KR20210118441A

KR20210118441A - 배터리 팩

Info

Publication number: KR20210118441A
Application number: KR1020217026745A
Authority: KR
Inventors: 켄 용 로
Original assignee: 나라분다 테크놀로지 홀딩스 피티와이 엘티디
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-09-30
Also published as: CA3126409A1; EP3918651A4; EP3918651A1; AU2020213603A1; SG11202107500TA; JP2022518696A; WO2020154759A1; US20220102812A1; CN113366696A

Abstract

포터블 경량 배터리 팩(1)은 이격된 한 쌍의 엔드 플레이트들(2), 엔드 플레이트들(2) 사이에 개재된 복수의 셀들(4) 및 복수의 셀 링크들(5)로 구성된다. 각각의 엔드 플레이트(2)는 제1 판형 부분(6) 및 버스 플레이트(11)를 포함한다. 제1 부분(6)은 제1 표면(7) 및 제2 표면(8)을 가지며, 이격된 관계로 형성된 셀 수용 컷아웃들(9)의 배열, 및 셀 수용 컷아웃들(9) 중간에 제공된 유체 흐름 어퍼쳐들(10)의 배열을 포함한다. 버스 플레이트(11)는 실질적으로 층상 구성이고 전도성 재료로 형성되고 제1 부분(7)의 제1 표면(7)을 실질적으로 덮으며, 이격된 관계로 내부에 형성되고 상기 제1 부분(6)의 상기 셀 수용 컷아웃들(9)와 실질적으로 정렬되는 셀 연결 홀들(12)의 배열을 포함한다. 상기 제1 부분(6)의 상기 유체 흐름 어퍼쳐들(10)과 실질적으로 정렬되는 유체 흐름 오리피스들(13)의 배열이 또한 내부에 형성된다. 배터리 팩(1)은 일반적으로 캠핑, 광업 및 수많은 산업 응용 분야에서 전기 자동차 및 도로 사용 지원과 함께 사용될 수 있다.

Description

배터리 팩

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 특히 포터블 경량 배터리 팩에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 기계적으로 안전한 방식으로 배터리 셀을 수용하고 열 설계 및 우수한 전기적 성능에 최적화된 특별히 설계된 엔드 플레이트의 구성에 관한 것이다. 본 발명은 또한 배터리 팩들의 어셈블리, 시스템 및 엔드 플레이트, 배터리 팩 및/또는 배터리 어셈블리를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명은 이에 국한되지 않지만, 전기 자동차 및 도로 이용 지원, 캠핑, 광업 및 수많은 산업 응용 분야와 같은 소형, 경량 및/또는 포터블 에너지 공급 장치를 사용하는 것이 바람직한 다양한 응용 분야에 유용하다.

여기에서 공지된 선행 기술에 대한 임의의 언급은 반대 표시가 나타나지 않는 한, 그러한 선행 기술이 본 출원의 우선일에 본 발명과 관련된 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 알려져 있다는 것을 인정하는 것이 아니다.

특히, 포터블 응용분야용 배터리 팩들은 전기 전도도, 온도 조절, 기계적 강도, 무게 및 에너지 부피 밀도를 포함하는 종종 상충되는 성능 요구 사항들을 요구한다.

온도 조절 솔루션에 대한 다양한 시도들이 있었지만 대부분은 포터블 응용 분야에 과도한 무게를 가지고 있다. 예를 들어, 일부는 밀봉된 유체 채널을 통해 흐르는 액체를 사용한다. 이것들은 강제 대류를 통해 셀들로부터 열 에너지의 효율적이고 높은 처리량을 가능하게 하지만, 작동하려면 액체(라디에이터)에서 열을 발산하기 위한 추가 저장소(들), 펌핑 구성 요소들 및 구조물들이 필요하다. 액체 자체의 무게와 이러한 추가 구성 요소들은 전체 시스템 무게를 크게 증가시킨다. 액체의 큰 열용량은 상당한 가열 없이 열 에너지의 폭발을 효과적으로 흡수할 수 있기 때문에, 액체 냉각수의 사용은 높은 과도 부하를 경험하는 전기 자동차 또는 기타 장치에 사용하는 데 상당한 이점을 가질 수 있다. 이 이점은 배터리 팩이 연속 부하 상태인 경우에 느껴지지 않는다. 하지만, 이 경우 액체의 열용량이 포화되고 열 성능은 액체(라디에이터)에서 열을 발산하는 데 사용되는 구성 요소에 의해 제한된다. 따라서, 액체 냉각제 기반 시스템의 비용 이점은 제한적이다.

주변 환경으로의 직접 열 발산은 때때로 셀들에서 분리되고 환경으로 열을 발산하도록 최적화된 구조물로 열을 전달하는 고체 상태 구조물 또는 대안적으로 셀에 부착된 "히트 파이프"를 사용하여 수행된다. 유사하게, 일부 설계들은 열 발산을 개선하기 위해 셀 또는 배터리 팩의 구조에 직접 통합된 구조물들을 사용한다.

배터리 셀들 사이에 어떠한 냉각 구조나 공간도 없이 배터리가 단순히 셀들을 함께 포장하여 최대 에너지 부피 밀도 및 최소 무게를 추구하기 위한 다양한 시도가 이루어졌다. 이것은 에너지 부피 밀도를 최대화하지만 배터리 팩의 열 성능을 심각하게 제한한다.

그 밖에도 다양한 시도가 이루어졌다. 셀들을 기계적으로 연결하고 셀들 사이의 상대적인 위치를 유지하기 위해 셀들의 양단에 셀들이 장착되는 2개의 판형 구조물로 이루어진 프레임 구조물이 US 5578392 및 US7189473에 기술되어 있다. 이 두 시스템 모두 이러한 프레임 구조물에 추가 홀들을 포함하여 열 조절을 위해 셀들 사이의 공간을 통해 그리고 배터리 팩을 통해 유체가 흐를 수 있도록 하였지만, 그 설계가 최적화되지 않았다.

하나의 넓은 형태에서, 본 발명은

제1 표면 및 제2 표면을 갖는 실질적으로 판형 구성의 제1 부분, 상기 제1 부분은:

이격된 관계로 내부에 형성된 셀 수용 컷아웃들의 배열; 및

상기 셀 수용 컷아웃들 중간에 제공된 유체 흐름 어퍼쳐들의 배열;을 포함함;

그리고,

실질적으로 층상 구성이고 전도성 재료로 형성되며, 상기 제1 부분의 상기 제1 표면을 실질적으로 덮는 버스 플레이트, 상기 버스 플레이트는:

이격된 관계로 내부에 형성되고 상기 제1 부분의 상기 셀 수용 컷아둣들과 실질적으로 정렬되는 셀 연결 홀들의 배열; 및

내부에 형성되고 상기 제1 부분의 상기 유체 흐름 어퍼쳐들과 실질적으로 정렬되는 유체 흐름 오리피스의 배열을 포함함;을 포함하는 배터리 팩용 엔드 플레이트를 제공한다.

바람직하게는, 각 셀 수용 컷아웃은 사용시 상기 제1 부분의 제2 표면을 통해 수용된 셀의 진입이 제한되도록 성형된다.

또한, 바람직하게는, 상기 셀 수용 컷아웃의 표면 벽의 적어도 일부는:

숄더(shoulder); 립(lip); 단차(step); 또는, 경사(incline) 중 어느 하나 또는 조합을 포함한다.

바람직하게는, 상기 셀 수용 컷아웃들은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 임의의 다른 형상(이에 국한되지 않음)과 같은 그 내부에 삽입되도록 구성된 셀의 형상과 실질적으로 호환 가능한 형상이다.

또한 바람직하게는, 각각의 유체 흐름 어퍼쳐 및 각각의 유체 흐름 오리피스는 실질적으로 유사한 형상을 가지고, 함께 유체 흐름 채널의 일부를 형성한다.

또한 바람직하게는, 상기 제1 부분은 바람직하게는 60℃ 이상의 온도에도 견딜 수 있고 낮은 가연성을 갖는, 폴리카보네이트, 폴리아라미드 6/6 유리 섬유 강화, PTFE, PEEK 등(이에 국한되지 않음)과 같은 비전도성 재료로 적어도 부분적으로 형성된다.

또한 바람직하게는, 상기 버스 플레이트는 구리, 알루미늄, 니켈 등(이에 국한되지 않음)과 같은 금속과 같은 높은 전도성 재료 또는 그래핀 또는 전도성 중합체 또는 세라믹 재료(이에 국한되지 않음)과 같은 비금속 전도체 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성된다.

더 넓은 형태에서, 본 발명은

이격된 한 쌍의 엔드 플레이트들, 그 사이에 개재된 복수의 셀들, 및 복수의 셀 링크들을 포함하는 배터리 팩으로서,

각각의 엔드 플레이트는:

이격된 관계로 내부에 형성된 셀 수용 컷아웃들의 배열; 및

그리고,

이격된 관계로 내부에 형성되고 상기 제1 부분의 상기 셀 수용 컷아웃들과 실질적으로 정렬되는 셀 연결 홀들의 배열; 및

내부에 형성되고 상기 제1 부분의 상기 유체 흐름 어퍼쳐들과 실질적으로 정렬되는 유체 흐름 오리피스의 배열을 포함함;을 포함하고,

각각의 셀은 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부는 상기 엔드 플레이트들 중 제1 엔드 플레이트의 셀 수용 컷아웃에 작동적으로 결합되고, 상기 제2 단부는 상기 엔드 플레이트들 중 제2 엔드 플레이트의 셀 수용 컷아웃에 작동적으로 결합되고,

각각의 셀 링크는 각각의 셀의 각 단부에 있는 전극을 각각의 엔드 플레이트의 버스 플레이트에 전도적으로 연결하는, 배터리 팩을 제공한다.

바람직하게는, 각각의 셀 수용 컷아웃은 사용 시 상기 제1 부분의 제2 표면을 통해 수용된 셀의 진입이 제한되도록 형성되고, 상기 배터리의 각각의 단부가 상기 제1 부분의 제1 표면으로부터 이격된다.

또한 바람직하게는, 상기 셀 수용 컷아웃의 측 벽의 적어도 일부는:

바람직하게는, 상기 제1 부분은 등을 맞대고 위치된 한 쌍의 절연 패널들을 포함하고, 여기서, 제1 절연 패널에서, 각각의 셀 수용 컷아웃은 셀의 단부가 그 안에 끼워질 수 있도록 치수가 정해지고, 제2 절연 패널에서, 각각의 셀 수용 컷아웃은 셀의 각각의 단부가 셀의 단부의 주변 림에 접하도록 그 내부에 끼워지는 것을 방해하도록 치수가 정해진다.

또한 바람직하게는, 상기 셀 수용 컷아웃들은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 임의의 다른 형상(이에 국한되지 않음)과 같은 그 내부에 삽입되도록 구성된 셀의 형상과 실질적으로 호환 가능한 형상이다.

바람직하게는, 각각의 유체 흐름 오리피스 및 각각의 유체 흐름 어퍼쳐는 실질적으로 유사한 형상을 가지고 실질적으로 정렬되어, 함께 유체 흐름 채널의 일부를 형성한다.

바람직하게는, 상기 제1 부분은 바람직하게는 60℃ 이상의 온도에도 견딜 수 있고 낮은 가연성을 갖는, 폴리카보네이트, 폴리아라미드 6/6 유리 섬유 강화, PTFE, PEEK 등(이에 국한되지 않음)과 같은 비전도성 재료로 적어도 부분적으로 형성된다.

바람직하게는, 상기 버스 플레이트는 구리, 알루미늄, 니켈 등(이에 국한되지 않음)과 같은 금속과 같은 높은 전도성 재료 또는 그래핀 또는 전도성 중합체 또는 세라믹 재료(이에 국한되지 않음)과 같은 비금속 전도체 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성된다.

더 넓은 형태에서, 본 발명은 직렬 및/또는 병렬로 연결된 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 복수의 배터리 팩들을 포함하는 배터리 어셈블리를 제공한다.

바람직하게는, 배터리 어셈블리는 인접하게 배치된 배터리 팩들의 버스 플레이트들을 연결하는 링크 플레이트를 포함한다.

더 넓은 형태에서, 본 발명은 한 쌍의 엔드 플레이트들 사이에 복수의 배터리 셀들을 끼우는 단계를 포함하는 배터리 팩을 형성하는 방법을 제공한다.

바람직하게는, 방법은 각각의 엔드 플레이트의 버스 플레이트에 각각의 셀을 연결하기 위해 셀 링크를 부착하는 단계를 더 포함하는 배터리 팩을 형성하는 방법을 포함한다.

더 넓은 형태에서, 본 발명은 링크 부재를 사용하여 2 이상의 배터리 팩들을 연결하는 단계를 포함하는, 배터리 어셈블리를 형성하는 방법을 제공한다.

본 발명은 첨부 도면들과 관련하여 기술된 바람직하지만 비제한적인 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 배터리 팩의 바람직한 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 실시예의 분해도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 대안적인 바람직한 실시예의 분해도를 도시한다.
도 4는 배터리 팩의 엔드 플레이트 구성요소의 바람직한 실시예의 사시도를 도시한다.
도 5는 도 4에 도시된 엔드 플레이트 구성요소의 절단도를 도시한다.
도 6은 도 1에 도시된 배터리 팩의 절단도를 도시한다.
도 7은 셀 컷아웃 및 유체 흐름 어퍼쳐/오리피스 패턴의 바람직한 배열의 평면도를 도시한다.
도 8은 도 7의 홀 배열이 어떻게 정의될 수 있는지를 도시한다.
도 9는 홀 배열의 비교 분석을 도시한다.
도 10은 대안적인 삼각형 홀 배열을 도시한다.
도 11은 대안적인 육각형 홀 배열을 도시한다.
도 12는 배터리 팩의 셀 링크 구성요소의 바람직한 실시예의 사시도를 도시한다.
도 13은 셀 링크들을 포함하는 배터리 팩의 평면도를 도시한다.
도 14는 도 14(a) 및 14(b)에서 각각 버스 플레이트를 셀들에 연결하는 셀 링크들을 보여주는 단면도 및 사시도를 도시한다.
도 15는 셀 링크 배열의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 16은 다중 배터리 팩의 어셈블리를 도시한다.
도 17은 전도성 링크 플레이트에 의해 연결된 한 쌍의 배터리 팩들을 도시한다.
도 18은 버스 플레이트에 연결하기 위해 사용되는 아이/링 크림프(eye/ring crimp) 배열을 도시한다.
도 19는 도 17의 한 쌍의 배터리 팩들의 사시도로서, 배터리 팩들을 장착하는데 사용되는 나사산 인서트들을 도시한다.
도 20은 분할된 버스 플레이트를 갖는 본 발명의 변형예의 사시도를 도시한다.
도 21은 도 20의 실시예의 분해도를 도시한다.
도 22는 대안적인 직사각형 셀 배열을 도시한다.
그리고, 도 23은 도 22의 홀 배열의 세부사항을 도시한다.

도면 전체에 걸쳐, 명시적으로 달리 표시된 경우를 제외하고, 유사한 특징을 식별하기 위해 유사한 번호가 사용될 것이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 팩(1)은 이격된 한 쌍의 엔드 플레이트들(end plates)(2, 3)과, 이들 사이에 개재된 복수의 전기 에너지 셀(4), 이하 간단히 셀(4)이라 함, 및, 다수의 셀 링크들(5)을 포함한다.

각각의 엔드 플레이트(2)는 바람직하게는 제1 부분(6) 및 버스 플레이트(bus plate)(11)를 포함하도록 구현된다.

각각의 제1 부분(6)은 적어도 부분적으로 비전도성 또는 절연성 재료로 형성될 수 있고, 설명의 편의를 위해 제1 표면(7) 및 제2 표면(8)을 포함하도록 정의될 수 있다. 각각의 엔드 플레이트(2)의 각각의 제1 부분(6)은 바람직하게는 이격된 관계로 내부에 형성된 셀 수용 컷아웃들(cutouts)(9)의 배열, 및 셀 수용 컷아웃들(9) 중간에 제공된 유체 흐름 어퍼쳐들(apertures)(10)의 배열을 포함한다.

바람직하게는 실질적으로 층상 구성이고 전도성 재료로 형성된 버스 플레이트(11)는 실질적으로 상기 제1 부분(6)의 제1 표면(7)을 덮는다.

버스 플레이트(11)는 이격된 관계로 내부에 형성된 셀 연결 홀들(holes)(12)의 배열을 포함하고, 이들은 바람직하게는 상기 제1 부분(6)의 상기 셀 수용 컷아웃들(9)와 실질적으로 정렬된다. 버스 플레이트(11)는 또한 바람직하게 내부에 형성된 유체 흐름 오리피스들(orifices)(13)의 배열을 포함하며, 이는 상기 절연된 제1 부분(6)의 상기 유체 흐름 어퍼쳐들(10)과 실질적으로 정렬되며, 각각의 오리피스(13) 및 어퍼쳐(10)은 함께 유체 흐름 채널(21)의 일단을 정의한다.

각각의 유체 흐름 채널(21)은 도 6에 도시된 바와 같이 상부 및 하부 엔드 플레이트들(2) 사이, 그리고 그들 사이에서 셀들(4) 사이의 공간에서 연장된다. 유체 흐름 채널(21)은 유체가 셀들(4)을 지나 흐르도록 하여 셀들(4)의 열 조절을 돕는다.

셀들(4)이 서로 이격되어 있는 방식으로 셀들(4)을 기계적으로 지지하기 위한 엔드 플레이트들(2)의 위치는 셀들의 최적화된 열 조절 및 그에 따른 배터리 팩(1)의 최적화된 성능을 초래한다.

각각의 셀(4)은 설명의 편의를 위해 제1 단부(14) 및 제2 단부(15)를 포함하도록 정의될 수 있다. 셀의 제1 단부(14)는 바람직하게는 상기 엔드 플레이트들(6) 중 제1 엔드 플레이트의 셀 수용 컷아웃(9)에 작동 가능하게 결합되고, 셀의 제2 단부(15)는 바람직하게는 상기 엔드 플레이트들(6) 중 제2 엔드 플레이트의 셀 수용 컷아웃(9)에 작동 가능하게 결합된다.

도 12에 상세히 설명된 바와 같이, 각각의 셀 링크(5)는 바람직하게는 각각의 상기 셀(4)의 각각의 단부(14 또는 15)에서 전극(29)을 각각의 엔드 플레이트(2)의 버스 플레이트(11)에 전도적으로 연결한다. 이것은 도 13, 14(a) 및 14(b)에 도시되어 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 셀 수용 컷아웃(9)은 바람직하게는 사용 시에 상기 제1 부분(6)의 제2 표면을 통해 수용된 셀(4)의 진입이 제한되어, 따라서 배터리(4)의 각각의 단부(14 또는 15)가 상기 제1 부분(6)의 제1 표면(7)으로부터 이격된다.

셀 수용 컷아웃(9)의 측벽의 적어도 일부는 바람직하게는 숄더(shoulder)(16), 단차(step), 경사(incline), 립(lip) 등 중 임의의 하나 또는 조합을 포함한다. 이것은 셀(4)의 진입을 제한하고 셀(4)을 제1 부분(6)의 제1 표면(7)으로부터 이격되게 유지하고, 따라서 버스 플레이트(11)로부터 분리되도록 한다. 셀 수용 컷아웃(9) 내로 셀(4)의 이러한 압입 또는 억지 끼워맞춤은, 본 발명의 일 실시예에서, 배터리 팩(1)의 빠르고 쉬운 조립을 용이하게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 접착제를 사용하여 엔드 플레이트(2)에 셀들(4)을 접합하는 것이 바람직할 수 있다.

도 3의 실시예에 도시된 바와 같이, 제1 부분(6)은 일 형태로 개별적으로 형성되고 그 다음 등을 맞대어 위치되는 한 쌍의 패널들(17, 18)로서 구현될 수 있다. 즉, 제1 패널(17)에서 각 셀 수용 컷아웃(9)은 셀(4)의 단부(14)가 그 안에 끼워질 수 있도록 치수가 지정되고, 제2 패널(18)에서 각 셀 수용 컷아웃(9)은 셀(4)의 각 단부(14)가 그 안에 끼워지는 것이 방해하도록 치수가 지정되고, 오히려 셀(4)의 단부의 주변 림과 접한다.

제1 부분(6)은 전체적으로 또는 부분적으로만 비전도성 또는 절연성 재료로 형성될 수 있다. 제1 부분(6)의 중요한 측면은 버스 플레이트(11)에 인접하여 전기 전도성이 없다는 것, 즉 전체 구성요소가 전기를 전도하는 것을 방지하기 위해 비전도성 장벽을 포함한다는 점이다. 따라서, 제1 부분(6)의 나머지 부분은 전기적으로 전도할 수 있는 물질로 형성될 수 있거나, 또는 반도체 물질로 형성될 수 있다.

셀 수용 컷아웃들(9)은 예를 들어 각 셀(4)을 컷아웃(9) 내로 눌러 그 안에 유지되도록 함으로써 모양을 보완하고 셀(4)에 적절하게 맞는 임의의 원하는 모양일 수 있다. 도 6의 실시예는 원형 셀들(4)와 호환되는 원형 단면 형상의 셀 수용 컷아웃(9)을 나타내지만, 셀들/컷아웃들은 정사각형, 직사각형 또는 임의의 다른 호환 가능한 단면 형상일 수 있다.

또한, 바람직한 형태에서, 각각의 유체 흐름 어퍼쳐(10) 및 각각의 유체 흐름 오리피스(13)는 실질적으로 유사한 형상을 가지며, 이들은 각각의 엔드 플레이트(2)를 통해 유체 흐름 채널(21)의 일부를 정의하도록 실질적으로 서로 정렬된다.

배터리 팩(1)은 바람직하게 제1 부분(6)이 적어도 부분적으로 비전도성 재료로 형성되고, 바람직하게는 60℃ 이상의 온도에 견딜 수 있고 낮은 가연성을 갖는 것으로 구현된다. 예들은 폴리카보네이트, 폴리아라미드 6/6 유리 섬유 강화, PTFE, PEEK 등이 포함될 수 있지만 이에 국한되지 않는다.

제1 부분(6)은 전체적으로 비전도성 재료로 형성될 수 있거나 대안적으로 구성요소 전체가 전기를 전도하는 것을 방지하기 위해 사용되는 비전도성 장벽(들)을 가진 전도성 재료, 예를 들어, 이에 국한되지 않으나, 얇은 비전도성 플라스틱 시트로 적층된 판금을 사용하여 형성될 수 있다.

버스 플레이트(11)는 바람직하게는 이에 국한되지 않으나 구리, 알루미늄, 니켈 등과 같은 금속 또는 이에 국한되지 않으나 그래핀, 전도성 폴리머 또는 세라믹 재료와 같은 비금속 도체와 같은 높은 전도성 재료 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성된다.

온도 조절을 위해 액체 또는 기체를 포함한 모든 유체가 사용될 수 있지만, 본 발명은 바람직하게는 공기를 '유체'로 사용한다. 이것은 배터리 팩의 무게를 최소화한다.

사용 시, 복수의 배터리 팩들(1)은 도 16 및 17에 도시된 바와 같이 배터리 어셈블리(20)를 형성하기 위해 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 이것은 인접하게 배치된 배터리 팩들(1)의 버스 플레이트들(11)을 연결하기 위해 링크 플레이트(19)를 사용하여 구현될 수 있다.

도 20 및 21은 각각 본 발명의 배터리 팩(1)의 다른 바람직한 실시예의 사시도 및 분해도를 도시하고, 배터리 팩(1)의 일측에 있는 버스 플레이트(11)는 2개의 전기적으로 절연된 섹션들(11a 및 11b)으로 분할되고, 셀들(4)은 2개의 서브세트(4a 및 4b)로 배열되어 2 개의 서브세트들의 전압이 합산된다. 이 실시예에서, 셀들(4a, 4b)은 효과적으로 직렬로 연결되어 더 높은 출력 전압이 달성된다.

본 발명이 배터리 팩에 관한 것으로 앞서 설명되었지만, 본 발명은 또한 특히 배터리 팩(1)의 엔드 플레이트들(2)을 포함하는 배터리 팩의 개별 구성요소들에 관한 것으로 이해될 것이다. 본 발명의 개별 구성요소는 다음과 같이 보다 상세하게 설명될 것이다:

전기 에너지 셀

배터리 팩(1)은 전기적으로 기계적으로 연결된 복수의 전기 에너지 셀들(4)로 구성된다. 이러한 전기 에너지 셀들(4)은 리튬 이온 셀, 리튬 금속 셀, 니켈 금속 셀 또는 납산 셀, 플로우 배터리 셀 및 양성자 교환막 퓨얼 셀 같은 퓨얼 셀 등의 전기화학 셀들일 수 있지만 이에 국한되지 않는 전기 에너지를 출력할 수 있는 독립형 유닛들이다. 플로우 배터리 셀 및 퓨얼 셀의 경우 가스 배출 기능이 대신에 반응 화학 물질의 입력 및 반응 생성물의 출력에 사용된다.

바람직한 실시예는 원통형 셀들(4)을 사용하여 도시되지만 본 발명은 직사각형 또는 다른 각형 셀을 사용하여 구현될 수도 있다. 셀들의 기계적 구조를 이용한 설계로 인해, 셀들(4)은 기계적 하중을 견딜 수 있는 강체를 갖는 것이 바람직하다. '파우치' 셀을 활용하는 실시예는 배터리 팩 구조를 유지하기 위해 셀들의 강화 또는 외부 프레임을 포함한다.

엔드-플레이트-프레임

에너지 셀들(4)은 단순히 엔드 플레이트(2)라고도 하는 엔드-플레이트-프레임 구조(2)에 의해 기계적으로 제자리에 유지된다. 이들은 셀들(4)이 끼워지고 유지되는 복수의 구멍들이 있는 플레이트형 구조(2)로 구성된다. 셀들(4)은 한 쌍의 엔드-플레이트-프레임들(2) 사이에 끼워진다. 구멍(9)의 끝단의 외부 대면 표면(7)에 있는 구멍들(9)의 가장자리 주의의 립(16)은 구멍들(9) 내로 셀들(4)의 진입을 제한하고 셀(4)의 끝단과 엔드 프레임(2)의 외부 면에 통합된 버스 플레이트(11) 사이에 간격을 생성한다. 셀(4)을 위치시키고 기계적으로 고정하는 구멍들(9)은 그 사이에 간격을 두고 위치되어 설치된 셀들(4)이 서로 직접 접촉하지 않고 셀들(4) 사이의 틈새 공간이 상호 연결되도록 한다.

엔드-플레이트-프레임(2)은 바람직하게는 작동 중에 직면할 수 있는 60℃ 이상의 가능한 온도에도 견딜 수 있고 가연성이 낮은 비전도성 재료(예: 폴리카보네이트, 폴리아라미드 6/6 유리 섬유 강화, PTFE, PEEK)로 적어도 부분적으로 만들어진 제1 부분(6)을 포함한다. 엔드-플레이트-프레임(2)의 제1 부분(6)은 전체가 비전도성 재료로 형성될 수 있거나 대안적으로 구성요소가 전체로서 전기를 전도하는 것을 방지하는 데 사용되는 비전도성 장벽(들)을 갖는 전도성 재료, 예를 들어, 이에 국한되지 않으나, 얇은 비전도성 플라스틱 시트로 적층된 성형 판금을 사용하여 형성될 수 있다.

또한, 엔드-플레이트-프레임(2)을 구성하는 것은 버스 플레이트(11)이며, 이는 바람직하게는 실질적으로 층상 구성이고 전도성 재료로 형성되어 실질적으로 제1 부분(6)의 제1 표면(7)을 덮는다.

셀들(4)은 접착제를 사용하여 엔드-프레임-플레이트들(2)에 기계적으로 결합되거나 엔드-프레임-플레이트(2) 및 엔드-프레임-플레이트(2)를 고정하는 데 사용되는 외부 프레임 구조에 압입 또는 억지 끼워맞춤될 수 있다. 셀(4)이 그 사이에 끼워진다.

엔드-프레임-플레이트들(2)은 셀들(4)의 양극 또는 음극에 부착된 엔드-프레임-플레이트(2)의 식별을 돕기 위해 착색될 수 있다.

틈새 열 조절 유체 흐름 채널들 및 홀들

엔드 플레이트(2)의 셀 컷아웃들(9) 사이의 틈새 공간들에는 유체 흐름 채널들(21)의 단부들을 형성하는 유체 흐름 홀들(24)이 있다. 각각의 채널(21)은 유체 흐름 홀들(24)을 함께 형성하는 엔드 플레이트들의 정렬된 유체 흐름 어퍼쳐들(10) 및 유체 흐름 오리피스들(13), 및 셀들(4)에 인접한 엔드 플레이트들 사이의 공간에 의해 형성된다. 유체 유동 채널들(21)은 셀들(4) 사이의 틈새 공간들을 통한 유체의 흐름을 가능하게 한다. 유체 유동 채널들(21)은 열 조절을 가능하게 한다(주로 냉각하지만 가열에도 사용될 수 있음). 즉, 유체 유동 채널들(21)은 셀들(4)의 축 방향을 따라 열 조절 유체의 흐름을 가능하게 한다.

도 7, 8, 9, 10 및 11에 도시된 바와 같이, 유체 흐름 어퍼쳐들(10) 및 유체 흐름 오리피스들(13)로 구성된 유체 흐름 홀들(24)의 형상은 오프셋을 가지며 셀 컷아웃들(9)의 둘레를 추적하는 가상 "오프셋 형상들"(30)에 의해 형성될 수 있고, 인접한 가상 오프셋 형상들의 둘레가 중첩된다. 유체 흐름 홀은 겹치는 가상 오프셋 형상들(30) 사이의 중앙 틈새 영역에 의해 형성된다.

도 7 및 8에 도시된 바와 같이 정사각형 패킹 배열로 배열된 원형 셀 컷아웃들(9)의 경우, 이는 대략 다이아몬드 형상이지만 오목한 만곡면을 갖는 형상을 초래한다. 유체 흐름 홀들(24)의 모서리들은 엔드 플레이트(2)의 균열을 초래할 수 있는 응력 집중을 방지하기 위해 "필렛(filleted)"될 수 있다. 유체 흐름 홀들(24)의 기하학적 구조를 정의하는 이 방법은 셀 컷아웃들(9) 주위의 재료의 일정한 두께를 유지하면서 가능한 최대 표면적 구멍을 생성하고, 이로써 중량을 줄이고 유체 흐름의 효율성을 최대화하면서 기계적 무결성을 유지한다.

버스 플레이트

엔드 플레이트(2)에는 버스 플레이트(11) 통합되어 있다. 이 버스 플레이트(11)는 다수의 셀들로부터 전류를 수집하여 셀들(4)을 전기적으로 연결하는 데 사용되는 전도성 물질로 형성된다. 버스 플레이트(11)는 바람직하게는 이에 국한되지 않으나 구리, 알루미늄, 니켈 등과 같은 금속 또는 이에 국한되지 않으나 그래핀, 전도성 폴리머 또는 세라믹 재료와 같은 비금속 도체와 같은 높은 전도성 재료 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성된다.

오리피스들(13)은 아래에 있는 엔드-프레임-플레이트 절연 구성요소의 유체 흐름 어퍼쳐(10)와 일치하도록 버스 플레이트(11)에 제공되고, 함께 유체 흐름 구멍(24)을 형성한다. 셀 장착 홀들(9) 위에 위치한 홀들 또는 컷아웃들(12)은 일반적으로 아래에 있는 셀 컷아웃(9)과 다른 크기를 갖는다. 버스 플레이트(11)는 셀들(4)에 직접 연결되지 않는다. 대신에, 셀 컷아웃들(9) 위에 위치한 컷아웃들(12)은 버스 플레이트(11)의 표면에 대해 오프셋된 평면 상에 있는 셀들(4)의 전극들에 버스 플레이트(11)를 연결하는 셀 링크(5)를 위한 위치를 제공한다. 이 오프셋 및 연결 홀들(12)은 셀들(4)에서 배출되는 가스의 경로를 유지하는 데 중요하다. 버스 플레이트(11)가 배출되는 가스의 경로 없이 셀들(4)에 직접 연결되는 경우, 이는 가스 포획으로 인한 안전 위험을 초래할 수 있다. 이 경로는 퓨얼 셀 및 플로우 배터리 셀과 같은 일부 유형의 에너지 셀에서 소비 및 생성되는 화학 물질의 전달 및 제거에도 사용될 수 있다. 버스 플레이트(11)의 표면적을 최대화하여 전도성을 최대화하는 동시에 셀 링크들(5)을 설치하고 셀들(4)의 환기를 허용하기에 충분한 접근을 허용하기 위해 셀 링크 홀들(12)의 크기는 바람직하게는 최소화된다.

버스 플레이트(11)는 오버-몰딩(over-moulding) 또는 접착제에 의해 엔드-플레이트-프레임(2)에 통합될 수 있다. 셀들(4)에서 가스를 배출하기 위한 경로를 허용하기 위해 셀 컷아웃(9) 바로 위에 버스 플레이트(11)를 지지하는 엔드-프레임-플레이트 재료가 없다. 버스 플레이트(11) 아래의 다른 영역에서, 버스 플레이트(11) 아래의 엔드-플레이트-프레임의 존재는 버스 플레이트(11)의 구조적 무결성을 유지하는 데 도움이 된다.

버스 플레이트(11)의 열 성능은 버스 플레이트(11) 표면에서 돌출되거나 틈새 유체 흐름 어퍼쳐들(10)로 침투하여 버스 플레이트(11)와 열 조절 유체 흐름의 더 나은 열 결합을 가능하게 하는 '핀들(fins)'에 의해 더욱 개선될 수 있다. 그러나, 이것은 복잡성, 무게 및 점유 공간이 추가된다는 단점이 있다.

셀 링크들

설계는 바람직하게는 가용성(fusible) 셀 링크들(5)을 구현한다. 가용성 링크는 버스 플레이트(11)와의 연결을 위한 패드(25), 셀 전극(29)과의 연결을 위한 패드(26) 및 둘 사이의 가용성 도체(27)를 포함할 수 있다. 버스 플레이트 연결 패드(25)는 솔더링에 의해 버스 플레이트(11)에 접합될 수 있거나, 저항, 레이저 또는 초음파 용접 공정을 사용하여 직접 용접될 수 있다. 버스 플레이트 연결 패드(25)는 버스 플레이트 연결 패드(25)를 따라 직선 모서리를 사용하는 것과 비교하여 응력 집중을 줄이고 버스 플레이트 연결 패드(25)의 둘레를 증가시키고 그에 의해 특히 솔더링 또는 저항 용접을 위한 접합 효율이 증가하기 위해 구불구불한 모서리를 특징으로 하지만 요구하지 않는다.전기 에너지 셀(4)로 및 전기 에너지 셀(4)로부터의 가스 배출 또는 화학 물질의 전달 및 제거를 위한 앞서 설명한 오프셋 버스 플레이트(11) 및 셀(4) 전극에 연결하기 위해서, 버스 플레이트 연결 패드(25)와 셀 전극 연결 패드(26) 평면들은 평행하지만 그들 사이의 가용성 도체(27)는 버스 플레이트 연결 패드(25)와 셀 전극 연결 패드(26)의 평면 사이에 오프셋을 생성하도록 각이 이루고 있다. 전지 연결 패드(26)는 통상적인 사용 하에서 예상되는 전류 흐름의 방향에 평행하게 배향된 분할(split)을 나타낸다. 이 분할은 셀(4) 전극에 대한 셀 연결 패드(26)의 저항 용접을 돕기 위해 선택적으로 포함될 수 있지만 레이저 용접, 초음파 용접 또는 펄스 아크 용접과 같은 접합의 대안적인 방법에는 필요하지 않을 것이다.

셀 링크(5)의 가용성 도체 섹션(27)은 좁은 단면적을 갖는 도체 섹션으로 구성된다. 이 좁은 단면적은 단락(short circuit) 고장 이벤트에서 옴 가열로 인해 가용성 도체 섹션의 파괴를 유발하기에 충분한 집중 전류 영역을 생성한다. 따라서, 연결된 셀에 대한 전기적 연결을 차단하고 퓨즈의 일반적인 동작과 같이 연결된 셀 및 배터리 팩의 손상을 제한한다.

가용성 셀 링크들은 나사 단자 셀에 연결하기 위한 홀(hole)을 포함하는 셀 연결 패드가 있는 링크를 사용하여 생성할 수도 있다. 도 15에 도시된 바와 같이 가용성 셀 링크(5)를 구현하기 위해 시트(sheet) 재료 대신 가용성 와이어(wire)를 사용하는 것도 가능하다.

녹도록 설계되지 않은 일반 셀 링크도 안전성의 저하를 감수하면서 실시예들에서 구현될 수 있다. 대부분의 상업용 최신 리튬 이온 전지 설계에는 정온 계수(PTC) 구성 요소 및 전류 차단 장치(CID)와 같은 내부 장치가 통합되어 있어 단락 또는 기타 오류 발생 시 안전을 보장한다. 그러한 전기 에너지 셀을 사용하여 본 발명을 구현할 때, 가용성 셀 링크의 사용은 안전이 중복된다.

본드 링크(5)가 본 발명의 바람직한 실시예와 함께 사용하기 위해 여기에 설명되었지만, 셀들(4)에 단단히 결합되지 않은 셀 링크들이 사용될 수 있지만, 진동 또는 충격 조건 하에서 접촉이 유지되는 것을 보장하는 편향된 셀 링크 배열을 사용하여 높은 전도성 접촉을 유지하도록 설계될 수 있음을 이해할 것이다.

열 조절 유체 흐름의 구동

온도를 조절하기 위해 배터리 팩(1)을 통한 공기 또는 다른 유체(액체 또는 기체 포함)와 같은 유체의 흐름은 자연 대류 및 강제 대류 모두에 의해 달성될 수 있다. 유체 흐름 채널들(21) 내의 셀들(4)의 높은 흐름 효율 및 넓은 노출 영역을 위한 배터리 팩(1)의 설계는 자연 대류에 의해 열 조절 유체 흐름이 배터리 팩(1)을 통해 자체 구동될 수 있음을 의미한다. 자연 대류는 배터리 팩(1)이 중력에 대해 수직으로 정렬된 반대쪽들에 유체 흐름 홀들(24)을 갖도록 배향되어 배터리 팩을 통한 수직 자연 대류 구동 유체 흐름을 촉진할 때 가장 효율적으로 발생한다. 다른 배향의 배터리 팩(1)에서도 자연 대류가 여전히 발생하지만 덜 효율적이다.

자연 대류가 배터리 팩(1)을 통한 적절한 열 조절 유체 흐름을 구동하기에 불충분한 경우 강제 대류가 사용될 수 있다. 강제 대류는 배터리를 통해 유체의 흐름을 유도하거나 동기를 부여하기 위해 팬을 가까이에 배치함으로써 간단히 달성될 수 있다. 강제 대류는 배터리 팩을 통해 강제 유체 흐름을 유도하는 매니폴드 시스템에 의해 달성될 수도 있다.

전기적으로 배터리 팩들을 연결하기

전류 및 전력을 끌어오기 위한 배터리 팩(1)에 대한 전기적 연결은 도 17 및 18에 도시된 바와 같이, 종래의 버스 플레이트 또는 버스바(busbar) 커넥터들(28)의 부착을 허용하는 나사 구멍들이 있는 버스 플레이트(11) 상의 영역에 의해 수행된다.

버스 플레이트 연결 영역은 여러 배터리 팩들(1)을 연결하는 수단으로도 사용된다. 한 배터리 팩(1)의 양극 버스 플레이트는 두 팩의 전압을 합산하기 위해 다른 배터리 팩(1)의 음극 버스 플레이트에 연결될 수 있다.

또는, 팩들(1)을 양극에서 양극으로 연결하여 두 팩들(1)의 현재 용량을 합산할 수 있다.

팩의 반대쪽에 있는 엔드 플레이트들(2)은 반대쪽 플레이트들에 대한 버스 플레이트 연결 영역들이 배터리 팩(1)의 반대쪽 모서리들에 위치하도록 배향된다. 상단 및 하단 전극의 반대쪽 모서리에 있는 버스 플레이트 연결 영역의 위치는 직렬로 2 개 이상의 배터리 팩을 효율적으로 연결할 수 있습니다.

기계적으로 배터리 팩들을 연결하기

배터리 팩(들)이 사용되는 인클로저/시스템에 대한 배터리 팩(1)의 기계적 연결은 도 19에 도시된 바와 같이 엔드-플레이트-프레임들에 내장된 나사산 인서트들(22)에 나사를 조임으로써 달성된다. 나사산 인서트(22)는 오버 몰딩 또는 접착제에 의해 엔드-프레임-플레이트(2)의 홀들에 삽입된다. 배터리 팩들(1)을 장착하기 위한 프레임 구조물들(23)은 도 16에 도시된 바와 같이 나사산 인서트들(22)을 통해 엔드-프레임-플레이트들에 나사로 고정될 수 있다.

대안적인 실시예들

도 3에는 더 단순한 기하학적 구조를 갖는 대안적인 실시예가 도시되어 있고 엔드 플레이트(2)의 제1 부분(6)은 2D 절단(예: 라우팅, 워터젯 절단, 레이저 절단) 시트들로 제작될 수 있도록 하는 셀 스페이서 패널(17) 및 버스 플레이트 스탠드오프 패널(18)로 분할된다.

대안적인 셀 패킹 배열

셀 패킹 배열의 다른 구성은 도 10, 11, 22 및 23에 도시된다.

도 10은 원형 셀들(4)을 사용하는 삼각형 배열을 나타내고 도 11은 원형 셀들(4)을 사용하는 육각형 배열을 나타내는 반면, 도 22 및 23은 직사각형 모양의 셀들(4)을 사용하는 다른 배열을 나타낸다.

도 10에 도시된 바와 같은 삼각형 셀 패킹 실시예는 배터리 팩의 셀 밀도를 개선하지만 열 조절 유체 흐름 효율을 감소시킨다. 틈새 유체 유동 채널(21) 및 홀들(24)은 훨씬 작아야 한다. 배터리 팩 밀도 향상을 위해 열 성능이 희생된다.

도 11과 같이 육각형 배열을 사용하여 일반 셀 패킹도 가능하다. 이 구현은 유체 흐름에 사용할 수 있는 단면적을 늘리고 셀 밀도를 크게 줄인다. 이렇게 하면 열 성능이 향상되지만 배터리 팩 밀도가 크게 저하된다.

도 22 및 23은 직사각형 모양의 셀(4)을 사용하는 다양한 셀 패키징 배열을 도시하고, 도 22는 직사각형 셀 컷아웃들(4)을 사용하는 엔드 플레이트 형상을 도시하고, 도 23은 직사각형 셀 배열을 위한 유체 흐름 채널을 정의하는 데 사용되는 오프셋 형상들(30)을 보여주는 유체 흐름 홀들을 자세히 설명한다.

통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 임의의 원하는 형상의 셀들(4)이 본 발명에서 사용될 수 있고, 따라서 다양한 형상의 유체 유동 채널들(21)이 결과적으로 배터리 팩(1)의 열 성능 특성을 최적화하도록 선택될 수 있다.

더 높은 전압을 위한 직렬 셀들

이전에 설명된 실시예들은 모두 단일 "직렬(series)" 구성이다. 즉, 배터리 팩들은 셀들의 양극들이 다른 양극들에만 연결되고 음극들이 다른 음극들에만 연결되도록 배열된 모든 셀들(4)로 구성된다. 이것은 고전류 용량의 배터리 팩(1)을 생성하지만 개별 셀(4)의 출력과 동일한 전압 출력만 생성한다. 더 높은 전압의 배터리 팩을 구성하기 위해 셀들은 "직렬로" 연결된다. 즉, 셀들(4)의 서브세트는 그 양극들이 셀들(4)의 다른 서브세트의 음극들에 연결된다. 이것은 "전기적으로 배터리 팩 연결하기"라는 표제 하에 전술한 바와 같이 별도의 배터리 팩(1)을 연결함으로써 달성될 수 있지만, 전류 용량을 희생시키면서 배터리 팩(1)의 출력을 높이기 위해 배터리 팩(1) 내에서 수행될 수도 있다.

더 높은 전압의 배터리 팩(1)을 생산하기 위해 버스 플레이트(11)는 배터리 팩의 한쪽 또는 양쪽 측면에서 2개 이상의 전기적으로 절연된 섹션들로 분할될 수 있다. 셀들의 각 '직렬' 서브세트는 모두 전기적으로 연결된 양극들 및 별도로 배터리 팩의 반대쪽에 전기적으로 연결된 모든 음극들을 가진다. '직렬' 서브세트의 양극들은 다른 인접한 직렬 서브세트의 음극들에도 연결된다. 유사하게, 직렬 서브세트의 음극들은 다른 인접한 직렬 서브세트의 양극들에 연결된다. 교호의 직렬 서브세트들은 배터리 팩의 한쪽 면에서 양극들을 음극들에 연결하거나 음극들을 양극들에 연결할 수 있도록 배터리 팩의 방향을 뒤집었다. 이러한 방식으로 직렬 서브세트들은 각 직렬 서브세트의 전압이 합산되어 더 높은 전압을 생성하도록 '직렬로' 순차적으로 연결된다. 직렬로 연결된 셀들(4a 및 4b)의 2개의 서브세트들을 사용하는 이 고전압 배터리 팩의 실시예가 도 20 및 도 21에 도시되어 있다.

일부 유형의 전기 에너지 셀들에 대한 반응물 및 생성물 화학 물질 경로들

앞서 언급한 바와 같이, 설계는 주로 밀봉된 전기화학 셀들을 사용할 때 일부 상황에서 생성될 수 있는 셀(4)로부터 가스를 배출하기 위한 목적으로 셀 전극들에 대한 개방 경로를 특징으로 한다. 버스 플레이트 링크 홀(12), 엔드-프레임-플레이트 셀 홀 립(16) 및 셀 링크(5)에 의해 형성된 이 경로는 일부 유형의 전기 에너지 셀에서 소비되는 반응물 화학 물질 및 일부 유형의 전기 에너지 셀에서 생산되는 생성물/폐기물 화학 물질의 전달 및 제거를 위한 경로로 사용될 수 있다. 예를 들어, 수소 퓨얼 셀 또는 플로우 배터리 셀 구현들은 파이프를 추가하고 링크 홀(12)을 확장하여 전기 에너지 셀의 작동에 필요한 화학 물질의 전달 및 제거를 허용할 수 있다.

본 발명은 일반적으로 셀들(4)의 단부에 부착되는 특별히 설계된 엔드-플레이트-프레임들(2)에 의해 전기적으로 기계적으로 연결된 2개 이상의 전기 에너지 셀들(4)을 포함하는 배터리 팩(1)에 관한 것이다. 엔드-플레이트-프레임들(2)은 전기 전도도, 온도 조절 및 무게의 배터리 팩 요구 사항들 간의 최적화된 균형이 달성되도록 설계된다. 동시에 기계적 강도 및 셀 가스 환기 요구 사항이 충족된다.

최소한의 무게 비용(minimal weight cost)으로 온도 조절은 배터리 팩(1)과 열 조절을 위해 사용된 유체 사이의 효율적인 열 조절 및 배터리 팩을 통한 유체의 효율적인 흐름을 함께 가능하게 하는 에너지 셀들(4)의 몸체들 사이의 공간 및 엔드-프레임-플레이트들의 다수의 홀들에 의해 형성된 상호 연결된 유체 채널들을 통해 달성된다. 엔드-프레임-플레이트에 통합된 전기 연결 구성 요소의 설계는 유체 채널 시스템의 홀들과 셀들에서 가스를 배출하는 데 필요한 홀들 주변의 전도성을 최대화한다. 설계의 기계적 구성 요소는 무게를 최소화하면서 위의 것을 가능하게 한다.

본 명세서 전체에서 '판형'이라는 용어는 엔드 플레이트의 구성을 설명하는 데 사용되었다. '판형'이라는 용어는 길이, 너비 및 높이가 있는 모든 3차원 모양으로 간주되어야 한다. 즉, 정사각형, 직사각형, 원형 등과 같은(이에 한정되지 않음) 두께 성분도 갖는 임의의 2차원 형상일 수 있다. 본 발명은 정사각형 또는 직사각형 형상인 것으로 바람직한 실시예에서 설명되었지만, 이 형상은 쉽게 이해되어야 하는 바와 같이 다양할 수 있다.

본 명세서 전체에서 '층상(laminar)'라는 용어는 버스 플레이트의 구성을 설명하는 데도 사용되었다. 이것은 엔드 플레이트에 제공되거나 엔드 플레이트에 근접하여 제공되는 비교적 얇은 시트와 같은 구조를 의미하기 위한 것이다. 접착제를 사용하여 고정하거나 물리적으로 부착하거나, 실제로 부착되지 않고 엔드 플레이트의 절연된 부분의 한쪽을 덮는 것이다.

그것이 사용되는 곳에서 "포함하는"이라는 단어는 "열린" 의미, 즉 "포함하는"의 의미로 이해되어야 한다. 따라서 "닫힌" 의미, 즉 "~로만 구성되는" 의미에 국한되지 않는다. 상응하는 의미는 해당 단어 "포함하다" 및 "포함된"이 나타나는 곳에 귀속된다.

본 발명은 이전에 하나 이상의 구체적으로 개시된 실시예들을 참조하여 설명되었다. 통상의 기술자에게 명백해지는 본 발명의 모든 변형들 및 수정들은 앞에서 광범위하게 설명되고 이후에 청구되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위에 속하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims

제1 표면 및 제2 표면을 갖는 실질적으로 판형 구성의 제1 부분, 상기 제1 부분은:
이격된 관계로 내부에 형성된 셀 수용 컷아웃들의 배열; 및
상기 셀 수용 컷아웃들 중간에 제공된 유체 흐름 어퍼쳐들의 배열;을 포함함;
그리고,
실질적으로 층상 구성이고 전도성 재료로 형성되며, 상기 제1 부분의 상기 제1 표면을 실질적으로 덮는 버스 플레이트, 상기 버스 플레이트는:
이격된 관계로 내부에 형성되고 상기 제1 부분의 상기 셀 수용 컷아웃들과 실질적으로 정렬되는 셀 연결 홀들의 배열; 및
내부에 형성되고 상기 제1 부분의 상기 유체 흐름 어퍼쳐들과 실질적으로 정렬되는 유체 흐름 오리피스의 배열을 포함함;을 포함하는 배터리 팩용 엔드 플레이트.
제1항에 있어서, 각각의 셀 수용 컷아웃은 사용 시 상기 제1 부분의 제2 표면을 통해 수용된 셀의 진입이 제한되도록 성형되는, 엔드 플레이트.
제2항에 있어서, 상기 셀 수용 컷아웃의 표면 벽의 적어도 일부는:
숄더(shoulder); 립(lip); 단차(step); 또는, 경사(incline) 중 어느 하나 또는 조합을 포함하는, 엔드 플레이트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀 수용 컷아웃들은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 임의의 다른 형상(이에 국한되지 않음)과 같은 그 내부에 삽입되도록 구성된 셀의 형상과 실질적으로 호환 가능한 형상인, 엔드 플레이트.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 유체 흐름 어퍼쳐 및 각각의 유체 흐름 오리피스는 실질적으로 유사한 형상을 가지고, 함께 유체 흐름 채널의 일부를 형성하는, 엔드 플레이트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분은 바람직하게는 60℃ 이상의 온도에도 견딜 수 있고 낮은 가연성을 갖는, 폴리카보네이트, 폴리아라미드 6/6 유리 섬유 강화, PTFE, PEEK 등(이에 국한되지 않음)과 같은 비전도성 재료로 적어도 부분적으로 형성되는, 엔드 플레이트.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버스 플레이트는 구리, 알루미늄, 니켈 등(이에 국한되지 않음)과 같은 금속과 같은 높은 전도성 재료 또는 그래핀 또는 전도성 중합체 또는 세라믹 재료(이에 국한되지 않음)과 같은 비금속 전도체 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성되는, 엔드 플레이트.
이격된 한 쌍의 엔드 플레이트들, 그 사이에 개재된 복수의 셀들, 및 복수의 셀 링크들을 포함하는 배터리 팩으로서,
각각의 엔드 플레이트는:
제1 표면 및 제2 표면을 갖는 실질적으로 판형 구성의 제1 부분, 상기 제1 부분은:
이격된 관계로 내부에 형성된 셀 수용 컷아웃들의 배열; 및
상기 셀 수용 컷아웃들 중간에 제공된 유체 흐름 어퍼쳐들의 배열;을 포함함;
그리고,
실질적으로 층상 구성이고 전도성 재료로 형성되며, 상기 제1 부분의 상기 제1 표면을 실질적으로 덮는 버스 플레이트, 상기 버스 플레이트는:
이격된 관계로 내부에 형성되고 상기 제1 부분의 상기 셀 수용 컷아웃들과 실질적으로 정렬되는 셀 연결 홀들의 배열; 및
내부에 형성되고 상기 제1 부분의 상기 유체 흐름 어퍼쳐들과 실질적으로 정렬되는 유체 흐름 오리피스의 배열을 포함함;을 포함하고,
각각의 셀은 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부는 상기 엔드 플레이트들 중 제1 엔드 플레이트의 셀 수용 컷아웃에 작동적으로 결합되고, 상기 제2 단부는 상기 엔드 플레이트들 중 제2 엔드 플레이트의 셀 수용 컷아웃에 작동적으로 결합되고,
각각의 셀 링크는 각각의 셀의 각 단부에 있는 전극을 각각의 엔드 플레이트의 버스 플레이트에 전도적으로 연결하는, 배터리 팩.
제8항에 있어서, 각각의 셀 수용 컷아웃은 사용 시 상기 제1 부분의 제2 표면을 통해 수용된 셀의 진입이 제한되도록 형성되고, 상기 배터리의 각각의 단부가 상기 제1 부분의 제1 표면으로부터 이격되는, 배터리 팩.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 셀 수용 컷아웃의 측 벽의 적어도 일부는:
숄더(shoulder); 립(lip); 단차(step); 또는, 경사(incline) 중 어느 하나 또는 조합을 포함하는, 배터리 팩.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분은 등을 맞대고 위치된 한 쌍의 절연 패널들을 포함하고, 여기서, 제1 절연 패널에서, 각각의 셀 수용 컷아웃은 셀의 단부가 그 안에 끼워질 수 있도록 치수가 정해지고, 제2 절연 패널에서, 각각의 셀 수용 컷아웃은 셀의 각각의 단부가 셀의 단부의 주변 림에 접하도록 그 내부에 끼워지는 것을 방해하도록 치수가 정해지는, 배터리 팩.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀 수용 컷아웃들은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 임의의 다른 형상(이에 국한되지 않음)과 같은 그 내부에 삽입되도록 구성된 셀의 형상과 실질적으로 호환 가능한 형상인, 배터리 팩.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 유체 흐름 오리피스 및 각각의 유체 흐름 어퍼쳐는 실질적으로 유사한 형상을 가지고 실질적으로 정렬되어, 함께 유체 흐름 채널의 일부를 형성하는, 배터리 팩.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분은 바람직하게는 60℃ 이상의 온도에도 견딜 수 있고 낮은 가연성을 갖는, 폴리카보네이트, 폴리아라미드 6/6 유리 섬유 강화, PTFE, PEEK 등(이에 국한되지 않음)과 같은 비전도성 재료로 적어도 부분적으로 형성되는, 배터리 팩.
제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버스 플레이트는 구리, 알루미늄, 니켈 등(이에 국한되지 않음)과 같은 금속과 같은 높은 전도성 재료 또는 그래핀 또는 전도성 중합체 또는 세라믹 재료(이에 국한되지 않음)과 같은 비금속 전도체 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성되는, 배터리 팩.
직렬 및/또는 병렬로 연결된 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 복수의 배터리 팩들을 포함하는, 배터리 어셈블리.
제16항에 있어서, 인접하게 배치된 배터리 팩들의 버스 플레이트들을 연결하는 링크 플레이트를 포함하는, 배터리 어셈블리.
한 쌍의 엔드 플레이트들 사이에 복수의 배터리 셀들을 끼우는 단계를 포함하는, 배터리 팩을 형성하는 방법.
제18항에 있어서, 각각의 엔드 플레이트의 버스 플레이트에 각각의 셀을 연결하기 위해 셀 링크를 부착하는 단계를 더 포함하는, 배터리 팩을 형성하는 방법.
링크 부재를 사용하여 2 이상의 배터리 팩들을 연결하는 단계를 포함하는, 배터리 어셈블리를 형성하는 방법.