 돌출되는 방향과 동일한 방향으로 돌출되는 링 벽이 형성되며, 제2 용접 영역은 링 벽의 외주연에 형성되며 높이 방향으로 보스의 상부 가장자리와 동일 높이에 위치하고, 링 벽의 외벽은 내부 전극 단자에 전기적 연결된다.
일부 실시예에서, 제2 용접 영역, 스코어 영역 및 제1 용접 영역은 반경 방향으로 외부에서 내부로 순차적으로 배열되며, 외부에서 내부로, 플립핑에 점차적으로 접근하는 단차 구조를 형성하고, 스코어는 제1 용접 영역을 둘러싸게 배치된다.
일부 실시예에서, 스코어 영역의 외주연에는 보스가 돌출되는 방향과 반대되는 방향으로 돌출되는 링 벽이 형성되고, 제2 용접 영역은 링 벽의 외주연에 형성되며 스코어 영역에 평행되고, 제2 용접 영역의 외주연에는 링형 용접 조인트가 형성된다.
일부 실시예에서, 보스의 측벽 및 링 벽은 각각 스코어 영역에 수직된다.
일부 실시예에서, 제1 용접 영역, 스코어 영역 및 제2 용접 영역은 각각 링 구조로 형성된다.
일부 실시예에서, 플립핑 부재에는 스코어 부재에 전기적 연결되는 제1 연결 영역 및 외부 전극 단자에 전기적 연결되는 제2 연결 영역이 형성되고, 플립핑 부재에 변형 완충 영역이 추가로 형성되고, 변형 완충 영역이 제1 연결 영역과 제2 연결 영역 사이에 배치되며 제1 연결 영역을 둘러싸게 배치된다.
일부 실시예에서, 플립핑 부재는 콘 형상으로 형성된 시트 구조이며, 콘 형상의 소단부(small end)는 제1 연결 영역을 형성하고, 스코어 부재로부터 떨어진 콘 형상의 대단부(large end)는 제2 연결 영역을 형성한다.
일부 실시예에서, 변형 완충 영역은 제1 연결 영역을 둘러싸는 링형 홈 구조로 형성된다.
일부 실시예에서, 링형 홈 구조의 반경 방향 단면은 호형 또는 각진 형이다.
본 개시는 전술한 배터리 시스템을 포함하는 전기 자동차를 추가로 제공한다.
전술한 기술방안에 따르면, 직렬 회로에 적어도 하나의 제1 배터리 팩이 배치되고, 제1 배터리 팩은 병렬 연결된 적어도 2 개의 제1 셀을 포함하고, 제1 셀에 전류 차단 장치가 배치되어, 전류 차단 장치의 비정상적 작동으로 인한 전체 직렬 회로의 단전 위험을 줄일 수 있어, 배터리 시스템에 기초한 외부 제어 시스템이 관련 처리를 수행하기에 충분한 비상 시간을 갖도록 한다.
본 개시의 다른 특징 및 장점은 이하 구체적 실시방식에서 상세하게 설명될 것이다.
첨부 도면은 본 개시의 추가 이해를 제공하기 위해 사용되며, 본 명세서의 일부를 구성하는데, 이는 이하의 구체적 실시방식과 조합하여 본 개시를 설명하는 데 사용되며, 본 개시를 제한하는 것은 아니다. 첨부 도면에서:
도 1은 본 개시의 일 예시적 실시방식에 따른 배터리 시스템의 개략 구조도이며, 직렬 회로가 정상 동작 상태이다.
도 2는 본 개시의 일 실시방식에 따른 배터리 시스템의 개략 구조도이며, 직렬 회로가 열린 상태이다.
도 3은 본 개시의 일 실시방식에 따른 배터리 시스템의 개략 구조도이며, 전류 차단 장치가 비정상 작동된 것이다.
도 4는 본 개시의 제1 실시방식에 따른 전류 차단 장치의 단면도이다.
도 5는 본 개시의 제2 실시방식에 따른 전류 차단 장치의 단면도이다.
도 6은 본 개시의 제2실시방식에 따른 스코어 부재의 개략 사시도이다.
도 7은 본 개시의 제1 실시방식에 따른 플립핑 부재의 개략 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 개시의 구체적 실시방식을 상세히 설명한다. 여기에 이해해야 할 것은 서술된 구체적 실시방식들은 단지 본 개시를 설명 및 해석하기 위해 사용된 것이며, 본 개시를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.
본 개시에서, 반대의 설명이 없이, "상, 하, 좌, 우"와 같은 방향성 용어는 일반적으로 해당 첨부 도면의 도면 방향을 기준으로 정의되며, "내, 외"는 해당 구성 요소의 윤곽의 내, 외를 의미한다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 개시의 실시방식에 따른 배터리 시스템의 개략 구조도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 시스템은 적어도 하나의 직렬 회로(10)를 포함하고, 직렬 회로(10)는 적어도 하나의 제1 배터리 팩(20)을 포함하며, 제1 배터리 팩(20)은 병렬 연결된 적어도 2 개의 제1 셀(21)을 포함하고, 배터리 시스템은 전류 차단 장치를 더 포함하고, 전류 차단 장치는 제1 셀(21) 상에 배치된다. 제1 셀(21) 상의 전류 차단 장치는 제1 셀(21)이 비정상일 때 제1 셀(21)의 내부 전류를 차단하도록 구성된다.
본 개시에서, 셀이 비정상인 경우는, 예를 들어, 셀의 과충전과 같은 위험한 상태, 사용과정에서 셀의 단락으로 인한 열 폭주 등을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에서, 제1 셀(21)은 임의의 적절한 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 셀(21)은 코어 및 코어에 전기적 연결되는 전극 단자를 포함하며, 전극 단자는 전류의 입력 및 출력에 사용된다. 전류 차단 장치는 전극 단자에 배치될 수 있다. 제1 셀(21)이 정상 상태일 때, 전류 차단 장치는 작동하지 않는다. 이 경우, 제1 셀(21)의 내부는 도통 상태, 즉 코어와 전극 단자 사이의 전기적 연결이 정상이며, 전극 단자에 의해 전류가 정상적으로 입력 및 출력될 수 있다. 제1 셀(21)이 비정상 상태일 때, 예를 들어, 셀(21)이 과충전될 때, 전류 차단 장치는 작동되어 코어가 전극 단자로부터 전기적 연결이 차단됨으로써 전체 직렬 회로의 전류를 차단시켜 더 이상 열 폭주로 인한 배터리 폭발을 방지하도록 한다.
또한, 파워 배터리의 분야에서, 배터리 용량에 대한 요구가 더 큰 것을 고려하여, 직렬 회로(10) 내에 제2 배터리 팩(30)이 추가로 배치될 수 있다. 제2 배터리 팩(30)은 전류 차단 장치가 없는 복수 개의 제2 셀(31)를 포함할 수 있으며, 복수 개의 제2 셀(31)은 직렬 연결되거나, 병렬 연결되거나, 직렬 및 병렬 연결된다. 도 1 내지 도 3에서, 예를 들어, (n-1) 개의 제2 셀(31)이 직렬 연결된다. 제2 셀(31)은 또한 코어 및 코어에 전기적 연결되는 전극 단자를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 배터리 팩(30)은 제1 배터리 팩(20)에 직렬 연결되어 전체 파워 배터리를 구성하도록 한다. 제2 배터리 팩(30)은 전류 차단 장치가 없는 제2 셀(31)로 구성되며, 이는 파워 배터리의 에너지 저장 소자로서 기능한다. 제1 배터리 팩(20)은 전류 차단 장치를 구비하는 제1 셀(21)로 구성되며, 파워 배터리의 에너지 저장 소자로서 기능할 뿐만 아니라 극한의 조건 하에 전체 회로가 개폐되도록 제어하는 안전 구조 설계로서도 이용된다. 그러나, 제2 배터리 팩(30)에서, 제2 셀(31)은 직렬 연결되어 제2 배터리 팩(30)을 형성하거나, 병렬 연결 또는 직렬 및 병렬의 조합으로 연결되어 제2 배터리 팩(30)을 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 셀(21)이 정상 상태일 때, 제1 셀(21) 상에 배치된 전류 차단 장치는 작동하지 않는다. 이 경우, 제1 셀(셀 Cn(a) 및 Cn(b))의 내부는 도통 상태, 즉 코어와 전극 단자 사이의 전기적 연결이 정상이며, 전극 단자에 의해 전류가 정상적으로 입력 및 출력될 수 있다. 이 경우, 전체 직렬 회로(10)는 정상 동작 상태이고, 모든 셀을 충전 및 방전할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 시스템에서 하나 또는 여러 개의 배터리에 비정상이 발생되면, 제1 셀(21)에 구비된 전류 차단 장치가 작동된다. 따라서, 제1 셀(셀 Cn(a) 및 Cn(b))의 내부는 차단된 상태에 있고, 전체 직렬 회로의 전류는 차단되어 배터리가 더 이상 열 폭주되는 것을 방지하도록 한다.
일부 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 배터리 팩(20) 내의 제1 셀(21) 중 하나의 전류 차단 장치(셀 Cn(b) 상의 전류 차단 장치)가 오작동될 때, 제1 셀(Cn(b))의 코어는 전극 단자와 전기적 연결이 차단되어, 제1 셀의 전류 출력을 차단시킨다. 그러나, 제1 셀과 병렬 연결된 다른 제1 셀(21; Cn(a))은 여전히 정상 동작 상태이고, 전체 직렬 회로(10)는 여전히 정상 동작 상태로 유지될 수 있으며, 오직 용량만이 감소된다. 따라서, 전류 차단 장치가 비정상적 작동으로 인해 전체 직렬 회로가 차단될 위험을 감소시킬 수 있어, 배터리 시스템에 기초한 외부 제어 시스템이 관련 처리를 위한 충분한 비상 시간을 갖도록 한다.
이해해야 할 것은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 시스템은 직렬 회로를 포함하고, 직렬 회로에는 제1 배터리 팩(20)이 구비되고, 제1 배터리 팩(20)은 예를 들어 병렬 연결된 2 개의 제1 셀(21)을 포함한다. 전류 차단 장치가 비정상적으로 작동되어 배터리 시스템이 단전될 확률을 더욱 감소시키기 위해, 병렬 연결된 제1 셀이 제1 배터리 팩에 추가될 수 있고, 전류 차단 장치는 추가된 제1 셀 상에 배치되고, 제1 배터리 팩은 또한 직렬 회로에 추가될 수 있고, 직렬 회로는 전체 배터리 시스템에 추가될 수도 있다.
본 개시의 일부 실시예에서, 전류 차단 장치는 기압을 감지하기 위한 기계적 구조일 수 있다. 일부 실시예에서, 전류 차단 장치는 셀의 내부와 가스 연통되고, 기압의 작용 하에서 셀의 내부 전류를 차단할 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 구성 요소들의 연결을 끊음으로써 전류 전송이 중단될 수 있고, 따라서 셀의 충전 및 방전을 제때에 차단하도록 한다. 사용되는 기압의 소스는 다음과 같다: 셀이 과충전과 같은 비정상 상태일 때, 셀 내부에서 가스가 발생함으로 인해 하우징 내부의 기압이 증가되거나, 셀 사용과정에서 비정상으로 인해 온도가 상승하여 셀 내부의 기압이 증가됨으로써, 전류 차단 장치를 구동하는 기압 동력이 발생하게 된다.
일부 실시예에서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 셀(21)은 코어 및 전극 단자를 포함하고, 전극 단자는 내부 전극 단자(213) 및 외부 전극 단자(214)를 포함할 수 있다. 내부 전극 단자(213)는 코어에 전기적 연결되고, 내부 전극 단자(213)와 외부 전극 단자(214)는 전류 차단 장치에 의해 전기적 연결된다. 전류 차단 장치는 내부 전극 단자(213)와 외부 전극 단자(214) 사이의 전기적 연결을 제어하는 것을 통해 전극 단자의 전류 입력 및 출력을 제어함으로써, 제1 셀이 비정상일 때 전체 직렬 회로의 보호를 구현한다.
일부 실시예에서, 전류 차단 장치는 스코어 부재(221) 및 플립핑 부재(222)를 포함한다. 스코어 부재(221)는 내부 전극 단자(213)에 전기적 연결되고, 플립핑 부재(222)는 스코어 부재(221) 및 외부 전극 단자(214) 에 각각 전기적 연결되며, 플립핑 부재(222)는 셀(21)의 내부와 가스 연통되어 기압의 작용 하에 플립핑되어 스코어 부재(221)와 전기적 연결이 차단된다. 본 개시의 일부 실시예에서, 플립핑 부재 및 스코어 부재 중 적어도 하나를 차단시킬 수 있다. 예를 들어, 해당 구성 요소에 스코어 노치를 가공하여 전기적 연결이 차단되도록 한다. 일부 실시예에서, 스코어 노치(223)가 스코어 부재(221) 상에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 내부 압력 하에, 스코어 노치(223)는 플립핑 부재(222)의 플립핑에 의해 파단되어, 플립핑 부재가 스코어 부재와 전기적 연결이 차단됨으로써, 이로 인해 전류 전송이 중단될 수 있다.
예를 들어, 파워 배터리의 분야에서, 통과할 비교적 큰 전류가 존재한다는 것을 고려하면, 스코어 부재(221)와 플립핑 부재(222)의 용접 구조는 큰 전류가 용접 구조를 융단시키는 것을 방지하기 위해 안정적이어야 한다. 따라서, 스코어 부재(221) 상에 스코어 노치(223)를 배치, 즉 해당 부분의 다른 영역보다 강도가 약한 위크 부분을 가공함으로써 스코어 부재(221)와 플립핑 부재(222)를 완전히 차단시킬 수 있다. 스코어 노치는 일반적으로 스코어 부재와 플립 부재의 용접 영역을 둘러싸게 배치되어, 플립핑 부재로부터 스코어 부재의 완전한 차단을 보장한다.
이하 도 4 및 도 5를 참조하여 본 개시의 2 개의 실시방식에서 전류 차단 장치의 스코어 부재(221) 및 플립핑 부재(222)를 설명하기로 한다.
일부 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 개시의 전류 차단 장치는 스코어 부재(221) 및 플립핑 부재(222)를 포함한다. 스코어 부재(221)는 스코어 노치(223)가 형성되는 스코어 영역(225), 플립핑 부재(222)에 전기적 연결되는 제1 용접 영역(224) 및 내부 전극 단자(213)에 전기적 연결되는 제2 용접 영역(231)을 포함한다. 플립핑 부재(222)는 기압 하에 동작하여 스코어 노치(223)를 파단시킬 수 있으므로 스코어 부재(221)와 전기적 연결이 차단될 수 있다. 플립핑 부재(222)는 스코어 노치(223)를 파단한 후, 플립핑 부재(222)는 제2 용접 영역(231)과 전기적 연결이 차단되어, 나아가 내부 전극 단자(213)와 전기적 연결이 차단된다. 스코어 노치(223)는 제1 용접 영역(224)을 둘러싸게 배치되며, 스코어 노치(223)는 제1 용접 영역(224)을 둘러싸는 링 형일 수 있다. 또한, 제1 용접 영역(224) 및 제2 용접 영역(231) 중 적어도 하나는 스코어 노치(223)가 위치한 평면과 상이한 평면에 배치된다. 다시 말해서, 스코어 노치(223)와 제1 용접 영역(224) 및 제2 용접 영역(231) 중 적어도 하나는 동일한 평면에 위치하지 않기 때문에, 플립핑 부재(221)로부터의 외력이 스코어 부재(221) 상의 스코어 노치(223)에 대한 기계적 충격을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 용접 영역에서의 용접 응력이 스코어 노치(223)가 위치하는 영역에 대한 열 영향을 해소할 수 있다. 따라서, 본 개시에서 제공되는 전류 차단 장치의 신뢰성을 향상시킨다. 제1 용접 영역(224)을 둘러싸는 스코어 노치(223)는 셀 내부의 기압 하에 파단될 수 있다. 이 경우, 플립핑 부재(222)는 스코어 부재(221)와 전기적 연결이 차단되어 전류를 차단시킨다.
일부 실시예에서, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 스코어 노치(223)는 제1 용접 영역(224) 및 제2 용접 영역(231)의 평면과 상이한 평면에 배치된다. 일부 실시예에서, 제2 용접 영역(231), 스코어 영역(225) 및 제1 용접 영역(224)은 반경 방향으로 외부에서 내부로 순차적으로 배열되고, 외부에서 내부로 플립핑 부재(222)에 점차적으로 접근하는 단차 구조로 형성된다. 제2 용접 영역(231)은 또한 스코어 영역(225)과 상이한 평면에 위치한다. 삼자에 의해 형성된 단차 구조는 완충 효과를 가지므로, 2 개의 용접 영역의 용접 응력이 스코어 노치(223)에 대한 열 영향을 피할 수 있고, 내부 전극 단자로부터 전달 받은 외력도 완충시킬 수 있어, 전류 차단 장치를 보다 신뢰할 수 있도록 한다.
본 출원의 일부 실시예에서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 스코어 부재(221)는 스코어 영역(225) 및 스코어 영역(225)으로부터 돌출되는 보스(226)를 포함한다. 제1 용접 영역(224)은 보스(226) 상에 형성되고, 스코어 노치(223)는 스코어 영역(225)에 형성되며 보스(226)를 둘러싸게 배치된다. 따라서, 스코어 노치 및 제1 용접 영역은 상이한 평면에 배치된다. 일부 실시예에서, 제1 용접 영역(224)은 보스(226)의 상면에 형성되며 스코어 영역(225)에 평행되고, 상기 상면의 외주연에는 링형 용접 조인트가 배치된다. 대응되게, 플립 부재(222)에는 스코어 부재(221)에 전기적 연결되는 제1 연결 영역(227) 및 외부 전극 단자(214)에 전기적 연결되는 제2 연결 영역(228)이 형성된다. 제1 연결 영역(227)은 보스(226)를 수용하기 위한 연결 홀로 형성될 수 있다 따라서, 보스(226)의 외주연과 연결 홀의 내벽은 링형 용접 영역을 통해 견고하게 용접된다. 보스(226)는 원통형 구조일수 있고 또는 원통형 구조의 축 방향으로 관통 홀 구조를 가질 수 있다. 다른 실시방식에서, 스코어 노치 및 제1 용접 영역은 다양한 돌출 구조 또는 오목 구조를 사용함으로써 상이한 평면에 배치될 수도 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 셀의 내부 전극 단자(213)에 대한 전기적 연결을 하기 위해, 일반적으로 내부 전극 단자(213)의 상단부에는 수용 홈이 배치된다. 따라서, 스코어 영역(225)의 외주연에는 보스(226)가 돌출되는 방향과 동일한 방향으로 돌출되는 링 벽(229)이 형성되며, 링 벽(229)의 상부 가장자리는 높이 방향으로 보스(226)의 상부 가장자리와 동일 높이에 위치한다. 또한, 링 벽(229)의 외벽의 상부 가장자리는 셀의 내부 전극 단자(213)에 전기적 연결되어 제2 용접 영역을 형성하며, 이는 내부 전극 단자(213)의 수용 홈의 홈 벽의 형상과 맞물리며 링형 용접 조인트를 통해 용접된다. 이러한 실시방식에서, 스코어 부재(221)는 내부 전극 단자(213)의 수용 홈에 완전히 수용될 수 있어, 안정적인 구조를 형성한다.
일부 실시예에서, 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 내부 전극 단자(213) 상에 여전히 수용 홈이 배치되고, 스코어 부재(221)의 보스(226)는 수용 홈 밖으로 연장된다. 일부 실시예에서, 스코어 부재(221)가 단차 구조로 형성되도록, 스코어 영역(225)의 외주연에는 보스(226)가 돌출되는 방향과 반대 방향으로 돌출되는 링 벽(229)이 형성되고, 제2 용접 영역(231)이 링 벽의 외주연에 형성되며 스코어 영역(225)에 평행된다. 제2 용접 영역(231)의 외주연에는 배터리의 내부 전극 단자(213)에 전기적 연결되는 링형 용접 조인트가 형성된다. 일부 실시예에서, 제2 용접 영역(231)의 하면이 수용 홈의 하부 벽에 배치될 수 있고, 외주연은 링형 용접 조인트에 의해 수용 홈의 측벽에 용접됨으로써, 안정적인 구조를 형성한다. 다시 말해, 제2 실시방식에서, 제1 용접 영역(224), 스코어 영역(225) 및 제2 용접 영역(231)은 상이한 평면에 배치된다.
또한, 제2 실시방식에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 보스(226)의 측벽 및 링 벽(229)은 각각 스코어 영역(225)에 수직되고, 다른 실시방식들에서, 일정 각도를 가질 수 있으며, 예를 들어 Z 자형 단차로 형성된다. 제1 용접 영역(224), 스코어 영역(225) 및 제2 용접 영역(231)은 각각 링 구조일 수 있으며, 즉 제1 용접 영역(224)은 중심 홀을 가질 수 있다. 다른 실시방식들에서, 제1 용접 영역(224)은 중심 홀을 갖지 않을 수 있다.
이상에서 2 개의 실시방식의 전류 차단 장치 내의 스코어 부재(221)를 설명하였으며, 이하에서 2 개의 실시방식의 전류 차단 장치 내의 플립핑 부재(222)를 설명하기로 한다.
도 4, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 출원의 전류 차단 장치의 플립핑 부재(222)에는 스코어 부재(221)에 전기적 연결되는 제1 연결 영역(227) 및 배터리의 외부 전극 단자(214)에 전기적 연결되는 제2 연결 영역(228)이 형성된다. 또한, 플립핑 부재(222)에는 변형 완충 영역(233)이 추가로 형성되고, 변형 완충 영역(233)은 제1 연결 영역(227)과 제2 연결 영역(228) 사이에 배치되며 제1 연결 영역(227)을 둘러싸게 배치된다. 변형 완충 영역은 외력의 작용 하에, 플립핑 부재(222), 제1 연결 영역(227), 제2 연결 영역(228) 및 스코어 부재(221) 보다 먼저 변형되어 상기 외력을 완충시키는 영역을 의미하는 것이며, 나아가 제1 연결 영역(227) 및 스코어 부재(221)의 스코어 노치(223)에 대한 외력의 충격을 감소시킴으로써 전류 차단 장치의 신뢰성을 향상시킨다.
본 개시의 일부 실시예에서, 플립핑 부재(222)는 콘 형상으로 형성된 시트 구조이며, 콘 형상의 소단부(small end)는 제1 연결 영역(227)을 형성하고, 스코어 부재(221)로부터 떨어진 콘 형상의 대단부(large end)는 제2 연결 영역(228)을 형성한다. 콘 형상 구조는 2 개의 연결 영역을 상이한 평면에 배치하고, 스코어 노치(223)를 파단시키도록 플립핑 부재(222)가 힘을 받아 상향으로 플립핑하는 공간을 제공하는데 사용될 수 있다. 기타 가능한 실시방식에서, 플립핑 부재(222)는 탄성 평탄 부재 등일 수도 있다.
도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 본 개시의 변형 완충 영역(233)은 제1 연결 영역(227)을 둘러싸는 링형 홈 구조로 형성된다. 따라서, 외력 작용 하에 링형 홈의 홈 벽 사이의 상대 이동을 통해 변형 완충 효과에 달할 수 있다. 기타 가능한 실시방식에서, 변형 완충 영역(233)은 또한 변형 챔버 등 구조 또는 탄성 재료에 의해 구현될 수도 있다.
도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 실시방식에서, 링형 홈 구조의 반경 방향 단면은 호형, 예를 들어 외부 전극 단자(214)를 향해 돌출된 반원형이다. 따라서, 제2 연결 영역(228)으로부터 전달 받은 외력은 호형의 홈 벽의 변형에 의해 흡수될 수 있음으로써, 제1 연결 영역(227) 및 스코어 부재(221)에 대한 충격을 감소시킨다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시방식에서, 링형 홈 구조의 반경 방향 단면은 또한 각진 형상일 수 있고, 각진 형상의 양 측변은 2 개의 홈 벽이고 마찬가지로 외력의 작용 하에 변형될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 실시방식에서, 스코어 부재(221)의 보스(226)는 내부 전극 단자(213)의 수용 홈으로부터 돌출된다. 이 경우, 공간을 절약하기 위해, 각진 형상의 링형 홈은 스코어 부재(221)를 향하여 돌출되도록 설계할 수 있고, 홈의 바닥은 보스의 일측에 형성되어, 플립핑 부재(222)가 외력에 대한 완충을 구현하도록 Z 자형 구조로 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일부 실시예에서, 플립핑 부재(222)가 정상적으로 동작할 수 있도록 하기 위해, 외부 전극 단자(214)는 캡 구조로 형성되고, 플립핑 부재(222)의 동작 시 가스를 배출하기 위한 관통 홀(235)을 가질 수 있어, 기압의 작용 하에 플립핑 부재의 동작이 회복되는 것을 방지한다.
본 개시에서 제공되는 제1 셀은 하우징을 추가로 포함하며, 하우징에 코어가 수용된다. 제1 셀은 하우징을 캡슐화하는 커버 플레이트 어셈블리를 더 포함하고, 내부 전극 단자는 코어에 전기적 연결되고, 플립핑 부재는 하우징의 내부와 가스 연통된다. 커버 플레이트 어셈블리는 커버 플레이트, 커버 플레이트의 내측에 위치하는 내부 전극 단자(213) 및 커버 플레이트의 외측에 위치하는 외부 전극 단자(214)를 포함한다. 내부 전극 단자(213)와 외부 전극 단자(214)는 전술한 전류 차단 장치에 의해 전기적 연결된다. 외부 전극 단자(214)는 플립핑 부재(222)에 전기적 연결되고, 스코어 부재(221)는 내부 전극 단자(213)에 전기적 연결된다.
내부 전극 단자(213)는 코어에 전기적 연결된 내부 리드아웃 부재에 용접된다. 일부 실시예에서, 내부 리드아웃 부재에는 용접 홀이 형성될 수 있다. 내부 전극 단자(213)는 주상 구조를 형성하고 용접 홀 내에 매립되어 내부 리드아웃 부재에 용접된다. 커버 플레이트가 대전되는 것을 방지하기 위해, 커버 플레이트와 내부 리드아웃 부재 사이에 커버 플레이트 절연 부재가 배치되고, 내부 전극 단자는 커버 플레이트 절연 부재를 틈새 있게 통과하여 스코어 부재에 용접될 수 있다. 밀봉성을 보장하기 위해 지지 링이 추가로 포함된다. 지지 링은 하단이 커버 플레이트에 용접되고, 전류 차단 장치와 커버 플레이트의 절연을 보장하기 위해, 세라믹 재료가 사용될 수 있다. 전류 차단 장치의 장착을 용이하도록 하기 위해, 커버 플레이트에는 덕트가 형성된다. 또한, 배터리 내부의 가스가 플립핑 부재(222)에 작용할 수 있도록 확보하기 위해, 내부 리드아웃 부재에 에어 홀이 형성되어, 가스가 에어 홀을 통해 플립핑 부재(222)에 작용할 수 있도록 한다.
배터리 시스템이 제공되고, 상기 배터리 시스템은 적어도 하나의 직렬 회로를 포함하고, 직렬 회로에 적어도 하나의 제1 배터리 팩이 배치되고, 제1 배터리 팩은 병렬 연결된 적어도 2 개의 제1 셀, 및 제1 셀에 배치되는 전류 차단 장치를 포함한다. 제1 셀의 전류 차단 장치는 제1 셀이 비정상일 때 제1 셀의 내부 전류를 차단하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 직렬 회로는 제1 배터리 팩에 직렬 연결되는 제2 배터리 팩을 추가로 포함하고, 제2 배터리 팩은 전류 차단 장치가 배치되지 않은 복수 개의 제2 셀을 포함한다. 적어도 하나의 제2 셀이 비정상일 때, 제1 배터리 팩 내의 제1 셀 각각의 전류 차단 장치가 작동되어 직렬 회로를 차단시킨다.
일부 실시예에서, 제1 셀은 코어 및 전극 단자를 포함하고, 전극 단자는 코어에 전기적 연결되며 내부 전극 단자 및 외부 전극 단자를 포함하고, 내부 전극 단자는 코어에 전기적 연결되고, 내부 전극 단자와 외부 전극 단자는 전류 차단 장치에 의해 전기적 연결된다.
일부 실시예에서, 전류 차단 장치는 내부 전극 단자에 전기적 연결되는 스코어 부재; 및 상기 스코어 부재 및 상기 외부 전극 단자에 각각 전기적 연결되며 제1 셀의 내부와 가스 연통되는 플립핑 부재를 포함한다.
일부 실시예에서, 스코어 부재는 스코어 노치가 형성되는 스코어 영역, 플립핑 부재에 전기적 연결되는 제1 용접 영역 및 내부 전극 단자에 전기적 연결되는 제2 용접 영역을 포함한다. 플립핑 부재는 기압의 작용 하에 동작하여 스코어 노치를 파단 가능하며, 플립핑 부재가 스코어 노치를 파단한 후 내부 전극 단자와 차단될 수 있으며, 스코어 노치는 제1 용접 영역을 둘러싸게 배치되고, 제1 용접 영역 및 제2 용접 영역 중 적어도 하나는 스코어 노치가 위치한 평면과 상이한 평면에 배치된다.
일부 실시예에서, 스코어 노치는 제1 용접 영역 및 제2 용접 영역이 위치한 평면과 다른 평면에 배치된다.
일부 실시예에서, 스코어 부재는 스코어 영역으로부터 돌출되는 보스를 포함하고, 제1 용접 영역은 보스 상에 형성되며, 스코어 노치는 스코어 영역에 형성되며 보스를 둘러싸게 배치된다.
일부 실시예에서, 제1 용접 영역은 보스의 상면에 형성되며 스코어 영역에 평행하고, 상기 상면의 외주연에는 링형 용접 조인트가 배치된다.
일부 실시예에서, 스코어 영역의 외주연에는 보스가 돌출되는 방향과 동일한 방향으로 돌출되는 링 벽이 형성되며, 제2 용접 영역은 링 벽의 외주연에 형성되며 높이 방향으로 보스의 상부 가장자리와 동일 높이에 위치하고, 링 벽의 외벽은 내부 전극 단자에 전기적 연결된다.
일부 실시예에서, 제2 용접 영역, 스코어 영역 및 제1 용접 영역은 반경 방향으로 외부에서 내부로 순차적으로 배열되며, 외부에서 내부로, 플립핑에 점차적으로 접근하는 단차 구조를 형성하고 스코어 노치는 제1 용접 영역을 둘러싸게 배치된다.
일부 실시예에서, 스코어 영역의 외주연에는 보스가 돌출되는 방향과 반대되는 방향으로 돌출되는 링 벽이 형성되고, 제2 용접 영역은 링 벽의 외주연에 형성되며 스코어 영역에 평행되고, 제2 용접 영역의 외주연에는 링형 용접 조인트가 형성된다.
일부 실시예에서, 보스의 측벽 및 링 벽은 각각 스코어 영역에 수직된다.
일부 실시예에서, 제1 용접 영역, 스코어 영역 및 제2 용접 영역은 각각 링 형 구조로 형성된다.
일부 실시예들에서, 플립핑 부재에는 스코어 부재에 전기적 연결되는 제1 연결 영역 및 외부 전극 단자에 전기적 연결되는 제2 연결 영역이 형성되고, 플립핑 부재에 변형 완충 영역이 추가로 형성되고, 변형 완충 영역이 제1 연결 영역과 제2 연결 영역 사이에 배치되며 제1 연결 영역을 둘러싸게 배치된다.
일부 실시예에서, 플립핑 부재는 콘 형상으로 형성된 시트 구조이며, 콘 형상의 소단부(small end)는 제1 연결 영역을 형성하고, 스코어 부재로부터 떨어진 콘 형상의 대단부(large end)는 제2 연결 영역을 형성한다.
일부 실시예에서, 변형 완충 영역은 제1 연결 영역을 둘러싸는 링형 홈 구조로 형성된다.
대응되게, 본 개시는 상술한 배터리 시스템을 포함하는 전기 자동차를 추가로 제공한다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 개시의 일부 실시방식에 대해 상세하게 설명했지만, 본 개시는 상기 실시방식의 구체적인 내용에 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 기술적 사상의 범위 내에서 본 개시의 기술방안에 대해 다양한 단순 변형이 이루어질 수 있으며, 이러한 단순 변형은 모두 본 개시의 보호 범위 내에 속한다.
설명해야 할 것은, 상기 구체적 실시예에서 설명된 구체적 기술 특징은 모순되지 않는 한 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 다양한 가능한 조합은 본 개시에서 더 이상 설명하지 않는다.
또한, 본 개시의 사상을 벗어나지 않는 한 본 개시의 다양한 실시예들은 조합될 수 있고, 이러한 조합들은 또한 본 개시의 범위 내에 속할 것이다.

Claims (18)

  1. 적어도 하나의 직렬 회로를 포함하고, 상기 직렬 회로에 적어도 하나의 제1 배터리 팩이 배치되며, 상기 제1 배터리 팩은,
    병렬 연결된 적어도 2 개의 제1 셀; 및
    상기 제1 셀에 배치되는 전류 차단 장치를 포함하고,
    상기 전류 차단 장치는 상기 제1 셀이 비정상일 때 상기 제1 셀의 내부 전류를 차단하도록 구성되는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 직렬 회로는 상기 제1 배터리 팩에 직렬 연결되는 제2 배터리 팩을 추가로 포함하고, 상기 제2 배터리 팩은 상기 전류 차단 장치가 없는 복수 개의 제2 셀을 포함하는 배터리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 셀은 코어 및 전극 단자를 포함하고, 상기 전극단자는 상기 코어에 전기적 연결되며 내부 전극 단자 및 외부 전극 단자를 포함하고, 상기 내부 전극 단자는 상기 코어에 전기적 연결되고, 상기 내부 전극 단자와 상기 외부 전극 단자는 상기 전류 차단 장치에 의해 전기적 연결되는 배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전류 차단 장치는,
    상기 내부 전극 단자에 전기적 연결되는 스코어 부재; 및
    상기 스코어 부재 및 상기 외부 전극 단자에 각각 전기적 연결되는 플립핑 부재를 포함하고, 상기 플립핑 부재는 제1 셀의 내부와 가스 연통되는 배터리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스코어 부재는 스코어 노치를 갖는 스코어 영역, 상기 플립핑 부재에 전기적 연결되는 제1 용접 영역 및
    상기 내부 전극 단자에 전기적 연결되는 제2 용접 영역을 포함하고, 상기 플립핑 부재는 기압의 작용 하에 동작하여 상기 스코어 노치를 파단하며, 상기 스코어 노치는 제1 용접 영역을 둘러싸게 배치되고, 상기 제1 용접 영역 및 상기 제2 용접 영역 중 적어도 하나는 상기 스코어 노치가 위치한 평면과 상이한 평면에 배치되는 배터리 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스코어 노치는 상기 제1 용접 영역 및 상기 제2 용접 영역이 위치한 평면과 상이한 평면에 배치되는 배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스코어 부재는 상기 스코어 영역으로부터 돌출되는 보스를 포함하고, 상기 제1 용접 영역은 상기 보스 상에 형성되며, 상기 스코어 노치는 상기 스코어 영역에 형성되며 상기 보스를 둘러싸게 배치되는 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 용접 영역은 상기 보스의 상면에 형성되며 상기 스코어 영역에 평행되고, 상기 상면의 외주연에는 링형 용접 조인트가 배치되는 배터리 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스코어 영역의 외주연에는 상기 보스가 돌출되는 방향과 동일한 방향으로 돌출되는 링 벽이 형성되며, 상기 제2 용접 영역은 상기 링 벽의 외주연에 형성되며 높이 방향으로 상기 보스의 상부 가장자리와 동일 높이에 위치하고, 상기 링 벽의 외벽은 상기 내부 전극 단자에 전기적 연결되는 배터리 시스템.
  10. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 용접 영역, 상기 스코어 영역 및 상기 제1 용접 영역은 반경 방향으로 외부에서 내부로 순차적으로 배열되며, 외부에서 내부로 상기 플립핑 부재에 점차적으로 접근하는 단차 구조로 형성되고, 상기 스코어 노치는 상기 제1 용접 영역을 둘러싸게 배치되는 배터리 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스코어 영역의 외주연에는 상기 보스가 돌출되는 방향과 반대되는 방향으로 돌출되는 링 벽이 형성되고, 상기 제2 용접 영역은 상기 링 벽의 외주연에 형성되며 상기 스코어 영역에 평행되고, 상기 제2 용접 영역의 외주연에는 링형 용접 조인트가 형성되는 배터리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 보스의 측벽 및 상기 링 벽은 각각 상기 스코어 영역에 수직되는 배터리 시스템.
  13. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 용접 영역, 상기 스코어 영역 및 상기 제2 용접 영역은 각각 링 구조로 형성되는 배터리 시스템.
  14. 제4항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플립핑 부재는,
    상기 스코어 부재에 전기적 연결되는 제1 연결 영역;
    상기 외부 전극 단자에 전기적 연결되는 제2 연결 영역; 및
    상기 제1 연결 영역과 상기 제2 연결 영역 사이에 배치되며 상기 제1 연결 영역을 둘러싸게 배치되는 변형 완충 영역을 포함하는 배터리 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 플립핑 부재는 콘 형상으로 형성된 시트 구조이며, 상기 콘 형상의 소단부(small end)는 상기 제1 연결 영역을 구성하고, 상기 콘 형상의 대단부(large end)는 상기 스코어 부재로부터 떨어지며, 상기 제2 연결 영역을 구성하는 배터리 시스템.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 변형 완충 영역은 상기 제1 연결 영역을 둘러싸는 링형 홈 구조를 갖는 배터리 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 링형 홈 구조의 반경 방향 단면은 호형 또는 각진 형인 배터리 시스템.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 배터리 시스템을 포함하는 전기 자동차.
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