KR20210140776A - 압력 관리 시스템을 갖는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

배터리 팩은 밀봉되고 유전체 유체로 가득 채워진 배터리 팩 하우징을 포함한다. 또한, 배터리 팩은 배터리 팩 하우징에 배치되는 배터리 모듈, 및 뚜껑에 배치되고 배터리 팩 하우징의 내부 공간과 연통되는 벤트 블록을 포함한다. 벤트 블록은 배터리 팩이 배터리 팩 하우징 내에 유전체 유체의 체적 변화를 수용하게 하도록 구성된다.

Description

압력 관리 시스템을 갖는 배터리 팩
배터리 팩은 휴대용 전자 기기에서 신재생 전력 시스템 및 환경 친화적 차량에 이르기까지 다양한 기술에 전력을 제공한다. 예를 들어, 하이브리드 전기 차량은 연료 효율을 높이기 위해 연소 엔진과 함께 배터리 팩과 전기 모터를 사용한다. 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈로 형성될 수 있으며, 각각의 배터리 모듈은 여러 개의 전기화학 전지를 포함한다. 배터리 모듈 내에서, 전지는 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 배터리 모듈은 배터리 팩 내에서 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
매우 다양한 용례 및 설치 상황의 공간 요구 사항을 처리하기 위해 다양한 전지 유형이 등장하였으며, 차량에 사용되는 가장 일반적인 유형은 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치 전지이다. 예를 들어, 원통형 전지는 제조 용이성과 안정성으로 인해 널리 사용된다. 그러나, 만곡된 형상으로 인해, 원통형 전지는 일부 다른 전지 유형보다 배터리 모듈에서 패킹 효율이 낮을 수 있다. 또한, 원통형 전지의 각각의 단부에 전기적 연결이 필요하기 때문에, 효율적인 공간 관리를 갖는 배터리 모듈을 제공하는 데 추가적인 도전 과제가 있다. 더욱이, 집전체가 전지의 대향 단부 각각에 배치되는 경우, 액체 냉각제에 침지하여 전지를 냉각시키는 것도 도전 과제이다.
일부 종래의 배터리 모듈에서, 원하는 구성으로 전지를 유지하고 전지 냉각을 제공하기 위해 전지 지지 구조가 제공된다. 그러나, 이러한 전지 지지 구조는 복잡하고 배터리 모듈 패킹 효율을 추가로 감소시키기에 충분할 정도로 큰 체적을 가질 수 있다. 사용 및 제조가 간단하고, 배터리 모듈 내에서 원통형 전지의 안정적이고 질서 정연한 배열을 가지며, 배터리 모듈 내 공간의 최소 체적을 점유하면서 전지 냉각을 제공하는 발전 및 저장 디바이스가 요구된다.
일부 양태에서, 배터리 팩은 배터리 팩 하우징을 포함한다. 배터리 팩 하우징은 용기, 및 용기의 개방 단부를 폐쇄하고 유체 불투과성 밀봉부를 통해 용기의 개방 단부에 결합되는 뚜껑을 포함한다. 배터리 팩은 배터리 팩 하우징에 배치되는 배터리 모듈을 포함한다. 배터리 모듈은 모듈 하우징 및 모듈 하우징에 배치된 전기화학 전지를 포함한다. 또한, 배터리 팩은 뚜껑에 배치된 벤트 블록을 포함한다. 벤트 블록은 내부 공극, 및 벤트 블록의 외부와 내부 공극 사이에서 연장되는 제1 보어를 포함한다. 제1 보어는 배터리 팩 하우징의 내부 공간과 유체 연통한다. 벤트 블록은 벤트 블록의 외부와 내부 공극 사이에서 연장되는 제2 보어를 포함한다. 제2 보어는 보통은 폐쇄되고 미리 결정된 유체 압력에서 개방되는 제1 벤트를 포함한다. 벤트 블록은 벤트 블록의 외부와 내부 공극 사이에서 연장되는 제3 보어를 포함한다. 제3 보어는 유체 불투과성 및 공기 투과성인 제2 벤트를 포함한다. 배터리 팩 하우징은 유전체 유체로 가득 채워지고, 벤트 블록은 배터리 팩이 배터리 팩 하우징 내에 유전체 유체의 체적 변화를 수용할 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 배터리 팩은 제1 단부, 제1 단부에 대향하는 제2 단부, 및 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 길이방향 유체 통로를 갖는 피팅을 포함한다. 벤트 블록은 뚜껑의 외부 표면에 배치된다. 1차 피팅의 제1 단부는 뚜껑을 통해 돌출하고 벤트 블록 제1 보어와 맞물리며, 이에 의해 벤트 블록은 벤트 블록을 뚜껑에 고정하도록 구성된다. 또한, 길이방향 유체 통로는 벤트 블록 내부 공극과 배터리 팩 하우징의 내부 사이에 유체 연통을 제공한다.
일부 실시예에서, 제2 벤트는 폴리테트라플루오로에틸렌 멤브레인을 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 벤트는 우산형 밸브를 포함한다.
일부 실시예에서, 벤트 블록은 제1 벤트 및 제2 벤트 위에 놓이고 이들로부터 이격되어 있는 캡을 포함한다.
일부 실시예에서, 제2 보어와 제3 보어는 교차한다.
일부 실시예에서, 제1 보어는 뚜껑의 외부 표면에 직교하고, 제2 및 제3 보어는 제1 보어에 직교한다.
일부 실시예에서, 1차 피팅은 벤트 블록을 뚜껑에 고정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 배터리 팩은 배터리 팩 하우징에 배치된 압력 보상 디바이스를 포함한다. 압력 보상 디바이스는 내부 공간을 포함한다. 배터리 팩은 벤트 블록을 압력 보상 디바이스에 연결하는 피팅을 포함하고, 피팅은, 제1 보어에 연결된 제1 단부; 제1 단부에 대향하는 제2 단부; 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 측벽 - 측벽은 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 길이방향 유체 통로를 획정하는 내부 표면을 가짐; 및 측벽의 개구와 길이방향 유체 통로 사이에서 연장되는 횡방향 유체 통로를 포함한다. 압력 보상 디바이스의 내부 공간은 횡방향 유체 통로 및 길이방향 유체 통로를 통해 벤트 블록 내부 공간과 유체 연통한다.
일부 실시예에서, 피팅은 측벽의 외부 표면으로부터 외향 돌출하는 제1 플랜지 - 제1 플랜지는 개구와 제1 단부 사이에 배치됨 -; 및 측벽의 외부 표면으로부터 외향 돌출하는 제2 플랜지 - 제2 플랜지는 개구와 제2 단부 사이에 배치됨 - 를 포함한다. 피팅의 제1 부분은 압력 보상 디바이스의 제1 개구를 통해 연장되고, 제1 밀봉 조립체는 압력 보상 디바이스의 제1 개구와 제1 플랜지 사이에 유체 밀봉부를 제공한다. 또한, 피팅의 제2 부분은 압력 보상 디바이스의 제2 개구를 통해 연장되고, 제2 밀봉 조립체는 압력 보상 디바이스의 제2 개구와 제2 플랜지 사이에 유체 밀봉부를 제공한다.
일부 실시예에서, 제1 밀봉 조립체 및 제2 밀봉 조립체는 각각 탄성 개스킷, 강성 와셔, 및 너트를 포함한다.
일부 실시예에서, 압력 보상 디바이스는 제2 벽 부분 위에 놓이는 제1 벽 부분을 포함하고, 피팅은 제1 벽 부분의 개구 및 제2 벽 부분의 개구를 통해 연장되어, 제1 단부는 제1 벽 부분에 대응하는 압력 보상 디바이스의 측면에서 압력 보상 디바이스의 외부에 배치되고, 제1 단부는 제1 보어에 배치되며; 제2 단부는 제2 벽 부분에 대응하는 압력 보상 디바이스의 측면에서 압력 보상 디바이스의 외부에 배치되고; 측벽의 개구는 압력 보상 디바이스 내부 공간에 배치된다.
각각의 배터리 모듈은 배터리 모듈 내에 전지 단자 상호 연결을 제공하는 버스바 조립체를 포함한다. 각각의 버스바 조립체는 기판 및 기판의 전지 대면 표면에 부착되는 절연층을 포함한다. 절연층은 전기적 및 열적 절연성이며 또한 난연성이다. 일부 실시예에서, 절연층의 각각의 표면은 감압 접착제를 포함하고, 이에 의해 절연층은 기판 및 전지의 단부 모두에 부착된다. 절연층은 전지가 모듈 내에서 팽창 및 수축함에 따라 단락을 방지할 수 있다. 또한, 절연층은 난연성이므로, 전지 열 폭주의 경우에 전기적 및 열적 절연 특성을 유지할 수 있다.
배터리 모듈에서, 각각의 전지의 양극 단자는 제1 전기 커넥터를 통해 하나의 버스바 조립체에 연결되고, 그 전지의 음극 단자는 제2 전기 커넥터를 통해 다른 버스바 조립체에 연결된다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 전기 커넥터는 제1 전기 커넥터의 전류 전달 용량이 제2 전기 커넥터의 전류 전달 용량보다 작도록 구성된다. 제1 전기 커넥터의 전류 전달 용량이 제2 전기 커넥터의 전류 전달 용량보다 작은 제1 및 제2 전기 커넥터를 제공함으로써, 각각의 전지는, 전지 양극 단자에 대한 전기적 연결이 전지 음극 단자에 대한 전기적 연결 이전에 고장남으로써, 배터리 모듈의 내부 전기 회로를 개방하는 방식으로 각각의 버스바 조립체에 전기적으로 연결된다. 배터리 모듈(40)의 개방된 내부 전기 회로는 전지 내부 단락이 배터리 모듈의 전지의 직접적인 전지 대 전지 단락을 초래할 수 있는 예상 밖의 시나리오를 방지하는 데 도움이 될 수 있다.
배터리 팩은 여러 개의 배터리 모듈을 포함하고, 배터리 모듈은 카세트라고 지칭되는 서브조립체로 함께 묶인다. 카세트는 배터리 팩 하우징에 배치되고, 배터리 팩 하우징의 내부 공간은 유전성, 불연성 및 화학적으로 불활성인 가공 유체로 가득 채워진다. 배터리 모듈은 가공 유체에 침지되기 때문에 수동적으로 냉각될 수 있지만, 배터리 팩은 가공 유체가 전지 표면에 걸쳐 능동적으로 유도되는 열 관리 시스템을 포함한다. 이는 각각의 카세트에 유체를 전달하고, 입구 플레넘 조립체를 사용하여 카세트 내의 배터리 모듈에 유체를 분배하며, 출구 플레넘 조립체를 사용하여 전지에 의해 가열된 유체를 수집하고, 가열된 유체를 전지로부터 제거함으로써 달성된다. 전지의 수동 및 능동 냉각을 모두 제공함으로써, 전지 기능이 개선되고 전지 내구성이 증가된다.
배터리 팩은 가공 유체로 가득 채워지기 때문에, 배터리 모듈 및 카세트는 능동 냉각을 용이하게 하는 유체 밀봉 피처를 포함하지 않는다. 그 결과, 배터리 모듈, 카세트 및 열 관리 시스템의 구성요소는 일부 종래의 배터리 팩의 능동 열 관리 시스템에 비교하여 단순화되어, 제조가 더 용이하고 저렴하다.
유리하게는, 열 관리 시스템은, 각각의 배터리 모듈에 전달되는 냉각 유체의 유체 유동의 속도가 개별적으로 설정될 수 있어, 다른 영역보다 더 높은 온도인 것으로 검출되는 배터리 팩의 영역에서 냉각 유체의 유동의 속도가 증가될 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 이러한 접근법에 의해, 배터리 팩의 각각의 배터리 모듈의 작동 온도가 개별적으로 제어될 수 있으며, 전체 배터리 팩 온도의 균형을 맞출 수 있다.
도 1은 배터리 팩의 측면도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 사시도로서, 배터리 팩 하우징 내에서 카세트의 배열을 예시하기 위해 뚜껑 및 일부 보조 구조가 생략되어 있다.
도 3은 카세트의 사시도이다.
도 4는 카세트의 사시도로서, 카세트 내부에 배치된 배터리 모듈을 예시하기 위해 유체 입구 플레넘 조립체 및 출구 플레넘 조립체가 생략되어 있다.
도 5는 배터리 모듈이 생략된 카세트 하우징의 사시도이다.
도 6은 배터리 모듈의 사시도이다.
도 7은 도 6의 선 7-7에 따라 본 배터리 모듈의 단면도이다.
도 8은 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 9는 전기화학 전지의 부분 분해 사시도이다.
도 10은 배터리 모듈 내의 전지 배열의 개략도이다.
도 11은 배터리 모듈 내의 전지 어레이의 측면도로서, 사분면에서의 전지 배열을 예시한다.
도 12는 분리된 프레임의 사시도이다.
도 13은 전지를 포함하는 프레임의 사시도이다.
도 14는 배터리 모듈의 제1 측면에서 본 분리된 버스바 조립체의 사시도이다.
도 15는 제1 내지 제3 버스바 조립체의 사시도이다.
도 16은 제2 버스바 조립체의 사시도이다.
도 17은 제1 버스바 조립체의 사시도이다.
도 18은 제3 버스바 조립체의 사시도이다.
도 19는 제4 및 제5 버스바 조립체의 사시도이다.
도 20은 배터리 모듈의 제2 측면에서 본 분리된 버스바 조립체의 사시도이다.
도 21은 도 15의 화살표 A 방향에서 본 제1 내지 제3 버스바 조립체의 단부도이다.
도 22는 제1 버스바 조립체의 사시도이다.
도 23은 제1 버스바 조립체의 분해도이다.
도 24는 제5 버스바 조립체의 사시도이다.
도 25는 제5 버스바 조립체의 분해도이다.
도 26은 도 29에서 점선으로 나타내는 배터리 모듈의 단면도의 상세도이다.
도 27은 음극 전지 단자와 대응 버스바 사이의 전기적 연결을 보여주는 배터리 모듈의 일부 상세도이다.
도 28은 양극 전지 단자와 대응 버스바 사이의 전기적 연결을 보여주는 배터리 모듈의 일부 상세도이다.
도 29는 스페이서가 생략된 배터리 모듈의 단면도이다.
도 30은 스페이서를 포함하는 배터리 모듈의 단면도이다.
도 31은 분리된 스페이서의 사시도이다.
도 32는 분리된 스페이서의 단부도이다.
도 33은 도 30에서 점선으로 나타내는 배터리 모듈의 단면도의 상세도이다.
도 34는 카세트의 분해 사시도이다.
도 35는 배터리 모듈 및 카세트의 배리어의 분해도이다.
도 36은 배터리 팩 하우징의 평면도로서, 열 관리 시스템을 예시하기 위해 뚜껑 및 보조 구조가 생략되어 있고, 펌프는 개략적으로 예시되어 있다.
도 37은 열 관리 시스템의 분리된 유체 전달 부분의 사시도이다.
도 38은 유체 전달 부분과 2개의 카세트 사이의 연결을 예시하는 열 관리 시스템의 분리된 유체 전달 부분의 사시도이다.
도 39는 열 관리 시스템의 분리된 유체 복귀 부분의 사시도이다.
도 40은 유체 복귀 부분과 2개의 카세트 사이의 연결을 예시하는 열 관리 시스템의 분리된 유체 복귀 부분의 사시도이다.
도 41은 카세트의 분해 사시도로서, 카세트 하우징이 생략되어 입구 플레넘 조립체를 예시한다.
도 42는 입구 플레넘 조립체를 예시하는 카세트의 일부의 사시도이다.
도 43은 입구 플레넘 조립체의 입구 개구에 연결된 매니폴드 부분을 포함하는 입구 플레넘 조립체를 예시하는 카세트의 일부의 사시도이다.
도 44는 도 42의 선 44-44를 따라 본 입구 플레넘 조립체의 단면도이다.
도 45는 도 42의 선 45-45를 따라 본 입구 플레넘 조립체의 단면도이다.
도 46은 도 42의 선 46-46을 따라 본 입구 플레넘 조립체의 단면도이다.
도 47은 입구 플레넘 조립체의 모듈 대면 표면의 사시도이다.
도 48은 도 47의 입구 플레넘 조립체의 분해 사시도이다.
도 49는 카세트의 분해 사시도로서, 카세트 하우징이 생략되어 출구 플레넘 조립체를 예시한다.
도 50은 출구 플레넘 조립체를 예시하는 카세트의 일부의 사시도이다.
도 51은 출구 플레넘 조립체의 출구 개구에 연결된 유체 복귀 분기 라인을 포함하는 출구 플레넘 조립체를 예시하는 카세트의 일부의 사시도이다.
도 52는 도 51의 확대 사시도이다.
도 53은 출구 플레넘 조립체의 모듈 대면 표면의 사시도이다.
도 54는 도 53의 출구 플레넘 조립체의 분해 사시도이다.
도 55는 분리된 압력 관리 시스템의 측면도이다.
도 56은 배터리 팩 하우징의 뚜껑과 용기 부분의 상대적인 위치를 보여주는 압력 관리 시스템의 분해 측면도이다.
도 57은 분리된 압력 관리 시스템의 단부도이다.
도 58은 제1 블래더의 상부 사시도이다.
도 59는 도 58의 선 59-59를 따라 본 제1 블래더의 단면도이다.
도 60은 제2 및 제3 블래더와 보호 쉘의 분해 사시도이다.
도 61은 1차 피팅 및 벤트 블록의 세부 사항을 보여주는 배터리 팩의 일부의 단면도이다.
도 62는 벤트 블록의 단면도이다.
도 63 및 도 64는 1차 피팅 및 벤트 블록의 세부 사항을 보여주는 배터리 팩의 일부의 추가 단면도이다.
도 65는 1차 피팅의 분해도이다.
도 66은 1차 피팅의 일부의 단면도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 배터리 팩(1)은 차량 파워 트레인에 전력을 공급하도록 구성되어, 비교적 고전압에서 작동할 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, 고전압이라는 용어는 100 V보다 큰 전압을 지칭한다. 예를 들어, 일부 실시예에서 배터리 팩(1)은 400 V에서 작동할 수 있고, 다른 실시예에서 배터리 팩(1)은 800 V에서 작동할 수 있다. 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(40)을 수용하는 데 사용되는 배터리 팩 하우징(2)을 포함하고, 각각의 배터리 모듈(40)은 전기화학 전지(200)를 포함한다. 배터리 팩 하우징(2)은 용기(4) 및 용기(4)의 개방 단부를 폐쇄하고 유체 불투과성 밀봉부(8)를 통해 용기 개방 단부에 연결되는 뚜껑(6)을 포함한다. 배터리 팩 하우징(2)은 낮은 프로파일을 갖는다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "낮은 프로파일"은 길이(lp) 및 폭(wp)에 비교하여 작은 높이(hp)를 갖는 것을 지칭한다. 배터리 팩 하우징(2)에서, 높이(hp)는 뚜껑(6)과 용기(4)의 바닥 사이의 거리에 대응한다.
배터리 팩 하우징(2)은 가공 유체로 가득 채워지고(예를 들어, 완전히 채워지거나 넘치도록 채워짐), 가공 유체의 누설 및/또는 증발을 방지하기 위해 밀봉된다. 가공 유체는 유전성, 불연성 및 화학적으로 불활성이다. 예를 들어, 유체는 미국 미네소타 소재의 The 3M Company에서 제조한 Novec™ 7200과 같은 에톡시-노나플루오로부탄일 수 있다. 배터리 팩(1)은, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 가득 채운 배터리 팩(1) 내의 각각의 배터리 모듈(40)의 전지(200)에 능동 냉각을 제공하는 열 관리 시스템(500)을 포함한다. 또한, 배터리 팩(1)은, 폐쇄되고 유체가 채워지며 밀봉된 배터리 팩 하우징(2)이, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 환경 온도 및 압력의 변화를 수용할 수 있게 하는 압력 관리 시스템(300)을 포함한다.
일부 실시예에서, 배터리 팩(1)은 12개 이상의 배터리 모듈(40)을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 배터리 팩(1)은 24개의 배터리 모듈(40)을 포함한다. 취급 및 조립의 용이함을 위해, 배터리 모듈(40)은 각각 3개의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))을 수용하는 서브조립체로 배열된다. 배터리 모듈(40)의 서브조립체는 "카세트"(20)라고 지칭된다. 서브조립체의 3개의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))은 카세트 하우징(22) 내에서 지지된다. 예시된 실시예에서, 배터리 팩 하우징(2)은, 배터리 팩 용기(4) 내에서 2차원 어레이로 배열된 8개의 카세트(20)를 수용하고 지지한다.
주어진 카세트(20)의 각각의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))은 주어진 카세트(20)의 다른 배터리 모듈에 전기적으로 연결될 수 있다. 유사하게, 배터리 팩(1) 내의 각각의 카세트(20)는 배터리 팩(1)의 다른 카세트(20)에 전기적으로 연결된다. 전기적 연결은 특정 용례에 의해 요구되는 바와 같이 병렬, 직렬 또는 병렬과 직렬의 조합일 수 있다.
도 8을 참조하면, 배터리 팩(1)의 모든 배터리 모듈(40)은 실질적으로 동일하다. 이러한 이유로, 하나의 배터리 모듈(40)에 대해서만 상세히 설명하고, 공통 요소는 공통 참조 번호로 나타낸다. 배터리 모듈(40)은 전기화학 전지(200)의 어레이(202)를 포함한다. 전지(200)는, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 2차원 어레이(202)에서 전지(200)를 유지하는 프레임(50)에 의해 배터리 모듈(40) 내에 지지된다. 프레임(50)은, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 전지(200)의 노출된 부분 위로 냉각제 역할을 하는 가공 유체를 지향시키는 유체 통로를 제공하는 스페이서(80)에 배치된다. 프레임(50) 및 스페이서(80)는 양극 단자(42) 및 음극 단자(44)를 포함하는 배터리 모듈 하우징(46)을 제공하도록 협력한다. 전지(200)는, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 간단하고 신뢰성 있게 고전류를 수용하도록 구성된 버스바(130)를 사용하여 서로 그리고 각각의 양극 또는 음극 배터리 모듈 단자(42, 44)에 전기적으로 연결된다.
도 9, 도 10 및 도 13을 참조하면, 전지(200)는 원통형 리튬 이온 전지이다. 각각의 전지(200)는 용기 부분(204) 및 용기 부분(204)의 개방 단부를 폐쇄하는 뚜껑 부분(205)을 갖는 원통형 전지 하우징(203)을 포함한다. 뚜껑 부분(205)은 전지(200)의 제1 단부(207)에 배치되고, 전기 절연 개스킷(206)에 의해 용기 부분(204)에 밀봉된다. 용기 부분(204)은 전지 하우징(203)의 제2 단부(208)에 배치된 폐쇄 단부를 포함하고, 제2 단부(208)는 뚜껑 부분(205)을 포함하는 전지 제1 단부(207)에 대향한다. 용기 부분(204)은 폐쇄 단부(208)로부터 돌출되고 폐쇄 단부에 직교하는 전지 하우징 측벽(210)을 포함한다. 용기 부분(204)은 전지 제1 단부(207)와 전지 제2 단부(208) 사이에서 연장되는 전지 길이방향 축(212)을 따라 세장형이다. 즉, 길이방향 축(212)은 전지 하우징 측벽(210)에 평행하게 연장된다. 각각의 전지(200)는 전지 직경(d1)을 비롯하여 동일한 형상 및 치수를 갖는다.
전지 하우징(203) 내부에는 전극 조립체(226)가 전해질과 함께 밀봉되어 발전 및 저장 유닛을 형성한다. 전극 조립체(226)는 양극(218), 제1 분리막(222), 음극(220) 및 제2 분리막(224)의 적층된 배열을 포함하며, 적층된 배열은 롤링되어 "젤리 롤(jelly roll)"을 제공한다. 전극 중 하나, 예를 들어 양극(218)은 전지(200)의 양극 단자(214)의 역할을 하는 뚜껑 부분(205)에 전기적으로 연결된다. 또한, 다른 전극, 예를 들어 음극(220)은 전지(200)의 음극 단자(216)의 역할을 하는 용기 부분(204)에 전기적으로 연결된다.
만곡된 형상으로 인해, 원통형 전지(200)는 일부 다른 전지 유형보다 배터리 모듈에서 패킹 효율이 낮을 수 있다. 원통형 전지(200)의 패킹 효율을 최대화하기 위해, 전지(200)는 "조밀 패킹된" 구성으로 배터리 모듈(40)에 저장된다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "밀폐 패킹된"은 전지(200)가 행으로 나란히 배열된 구성을 지칭한다. 또한, 전지(200)가 단부도(도 9)에서 볼 때, 한 행의 전지(200)의 중심(228)이 인접한 행들의 전지(200)의 중심(228) 사이의 중간이 되도록 번갈아 있는 행은 행에 평행한 방향으로 상대적으로 오프셋된다. 또한, 각각의 전지(200)는 그 행 내의 인접한 전지(즉, 200(1), 200(2)) 및 인접한 행의 인접한 전지(즉, 200(3), 200(4), 200(5), 200(6))와 직접 접촉한다. 때때로, 이 전지 구성은 "육각형 패킹" 구성이라고도 지칭된다. 예시된 실시예에서, 어레이(202)는 전지(200)의 8개의 행을 포함하고, 행당 38개의 전지를 포함한다. 다른 실시예에서, 어레이(202)는, 특정 용례에 의해 요구되는 바와 같이, 더 많거나 더 적은 수의 행 및/또는 더 많거나 더 적은 수의 행당 전지(200)를 포함할 수 있다. 어레이(202) 내의 전지(200)는, 전지(200)가 측면도에서 볼 때, 각각의 전지(200)의 단부(207 또는 208)가 전지 어레이(202)의 각각의 전지(200)에 공통인 제1 평면(P1)(도 13)에 배치되도록 정렬된다.
도 11을 참조하면, 어레이(202) 내에서, 전지(200)는 사분면(Q1, Q2, Q3, Q4)에서 그룹화되고, 주어진 사분면의 모든 전지(200)는 주어진 사분면의 동일한 측에 동일한 극성의 단자가 배치되도록 동일한 배향을 갖는다. 또한, 인접한 사분면의 전지(200)는, 어레이(202)가 전지 단부(207, 208)를 향하는 방향에서 보았을 때, 반대 극성을 갖는다. 예를 들어, 도 10에서 확인되는 바와 같이, 어레이(202)의 일측이 예시되어 있으며, 이에 의해 전지(200)가 단부도에서 확인된다. 도 10에서, 제1 및 제2 사분면(Q1, Q2)은 나란하고, 또한 나란한 제3 및 제4 사분면(Q3, Q4) 위에 놓인다. 제1 사분면(Q1) 및 제4 사분면(Q4)의 전지(200)는 동일한 배향, 예를 들어 전지(200)의 제2 단부(208)(따라서 음극 단자(216))가 보이는 배향을 갖는다. 또한, 제2 및 제3 사분면(Q2, Q3)의 전지(200)는 동일한 배향, 예를 들어 전지(200)의 제1 단부(207)(및 이에 따라 양극 단자(214))가 보이는 배향을 갖는다. 사분면(Q1, Q2, Q3, Q4)에서 전지(200)를 그룹화함으로써, 버스바(130)를 통한 어레이(202)의 전지(200) 사이의 전기적 연결을 제공하는 것이 단순화된다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 프레임(50)은 조밀 패킹된 배열로 전지(200)를 유지한다. 프레임(50)은 커버 플레이트(52), 베이스 플레이트(54), 커버 플레이트(52)의 제1 단부를 베이스 플레이트(54)의 제1 단부에 결합시키는 제1 단부 캡(56), 및 커버 플레이트(52)의 제2 단부를 베이스 플레이트(54)의 제2 단부에 결합시키는 제2 단부 캡(58)을 포함한다. 또한, 프레임(50)은 커버 플레이트(52)를 베이스 플레이트(54)에 결합시키고 제1 및 제2 단부 캡(56, 58) 사이의 대략 중간에 배치되는 중앙 벽(60)을 포함한다. 제1 및 제2 단부 캡(56, 58) 및 중앙 벽(60)은 커버 플레이트(52) 및 베이스 플레이트(54)에 직교한다. 커버 플레이트(52), 베이스 플레이트(54), 제1 및 제2 단부 캡(56, 58) 및 중앙 벽(60)은 전지(200)의 길이(lc)에 대응하는 폭(wf)을 갖는 얇은 플레이트이며, 전지(200)의 길이(lc)는 는 제1 단부(207)(예를 들어, 뚜껑 부분(205))와 폐쇄된 제2 단부(208) 사이의 거리이다. 커버 플레이트(52) 및 베이스 플레이트(54)는 전지 어레이(202)의 길이(la)를 수용하는 길이를 가지며, 이는 차례로 전지(200)의 행의 치수에 대응한다. 또한, 제1 및 제2 단부 캡(56, 58) 및 중앙 벽(60)은 전지 어레이(202)의 높이(ha)를 수용하도록 치수 설정된다.
프레임(50)은 전지 어레이(202)의 주변을 둘러싸고, 어레이(202)의 각각의 전지의 측벽(210) 위에 놓인다. 다시 말해서, 전지(200)는 각각의 전지(200)의 전지 길이방향 축(212)이 커버 플레이트(52), 베이스 플레이트(54), 제1 및 제2 단부 캡(56, 58) 및 중앙 벽(60) 각각에 평행하도록 배향된다. 그 결과, 각각의 전지 제1 및 제2 단부(207, 208), 따라서 각각의 전지(200)의 전지 양극 및 음극 단자(214, 216)가 프레임(50)의 각각의 개방 측면(72, 74)에서 노출된다.
커버 플레이트(52), 베이스 플레이트(54), 제1 및 제2 단부 캡(56, 58) 및 중앙 벽(60)의 전지 대면 표면(62, 64, 66, 68, 70)은 어레이(202)의 최외측 전지(200)의 전지 측벽(210)의 원통형 형상을 수용하도록 윤곽 설정된다. 예를 들어, 전지 대면 표면(62, 64, 66, 68, 70)은 어레이(202)의 최외측 전지를 수용하고 지지하는 파형 윤곽을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 원하는 조밀 패킹된 구성으로 전지(200)를 추가로 고정하고 유지하기 위해, 접착제를 사용하여 주어진 전지(200)의 전지 하우징(203)을 각각의 인접한 전지(200)의 전지 하우징(203)에 고정할 수 있다.
제1 및 제2 단부 캡(56, 58) 각각의 외향 표면은 제1 및 제2 단부 캡(56, 58)의 폭 방향으로(예를 들어, 전지(200)의 길이방향 축(212)에 평행한 방향으로) 연장되는 제1 홈(76)을 포함할 수 있다. 제1 홈(76)은 아래에서 더 설명되는 유지 바아(28)를 수용하고 지지하는 만곡된 오목면을 갖는다. 제1 및 제2 단부 캡(56, 58) 각각의 외향 표면은 제1 및 제2 단부 캡(56, 58)의 높이 방향으로(예를 들어, 전지(200)의 길이방향 축(212)에 직교하는 방향으로) 연장되는 제2 홈(78)을 포함할 수 있다. 제2 홈(78)은 배선 하네스(도시되지 않음)를 수용하고 지지하는 만곡된 오목면을 갖는다.
도 8 및 도 14 내지 도 21을 참조하면, 버스바(130)는 배터리 모듈(40) 내에 전지 단자 상호 연결을 제공한다. 버스바(130)는 주어진 사분면(Q1, Q2, Q3, Q4)의 전지(200)를 병렬로 전기적으로 연결하고 사분면(Q1, Q2, Q3, Q4)과 배터리 모듈(40)의 단자(42, 44) 사이에 직렬 전기적 연결을 제공하기 위해 협력하는 5개의 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3), 130(4), 130(5))를 포함한다. 예를 들어, 제1 버스바 조립체(130(1))는 전지 어레이(202)의 전지(200)의 제1 서브세트의 음극 단자(216) 사이에 병렬 전기적 연결을 제공하며, 전지(200)의 제1 서브세트는 제1 사분면(Q1) 내의 전지(200)에 대응한다. 또한, 제1 버스바 조립체(130(1))는 제1 사분면(Q1)의 전지(200)를 배터리 모듈 음극 단자(44)에 직렬로 연결한다.
제2 버스바 조립체(130(2))는 전지 어레이(202)의 전지(200)의 제2 서브세트의 양극 단자(214) 사이에 병렬 전기적 연결을 제공하며, 전지(200)의 제2 서브세트는 제2 사분면(Q2) 내의 전지(200)에 대응한다. 또한, 제2 버스바 조립체(130(2))는 제2 사분면(Q2)의 전지(200)를 배터리 모듈 양극 단자(42)에 직렬로 연결한다.
제3 버스바 조립체(130(3))는 전지 어레이(202)의 전지(200)의 제3 서브세트의 양극 단자(214) 사이에 병렬 전기적 연결을 제공하며, 전지(200)의 제3 서브세트는 제3 사분면(Q3) 내의 전지(200)에 대응한다. 또한, 제3 버스바 조립체(130(3))는 전지 어레이(202)의 전지(200)의 제4 서브세트의 음극 단자(216) 사이에 병렬 전기적 연결을 제공하며, 전지(200)의 제4 서브세트는 제4 사분면(Q4) 내의 전지(200)에 대응한다. 또한, 제3 버스바 조립체(130(3))는 제3 사분면(Q3)의 전지(200)를 제4 사분면(Q4)의 전지(200)에 직렬로 연결한다.
제4 버스바 조립체(130(4))는 전지 어레이(202)의 전지(200)의 제1 서브세트의 양극 단자(214) 사이에, 예를 들어 제1 사분면(Q1) 내의 전지(200)에 병렬 전기적 연결을 제공한다. 또한, 제4 버스바 조립체(130(4))는 전지 어레이(202)의 전지(200)의 제3 서브세트의 음극 단자(216) 사이에, 예를 들어, 제3 사분면(Q3) 내의 전지(200)에 병렬 전기적 연결을 제공한다. 또한, 제4 버스바 조립체(130(4))는 제1 사분면(Q1)의 전지(200)를 제3 사분면(Q3)의 전지에 직렬로 연결한다.
제5 버스바 조립체(130(5))는 전지 어레이(202)의 전지(200)의 제2 서브세트의 음극 단자(216) 사이에, 예를 들어 제2 사분면(Q2) 내의 전지(200)에 병렬 전기적 연결을 제공한다. 또한, 제5 버스바 조립체(130(5))는 전지 어레이(202)의 전지(200)의 제4 서브세트의 양극 단자(214) 사이에, 예를 들어, 제4 사분면(Q4) 내의 전지(200)에 병렬 전기적 연결을 제공한다. 또한, 제5 버스바 조립체(130(5))는 제2 사분면(Q2)의 전지(200)를 제4 사분면(Q4)의 전지에 직렬로 연결한다.
5개의 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3), 130(4), 130(5)) 각각은 전기 전도성 기판(138), 기판(138)의 전지 단자 대면 측면(132) 상에 배치된 절연층(180), 및 기판(138)과 각각의 개별 전지 단자(214 또는 216) 사이에 전기적 연결을 제공하는 전기 커넥터(160)를 포함한다.
기판(138)은 강성, 전기 전도성의 얇은 플레이트이다. 기판(138)은 전지(120)를 향하는 제1 측면(132), 제1 측면(132)에 대향하는 제2 측면(134), 및 주변 에지(136)를 포함한다. 각각의 기판(138)은 주변 에지(136)로부터 돌출하는 적어도 하나의 탭(148)을 포함한다. 탭(148)은 기판 제1 측면(132)에 직교하게 연장되도록 기판 제1 측면(132)을 향해 절첩되어 있다. 탭(148)은 전압 및 온도 센서 리드가 기판(138)에 전기적으로 연결될 수 있게 한다. 또한, 체결구(도시되지 않음)는 탭(148)의 개구를 통해 기판(138)과 함께 전압 및 온도 센서 리드를 프레임 단부 캡(56, 58)에 고정하는 데 사용된다.
각각의 기판(138)은 기판(138)과 주어진 사분면의 전지(200) 사이에 병렬 전기적 연결이 이루어지는 영역에 대응하는 알파 부분(140), 및 예를 들어 인접한 알파 영역들 사이 또는 알파 영역과 모듈 단자(42, 44) 사이에 직렬 전기적 연결을 제공하는 영역에 대응하는 베타 부분(150)을 포함한다. 알파 부분(140)의 주변 에지(132)는 전지 어레이(202)의 프로파일을 수용하도록 곡선형이다.
제1, 제2 및 제3 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3))는 전지 어레이(202)의 제1 측면 상의 전지(200) 사이에 전기적 연결을 제공하고, 제1, 제2 및 제3 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3))의 기판(138)은 대체로 L자형이다. "L"의 제1 다리는 전지 어레이의 제1 측면 위에 놓인다(예를 들어, 전지 단자(214 또는 216)을 포함하는 전지의 단부 위에 놓임). "L"의 제1 다리는 기판(138)의 알파 부분(140)에 대응한다. 또한, "L"의 제2 다리는 제1 다리에 직교하고 프레임(50)의 일부 위에 놓인다(예를 들어, 전지(200)의 측벽 위에 놓임). "L"의 제2 다리는 기판(138)의 베타 부분(150)에 대응한다.
알파 부분(140)은 전지(200)의 단부가 정렬되는 제1 평면(P1)과 평행한 제2 평면(P2)에 위치한다. 알파 부분(140)은 1차 연결 관통 구멍(142)을 포함한다. 1차 연결 관통 구멍(142)은 사분면의 각각의 전지(200)에 제공되며, 각각의 1차 연결 관통 구멍(142)은 대응 전지(200)의 단부와 정렬되어, 전지 단자(214 또는 216)를 노출시킨다. 1차 연결 관통 구멍(142)은 원형이며, 전지(200)의 직경(d1)보다 작은 직경(d2)을 갖는다. 1차 연결 관통 구멍(142)은 와이어 본드와 같은 전기 커넥터(160)를 사용하여 노출된 전지 단자(214 또는 216)와 알파 부분(140) 사이에 전기적 연결이 이루어질 수 있도록 전지의 단부를 노출시킨다. 알파 부분은 또한 인접한 전지(200)의 측벽(210) 사이의 작은 간극과 정렬되는 1차 유동 관통 구멍(144)을 포함한다. 전지(200)의 육각형 패킹 배열의 반영으로서, 각각의 1차 연결 관통 구멍(142)의 원주 둘레에 배치된 6개의 1차 유동 관통 구멍(144)이 있다. 1차 유동 관통 구멍(144)은 간극의 작은 크기에 대응하도록 작은 직경(d3)을 가지며, 1차 연결 관통 구멍(142)보다 직경이 더 작다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 1차 유동 관통 구멍(144)의 직경(d3)은 연결 관통 구멍(142)의 직경(d2)의 약 10% 내지 25%이다.
베타 부분(150)은 제2 평면(P2)에 직교하는 제3 평면(P3)에 위치한다. 제1 및 제2 버스바 조립체(130(1), 130(2))의 기판(138)에서, 베타 부분(150)은 프레임 커버 플레이트(52) 위에 놓인다. 제1 버스바 조립체(130(1))의 베타 부분(150)은 배터리 모듈 음극 단자(44)에 전기적으로 연결되고, 제2 버스바 조립체(130(2))의 베타 부분(150)은 배터리 모듈 양극 단자(42)에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 버스바 조립체(130(1), 130(2))의 베타 부분(150)은 각각의 단자(42, 44)와 일체로 제조될 수 있고, 다른 실시예에서, 제1 및 제2 버스바 조립체(130(1), 130(2))의 베타 부분(150)은, 예를 들어 용접에 의해 각각의 단자에 결합될 수 있다. 예시된 실시예에서, 음극 배터리 모듈 단자(44)는 제1 버스바 조립체(130(1))의 베타 부분(150)의 한 에지로부터 일체로 돌출되고, 양극 배터리 모듈 단자(42)는 제2 버스바 조립체(130(2))의 베타 부분(150)의 한 에지로부터 일체로 돌출된다. 그 결과, 배터리 모듈 단자(42, 44)는 제1 및 제2 버스바 조립체(130(1), 130(2))의 베타 부분(150)과 동일한 평면에 위치한다. 제3 버스바 조립체(130(3))의 기판(138)에서, 베타 부분(150)은 프레임 베이스 플레이트(54) 위에 놓이고 제3 사분면(Q3)과 제4 사분면(Q4) 사이에 직렬 전기적 연결을 제공한다.
제1, 제2 및 제3 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3))의 기판(138)에서, 베타 부분(150)은 알파 부분(140)의 두께(ta)보다 두꺼운 두께(tb)를 갖고, 기판의 두께는 제1 측면(132)과 제2 측면(134) 사이의 거리에 대응한다(도 21). 베타 부분(150)의 더 두꺼운 두께는 이 영역에서 고전류 유동을 수용한다. 또한, 제1, 제2 및 제3 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3))의 베타 부분(150)은 세장형 개구(152)를 포함할 수 있다. 개구(152)는 프레임 커버 및 베이스 플레이트(52, 54)의 외향 표면으로부터 돌출하는 탭(55)을 수용하며, 이에 의해 개구(152)는 프레임(50)에 대한 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3))의 정확한 정렬 및 배향을 허용하고, 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3))를 프레임(50)에 대한 정확한 정렬로 유지하는 역할을 한다.
제4 및 제5 버스바 조립체(130(4), 130(5))는 전지 어레이(202)의 제2 측면 상의 전지(200) 사이에 전기적 연결을 제공한다. 제4 및 제5 버스바 조립체(130(4), 130(5))의 기판(138)은 대체로 평면형이고, 전지 어레이 제2 측면 위에 놓이며, 2개의 알파 부분(140)을 포함하고, 베타 부분(150)은 알파 부분(140) 사이에 배치되어 알파 부분과 동일 평면 상에 있다. 제4 및 제5 버스바 조립체(130(4), 130(5))의 기판(138)은 균일한 두께를 갖는다. 제4 및 제5 버스바 조립체(130(4), 130(5))는 나란한 배열로 동일한 평면(P5)에 배치된다. 제4 및 제5 버스바 조립체(130(4), 130(5))는 평면(P5) 내에서 이격된다. 평면(P5)은 평면(P1 및 P2)에 평행하다.
도 22 내지 도 26 및 도 29를 참조하면, 절연층(180)은 5개의 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3), 130(4), 130(5))의 알파 부분(140)과 전지 단자(214, 216) 사이에 위치하도록 기판(138)의 전지 단자 대면 측면(132) 상에 배치된다. 절연층(180)은 전기적 및 열적으로 절연성이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 절연층은 2.6 kV의 유전 파괴 전압을 가질 수 있고, 0.17 W/mK의 열 전도율을 가질 수 있으며, 이에 의해 적어도 섭씨 800도의 온도를 고장없이 수용할 수 있다. 또한, 절연층(180)은 화염 배리어를 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 절연층(180)은 UL 94 테스트 방법(예를 들어, 미국 Underwriters Laboratories에 의해 발표된 플라스틱 가연성 표준)을 사용하여 분류될 때 V-0, 5VA의 난연성 등급을 갖는다.
절연층(180)은 2차 연결 관통 구멍(188)을 포함한다. 2차 연결 관통 구멍(188)은 사분면의 각각의 전지(200)에 제공되고, 각각의 2차 연결 관통 구멍(188)은 대응하는 1차 연결 관통 구멍(142)과 정렬됨으로써, 전지의 단부를 노출시켜, 전기 커넥터(160)를 사용하여 노출된 전지 단자(214 또는 216)와 알파 부분(140) 사이에 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 2차 연결 관통 구멍(188)은 원형이고, 전지(200)의 직경(d1) 및 1차 연결 관통 구멍(142)의 직경(d2)보다 작은 직경(d4)을 갖는다. 2차 연결 관통 구멍(188)은 1차 연결 관통 구멍(142)보다 직경이 작기 때문에, 1차 연결 관통 구멍(142) 근방에서 기판(138)과 전지 단자(214, 216) 사이의 단락 가능성을 감소시키는 절연 경계 또는 가장자리가 각각의 1차 연결 관통 구멍(142) 내에 제공된다. 절연층(180)은 또한 1차 유동 관통 구멍(144)과 정렬되고 1차 유동 관통 구멍(144)과 동일한 직경(d3)을 갖는 2차 유동 관통 구멍(190)을 포함한다.
일부 실시예에서, 절연층(180)은 알파 부분(140)을 향하는 제1 측면(182) 및 전지 어레이(202)를 향하는 제2 측면(184)을 갖는 얇은 시트의 형태일 수 있다. 절연층(180)을 형성하는 데 사용되는 시트는 종이 시트, 세라믹 시트, 세라믹이 코팅된 종이 시트, 필름 또는 다른 적절한 얇은 재료일 수 있다. 시트 형태의 절연층(180)의 제1 측면(182)은 절연층(180)을 알파 부분(140)에 고정시키는 접착제 코팅을 포함할 수 있다. 또한, 절연층(180)의 제2 측면(184)은 절연층을 노출된 전지 단부에 고정시키는 접착제 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연층(180)의 제1 및 제2 측면(182, 184)은 감압 접착제 코팅을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 절연층(180)은 기판(138)의 알파 부분(140)의 전지 대면 측면(132) 상에 제공되는(예를 들어, 접합되는) 코팅일 수 있다. 코팅은 소결 프로세스 또는 기상 증착 프로세스와 같은 임의의 적절한 방법에 의해 표면에 적용될 수 있다.
도 27 및 도 28을 참조하면, 각각의 전지 단자(214, 216)에 대해, 전기 커넥터(160)는 전지 단자(214, 216)와 대응하는 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3), 130(4), 130(5))(예를 들어, 전지 단자를 향하는 버스바 조립체)의 알파 부분(140) 사이에서 연장되고 그 사이에 전기적 연결을 제공한다. 예를 들어, 전기 커넥터(160)는 와이어 본드일 수 있지만, 이러한 유형의 전기 커넥터에 제한되지 않는다. 본 명세서에 사용될 때, "와이어 본드"라는 용어는, 와이어 접합 프로세스를 통해 일 단부가 기판(138)에 부착되고 다른 단부가 단자(214, 216)에 부착되는 고순도 금, 알루미늄 또는 구리로 구성된 미세 와이어 형태의 전기 커넥터를 지칭한다. 특정 용례에 의해 요구되는 바와 같이 와이어 본드 대신에 다른 적절한 전기 커넥터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 다른 적절한 전기 커넥터는 전지 단자(214, 216)와 대응하는 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3), 130(4), 130(5))의 알파 부분(140) 사이의 직접 용접부를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(40)에서, 각각의 전지(200)의 양극 단자(214)는 제1 전기 커넥터(160(1))를 통해 하나의 버스바 조립체(130)의 알파 부분(140)에 연결되고(도 28), 해당 전지(200)의 음극 단자는 제2 전기 커넥터(160(2))를 통해 다른 버스바 조립체의 알파 부분(140)에 연결된다(도 27). 예시된 실시예에서, 제1 전기 커넥터(160(1))의 전류 전달 용량은 제2 전기 커넥터(160(2))의 전류 전달 용량과 상이하고, 예를 들어 전기 커넥터(160(1), 160(2))의 전류 전달 용량은 비대칭적이다. 특히, 제1 전기 커넥터(160(1))의 전류 전달 용량은 제2 전기 커넥터(160(2))의 전류 전달 용량보다 작다. 제1 전기 커넥터(160(1))의 전류 전달 용량이 제2 전기 커넥터(160(2))의 전류 전달 용량보다 작은 제1 및 제2 전기 커넥터(160(1), 160(2))를 제공함으로써, 각각의 전지는, 전지 양극 단자(214)에 대한 전기적 연결이 전지 음극 단자(216)에 대한 전기적 연결 이전에 고장남으로써, 배터리 모듈(40)의 내부 전기 회로를 개방하는 방식으로 각각의 버스바 조립체(130)에 전기적으로 연결된다.
예시된 실시예에서, 제1 및 제2 전기 커넥터(160(1), 160(2))의 전류 전달 용량의 차이는, 제1 전기 커넥터(160(1))로서 단일 와이어 본드를 제공하고, 제2 전기 커넥터(160(2))로서 2개의 와이어 본드(예를 들어, 이중 와이어 본드)를 제공함으로써 달성되고, 각각의 와이어 본드는 동일한 전류 전달 용량을 갖는다.
다른 실시예에서, 제1 및 제2 전기 커넥터(160(1), 160(2))의 전류 전달 용량의 차이는, 제1 전기 커넥터(160(1))로서 단일 제1 와이어 본드를 제공하고, 제2 전기 커넥터(160(2))로서 단일 제2 와이어 본드를 제공함으로써 달성될 수 있고, 제1 와이어 본드는 제2 와이어 본드보다 낮은 전류 전달 용량을 갖는다. 이는, 예를 들어 제2 와이어 본드보다 더 작은 직경을 갖는 제1 와이어 본드를 제공함으로써 구현될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 전기 커넥터(160(1), 160(2))의 전류 전달 용량의 차이는 제1 전기 커넥터(160(1))로서 단일 제1 와이어 본드를 제공하고, 제2 전기 커넥터(160(2))로서 기판(138)과 음극 단자(216) 사이의 직접 용접부를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 전기 커넥터(160(1), 160(2))의 전류 전달 용량의 차이는, 제1 전기 커넥터(160(1))로서 제1 전기 전도성 스트립 또는 리드를 제공하고, 제2 전기 커넥터(160(2))로서 제2 전기 전도성 스트립 또는 리드를 제공함으로써 달성될 수 있고, 제1 전기 전도성 스트립은 퓨즈를 포함한다. 이는, 예를 들어 스트랩의 나머지 부분보다 낮은 전류에서 고장나는 네킹된 부분(necked portion)을 갖는 제1 전기 전도성 스트립을 제공함으로써 구현될 수 있다.
도 8 및 도 30 내지 도 33을 참조하면, 내부에 지지되는 전지(200)의 어레이(202)를 포함하는 프레임(50), 및 전지 단부(207, 208) 및 프레임(50)의 커버 및 베이스 플레이트(52, 54) 위에 놓이는 버스바(130)가 스페이서(80) 내에 배치된다. 스페이서(80)는, 개방 스페이서 제1 단부(82), 스페이서 제1 단부(82)에 대향하는 개방 스페이서 제2 단부(84) 및 스페이서 제1 단부(82)와 스페이서 제2 단부(84) 사이에서 연장되는 스페이서 측벽(85)을 포함하는 세장형, 직사각형의 얇은 벽 튜브이다.
스페이서 측벽(85)은 스페이서 제1 또는 제2 단부(82, 84)를 향하여 보았을 때 직사각형 형상을 가지므로, 4개의 벽 부분(86, 90, 94, 96)을 포함한다. 특히, 스페이서 측벽(85)은 제1 벽 부분(86), 제1 벽 부분(86)과 이격되고 그에 평행한 제2 벽 부분(90), 제1 벽 부분(86)에 직교하고 제1 벽 부분(86)을 제2 벽 부분(90)에 결합시키는 제3 벽 부분(94), 및 제3 벽 부분(94)과 이격되고 그에 평행한 제4 벽 부분(96)을 포함한다. 제4 벽 부분(96)은 제1 벽 부분(86)을 제2 벽 부분(90)에 결합시킨다.
제1, 제2, 제3 및 제4 벽 부분(86, 90, 94, 96)은 협력하여 스페이서 내부 공간(104)을 획정한다. 프레임(50)은, 스페이서(80)의 제1 벽 부분(86)이 전지 어레이(202)의 제1 측면 상의 제1, 제2 및 제3 버스바 조립체(130(1), 130(2), 130(3))의 알파 부분(140) 위에 놓이도록 스페이서 내부 공간(104)에 배치된다. 또한, 스페이서(80)의 제2 벽 부분(90)은 전지 어레이(202)의 제2 측면 상의 제4 및 제5 버스바 조립체(130(4), 130(5))의 알파 부분(140) 위에 놓인다. 결과적으로, 각각의 전지 제1 단부(207) 및 각각의 전지 제2 단부(208)는 제1 벽 부분(86) 또는 제2 벽 부분(90)을 향한다. 또한, 프레임 제1 및 제2 단부 캡(56, 58)은 개방 스페이서의 제1 및 제2 단부(82, 84)에 배치된다.
제1 벽 부분(86)의 내부 표면(88) 및 제2 벽 부분(90)의 내부 표면(92)은 각각 스페이서 제1 단부(82)로부터 스페이서 제2 단부(84)로 연장되는 선형 홈(98)을 포함한다. 홈(98)은 배터리 모듈(40) 내의 유체 통로의 역할을 하고, 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 배터리 팩(1)을 가득 채우는 데 사용되는 동일한 가공 유체는 홈(98)을 통해 능동적으로 펌핑된다. 제1 및 제2 벽 부분(86, 90) 각각에 제공된 홈(98)의 수는 전지 어레이(202)의 전지(200) 행의 수에 대응한다. 각각의 홈(98)은 전지 어레이(202)의 행과 정렬되고 전지 어레이(202)를 향하여 개방되며, 이에 의해 전지 단부(207, 208) 및 전기 커넥터(160)는 홈(98)을 통과하는 가공 유체의 냉각 효과에 노출된다. 달리 말하면, 각각의 홈(98)은 스페이서(80)와 전지 어레이(202) 사이를 유동하는 냉각제 유체 통로(102)를 제공한다. 이를 위해, 홈(98)은 원하는 온도에서 전지(200)를 유지하기에 충분한 냉각제 유체 유동을 수용하도록 형상화되고 치수 설정된다. 또한, 홈(98)은 전지(200)로부터 배출되는 가스의 유동을 수용하도록 형상화되고 치수 설정될 수 있다. 예시된 실시예에서, 각각의 홈(98)은 스페이서(80)가 단면에서 보았을 때 확인되는 직사각형 형상을 가지며, 랜드(100)가 인접한 홈(98) 사이에 배치되어 홈을 분리시킨다.
유체는 스페이서 제1 단부(82)에서 각각의 홈(98)에 진입하고 스페이서 제2 단부(84)에서 홈(98)을 빠져나갈 수 있다. 홈(98) 내의 가공 유체는 전기 커넥터(160)를 포함하는 양극 및 음극 전지 단자에 걸쳐 유동한다. 일부 실시예에서, 전기 커넥터(160)는 유동 방향과 정렬되고(예를 들어, 홈(98)의 연장 방향에 평행하게 배향됨), 이에 의해 유체 통로(102) 내의 전기 커넥터(160)의 존재로 인한 유체 압력 손실이 최소화된다.
배터리 팩(1)에는 가공 유체가 가득 채워지기 때문에, 프레임(50)과 스페이서(80)를 포함하는 배터리 모듈(40)의 구성요소는 서로 또는 배터리 모듈(40)의 다른 구성요소에 대해 유체 밀봉되지 않는다. 유체가 홈(85)에 의해 획정된 유체 통로(102)를 통해 지향되지만, 유체는 인접한 전지(200)의 측벽(210) 사이를 비롯하여 배터리 모듈(40) 전체에 걸쳐 그리고 버스바 조립체(130)의 1차 및 2차 유동 관통 구멍(144, 190)을 통해 유동하는 것이 방지되지 않는다.
프레임(50)과 스페이서(80)는 폴리머와 같은 유전체 재료로 형성된다. 스페이서(80)는 단일 피스 구조(도시되지 않음)로서 제조될 수 있거나, 프레임(50)과의 용이한 조립을 위해 2개의 U자형 절반부(80(1), 80(2))로 제조될 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 34, 도 35를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 각각의 카세트(20)는 카세트 하우징(22) 내에 지지되는 3개의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))을 포함한다. 카세트 하우징(22)은, 개방 단부(23)를 갖는 튜브형 카세트 하우징(22)을 형성하기 위해 협력하는 강성 U자형 상부 부분(24) 및 강성 U자형 하부 부분(26)을 포함한다. 일부 실시예에서, 상부 및 하부 부분(24, 26)은 강철로 형성된다.
3개의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))은 카세트 하우징(22) 내에 나란히 배열되고, 각각의 인접한 배터리 모듈(40) 사이에 배리어(110)가 배치된다. 특히, 제1 배리어(110(1))는 제1 배터리 모듈(40(1))의 제1 벽 부분(86)과 제2 배터리 모듈(40(2))의 제2 벽 부분(90) 사이에 배치되고, 제2 배리어(110(2))는 제2 배터리 모듈(40(2))의 제1 벽 부분(86)과 제3 배터리 모듈(40(3))의 제2 벽 부분(90) 사이에 배치된다. 이 구성에서, 하나의 배터리 모듈(40)의 전지(200)의 전지 단부(207, 208)는 인접한 배터리 모듈(40)의 전지(200)의 전지 단부(207, 208)를 향한다. 인접한 모듈(40(1), 40(2), 40(3))의 각각의 벽 부분(89, 90) 사이에 배리어(110)를 배치함으로써, 배리어(110)는 전지 배출 및/또는 모듈(40) 중 하나의 전지(200)의 열 폭주 시에 열적 및 기계적 차폐부의 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 배리어(110)는 가스 불투과성이고 섭씨 1000도보다 높은 용융 온도를 갖는 강성의 얇은 금속 플레이트이다. 예시된 실시예에서, 배리어(110)는 얇은 강철 플레이트이다.
배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))은 원통형 유지 바아(28)(도 5)에 의해 카세트 하우징 개방 단부(23)를 빠져나가는 것이 방지된다. 유지 바아(28)는 프레임 제1 및 제2 단부 캡(56, 58)의 제1 홈(76)과 협력하고 카세트 하우징(22) 내에 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))을 유지하기 위해 배리어(110(1), 110(2))의 주변을 따라 개구(118)를 통과한다.
3개의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))은 배터리 모듈 단자(42, 44)가 카세트 하우징(22)으로부터 외부로 돌출되도록 카세트 하우징(22) 내에 배열된다. 또한, 카세트 하우징(22)의 각각의 개방 단부(23)에서, 3개의 돌출된 배터리 모듈 단자(42, 44)의 극성은 극성이 번갈아 나타난다.
도 36 내지 도 40을 참조하면, 배터리 팩(1)은 가공 유체를 배터리 팩 하우징(2)에 배치된 각각의 배터리 모듈(40)로 능동적으로 지향시키는 열 관리 시스템(500)을 포함한다. 열 관리 시스템(500)은 유체 펌프(680), 유체 펌프(680)로부터 가압된 유체를 받고 이를 카세트(20)로 전달하는 유체 전달 라인(682), 및 카세트(20)로부터 유체를 수집하고 이를 유체 펌프(680)로 복귀시키는 유체 복귀 라인(692)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 유체 펌프(680)는 배터리 팩 하우징(2) 외부에 위치되지만, 다른 실시예에서, 유체 펌프(680)는 배터리 팩 하우징(2) 내부에 배치될 수 있다.
배터리 팩 하우징(2) 내에서, 유체 전달 라인(682)은 4개의 전달 분기 라인(684(1), 684(2), 684(3), 684(4))으로 분할된다. 각각의 전달 분기 라인(684(1), 684(2), 684(3), 684(4))은 2개의 인접한 카세트(20)로 유체를 전달한다. 이를 위해, 각각의 전달 분기 라인(684(1), 684(2), 684(3), 684(4))은 유체를 인접한 카세트(20) 중 제1 카세트의 입구 플레넘 조립체(502)로 지향시키는 제1 매니폴드 부분(685(1)), 및 유체를 인접한 카세트(20) 중 제2 카세트의 입구 플레넘 조립체(502)로 지향시키는 제2 매니폴드 부분(685(2))을 포함한다. 각각의 카세트(20)의 입구 플레넘 조립체(502)는 실질적으로 동일하며, 입구 플레넘 조립체(502)는 아래에서 상세히 설명될 것이다. 제1 및 제2 매니폴드 부분(685(1), 685(2)) 각각은 입구 단부(686), 대향하는 출구 단부(687), 및 3개의 전달 포트(688)를 갖는 튜브이다. 제1 매니폴드 부분(685(2))의 입구 단부(686)는 유체 전달 라인(682)의 대응하는 분기 라인(684)에 연결되고, 제1 매니폴드 부분(685(1))의 출구 단부(687)는 제2 매니폴드 부분(685(2))의 입구 단부(686)에 연결된다. 제2 매니폴드 부분(685(2))의 출구 단부(687)는 캡핑된다(예를 들어, 플러깅된다). 3개의 전달 포트(688)는 각각 대응하는 입구 플레넘 조립체(502)의 입구 개구(522)에 연결되고, 유체를 입구 플레넘 조립체(502)에 병렬로 제공한다.
각각의 전달 포트(688)는 오리피스 밸런서(orifice balancer)(690)(도 44 내지 도 46)를 포함할 수 있다. 오리피스 밸런서(690)는 전달 포트(688) 내에 배치된 환형이고, 오리피스 밸런서(690)의 내부 표면(692)의 치수는 전달 포트(688)를 통한 유량을 결정한다. 오리피스 밸런서(690)의 치수를 적절하게 선택함으로써, 전달 포트(688)를 통한 유체 유동의 속도가 제어되고 조절될 수 있다.
각각의 카세트(20)는 출구 개구(622) 및 출구 라인(626)을 갖는 출구 플레넘 조립체(582)를 포함한다. 각각의 카세트(20)의 출구 플레넘 조립체(582)는 실질적으로 동일하며, 출구 플레넘 조립체(582)는 아래에서 상세히 설명될 것이다. 각각의 카세트(20)로부터의 출구 라인(626)은 유체 복귀 라인(692)으로 병합되는 2개의 복귀 분기 라인(694) 중 하나에 결합된다.
도 41 내지 도 48을 참조하면, 입구 플레넘 조립체(502)는 카세트 하우징(22)의 2개의 개방 단부(23) 중 하나를 폐쇄하고, 유체를 카세트(20)에 배치된 각각의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))로 지향시킨다. 입구 플레넘 조립체(502)는 입구 플레넘(504), 및 입구 플레넘(504)과 각각의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3)) 사이에 배치된 입구 유동 전환기(540)를 포함한다.
입구 플레넘 조립체(502)는 카세트(20)의 각각의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))에 유체를 동시에 분배한다. 이를 위해, 입구 플레넘(504) 및 입구 유동 전환기(540)는, 이제 설명되는 바와 같이, 각각의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))의 스페이서(80)에 제공된 유체 통로(102)를 향해 동시에 유체를 지향시키도록 협력하는 피처를 갖는다.
입구 플레넘(504)은 프레임(50)의 단부 캡(56, 58)에 평행한 단부 플레이트(506), 및 단부 플레이트(506)의 모듈 대면 표면(508)으로부터 돌출하는 림(514)을 포함한다. 림(514)은 단부 플레이트(506)의 주변 에지(512)의 일부를 따라 연장된다. 예시된 실시예에서, 단부 플레이트(506)는 직사각형 프로파일을 갖고, 림(514)은 단부 플레이트(506)의 3개의 측면을 따라 연장된다. 사용시, 림(514)은 카세트 하우징(22) 위에 놓인다. 또한, 입구 플레넘(504)은 단부 플레이트(506)의 모듈 대면 표면(508)으로부터 돌출하는 한 쌍의 레일(518)을 포함한다. 레일(518)은 프레임 제1 및 제2 벽 부분(86, 90)에 대해 선형으로 평행하게 연장된다. 레일(518)은 각각의 배리어(110)와 정렬되고, 따라서 입구 유동 전환기(540)로부터 전환된 유체를 수용하고 이를 유체 통로(102)를 향해 지향시키도록 구성된다.
입구 플레넘 단부 플레이트(506)는 매니폴드 부분(685)의 유체 전달 포트(688)에 연결되고 유체 전달 라인(682)으로부터 유체를 수용하는 3개의 유체 입구 개구(522)를 포함한다. 유체 입구 개구(522)는 선형 행으로 배열되고, 레일(518)은 각각의 인접한 유체 입구 개구(522) 사이에 배치된다. 각각의 유체 입구 개구(522)는 카세트(20)의 3개의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3)) 중 하나의 배터리 모듈(40)을 향한다. 또한, 각각의 유체 입구 개구(522)는 각각의 배터리 모듈(40)의 프레임(50)의 단부 캡(56, 68)에 센터링되고, 아래에서 더 설명되는 바와 같이 입구 유동 전환기(540)의 표면과 정렬된다.
각각의 유체 입구 개구(522)는 단부 플레이트(506)의 외향 표면(516)으로부터 외향 돌출하는 네킹된 돌기(524)에 의해 둘러싸여 있다. 돌기(524)는 전달 포트(688)에 수용되고 그와 기계적 연결을 형성하도록 형상화되고 치수 설정된다. 예를 들어, 돌기(524)는 전달 포트(688)와 압입 연결을 가질 수 있다. 오리피스 밸런서(690)(도 44 내지 도 46)는 전달 포트(688)에 배치되고, 전달 포트(688)의 내부 표면과 네킹된 돌기(524)의 말단 단부(526) 사이에 끼워진다. 앞서 설명한 바와 같이, 오리피스 밸런서(690)는 입구 플레넘 조립체(502)가 제1 유체 유량으로 배터리 모듈 중 하나(예를 들어, 제1 배터리 모듈(40(1)))에 유체를 제공할 수 있게 하고, 제2 유체 유량으로 배터리 모듈 중 하나(예를 들어, 제2 배터리 모듈(40(2)))에 유체를 제공할 수 있게 하며, 제1 유체 유량은 제2 유체 유량과 상이하다. 이는 전달 포트(688)에 적절한 크기의 오리피스 밸런서를 제공함으로써 달성된다.
입구 플레넘 단부 플레이트(506)는 단부 플레이트 외향 표면(516)으로부터 외향 돌출하는 스냅 체결 클립(528)을 포함한다. 클립(528)은 제1 및 제2 매니폴드 부분(685(1), 685(2)) 중 하나를 수용하고 지지한다.
카세트(20)의 각각의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))에 대해 입구 유동 전환기(540)가 제공되며, 입구 플레넘 단부 플레이트(506)와 각각의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))의 프레임 단부 캡(56, 58) 사이에 배치된다. 입구 유동 전환기(540)는 유체 입구 개구(522)를 빠져나가는 유체를 수용하고 유체를 각각의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))의 유체 통로(120)를 향해 전환시키도록 구성된 윤곽의 강성 플레이트이다. 입구 유동 전환기(540)는 입구 유동 전환기(540)의 주변 에지(546)에 인접하는 평면형 제1 부분(548), 및 제1 부분(548)에 의해 둘러싸인 돔형(예를 들어, 융기된) 제2 부분(550)을 포함한다. 제1 부분(548)은 단부 플레이트(506)에 평행하다. 제2 부분(550)은 단부 플레이트(506)를 향해 돌출하고 유체 입구 개구(522)와 정렬된다. 예시된 실시예에서, 입구 유동 전환기(540)의 제1 부분(548)은 단부 플레이트(506)와 함께 각각의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))의 프레임(50)의 단부 캡(56, 58)에 고정된다. 예시된 실시예에서, 나사(522)와 같은 체결구는 유동 전환기(540) 및 단부 플레이트(506)를 프레임(50)에 고정하는 데 사용되며, 단부 플레이트(506)의 체결구 개구는 단부 플레이트(506)와 유동 전환기(504) 사이의 간격을 제공하는 스탠드오프(530)에 의해 둘러싸여 있다. 입구 유동 전환기(540)는 각각의 프레임 단부 캡(56, 58)의 외향 표면에 제공된 제1 및 제2 홈(76, 78)으로부터 멀어지게 유체를 전환시키면서 유체 통로(120)를 향해 유체를 전환시킨다.
도 49 내지 도 54를 참조하면, 출구 플레넘 조립체(582)는 카세트 하우징(22)의 2개의 개방 단부 중 다른 하나를 폐쇄한다. 즉, 출구 플레넘 조립체(582) 및 입구 플레넘 조립체(502)는 카세트 하우징(22)의 대향 단부에 배치된다. 출구 플레넘 조립체(582)는 배터리 모듈 스페이서(80)의 홈(98)(예를 들어, 유체 통로(102))으로부터 배출된 유체를 수집한다. 출구 플레넘 조립체(582)는 출구 플레넘(584), 및 각각의 배터리 모듈(40(1), 40(2), 40(3))과 출구 플레넘(584) 사이에 배치된 출구 유동 전환기(640)를 포함한다. 출구 플레넘(584)은 입구 플레넘(504)과 유사하다. 이러한 이유로, 공통 요소를 나타내는 데 공통 참조 번호가 사용되고 공통 요소에 대한 설명은 반복되지 않는다. 출구 플레넘(584)은 입구 개구(522), 네킹된 돌기(524) 및 레일(518)이 생략된다는 점에서 입구 플레넘(504)과 상이하다. 또한, 출구 플레넘은 림(514)의 외향 표면에 배치되고 출구 플레넘(584) 내의 공간과 유체 연통하는 단일 출구 개구(622)를 포함한다. 출구 유동 전환기(640)는 입구 유동 전환기(540)와 동일하다. 다시 말하지만, 공통 참조 번호가 공통 요소를 나타내는 데 사용된다. 출구 플레넘 조립체(582)는 스페이서(80)의 각각의 유체 채널(120)을 빠져나가는 유체가 출구 플레넘(584)에 수집되고 출구 개구(622)로 지향되도록 한다. 출구 개구(622)는 출구 라인(626) 및 복귀 분기 라인(694)을 통해 유체 복귀 라인(692)에 연결된다.
도 55 내지 도 60을 참조하면, 배터리 팩(1)은 밀봉된 배터리 팩 하우징(2) 내의 압력의 수동 관리를 제공하는 압력 관리 시스템(300)을 포함한다. 압력 관리 시스템(300)은, 예를 들어 가공 유체가 높은 팽창 계수를 갖고 온도 및/또는 고도 변화에 민감할 때 유리할 수 있다. 압력 관리 시스템(300)은 배터리 팩 하우징(2) 내에 배치된 적어도 하나의 가요성 및 확장 가능한 압력 보상 디바이스(330), 배터리 팩 하우징(2)의 외부 표면에 배치된 벤트 블록(302), 및 압력 보상 디바이스(330)와 벤트 블록(302) 사이에 유체 연통을 제공하는 피팅(380, 480)을 포함한다.
예시된 실시예에서, 압력 보상 디바이스(330)는, 독립적이고 직렬로 연결된 가요성 및 확장 가능한 블래더(340)의 세트이다. 블래더(340)는, 예를 들어 배터리 팩 하우징(2)을 둘러싸는 압력 및 온도 조건으로 인해 밀봉된 배터리 팩 하우징(2) 내의 가공 유체의 체적 변화를 수용하기 위해 블래더(340)가 팽창하거나 수축한다는 점에서 폐와 같은 기능을 한다. 블래더(340)는 1차 및 2차 피팅(380, 480)을 통해 직렬로 연결된 3개의 개별 블래더(340(1), 340(2), 340(3))의 세트이다. 제1 블래더(340(1))는 1차 피팅(380)을 통해 벤트 블록(302)에 연결되어 유체 연통하고, 동일한 1차 피팅(380)을 통해 제2 블래더(340(2))에 연결되어 유체 연통한다. 제2 블래더(340(2))는 또한 2차 피팅(480)을 통해 제3 블래더(340(3))에 연결되고 유체 연통한다.
각각의 블래더(340(1), 340(2), 340(3))는 블래더(340)가 팽창 및 수축할 수 있게 충분히 가요성인 가스 및 습기 불투과성 재료로 형성된 폐쇄된 백이다. 또한, 각각의 블래더(340(1), 340(2), 340(3))는 배터리 팩 하우징(2)의 내부 표면, 카세트 하우징(22)의 외부 표면 및 배터리 팩 하우징(2)에 배치된 다른 보조 구조를 비롯하여 배터리 팩(1) 내의 인접한 구조의 형상에 대체로 합치하기에 충분히 가요성이다.
예시된 실시예에서, 각각의 블래더(340(1), 340(2), 340(3))는 금속 필름층과 폴리머층을 갖는 적층된 시트로 형성된다. 일 예에서, 적층된 시트는 금속 필름 외부층, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)(PET) 필름 중간층 및 폴리프로필렌 필름 내부층을 포함하는 3개의 층을 가질 수 있다. 다른 예에서, 적층된 시트는 PET 필름 외부층, 금속 포일 중간층 및 폴리프로필렌 필름 내부층을 포함하는 3개의 층을 가질 수 있다.
블래더(340)의 개수 및 각각의 블래더(340)의 크기는 특정 용례의 요구 사항에 따라 달라진다. 예시된 실시예에서, 블래더(340(1), 340(2), 340(3))는 각각 고유한 형상 및 크기를 가지며, 카세트(20)를 또한 수용하는 배터리 팩(1) 내에서 이용 가능한 공간 내에 끼워지도록 형상화되고 치수 설정된다. 카세트(20)는 배터리 팩 용기(4) 내에서 단일 층으로 배열되고 2개의 그룹으로 분리된다. 2개의 그룹의 카세트(20)는 열 관리 시스템의 유체 전달 및 복귀 라인(682, 692) 뿐만 아니라 다른 보조 구조 및 디바이스(도시되지 않음)를 수용하는 간극(9)(도 2, 도 36)에 의해 분리된다. 블래더(340(1), 340(2), 340(3))는 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 카세트(20)를 중심으로 배터리 팩 하우징(2)에 배열된다.
제1 블래더(340(1))는 제2 및 제3 블래더(340(2), 340(3))보다 크며, 카세트(20)와 뚜껑(6) 사이에 배치된다. 제1 블래더(340(1))는, 예를 들어, 적층된 제1 시트(341)와 적층된 제2 시트(342)를 적층하고, 폐쇄된 제1 내부 공간(358(1))을 형성하기 위해 밀봉 라인(348(1))을 따라 제1 및 제2 시트(341, 342)의 주변을 밀봉함으로써 형성될 수 있다. 주변 에지(356(1))는, 예를 들어 열 인가를 통해 밀봉될 수 있다. 제1 블래더(340(1))는 8개의 카세트(20) 각각 위에 놓이기에 충분한 길이 및 폭을 가지며, 매우 낮은 프로파일을 갖는다. 달리 말하면, 제1 블래더(340(1))의 높이(hi)는 그 길이(11) 및/또는 폭(wl)에 비교하여 매우 작고, 각각의 블래더(340)의 높이(h)는 배터리 팩 하우징(2)의 높이(hp)와 평행하다. 예를 들어, 제1 블래더(340(1))가 팽창되지 않은 경우, 제1 블래더(340(1))의 높이(hi)는 제1 블래더(340(1))를 형성하는 데 사용된 재료의 대략 2개의 시트(341, 342)의 두께에 대응할 수 있다.
제1 블래더(340(1))는 제1 블래더(340(1))의 밀봉 라인(348(1))으로부터 이격된 위치에서 제1 시트(341)에 형성된 제1 개구(351)를 포함한다. 제1 개구(351)는 1차 피팅(380)의 제1 부분(440)을 관통 수용하도록 형상화되고 치수 설정되며, 제1 시트(341)는 제1 개구(351)에서 1차 피팅(380)의 제1 부분(440)에 밀봉된다.
제1 블래더(340(1))는 제1 블래더(340(1))의 밀봉 라인(348(1))으로부터 이격된 위치에서 제2 시트(342)에 형성된 제2 개구(352)를 포함한다. 제2 개구(352)는 높이(hi)에 평행한 방향으로 제1 개구(351)와 정렬된다. 또한, 제2 개구(352)는 1차 피팅(380)의 제2 부분(442)을 관통 수용하도록 형상화되고 치수 설정되며, 제2 시트(342)는 제2 개구(352)에서 1차 피팅(380)의 제2 부분(442)에 밀봉된다.
또한, 제1 블래더(340(1))는 블래더 주변 에지(356)로부터 이격된 위치에서 한 쌍의 밀봉된 관통 개구(358)를 포함한다. 관통 개구(358)는 배터리 팩(1)의 보조 구성요소가 제1 블래더(340(1))를 통과하게 한다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 관통 개구(358)는 충전 튜브가 제1 블래더(340(1))를 통과하게 한다. 예시된 실시예에서, 관통 개구(358)는 하나의 관통 개구(358)가 제1 및 제2 개구(351)의 대향 측면 각각에 배치되도록 제1 및 제2 개구(351, 352) 근방에 배열된다.
제2 블래더(340(2))는 2개의 그룹의 카세트(20) 사이의 간극(9)에 배치되고, 도 1에 예시된 배터리 팩(1)의 배향에 대해 제1 블래더(340(1)) 아래에 위치한다. 제2 블래더(340(2))는 불규칙 형상, 제1 블래더(341(1))에 비교하여 상대적으로 높은 프로파일, 및 제2 블래더가 위치하는 간극의 폭에 대응하는 폭을 갖는다. 제2 블래더(340(2))는, 예를 들어, 적층된 제3 시트(343)와 적층된 제4 시트(344)를 적층하고, 폐쇄된 제2 내부 공간(358(2))을 형성하기 위해 밀봉 라인(348(2))을 따라 제3 및 제4 시트(343, 344)의 주변 에지(356(2))를 밀봉함으로써 형성될 수 있다. 주변 에지(356(2))는, 예를 들어 열 인가를 통해 밀봉될 수 있다. 제2 블래더(340(2))는 제2 블래더(340(2))의 밀봉 라인(348(2))으로부터 이격된 위치에서 제3 시트(343)에 형성된 제3 개구(353)를 포함한다. 제3 개구(353)는 1차 피팅(380)의 제3 부분(446)을 관통 수용하도록 형상화되고 치수 설정되며, 제3 시트(343)는 제3 개구(353)에서 1차 피팅(380)의 제3 부분(446)에 밀봉된다.
또한, 제2 블래더(340(2))는 제2 블래더(340(2))의 밀봉 라인(348(2))으로부터 이격된 위치에서 제3 시트(343)에 형성된 제4 개구(354)를 포함한다. 제4 개구(354)는 제3 개구(353)에 대해 제2 블래더(340(2))의 대향 단부에 있다. 제4 개구(354)는 2차 피팅(480)의 일 단부(481)를 수용하도록 형상화되고 치수 설정되며, 제3 시트는 제4 개구(354)에서 2차 피팅(480)의 일 단부에 밀봉된다.
제3 블래더(340(3))는 2개의 그룹의 카세트(20) 사이의 간극(9)에 배치되고, 간극(9) 내에서 제2 블래더(340(2))에 인접한다(예를 들어, 단부 대 단부로). 제2 블래더(340(2))와 같이, 제3 블래더(340(3))는 제1 블래더(340(1)) 아래에 위치한다. 제3 블래더(340(3))는 제3 블래더가 위치하는 간극의 폭에 대응하는 폭을 포함하는 대체로 직사각형 형상을 갖는다. 제3 블래더(340(3))는 제2 블래더(340(2))보다 높이가 낮다. 제3 블래더(340(3))는, 예를 들어, 적층된 제5 시트(345)와 적층된 제6 시트(346)를 적층하고, 폐쇄된 제3 내부 공간(358(3))을 형성하기 위해 밀봉 라인(348(3))을 따라 제5 및 제6 시트(345, 346)의 주변 에지(356(3))를 밀봉함으로써 형성될 수 있다. 주변 에지(356(3))는, 예를 들어 열 인가를 통해 밀봉될 수 있다. 제3 블래더(340(3))는 제3 블래더(340(3))의 밀봉 라인(348(3))으로부터 이격된 위치에서 제5 시트(345)에 형성된 단일 개구, 예를 들어 제5 개구(355)를 포함한다. 제5 개구(355)는 2차 피팅(480)의 대향 단부(482)를 수용하도록 형상화되고 치수 설정되며, 제5 시트(345)는 제5 개구(355)에서 2차 피팅(480)의 대향 단부(482)에 밀봉된다.
도 61 내지 도 64를 참조하면, 벤트 블록(302)은 압력 보상 디바이스(330)의 내부 공간(358(1), 358(2), 358(3))과 유체 연통하고 내부 공간이 배터리 팩 하우징(2)을 둘러싸는 분위기와 연통하게 한다. 벤트 블록(302)은 배터리 팩 뚜껑(6)의 외부 표면에 배치되는 직사각형 구조이다. 벤트 블록(302)은 뚜껑 대면 단부(304), 뚜껑 대면 단부(304)에 대향하는 외향 단부(306), 및 뚜껑 대면 단부(304)와 외향 단부(306) 사이에서 연장되는 4개의 측면(308, 310, 312, 314)을 포함한다. 벤트 블록(302)은 뚜껑 대면 단부(304)에서 개방되는 길이방향 보어(318)를 포함한다. 길이방향 보어(318)는 벤트 블록(302) 내에서 종결된다. 길이방향 보어(318)는 나사형이고, 아래에서 더 설명되는 바와 같이 제1 피팅(380)의 제1 단부(381)의 대응하는 나사부와 맞물린다.
벤트 블록(302)은 길이방향 보어(318)에 직교하고 길이방향 보어(318)와 교차하는 제1 횡방향 보어(322)를 포함한다. 제1 횡방향 보어(322)는 벤트 블록(302)의 대향하는 제1 및 제3 측면(308, 312)에서 개방된다. 벤트 블록 제1 측면(308) 상의 제1 횡방향 보어(322)의 개구(324)는 일방향 밸브(336)에 의해 폐쇄된다. 폐쇄될 때, 일방향 밸브(336)는 공기 및 액체에 대해 불투과성이다. 일방향 밸브(336)는 미리 결정된 압력에서 개방되어, 유체(예를 들어, 공기)가 압력 관리 시스템(300)으로부터 방출될 수 있게 한다. 하나의 예에서, 일방향 밸브는 우산형 밸브일 수 있다. 벤트 블록 제3 측면(312) 상의 제1 횡방향 보어(322)의 개구(326)는 제1 유체 불투과성 플러그(333)에 의해 폐쇄된다.
벤트 블록(302)은 길이방향 보어(318) 및 제1 횡방향 보어(322)에 직교하고 이들 모두와 교차하는 제2 횡방향 보어(328)를 포함한다. 제2 횡방향 보어(328)는 벤트 블록(302)의 대향하는 제2 및 제4 측면(310, 314)에서 개방된다. 벤트 블록 제2 측면(310) 상의 제2 횡방향 보어(328)의 개구(332)는 브리더 멤브레인(338)에 의해 폐쇄된다. 브리더 멤브레인(338)은 공기의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 방지한다. 하나의 예에서, 브리더 멤브레인(338)은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE) 멤브레인일 수 있다. 벤트 블록 제4 측면(314) 상의 제2 횡방향 보어(328)의 개구(334)는 제2 유체 불투과성 플러그(335)에 의해 폐쇄된다.
길이방향 보어(318)와 제1 및 제2 횡방향 보어(322, 328)는 함께 벤트 블록(302) 내의 내부 공극(316)을 획정한다.
대체로 컵 형상을 갖는 캡(339)이 벤트 블록 외향 단부(306)와 측면(308, 310, 312, 314) 위에 놓인다. 캡(339)은 체결구를 통해 벤트 블록 외향 단부(306)에 고정된다. 캡(339)은 벤트 블록 측면(308, 310, 312, 314)으로부터 이격되어, 일방향 밸브(336) 및 브리더 멤브레인(338)을 부스러기 및/또는 손상으로부터 차폐하면서 양호한 환기를 보장한다.
도 65 및 도 66을 또한 참조하면, 1차 피팅(380)은 벤트 블록(302)의 내부 공극(316)과 제1 블래더(340(1))에 의해 획정된 제1 내부 공간(358(1)) 사이에 유체 연통을 제공한다. 또한, 1차 피팅(380)은 제1 내부 공간(358(1))과 제2 블래더(340(2))에 의해 획정된 제2 내부 공간(358(2)) 사이에 유체 연통을 제공한다. 2차 피팅(480)은 제2 내부 공간(358(2))과 제3 블래더(340(3))에 의해 획정된 제3 내부 공간(358(3)) 사이에 유체 연통을 제공한다. 이제, 1차 및 2차 피팅(380, 480)을 상세히 설명한다.
1차 피팅(380)은 벤트 블록 내부 공극(316), 제1 블래더(340(1))의 내부 공간(358(1)) 및 제2 블래더(340(2))의 내부 공간(358(2)) 사이에 유체 연통을 제공한다. 1차 피팅(380)은 벤트 블록(302)에 연결되는 개방된 제1 단부(381), 및 제1 단부(381)에 대향하고 제2 블래더(340(2))에 배치되는 개방된 제2 단부(382)를 포함하는 세장형 튜브이다. 1차 피팅 제1 단부(381)는 벤트 블록 길이방향 보어(318)의 대응하는 나사부와 맞물리는 외부 나사부를 갖는다. 1차 피팅(380)은 제1 단부(381)와 제2 단부(382) 사이에서 연장되는 측벽(387)을 포함한다. 측벽(387)의 내부 표면은 길이방향 유체 통로(388)를 제공한다. 길이방향 유체 통로(388)는 1차 피팅(380)의 제1 단부(381)와 제2 단부(382) 사이에서 연장되고, 따라서 벤트 블록(302)의 내부 공간(316)과 제2 내부 공간(358(2)) 사이에 유체 연통을 제공한다. 1차 피팅(380)은 길이방향 유체 통로(388)에 직교하고 길이방향 유체 통로(388)와 교차하며 측벽(387)의 대향 측면 상의 제1 측벽 개구(452(1))에서 개방되는 제1 횡방향 유체 통로(400)를 포함한다. 또한, 1차 피팅(380)은 길이방향 유체 통로(388) 및 제1 횡방향 유체 통로(400)에 직교하는 제2 횡방향 유체 통로(450)를 포함한다. 제2 횡방향 유체 통로(450)는 길이방향 유체 통로(388) 및 제1 횡방향 유체 통로(400)와 교차하고, 측벽(387)의 대향 측면 상의 제2 측벽 개구(452(2))에서 개방된다. 사용시, 1차 피팅(380)은 제1 블래더(340(1))를 통해 연장되고, 제1 및 제2 측벽 개구(452(1), 452(2))는 제1 내부 공간(358(1))에 배치된다. 제1 및 제2 횡방향 유체 통로(400, 450)는 벤트 블록(302)의 내부 공간(316)과 제1 내부 공간(358(1)) 사이에 유체 연통을 제공한다.
1차 피팅(380)은 1차 피팅(380)의 제1 및 제2 측벽 개구(452(1), 452(2))와 제1 단부(381) 사이에 배치되는 제1 부분(440)을 포함한다. 제1 부분(440)은 1차 피팅(380)이 블래더 제1 개구(351)에 유체 밀봉되는 위치에 대응한다. 제1 부분(440)은 제1 내부 공간(358(1))에 배치되고 제1 시트(341)의 내부 표면과 대면하는 제1 플랜지(402), 및 제1 개구(351)를 통해 돌출되는 제1 나사부(403)(나사산은 도시되지 않음)를 포함한다. 또한, 제1 부분(440)은 유체 불투과성인 밀봉부로 제1 시트(341)를 제1 플랜지(402)에 고정하는 제1 밀봉 조립체(404)를 포함한다. 제1 밀봉 조립체(404)는 탄성의 평탄한 와셔 형상의 개스킷(406), 평탄한 와셔(408), 및 너트(410)를 포함한다. 개스킷(406)은 제1 시트(341)와 제1 플랜지(402) 사이에 배치된다. 너트(410)는 제1 나사부(403)와 맞물리고 제1 시트(341)의 외향 표면에 대해 평탄한 와셔(408)를 고정함으로써, 제1 시트(341) 및 개스킷(406)이 제1 플랜지(402)와 너트(410) 사이에 클램핑된다.
제1 부분(440)은 1차 피팅 제1 단부(381)의 직경보다 큰 직경을 갖고, 이에 의해 숄더(384)가 2개의 직경 사이의 천이부에 제공된다. 사용시, 1차 피팅(380)은 배터리 팩 하우징(2)에 배치되고 제1 단부(381)는 팩 하우징 뚜껑(6)의 개구를 통해 돌출된다. 제1 단부(381)는, 숄더(384)가 개재 개스킷을 통해 뚜껑(6)의 내부 표면과 맞물리는 정도로, 벤트 블록 길이방향 보어(318) 내에 수용되고 그 나사부와 맞물린다. 따라서, 1차 피팅(380)과 벤트 블록(302)이 협력하여 1차 피팅(380)과 벤트 블록(302)을 배터리 팩 하우징(2)에 고정시킨다.
또한, 1차 피팅(380)은 1차 피팅(380)의 제1 및 제2 측벽 개구(452(1), 452(2))와 제2 단부(382) 사이에 배치되는 제2 부분(442)을 포함한다. 제2 부분(442)은 1차 피팅(380)이 블래더 제2 개구(352)에 유체 밀봉되는 위치에 대응한다. 제2 부분(442)은 제1 내부 공간(358(1))에 배치되고 제2 시트(342)의 내부 표면과 대면하는 제2 플랜지(412), 및 제2 개구(352)를 통해 돌출되는 제2 나사부(413)(나사산은 도시되지 않음)를 포함한다. 또한, 제2 부분(442)은 유체 불투과성인 밀봉부로 제2 시트(342)를 제2 플랜지(412)에 고정하는 제2 밀봉 조립체(414)를 포함한다. 제2 밀봉 조립체(414)는 제1 밀봉 조립체(404)와 실질적으로 유사하고, 공통 요소는 공통 참조 번호로 나타낸다. 제2 밀봉 조립체(414)에서, 개스킷(406)은 제2 시트(342)와 제2 플랜지(412) 사이에 배치된다. 또한, 너트(410)는 제2 나사부(413)와 맞물리고 제2 시트(342)의 외향 표면에 대해 평탄한 와셔(408)를 고정함으로써, 제2 시트(342) 및 개스킷(406)이 제2 플랜지(402)와 너트(410) 사이에 클램핑된다.
1차 피팅은 제2 부분(442)과 1차 피팅 제2 단부(382) 사이에 배치된 제3 부분(466)을 포함한다. 제3 부분(466)은 제2 부분(442)과 1차 피팅 제2 단부(382) 사이에서 연장되는 생크(468), 및 생크(468)를 둘러싸는 칼라(463)를 포함한다. 생크(468)는 외부 나사부가 없으며, 한 쌍의 O-링 밀봉부(461, 462)를 포함한다(도 61, 도 64). 각각의 밀봉부(461, 462)는 생크(468)의 표면에 대해 외향 돌출하도록 원주방향 홈(467, 469)에 배치된다. 밀봉부(461, 462)는 길이방향으로 이격되어 있다. 칼라(463)는, 내부 나사부가 없고 밀봉부(461, 462)가 압축되는 슬립 끼워맞춤 연결을 통해 생크(468)와 맞물리는 내부 표면(464)을 갖는다. 그 결과, 칼라(463)와 생크(468) 사이의 연결도 유체 불투과성이다. 칼라(463)는 나사형 외부 표면(나사산이 도시되지 않음)을 갖는다. 또한, 칼라(463)는 1차 피팅 제2 단부(382) 위에 놓이는 원위 단부(465)를 갖는다. 칼라 원위 단부(465)는 제3 플랜지(422)를 포함한다. 제3 플랜지(422)는 제2 내부 공간(358(2))에 배치되고 제3 시트(343)의 내부 표면과 대면하고, 칼라(463)의 나사부는 제3 개구(353)(예를 들어, 제2 블래더(340(2))의 근위 단부의 개구)를 통해 돌출된다. 또한, 제3 부분(466)은 유체 불투과성인 밀봉부로 제3 시트(343)를 제3 플랜지(422)에 고정하는 제3 밀봉 조립체(424)를 포함한다. 제3 밀봉 조립체(424)는 제1 밀봉 조립체(404)와 실질적으로 유사하고, 공통 요소는 공통 참조 번호로 나타낸다. 제3 밀봉 조립체(424)에서, 개스킷(406)은 제3 시트(343)와 제3 플랜지(422) 사이에 배치된다. 또한, 너트(410)는 칼라(463)의 나사형 외부 표면과 맞물리고 제3 시트(343)의 외향 표면에 대해 평탄한 와셔(408)를 고정함으로써, 제3 시트(343)와 개스킷(406)이 제3 플랜지(422)와 너트(410) 사이에 클램핑된다. 이 구성에서, 1차 피팅 제2 단부(382)는 제2 블래더(340(2))의 내부 공간(382)에 배치되고, 이에 의해 제2 블래더(340(2))의 내부 공간(382)은 길이방향 유체 통로(388)를 통해 벤트 블록(302)과 유체 연통한다.
도 55, 도 56 및 도 60을 참조하면, 2차 피팅(480)은 제4 개구(354)와 제5 개구(355) 사이에서 연장되는 가요성 튜브를 포함하며, 제4 개구(354)는 제2 블래더(340(2))의 원위 단부에 있는 개구이고, 제5 개구(355)는 제3 블래더(340(3))의 근위 단부에 있는 개구이다. 2차 피팅(480)의 대향 단부(481, 482) 각각은 제4 및 제5 개구(354, 355) 각각에 제공된 정합하는 낮은 프로파일 커넥터(484)에 기계적으로 연결되는 낮은 프로파일 커넥터(483)를 포함한다. 커넥터(483, 484)는 기계적으로 맞물리고 유체 불투과성 연결을 제공한다.
앞서 설명한 바와 같이, 블래더(340(1), 340(2), 340(3))는 배터리 팩 하우징(2)을 둘러싸는 압력 및 온도 조건으로 인한 유체 체적 변화를 수용하기 위해 팽창 또는 수축하도록 가요성이다. 팽창 또는 수축 동안, 블래더(340(1), 340(2), 340(3))는 배터리 팩 하우징(2)의 내부 표면, 카세트(20) 및 배터리 팩 하우징(2) 내에 배치된 다른 보조 구성요소에 대해 이동한다. 일부 실시예에서, 블래더(340(1), 340(2), 340(3))에는 배터리 팩 하우징(2) 내에서 팽창 및 수축함에 따라 블래더(340(1), 340(2), 340(3))에 대한 손상 가능성을 감소시키는 유체 투과성 보호 구조가 제공된다. 예를 들어, 배터리 팩(1)은 제1 블래더(340(1))와 카세트(20) 사이에 배치된 보호 메시 시트(830)(도 56)를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 배터리 팩(1)은 블래더(340(1), 340(2), 340(3)) 중 하나 이상을 둘러싸는 지지 쉘(800)(도 60)을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 지지 쉘(800)은 제2 및 제3 블래더(340(2), 340(3))를 보호하기 위해 사용된다.
각각의 지지 쉘(800)은 제1 하프-쉘(801), 및 제1 하프-쉘(801)로부터 분리 가능한 제2 하프-쉘(802)을 포함한다. 단면에서, 제1 하프-쉘(801) 및 제2 하프-쉘(802) 각각은 대체로 U자형이다. 제1 및 제2 하프-쉘(801, 802)은 서로를 향해 개방되고, 제2 하프-쉘(802)의 개방 단부(803)는 제1 하프-쉘(801)의 개방 단부(804) 내부에 부분적으로 배치된다. 그 결과, 제1 하프-쉘(801) 및 제2 하프-쉘(802)은 협력하여 분할된 중공 구조를 형성하고, 이 중공 구조에서 제1 하프-쉘(801)은 제2 하프-쉘(802)에 대해 자유롭게 이동할 수 있다. 즉, 제2 하프-쉘(802)이 제1 하프쉘(801)에 부분적으로 배치되지만, 제1 및 제2 하프-쉘(801, 802)은 느슨하게 맞물릴 뿐이고 서로 고정되지 않는다. 그 결과, 지지 쉘(800)은 배터리 팩 하우징(2)을 가득 채우는 가공 유체에 대한 블래더(340(2), 340(3))의 완전한 노출을 용이하게 하도록 유체 투과성이다.
제1 및 제2 하프-쉘(801, 802)은 피팅(380, 480)이 통과할 수 있게 하는 개구 또는 절결부(806)를 포함한다.
예시된 실시예에서, 압력 보상 디바이스(330)는 직렬 연결된 블래더(340)의 세트이다. 그러나, 압력 보상 디바이스(330)는 직렬 연결된 블래더(340)의 세트로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 압력 보상 디바이스(330)는 단일 블래더일 수 있다. 채용된 블래더의 개수, 및 채용된 블래더의 형상과 치수는 특정 용례의 요구 사항에 의해 결정된다. 또한, 압력 보상 디바이스(330)는 가요성의 팽창 가능한 블래더(340)인 것으로 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, 블래더(들)(340)는 하나 이상의 피스톤 또는 다른 적절한 디바이스로 교체될 수 있다.
배터리 팩(1)은 차량 파워 트레인에 상대적으로 고전압 전력을 제공하도록 구성된 것으로 앞서 설명되었지만, 배터리 팩(1)은 고전압 용례로 제한되지 않는다. 예를 들어, 배터리 팩(1)은, 예를 들어 배터리 모듈의 개수 및/또는 모듈 내의 전지의 개수를 감소시킴으로써 저전압 용례에 채용될 수 있다. 다른 예에서, 배터리 팩(1)은 환경 제어 디바이스 등과 같은 차량 이외의 디바이스에 전력을 제공하기 위해 채용될 수 있다.
본 명세서에서는 양극(218)이 뚜껑 부분(205)에 전기적으로 연결된 것으로 설명되고 음극(220)이 용기 부분(204)에 전기적으로 연결된 것으로 설명되지만, 전지(200)는 대안적으로 양극(218)이 용기 부분(204)에 전기적으로 연결되고 음극(220)이 뚜껑 부분(205)에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있음을 이해하여야 한다.
앞서 설명한 배터리 모듈(40)에서, 각각의 전지(200)의 양극 단자(214)는 제1 전기 커넥터(160(1))를 통해 하나의 버스바 조립체의 알파 부분(140)에 연결되고, 해당 전지(200)의 음극 단자(216)는 제2 전기 커넥터(160(2))를 통해 다른 버스바 조립체의 알파 부분(140)에 연결된다. 배터리 모듈(40)에서, 전지(200)는 전지 양극 단자(214)가 전지 뚜껑 부분(205)에 대응하고, 전지 음극 단자(216)가 전지 용기 부분(204)에 대응하도록 구성된다. 그러나, 전지(200)는 이러한 구성으로 제한되지 않는다는 것이 이해된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 대안적인 실시예의 전지는 전지 양극 단자(214)가 전지 용기 부분(204)에 대응하고 전지 음극 단자(216)가 전지 뚜껑 부분(205)에 대응하도록 구성된다. 대안 실시예의 전지를 포함하는 배터리 모듈에서, 제1 및 제2 전기적 연결부(160(1), 160(2))는 제1 전기 커넥터(160(1))의 전류 전달 용량이 제2 전기 커넥터(160(2))의 전류 전달 용량보다 크도록 구성될 수 있다.
앞서 설명한 실시예에서는 전기 커넥터(160(1), 160(2))의 전류 전달 용량이 비대칭적이지만, 배터리 모듈(40)은 이러한 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 제1 전기 커넥터(160(1))의 전류 전달 용량은 제2 전기 커넥터(160(2))의 전류 전달 용량과 동일하고, 예를 들어 전기 커넥터(160(1), 160(2))의 전류 전달 용량은 대칭적이다.
배터리 모듈 및 집전체의 선택적 예시적인 실시예가 위에서 일부 상세히 설명되었다. 본 명세서에서는 배터리 모듈 및 집전체를 명확하게 하기 위해 필요하다고 고려되는 구조만이 설명되었음을 이해하여야 한다. 다른 통상적인 구조, 및 배터리 모듈과 집전체의 보조 및 부수적인 구성요소의 구조는 본 기술 분야의 숙련자에게 공지되고 이해되는 것으로 가정된다. 또한, 이상에서 배터리 모듈 및 집전체의 작동 예에 대해 설명하였지만, 배터리 모듈 및 집전체는 앞서 설명한 작동 예로 제한되지 않고, 청구범위에 기재된 디바이스로부터 벗어남이 없이 다양한 설계 변경이 수행될 수 있다.

Claims (12)

  1. 배터리 팩으로서,
    배터리 팩 하우징 - 배터리 팩 하우징은 용기, 및 용기의 개방 단부를 폐쇄하고 유체 불투과성 밀봉부를 통해 용기의 개방 단부에 결합되는 뚜껑을 포함함 -;
    배터리 팩 하우징에 배치되는 배터리 모듈 - 배터리 모듈은 모듈 하우징 및 모듈 하우징에 배치된 전기화학 전지를 포함함 -; 및
    뚜껑에 배치되는 벤트 블록을 포함하고, 벤트 블록은:
    내부 공극,
    벤트 블록의 외부와 내부 공극 사이에서 연장되는 제1 보어 - 제1 보어는 배터리 팩 하우징의 내부 공간과 유체 연통함 -,
    벤트 블록의 외부와 내부 공극 사이에서 연장되는 제2 보어 - 제2 보어는 보통은 폐쇄되고 미리 결정된 유체 압력에서 개방되는 제1 벤트를 포함함 -, 및
    벤트 블록의 외부와 내부 공극 사이에서 연장되는 제3 보어를 포함하며, 제3 보어는 유체 불투과성 및 공기 투과성인 제2 벤트를 포함하고,
    배터리 팩 하우징은 유전체 유체로 가득 채워지고,
    벤트 블록은 배터리 팩이 배터리 팩 하우징 내에 유전체 유체의 체적 변화를 수용할 수 있게 하는, 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서, 제1 단부, 제1 단부에 대향하는 제2 단부, 및 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 길이방향 유체 통로를 갖는 피팅을 포함하고, 벤트 블록은 뚜껑의 외부 표면에 배치되며,
    1차 피팅의 제1 단부는 뚜껑을 통해 돌출하고 벤트 블록 제1 보어와 맞물리며, 이에 의해 벤트 블록은 벤트 블록을 뚜껑에 고정하도록 구성되고,
    길이방향 유체 통로는 벤트 블록 내부 공극과 배터리 팩 하우징의 내부 사이에 유체 연통을 제공하는, 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서, 제2 벤트는 폴리테트라플루오로에틸렌 멤브레인을 포함하는, 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서, 제1 벤트는 우산형 밸브를 포함하는, 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서, 벤트 블록은 제1 벤트 및 제2 벤트 위에 놓이고 이들로부터 이격되어 있는 캡을 포함하는, 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서, 제2 보어와 제3 보어는 교차하는, 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서, 제1 보어는 뚜껑의 외부 표면에 직교하고, 제2 및 제3 보어는 제1 보어에 직교하는, 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서, 1차 피팅은 벤트 블록을 뚜껑에 고정하도록 구성되는, 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    배터리 팩 하우징에 배치되는 압력 보상 디바이스 - 압력 보상 디바이스는 내부 공간을 포함함 -; 및
    벤트 블록을 압력 보상 디바이스에 연결하는 피팅을 포함하고, 피팅은,
    제1 보어에 연결된 제1 단부;
    제1 단부에 대향하는 제2 단부;
    제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 측벽 - 측벽은 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 길이방향 유체 통로를 획정하는 내부 표면을 가짐 -; 및
    측벽의 개구와 길이방향 유체 통로 사이에서 연장되는 횡방향 유체 통로를 포함하고, 압력 보상 디바이스의 내부 공간은 횡방향 유체 통로 및 길이방향 유체 통로를 통해 벤트 블록 내부 공간과 유체 연통하는, 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서, 피팅은,
    측벽의 외부 표면으로부터 외향 돌출하는 제1 플랜지 - 제1 플랜지는 개구와 제1 단부 사이에 배치됨 -; 및
    측벽의 외부 표면으로부터 외향 돌출하는 제2 플랜지 - 제2 플랜지는 개구와 제2 단부 사이에 배치됨 - 를 포함하고,
    피팅의 제1 부분은 압력 보상 디바이스의 제1 개구를 통해 연장되고, 제1 밀봉 조립체는 압력 보상 디바이스의 제1 개구와 제1 플랜지 사이에 유체 밀봉부를 제공하며;
    피팅의 제2 부분은 압력 보상 디바이스의 제2 개구를 통해 연장되고, 제2 밀봉 조립체는 압력 보상 디바이스의 제2 개구와 제2 플랜지 사이에 유체 밀봉부를 제공하는, 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서, 제1 밀봉 조립체 및 제2 밀봉 조립체는 각각 탄성 개스킷, 강성 와셔, 및 너트를 포함하는, 배터리 팩.
  12. 제9항에 있어서, 압력 보상 디바이스는 제2 벽 부분 위에 놓이는 제1 벽 부분을 포함하고, 피팅은 제1 벽 부분의 개구 및 제2 벽 부분의 개구를 통해 연장되어,
    제1 단부는 제1 벽 부분에 대응하는 압력 보상 디바이스의 측면에서 압력 보상 디바이스의 외부에 배치되고, 제1 단부는 제1 보어에 배치되며;
    제2 단부는 제2 벽 부분에 대응하는 압력 보상 디바이스의 측면에서 압력 보상 디바이스의 외부에 배치되고; 측벽의 개구는 압력 보상 디바이스 내부 공간에 배치되는, 배터리 팩.
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