KR20220060565A - 측면 파열의 충격을 감소하기 위한 라미네이트를 구비한 배터리 팩 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

복수의 배터리 셀을 분리하기 위한 분리 부재가 제공되며, 이는 복수의 제1 벽 및 제1 벽의 두께보다 큰 두께를 갖는 복수의 제2 벽을 포함한다. 분리 부재는 접힌 상태로부터 확장된 상태로 확장가능하다. 분리 부재는 접힌 상태에서 플레이트 구성을 가지며, 확장된 상태에서 벌집형 구조물을 갖는다. 복수의 제1 벽 및 복수의 제2 벽은 벌집형 구조물의 복수의 셀 유닛을 공동으로 한정한다.

Description

측면 파열의 충격을 감소하기 위한 라미네이트를 구비한 배터리 팩 및 그 제조방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 6월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/009,268호에 대한 우선권 및 그의 이익을 주장한다. 상기 출원의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 대체적으로 전기화학 셀을 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 더 상세하게는 개별 배터리 셀들을 분리하기 위한 분리 부재를 포함하는 배터리 팩 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
이 섹션에서의 진술은 단지 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공하고, 종래 기술을 구성하지는 않을 수 있다.
전기 차량 기술이 계속 발전함에 따라, 그러한 차량에 대한 개선된 배터리 시스템 및 모듈을 제공할 필요가 있다. 배터리 모듈 또는 배터리 팩은 배터리 케이싱 내에 밀집하여 패킹된 복수의 전기화학 셀을 포함할 수 있다.
밀집하여 패킹된 배터리 셀들의 구성은 배터리 시스템이 손상될 때 어떻게 반응하는지에 영향을 줄 수 있다. 일부 구성에서, 하나의 셀이 충격으로 인해 손상될 때, 열 폭주(thermal runaway) 과정이 셀 내에서 발생하여, 급속히 상승하는 압력을 생기게 할 수 있다. 일부 상황에서, 압력 스파이크(pressure spike)가 셀의 밀봉된 내부 체적을 파열시킬 수 있고, 잠재적으로 화재로 이어질 수 있다. 배터리 팩 내의 개별 셀이 과열되거나 화재를 야기한다면, 이는 인접한 셀들 내에 유사한 반응을 야기할 수 있다.
열 폭주 전파를 감소시키는 한 가지 방법은 셀들 사이에 공기 갭을 제공하는 것이다. 공기는 양호한 절연체이며 몇몇 응용에 적절할 수 있지만, 개선을 위한 여지가 존재한다. 예를 들어, 몇몇 응용에서 열 폭주 과정 동안, 수 리터의 가연성 가스가 수 초 동안 셀 내에서 생성될 수 있고, 공기 갭은 열 폭주 전파를 방지하는 데 효과적이지 않을 수 있다.
열 폭주 전파를 감소시키는 다른 방법은 각각의 셀 내에 파열 디스크를 제공하는 것이다. 압력 완화 장치로서의 파열 디스크는 셀의 단부에 제공되어, 특정 압력에 도달될 때 내부 압력을 셀 외부로 방출시키게 한다. 그러나, 일부 구성에서, 셀이 일측에서 파열될 때, 셀의 내부 압력은 이웃하는 셀들을 향해 측방향으로 지향되는 블로토치(blowtorch) 효과를 초래할 수 있으며, 이는 이웃하는 셀들의 열 폭주 및 측면 파열을 초래할 수 있다.
다른 문제들 중에서도, 배터리 셀의 열 폭주 및 측면 파열에 관한 이러한 문제가 본 발명에 의해 다루어진다.
일 형태에서, 복수의 배터리 셀을 분리하기 위한 분리 부재가 제공되며, 이는 복수의 제1 벽 및 제1 벽의 두께보다 큰 두께를 갖는 복수의 제2 벽을 포함한다. 분리 부재는 접힌 상태로부터 확장된 상태로 확장가능하다. 분리 부재는 접힌 상태에서 플레이트 구성을 가지며, 확장된 상태에서 유닛 셀들을 포함하는 벌집형 구조물을 갖는다. 복수의 제1 벽 및 복수의 제2 벽은 벌집형 구조물의 복수의 셀 유닛을 공동으로 한정한다. 본 발명의 다양한 대안적인 형태에서, 복수의 제1 벽 및 제2 벽은 각각 적층 구조물(laminated structure)을 포함하고; 제1 벽들은 각각 제1 라미네이트(laminate)를 포함하고, 제2 벽들은 각각 한 쌍의 제1 라미네이트 및 이들 사이의 접착 섹션을 포함하고, 제1 라미네이트는 코어 층, 및 코어 층의 반대편 표면들 상에서의 한 쌍의 외부 층을 포함하고; 코어 층은 금속 시트, 종이 시트, 난연성 수지에 의해 직조된 탄소 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되고; 외부 층은 운모, 난연성 수지, 유전체 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되고; 벌집형 구조물의 유닛 셀들 각각은 육각형 단면을 가지며, 4개의 제1 벽들 및 2개의 제2 벽들에 의해 한정되며; 복수의 제2 벽은 벌집형 구조물 내에서 서로 평행하며, 제1 벽들 중 인접한 벽들은 벌집형 구조물 내에서 120°의 각도를 한정한다.
다른 형태에서, 배터리 팩 내의 개별 배터리 셀들을 열 폭주로부터 보호하기 위한 구조물이 제공되고, 이는, 한 그룹의 배터리 셀을 수용하기 위한 복수의 공동을 한정하는 복수의 벽을 포함한다. 각각의 그룹은 하나의 공동 내에 배치된다. 복수의 벽은 각각, 코어 층 및 코어 층의 반대편에 있는 외부 층들을 포함하는 적층 구조물을 포함한다. 외부 층은 낮은 유전 상수를 갖는 난연성 재료를 포함한다. 본 발명의 다양한 대안적인 형태에서, 적층 구조물은 금속 층 및 금속 층의 반대편 표면들 상에 배치된 운모 층을 포함하고; 적층 구조물은, 난연성 재료에 의해 함침된 종이 시트 및 종이 시트의 반대편 표면 상에서의 한 쌍의 난연성 코팅을 포함하고; 코어 층은 난연성 수지에 의해 직조된 탄소 섬유를 포함하고, 한 쌍의 외부 층은 유전체 코팅을 포함하고; 동일한 그룹 내의 배터리 셀들 모두는 공통 통기 위치에서의 양극 단자들로 배향된다.
또 다른 형태에서, 배터리 팩 내의 복수의 배터리 셀을 분리하기 위한 분리 부재의 제조 방법이 제공되며, 본 방법은 복수의 재료 층을 중첩하는 단계; 및 재료 층들 중 인접한 재료 층들 사이에 복수의 접착 섹션을 적용하여 적층 구조물을 형성하는 단계를 포함한다. 각각의 열(row) 내의 접착 섹션들은 접착 섹션들 사이에 복수의 공동을 한정하도록 미리결정된 간격으로 이격된다. 분리 부재는 접힌 상태로부터 확장된 상태로 확장가능하다. 본 발명의 다양한 대안적인 형태에서, 분리 부재는 접힌 상태에서 플레이트 구성을 갖고, 확장된 상태에서 복수의 셀 유닛을 포함하는 벌집형 구조물을 갖고; 적층 구조물은 복수의 제1 벽 및 제1 벽의 두께보다 큰 두께를 갖는 복수의 제2 벽을 포함하며, 제1 및 제2 벽들은 벌집형 구조물의 복수의 셀 유닛을 공동으로 한정하며; 접착 섹션과 직접 접촉하지 않는 재료 층의 부분은 제1 벽을 형성하고, 접착 섹션과 직접 접촉하는 재료 층들 중 인접한 2개의 층들의 부분이 제2 벽을 형성하며; 본 방법은 접착 섹션의 반대편 단부에서 재료 층을 구부려 분리 부재를 확장시키는 단계를 추가로 포함하고; 복수의 공동들 각각은 접힌 상태에서 직사각형 단면을 갖고, 확장된 상태에서 육각형 단면을 갖고; 재료 층들은 각각 난연성 재료를 포함하는 제1 라미네이트를 포함하고; 제1 라미네이트는 코어 층 및 코어 층의 반대편 표면들 상에서의 한 쌍의 외부 층을 포함하며, 코어 층은 금속 시트, 종이 시트, 난연성 수지에 의해 직조된 탄소 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 제1 라미네이트는 코어 층 및 코어 층의 반대편 표면들 상에서의 한 쌍의 외부 층을 포함하며, 외부 층은 운모, 난연성 수지, 유전체 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료로 제조된다.
추가의 적용 분야가 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적으로 의도되며, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해하여야 한다.
본 발명은 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 더욱 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 교시에 따라 구성된, 복수의 배터리 셀 및 개별 배터리 셀들을 분리하기 위한 분리 부재를 포함하는 배터리 백의 개략 평면도이다.
도 2는 본 발명의 교시에 따라 구성된, 분리 부재의 일부분을 형성하는 제1 라미네이트의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 교시에 따라 구성된, 분리 부재의 다른 부분을 형성하는 제2 라미네이트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 교시에 따라 구성된, 벌집형 구성을 갖는 분리 부재의 셀 유닛의 개략 평면도이다.
도 5a는 분리 부재를 접힌 상태로 구성하는 제3 적층 구조물의 개략 단면도이다.
도 5b는 확장된 상태에 있는 분리 부재의 개략 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 교시 내용에 따라 구성된, 복수의 배터리 셀 및 개별 배터리 셀들을 분리하기 위한 분리 부재를 포함하는 배터리 팩의 변형예의 개략 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 부분 A의 확대도이다.
대응하는 도면 부호는 도면들 중 여러 도면 전체에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.
하기의 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 본 발명, 응용, 또는 용도를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 구성된 배터리 팩(10)은 복수의 배터리 셀(12), 및 복수의 배터리 셀(12)을 분리하기 위한 분리 부재(14)를 포함한다. 복수의 배터리 셀(12)은 어레이로 형성하도록 배열된다. 각각의 배터리 셀(12)은 원통형 구성을 갖는다. 일례로서, 배터리 셀(12)은 밀집 육각형 패킹된 어레이를 형성하도록 배열될 수 있으며, 여기서 배터리 셀들(12)의 교번하는 열들이 서로 오버레이된다. 배터리 셀들(12)이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 임의의 배열을 갖도록 패킹될 수 있는 것으로 이해된다. 각각의 배터리 셀(12)은 양극 단자 및 음극 단자를 포함한다.
분리 부재(14)는 대체로 벌집형 구조물을 갖고, 복수의 제1 벽(22) 및 복수의 제2 벽(24)을 포함하며, 이는 개개의 배터리 셀(12)을 수용하기 위한 복수의 공동(20)을 공동으로 한정한다. 각각의 공동(20)은 실질적으로 육각형의 형상을 가질 수 있다. 복수의 제1 및 제2 벽들(22, 24)은 실질적으로 동일 평면 상의 단부들을 갖는다. 복수의 제2 벽(24)은 제1 벽(22)의 두께보다 큰 두께를 갖는다.
예를 들어, 각각의 공동(20)은 4개의 제1 벽(22) 및 2개의 제2 벽(24)에 의해 한정될 수 있으며, 이때 제2 벽들(24)은 서로 반대편에 있고 서로 평행하다. 따라서, 분리 부재(14)의 벌집형 구조물은 제1 및 제2 벽들(22, 24)에 의해 각각 공동으로 형성되는 복수의 유닛 셀을 포함한다. 제1 벽들(22) 중 인접한 2개는 하나의 제2 벽(24)에 의해 연결되어, 제1 벽(22)과 제2 벽(24) 사이에서 그리고 2개의 인접한 제1 벽들(22) 사이에서 대략 120°의 각도를 갖는 실질적인 Y 형상을 한정하게 된다. 분리 부재(14)의 벌집형 구조물 내의 제2 벽들(24)은 서로 정렬되거나 평행하다. 각각의 제1 벽(22)은 제1 라미네이트(26)(도 2에 도시됨)를 포함하고, 각각의 제2 벽(24)은 제2 라미네이트(28)(도 3에 도시됨)를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 라미네이트들(26, 28)은 실질적으로 비전도성의 비다공성 적층 구조물이며, 낮은 유전 상수를 갖는 난연성 재료를 포함한다. 제1 라미네이트(26)는 코어 층(30), 및 코어 층(30)의 반대편 표면들 상에서의 한 쌍의 외부 층(32)을 포함한다. 코어 층(30)은 제1 라미네이트(26)에 대한 구조적 강도를 제공하는 반면, 외부 층(32)은 코어 층(30)에 대해 열에 대한 보호를 제공한다.
일례로서, 코어 층(30)은 강철과 같이, 높은 융점 및 높은 강도를 갖는 금속 층일 수 있고, 외부 층(32)은 운모와 같이, 높은 융점, 낮은 열전도도 및 무시할만한 전기 전도율을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 강철의 코어 층(30)은 상대적으로 부서지기 쉬운 운모가 화염 제트의 압력에 의해 분리되지 않는 것을 보장한다. 운모의 외부 층(32)은 국소열(local heat)이 코어 층(30)에 손상을 야기하기에 불충분한 것을 보장하고, 추가로, 열적 이벤트 전후에 전기적 절연을 유지한다. 추가로, 제1 라미네이트(26)는 또한, 평면 방향으로 높은 열 전도성이거나, 평면 방향에 수직인 두께 방향으로 매우 낮은 열 전도성인 난연성 재료를 포함할 수 있다.
대안적으로, 코어 층(30)은 난연성 재료로 고농도로 도핑된 종이 시트일 수 있고, 외부 층(32)은 그 사이에 종이 시트를 완전히 밀봉하는 난연성 재료의 코팅일 수 있다. 종이 시트는 제1 라미네이트(26)에 대한 가요성 및 기본 강도를 제공한다. 난연성 재료는 열 또는 화재에 대해 종이 시트를 보호한다.
대안적으로, 코어 층(30)은 난연성 수지로 직조된 탄소 섬유일 수 있고, 외부 층(32)은 유전체 코팅일 수 있다. 코어 층(30) 내의 탄소 섬유는 높은 열 전도성이고, 국소열을 라미네이션의 다른 부분으로 신속하게 분산시켜 국소열에 의한 라미네이션에 대한 손상을 피할 수 있게 한다. 탄소 섬유의 직조물(weave)은 라미네이션에 대한 필요한 기계적 강도를 제공한다. 코어 층(30) 내의 난연성 수지는 직조물 내의 모든 구멍을 덮어서, 어떠한 화염 제트도 직조물 내의 구멍을 통해 진행하여 이웃하는 배터리 셀에 영향을 주지 않을 것임을 보장한다. 외부 층(32)의 유전체 코팅은 배터리 셀(12)과 제1 라미네이트(26) 사이에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지한다.
제2 라미네이트(28)는 한 쌍의 제1 라미네이트(26) 및 이들 사이의 접착 섹션(34)을 포함한다. 접착 섹션(34)은 난연성 접착제일 수 있다. 따라서, 제2 라미네이트(28)는 2개의 코어 층(30), 코어 층(30)의 반대편 표면들 상에서의 2쌍의 외부 층(32), 및 중간의 접착 섹션(34)을 포함한다.
도 4를 참조하면, 분리 부재(14)의 벌집형 구조물의 유닛 셀은 제1 라미네이트(26)를 갖는 4개의 제1 벽(22) 및 제2 라미네이트(28)를 갖는 2개의 제2 벽(24)에 의해 한정된다. 배터리 셀(12)은 유닛 셀의 공동(20) 내에 배치된다. 유닛 셀은 배터리 셀(12)과 제1 및 제2 벽들(22, 24) 각각 사이에 공기 갭이 형성되거나 형성되지 않게 하도록 구성될 수 있다. 어느 경우든, 열 폭주 이벤트 동안에 배터리 셀의 단부 및 분리 부재(14)의 단부를 향한 통기 경로를 제공하기 위해 원통형 배터리 셀(12)과 6-면 공동(20)의 코너들 사이에 공기 공간이 제공된다.
특정 셀(12)에서 발생하는 측면 파열의 경우에, 제1 라미네이트(26)를 갖는 제1 벽(22) 및 제2 라미네이트(28)를 갖는 제2 벽(22)은 블로토치 효과를 견딜 수 있다. 따라서, 특정 셀(12)로부터 통기되는 고온 가스는 최저 임피던스(lowest-impedance) 경로로, 즉 셀(12)의 양 단부를 향해 지향된다. 따라서, 통기 가스는 열 폭주 전파의 가능성을 감소시키기 위해 이웃하는 셀(12)로부터 멀리 지향된다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 분리 부재(14)는, 도 5a에 도시된 바와 같이 제3 적층 구조물(40)을 실질적으로 플레이트 구성으로 (접힌 상태로) 형성하고, 이어서 도 5b에 도시된 바와 같이 제3 적층 구조물(40)을 벌집형 구조물로 (확장된 상태로) 확장시킴으로써 비교적 용이하게 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 분리 부재(14)를 제조하기 위해, 복수의 재료 층(42)이 상하로 배치되고, 복수의 접착 섹션(34)에 의해 분리되고 접합되어 제3 적층 구조물(40)을 형성한다. 도면에서, 재료 층(42) 및 접착 섹션(34)은 축척대로 그려진 것이 아니며, 접착 섹션(34)의 두께는 그들의 위치 및 길이를 보여줄 목적으로 과장되어 있다. 재료 층(42)은 각각, 도 2에 도시된 바와 같은 제1 라미네이트(26)를 가질 수 있다. 접착 섹션(34)은, 도 3에 도시된 바와 같은 제2 라미네이트(28) 내에 도시된 동일한 접착 섹션(34)이다.
복수의 접착 섹션(34)은 재료 층들(42) 중의 인접한 층들 사이에 제공된다. 동일한 재료 층들(42) 사이의 (즉, 동일한 열 또는 동일한 층 내의) 복수의 접착 섹션(34)은 미리결정된 간격으로 이격되어, 그들 사이에 복수의 공동(44)을 한정한다. 제3 적층 구조물(40)이 접힌 상태에 있고 실질적으로 플레이트 구성을 가질 때, 복수의 공동(44)은 각각의 접착 섹션(34)의 길이의 대략 3 배인 길이를 각각 갖는 직사각형 형상을 갖는다.
하나의 열 또는 층 내에서의 접착 섹션(34) 및 공동(44)은 인접한 열 또는 층의 것들로부터 오프셋되어, 하나의 열에서의 접착 섹션(34)의 위치가 인접한 열에서의 접착 섹션(34)의 위치에 비해 위상이 180도 벗어나게 한다. 그 결과, 모든 다른 열들 내의 접착 섹션들(34)은 제3 적층 구조물(40)의 두께 방향을 따라 정렬된다.
접착 섹션(34)의 간격, 접착 섹션(34)의 길이, 및 결과적으로 하나의 열 내에서의 공동(44)의 길이는 확장된 상태로 형성될 벌집형 구조물의 유닛 셀의 크기에 기초하여 선택된다. 전술된 바와 같이, 벌집형 구조물의 유닛 셀들 각각은 4개의 제1 벽(22) 및 2개의 제2 벽(24)에 의해 형성된다. 제3 적층 구조물(40) 내의 각각의 접착 섹션(34)은 제1 및 제2 벽들(22, 24)의 길이와 실질적으로 동일한 길이를 갖는다.
도 5b를 참조하면, 도 5a의 제3 적층 구조물(40)을 확장시킴으로써, 벌집형 구조물이 그에 따라 형성된다. 확장된 상태에서, 재료 층(42)은 접착 섹션(34)의 단부에서 구부러져서, 그에 의해 공동(44)을 직사각형 형상으로부터 육각형 형상으로 확장시킨다. 접착 섹션(34)과 직접 접촉하지 않는 재료 층(42)의 부분은 확장된 상태에서 분리 부재(14)의 벌집형 구조물의 제1 벽(22)이 된다. 접착 섹션(34)과 직접 접촉하는 재료 층(42)의 부분은 확장된 상태에서 분리 부재(14)의 벌집형 구조물의 제2 벽(24)의 일부분이 된다. 전술된 바와 같이, 제2 벽(24)은 접착 섹션(34)에 의해 접합된 한 쌍의 제1 라미네이트(26)를 포함하는 제2 라미네이트(28)를 갖는다. 한 쌍의 제1 라미네이트(26)는, 동일한 접착 섹션(34)과 직접 접촉하고 그의 반대편에 있는 인접한 재료 층(42)의 부분이다. 재료 층(42)은, 플레이트 구성으로부터 벌집형 구성으로의 제3 적층 구조물(40)의 굽힘 및 확장을 용이하게 하기 위해 적층되기 전에 주름질 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 교시 내용에 따라 구성된 배터리 팩(50)의 변형은 복수의 배터리 셀(12) 및 분리 부재(52)를 포함한다. 분리 부재(52)는 복수의 공동(56)을 한정하는 복수의 벽(54)을 포함한다. 복수의 배터리 셀(12)은 복수의 그룹을 형성하고, 각각의 그룹은 공동들(56) 중의 각각의 공동 내에 수용된다. 도 6a는 3개의 배터리 셀(12)이 그룹을 형성하도록 배열되고 직사각형 형상을 갖는 공동들(56) 중 하나의 공동 내에 수용되는 것을 도시하지만, 공동들(56)은 임의의 형상을 가질 수 있고, 임의의 개수의 배터리 셀(12)이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 하나의 그룹을 형성할 수 있다는 것이 이해된다. 복수의 그룹 내의 배터리 셀(12)은 동일한 방향 또는 반대 방향을 가리키는 양극 단자(58)를 갖도록 배향될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 분리 부재(52)의 복수의 벽(54)은 도 2와 관련하여 기술된 것과 유사한 적층 구조물을 가질 수 있다. 대체적으로, 적층 구조물은 낮은 유전 상수를 갖는 난연성 재료를 포함한다. 일 형태에서, 각각의 벽(54)은 강철과 같은 높은 융점 및 높은 강도를 갖는 금속으로 제조된 코어 층(30), 및 코어 층(30)의 반대편 표면들 상에서 운모로 제조된 외부 층(32)을 포함할 수 있다. 다른 형태에서, 코어 층(30)은 난연성 수지로 고농도로 도핑된 종이 시트일 수 있고, 외부 층(32)은 난연성 수지를 포함할 수 있다. 또 다른 형태에서, 코어 층(30)은 난연성 수지로 직조된 탄소 섬유일 수 있고, 외부 층(32)은 유전체 코팅이다.
본 발명의 교시에 따라 구성된 분리 부재(14, 52)는 적층 구조물을 사용함으로써 측부 분할(side split)을 통한 열 폭주 전파를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 원통형 배터리 셀(12)의 밀집 육각형 패킹된 어레이를 위한 분리 부재(14)는 벌집형 구조물을 가지며, 이는, 먼저 적층 구조물을 형성하고 이어서 적층 구조물을 벌집형 구조물로 확장시킴으로써 비교적 용이하게 제조될 수 있고, 그에 의해 인접한 배터리 셀들(12) 사이에 저비용 장벽을 제공한다. 생성된 벌집형 구조물은 경량이고, 배터리 셀(12)에 대한 개선된 보호를 제공하여, 측면 파열에 의해 발생하는 열 폭주의 충격을 감소시킨다.
도 6a에 도시된 것과 같은 비교적 느슨하게 패킹된 배터리 어레이를 위한 분리 부재(52)는 배터리 셀(12)의 복수의 그룹을 수용하기 위한 복수의 공동(56)을 한정하는 복수의 벽(54)을 포함한다. 각각의 공동(56)은 배터리 셀(12)의 하나의 그룹을 수용한다. 동일한 그룹 내의 인접한 배터리 셀들 사이에는 어떠한 분할기 또는 분리기도 제공되지 않지만, 열 폭주 전파를 효과적으로 방지하기 위해 적층 구조물을 갖는 벽들(54)의 존재로 인해 배터리 셀(12)의 하나의 그룹에서의 열 폭주 이벤트가 셀의 다른 그룹으로 전파되는 것이 방지된다.
본 명세서에 달리 명확하게 지시되지 않는 한, 기계적/열적 특성, 조성 백분율, 치수 및/또는 공차, 또는 다른 특징을 나타내는 모든 수치 값은 본 발명의 범주를 기술함에 있어서 용어 "약" 또는 "대략"에 의해 수정되는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 수정은 산업 실무, 제조 기술, 및 시험 능력을 비롯한 다양한 이유로 요구된다.
본 발명의 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 따라서 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않는 변형은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 의도된다. 그러한 변형은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 복수의 배터리 셀을 분리하기 위한 분리 부재로서,
    복수의 제1 벽; 및
    상기 제1 벽의 두께보다 큰 두께를 갖는 복수의 제2 벽을 포함하고,
    상기 분리 부재는 접힌 상태로부터 확장된 상태로 확장가능하고, 상기 분리 부재는 상기 접힌 상태에서 플레이트 구성을 갖고, 상기 확장된 상태에서 복수의 유닛 셀을 포함하는 벌집형 구조물을 갖고;
    상기 복수의 제1 벽 및 상기 복수의 제2 벽은 상기 벌집형 구조물의 복수의 셀 유닛을 공동으로 한정하는, 분리 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1 및 제2 벽들은 각각 적층 구조물(laminated structure)을 포함하는, 분리 부재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 벽들은 각각 제1 라미네이트(laminate)를 포함하고, 상기 제2 벽들은 각각 한 쌍의 상기 제1 라미네이트 및 이들 사이의 접착 섹션을 포함하는, 분리 부재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 라미네이트는 코어 층 및 상기 코어 층의 반대편 표면들 상에서의 한 쌍의 외부 층을 포함하는, 분리 부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코어 층은 금속 시트, 종이 시트, 난연성 수지에 의해 직조된 탄소 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 분리 부재.
  6. 제4항에 있어서, 상기 외부 층은 운모, 난연성 수지, 유전체 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는, 분리 부재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 벌집형 구조물의 각각의 유닛 셀은 육각형 단면을 갖고, 4개의 제1 벽들 및 2개의 제2 벽들에 의해 한정되는, 분리 부재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 제2 벽은 상기 벌집형 구조물 내에서 서로 평행한, 분리 부재.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 벽들 중 인접한 벽들은 상기 벌집형 구조물 내에서 120°의 각도를 한정하는, 분리 부재.
  10. 열 폭주(thermal runaway)로부터 배터리 팩 내의 개별 배터리 셀들을 보호하기 위한 구조물로서,
    하나의 그룹의 배터리 셀을 수용하기 위한 복수의 공동을 한정하는 복수의 벽 - 각각의 그룹은 하나의 공동 내에 배치됨 - 을 포함하고,
    상기 복수의 벽은 각각, 코어 층 및 상기 코어 층 반대편의 외부 층들을 포함하는 적층 구조물을 포함하고, 상기 외부 층은 낮은 유전 상수를 갖는 난연성 재료를 포함하는, 구조물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 적층 구조물은 금속 층 및 상기 금속 층의 반대편 표면들 상에 배치된 운모 층들을 포함하는, 구조물.
  12. 제10항에 있어서, 상기 적층 구조물은 난연성 재료에 의해 함침된 종이 시트 및 상기 종이 시트의 반대편 표면 상에서의 한 쌍의 난연성 코팅을 포함하는, 구조물.
  13. 제10항에 있어서, 상기 코어 층은 난연성 수지에 의해 직조된 탄소 섬유를 포함하고, 상기 한 쌍의 외부 층은 유전체 코팅을 포함하는, 배터리 팩.
  14. 제10항에 있어서, 동일한 그룹 내의 모든 배터리 셀들은 공통 통기 위치에 있는 양극 단자들로 배향되는, 배터리 팩.
  15. 배터리 팩 내에서 복수의 배터리 셀을 분리하기 위한 분리 부재를 제조하는 방법으로서,
    복수의 재료 층을 오버레이하는 단계; 및
    상기 재료 층들 중 인접한 재료 층들 사이에 복수의 접착 섹션을 적용하여 적층 구조물을 형성하는 단계 - 각각의 열(row) 내의 상기 접착 섹션들은 미리결정된 간격으로 이격됨 - 를 포함하며,
    상기 분리 부재는 접힌 상태로부터 확장된 상태로 확장가능하고, 상기 분리 부재는 상기 접힌 상태에서 플레이트 구성을 갖고, 상기 확장된 상태에서 복수의 셀 유닛을 포함하는 벌집형 구조물을 갖고,
    상기 적층 구조물은 복수의 제1 벽 및 상기 제1 벽의 두께보다 큰 두께를 갖는 복수의 제2 벽을 포함하고, 상기 제1 및 제2 벽들은 상기 벌집형 구조물의 복수의 셀 유닛을 공동으로 한정하고,
    상기 접착 섹션들과 직접 접촉하지 않는 상기 재료 층들의 부분들은 상기 제1 벽들을 형성하고, 상기 접착 섹션들과 직접 접촉하는 상기 재료 층들 중 인접한 2개의 층들의 부분들은 상기 제2 벽들을 형성하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 접착 섹션의 반대편 단부들에서 상기 재료 층들을 구부려 상기 분리 부재를 확장시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 복수의 공동 각각은 상기 접힌 상태에서 직사각형 단면을 갖고, 상기 확장된 상태에서 육각형 단면을 갖는, 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 재료 층들은 각각 난연성 재료를 포함하는 제1 라미네이트를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 라미네이트는 코어 층 및 상기 코어 층의 반대편 표면들 상에서의 한 쌍의 외부 층을 포함하고, 상기 코어 층은 금속 시트, 종이 시트, 난연성 수지에 의해 직조된 탄소 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1 라미네이트는 코어 층 및 상기 코어 층의 반대편 표면들 상에서의 한 쌍의 외부 층을 포함하고, 상기 외부 층은 운모, 난연성 수지, 유전체 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는, 방법.
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