KR20220013575A - 전지 및 그 관련장치, 제조방법 및 제조설비 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 전지 및 그 관련장치, 제조방법 및 제조설비를 공개하였다. 전지는 전지셀, 열관리부재, 피양챔버 및 수집챔버를 포함한다. 전지셀은 감압기구를 포함하고; 열관리부재는 유체를 수용함으로써 전지셀에 온도 조절을 제공하며; 피양챔버는 감압기구가 작동되도록 허용하는 공간을 제공하도록 구성되며; 수집챔버는 감압기구가 작동될 때 전지셀로부터 배출되는 배출물을 수집한다. 여기에서, 열관리부재는 감압기구가 작동될 때 전지셀로부터 배출되는 배출물이 열관리부재를 관통하여 피양챔버를 경유하여 수집챔버에 유입될 수 있도록 구성된다. 본 출원에 따르면, 피양챔버가 설치되었기 때문에, 감압기구는 전지셀의 전극단자의 일측에 설치할 필요가 없고; 수집챔버의 설치는, 감압기구가 방출한 배출물이 모아질 수 있도록 하여, 배출물이 외부로 뿜어지거나 또는 외부로 흐르게 되면서 초래되는 기타 부품 또는 환경에 대한 오염을 초래하지 않게 된다.

Description

전지 및 그 관련장치, 제조방법 및 제조설비
본 출원은 전지 분야에 관한 것으로, 구체적으로 전지 및 그 관련장치, 제조방법 및 제조설비에 관한 것이다.
화학전지, 전화전지, 전화학전지 또는 전화학지란 모두 산화환원반응을 통해 양극과 음극의 활물질의 화학에너지를 전기에너지로 전환하는 장치이다. 일반적인 산화환원반응과 다른 것은 산화반응과 환원반응이 분리되어 진행되는 것으로, 산화반응은 음극에서, 환원반응은 양극에서 진행되고, 전자의 득실은 외부회로를 통해 진행되어, 전류를 형성하는 것이다. 이는 모든 전지의 본질적 특징이다. 오랜 시간의 연구 및 발전을 거쳐, 화학전지는 제품종류가 매우 많아졌고 응용범위도 매우 광범위하게 되었다. 크게는 하나의 건축물에 버금가는 규모의 거대한 장치로부터, 작게는 밀리미터 단위로 계산하는 유형이 있다. 현대 전자기술의 발전은 화학전지에 매우 높은 요구를 제기하게 되었다. 화학전지 기술이 진전할 때마다 전자설비의 획기적인 발전을 가져왔다. 세계의 매우 많은 전기화학 과학자가 연구개발의 흥미를 전동차량의 동력으로 사용되는 화학전지 분야에 두고 있다.
화학전지의 한 종류에 속하는 리튬이온 전지는 작은 부피, 높은 에너지밀도, 높은 출력밀도의 장점과 순환사용 횟수가 많고 저장 기간이 길다는 등의 장점을 갖는 것으로, 일부 전자기기, 전동 교통수단, 전동완구 및 전동기기에서 광범위하게 응용되고 있다. 예컨대, 리튬이온 전지는 현재 휴대폰, 노트북, 전동 킥보드, 전동차량, 전동 비행기, 전동 선박, 전동완구 차량, 전동완구 선박, 전동완구 비행기 및 전동공구 등등에 광범위하게 응용되고 있다.
리튬이온전지 기술의 끊임없는 발전에 따라, 리튬이온전지의 성능에 대하여도 보다 높은 요구를 제기하게 되면서, 리튬이온 전지가 다방면의 설계 요소를 동시에 충족시키길 원하게 되었는데, 그 중에서 리튬이온 전지의 안정성능이 가장 중요하다.
본 출원은 전지 및 그 관련장치, 제조방법 및 제조설비를 안출함으로써, 2차전지의 안전성능을 향상시키고자 한다.
본 출원 첫 번째 방면에 따르면, 전지를 제공하고, 상기 전지는 전지셀, 열관리부재, 피양챔버 및 수집챔버를 포함한다. 상기 전지셀은 감압기구를 포함하고, 상기 감압기구는, 상기 전지셀의 내부 압력 또는 온도가 임계값에 도달했을 때 작동되어, 상기 내부압력을 방출하도록 하고; 상기 열관리부재는 유체를 수용함으로써, 상기 전지셀에 온도 조절을 제공하며; 상기 피양챔버는 상기 감압기구와 상기 열관리부재 사이에 형성되고, 상기 피양챔버는 상기 감압기구가 작동되도록 허용하는 공간을 제공하도록 구성되며; 상기 수집챔버는 상기 피양챔버의 외측에 위치되어, 상기 감압기구가 작동될 때 상기 전지셀로부터 배출되는 배출물을 수집한다. 상기 열관리부재는 상기 감압기구가 작동될 때 상기 전지셀로부터 배출되는 배출물이 상기 열관리부재를 관통할 수 있도록 구성됨으로써, 상기 전지셀로부터 배출되는 배출물이 상기 피양챔버를 경유하여 상기 수집챔버에 유입되도록 한다.
본 방안에 따르면, 피양챔버를 설치하게 되면 감압기구의 작동을 위하여 일정한 공간을 남겨둘 수 있게 되므로, 따라서 피양챔버가 설치됨으로 인해, 감압기구는 전지셀의 전극단자의 일측에 설치되어야 할 필요 없이, 전지셀의 기타 측면에 선택적으로 설치될 수 있고; 수집챔버를 설치하게 되면 감압기구가 방출하는 배출물이 모아질 수 있게 되어, 배출물이 외부로 뿜어지거나 또는 외부로 흐르게 되면서 초래되는 기타 부품 또는 환경에 대한 오염은 없을 것이다. 본 출원에서 제공하는 방안은 전지 내부에 열폭주가 발생한 상황 하에서, 전지셀의 배출물도 효과적으로 배출될 수 있기 때문에, 배출물의 배출 불원활로 인해 초래되는 리스크를 줄이게 된다. 또한, 본 출원은 전지에 대한 설계를 위하여 여러 가지 가능성을 제공하며, 특히 전지와 감압기구에 관련되는 각 종 설치를 한층 더 최적화시키는데 도움을 준다.
일 실시방식에서, 상기 열관리부재에는 관통홀이 설치되고, 상기 관통홀은 상기 피양챔버와 상기 수집챔버가 서로 연통되도록 구성된다.
본 방안에 따르면, 전지셀 방출 부위의 배출물은 관통홀을 경유하여 피양챔버에서 수집챔버로 진입할 수 있는 것으로, 상기 과정은 열관리부재를 파괴하지 않고서도 실현 가능하므로, 배출물을 수집함에 있어서 편리를 제공할 수 있고, 또한 피양챔버 내에 과량의 배출물이 모이는 것도 방지할 수 있다.
일 실시방식에서, 상기 피양챔버는 상기 열관리부재 상에 설치되는 상기 관통홀에 의해 형성되는 것으로, 이로써 상기 감압기구가 작동될 때 상기 전지셀로부터 배출되는 배출물이 상기 관통홀을 경유하여 직접 상기 수집챔버로 진입할 수 있도록 한다.
본 방안에 따르면, 피양챔버는 열관리부재 상에 설치되는 관통홀에 의해 형성되는 것으로, 이와 같은 설치는 전지셀과 열관리부재 사이의 바닥벽 사이의 간격을 비교적 작게 만들 수 있으므로, 이로써 전지의 부피는 최대한 비교적 작게, 전지의 구조는 비교적 콤팩트하게 만들 수 있다.
일 실시방식에서, 상기 열관리부재는 상기 피양챔버와 상기 수집챔버 사이에 설치되어, 상기 피양챔버와 상기 수집챔버가 서로 이격되도록 하며, 또한 상기 열관리부재는 상기 전지셀의 배출물에 의해 파괴될 수 있도록 구성됨으로써, 상기 전지셀의 배출물이 상기 피양챔버에서 상기 수집챔버로 진입되도록 할 수 있다.
본 방안에 따르면, 배출물이 수집챔버에 진입하기 위해서는 열관리부재를 타파해야 하는데, 이와 같은 설치는 최종적으로 배출물의 외부에 대한 충격력을 줄일 수 있고, 외부에 초래할 수 있는 위험을 줄일 수 있다.
일 실시방식에서, 상기 열관리부재 내부에는 유체가 유동되도록 하는 유로가 형성되는 것으로, 여기에서 상기 피양챔버는 상기 유로에 의해 둘러싸이도록 구성된다.
일 실시방식에서, 상기 유로는 상기 전지셀의 배출물이 상기 열관리부재를 경유하는 과정에서 완정함을 유지하도록 구성된다.
상술한 두 가지 방안에 따르면, 유체는 전지의 사용과정에서 전지셀에 대하여 온도를 조절할 수 있으므로, 전지셀이 과열됨으로 인해 감압기구가 작동되는 것을 방지하게 된다.
일 실시방식에서, 상기 열관리부재는 상기 전지셀의 배출물이 상기 유로의 벽을 파괴할 수 있도록 구성함으로써, 상기 유로와 상기 피양챔버가 연통되도록 한다.
본 방안에 따르면, 유체는 방출될 수 있으므로 전지셀의 배출물과 함께 수집챔버에 진입하게 되고, 유체와 전지셀의 배출물이 함께 혼합되면 전지셀의 배출물 온도 강하를 가속화시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 피양챔버는 상기 열관리부재의 상기 감압기구를 향해 개방되는 피양구조를 통해 형성되고, 상기 피양구조는 상기 피양챔버를 둘러싸는 피양 측벽을 포함한다.
본 방안에 따르면, 피양구조는 열관리부재 상에 형성되는 하나의 오목챔버로 형성되는 것으로, 이와 같은 설치는 별도의 공간을 설치하지 않아도 되므로, 전지의 구조를 더욱 콤팩트하게 할 수 있다.
일 실시방식에서, 상기 피양챔버는 상기 열관리부재의 상기 감압기구를 향해 개방되는 피양구조를 통해 형성되고, 상기 피양구조는 상기 피양챔버를 둘러싸는 피양 측벽을 포함하며, 상기 피양 측벽은 상기 감압기구가 작동될 때 파괴됨으로써, 상기 유체가 유출되도록 구성된다.
일 실시방식에서, 상기 피양 측벽은 상기 감압기구에 대하여 상기 열관리부재의 방향을 향해 미리 설정된 사잇각을 이루며, 상기 미리 설정된 사잇각은 15°보다는 크거나 동일하되 85°보다는 작거나 동일하다.
상술한 두 가지 방안에 따르면, 피양구조는 열관리부재 상에 형성되는 하나의 오목챔버로 형성되는 것으로, 이와 같은 설치는 별도의 공간을 설치하지 않아도 되므로, 전지의 구조를 더욱 콤팩트하게 할 수 있다. 또한, 피양 측벽을 설치하면 유로가 전지셀의 배출물에 의해 타파되는 것에 편의를 제공할 수 있다.
일 실시방식에서, 상기 열관리부재와 상기 피양챔버에는 방출기구가 대응되게 설치되며, 상기 방출기구는 상기 피양챔버 내의 배출물이 상기 수집챔버로 방출되도록 작동될 수 있도록 구성된다.
일 실시방식에서, 상기 방출기구는 상기 피양챔버 내의 내부압력 또는 온도가 임계치에 도달했을 때 작동되도록 구성된다.
일 실시방식에서, 상기 방출기구는 상기 피양챔버 내의 배출물의 온도가 임계치에 도달했을 때 작동되도록 구성된다.
일 실시방식에서, 상기 방출기구는 상기 열관리부재의 벽에 형성되는 취약구조를 포함한다.
상술한 몇 가지 방안에 따르면, 필요에 따라 열관리부재에, 작동되는 경우 피양챔버 내의 배출물을 수집챔버로 방출할 수 있는 방출기구를 설정할 수 있다. 이와 같이 설치하면, 피양챔버의 배출물의 배출에 편의를 제공하여 피양챔버 내의 압력이 지나치게 크거나 또는 온도가 지나치게 높은 것을 방지할 수도 있고, 또한 동시에 배출물의 충격력을 일정 정도 약화시킬 수 있으므로, 배출물이 최종적으로 여전히 거대한 충격력을 갖는 것으로 인해 기타 부품 또는 외부환경에 위험을 초래하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시방식에서, 상기 전지는 상기 전지셀을 수용하는 하우징을 포함하며, 상기 열관리부재가 상기 하우징의 적어도 부분을 구성한다.
본 방안에 따르면, 열관리부재가 직접 하우징의 일부분을 구성하므로, 전지의 부피를 줄일 수 있게 되므로, 전지의 구조를 비교적 콤팩트하게 만들 수 있다.
일 실시방식에서, 상기 전지는 방호부재를 더 포함하고, 상기 수집챔버는 상기 열관리부재와 상기 방호부재 사이에 한정된다.
본 방안에 따르면, 방호부재를 설치하면 전지의 완정성과 안전성을 한층 더 보장할 수 있다. 동시에, 수집챔버는 열관리부재와 방호부재에 의해 한정될 수 있으므로, 수집챔버를 설치함에 있어서의 융통성을 증가하게 된다.
일 실시방식에서, 상기 방호부재는 상기 열관리부재를 향해 개구된 오목챔버를 구비함으로써, 상기 수집챔버를 형성한다.
일 실시방식에서, 상기 방호부재와 상기 열관리부재 사이에는 밀봉부재가 안치되며, 상기 방호부재와 상기 열관리부재는 잠금부재를 통해 견고하게 접합된다.
상술한 두 가지 방안에 따르면, 방호부재의 구조 및 방호부재와 관리부재의 접합방식은 필요에 따라 여러 가지로 선택할 수 있다.
일 실시방식에서, 상기 밀봉부재는 상기 배출물의 온도가 미리 설정된 온도에 도달했을 때 파괴되도록 구성되어, 이로써 상기 수집챔버 내의 압력이 방출되도록 한다.
본 방안에 따르면, 피양챔버 내의 압력이 지나치게 크거나 또는 온도가 지나치게 높은 경우, 수집챔버 내의 압력이 지나치게 크거나 또는 온도가 지나치게 높은 경우, 수집챔버 내의 배출물은 외부로 더 배출될 수 있으므로, 위험의 초래를 방지하게 된다.
본 출원의 두 번째 방면에 따르면, 상술한 방안 중 임의의 어느 하나의 상기의 전지를 포함하는 장치를 제공하는 것으로, 상기 전지는 전기에너지를 제공한다.
본 출원의 세 번째 방면에 따르면, 전지 제조방법을 제공하는 것으로, 상기 전지 제조방법은, 상기 전지셀의 내부 압력 또는 온도가 임계치에 도달했을 때 작동되어 상기 내부 압력이 방출되도록 하는 감압기구를 포함하는, 전지셀을 제공하는 것; 유체를 수용하여 상기 전지셀의 온도를 조절하는 열관리부재를 제공하는 것; 상기 감압기구와 상기 열관리부재 사이에 형성되어, 상기 감압기구의 작동이 허용되도록 하는 공간을 제공하도록 구성되는 피양챔버를 설치하는 것; 상기 피양챔버의 외측에 위치되어, 상기 감압기구가 작동될 때 상기 전지셀로부터 배출되는 배출물을 수집하는 수집챔버를 설치하는 것;을 포함한다. 여기에서, 상기 열관리부재는, 상기 감압기구가 작동될 때 상기 전지셀의 배출물이 상기 열관리부재를 관통하여, 상기 피양챔버를 경유하여 상기 수집챔버로 진입할 수 있도록 구성된다.
본 출원의 네 번째 방면에 따르면, 전지 제조설비를 제공하는 것으로, 상기 전지 제조설비는, 다수 개의 전지셀을 제조하는 전지셀 제조모듈; 열관리부재를 제조하는 열관리부재 제조모듈; 피양챔버를 형성하는 피양챔버 형성모듈; 수집챔버 형성모듈;을 포함하는 것으로, 상기 다수 개의 전지셀 중 적어도 하나의 전지셀은 감압기구를 포함하고, 상기 감압기구는 상기 적어도 하나의 전지셀의 내부 압력 또는 온도가 임계치에 도달했을 때 작동되어 상기 내부 압력이 방출되도록 하고; 상기 열관리부재는 유체를 수용하여, 상기 전지셀의 온도를 조절하며; 상기 피양챔버는 상기 감압기구와 상기 열관리부재 사이에 형성되는 것으로, 상기 피양챔버는 상기 감압기구의 작동이 허용되도록 하는 공간을 제공하도록 구성되며; 상기 수집챔버는 상기 피양챔버의 외측에 위치됨으로써, 상기 감압기구가 작동될 때 상기 전지셀로부터 배출되는 배출물을 수집하도록 한다. 여기에서, 상기 열관리부재는, 상기 감압기구가 작동될 때 상기 전지셀의 배출물이 상기 열관리부재를 관통하여, 상기 피양챔버를 경유하여 상기 수집챔버로 진입할 수 있도록 구성된다.
본 출원 실시예의 전지 및 그 관련장치, 제조방법 및 제조설비는, 전지셀에 감압기구를 설치하는 동시에 전지셀의 외측에 피양챔버와 수집챔버를 설치한다. 피양챔버를 설치하게 되면, 감압기구의 작동을 위하여 일정한 공간을 남겨둘 수 있게 되므로, 따라서 피양챔버가 설치됨으로 인해, 감압기구는 전지셀의 전극단자의 일측에 설치되어야 할 필요 없이, 전지셀의 기타 측면에 선택적으로 설치될 수 있고; 수집챔버를 설치하게 되면, 감압기구가 방출하는 배출물이 모아질 수 있게 되어, 배출물이 외부로 뿜어지거나 또는 외부로 흐르게 되면서 초래되는 기타 부품 또는 환경에 대한 오염은 초래하지 않게 된다. 본 출원에서 제공하는 방안은 전지 설계를 위하여 여러 가지 가능성을 제공하며, 특히 전지와 감압기구에 관련되는 각 종 설치를 한층 더 최적화시키는데 도움을 주게 되어, 나아가 전지의 종합성능을 향상시키게 된다.
여기에서 설명하는 도면은 본 출원을 한층 더 이해하도록 위해 사용되며, 본 출원의 일 부분을 구성하고, 본 출원을 해석하기 위한 본 출원의 예시적 실시예 및 그 설명은 본 출원에 대한 한정을 구성하지 않는다.
도 1은 본 출원 전지를 채택한 차량의 일부 실시예에 대한 구조설명도이다.
도 2는 본 출원 일부 실시예에 따른 전지의 분해 설명도이다.
도 3은 본 출원 일부 실시예에 따른 전지의 분해 설명도이다.
도 4는 본 출원 일부 실시예에 따른 전지셀의 분해 설명도이다.
도 5는 본 출원 일부 실시예에 따른 전지셀의 입체 설명도이다.
도 6은 본 출원 일부 실시예에 따른 전지셀의 입체 설명도이다.
도 7은 본 출원 일부 실시예에 따른 전지의 투시도이다.
도 8은 도 7에서 도시한 전지의 B 부분의 확대도이다.
도 9는 본 출원 일부 실시예에 따른 열관리부재의 조감도이다.
도 10은 도 9에서 도시한 열관리부재의 저면도이다.
도 11은 도 9에서 도시한 열관리부재의 A-A 투시도이다.
도 12는 본 출원의 전지 제조방법의 일부 실시예의 공정 설명도이다.
도 13은 본 출원의 전지 제조장치의 일부 실시예의 구조 설명도이다.
본 출원의 목적, 기술방안 및 장점을 보다 명확하도록 하기 위하여, 이하 본 출원의 다수 개의 실시예를 도시하는 도면을 결합하여, 본 출원 실시예의 기술방안에 대하여 분명하고 완정한 설명을 하고자 하며, 여기에서 설명하는 실시예는 단지 본 출원의 일부분의 실시예인 것으로, 전부의 실시예는 아닌 것으로 이해해야 할 것이다. 본 출원에 기재된 실시예에 근거하여, 본 분야 통상의 기술을 가진 자가 창조적인 노동의 대가 없이 획득한 모든 기타의 실시예는 모두 본 출원 보호범위에 속한다.
별도의 정의가 없는 한, 본 출원에서 사용하는 모든 기술 및 과학적 용어는 본 출원 기술분야의 기술자가 통상적으로 이해하는 함의와 동일하며; 본 출원에서 출원 명세서에서 사용한 용어는 구체적인 실시예를 설명하기 위한 목적으로 사용되었을 뿐, 본 출원을 한정하기 위한 것은 아니며; 본 출원의 명세서와 청구범위 및 상술한 도면에서 사용하는 "포함", "포괄", "있다", "구비", "함유하다", "함유" 등은 개방형 용어이다. 따라서, "포함", "포괄", "있다"는 예컨대 하나의 또는 다수 개의 단계 또는 소자의 일종의 방법 또는 장치는, 하나의 또는 다수 개의 단계 또는 소자를 구비하나, 이와 같은 하나의 또는 다수 개의 소자만 구비한다는 것에 한정되지는 않는다. 본 출원의 명세서 및 청구범위 또는 도면에 사용되는 "제1", "제2" 등은 서로 다른 대상을 구별하기 위해 사용되는 것으로, 특정한 순서 또는 주종관계를 설명하기 위한 것은 아니다. 이 외, 용어 "제1", "제2"는 단지 목적을 설명하기 위해 사용되는 것일 뿐, 상대적 중요성을 지시 또는 암시하거나, 또는 지시하는 기술특징의 수량을 묵시적으로 가리키는 것은 아닌 것으로 이해해야 할 것이다. 이로써, "제1", "제2"로 한정되는 특징은 하나의 또는 더 많은 상기 특징을 명시 또는 묵시적으로 포함할 수 있다. 본 출원의 설명에서, 별도의 설명이 없는 한, "다수 개"의 함의는 두 개 또는 두개 이상을 의미한다.
본 출원의 설명에서 이해해야 할 것은, 용어 "중심", "횡방향", "길이", "폭", "상", "하", "전", "후", "좌", "우", "수직", "수평", "상단", "바닥", "내", "외", "축방향", "종방향", "원주방향" 등이 가리키는 방위 또는 위치관계는 도면에서 도시하는 방위 또는 위치관계에 기초하는 것으로, 이는 단지 본 출원을 설명 및 간단하게 설명하기 위해 편의를 제공한 것일 뿐, 가리키는 장치 또는 소자가 반드시 특정의 방위를 갖고, 특정한 방위로 구조 및 동작되는 것을 가리키거나 또는 암시하는 것은 아니므로, 이를 본 출원에 대한 한정이라고 이해해서는 아니된다.
본 출원에 대한 설명에서 이해해야 할 것은, 별도의 명확한 규정 및 한정이 없는 한, 용어 "장착", "서로 연결", "연결", "부착"은 광의의 의미로 이해해야 하는 것으로, 예컨대, 고정 연결일 수도 있고, 탈착 가능한 연결일 수도 있으며, 또는 일체형 연결일 수도 있으며; 직접적인 서로 연결일 수도 있고, 중간 매체를 통한 간접적인 서로 연결일 수도 있으며, 두 개의 소자의 내부의 연통일 수도 있다. 본 분야 통상의 기술지식을 가진 자에게 있어서, 구체적인 상황에 근거하여 상술한 용어의 본 출원에서의 구체적인 함의를 이해할 수 있다.
본 출원에서 언급되는 "실시예"란, 실시예에서 설명하는 특정의 특징, 구조 또는 특성을 결합하여 본 출원의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있다는 것을 의미한다. 명세서 곳곳에서 나타나는 상기 단어가 모두 동일한 실시예를 꼭 가리키는 것은 아니며, 기타 실시예와 서로 배척되는 독립의 또는 예비의 실시예인 것도 아니다. 당업자는 본 출원에서 설명되는 실시예가 기타 실시예와 서로 결합될 수 있다는 것을 명시적 및 묵시적으로 이해할 수 있다.
전술한 바와 같이, 강조해야 할 것은, 본 명세서에서 용어 "포함/포괄"을 사용하는 경우, 상기 특징, 정수, 단계 또는 어셈블리의 존재를 명확하게 표명하고 표시하기 위해 사용하는 것이나, 하나의 또는 더 많은 기타의 특징, 정수, 단계, 부품 또는 세트를 이루는 특징, 정수, 단계, 부품이 존재하건 또는 추가하는 것을 배제하지는 않는다. 본 출원에서 사용한 바의 단수의 형식인 "하나의", "하나" 및 "상기" 역시 상하 문장에서 명확한 별도의 지시가 없는 한 복수 형식을 포함한다.
본 명세서에서 사용하는 단어 "하나", "하나의"는 하나를 표시할 수 있으나, "적어도 하나의" 또는 "하나의 또는 다수 개의"의 함의와 일치할 수도 있다. 용어 "약"은 일반적으로 언급된 수치에 10%를 추가하거나 또는 삭감하는 것을 의미하거나, 또는 보다 구체적으로 5%를 추가하거나 또는 삭감하는 것을 표시한다. 청구범위에 사용되는 용어 "또는"은 별도의 명확한 표시가 없는 한, 대체 가능한 방안만 표시하는 것으로, 그렇지 않은 한 "및/또는"의 의미를 표시한다.
본 출원에서의 용어 "및/또는"은 단지 연관 대상의 연관 관계를 서술하는 것으로, 세 가지 관계가 존재할 수 있다는 것을 의미하는 것으로, 예컨대, A 및/또는 B는, A가 단독으로 존재, A와 B가 동시에 존재, B가 단독으로 존재의 세 가지 상황을 의미할 수 있다. 이 외, 본 출원의 부호 "/"는 일반적으로 앞뒤의 연관 대상은 일종의 "또는"의 관계임을 의미한다.
본 분야에서 말하는 전지는 충전가능 여부에 따라 1차 전지와 충전가능 전지로 나눌 수 있다. 1차 전지(Primary Battery)는 "쓰고 버리는" 전지 및 원전지라고도 불리는데, 왜냐하면 이들의 전기에너지는 소모된 후, 더이상 재충전하여 사용할 수 없기 때문에 버릴 수 밖에 없기 때문이다. 충전가능 전지는 또한 2차 전지(Secondary Battery) 또는 2극 전지, 축전지로 불리기도 한다. 충전가능 전지의 제작재료와 공정은 1차 전지와 다른 것으로, 그 장점은 충전 후 여러 차례 순환하여 사용 가능하다는 것이고, 충전가능 전지의 출력 전류 부하가 대부분의 1차 전지보다 높다는 것이다. 현재 자주 볼 수 있는 충전가능 전지의 유형에는 납산전지, 니켈수소전지 및 리튬이온전지가 있다. 리튬이온전지는 저중량, 대용량(용량은 동일 중량의 니켈수소전지의 1.5배~2배), 비메모리 효과 등의 장점이 있으며, 또한 자기 방전률이 매우 낮기 때문에, 가격이 상대적으로 높긴 하지만 여전히 보편적으로 응용되고 있다. 리튬이온전지는 현재에도 순수 전기자동자 및 하이브리드카에 광범위하게 응용되고 있는 것으로, 이와 같은 용도로 사용되는 리튬이온전지의 용량은 상대적으로 비교적 낮으나, 출력, 충전 전류가 비교적 크고, 사용수명 또한 비교적 길긴 하나, 단 코스트 비용이 비교적 높다.
본 출원 실시예에서 말하는 전지란 충전가능 전지를 가리킨다. 이하 문장에서는 주로 리튬이온전지를 예로 들어 본 출원에서 공개하는 실시예를 설명한다. 본 출원에서 공개하는 실시예는 기타 임의의 적당한 유형의 충전가능 전지에 모두 적용될 수 있는 것으로 이해해야 할 것이다. 본 출원에서 공개하는 실시예에서 말하는 전지는 직접 또는 간접적으로 적당한 장치에 응용되어 해당 장치에 전력을 제공한다.
본 출원에서 공개하는 실시예에서 말하는 전지란, 하나의 또는 다수 개의 전지셀을 포함하여 미리 설정된 전압과 용량을 제공하는 단일의 물리적 모듈이다. 예컨대, 본 출원에서 말하는 전지는 전지모듈 또는 전지팩 등을 포함할 수 있다. 전지셀은 전지의 기본 유닛인 것으로, 일반적으로 패키징 방식에 따라, 원형 전지셀, 각형 전지셀 및 파우치형 전지셀로 나눌 수 있다. 이하 문장에서 주로 각형 전지셀을 위주로 하여 전개한다. 이하 문장에서 설명되는 실시예는 어떤 방면에서는 원형 전지셀 또는 파우치형 전지셀에 대하여도 적용 가능한 것으로 이해해야 할 것이다.
전지셀은 양극재, 음극재, 전해액 및 격리막을 포함한다. 리튬이온전지셀은 주로 리튜이온의 양극재와 음극재 사이에서의 이동에 의존하여 동작되는 것이다. 예컨대, 리튬이온은 하나의 삽입된 리튬화합물을 전극재로 사용한다. 현재 리튬이온전지의 양극재로 주로 사용되는 것에는 리튬코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 망간산염(LiMn2O4), 리튬 니켈레이트(LiNiO2) 및 리튬 철인산염(LiFePO4)이 있다. 격리막은 양극재와 음극재 사이에 설치되어 3층 재료의 박막구조를 형성한다. 상기 박막구조는 일반적으로 권취 또는 적층 방식을 통해 필요한 형상을 갖는 전극 어셈블리로 제작된다. 예컨대, 원형 전지셀에서는 3층 재료의 박막구조가 원기둥 형상의 전극 어셈블리로 귄취되고, 각형 전지셀에서는 박막구조가 대체로 직사각형 형상을 갖는 전극 어셈블리로 권취 또는 적층된다.
다수 개의 전지셀은 전극단자에 의해 직렬연결 및/또는 병렬연결되어 각종 응용 장소에 응용될 수 있다. 일부 전동차량 등과 같은 대출력 응용 장소에서, 전지의 응용은 전지셀, 전지모듈 및 전지팩 세 개의 단계를 포함한다. 전지모듈은 외부의 충격, 열, 진동 등으로부터 전지셀을 보호하기 위하여 일정 수량의 전지셀을 전기적으로 함께 연결하여 하나의 프레임에 넣어서 형성되는 것이다. 전지팩은 전동차량의 전지 시스템에 장착하는 최종의 상태이다. 전지팩은 일반적으로 하나의 또는 다수 개의 전지셀을 패키징하는 케이스 본체를 포함한다. 케이스 본체는 액체 또는 기타 이물질이 전지셀의 충전 또한 방전에 영향을 끼치는 것을 방지할 수 있다. 케이스 본체는 일반적으로 커버 본체와 하우징으로 구성된다. 현재의 대부분의 전지팩은 하나의 또는 다수 개의 전지모듈에 전지 관리시스템(BMS), 열관리부재 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착하여 제조되는 것이다. 전지 분야 기술의 발전에 따라, 전지모듈 단계는 생략될 수 있는 것을, 다시 말해서, 전지셀로 직접 전지팩을 구성할 수 있다는 것이다. 이와 같은 개진은 전지시스템의 중량에너지 밀도, 부피에너지 밀도를 향상시키는 동시에 부품 수량도 현저히 감소시키게 되었다. 본 출원에서 말하는 전지는 전지모듈 또는 전지팩을 포함한다.
전지셀에는 통상적으로 감압기구가 설치되는 것으로, 감압기구란, 전지셀의 내부압력 또는 온도가 미리 설정된 임계치에 도달했을 때 작동될 수 있어 내부압력 의 소자 또는 부품을 방출하도록 하는 것을 가리킨다. 감압기구는 방폭밸브, 에어밸브, 감압밸브 또는 안전밸브 등으로 불리기도 한다. 감압기구는 압감 또는 온감 소자 또는 구조를 사용할 수 있는 것으로, 즉, 전지셀의 내부 압력 또는 온도가 미리 설정된 임계치에 도달하는 경우, 감압기구가 동작을 실행하거나 또는 감압기구에 설치되는 취약구조가 파괴되면서, 내부 압력이 방출되도록 하는 개구 또는 통로가 형성된다.
본 출원에서 말하는 "작동"이란, 감압기구가 동작을 일으키거나 또는 활성화되어 전지셀의 내부압력을 방출시키는 것을 가리킨다. 일으키는 동작은 감압기구의 적어도 일부분의 파열, 찢김, 파괴 또는 개방 등을 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 감압기구가 작동될 때, 전지셀의 내부의 고온고압물질은 배출물로서 작동되는 부위로부터 밖으로 배출된다. 이와 같은 방식으로 압력을 제어 가능한 상황 하에서 전지셀로 하여금 감압을 생성하도록 함으로써, 더 엄중한 사고의 발생을 방지한다. 본 출원에서 말하는 전지셀로부터 배출되는 배출물이란 전해액, 용해 또는 분열된 양/음극재, 격리막의 파편, 반응하여 생성된 고온고압기체 및/또는 화염 등을 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 상기 고온고압의 배출물이 전지셀의 감압기구가 설치된 방향으로 배출되면 그 위력과 파괴력은 거대해지게 되어, 심지어 상기 방향으로 설치된 커버 본체 등과 같은 하나의 또는 다수 개의 구조를 타파할 수 있다.
종래의 감압기구에 있어서, 작동될 때 일정한 피양공간이 필요하다. 피양공간이란, 감압기구가 작동될 때(예컨대, 감압기구의 적어도 일부분이 찢겨지는 것), 감압기구 내부 또는 외부의 작동되는 방향(즉, 찢겨지는 방향)으로의 공간을 가리킨다. 다시 말해서, 피양공간은 감압기구가 작동되는 것을 허용하는 공간이다. 전지셀의 커버판이 하우징 본체보다 더 두껍기 때문에, 감압기구를 커버판에 설치하면 더 쉽게 피양공간을 형성할 수 있으므로, 전지셀의 설계와 제조에 유리하다. 구체적으로, 전지셀의 하우징 본체가 통과되면서 알루미늄 박판을 프레싱하면서 형성된다. 커버판에 비교하면, 프레싱으로 형성된 하우징 본체의 벽은 매우 얇다. 한편으로, 하우징 본체와 같이 비교적 얇은 벽에 피양공간이 필요한 감압기구를 그 위에 설치하기가 매우 어려워진다. 다른 한편으로는, 하우징 본체와 같이 일체형으로 함몰된 구조는 그 위에 감압기구를 장착하기가 매우 어려워지며, 이는 또한 동시에 전지셀의 단가를 증가시키게 된다.
이 외, 종래의 전지셀은 작동이 발생된 후, 그 배출되는 폐기물은 통상적으로 직접 전지 외부로 배출되는데, 이는 환경을 오염시킬 뿐만 아니라, 거대량 열량을 지닌 배출물이 외부환경에 위험을 일으킬 수 있다.
총체적으로 말하자면, 종래의 전지의 피양구조에 대한 설계 이념을 바꾸는 것은, 연구자 및 당업자에 있어서 각종 기술적 문제를 해결하고 기술적 편견을 극복해야 하는 것으로, 단번에 실현될 수 있는 것은 아니다.
종래기술에서 전지에 존재하는 상술한 문제 및 기타 잠재적 문제를 해결하기 위해 또는 적어도 부분적으로 해결하기 위해, 본 출원의 발명자는 정반대의 방법으로 이에 대하여 대량의 연구와 실험을 진행한 후, 신형의 전지를 안출하였다. 본 출원 실시예에서 설명하는 전지가 적용되는 장치는 휴대폰, 휴대용 기기, 노트북, 전동 킥보드, 전동차량, 선박, 우주 설비, 전동 완구 및 전동 공구 등등을 포함하나 이에 한정되지는 않는 것으로, 예컨대, 우주 설비에는 비행기, 로켓, 항공기 및 우주선 등등을 포함하고, 전동 완구는 게임기, 전동차량 완구, 전동선박 완구 및 전동 비행 완구 등등과 같이 고정식 또는 이동식 전동 완구를 포함하며, 전동공구는 전동 드릴, 전동 그라인더, 전동 렌치, 전동 드라이버, 전동 해머, 전동 임팩트 드릴, 콘크리트 진동기 및 전동 대패와 같은 금속절삭 전동공구, 연마 전동공구, 조립 전동공구 및 철도용 전동공구를 포함한다.
본 출원의 실시예에서 설명하는 전지는 단지 상술한 기기에만 한정되서 적용되는 것이 아니라, 전지를 사용하는 모든 기기에 사용 가능한 것으로, 단, 설명의 간결함을 위해, 이하 실시예는 모두 전동차량을 예로 하여 설명한다.
예컨대, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 상기 도는 본 출원 일 실시예에 따른 차량(1)에 대한 간단한 설명도인 것으로, 차량(1)은 연료차량, 가스차량 또는 신에너지 차량일 수 있는 것으로, 신에너지 차량은 순수 전동차량, 하이브리드 차량 또는 연장형 전기차량 등일 수 있다. 차량(1)의 내부에는 전지(10)를 설치 가능한 것으로, 예컨대, 차량(1)의 바닥부 또는 차량의 앞부분 또는 뒷부분에 전지(10)를 설치할 수 있다. 전지(10)는 차량(1)에 전력을 공급할 수 있는 것으로, 예컨대, 전지(10)는 차량(1)의 동작전원으로 사용할 수 있다. 또한, 차량(1)은 제어기(30) 및 모터(40)를 더 포함할 수 있다. 제어기(30)는 전지(10)가 모터(40)에 전력을 공급하는 것을 제어할 수 있는 것으로, 예컨대 차량(1)의 가동, 네비게이션 및 주행 시의 작업용 전력수요에 사용될 수 있다. 본 출원의 다른 일 실시예에서, 전지(10)는 차량(1)의 동작전원으로만 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 차량(1)의 구동전원으로도 사용할 수 있는 것으로, 연소 또는 천연가스를 대체 또는 부분적으로 대체하여 차량(1)에 구동동력을 제공할 수 있다. 이하 문장에서 말하는 전지(10)는 다수 개의 전지셀(20)을 포함하는 전지팩으로 이해할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 출원 실시예의 전지(10)에 대한 분해도를 각각 도시하였다. 도 2 및 도 3에서 도시하는 바와 같이, 전지(10)는 다수 개의 전지셀(20) 및 다수 개의 전지셀(20)을 전기적으로 연결시키는 회류부재(12)를 포함한다. 전지셀(20)이 외부의 액체 또는 이물질로부터 침식 또는 부식되는 것을 방지하기 위하여, 전지(10)는 다수 개의 전지셀(20) 및 기타 필요한 부재를 패키징하는 케이스 본체(11)를 포함하는 것으로, 도 2 및 도 3에서 도시하는 바와 같다. 일부 실시예에서, 케이스 본체(11)는 커버 본체(111) 및 하우징(112)을 포함할 수 있고, 전지(10)는 커버 본체(111)와 하우징(112) 사이로부터 연장되는 빔(114)을 더 포함할 수 있으며, 빔(114)은 하우징(112)의 바닥부분(112a)에서 바닥부분(112a)에 수직되는 방향을 따라 커버 본체(111)를 향해 연장될 수 있다. 커버 본체(111)와 하우징(112)은 밀봉되게 함께 조합되어 공동으로 둘러싸서 다수 개의 전지셀(20)을 수용하는 전기챔버(11a)를 형성한다. 기타의 일부 실시예에서, 커버 본체(111)와 하우징(112)은 밀봉되지 않게 서로 조합될 수도 있다.
도 4는 본 출원 실시예에 따른 전지셀(20)의 분해도를 도시하였고, 도 5 및 도 6은 전지셀(20)을 서로 다른 각도에서 관찰했을 때의 입체도를 각각 도시하였다. 도 4 내지 도 6에서 도시하는 바와 같이, 본 출원에 따른 전지셀(20)은 케이스(21), 전극 어셈블리(22) 및 전해액을 포함한다. 전극 어셈블리(22)는 전지셀(20)의 전지 케이스(21)에 수용되고, 전극 어셈블리(22)는 양그재, 음극재 및 격리막을 포함한다. 격리막의 재질은 PP 또는 PE 등일 수 있다. 전극 어셈블리(22)는 권취형의 구조일 수도 있고, 적층형의 구조일 수도 있다. 케이스(21)는 하우징 본체(211) 및 커버판(212)을 포함한다. 하우징 본체(211)는 다수 개의 벽으로 형성되는 수용챔버(211a) 및 개구(211b)를 포함한다. 커버판(212)은 개구(211b) 부위에 배치되어 수용챔버(211a)를 밀폐한다. 전극 어셈블리(22) 외에, 수용챔버(211a)에는 전해액도 더 수용된다. 전극 어셈블리(22)의 양극재와 음극재에는 일반적으로 러그가 설치된다. 러그는 일반적으로 양극재와 음극재를 포함한다. 구체적으로, 양극재는 양극 집전체 및 양극 활물질층을 포함하고, 양극 활물질층은 양극 집전체의 표면에 도포되며, 양극 활물질층이 도포되지 않은 양극 집전체는 양극 활물질층이 도포된 양극 집전체로부터 돌출되며, 양극 활물질층이 도포되지 않은 양극 집전체를 양극 러그로 하며, 양극 집전체의 재료는 알루미늄일 수 있고, 양극 활물질은 코발트산 리튬, 인산철 리튬, 삼원 리튬 또는 망간산 리튬 등일 수 있고; 음극재는 음극 집전체 및 음극 활물질층을 포함하고, 음극 활물질층은 음극 집전체의 표면에 도포되며, 음극 활물질층이 도포되지 않은 음극 집전체는 음극 활물질층이 도포된 음극 집전체로부터 돌출되며, 음극 활물질층이 도포되지 않은 음극 집전체를 음극 러그로 한다. 음극 집전체의 재료는 구리일 수 있고, 음극 활물질은 탄소 또는 규소 등일 수 있다. 대전류를 통과하면서 녹아 끊어지지 않도록 하기 위하여, 양극 러그의 수량은 다수 개이며 함께 적층되고, 음극 러그의 수량은 다수 개이며 함께 적층된다. 러그는 연결부재(23)에 의해 전지셀(20) 외부에 위치되는 전극 단자(214)와 전기적으로 연결되고, 전극 단자(214)는 일반적으로 양극 전극단자(214a)와 음극 전극단자(214b)를 포함한다. 본 출원의 전지(10)의 전지셀(20) 중 적어도 하나의 전지셀(20)은 감압기구(213)를 포함한다. 일부 실시예에서는, 다수 개의 전지셀(20) 중 전지(10)에서 위치되는 위치로 인해 열폭주를 더 쉽게 받을 수 있는 전지셀에 감압기구(213)를 설치할 수 있다. 물론, 전지(10)의 각 전지셀(20) 모두에 감압기구(213)를 설치할 수도 있다.
감압기구(213)란, 전지셀의 내부압력 또는 온도가 미리 설정된 임계치에 도달할 때 작동되어 내부압력을 방출하는 소자 또는 부품을 가리킨다. 본 출원에서 말하는 임계치란, 압력 임계치 또는 온도 임계치일 수 있으며, 상기 임계치에 대한 설계는 설계수요에 따라 다른 것으로, 예컨대, 위험 또는 열폭주 리스크가 존재한다고 판단되는 전지셀(20)의 내부압력 또는 내부온도값에 근거하여 상기 임계치를 설계 또는 확정할 수 있다. 또한, 상기 임계치는 전지셀 중의 양극재, 음극재, 전해액 및 격리막 중의 하나 또는 몇 가지 재료에 의해 결정될 수도 있다. 다시 말해서, 감압기구(213)는 그 위치되는 적어도 하나의 전지셀(20)의 내부압력 또는 온도가 임계치에 도달할 때 작동되어 전지셀 내부의 압력을 방출함으로써, 더 위험한 사고의 발생을 방지한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 감압기구(213)는 또한 방폭밸브, 에어밸드, 감압밸드 또는 안전밸브 등으로 부를 수도 있다. 회류부재(12)는 또한 매니폴드 또는 버스 등으로 불리기도 하는데, 이는 다수 개의 전지셀(20)을 직렬연결 및/또는 병렬연결하는 방식으로 전기적으로 연결시키는 부재이다. 다수 개의 전지셀(20)은 회류부재(12)를 통해 직렬/병렬연결된 후에는 비교적 높은 전압을 갖게 되므로, 따라서 회류부재(12)가 구비되는 측을 종종 고압측이라고도 부른다. 일부 실시방식에서, 전지(10)의 감압기구(213)는 전지셀(20)의 바닥부에 설치된다.
도 8은 도 7의 B부분에 대한 확대도를 도시하였다. 도 8에서 도시하는 바와 같이, 일부 실시예에서, 전지(10)는 열관리부재(13)를 더 포함할 수 있다. 본 출원의 열관리부재(13)란, 전지셀(20)의 온도에 대하여 관리 및 조절 가능한 부재를 가리킨다. 열관리부재(13)는 유체를 수용하여 전지셀(20)의 온도에 대하여 관리 및 조절을 진행할 수 있다. 여기에서 말하는 유체란, 액체 또는 기체일 수 있다. 온도에 대한 관리 및 조절은 다수 개의 전지셀(20)에 대한 가열 또는 냉각을 포함할 수 있다. 예컨대, 전지셀(20)에 대하여 냉각 또는 온도 강하하는 상황 하에서, 상기 열관리부재(13)는 냉각 유체를 수용함으로써 다수 개의 전지셀(20)의 온도를 낮추는데, 이때, 열관리부재(13)를 냉각부재, 냉각시스템 또는 냉각판 등으로 부를 수도 있는 것으로, 그 수용하는 유체 역시 냉각매체 또는 냉각유체라 부를 수도 있는 것으로, 보다 구체적으로, 냉각액 또는 냉각기체라 부를 수 있으며, 여기에서 냉각매체는 순환 유동되도록 설계될 수 있으므로, 보다 나은 온도조절 효과를 실현할 수 있다. 냉각매체는 구체적으로 물, 물과 에틸렌글리콜의 혼합액, 또는 공기 등등을 사용할 수 있다. 온도 강하의 유효성을 실현하기 위하여, 열관리부재(13)는 일반적으로 열전도 실리카겔 등과 같은 방식을 통해 전지셀(20)에 부착된다. 이 외, 열관리부재(13)는 또한 가열에 사용되어 다수 개의 전지셀(20)의 온도를 높일 수 있다. 예컨대, 일부 겨울철 온도가 비교적 낮은 한랭지역에서 전동차량을 가동하기 전, 우선 전지(10)에 대하여 가열하면 전지성능을 향상시킬 수 있다.
계속해서 도 8을 참조하면, 감압기구(213)와 열관리부재(13) 사이에는 피양챔버(134a)가 형성되고, 피양챔버(134a)는 감압기구의 작동을 허용하는 공간을 남겨둘 수 있다. 피양챔버(134a)의 외측에는 수집챔버(11b)가 형성되고, 수집챔버(11b)는 감압기구(213)가 작동될 때 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물을 수집한다. 피양챔버(134a)가 설치되므로, 감압기구(213)는 전지셀(20)의 전극단자(214)의 일측에 설치될 필요 없이, 전지셀(20)의 기타 측면에 선택적으로 설치될 수 있고; 수집챔버(11b)를 설치하게 되면 감압기구(213)가 방출하는 배출물이 모아질 수 있게 되어, 배출물이 외부로 뿜어지거나 또는 외부로 흐르게 되면서 초래되는 기타 부품 또는 환경에 대한 오염은 없을 것이다. 본 출원에서 제공하는 방안은 전지(10) 내부에 열폭주가 발생한 상황 하에서, 전지셀(20)의 배출물도 효과적으로 배출될 수 있기 때문에, 배출물의 배출 불원활로 인해 초래되는 리스크를 줄이게 된다.
이하 열관리부재(13)의 구체적인 구조를 결합하여 피양챔버(134a) 및 수집챔버(11b)에 대하여 자세히 설명하고자 한다.
일부 실시예에서, 열관리부재(13)는 한 쌍의 열전도판 및 상기 한 쌍의 열전도판 사이에 형성되는 유로(133)를 포함할 수 있다. 다음 문장에서의 설명의 편의를 위하여, 상기 한 쌍의 열전도판을 다수 개의 전지셀(20)에 부착되는 제1 열전도판(131) 및 제1 열전도판(131)의 전지셀(20)로부터 멀리 떨어진 일측에 배치되는 제2 열전도판(132)으로 부른다. 유로(133)는 유체를 수용하며 유체가 그 안에서 유동되는 것을 허용한다. 일부 실시예에서, 피양챔버(134a)는 유로(133)에 의해 둘러싸이도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제1 열전도판(131), 제2 열전도판(132) 및 유로(133)를 포함하는 열관리부재(13)는 사출성형 등 적당한 공정을 통해 일체형으로 형성될 수 있거나, 또는 제1 열전도판(131)과 제2 열전도판(132)은 용접(예컨대, 납땜)을 통해 함께 조립될 수 있다. 일부 대체 실시예에서는, 제1 열전도판(131), 제2 열전도판(132) 및 유로(133)는 각각 따로 형성된 후 함께 조립되어 열관리부재(13)를 형성할 수도 있다.
일부 실시예에서, 열관리부재(13)는 다수 개의 전지셀을 수용하는 케이스 본체(11)의 일부분을 구성할 수도 있다. 예컨대, 열관리부재(13)는 케이스 본체(11)의 하우징(112)의 바닥부분(112a)일 수 있다. 바닥부분(112a) 외에, 하우징(112)은 측부부분(112b)을 더 포함한다. 도 7에서 도시하는 바와 같이, 일부 실시예에서, 측부부분(112b)은 프레임 구조로 형성되어, 열관리부재(13)와 함께 조립되어 하우징(112)을 형성할 수 있다. 이와 같은 방식을 통해, 전지(10)의 구조를 더욱 콤팩트하게 할 수 있고, 공간 유효 이용률도 향상시킬 수 있으며, 에너지 밀도를 향상시키는데 유리하다.
열관리부재(13)와 측부부분(112b)은 밀봉링과 같은 밀봉부재 및 잠금부재 등을 통해 함께 조립될 수 있다. 밀봉효과를 향상시키기 위하여, 잠금부재는 FDS 드릴나사를 사용할 수 있다. 물론, 이와 같은 밀봉 조립방식은 단지 예시적인 것일 뿐, 본 출원 내용의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아닌 것으로 이해해야 할 것이다. 기타 임의의 적당한 조립방식 역시 가능하다. 예컨대, 일부 대체 실시예에서, 열관리부재(13)는 접합 등 적당한 방식을 통해 조립할 수 있다.
일부 대체 실시예에서, 열관리부재(13)는 또한 측부부분(112b)과 함께 일체형으로 성형될 수도 있다. 다시 말해서, 케이스 본체(11)의 하우징(112)은 일체형으로 성형될 수 있다는 것이다. 이와 같은 성형방식은 하우징(112) 부분의 강도를 더 높일 수 있으며 쉽게 누출이 발생하지 않도록 한다. 일부 대체 실시예에서, 하우징(112)의 측부부분(112b)은 커버 본체(111)와 일체형으로 형성될 수도 있다. 다시 말해서, 이와 같은 상황 하에서, 커버 본체(111)는 하부 개구가 구비되는 구조를 구성하게 되는데, 상기 하부 개구는 열관리부재(13)에 의해 밀폐될 수 있다.
바꿔 말하면, 열관리부재(13)와 케이스 본체(11) 간의 관계는 여러 가지 형식을 취할 수 있다. 예컨대, 일부 대체 실시예에서, 열관리부재(13)는 케이스 본체(11)의 하우징(112)의 일부분이 아니라, 하우징(112)에 장착되는 커버 본체(111) 측과 마주보는 하나의 부재일 수도 있다. 이와 같은 방식은 케이스 본체(11)의 밀폐 유지에 있어서 더 편리하다. 또 다른 일부 대체 실시예에서, 열관리부재(13)는 적당한 방식을 통해 하우징(112)의 내측에 집성될 수도 있다.
앞 문장에서 이미 언급한 바와 같이, 일부 감압기구(213)는 작동될 때 전지셀(20)의 외부의 감압기구(213)와 대응되는 위치에 피양구조(134)가 설치되어야 하는 것으로, 이로써 감압기구(213)로 하여금 원활하게 작동되어 그 필요한 역할을 하도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 피양구조(134)는 열관리부재(13)에 배치될 수 있는 것으로, 이로써 열관리부재(13)로 하여금 다수 개의 전지셀(20)에 부착된 상황 하에서도 피양구조(134)와 감압기구(213) 사이에서 피양챔버(134a)를 형성하도록 할 수 있다. 다시 말해서, 본 출원에서 말하는 피양챔버(134a)란 피양구조(134)와 감압기구(213)가 공동으로 둘러싸서 형성하는 밀폐되는 중공의 챔버를 가리키는 것으로, 이와 같은 방안에서, 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물의 배출에 있어서, 상기 피양챔버(134a)의 입구 일측의 표면은 감압기구(213)의 작동에 의해 개방될 수 있고, 상기 입구 일측의 표면에 대응되는 출구 일측의 표면은 고온고압의 배출물로 인해 부분적으로 파괴되어 개방될 수 있음으로써, 배출물의 배출 통로를 형성하게 된다. 다른 일부 실시예에 따르면, 상기 피양챔버(134a)는 예컨대 피양구조(134)와 감압기구(213)가 공동으로 둘러싸서 형성되는 비밀폐 중공챔버일 수도 있으며, 상기 비밀폐 중공챔버의 출구 일측의 표면은 원래부터 배출물이 유출되도록 하는 통로가 구비될 수 있다.
도 8에서 도시하는 바와 같이, 일부 실시예에서, 열관리부재(13)에 형성되는 피양구조(134)는 피양 바닥벽(134b)과 피양챔버(134a)을 둘러싸는 피양 측벽(134c)을 포함할 수 있다. 본 출원의 피양 바닥벽(134b)과 피양 측벽(134c)은 피양챔버(134a)에 대응되는 것이다. 구체적으로 말하면, 피양 바닥벽(134b)이란, 피양챔버(134a)의 감압기구(213)와 대응되는 벽을 가리키는 것이고, 피양 측벽(134c)은 피양 바닥벽(134b)과 인접되어 미리 설정된 각도로 형성되어 피양챔버(134a)를 둘러싸는 벽이다. 일부 실시예에서, 피양 바닥벽(134b)은 제2 열전도판(132)의 일부분일 수 있고, 피양 측벽(134c)은 제1 열전도판(131)의 일부분일 수 있다.
예컨대, 일부 실시예에서, 피양구조(134)는 제1 열전도판(131)의 일부분을 제2 열전도판(132)을 향해 함몰시키는 것을 통해 개구를 형성하여, 개구의 가장자리와 제2 열전도판(132)을 적당한 고정방식을 통해 함께 고정함으로써 형성할 수 있다. 감압기구(213)가 작동될 때, 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물은 먼저 상기 피양챔버(134a)로 진입하게 된다. 도 8의 피양챔버(134a)의 화살표가 도시하는 바와 같이, 배출물은 대체로 부채형 방향으로 외부로 배출된다.
종래의 열관리부재와 다른 것은, 본 출원 실시예에 따른 열관리부재(13)는 감압기구(213)가 작동될 때 파괴될 수 있으므로, 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물이 열관리부재(13)를 관통하도록 한다. 이와 같은 설치의 장점은, 전지셀(20)로부터 배출되는 고온고압의 배출물이 원활하게 열관리부재(13)를 관통할 수 있도록 함으로써, 배출물을 적시에 배출하지 못하여 초래되는 2차 사고를 방지할 수 있으므로, 이로써 전지(10)의 안전성능을 향상시키게 된다.
배출물이 열관리부재(13)를 원활하게 관통하도록 하기 위하여, 열관리부재(13)와 감압기구(213)의 대응되는 위치에 관통홀 또는 방출기구를 설치할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서는 피양 바닥벽(134b)에 즉, 제2 열전도판(132)에 방출기구를 설치할 수 있다. 본 출원에서 방출기구란, 감압기구(213)가 작동될 때 작동되어 적어도 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물이 열관리부재(13)를 관통하여 배출되도록 허용하는 기구를 가리킨다. 일부 실시예에서, 방출기구 역시 전지셀(20)의 감압기구(213)와 동일한 구조를 채택할 수 있다. 다시 말해서, 일부 실시예에서, 방출기구는 제2 열전도판(132)에 배치되어 감압기구(213)와 동일한 구조를 갖는 기구일 수 있다. 일부 대체 실시예에서, 방출기구는 감압기구(213)와 다른 구조를 채택할 수도 있는 것으로, 단지 피양 바닥벽(134b) 부위에 설치되는 취약구조일 수도 있는 것으로, 취약구조는 예컨대, 피양 바닥벽(134b)과 일체형으로 형성되는 두께삭감부, 조각흔적(예컨대, 도 9에서 도시하는 십자형 조각흔적(134d)) 또는 피양 바닥벽(134b) 부위에 장착되는 비닐 등과 같은 쉽게 파손되는 재료로 제작된 파손용이부 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 또는, 방출기구는 온감 또는 압감 방출기구일 수도 있는 것으로, 감지된 온도 또는 압력이 임계치를 벗어나는 것을 감지했을 때 작동된다.
일부 실시예에서, 배출물이 열관리부재(13)를 원활하게 관통하도록 하기 위하여, 피양구조(134)는 열관리부재(13)를 관통하는 관통홀일 수도 있다. 다시 말해서, 피양구조(134)는 피양 측벽(134c)만 구비할 수 있으며, 상기 피양 측벽(134c)이 바로 관통홀의 홀벽이다. 이와 같은 상황 하에서, 감압기구(213) 작동될 때 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물은 직접 피양구조(134)를 관통하여 배출될 수 있다. 이와 같은 방식을 통해, 2차 고압의 형성을 더욱 효과적으로 방지할 수 있으므로, 전지(10)의 안전성능을 향상시키게 된다.
일부 실시예에서, 열관리부재(13)는 또한 감압기구(213)가 작동될 때 파괴되면서 유체가 유출되도록 구성될 수도 있다. 유체의 유출은 전지셀(20)로부터 배출되는 고온고압의 배출물에 대하여 신속하게 온도 강하 및 소화시킬 수 있기 때문에, 기타 전지셀(20) 및 전지(10)에 대해 일으키는 추가 상해로 인해 초래하는 더욱 엄중한 사고를 방지할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 피양 측벽(134c)은 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물에 의해 쉽게 파괴되도록 형성할 수도 있는 것으로, 이로써 유로(133)와 피양챔버(134a)가 연통되도록 하고, 나아가 유로(133) 내의 유체가 피양챔버(134a) 및/또는 수집챔버(11b)로 유입될 수 있도록 한다.
전지셀(20)의 내부압력이 비교적 크기 때문에, 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물은 대체로 원추형 형상으로 외부로 배출된다. 이와 같은 상황 하에서, 만약 피양 측벽(134c)과 배출물의 접촉면적을 증가시킬 수 있다면 피양 측벽(134c)이 파괴되는 가능성을 높을 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 피양 측벽(134c)은 감압기구(213)에 대하여 열관리부재(13)로 향하는 방향으로 미리 설정된 사잇각을 갖도록 구성되며, 상기 사잇각은 15°보다는 크거나 동일하되 85°보다는 작거나 동일하다. 예컨대, 도 8에서 도시한 바와 같이 미리 설정된 사잇각은 45°정도이다. 합리적으로 상기 사잇각을 설정하는 것을 통해, 피양 측벽(134c)으로 하여금 감압기구(213)가 작동될 때 더 쉽게 파괴될 수 있도록 함으로써, 유체가 유출되어 배출물과 접촉하도록 할 수 있음으로써, 배출물을 즉시 냉각시키는 효과를 이룰 수 있다. 이 외, 상기 미리 설정된 사잇각은 또한 상기 피양 측벽(134c)을 보다 쉽게 형성될 수 있도록 하는 것으로, 예컨대, 상기 미리 설정된 사잇각은 일정한 탈형 기울기를 제공할 수 있으므로, 피양 측벽(134c) 내지는 전체 제1 열전도판(131)의 제조에 편의를 제공한다.
기타 미도시한 실시예에서, 유로(133)는 전지셀(20)의 배출물이 열관리부재(13)를 경유하는 과정에서 완정함을 유지하도록 구성된다. 설명해야 할 것은, 여기에서 말하는 "완정함 유지"란, 전지셀(20)의 배출물이 열관리부재(13)를 경유하는 과정 중에서 유로(133)가 파괴되지 않아, 유로(133)가 외부와 연통되지 않도록 하고, 유로(133) 내의 유체 역시 유로(133) 밖의 공간으로 방출되지 않는다는 것을 의미한다.
이 외, 피양 측벽(134c)의 이와 같은 방식은 상술한 피양챔버(134a)가 구비되는 상황 및 피양구조(134)가 관통홀인 상황에도 적용된다. 예컨대, 피양구조(134)가 관통홀인 경우, 상기 관통홀의 홀지름은 감압기구(213)의 열관리부재(13)를 향하는 방향을 따라 점차 작아질 수 있으며, 상기 관통홀의 홀벽의 감압기구(213)가 열관리부재(13)를 향하는 방향에 대하여 형성되는 사잇각은 15°보다는 크거나 동일하되 85°보다는 작거나 동일하다.
물론, 상술한 피양 측벽(134c)의 감압기구(213)가 열관리부재(13)를 향하는 방향에 대하여 형성되는 사잇각의 형상은 단지 예시적인 것일 뿐, 본 출원 내용의 보호범위를 한정하는 것은 아닌 것으로 이해해야 할 것이다. 기타의 피양 측벽(134c)이 감압기구(213)가 작동될 때 파괴되도록 하는 구조에 유리한 임의의 적당한 구조는 모두 가능한 것이다. 예컨대, 일부 실시예에서, 피양 측벽(134c)에는 임의의 유형의 취약구조가 구비될 수 있다.
앞의 실시예는 열관리부재(13)에 피양구조(134)가 구비되는 상황에 대하여 설명하였다. 다시 말해서, 앞 문장의 실시예에서 말하는 피양챔버(134a)는 열관리부재(13)의 피양구조(134)와 감압기구(213)를 통해 형성되는 것이다. 앞 문장에서 말하는 피양챔버(134a)에 관한 이와 같은 실시예들은 단지 예시적인 것일 뿐, 본 출원 내용의 보호범위를 한정하는 것은 아닌 것으로, 기타 임의의 적당한 구조 또는 배치 역시 모두 가능한 것으로 이해해야 할 것이다. 예컨대, 일부 대체 실시예에서, 열관리부재(13)는 피양구조(134)를 포함하지 않을 수도 있다. 이와 같은 상황 하에서, 피양챔버(134a)는 예컨대 감압기구(213) 주변으로 돌출되는 부분과 열관리부재(13)를 통해 형성될 수 있다. 또한, 열관리부재(13) 상의 감압기구(213)와 대응되는 위치에 방출기구 또는 취약구조를 설치함으로써 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물이 열관리부재(13) 및/또는 열관리부재(13)를 타파하여 유체가 유출되도록 할 수 있다.
물론, 일부 실시예에서는, 피양챔버(134a)를 사용하지 않을 수도 있다. 예컨대, 일부 피양공간이 필요 없이 바로 작동될 수 있는 감압기구(213)에 있어서, 감압기구(213)는 열관리부재(13)에 밀착되어 설치될 수 있다. 이와 같은 감압기구(213)는 예컨대 온감 감압기구(213)를 포함할 수 있으나, 단 이에 한정되지는 않는다. 온감 감압기구(213)는 전지셀(20)의 온도가 임계치에 도달한 상황 하에서 작동되어 전지셀(20)의 내부압력을 방출하는 기구이다. 이와 대응되는 것은 압감 감압기구(213)이다. 압감 감압기구(213)는 바로 앞 문장에서 언급한 감압기구(213)이다. 압감 감압기구(213)는 즉, 전지셀(20)의 내부압력이 임계치에 도달했을 때 작동되어 전지셀(20)의 내부압력을 방출하는 기구이다.
일부 실시예에서, 전지(10)는 수집챔버(11b)를 더 포함하는 것으로, 도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같다. 본 출원에서 수집챔버(11b)란, 감압기구(213)가 작동될 때 전지셀(20) 및 열관리부재(13)로부터 배출되는 배출물을 수집하는 중공의 챔버를 가리킨다. 수집챔버(11b)는 배출물을 수집하는 것으로, 밀봉 또는 밀봉되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 수집챔버(11b) 내에는 공기 또는 기타 기체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 수집챔버(11b) 내에는 냉각매체와 같은 액체도 포함할 수 있고, 또는 상기 액체를 수용하는 부재를 설치할 수도 있는 것으로, 이로써 수집챔버(11b)로 유입되는 배출물을 한층 더 식히게 된다. 보다 바람직하게는, 수집챔버(11b) 내의 기체 또는 액체는 순환 유동되는 것이다. 앞 문장에서 설명한 바의 피양챔버(134a)가 존재하는 상황 하에서, 피양챔버(134a)는 열관리부재(13)와 수집챔버(11b)를 통해 격리될 수 있다. 여기에서 말하는 "격리"란 분리를 가리키는 것으로, 밀봉되지 않은 것일 수 있다. 이와 같은 상황은 배출물이 피양 측벽(134c)을 타파하여 유체가 유출되도록 하여, 배출물에 대한 온도 강하 및 소화에 더 유리하므로, 이로써 전지의 안정성능을 향상시키게 된다. 이 외, 앞 문장에서 설명한 바의 피양구조(134)가 관통홀인 상황 하에서, 피양챔버(134a)는 수집챔버(11b)와 서로 연통될 수 있다. 이와 같은 방식은 배출물의 배출에 더욱 유리하므로, 2차 고압으로 인해 발생하는 안전 위험을 방지하게 된다.
일부 실시예에서, 수집챔버(11b)는 열관리부재(13)의 외부의 하나의 개방된 챔버일 수도 있다. 예컨대, 열관리부재(13)가 케이스 본체(11)의 하우징(112)의 바닥부분(112a)인 실시예에서, 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물은 열관리부재(13)를 통과한 후 직접 열관리부재(13)의 외부공간, 즉 케이스 본체(11)의 외부로 배출될 수 있는 것으로, 이로써 2차 고압의 발생을 방지할 수 있다. 일부 대체 실시예에서, 전지(10)는 방호부재(115)를 더 포함할 수 있는 것으로, 도 7에서 도시한 바와 같다. 본 출원의 방호부재(115)란, 열관리부재(13)의 전지셀(20)로부터 멀리 떨어진 일측에 배치되어 열관리부재(13)와 전지셀(20)에 방호를 제공하는 부재를 가리킨다. 이와 같은 실시예에서, 수집챔버(11b)는 방호부재(115)와 열관리부재(13) 사이에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 방호부재(115)는 케이스 본체(11)의 바닥부에 장착되어 방호 작용을 하는 부분일 수 있다. 이와 같은 방식은 전동차량 등과 같은 전지(10)의 응용 부위 또는 공간을 더욱 다양화하게 설계할 수 있도록 촉진하는데 유리하다. 예컨대, 일부 전동차량의 경우, 제조단가를 줄이고 나아가 최종제품의 가격을 줄이기 위하여, 사용에 영향을 주지 않는 상황 하에서, 방호부재(115)를 설치하지 않을 수 있다. 사용자는 필요에 따라 방호부재(115)를 선택할 수 있다. 이와 같은 상황 하에서, 수집챔버(11b)는 앞 문장에서 언급한 개방형 챔버를 구성하게 되어, 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물은 직접 전지(10)로 배출될 수 있다.
일부 실시예에서, 방호부재(115)는 케이스 본체(11)의 하우징(112)의 바닥부분(112a)일 수 있다. 예컨대, 열관리부재(13)는 하우징(112)의 바닥부분(112a)으로서의 방호부재(115)에 장착될 수 있고, 열관리부재(13)는 방호부재(115)에 장착되며 이 둘 사이에는 간격을 남겨 수집챔버(11b)를 형성한다. 예컨대, 일부 실시예에서, 방호부재(115)는 상기 열관리부재(13)를 향해 개구되는 오목챔버를 구비함으로써 수집챔버(11b)를 형성한다. 이와 같은 상황 하에서, 수집챔버(11b)는 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물의 하나의 완충 챔버로 사용될 수 있다. 상기 수집챔버(11b) 중의 배출물의 온도, 부피 또는 압력 중 적어도 하나의 항목이 미리 정해진 정도 또는 임계치에 도달했을 때, 방호부재(115)는 부분적으로 파괴될 수 있어 수집챔버(11b)의 압력을 적시에 방출하게 된다. 일부 대체 실시예에서, 대체 또는 부가적으로, 방호부재(115) 및 열관리부재(13) 사이에 밀봉부재(예컨대, 밀봉링, 밀봉필름 등)를 설치하여 수집챔버(11b)를 밀봉할 수 있는 것으로, 여기에서, 밀봉부재는 수집챔버(11b)의 배출물의 온도, 부피 또는 압력 중 적어도 하나가 미리 정해진 정도 또는 임계치에 도달했을 때 적어도 부분적으로 파괴될 수 있어 수집챔버(11b)의 압력을 적시에 방출할 수 있게 되어, 2차 파괴를 방지하게 된다.
일부 대체 실시예에서, 방호부재(115)는 또한 열관리부재(13)와 일체형으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 열관리부재(13)의 외부에 일체형으로 방호부재(115)를 더 형성할 수 있는 것으로, 방호부재(115)와 열관리부재(13) 사이에는 간격을 구비하여 수집챔버(11b)를 형성한다. 방호부재(115) 상에는 취약구조를 설치할 수 있는 것으로, 이렇게 하면, 수집챔버(11b) 중의 배출물의 온도, 부피 또는 압력이 미리 설정된 정도 또는 임계치에 도달했을 때, 방호부재(115)가 부분적으로 파괴되면서 수집챔버(11b)의 압력을 적시에 방출할 수 있다. 이와 같은 방식은 부품의 수량을 한층 더 줄일 수 있고, 또한 이로써 조립시간과 조립비용도 줄이게 된다.
부가적으로 또는 대체 방안으로서, 일부 실시예에서, 상기 수집챔버(11b)는 또한 커버 본체(111)와 하우징(112) 사이로부터 연장되어 구성되는 빔(114)(도 3 참조)으로 구성될 수 있다. 열관리부재(13)는 빔(114)과 전지셀(20) 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 빔(114)은 중공의 구조를 가질 수 있으며, 빔(114)의 중공의 공간은 수집챔버(11b)를 구성할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 출원의 일부 실시예에 따른 열관리부재(13)의 서로 다른 각도에서의 정면도 및 투시도를 각각 도시하였다. 도면에서 도시하는 바와 같이, 일부 실시예에서, 제1 열전도판(131) 및 제2 열전도판(132) 상에는 유로(133)에 대응되는 반오목홈 구조를 형성할 수 있으며, 또한 제1 열전도판(131) 및 제2 열전도판(132)의 반오목홈 구조는 서로 정렬된다. 제1 열전도판(131) 및 제2 열전도판(132)을 함께 조립하는 것을 통해 제1 열전도판(131) 및 제2 열전도판(132)의 반오목형 구조를 조합하여 유로(133)를 형성할 수 있으며, 최종적으로 열관리부재(13)를 형성한다.
물론, 앞 문장에서 설명하는 열관리부재(13)의 구체적인 구조는 단지 예시적인 것으로, 본 출원의 보호범위를 한정하는 것은 아닌 것으로 이해해야 할 것이다. 기타 임의의 적당한 구조 또는 배치 역시 가능하다. 예컨대, 일부 대체 실시예에서, 제1 열전도판(131), 제2 열전도판(132) 및 유로(133) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다. 예컨대, 제2 열전도판(132)은 생략될 수 있다. 다시 말해서, 일부 실시예에서, 열관리부재(13)는 제1 열전도판(131) 및 제1 열전도판(131)의 일측 또는 제1 열전도판(131) 삽입되어 내장되는 유로(133)만 포함할 수 있다.
앞 문장에서 설명한 내용으로부터 알 수 있듯이, 일부 실시예에서는, 감압기구(213)를 전지셀(20)의 회류부재(12)에 대하여 서로 다른 측에 배치한 상황 하에서, 구조 조정을 통해, 더블 챔버 구조를 형성할 수 있다. 더블 챔버란, 앞 문장에서 언급한 전지셀(20)의 감압기구(213)와 피양구조(134) 사이의 피양챔버(134a) 및 수집챔버(11b)이다. 상기 더블 챔버 구조는 감압기구(213)가 작동될 때 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물을 제어 가능하여 순차적으로 적시에 배출하도록 효과적으로 보장할 수 있다. 이 외, 일부 실시예에서, 피양챔버(134a)는 파괴될 수도 있는 것으로 이로써 열관리부재(13)의 유체가 유출되도록 하여, 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물을 냉각 및 소화시킬 수 있음으로써, 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물의 온도를 신속하게 강하시킬 수 있으므로, 전지(10)의 안전성능을 향상시키게 된다.
이 외, 감압기구(213)를 전지셀(20)의 회류부재(12)의 다른 측에 배치하는 것을 통해, 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물이 케이스 본체(11)가 형성하는 전기챔버(11a)로 유입 또는 소량 유입되지 않도록 한다. 이는 전기 안전을 보장하고 및 회류부재(12) 간의 단락을 방지하는데 특히 유리하다. 이와 같은 전기챔버(11a) 및 앞 문장에서 언급한 더블 챔버 분리 구조에 기초하면, 케이스 본체(11)의 커버 본체(111)를 회류부재(12)에 더 근접하게 설계할 수 있다. 이는 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물이 피양챔버(134a) 및/또는 수집챔버(11b)로 배출되기 때문에, 전기챔버(11a) 부분에는 배출물이 유통되도록 하는 통로를 설치할 필요가 없게 되므로, 커버 본체(111)가 회류부재(12)에 더 근접하도록 할 수 있으며, 심지어 회류부재(12)와 접촉하도록 할 수 있다. 이는 전지(10)의 상부 구조를 더욱 콤팩트하게 할 수 있으며, 전지(10)의 전지셀(20)을 수용하는 유효 공간을 증가할 수 있게 되어, 전지(10)의 부피 에너지 밀도를 향상시키게 된다.
구체적으로, 종래의 전지(10)에서, 특히 전지셀(20)이 3원 리튬이온 전지셀을 채택하는 상황 하에서, 커버 본체(111)와 회류부재(12)를 접촉시키는 것은 두말할 것도 없고, 이 둘의 간격을 7 mm 이하로 설정하는 것도 기본상 실현 불가한 것이다. 이는 종래의 전지셀(20)은 회류부재(12)와 감압기구(213)를 모두 전지셀(20)의 동일측에 설치했기 때문인데, 감압기구(213)가 작동될 때 감압기구(213)가 정상 가동되어 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물을 원활하게 배출 및 이동되도록 하기 위하여, 통상적으로 회류부재(12)와 커버 본체(111) 사이의 간격을 7 mm 또는 7 mm 이상으로 설정하여, 전지(10)의 안정성을 보장한다.
종래의 전지(10)와 다르게, 감압기구(213)와 회류부재(12)를 전지셀(20)의 서로 다른 측에 설치한 후, 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물이 피양챔버(134a) 및/또는 수집챔버(11b)로 배출되기 때문에, 전지셀(20)의 커버판(212)에 감압기구(213)를 설치하기 위한 위치를 남겨둘 필요가 없게 되며, 전기챔버(11a) 부분은 배출물이 이동되도록 하는 통로를 설치할 필요가 없으므로, 커버 본체(111)와 회류부재(12)를 서로 인접되게 설치하면서 둘 사이의 간격을 2 mm 이하일 수 있다. 이와 같은 크기의 간격은 전기기술의 발전에 있어서 상당히 유리하다. 구체적으로, 전지기술이 지금까지 발전되면서, 안정성을 보장한 상황 하에서, 전지(10)는 전지셀(20)을 수용하는 공간 외의 각 구조와 부품이 차지하는 크기를 1 mm 줄이는 데도 매우 큰 어려움이 있다. 따라서, 감압기구(213)와 회류부재(12)를 전지셀(20)의 서로 다른 측에 설치하는 것을 통해, 전지(10) 구조의 콤팩트 정도를 현저하게 향상시킬 수 있고, 전지셀(20)의 유효 수용공간을 합리적으로 증가할 수 있으므로, 전지(10)의 부피 에너지 밀도를 향상시키게 된다.
앞 문장에서는 도 1 내지 도 11을 결합하여 본 출원 실시예의 전지에 대하여 설명하였다. 다음은, 도 12 및 도 13을 결합하여 본 출원 실시예의 전지를 제조하는 방법과 장치에 대하여 설명하고자 하며, 여기에서 상세히 설명하지 않은 부분에 대하여는 전술한 각 실시예를 참조할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 출원의 실시방식에 따르면, 전지 제조방법(50)을 제공하는 것으로, 상기 전지 제조방법(50)은, 상기 전지셀의 내부 압력이 임계치에 도달했을 때 작동되어 내부 압력이 방출되도록 하는 감압기구를 포함하는 전지셀을 제공하는 단계(51); 유체를 수용하여 전지셀의 온도를 조절하는 열관리부재를 제공하는 단계(52); 감압기구와 열관리부재 사이에 형성되어, 감압기구의 작동이 허용되도록 하는 공간을 제공하도록 구성되는 피양챔버를 설치하는 단계(53); 피양챔버의 외측에 위치되어, 감압기구가 작동될 때 전지셀로부터 배출되는 배출물을 수집하는 수집챔버를 설치하는 단계(54);를 포함한다. 여기에서, 상기 열관리부재는, 상기 감압기구가 작동될 때 상기 전지셀의 배출물이 상기 열관리부재를 관통하여, 상기 피양챔버를 경유하여 상기 수집챔버로 진입할 수 있도록 구성된다.
도 13을 참조하면, 본 출원에서 제시하는 실시방식은, 또한 전지 제조설비(60)를 제공하는 것으로, 상기 전지 제조설비(60)는, 다수 개의 전지셀을 제조하는 전지셀 제조모듈(61); 열관리부재를 제조하는 열관리부재 제조모듈(62); 피양챔버를 형성하는 피양챔버 형성모듈(63); 수집챔버를 형성하는 수집챔버 형성모듈(64);을 포함하는 것으로, 다수 개의 전지셀 중 적어도 하나의 전지셀은 감압기구를 포함하고, 감압기구는 적어도 하나의 전지셀의 내부 압력 또는 온도가 임계치에 도달했을 때 작동되어 내부 압력이 방출되도록 하고; 열관리부재는 유체를 수용하여, 전지셀의 온도를 조절하며; 피양챔버는 감압기구와 열관리부재 사이에 형성되는 것으로, 피양챔버는 감압기구의 작동이 허용되도록 하는 공간을 제공하도록 구성되며; 수집챔버는 피양챔버의 외측에 위치됨으로써, 감압기구가 작동될 때 전지셀로부터 배출되는 배출물을 수집하도록 한다. 여기에서, 열관리부재는, 감압기구가 작동될 때 전지셀의 배출물이 열관리부재를 관통하여, 피양챔버를 경유하여 수집챔버로 진입할 수 있도록 구성된다.
본 출원 실시예의 전지 및 그 관련장치, 제조방법 및 제조설비는, 전지셀에 감압기구를 설치하는 동시에 전지셀의 외측에 피양챔버와 수집챔버를 설치한다. 피양챔버를 설치하게 되면, 감압기구의 작동을 위하여 일정한 공간을 남겨둘 수 있게 되므로, 따라서 피양챔버가 설치됨으로 인해, 감압기구는 전지셀의 전극단자의 일측에 설치되어야 할 필요 없이, 전지셀의 기타 측면에 선택적으로 설치될 수 있고; 수집챔버를 설치하게 되면, 감압기구가 방출하는 배출물이 모아질 수 있게 되어, 배출물이 외부로 뿜어지거나 또는 외부로 흐르게 되면서 초래되는 기타 부품 또는 환경에 대한 오염은 초래하지 않게 된다. 본 출원에서 제공하는 방안은 전지 설계를 위하여 여러 가지 가능성을 제공하며, 특히 전지와 감압기구에 관련되는 각 종 설치를 한층 더 최적화시키는데 도움을 주게 되어, 나아가 전지의 종합성능을 향상시키게 된다.
마지막으로 설명해야 할 것은, 상기 실시예는 단지 본 출원의 기술방안을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 출원 기술방안을 한정하기 위한 것은 아니며; 비록 전술한 실시예를 참조하여 본 출원에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 분야 통상의 기술지식을 가진 자는, 여전히 전술한 각 실시예에 기재된 기술방안을 수정하거나, 또는 그 중의 부분 기술특징에 대하여 동등한 대체를 할 수 있으나, 단 이와 같은 수정 또는 대체는 해당 기술방안의 본질이 본 출원 각 실시예의 기술방안의 사상과 범위를 벗어나지 않은 것으로 이해해야 할 것이다.
10: 전지, 11:케이스 본체, 11a: 전기챔버, 11b: 수집챔버, 12: 회류부재, 13: 열관리부재, 20: 전지셀, 111:커버 본체, 112: 하우징, 115: 방호부재, 131: 제1 열전도판, 132: 제2 열전도판, 133: 유로, 134: 피양구조, 134a: 피양챔버, 134c: 피양측벽, 213: 감압기구, 214: 전극단자.

Claims (22)

  1. 전지(10)에 있어서,
    전지셀(20)의 내부 압력 또는 온도가 임계치에 도달했을 때 작동되어 상기 내부 압력을 방출하도록 하는 감압기구(213)를 포함하는 전지셀(20);
    유체를 수용하여 상기 전지셀(20)에 온도 조절을 제공하는 열관리부재(13);
    상기 감압기구(213)와 상기 열관리부재(13) 사이에 형성되는 것으로, 상기 감압기구(213)의 작동이 허용되는 공간을 제공하도록 구성되는 피양챔버(134a); 및
    상기 피양챔버(134a)의 외측에 위치되어, 상기 감압기구(213)가 작동될 때 상기 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물을 수집하는 수집챔버(11b);를 포함하는 것으로,
    상기 열관리부재(13)는, 상기 감압기구(213)가 작동될 때 상기 전지셀(20)의 배출물이 상기 열관리부재(13)를 관통하여, 상기 피양챔버(134a)를 경유하여 상기 수집챔버(11b)로 진입할 수 있도록 구성되는, 전지(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열관리부재에는 관통홀이 설치되고, 상기 관통홀은 상기 피양챔버(134a)와 상기 수집챔버(11b)가 서로 연통되도록 구성되는, 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피양챔버(134a)는 상기 열관리부재(13) 상에 설치되는 상기 관통홀에 의해 형성됨으로써, 상기 감압기구(213)가 작동될 때 상기 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물이 상기 관통홀을 경유하여 직접 상기 수집챔버(11b)로 진입하도록 하는, 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열관리부재(13)는, 상기 피양챔버(134a)와 상기 수집챔버(11b) 사이에 설치되어 상기 피양챔버(134a)와 상기 수집챔버(11b)가 서로 이격되도록 하며, 또한, 상기 열관리부재(13)는 상기 전지셀(20)의 배출물에 의해 파괴될 수 있도록 구성됨으로써, 상기 전지셀(20)의 배출물이 상기 피양챔버(134a)에서 상기 수집챔버(11b)로 진입하도록 하는, 전지.
  5. 제2항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 열관리부재(13) 내부에는 유체가 유동되도록 하는 유로(133)가 형성되고, 여기에서, 상기 피양챔버(134a)는 상기 유로(133)에 의해 둘러싸이도록 구성되는, 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유로(133)는, 상기 전지셀(20)의 배출물이 상기 열관리부재(13)를 경유하는 과정에서 완정함이 유지되도록 구성되는, 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 열관리부재(13)는, 상기 전지셀(20)의 배출물이 상기 유로(133)의 벽을 파괴할 수 있도록 구성됨으로써, 상기 유로(133)와 상기 피양챔버(134a)가 연통되도록 하는, 전지.
  8. 제1항 내지 제7항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 피양챔버(134a)는 상기 열관리부재(13)의 상기 감압기구(213)를 향해 개방되는 피양구조(134)를 통해 형성되고, 상기 피양구조(134)는 상기 피양챔버(134a)를 둘러싸는 피양 측벽(134c)을 포함하는, 전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 피양챔버(134a)는 상기 열관리부재(13)의 상기 감압기구(213)를 향해 개방되는 피양구조(134)를 통해 형성되고, 상기 피양구조(134)는 상기 피양챔버(134a)를 둘러싸는 피양 측벽(134c)을 포함하며, 상기 피양 측벽(134c)은 상기 감압기구(213)가 작동될 때 파괴되도록 구성되어 상기 유체가 유출되도록 하는, 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 피양 측벽(134c)은 상기 감압기구(213)에 대하여 상기 열관리부재(13)의 방향을 향하여 미리 설정된 사잇각을 형성하고, 상기 미리 설정된 사잇각은 15°보다는 크거나 동일하되 85°보다는 작거나 동일하도록 구성되는, 전지.
  11. 제4항 내지 제10항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 열관리부재(13)와 상기 피양챔버(134a)에는 방출기구가 대응되게 설치되고, 상기 방출기구는 작동될 수 있도록 구성되어 상기 피양챔버(134a)의 배출물을 상기 수집챔버(11b)로 방출하도록 하는, 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방출기구는 상기 피양챔버(134a)의 내부압력 또는 온도가 임계치에 도달했을 때 작동되도록 구성되는, 전지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 방출기구는 상기 피양챔버(134a) 내의 배출물의 온도가 임계치에 도달했을 때 작동되도록 구성되는, 전지.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 방출기구는 상기 열관리부재(13)의 벽에 형성되는 취약구조를 포함하는, 전지.
  15. 제1항 내지 제14항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지(10)는 상기 전지셀(20)을 수용하는 하우징(112)을 더 포함하며, 상기 열관리부재(13)는 상기 하우징(112)의 적어도 부분을 구성하는, 전지.
  16. 제1항 내지 제15항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지(10)는 방호부재(115)를 더 포함하고, 상기 수집챔버(11b)는 상기 열관리부재(13)와 상기 방호부재(115) 사이에 한정되는, 전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방호부재(115)는 상기 열관리부재(13)를 향해 개방되는 오목챔버를 포함함으로써, 상기 수집챔버(11b)를 형성하는, 전지.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 방호부재(115)와 상기 열관리부재(13) 사이에는 밀봉부재가 설치되며, 상기 방호부재와 상기 열관리부재는 잠금부재를 통해 견고하게 접합되는, 전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 상기 배출물의 온도가 미리 설정된 온도에 도달했을 때 파괴되도록 구성됨으로써, 상기 수집챔버(11b) 내의 압력이 방출되도록 하는, 전지.
  20. 장치에 있어서,
    제1항 내지 제19항에 따른 전지를 포함하며, 상기 전지는 전기에너지를 제공하는, 장치.
  21. 전지 제조방법에 있어서,
    전지셀(20)의 내부 압력 또는 온도가 임계치에 도달했을 때 작동되어 상기 내부 압력이 방출되도록 하는 감압기구(213)를 포함하는, 전지셀을 제공하는 것;
    유체를 수용하여 상기 전지셀(20)의 온도를 조절하는, 열관리부재(13)를 제공하는 것;
    상기 감압기구(213)와 상기 열관리부재(13) 사이에 형성되어, 상기 감압기구(213)의 작동이 허용되도록 하는 공간을 제공하도록 구성되는, 피양챔버(134a)를 설치하는 것;
    상기 피양챔버(134a)의 외측에 위치되어, 상기 감압기구(213)가 작동될 때 상기 전지셀(20)로부터 배출되는 배출물을 수집하는, 수집챔버(11b)를 설치하는 것;을 포함하는 것으로,
    상기 열관리부재(13)는, 상기 감압기구(213)가 작동될 때 상기 전지셀(20)의 배출물이 상기 열관리부재(13)를 관통하여, 상기 피양챔버(134a)를 경유하여 상기 수집챔버(11b)로 진입할 수 있도록 구성되는, 전지 제조방법.
  22. 전지 제조설비에 있어서,
    다 수개의 전지셀(20) 중 적어도 하나의 전지셀(20)이, 적어도 하나의 전지셀(20)의 내부 압력 또는 온도가 임계치에 도달했을 때 작동되어 상기 내부 압력이 방출되도록 하는 감압기구(213)를 포함하는 다수 개의 전지셀(20)을 제조하는, 전지셀 제조모듈;
    유체를 수용하여 상기 전지셀(20)의 온도를 조절하는 열관리부재(13)를 제조하는, 열관리부재 제조모듈;
    상기 감압기구(213)와 상기 열관리부재(13) 사이에 형성되는 것으로, 상기 감압기구(213)의 작동이 허용되도록 하는 공간을 제공하도록 구성되는 피양챔버(134a)를 형성하는, 피양챔버 형성모듈;
    상기 피양챔버(134a)의 외측에 위치됨으로써 상기 감압기구(213)가 작동될 때 상기 전지셀로(20)부터 배출되는 배출물을 수집하도록 하는 수집챔버(11b)를 형성하는, 수집챔버 형성모듈;을 포함하는 것으로,
    상기 열관리부재(13)는, 상기 감압기구(213)가 작동될 때 상기 전지셀(20)의 배출물이 상기 열관리부재(13)를 관통하여, 상기 피양챔버(134a)를 경유하여 상기 수집챔버(11b)로 진입할 수 있도록 구성되는, 전지 제조설비.
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