KR20210110695A - 배터리 팩, 차량, 및 에너지 저장 디바이스 - Google Patents

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KR20210110695A
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화쥔 쑨
원펑 장
즈페이 루
웨이신 정
장룽 탕
옌 주
신웨 왕
커펑 허
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  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

배터리 팩, 차량, 및 에너지 저장 디바이스. 　배터리 팩은 배터리 어레이 및 지지 부재를 포함하며, 배터리 어레이는 복수의 단일 셀들을 포함하고, 단일 셀들은 제1 크기를 갖고, 제1 크기는 단일 셀을 가상으로 클램핑하는 2개의 평행한 평면 사이의 거리의 최대 값이고, 적어도 하나의 단일 셀은 다음의 조건들, 즉, 제1 크기가 600 mm 이상 2500 mm 이하라는 것을 충족하고, 단일 셀은 지지 부재 상에 지지되고, 제1 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 Q 방향이고, 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 형성되고, 배터리 어레이는 배터리 배치 영역에 위치되고, 단일 셀은 Q 방향으로 배터리 배치 영역의 일 측부로부터 배터리 배치 영역의 다른 측부로 연장된다.

Description

배터리 팩, 차량, 및 에너지 저장 디바이스
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원은, 2019년 1월 9일자로 BYD 컴퍼니 리미티드(BYD Company Limited)에 의해 출원된 중국 특허 출원 일련번호 제"201910021244.0"호, 제"201910020967.9"호, 제"201910021246.X"호, 제"201910021248.9"호, 제"201910021247.4"호, 및 제"201910020925.5"호를 우선권으로 주장하며, 이들은 그 전체가 인용에 의해 본 출원에 포함된다.
본 출원은 차량 제조 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로는, 배터리 팩, 배터리 팩을 갖는 차량, 및 배터리 팩을 갖는 에너지 저장 디바이스에 관한 것이다.
관련 기술에서, 예를 들어 전기 차량에 적용되는 배터리 팩은 주로, 팩 몸체 및 팩 몸체에 탑재되는 복수의 배터리 모듈들을 포함한다. 각각의 배터리 모듈은 복수의 셀들의 조립체이다.
사용자들이 전기 차량들의 배터리 수명에 대해 갖는 요건들이 점점 더 높아짐에 따라, 차량 몸체의 최하부에 있는 제한된 공간에서의 종래의 전력 배터리 팩의 사용은 낮은 공간 활용률로 이어진다. 게다가, 전력 배터리 팩의 에너지 밀도는 요구를 충족시킬 수 없으며, 이는 점차 전기 차량들의 발전을 저해하는 중요한 요인이 되었다.
기존 관련 기술에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩은 배터리 팩 하우징을 포함하며, 여기서, 복수의 가로 빔들(500) 및 복수의 길이방향 빔들(600)이 배터리 팩 하우징을 배터리 모듈(400)을 위한 복수의 탑재 구역들로 분할하며, 배터리 모듈(400)은 나사들을 통해 또는 다른 방식으로 가로 빔들(500) 또는 길이방향 빔들(600)에 고정된다. 배터리 모듈(400)은 순차적으로 배열된 복수의 셀들을 포함하며, 여기서, 복수의 셀들은 셀 어레이를 형성하도록 배열되고, 단부 판 및/또는 측부 판이 셀 어레이 외부에 배치된다. 일반적으로, 단부 판 및 측부 판 둘 모두가 포함되고, 단부 판 및 측부 판은 셀 어레이를 수용하기 위한 공간을 에워싸도록 고정된다. 게다가, 단부 판 및 측부 판은, 나사 연결 또는 용접을 통해 또는 풀 로드(pull rod)와 같은 다른 커넥터에 의해, 셀 어레이를 고정시키도록 연결된다.
배터리 모듈(400)은 나사들 또는 다른 구조들을 통해 가로 빔들(500) 또는 길이방향 빔들(600)에 고정되며, 이는, 공간을 낭비하고, 나사들 및 다른 커넥터들의 부가 때문에 중량을 증가시키고, 에너지 밀도를 감소시킨다. 게다가, 배터리 모듈(400)은 단부 판 및 측부 판의 끼워맞춤(fitting)을 통해 설계된다. 단부 판 및 측부 판 둘 모두는 특정 두께들 및 특정 높이들을 가지며, 이는, 배터리 팩의 내부 공간의 낭비 및 배터리 팩의 용적 활용률의 감소를 초래한다. 일반적으로, 전술한 관련 기술의 배터리 팩의 경우, 배터리 팩 내의 셀들의 용적들의 합 대 배터리 팩의 용적의 비는 약 50 %이거나 심지어 40 % 정도로 낮다.
전술한 관련 기술의 실시예들에 의해 제공되는 배터리 팩을 사용함으로써, 배터리 모듈(400)의 단부 판 및 측부 판, 및 배터리 팩 내부의 연결 및 탑재 방식들 등은 모두 배터리 팩의 내부 공간의 활용률을 감소시킨다. 결과적으로, 배터리 팩에서, 셀들의 용적들의 합 대 팩 몸체의 용적의 비가 과도하게 낮고, 배터리 팩의 에너지 밀도는 전술한 요구의 증가를 충족시킬 수 없고, 점차 전기 차량들의 발전을 저해하는 중요한 요인이 된다. 게다가, 번거로운 조립 프로세스 및 복잡한 조립 절차들이 존재한다. 배터리 모듈은 먼저 조립될 필요가 있고, 그 후에 배터리 모듈이 배터리 팩 내에 탑재되며, 이는, 노동 비용들, 물적 자원 비용들 등의 증가를 초래한다. 게다가, 복수의 조립 절차들이 필요하기 때문에, 배터리 팩의 조립 동안 결함률의 확률이 증가된다. 복수의 조립 절차들은 배터리 팩이 느슨하게 되어 견고하게 탑재되지 않을 확률을 증가시키며, 이는, 배터리 팩의 품질에 대한 악영향 및 배터리 팩의 안정성 및 신뢰성의 저하를 초래한다.
본 출원은, 관련 기술에 존재하는 기술적 문제들 중 적어도 하나를 해결하는 것을 목표로 한다. 따라서, 본 개시내용의 목적은, 배터리 팩, 즉, 높은 공간 활용률, 높은 에너지 밀도, 우수한 배터리 수명, 높은 신뢰성, 낮은 비용들, 및 높은 품질과 같은 이점들을 갖는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 출원은, 셀 어레이 및 지지 부재를 포함하는 배터리 팩을 제공하며, 여기서, 셀 어레이는 복수의 셀들을 포함하고, 복수의 셀들 각각은 제1 크기를 갖고, 제1 크기는 셀을 클램핑하는 가상의 평행한 평면들의 쌍들 사이의 간격들의 최대 값이고, 적어도 하나의 셀은 600 mm ≤ 제1 크기 ≤ 2500 mm를 충족하고 지지 부재에 의해 지지되고, 제1 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 Q이고, 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이는 배터리 배치 영역에 위치되고, 복수의 셀들 각각은 방향 Q를 따라 배터리 배치 영역의 일 측부로부터 배터리 배치 영역의 다른 측부로 연장된다.
본 출원은 셀 어레이 및 지지 부재를 포함하는 배터리 팩을 제공하며, 여기서, 셀 어레이는 복수의 셀들을 포함하고, 복수의 셀들 각각은 크기 A를 갖고, 크기 A는 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이이고, 적어도 하나의 셀은 600 mm ≤ 크기 A ≤ 2500 mm를 충족하고 지지 부재에 의해 지지된다.
본 출원은 셀 어레이 및 지지 부재를 포함하는 배터리 팩을 제공하며, 여기서, 셀 어레이는 복수의 셀들을 포함하고, 적어도 하나의 셀은: 배터리 몸체, 및 배터리 몸체로부터 연장되고 배터리 몸체로부터 외부 전류를 인출(lead out)하도록 구성되는 전극 단자들이 포함되고, 배터리 몸체가 대략적인 직육면체이고, 배터리 몸체의 길이가 L이고, 600 mm ≤ L ≤ 2500 mm이고, 적어도 하나의 셀이 지지 부재에 의해 지지됨을 충족하고, 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이는 배터리 배치 영역에 위치되고, 적어도 하나의 셀은 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따라 배터리 배치 영역의 일 측부로부터 배터리 배치 영역의 다른 측부로 연장된다.
전술한 기술적 해결책들에 따르면, 배터리 팩 내의 셀들의 배열 방식 및 셀의 크기를 정의함으로써 배터리 팩 내부에 더 많은 셀들이 배열될 수 있다. 셀은 파우치 배터리이고, 지지 부재에 의해 지지될 수 있다. 파우치 배터리는 폭발함이 없이 팽창하거나 균열을 일으킬 수 있으며, 그에 의해, 셀의 안전 성능이 개선된다. 모듈 프레임워크의 생략 때문에, 배터리 팩 하우징 내부에 직접 배치되는 셀들은, 한편으로는, 셀들이 배터리 팩 하우징 또는 다른 열 소산 구성요소를 통해 열을 소산시키는 것을 용이하게 하고, 다른 한편으로는, 유효 공간 내부에 더 많은 셀들이 배치되는 것을 가능하게 한다. 게다가, 파우치 배터리 중 셀 코어가 큰 비율을 가지며, 이에 따라, 용적 활용률이 크게 개선된다. 게다가, 배터리 팩의 제조 프로세스가 단순화되고, 셀들의 조립의 복잡도가 감소되고, 생산 비용들이 낮아지고, 이에 따라, 배터리 팩의 중량 및 전체 배터리 팩의 중량이 감소되며, 그에 의해, 경량의 배터리 팩이 달성된다. 특히, 배터리 팩이 전기 차량 상에 탑재될 때, 전기 차량의 배터리 수명이 추가로 개선될 수 있고, 경량의 전기 차량이 달성되며, 그에 의해, 전체 배터리 팩의 용량, 전압, 및 배터리 수명이 개선된다. 예컨대, 전기 차량에서, 설계는, 공간 활용률을 약 40 %의 원래의 공간 활용률로부터 60 % 초과로 또는 심지어 더 높게, 예컨대 80 %로 증가시킬 수 있다.
본 출원은 추가로, 전술한 배터리 팩을 포함하는 차량을 제공한다.
본 출원은 추가로, 전술한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 디바이스를 제공한다.
관련 기술과 비교하여, 차량 및 에너지 저장 디바이스는 전술한 배터리 팩과 동일한 이점들을 가지며, 세부사항들은 여기서 다시 설명되지 않는다.
본 출원의 다른 양상들 및 이점들이 다음의 설명에서 주어질 것이며, 그 중 일부는 다음의 설명으로부터 명백해질 것이거나 본 출원의 실시들로부터 학습될 수 있다.
다음의 첨부된 도면들을 참조하여 이루어진 설명에서 본 출원의 전술한 및/또는 부가적인 양상들 및 이점들이 명백해지고 이해가능해질 것이다.
도 1은 관련 기술에 따른 배터리 팩의 개략적인 분해도이다.
도 2는 본 출원의 구현에 따른 배터리 팩의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 3은 본 출원의 구현에 따른 셀의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 4는 본 출원의 구현에 따른, 배터리 팩 하우징 내의 복수의 셀들의 개략적인 배열도이다.
도 5는 본 출원의 구현에 따른 배터리 팩의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 6은 본 출원의 다른 구현에 따른 배터리 팩의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 7은 본 출원의 또 다른 구현에 따른 배터리 팩의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 8은, 도 7의 부분(A)의 확대도이다.
도 9는 본 출원의 구현에 따른 배터리 팩의 3차원 단면도이다.
도 10은, 도 9의 부분(B)의 확대도이다.
도 11은 본 출원의 다른 구현에 따른 배터리 팩의 단면도이며, 여기서, 제1 가장자리 빔 및 제2 가장자리 빔은 도시되지 않는다.
도 12는 본 출원의 구현에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
도 13은 본 출원의 구현에 따른 제1 측부 판 또는 제2 측부 판의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 14는 본 출원의 구현에 따른 제1 단부 판 또는 제2 단부 판의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 15는 본 출원의 구현에 따른 배터리 팩의 개략적인 3차원 구조도이며, 여기서, 복수의 배터리 모듈들이 제공된다.
도 16은 본 출원의 구현에 따른, 전기 차량 상에 형성되는 배터리 팩(캐비티)의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 17은 본 출원의 구현에 따른 캐비티의 단면도이다.
도 18은 본 출원의 구현에 따른, 전기 차량 상에 고정되는 차량용 트레이의 개략적인 3차원 도면이다.
도 19는 본 출원의 구현에 따른, 전기 차량 상에 고정되는 배터리 팩(차량용 트레이)의 분해도이다.
도 20은 본 출원의 구현에 따른 배터리 팩의 3차원 도면이다.
도 21은 본 출원의 다른 구현에 따른 배터리 팩의 3차원 도면이다.
도 22는 본 출원의 또 다른 구현에 따른 배터리 팩의 3차원 도면이다.
도 23은 본 출원의 또 다른 구현에 따른 배터리 팩의 3차원 도면이다.
도 24는 본 출원의 또 다른 구현에 따른 배터리 팩의 3차원 도면이다.
도 25는 본 출원의 구현에 따른 최하부 빔의 3차원 도면이다.
도 26은 본 출원의 구현에 따른 차량의 개략적인 구조도이다.
도 27은 본 출원의 구현에 따른 에너지 저장 디바이스의 개략적인 구조도이다.
도 28은 본 출원에 따른, 제1 크기 및 제2 크기의 측정 원리 도면이다.
도 29는 본 출원의 또 다른 구현에 따른 배터리 팩의 3차원 도면이다.
도 30은 본 출원의 또 다른 구현에 따른 셀의 개략적인 구조도이다.
도 31은 본 출원의 또 다른 구현에 따른 배터리 팩의 3차원 도면이다.
도 32는 본 출원의 또 다른 구현에 따른 셀의 개략적인 구조도이다.
참조 번호들
1 차량 2 에너지 저장 디바이스
3 셀 어레이 4 지지 부재
100 셀 101 제1 전극 단자
102 제2 전극 단자 103 폭발-방지 밸브
104 보강 쉘 105 파우치 셀
200 배터리 팩 201 제1 가장자리 빔
202 제2 가장자리 빔 203 제3 가장자리 빔
204 제4 가장자리 빔 205 제1 탄성 완충 디바이스
206 제2 탄성 디바이스 207 제1 단부 판
208 제2 단부 판 209 제1 측부 판
210 제2 측부 판 211 제2 패널
212 제1 패널 213 제1 지지 판
214 제2 지지 판 215 제1 연결 표면
216 제2 연결 표면 217 열 보존 층
218 열 전도 판 219 열 교환 판
221 공기 흡입구 222 배기 통로
235 제4 연결 표면 236 제3 연결 표면
233 제2 연결 판 234 측부 판 몸체
232 제1 연결 판 231 단부 판 몸체
700 제1 분리기 800 제2 분리기
300 캐비티 301 제1 측벽
302 제2 측벽 305 캐비티의 최하부
400 배터리 모듈 500 가로 빔
501 제1 빔 502 제2 빔
600 길이방향 빔
L 방향 Y를 따른 셀의 크기
D 방향 X를 따른 셀의 크기
H 방향 Z를 따른 셀의 크기
L1 셀의 제1 단부와 제2 단부 사이의 거리
L2 제1 방향을 따른 제1 가장자리 빔의 내측 표면과 제2 가장자리 빔의 내측 표면 사이의 거리/제1 측벽과 제2 측벽 사이의 거리
L3 방향 Y에서의 배터리 팩의 폭
본 출원의 실시예들이 아래에서 상세히 설명되고, 실시예들의 예들이 첨부된 도면들에 도시되며, 도면들에서, 동일하거나 유사한 요소들 또는 동일하거나 유사한 기능들을 갖는 요소들은 설명 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 참조 번호들로 표시된다. 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 설명되는 실시예들은 예시적이고 본 출원을 설명하기 위해서만 사용되며, 본 출원에 대한 제한으로서 해석되지 않아야 한다.
도 2 내지 도 32에 도시된 바와 같이, 본 출원의 양상에 따르면, 셀 어레이(3) 및 지지 부재(4)를 포함하는 배터리 팩(200)이 제공된다.
셀 어레이(3)는 복수의 셀들(100)을 포함하고, 복수의 셀들(100) 각각은 제1 크기를 가지며, 제1 크기는 셀(100)을 클램핑하는 가상의 평행한 평면들의 쌍들 사이의 간격들의 최대 값이다. 적어도 하나의 셀(100)은 600 mm ≤ 제1 크기 ≤ 2500 mm를 충족한다.
특정 셀(100)에 대해, 평행한 평면들의 많은 그룹들이 존재하며, 평행한 평면들의 각각의 그룹은 2개의 평행한 평면을 포함하고, 각각의 그룹의 2개의 평행한 평면은 셀(100)을 가상으로 클램핑할 수 있고, 평행한 평면들의 모든 쌍들 사이에 거리들이 존재한다는 것이 유의되어야 한다. 제1 크기는 거리들의 최대 값이다.
도 28에 도시된 바와 같이, 제1 크기의 정의를 위해, 페렛(Feret) 직경에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 페렛 직경은 특정 방향을 따른 물체의 측정된 크기이다. 일반적으로, 측정된 크기는 2개의 평행한 평면 사이의 거리로서 정의된다. 2개의 평행한 평면은 물체를 클램핑하고 특정된 방향에 수직일 필요하고 있다.
셀(100)은 다양한 형상들로 있을 수 있고, 규칙적인 기하학적 형상, 예컨대, 정사각형, 원형, 다각형, 또는 삼각형일 수 있거나, 불규칙한 기하학적 형상일 수 있다. 셀의 형상은 본 출원에서 제한되지 않는다는 것이 이해될 수 있다.
셀(100)이 특수하게 형상화된 배터리일 때, 제1 크기는 다음과 같이 이해될 수 있다: 셀(100)의 윤곽 가장자리들에 접하는 2개의 평행한 평면의 복수의 그룹들이 존재하고, 하나의 그룹의 2개의 평행한 평면 사이의 간격이 다른 그룹들 중 임의의 하나의 그룹의 2개의 평행한 평면 사이의 간격보다 큰 경우, 최대 간격이 제1 크기로서 정의될 수 있다.
셀(100)의 외측 표면 상에 지지 구역이 제공되고, 지지 구역은 제1 크기의 방향을 따라 셀(100)의 2개의 단부 상에 배치될 수 있으며, 이에 따라, 셀(100)은 제1 크기의 방향을 따라 지지 부재(4)에 의해 지지될 수 있다.
본 출원의 발명자들은, 셀(100)의 제1 크기가 600 mm 내지 2500 mm의 범위로 설계될 수 있다는 것을 발견하였다. 셀(100)이 충분히 길기 때문에, 셀(100)은 지지 부재(4)에 의해 직접 지지될 수 있고, 이에 따라, 배터리 팩(200)에서 더 적은 가로 빔들(500) 및/또는 길이방향 빔들(600)이 사용되고, 심지어, 배터리 팩(200)에서 가로 빔(500) 및/또는 길이방향 빔(600)이 생략될 수 있으며, 그에 의해, 배터리 팩(200)에서 가로 빔(500) 및/또는 길이방향 빔(600)에 의해 점유되는 공간이 감소되고, 배터리 팩(200)의 공간 활용률이 개선되고, 배터리 팩(200) 내부에 가능한 한 많은 셀들(100)이 배열되는 것이 가능해지고, 전체 배터리 팩의 용량, 전압, 및 배터리 수명 중 적어도 하나가 추가로 개선된다. 예컨대, 전기 차량에서, 설계는, 공간 활용률을 약 40 %의 원래의 공간 활용률로부터 60 % 초과로 또는 심지어 더 높게, 예컨대 80 %로 증가시킬 수 있다.
지지 부재(4)가 지지 구역에 결합된다는 것에 의하면, 이는, 지지 부재(4)가 셀을 지지하도록 지지 구역과 직접 접촉할 수 있거나, 지지 부재(4)가 또한 다른 구성요소에 의해 지지 구역에 연결되거나 그와 간접 접촉할 수 있다는 것을 의미하며, 이는, 사용 시나리오에 따라 설정될 수 있고 본 출원에서 제한되지 않는다.
전술한 셀(100)은 파우치 배터리이다. 안전 위험이 발생할 때, 파우치 배터리는 폭발함이 없이 팽창하거나 균열을 일으킬 수 있으며, 그에 의해, 셀(100)의 안전 성능이 개선된다. 게다가, 파우치 배터리 중 셀 코어가 큰 비율을 가져서 용적 활용률이 개선되고, 파우치 배터리는 낮은 처리 비용들을 갖는다. 예컨대, 전기 차량에서, 설계는, 공간 활용률을 약 40 %의 원래의 공간 활용률로부터 60 % 초과로 또는 심지어 더 높게, 예컨대 80 %로 증가시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 29 내지 도 32에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 셀(100)은, 케이싱, 케이싱 내부에 위치되는 셀 코어, 및 케이싱을 보강하도록 구성되는 보강 부재를 포함하며, 지지 부재(4)는 셀(100)을 지지하도록 보강 부재에 결합된다. 지지 구역은 보강 부재의 외측 표면 상에 제공될 수 있다. 파우치 셀(105)은, 케이싱 및 케이싱 내부에 위치되는 셀 코어를 포함한다. 이러한 방식으로, 파우치 셀(105)의 알루미늄 플라스틱 막이 파우치 셀(105)의 전위(dislocation)로 인해 마모되는 것이 방지될 수 있고, 셀(100)의 강성이 비교적 크며, 이는 배터리 팩(200)의 강성을 향상시킬 수 있다.
보강 부재는 보강 쉘(104)을 포함하고, 보강 쉘(104)은 적어도 하나의 셀(100)의 케이싱을 감싸고, 지지 부재(4)는 셀(100)을 지지하도록 보강 쉘(104)에 결합된다. 보강 쉘(104)은 파우치 셀(105)을 완전히 감싸거나 파우치 셀(105)의 지지 부재(4)에 대응하는 구역을 감쌀 수 있고, 보강 쉘(104)은 강성 쉘이고, 보강 쉘(104)은 강철 쉘일 수 있거나 복합 물질로 만들어질 수 있다. 보강 쉘(104)이 금속 물질로 만들어질 때, 셀(100)의 금속 케이싱은 더 양호한 열 전도 특성을 가지며, 그에 의해, 셀(100)의 열 소산 효율이 개선되고 열 소산 효과가 최적화된다.
보강 쉘(104)은, 중량을 감소시키기 위해 부분적으로 보링(bore)될 수 있다.
도 29 및 도 30에 도시된 실시예들에서, 각각의 보강 쉘(104)은 하나의 파우치 셀(105)을 감싼다. 도 31 및 도 32에 도시된 실시예들에서, 각각의 보강 쉘(104)은 복수의 파우치 셀들(105)을 감싼다.
일부 실시예들에서, 셀(100)은 내부 전류를 인출하도록 구성되는 전극 단자들을 포함하고, 보강 부재는 전류 수렴 부재를 포함하고, 전류 수렴 부재는 복수의 셀들(100)의 전극 단자들을 전기적으로 연결하도록 구성되고, 지지 부재(4)는 셀들(100)을 지지하도록 전류 수렴 부재에 결합된다. 이러한 방식으로, 복수의 셀들(100)은 지지 부재(4) 상에 배열되고, 복수의 셀들(100)은 또한 전기적으로 연결된다.
게다가, 배터리 팩(200)에 가로 빔 및/또는 길이방향 빔들을 배열할 필요가 없기 때문에, 한편으로는, 배터리 팩(200)의 제조 프로세스가 단순화되고, 셀(100)의 조립 복잡도가 감소되고, 생산 비용들이 감소되며, 다른 한편으로는, 배터리 팩(200)의 중량이 감소되고, 그에 의해, 경량의 배터리 팩이 달성된다. 특히, 배터리 팩이 전기 차량 상에 탑재될 때, 전기 차량의 배터리 수명이 추가로 개선될 수 있고, 경량의 전기 차량이 달성된다.
600 mm ≤ 제1 크기 ≤ 1500 mm이고, 바람직하게는, 600 mm ≤ 제1 크기 ≤ 1000 mm이다. 그러한 길이의 셀(100)은 지지 부재(4)에 의해 지지되기에 충분히 길고, 그러한 길이의 셀(100)은 과도하게 길지 않다. 배터리 팩(200)에 적용될 때, 셀(100)은 충분히 큰 강성을 갖는다.
본 출원에서, 배터리 팩의 특정 형태는 특별히 제한되지 않는다. 배터리 팩이 지지 부재(4)를 포함하고, 셀 어레이(3)가 지지 부재(4) 상에 위치되고, 셀들(100)이 지지 부재(4)에 의해 지지된다는 것만이 제한될 필요가 있다. 셀들(100)이 지지 부재(4)에 의해 지지될 수 있다면, 지지 부재(4)의 특정 구조는 본 출원에서 제한되지 않는다. 지지 부재(4)의 특정 구조에 대해, 아래의 설명들을 참조한다. 셀들(100)은 지지 부재(4)에 의해 지지된다. 셀들(100)은 지지 부재(4)에 의해 직접 지지될 수 있는데, 즉, 지지 부재(4) 상에 별개로 배치될 수 있거나, 지지 부재(4) 상에 고정될 수 있다. 특정 고정 방식이 아래에서 상세히 설명된다. 특정 지지 및 고정 방식들은 본 출원에서 제한되지 않는다.
전술한 지지 부재(4)는 셀 어레이(3)를 지지하도록 구성된다. 지지 부재(4)는 일반적으로 강성 구조이다. 지지 부재(4)는 차량의 섀시 상에 형성되는 독립적으로 기계가공된 트레이 또는 강성 지지 구조일 수 있고, 완성된 차량 또는 다른 디바이스 상에 쉽게 탑재될 수 있다.
일부 실시예들에서, 셀(100)은 제2 크기를 갖고, 제2 크기는 셀을 클램핑하는 가상의 평행한 평면들의 쌍들 사이의 간격들의 최소 값이고, 제2 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 P이고, 복수의 셀들은 적어도 하나의 셀의 방향 P를 따라 배열된다.
특정 셀(100)에 대해, 평행한 평면들의 많은 그룹들이 존재하며, 평행한 평면들의 각각의 그룹은 2개의 평행한 평면을 포함하고, 각각의 그룹의 2개의 평행한 평면은 셀(100)을 가상으로 클램핑할 수 있고, 평행한 평면들의 모든 쌍들 사이에 거리들이 존재한다는 것이 유의되어야 한다. 제2 크기는 거리들의 최소 값이다.
도 28에 도시된 바와 같이, 제2 크기의 정의를 위해, 페렛 직경에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 페렛 직경은 특정 방향을 따른 물체의 측정된 크기이다. 일반적으로, 측정된 크기는 2개의 평행한 평면 사이의 거리로서 정의된다. 2개의 평행한 평면은 물체를 클램핑하고 특정된 방향에 수직일 필요하고 있다.
셀(100)이 특수하게 형상화된 배터리일 때, 제2 크기는 다음과 같이 이해될 수 있다: 셀(100)의 윤곽 가장자리들에 접하는 2개의 평행한 평면의 복수의 그룹들이 존재하고, 하나의 그룹의 2개의 평행한 평면 사이의 간격이 다른 그룹들 중 임의의 하나의 그룹의 2개의 평행한 평면 사이의 간격보다 작은 경우, 최소 간격이 제2 크기로서 정의될 수 있다.
제2 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 P이고, 복수의 셀들은 셀 어레이(3)의 임의의 셀의 방향 P를 따라 배열된다.
적어도 하나의 셀은, 23 ≤ 제1 크기/제2 크기 ≤ 208을 충족하고, 일부 실시예들에서, 50 ≤ 제1 크기/제2 크기 ≤ 70을 충족한다. 본 발명자들은, 대량의 실험들을 통해, 전술한 크기 요건들을 충족하는 셀(100)에 대해, 제2 크기의 방향에서의 셀(100)의 두께는 강성이 지지 요건들을 충족하는 것에 기반하여 감소될 수 있으며, 이에 따라, 셀(100)이 더 높은 열 소산 용량을 갖는다는 것을 발견하였다.
일부 실시예들에서, 셀(100)의 용적은 V이고, 적어도 하나의 셀(100)의 배터리 몸체는 0.0005 mm-2 ≤ 제1 크기/V ≤ 0.002 mm-2를 충족한다. 셀의 용적(V)은 물 변위량(water displacement) 방법을 사용하여 획득될 수 있는데, 즉, 셀이 물로 가득 찬 컨테이너 내에 배치되고, 컨테이너로부터 넘친 물의 용적은 셀의 용적과 동일하다. 본 발명자들은, 대량의 실험들을 통해, 셀(100)은 작은 단면을 갖고, 셀(100)이 전술한 제한들을 충족할 때 셀(100)은 양호한 열 소산 효과를 가지며, 이에 따라, 셀(100)의 내부와 주변부의 온도들 사이의 차이가 작다는 것을 발견하였다.
본 출원에서 제공되는 다른 구현에서, 셀(100)의 셀 몸체의 표면적(S) 대 용적(V)의 비는 0.1 mm-1 ≤ S/V ≤ 0.35 mm-1을 충족한다. 그 비는, 전술한 더 길고 더 얇은 셀(100)을 통해 또는 크기 조정을 통해 달성될 수 있다. 셀(100)의 표면적(S) 대 용적(V)의 비를 제어함으로써, 셀(100)의 길이가 방향 Y를 따라 연장되면서 셀(100)이 충분한 열 소산 면적을 갖는다는 것이 보장될 수 있어서, 셀(100)의 열 소산 효과가 보장된다.
셀의 표면적은 셀의 모든 표면들의 면적들의 합을 지칭한다는 것이 유의되어야 한다.
본 출원의 구현에서, 적어도 하나의 셀(100)은 제1 크기 방향을 따른 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 제1 단부 및 제2 단부 중 적어도 하나는 셀(100)의 내부 전류를 인출하도록 구성되는 전극 단자들을 포함하고, 셀들(100)의 전극 단자들은 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결된다.
셀(100)의 "제1 단부" 및 "제2 단부"는, 셀(100)의 특정 구조를 제한하고 설명하기 위해 사용되는 것이 아니라 셀(100)의 배향을 설명하기 위해 사용된다. 예컨대, 제1 단부 및 제2 단부는 셀(100)의 양의 전극 및 음의 전극을 제한하고 설명하기 위해 사용되지 않는다. 구현에서, 셀(100)에 대해, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 셀(100)의 제1 전극 단자(101)는 셀(100)의 제1 단부에 의해 인출되고, 셀(100)의 제2 전극 단자(102)는 셀(100)의 제2 단부에 의해 인출된다. 다시 말해서, 셀(100)의 제1 크기 방향은 셀(100) 내부의 전류 방향일 수 있는데, 즉, 셀(100) 내부의 전류 방향은 제1 크기 방향이다. 이러한 방식으로, 전류 방향이 셀(100)의 제1 크기 방향과 동일하기 때문에, 셀(100)은 더 큰 유효 열 소산 면적 및 더 높은 열 소산 효율을 갖는다. 제1 전극 단자(101)는 셀(100)의 양의 전극일 수 있고, 제2 전극 단자(102)는 셀(100)의 음의 전극이다. 대안적으로, 제1 전극 단자(101)는 셀(100)의 음의 전극이고, 제2 전극 단자(102)는 셀(100)의 양의 전극이다. 셀들(100)의 전극 단자들은 커넥터에 의해 직렬 및 병렬로 연결된다.
배터리 팩은, 셀 어레이(3)의 2개의 측부 상에 서로 대향하게 배치되고 셀 어레이(3)를 클램핑하도록 구성되는 2개의 측부 판 부분을 더 포함한다. 측부 판 부분들은 셀 어레이(3)를 클램핑하고, 복수의 셀들(100)이 팽창 및 변형되는 것을 제한하는 기능을 가지며, 그에 의해, 폭발-방지 밸브(103) 및/또는 전류 차단 디바이스(CID)의 개시가 보장된다. 구체적으로, 일부 실시예들에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 측부 판 부분들은 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)일 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 측부 판 부분들은 제1 측부 판(209) 및 제2 측부 판(210)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 3 및 도 20 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 제1 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 Q이고, 배터리 팩은 차량용 트레이를 포함하고, 차량용 트레이는 방향 Q를 따라 서로 대향하게 배치되는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)을 포함하고, 지지 부재(4)는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)이고, 셀(100)의 2개의 단부는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 의해 각각 지지된다.
일부 다른 실시예들에서, 지지 부재(4)는 복수의 최하부 빔들이고, 최하부 빔들은 셀 어레이(3) 아래에 위치된다. 최하부 빔들은 셀 어레이(3)를 지지하도록 구성되고, 최하부 빔들의 상부 표면들은 셀 어레이(3)에 대한 면-대-면 지지를 형성하는 평면일 수 있다. 최하부 빔은 직사각형 단면을 갖는다. 복수의 최하부 빔들이 존재할 수 있고, 복수의 최하부 빔들은 서로 평행하게 이격되어 배치되거나 교차하는 방식으로 배치될 수 있다. 셀 어레이(3)는, 접착제 접합 또는 나사식 커넥터와 같은 방식으로 최하부 빔들에 고정될 수 있다. 배터리 팩은 밀봉 덮개를 더 포함하며, 밀봉 덮개 및 최하부 빔들은 셀 어레이(3)를 수용하기 위한 수용 캐비티를 형성한다. 밀봉 덮개는, 먼지, 물 등의 침입을 방지하도록 구성된다.
도 25에 도시된 바와 같이, 제1 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 Q이고, 최하부 빔들은 제1 빔(501), 및 제1 빔(501) 상에 위치되고 제1 빔(501)과 교차하는 제2 빔(502)을 포함하고, 제1 빔(501)의 연장 방향과 방향 Q 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 셀(100)은 제1 빔(501)에 의해 지지된다. 도 25에 도시된 실시예에서, 제1 빔(501) 및 제2 빔(502)은 수직으로 연결되고, 제1 빔(501)과 제2 빔(502) 사이의 연결 방식은, 나사식 커넥터의 연결, 용접 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 제1 빔(501) 및 제2 빔(502)은 둘 모두가 선형 빔들일 수 있다.
2개의 제2 빔(502)이 포함된다. 2개의 제2 빔(502)은 제1 빔(501)의 2개의 단부 상에 각각 위치되고 제1 빔(501)에 별개로 수직이며, 셀(100)은 제1 빔(501)에 의해 지지된다. 제2 빔(502)은 제1 빔(501)에 대해 상향(방향 Z)으로 돌출된다. 예컨대, 제2 빔(502)의 하부 표면이 제1 빔(501)의 상부 표면에 연결될 수 있다. 셀들(100)이 배열될 때, 2개의 최외측 셀(100)은 서로 대면하는 2개의 제2 빔(502)의 측부 표면들에 대하여 각각 접할 수 있다. 셀(100)의 중심은 제1 빔(501) 상에 위치되고, 셀(100)의 길이 방향은 제1 빔(501)의 길이 방향에 수직이고, 셀(100)의 중심은 제1 빔(501)과 정렬되며, 이에 따라, 단일 빔이 셀(100)을 지지할 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 제1 빔들(501)이 존재할 수 있다. 복수의 제1 빔들(501)은 제2 방향을 따라 서로 평행하게 이격되어 배치된다.
다른 구현에서, 제1 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 Q이고, 최하부 빔들은 대안적으로, 서로 평행하게 이격되어 배치되는 복수의 직사각형 빔들일 수 있다. 직사각형 빔의 연장 방향과 방향 Q 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 셀(100)은 직사각형 빔에 의해 지지된다. 직사각형 빔들은 방향 Q를 따라 고르게 분포되고, 직사각형 빔의 연장 방향은 방향 Y에 수직이고, 셀들(100)은 직사각형 빔들 상에 고르게 분포된다.
최하부 빔의 형상은 직선 및 직사각형을 포함하지만 이에 제한되지 않고, 대안적으로, 삼각형, 사다리꼴, 또는 다른 특수한 형상일 수 있다. 본 출원에서 제공되는 다른 구현에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 지지 부재(4)는 차량 섀시이고, 셀 어레이(3)는 차량 섀시 상에 위치되고, 배터리 팩(200)은 전기 차량 상에 직접 형성될 수 있다. 다시 말해서, 배터리 팩(200)은, 전기 차량 상의 임의의 적절한 위치에 형성되고 셀(100)을 탑재하기 위해 사용되는 디바이스이다. 예컨대, 배터리 팩(200)은 전기 차량의 섀시 상에 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 셀(100)의 조립을 돕기 위해, 하향으로 내리누르는 캐비티(300)가 차량 섀시 상에 제공된다.
본 출원에서 제공되는 특정 구현에서, 캐비티(300)는 서로 대향하게 배치되는 제1 측벽(301) 및 제2 측벽(302)을 포함할 수 있다. 제1 측벽(301)은, 제1 측벽(301)의 연장 부분을 획득하기 위해, 전기 차량의 섀시로부터 하향으로 연장될 수 있다. 제2 측벽(302)은, 제2 측벽(302)의 연장 부분을 획득하기 위해, 전기 차량의 섀시로부터 하향으로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 구현에서, 셀(100)의 제1 단부는 제1 측벽(301)의 연장 부분에 의해 지지될 수 있고, 셀(100)의 제2 단부는 제2 측벽(302)의 연장 부분에 의해 지지될 수 있다. 즉, 본 출원은 추가로, 셀들(100)이 전술한 기술적 해결책에 따라 배열될 수 있고 별개의 차량용 트레이와 동일한 특성을 갖는 캐비티(300)가 전기 차량 상에 형성됨으로써 본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)이 형성되는 전기 차량을 제공한다.
일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 Q이고, 배터리 팩(200) 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, 배터리 팩(200)은 셀 어레이(3)를 포함하고, 복수의 셀들(100) 각각은 방향 Q를 따라 배터리 배치 영역의 일 측부로부터 배터리 배치 영역의 다른 측부로 연장된다. 배터리 팩은 방향 Q에서 하나의 셀만을 수용한다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 셀은 제2 크기를 갖고, 제2 크기는 셀을 클램핑하는 가상의 평행한 평면들의 쌍들 사이의 간격들의 최소 값이고, 제2 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 P이고, 배터리 팩(200) 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, N개의 셀 어레이(3)가 방향 P를 따라 배터리 배치 영역에 배열되고, M개의 셀 어레이(3)가 방향 Q를 따라 배터리 배치 영역에 배열되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, N은 1보다 크고, M은 1보다 크다. (N-1)번째 셀 어레이(3)의 마지막 셀의 전극 단자는 커넥터에 의해 N번째 셀 어레이(3)의 제1 셀의 전극 단자에 연결되며, N은 1보다 크다. 다시 말해서, 복수의 셀 어레이들(3)은 배터리 팩 내의 셀들(100)의 배열 방향을 따라 배치될 수 있는데, 즉, 복수의 열들의 셀 어레이들(3)이 배터리 팩(200)에 배치된다.
구체적으로, 도 21에 도시된 바와 같이, 제1 분리기(700)는, 도시된 셀 어레이(3)를 배터리 팩(200)의 방향 P를 따라 2개의 셀 어레이(3)로 분할한다. 이전 셀 어레이(3)의 마지막 셀(100)은 커넥터에 의해 현재 셀 어레이(3)의 제1 셀에 연결된다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, M개의 셀 어레이(3)가 방향 Q를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, M은 1보다 크다. (M-1)번째 셀 어레이(3)의 마지막 셀의 전극 단자는 커넥터에 의해 M번째 셀 어레이(3)의 제1 셀의 전극 단자에 연결되며, M은 1보다 크다. 다시 말해서, 복수의 셀들(100)은 셀(100)의 연장 방향을 따라 수용될 수 있는데, 즉, 복수의 행들의 셀 어레이들(3)이 배터리 팩(200)에 배치된다.
구체적으로, 도 20에 도시된 바와 같이, 제2 분리기(800)는, 셀 어레이(3)를 배터리 팩(200)의 방향 Q를 따라 2개의 셀 어레이(3)로 분할한다. 이전 셀 어레이(3)의 마지막 셀(100)은 커넥터에 의해 현재 셀 어레이(3)의 제1 셀에 연결된다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, N개의 셀 어레이(3)가 방향 P를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, M개의 셀 어레이(3)가 방향 Q를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, N은 1보다 크고, M은 1보다 크다. 다시 말해서, 배터리 배치 영역은 배터리 팩의 방향 P에서 복수의 배터리 배치 하위-구역들로 분할되고, 복수의 셀들(100)은 셀(100)의 연장 방향(Q)을 따라 수용될 수 있는데, 즉, 복수의 행들 및 열들의 셀 어레이들(3)이 배터리 배치 팩(200)에 배치된다.
전술한 구현에서, 방향 Q를 따라 분포된 복수의 셀 어레이들, 또는 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따라 분포된 복수의 셀 어레이들, 또는 방향 Y를 따라 분포된 복수의 셀 어레이들이 배터리 팩에 배치될 때, 배터리 팩 내에 복수의 배터리 배치 영역들이 형성되고, 복수의 셀 어레이들은 일대일 대응관계로 배터리 배치 영역들에 위치된다는 것이 유의되어야 한다.
구체적으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 제1 분리기(700) 및 제2 분리기(800)가 배터리 팩(200)에 배치되고, 제1 분리기(700) 및 제2 분리기(800)는 복수의 셀들을 2개의 행 및 2개의 열의 셀 어레이들(3)로 분할한다. 임의의 2개의 셀 어레이(3)는 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 연결된다.
전술한 설명에서, 제1 분리기(700) 및 제2 분리기(800)는 보강 리브(rib)들 또는 다른 구조적 부재들, 예를 들어, 단열 발포체일 수 있으며, 이는 본 출원에서 제한되지 않는다.
본 출원에서, 셀 어레이(3) 내의 셀들(100)의 양은 특별히 제한되지 않는다. 차량 모델들 및 상이한 요구 전력들에 따라 상이한 양들의 셀들(100)이 배치될 수 있다. 본 출원의 일부 특정 예들에서, 셀 어레이(3) 내의 셀들의 양은 범위가 60개 내지 200개이다. 본 출원의 일부 다른 특정 예들에서, 셀 어레이(3) 내의 셀들의 양은 범위가 80개 내지 150개이다.
본 출원에서 셀 어레이 내의 셀들(100)의 양은 예컨대 2개일 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 본 출원의 배터리 팩은 위에 설명된 하나의 셀 어레이를 포함할 수 있거나, 복수의 셀 어레이들을 포함할 수 있다. 셀 어레이들은 동일하거나 상이할 수 있다. 전술한 셀 어레이들에 부가하여, 배터리 팩은 다른 유형의 셀, 예컨대, 배터리 팩의 내부 공간에 따라 배치된 더 작은 크기의 셀을 더 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 32에 도시된 바와 같이, 본 출원의 다른 양상에 따르면, 셀 어레이(3) 및 지지 부재(4)를 포함하는 배터리 팩(200)이 제공된다.
셀 어레이(3)는 복수의 셀들(100)을 포함하고, 셀(100)은 크기 A를 갖고, 크기 A는 셀(100)을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이이다. 적어도 하나의 셀(100)은 600 mm ≤ 크기 A ≤ 2500 mm를 충족하고, 셀(100)은 지지 부재(4)에 의해 지지된다.
셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형은 단지 크기 A의 이해를 용이하게 하기 위해 도입되며, 본 출원의 해결책에서 실제로 존재하는 것은 아니다.
구체적으로, 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형은 다음과 같이 이해될 수 있다: 셀(100)에 대해, 직육면체 케이싱이 존재하고, 직육면체 케이싱의 6개의 측부 표면들의 내측 벽들이 모두 셀의 외부 윤곽에 접한다고 가정하면, 직육면체 케이싱은 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형이다. 크기 A는 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이이다. 위의 직육면체에 대해, 길이 > 높이 > 폭이다.
셀(100)은 다양한 형상들로 있을 수 있고, 규칙적인 기하학적 형상, 예컨대, 정사각형, 원형, 다각형, 또는 삼각형일 수 있거나, 불규칙한 기하학적 형상일 수 있다. 셀의 형상은 본 출원에서 제한되지 않는다는 것이 이해될 수 있다.
셀(100)의 외측 표면 상에 지지 구역이 제공되고, 지지 구역은 크기 A의 방향을 따라 셀(100)의 2개의 단부 상에 배치될 수 있으며, 이에 따라, 셀(100)은 크기 A의 방향을 따라 지지 부재(4)에 의해 지지될 수 있다.
그러나, 본 출원의 발명자들은, 셀(100)의 크기 A가 600 mm 내지 2500 mm의 범위로 설계될 수 있다는 것을 발견하였다. 셀(100)이 충분히 길기 때문에, 셀(100)은 지지 부재(4)에 의해 직접 지지될 수 있고, 이에 따라, 배터리 팩(200)에서 더 적은 가로 빔들(500) 및/또는 길이방향 빔들(600)이 사용되고, 심지어, 배터리 팩(200)에서 가로 빔(500) 및/또는 길이방향 빔(600)이 생략될 수 있으며, 그에 의해, 배터리 팩(200)에서 가로 빔(500) 및/또는 길이방향 빔(600)에 의해 점유되는 공간이 감소되고, 배터리 팩(200)의 공간 활용률이 개선되고, 배터리 팩(200) 내부에 가능한 한 많은 셀들(100)이 배열되는 것이 가능해지고, 전체 배터리 팩의 용량, 전압, 및 배터리 수명이 추가로 개선된다. 예컨대, 전기 차량에서, 설계는, 공간 활용률을 약 40 %의 원래의 공간 활용률로부터 60 % 초과로 또는 심지어 더 높게, 예컨대 80 %로 증가시킬 수 있다. 지지 부재(4)가 지지 구역에 결합된다는 것은, 지지 부재(4)가 셀을 지지하도록 지지 구역과 직접 접촉한다는 것일 수 있거나, 지지 부재(4)가 다른 구성요소에 의해 지지 구역에 연결되거나 그와 간접 접촉한다는 것일 수 있으며, 이는, 사용 시나리오에 따라 설정될 수 있고 본 출원에서 제한되지 않는다.
전술한 셀(100)은 파우치 배터리이다. 안전 위험이 발생할 때, 파우치 배터리는 폭발함이 없이 팽창하거나 균열을 일으킬 수 있으며, 그에 의해, 셀(100)의 안전 성능이 개선된다. 게다가, 파우치 배터리 중 셀 코어가 큰 비율을 가져서 용적 활용률이 개선되고, 파우치 배터리는 낮은 처리 비용들을 갖는다. 예컨대, 전기 차량에서, 설계는, 공간 활용률을 약 40 %의 원래의 공간 활용률로부터 60 % 초과로 또는 심지어 더 높게, 예컨대 80 %로 증가시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 29 내지 도 32에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 셀(100)은, 케이싱, 케이싱 내부에 위치되는 셀 코어, 및 케이싱을 보강하도록 구성되는 보강 부재를 포함하며, 지지 부재(4)는 셀(100)을 지지하도록 보강 부재에 결합된다. 지지 구역은 보강 부재의 외측 표면 상에 제공될 수 있다. 파우치 셀(105)은, 케이싱 및 케이싱 내부에 위치되는 셀 코어를 포함한다. 이러한 방식으로, 파우치 셀(105)의 알루미늄 플라스틱 막이 파우치 셀(105)의 전위로 인해 마모되는 것이 방지될 수 있고, 셀(100)의 강성이 비교적 크며, 이는 배터리 팩(200)의 강성을 향상시킬 수 있다.
보강 부재는 보강 쉘(104)을 포함하고, 보강 쉘(104)은 적어도 하나의 셀(100)의 케이싱을 감싸고, 지지 부재(4)는 셀(100)을 지지하도록 보강 쉘(104)에 결합된다. 보강 쉘(104)은 파우치 셀(105)을 완전히 감싸거나 파우치 셀(105)의 지지 부재(4)에 대응하는 구역을 감쌀 수 있고, 보강 쉘(104)은 강성 쉘이고, 보강 쉘(104)은 강철 쉘일 수 있거나 복합 물질로 만들어질 수 있다. 보강 쉘(104)이 금속 물질로 만들어질 때, 셀(100)의 금속 케이싱은 더 양호한 열 전도 특성을 가지며, 그에 의해, 셀(100)의 열 소산 효율이 개선되고 열 소산 효과가 최적화된다.
보강 쉘(104)은, 중량을 감소시키기 위해 부분적으로 보링될 수 있다.
도 29 및 도 30에 도시된 실시예들에서, 각각의 보강 쉘(104)은 하나의 파우치 셀(105)을 감싼다. 도 31 및 도 32에 도시된 실시예들에서, 각각의 보강 쉘(104)은 복수의 파우치 셀들(105)을 감싼다.
일부 실시예들에서, 셀(100)은 내부 전류를 인출하도록 구성되는 전극 단자들을 포함하고, 보강 부재는 전류 수렴 부재를 포함하고, 전류 수렴 부재는 복수의 셀들(100)의 전극 단자들을 전기적으로 연결하도록 구성되고, 지지 부재(4)는 셀들(100)을 지지하도록 전류 수렴 부재에 결합된다. 이러한 방식으로, 복수의 셀들(100)은 지지 부재(4) 상에 배열되고, 복수의 셀들(100)은 또한 전기적으로 연결된다.
게다가, 배터리 팩(200)에 가로 빔 및/또는 길이방향 빔들을 배열할 필요가 없기 때문에, 한편으로는, 배터리 팩(200)의 제조 프로세스가 단순화되고, 셀(100)의 조립 복잡도가 감소되고, 생산 비용들이 감소되며, 다른 한편으로는, 배터리 팩(200)의 중량이 감소되고, 그에 의해, 경량의 배터리 팩이 달성된다. 특히, 배터리 팩이 전기 차량 상에 탑재될 때, 전기 차량의 배터리 수명이 추가로 개선될 수 있고, 경량의 전기 차량이 달성된다.
일부 실시예들에서, 600 mm ≤ 크기 A ≤ 1500 mm이다. 예컨대, 600 mm ≤ 크기 A ≤ 1000 mm이다. 그러한 길이의 셀(100)은 지지 부재(4)에 의해 지지되기에 충분히 길고, 그러한 길이의 셀(100)은 과도하게 길지 않다. 배터리 팩(200)에 적용될 때, 셀(100)은 충분히 큰 강성을 갖는다.
본 출원에서, 배터리 팩의 특정 형태는 특별히 제한되지 않는다. 배터리 팩이 지지 부재(4)를 포함하고, 셀 어레이(3)가 지지 부재(4) 상에 위치되고, 셀들(100)이 지지 부재(4)에 의해 지지된다는 것만이 제한될 필요가 있다. 셀들(100)이 지지 부재(4)에 의해 지지될 수 있다면, 지지 부재(4)의 특정 구조는 본 출원에서 제한되지 않는다. 지지 부재(4)의 특정 구조에 대해, 아래의 설명들을 참조한다. 셀들(100)은 지지 부재(4)에 의해 지지된다. 셀들(100)은 지지 부재(4)에 의해 직접 지지될 수 있는데, 즉, 지지 부재(4) 상에 별개로 배치될 수 있거나, 지지 부재(4) 상에 고정될 수 있다. 특정 고정 방식이 아래에서 상세히 설명된다. 특정 지지 및 고정 방식들은 본 출원에서 제한되지 않는다.
전술한 지지 부재(4)는 셀 어레이(3)를 지지하도록 구성된다. 지지 부재(4)는 일반적으로 강성 구조이다. 지지 부재(4)는 차량의 섀시 상에 형성되는 독립적으로 기계가공된 트레이 또는 강성 지지 구조일 수 있고, 완성된 차량 또는 다른 디바이스 상에 쉽게 탑재될 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 셀들은 방향 K를 따라 배열되고, 방향 K는 셀 어레이(3) 내의 적어도 하나의 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 폭 방향이다.
셀(100)은 크기 B를 갖고, 셀은 크기 B를 갖고, 크기 B는 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 폭이고, 크기 B에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 K이고, 복수의 셀들은 적어도 하나의 셀의 방향 K를 따라 배열된다.
적어도 하나의 셀은 10 ≤ 크기 A/크기 B ≤ 208을 충족한다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 셀은 23 ≤ 크기 A/크기 B ≤ 208을 충족한다. 일부 실시예들에서, 50 ≤ 크기 A/크기 B ≤ 70이다. 본 발명자들은, 대량의 실험들을 통해, 전술한 크기 요건들을 충족하는 셀(100)에 대해, 크기 B의 방향에서의 셀(100)의 두께는 강성이 지지 요건들을 충족하는 것에 기반하여 감소될 수 있으며, 이에 따라, 셀(100)이 더 높은 열 소산 용량을 갖는다는 것을 발견하였다.
일부 실시예들에서, 복수의 셀들(100)은 방향 K를 따라 배열되고, 방향 K는 셀 어레이(3) 내의 적어도 하나의 셀(100)을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 높이 방향이다. 셀(100)은 크기 C를 갖고, 크기 C는 셀(100)을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 높이이다.
적어도 하나의 셀(100)은 10 ≤ 크기 A/크기 C ≤ 208을 충족한다. 예컨대, 23 ≤ 크기 A/크기 C ≤ 208이다. 예컨대, 50 ≤ 크기 A/크기 C ≤ 70이다. 본 발명자들은, 대량의 실험들을 통해, 전술한 크기 요건들을 충족하는 셀(100)에 대해, 크기 C의 방향에서의 셀(100)의 두께는 강성이 지지 요건들을 충족하는 것에 기반하여 감소될 수 있으며, 이에 따라, 셀(100)이 더 높은 열 소산 용량을 갖는다는 것을 발견하였다.
배터리 팩(200)은, 셀 어레이(3)의 2개의 측부 상에 서로 대향하게 배치되고 셀 어레이(3)를 클램핑하도록 구성되는 2개의 측부 판 부분을 더 포함한다. 측부 판 부분들은 셀 어레이(3)를 클램핑하고, 복수의 셀들(100)이 팽창 및 변형되는 것을 제한하는 기능을 가지며, 그에 의해, 폭발-방지 밸브(103) 및/또는 CID의 개시가 보장된다. 구체적으로, 일부 실시예들에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 측부 판 부분들은 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)일 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 측부 판 부분들은 제1 측부 판(209) 및 제2 측부 판(210)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 3 및 도 20 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(200)은 차량용 트레이를 포함하고, 차량용 트레이는 셀(100)을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따라 서로 대향하게 배치되는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)을 포함하고, 지지 부재(4)는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)이고, 셀(100)의 2개의 단부는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 의해 각각 지지된다.
일부 다른 실시예들에서, 지지 부재(4)는 복수의 최하부 빔들이고, 최하부 빔들은 셀 어레이(3) 아래에 위치된다. 최하부 빔들은 셀 어레이(3)를 지지하도록 구성되고, 최하부 빔들의 상부 표면들은 셀 어레이(3)에 대한 면-대-면 지지를 형성하는 평면일 수 있다. 최하부 빔은 직사각형 단면을 갖는다. 복수의 최하부 빔들이 존재할 수 있고, 복수의 최하부 빔들은 서로 평행하게 이격되어 배치되거나 교차하는 방식으로 배치될 수 있다. 셀 어레이(3)는, 접착제 접합 또는 나사식 커넥터와 같은 방식으로 최하부 빔들에 고정될 수 있다. 배터리 팩은 밀봉 덮개를 더 포함하며, 밀봉 덮개 및 최하부 빔들은 셀 어레이(3)를 수용하기 위한 수용 캐비티를 형성한다. 밀봉 덮개는, 먼지, 물 등의 침입을 방지하도록 구성된다.
도 25에 도시된 바와 같이, 최하부 빔들은 제1 빔(501), 및 제1 빔(501) 상에 위치되고 제1 빔(501)과 교차하는 제2 빔(502)을 포함하고, 제1 빔(501)의 연장 방향과 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 셀(100)은 제1 빔(501)에 의해 지지된다. 도 25에 도시된 실시예에서, 제1 빔(501) 및 제2 빔(502)은 수직으로 연결되고, 제1 빔(501)과 제2 빔(502) 사이의 연결 방식은, 나사식 커넥터의 연결, 용접 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 제1 빔(501) 및 제2 빔(502)은 둘 모두가 선형 빔들일 수 있다.
2개의 제2 빔(502)이 포함된다. 2개의 제2 빔(502)은 제1 빔(501)의 2개의 단부 상에 각각 위치되고 제1 빔(501)에 별개로 수직이며, 셀(100)은 제1 빔(501)에 의해 지지된다. 제2 빔(502)은 제1 빔(501)에 대해 상향(방향 Z)으로 돌출된다. 예컨대, 제2 빔(502)의 하부 표면이 제1 빔(501)의 상부 표면에 연결될 수 있다. 셀들(100)이 배열될 때, 2개의 최외측 셀(100)은 서로 대면하는 2개의 제2 빔(502)의 측부 표면들에 대하여 각각 접할 수 있다. 셀(100)의 중심은 제1 빔(501) 상에 위치되고, 셀(100)의 길이 방향은 제1 빔(501)의 길이 방향에 수직이고, 셀(100)의 중심은 제1 빔(501)과 정렬되며, 이에 따라, 단일 빔이 셀(100)을 지지할 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 제1 빔들(501)이 존재할 수 있다. 복수의 제1 빔들(501)은 제2 방향을 따라 서로 평행하게 이격되어 배치된다.
최하부 빔의 형상은 직선 및 직사각형을 포함하지만 이에 제한되지 않고, 대안적으로, 삼각형, 사다리꼴, 또는 다른 특수한 형상일 수 있다. 본 출원에서 제공되는 다른 구현에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 지지 부재(4)는 차량 섀시이고, 셀 어레이(3)는 차량 섀시 상에 위치되고, 배터리 팩(200)은 전기 차량 상에 직접 형성될 수 있다. 다시 말해서, 배터리 팩(200)은, 전기 차량 상의 임의의 적절한 위치에 형성되고 셀(100)을 탑재하기 위해 사용되는 디바이스이다. 예컨대, 배터리 팩(200)은 전기 차량의 섀시 상에 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 셀(100)의 조립을 돕기 위해, 하향으로 내리누르는 캐비티(300)가 차량 섀시 상에 제공된다.
본 출원에서 제공되는 특정 구현에서, 캐비티(300)는 서로 대향하게 배치되는 제1 측벽(301) 및 제2 측벽(302)을 포함할 수 있다. 제1 측벽(301)은, 제1 측벽(301)의 연장 부분을 획득하기 위해, 전기 차량의 섀시로부터 하향으로 연장될 수 있다. 제1 측벽(302)은, 제2 측벽(302)의 연장 부분을 획득하기 위해, 전기 차량의 섀시로부터 하향으로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 구현에서, 셀(100)의 제1 단부는 제1 측벽(301)의 연장 부분에 의해 지지될 수 있고, 셀(100)의 제2 단부는 제2 측벽(302)의 연장 부분에 의해 지지될 수 있다. 즉, 본 출원은 추가로, 셀들(100)이 전술한 기술적 해결책에 따라 배열될 수 있고 별개의 차량용 트레이와 동일한 특성을 갖는 캐비티(300)가 전기 차량 상에 형성됨으로써 본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)이 형성되는 전기 차량을 제공한다.
일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(200) 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, 배터리 팩(200)은 셀 어레이(3)를 포함하고, 복수의 셀들(100) 각각은 셀(100)을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따라 배터리 배치 영역의 일 측부로부터 배터리 배치 영역의 다른 측부로 연장된다. 배터리 팩(200)은 셀(100)을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향에서 하나의 셀만을 수용한다.
일부 실시예들에서, 배터리 팩(200) 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, N개의 셀 어레이(3)가 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 폭 방향을 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, N은 1보다 크다.
M개의 셀 어레이(3)가 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, M은 1보다 크다.
구체적으로, 도 21에 도시된 바와 같이, 제1 분리기(700)는, 도시된 셀 어레이(3)를 배터리 팩(200)의 방향 K를 따라 2개의 셀 어레이(3)로 분할한다. 이전 셀 어레이(3)의 마지막 셀(100)은 커넥터에 의해 다음 셀 어레이(3)의 제1 셀에 연결된다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, M개의 셀 어레이(3)가 방향 Q를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, M은 1보다 크다. (M-1)번째 셀 어레이(3)의 마지막 셀의 전극 단자는 커넥터에 의해 M번째 셀 어레이(3)의 제1 셀의 전극 단자에 연결되며, M은 1보다 크다. 다시 말해서, 복수의 셀들(100)은 셀(100)의 연장 방향을 따라 수용될 수 있는데, 즉, 복수의 행들의 셀 어레이들(3)이 배터리 팩(200)에 배치된다.
구체적으로, 도 20에 도시된 바와 같이, 제2 분리기(800)는, 셀 어레이(3)를 배터리 팩(200)의 방향 Q를 따라 2개의 셀 어레이(3)로 분할한다. 이전 셀 어레이(3)의 마지막 셀(100)은 커넥터에 의해 다음 셀 어레이(3)의 제1 셀에 연결된다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, N개의 셀 어레이(3)가 방향 K를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, M개의 셀 어레이(3)가 방향 Q를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, N은 1보다 크고, M은 1보다 크다. 다시 말해서, 배터리 배치 영역은 배터리 팩의 방향 K에서 복수의 배터리 배치 하위-구역들로 분할되고, 복수의 셀들(100)은 셀(100)의 연장 방향(Q)을 따라 수용될 수 있는데, 즉, 복수의 행들 및 열들의 셀 어레이들(3)이 배터리 배치 팩(200)에 배치된다.
구체적으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 제1 분리기(700) 및 제2 분리기(800)가 배터리 팩(200)에 배치되고, 제1 분리기(700) 및 제2 분리기(800)는 복수의 셀들을 2개의 행 및 2개의 열의 셀 어레이들(3)로 분할한다. 임의의 2개의 셀 어레이(3)는 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 연결된다.
전술한 설명에서, 제1 분리기(700) 및 제2 분리기(800)는 보강 리브들 또는 다른 구조적 부재들, 예를 들어, 단열 발포체일 수 있으며, 이는 본 출원에서 제한되지 않는다.
배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, J개의 셀 어레이(3)가 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 높이 방향을 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, J는 1보다 크다.
본 출원에서, 셀 어레이(3) 내의 셀들(100)의 양은 특별히 제한되지 않는다. 차량 모델들 및 상이한 요구 전력들에 따라 상이한 양들의 셀들(100)이 배치될 수 있다. 본 출원의 일부 특정 예들에서, 셀 어레이(3) 내의 셀들의 양은 범위가 60개 내지 200개이다. 본 출원의 일부 다른 특정 예들에서, 셀 어레이(3) 내의 셀들의 양은 범위가 80개 내지 150개이다.
도 2 내지 도 32에 도시된 바와 같이, 본 출원의 또 다른 양상에 따르면, 셀 어레이(3) 및 지지 부재(4)를 포함하는 배터리 팩(200)이 제공된다.
셀 어레이(3)는 복수의 셀들(100)을 포함하고, 적어도 하나의 셀(100)은: 배터리 몸체, 및 배터리 몸체로부터 연장되고 배터리 몸체로부터 외부 전류를 인출하도록 구성되는 전극 단자들이 포함되고, 배터리 몸체가 대략적인 직육면체이고, 배터리 몸체의 길이가 L이고, 600 mm ≤ L ≤ 2500 mm임을 충족한다. 셀(100)은 지지 부재(4)에 의해 지지된다.
배터리 몸체가 대략적인 직육면체라는 것은, 배터리 몸체가 직육면체, 정육면체, 또는 국부적으로 특수한 형상을 갖는 대략적인 직육면체 또는 정육면체일 수 있거나, 전체적으로 대략적인 직육면체 또는 정육면체를 나타낼 수 있지만 부분적으로는 갭, 볼록부, 모따기된 면(chamfer), 원호, 또는 곡선을 갖는 것으로서 이해될 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
관련 기술에서, 셀(100)의 크기가 비교적 작고, 배터리 몸체의 길이(L)가 비교적 짧고 ― 방향 Y 또는 방향 X에서의 배터리 팩의 크기보다 훨씬 더 작음 ―, 셀(100)이 직접 탑재될 수 없기 때문에, 셀(100)의 조립을 용이하게 하기 위해 (도 1에 도시된 바와 같이) 가로 빔(500) 및/또는 길이방향 빔(600)이 배터리 팩(200)에 배치될 필요가 있다. 셀(100)이 배터리 모듈(400)을 통해 배터리 팩(200) 내에 탑재될 때, 배터리 모듈은 체결구를 통해 가로 빔(500) 및/또는 길이방향 빔(600)에 고정된다.
관련 기술에서 가로 빔(500) 및/또는 길이방향 빔(600)이 배터리 팩에 배치되기 때문에, 가로 빔(500) 및/또는 길이방향 빔(600)이 배터리 팩(200)에서 셀들을 수용하기 위한 큰 탑재 공간을 점유하여, 배터리 팩의 낮은 용적 활용률이 초래된다. 일반적으로, 배터리 팩(200)의 용적 활용률은 약 40 %이거나 훨씬 더 낮다. 다시 말해서, 관련 기술에서, 배터리 팩(200) 내의 공간 중 약 40 %만이 셀들을 탑재하는 데 사용될 수 있어서, 제한된 양의 셀들(100)이 배터리 팩(200)에 수용되는 것이 초래되어, 전체 배터리 팩의 제한된 용량 및 제한된 전압, 및 배터리 팩의 더 짧은 배터리 수명이 초래된다.
그러나, 본 출원의 발명자들은, 셀(100)의 길이(L)가 600 mm 내지 2500 mm의 범위로 설계될 수 있다는 것을 발견하였다. 셀(100)의 배터리 몸체가 충분히 길기 때문에, 셀(100)의 외측 표면 상에 지지 구역이 제공되고, 셀(100)은 지지 구역에서 의해 직접 지지될 수 있고, 이에 따라, 배터리 팩(200)에서 더 적은 가로 빔들(500) 및/또는 길이방향 빔들(600)이 사용되고, 심지어, 배터리 팩(200)에서 가로 빔(500) 및/또는 길이방향 빔(600)이 생략될 수 있으며, 그에 의해, 배터리 팩(200)에서 가로 빔(500) 및/또는 길이방향 빔(600)에 의해 점유되는 공간이 감소되고, 배터리 팩(200)의 공간 활용률이 개선되고, 배터리 팩(200) 내부에 가능한 한 많은 셀들(100)이 배열되는 것이 가능해지고, 전체 배터리 팩의 용량, 전압, 및 배터리 수명이 추가로 개선된다. 예컨대, 전기 차량에서, 설계는, 공간 활용률을 약 40 %의 원래의 공간 활용률로부터 60 % 초과로 또는 심지어 더 높게, 예컨대 80 %로 증가시킬 수 있다. 지지 부재(4)가 지지 구역에 결합된다는 것은, 지지 부재(4)가 셀을 지지하도록 지지 구역과 직접 접촉한다는 것일 수 있거나, 지지 부재(4)가 다른 구성요소에 의해 지지 구역에 연결되거나 그와 간접 접촉한다는 것일 수 있으며, 이는, 사용 시나리오에 따라 설정될 수 있고 본 출원에서 제한되지 않는다.
게다가, 배터리 팩(200)에 가로 빔 및/또는 길이방향 빔들을 배열할 필요가 없기 때문에, 한편으로는, 배터리 팩(200)의 제조 프로세스가 단순화되고, 셀(100)의 조립 복잡도가 감소되고, 생산 비용들이 감소되며, 다른 한편으로는, 배터리 팩(200)의 중량이 감소되고, 그에 의해, 경량의 배터리 팩이 달성된다. 특히, 배터리 팩이 전기 차량 상에 탑재될 때, 전기 차량의 배터리 수명이 추가로 개선될 수 있고, 경량의 전기 차량이 달성된다.
전술한 셀(100)은 파우치 배터리이다. 안전 위험이 발생할 때, 파우치 배터리는 폭발함이 없이 팽창하거나 균열을 일으킬 수 있으며, 그에 의해, 셀(100)의 안전 성능이 개선된다. 게다가, 파우치 배터리 중 셀 코어가 큰 비율을 가져서 용적 활용률이 개선되고, 파우치 배터리는 낮은 처리 비용들을 갖는다. 예컨대, 전기 차량에서, 설계는, 공간 활용률을 약 40 %의 원래의 공간 활용률로부터 60 % 초과로 또는 심지어 더 높게, 예컨대 80 %로 증가시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 29 내지 도 32에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 셀(100)은, 케이싱, 케이싱 내부에 위치되는 셀 코어, 및 케이싱을 보강하도록 구성되는 보강 부재를 포함하며, 지지 부재(4)는 셀(100)을 지지하도록 보강 부재에 결합된다. 지지 구역은 보강 부재의 외측 표면 상에 제공될 수 있다. 파우치 셀(105)은, 케이싱 및 케이싱 내부에 위치되는 셀 코어를 포함한다. 이러한 방식으로, 파우치 셀(105)의 알루미늄 플라스틱 막이 파우치 셀(105)의 전위로 인해 마모되는 것이 방지될 수 있고, 셀(100)의 강성이 비교적 크며, 이는 배터리 팩(200)의 강성을 향상시킬 수 있다.
보강 부재는 보강 쉘(104)을 포함하고, 보강 쉘(104)은 적어도 하나의 셀(100)의 케이싱을 감싸고, 지지 부재(4)는 셀(100)을 지지하도록 보강 쉘(104)에 결합된다. 보강 쉘(104)은 파우치 셀(105)을 완전히 감싸거나 파우치 셀(105)의 지지 부재(4)에 대응하는 구역을 감쌀 수 있고, 보강 쉘(104)은 강성 쉘이고, 보강 쉘(104)은 강철 쉘일 수 있거나 복합 물질로 만들어질 수 있다. 보강 쉘(104)이 금속 물질로 만들어질 때, 셀(100)의 금속 케이싱은 더 양호한 열 전도 특성을 가지며, 그에 의해, 셀(100)의 열 소산 효율이 개선되고 열 소산 효과가 최적화된다.
보강 쉘(104)은, 중량을 감소시키기 위해 부분적으로 보링될 수 있다.
도 29 및 도 30에 도시된 실시예들에서, 각각의 보강 쉘(104)은 하나의 파우치 셀(105)을 감싼다. 도 31 및 도 32에 도시된 실시예들에서, 각각의 보강 쉘(104)은 복수의 파우치 셀들(105)을 감싼다.
일부 실시예들에서, 셀(100)은 내부 전류를 인출하도록 구성되는 전극 단자들을 포함하고, 보강 부재는 전류 수렴 부재를 포함하고, 전류 수렴 부재는 복수의 셀들(100)의 전극 단자들을 전기적으로 연결하도록 구성되고, 지지 부재(4)는 셀들(100)을 지지하도록 전류 수렴 부재에 결합된다. 이러한 방식으로, 복수의 셀들(100)은 지지 부재(4) 상에 배열되고, 복수의 셀들(100)은 또한 전기적으로 연결된다.
본 출원에서, 배터리 팩의 특정 형태는 특별히 제한되지 않는다. 배터리 팩이 지지 부재(4)를 포함하고, 셀 어레이(3)가 지지 부재(4) 상에 위치되고, 셀들(100)이 지지 부재(4)에 의해 지지된다는 것만이 제한될 필요가 있다. 셀들(100)이 지지 부재(4)에 의해 지지될 수 있다면, 지지 부재(4)의 특정 구조는 본 출원에서 제한되지 않는다. 지지 부재(4)의 특정 구조에 대해, 아래의 설명들을 참조한다. 셀들(100)은 지지 부재(4)에 의해 지지된다. 셀들(100)은 지지 부재(4)에 의해 직접 지지될 수 있는데, 즉, 지지 부재(4) 상에 별개로 배치될 수 있거나, 지지 부재(4) 상에 고정될 수 있다. 특정 고정 방식이 아래에서 상세히 설명된다. 특정 지지 및 고정 방식들은 본 출원에서 제한되지 않는다.
전술한 지지 부재(4)는 셀 어레이(3)를 지지하도록 구성된다. 지지 부재(4)는 일반적으로 강성 구조이다. 지지 부재(4)는 차량의 섀시 상에 형성되는 독립적으로 기계가공된 트레이 또는 강성 지지 구조일 수 있다. 지지 부재(4)는 배터리 팩을 완전한 형상으로 유지하고 배터리 팩을 완성된 차량 또는 다른 디바이스 상에 탑재하는 것을 돕도록 구성된다.
본 출원에서, 셀(100)의 배터리 몸체는 길이(L)의 관점에서 비교적 큰 크기를 갖고, 배터리 몸체는 지지 효과를 낼 수 있으며, 이에 따라, 배터리 팩에서의 가로 빔 및 길이방향 빔의 보강 효과가 감소되고, 배터리 팩의 공간 활용률이 더 높고, 더 많은 셀들이 배치될 수 있다.
셀(100)의 배터리 몸체는 3개의 상호 수직인 방향, 즉, 방향 X, 방향 Y, 및 방향 Z를 갖는다. 방향 X, 방향 Y, 및 방향 Z 중 어느 것이든 2개의 방향은 서로 수직이고, 방향 X는 셀(100)의 배열 방향이고, 방향 Y는 셀(100)의 길이 방향이고, 방향 Z는 셀(100)의 높이 방향이다. 예컨대, 도 20 내지 도 23에 도시된 실시예들에서, 배터리 팩(200)이 완성된 차량 상에 탑재될 때, 배터리 팩(200)의 길이 방향은 차량(1)의 길이 방향과 평행할 수 있고, 배터리 팩(200)의 폭 방향은 차량(1)의 횡 방향과 평행할 수 있고, 방향 Y는 차량(1)의 횡 방향과 평행할 수 있고, 방향 X는 차량(1)의 길이 방향과 평행할 수 있고, 방향 Z는 차량(1)의 수직 방향과 평행할 수 있다. 예컨대, 도 24에 도시된 실시예에서, 배터리 팩(200)이 완성된 차량 상에 탑재될 때, 배터리 팩(200)의 길이 방향은 차량(1)의 길이 방향과 평행할 수 있고, 배터리 팩(200)의 폭 방향은 차량(1)의 횡 방향과 평행할 수 있고, 방향 Y는 차량(1)의 길이 방향과 평행할 수 있고, 방향 X는 차량(1)의 횡 방향과 평행할 수 있고, 방향 Z는 차량(1)의 수직 방향과 평행할 수 있다. 배터리 팩(200)이 완성된 차량 상에 탑재될 때, 방향 X, 방향 Y, 및 방향 Z는 차량의 실제 방향들에 대해 다른 대응관계들을 가질 수 있고, 그들의 실제 대응관계들은 배터리 팩(200)의 탑재 방향에 의존한다.
달리 특정되지 않는 한, 본 출원에서의 차량의 이동 방향은 차량의 길이 방향이고, 차량의 이동 방향에 수직이고 그와 동일 평면 상에 있는 방향은, 일반적으로 수평 방향인, 차량의 횡 방향이고, 상하 방향은, 일반적으로 수직 방향인, 차량의 수직 방향이다.
일부 실시예들에서, 셀(100)은 방향 X로 순차적으로 배열될 수 있고, 그 양은 제한되지 않을 수 있다. 전술한 배열 방식에서, 배터리 팩 내에 배열되는 셀들의 양이 증가되기 때문에, 전체 배터리 팩의 열 소산 성능은 비교적 불량하다. 전체 배터리 팩의 안전 성능을 개선하기 위해, L/H 또는 L/D가 제한되며, 이에 따라, 배터리 팩의 방향 X를 따른 두께 및 방향 Z를 따른 높이가 비교적 작을 수 있다. 단일 셀의 표면적은 관련 기술의 셀의 표면적보다 크며, 이에 따라, 셀의 열 소산 면적이 증가될 수 있고, 셀의 열 소산 효율이 개선되며, 그에 의해, 전체 배터리 팩의 안전이 개선되고, 배터리 팩이 더 안전해지고 더 신뢰가능하게 된다.
복수의 셀들(100)은 셀 어레이(3)에서 복수의 배열 방식들을 갖는다. 배터리 몸체의 길이는 L이고, 두께는 D이고, 높이는 H이고, 두께 방향은 방향 X이고, 길이 방향은 방향 Y이고, 높이 방향은 방향 Z이다.
본 출원에서 제공되는 구현에서, 복수의 셀들(100)은 서로 이격되어 또는 밀접하게 방향 X를 따라 배열될 수 있거나, 공간을 완전히 활용하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같은 이 구현에서, 방향 X를 따라 밀접하게 배열된다.
일부 실시예들에서, 복수의 셀들(100)은 셀 어레이(3) 내의 적어도 하나의 셀의 방향 X를 따라 배열되고, 방향 X는 셀 어레이(3) 내의 임의의 셀(100)의 두께 방향이다. 배터리 몸체의 두께는 D이고, 적어도 하나의 셀(100)은 10 ≤ L/D ≤ 208, 예컨대 23 ≤ L/D ≤ 208, 그리고 예컨대 50 ≤ L/D ≤ 70을 충족한다. 본 발명자들은, 대량의 실험들을 통해, 전술한 크기 요건들을 충족하는 셀(100)에 대해, 방향 X에서의 셀(100)의 두께는 강성이 지지 요건들을 충족하는 것에 기반하여 감소될 수 있으며, 이에 따라, 셀(100)이 더 높은 열 소산 용량을 갖는다는 것을 발견하였다.
일부 다른 실시예들에서, 복수의 셀들(100)은 셀 어레이(3) 내의 적어도 하나의 셀의 방향 Z를 따라 배열된다. 방향 Z는 셀 어레이(3) 내의 임의의 셀(100)의 높이 방향이다. 배터리 몸체의 높이는 H이고, 적어도 하나의 셀(100)은 10 ≤ L/D ≤ 208, 예컨대 23 ≤ L/D ≤ 208, 그리고 예컨대 50 ≤ L/D ≤ 70을 충족한다. 본 발명자들은, 대량의 실험들을 통해, 전술한 크기 요건들을 충족하는 셀(100)에 대해, 방향 Z에서의 배터리 몸체의 두께는 강성이 지지 요건들을 충족하는 것에 기반하여 감소될 수 있으며, 이에 따라, 배터리 몸체가 더 높은 열 소산 용량을 갖는다는 것을 발견하였다.
배열될 때, 복수의 셀들(100)은 단부들이 동일 평면 상에 있는 어레이를 형성할 수 있거나, 방향 X 또는 방향 Z와 일정 각도를 형성할 수 있다는 것, 즉, 비스듬하게 배열될 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 복수의 셀들(100)의 배치 방향들은 동일할 수 있거나, 복수의 셀들(100)이 미리 결정된 방향을 따라 분포된다면, 부분적으로 상이하거나 서로 상이할 수 있다.
일부 실시예들에서, 600 mm ≤ L ≤ 1500 mm이고, 바람직하게는, 600 mm ≤ L ≤ 1000 mm이다. 그 길이의 셀(100)은 비교적 큰 길이를 갖고, 배터리 팩(200)에 대한 적용 동안, 단일 셀(100)만이 제1 방향을 따라 배열될 필요가 있다.
일부 실시예들에서, 셀(100)의 배터리 몸체의 용적은 V이고, 적어도 하나의 셀(100)은, 0.0005 mm-2 ≤ L/V ≤ 0.002 mm-2를 충족한다. 본 발명자들은, 대량의 실험들을 통해, 배터리 몸체는 작은 단면을 갖고, 셀(100)이 전술한 제한들을 충족할 때 배터리 몸체가 양호한 열 소산 효과를 가지며, 이에 따라, 배터리 몸체의 내부와 주변부의 온도들 사이의 차이가 작다는 것을 발견하였다.
본 출원에서 제공되는 다른 구현에서, 셀(100)의 셀 몸체의 표면적(S) 대 용적(V)의 비는 0.1 mm-1 ≤ S/V ≤ 0.35 mm-1을 충족한다. 그 비는, 전술한 더 길고 더 얇은 셀(100)을 통해 또는 크기 조정을 통해 달성될 수 있다. 셀(100)의 표면적(S) 대 용적(V)의 비를 제어함으로써, 배터리 몸체의 길이가 방향 Y를 따라 연장되면서 배터리 몸체가 충분한 열 소산 면적을 갖는다는 것이 보장될 수 있어서, 셀(100)의 열 소산 효과가 보장된다.
일부 실시예들에서, 배터리 몸체의 용적은 V이고, 배터리 몸체의 높이(H)와 배터리 몸체의 용적(V) 사이의 관계는 0.0001 mm-2 ≤ H/V ≤ 0.00015 mm-2이다.
셀의 표면적은 셀의 모든 표면들의 면적들의 합을 지칭한다는 것이 유의되어야 한다.
도 3, 도 4, 및 도 20 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 배터리 몸체의 길이는 L이고, 두께는 D이고, 높이는 H이고, 두께 방향은 방향 X이고, 길이 방향은 방향 Y이고, 높이 방향은 방향 Z이다. 배터리 몸체의 높이(H)는 배터리 몸체의 두께(D)보다 크고, 적어도 하나의 셀은 23 ≤ L/D ≤ 208 및 4 ≤ L/H ≤ 21을 충족하고, 복수의 셀들은 셀 어레이(3) 내의 적어도 하나의 셀의 방향 X를 따라 배열된다. 일부 실시예들의 해결책들에서, 적어도 하나의 셀은 9 ≤ L/H ≤ 13을 충족한다. 본 발명자들은, 대량의 실험들을 통해, 전술한 크기 요건들을 충족하는 배터리 몸체에 대해, 방향 X에서의 배터리 몸체의 두께는 강성이 지지 요건들을 충족하는 것에 기반하여 감소될 수 있으며, 이에 따라, 배터리 몸체가 더 높은 열 소산 용량을 갖는다는 것을 발견하였다. 게다가, 셀들(100)은 편리하게, 방향 X로 밀접하게 적층될 수 있다.
본 출원의 일부 예시적인 구현들에서, 적어도 하나의 셀(100)은 방향 Y를 따른 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 제1 단부 및 제2 단부 중 적어도 하나는 셀의 내부 전류를 인출하도록 구성되는 전극 단자들을 포함하고, 셀들(100)의 전극 단자들은 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결된다.
셀(100)의 "제1 단부" 및 "제2 단부"는, 셀(100)의 특정 구조를 제한하고 설명하기 위해 사용되는 것이 아니라 셀(100)의 배향을 설명하기 위해 사용된다. 예컨대, 제1 단부 및 제2 단부는 셀(100)의 양의 전극 및 음의 전극을 제한하고 설명하기 위해 사용되지 않는다. 구현에서, 셀(100)에 대해, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 셀(100)의 제1 전극 단자(101)는 방향 Y를 향해 셀(100)의 제1 단부에 의해 인출되고, 셀(100)의 제2 전극 단자(102)는 방향 Y를 향해 셀(100)의 제2 단부에 의해 인출된다. 다시 말해서, 셀(100)의 길이 방향은 셀(100) 내부의 전류 방향일 수 있는데, 즉, 셀(100) 내부의 전류 방향은 방향 Y이다. 이러한 방식으로, 전류 방향이 셀(100)의 길이 방향과 동일하기 때문에, 셀(100)은 더 큰 유효 열 소산 면적 및 더 양호한 열 소산 효율을 갖는다. 제1 전극 단자(101)는 셀(100)의 양의 전극일 수 있고, 제2 전극 단자(102)는 셀(100)의 음의 전극이다. 대안적으로, 제1 전극 단자(101)는 셀(100)의 음의 전극이고, 제2 전극 단자(102)는 셀(100)의 양의 전극이다. 셀들(100)의 전극 단자들은 커넥터에 의해 직렬 및 병렬로 연결된다.
구현에서, 적어도 일부 셀들(100)의 두께 방향들은 방향 X를 따라 연장되는데, 즉, 복수의 셀들이 셀들의 두께 방향들을 따라 배열된다.
일부 실시예들에서, 셀 어레이(3)는 방향 X를 따라 순차적으로 배열되는 복수의 셀들(100)을 포함하고, 셀(100)의 길이는 방향 Y를 따라 연장되고, 높이는 방향 Z를 따라 연장된다. 즉, 복수의 셀들(100)은 두께 방향을 따라 배열되고 길이 방향을 따라 연장되며, 이에 따라, 배터리 팩의 공간이 완전히 활용되어, 더 많은 셀들이 배치될 수 있다.
셀(100)은 길이 방향으로 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 제1 단부 및/또는 제2 단부는 셀의 내부 전류를 인출하도록 구성되는 전극 단자들을 포함하고, 셀들의 전극 단자들은 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결된다.
셀(100)의 "제1 단부" 및 "제2 단부"는, 셀(100)의 특정 구조를 제한하고 설명하기 위해 사용되는 것이 아니라 셀(100)의 배향을 설명하기 위해 사용된다. 예컨대, 제1 단부 및 제2 단부는 셀(100)의 양의 전극 및 음의 전극을 제한하고 설명하기 위해 사용되지 않는다. 구현에서, 셀(100)에 대해, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 셀(100)의 제1 전극 단자(101)는 길이 방향으로 셀(100)의 제1 단부에 의해 인출되고, 셀(100)의 제2 전극 단자(102)는 길이 방향으로 셀(100)의 제2 단부에 의해 인출된다. 다시 말해서, 셀(100)의 길이 방향은 셀(100) 내부의 전류 방향일 수 있는데, 즉, 셀(100) 내부의 전류 방향은 방향 Y이다. 이러한 방식으로, 전류 방향이 셀(100)의 길이 방향과 동일하기 때문에, 셀(100)은 더 큰 유효 열 소산 면적 및 더 양호한 열 소산 효율을 갖는다. 제1 전극 단자(101)는 셀(100)의 양의 전극일 수 있고, 제2 전극 단자(102)는 셀(100)의 음의 전극이다. 대안적으로, 제1 전극 단자(101)는 셀(100)의 음의 전극이고, 제2 전극 단자(102)는 셀(100)의 양의 전극이다. 셀들(100)의 전극 단자들은 커넥터에 의해 직렬 및 병렬로 연결된다.
관련 기술에서, 직사각형 셀(100)의 크기들이 셀로 하여금 적절한 배터리 용량 및 양호한 열 소산 효과 둘 모두를 갖게 하도록 설계되는 것은 배터리 기술들의 분야에서 항상 해결되어야 할 문제들 중 하나이다.
본 출원에서 제공되는 구현에서, 적어도 하나의 셀(100)의 배터리 몸체의 길이(L) 대 두께(D)의 비는 23 ≤ L/D ≤ 208을 충족한다. 이러한 비로, 적절한 길이 및 더 작은 두께를 갖는 셀(100)이 획득될 수 있다. 셀(100)의 길이가 제1 방향으로 연장되어 다양한 차량 모델들에 대한 양호한 적응성으로 이어지는 것을 보장하면서, 적절한 저항 값, 비교적 큰 열 소산 면적, 및 비교적 높은 열 소산 효율이 유지될 수 있다.
본 출원에서 제공되는 구현에서, 적어도 하나의 셀(100)의 배터리 몸체의 길이(L) 대 두께(D)의 비는 50 ≤ L/D ≤ 70을 충족한다. 이러한 비로, 적절한 길이를 갖는 셀(100)이 획득될 수 있고, 셀(100)의 강성이 또한 충분히 커서, 기계가공, 운반, 및 조립이 용이해진다. 셀(100)이 배터리 팩 하우징에 탑재될 때, 셀(100)의 강성이 크다는 특성이 활용되며, 이에 따라, 셀(100)이 보강 빔으로서 사용될 수 있다. 다른 한편으로는, 셀(100)의 길이가 제1 방향으로 연장되어 다양한 차량 모델들에 대한 양호한 적응성으로 이어지는 것을 보장하면서, 적절한 저항 값, 비교적 큰 열 소산 면적, 및 비교적 높은 열 소산 효율이 유지될 수 있다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 방향 X에서, 배터리 팩(200)은, 셀 어레이(3)의 2개의 측부 상에 서로 대향하게 배치되고 셀 어레이(3)를 클램핑하도록 구성되는 2개의 측부 판 부분을 더 포함한다. 측부 판 부분들은 셀 어레이(3)를 클램핑하고, 복수의 셀들(100)이 팽창 및 변형되는 것을 제한하는 기능을 가지며, 그에 의해, 폭발-방지 밸브(103) 및/또는 CID의 개시가 보장된다. 구체적으로, 일부 실시예들에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 측부 판 부분들은 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)일 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 측부 판 부분들은 제1 측부 판(209) 및 제2 측부 판(210)일 수 있다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩에 따르면, 밀봉 덮개(220)가 추가로 포함되며, 밀봉 덮개(220) 및 지지 부재(4)는 셀 어레이(3)를 수용하기 위한 수용 캐비티를 형성한다. 밀봉 덮개(220) 및 지지 부재(4)는 셀을 수용하기 위한 수용 캐비티를 정의한다. 밀봉 덮개(220)는 방수 및 방습 효과들을 낸다.
배터리 팩(200)은 차량용 트레이를 포함하며, 차량용 트레이는, 셀(100)을 수용 및 탑재하기 위한 별개로 생성된 차량용 트레이이다. 도 16, 도 18, 및 도 19에 도시된 바와 같이, 셀(100)이 차량용 트레이에 탑재된 후에, 차량용 트레이는 체결구를 통해 차량 상에 탑재될 수 있는데, 예컨대, 전기 차량의 섀시에 매달릴 수 있다.
차량용 트레이는 방향 Y를 따라 서로 대향하게 배치되는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)을 포함하고, 지지 부재(4)는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)이고, 셀(100)의 제1 단부는 제1 가장자리 빔(201)에 의해 지지되고, 셀(100)의 제2 단부는 제2 가장자리 빔(202)에 의해 지지된다. 본 출원의 기술적 개념 하에서, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)의 특정 구조는 제한되지 않으며, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 서로 대향하게 배치된다. 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 서로 평행할 수 있거나 비스듬히 배치될 수 있고, 직선 구조 또는 만곡된 구조일 수 있다. 제1 가장자리 빔(201)은 직사각형, 원통형, 또는 다각형일 수 있으며, 이는 본 출원에서 특별히 제한되지 않는다.
제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 방향 Y를 따라 서로 대향하게 배치되고, 복수의 셀들(100)은 제1 가장자리 빔(201)과 제2 가장자리 빔(202) 사이에 배치되고, 셀(100)의 2개의 단부는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 의해 각각 지지된다. 실시예에서, 각각의 셀(100)의 제1 단부는 제1 가장자리 빔(201)에 의해 지지되고, 각각의 셀(100)의 제2 단부는 제2 가장자리 빔(202)에 의해 지지된다.
다시 말해서, 각각의 셀(100)은 제1 가장자리 빔(201)과 제2 가장자리 빔(202) 사이에서 연장된다. 복수의 셀들(100)은 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)의 길이 방향을 따라, 즉, 방향 X를 따라 배열된다.
셀(100)의 제1 단부 및 제2 단부는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202) 상에 각각 지지된다. 셀(100)은 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 의해 직접 지지될 수 있는데, 즉, 셀은, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202) 상에 각각 배치되거나, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202) 상에 추가로 고정될 수 있다. 특정 고정 방식이 아래에서 상세히 설명된다. 특정 지지 및 고정 방식들은 본 출원에서 제한되지 않는다.
본 출원의 일부 실시예들에서, 각각의 셀(100)의 제1 단부는 제1 가장자리 빔(201)에 의해 직접 또는 간접적으로 지지될 수 있고, 각각의 셀(100)의 제2 단부는 제2 가장자리 빔(202)에 의해 직접 또는 간접적으로 지지될 수 있다. 직접 지지는, 셀(100)의 제1 단부가 제1 가장자리 빔(201)과 직접 접촉하고, 그에 끼워맞춰지고, 그에 의해 지지되고, 셀(100)의 제2 단부와 제2 가장자리 빔(202)과 직접 접촉하고 그에 끼워맞춰진다는 것을 의미한다. 간접 지지는, 예컨대, 일부 실시예들에서, 셀(100)의 제1 단부가 제1 단부 판(207)을 통해 제1 가장자리 빔(201)에 끼워맞춰지고 그에 의해 지지되고, 셀(100)의 제2 단부가 제2 단부 판(208)을 통해 제2 가장자리 빔(202)에 끼워맞춰지고 그에 의해 지지된다는 것을 의미한다.
셀(100)은 제1 가장자리 빔(201) 및/또는 제2 가장자리 빔(202)에 수직일 수 있거나, 제1 가장자리 빔(201) 및/또는 제2 가장자리 빔(202)에 대해 예각 또는 둔각으로 배치될 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 예컨대, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)이 서로 평행할 때, 제1 가장자리 빔(201), 제2 가장자리 빔(202), 및 셀(100)은 직사각형, 정사각형, 평행사변형, 부채꼴, 또는 다른 구조를 형성할 수 있다. 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)이 비스듬할 때, 제1 가장자리 빔(201), 제2 가장자리 빔(202), 및 셀(100)은 사다리꼴, 삼각형, 또는 다른 구조를 형성할 수 있다. 본 출원에서, 제1 가장자리 빔(201)과 제2 가장자리 빔(202) 사이의 각도 관계, 셀(100)과 제1 가장자리 빔(201) 사이의 각도 관계, 및 셀(100)과 제2 가장자리 빔(202) 사이의 각도 관계는 제한되지 않는다.
제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 방향 Y를 따라 트레이의 2개의 대향하는 측부 상에 위치되는데, 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 방향 Y를 따라 트레이의 가장자리들 상에 위치되고, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 트레이의 최외측 측부들이다.
게다가, 전술된 셀(100)의 "제1 단부" 및 "제2 단부"는, 셀(100)의 특정 구조를 제한하고 설명하기 위해 사용되는 것이 아니라 셀(100)의 배향을 설명하기 위해 사용된다. 예컨대, 제1 단부 및 제2 단부는 셀(100)의 양의 전극 및 음의 전극을 제한하고 설명하기 위해 사용되지 않는다. 다시 말해서, 본 출원에서, 제1 가장자리 빔(201)에 의해 지지되는 셀(100)의 하나의 단부는 제1 단부이고, 제2 가장자리 빔(202)에 의해 지지되는 셀(100)의 다른 단부는 제2 단부이다.
차량용 트레이에서, 차량 몸체가, 예컨대 1.2 m 내지 2 m의 큰 폭을 갖고, 예컨대 2 m 내지 5 m의 큰 길이를 갖기 때문에, 그에 따라서, 상이한 차량 모델들은 상이한 대응하는 차량 몸체 폭들 및 차량 몸체 길이들을 갖는다. 차량 몸체의 더 큰 폭 및 더 큰 길이에 기인하여, 차량 몸체의 최하부에 배치되는 트레이는 더 큰 전체 크기들을 갖는다. 트레이의 비교적 큰 크기에 기인하여, 관련 기술에서는, 그에 부가하여, 내부에 배치된 셀들에 대해 충분한 지지력 및 충분한 구조적 강도를 제공하기 위해, 측부들 상에 위치된 가장자리 빔들이 트레이 상에 배치될 필요가 있고 가로 빔들이 또한 트레이 내부에 배치될 필요가 있다. 가로 빔들이 차량용 트레이에 부가된 후, 차량용 트레이의 중량 용량 및 내부 공간이 가로 빔들에 의해 점유된다. 결과적으로, 트레이 내부에는 유효하게 사용될 수 있는 작은 공간만이 존재한다. 게다가, 가로 빔들의 존재로 인해, 복수의 배터리 모듈들은, 가로 빔들의 탑재와의 조정을 위해, 폭 방향 및 길이 방향으로 트레이 내부에 배치될 필요가 있다.
그러나, 가로 빔들이 제거되는 경우, 관련 기술의 모듈 레이아웃 방식 및 셀 레이아웃 방식은 배터리 모듈에 대한 충분한 구조적 강도를 제공할 수 없고, 트레이는 충분한 중량 용량을 제공할 수 없다.
그러나, 본 출원에서, 셀의 길이(L)는 범위가 600 내지 1500 mm이고, 셀(100)의 2개의 단부는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 의해 지지되며, 이에 따라, 셀의 중량이 2개의 측부 상의 트레이의 가장자리 빔들로 분포된다. 가로 빔들이 제거되지만, 트레이의 중량 용량은 효과적으로 개선된다. 게다가, 셀(100)은 그 자체로 특정 강성을 갖고, 배터리 팩(200)을 보강할 수 있다.
제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 셀(100)의 두 단부 표면들 모두와 정합되는 내측 벽 표면들을 각각 포함한다. 제1 가장자리 빔(201)의 내측 벽 표면과 셀(100)의 제1 단부 사이에 절연 판이 샌드위치되는데, 즉, 절연 판은 셀(100)과 제1 가장자리 빔(201)의 내측 벽 표면 사이에 위치된다. 제2 가장자리 빔(202)의 내측 벽 표면과 셀(100)의 제2 단부 사이에 절연 판이 샌드위치되는데, 즉, 절연 판은 셀(100)과 제2 가장자리 빔(202)의 내측 벽 표면 사이에 위치된다. 구체적으로, 절연 판의 특정 구조는, 절연 판이 셀 어레이(3)의 고정, 보강, 및 팽창 방지의 효과들을 낼 수 있다면, 제한되지 않는다. 일부 구현들에서, 절연 판들은 아래에 언급되는 제1 단부 판(207) 및 제2 단부 판(208)일 수 있다.
트레이는 최하부 판을 포함한다. 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 방향 Y를 따라 최하부 판의 2개의 단부 상에 서로 대향하게 배치된다. 셀(100) 및 최하부 판은 서로 이격된다. 이러한 방식으로, 최하부 판이 견디는 셀(100)의 중량이 감소될 수 있고, 제1 가장자리 빔 및 제2 가장자리 빔이 셀(100)의 중량을 대부분 견딜 수 있다. 최하부 판의 중량 용량의 요건이 감소되며, 이에 따라, 최하부 판의 제조 프로세스의 복잡도가 감소되고, 생산 비용들이 낮아진다.
셀(100)과 외부 사이의 열 전달을 단열하여 셀(100)의 열 보존을 달성하고 배터리 팩(200)의 외부 환경과 배터리 팩(200) 내부의 셀(100) 사이의 열 간섭을 방지하기 위해, 셀 어레이(3)의 최하부와 트레이의 최하부 판 사이에 열 보존 층(217)이 배치될 수 있다. 열 보존 층(217)은 단열 및 열 보존 기능들을 갖는 물질로 만들어질 수 있는데, 예컨대, 단열 발포체로 만들어질 수 있다.
게다가, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)이 셀(100)에 대한 지지력을 제공하는 것을 가능하게 하기 위해, 본 출원에서 제공되는 구현에서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 지지 판(213)이 제1 가장자리 빔(201) 상에 배치되고, 제2 지지 판(214)이 제2 가장자리 빔(202) 상에 배치된다. 밀봉 덮개(220)에 대면하는 제1 지지 판(213)의 표면 상에 제1 지지 표면이 제공되고, 밀봉 덮개(220)에 대면하는 제2 지지 판(214)의 표면 상에 제2 지지 표면이 제공된다. 각각의 셀(100)의 제1 단부는 제1 지지 판(213)의 제1 지지 표면에 의해 지지되고, 각각의 셀(100)의 제2 단부는 제2 지지 판(214)의 제2 지지 표면에 의해 지지된다. 밀봉 덮개(220)를 등지는 제1 지지 판(213)의 표면 상에 제1 탑재 표면이 제공되고, 밀봉 덮개(220)를 등지는 제2 지지 판(214)의 표면 상에 제2 탑재 표면이 제공된다. 트레이의 최하부 판은 제1 탑재 표면과 제2 탑재 표면 상에 탑재된다. 제1 지지 판(213)은 제1 가장자리 빔(201)의 최하부로부터 내측으로 돌출될 수 있고, 제2 지지 판(214)은 제2 가장자리 빔(202)의 최하부로부터 내측으로 돌출될 수 있다.
관련 기술에서 셀(100)이 배터리 팩의 최하부 판에 의해 지지되는 기술적 해결책과 비교하여, 본 출원에서, 셀(100)은 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202) 상에 배치되는 제1 지지 판(213) 및 제2 지지 판(214)에 의해 지지되고, 이는, 본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)의 구조를 단순화하고 배터리 팩(200)의 중량을 감소시킬 수 있다. 절연 판들이 제1 지지 판(213) 및 제2 지지 판(214) 상에 배치될 수 있고, 절연 판들은 셀(100)과 제1 지지 판(213) 사이 및 셀(100)과 제2 지지 판(214) 사이에 위치된다.
제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은, 특별히 제한되지 않는 방식으로 최하부 판에 연결되며, 최하부 판과 일체로 형성되거나 그에 용접될 수 있다.
제1 가장자리 빔(201)은 셀(100)에 대면하는 제1 가장자리 빔(201)의 내측 벽 표면 상에 제1 연결 표면(215)을 포함하고, 제1 연결 표면(215)으로부터 밀봉 덮개(220)까지의 거리는 제1 지지 표면으로부터 밀봉 덮개(220)까지의 거리보다 작다. 제2 가장자리 빔(202)은 셀(100)에 대면하는 제2 가장자리 빔(202)의 내측 벽 표면 상에 제2 연결 표면을 포함하고, 제2 연결 표면(216)으로부터 밀봉 덮개(220)까지의 거리는 제2 지지 표면으로부터 밀봉 덮개(220)까지의 거리보다 작다. 셀(100)의 2개의 단부는 제1 연결 표면 및 제2 연결 표면과 각각 접촉한다.
일부 실시예들에서, 제1 연결 표면(215)이 제1 가장자리 빔(201) 상에 추가로 제공되고, 제2 연결 표면(216)이 제2 가장자리 빔(202) 상에 추가로 제공된다. 각각의 셀(100)의 제1 단부는 제1 연결 표면(215) 상에 고정되고, 각각의 셀(100)의 제2 단부는 제2 연결 표면(216) 상에 고정된다. 임의적으로, 제1 연결 표면(215)은 제1 가장자리 빔(201) 상에 배치되는 제3 지지 판일 수 있고, 제3 지지 판은 제1 지지 판(213) 위에 위치된다. 제2 연결 표면(216)은 제2 가장자리 빔(202) 상에 제공되는 제4 지지 판일 수 있고, 제4 지지 판은 제2 지지 판(214) 위에 위치된다. 셀의 제1 단부 및 제2 단부는, 체결구들을 통해 제1 연결 표면(215) 및 제2 연결 표면(216)에 고정되거나 제1 연결 표면(215) 및 제2 연결 표면(216)에 용접될 수 있다.
제1 가장자리 빔(201)은 셀(100)에 대면하는 제1 가장자리 빔(201)의 내측 벽 표면 상에 적어도 2개의 층계(step)를 포함하는 구조를 포함하며, 여기서, 밀봉 덮개(220)에 대면하는 2개의 층계의 표면들은 제1 연결 표면(215) 및 제1 지지 표면을 각각 형성한다. 제2 가장자리 빔(202)은 셀(100)에 대면하는 제2 가장자리 빔(202)의 내측 벽 표면 상에 적어도 2개의 층계를 포함하는 구조를 포함하며, 여기서, 밀봉 덮개(220)에 대면하는 2개의 층계의 표면들은 제2 연결 표면(216) 및 제2 지지 표면을 각각 형성한다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩에 따르면, 복수의 셀들(100) 중 적어도 일부에서, 도 12 및 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 가장자리 빔(201)에 인접한 셀(100)의, 제1 가장자리 빔(201)에 대면하는 단부 상에, 제1 단부 판(207)이 배치된다. 복수의 셀들(100) 중 적어도 일부에서, 제2 가장자리 빔(202)에 인접한 셀(100)의, 제2 가장자리 빔(202)에 대면하는 단부 상에, 제2 단부 판(208)이 배치된다. 적어도 하나의 셀(100)의 제1 단부는 제1 단부 판(207)에 의해 제1 연결 표면(215)에 연결되고, 적어도 하나의 셀(100)의 제2 단부는 제2 단부 판(208)에 의해 제2 연결 표면(216)에 연결된다. 즉, 적어도 하나의 셀은 제1 단부 판을 통해 제1 가장자리 빔(201)에 의해 지지되고, 적어도 하나의 셀(100)은 제2 단부 판(208)을 통해 제2 가장자리 빔(202)에 의해 지지된다. 제1 단부 판(207), 제2 단부 판(208), 및 복수의 셀들(100) 중 적어도 일부가 배터리 모듈을 형성한다. 하나의 제1 단부 판(207) 및 하나의 제2 단부 판(208)이 존재할 수 있다. 제1 단부 판(207), 제2 단부 판(208), 및 복수의 셀들(100)이 배터리 모듈을 형성한다. 배터리 모듈은, 제1 단부 판(207) 및 제2 단부 판(208)에 의해 제1 가장자리 빔(201)과 제2 가장자리 빔(202) 사이에 지지된다. 복수의 제1 단부 판들(207) 및 복수의 제2 단부 판들(208)이 존재할 수 있다. 복수의 제1 단부 판들(207), 복수의 제2 단부 판들(208), 및 복수의 셀들(100)이 복수의 배터리 모듈들을 형성한다. 각각의 배터리 모듈은, 제1 단부 판(207) 및 제2 단부 판(208)에 의해 제1 가장자리 빔(201)과 제2 가장자리 빔(202) 사이에 지지된다. 각각의 배터리 모듈은 제1 가장자리 빔(201)과 제2 가장자리 빔(202) 사이에서 연장되고, 복수의 배터리 모듈들은 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)의 길이 방향을 따라 배열된다. 제1 단부 판들(207) 및 제2 단부 판들(208)의 양, 즉, 배터리 모듈들의 양은 본 출원에서 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 제1 단부 판(207)은, 셀(100)의 단부 표면에 대향하게 배치되는 단부 판 몸체(231), 및 단부 판 몸체(231)에 연결되고 제1 가장자리 빔(201)을 향해 돌출되는 제1 연결 판(232)을 포함한다. 제2 단부 판(208)은, 셀(100)의 단부 표면에 대향하게 배치되는 단부 판 몸체(231), 및 단부 판 몸체(231)에 연결되고 제2 가장자리 빔(202)을 향해 돌출되는 제1 연결 판(232)을 포함한다. 제1 단부 판(207)의 제1 연결 판(232)은 제1 연결 표면(215)에 연결되고, 제2 단부 판(208)의 제1 연결 판(232)은 제2 연결 표면(216)에 연결된다. 특정 연결 형태가 제한되지 않는다.
구현에서, 도 2 및 도 10에 도시된 바와 같이, 폭발-방지 밸브(103)가 제1 가장자리 빔(201)에 대면하는 셀(100)의 제1 단부 상에 배치되고, 배기 통로(222)가 제1 가장자리 빔(201) 내부에 제공되며, 제1 가장자리 빔(201)에는 폭발-방지 밸브(103)에 대응하는 위치에서 배기 구멍(221)이 제공되고, 배기 구멍(221)은 배기 통로(222)와 연통하고, 배터리 팩(200)에는 배기 통로(222)와 연통하는 배기 개구가 제공된다. 폭발-방지 밸브(103)가 제2 가장자리 빔(202)에 대면하는 셀(100)의 제2 단부 상에 배치되고, 배기 통로(222)가 제2 가장자리 빔(202) 내부에 제공되며, 제2 가장자리 빔(202)에는 폭발-방지 밸브(103)에 대응하는 위치에서 배기 구멍(221)이 제공되고, 배기 구멍(221)은 배기 통로(222)와 연통하고, 배터리 팩(200)에는 배기 통로(222)와 연통하는 배기 개구가 제공된다. 다른 구현에서, 도 12 및 도 14에 도시된 바와 같이, 배기 구멍(221)은 대안적으로 제1 단부 판(207) 및 제1 가장자리 빔(201)에 그리고/또는 제2 단부 판(208) 및 제2 가장자리 빔(202)에 형성될 수 있다.
관련 기술에서, 셀의 사용 동안, 셀 내부의 공기 압력이 특정 정도로 증가하는 경우, 폭발-방지 밸브가 개방된다. 셀 내부의 불꽃, 연기, 또는 가스가 폭발-방지 밸브를 통해 배기된다. 불꽃, 연기, 또는 가스는 제 시간에 배기되지 않을 경우 배터리 팩 내부에 모여 셀에 대한 2차 손상을 야기한다. 그러나, 본 출원에서, 각각의 셀(100)의 폭발-방지 밸브(103)에 대응하는 공기 흡입구(221)가 제1 가장자리 빔(201) 및/또는 제2 가장자리 빔(202) 상에 제공되고, 배기 통로(222)가 제1 가장자리 빔(201) 및/또는 제2 가장자리 빔(202) 내부에 제공되기 때문에, 셀(100) 내부의 공기 압력이 증가할 때, 셀의 폭발-방지 밸브(103)가 개방된다. 셀 내부의 불꽃, 연기, 또는 가스는 공기 흡입구(221)를 통해 제1 가장자리 빔(201) 및/또는 제2 가장자리 빔(202)의 배기 통로(222)로 바로 들어가 배기 구멍을 통해 제1 가장자리 빔(201) 및/또는 제2 가장자리 빔(202) 밖으로, 예컨대, 배기 구멍을 통해 대기로 배기된다. 이러한 방식으로, 불꽃, 연기, 또는 가스가 배터리 팩(200) 내부에 모이지 않아서, 불꽃, 연기, 또는 가스가 셀(100)에 대한 2차 손상을 야기하는 것이 방지된다.
일부 실시예들에서, 배터리 관리 구성요소 및 전력 분배 구성요소를 수용하기 위한 관리부 수용 캐비티가 제1 연결 표면(215) 및 제2 연결 표면(216)과 밀봉 덮개(220) 사이에 정의된다. 따라서, 배터리 관리 구성요소 및 전력 분배 구성요소에 의해 점유되는 공간이 감소될 수 있으며, 이에 따라, 배터리 팩 내에 더 많은 셀들이 배치될 수 있고, 그에 의해, 공간 활용률, 용적 에너지 밀도, 및 배터리 수명이 개선된다.
트레이의 최하부 판에 대해, 셀(100) 및 트레이의 최하부 판은 서로 이격된다. 따라서, 트레이의 최하부 판은 응력을 받지 않으며, 이에 따라, 트레이의 최하부 판의 제조 프로세스가 단순화될 수 있고 제조 비용들이 감소될 수 있다. 셀(100)과 외부 사이의 열 전달을 단열하여 셀(100)의 열 보존을 달성하고 배터리 팩(200)의 외부 환경과 배터리 팩(200) 내부의 셀(100) 사이의 열 간섭을 방지하기 위해, 셀(100)과 트레이의 최하부 판 사이에 열 보존 층이 배치된다. 열 보존 층은 단열 및 열 보존 기능들을 갖는 물질로 만들어질 수 있는데, 예컨대, 단열 발포체로 만들어질 수 있다.
게다가, 본 출원에서 제공되는 구현에서, 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(200)은, 방향 X를 따라 서로 대향하게 배치되는 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)을 더 포함할 수 있다. 복수의 셀들(100)은 방향 X를 따라 제3 가장자리 빔(203)과 제4 가장자리 빔(204) 사이에 배열된다. 구현에서, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)에 수직이고 그들에 연결되며, 이에 따라, 배터리 팩(200)은 직사각형 또는 정사각형으로서 형성된다. 다른 구현에서, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 서로 평행할 수 있고, 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)은 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)과 비스듬히 배치될 수 있으며, 이에 따라, 배터리 팩(200)은 사다리꼴, 평행사변형 등으로서 형성된다. 제1 가장자리 빔(201), 제2 가장자리 빔(202), 제3 가장자리 빔(203), 및 제4 가장자리 빔(204)으로 형성되는 배터리 팩(200)의 특정 형상은 본 출원에서 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)은 셀 어레이(3)에 대해 가압력들을 제공하도록 구성되고, 제3 가장자리 빔(203)은 제3 가장자리 빔(203)에 인접하게 배치된 셀들(100)에 제4 가장자리 빔(204) 쪽으로 향하는 힘을 가하고, 제4 가장자리 빔(204)은 제4 가장자리 빔(204)에 인접하게 배치된 셀들(100)에 제3 가장자리 빔(203) 쪽으로 향하는 힘을 가하며, 이에 따라, 복수의 셀들(100)은 방향 X를 따라 제3 가장자리 빔(203)과 제4 가장자리 빔(204) 사이에 밀접하게 배열될 수 있고, 복수의 셀들(100)은 서로 끼워맞춰질 수 있다. 게다가, 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)은 방향 X에서 복수의 셀들(100)을 제한할 수 있으며, 특히, 셀들(100)이 약간 팽창할 때, 그를 완충시키고 셀들(100)에 내측 압력을 제공하여 셀들(100)이 과도하게 팽창 또는 변형되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 폭발-방지 밸브(103) 및 CID가 셀(100) 상에 배치될 때, 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)은 셀(100)의 팽창을 효과적으로 제한할 수 있으며, 이에 따라, 셀(100)이 장애를 갖고 팽창할 때, 셀 내부에는 폭발-방지 밸브(103) 또는 CID의 플립 시트(flip sheet)를 넘어설 충분한 공기 압력이 존재하며, 그에 의해, 셀(100)이 단락되고, 셀(100)의 안전이 보장되고, 셀(100)이 폭발하는 것이 방지된다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 탄성 완충 디바이스(205)가 제3 가장자리 빔(203)과 제3 가장자리 빔(203)에 인접한 셀들(100) 사이에 배치될 수 있고/거나 제2 탄성 디바이스(206)가 제4 가장자리 빔(204)과 제4 가장자리 빔(204)에 인접한 셀들(100) 사이에 배치될 수 있다. 제1 탄성 완충 디바이스(205)는 제3 가장자리 빔(203) 상에 탑재될 수 있고, 제2 탄성 디바이스(206)는 제4 가장자리 빔(204) 상에 탑재될 수 있다. 복수의 셀들(100)은 제1 탄성 완충 디바이스(205) 및 제2 탄성 디바이스(206)를 통해 밀접하게 배열된다. 이러한 방식으로, 제3 가장자리 빔(203)과 제4 가장자리 빔(204) 사이에 배열되는 셀들(100)의 양은, 제3 가장자리 빔(203)과 제4 가장자리 빔(204) 사이의 간격을 변경하지 않고도, 제1 탄성 완충 디바이스(205)와 제3 가장자리 빔(203) 사이의 탑재 거리 및 제2 탄성 디바이스(206)와 제4 가장자리 빔(204) 사이의 탑재 거리를 변경함으로써 조정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제3 연결 표면(236)이 제3 가장자리 빔(203) 상에 추가로 제공되고, 제4 연결 표면(235)이 제4 가장자리 빔(204) 상에 추가로 제공된다. 각각의 셀(100)의 제1 측부는 제3 연결 표면(236) 상에 고정되고, 각각의 셀(100)의 제2 측부는 제4 연결 표면(235) 상에 고정된다.
복수의 셀들(100) 중 적어도 일부에서, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 측부 판(209)은, 제3 가장자리 빔(203)에 인접한 셀(100)의, 제3 가장자리 빔(203)에 대면하는 단부 상에 배치된다. 복수의 셀들(100) 중 적어도 일부에서, 제2 측부 판(210)은, 제4 가장자리 빔(204)에 인접한 셀(100)의, 제4 가장자리 빔(204)에 대면하는 단부 상에 배치된다.
적어도 하나의 셀(100)의 제1 측부는 제1 측부 판(209)에 의해 제3 연결 표면(236)에 연결되고, 적어도 하나의 셀(100)의 제2 측부는 제2 측부 판(210)에 의해 제4 연결 표면(235)에 연결된다. 즉, 적어도 하나의 셀은 제1 측부 판을 통해 제4 가장자리 빔(209)에 의해 지지되고, 적어도 하나의 셀(100)은 제2 측부 판(210)을 통해 제4 가장자리 빔(204)에 의해 지지된다. 제1 측부 판(209), 제2 측부 판(210), 및 복수의 셀들(100) 중 적어도 일부가 배터리 모듈을 형성한다. 하나의 제1 측부 판(209) 및 하나의 제2 측부 판(210)이 존재할 수 있다. 제1 측부 판(209), 제2 측부 판(210), 및 복수의 셀들(100)이 배터리 모듈을 형성한다. 배터리 모듈은, 제1 측부 판(209) 및 제2 측부 판(210)을 통해 제3 가장자리 빔(203)과 제4 가장자리 빔(204) 사이에 지지된다. 복수의 제1 측부 판들(209) 및 복수의 제2 측부 판들(210)이 존재할 수 있다. 복수의 제1 측부 판들(209), 복수의 제2 측부 판들(210), 및 복수의 셀들(100)이 복수의 배터리 모듈들을 형성한다. 각각의 배터리 모듈은, 제1 측부 판(209) 및 제2 측부 판(210)에 의해 제3 가장자리 빔(203)과 제4 가장자리 빔(204) 사이에 지지된다. 모든 배터리 모듈들은 제3 가장자리 빔(203)과 제4 가장자리 빔(204) 사이에 배열된다. 제1 측부 판들(209) 및 제2 측부 판들(210)의 양, 즉, 배터리 모듈들의 양은 본 출원에서 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 제1 측부 판(209)은, 셀(100)의 단부 표면에 대향하게 배치되는 측부 판 몸체(234), 및 측부 판 몸체(234)에 연결되고 제3 가장자리 빔(203)을 향해 돌출되는 제2 연결 판(233)을 포함한다. 제2 측부 판(210)은, 셀(100)의 단부 표면에 대향하게 배치되는 측부 판 몸체(234), 및 측부 판 몸체(234)에 연결되고 제4 가장자리 빔(204)을 향해 돌출되는 제2 연결 판(234)을 포함한다. 제1 측부 판(209)에 대응하는 제2 연결 판(234)은 제3 연결 표면(236)에 연결되고, 제2 측부 판(210)에 대응하는 제2 연결 판(234)은 제4 연결 표면(235)에 연결된다. 특정 연결 형태가 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 적어도 일부 셀들(100)은 제2 패널(211)을 통해 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 의해 지지된다. 제2 패널(211) 및 적어도 일부 셀들(100)이 배터리 모듈을 형성한다. 다시 말해서, 제2 패널(211)은 복수의 셀들(100) 중 적어도 일부 아래에 배치된다. 각각의 셀(100)은 제2 패널(211)을 통해 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 의해 지지된다. 제2 패널(211) 및 복수의 셀들(100) 중 적어도 일부가 배터리 모듈을 형성한다. 구현에서, 복수의 셀들(100)은 제2 패널(211)을 통해 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 의해 지지되며, 그에 의해, 배터리 모듈의 구조가 단순화되고, 경량의 배터리 팩을 달성하는 데 도움이 된다.
제1 단부 판(207) 및 제2 단부 판(208), 또는 제2 패널(211)은 본 출원에서 제한되지 않는 다양한 구현들을 통해 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 의해 지지될 수 있는데, 예컨대, 체결구를 통해 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202) 상에 분리가능하게 체결되거나, 용접을 통해 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202) 상에 고정되거나, 접착제 분배를 통해 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 연결되거나, 또는 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202) 상에 직접 배치되고 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 의해 지지될 수 있다.
구현에서, 배터리 팩(200)은, 제1 패널(212) 및 제2 패널(211) ― 적어도 일부 셀들(100)의 상부 표면들 및 하부 표면들이 제1 패널(212) 및 제2 패널(211)에 각각 연결됨 ―; 제1 단부 판(207) 및 제2 단부 판(208) ― 적어도 일부 셀들(100)의 2개의 단부 표면이 제1 단부 판(207) 및 제2 단부 판(208)에 각각 연결됨 ―; 및 제1 측부 판(209) 및 제2 측부 판(210) ― 제1 측부 판(209) 및 제2 측부 판(210)은 2개의 최외측 셀(100)의 외측 측부 표면들 상에 각각 배치됨 ― 을 포함한다. 제1 단부 판(207), 제2 단부 판(208), 제1 측부 판(209), 및 제2 측부 판(210)은 모두, 2개의 패널, 즉, 제1 패널(212) 및 제2 패널(211)에 연결된다. 제1 가장자리 빔(201)은, 셀(100)에 대면하는 제1 가장자리 빔(201)의 내측 벽 표면 상에 제1 지지 표면 및 제1 연결 표면(215)을 포함한다. 게다가, 제2 가장자리 빔(202)은, 셀(100)에 대면하는 제2 가장자리 빔(202)의 내측 벽 표면 상에 제2 지지 표면 및 제2 연결 표면(216)을 포함한다. 셀(100)의 제1 단부는 제1 지지 표면에 의해 지지되고, 셀(100)의 제2 단부는 제2 지지 표면에 의해 지지되고, 제1 단부 판(207)은 제1 연결 표면(215)에 연결되고, 제2 단부 판(208)은 제2 연결 표면(216)에 연결된다. 제3 가장자리 빔(203)은, 셀(100)에 대면하는 제3 가장자리 빔(203)의 내측 벽 표면 상에 제3 연결 표면(236)을 포함하고, 제4 가장자리 빔은, 셀에 대면하는 제4 가장자리 빔의 내측 벽 표면 상에 제4 연결 표면(235)을 포함한다. 제1 측부 판(209)은 제3 연결 표면(236)에 연결되고, 제2 측부 판(210)은 제4 연결 표면(235)에 연결된다.
전술한 구현들을 통해, 제1 단부 판(207), 제2 단부 판(208), 제1 측부 판(209), 제2 측부 판(210), 제1 패널(212), 제2 패널(211)은 공동으로, 복수의 셀들(100)을 수용하기 위한 밀봉된 수용 공간을 정의한다. 이러한 방식으로, 화재 및 폭발을 야기하는 고장이 셀(100)에 존재할 때, 제1 단부 판(207), 제2 단부 판(208), 제1 측부 판(209), 제2 측부 판(210), 제1 패널(212), 및 제2 패널(211)은, 셀(100)의 고장을 특정 범위 내로 제어하여, 셀(100)의 폭발이 주변 구성요소들에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 제1 측부 판(209)은 위에 언급된 제1 탄성 완충 디바이스(205)일 수 있고, 제2 측부 판(210)은 위에 언급된 제2 탄성 디바이스(206)일 수 있으며, 이에 따라, 제1 측부 판(209) 및 제2 측부 판(210)은 복수의 셀들(100)의 팽창 및 변형을 제약하는 기능을 갖고, 그에 의해, 폭발-방지 밸브(103) 및/또는 CID의 개시가 보장된다.
배터리 모듈이 제1 패널(212)을 포함하는 실시예에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 열 전도 판(218)이 제1 패널(212)과 셀(100) 사이에 배치되어, 셀(100)의 열 소산을 용이하게 하고 복수의 셀들(100) 사이의 과도하게 큰 온도 차이를 피할 수 있다. 열 전도 판(218)은 양호한 열 전도율을 갖는 물질로 만들어질 수 있다. 예컨대, 열 전도 판(218)은 높은 열 전도율을 갖는 구리 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 배터리 팩이 전기 에너지를 제공하기 위해 차량에서 사용되는 배터리 팩으로서 사용될 때, 임의적 구현에서, 셀(100)의 길이 방향은 차량의 폭 방향, 즉, 차량의 좌우 방향으로서 사용될 수 있다.
본 출원에서 제공되는 다른 구현에서, 지지 부재(4)는 복수의 최하부 빔들이고, 최하부 빔들은 셀 어레이(3) 아래에 위치된다. 최하부 빔들은 셀 어레이(3)를 지지하도록 구성되고, 최하부 빔들의 상부 표면들은 셀 어레이(3)에 대한 면-대-면 지지를 형성하는 평면일 수 있다. 최하부 빔은 직사각형 단면을 갖는다. 복수의 최하부 빔들이 존재할 수 있고, 복수의 최하부 빔들은 서로 평행하게 이격되어 배치되거나 교차하는 방식으로 배치될 수 있다. 셀 어레이(3)는, 접착제 접합 또는 나사식 커넥터와 같은 방식으로 최하부 빔들에 고정될 수 있다. 배터리 팩은 밀봉 덮개를 더 포함하며, 밀봉 덮개 및 최하부 빔들은 셀 어레이(3)를 수용하기 위한 수용 캐비티를 형성한다. 밀봉 덮개는, 먼지, 물 등의 침입을 방지하도록 구성된다.
도 25에 도시된 바와 같이, 최하부 빔들은 제1 빔(501), 및 제1 빔(501) 상에 위치되고 제1 빔(501)과 교차하는 제2 빔(502)을 포함하고, 제1 빔(501)의 연장 방향과 방향 Y 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 셀(100)은 제1 빔(501)에 의해 지지된다. 도 25에 도시된 실시예에서, 제1 빔(501) 및 제2 빔(502)은 수직으로 연결되고, 제1 빔(501)과 제2 빔(502) 사이의 연결 방식은, 나사식 커넥터의 연결, 용접 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 제1 빔(501) 및 제2 빔(502)은 둘 모두가 선형 빔들일 수 있다.
2개의 제2 빔(502)이 포함된다. 2개의 제2 빔(502)은 제1 빔(501)의 2개의 단부 상에 각각 위치되고 제1 빔(501)에 별개로 수직이며, 셀(100)은 제1 빔(501)에 의해 지지된다. 제2 빔(502)은 제1 빔(501)에 대해 상향(방향 Z)으로 돌출된다. 예컨대, 제2 빔(502)의 하부 표면이 제1 빔(501)의 상부 표면에 연결될 수 있다. 셀들(100)이 배열될 때, 2개의 최외측 셀(100)은 서로 대면하는 2개의 제2 빔(502)의 측부 표면들에 대하여 각각 접할 수 있다. 셀(100)의 중심은 제1 빔(501) 상에 위치되고, 셀(100)의 길이 방향은 제1 빔(501)의 길이 방향에 수직이고, 셀(100)의 중심은 제1 빔(501)과 정렬되며, 이에 따라, 단일 빔이 셀(100)을 지지할 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 제1 빔들(501)이 존재할 수 있다. 복수의 제1 빔들(501)은 제2 방향을 따라 서로 평행하게 이격되어 배치된다.
다른 구현에서, 최하부 빔들은 대안적으로, 서로 평행하게 이격되어 배치되는 복수의 직사각형 빔들일 수 있다. 직사각형 빔의 연장 방향과 방향 Y 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 셀(100)은 직사각형 빔에 의해 지지된다. 직사각형 빔들은 방향 Y를 따라 고르게 분포되고, 직사각형 빔의 연장 방향은 방향 Y에 수직이고, 셀들(100)은 직사각형 빔들 상에 고르게 분포된다.
최하부 빔의 형상은 직선 및 직사각형을 포함하지만 이에 제한되지 않고, 대안적으로, 삼각형, 사다리꼴, 또는 다른 특수한 형상일 수 있다.
본 출원에서 제공되는 다른 구현에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 지지 부재(4)는 차량 섀시이고, 셀 어레이(3)는 차량 섀시 상에 위치되고, 배터리 팩(200)은 전기 차량 상에 직접 형성될 수 있다. 다시 말해서, 배터리 팩(200)은, 전기 차량 상의 임의의 적절한 위치에 형성되고 셀(100)을 탑재하기 위해 사용되는 디바이스이다. 예컨대, 배터리 팩(200)은 전기 차량의 섀시 상에 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 셀(100)의 조립을 돕기 위해, 하향으로 내리누르는 캐비티(300)가 차량 섀시 상에 제공된다.
본 출원에서 제공되는 특정 구현에서, 캐비티(300)는 서로 대향하게 배치되는 제1 측벽(301) 및 제2 측벽(302)을 포함할 수 있다. 제1 측벽(301)은, 제1 측벽(301)의 연장 부분을 획득하기 위해, 전기 차량의 섀시로부터 하향으로 연장될 수 있다. 제1 측벽(302)은, 제2 측벽(302)의 연장 부분을 획득하기 위해, 전기 차량의 섀시로부터 하향으로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 구현에서, 셀(100)의 제1 단부는 제1 측벽(301)의 연장 부분에 의해 지지될 수 있고, 셀(100)의 제2 단부는 제2 측벽(302)의 연장 부분에 의해 지지될 수 있다. 즉, 본 출원은 추가로, 셀들(100)이 전술한 기술적 해결책에 따라 배열될 수 있고 별개의 차량용 트레이와 동일한 특성을 갖는 캐비티(300)가 전기 차량 상에 형성됨으로써 본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)이 형성되는 전기 차량을 제공한다.
일부 실시예들에서는, 본 출원에서 제공되는 예시적인 구현에서, 제1 측벽(301)의 연장 부분 및 제2 측벽(302)의 연장 부분이 캐비티(300)의 최하부(305)를 형성한다. 구현에서, 제1 측벽(301)의 연장 부분은 제2 측벽(302)의 연장 부분에 연결되며, 이에 따라, 캐비티(300)는, 하향으로 내리누르는 U-형상 홈을 포함하는 캐비티(300)로서 형성된다. 셀(100)은 캐비티(300)의 최하부(305)에 의해 지지될 수 있다. 다른 구현에서, 제1 측벽(301)의 연장 부분은 대안적으로, 특정 거리만큼 제2 측벽(302)의 연장 부분으로부터 이격될 수 있다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(200) 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, 배터리 팩(200)은 셀 어레이(3)를 포함한다.
즉, 어떠한 보강 리브도 배터리 팩에 배치될 필요가 없고, 연결된 셀들(100)은 보강 리브의 역할을 직접 맡지 않으며, 이에 따라, 배터리 팩(200)의 구조가 크게 단순화되고, 보강 리브에 의해 점유되는 공간 및 셀들(100)의 탑재 구조에 의해 점유되는 공간이 감소되고, 그에 의해, 공간 활용률이 증가되어 배터리 수명이 개선된다.
본 출원의 일부 특정 예들에서, 배터리 팩은 방향 Y에서 하나의 셀(100)만을 수용한다. 즉, 배터리 팩(200)에서, 방향 Y로 배치되는 셀들(100)의 양은 2개 이상일 수 없다. 하나의 셀(100)만이 수용될 수 있으며, 이는, 배터리 팩(200)의 방향 Y에서 하나의 셀(100)만이 나란히 배치될 수 있다는 것을 나타낸다. 도 2 및 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 셀(100)은 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 수직이고, 셀(100)의 제1 단부와 제2 단부 사이의 거리는 L1이고, 제1 가장자리 빔(201)의 내측 표면과 제2 가장자리 빔(202)의 내측 표면 사이의 거리는 L2이다. L1 대 L2의 비는 L1/L2 ≥ 50 %를 충족한다. 다시 말해서, 방향 Y를 따라, 제1 가장자리 빔(201)과 제2 가장자리 빔(202) 사이에 하나의 셀(100)만이 배치된다. 방향 Y에서, 셀(100)과 2개의 가장자리 빔 사이의 거리들 사이의 관계는, 셀(100)이 가로 빔 또는 길이방향 빔으로서 사용될 수 있도록 설정된다. 본 출원에서 제공되는 예시적인 구현에서, 하나의 셀(100)만이 방향 Y를 따라 제1 가장자리 빔(201)과 제2 가장자리 빔(202) 사이에 배치되며, 이에 따라, 셀(100)은 배터리 팩(200)의 구조적 강도를 보강하기 위한 가로 빔 또는 길이방향 빔으로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, L1 대 L2의 비는 80 % ≤ L1/L2 ≤ 97 %를 충족할 수 있으며, 이에 따라, 셀(100)의 제1 단부 및 제2 단부는 가능한 한 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 가깝고, 심지어, 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 대하여 접해서, 셀(100)의 구조를 통한 힘의 분산 및 전도가 용이해지며, 그에 의해, 셀(100)이 배터리 팩(200)의 구조적 강도를 보강하기 위한 가로 빔 또는 길이방향 빔으로서 사용될 수 있음이 보장되고, 배터리 팩(200)이 외부 힘에 의해 야기되는 변형을 견디기 위한 충분한 강도를 가짐이 보장된다.
본 출원의 실시예들은, 어떠한 보강 리브도 배치되는 않는 것으로 제한되지 않는다. 따라서, 복수의 셀 어레이들(3)이 존재할 수 있다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 배터리 팩(200) 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, N개의 셀 어레이(3)가 방향 X를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, M개의 셀 어레이(3)가 방향 Y를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, N은 1보다 크고, M은 1보다 크다. (N-1)번째 셀 어레이(3)의 마지막 셀의 전극 단자는 커넥터에 의해 N번째 셀 어레이(3)의 제1 셀의 전극 단자에 연결되며, N은 1보다 크다. 다시 말해서, 복수의 셀 어레이들(3)은 배터리 팩 내의 셀들(100)의 배열 방향을 따라 배치될 수 있는데, 즉, 복수의 열들의 셀 어레이들(3)이 배터리 팩(200)에 배치된다.
구체적으로, 도 21에 도시된 바와 같이, 제1 분리기(700)는, 도시된 셀 어레이(3)를 배터리 팩(200)의 방향 X를 따라 2개의 셀 어레이(3)로 분할한다. 이전 셀 어레이(3)의 마지막 셀(100)은 커넥터에 의해 다음 셀 어레이(3)의 제1 셀에 연결된다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, M개의 셀 어레이(3)가 방향 Y를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, M은 1보다 크다. (M-1)번째 셀 어레이(3)의 마지막 셀의 전극 단자는 커넥터에 의해 M번째 셀 어레이(3)의 제1 셀의 전극 단자에 연결되며, M은 1보다 크다. 다시 말해서, 복수의 셀들(100)은 셀(100)의 연장 방향을 따라 수용될 수 있는데, 즉, 복수의 행들의 셀 어레이들(3)이 배터리 팩(200)에 배치된다.
구체적으로, 도 20에 도시된 바와 같이, 제2 분리기(800)는, 셀 어레이(3)를 배터리 팩(200)의 방향 Y를 따라 2개의 셀 어레이(3)로 분할한다. 이전 셀 어레이(3)의 마지막 셀(100)은 커넥터에 의해 다음 셀 어레이(3)의 제1 셀에 연결된다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 셀 어레이(3)는 배터리 배치 영역에 위치되고, N개의 셀 어레이(3)가 방향 X를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, M개의 셀 어레이(3)가 방향 Y를 따라 배터리 배치 영역에 배치되고, 셀 어레이들(3)은 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되며, N은 1보다 크고, M은 1보다 크다. 다시 말해서, 배터리 배치 영역은 배터리 팩의 방향 X에서 복수의 배터리 배치 하위-구역들로 분할되고, 복수의 셀들(100)은 셀(100)의 연장 방향 Y를 따라 수용될 수 있는데, 즉, 복수의 행들 및 열들의 셀 어레이들(3)이 배터리 배치 팩(200)에 배치된다.
구체적으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 제1 분리기(700) 및 제2 분리기(800)가 배터리 팩(200)에 배치되고, 제1 분리기(700) 및 제2 분리기(800)는 복수의 셀들을 2개의 행 및 2개의 열의 셀 어레이들(3)로 분할한다. 임의의 2개의 셀 어레이(3)는 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 연결된다.
전술한 설명에서, 제1 분리기(700) 및 제2 분리기(800)는 보강 리브들 또는 다른 구조적 부재들, 예를 들어, 단열 발포체일 수 있으며, 이는 본 출원에서 제한되지 않는다.
본 출원에서, 셀 어레이(3) 내의 셀들(100)의 양은 특별히 제한되지 않는다. 차량 모델들 및 상이한 요구 전력들에 따라 상이한 양들의 셀들(100)이 배치될 수 있다. 본 출원의 일부 특정 예들에서, 셀 어레이(3) 내의 셀들의 양은 범위가 60개 내지 200개이다. 본 출원의 일부 다른 특정 예들에서, 셀 어레이(3) 내의 셀들의 양은 범위가 80개 내지 150개이다.
본 출원에서 제공되는 배터리 팩(200)에서, 셀 어레이(3) 내의 셀들은 접착제에 의해 접합된다. 셀들(100)은 접착제에 의해 서로 접합되며, 이에 따라, 공간이 절약될 수 있고, 다른 구조적 부재가 생략될 수 있고, 경량이 달성될 수 있고, 에너지 밀도가 증가될 수 있고, 생산 효율이 개선될 수 있는 등이 이루어질 수 있다.
구현에서, 제1 패널(212)은 내부에 배치된 냉각 구조를 갖는 열 교환 판(219)이다. 냉각 액체가 열 교환 판(219) 내부에 배치되며, 이에 따라, 냉각 액체를 통해 셀(100)의 온도가 감소되고, 그에 의해, 셀(100)이 적절한 동작 온도로 유지된다. 열 교환 판(219) 및 셀(100)에 대해 열 전도 판(218)이 배치되기 때문에, 냉각 액체를 통해 셀(100)이 냉각될 때, 열 교환 판(219)의 위치들에서의 온도 차이들이 열 전도 판(218)을 통해 균형을 이룰 수 있고, 그에 의해, 복수의 셀들(100) 사이의 온도 차이들이 1 ℃ 내로 제어된다.
셀(100)은 임의의 적절한 구조 및 형상을 가질 수 있다. 본 출원에서 제공되는 구현에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 셀(100)은 배터리 몸체가 정사각형 구조인 정사각형 배터리이며, 구체적으로, 길이, 두께, 및 길이와 두께 사이의 높이를 갖는다. 각각의 셀(100)은 측방향으로 배치된다. 각각의 셀(100)에 대해, 배터리 몸체의 길이 방향은 방향 Y이고, 두께 방향은 방향 X이고, 높이 방향은 방향 Z이다. 2개의 인접한 셀(100)은 그들의 큰 표면들이 서로 대면하게 배열된다. 다시 말해서, 정사각형은 길이 방향의 길이(L), 길이 방향에 수직인 두께 방향의 두께(D), 및 높이 방향의 높이(H)를 갖는다. 높이(H)는 길이(L)와 두께(D) 사이이다. 구체적으로, 셀(100)은 큰 표면, 좁은 표면, 및 단부 표면을 갖는다. 큰 표면의 긴 측은 전술한 길이(L)를 갖고, 그의 짧은 측은 전술한 높이(H)를 갖는다. 좁은 표면의 긴 측은 전술한 길이(L)를 갖고, 그의 짧은 측은 전술한 두께(D)를 갖는다. 단부 면의 긴 측은 전술한 높이(H)를 갖고, 그의 짧은 측은 전술한 두께(D)를 갖는다. 셀(100)이 측방향으로 배치된다는 것은, 셀(100)의 2개의 단부 표면이 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)에 각각 대면하고, 2개의 인접한 셀(100)의 큰 표면들이 서로 대면하며, 이에 따라, 셀(100)은 가로 빔을 대체하여 더 양호한 효과 및 더 높은 강도를 달성할 수 있다는 것을 의미한다. 다른 구현에서, 셀(100)은 대안적으로 원통형일 수 있다.
관련 기술에서, 셀이 적절한 배터리 용량 및 양호한 열 소산 효과 둘 모두를 갖는 것을 가능하게 하도록 셀(100)의 형상 및 크기들을 설계하는 방식은 항상, 배터리 기술들의 분야에서 해결되어야 할 문제들 중 하나이다.
본 출원에서 제공되는 구현에서, 셀(100)의 배터리 몸체의 길이(L) 대 두께(D)의 비는 23 ≤ L/D ≤ 208을 충족한다. 이러한 비로, 더 길고 더 얇은 셀(100)이 획득될 수 있다. 이러한 방식으로, 셀(100)의 길이가 방향 Y로 연장되어 다양한 차량 모델들에 대한 양호한 적응성으로 이어지는 것을 보장하면서, 적절한 저항 값, 비교적 큰 열 소산 면적, 및 비교적 높은 열 소산 효율이 유지될 수 있다.
본 출원에서 제공되는 다른 구현에서, 셀(100)의 배터리 몸체의 길이(L) 대 높이(H)의 비는 4 ≤ L/H ≤ 21, 예컨대 9 ≤ L/H ≤ 13을 충족한다. 그 비는, 전술한 더 길고 더 얇은 셀(100)을 통해 또는 크기 조정을 통해 달성될 수 있다. 셀(100)의 배터리 몸체의 길이(L) 대 용적(V)의 비를 제어함으로써, 셀(100)의 길이가 방향 Y를 따라 연장되면서 셀(100)이 충분한 열 소산 면적을 갖는다는 것이 보장될 수 있어서, 셀(100)의 열 소산 효과가 보장된다.
관련 기술에서, 셀의 크기(L)는 비교적 짧고, 셀의 2개의 단부는 가장자리 빔들에 의해 직접 지지될 수 없고, 셀의 조립 프로세스에서는, 먼저, 복수의 셀들이 셀 어레이(3)를 형성하도록 배열될 필요가 있고, 단부 판 및/또는 측부 판이 셀 어레이(3) 외부에 배치되고 ― 일반적으로, 단부 판 및 측부 판 둘 모두가 포함됨 ―, 단부 판 및 측부 판이 셀 어레이(3)를 수용하기 위한 공간을 에워싸도록, 즉, 배터리 모듈을 형성하도록 고정되고, 이어서, 배터리 모듈이 팩에 탑재되며, 배터리 팩에서, 가로 빔 및/또는 길이방향 빔이 또한 배터리 모듈의 탑재와의 조정을 위해 배치될 필요가 있으며, 여기서, 절차들 및 조립이 비교적 복잡하다. 전력 배터리 팩의 조립 동안 결함률의 확률이 증가된다. 복수의 조립 절차들은 배터리 팩이 느슨하게 되어 견고하게 탑재되지 않을 확률을 증가시키며, 이는, 배터리 팩의 품질에 대한 악영향 및 배터리 팩의 안정성 및 신뢰성의 저하를 초래한다.
관련 기술과 비교하여, 본 출원에서는, 셀의 크기(L)가 비교적 크기 때문에, 셀들이 배터리 팩 내에 조립될 때, 단일 셀(100)이 트레이 내에 측방향으로 직접 배치될 수 있고, 셀(100)의 제1 단부가 제1 가장자리 빔(201)에 의해 지지되고, 셀(100)의 다른 단부가 제2 가장자리 빔(200)에 의해 지지되고, 이어서, 다른 셀들(100)이 배터리 팩의 방향 X를 따라 순차적으로 배치되어 셀 어레이(3)를 형성하고, 이어서, 체결구가 사용되어 셀 어레이(3)를 고정시키고 배터리 관리 구성요소 및 전력 분배 구성요소를 탑재한다. 전체 조립이 비교적 단순하며, 배터리 모듈을 먼저 조립한 후 배터리 모듈을 배터리 팩 내에 탑재할 필요가 없고, 셀 어레이(3)는 배터리 팩에 직접 형성될 수 있으며, 이에 따라, 노동 비용들, 물적 자원 비용들 등이 감소되고, 게다가, 결함률이 또한 감소되고, 배터리 팩의 안정성 및 신뢰성이 개선된다.
본 출원에서, 대안적으로, 셀들이 먼저 셀 어레이(3)로 조립될 수 있고, 그 후, 셀 어레이(3)가 배터리 팩에 탑재된다. 그러한 구현은 또한 본 출원의 보호 범위 내에 속한다.
도 26에 도시된 바와 같이, 본 출원의 제2 목적은 전술한 배터리 팩(200)을 포함하는 차량(1)을 제공하는 것이다.
본원에서, 차량(1)은, 전기 차량들, 즉, 이동하도록 그를 구동하기 위한 전기 에너지를 제공하기 위해 배터리 팩을 필요로 하는 전기 차량들, 예컨대, 상용 차량, 특수 차량, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 스쿠터를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 배터리 팩(200)은 전기 차량의 최하부에 배치되고, 지지 부재(4)는 차량(1)의 섀시에 고정식으로 연결된다. 전기 차량의 섀시가 비교적 큰 탑재 공간을 갖기 때문에, 전기 차량의 섀시 상에 배터리 팩(200)을 배치함으로써 셀들(100)의 양이 최대한 많이 증가될 수 있으며, 그에 의해, 전기 차량의 배터리 수명이 개선된다.
일부 실시예들에서, 차량은 차량의 최하부에 배치되는 배터리 팩을 포함하고, 배터리 팩은 차량의 섀시에 고정식으로 연결된다. 방향 Q, 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향, 또는 방향 Y는 차량의 차량 몸체의 폭 방향, 즉, 차량의 좌우 방향이다. 방향 P, 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 폭 방향, 또는 방향 X는 차량의 차량 몸체의 길이 방향, 즉, 차량의 전후 방향이다. 다른 구현에서, 차량은 차량의 최하부에 배치되는 복수의 배터리 팩들을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 팩들은 동일한 형상 및 크기들 또는 상이한 형상들 및 크기들을 가질 수 있다. 구체적으로, 각각의 배터리 팩은 차량의 섀시의 형상 및 크기들에 따라 조정될 수 있고, 복수의 배터리 팩들은 차량 몸체의 길이 방향, 즉, 전후 방향을 따라 배열된다.
일부 실시예들에서는, 본 출원에서 제공되는 구현에서, 방향 Q에서의 또는 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따른 또는 방향 Y를 따른 배터리 팩(200)의 폭(L3) 대 차량 몸체의 폭(W)의 비는 50 % ≤ L3/W ≤ 80 %를 충족하며, 이는, 이 구현에서, 차량 몸체의 폭 방향을 따라 하나의 배터리 팩(200)만을 배치함으로써 달성될 수 있다. 복수의 배터리 팩들(200)이 존재할 때, 복수의 배터리 팩들(200)은 차량 몸체의 길이 방향을 따라 배열된다. 일반적으로, 대부분의 차량들의 경우, 차량 몸체의 폭은 600 mm 내지 2000 mm, 예컨대, 600 mm, 1600 mm, 1800 mm, 2000 mm이고, 차량 몸체의 길이는 500 mm 내지 5000 mm이다. 승용차의 경우, 승용차의 폭은 일반적으로 600 mm 내지 1800 mm이고, 차량 몸체의 길이는 600 mm 내지 4000 mm이다.
일부 실시예들에서, 방향 Q를 따른 또는 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따른 또는 방향 Y를 따른 셀(100)의 크기(L') 대 차량 몸체의 폭(W)의 비는 46 % ≤ L'/W ≤ 76 %를 충족한다. 배터리 팩(200)의 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)의 두께들을 고려하면, 방향 Y에서의 셀(100)의 크기(L') 대 차량 몸체의 폭(W)의 비가 46 % ≤ L'/W ≤ 76 %를 충족할 때, 이 구현에서, 그 비는 차량 몸체의 폭 방향을 따라 하나의 셀(100)만을 배치함으로써 달성될 수 있다. 다른 가능한 구현에서, 그러한 크기 요건들이 충족되는 경우에, 그 비는 길이 방향으로 복수의 배터리 모듈들 또는 복수의 셀들을 배치함으로써 달성될 수 있다. 구현에서, 방향 Y에서의 셀(100)의 크기는 600 mm 내지 1500 mm이다.
본 출원의 일부 실시예들에서, 셀의 2개의 단부가 끼워맞춤을 통해 제1 가장자리 빔 및 제2 가장자리 빔 상에 각각 지지되는 해결책이 개시되지만, 실제 생산 프로세스에서, 차량 몸체의 폭과 정합되는 길이 크기를 갖는 셀은 제조될 수 없다는 것이 유의되어야 한다. 다시 말해서, 셀은 몇몇 이유들로 인해 원하는 길이를 갖도록 처리될 수 없다. 이는, 전기 차량이 셀의 전압 플래토(plateau)에 대해 몇몇 요건들을 갖기 때문이다. 고정 물질 시스템에서, 특정 전압 플래토를 달성하기 위해, 요구되는 셀의 용적이 고정된다. 따라서, 셀의 길이가 증가되는 경우, 셀의 두께 또는 폭이 감소된다. 게다가, 전체 배터리의 표면적이 열 소산을 개선하도록 보장될 필요가 있다. 이 전제 하에서, 셀의 길이는 셀의 폭(높이)을 감소시킴으로써 증가될 수 없다. 더욱이, 셀의 높이에 대한 공간 활용률은 차량 몸체에 따라 제한된다. 영향을 최소화하기 위해, 셀의 폭(높이)은 일반적으로 조정되지 않는다. 따라서, 전체 셀의 표면적은, 제1 방향을 따른 셀의 길이 및 제2 방향을 따른 셀의 두께만을 변경함으로써 변경된다. 따라서, 길이를 증가시키기 위해, 두께를 감소시키는 것이 고려될 가능성이 매우 높다. 실제로, 셀 코어 및 관련 물질들이 셀의 내부에 부가될 필요가 있기 때문에, 셀의 두께의 변화는 최소의 한계 값을 갖는다. 따라서, 셀의 길이가 두께의 한계 값에 의해 영향을 받기 때문에, 제1 방향에서의 길이의 변경 용량이 제한되고, 셀의 길이는 무한히 증가될 수 없다.
본 출원은 추가로 에너지 저장 디바이스(2)를 개시한다.
도 27에 도시된 바와 같이, 본 출원의 에너지 저장 디바이스(2)는 전술한 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 배터리 팩(200)을 포함한다. 본 출원의 에너지 저장 디바이스(2)는, 가정용 예비 전력 공급부, 상업용 예비 전력 공급부, 실외 전력 공급부, 전력 스테이션에 대한 피크-쉐이빙(peak-shaving) 에너지 저장 디바이스, 다양한 차량들에 대한 전력 공급부들 등에 사용될 수 있다.
본 출원의 구현들은 첨부된 도면들을 참조하여 위에서 상세히 설명된다. 그러나, 본 출원은 전술한 구현들의 특정 세부사항들로 제한되지 않는다. 본 출원의 기술적 사상의 범위 내에서, 본 출원의 기술적 해결책에 대한 다양한 간단한 변형들이 이루어질 수 있고, 그 간단한 변형들은 모두 본 출원의 보호 범위에 속한다.
추가로, 위의 특정 구현들에서 설명된 특정 기술적 특징들은 모순 없이 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 다양한 가능한 조합들은 본 출원에서 추가로 설명되지 않는다.
게다가, 본 출원의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 본 출원의 다양한 구현들이 조합될 수 있고, 그러한 조합들은 또한 본 출원의 범위 내에 속할 것이다.
비교 예 1과 실시예 1 및 실시예 2, 비교 예 2와 실시예 3 및 실시예 4, 및 비교 예 3과 실시예 5를 통해 아래에서 설명이 수행된다. 본 출원의 실시예들의 배터리 팩(200)에 따르면, 셀들(100)의 배열, 크기 파라미터들 등의 설계를 통해 에너지 밀도 등이 개선된다.
다음의 실시예들 및 비교 예들 모두에서 리튬 철 인산염 배터리가 예로서 사용된다.
비교 예 1, 실시예 1, 및 실시예 2에서, 배터리 팩(200)의 총 용적은 213 L이고, 그 용적 중 배터리 팩 하우징, 내부 배터리 관리 시스템 및 다른 전력 분배 모듈들에 의해 점유되는 종합적 용적은 82.54 L이고, 셀들(100) 및/또는 제1 분리기 및 제2 분리기를 수용할 수 있는 배터리 팩(200)의 실제 나머지 용적은 130.46 L이며, 여기서, 배터리 팩 하우징의 길이는 1380 mm이고, 그의 폭은 1005 mm이고, 그의 두께는 137 mm이고, 전력 분배 박스의 용적은 22.5 L이며, 배터리 팩의 총 용적은 213 L = 1380 × 1005 × 137 × 0.000001 + 22.5이다.
비교 예 1
관련 기술의 배터리 팩(200)의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 가로 빔(500) 및 하나의 길이방향 빔(600)이 배터리 팩 하우징에 배치된다. 2개의 가로 빔(500) 및 하나의 길이방향 빔(600)은 셀들(100)을 6개의 배터리 모듈(400)로 분할한다.
실시예 1
본 출원의 이 실시예의 배터리 팩(200)에 따르면, 도 21에 도시된 바와 같이, 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(200)의 폭 방향을 따라 배열되고, 복수의 셀들(100)은 배터리 팩(200)의 길이 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(200)의 폭 방향에서, 배터리 팩 하우징은 하나의 셀(100)을 수용하고, 복수의 셀들(100) 각각은 배터리 팩(200)의 폭 방향으로 배터리 팩 하우징의 일 측부로부터 그의 다른 측부로 연장된다. 제1 분리기(700)가 배터리 팩 하우징에 배치되고, 제2 분리기(800)는 배치되지 않는다. 제1 분리기(700)는 배터리 팩(200)의 폭 방향을 따라 연장되고, 복수의 셀들(100)은 셀 어레이(3)를 형성하도록 배터리 팩(200)의 길이 방향을 배열되고, 제1 분리기(700)는 셀 어레이(400)를 배터리 팩(200)의 길이 방향을 따라 2개의 부분으로 분할한다. 배터리 팩(200)의 폭 방향의 2개의 측부 상에 위치된 배터리 팩 하우징의 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 셀(100)에 대한 지지력들을 제공하고, 배터리 팩(200)의 길이 방향의 2개의 단부 상에 위치된 배터리 팩 하우징의 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)은 인접한 셀(100)에 대한 내측 가압력들을 제공한다. 배터리 팩(200)의 높이 방향을 따라 셀 어레이(400)의 층이 배터리 팩 하우징에 배치된다.
실시예 2
본 출원의 이 실시예의 배터리 팩(200)에 따르면, 도 23에 도시된 바와 같이, 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(200)의 폭 방향을 따라 배열되고, 복수의 셀들(100)은 배터리 팩(200)의 길이 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(200)의 폭 방향에서, 배터리 팩 하우징은 하나의 셀(100)을 수용하고, 복수의 셀들(100) 각각은 배터리 팩(200)의 폭 방향으로 배터리 팩 하우징의 일 측부로부터 그의 다른 측부로 연장된다. 제1 분리기(700) 또는 제2 분리기(800)는 배터리 팩 하우징에 배치되지 않는다. 배터리 팩(200)의 폭 방향의 2개의 측부 상에 위치된 배터리 팩 하우징의 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 셀(100)에 대한 지지력들을 제공하고, 배터리 팩(200)의 길이 방향의 2개의 단부 상에 위치된 배터리 팩 하우징의 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)은 인접한 셀(100)에 대한 내측 가압력들을 제공한다. 배터리 팩(200)의 높이 방향을 따라 셀 어레이들(400)의 2개의 층이 배터리 팩 하우징에 배치된다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는, 전술한 비교 예 1과 실시예 1 내지 실시예 3을 비교함으로써, 관련 기술의 배터리 팩(200)과 비교하여, 본 출원의 실시예들의 배터리 팩(200)에 따르면, 셀들(100)의 배열, 크기 파라미터들, 및 다른 인자들의 설계를 통해 그룹화 비율이 기존 배터리 팩(200)의 한계를 넘어설 수 있어서, 더 높은 에너지 밀도가 달성된다는 것을 학습할 수 있다.
비교 예 2, 실시예 3, 및 실시예 4에서, 배터리 팩(200)의 총 용적은 310 L이고, 그 용적 중 배터리 팩 하우징, 내부 배터리 관리 시스템 및 다른 전력 분배 모듈들에 의해 점유되는 종합적 용적은 90 L이고, 셀들(100) 및/또는 제1 분리기 및 제2 분리기를 수용할 수 있는 배터리 팩의 실제 나머지 용적은 220 L이며, 여기서, 배터리 팩 하우징의 길이는 1580 mm이고, 그의 폭은 1380 mm이고, 그의 두께는 137 mm이고, 전력 분배 박스의 용적은 11 L이며, 배터리 팩의 총 용적은 310 L = 1580 × 1380 × 137 × 0.000001 + 11이다.
비교 예 2
배터리 팩 내의 셀들의 배열 방식은 비교 예 1의 배열 방식과 동일하다.
실시예 3
본 출원의 이 실시예의 배터리 팩(200)에 따르면, 도 20에 도시된 바와 같이, 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(200)의 길이 방향을 따라 배열되고, 복수의 셀들(100)은 배터리 팩(200)의 폭 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(200)의 길이 방향에서, 배터리 팩 하우징은 하나의 셀(100)을 수용하고, 복수의 셀들(100) 각각은 배터리 팩(200)의 길이 방향으로 배터리 팩 하우징의 일 측부로부터 그의 다른 측부로 연장된다. 제2 분리기(800)가 배터리 팩 하우징에 배치되고, 가로 빔(500)은 배치되지 않는다. 제2 분리기(800)는 배터리 팩(200)의 길이 방향을 따라 연장되고, 복수의 셀들(100)은 셀 어레이(400)를 형성하도록 배터리 팩(200)의 폭 방향을 배열되고, 제2 분리기(800)는 셀 어레이(400)를 배터리 팩(200)의 폭 방향을 따라 2개의 부분으로 분할한다. 배터리 팩(200)의 길이 방향의 2개의 단부에 위치된 배터리 팩 하우징의 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)은 셀(100)에 대한 지지력들을 제공하고, 배터리 팩(200)의 폭 방향의 2개의 측부 상에 위치된 배터리 팩 하우징의 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 셀(100)에 대한 내측 가압력들을 제공한다. 배터리 팩(200)의 높이 방향을 따라 셀 어레이들(400)의 2개의 층이 배터리 팩 하우징에 배치된다.
실시예 4
본 출원의 이 실시예의 배터리 팩(200)에 따르면, 도 24에 도시된 바와 같이, 셀(100)의 길이 방향은 배터리 팩(200)의 길이 방향을 따라 배열되고, 복수의 셀들(100)은 배터리 팩(200)의 폭 방향을 따라 배열되고, 배터리 팩(200)의 길이 방향에서, 배터리 팩 하우징은 하나의 셀(100)을 수용하고, 복수의 셀들(100) 각각은 배터리 팩(200)의 길이 방향으로 배터리 팩 하우징의 일 측부로부터 그의 다른 측부로 연장된다. 배터리 팩(200)의 길이 방향의 2개의 단부에 위치된 배터리 팩 하우징의 제3 가장자리 빔(203) 및 제4 가장자리 빔(204)은 셀(100)에 대한 지지력들을 제공하고, 배터리 팩(200)의 폭 방향의 2개의 측부 상에 위치된 배터리 팩 하우징의 제1 가장자리 빔(201) 및 제2 가장자리 빔(202)은 셀(100)에 대한 내측 가압력들을 제공한다. 배터리 팩(200)의 높이 방향을 따라 셀 어레이들(400)의 2개의 층이 배터리 팩 하우징에 배치된다.
비교 예 3 및 실시예 5에서, 배터리 팩(200)의 총 용적은 414 L이고, 그 용적 중 배터리 팩 하우징, 내부 배터리 관리 시스템 및 다른 전력 분배 모듈들에 의해 점유되는 종합적 용적은 102 L이고, 셀들(100)을 수용할 수 있는 배터리 팩의 실제 나머지 용적은 312 L이며, 여기서, 배터리 팩 하우징의 길이는 2130 mm이고, 그의 폭은 1380 mm이고, 그의 두께는 137 mm이고, 전력 분배 박스의 용적은 11 L이며, 배터리 팩의 총 용적은 414 L = 2130 × 1380 × 137 × 0.000001 + 11이다.
비교 예 3
셀들의 배열 방식은 비교 예 1의 배열 방식과 동일하다.
실시예 5
배터리 팩 내의 셀들의 배열 방식은 실시예 4의 배열 방식과 동일하다.
실시예 6
이 실시예에서, 배터리 팩(200)의 총 용적은 508 L이고, 그 용적 중 배터리 팩 하우징, 내부 배터리 관리 시스템 및 다른 전력 분배 모듈들에 의해 점유되는 종합적 용적은 119 L이고, 셀들(100)을 수용할 수 있는 배터리 팩의 실제 나머지 용적은 389 L이며, 여기서, 배터리 팩 하우징의 길이는 2630 mm이고, 그의 폭은 1380 mm이고, 그의 두께는 137 mm이고, 전력 분배 박스의 용적은 11 L이며, 배터리 팩의 총 용적은 414 L = 2630 × 1380 × 137 × 0.000001 + 11이다. 배터리 팩 내의 셀들의 배열 방식은 실시예 4의 배열 방식과 동일하다.
실시예 1 내지 실시예 6 및 비교 예 1 및 비교 예 2의 특정 파라미터들이 표 1에 도시된다.
Figure pct00001
비교 예 4 및 실시예 7 내지 실시예 11을 통해 아래에서 설명이 수행된다. 본 출원의 실시예들의 배터리 팩(200)에 따르면, 셀(100)의 크기 파라미터들 등의 설계를 통해 열 소산 효과 등이 개선된다.
비교 예 4 및 실시예 7 내지 실시예 11에서 셀들에 대해 2C의 속도로 고속 충전을 수행하였고, 그 고속 충전 프로세스에서 셀들의 온도 상승들을 측정하였다. 아래의 표 2에서, 실시예들 및 비교 예들의 셀의 길이, 폭, 두께, 용적, 표면적, 및 에너지의 파라미터들의 선택이 기록되고, 특정 온도 상승들이 기록된다.
Figure pct00002
동일한 조건들 하에서의 고속 충전 동안, 본 출원에 의해 제공되는 셀(100)은, 비교 예들과 비교하여, 상이한 정도로 감소된 온도 상승들을 갖고, 관련 기술의 셀보다 더 양호한 열 소산 효과를 갖는다는 것이 표의 데이터로부터 학습될 수 있다. 셀들(100)이 배터리 팩 내에 조립될 때, 배터리 팩의 온도 상승이 또한 관련 기술의 배터리 팩에 비해 감소된다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는, 전술한 비교 예들과 실시예들을 비교함으로써, 본 출원의 이 실시예의 배터리 팩(200)에 따르면, 셀들(100)의 배열, 크기 파라미터들, 및 다른 인자들의 설계를 통해 공간 활용률이 기존 배터리 팩(200)의 한계를 넘어설 수 있어서, 더 높은 에너지 밀도가 달성된다는 것을 학습할 수 있다. 게다가, 배터리 팩(200)의 전체 용적이 증가됨에 따라, 에너지 밀도의 증가가 확대된다. 다시 말해서, 더 큰 용적을 갖는 배터리 팩(200)의 경우, 본 출원의 실시예들의 해결책들을 사용함으로써 에너지 밀도가 더 현저하게 개선된다.
본 명세서의 설명들에서, "실시예", "일부 실시예들", "예시적인 실시예", "예", "특정 예", 또는 "일부 예들"이라는 참조 용어들을 사용하는 설명들은, 실시예 또는 예를 참조하여 설명된 특정 특성들, 구조들, 물질들, 또는 특징들이 본 출원의 적어도 하나의 실시예 또는 예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서에서, 전술한 용어들의 예시적인 설명들이 반드시 동일한 실시예 또는 예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 설명된 특정 특징들, 구조들, 물질들 또는 특성들은 실시예들 또는 예들 중 임의의 하나 이상에서 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
본 출원의 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 본 출원의 원리들 및 사상으로부터 벗어나지 않으면서 실시예들에 대해 다양한 변경들, 수정들, 대체들 및 변형들이 이루어질 수 있고, 본 출원의 범위는 첨부된 청구항들 및 그들의 등가물들에 의해 정의되는 바와 같다는 것을 이해해야 한다.

Claims (112)

  1. 배터리 팩으로서,
    셀 어레이 및 지지 부재를 포함하며,
    상기 셀 어레이는 복수의 셀들을 포함하고, 상기 복수의 셀들 각각은 제1 크기를 갖고, 상기 제1 크기는 셀을 클램핑하는 가상의 평행한 평면들의 쌍들 사이의 간격들의 최대 값이고, 적어도 하나의 셀은 600 mm ≤ 제1 크기 ≤ 2500 mm를 충족하고 상기 지지 부재에 의해 지지되고,
    상기 제1 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 Q이고, 상기 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 상기 셀 어레이는 상기 배터리 배치 영역에 위치되고, 상기 복수의 셀들 각각은 상기 방향 Q를 따라 상기 배터리 배치 영역의 일 측부로부터 상기 배터리 배치 영역의 다른 측부로 연장되는, 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각은 제2 크기를 갖고, 상기 제2 크기는 상기 셀을 클램핑하는 가상의 평행한 평면들의 쌍들 사이의 간격들의 최소 값이고, 상기 제2 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 P이고, 상기 복수의 셀들은 상기 적어도 하나의 셀의 상기 방향 P를 따라 배열되는, 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 10 ≤ 제1 크기/제2 크기 ≤ 208을 충족하는, 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 23 ≤ 제1 크기/제2 크기 ≤ 208을 충족하는, 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 50 ≤ 제1 크기/제2 크기 ≤ 70을 충족하는, 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 600 mm ≤ 제1 크기 ≤ 1500 mm를 충족하는, 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 600 mm ≤ 제1 크기 ≤ 1000 mm를 충족하는, 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각은 용적 V를 갖고, 상기 적어도 하나의 셀은 0.0005 mm-2 ≤ 제1 크기/V ≤ 0.002 mm-2를 충족하는, 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각은 용적 V 및 표면적을 갖고, 상기 적어도 하나의 셀은 0.1 mm-1 ≤ S/V ≤ 0.35 mm-1을 충족하는, 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은, 케이싱, 상기 케이싱 내부에 위치되는 셀 코어, 및 상기 케이싱을 보강하도록 구성되는 보강 부재를 포함하며, 상기 지지 부재는 상기 적어도 하나의 셀을 지지하도록 상기 보강 부재에 결합되는, 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보강 부재는 보강 쉘을 포함하며, 상기 보강 쉘은 상기 적어도 하나의 셀의 상기 케이싱을 감싸고, 상기 지지 부재는 상기 적어도 하나의 셀을 지지하도록 상기 보강 쉘에 결합되는, 배터리 팩.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각은 내부 전류를 인출(lead out)하도록 구성되는 전극 단자들을 포함하고, 상기 보강 부재는 전류 수렴 부재를 포함하고, 상기 전류 수렴 부재는 상기 복수의 셀들의 전극 단자들을 전기적으로 연결하도록 구성되고, 상기 지지 부재는 상기 적어도 하나의 셀을 지지하도록 상기 전류 수렴 부재에 결합되는, 배터리 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어레이의 2개의 측부 상에 서로 대향하게 배치되고 상기 셀 어레이를 클램핑하도록 구성되는 2개의 측부 판 부분을 더 포함하는, 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    차량용 트레이를 포함하며, 상기 차량용 트레이는 상기 방향 Q를 따라 서로 대향하게 배치되는 제1 가장자리 빔 및 제2 가장자리 빔을 포함하고, 상기 지지 부재는 상기 제1 가장자리 빔 및 상기 제2 가장자리 빔이고, 상기 적어도 하나의 셀의 2개의 단부는 상기 제1 가장자리 빔 및 상기 제2 가장자리 빔에 의해 각각 지지되는, 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 지지 부재는 복수의 최하부 빔들이고, 상기 최하부 빔들은 상기 셀 어레이 아래에 위치되는, 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 최하부 빔들은 제1 빔, 및 상기 제1 빔 상에 위치되고 상기 제1 빔과 교차하는 제2 빔을 포함하며, 상기 제1 빔의 연장 방향과 상기 방향 Q 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 제1 빔에 의해 지지되는, 배터리 팩.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 최하부 빔들은 서로 평행하게 이격되어 배치되는 복수의 직사각형 빔들이며, 직사각형 빔의 연장 방향과 상기 방향 Q 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 직사각형 빔에 의해 지지되는, 배터리 팩.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 지지 부재는 차량 섀시이고, 상기 셀 어레이는 상기 차량 섀시 상에 위치되는, 배터리 팩.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 전극 단자들은 상기 방향 Q를 따라 상기 복수의 셀들 각각의 2개의 단부 상에 배치되는, 배터리 팩.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 방향 Q에서 상기 셀들 중 하나만을 수용하는, 배터리 팩.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각은 제2 크기를 갖고, 상기 제2 크기는 상기 셀을 클램핑하는 가상의 평행한 평면들의 쌍들 사이의 간격들의 최소 값이고, 상기 제2 크기에 대응하는 2개의 평행한 평면의 법선 방향은 방향 P이고, 상기 배터리 팩은 상기 방향 P를 따라 N개의 셀 어레이들을 포함하고, 상기 셀 어레이들은 상기 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되고, N은 1보다 큰, 배터리 팩.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 복수의 배터리 배치 영역들이 형성되고, 상기 배터리 팩은 상기 방향 Q를 따라 분포되고 일대일 대응관계로 상기 복수의 배터리 배치 영역들에 위치되는 M개의 셀 어레이들을 포함하고, 상기 셀 어레이들은 상기 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되고, M은 1보다 큰, 배터리 팩.
  23. 배터리 팩으로서,
    셀 어레이 및 지지 부재를 포함하며,
    상기 셀 어레이는 복수의 셀들을 포함하고, 상기 복수의 셀들 각각은 크기 A를 갖고, 상기 크기 A는 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이이고, 적어도 하나의 셀은 600 mm ≤ 크기 A ≤ 2500 mm를 충족하고 상기 지지 부재에 의해 지지되고,
    상기 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 상기 셀 어레이는 상기 배터리 배치 영역에 위치되고, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따라 상기 배터리 배치 영역의 일 측부로부터 상기 배터리 배치 영역의 다른 측부로 연장되는, 배터리 팩.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 복수의 셀들은 방향 K를 따라 배열되며, 상기 방향 K는 상기 셀 어레이 내의 상기 적어도 하나의 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 폭 방향인, 배터리 팩.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각은 크기 B를 가지며, 상기 크기 B는 상기 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 폭이고, 상기 적어도 하나의 셀은 10 ≤ 크기 A/크기 B ≤ 208을 충족하는, 배터리 팩.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 23 ≤ 크기 A/크기 B ≤ 208을 충족하는, 배터리 팩.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 50 ≤ 크기 A/크기 B ≤ 70을 충족하는, 배터리 팩.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 복수의 셀들은 방향 K를 따라 배열되며, 상기 방향 K는 상기 셀 어레이 내의 상기 적어도 하나의 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 높이 방향인, 배터리 팩.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각은 크기 C를 가지며, 상기 크기 C는 상기 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 높이이고, 상기 적어도 하나의 셀은 10 ≤ 크기 A/크기 C ≤ 208을 충족하는, 배터리 팩.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 23 ≤ 크기 A/크기 C ≤ 208을 충족하는, 배터리 팩.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 50 ≤ 크기 A/크기 C ≤ 70을 충족하는, 배터리 팩.
  32. 제23항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 600 mm ≤ 크기 A ≤ 1500 mm를 충족하는, 배터리 팩.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 600 mm ≤ 크기 A ≤ 1000 mm를 충족하는, 배터리 팩.
  34. 제23항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은, 케이싱, 상기 케이싱 내부에 위치되는 셀 코어, 및 상기 케이싱을 보강하도록 구성되는 보강 부재를 포함하며, 상기 지지 부재는 상기 적어도 하나의 셀을 지지하도록 상기 보강 부재에 결합되는, 배터리 팩.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 보강 부재는 보강 쉘을 포함하며, 상기 보강 쉘은 상기 적어도 하나의 셀의 상기 케이싱을 감싸고, 상기 지지 부재는 상기 적어도 하나의 셀을 지지하도록 상기 보강 쉘에 결합되는, 배터리 팩.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각은 내부 전류를 인출하도록 구성되는 전극 단자들을 포함하고, 상기 보강 부재는 전류 수렴 부재를 포함하고, 상기 전류 수렴 부재는 상기 복수의 셀들의 전극 단자들을 전기적으로 연결하도록 구성되고, 상기 지지 부재는 상기 적어도 하나의 셀을 지지하도록 상기 전류 수렴 부재에 결합되는, 배터리 팩.
  37. 제23항에 있어서,
    상기 셀 어레이의 2개의 측부 상에 서로 대향하게 배치되고 상기 셀 어레이를 클램핑하도록 구성되는 2개의 측부 판 부분을 더 포함하는, 배터리 팩.
  38. 제23항에 있어서,
    차량용 트레이를 포함하며, 상기 차량용 트레이는 상기 적어도 하나의 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따라 서로 대향하게 배치되는 제1 가장자리 빔 및 제2 가장자리 빔을 포함하고, 상기 지지 부재는 상기 제1 가장자리 빔 및 상기 제2 가장자리 빔이고, 상기 적어도 하나의 셀의 2개의 단부는 상기 제1 가장자리 빔 및 상기 제2 가장자리 빔에 의해 각각 지지되는, 배터리 팩.
  39. 제23항에 있어서,
    상기 지지 부재는 복수의 최하부 빔들이고, 상기 최하부 빔들은 상기 셀 어레이 아래에 위치되는, 배터리 팩.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 최하부 빔들은 제1 빔, 및 상기 제1 빔 상에 위치되고 상기 제1 빔과 교차하는 제2 빔을 포함하며, 상기 제1 빔의 연장 방향과 상기 적어도 하나의 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 제1 빔에 의해 지지되는, 배터리 팩.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 최하부 빔들은 서로 평행하게 이격되어 배치되는 복수의 직사각형 빔들이며, 직사각형 빔의 연장 방향과 상기 적어도 하나의 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 직사각형 빔에 의해 지지되는, 배터리 팩.
  42. 제23항에 있어서,
    상기 지지 부재는 차량 섀시이고, 상기 셀 어레이는 상기 차량 섀시 상에 위치되는, 배터리 팩.
  43. 제36항에 있어서,
    상기 전극 단자들은 상기 크기 A의 방향을 따라 상기 복수의 셀들 각각의 2개의 단부 상에 배치되는, 배터리 팩.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향에서 상기 셀들 중 하나만을 수용하는, 배터리 팩.
  45. 제23항에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 상기 배터리 배치 영역이 정의되고, 상기 셀 어레이는 상기 배터리 배치 영역에 위치되고, 상기 배터리 팩은 상기 적어도 하나의 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 폭 방향을 따라 N개의 셀 어레이들을 포함하고, 상기 셀 어레이들은 상기 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되고, N은 1보다 큰, 배터리 팩.
  46. 제23항에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 복수의 배터리 배치 영역들이 형성되고, 상기 배터리 팩은 상기 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따라 분포되고 일대일 대응관계로 상기 복수의 배터리 배치 영역들에 위치되는 M개의 셀 어레이들을 포함하고, 상기 셀 어레이들은 상기 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되고, M은 1보다 큰, 배터리 팩.
  47. 제23항에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 상기 배터리 배치 영역이 정의되고, 상기 셀 어레이는 상기 배터리 배치 영역에 위치되고, 상기 배터리 팩은 상기 적어도 하나의 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 높이 방향을 따라 J개의 셀 어레이들을 포함하고, 상기 셀 어레이들은 상기 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되고, J는 1보다 큰, 배터리 팩.
  48. 배터리 팩으로서,
    셀 어레이 및 지지 부재를 포함하며,
    상기 셀 어레이는 복수의 셀들을 포함하고, 적어도 하나의 셀은: 배터리 몸체, 및 상기 배터리 몸체로부터 연장되고 상기 배터리 몸체로부터 외부 전류를 인출하도록 구성되는 전극 단자들이 포함되고, 상기 배터리 몸체가 대략적인 직육면체이고, 상기 배터리 몸체의 길이가 L이고, 600 mm ≤ L ≤ 2500 mm임을 충족하고, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 지지 부재에 의해 지지되고,
    상기 배터리 팩 내에 배터리 배치 영역이 정의되고, 상기 셀 어레이는 상기 배터리 배치 영역에 위치되고, 상기 복수의 셀들 각각은 L의 방향을 따라 상기 배터리 배치 영역의 일 측부로부터 상기 배터리 배치 영역의 다른 측부로 연장되는, 배터리 팩.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은, 케이싱, 상기 케이싱 내부에 위치되는 셀 코어, 및 상기 케이싱을 보강하도록 구성되는 보강 부재를 포함하며, 상기 지지 부재는 상기 적어도 하나의 셀을 지지하도록 상기 보강 부재에 결합되는, 배터리 팩.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 보강 부재는 보강 쉘을 포함하며, 상기 보강 쉘은 상기 적어도 하나의 셀의 상기 케이싱을 감싸고, 상기 지지 부재는 상기 적어도 하나의 셀을 지지하도록 상기 보강 쉘에 결합되는, 배터리 팩.
  51. 제49항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각은 내부 전류를 인출하도록 구성되는 전극 단자들을 포함하고, 상기 보강 부재는 전류 수렴 부재를 포함하고, 상기 전류 수렴 부재는 상기 복수의 셀들의 전극 단자들을 전기적으로 연결하도록 구성되고, 상기 지지 부재는 상기 적어도 하나의 셀을 지지하도록 상기 전류 수렴 부재에 결합되는, 배터리 팩.
  52. 제48항에 있어서,
    상기 배터리 몸체의 두께는 D이고, 높이는 H이고, 두께 방향은 방향 X이고, 길이 방향은 방향 Y이고, 높이 방향은 방향 Z인, 배터리 팩.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 복수의 셀들은 상기 셀 어레이 내에 상기 적어도 하나의 셀의 상기 방향 X를 따라 배열되는, 배터리 팩.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 10 ≤ L/D ≤ 208을 충족하는, 배터리 팩.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 23 ≤ L/D ≤ 208을 충족하는, 배터리 팩.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 50 ≤ L/D ≤ 70을 충족하는, 배터리 팩.
  57. 제52항에 있어서,
    상기 복수의 셀들은 상기 셀 어레이 내에 상기 적어도 하나의 셀의 상기 방향 Z를 따라 배열되는, 배터리 팩.
  58. 제57항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 10 ≤ L/H ≤ 208을 충족하는, 배터리 팩.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 23 ≤ L/H ≤ 208을 충족하는, 배터리 팩.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 50 ≤ L/H ≤ 70을 충족하는, 배터리 팩.
  61. 제48항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각의 용적은 V이고, 상기 적어도 하나의 셀은 0.0005 mm-2 ≤ L/V ≤ 0.002 mm-2를 충족하는, 배터리 팩.
  62. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 600 mm ≤ L ≤ 1500 mm를 충족하는, 배터리 팩.
  63. 제62항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 600 mm ≤ L ≤ 1000 mm를 충족하는, 배터리 팩.
  64. 제62항에 있어서,
    상기 배터리 몸체의 두께는 D이고, 높이는 H이고, 두께 방향은 방향 X이고, 길이 방향은 방향 Y이고, 높이 방향은 방향 Z이며, 상기 배터리 몸체의 높이(H)는 상기 배터리 몸체의 두께(D)보다 크고, 상기 적어도 하나의 셀은 23 ≤ L/D ≤ 208 및 4 ≤ L/H ≤ 21을 충족하고, 상기 복수의 셀들은 상기 셀 어레이 내에 상기 적어도 하나의 셀의 상기 방향 X를 따라 배열되는, 배터리 팩.
  65. 제64항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 9 ≤ L/H ≤ 13을 충족하는, 배터리 팩.
  66. 제62항에 있어서,
    상기 배터리 몸체의 용적은 V이고, 표면적은 S이고, 상기 표면적과 상기 용적(V) 사이의 관계는 0.1 mm-1 ≤ S/V ≤ 0.35 mm-1인, 배터리 팩.
  67. 제64항에 있어서,
    상기 방향 X를 따라 상기 셀 어레이의 2개의 측부 상에 서로 대향하게 배치되고 상기 셀 어레이를 클램핑하도록 구성되는 2개의 측부 판 부분을 더 포함하는, 배터리 팩.
  68. 제64항에 있어서,
    차량용 트레이를 포함하며, 상기 차량용 트레이는 상기 방향 Y를 따라 서로 대향하게 배치되는 제1 가장자리 빔 및 제2 가장자리 빔을 포함하고, 상기 지지 부재는 상기 제1 가장자리 빔 및 상기 제2 가장자리 빔이고, 상기 적어도 하나의 셀의 2개의 단부는 상기 제1 가장자리 빔 및 상기 제2 가장자리 빔에 의해 각각 지지되는, 배터리 팩.
  69. 제68항에 있어서,
    상기 제1 가장자리 빔 및 상기 제2 가장자리 빔은 각각 상기 셀의 2개의 단부 표면과 정합되는 내측 벽 표면을 포함하고, 상기 제1 가장자리 빔 및 상기 제2 가장자리 빔의 내측 벽 표면들과 상기 셀의 상기 단부 표면 사이에 절연 판들이 각각 샌드위치되는, 배터리 팩.
  70. 제68항에 있어서,
    상기 트레이는 최하부 판을 포함하고, 상기 제1 가장자리 빔 및 상기 제2 가장자리 빔은 상기 최하부 판의 2개의 단부 상에 각각 배치되고, 상기 복수의 셀들 각각 및 상기 최하부 판은 서로 이격되는, 배터리 팩.
  71. 제70항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각과 상기 최하부 판 사이에 열 보존 층이 배치되는, 배터리 팩.
  72. 제70항에 있어서,
    밀봉 덮개를 더 포함하며, 상기 밀봉 덮개 및 상기 트레이는 상기 셀 어레이를 수용하기 위한 수용 캐비티를 형성하는, 배터리 팩.
  73. 제72항에 있어서,
    상기 제1 가장자리 빔은 상기 제1 가장자리 빔의 내측 벽 표면으로부터 상기 셀을 향해 돌출되는 제1 지지 판을 더 포함하며, 상기 제1 지지 판은 상기 밀봉 덮개에 대면하는 상기 제1 지지 판의 표면 상에 제1 지지 표면을 포함하고, 상기 제1 지지 판은 상기 밀봉 덮개를 등지는 상기 제1 지지 판의 표면 상에 제1 탑재 표면을 포함하고,
    상기 제2 가장자리 빔은 상기 제2 가장자리 빔의 내측 벽 표면으로부터 상기 셀을 향해 돌출되는 제2 지지 판을 더 포함하며, 상기 제2 지지 판은 상기 밀봉 덮개에 대면하는 상기 제2 지지 판의 표면 상에 제2 지지 표면을 포함하고, 상기 밀봉 덮개는 상기 밀봉 덮개를 등지는 상기 제2 지지 판의 표면 상에 제2 탑재 표면을 포함하고,
    상기 제1 지지 표면 및 상기 제2 지지 표면은 상기 적어도 하나의 셀을 지지하도록 구성되고, 상기 제1 탑재 표면 및 상기 제2 탑재 표면은 상기 최하부 판을 탑재하도록 구성되는, 배터리 팩.
  74. 제73항에 있어서,
    상기 제1 가장자리 빔은 상기 셀에 대면하는 상기 제1 가장자리 빔의 내측 벽 표면 상에 제1 연결 표면을 포함하고, 상기 제1 연결 표면으로부터 상기 밀봉 덮개까지의 거리는 상기 제1 지지 표면으로부터 상기 밀봉 덮개까지의 거리보다 작으며, 상기 제2 가장자리 빔은 상기 셀에 대면하는 상기 제2 가장자리 빔의 내측 벽 표면 상에 제2 연결 표면을 포함하고, 상기 제2 연결 표면으로부터 상기 밀봉 덮개까지의 거리는 상기 제2 지지 표면으로부터 상기 밀봉 덮개까지의 거리보다 작고, 상기 복수의 셀들 각각의 2개의 단부는 상기 제1 연결 표면 및 상기 제2 연결 표면과 각각 접촉하는, 배터리 팩.
  75. 제74항에 있어서,
    상기 제1 가장자리 빔은 상기 셀에 대면하는 상기 제1 가장자리 빔의 내측 벽 표면 상에 적어도 2개의 층계(step)를 포함하는 구조를 포함하며, 상기 밀봉 덮개에 대면하는 상기 2개의 층계의 표면들은 상기 제1 연결 표면 및 상기 제1 지지 표면을 각각 형성하고,
    상기 제2 가장자리 빔은 상기 셀에 대면하는 상기 제2 가장자리 빔의 내측 벽 표면 상에 적어도 2개의 층계를 포함하는 구조를 포함하며, 상기 밀봉 덮개에 대면하는 상기 2개의 층계의 표면들은 상기 제2 연결 표면 및 상기 제2 지지 표면을 각각 형성하는, 배터리 팩.
  76. 제74항에 있어서,
    제1 단부 판 및 제2 단부 판을 더 포함하며, 상기 제1 단부 판은 상기 셀들 중 적어도 하나의 제1 단부와 상기 제1 가장자리 빔 사이에 배치되고, 상기 제2 단부 판은 상기 셀들 중 적어도 하나의 제2 단부와 상기 제2 가장자리 빔 사이에 배치되고, 상기 셀들 중 적어도 하나의 상기 제1 단부는 상기 제1 단부 판에 의해 상기 제1 연결 표면에 연결되고, 상기 셀들 중 적어도 하나의 상기 제2 단부는 상기 제2 단부 판에 의해 상기 제2 연결 표면에 연결되는, 배터리 팩.
  77. 제76항에 있어서,
    상기 제1 단부 판은 상기 복수의 셀들 각각의 단부 표면에 대향하게 배치되는 단부 판 몸체, 및 상기 단부 판 몸체에 연결되고 상기 제1 가장자리 빔을 향해 돌출되는 제1 연결 판을 포함하고, 상기 제2 단부 판은 상기 복수의 셀들 각각의 단부 표면에 대향하게 배치되는 단부 판 몸체, 및 상기 단부 판 몸체에 연결되고 상기 제2 가장자리 빔을 향해 돌출되는 제1 연결 판 포함하며, 제1 연결 판들은 상기 제1 연결 표면 및 상기 제2 연결 표면에 연결되는, 배터리 팩.
  78. 제68항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀들 중 적어도 하나의 제1 단부 상에 폭발-방지 밸브가 배치되고, 상기 제1 가장자리 빔 내부에 배기 통로가 제공되고, 상기 제1 가장자리 빔에는 상기 폭발-방지 밸브에 대응하는 위치에서 배기 구멍이 제공되고, 상기 배기 구멍은 상기 배기 통로와 연통하며, 상기 셀의 제2 단부 상에 폭발-방지 밸브가 배치되고, 상기 제2 가장자리 빔 내부에 배기 통로가 제공되고, 상기 제2 가장자리 빔에는 상기 폭발-방지 밸브에 대응하는 위치에서 배기 구멍이 제공되고, 상기 배기 구멍은 상기 배기 통로와 연통하며, 상기 배터리 팩에는 상기 배기 통로와 연통하는 배기 개구가 제공되는, 배터리 팩.
  79. 제72항에 있어서,
    상기 트레이는 상기 방향 X를 따라 서로 대향하게 배치되는 제3 가장자리 빔 및 제4 가장자리 빔을 더 포함하며, 상기 제3 가장자리 빔 및 상기 제4 가장자리 빔은 상기 셀 어레이에 대해 가압력들을 제공하도록 구성되는, 배터리 팩.
  80. 제77항에 있어서,
    상기 제1 연결 표면, 상기 제2 연결 표면, 상기 셀, 및 상기 밀봉 덮개 사이에, 배터리 관리 구성요소 및 전력 분배 구성요소를 수용하기 위한 관리부 수용 캐비티가 정의되는, 배터리 팩.
  81. 제79항에 있어서,
    제1 탄성 완충 디바이스 및/또는 제2 탄성 디바이스를 더 포함하며, 상기 제1 탄성 완충 디바이스는 상기 제3 가장자리 빔과 상기 제3 가장자리 빔에 인접한 셀 사이에 탄성적으로 샌드위치되고/거나 상기 제2 탄성 디바이스는 상기 제4 가장자리 빔과 상기 제4 가장자리 빔에 인접한 셀 사이에 탄성적으로 샌드위치되는, 배터리 팩.
  82. 제79항에 있어서,
    제1 측부 판 및/또는 제2 측부 판을 더 포함하며, 상기 제1 측부 판은 상기 제3 가장자리 빔과 상기 제3 가장자리 빔에 인접한 셀 사이에 배치되고, 상기 제2 측부 판은 상기 제4 가장자리 빔과 상기 제4 가장자리 빔에 인접한 셀 사이에 배치되는, 배터리 팩.
  83. 제82항에 있어서,
    상기 제1 측부 판은 상기 셀의 측부 표면에 대향하게 배치되는 측부 판 몸체, 및 상기 측부 판 몸체에 연결되고 상기 제3 가장자리 빔을 향해 돌출되는 제2 연결 판을 포함하고, 상기 제2 측부 판은 상기 셀의 측부 표면에 대향하게 배치되는 측부 판 몸체, 및 상기 측부 판 몸체에 연결되고 상기 제4 가장자리 빔을 향해 돌출되는 제2 연결 판을 포함하고,
    상기 제3 가장자리 빔은 상기 밀봉 덮개에 대면하는 제3 연결 표면을 포함하고, 상기 제4 가장자리 빔은 상기 밀봉 덮개에 대면하는 제4 연결 표면을 포함하고,
    상기 제1 측부 판은 대응하는 제2 연결 판에 의해 상기 제3 연결 표면에 연결되고, 상기 제2 측부 판은 대응하는 제2 연결 판에 의해 상기 제4 연결 표면에 연결되는, 배터리 팩.
  84. 제79항에 있어서,
    상기 셀들 중 적어도 일부의 상부 표면들 및 하부 표면들에 각각 연결되는 제1 패널 및 제2 패널;
    상기 셀들 중 적어도 일부의 2개의 단부 표면 상에 각각 배치되는 제1 단부 판 및 제2 단부 판; 및
    상기 셀들 중 최외측 2개의 셀의 외측 측부들 상에 각각 배치되는 제1 측부 판 및 제2 측부 판을 더 포함하며,
    상기 제1 단부 판, 상기 제2 단부 판, 상기 제1 측부 판, 및 상기 제2 측부 판은 모두 상기 제1 패널 및 상기 제2 패널에 연결되고,
    상기 제1 가장자리 빔은 상기 셀에 대면하는 상기 제1 가장자리 빔의 내측 벽 표면 상에 제1 지지 표면 및 제1 연결 표면을 포함하고, 상기 제2 가장자리 빔은 상기 셀에 대면하는 상기 제2 가장자리 빔의 내측 벽 표면 상에 제2 지지 표면 및 제2 연결 표면을 포함하고, 상기 적어도 하나의 셀의 제1 단부는 상기 제1 지지 표면에 의해 지지되고, 상기 적어도 하나의 셀의 제2 단부는 상기 제2 지지 표면에 의해 지지되고, 상기 제1 단부 판은 상기 제1 연결 표면에 연결되고, 상기 제2 단부 판은 상기 제2 연결 표면에 연결되고,
    상기 제3 가장자리 빔은 상기 셀에 대면하는 상기 제3 가장자리 빔의 내측 벽 표면 상에 제3 연결 표면을 포함하고, 상기 제4 가장자리 빔은 상기 셀에 대면하는 상기 제4 가장자리 빔의 내측 벽 표면에 제4 연결 표면을 포함하고, 상기 제1 측부 판은 상기 제3 연결 표면에 연결되고, 상기 제2 측부 판은 상기 제4 연결 표면에 연결되는, 배터리 팩.
  85. 제52항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 복수의 최하부 빔들이고, 상기 최하부 빔들은 상기 셀 어레이 아래에 위치되는, 배터리 팩.
  86. 제85항에 있어서,
    상기 최하부 빔들은 제1 빔, 및 상기 제1 빔 상에 위치되고 상기 제1 빔과 교차하는 제2 빔을 포함하며, 상기 제1 빔의 연장 방향과 방향 Y 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 제1 빔에 의해 지지되는, 배터리 팩.
  87. 제86항에 있어서,
    2개의 제2 빔이 존재하며, 상기 2개의 제2 빔은 상기 제1 빔의 2개의 단부 상에 각각 위치되고 상기 제1 빔에 별개로 수직이고, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 제1 빔에 의해 지지되는, 배터리 팩.
  88. 제87항에 있어서,
    상기 복수의 셀들 각각의 중심은 상기 제1 빔 상에 위치되는, 배터리 팩.
  89. 제85항에 있어서,
    상기 최하부 빔들은 서로 평행하게 이격되어 배치되는 복수의 직사각형 빔들이며, 직사각형 빔의 연장 방향과 방향 Y 사이의 각도는 범위가 60 도 내지 90 도이고, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 직사각형 빔에 의해 지지되는, 배터리 팩.
  90. 제89항에 있어서,
    상기 직사각형 빔들은 상기 방향 Y를 따라 고르게 분포되고, 상기 직사각형 빔의 연장 방향은 상기 방향 Y에 수직이고, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 직사각형 빔 상에 위치되는, 배터리 팩.
  91. 제48항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 차량 섀시이고, 상기 셀 어레이는 상기 차량 섀시 상에 위치되는, 배터리 팩.
  92. 제52항 내지 제77항, 제79항 내지 제84항, 또는 제86항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 상기 배터리 배치 영역이 정의되고, 상기 셀 어레이는 상기 배터리 배치 영역에 위치되고, 상기 배터리 팩은 하나의 셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 셀들 각각은 방향 Y를 따라 상기 배터리 배치 영역의 일 측부로부터 상기 배터리 배치 영역의 다른 측부로 연장되는, 배터리 팩.
  93. 제92항에 있어서,
    방향 Y에서 상기 셀들 중 하나만을 수용하는, 배터리 팩.
  94. 제92항에 있어서,
    상기 셀들은 방향 X를 따라 상기 배터리 배치 영역의 일 단부로부터 상기 배터리 배치 영역의 다른 단부로 배열되는, 배터리 팩.
  95. 제48항 내지 제77항, 제79항 내지 제84항, 또는 제86항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 상기 배터리 배치 영역이 정의되고, 상기 셀 어레이는 상기 배터리 배치 영역에 위치되고, 상기 배터리 팩은 방향 X를 따라 N개의 셀 어레이들을 포함하고, 상기 셀 어레이들은 상기 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되고, N은 1보다 큰, 배터리 팩.
  96. 제95항에 있어서,
    (N-1)번째 셀 어레이의 마지막 셀의 전극 단자는 상기 커넥터에 의해 N번째 셀 어레이의 제1 셀의 전극 단자에 연결되는, 배터리 팩.
  97. 제52항 내지 제77항, 제79항 내지 제84항, 또는 제86항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 복수의 배터리 배치 영역들이 형성되고, 상기 배터리 팩은 방향 Y를 따라 분포되고 일대일 대응관계로 상기 복수의 배터리 배치 영역들에 위치되는 M개의 셀 어레이들을 포함하고, 상기 셀 어레이들은 상기 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되고, M은 1보다 큰, 배터리 팩.
  98. 제97항에 있어서,
    (M-1)번째 셀 어레이의 마지막 셀의 전극 단자는 상기 커넥터에 의해 M번째 셀 어레이의 제1 셀의 전극 단자에 연결되는, 배터리 팩.
  99. 제52항 내지 제77항, 제79항 내지 제84항, 또는 제86항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 복수의 배터리 배치 영역들이 형성되고, 상기 배터리 팩은 방향 X를 따라 분포되는 N개의 셀 어레이들 및 방향 Y를 분포되는 M개의 셀 어레이들을 포함하고, 상기 셀 어레이들은 일대일 대응관계로 상기 복수의 배터리 배치 영역들에 위치되고, 상기 셀 어레이들은 상기 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되고, N은 1보다 크고, M은 1보다 큰, 배터리 팩.
  100. 제48항 내지 제77항, 제79항 내지 제84항, 또는 제86항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 상기 배터리 배치 영역이 정의되고, 상기 셀 어레이는 상기 배터리 배치 영역에 위치되고, 상기 배터리 팩은 방향 Z를 따른 J개의 셀 어레이들을 포함하고, 상기 셀 어레이들은 상기 셀들의 전극 단자들 사이의 커넥터에 의해 서로 전기적으로 연결되고, J는 1보다 큰, 배터리 팩.
  101. 제48항에 있어서,
    상기 셀 어레이 내의 셀들의 양은 범위가 60개 내지 200개인, 배터리 팩.
  102. 제101항에 있어서,
    상기 셀 어레이 내의 셀들의 양은 범위가 80개 내지 150개인, 배터리 팩.
  103. 제48항에 있어서,
    상기 셀 어레이 내의 셀들 중 적어도 일부는 접착제에 의해 접합되는, 배터리 팩.
  104. 제48항에 있어서,
    열 교환 판을 더 포함하며, 상기 열 교환 판은 상기 셀 어레이의 상부 표면 상에 탑재되는, 배터리 팩.
  105. 제52항에 있어서,
    상기 배터리 몸체의 용적은 V이고, 상기 배터리 몸체의 높이(H)와 상기 배터리 몸체의 용적(V) 사이의 관계는 0.0001 mm-2 ≤ H/V ≤ 0.00015 mm-2인, 배터리 팩.
  106. 차량으로서,
    제1항 내지 제105항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는, 차량.
  107. 제106항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 차량의 최하부에 배치되고, 지지 부재가 상기 차량의 섀시에 고정식으로 연결되는, 차량.
  108. 제106항 또는 제107항에 있어서,
    상기 차량의 최하부에 배치되는 상기 배터리 팩을 포함하며, 방향 Q, 또는 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향, 또는 방향 Y는, 상기 차량의 차량 몸체의 폭 방향을 따라 배열되고, 방향 P, 또는 상기 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 폭 방향, 또는 방향 X는 상기 차량의 상기 차량 몸체의 길이 방향을 따라 배열되는, 차량.
  109. 제108항에 있어서,
    상기 방향 Q에서의 또는 상기 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따른 또는 상기 방향 Y를 따른 상기 배터리 팩의 폭(L3) 및 상기 차량 몸체의 폭(W)은 50 % ≤ L3/W ≤ 80 %를 충족하는, 차량.
  110. 제108항에 있어서,
    상기 방향 Q를 따른 또는 상기 셀을 에워싸는 가장 작은 직사각형의 길이 방향을 따른 또는 상기 방향 Y를 따른 복수의 셀들 각각의 크기(L') 및 상기 차량 몸체의 폭(W)은 46 % ≤ L'/W ≤ 76 %를 충족하는, 차량.
  111. 제107항에 있어서,
    차량 몸체의 폭(W)은 범위가 600 mm 내지 2000 mm인, 차량.
  112. 에너지 저장 디바이스로서,
    제1항 내지 제105항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
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