KR20220119103A - 재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리용 통합 전원 버스를 제공, 조립 및 관리하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리용 통합 전원 버스를 제공, 조립 및 관리하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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electrochemical cell
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battery pack
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battery
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KR1020227024958A
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글렌 앨런 햄블린
데이비드 워렌 리블렛
시아 토마스 리블렛
제임스 앤서니 박
마크 니제츠비체키
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시온 파워 코퍼레이션
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Abstract

기판에 통합된 배터리 전원 버스와 팩 제어기를 포함하는 기판, 및 기판에 직접 연결된 적어도 하나의 전기화학 셀(cell)을 포함하는 배터리 팩(battery pack). 인쇄 회로 기판에 통합된 전원 버스 ― 전원 버스는 적어도 하나의 전기화학 셀로 및/또는 적어도 하나의 전기화학 셀로부터 전력을 전달하도록 연결되고 구성됨 ―, 및 적어도 하나의 전기화학 셀을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함하는 인쇄 회로 기판. 적어도 하나의 전기화학 셀, 및 적어도 하나의 전기화학 셀에 직접 연결되고 기판과 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 열, 전력 및 신호를 전달하도록 구성된 기판을 포함하는 열 관리 시스템. 열 관리 방법. 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀을 적어도 부분적으로 용접에 의해 기판에 직접 부착하는 단계를 포함하는 배터리 팩을 조립하는 방법.

Description

재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리용 통합 전원 버스를 제공, 조립 및 관리하기 위한 시스템 및 방법
관련 출원
본 출원은, 35 U.S.C. §119(e) 하에, "재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리용 통합 전원 버스를 제공, 조립 및 관리하기 위한 시스템 및 방법 (Systems and Methods for Providing, Assembling, and Managing Integrated Power Bus for Rechargeable Electrochemical Cell or Battery)"이라는 명칭으로 2019년 12월 20일에 출원된 미국 가출원 제 62/951,206호, "재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리용 통합 전원 버스를 갖는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board with Integrated Power Bus for Rechargeable Electrochemical Cell or Battery)"이라는 명칭으로 2019년 12월 20일에 출원된 미국 가출원 제 62/951,243호, "재충전가능 전기화학 셀, 배터리 또는 배터리 팩을 위한 열 관리 시스템 및 방법(System and Method of Thermal Management for Rechargeable Electrochemical Cell, Battery, or Battery Pack)" 이라는 명칭으로 2019년 12월 20일에 출원된 미국 가출원 제 62/951,262호, 및 "재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리를 갖는 배터리 팩을 조립하는 방법(Method of Assembling Battery Pack with Rechargeable Electrochemical Cell or Battery)" 이라는 명칭으로 2019년 12월 20일에 출원된 미국 가출원 제 62/951,269호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 각각은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
전기화학 셀(cell)용 전원 버스, 관련 시스템 및 방법이 일반적으로 설명된다.
통상적으로, 배터리는 교통 수단과 같은 다양한 산업의 연소 엔진과 같은 기존의 동력원과 성공적으로 경쟁하지 못하였다. 이러한 실패의 한 가지 이유는 배터리가 통상적으로 질량 및 부피 면에서 매우 비효율적이라는 점에 있다.
전기화학 셀 및 관련 시스템용 전원 버스의 조립 및 관리와 관련된 실시예가 본 명세서에 개시된다. 본 발명의 대상은, 일부 경우에, 상호 관련된 제품, 특정 문제에 대한 대안적인 해결책, 및/또는 하나 이상의 시스템 및/또는 물품의 복수의 상이한 용도를 포함한다.
일부 실시예는 배터리 팩(battery pack)에 관한 것이다. 배터리 팩은, 기판에 통합된 배터리 전원 버스와 팩 제어기를 포함하는 기판, 및 기판에 직접 연결된 적어도 하나의 전기화학 셀을 포함할 수 있다.
일부 실시예는 인쇄 회로 기판에 관한 것으로, 인쇄 회로 기판은 인쇄 회로 기판에 통합된 전원 버스 ― 전원 버스는 적어도 하나의 전기화학 셀로 및/또는 적어도 하나의 전기화학 셀로부터 전력을 전달하도록 연결되고 구성됨 ―, 및 적어도 하나의 전기화학 셀을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함한다.
일부 실시예는 배터리 팩용 열 관리 시스템에 관한 것이다. 열 관리 시스템은, 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀, 및 적어도 하나의 전기화학 셀에 직접 연결되고 기판과 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 열, 전력 및 신호를 전달하도록 구성된 기판을 포함할 수 있다.
추가 실시예는 배터리 팩의 열 관리 방법에 관한 것이다. 방법은, 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀에 직접 연결된 기판과 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 열, 전력 및 신호를 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예는 배터리 팩을 조립하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀을 적어도 부분적으로 용접에 의해 기판에 직접 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 이점 및 신규한 특징은, 첨부된 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다양한 비제한적인 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서와 참조로 포함된 문서가 상충 및/또는 불일치하는 개시를 포함하는 경우, 본 명세서가 우선한다.
개략적이며, 축척에 맞게 그려지도록 의도된 것이 아닌 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 비제한적인 실시예가 예로서 설명된다. 도면에서, 도시된 각각의 동일하거나 거의 동일한 구성요소는 일반적으로 단일 숫자로 표현된다. 명확성을 위하여, 모든 구성요소가 모든 도면에서 라벨링되는 것은 아니며, 당업자로 하여금 발명을 이해하도록 하는 데 도시가 필수적이지 않은 경우 발명의 각 실시예의 모든 구성요소가 도시되는 것은 아니다.
도 1a는 일부 실시예에 따른 대표적인 배터리 팩을 도시하는 블록도이다.
도 1b는 일부 실시예에 따른 대표적인 인쇄 회로 기판을 도시하는 블록도이다.
도 1c는 일부 실시예에 따른 배터리 팩을 위한 대표적인 열 관리 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 1d는 일부 실시예에 따른 대표적인 배터리 관리 시스템을 도시하는 배선도이다.
도 2a는 일부 실시예에 따른 대표적인 기판 및 배터리의 평면도이다.
도 2b는 일부 실시예에 따른 대표적인 기판 및 배터리의 측면도이다.
도 2c는 일부 실시예에 따른 대표적인 기판 및 배터리의 사시도이다.
도 2d는 일부 실시예에 따른 대표적인 배터리 팩의 평면도이다.
도 2e는 일부 실시예에 따른 대표적인 배터리 팩의 측면도이다.
도 2f는 일부 실시예에 따른 대표적인 배터리 팩의 사시도이다.
도 3a는 일부 실시예에 따른 대표적인 배터리 관리 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 3b는 일부 실시예에 따른 대표적인 배터리 팩을 도시하는 블록도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 배터리 팩을 조립하기 위한 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 배터리 팩을 조립하기 위한 추가의 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 배터리 팩의 열 관리를 위한 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 배터리 팩의 열 관리를 위한 추가의 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 특정 양태를 구현하는 데 사용될 수 있는 대표적인 컴퓨팅 시스템을 도시하는 블록도이다.
본 발명자들은 전기화학 셀용 전원 버스를 제공하기 위한 종래의 구조 및 기술이 질량 및 부피 면에서 과도하게 비효율적인 배터리 팩을 초래한다는 점을 인식하였다. 종래 기술에서, 배터리 셀은 버스 바(bus bar)로 연결되고, 버스 바는 제어용 콘택트(contacts)에 대한 주 전원 콘센트로 연결된다. 그러면 각 셀 및 제어 구성요소는 배터리 관리 시스템(BMS: battery management system) 유닛에 데이터를 공급하는 전선(예를 들어, 감지 라인)을 갖는다. 그런 다음 BMS 유닛은 제어 신호를 충전소, 차량 ECU 및/또는 배터리 팩 제어부로 전송한다. 또한 BMS 유닛에는 배터리 팩 시스템을 모니터링하기 위해 증가된 채널 수를 위한 하나 이상의 슬레이브(slave) BMS 유닛을 갖는 주 제어기가 있는 경우가 많다. 종래의 전원 버스는 부분적으로 분리되어 있는데 필요한 모든 전류를 처리하기에는 구리 트레이스(traces)가 너무 무거울 수 있기 때문이다. 이러한 종래의 장치는 항공기 등 다양한 용도에 있어 과도하게 질량 및 부피 비효율적인 배터리 팩 및 기타 전기화학 셀 시스템을 만들어냈다.
본 발명자들은 또한 이들 및 다른 종래의 구조 및 기술이 필요 이상으로 또는 다양한 용도에 있어 바람직하거나 허용되는 것보다 더 비싸고, 더 고장이 나기 쉬우며, 더 위험하고, 더 잡음이 많다는 것을 인식하였다. 예를 들어, 종래의 시스템에는 길이가 긴 많은 전선/버스 바 연결이 있어 부품 수가 많고 복잡하여 비용이 많이 든다. 또한 종래의 시스템에는 접속점이 많기 때문에 가능한 고장 지점 또는 모드가 많다. 또한 이러한 접속점에 많은 개별 구성요소가 부착되어 있으면 사용자 조작 및 차량 인터페이스 격리 관점에서 안전 문제가 발생한다. 어떤 경우에는 배터리 셀 탭(cell tabs)과 기판 콘택트 사이의 종래의 부착이 부적절하거나 적절하더라도 너무 약하여 추가의 고장 리스크 및 그에 따른 위험(예를 들어, 화재)을 발생시킬 수 있다. 또한, 저전력 및 고전력 전송의 길이는 추가의 질량 및 비용 비효율성과 함께 간섭 및 잡음 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명자들은 또한 BMS 유닛과 통합된 전원 버스를 제공함으로써 종래 시스템의 이러한 문제 및 기타 문제가 크게 완화되고 개선될 수 있음을 인식하였다. 예를 들어, 전원 버스를 BMS 유닛과 통합하면 특히 종래의 시스템의 길이와 복잡성과 관련하여 전선 및 버스 바 연결이 필요하지 않을 수 있다. 더욱이, 일부 실시예는 접속점의 수를 줄이고 배터리 셀 탭과 기판 콘택트 사이에 더 강하고 더 적절한 부착을 제공할 수 있다.
본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 연결 및 재료의 양을 줄임으로써 조립이 더 빠르고 더 자동화될 수 있는 동시에 더 나은 품질을 제공하고 엔드 오브 라인(end of line) 유효성 검사를 더 빠르고 더 전반적으로 할 수 있음을 인식하였다.
본 명세서의 일부 실시예는 저전력 이펙터(effectors) 및 제어기(들)를 포함할 수 있으며, 이는 종래 시스템에 비해 전력 효율을 추가로 증가시킬 수 있다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 저전력 이펙터 및 제어기(들)가 이러한 이점을 여전히 제공하면서 BMS 신호를 처리 및 제어하고 고전력 제어 회로를 제어할 수 있음을 인식하였다. 일부 실시예에서, 제어 시스템은 대체로(완전히는 아님) 디지털 구성요소로 제한될 수 있는 한편, 더 큰 전력 구성요소는 회로 차단기, 접촉기 및 퓨징 소자(fusing elements)를 포함할 수 있다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 이러한 저전력 및 고전력 전송을 직접 실장된 구성요소 및 배터리 셀과 통합하면 종래 시스템보다 더 질량 및 부피 효율적인 시스템을 생성할 수 있음을 인식하였다.
또한, 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 팩 내의 임의의 구성요소의 작동 온도를 개선시키기 위해 BMS유닛 또는 셀로부터의 폐열을 더 잘 활용하고 이동시킴으로써 종래 시스템의 열역학적 성능이 또한 개선될 수 있음을 인식하였고, 이는 본 명세서의 일부 실시예를 이용하여 달성될 수 있다.
도 1a는 대표적인 배터리 팩(110)을 도시한다. 일부 실시예에서, 대표적인 배터리 팩(110)은 팩 제어기(예를 들어, 114) 및 전기화학 셀(예를 들어, 121A)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(121A)은 단독으로 존재할 수 있다. 다른 실시예에서, (예를 들어, 배터리(120)를 형성하기 위해) 추가의 셀(예를 들어, 도 1a의 선택적인 셀(121B, 121C)) 및/또는 추가의 셀 세트(예를 들어, 셀 세트(121) 이외에 도 1a의 선택적인 셀 세트(122))가 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기는 복잡성에 관계없이 애플리케이션에 적합한 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 제어기는 아날로그 회로 및/또는 프로세서 또는 마이크로프로세서보다 덜 복잡한 논리 장치를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 배터리 팩(110)은, 기판에 통합된 배터리 팩용 배터리 전원 버스(예를 들어, 전원 버스(118))를 포함할 수 있는 기판(예를 들어, 113A)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 전원 버스는 기판에 영구적으로 물리적으로 부착되거나 매립되어 배터리 전원 버스와 기판 사이의 물질을 제거하거나 변형(예를 들어, 소성 변형)하지 않고는 분리될 수 없을 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 전원 버스는 물리적으로 기판의 일부인 구리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 전원 버스는 트레이스(traces)와 구성요소 공간(footprints)과 같이 기판 상에 도금될 수 있지만 훨씬 더 두꺼운 두께(예를 들어, 0.3밀리미터 이상의 두께)로 도금될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기는 셀 또는 셀 그룹 전압 및/또는 전원 버스 전류를 측정함으로써 전원 버스와 상호작용할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기는 셀 또는 셀 그룹(본 명세서에서 "셀 세트"라고도 일컬음)을 밸런싱(balancing)하고, 전원 버스를 부하에 연결/부하로부터 분리하고/하거나 전원 버스 온도를 측정함으로써 전원 버스와 상호 작용할 수 있다.
일부 실시예에서, 기판은 도 1b와 관련하여 추가로 설명되는 바와 같은 인쇄 회로 기판이거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 단일 보드(board)에 제어기 영역 네트워크(CAN: controller area network) 버스(예를 들어, 115) 및 적어도 하나의 회로 차단기(예를 들어, 117) 모두를 포함할 수 있다. 추가적으로, 기판은 셀(들)이 연결될 수 있는 적어도 하나의 전기화학 셀 단자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀 단자(들)는 기판에서 직접 솟아오를 수 있다.
일부 실시예에서, 셀(들)은 기판에 직접 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 전선 없이, 예컨대 셀(들)과 전원 버스 사이의 물리적 연결을 통해, 셀(들)(하나 또는 임의의 수의 셀일 수 있음)에 물리적으로 연결될 수 있다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 전선 대신 이러한 물리적 연결을 사용하면 연결 거리를 줄일 수 있어(예를 들어, 거리는, 위로 올라가고 버스를 통해야 하는 대신 단지 셀 사이의 거리일 수 있음) 저항, 발생하는 폐열 및 전압 손실과 같은 기타 비효율성을 줄일 수 있음을 인식하였다.
일부 실시예에서, (전원 버스 또는 기타 다른 방법을 통한) 기판과 셀(들) 사이의 물리적 연결은 셀(들)로 및/또는 셀(들)로부터 열 전달을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판과 셀(들) 사이의 물리적 연결은 다수의 셀 사이에서 직접 및/또는 셀(들)과 기판 사이에서 직접 어느 방향으로든 열 전달을 제공할 수 있다. 이러한 열 전달의 예는 도 2a 내지 도 2f와 관련하여 설명된다. 일부 실시예에서, 열 전달 경로는 셀(들) 자체 사이 및 기판의 비아(vias)(예를 들어, 165)로의 셀(들)의 탭(예를 들어, 도 2a 내지 도 2f의 160)을 따라 기판과 셀(들) 사이에서 생성된다.
일부 실시예에서, 셀(들)은 적어도 부분적으로 레이저 용접에 의해 기판에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 레이저 용접 또는 다른 종류의 용접 또는 영구 부착은 셀(들)로 및/또는 셀(들)로부터 열 전달을 제공하는 물리적 연결을 생성할 수 있다. 예를 들어, 물리적 연결을 생성하기 위해 레이저 용접(또는 임의의 다른 정밀 금속 연결 기술)에 추가하여 또는 이의 대안으로 초음파, 마찰 및/또는 저항 용접이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 물리적 연결은 전기적 및 열적으로 모두 낮은 저항일 수 있다. 예를 들어, 물리적 연결은 평균적으로 3*10-8 옴 미터(ohm-meters) 이하의 전기 저항과 미터 켈빈(meter-kelvin)당 200와트 이상의 열전도율을 가질 수 있다.
열 및 전기 전도성 물질과 같은 다양한 물질을 사용하여 물리적 연결을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 물리적 연결을 생성하는 데 사용되는 물질(들)은, 셀(들)의 온도가 섭씨 100도이고 기판이 섭씨 25도인 경우 연결을 통해 평방 미터당 최소 1500와트의 열 유속을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서 구리, 알루미늄 및/또는 스테인리스강과 같은 물질이 물리적 연결에 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 배터리 팩(110)은 적어도 하나의 전기화학 셀 및 기판이 배치되는 하우징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2d 내지 도 2f는 하우징의 일부 실시예를 도시한다.
선택적으로, 배터리 팩(110)은 하나 이상의 센서(예를 들어, 116)를 포함할 수 있다. 단일 제어기(114) 및 단일 센서(116)만이 도 1a에 도시되어 있지만, 임의의 적합한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 임의의 수많은 상이한 구현 모드가 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기는 다양한 정보를 (예를 들어, 센서(116)를 사용하여) 결정 및/또는 (예를 들어, CAN 버스(115)를 사용하여) 전달할 수 있다. 이러한 정보의 예에는 배터리 팩의 온도 정보, 배터리 팩 내 셀(들)의 전압 및/또는 전류 정보, 배터리 팩의 밸런싱(balancing) 정보, 배터리 팩의 충전 정보, 배터리 팩의 진단 정보, 및 배터리 팩의 건전성 정보가 포함된다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 이러한 다양한 정보 중 임의의 것이 전선을 통해 원격 위치로부터 전송되기 보다는 로컬로(예를 들어, 단일 기판 상에서) 획득되기 때문에 더 신뢰성이 있을 수 있다는 것을 인식하였다.
일부 실시예에서, 전원 버스는 기판에 매립된 전도성 물질의 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 층(들)은 열 전도성 또는 전기 전도성이거나 둘 모두일 수 있다. 예를 들어, 기판은 매립된 무거운 구리 내부층, 및 일부 실시예에서 무거운 구리 상부층을 가질 수 있다(예를 들어, 기판은 각 면 상에 최대 30온스의 구리를 포함할 수 있음). 일부 실시예에서, (구리와 같은) 매립된 내부 층의 질량은 제곱피트당 10 내지 30온스일 수 있다.
일부 실시예에서, 기판 자체는 열 전도성일 수 있다. 예를 들어, 기판은 미터 켈빈당 350 내지 400와트와 같이 미터 켈빈 당 최소 200와트의 열 전도율을 가질 수 있다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 이것이 바람직한 경우 열 전달의 활용 및 폐열의 제거를 포함하는 열 관리를 추가로 개선할 수 있음을 인식하였다. 기판 및/또는 전원 버스의 열 전도율은 정상 상태 기법 및 비정상 상태 기법(예를 들어, 비정상 열선법)을 포함하는 일부 실시예에 따른 임의의 적절한 방법을 사용하여 측정될 수 있다.
일부 실시예에서, 셀(들)은, 기판이 셀(들)의 상부에 끼워지도록 하고/하거나 셀(들)이 기판 내로 삽입되도록 하는 정렬 특징부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 셀(들)의 적어도 일부가 삽입되는 적어도 하나의 개구를 포함한다. 예를 들어, 셀(들)의 탭(들)은 개구(들)를 통해 당겨지거나 개구(들)에 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 탭은 셀과 동일한 축을 따라 직선일 수 있고, 그런 다음 기판과 접촉하도록 절곡되거나 달리 회전 또는 변형될 수 있다(기판 내의 셀 및 탭의 예시적인 구성 및 배향에 대해서는 도 2a 내지 2f 참조).
일부 실시예에서, 제어기는 다수의 셀 사이의 충전 및/또는 방전을 밸런싱할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 수동 밸런싱 동작 및/또는 능동 밸런싱을 사용하여 셀(들)이 동일한 양의 충전 및/또는 방전을 달성하는 것을 보장할 수 있다. 일부 실시예에서, 밸런싱은 "충전 상단에서" 수행되어, 셀이 최대 충전 전압에 도달할 때 바이패스되어 해당 셀과 직렬로 연결된 다른 셀이 그 전압 값에 도달하게 할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 밸런싱은 "충전 하단" 또는 임의의 다른 적절한 구성에서 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기는 능동 밸런싱을 사용할 수 있는데, 예를 들어 전체 배터리 팩 또는 더 많은 충전량을 가진 셀에서 충전량을 가져와 더 적은 충전량을 갖는 셀(들)에 제공하고, 이는 사이클(cycle)의 임의의 지점에서 수행될 수 있다.
일부 실시예에 따라, 셀(들)은 적어도 하나의 리튬-금속 전극 활성 물질을 포함할 수 있다. 추가적으로, 각각의 셀 세트(예를 들어, 셀 세트(121))는 하나 이상의 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 셀 세트는 단일 셀을 가질 수 있다. 대안적으로, 각각의 셀 세트는 다수의 셀을 포함할 수 있고 셀 "블록"을 형성할 수 있거나, 또는 다수의 셀 세트가 함께 셀 블록을 형성할 수 있다. 추가적으로, (배터리, 배터리 팩의 모든 배터리, 또는 셀 세트 중 어느 하나의) 각각의 셀 또는 셀 세트는 동일한 전기화학을 활용할 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 각각의 셀은 동일한 애노드(anode) 활성 물질 및 동일한 캐소드(cathode) 활성 물질을 사용할 수 있다.
다수의 셀을 갖는 실시예와 같은 일부 실시예에서, 멀티플렉싱(multiplexing) 스위치 장치(도 1a에 도시되지 않음)가 하기 도 3a와 관련하여 기재된 바와 같이 포함될 수 있고, 스위치의 어레이(array)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 멀티플렉싱 스위치 장치는 각각의 셀 세트 및/또는 각각의 셀에 개별적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(예를 들어, 114)는 멀티플렉싱 스위치 장치를 사용하여 셀 또는 셀 세트를 선택적으로 방전할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 제어기는 유사하게 열, 전력 및/또는 신호를 다수의 셀 사이에서 직접, 및/또는 셀(들)과 기판 사이에서 직접 어느 방향으로든 선택적으로 전달할 수 있다.
도 1b는 대표적인 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board)(113B)을 도시한다. 일부 실시예에서, PCB(113B)는 제어기(예를 들어, 114)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기화학 셀(예를 들어, 121A)이 포함될 수 있고 PCB 및/또는 제어기에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(121A)은 단독으로 존재할 수 있다. 다른 실시예에서, (예를 들어, 배터리(120)를 형성하기 위해) 추가의 셀(예를 들어, 선택적인 셀(121B, 121C)) 및/또는 추가의 셀 세트(예를 들어, 셀 세트(121) 이외의 선택적인 셀 세트(122))가 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기는 PCB에 통합되거나 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기는, 예를 들어 셀(들)이 충전, 방전, 연결 또는 분리되는 방법 및/또는 시기를 제어함으로써 셀(들)을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 제어기는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전원 버스(예를 들어, 118)는 PCB에 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 버스는 셀(들)에 연결될 수 있고 셀(들)로 및/또는 셀(들)로부터 전력을 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 전원 버스는 전선 없이 셀(들)에 물리적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 다수의 셀은 각각 전선 없이, 예컨대 PCB에 통합된 전원 버스를 통해, PCB에 직접 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 버스는 특정 애플리케이션의 전압, 전류, 및 연결 요건에 적합한 배열로 셀(들)에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) PCB와 셀(들) 사이의 물리적 연결은 셀(들)로 및/또는 셀(들)로부터 열 전달을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 전달 및/또는 소산을 향상시키기 위해 추가 버스 재료가 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, 셀(들)은 적어도 부분적으로 레이저 용접에 의해 PCB에 연결될 수 있다. 예를 들어, PCB에 통합될 수 있는 전원 버스에 하나 이상의 셀을 레이저 용접함으로써 하나 이상의 셀은 PCB에 레이저 용접될 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 셀(들) 및 PCB는 하우징(예를 들어, 111)에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기는 다양한 정보를 (예를 들어, 센서(116)를 사용하여) 결정 및/또는 (예를 들어, CAN 버스(115)를 사용하여) 전달할 수 있다. (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 이러한 정보의 예에는 셀(들)의 온도 정보, 셀(들)의 전압 및/또는 전류 정보, 셀(들)의 밸런싱 정보, 셀(들)의 충전 정보, 셀(들)의 진단 정보, 및 셀(들)의 건전성 정보가 포함된다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) PCB는 셀(들)의 적어도 일부가 삽입될 수 있는 적어도 하나의 개구를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) PCB는 CAN 버스(예를 들어, 115) 및 적어도 하나의 회로 차단기(예를 들어, 117)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) PCB는 적어도 하나의 전기화학 셀 단자를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 전원 버스는 PCB에 매립된 전도성 물질의 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 셀(들)은 리튬-금속 전극 활성 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 제어기는 다수의 셀(들) 사이의 충전 및/또는 방전을 밸런싱할 수 있다.
도 1c는 배터리 팩에 대한 대표적인 열 관리 시스템을 도시한다. 일부 실시예에서, 시스템은 배터리 팩의 전기화학 셀(예를 들어, 121A) 및 기판(예를 들어, 113C)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(121A)은 단독으로 존재할 수 있는 반면, 다른 실시예에서 (예를 들어, 배터리(120)를 형성하기 위해) 추가의 셀(예를 들어, 선택적 셀(121B, 121C)) 및/또는 추가의 셀 세트(예를 들어, 셀 세트(121) 이외의 선택적 셀 세트(122))가 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은, 기판에 통합될 수 있거나 부착 또는 연결될 수 있는 제어기(예를 들어, 114)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 제어기는 셀(들)을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 제어기는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기판은 셀(들)에 직접 연결될 수 있고 기판과 셀(들) 사이에서 열, 전력 및 신호를 전달하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 기판은 다수의 셀 사이에서 직접 및/또는 하나 이상의 셀과 기판 사이에서 직접 어느 방향으로든 열을 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판과 셀(들)은 열적 책임을 공유할 수 있으므로, 한 쪽이 열을 전달받아야 하는 경우 다른 쪽(들)이 그것에 열을 전달할 수 있고, 한 쪽이 열을 전달해야 하는 경우 다른 쪽(들)이 그것으로부터 열을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 매우 추울 때(예를 들어, 높은 고도에서) 셀(들)을 충전하는 것은 일반적으로 셀(들)에 해로우며 기판은 열을 차가운 셀(들)로 전달할 수 있는 반면, 다른 경우에는 기판은 셀(들)을 위한 방열판으로 작동할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 그 자체로 모든 이용 사례의 약 30%에서의 열 관리에 충분할 수 있고, 이러한 이용 사례에 제한되는 경우 배터리 시스템은 추가 열 관리 없이 작동할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 열 전달은 적어도 부분적으로 열 전도성 물질을 사용함으로써 달성될 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 기판은 기판과 셀(들) 사이의 물리적 연결을 통해 셀(들)로 및/또는 셀(들)로부터 열 전달을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 전원 버스는 기판에 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 버스는 셀(들)에 연결될 수 있고 셀(들)로 및/또는 셀(들)로부터 전력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 기판은 셀(들)과 부하 및/또는 충전원 사이에 전력 전달을 제공할 수 있는 전자 트레이스 또는 기타 연결을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기판은 제어기, 셀(들), 및 임의의 다른 전자 구성요소 사이에 신호 전달을 제공하는 전자 트레이스 또는 기타 연결을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 CAN 버스(예를 들어, 115) 및 적어도 하나의 회로 차단기(예를 들어, 117)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 기판은 적어도 하나의 전기화학 셀 단자를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 전원 버스는 전선 없이 셀(들)에 물리적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(들)은 적어도 부분적으로 레이저 용접에 의해 기판에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 셀(들) 및 기판은 하우징에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징은 셀(들) 및/또는 기판의 일부를 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징은 원하는 구성으로 셀(들)을 유지하기 위해 압력을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기는 다양한 정보를 (예를 들어, 센서(116)를 사용하여) 결정 및/또는 (예를 들어, CAN 버스(115)를 사용하여) 전달할 수 있다. (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 이러한 정보의 예에는 셀(들)의 온도 정보, 셀(들)의 전압 및/또는 전류 정보, 셀(들)의 밸런싱 정보, 셀(들)의 충전 정보, 셀(들)의 진단 정보, 및 셀(들)의 건전성 정보가 포함된다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 전원 버스는 기판에 매립된 전도성 물질의 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 셀(들)은 리튬-금속 전극 활성 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 기판은 셀(들)의 적어도 일부가 삽입될 수 있는 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다.
도 1d는 배터리 관리 시스템(200)의 대표적인 배선도를 도시한다. 일부 실시예에서, 시스템(200)은, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 다른 제어기와 유사할 수 있는 마이크로제어기 및 관련 회로(214)와 같은 적어도 하나의 제어기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(200)은, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 CAN 버스(115)와 유사할 수 있는 CAN 버스(215)와 같은 적어도 하나의 통신 버스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(200)은 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 센서(116)와 유사할 수 있는 회로(216)와 같은 적어도 하나의 조절 및 측정 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 회로(216)는 전압, 온도 및 전류와 같은 특성의 측정 및 신호 조절을 수행할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(200)은, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 차단기(117)와 유사할 수 있는 전원 회로(217)와 같은 적어도 하나의 통신 버스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 회로(217)는 회로 차단, 전력 공급, 션트(shunts) 등을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(200)은 밸런싱 회로(220)와 같은 적어도 하나의 밸런싱 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 밸런싱 회로(220)는 셀 그룹핑(cell grouping) 및 셀 그룹 밸런싱을 수행할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(200)은 예컨대 트랜지스터-트랜지스터 논리 직렬 통신을 위한 직렬 인터페이스를 포함할 수 있는 인터페이스(221)와 같은 적어도 하나의 인터페이스를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1d의 구성요소의 임의의 조합(도 1d의 모든 구성요소를 포함)은 단일 기판(예를 들어, PCB) 상에 포함될 수 있다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 밸런싱 구성요소와 같은 그러한 구성요소를 단일 기판 상에 포함시키는 것은 특히 그러한 구성요소가 전선 없이 연결될 수 있기 때문에(전선 자체에 화재가 발생할 수 있음) 화재 위험을 줄일 수 있음을 인식하였다.
도 2a는 대표적인 기판(예를 들어, 113D) 및 배터리(배터리의 셀 탭이 일례로서 160으로 도시됨)를 평면도로 도시한다. 일부 실시예에서, 기판은, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 밸런싱 회로(220)와 유사할 수 있는 3개의 셀 그룹 밸런스 회로(180)와 같은 적어도 하나의 셀 그룹 밸런스 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 연결된 구성요소를 통과하는 전류를 측정할 수 있는 션트(190)와 같은 적어도 하나의 전류 측정 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 셀 탭(160) 사이에 또는 임의의 다른 적절한 위치에 배치될 수 있는 다수의 퓨즈(170)와 같은 적어도 하나의 퓨징(fusing) 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 퓨즈는 각각 셀을 보호하여 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 회로 차단기(들) 이외의 추가적인 보호를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 기판은 다수의 비아(165)와 같은 적어도 하나의 PCB 비아를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 양극 배터리 포스트(battery post)(175) 및 음극 배터리 포스트(176)와 같은 적어도 하나의 배터리 포스트를 포함할 수 있다.
도 2b는 대표적인 기판 및 배터리를 측면도로 도시한다. 일부 실시예에서, 배터리(예를 들어, 120)는 도 2b에 도시된 셀(121A) 및 다수의 다른 셀과 같은 적어도 하나의 셀을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(들)은 탭(160)과 같은 적어도 하나의 탭을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(들)은 전폭 활성 영역 파우치 섹션(full width active area pouch section)(121A1)과 같은 적어도 하나의 활성 영역을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(들)은 파우치 밀봉 영역(121A2)과 같은 적어도 하나의 밀봉 영역을 포함할 수 있다.
도 2c는 대표적인 기판 및 배터리를 사시도로 도시하는데, 이는 도 2a 내지 도 2b에서 다른 도의 형태로 도시된 구성요소를 포함한다.
도 2d는 대표적인 배터리 팩(예를 들어, 110)을 평면도로 도시한다. 일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 배터리 팩은 하우징(111)과 같은 하우징을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 팩은 6000 입방 센티미터 이하의 부피를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 팩은 18000 입방 센티미터 이하의 부피를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 팩은 12볼트 공칭에서 5암페어의 셀 사이의 최소 평균 전류를 가질 수 있다.
도 2e는 대표적인 배터리 팩을 측면도로 도시한다. 도 2f는 대표적인 배터리 팩을 사시도로 도시한다. 일부 실시예에서, 배터리 팩은 2개의 엔드 플레이트(end plates)(111B)와 같은 적어도 하나의 플레이트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 플레이트(들)는 대향 면으로부터 셀(들)에 균일하게 압력을 가할 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 팩은 4개의 텐션 로드(tension rods)(111A)와 같은 적어도 하나의 패스너(fastener)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 패스너는 플레이트를 결속하여 플레이트에 압력을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 팩은 양극 배터리 포스트(175) 및 음극 배터리 포스트(176)와 같은 적어도 하나의 배터리 포스트를 포함할 수 있다.
도 3a는 대표적인 배터리 관리 시스템(300A)을 도시한다. 다수의 셀을 갖는 실시예와 같은 일부 실시예에서, 대표적인 시스템(300A)은 멀티플렉싱 스위치 장치(예를 들어, 112), 제어기(예를 들어, 114), 하나 이상의 센서(예를 들어, 116) 및 하나 이상의 배터리(예를 들어, 120, 130, 140, 150 등)를 포함할 수 있다. 도 3a에 단일의 멀티플렉싱 스위치 장치(112), 제어기(114), 센서(116) 및 4개의 배터리(120 내지 150)만 도시되어 있지만, 임의의 적절한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 다수의 상이한 구현 모드 중 임의의 것이 이용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 멀티플렉싱 스위치 장치를 지칭하는 데 단수형의 라벨이 사용되지만, 본 명세서에 설명된 멀티플렉싱 및 스위칭에 사용되는 구성요소는 임의의 적절한 수의 장치(예를 들어, 스위치)에 분산될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일부 실시예에 따르면, 배터리 또는 배터리들은 적어도 하나의 리튬-금속 배터리를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 또는 배터리들(예를 들어, 120 내지 150)은 셀의 세트로도 지칭되는 하나 이상의 셀 세트(예를 들어, 121 내지 124, 131 및 132, 141 및 142, 151 및 152 등)를 각각 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 121 및122 등과 같은 2개 이상의 셀 세트가 각각의 배터리에 포함된다. 추가로, 각각의 셀 세트(예를 들어, 셀 세트(121))는 하나 이상의 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 셀 세트는 단일 셀을 가질 수 있다. 대안적으로, 각각의 셀 세트는 복수의 셀을 포함할 수 있고 셀 "블록"을 형성할 수 있으며, 또는 복수의 셀 세트가 함께 셀 블록을 형성할 수 있다. 또한, (배터리, 배터리 팩 내의 모든 배터리 또는 셀 세트 중 어느 하나 내의) 각각의 셀 또는 셀 세트는 동일한 전기화학을 이용할 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 각각의 셀은 동일한 애노드 활성 물질 및 동일한 캐소드 활성 물질을 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기는 멀티플렉싱 스위치 장치를 사용하여 상이한 프로그램 가능 속도로 셀 또는 셀 세트를 선택적으로 방전 및 충전할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 멀티플렉싱 스위치 장치를 사용하여 셀 세트를 충전하는 제2 속도보다 적어도 2배 높은 제1 속도로 셀 또는 셀 세트를 선택적으로 방전(즉, 충전보다 2배 빠른 방전)할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 제1 방전 속도는 셀 세트를 충전하는 제2 속도보다 적어도 4배 높을 수 있다(즉, 충전보다 4배 빠른 방전). 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 이러한 충전 속도에 대한 방전 속도의 비율이 셀의 성능 및 사이클 수명을 개선할 수 있음을 인식하였다.
일부 실시예에서, 부하는 차량의 적어도 하나의 구성요소일 수 있다. 차량은 육상, 해상 및/또는 항공 여행에 적응된 임의의 적합한 차량일 수 있다. 예를 들어, 차량은 자동차, 트럭, 오토바이, 보트, 헬리콥터, 비행기 및/또는 임의의 다른 적합한 유형의 차량일 수 있다.
도 3b는 대표적인 배터리 팩(210)을 도시한다. 일부 실시예에서, 대표적인 배터리 팩(210)은 스위칭 제어 시스템(예를 들어, 218) 및 하나 이상의 배터리(예를 들어, 120, 130, 140, 150 등)를 포함할 수 있다. 도 3b에는 단일의 스위칭 제어 시스템(218)과 4개의 배터리(120 내지 150)만이 도시되어 있지만, 임의의 적합한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 다수의 상이한 구현 모드 중 임의의 것이 이용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 스위칭 제어 시스템을 지칭하는 데 단수형의 라벨이 사용되지만, 본 명세서에 설명된 제어 및 스위칭에 사용되는 구성요소는 임의의 적절한 수의 장치(예를 들어, 스위치, 제어기(들) 등)에 분산될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일부 실시예에서, 스위칭 제어 시스템(예를 들어, 218)은 스위치 어레이를 포함할 수 있고, 제어기를 포함할 수 있다. 추가로, 스위칭 제어 시스템은 배터리의 각각의 셀 세트 및/또는 각각의 셀에 개별적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 스위칭 제어 시스템은 배터리 팩에 통합될 수 있다. 또한, 스위칭 제어 시스템은 셀 또는 셀 세트를 순차적으로, 예컨대, 셀 또는 셀 세트와 연관된 사전 정의된 순서로 방전하도록 (예를 들어, 스위치 어레이 내의) 스위치(들)를 제어할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 스위칭 제어 시스템은, 부하와 현재 부하에 연결된 셀 세트 사이의 연결 지속기간(일부 실시예에서 최소 0.01초일 수 있음), 연결 시 전달된 방전 용량, 및 함수 값 중 임의의 하나 이상에 기초하여 셀 또는 셀 세트를 방전하도록 스위치(들)를 제어할 수 있다. 특정 실시예에서, 제어의 기반은 셀 세트의 이전 방전 사이클의 수를 포함하지 않을 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 스위칭 제어 시스템은 도 1a 내지 3b와 관련하여 앞서 설명된 제어기의 기능과 같은 임의의 수의 다른 기능을 수행할 수 있다.
대표적인 시스템(300A) 또는 대표적인 배터리 팩(210)의 임의의 구성요소는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소의 임의의 적절한 조합을 사용하여 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이와 같이, 다양한 구성요소는, 설명된 기능을 수행하기 위해 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소의 임의의 적절한 조합을 사용할 수 있는 제어기로 간주될 수 있다.
본 명세서에 설명된 전기화학 셀의 애노드는 다양한 애노드 활성 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "애노드 활성 물질"이라는 용어는 애노드와 연관된 임의의 전기화학적 활성종(active species)을 지칭한다. 예를 들어, 애노드는 리튬-함유 물질을 포함할 수 있으며, 이 때, 리튬은 애노드 활성 물질이다. 본 명세서에 설명된 전기화학 셀의 애노드에서 애노드 활성 물질로서 사용하기에 적합한 전기활성 물질은 전도성 기판 상에 증착된 리튬 및 리튬 포일과 같은 리튬 금속 및 리튬 합금(예를 들어, 리튬-알루미늄 합금 및 리튬-주석 합금)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 음극재(예를 들어, 리튬과 같은 알칼리성 금속 애노드)를 기판 상에 증착하는 방법은 열 증착, 스퍼터링(sputtering), 제트 기상 증착(jet vapor deposition) 및 레이저 어블레이션(laser ablation)과 같은 방법을 포함할 수 있다. 대안적으로, 애노드가 리튬 포일, 또는 리튬 포일과 기판을 포함하는 경우, 이들은 애노드를 형성하기 위해 당업계에 공지된 적층 공정에 의해 함께 적층될 수 있다.
일 실시예에서, 애노드 활성층의 전기활성 리튬-함유 물질은 50중량% 초과의 리튬을 포함한다. 다른 실시예에서, 애노드 활성층의 전기활성 리튬-함유 물질은 75중량% 초과의 리튬을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 애노드 활성층의 전기활성 리튬-함유 물질은 90중량% 초과의 리튬을 포함한다. 애노드에서의 사용에 적합한 추가적인 물질 및 배열은, 예를 들어, "전기화학 셀에서의 힘의 인가(Application of Force in Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2009년 8월 4일에 출원된, Scordilis-Kelly 등을 발명자로 하는 미국 특허 공개 제2010/0035128호에서 설명되며, 이는 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 설명된 전기화학 셀의 캐소드는 다양한 캐소드 활성 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "캐소드 활성 물질"이라는 용어는 캐소드와 연관된 임의의 전기화학적 활성종을 지칭한다. 일부 실시예의 전기화학 셀의 캐소드에서 캐소드 활성 물질로서 사용하기에 적합한 전기활성 물질은 하나 이상의 금속 산화물, 하나 이상의 층간삽입(intercalation) 물질, 전기활성 전이 금속 칼코겐화물(chalcogenide), 전기활성 전도성 중합체, 황, 탄소 및/또는 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
일부 실시예에서, 캐소드 활성 물질은 하나 이상의 금속 산화물을 포함한다. 일부 실시예에서, 층간삽입 캐소드(예를 들어, 리튬-층간삽입 캐소드)가 사용될 수 있다. 전기활성 물질의 이온(예를 들어, 알칼리 금속 이온)을 층간 삽입할 수 있는 적합한 물질의 비제한적인 예시는 금속 산화물, 황화티타늄 및 황화철을 포함한다. 일부 실시예에서, 캐소드는 리튬 전이 금속 산화물 또는 리튬 전이 금속 인산염을 포함하는 층간삽입 캐소드이다. 추가적인 예시는 LixCoO2(예를 들어, Li1.1CoO2), LixNiO2, LixMnO2, LixMn2O4(예를 들어, Li1.05Mn2O4), LixCoPO4, LixMnPO4, LiCoxNi(1-x)O2, 및 LiCoxNiyMn(1-x-y)O2(예를 들어, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiNi3/5Mn1/5Co1/5O2, LiNi4/5Mn1/10Co1/10O2, LiNi1/2Mn3/10Co1/5O2)를 포함한다. x는 0 이상 및 2 이하일 수 있다. x는 일반적으로, 전기화학 셀이 완전히 방전된 경우 1 이상 및 2 이하이고, 전기화학 셀이 완전히 충전된 경우 1 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 완전히 충전된 전기화학 셀은 1 이상 및 1.05 이하, 1 이상 및 1.1 이하, 또는 1 이상 및 1.2 이하인 x의 값을 가질 수 있다. 추가적인 예시는 LixNiPO4(여기서, 0 < x ≤ 1), LiMnxNiyO4(여기서, x + y = 2)(예를 들어, LiMn1.5Ni0.5O4), LiNixCoyAlzO2(여기서, x + y + z = 1), LiFePO4 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 캐소드 내 전기활성 물질은, 특정 실시예에서 붕산염 및/또는 규산염으로 치환될 수 있는 리튬 전이 금속 인산염(예를 들어, LiFePO4)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 캐소드 활성 물질은 하나 이상의 칼코겐화물을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "칼코겐화물(chalcogenide)"이라는 용어는 산소, 황 및 셀레늄 원소 중 하나 이상을 함유하는 화합물에 관한 것이다. 적합한 전이 금속 칼코겐화물의 예시는 Mn, V, Cr, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os 및 Ir으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전이 금속의 전기활성 산화물, 황화물 및 셀렌화물을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 일 실시예에서, 전이 금속 칼코겐화물은, 니켈, 망간, 코발트 및 바나듐의 전기활성 산화물과 철의 전기활성 황화물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일 실시예에서, 캐소드는 이산화망간, 요오드, 크롬산은, 산화은 및 오산화바나듐(vanadium pentoxide), 산화구리, 옥시인산구리(copper oxyphosphate), 황화납, 황화구리, 황화철, 비스무트산납(lead bismuthate), 삼산화비스무트(bismuth trioxide), 이산화코발트, 염화구리, 이산화망간 및 탄소 중 하나 이상을 포함한다. 다른 실시예에서, 캐소드 활성층은 전기활성 전도성 중합체를 포함한다. 전기활성 전도성 중합체의 적합한 예시는 폴리피롤(polypyrroles), 폴리아닐린(polyanilines), 폴리페닐렌(polyphenylenes), 폴리티오펜(polythiophenes) 및 폴리아세틸렌(polyacetylenes)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전기활성 및 전자적으로 전도성인 중합체를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 전도성 중합체의 예시는 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리아세틸렌을 포함한다.
일부 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 전기화학 셀에서 캐소드 활성 물질로서 사용하기 위한 전기활성 물질은 전기활성 황-함유 물질을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "전기활성 황-함유 물질"은 임의의 형태의 원소 황을 포함하는 캐소드 활성 물질과 관련되며, 이 때, 전기화학적 활성은 황 원자 또는 모이어티(moieties)의 산화 또는 환원을 포함한다. 일부 실시예의 실시에 유용한 전기활성 황-함유 물질의 본질은 당업계에 알려진 바와 같이 광범위하게 달라질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전기활성 황-함유 물질은 원소 황을 포함한다. 다른 실시예에서, 전기활성 황-함유 물질은 원소 황과 황-함유 중합체의 혼합물을 포함한다. 따라서, 적합한 전기활성 황-함유 물질은 원소 황 및, 중합체일 수 있거나 중합체가 아닐 수도 있는, 황 원자와 탄소 원자를 포함하는 유기 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 적합한 유기 물질은 헤테로원자, 전도성 중합체 세그먼트, 복합재 및 전도성 중합체를 더 포함하는 유기 물질을 포함한다.
일부 실시예에서, 캐소드 활성층의 전기활성 황-함유 물질은 50중량% 초과의 황을 포함한다. 다른 실시예에서, 전기활성 황-함유 물질은 75중량% 초과의 황을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 전기활성 황-함유 물질은 90중량% 초과의 황을 포함한다.
일부 실시예의 캐소드 활성층은 (예를 들어, 캐소드 활성층으로부터 적절한 양의 용매가 제거된 후 및/또는 층이 적절하게 경화된 후 측정된) 약 20 내지 100중량%의 전기활성 캐소드 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 캐소드 활성층의 전기활성 황-함유 물질의 양은 캐소드 활성층의 5 내지 30중량% 범위에 있다. 다른 실시예에서, 캐소드 활성층의 전기활성 황-함유 물질의 양은 캐소드 활성층의 20 내지 90중량% 범위에 있다.
캐소드에서 사용하기에 적합한 추가적인 물질 및 캐소드를 제조하기 위한 적합한 방법은, 예를 들어, "신규 복합 캐소드, 신규 복합 캐소드를 포함하는 전기화학 셀, 및 이의 제조 공정(Novel Composite Cathodes, Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes, and Processes for Fabricating Same)"이라는 명칭으로 1997년 5월 21일자로 출원된 미국 특허 제5,919,587호, 및 "전기화학 셀에서의 힘의 인가(Application of Force in Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2009년 8월 4일자로 출원되고 Scordilis-Kelly 등을 발명자로 하는 미국 특허 공개 제2010/0035128호에서 설명되며, 이들 각각은 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
다양한 전해질이 본 명세서에 기재된 전기화학 셀과 관련하여 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 전해질은 다공성 분리기와 혼입되거나 혼입되지 않을 수 있는 비고체 전해질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "비고체"라는 용어는 정적 전단 응력을 견딜 수 없는 물질을 지칭하는 데 사용되며, 전단 응력이 가해지면, 비고체는 지속적이고 영구적인 왜곡을 겪는다. 비고체의 예는 예를 들어, 액체, 변형가능 겔 등을 포함한다.
본 명세서에 기재된 전기화학 셀에 사용되는 전해질은 이온의 저장과 수송을 위한 매질로서 기능할 수 있으며, 고체 전해질과 겔 전해질의 특수한 경우에 있어서, 이러한 물질은 애노드와 캐소드 사이의 분리기로서 추가적으로 기능할 수 있다. 이온을 저장하고 수송할 수 있는 임의의 액체, 고체 또는 겔 물질이 애노드와 캐소드 사이에서 이온(예를 들어, 리튬 이온)의 수송을 용이하게 하는 한 그러한 물질이 사용될 수 있다. 전해질에 사용하기에 적합한 예시적인 물질은 예를 들어, "전기화학 셀에서의 힘의 인가(Application of Force in Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2009년 8월 4일에 출원되고 Scordilis-Kelley 등을 발명자로 하는 미국 특허 공개 제2010/0035128호에 설명되며, 이는 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
"멀티플렉스 충전 방전 배터리 관리 시스템(Multiplexed Charge Discharge Battery Management System)"이라는 명칭으로 2019년 7월 31일에 출원된 미국 출원 제16/527,903호는 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
다음 문서는 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다. "전기화학 셀용 리튬 애노드(Lithium Anodes for Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2001년 5월 23일에 출원된 미국 특허 제7,247,408호; "리튬-중합체 배터리용 안정화 애노드(Stabilized Anode for Lithium-Polymer Batteries)"라는 명칭으로 1996년 3월 19일에 출원된 미국 특허 제5,648,187호; "리튬-중합체 배터리용 안정화 애노드(Stabilized Anode for Lithium-Polymer Batteries)"라는 명칭으로 1997년 7월 7일에 출원된 미국 특허 제5,961,672호; "신규 복합 캐소드, 신규 복합 캐소드를 포함하는 전기화학 셀 및 이를 제조하는 공정(Novel Composite Cathodes, Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes, and Processes for Fabricating Same)"이라는 명칭으로 1997년 5월 21일에 출원된 미국 특허 제5,919,587호; "재충전가능 리튬/물, 리튬/공기 배터리(Rechargeable Lithium/Water, Lithium/Air Batteries)"라는 명칭으로 2006년 4월 6일에 출원되고 미국 공개 제2007-0221265호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제11/400,781호; "리튬 배터리의 팽창 억제(Swelling Inhibition in Lithium Batteries)"라는 명칭으로 2008년 7월 29일에 출원되고 국제 공개 번호 WO/2009017726으로 공개된 국제 특허 출원 일련번호 PCT/US2008/009158; "전해질 분리(Separation of Electrolytes)"라는 명칭으로 2009년 5월 26일에 출원되고 미국 공개 제2010-0129699호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/312,764호; "배터리 전극용 프라이머(Primer for Battery Electrode)"라는 명칭으로 2008년 10월 23일에 출원되고 국제 공개 번호 WO/2009054987로 공개된 국제 특허 출원 일련번호 PCT/US2008/012042; "에너지 저장 장치용 보호 회로(Protective Circuit for Energy-Storage Device)"라는 명칭으로 2008년 2월 8일에 출원되고 미국 공개 제2009-0200986으로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/069,335호; "재충전가능 리튬 배터리를 포함하는 수성 및 비수성 전기화학 셀 모두에서의 전극 보호(Electrode Protection in both Aqueous and Non-Aqueous Electrochemical Cells, including Rechargeable Lithium Batteries)"라는 명칭으로 2006년 4월 6일에 출원되고 미국 공개 제2007-0224502호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제11/400,025호; "리튬 합금/황 배터리(Lithium Alloy/Sulfur Batteries)"라는 명칭으로 2007년 6월 22일에 출원되고 미국 공개 제2008/0318128호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제11/821,576호; "리튬 황 재충전가능 배터리 연료 게이지 시스템 및 방법(Lithium Sulfur Rechargeable Battery Fuel Gauge Systems and Methods)"이라는 명칭으로 2005년 4월 20일에 출원되고 미국 공개 제2006-0238203호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제11/111,262호; "중합성 단량체 및 비중합성 캐리어 용매/염 혼합물/용액의 공동-플래시 증발(Co-Flash Evaporation of Polymerizable Monomers and Non-Polymerizable Carrier Solvent/Salt Mixtures/Solutions)"이라는 명칭으로 2007년 3월 23일에 출원되고 미국 공개 제2008-0187663호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제11/728,197호; "리튬 배터리용 전해질 첨가제 및 관련 방법(Electrolyte Additives for Lithium Batteries and Related Methods)"이라는 명칭으로 2008년 9월 19일에 출원되고 국제 공개 번호 WO/2009042071로 공개된 국제 특허 출원 일련번호 PCT/US2008/010894; "다공성 전극 및 관련 방법(Porous Electrodes and Associated Methods)"이라는 명칭으로 2009년 1월 8일에 출원되고 국제 공개 번호 WO/2009/089018로 공개된 국제 특허 출원 일련번호 PCT/US2009/000090; "전기화학 셀에서의 힘의 인가(Application of Force In Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2009년 8월 4일에 출원되고 미국 공개 제2010/0035128호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/535,328호; "리튬 배터리용 캐소드(Cathode for Lithium Battery)"라는 명칭으로 2010년 3월 19일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제12/727,862호; "밀폐형 샘플 홀더 및 제어된 대기 환경에서 미세 분석을 수행하기 위한 방법(Hermetic Sample Holder and Method for Performing Microanalysis Under Controlled Atmosphere Environment)"이라는 명칭으로 2009년 5월 22일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제12/471,095호; ("전기화학 셀용 릴리스 시스템(Release System for Electrochemical cells)"이라는 명칭으로 2009년 8월 24일에 출원된 가출원 일련번호 제61/236,322호에 대한 우선권을 주장하는) "전기화학 셀용 릴리스 시스템(Release System for Electrochemical cells)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제12/862,513호; "전기화학 셀용 전기적 비전도성 물질(Electrically Non-Conductive Materials for Electrochemical Cells)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원된 미국 가출원 일련번호 제61/376,554호; "전기화학 셀(Electrochemical Cell)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원된 미국 가출원 일련번호 제12/862,528호; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀(Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원되고 미국 공개 제2011/0070494호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/862,563호; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀(Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원되고 미국 공개 제2011/0070491호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/862,551호; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀(Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원되고 미국 공개 제2011/0059361호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/862,576호; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀(Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원되고 미국 공개 제2011/0076560호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/862,581호; "저전해질 전기화학 셀(Low Electrolyte Electrochemical Cells)"이라는 명칭으로 2010년 9월 22일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제61/385,343호; 및 "에너지 저장 장치용 다공성 구조체(Porous Structures for Energy Storage Devices)"라는 명칭으로 2011년 2월 23일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제13/033,419호. 본 명세서에 개시된 모든 다른 특허 및 특허 출원도 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로 포함된다.
도 4는 배터리 팩을 조립하기 위한 대표적인 하이 레벨(high-level) 프로세스(400)를 도시한다. 대표 프로세스(400)의 단계는 아래의 단락에서 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(400)는, 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀(예를 들어, 전술한 전기화학 셀(121A))이 적어도 부분적으로 용접에 의해 기판(예를 들어, 전술한 113A 내지 113D 중 임의의 기판)에 직접 부착될 수 있는 단계(430)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 적어도 하나의 제어기(예를 들어, 전술한 제어기(114)) 및 적어도 하나의 배터리 전원 버스(예를 들어, 전술한 전원 버스(118))를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(400)는 그 후 필요에 따라 종료되거나 예컨대 더 많은 셀에 대해 반복될 수 있다.
도 5는 배터리 팩을 조립하기 위한 대표적인 프로세스(500)를 도시한다. 대표 프로세스(500)의 단계는 아래의 단락에서 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(500)는 선택적으로, 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀(예를 들어, 121A)의 적어도 일부가 기판(예를 들어, 113A 내지 113D 중 임의의 기판)의 적어도 하나의 개구에 삽입될 수 있는 단계(510)에서 시작할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 적어도 하나의 제어기(예를 들어, 전술한 제어기(114)) 및 적어도 하나의 배터리 전원 버스(예를 들어, 전술한 전원 버스(118))를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 배터리 팩(예를 들어, 210)의 하나 이상의 배터리 (예를 들어, 120 내지 150)는 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)의 세트(예를 들어, 121, 122, 123, 및/또는 124)를 포함할 수 있고, 각각의 셀 세트는 상이한 시기 또는 동시에 적어도 부분적으로 삽입될 수 있는 하나 이상의 셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩의 모든 셀은 동시에 적어도 부분적으로 기판에 삽입될 수 있다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(500)는, 그 다음, 배터리 팩의 셀(들)이 적어도 부분적으로 용접에 의해 기판에 직접 부착될 수 있는 단계(530)로 진행할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(530)는 셀(들)이 기판에 레이저 용접될 수 있는 단계(531)를 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(530)는, 셀(들)이 전선 없이 배터리 전원 버스에 물리적으로 연결될 수 있는 단계(532)를 선택적으로 포함할 수 있는데, 이는 앞서 설명한 부착을 제공할 수 있거나 추가 부착일 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(500)는, 그 다음, 셀(들) 및/또는 기판이 하우징(예를 들어, 하우징(111)) 내로 삽입될 수 있는 단계(540)로 진행할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(500)는 그 후 필요에 따라 종료되거나 반복될 수 있다.
도 6은 배터리 팩의 열 관리를 위한 대표적인 하이-레벨 프로세스(600)를 도시한다. 대표 프로세스(600)의 단계는 아래의 단락에서 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(600)는, 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀(예를 들어, 121A 내지 121C 중 임의의 전기화학 셀)에 직접 연결된 기판(예를 들어, 113A 내지 113D 중 임의의 기판)과 셀(들) 사이에서 열, 전력 및 신호가 전달될 수 있는 단계(650)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(600)는 그 후 필요에 따라 종료되거나 반복될 수 있다.
도 7은 배터리 팩의 열 관리를 위한 대표적인 하이-레벨 프로세스(700)를 도시한다. 대표 프로세스(700)의 단계는 아래의 단락에서 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(700)는, 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀(예를 들어, 121A 내지 121C 중 임의의 전기화학 셀)에 직접 연결된 기판(예를 들어, 113A 내지 113D 중 임의의 기판)과 셀(들) 사이에서 열, 전력 및 신호가 전달될 수 있는 단계(750)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(750)는, 열이 다수의 셀 사이에서 직접 및/또는 하나의 셀과 기판 사이에서 직접 어느 방향으로든 전달될 수 있는 단계(751)를 선택적으로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(750)는 기판과 셀(들) 사이의 물리적 연결을 통해 셀(들)로 및/또는 셀(들)로부터 기판을 사용하여 배터리 팩에 열 전달이 제공될 수 있는 단계(752)를 선택적으로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(750)는, 전원 버스(예를 들어, 전술한 전원 버스(118))가 셀(들)로 및/또는 셀(들)로부터 전력을 전송하는 데 사용될 수 있는 단계(753)를 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원 버스는 기판에 통합될 수 있고 전원 버스는 셀(들)에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(750)는, 예컨대 제어기(예를 들어, 전술한 제어기(114))에 의해, 적어도 하나의 전기화학 셀의 온도 정보, 적어도 하나의 전기화학 셀의 전압 및/또는 전류 정보, 적어도 하나의 전기화학 셀의 밸런싱 정보, 적어도 하나의 전기화학 셀의 충전 정보, 적어도 하나의 전기화학 셀의 진단 정보, 및 적어도 하나의 전기화학 셀의 건전성 정보 중 적어도 하나가 결정 및/또는 전달될 수 있는 단계(754)를 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(예를 들어, 도 1a 내지 1c 및 3a의 116)는 이 정보 중 임의의 것을 측정할 수 있고/있거나 제어기는 이 정보 중 임의의 것을 결정 및/또는 전달할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(700)는 그 후 필요에 따라 종료되거나 반복될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 4 내지 도 7을 참조하여 전술한 방법이 임의의 다양한 방식으로 달라질 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전술한 방법의 단계는 설명된 것과 다른 순서로 수행될 수 있고, 방법은 전술하지 않은 추가 단계를 포함할 수 있고/있거나 방법이 전술한 모든 단계를 포함하지 않을 수도 있다.
일부 양태들이 컴퓨팅 장치를 사용하여 구현될 수 있다는 것이 전술한 설명으로부터 추가로 이해되어야 한다. 도 8은 컴퓨터(810) 형태로 된 시스템(800)의 범용 컴퓨팅 장치를 도시하며, 이는 전술한 임의의 제어기(예를 들어, 114)와 같은 소정의 양태를 구현하는 데 사용될 수 있다.
컴퓨터(810)에서, 구성요소는 처리 유닛(820), 시스템 메모리(830), 및 시스템 메모리를 포함하는 다양한 시스템 구성요소를 처리 유닛(820)에 결합하는 시스템 버스(821)를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 시스템 버스(821)는 다양한 버스 아키텍처 중 임의의 것을 사용하는 메모리 버스 또는 메모리 제어기, 주변 버스 및 로컬 버스를 포함하는 여러 유형의 버스 구조 중 임의의 것일 수 있다. 이러한 아키텍처의 예에는 ISA(Industry Standard Architecture) 버스, MCA(Micro Channel Architecture) 버스, EISA(Enhanced ISA) 버스, VESA(Video Electronics Standards Association) 로컬 버스 및 메자닌 버스(Mezzanine bus)라고도 하는 PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
컴퓨터(810)는 일반적으로 다양한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터(810)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있으며, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체의 예에는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체가 포함될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 컴퓨터 저장 매체는, 컴퓨터 판독가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 컴퓨터 저장 매체는, RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 기타 메모리 기술, CD-ROM, 디지털 다목적 디스크(DVD) 또는 다른 광디스크 저장 장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 원하는 정보를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터(810)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 하나 이상의 매체를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 통신 매체는 일반적으로 반송파 또는 다른 전송 메커니즘과 같은 변조된 데이터 신호로 컴퓨터 판독가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터를 구현할 수 있고 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. "변조된 데이터 신호"라는 용어는, 신호의 특성 중 하나 이상이 신호 내에 정보를 인코딩하는 방식으로 설정되거나 변경된 신호를 의미한다. 통신 매체의 예에는 유선 네트워크 또는 직접 유선 연결과 같은 유선 매체, 및 음향, RF, 적외선 및 기타 무선 매체와 같은 무선 매체가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 전술한 것 중 임의의 것의 조합도 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
시스템 메모리(830)는 읽기 전용 메모리(ROM)(831) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(832)와 같은 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리 형태의 컴퓨터 저장 매체를 포함한다. 예컨대 시동 중, 컴퓨터(810) 내의 구성요소 간의 정보 전송을 돕는 기본 루틴을 포함하는 기본 입력/출력 시스템(833)(BIOS)은 일반적으로 ROM(831)에 저장된다. RAM(832)은 일반적으로 처리 유닛(820)에 의해 즉시 액세스 가능하고/하거나 현재 작동되고 있는 데이터 및/또는 프로그램 모듈을 포함한다. 제한이 아닌 예로서, 도 8은 운영 체제(834), 응용 프로그램(835), 다른 프로그램 모듈(839) 및 프로그램 데이터(837)를 도시한다.
컴퓨터(810)는 다른 분리형/비분리형, 휘발성/비휘발성 컴퓨터 저장 매체도 포함할 수 있다. 오직 예로서, 도 8은, 비분리형, 비휘발성 자기 매체로부터 판독하거나 이에 기록하는 하드 디스크 드라이브(841), 분리형, 비휘발성 자기 디스크(852)로부터 판독하거나 이에 기록하는 자기 디스크 드라이브(851), 및 CD ROM 또는 기타 광학 매체와 같은 분리형, 비휘발성 광 디스크(859)로부터 판독하거거나 이에 기록하는 광 디스크 드라이브(855)를 도시한다. 예시적인 컴퓨팅 시스템에서 사용될 수 있는 다른 분리형/비분리형, 휘발성/비휘발성 컴퓨터 저장 매체는 자기 테이프 카세트, 플래시 메모리 카드, 디지털 다목적 디스크, 디지털 비디오 테이프, 솔리드 스테이트 RAM, 솔리드 스테이트 ROM 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 하드 디스크 드라이브(841)는 일반적으로 인터페이스(840)와 같은 비분리형 메모리 인터페이스를 통해 시스템 버스(821)에 연결되고, 자기 디스크 드라이브(851) 및 광 디스크 드라이브(855)는 일반적으로 인터페이스(850)와 같은 분리형 메모리 인터페이스에 의해 시스템 버스(821)에 연결된다.
앞서 논의되고 도 8에 도시된 드라이브 및 관련 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터(810)에 대한 컴퓨터 판독가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 및 기타 데이터의 저장을 제공한다. 도 8에서, 예를 들어, 하드 디스크 드라이브(841)는 운영 체제(844), 응용 프로그램(845), 다른 프로그램 모듈(849), 및 프로그램 데이터(847)를 저장하는 것으로 도시된다. 이들 구성요소는 운영 체제(834), 응용 프로그램(835), 다른 프로그램 모듈(539), 및 프로그램 데이터(837)와 동일하거나 상이할 수 있음에 유의해야 한다. 운영 체제(844), 응용 프로그램(845), 기타 프로그램 모듈(849), 및 프로그램 데이터(847)는 여기서 최소한 서로 다른 사본임을 나타내기 위해 서로 다른 번호가 부여된다. 사용자는, 일반적으로 마우스, 트랙볼 또는 터치 패드로 지칭되는 키보드(892) 및 포인팅 장치(891)와 같은 입력 장치를 통해 컴퓨터(810)에 명령 및 정보를 입력할 수 있다. 다른 입력 장치(도시되지 않음)는 마이크로폰, 조이스틱, 게임 패드, 위성 접시, 스캐너 등을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 입력 장치는 종종 시스템 버스에 결합된 사용자 입력 인터페이스(590)를 통해 처리 유닛(820)에 연결되지만, 병렬 포트, 게임 포트 또는 범용 직렬 버스(USB)와 같은 다른 인터페이스 및 버스 구조에 의해 연결될 수도 있다. 모니터(891) 또는 다른 유형의 디스플레이 장치도 비디오 인터페이스(890)와 같은 인터페이스를 통해 시스템 버스(821)에 연결된다. 모니터 외에도, 컴퓨터는 출력 주변장치 인터페이스(895)를 통해 연결될 수 있는 스피커(897) 및 프린터(899)와 같은 다른 주변 출력 장치도 포함할 수 있다.
컴퓨터(810)는 원격 컴퓨터(880)와 같은 하나 이상의 원격 컴퓨터에 대한 논리적 연결을 사용하여 네트워킹된 환경에서 동작할 수 있다. 원격 컴퓨터(880)는 개인용 컴퓨터, 서버, 라우터, 네트워크 PC, 피어 장치(peer device) 또는 다른 공통 네트워크 노드일 수 있으며, 일반적으로 컴퓨터(810)와 관련하여 전술한 다수의 구성요소 또는 모든 구성요소를 포함하지만, 도 8에는 메모리 저장 장치(881)만 도시되었다. 도 8에 도시된 논리적 연결은 근거리 네트워크(LAN)(871) 및 원거리 네트워크(WAN)(873)를 포함하지만, 다른 네트워크도 포함할 수 있다. 이러한 네트워킹 환경은 사무실, 전사적 컴퓨터 네트워크, 인트라넷 및 인터넷에서 흔히 볼 수 있다.
LAN 네트워킹 환경에서 사용될 때, 컴퓨터(810)는 네트워크 인터페이스 또는 어댑터(870)를 통해 LAN(871)에 연결된다. WAN 네트워킹 환경에서 사용될 때, 컴퓨터(810)는 일반적으로 모뎀(872) 또는 인터넷과 같은 WAN(873)을 통해 통신을 수립하는 다른 수단을 포함한다. 내장형 또는 외장형일 수 있는 모뎀(872)은 사용자 입력 인터페이스(890) 또는 다른 적절한 메커니즘을 통해 시스템 버스(821)에 연결될 수 있다. 네트워킹된 환경에서, 컴퓨터(810)와 관련하여 도시된 프로그램 모듈 또는 그 일부는 원격 메모리 저장 장치에 저장될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 도 8은 메모리 장치(881)에 상주하는 것으로 원격 응용 프로그램(885)을 도시한다. 도시된 네트워크 연결은 예시적이며 컴퓨터 사이의 통신 링크를 수립하는 다른 수단이 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
실시예는, 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 프로세서에서 실행될 때, 앞서 논의된 다양한 실시예를 구현하는 방법을 수행하는 하나 이상의 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터 판독가능 저장 매체 (또는 다중 컴퓨터 판독가능 매체)(예를 들어, 컴퓨터 메모리, 하나 이상의 플로피 디스크, 콤팩트 디스크(CD), 광 디스크, 디지털 비디오 디스크(DVD), 자기 테이프, 플래시 메모리, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Arrays) 또는 다른 반도체 장치 내의 회로 구성 또는 다른 유형의(tangible) 컴퓨터 저장 매체)로서 구현될 수 있다. 전술한 예로부터 명백한 바와 같이, 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 비일시적 형태로 컴퓨터 실행가능 명령을 제공하기에 충분한 시간 동안 정보를 보유할 수 있다. 이러한 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 매체들은, 이러한 매체 상에 저장된 프로그램 또는 프로그램들이 하나 이상의 상이한 컴퓨터 또는 다른 프로세서로 로딩되어 앞서 논의된 본 발명의 다양한 양태를 구현할 수 있도록 이동 가능할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "컴퓨터 판독가능 저장 매체"라는 용어는 컴퓨터가 정보를 읽을 수 있는 유형(tangible)의 기계, 메커니즘 또는 장치만을 포함한다. 대안적 또는 추가적으로, 일부 실시예는 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 아닌 컴퓨터 판독가능 매체로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 아닌 컴퓨터 판독가능 매체의 예에는 전파 신호와 같은 일시적 매체가 포함된다.
본 발명의 일부 실시예가 본 명세서에서 설명되고 도시되었지만, 당업자는 본 명세서에서 설명되는 기능의 수행 및/또는 본 명세서에서 설명되는 결과 및/또는 하나 이상의 이점을 획득하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 구상할 것이고, 이러한 변형 및/또는 수정 각각은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 더 일반적으로, 당업자는 본 명세서에서 설명되는 모든 파라미터, 치수, 물질 및 구성이 예시적인 것이고, 실제 파라미터, 치수, 물질 및/또는 구성은 특정 애플리케이션 또는 본 발명의 교시가 사용되는 애플리케이션에 의존할 것임을 쉽게 이해할 것이다. 당업자는, 본 명세서에서 설명되는 발명의 특정 실시예의 많은 등가물을 인식하거나 일상적인 실험만으로 이를 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시예는 단지 예로서 제시되고, 첨부된 청구범위 및 그에 대한 균등물의 범위 내에서, 본 발명은 구체적으로 설명되고 청구된 것과 다르게 실시될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 본 발명은 본 명세서에서 설명된 각각의 개별적인 기능, 시스템, 물품, 물질 및/또는 방법을 포함할 수 있다. 추가적으로, 이러한 기능, 시스템, 물품, 물질 및/또는 방법이 서로 모순되지 않는 경우, 이러한 기능, 시스템, 물품, 물질 및/또는 방법 중 둘 이상의 임의의 조합은 본 발명의 범위 내에 포함된다.
명세서 및 청구범위에서 사용되는 부정관사 하나("a", "an")는, 명백하게 반대로 표시되지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해하여야 한다.
명세서 및 청구범위에서 사용되는 "및/또는(and/or)"이라는 문구는 이 문구로 연결된 구성요소(즉, 일부 경우에 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리되어 존재하는 구성요소) 중 "어느 하나 또는 모두"를 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 명확하게 반대로 표시되지 않는 한, "및/또는" 문구에 의해 구체적으로 식별된 구성요소 이외에 다른 구성요소가 선택적으로 존재할 수 있는데, 이러한 다른 구성요소는 구체적으로 식별된 구성요소와의 관련성 여부에 상관없이 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및/또는 B"가 "포함하는(comprising)"과 같은 개방형 언어와 함께 사용되는 경우, 이는 일 실시예에서 B 없는 A(B 이외의 다른 구성요소를 선택적으로 포함)를 지칭하고, 다른 실시예에서 A 없는 B(A 이외의 다른 구성요소를 선택적으로 포함)를 지칭하며, 또 다른 실시예에서 A와 B 모두(다른 구성요소를 선택적으로 포함)를 지칭할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 "또는(or)"은, 앞서 설명한 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해하여야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목을 분리하는 경우, "또는"이나 "및/또는"은 포괄적인 의미(즉, 다수의 구성요소 또는 구성요소의 목록 중 적어도 하나를 포함하나 둘 이상도 포함하고, 선택적으로 목록에 없는 추가 항목을 포함)로 해석되어야 한다. 이와 반대되는 것으로 명확하게 표시되는 용어, 예를 들어, "~중 오직 하나(only one of)" 또는 "~중 정확히 하나(exactly one of)", 또는 청구범위에서 사용되는 경우, "구성되는(consisting of)"과 같은 용어만이, 다수의 구성요소 또는 구성요소의 목록 중 정확히 하나의 구성요소를 포함하는 것을 의미할 것이다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 용어 "또는"은, "~중 어느 하나(either)", "~중 하나(one of)", "~중 오직 하나(only one of)" 또는 "~중 정확히 하나(exactly one of)"와 같은 배타적 용어가 뒤에 오는 경우에만, 배타적인 양자택일(즉, "하나 또는 다른 하나이되 둘 모두는 아님")을 표시하는 것으로 해석되어야 한다. "필수적으로 구성되는(consisting essentially of)"은, 청구범위에서 사용되는 경우, 특허법 분야에서 사용되는 일반적인 의미를 갖는다.
명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같이, 하나 이상의 구성요소의 목록과 관련하여 문구 "적어도 하나(at least one)"는, 구성요소의 목록에서 임의의 하나 이상의 구성요소로부터 선택되는 적어도 하나의 구성요소를 의미하나, 구성요소 목록 내에 구체적으로 나열된 각각의 모든 구성요소 중 적어도 하나를 반드시 포함해야 하는 것은 아니며, 구성요소의 목록에서 구성요소의 임의의 조합을 배제하지도 않는다. 이러한 정의는 또한, 문구 "적어도 하나"가 지칭하는 구성요소의 목록 내 구체적으로 식별된 구성요소 이외의 구성요소가, 구체적으로 식별된 구성요소와의 관련성에 관계없이, 선택적으로 존재할 수 있는 것을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 등가의 의미를 갖는 "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 등가의 의미를 갖는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 일 실시예에서, B가 존재하지 않고, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나 A (그리고 선택적으로 B 이외의 구성요소를 포함함)를 지칭하고; 또 다른 실시예에서, A가 존재하지 않고, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나 B (그리고 선택적으로 A 이외의 구성요소를 포함함)를 지칭하며; 또 다른 실시예에서, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나 A, 및 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나 B (그리고 선택적으로 다른 구성요소를 포함함) 등을 지칭할 수 있다.
일부 실시예는 방법으로 구현될 수 있으며, 이의 다양한 예가 설명되었다. 방법의 일부로서 수행되는 단계는 임의의 적절한 방식으로 순서가 정해질 수 있다. 따라서, 상술한 실시예에서 단계는 순차적으로 수행되는 것으로 도시되지만, 도시된 것과 다른 순서로 단계가 수행되는 실시예가 구성될 수 있으며, 이는 설명된 단계와 다른 (예를 들어, 더 많거나 적은) 단계를 포함할 수 있고/있거나 일부 단계를 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있다.
청구항 구성요소를 한정하기 위해 청구항에서 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수 용어를 사용한다고 해서 그 자체로 하나의 청구항 구성요소가 다른 구성요소보다 우선하거나 선행하거나 순서상 앞서는 것 또는 방법의 단계가 수행되는 시간 순서를 내포하는 것은 아니며, 특정 명칭을 갖는 하나의 청구항 구성요소를 (서수 용어의 사용을 제외하고는) 그와 동일한 명칭을 갖는 다른 구성요소와 구별하여 청구항 구성요소들을 구별하기 위한 라벨로만 단순히 사용될 뿐이다.
위의 명세서뿐만 아니라, 청구범위에서도, "포함하는"(comprising, including, involving), "갖는(carrying, having)", "함유하는(containing)", "수용하는(holding)" 등과 같은 모든 연결 문구(transitional phrase)는 개방형, 즉 포함하지만 제한되지 않음을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 미국 특허청 특허 심사 절차 매뉴얼의 섹션 2111.03에 명시된 바와 같이 "구성되는(consisting of)" 및 "필수적으로 구성되는(consisting essentially of)"이라는 연결 문구만이 각각 폐쇄형 또는 반폐쇄형 연결 문구이다.

Claims (72)

  1. 배터리 팩(battery pack)으로서,
    기판 ― 상기 기판은 상기 기판에 통합된 배터리 전원 버스, 및 팩 제어기를 포함함 ―, 및
    상기 기판에 직접 연결된 적어도 하나의 전기화학 셀(cell)을 포함하는,
    배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 전원 버스는 전선 없이 상기 적어도 하나의 전기화학 셀에 물리적으로 연결되는,
    배터리 팩.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 적어도 부분적으로 레이저 용접에 의해 상기 기판에 연결되는,
    배터리 팩.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀 및 상기 기판이 배치되는 하우징을 더 포함하는,
    배터리 팩.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 적어도 하나의 전기화학 셀 사이의 물리적 연결은 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로부터 열 전달을 제공하도록 구성되는,
    배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판과 상기 적어도 하나의 전기화학 셀 사이의 상기 물리적 연결은, 상기 적어도 하나의 전기화학 셀과 추가의 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 직접 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀과 상기 기판 사이에서 직접 어느 방향으로든 열 전달을 제공하도록 구성되는,
    배터리 팩.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팩 제어기는,
    상기 배터리 팩의 온도 정보,
    상기 배터리 팩 내의 상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 전압 및/또는 전류 정보,
    상기 배터리 팩의 밸런싱(balancing) 정보,
    상기 배터리 팩의 충전 정보,
    상기 배터리 팩의 진단 정보, 및
    상기 배터리 팩의 건전성 정보
    중 적어도 하나를 결정 및/또는 전달하도록 구성되는,
    배터리 팩.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 인쇄 회로 기판을 포함하는,
    배터리 팩.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 제어기 영역 네트워크 버스 및 적어도 하나의 회로 차단기를 포함하는,
    배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 적어도 하나의 전기화학 셀 단자를 포함하는,
    배터리 팩.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 전원 버스는 상기 기판에 매립된 전도성 물질의 적어도 하나의 층을 포함하는,
    배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    전선 없이 상기 기판에 각각 직접 연결된 복수의 전기화학 셀을 포함하는,
    배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팩 제어기는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는,
    배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 리튬-금속 전극 활성 물질을 포함하는,
    배터리 팩.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 적어도 일부가 삽입되는 적어도 하나의 개구를 포함하는,
    배터리 팩.
  16. 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팩 제어기는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀과 추가의 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 충전 및/또는 방전을 밸런싱하도록 구성되는,
    배터리 팩.
  17. 인쇄 회로 기판으로서,
    상기 인쇄 회로 기판에 통합된 전원 버스 ― 상기 전원 버스는 적어도 하나의 전기화학 셀로 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로부터 전력을 전달하도록 연결되고 구성됨 ―, 및
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함하는,
    인쇄 회로 기판.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전원 버스는 전선 없이 상기 적어도 하나의 전기화학 셀에 물리적으로 연결되는,
    인쇄 회로 기판.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 적어도 부분적으로 레이저 용접에 의해 상기 인쇄 회로 기판에 연결되는,
    인쇄 회로 기판.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀 및 상기 인쇄 회로 기판은 하우징에 배치되는,
    인쇄 회로 기판.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판과 상기 적어도 하나의 전기화학 셀 사이의 물리적 연결은 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로부터 열 전달을 제공하도록 구성되는,
    인쇄 회로 기판.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판과 상기 적어도 하나의 전기화학 셀 사이의 상기 물리적 연결은, 상기 적어도 하나의 전기화학 셀과 추가의 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 직접 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀과 상기 인쇄 회로 기판 사이에서 직접 어느 방향으로든 열 전달을 제공하도록 구성되는,
    인쇄 회로 기판.
  23. 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기는,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 온도 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 전압 및/또는 전류 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 밸런싱 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 충전 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 진단 정보, 및
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 건전성 정보
    중 적어도 하나를 결정 및/또는 전달하도록 구성되는,
    인쇄 회로 기판.
  24. 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 적어도 일부가 삽입되는 적어도 하나의 개구를 포함하는,
    인쇄 회로 기판.
  25. 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기 영역 네트워크 버스 및 적어도 하나의 회로 차단기를 더 포함하는,
    인쇄 회로 기판.
  26. 제17항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 전기화학 셀 단자를 더 포함하는,
    인쇄 회로 기판.
  27. 제17항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 버스는 상기 인쇄 회로 기판에 매립된 전도성 물질의 적어도 하나의 층을 포함하는,
    인쇄 회로 기판.
  28. 제17항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    전선 없이 상기 인쇄 회로 기판에 각각 직접 연결된 복수의 전기화학 셀을 포함하는,
    인쇄 회로 기판.
  29. 제17항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는,
    인쇄 회로 기판.
  30. 제17항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 리튬-금속 전극 활성 물질을 포함하는,
    인쇄 회로 기판.
  31. 제17항 내지 제21항 및 제23항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀과 추가의 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 충전 및/또는 방전을 밸런싱하도록 구성되는,
    인쇄 회로 기판.
  32. 배터리 팩(battery pack)용 열 관리 시스템으로서,
    상기 열 관리 시스템은, 상기 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀, 및
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀에 직접 연결되고, 기판과 상기 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 열, 전력 및 신호를 전달하도록 구성된 상기 기판을 포함하는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 적어도 하나의 전기화학 셀과 추가의 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 직접 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀과 상기 기판 사이에서 직접 어느 방향으로든 열을 전달하도록 구성되는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 기판과 상기 적어도 하나의 전기화학 셀 사이의 물리적 연결을 통해 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로부터 열 전달을 제공하도록 구성되는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  35. 제32항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 통합된 전원 버스를 더 포함하되, 상기 전원 버스는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로부터 전력을 전달하도록 연결되고 구성되는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 전원 버스는 전선 없이 상기 적어도 하나의 전기화학 셀에 물리적으로 연결되는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  37. 제32항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 적어도 부분적으로 레이저 용접에 의해 상기 기판에 연결되는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  38. 제32항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀 및 상기 기판은 하우징에 배치되는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  39. 제32항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 제어기를 더 포함하되, 상기 제어기는,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 온도 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 전압 및/또는 전류 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 밸런싱 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 충전 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 진단 정보, 및
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 건전성 정보
    중 적어도 하나를 결정 및/또는 전달하도록 구성되는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  40. 제32항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 제어기 영역 네트워크 버스 및 적어도 하나의 회로 차단기를 포함하는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  41. 제32항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 적어도 하나의 전기화학 셀 단자를 포함하는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  42. 제32항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 버스는 상기 기판에 매립된 전도성 물질의 적어도 하나의 층을 포함하는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  43. 제32항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    전선 없이 상기 기판에 각각 직접 연결된 복수의 전기화학 셀을 더 포함하는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  44. 제32항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  45. 제32항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 리튬-금속 전극 활성 물질을 포함하는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  46. 제32항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 적어도 일부가 삽입되는 적어도 하나의 개구를 포함하는,
    배터리 팩용 열 관리 시스템.
  47. 배터리 팩(battery pack)의 열 관리 방법으로서,
    상기 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀에 직접 연결된 기판과 상기 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 열, 전력 및 신호를 전달하는 단계를 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀과 추가의 적어도 하나의 전기화학 셀 사이에서 직접 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀과 상기 기판 사이에서 직접 어느 방향으로든 열을 전달하는 단계를 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  49. 제47항에 있어서,
    상기 기판과 상기 적어도 하나의 전기화학 셀 사이의 물리적 연결을 통해 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로부터 상기 기판을 사용하여 열 전달을 제공하는 단계를 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  50. 제47항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    전원 버스가 상기 기판에 통합되고, 상기 전원 버스는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀에 연결되고, 상기 방법은 상기 전원 버스를 사용하여 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로 및/또는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀로부터 전력을 전달하는 단계를 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 전원 버스는 전선 없이 상기 적어도 하나의 전기화학 셀에 물리적으로 연결되는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  52. 제47항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 적어도 부분적으로 레이저 용접에 의해 상기 기판에 연결되는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  53. 제47항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀 및 상기 기판은 하우징에 배치되는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  54. 제47항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 온도 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 전압 및/또는 전류 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 밸런싱 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 충전 정보,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 진단 정보, 및
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 건전성 정보
    중 적어도 하나를 결정 및/또는 전달하는 단계를 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  55. 제47항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 제어기 영역 네트워크 버스 및 적어도 하나의 회로 차단기를 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  56. 제47항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 적어도 하나의 전기화학 셀 단자를 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  57. 제47항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 버스는 상기 기판에 매립된 전도성 물질의 적어도 하나의 층을 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  58. 제47항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 전기화학 셀은 각각 전선 없이 상기 기판에 직접 연결되는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  59. 제47항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  60. 제47항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 리튬-금속 전극 활성 물질을 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  61. 제47항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 적어도 일부가 삽입되는 적어도 하나의 개구를 포함하는,
    배터리 팩의 열 관리 방법.
  62. 배터리 팩(battery pack)을 조립하는 방법으로서,
    상기 배터리 팩의 적어도 하나의 전기화학 셀을 적어도 부분적으로 용접에 의해 기판에 직접 부착하는 단계를 포함하되,
    상기 기판은 적어도 하나의 제어기 및 적어도 하나의 배터리 전원 버스를 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
  63. 제62항에 있어서,
    상기 용접은 레이저 용접을 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
  64. 제62항 또는 제63항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 상기 기판에 부착하는 단계는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 전선 없이 상기 적어도 하나의 배터리 전원 버스에 물리적으로 연결하는 단계를 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
  65. 제62항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 적어도 일부를 상기 기판의 적어도 하나의 개구에 삽입하는 단계를 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
  66. 제62항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀 및 상기 기판을 하우징에 삽입하는 단계를 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
  67. 제62항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 인쇄 회로 기판을 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
  68. 제62항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 제어기 영역 네트워크 버스 및 적어도 하나의 회로 차단기를 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
  69. 제62항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 적어도 하나의 전기화학 셀 단자를 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
  70. 제62항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배터리 전원 버스는 상기 기판에 매립된 전도성 물질의 적어도 하나의 층을 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
  71. 제62항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
  72. 제62항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 리튬-금속 전극 활성 물질을 포함하는,
    배터리 팩을 조립하는 방법.
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