KR20220018511A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20220018511A
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페더 닐슨 시스테드
로만 막시밀리안 스토이버
라스 올 발뢰엔
라스 브리센달
퍼 외빈드 다멘
안드레아스 뇌트바이트 말름
칼 크리스티안 마크맨
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콜버스 에너지 에이에스
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Abstract

본 구현예는 복수의 배터리 셀들, 버스바, 커버 부재, 복수의 배터리 셀들 사이에 위치하는 절연체 부재, 및 상기 모두를 밀봉하는 케이싱 요소를 포함하는 배터리 모듈을 개시한다. 커버 부재는 버스바 위에 위치하였다. 커버 부재는 제1 주요 표면 및 제2 주요 표면을 규정하는 세장형 본체를 포함하며, 제2 주요 표면은 복수의 홈으로 규정된다. 커버 부재는 또한, 복수의 딤플들을 포함하며, 제1 주요 표면 및 제2 주요 표면 중 적어도 하나를 따라 규정된다. 추가로, 복수의 딤플들 중 적어도 하나의 딤플은 배터리 모듈의 적어도 하나의 배터리 셀이 열 폭주를 겪을 때 용융되어 구멍을 형성하여, 제1 주요 표면을 복수의 홈들과 유체 연결시킨다.

Description

배터리 모듈
기술 분야
본 개시내용은 일반적으로 전기 공학 분야에 관한 것이다. 특히, 그러나 배타적이지 않게 본 개시내용은 복수의 배터리 셀들을 포함하는 충전식 배터리 모듈(rechargeable battery module)에 관한 것이다. 또한, 본 개시내용의 구현예들은 열 폭주 동안 배터리 모듈 내의 가스들을 배기시키기 위한 배열에 관한 것이다.
배경
재생 불가능한 자원들의 높은 소비와 그 양의 급격한 감소로 인해, 현대 제조업자들은 대체 에너지원으로서의 재생 에너지로 작동할 수 있는 기계들을 제작하기로 하였다. 기술의 출현으로 주로 전기 에너지에 의해 작동될 수 있는 기계들의 제작이 증가하였다. 이러한 기계들은 효율적인 작업을 위해 지속적인 에너지 공급을 필요로 한다. 기계들 중 일부에는 비제한적으로 차량들, 페리들, 도구들 등이 포함되며, 이는 지속적인 에너지 공급을 필요로 한다. 일반적으로, 전기 에너지는 하나 이상의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 시스템으로 일반적으로 지칭되는 저장 매체에 저장될 수 있고, 이는 이어서 전기 에너지를 저장하기 위한 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 배터리 시스템에 저장된 전기 에너지는 기계들의 작동에 활용될 수 있다. 배터리 모듈은 휴대용, 충전식일 수 있으며, 작동 기계들에 적합하게 사용하기 위해 다양한 전원 공급 용량들로 이용 가능하며, 따라서 재생 불가능한 자원들에 대한 주된 대안이 될 수 있다.
배터리 모듈의 기존 배터리 셀들은 특정 상황에서 내부 단락들 및 가열을 나타낼 수 있다. 이러한 내부 단락들 중 일부는 자가 방전율을 증가시킬 수 있지만, 때때로 이러한 내부 단락 상태들은 배터리 셀의 과열로 이어질 수 있다. 이러한 과열 상황에서, 배터리 셀들은 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 동안 가연성, 독성 및 뜨거운 가스들을 배출하거나 방출할 수 있으며, 이러한 가스들은 배터리 모듈 내에 갇힐 수 있다. 이러한 가연성의 유독한 고온 가스들은 배터리 모듈을 가열하는 경향이 있으며 배터리 셀들의 일부에 열을 전달할 수 있다. 이러한 방식으로, 배터리 셀들의 일부는 또한 배터리 모듈의 국부적인 영역들에서 상승된 온도로 처리될 수 있다. 배터리 모듈의 상승된 온도는 화학 에너지의 전기 에너지로의 규칙적인 전환을 방해할 수 있고, 결국 복수의 배터리 셀들로부터 전기 에너지를 생성하는데 과부하를 유발할 수 있다. 이는 복수의 배터리 셀들이 연소되도록 하여 배터리 모듈의 열 폭주를 초래할 수 있다. 배터리 셀들의 일부의 연소는 비제한적으로 주변에 위치한 배터리 셀들, 버스바, 전기 배선의 소손, 케이싱 등과 같이 배터리 모듈의 다양한 구성 요소들을 손상시킬 수 있으며, 이는 바람직하지 않을 수 있다.
과거에는 배터리 모듈에 갇힌 고온 가스들을 배기시키기 위해 배터리 모듈을 개조하려는 노력이 있었다. 사용되는 그러한 종래의 배열 중 하나는 미국 특허 번호 US10158102 B2[이하 '102 특허로 지칭됨]에서 논의된다. '102 특허는 휴대용 장치들에 전력을 공급하기 위한 전기 에너지 저장 장치를 개시한다. 저장 장치에는 전기 에너지 저장 셀들이 고장나고, 파열되어 발화되는 드문 경우에 열 에너지의 이동 및 연소 전파를 최소화하기 위한 장벽이 포함된다. 저장 장치는 편향된 벤트(vent)들로 구성되며, 이는 저장 장치에 있는 하나 이상의 셀들의 열 이벤트 동안 열리도록 구성된다. 편향된 벤트들은 열 이벤트로 인해 저장 장치의 압력이 소정 값을 초과할 때 열리도록 구성된다. 그러나, 저장 장치의 고온 가스들이 배출되기 전에 주변 배터리 셀들에 열적으로 영향을 줄 수 있기 때문에 저장 장치의 압력이 소정 값을 초과할 때까지 편향된 벤트들의 개방을 지연시키는 것은 신뢰하지 못할 수 있다.
대안적으로, 열 폭주로 인한 다른 구성요소들에의 전기적 손상들을 제한하기 위해 버스바(busbar)와 같은 배터리 모듈의 구성요소들에서 개조가 또한 수행되었다. 사용된 그러한 종래의 방식 중 하나는 일본 특허 번호 JP3219703U B2[이하 '703 특허로 지칭됨]에 논의되어 있다. '703 특허는 브릿지 부분이 제공된 버스바를 개시하며, 이러한 브릿지 부분은 버스바를 배터리 단자와 연결하도록 구성된다. 브릿지 부분은 배터리로부터의 급격한 대전류 발생 동안 용융되어 배터리 단자와 버스바를 전기적으로 차단하도록 구성된다.
그러나, 종래의 시스템들은 특히 배터리 셀들의 열 폭주로 인한 전기적 손상을 최소화하는데 초점을 두고 있으며, 배터리 모듈의 다른 배터리 셀들에 대한 열 손상을 감소시키는 측면들은 효과적으로 개시하지 못하고 있다.
본 개시내용은 상기 언급된 하나 이상의 제한들 또는 선행 기술들과 관련된 임의의 다른 제한들을 극복하기 위한 것이다.
발명의 개요
종래의 장치들 또는 시스템들의 하나 이상의 단점들이 극복되고, 본 개시내용에 청구된 바와 같은 장치들 및 시스템을 통해 추가적인 이점들이 제공된다. 추가적인 특징들 및 이점들은 본 개시내용의 기술들을 통해 실현된다. 본 개시내용의 다른 구현예들 및 양태들은 본원에 상세하게 기술되고 청구된 발명의 일부로 간주된다.
본 개시내용의 하나의 비제한적인 구현예에서, 배터리 모듈용 커버 부재가 개시된다. 커버 부재는 제1 주요 표면 및 제2 주요 표면을 규정하는 세장형 본체를 포함하고, 여기서 제2 주요 표면은 복수의 홈들로 규정된다. 커버 부재는 또한 제1 주요 표면 및 제2 주요 표면 중 적어도 하나를 따라 규정되는 복수의 딤플(dimple)들을 포함한다. 또한, 복수의 딤플들 중 적어도 하나의 딤플은 배터리 모듈의 적어도 하나의 배터리 셀이 열 폭주를 겪을 때 용융되어 구멍을 형성하여 제1 주요 표면을 복수의 홈들과 유체적으로 연결시킨다.
본 개시내용의 구현예에서, 복수의 딤플들 중 각각의 딤플은 복수의 홈들의 적어도 2개의 홈들의 교차점에 위치한다. 또한, 복수의 홈들 중 각 홈은 제2 주요 표면 상에 규정된 리지(ridge)에 의해 분리된다.
본 개시내용의 구현예에서, 제2 주요 표면은 케이싱 요소와 접하여 복수의 홈들을 덮는다.
본 개시내용의 구현예에서, 케이싱 요소의 열전도율은 세장형 본체보다 높다.
본 개시내용의 구현예에서, 세장형 본체는 자기 소화성 폴리머 물질로 이루어진다.
본 개시내용의 구현예에서, 복수의 딤플들 각각은 제1 주요 표면과 제2 주요 표면 사이의 세장형 본체의 일부에 규정된다.
본 개시내용의 구현예에서, 복수의 딤플들 각각의 깊이는 세장형 본체의 두께의 적어도 15%이다.
본 개시내용의 또 다른 비제한적인 구현예에서, 배터리 모듈용 버스바가 개시된다. 버스바는 복수의 접촉부들을 규정하는 베이스 부재를 포함한다. 복수의 접촉부들 각각은 접촉 패드, 및 접촉 패드의 일부 둘레를 따라 접촉 패드와 베이스 부재 사이에서 연장되는 연결 암(arm)을 포함한다. 버스바는 또한 연결 암의 일부를 따라 증착된 금속 기판을 포함한다. 연결 암 및 금속 기판은 배터리 모듈의 열 폭주 동안 융착하도록 구성된다.
본 개시내용의 구현예에서, 연결 암은 열 폭주 동안 융착되어 접촉 패드와 베이스 부재 사이의 연결을 불가능하게 한다.
본 개시내용의 구현예에서, 연결 암은 베이스 부재 및 접촉 패드와 연결하기 위해 접촉 영역들에서 확장된 폭으로 규정된다.
본 개시내용의 구현예에서, 연결 암은 접촉 패드의 일부 둘레를 따라 좁은 폭으로 규정된다.
본 개시내용의 구현예에서, 접촉 패드는 접촉 패드와 베이스 부재의 주요 둘레를 따라 갭이 규정되도록 연결 암을 통해 베이스 부재에 연결된다.
본 개시내용의 구현예에서, 복수의 접촉부들 중 하나의 접촉 패드의 연결 암은 인접한 접촉 패드로부터의 연결 암에서 가장 멀리 떨어져 있다.
본 개시내용의 구현예에서, 연결 암은 구리로 이루어지고, 금속 기판은 주석으로 이루어진다.
본 개시내용의 구현예에서, 배터리 모듈의 열폭주 동안 금속 기판이 용융되어 연결 암과 합금을 형성하여 융착을 위한 연결 암의 열전도율을 증가시키도록 구성된다.
본 개시내용의 일 구현예에서, 버스바는 연결 암과 금속 기판 사이에 제공된 충전재를 포함하고, 여기서 충전재는 용융되어 금속 기판을 연결 암에 고정하도록 구성된다.
본 개시내용의 구현예에서, 연결 암의 적어도 일부는 복수의 노치들로 규정되고, 여기서 연결 암은 적어도 하나의 노치 주위에서 융착하도록 구성된다. 복수의 노치들은 연결 암 상에 규정된 패턴에 따라 에칭되거나 홈이 나거나 눌려질 수 있다. 규정된 패턴은 연결 암 상에서 수평 방향, 수직 방향, 비스듬한 방향 등일 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 비제한적인 구현예에서, 배터리 모듈이 개시된다. 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들과 버스바를 포함한다. 버스바는 복수의 접촉부들을 규정하는 베이스 부재를 포함한다. 복수의 접촉부들 각각은 접촉 패드, 및 접촉 패드의 일부 둘레를 따라 접촉 패드와 베이스 부재 사이에서 연장되는 연결 암을 포함한다. 버스바는 또한 연결 암의 일부를 따라 증착된 금속 기판을 포함한다. 연결 암 및 금속 기판은 배터리 모듈의 열 폭주 동안 융착되도록 구성된다. 또한, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들과 버스바 사이에 위치하는 절연체 부재를 포함한다. 절연체 부재는 열 폭주 동안 버스바와 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 직접적인 전기적 및 열적 접촉을 방지한다. 또한, 배터리 모듈은 버스바 위에 위치하는 커버 부재를 포함한다. 커버 부재는 제1 주요 표면 및 제2 주요 표면을 규정하는 세장형 본체를 포함하고, 여기서 제2 주요 표면은 복수의 홈들로 규정된다. 커버 부재는 또한 제1 주요 표면 및 제2 주요 표면 중 적어도 하나를 따라 규정되는 복수의 딤플들을 포함한다. 또한, 복수의 딤플들 중 적어도 하나의 딤플은 배터리 모듈의 적어도 하나의 배터리 셀이 열 폭주를 겪을 때 용융되어 구멍을 형성하여 제1 주요 표면을 복수의 홈들과 유체적으로 연결시킨다. 또한, 배터리 모듈은 복수의 홈들을 덮도록 커버 부재의 제2 주요 표면 상에 안착된 케이싱 요소를 포함한다.
본 개시내용의 일 구현예에서, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들 각각을 수용하도록 구성된 배터리 셀 프레임을 포함한다. 배터리 셀 프레임은 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 각각을 분리하기 위해 상기 복수의 배터리 셀들의 각각의 배터리 셀 사이에 스페이서 요소를 추가로 포함한다.
본 개시내용의 구현예에서, 복수의 홈들 및 케이싱 요소는 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀이 열 폭주를 겪을 때 복수의 배터리 셀들 각각을 둘러싸는 가스들을 라우팅(rout)하도록 구성된다.
본 개시내용의 구현예에서, 버스바의 접촉부들의 개수는 배터리 셀들의 개수에 상응한다.
본 개시내용의 구현예에서, 절연체 부재는 아라미드 폴리머 물질로 이루어진다.
상기 기술된 본 개시내용의 양태들 및 구현예들은 서로 임의의 조합으로 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 몇몇 양태들 및 구현예들은 본 개시내용의 추가 구현예를 형성하기 위해 함께 조합될 수 있다.
전술한 요약은 단지 예시적인 것이며, 어떤 식으로든 제한하려는 의도가 아니다. 상기 기재된 예시적인 양태들, 구현예들 및 특징들에 더하여, 추가의 양태들, 구현예들 및 특징들은 도면 및 하기 상세한 설명을 참조하여 명백해질 것이다.
본 개시내용의 신규한 특징들 및 특성들은 첨부된 청구범위에 제시되어 있다. 그러나, 본 개시물 자체뿐만 아니라 바람직한 사용 모드, 추가 목적 및 이의 이점은 첨부 도면과 함께 읽을 때 예시적인 구현예의 다음의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 것이다. 하나 이상의 구현예가 이제 단지 예로서 첨부 도면을 참조로 설명되며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사한 요소를 나타낸다:
도 1은 본 개시내용의 구현예에 따른 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 배터리 셀 프레임의 사시도를 예시한다.
도 2a는 본 개시내용의 구현예에 따른 복수의 배터리 셀들 상에 위치된 커버 부재를 예시하는 배터리 모듈의 단면 사시도이다.
도 2b는 본 개시내용의 구현예에 따른 배터리 셀 프레임, 커버 부재, 절연체 부재 및 버스바를 보여주는 배터리 모듈의 단면도를 예시한다.
도 3a는 본 개시내용의 일 구현예에 따른 버스바 및 복수의 배터리 셀들을 보여주는 배터리 모듈의 사시도를 예시한다.
도 3b는 배터리 모듈의 버스바를 보여주는 도 3a의 평면도이다.
도 3c는 도 3a의 버스바 상에 증착된 금속 기판의 상세도를 예시한다.
도 3d는 도 3a의 버스바에 규정된 복수의 노치들의 상세도를 예시한다.
도 4는 본 개시내용의 구현예에 따른 배터리 모듈 내의 가스들의 라우팅을 보여주는 배터리 모듈의 분해도를 예시한다.
도 5는 본 개시내용의 구현예에 따른 케이싱 요소와 함께 사용된 배터리 모듈의 단면도를 예시한다.
도 6a는 본 개시내용의 구현예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도를 예시한다.
도 6b는 본 개시내용의 일 구현예에 따른, 하나 이상의 스택에서 복수의 배터리 셀들의 배열을 예시하는, 도 6a의 배터리 모듈의 일부의 단면도이다.
도면은 단지 예시의 목적으로 본 개시내용의 구현예를 도시한다. 당업자는 본원에 기술된 개시내용의 원리로부터 벗어남이 없이 본원에 예시된 구조 및 방법의 대안적인 구현예가 사용될 수 있음을 다음의 설명으로부터 용이하게 인식할 것이다.
상세한 설명
본 개시내용의 구현예들은 다양한 수정들 및 대안적인 형태들로 처리되지만, 이의 특정 구현예는 도면들에서 예로서 도시되었고 이하에서 설명될 것이다. 그러나, 개시내용을 개시된 특정 형태들로 제한하려는 것이 아니라, 반대로, 개시내용은 개시내용의 범위 내에 속하는 모든 수정들, 등가물들 및 대안들을 포괄하는 것임을 이해해야 한다.
당업자는 본 개시내용으로부터 동기를 부여받고, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 시스템의 다양한 특징들을 수정할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서 이러한 수정들은 본 개시내용의 일부로 간주된다. 따라서, 도면들은 본 개시내용의 구현예들을 이해하는 데 적절한 특정한 세부사항들만을 도시하며, 이는 본원의 설명의 이점을 갖는 당업자에게 용이하게 명백한 세부사항들로 본 개시내용을 모호하게 하지 않는다.
본 개시내용에서 사용된 용어 "포함하다", "포함하는" 또는 이들의 임의의 다른 변형들은 비배타적인 내포를 포괄하는 것으로 의도되어, 구성요소들의 목록을 포함하는 장치, 시스템, 방법 및 어셈블리가 이러한 구성요소들을 포함할 뿐만 아니라 해당 시스템, 방법, 어셈블리 또는 장치에 명시적으로 나열되지 않았거나 고유한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 다시 말해서, "...포함한다" 앞에 나오는 시스템 또는 장치의 하나 이상의 요소들은 더 많은 제약 없이 시스템 또는 장치의 다른 요소들 또는 추가 요소들의 존재를 배제하지 않는다.
본 개시내용의 구현예들은 배터리 모듈을 개시한다. 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들과 버스바를 포함한다. 버스바는 복수의 접촉부들을 규정하는 베이스 부재를 포함한다. 복수의 접촉부들 각각은 접촉 패드, 및 접촉 패드의 일부 둘레를 따라 접촉 패드와 베이스 부재 사이에서 연장되는 연결 암을 포함한다. 버스바는 또한 연결 암의 일부를 따라 증착된 금속 기판을 포함한다. 연결 암 및 금속 기판은 배터리 모듈의 열 폭주 동안 융착되도록 구성된다. 또한, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들과 버스바 사이에 위치하는 절연체 부재를 포함한다. 절연체 부재는 열 폭주 동안 버스바와 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 직접적인 전기적 및 열적 접촉을 방지한다. 또한, 배터리 모듈은 버스바 위에 위치하는 커버 부재를 포함한다. 커버 부재는 제1 주요 표면 및 제2 주요 표면을 규정하는 세장형 본체를 포함하고, 여기서 제2 주요 표면은 복수의 홈들로 규정된다. 커버 부재는 또한 제1 주요 표면 및 제2 주요 표면 중 적어도 하나를 따라 규정되는 복수의 딤플들을 포함한다. 또한, 복수의 딤플들 중 적어도 하나의 딤플은 배터리 모듈의 적어도 하나의 배터리 셀이 열 폭주를 겪을 때 용융되어 구멍을 형성하여 제1 주요 표면을 복수의 홈들과 유체적으로 연결시킨다. 또한, 배터리 모듈은 복수의 홈들을 덮도록 커버 부재의 제2 주요 표면 상에 안착된 케이싱 요소를 포함한다. 이러한 방식으로, 열 폭주 하에서 배터리 셀들로부터 방출되거나 발생된 가스들은 인접하거나 주변의 복수의 배터리 셀들에 영향을 미치지 않도록 라우팅된다.
다음 단락들은 도 1 내지 도 6b를 참조하여 본 개시내용을 설명한다. 도면에서, 동일한 요소 또는 유사한 기능을 갖는 요소들은 동일한 참조 부호들로 표시된다.
도 1은 복수의 배터리 셀(200)들을 지지하기 위한 배터리 모듈(1000)의 배터리 셀 프레임(128) [또는 "셀 프레임(128)"이라고도 함]의 개략도를 예시한다. 배터리 모듈(1000)은 복수의 배터리 셀(200)들을 포함할 수 있으며, 여기서 복수의 배터리 셀(200)들의 각각의 배터리 셀은 비제한적으로 원통형, 직육면체, 삼각형, 오각형 등과 같은 규정된 형상 및 구성일 수 있다. 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 형상 및 구성은 복수의 배터리 셀(200)들 각각을 규정된 순서로 적절하게 배열하기 위해 길이를 따라 균일할 수 있다. 복수의 배터리 셀(200)들은 하나 이상의 스택들로 또는 복수의 배터리 셀(200)들의 어레이들로 배열될 수 있으며[이하 단순히 "하나 이상의 스택들"로 지칭됨], 이는 개별적으로 또는 집합적으로 전기 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 스택들의 각 스택에서 복수의 배터리 셀(200)들은 직렬 연결, 병렬 연결 및 이들의 조합 중 적어도 하나로 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(1000)의 하나 이상의 스택들의 각 스택에서 복수의 배터리 셀(200)들은 결과적으로 배터리 모듈(1000)의 다수의 파라미터들에 기초하여 직렬 연결 또는 병렬 연결로 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 파라미터들은 배터리 모듈(1000)로부터 전력이 공급될 수 있는 기계들의 전력 정격, 작동을 위해 배터리 모듈(1000)에 연결된 기계들의 수, 배터리 모듈의 용량(1000) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지않을 수 있다.
배터리 셀 프레임(128)은 복수의 배터리 셀(200)들의 각 배터리 셀을 견고하게 클래스핑(clasp)되도록 구성될 수 있다. 배터리 셀 프레임(128)은 배터리 셀 프레임(128)에 소정의 패턴으로 규정될 수 있는 복수의 수용부(130)들을 포함할 수 있다. 복수의 수용부(130)들은 복수의 배터리 셀(200)들의 상면 또는 하면 중 어느 하나의 윤곽에 대응하는 윤곽을 가질 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀(200)들 각각은 적어도 하나의 규정된 방향[즉, 배터리 셀의 길이 방향을 따라]으로 대응하는 수용부(130)에 삽입가능할 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 수용부(130)들은 배터리 셀 프레임(128)에서 복수의 배터리 셀(200)들의 각각의 배터리 셀을 수용하고, 배치하고, 위치결정하도록 구성될 수 있다. 구현예에서, 복수의 수용부(130)들의 각 수용부(130)는 배터리 모듈(1000) 내의 복수의 배터리 셀(200)들의 각 배터리 셀에 대응하여 설계될 수 있다. 그러나, 수용부(130)들은 복수의 배터리 셀(200)들과 유사한 윤곽을 갖도록 규정될 수 있음을 또한 주목할 수 있다. 이 윤곽은 배터리 셀 프레임(128)에서 복수의 배터리 셀(200)들의 각 배터리 셀을 선택적으로 수용하는 것을 돕는다. 이러한 방식으로, 복수의 배터리 셀(200)들을 수용하는 양태에서 벗어나지 않으면서, 복수의 수용부(130)들의 윤곽이 변경될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 복수의 수용부(130)들 각각은 복수의 배터리 셀(200)들 중 대응하는 배터리 셀을 받아들이고 수용하기 위해 배터리 셀 프레임(128)의 원형 캐비티로서 규정될 수 있다.
구현예에서, 복수의 수용부(130)들에 더하여, 배터리 셀 프레임(128)은 또한 복수의 배터리 셀(200)들을 배터리 셀 프레임(128) 상에 고정하기 위한 복수의 핑거(132)들로 규정될 수 있다. 복수의 핑거(132)들은 배터리 셀 프레임(128)에서 복수의 수용부(130)들의 각 수용부(130) 주위로 연장되도록 구성될 수 있다. 복수의 핑거(132)들은 배터리 셀 프레임(128)의 표면으로부터 측방향으로 연장될 수 있다[즉, 바깥쪽 수직으로 연장될 수 있다]. 또한, 복수의 핑거(132)들은 복수의 수용부(130)들 각각의 주변 영역 주위로 규정될 수 있으며, 이에 의해 복수의 핑거(132)들은 배터리 셀 프레임(128)의 대응하는 수용부(130)들에 위치하는 복수의 배터리 셀(200)들과 맞물려서 클래스핑되도록 구성될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 복수의 핑거(132)들 각각은 사다리꼴 기본 윤곽으로 규정되며, 그 둘레로 복수의 핑거(132)들이 배터리 셀 프레임(128)의 표면으로부터 연장된다. 복수의 핑거(132)들은 [수직면에 대해] 약 5° 내지 약 45°의 각도로 연장되고 기울어지도록 구성될 수 있으며, 대응하는 수용부(130)에 위치하는 복수의 배터리 셀(200)들의 각 배터리 셀을 향하여 배향된다. 또한, 복수의 핑거(132)들 각각은 곡면으로 규정되며, 여기서 곡면은 복수의 핑거(132)들 각각의 길이방향 축을 따라 규정될 수 있다. 또한, 곡면은 배터리 셀과 핑거 사이의 접촉 면적을 증가시키기 위해 대응하는 배터리 셀에 근접하게 규정될 수 있으며, 이에 의해 증가된 접촉 면적은 맞물린 표면에 대한 압력 인가를 증가시킨다. 이러한 방식으로 복수의 배터리 셀(200)들 각각이 배터리 셀 프레임(128) 상에 견고하게 고정될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 복수의 핑거(132)들 각각은 탄성 특성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 따라서 복수의 핑거(132)들은 배터리 셀 프레임(128) 상에 대응하는 배터리 셀을 적합하게 수용하기 위해 선택적으로 변형될 수 있다. 또한, 복수의 핑거(132)들은 배터리 셀 프레임(128)과 일체로 규정될 수 있다.
또한, 도 2a 및 2b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 이종 입자들이 배터리 모듈(1000) 내로 유입되는 것을 막기 위해, 배터리 모듈(1000)은 커버 부재(100)를 포함한다. 커버 부재(100)는 그 아래에 위치할 수 있는 버스바(300) 및 절연체 부재(118)로 계층화될 수 있다. 커버 부재(100)는 상면으로부터 복수의 배터리 셀(200)들을 부분적으로 둘러싸도록 구성될 수 있다. 커버 부재(100)는 도 2b에 가장 잘 도시된 바와 같이 버스바(300) 이어서 복수의 배터리 셀(200)들 상에 중첩될 수 있는 세장형 본체(102)를 포함한다. 커버 부재(100)는 제1 주요 표면(104a) 및 제2 주요 표면(104b)으로 규정될 수 있으며, 여기서 제1 주요 표면(104a) 및 제2 주요 표면(104b)은 커버 부재(100)의 반대면들 상에 규정될 수 있다. 구현예에서, 제1 주요 표면(104a) 및 제2 주요 표면(104b)은 커버 부재(100)의 길이를 따라 연장되도록 횡단될 수 있는 커버 부재(100)의 폭에 대한 표면으로서 규정될 수 있다. 제1 주요 표면(104a)은 복수의 배터리 셀(200)들의 단자(202)를 향하도록 맞춤으로 위치할 수 있는 반면, 제2 주요 표면(104b)은 복수의 배터리 셀(200)들의 단자(202)로부터 원위에 위치할 수 있다. 또한, 제1 주요 표면(104a) 및 제2 주요 표면(104b) 중 어느 하나는 복수의 홈(110)들로 규정될 수 있다. 복수의 홈(110)들은 복수의 홈(110)들이 복수의 배터리 셀(200)들 중 인접한 배터리 셀(200)들 위로 교차 경로를 형성하도록 규정될 수 있다. 또한, 복수의 홈(110)들의 각 홈은 복수의 홈(110)들 각각의 사이에 형성될 수 있는 릿지(ridge)(116)에 의해 분리될 수 있다. 릿지(116)는 복수의 배터리 셀(200)들의 상면에 근접하게 제공되는 스페이서 요소(114) 상에 안착되도록 구성될 수 있으며, 여기서 릿지(116)는 커버 부재(100)와 버스바(300) 사이의 에어 포켓(138)을 규정하도록 구성될 수 있다. 에어 포켓(138)은 복수의 배터리 셀(200)들로부터 발생되거나 방출되는 가스들의 일부를 함유하도록 구성될 수 있다.
구현예에서, 스페이서 요소(134)는 도 2a 및 2b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 주변 배터리 셀(200)들로부터의 하나의 배터리 셀 사이에 분리되어 균일한 간격을 유지하기 위해 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 상면에 제공될 수 있다. 이는 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 한 말단에서 복수의 수용부(130)들에 의해 규정된 공간을 보완할 수 있다. 또한, 이 공간은 작동 동안 복수의 배터리 셀(200)들에 의해 발생되거나 방출되는 가스들에 필요한 수용 영역을 제공할 수 있다. 게다가, 이 공간은 또한 복수의 배터리 셀(200)들의 적어도 하나의 배터리 셀의 열 폭주 동안 에어-배리어(136)로서 작용할 수 있다. 즉, 에어-배리어(136)는 복수의 배터리 셀(200)들에 의해 발생되거나 방출된 가스들로부터 어느 정도의 양의 열을 흡수할 수 있으며, 이에 의해 열 폭주를 겪는 적어도 하나의 배터리 셀을 둘러싸는 배터리 셀로의 가스로부터의 통상적인 열 전달을 최소화시킬 수 있다.
도 2a에서 가장 잘 도시된 바와 같이 커버 부재(100)는 또한 복수의 딤플(106)들을 포함할 수 있으며, 여기서 복수의 딤플(106)들은 제1 주요 표면(104a) 및 제2 주요 표면(104b) 중 적어도 하나를 따라 규정될 수 있다. 특히, 복수의 딤플(106)들은 복수의 홈(110)들을 포함할 수 있는 커버 부재(100)의 표면 상에 규정될 수 있다. 그러나, 커버 부재(100)의 이러한 구성은 복수의 홈(110)들 및 복수의 딤플(106)들이 마찬가지로 커버 부재(100)의 반대면 상에 규정될 수 있으므로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 예시적인 구현예에서, 복수의 딤플(106)들 및 복수의 홈(110)들은 제2 주요 표면(104b) 상에 규정된다.
복수의 딤플(106)들의 각 딤플(106)은 복수의 홈(110) 들 중 적어도 2개의 홈(110)들의 교차점에 위치한다. 구현예에서, 복수의 딤플(106)들 각각의 깊이는 세장형 본체(102)의 두께의 적어도 15% 내지 약 55%일 수 있다. 복수의 홈(110)들 각각에서 커버 부재(100)의 두께는 예컨대, 열 폭주 동안 적어도 하나의 배터리로부터 방출된 가스들 및 열로 인해 커버 부재(100)의 일부들이 맞춤으로 용융되어 구멍(108)을 형성할 수 있는 정도로 치수가 감소될 수 있음을 주목할 수 있다. 구현예에서, 커버 부재(100)는 자기 소화성 폴리머 물질로 이루어질 수 있으며, 여기서 커버 부재(100)는 열 폭주를 겪는 적어도 하나의 배터리의 연소로 인해 발생할 수 있는 임의의 화염을 자발적으로 소화할 수 있다.
다시 도 2b를 참조하면, 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 한 말단은 배터리 셀 프레임(128)에 고정될 수 있기 때문에, 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 다른 말단은 절연체 부재(118)에 선택적으로 맞물릴 수 있다. 절연체 부재(118)는 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 상면에서 주변 라이닝[즉, 가장자리에 근접한]과 맞물리도록 [또는 중첩되도록] 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 방식으로, 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 일부, 예컨대 배터리 셀 각각의 단자(202) 부분은 절연체 부재(118)에 의해 덮이지 않으면서 노출될 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 셀(200)들은 배터리 모듈(1000)의 작동을 위해 전기적으로 연결될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 복수의 배터리 셀(200)들은 전기적 연결을 위해 버스바(300)에 맞물려질 수 있다. 버스바(300)는 버스바(300)의 일부만이 복수의 배터리 셀(200)들 각각과 맞물리도록 위치할 수 있다. 이에 의해, 절연체 부재(118)는 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 상면과의 직접적인 전기적 및 열적 접촉을 억제하도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 복수의 배터리 셀(200)들의 적어도 하나의 배터리 셀의 열 폭주 동안 국부적인 전기 루프를 방지할 수 있다. 구현예에서, 절연체 부재(118)는 박막, 시트 또는 슬래브 중 적어도 하나일 수 있으며, 이는 배터리 모듈(1000)의 전체 두께에 영향을 미치지 않으면서 복수의 배터리 셀(200)들과 버스바(300) 사이에 적합하게 수용되게 하기 위해 비제한적으로 아라미드 폴리머를 포함하는 폴리머로 이루어질 수 있다.
도 3a를 참조하여, 버스바(300)는 베이스 부재(302)를 포함할 수 있으며, 이는 복수의 배터리 셀(200)들 각각에 안착되도록 구성될 수 있다. 버스바(300)는, 베이스 부재(302)가 하나 이상의 스택들의 각 스택에서 복수의 배터리 셀(200)들 각각 사이에 분리되어 배치될 수 있도록 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 위치하도록 구성될 수 있다. 또한, 베이스 부재(302)는 배터리 모듈(1000)의 규정된 작동 구성에 기초하여 복수의 와이어[도면에 미도시됨]를 통한 전기적 연결에 의해 다른 스택들의 베이스 부재(302)와 적합하게 연결가능할 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 스택들 각각은 배터리 모듈(1000)로부터 물품에 적절하게 전력을 공급하기 위해 전기적으로 연결가능할 수 있다.
베이스 부재(302)는 도 3b에서 가장 잘 도시된 바와 같이 복수의 접촉부들을 규정할 수 있다. 접촉부들의 개수는 배터리 셀(200)들의 개수에 대응할 수 있다. 복수의 접촉부들 각각은 접촉 패드(304) 및 연결 암(306)을 포함할 수 있다. 접촉 패드(304)는 연결 암(306)을 통해 베이스 부재(302)로부터 돌출될 수 있다[즉, 접촉 패드(304)가 맞물리지 않을 때 공기 중에 매달려 있을 수 있다]. 접촉 패드(304)는 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 대응하는 배터리 셀의 단자(202)와 맞물릴 수 있는 한편, 연결 암(306)은 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 단자(202)와 베이스 부재(302)를 전기적으로 브릿지하도록 구성될 수 있다. 즉, 연결 암(306)은 접촉 패드들을 통해 단자(202)에서 복수의 배터리 셀(200)들과 베이스 부재(302)의 버스바(300)를 연결하기 위해 접촉 패드(304)와 베이스 부재(302) 사이에 연장될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 도 4a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 버스바(300)의 접촉 패드(304)는 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 단자(202)와 맞물리기 위해 원형 및 타원형 중 적어도 하나와 유사하도록 환형으로 윤곽을 이룰 수 있다[즉, 배터리 셀의 단자(202)를 완전히 덮고, 단자(202) 주변을 넘어 연장될 수 있다]. 또한, 연결 암(306)은 베이스 부재(302)와 접촉 패드(304) 사이의 연결 길이를 증가시키기 위해 베이스 부재(302)에서 시작하여 접촉 패드(304)의 일부 둘레를 따라 좁아지는 연장된 폭으로 규정된다. 연결 암(306) 길이의 증가는 전기 저항 및 열 전도성을 향상시킬 수 있으며, 이에 의해 연결 암(306)의 융착 기능을 증가시켜 접촉 패드(304)에 대응하는 배터리 셀이 열 폭주를 겪을 때 보조한다. 추가로, 도 3c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 연결 암(306)의 융착 기능을 개선하기 위해, 금속 기판(316)이 연결 암(306)의 일부를 따라 증착될 수 있다. 여기서, 연결 암(306)의 일부는 연결 암의 전체 길이, 또는 베이스 부재(302)에 근접한 연결 암(306)의 일부 또는 접촉 패드(304)에 근접한 연결 암(306)의 일부 중 어느 하나를 지칭할 수 있음을 주목할 수 있다. 금속 기판(316)이 연결 암(306) 상에 어느 정도까지 증착될 수 있기 때문에 연결 암(306)의 일부는 제한되는 것으로서 고려되어서는 안된다. 또한, 금속 기판(316)은 충전재(318)로 연결 암(306)에 결합될 수 있으며, 여기서 충전재(318)는 금속 기판(316)과 연결 암(306) 사이에 고정되거나 샌드위치될 수 있다. 열 폭주 동안, 충전재(318)는 용융되어 금속 기판(316)을 연결 암(306)에 고정하도록 구성될 수 있다. 금속 기판(316)이 용융됨에 따라, 금속 기판(316)은 대응하는 배터리 셀의 열 폭주로부터의 에너지 소산으로 인해 연결 암(306)과 합금을 형성하도록 구성될 수 있다. 형성된 합금은 또한 연결 암(306)의 열전도율을 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 열 폭주 동안 연결 암(306)의 합금 부분에서 융착을 위한 시간을 줄일 수 있다. 이로 인해, 열 폭주 하에 배터리 셀을 둘러싸는 [즉, 인접한 것으로도 지칭될 수 있음] 복수의 배터리 셀(200)들은, 버스바(300)와의 전기적 및 열적 접촉의 차단이 연결 암(306)의 융착에 의해 발생할 수 있기 때문에 전기적 및 열적 영향을 받지 않을 수 있다. 또한, 접촉 패드(304)는 에어-포켓으로부터 가스들의 이동을 용이하게 하기 위해 접촉 패드(304)와 베이스 부재(302)의 주요 둘레를 따라 갭이 규정되도록 연결 암(306)을 통해 베이스 부재(302)에 연결될 수 있다. 구현예에서, 버스바(300)[즉, 베이스 부재(302) 및 접촉부를 포함]는 비제한적으로 구리, 알루미늄, 은, 철, 니켈, 흑연 등을 포함하는 물질로 이루어질 수 있는 반면, 금속 기판(316)은 비제한적으로 주석을 포함할 수 있다. 그러나, 버스바(300)의 접촉 패드(304)와 연결 암(306)이 베이스 부재(302)의 것과 다른 물질로 이루어질 수 있기 때문에 버스바(300)의 작동 요건에 적합하게 맞춤화시키기 위해 상기 언급한 것들로 제한하는 것으로 간주해서는 안된다.
일 구현예에서, 복수의 접촉부들로부터의 각각의 연결 암(306)은 베이스 부재(302)로부터 연장되는 연결 암(306)의 일부가 인접 접촉부(314) 각각으로부터 원위에 위치 결정될 수 있도록 규정될 수 있다. 이러한 원위 위치화로 인해, 하나의 접촉부(314)로부터 이를 둘러싸는 복수의 접촉부들로의 열 전달[즉, 전도 모드에 의한 열 전달]은 하나의 접촉부(314)와 관련된 배터리 셀의 열 폭주 동안 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 버스바(300) 내부의 열 전달은 무시할 수 있는 값으로 유지될 수 있다.
일 구현예에서, 도 3d에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 연결 암(306)의 적어도 일부는 복수의 노치(308)들로 규정될 수 있다. 복수의 노치(308)들은 연결 암(306)이 복수의 배터리 셀(200)들의 상응하는 배터리 셀의 열 폭주 동안 적어도 하나의 노치에 대해 융착하여 구성될 수 있도록 연결 암(306)에 열 응력 집중을 부여하거나 주입하도록 구성될 수 있다. 연결 암(306)은 연결 암(306)의 융착 기능을 향상시키기 위해 금속 기판(316)의 증착과 함께 하나 이상의 노치(308)들로 규정될 수 있음을 주목할 수 있다. 그러나, 연결 암(306)[즉, 하나 이상의 노치(308)들 및 금속 기판(316)의 증착을 제공함]의 각 양태는 작동을 위해 독립적으로 사용될 수 있다.
이제 도 4로 돌아와서, 이는 열 폭주 동안의 열 전달 및 복수의 배터리 셀(200)들로부터 방출된 가스들의 탈출 또는 배기 경로들을 보여주는 배터리 모듈(1000)의 개략도를 예시한다. 가스들은 일반적으로 배터리 모듈(1000)의 작동 동안 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 하면으로부터 [즉, 배터리 셀의 음극 단자(202)로부터] 방출될 수 있다. 복수의 배터리 셀(200)들의 적어도 하나의 배터리 셀의 열 폭주 동안, 가스들은 잠열을 얻을 수 있다. 그 후, 가스들은 복수의 배터리 셀(200)들의 하면으로부터 상승하여 상면을 향하여 이동할 수 있다. 가스들은 복수이 배터리 셀(200)들 각각의 사이에 규정된 공간을 통해 이동하여 복수의 배터리 셀(200)들의 상면에 있는 에어 포켓(138)에 도달할 수 있다. 또한, 에어 포켓(138)의 가스들은 커버 부재(100) 및 버스바(300)와 맞물려 내부에 함유된 잠열을 전달할 수 있다. 버스바(300)는 가스로부터의 잠열을 수용하여 전도하도록 구성될 수 있는 반면, 커버 부재(100)는 열 전달을 제한할 수 있다. 가스의 열 함량이 증가할 수 있기 때문에[즉, 배터리 모듈(1000)의 끊임 없는 작동으로 인한 가스의 열 함량이 증가할 수 있기 때문에], 열 폭주를 겪는 배터리 셀 위에 제공된 연결 암(306)은 적어도 하나의 배터리 셀을 전기적으로 연결을 끊기 위해 융착 [또는 파괴 또는 손상]될 수 있다. 또한, 커버 부재(100)는 가스들로부터의 대류 및 복사 열 전달로 선택적으로 처리될 수 있으며, 이로 인해 열 폭주 하의 배터리 셀에 대응하는 커버 부재(100)의 일부는 적어도 하나의 딤플(106) 주위를 녹여 구멍(108)을 형성할 수 있다. 구멍(108)은 커버 부재(100)의 제1 주요 표면(104a)과 제2 주요 표면(104b)을 연결할 수 있는 경로를 규정할 수 있으며, 이에 의해 가스들이 이동할 경로를 제공할 수 있다. 추가로, 가스들은 상승된 온도에서 있을 수 있기 때문에, 가스들은 이동을 위한 운동 에너지를 가질 수 있다. 가스들의 운동 에너지는 배터리 모듈(1000)의 에어-포켓과 에어-배리어(136) 사이에 규정된 공간으로부터의 이동이 복수의 홈(110)들을 따라 이동할 수 있게 한다. 이러한 방식으로 버스바(300) 및 커버 부재(100)는 열 폭주를 겪는 적어도 하나의 배터리 셀을 주변의 복수의 배터리 셀(200)들과 전기적으로 및 구조적으로 분리할 수 있다.
도 5에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 커버 부재(100)를 통해 에어 포켓(138)으로부터 라우팅될 수 있는 가스들은 케이싱 요소(112)에 의해 추가 상향 이동으로부터 제한될 수 있다. 케이싱 요소(112)는 커버 부재(100)에 근접하게 위치될 수 있고 커버 부재(100)의 복수의 홈(110)들과 접하도록 위치될 수 있다. 케이싱 요소(112)는 가스들로부터 열을 흡수 및 확산하도록 구성될 수 있다. 그 후, 가스들은 가스들이 주위의 복수의 배터리 셀(200)들과 맞물리지 않아 배터리 모듈(1000) 내의 집중된 가열 영역을 유도할 수 있도록 커버 부재(100) 위에 복수의 홈(110)들을 따라 분산될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(1000)에는 측면 개구(도면에 미도시)가 규정되어 그로부터 가스들을 배기시킬 수 있다.
구현예에서, 배터리 모듈(1000)은 도 6a에 도시된 바와 같이 하우징(120)을 포함할 수 있다. 하우징(120)은 배터리 모듈(1000)의 복수의 배터리 셀(200)들을 수용하기 위해 하나 이상의 스택들을 함유하도록 구성될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 하우징(120)은 복수의 인클로저 부재(122)들로 구성되며, 여기서 복수의 인클로저 부재(122)들 각각은 기계적 및 열적 결합 프로세스 중 적어도 하나에 의해 서로 결합된다. 복수의 인클로저 부재(122)들은 하우징(120)의 적어도 4개의 측면에 하나 이상의 스택들을 고정하도록 구성될 수 있다. 즉, 복수의 인클로저 부재(122)들은 하나 이상의 스택들의 상면, 하면, 좌면 및 우면 중 적어도 하나에 제공될 수 있는 반면, 하나 이상의 스택들의 전면 및 후면은 지지 부재(124)에 의해 덮일 수 있다. 전면 또는 후면 중 어느 하나에 대한 지지 부재(124)는 적어도 하나의 인터페이스 모듈로 규정될 수 있으며[도면에서 미도시됨], 여기에서 인터페이스 모듈은 배터리 모듈(1000)을 물품 또는 전력 중 적어도 하나와 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 또한, 인터페이스 모듈은 작동자가 배터리 모듈(1000)을 작동시키기 위한 사용자 인터페이스를 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 하우징(120)은 배터리 모듈(1000)에서 하나 이상의 스택들의 각각의 스택을 이격하여 위치하는 것을 돕기 위한 프로비젼(126)들로 규정될 수 있다. 프로비젼(126)들은 도어와 유사하도록 적어도 하나의 인클로저 부재 상에 규정될 수 있다. 프로비젼(126)들은 프로비젼(126)들의 선택적인 작동에 대한 하나 이상의 스택들 중 적어도 하나의 스택의 복수의 배터리 셀(200)들에 대한 접근을 허용하도록 구성될 수 있다. 프로비젼(126)들은 또한 하우징(120)으로부터 하나 이상의 스택들 중 적어도 하나의 스택의 제거 또는 수축을 허용하여 복수의 배터리 셀(200)들에 대한 접근을 허용하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 스택들의 각 스택은 배터리 모듈(1000)의 끊임없는 작동을 위한 정비 및/또는 교체 가능성을 위한 검색에서 적응 가능하게 독립적일 수 있다.
이제 도 6b를 보면, 이는 하나 이상의 스택들에서 복수의 배터리 셀(200)들의 배열을 예시한다. 상기 기술된 바와 같이, 절연체 부재(118), 버스바(300), 커버 부재(100) 및 케이싱 요소(112)는 하나 이상의 스택들의 각 스택 사이에 제공될 수 있다. 스택들 중 하나의 케이싱 요소(112)는 2개의 인접한 스택들 [또는 또 다른 스택]의 커버 부재(100) 사이에 중간에 배치될 수 있다. 즉, 또 다른 스택은 복수의 배터리 셀(200)들과 유사한 배열을 포함할 수 있지만, 복수의 배터리 셀(200)들의 상면은 케이싱 요소(112)와 맞물리기 위해 하향으로 배향될 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 스택들 중 어느 하나에서 적어도 하나의 배터리 셀의 열 폭주 동안, 가스들은 다른 스택들에 있는 복수의 배터리 셀(200)들의 작동에 영향을 끼치지 않으면서 배터리 모듈(1000)로부터 배기된다.
일 구현예에서, 배터리 셀 프레임(128)은 비제한적으로 폴리머, 세라믹, 폴리스티렌 및 가연성이 아니며 열 전달을 제한할 수 있는 기타 물질을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
일 구현예에서, 버스바(300)는 하나 이상의 컷-아웃(312)들로 규정될 수 있다. 하나 이상의 컷-아웃(312)들은 비제한적으로 서미스터들, 적외선 센서들, 열전대들 등과 같은 적어도 하나의 센서들을 수용하고 고정하도록 구성될 수 있으며, 여기서 센서들은 복수의 배터리 셀(200)들의 적어도 하나의 배터리 셀의 열 폭주를 검출하거나 결정하는 것을 도울 수 있다. 예시적인 구현예에서, 도 4b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 하나 이상의 노치(308)들은 U-윤곽으로 규정된다.
일 구현예에서, 버스바(300)는 복수의 슬롯(310)들로 규정될 수 있으며, 여기서 슬롯(310)들은 러그를 수용하여 배터리 셀 프레임(128)에 대해 견고하게 버스바(300)를 고정하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 버스바(300)와 복수의 배터리 셀(200)들 사이의 전기적 연결이 일정하게 유지될 수 있다.
구현예에서, 베이스 부재(302) 또는 연결 암(306)의 일부는 비제한적으로, 티그 용접, 스폿 용접 등과 같은 수단에 의해 복수의 배터리 셀(200)들 각각의 주변 라이닝에 고정될 수 있다. 이에 의해, 베이스 부재(302) 및 이어서 버스바(300)는 복수의 배터리 셀(200)들의 단자(202)와 접촉 패드(304) 사이의 구조적 접촉을 위해 복수의 배터리 셀(200)들 각각에 대해 견고하게 고정될 수 있다.
일 구현예에서, 케이싱 요소(112)는 알루미늄, 강철, 구리, 은 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 케이싱 요소(112)는 가스들로부터 전달된 열을 확산시키기 위해 케이싱 요소(112)의 열전도율이 커버 부재(100)의 열전도율보다 높을 수 있도록 선택될 수 있음을 주목할 수 있다.
일 구현예에서, 배터리 셀 프레임(128)으로 복수의 배터리 셀(200)들을 고정하기 위한 고정 수단은 고정, 접착 결합 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않을 수 있음을 주목할 수 있다. 또한, 복수의 핑거(132)들은 복수의 수용부(130)들 중 각 수용부(130) 사이의 공간을 규정할 수 있다.
구현예에서, 배터리 모듈(1000)은 차량들, 전동 공구들, 기계들 등의 구성요소를 포함하지만 이에 제한되지 않는 기계들을 작동하는 데 사용될 수 있다. 차량들은 예컨대, 비제한적으로 해상 차량들, 페리들, 전기 자동차들 등일 수 있는 반면, 기계들은 석유 굴착 장치들, 엔진들과 같은 구동 수단들, 공조 장치, 펌핑 장치 등일 수 있다. 그러나, 이러한 배터리 모듈(1000)의 적용은 전술한 분야로 제한되지 않고, 비제한적으로 생명 공학, 로봇 공학, 태양 에너지 유닛 등을 포함하는 다양한 기술 영역에서 이용가능할 수 있다.
등가물:
본원에서 실질적으로 임의의 복수형 및/또는 단수형 용어들의 사용과 관련하여, 당업자는 문맥 및/또는 응용문에서 적절하게 복수형에서 단수형으로 및/또는 단수형에서 복수형으로 해석할 수 있다. 다양한 단수형/복수형 순열(permutation)이 명료함을 위해 본원에 명시적으로 표현될 수 있다.
일반적으로 본원 및 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 첨부된 청구범위의 몸체부)에 사용된 용어들은 일반적으로 "개방형" 용어로서 의도된다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다(예를 들어, 용어 "포함하는"은 "포함하나 이에 제한되지 않는"으로 해석되어야 하며, 용어 "갖는"은 "적어도 갖는"으로 해석되어야 하며, 용어 "포함하다"는 "포함하나 이에 제한되지 않는다"로 해석되어야 하며, 기타 등등이 있다). 지정된 수의 도입된 청구항 기재가 의도되는 경우, 이러한 의도는 청구범위에 명시적으로 기재될 것이며, 이러한 기재의 부재하에 이러한 의도는 존재하지 않음이 당업자에 의해 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해 하기 첨부된 청구항들은 청구항 기재를 도입하기 위해 "적어도 하나" 및 "하나 이상"이라는 도입구들의 사용을 함유할 수 있다. 그러나, 이러한 문구의 사용이 부정관사 "a" 또는 "an"에 의한 청구항 기재의 도입이, 그러한 도입된 청구항 기재를 함유하는 어느 특정 청구항을 오직 하나의 그러한 기재를 함유하는 발명으로 한정하는 것으로 해석되지 않아야 하는데, 같은 청구항이 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 부정관사 예컨대, "a" 또는 "an"의 도입구를 포함하는 경우에도 그러하다(예를 들어, "a" 및/또는 "an"은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 전형적으로 해석되어야 함); 청구한 기재를 도입하는데 사용되는 정관사의 사용에 대해서도 동일하게 유효하다. 또한, 도입된 청구항 기재의 지정된 수가 명시적으로 기재되는 경우에도, 당업자는 그러한 기재가 적어도 기재된 수를 의미하는 것으로 (예를 들어, 다른 수식어 없이 "2 기재"의 맨 기재(bare recitation)는 적어도 2 기재 또는 2 이상의 기재를 의미하는 것으로) 해석되어야 한다는 것을 인식할 것이다. 게다가, "A, B 및 C 등등 중 적어도 하나"와 유사한 관습이 사용되는 그러한 경우들에서, 일반적으로 이러한 구조는 당업자가 그 관습을 이해하는 의미로 의도된다 (예를 들면, "A, B 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A만을, B만을, C만을, A 및 B를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C를 함께, 및/또는 A, B 및 C를 함께 갖는 등의 시스템을 비제한적으로 포함할 것이다). "A, B 또는 C 등등 중 적어도 하나 등"과 유사한 관습이 사용되는 그러한 경우들에서, 일반적으로 이러한 구조는 당업자가 그 관습을 이해하는 의미로 의도된다 (예를 들면, "A, B 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템" 은 A만을, B만을, C만을, A 및 B를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C를 함께, 및/또는 A, B 및 C를 함께 갖는 등의 시스템을 비제한적으로 포함할 것이다). 또한, 2 이상의 대안의 용어들을 제지하는 사실상 임의의 이접 단어 및/또는 어구는, 상세한 설명, 청구항 또는 도면에 있든지간에, 용어들 중 하나, 용어들 중 어느 하나, 또는 양자 모두의 용어들을 포함하는 가능성을 고려하는 것으로 이해되야 함이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, "A 또는 B"라는 문구는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 다양한 양태 및 구현예가 본원에 개시되었지만, 다른 양태 및 구현예는 당업자에게 명백할 것이다. 본원에 개시된 다양한 양태 및 구현예는 예시의 목적을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니며, 진정한 범위 및 사상은 다음 청구범위에 의해 나타내어 진다.
참조 번호
커버 부재(100)들
세장형 본체(102)
제1 주요 표면(104a)
제2 주요 표면(104b)
복수의 딤플(106)들
구멍(108)
복수의 홈(110)들
케이싱 요소(112)
스페이서 요소(114)
릿지 (116)
절연체 부재(118)
하우징 (120)
인클로저 부재(122)들
지지 부재(124)
프로비젼(126)
배터리 셀 프레임(128)
수용부(130)
핑거(132)들
스페이서 요소(134)
에어-배리어(136)
에어 포켓(138)
복수의 배터리 셀(200)들
단자(202)
버스바(300)
베이스 부재(302)
접촉 패드(304)
연결 암(306)
노치(308)
슬롯(310)
컷-아웃(312)
접촉부(314)
금속 기판(316)
충전재(318)
배터리 모듈(1000)

Claims (23)

  1. 배터리 모듈(1000)용 커버 부재(100)로서, 상기 커버 부재(100)는
    제1 주요 표면(104a) 및 제2 주요 표면(104b)을 규정하는 세장형 본체(102)로서, 상기 제2 주요 표면(104b)은 복수의 홈(110)들로 규정된, 세장형 본체(102); 및
    상기 제1 주요 표면(104a) 및 상기 제2 주요 표면(104b) 중 적어도 하나를 따라 규정된 복수의 딤플(106)들로서, 여기서 복수의 딤플(106)들 중 적어도 하나의 딤플(106)은 상기 배터리 모듈(1000)의 적어도 하나의 배터리 셀이 열 폭주를 겪을 때 용융되어 구멍(108)을 형성하여 상기 제1 주요 표면(104a)을 상기 복수의 홈(110)들과 유체 연결시키는, 복수의 딤플(106)들을 포함하는,
    커버 부재.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 딤플(106)들의 각각의 딤플(106)이 복수의 홈(110)들 중 적어도 두 개의 홈(110)들의 교차점에 위치하는, 커버 부재(100).
  3. 제1항에 있어서, 복수의 홈(110)들의 각각의 홈이 제2 주요 표면(104b) 상에 규정된 릿지(116)에 의해 분리되는, 커버 부재(100).
  4. 제1항에 있어서, 제2 주요 표면(104b)이 복수의 홈(110)들을 덮도록 케이싱 요소(112)와 접하는, 커버 부재(100).
  5. 제4항에 있어서, 케이싱 요소(112)의 열 전도율이 세장형 본체(102)보다 더 높은, 커버 부재(100).
  6. 제1항에 있어서, 세장형 본체(102)가 자기-소화성 폴리머 물질로 이루어지는, 커버 부재(100).
  7. 제1항에 있어서, 복수의 딤플(106)들 각각이 제1 주요 표면(104a)과 제2 주요 표면(104b) 사이의 세장형 본체(102)의 일부에 규정되는, 커버 부재(100).
  8. 제1항에 있어서, 복수의 딤플(106)들 각각의 깊이가 세장형 본체(102)의 두께의 적어도 15% 내지 약 55%인, 커버 부재(100).
  9. 배터리 모듈(1000)용 버스바(300)로서, 복수의 접촉부들을 규정하는 베이스 부재(302)를 포함하며,
    상기 복수의 접촉부들 각각은
    접촉 패드(304);
    상기 접촉 패드(304)의 일부 둘레를 따라 상기 접촉 패드(304)와 상기 베이스 부재(302) 사이에 연장되는 연결 암(306); 및
    상기 연결 암(306)의 일부를 따라 증착된 금속 기판(316)을 포함하며, 여기서 상기 연결 암(306) 및 상기 금속 기판(316)은 상기 배터리 모듈(1000)의 열 폭주 동안 융착되도록 구성되는, 버스바(300).
  10. 제9항에 있어서, 연결 암(306)이 열 폭주 동안 접촉 패드(304)와 베이스 부재(302) 사이가 연결될 수 없도록 융착되는, 버스바(300).
  11. 제9항에 있어서, 연결 암(306)이 베이스 부재(302) 및 접촉 패드(304)와 연결되도록 접촉 영역에서 확장된 폭으로 규정되는, 버스바(300).
  12. 제11항에 있어서, 연결 암(306)이 접촉 패드(304)의 일부 둘레를 따라 좁은 폭으로 규정되는, 버스바(300).
  13. 제9항에 있어서, 접촉 패드(304)와 베이스 부재(302)의 주요 둘레를 따라 갭이 규정되도록 접촉 패드(304)가 연결 암(306)을 통해 베이스 부재(302)에 연결되는, 버스바(300).
  14. 제9항에 있어서, 복수의 접촉부들의 한 접촉 패드(304)의 연결 암(306)이 인접한 접촉 패드(304)로부터의 연결 암(306)에서 가장 멀리 떨어져 있는, 버스바(300).
  15. 제9항에 있어서, 연결 암(306)이 구리로 이루어지며, 금속 기판(316)은 주석으로 이루어지는, 버스바(300).
  16. 제9항에 있어서, 금속 기판(316)이 배터리 모듈(1000)의 열 폭주 동안 용융되어 연결 암(306)과 합금을 형성하여 융착을 위한 연결 암(306)의 열 전도율을 증가시키도록 구성되는, 버스바(300).
  17. 제9항에 있어서, 연결 암(306)과 금속 기판(316) 사이에 제공된 충전재(318)를 포함하며, 여기서 충전재(318)는 용융되어 금속 기판(316)을 연결 암(306)에 고정시키도록 구성되는, 버스바(300).
  18. 제9항에 있어서, 연결 암(306)의 적어도 일부가 복수의 노치(308)들로 규정되며, 여기서 연결 암(306)은 적어도 하나의 노치 둘레로 융착되도록 구성되는, 버스바(300).
  19. 복수의 배터리 셀(200)들;
    복수의 접촉부들을 규정하는 베이스 부재(302)를 포함하는 버스바(300)로서, 상기 복수의 배터리 셀(200)들 상에 배치되며, 상기 복수의 접촉부들 각각은
    접촉 패드(304); 및
    상기 접촉 패드(304)의 일부 둘레를 따라 상기 접촉 패드(304)와 상기 베이스 부재(302) 사이에 연장되는 연결 암(306); 및
    상기 연결 암(306)의 일부를 따라 증착된 금속 기판(316)으로서, 여기서 상기 연결 암(306) 및 상기 금속 기판(316)은 상기 배터리 모듈(1000)의 열 폭주 동안 융착되도록 구성되는, 금속 기판(316)을 포함하는, 버스바(300);
    상기 복수의 배터리 셀(200)들과 상기 버스바(300) 사이에 위치하여 열 폭주 동안 상기 복수의 배터리 셀(200)들 중 적어도 하나의 배터리 셀과 상기 버스바(300)의 직접적인 전기적 및 열적 접촉을 방지하는 절연체 부재(118); 및
    상기 버스바(300) 위에 위치하는 커버 부재(100)로서, 상기 커버 부재(100)는
    제1 주요 표면(104a)과 제2 주요 표면(104b)을 규정하는 세장형 본체(102)로서, 여기서 상기 제2 주요 표면(104b)은 복수의 홈(110)들로 규정되는, 세장형 본체(102); 및
    상기 제1 주요 표면(104a) 및 상기 제2 주요 표면(104b) 중 적어도 하나를 따라 규정되는 복수의 딤플(106)들로서, 상기 복수의 딤플(106)들 중 적어도 하나의 딤플(106)이 상기 배터리 모듈(1000)의 적어도 하나의 배터리가 열 폭주를 겪을 때 용융되어 구멍(108)을 형성하여 상기 제2 주요 표면(104b)에서 상기 복수의 홈(110)들과 상기 제1 주요 표면(104a)을 유체 연결시키는, 복수의 딤플(106)들을 포함하는, 커버 부재(100); 및
    상기 복수의 홈(110)들을 덮도록 상기 커버 부재(100)의 상기 제2 주요 표면(104b) 상에 안착된 케이싱 요소(112)를 포함하는, 배터리 모듈(1000).
  20. 제15항에 있어서, 복수의 배터리 셀(200)들 각각을 수용하도록 구성된 배터리 셀 프레임(128)을 포함하며, 여기서 배터리 셀 프레임(128)은 복수의 배터리 셀(200)들의 각 배터리 셀 사이에 스페이서 요소(114)를 포함하여 복수의 배터리 셀(200)들의 적어도 하나의 배터리 셀 각각을 분리하는, 배터리 모듈(1000).
  21. 제15항에 있어서, 복수의 배터리 셀(200)들 중 적어도 하나의 배터리 셀이 열 폭주를 겪을 때 복수의 홈(110)들 및 케이싱 요소(112)가 복수의 배터리 셀(200)들 각각을 둘러싸는 가스를 라우팅(rout)하도록 구성되는, 배터리 모듈(1000).
  22. 제15항에 있어서, 접촉부들의 개수는 배터리 셀(200)들의 개수에 대응되는, 배터리 모듈(1000).
  23. 제19항에 있어서, 절연체가 아라미드 폴리머 물질로 이루어지는, 배터리 모듈(1000).
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