KR20230010717A - 배터리 팩, 차량 및 에너지 저장 디바이스 - Google Patents

배터리 팩, 차량 및 에너지 저장 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
KR20230010717A
KR20230010717A KR1020227043732A KR20227043732A KR20230010717A KR 20230010717 A KR20230010717 A KR 20230010717A KR 1020227043732 A KR1020227043732 A KR 1020227043732A KR 20227043732 A KR20227043732 A KR 20227043732A KR 20230010717 A KR20230010717 A KR 20230010717A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
thickness
core
compression
gap
Prior art date
Application number
KR1020227043732A
Other languages
English (en)
Inventor
시 장
이 판
Original Assignee
비와이디 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비와이디 컴퍼니 리미티드 filed Critical 비와이디 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20230010717A publication Critical patent/KR20230010717A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/53—Batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/11—DC charging controlled by the charging station, e.g. mode 4
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/251—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for stationary devices, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

배터리 팩, 차량 및 에너지 저장 디바이스가 개시된다. 배터리 팩(200)은 적어도 하나의 배터리 시퀀스(201)를 포함하고, 배터리 시퀀스(201)는 여러 개의 배터리들(100)을 포함한다. 적어도 하나의 배터리(100)는 하우징(101) 및 하우징(101) 내부에 패키징된 극 코어(102)를 포함한다. 적어도 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이에 갭이 존재하고, 갭 대 배터리(100)의 두께의 비율은 c이고, c는 다음의 관계식: (a-b)<c<(a
Figure pct00044
t)를 충족하고, 여기서 a는 배터리(100)의 팽창률을 나타내고, b는 극 코어(102)의 압축률을 나타내며, t는 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께 대 압축 전의 배터리(100)의 두께의 백분율의 비율을 나타낸다.

Description

배터리 팩, 차량 및 에너지 저장 디바이스
본 출원은 2020년 5월 25일자로 출원된 중국 특허 출원 제202010447938.3호에 대한 우선권 및 이익들을 주장한다. 위에 언급된 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 통합된다.
본 출원은 배터리 기술 분야에 관한 것으로, 특히 배터리 팩, 차량 및 에너지 저장 디바이스에 관한 것이다.
전기 차량들을 위한 배터리 팩들의 에너지 밀도가 증가함에 따라, 긴 서비스 수명은 극복될 필요가 있는 어려움들 중 하나이고, 이는 또한 사용자 경험에 영향을 미치는 매우 중요한 표지이며, 다양한 배터리 회사들 및 신 에너지 자동차 회사들이 추구해 온 목표이다. 배터리 팩에서, 전기화학적 시스템은 배터리의 서비스 수명에 영향을 미친다. 추가로, 외부 환경 또한 배터리의 서비스 수명에 중대한 영향을 미친다. 그 중에서도, 배터리는 사이클 동안 팽창할 수 있고, 인접하는 배터리들은 팽창 후에 서로 압착하여, 배터리 성능의 열화를 초래하거나, 심지어 심각한 경우들에는 안전 이슈들로 이어진다.
관련 기술 분야에서, 배터리 팽창을 완화하기 위해, 현재의 연구들 대부분은 배터리 팩/배터리 모듈에서 인접하는 배터리들 사이에 소정의 갭을 확보하는 것에 주력한다. 그러나, 갭은 배터리 팩의 내부 공간을 점유한다. 배터리 팩 내의 배터리들의 수가 비교적 큰 경우, 확보된 갭이 너무 크고, 모든 2개의 인접하는 배터리들 사이에 갭이 확보될 필요가 있어, 배터리 팩의 공간 활용은 불가피하게 현저히 감소될 것이다. 그러나, 확보된 갭이 너무 작은 경우, 배터리 팽창이 효과적으로 완화될 수 없다. 따라서, 인접하는 배터리들 사이의 갭을 합리적으로 설계하여 배터리 팩의 내부 공간을 너무 많이 점유하지 않고 배터리 팽창을 완화함으로써 배터리 팩의 전체 성능을 최대화하기 위한 방법은 현재 해결되어야 할 긴급한 문제이다.
위에서 언급된 문제들 중 적어도 하나를 해결하기 위해, 본 출원은 배터리 팽창을 완화하고 배터리의 사이클 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 팩의 내부 공간을 충분히 사용하는 배터리 팩을 제공하고자 한다.
본 출원의 제1 양태에 따르면, 적어도 하나의 배터리 시퀀스를 포함하는 배터리 팩이 제공되고, 여기서 배터리 시퀀스는 복수의 배터리들을 포함하고; 각각의 배터리의 두께는 제1 방향을 따라 연장되고, 복수의 배터리들은 제1 방향을 따라 배터리 시퀀스를 형성하도록 연속적으로 배열되고; 배터리들 중 적어도 하나는 케이싱 및 케이싱 내에 패키징된 코어를 포함하고, 적어도 2개의 인접하는 배터리들 사이에 갭이 존재하고, 갭 대 배터리의 두께의 비율은 c이고, c는 다음의 관계식:(a-b)<c<(a
Figure pct00001
t)을 만족하고, 여기서
a는 배터리의 팽창률을 나타내고;
b는 코어의 압축률을 나타내고;
t는 유효 압축 후의 배터리의 두께 대 압축 전의 배터리의 두께의 백분율의 비율을 나타낸다.
본 출원의 일부 구현들에서, a는 제1 방향으로의 배터리의 팽창률을 나타내고, b는 제1 방향으로의 코어의 압축률을 나타낸다.
본 출원의 일부 구현들에서, a=(팽창 후의 배터리의 두께 - 팽창 전의 배터리의 두께) / 팽창 전의 배터리의 두께
Figure pct00002
100%이고,
b = (압축 전의 코어의 두께 - 압축 후의 코어의 두께) /압축 전의 코어의 두께
Figure pct00003
100%이고,
t = 유효 압축 후의 배터리의 두께 /압축 전의 배터리의 두께
Figure pct00004
100%이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 팽창 전의 배터리의 두께는 사용 전 배터리의 초기 두께이고, 팽창 후의 배터리의 두께는 배터리의 용량이 초기 용량의 80% 이하로 감소할 때 측정된 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱은 개구 및 커버 플레이트를 갖는 케이싱 본체를 포함하고, 커버 플레이트는 케이싱 본체의 개구에 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 코어는 수용 캐비티 내부에 위치하고;
팽창 전의 배터리의 두께는 제1 방향을 따른 커버 플레이트의 치수이고;
팽창 후의 배터리의 두께는 제1 방향을 따라 배터리를 개재(sandwiching)하는 2개의 가상의 평행 평면들 사이의 간격이다.
본 출원의 일부 구현들에서, b는 제1 방향으로의 코어의 임계 압축률을 나타내고, 압축 후의 코어의 두께는 압축에 의해 손상되기 전의 코어의 임계 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 유효 압축 후의 배터리의 두께는 압축 후의 코어의 임계 두께보다 크다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압축 전의 코어의 두께는 사용 전의 코어의 초기 두께이고; 압축 후의 코어의 두께는 압축 후 제1 방향을 따른 코어의 2개의 대향하는 표면들 사이의 평균 거리이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압축 후의 코어의 두께는 압력(P1)이 미리 결정된 시간 동안 코어에 가해진 후에 측정되는 코어의 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압력은 제1 방향을 따라 코어의 외부 표면에 가해지고, P1=0.5 Mpa-0.7 MPa이고, 미리 결정된 시간은 T1=60s-180s이다.
본 출원의 일부 구현들에서, a = (팽창 후의 배터리의 두께 - 팽창 전의 배터리의 두께) / 팽창 전의 배터리의 두께
Figure pct00005
100%이고,
b = (사용 전의 배터리의 초기 두께 - 압축 후의 코어의 두께) /사용 전의 배터리의 초기 두께
Figure pct00006
100%이고,
t = 유효 압축 후의 배터리의 두께 /압축 전의 배터리의 두께
Figure pct00007
100%이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압축 전의 배터리의 두께는 배터리의 DC 내부 저항이 r1일 때 압축 전 측정된 두께이고,
유효 압축 후의 배터리의 두께는 압력(P2)이 배터리에 가해지고 배터리의 DC 내부 저항이 r2일 때 측정되는 두께이고, 여기서 r1 및 r2는 (r1-r2)/r1
Figure pct00008
100% = 2%-8%를 만족한다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압력(P2)은 제1 방향을 따라 배터리의 외부 표면에 가해진다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압축 전의 배터리의 두께는 배터리가 20% 내지 80%의 충전 상태(state of charge, SOC)에 있을 때 압축 전 측정된 두께이고; 유효 압축 후의 배터리의 두께는 배터리가 20% 내지 80%의 충전 상태(SOC)에 있을 때 압축 후 측정된 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭은 사용 전의 2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭이고; 배터리의 두께는 사용 전의 배터리의 초기 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱은 개구 및 커버 플레이트를 갖는 케이싱 본체를 포함하고, 커버 플레이트는 케이싱 본체의 개구에 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 코어는 수용 캐비티 내부에 위치하고;
2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭은 제1 갭을 포함하고, 제1 갭은 2개의 인접하는 배터리들의 동일한 측면(side) 상에 위치하는 2개의 커버 플레이트들 사이의 최소 거리이고, 배터리의 두께는 제1 방향을 따른 커버 플레이트의 치수이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱은 개구 및 커버 플레이트를 갖는 케이싱 본체를 포함하고, 커버 플레이트는 케이싱 본체의 개구에 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 코어는 수용 캐비티 내부에 위치하고;
배터리는 제1 방향을 따라 2개의 대향하는 제1 표면들을 갖고;
2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭은 제2 갭을 포함하고, 제2 갭은 2개의 인접하는 배터리들의 서로 대향하는 2개의 제1 표면들 사이의 최소 간격이고; 배터리의 두께는 제1 방향을 따른 커버 플레이트의 치수이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 사용 전의 배터리의 제2 갭은 사용 후의 배터리의 제2 갭보다 크다.
본 출원의 일부 구현들에서, a는 5.8% 내지 17.5%의 범위의 값을 갖고, b는 3.21% 내지 8.8%의 범위의 값을 갖고, t는 81% 내지 97%의 범위의 값을 갖는다.
본 출원의 일부 구현들에서, 배터리의 길이는 제2 방향을 따라 연장되고, 배터리의 길이는 400 내지 2500 mm이고; 제2 방향은 제1 방향과 상이하다.
본 출원의 일부 구현들에서, 복수의 코어들은 케이싱 내에 패키징되고, 복수의 코어들은 여러 개의 코어 그룹들로 분할되고, 코어 그룹들은 직렬로 접속된다.
본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱과 코어 사이에 패키징 필름이 추가로 배치되고, 코어는 패키징 필름에 패키징된다.
본 출원의 제2 양태에 따르면, 전술한 배터리 팩을 포함하는 차량이 제공된다.
본 출원의 제3 양태에 따르면, 전술한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 디바이스가 제공된다.
전술한 기술적 해결책들에 의해, 본 출원에서 획득된 유익한 효과들은 다음과 같다: 인접하는 배터리들 사이에 갭이 확보되어 배터리 팽창을 위한 버퍼 공간을 제공할 때, 배터리의 팽창률, 코어의 압축률 및 배터리 성능에 유효한 압축 두께와 같은 다수의 인자들이 포괄적으로 고려된다. 전술한 인자들을 고려함으로써, 배터리들 사이의 갭의 설계는 더 과학적이고 합리적으로 될 것이다. 전술한 관계식들에 따른 갭의 확보는, 배터리들 사이의 갭이 너무 커서 배터리 팩의 공간을 낭비하는 것 및 너무 작아서 버퍼링(buffering) 효과를 제공하는 데에 실패하는 것을 방지할 수 있다. 그와 같이, 배터리 팩의 공간 활용을 개선하면서 배터리 팩의 서비스 수명이 연장될 수 있다.
도 1은 본 출원에 따른 배터리 팩의 개략도이다.
도 2는 본 출원에 따른 배터리 시퀀스의 개략도이다.
도 3은 본 출원에 따른 배터리의 개략도이다.
도 4는 본 출원에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 5는 본 출원에 따른 배터리 모듈의 개략도이다.
도 6은 본 출원에 따른 배터리 팩의 블록도이다.
도 7은 본 출원에 따른 차량의 블록도이다.
도 8은 본 출원에 따른 에너지 저장 디바이스의 블록도이다.
참조 번호들의 리스트:
200, 배터리 팩; 201, 배터리 시퀀스; 202, 트레이;
300, 배터리 모듈; 400, 차량; 500, 에너지 저장 디바이스;
100, 배터리; 101, 케이싱(casing); 1011, 커버 플레이트; 1012, 케이싱 본체; 102, 코어; 1021, 양의 탭(positive tab); 1022, 음의 탭(negative tab).
본 출원은 배터리 팩(200)을 제공한다. 배터리 팩(200)은 적어도 하나의 배터리 시퀀스(201)를 포함한다. 배터리 시퀀스(201)는 복수의 배터리들(100)을 포함한다. 각각의 배터리(100)의 두께는 제1 방향을 따라 연장된다(도면들에서, A는 제1 방향을 나타내고 B는 제2 방향을 나타낸다). 복수의 배터리들(100)은 제1 방향을 따라 배터리 시퀀스(201)를 형성하도록 연속적으로 배열된다. 배터리들(100) 중 적어도 하나는 케이싱(101) 및 케이싱(101) 내에 패키징된 코어(102)를 포함한다. 적어도 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이에 갭이 존재한다. 갭 대 배터리(100)의 두께의 비율은 c이고, c는 다음의 관계식:(a-b)<c<(a
Figure pct00009
t)을 만족하고, 여기서 a는 배터리(100)의 팽창률을 나타내고; b는 코어(102)의 압축률을 나타내고; t는 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께 대 압축 전의 배터리(100)의 두께의 백분율의 비율을 나타낸다.
본 출원에서, 배터리 팩(200)은 하나 이상의 배터리 시퀀스(201)를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 시퀀스들(201)이 포함될 때, 복수의 배터리 시퀀스들(201)은 직렬 및/또는 병렬로 접속되어 배터리 팩(200)을 형성한다. 각각의 배터리 시퀀스(201)는 2개 이상의 배터리들(100)을 포함한다. 실제 생산에 있어, 배터리들(100)의 수 및 배터리 시퀀스들(201)의 수는 실제 필요에 따라 설정될 수 있고, 이는 본 출원에서 제한되지 않는다.
각각의 배터리(100)의 두께가 제1 방향을 따라 연장되고 복수의 배터리들(100)이 제1 방향을 따라 연속적으로 배열된다는 것은, 적어도 하나의 배터리 시퀀스(201)에서, 복수의 배터리들(100)이 그들의 두께 방향을 따라 배열되고, 배터리(100)의 두께 방향으로의 2개의 대향하는 표면들이 가장 넓은 면적을 갖는 것으로서 이해될 수 있다. 두께 방향을 따른 배터리들(100)의 배열은, 배터리들(100)이 그들의 넓은 표면들이 서로를 향해 대면하도록 연속적으로 배열된다는 것을 의미한다. 더 넓은 면적을 갖는 표면이 팽창할 가능성이 더 크기 때문에, 배터리들(100) 사이에 확보된 소정의 갭은 배터리들(100)의 팽창을 위한 버퍼 공간을 제공할 수 있다.
배터리(100)가 팽창할 때, 열이 발생한다. 배터리들(100) 사이에 소정의 갭이 확보될 때, 갭은 또한 공기 덕트(air duct)와 같은 열 방산 채널로서 기능할 수 있다. 배터리(100)의 더 넓은 표면은 더 나은 열 방산 효과를 가지며, 이는 배터리 팩(200) 또는 배터리 모듈(300)의 열 방산 효율을 개선할 수 있고, 그에 의해 배터리 팩(200)의 안전 성능을 개선할 수 있다.
전술한 해결책에서, 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭의 확보는, 배터리들(100) 사이에 기계 부재가 배치되지 않고 오직 소정의 공간만이 확보되는 것으로 이해될 수 있거나, 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이에 다른 기계 부재가 배치됨으로써 하나의 배터리(100)가 기계 부재에 의해 다른 배터리(100)로부터 분리되도록 하는 것으로 이해될 수 있다.
기계 부재가 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이에 배치될 때, 배터리들(100) 사이의 갭은, 기계 부재와 배터리(100) 사이의 간격이 아니라, 기계 부재의 2개의 측면들 상의 배터리들(100) 사이의 거리로 이해되어야 한다는 것에 주목해야 한다.
기계 부재는, 기계 부재의 2개의 측면들 상의 배터리들(100)로부터 소정의 갭만큼 이격될 수 있거나, 배터리들(100)과 직접 접촉할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 기계 부재가 그의 2개의 측면들 상의 배터리들(100)과 직접 접촉할 때, 기계 부재는 배터리들(100)의 팽창을 위한 버퍼링 효과를 제공할 수 있는 어느 정도의 유연성을 가져야 한다.
기계 부재는 에어로겔(aerogel), 열 전도성 구조 접착제 또는 단열 폼(foam)을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서, 배터리 팩(200)이 복수의 배터리 시퀀스들(201)을 포함할 때, 2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭은, 2개의 상이한 배터리 시퀀스들(201)로부터의 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 간격이 아니라, 동일한 배터리 시퀀스(201)에서의 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 간격을 지칭해야 한다. 물론, 상이한 배터리 시퀀스들(201)로부터의 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭은 또한 전술한 관계식들을 참조하여 설정될 수 있고, 이는 본 출원에서 제한되지 않는다.
동일한 배터리 시퀀스(201)에서, 모든 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이마다 소정의 갭이 확보될 수 있거나, 일부의 인접하는 배터리들(100)의 사이에 소정의 갭이 확보될 수 있다.
2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭은 배터리들(100)의 동작 시간의 증가에 따라 변화하지만, 동작 중이든, 동작 후이든 또는 배터리들(100)이 공장에서 출하되기 전이든, 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭이 전술한 관계식을 만족하는 모든 기술적 해결책들은 본 출원의 보호 범위 내에 속한다는 것에 주목해야 한다.
본 출원에서, 배터리(100)는 전체 고체 상태(all-solid-state) 배터리 또는 겔 중합체(gel polymer) 배터리일 수 있고, 액체 배터리, 소프트 팩 배터리, 또는 정사각형 배터리일 수 있다. 코어(102)는 양극 플레이트, 고체 전해질 층 및 음극을 연속적으로 감거나 적층하여 형성된 전극 어셈블리를 포함하거나, 코어(102)는 양극 플레이트, 분리기(separator), 및 음극을 연속적으로 감거나 적층하여 형성된 배터리 어셈블리를 포함한다(여기서 코어(102)는 전해질을 추가로 포함한다).
배터리(100)의 팽창은 배터리(100)의 두께와 관련된다. 배터리(100)의 두께가 클수록, 배터리(100)가 팽창할 가능성이 더 크다. 따라서, 배터리(100)의 두께는 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭을 설정하는 프로세스에서 고려되어야 한다.
배터리(100)의 노화 프로세스 동안, 배터리(100)의 용량이 감소함에 따라, 배터리(100)의 케이싱(101) 내부의 코어(102)의 두께는 점진적으로 증가하고, 배터리(100)는 팽창한다. 배터리(100)의 팽창 성능은 상이한 전기화학적 시스템들에 따라 달라진다. 배터리(100)의 팽창률 a는 배터리(100)의 팽창 성능을 특징짓는다. 파라미터 a가 클수록, 배터리(100)가 팽창될 가능성이 크고; 파라미터 a가 작을수록, 배터리(100)가 팽창될 가능성이 작다. 배터리(100)의 팽창 성능 a는 배터리(100)의 서비스 수명에 직접적으로 영향을 미치므로, 배터리(100)의 팽창 성능은 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이에 갭을 설정하는 프로세스에서 충분히 고려될 필요가 있다.
배터리(100)가 팽창할 때, 케이싱(101) 내부에 위치하는 코어(102)의 자유 팽창이 어느 정도 제약된다. 케이싱(101)에 의한 제약으로 인해, 코어(102)는 그의 팽창 방향으로 압축된다. 코어(102)의 압축력은 상이한 전기화학적 시스템들에 따라 달라진다. 코어(102)의 압축률 b는 코어(102)의 압축력을 특징짓는다. 배터리 코어의 서비스 수명은 코어(102)가 압축될 수 있는 정도와 직접적으로 관련된다. b의 값이 너무 작은 경우, 코어(102)는 과압축(over-compressed)될 것이고, 이는 배터리(100)의 서비스 수명의 단축을 가속한다. b의 바람직한 값은 배터리(100)의 통상적인 전기화학적 수명을 보장하는 데에 도움이 된다. 따라서, 확보된 갭을 설정하는 프로세스에서, 코어(102)의 압축력의 영향을 포괄적으로 고려할 필요가 있다.
일단 배터리(100)가 팽창하면, 배터리(100) 내부의 양극 플레이트, 음극 플레이트 및 분리기 사이에 갭들이 형성된다. 그 결과, 양극 플레이트, 음극 플레이트 및 분리기는 더 이상 서로 가깝게 부착되지 않고, 이는 리튬 이온들의 물질 전달(mass transfer) 저항을 증가시키고 리튬 이온들의 전파(propagation)에 도움이 되지 않는다. 따라서, 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 적당한 압착은 배터리(100) 내의 계면에 대한 성형 효과를 가지며, 이는 양극 플레이트, 분리기 및 음극 플레이트 사이의 가까운 접착을 보장하고, 리튬 이온들의 물질 전달 저항을 감소시키고, 리튬 이온들의 전달률을 증가시키고, 배터리(100)의 내부 역학을 촉진하며, 배터리(100)의 서비스 수명을 연장시킬 수 있다. 파라미터 t는 배터리(100)의 서비스 수명을 연장하는 데에 있어, 배터리(100)의 팽창 응력(stress)의 효과를 특징짓는다. 유효 압축 후의 배터리의 두께는, 배터리의 최적 성능을 유지하면서 배터리가 최대로 허용되는 압축량으로 압축될 때 배터리의 두께일 수 있다는 것에 주목해야 한다.
본 출원의 발명자들은 실험들을 통해, c
Figure pct00010
(a-b)일 때, 배터리(100)의 용량이 사이클들에 따라 더 빠른 속도(rate)로 감소하는 경향이 있다는 것을 발견하였다.
c>a
Figure pct00011
t일 때, 배터리(100)의 용량은 가스 팽만(gas bulging) 현상을 동반하며, 사이클들에 따라 더 빠른 속도로 감소한다.
본 출원의 발명자들은 전술한 인자들을 포괄적으로 고려함으로써 실험들을 통해, 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭 대 배터리(100)의 두께의 비율 c가 전술한 범위로 제한될 때, 즉, (a-b)<c<(a
Figure pct00012
t)일 때, 배터리들(100) 사이에 확보된 갭이 배터리(100)의 자유 팽창을 위한 요구사항들을 충족할 수 있다는 것을 발견하였다. 이는 인접하는 배터리들(100)의 과압축이 배터리(100)의 케이싱(101)에 불균등한 응력을 야기하고, 배터리(100)의 용량의 급격한 하락 및 리튬 도금과 같은 현상의 발생을 초래하는 것을 방지하고 배터리(100)의 사이클 수명을 연장할뿐만 아니라; 배터리들(100) 사이에 확보된 갭이 너무 커서 배터리들(100) 내의 배열 공간을 낭비하는 것 및 배터리 팩(200)의 체적 활용을 감소시키는 것을 방지한다. 추가로, 갭의 설정은 또한 인접하는 배터리들(100) 사이에 적당한 압축 공간을 제공하여, 코어(102)의 내부 계면이 더 가깝게 부착되는 것을 보장하고, 배터리(100)의 리튬 이온 물질 전달 용량을 향상시키며, 배터리(100)의 전체 성능을 개선할 수 있다.
일단 배터리(100)가 팽창하면, 배터리(100)의 체적은 배터리(100)의 길이, 폭, 및 두께 방향들과 같은 다양한 방향들로 동시에 팽창한다. 배터리(100) 및 코어(102)의 그 방향들로의 팽창률 및 압축률은 상이하다. 그러나, 배터리(100) 및 코어(102)의 팽창률 또는 압축률은, 길이 방향으로든, 두께 방향으로든 또는 폭 방향으로든, 본 출원에서 제공되는 관계식들을 만족하는 한, 모두 본 출원의 보호 범위 내에 속할 것이다.
배터리(100)의 두께 방향으로의 2개의 대향하는 표면들은 더 큰 면적을 갖고, 따라서 더 큰 팽창 또는 수축을 경험한다. 따라서, 본 출원의 하나의 구현에서, a는 제1 방향으로의 배터리(100)의 팽창률을 나타내고; 이에 대응하여, b는 제1 방향으로의 코어(102)의 압축률을 나타내고, 배터리(100)의 두께 방향은 제1 방향에 평행하고, 코어(102)의 두께 방향은 제1 방향에 평행하다.
본 출원의 일부 구현들에서, 제1 방향으로의 배터리(100)의 팽창률을 계산하기 위한 공식은 다음과 같다:
a = (팽창 후의 배터리(100)의 두께 - 팽창 전의 배터리(100)의 두께) /팽창 전의 배터리(100)의 두께
Figure pct00013
100%;
제1 방향으로의 코어(102)의 압축률을 계산하기 위한 공식은 다음과 같다:
b =(압축 전의 코어(102)의 두께 - 압축 후의 코어(102)의 두께) /압축 전의 코어(102)의 두께
Figure pct00014
100%;
2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭 대 팽창 전의 배터리(100)의 두께의 비율을 계산하기 위한 공식은 다음과 같다:
c = 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭 / 사용 전의 배터리(100)의 초기 두께;
t를 계산하기 위한 공식은 다음과 같다:
t = 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께 /압축 전의 배터리(100)의 두께
Figure pct00015
100%.
전술한 해결책에서, 팽창 전의 배터리(100)의 두께는 사용 전의 배터리(100)의 초기 두께로서 이해될 수 있고, 팽창 후의 배터리(100)의 두께는 사용 후의 배터리(100)의 두께로서 이해될 수 있다.
"사용 전"은 배터리(100)가 어셈블리가 완료된 후 공장에서 출하되기를 기다리고 있거나, 공장에서 출하되었지만 아직 외부로 전력을 제공하기 시작하지 않은 것으로 이해될 수 있다. "사용 후"는 배터리(100)가 외부로 전력을 제공한 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(200)이 전기 차량에 설치되는 경우, 사용 전의 상태는 새로운 차량의 상태로서 이해될 수 있고; 사용 후의 상태는 차량이 소정의 마일리지에 도달한 후의 상태여야 한다.
일부 구현들에서, 팽창 후의 배터리(100)의 두께는 배터리(100)의 용량이 초기 용량의 80% 이하로 감소할 때 측정되는 두께이다. 배터리(100)의 용량이 초기 용량의 80% 이하로 감소할 때, 배터리(100)는 그의 서비스 수명의 종료점에 있다. 이 때, 배터리의 충전 용량은 가장 부족하고, 특히 팽창력은 가장 큰 영향을 미친다. 배터리(100)의 용량이 초기 용량의 80% 이하로 감소할 때 측정된 두께가 전술한 관계식을 충족할 때, 전체 수명 사이클 동안의 배터리(100)의 정상 동작이 보장될 수 있다. 따라서, 본 출원에서, 팽창 후의 배터리(100)의 두께는 배터리(100)의 용량이 초기 용량의 80% 이하로 감소할 때 측정된 두께일 수 있다.
초기 용량은 사용 전의 배터리(100)의 용량을 지칭한다. "사용 전"은 전술한 바와 같으며, 본 명세서에서 반복하여 설명되지 않는다.
본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱(101)은 개구 및 커버 플레이트(1011)를 갖는 케이싱 본체(1012)를 포함하고, 커버 플레이트(1011)는 케이싱 본체(1012)의 개구에 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 코어(102)는 수용 캐비티 내부에 위치한다.
케이싱 본체(1012)는 그의 오직 하나의 단부에만 개구를 가질 수 있고, 이에 대응하여 오직 하나의 커버 플레이트(1011)만이 존재하고; 또는 케이싱 본체(1012)는 그의 2개의 단부들 각각에 개구를 가질 수 있고, 이에 대응하여 2개의 커버 플레이트들(1011)이 존재한다.
전술한 구현에서, 커버 플레이트(1011)는 그의 높은 강도로 인해, 케이싱 본체(1012)보다 팽창될 가능성이 작다. 일정 기간 동작 후에 배터리(100) 내부에서 화학 반응이 발생하더라도, 커버 플레이트(1011)의 팽창은 무시될 수 있다. 따라서, 팽창 전의 배터리(100)의 초기 두께, 즉, 사용 전의 배터리(100)의 초기 두께는 제1 방향을 따른 커버 플레이트(1011)의 치수와 대략 동일할 수 있다. 즉, 배터리(100)의 두께 방향을 따른 커버 플레이트(1011)의 치수는 배터리(100)의 두께와 대략 동일하다.
배터리(100)가 일정 기간 동안 사용된 후, 두께 방향으로의 배터리(100)의 2개의 대향하는 표면들은 크게 팽창한다. 표면의 중심에 더 가까울수록, 배터리(100)는 더욱 크게 팽창한다. 이 때, 배터리(100) 상의 상이한 지점들에서의 두께들은 동일하지 않다. 실제로, 팽창 후의 배터리(100)의 두께를 측정하기 위해, 다음의 2개의 측정 방법들이 사용될 수 있다:
방법 1: 배터리(100)의 평균 두께를 계산하고, 여기서 배터리(100)의 케이싱 본체(1012) 상의 n개의 지점들은 소정의 간격에 따라 무작위로 선택되고, n개의 지점들에서의 두께들은 d1, d2, d3,...dn으로서 각각 측정 및 기록되며, 팽창 후의 배터리(100)의 두께는 d = (d1+d2+d3+...dn) / n이다. 이러한 방법에서, n의 값이 클수록, n개의 지점들의 분포가 균일해지고, 계산 결과의 오차가 작아진다. 이러한 구현에서, n
Figure pct00016
5이다.
방법 2: 팽창 후의 배터리(100)의 두께는 제1 방향을 따라 배터리(100)를 개재하는 2개의 가상의 평행 평면들 사이의 간격으로서 이해될 수 있다. 즉, 배터리(100)의 두께 방향으로의 2개의 대향하는 표면들 사이의 최대 거리, 즉, 배터리(100)의 가장 큰 팽창을 갖는 포지션에서의 두께가 측정되며, 이는 팽창 후의 배터리(100)의 두께와 대략 동일하다. 실제 테스트에서, 평평한 표면들을 갖는 2개의 플레이트들은 배터리(100)의 2개의 표면들을 각각 제1 방향으로 클램핑(clamp)하기 위해 사용될 수 있고, 2개의 플레이트들은 서로에 대해 평행하게 유지되며, 2개의 플레이트들 사이의 거리는 팽창 후의 배터리(100)의 두께로서 기록된다.
"클램프(clamp)"는 플레이트가 배터리(100)의 케이싱 본체(1012)의 표면과 접촉만 하고 플레이트가 케이싱 본체(1012) 상에 어떠한 힘도 가하지 않는다는 것, 즉, 플레이트와 케이싱 본체(1012)가 서로를 압축하지 않는다는 것으로 이해되어야 한다.
전술한 2개의 방법들은 오직 참조를 위한 것이다. 본 출원은 팽창 후의 배터리(100)의 두께를 테스트하는 방법을 제한하지 않는다. 실제 응용들에서, 다른 테스트 방법들도, 그러한 방법들을 사용하여 측정된 팽창 후의 배터리(100)의 두께가 전술한 관계식을 만족하는 한, 본 출원의 보호 범위 내에 속할 것이다.
전술한 해결책에서, 압축 전의 코어(102)의 두께는 사용 전의 코어(102)의 초기 두께이다. "사용 전의 코어(102)의 초기 두께"는 배터리(100)의 케이싱(101) 안으로 삽입되기 전에 양극, 분리기 및 음극을 제1 방향으로 연속적으로 적층 또는 감음으로써 형성된 전극 어셈블리의 두께로서 이해될 수 있다. 코어(102)가 케이싱(101) 내에 설치된 후에, 케이싱(101) 내부의 코어(102)는 배터리(100)가 일정 기간 동안 사용된 후 점진적으로 팽창한다. 코어(102)의 초기 두께는 측정이 쉽지 않다. 코어(102)의 압축률의 계산을 용이하게 하기 위해, 코어(102)의 초기 두께를 대략적으로 계산하기 위해 다음의 2가지 방법들이 사용될 수 있다:
방법 1: 코어(102)의 초기 두께 = 사용 전의 배터리(100)의 초기 두께 - 2
Figure pct00017
케이싱(101)의 두께이다.
코어(102)가 초기에 케이싱(101) 내에 설치된 후, 코어(102)가 케이싱(101)의 내부 표면과 가깝게 접촉하지 않을 수 있고, 코어(102)와 케이싱(101)의 내부 표면 사이에 갭이 있다. 그러나, 배터리(100)의 용량을 증가시키기 위해, 갭은 일반적으로 매우 작고 무시될 수 있다. 따라서, 방법 1에 의해 계산된 코어(102)의 초기 두께의 오차는 비교적 작다.
이러한 방법에서, 사용 전의 배터리(100)의 초기 두께는 전술한 바와 같을 수 있으며, 본 명세서에서 반복하여 설명되지 않는다.
방법 2: 코어(102)의 압축률은 배터리(100)의 초기 두께를 사용함으로써 대략적으로 계산되어, 코어(102)의 초기 두께를 대체한다.
코어(102)의 압축률 b = (사용 전의 배터리(100)의 초기 두께 - 압축 후의 코어(102)의 두께) / 사용 전의 배터리(100)의 초기 두께
Figure pct00018
100%이다.
어셈블리 후의 배터리(100)가 공장으로부터 운송되기 전에, 케이싱(101) 내의 코어(102)와 케이싱(101) 사이의 갭은 일반적으로 작고, 케이싱(101)의 두께 또한 얇아서, 코어(102)의 초기 두께는 배터리(100)의 초기 두께와 대략적으로 동일할 수 있다. 계산을 용이하게 하기 위해, 코어(102)의 압축률을 계산하기 위한 공식에서, 코어(102)의 압축률은 사용 전의 배터리(100)의 초기 두께를 사용함으로써 대략적으로 계산되어, 코어(102)의 초기 두께를 대체할 수 있다.
압축 후의 코어(102)의 두께는 압축 후 제1 방향을 따른 코어의 2개의 대향하는 표면들 사이의 평균 거리이다. 평균 거리를 측정하는 방법에 있어, 팽창 후의 배터리의 두께를 측정하는 전술한 방법 1을 참조할 수 있고, 세부사항들은 본 명세서에서 반복하여 설명되지 않을 것이다.
전술한 2개의 방법들은 오직 참조를 위한 것이다. 본 출원은 코어(102)의 초기 두께 및 압축 후의 코어의 두께를 측정하는 방법들을 제한하지 않는다. 실제 응용들에서, 다른 테스트 방법들도, 그러한 방법들을 사용하여 획득된 코어(102)의 초기 두께가 전술한 관계식을 만족하는 한 본 출원의 보호 범위 내에 속할 것이다.
본 출원의 일부 구현들에서, b는 두께 방향으로의 코어(102)의 임계 압축률을 나타내고, 압축 후의 코어(102)의 두께는 압축에 의해 손상되기 전의 코어(102)의 임계 두께이다. 임계 두께는 코어(102)를 최대한으로 압축함으로써 배터리(100)의 서비스 수명 동안 임의의 시간에 측정될 수 있다. 즉,
두께 방향으로의 코어의 임계 압축률 b = (압축 전의 코어의 두께 - 코어의 임계 두께) / 압축 전의 코어의 두께
Figure pct00019
100%이다.
코어(102)가 압축에 의해 손상되려고 하는 상태는 코어(102)의 임계 상태이다. 코어(102)가 이러한 임계 상태로 압축된 후, 배터리(100)의 용량은 더 빠른 속도로 감소한다는 것을 이해할 수 있다.
인접하는 배터리들(100) 사이의 갭의 설정은 배터리(100)를 사용하는 동안 배터리(100)의 팽창에 의해 야기된 코어(102)의 가능한 압축을 충분히 고려하도록 요구한다. 코어(102)의 임계 압축률은 코어(102)가 소정의 압축을 제대로 견딜 수 있다는 것을 표시한다. 코어(102)의 임계 압축률에 도달하기 전에, 2개의 인접하는 배터리들(100)이 서로를 압축하더라도, 배터리(100)의 성능은 저하되지 않을 것이다. 일단 코어(102)가 임계 두께로 압축되면, 코어(102)는 더 이상 추가로 압축될 수 없고; 그렇지 않으면, 코어(102)가 심각하게 손상되고, 배터리(100)의 성능이 저하되며, 배터리(100)의 서비스 수명이 단축될 것이다.
이러한 관점에서, 코어(102)의 압축률이 코어(102)의 임계 압축률을 초과하지 않는 방식으로 배터리들(100) 사이에 갭을 확보하는 것이 필요할 뿐이다. 그에 의해, 배터리들(100) 사이의 갭이 합리적으로 설계될 수 있다.
코어(102)에서, 양극 플레이트 또는 음극 플레이트 상의 활성 물질 층은 충전 및 방전하는 동안 팽창 또는 수축하고, 이는 때때로 활성 물질 층으로부터 활성 물질의 박리 또는 탈락을 일으켜, 내부 회로의 단락을 초래한다. 추가로, 전술한 활성 물질 층의 팽창 및 수축은 또한 양극 플레이트, 음극 플레이트 및 분리기 사이의 가까운 접촉을 끊고, 리튬 이온들의 물질 전달에 영향을 미치고, 배터리(100)의 내부 저항을 증가시키며, 배터리(100)의 사이클 성능을 저하시킨다. 따라서, 활성 물질 층의 팽창 및 수축을 방지하기 위해, 배터리(100)를 어느 정도 압축하는 것은 활성 물질 층의 추가 팽창을 방지할 수 있고, 이는 양극 플레이트, 음극 플레이트 및 분리기가 팽창의 경우에도 여전히 가깝게 부착되고 리튬 이온 물질 전달 용량에 영향을 미치지 않도록 보장하여, 그에 의해 배터리(100)의 사이클 성능을 개선한다.
따라서, 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭은 가능한 한 넓지 않아야 한다. 너무 큰 갭은 배터리 팩(200)의 에너지 밀도의 개선에 유해할 뿐만 아니라, 배터리(100)의 사이클 성능이 추가로 열화되도록 야기한다. 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭을 설정하는 프로세스에서 인접하는 배터리들(100) 사이의 상호 압축을 제대로 고려하는 것이 배터리(100)의 사이클 성능에 유익하다는 것은 분명하다.
유효 압축 후의 배터리(100)의 두께는 배터리(100)의 성능 개선을 전제로 배터리(100)가 압축된 후 측정된 두께이다.
유효 압축 후의 배터리(100)의 두께는 압축 후의 코어(102)의 임계 두께보다 크다. 이는 배터리(100)의 전극 플레이트들과 분리기 사이에 소정의 갭들이 있기 때문이다. 그러한 갭들은 배터리(100)에서의 리튬 이온 수송에 대한 저항(resistance)을 증가시킨다. 유효 압축의 주요 기능은 배터리(100)의 전극 플레이트들과 분리기 사이의 갭들을 제거하고 저항을 감소시키는 것이다. 그러나, 임계 두께에 있어, 배터리(100)가 임계 압축 하에 있을 때, 배터리(100)의 전극 플레이트들과 분리기 사이의 갭들이 제거될 뿐만 아니라, 양극 및 음극 플레이트들 내의 공극들(pores)이 추가로 압축되며, 이는 배터리(100)의 두께를 추가로 감소시킨다. 따라서, 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께는 압축 후의 코어(102)의 임계 두께보다 크다.
본 출원에서, 배터리(100)의 수명 사이클은 배터리(100)의 준비 완료 시점으로부터 시작하여 배터리(100)의 용량이 초기 용량의 80%로 감소하는 시점에 종료한다.
배터리(100)의 준비 완료는, 배터리(100)가 어셈블리가 완료된 후 공장에서 출하되기를 기다리고 있거나, 공장에서 출하되었지만 아직 외부로 전력을 제공하기 시작하지 않은 것을 의미한다.
즉, 코어(102)의 압축률은 배터리(100)가 사용되기 전 또는 배터리(100)가 사용된 후에 측정될 수 있다.
압축 후의 코어(102)의 두께는 전술한 팽창 후의 배터리(100)의 두께를 테스트하는 방법을 참조하여 측정될 수 있다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압축 후의 코어(102)의 두께는 압력(P1)이 미리 결정된 시간 동안 코어(102)에 가해진 후에 측정되는 코어(102)의 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압력(P1)은 제1 방향을 따라 코어(102)의 외부 표면에 가해지고, P1=0.5 Mpa-0.7 MPa이고, 미리 결정된 시간 T1=60s-180s이다. 코어(102)의 두께 방향은 제1 방향에 평행하다.
본 출원의 일부 구현들에서, 코어(102)의 압축률을 측정하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
S1. 사용 전의 코어(102)의 초기 두께(b0)를 획득한다. 초기 두께는 압축 전의 코어(102)의 두께로서 기록된다.
S2. 단계 S1의 코어(102)에 압력(P1)을 가하고, 미리 정해진 시간(t1) 후에, 코어(102)의 두께(b1)를 획득한다:
b1=(b0-b1)/ b0
Figure pct00020
100%.
단계 S1에서, 사용 전의 코어(102)의 두께(b0)는 전술한 2개의 방법들에 의해 획득될 수 있고, 이는 본 명세서에서 반복하여 설명되지 않는다.
단계 S2에서, 코어(102)는 배터리(100)의 수명 사이클 동안 임의의 시점에 케이싱(101)으로부터 제거될 수 있고, 소정의 압력이 코어(102)의 표면에 가해진다.
일단 배터리(100)가 팽창하면, 두께 방향으로의 코어(102)의 2개의 표면들이 케이싱(101)에 의한 제약으로 인해 최대한으로 압축되고, 두께 방향으로의 코어(102)의 2개의 표면들이 비교적 넓은 표면 면적을 가지며 압축을 더 잘 견딜 수 있다. 그러므로, 단계 S2에서, 일부 구현들에서, 압력은 코어(102)의 두께 방향을 따라 가해진다. 이러한 구현에서, 압력은 P1=0.5 Mpa-0.7 MPa이고, 미리 결정된 시간 T1=60s-180s이다. 그러한 범위들 내의 압력 및 압축 시간은 성능을 저하시키지 않고 코어(102)를 최대한으로 압축할 수 있음을 보장할 수 있다.
본 출원에서, 파라미터 t는 배터리(100)의 성능에 효과적인 압축을 특징짓는다. 실제 생산에 있어, 배터리(100)의 성능에 효과적인 특정한 압축 두께(즉, 유효 압축 후의 두께)는 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 실제 생산 상황에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 유효 압축 후의 두께는 AC 임피던스로부터 전하 전달 저항(Rct)을 측정함으로써 계산될 수 있다.
일부 구현들에서, 압축 전의 배터리(100)의 두께는 배터리(100)의 DC 내부 저항이 r1일 때 압축 전 측정된 두께이고,
유효 압축 후의 배터리(100)의 두께는 압력(P2)이 배터리(100)에 가해지고 배터리(100)의 DC 내부 저항이 r2일 때 측정되는 두께이고, 여기서 r1 및 r2는(r1-r2)/r1
Figure pct00021
100%=2%-8%를 만족한다.
본 출원의 특정 구현에서, 측정을 더 쉽게 하기 위해, 배터리(100)의 DC 내부 저항은 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 파라미터(t)를 측정하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
S1. 압축 전의 배터리(100)의 두께(t0) 및 DC 내부 저항(r1)을 획득한다.
S2. 단계 S1의 배터리(100)에 압력(P2)을 가하고, 배터리(100)의 DC 내부 저항이 r2일 때 압축 후의 배터리(100)의 두께(t1)를 획득하고, 여기서 t1은 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께이고, r1 및 r2는 (r1-r2)/r1
Figure pct00022
100%=2%-8%를 만족한다.
따라서, t를 계산하기 위한 공식은 다음과 같다: t=(t0-t1)/t0
Figure pct00023
100%.
전술한 테스트 방법에서, 압축 전의 배터리(100)의 두께(t0)는 배터리(100)의 수명 사이클 동안의 임의의 시점에서의 두께일 수 있고, 압축 후의 배터리(100)의 두께(t1)는 또한 배터리(100)의 수명 사이클 동안의 임의의 시점에서의 압축 후의 두께일 수 있다.
단계 S2에서, (r1-r2)/r1
Figure pct00024
100%=2%-8%를 만족하는 한, 압력(P2)의 값은 제한되지 않는다. 배터리(100)가 유효 압축을 겪은 후, 코어(102) 내의 전극 플레이트들과 분리기 사이의 갭들, 및 배터리(100)의 내부 저항(r2)은 감소하고, 이는 리튬 이온들의 송신을 용이하게 하여, 그에 의해 배터리(100)의 성능을 개선한다.
일부 구현들에서, 압축 전의 배터리(100)의 두께는, 배터리(100)가 20% 내지 80%의 충전 상태(SOC)에 있을 때 배터리(100)의 압축 전 측정된 두께이고; 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께는 배터리(100)가 20% 내지 80%의 충전 상태(SOC)에 있을 때 배터리(100)의 압축 후 측정된 두께이다. 배터리(100)가 20% 내지 80%의 SOC에 있을 때, 배터리(100)의 DC 내부 저항이 정확하게 측정됨으로써, 배터리(100)의 성능에 유익한 압축량이 더 정확하게 정량적으로 분석될 수 있다.
일부 구현들에서, 압력은 배터리(100)의 두께 방향을 따라 가해지고, 압력은 시간 T2=60s-180s 동안 가해진다.
본 출원에 의해 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 케이싱(101)은 개구 및 커버 플레이트(1011)를 갖는 케이싱 본체(1012)를 포함하고, 커버 플레이트(1011)는 케이싱 본체(1012)의 2개의 단부들에서의 개구들에 각각 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 코어(102)는 수용 캐비티 내부에 위치한다.
2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭은 제1 갭을 포함하고, 제1 갭은 2개의 인접하는 배터리들(100)의 동일한 측면 상에 위치하는 2개의 커버 플레이트들(1011) 사이의 최소 거리이고, 배터리(100)의 두께는 제1 방향을 따른 커버 플레이트(1011)의 치수이다.
전술한 구현에서, 커버 플레이트(1011)는 그의 높은 강도로 인해, 케이싱 본체(1012)보다 팽창될 가능성이 작다. 일정 기간 동작 후에 배터리(100) 내부에서 화학 반응이 발생하더라도, 배터리(100)는 팽창하여 인접하는 배터리(100)를 압축하고, 제1 갭은 변화하고(예를 들어, 점진적으로 증가하고), 변화는 미미하고 무시될 수 있거나, 또는 심지어 변화 후에도, 제1 갭 대 배터리(100)의 두께의 비율은 여전히 전술한 관계식을 만족한다.
전술한 구현에서, 케이싱 본체(1012)의 2개의 단부들에는 커버 플레이트(1011)가 각각 제공된다. 배터리들(100)이 두께 방향을 따라 배터리 시퀀스(201)를 형성하도록 배열될 때, 2개의 배터리들(100) 사이의 갭은, 배터리들(100)의 상이한 단부들에서의 2개의 커버 플레이트들(1011) 사이의 간격이 아니라, 배터리 시퀀스(201)의 동일한 단부에서의 2개의 커버 플레이트들(1011) 사이의 최소 간격을 지칭한다.
본 출원의 일부 구현들에서, 배터리(100)는 제1 방향을 따라 2개의 대향하는 제1 표면들을 갖고; 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭은 제2 갭을 포함하고, 제2 갭은 2개의 인접하는 배터리들(100)의 케이싱들(101)의 서로 대향하는 2개의 제1 표면들 사이의 최소 간격이고; 배터리(100)의 두께는 제1 방향을 따른 커버 플레이트(1011)의 치수이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 사용 전의 배터리(100)의 제2 갭은 사용 후의 배터리(100)의 제2 갭보다 크다.
"사용 전"은 배터리(100)가 어셈블리가 완료된 후 공장에서 출하되기를 기다리고 있거나, 공장에서 출하되었지만 아직 외부로 전력을 제공하기 시작하지 않은 것으로 이해될 수 있다. "사용 후"는 배터리(100)가 외부로 전력을 제공한 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 배터리들(100)이 배터리 팩(200)으로 조립되고 전기 차량에 설치되는 경우, 사용 전의 상태는 새로운 차량의 상태로서 이해될 수 있고; 사용 후의 상태는 차량이 소정의 마일리지에 도달한 후의 상태여야 한다.
이러한 구현에서, 제2 갭은 2개의 인접하는 배터리들(100)의 서로 대향하는 2개의 제1 표면들 사이의 최소 간격을 지칭한다. 간격은 배터리(100)의 사용 시간의 증가에 따라 점진적으로 감소하는데, 이는 주로 2개의 인접하는 넓은 표면들 사이의 간격이 배터리(100)의 팽창 후 점진적으로 감소하기 때문이다.
본 출원에 의해 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, a는 5.8% 내지 17.5% 범위의 값을 갖는다.
b는 3.21% 내지 8.8% 범위의 값을 갖는다. b<3.21%일 때, 배터리 코어의 압축력은 낮고, 배터리 코어의 사이클 성능은 팽창력으로 인해 감소할 가능성이 있다. b>8.8%일 때, 배터리 코어의 압축량이 너무 커서, 원래의 코어(102)에서의 갭이 너무 크고, 가스 생성에 의해 수반되는 용량 감쇠 또한 열화될 가능성이 있다는 것을 표시한다.
t는 81% 내지 97%의 범위의 값을 갖는다. t<81%일 때, 배터리의 코어(102)에 많은 수의 갭들이 있고, 배터리(100)에 대해 유효한 압축량이 크다는 것을 표시한다. t>97%일 때, 배터리의 코어(102) 내부에 초과 갭이 거의 없고, 배터리(100)에 대해 유효한 압축량이 작다는 것을 표시한다.
본 출원에 의해 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 배터리(100)의 길이는 제2 방향을 따라 연장된다. 배터리(100)의 길이는 400 내지 2500mm이다. 본 출원의 일부 실시예들에서, 배터리(100)의 길이는 600 내지 1000mm이다. 본 출원의 일부 실시예들에서, 배터리(100)의 길이는 1000mm 내지 2000mm이다. 본 출원의 일부 실시예들에서, 배터리(100)의 길이는 1300mm 내지 2200mm이다.
본 출원은 400mm보다 큰 길이의 배터리(100)에 더 적합하다. 일단 배터리(100)가 팽창하고 2개의 인접하는 배터리들(100)의 케이싱들(101)이 접촉하도록 야기하면, 접촉 부분은 코어(102)를 향해 배터리(100) 상에 힘을 인가한다. 배터리(100)가 길수록, 시장의 짧은 배터리들(100)에 비해, 인접하는 배터리들(100) 사이의 접촉 부분이 길어질 것이다. 이는 배터리(100)의 상이한 영역들에서 내부 전극 플레이트들을 향한 길이 방향으로의 압축력의 불균등한 분포를 일으킬 가능성이 있다. 불균등한 힘의 분포는 배터리(100)의 리튬 도금으로 쉽게 이어지고, 안전 이슈들 또는 배터리(100)의 용량의 급격한 하강으로 이어진다.
본 출원의 일부 구현들에서, 복수의 코어들(102)은 케이싱(101) 내에 패키징되고, 복수의 코어들(102)은 여러 개의 코어 그룹들로 분할되고, 코어 그룹들은 직렬로 접속된다.
즉, 복수의 코어 그룹들은 케이싱(101) 내에서 직렬로 접속되고, 각각의 코어 그룹은 적어도 하나의 코어(102)를 포함한다. 하나의 코어(102)만이 배치되는 기존의 방법에 비해, 배터리(100) 내에 복수의 코어 그룹들을 배열함으로써 더 긴 길이의 배터리(100)를 더 편리하게 제조할 수 있다. 통상적인 상황들 하에서, 일단 배터리(100)가 길면, 집전체로서 사용된 구리 및 알루미늄 포일들의 길이는 그에 따라 증가하고, 이는 배터리(100)의 내부 저항을 크게 증가시키며, 전력 및 고속 충전에 대한 증가하는 높은 요구사항들을 충족할 수 없다.
배터리들(100)이 동일한 길이를 가질 때, 이러한 실시예는, 케이싱(101) 내부에 복수의 코어 그룹들을 배치함으로써, 고전력 출력, 고속 충전 등으로 인한 배터리(100)의 과열에 의해 야기되는 문제들을 회피하기 위해 배터리(100)의 내부 저항을 또한 크게 감소시킬 수 있다. 한편, 배터리(100)의 용량이 증가될 수 있고, 배터리(100)의 제조 비용이 감소될 수 있다.
본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱(101)과 코어(102) 사이에 패키징 필름이 추가로 배치되고, 코어(102)는 패키징 필름에 패키징된다.
즉, 코어(102)가 먼저 패키징 필름에 패키징되고, 그 후 케이싱(101)이 패키징 필름 위에 슬리브(sleeve)되어, 그에 의해 코어(102)의 2차 패키징을 달성하고 배터리(100)의 밀봉 성능을 개선한다. 전해질이 패키징 필름 내로 추가로 주입된다는 것이 이해될 수 있다. 따라서, 전술한 방법에 의해, 전해질과 케이싱(101) 사이의 접촉이 또한 회피되어, 케이싱(101)의 부식 또는 전해질의 분해를 방지할 수 있다.
전술한 해결책에서, 패키징 필름은 일체로 배열될 수 있고, 복수의 코어들(102)은 동일한 패키징 필름 내에 패키징되고, 코어들(102)은 여러 개의 코어 그룹들로 분할되고, 각각의 코어 그룹은 적어도 하나의 코어(102)를 포함한다. 동일한 코어 그룹 내의 복수의 코어들(102)은 병렬로 접속되고, 코어 그룹들은 직렬로 접속되어, 그에 의해 배터리(100)의 용량을 증가시키고 제조 비용을 감소시킨다.
복수의 패키징 필름들이 있을 수 있다. 코어 그룹은 적어도 하나의 코어(102)를 포함하고, 각각의 패키징 필름은 하나의 코어 그룹을 패키징하여 코어(102) 어셈블리를 형성하고, 코어(102) 어셈블리들은 직렬로 접속된다.
즉, 복수의 코어 그룹들의 패키징 필름들은 서로 독립적이고, 패키징 필름들의 수는 코어 그룹들의 수에 일대일 대응하고, 각각의 코어 그룹은 하나의 패키징 필름에 개별적으로 패키징된다. 이러한 구현에서, 복수의 코어 그룹들의 준비 완료 후에, 하나의 패키징 필름이 각각의 코어 그룹 위에 슬리브될 수 있고, 그 후 코어(102) 어셈블리들이 직렬로 접속된다.
일부 실시예들에서, 패키징 필름의 재료는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 다층 복합 필름을 포함할 수 있다.
예를 들어, 패키징 필름이 다층 복합 필름일 때, 패키징 필름은 비금속 외부층 필름 및 비금속 내부층 필름이 함께 라미네이트된(laminated) 것을 포함할 수 있다. 내부층 필름은 코어(102)의 외부 주변부 주위로 랩핑(wrap)되고, 외부층 필름은 비금속 내부층 필름 상에 랩핑되는데, 즉, 내부층 필름은 외부층 필름과 코어(102) 사이에 위치한다.
내부층 필름은 양호한 화학적 안정성을 가지며, 예를 들어, 전해질 부식에 저항성이 있는 재료, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어질 수 있다.
외부층 필름은 보호층이다. 외부층 필름은 공기, 특히 수증기, 산소 등의 침투를 방지할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아마이드 또는 폴리프로필렌 중 하나 또는 둘 이상의 조합과 같은 재료로 이루어질 수 있다.
본 출원의 실시예들에서, 외부층 필름의 융점은 내부층 필름의 융점보다 높음으로써, 외부층 필름이 고온 용융(hot-melt) 밀봉을 하는 동안 용융되지 않고, 내부 필름은 적시에 용융되어 우수한 밀봉 성능을 보장할 수 있도록 한다. 본 출원의 일부 실시예들에서, 외부층 필름과 내부층 필름의 융점들 사이의 차이는 30 내지 80°C, 예를 들어, 50°C 또는 70°C일 수 있다. 외부층 필름 및 내부층 필름의 구체적인 재료는 실제 필요에 따라 선택될 수 있다.
본 출원의 실시예들에서, 비금속 외부층 필름 및 비금속 내부층 필름은 접착제로 본딩(bond)된다. 접착제는 비금속 외부층 필름 및 비금속 내부층 필름의 성질들에 따라 구체적으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 상용성이 좋지 않고 박리될(delaminate) 가능성이 있는 PP 필름 및 PET 필름은 폴리올레핀 접착제로 본딩되어 복합 필름을 형성한다.
일부 다른 구현들에서, 패키징 필름은 알루미늄-플라스틱 복합 필름일 수 있다.
본 출원에서, 배터리(100)는 파우치 셀일 수 있고, 이에 대응하여, 케이싱(101)은 알루미늄-플라스틱 필름일 수 있다. 대안적으로, 배터리는 또한 하드-케이스 셀일 수 있고, 이에 대응하여, 케이싱(101)은 금속 케이싱이다. 금속 케이싱은 알루미늄 케이싱 또는 강철 케이싱을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
도 5 및 도 2를 참조하면, 본 출원의 제2 양태에 따르면, 적어도 하나의 배터리 시퀀스(201)를 포함하는 배터리 모듈(300)이 제공되고, 여기서 배터리 시퀀스(201)는 복수의 배터리들(100)을 포함하고; 각각의 배터리(100)의 두께는 제1 방향을 따라 연장되고, 복수의 배터리들(100)은 제1 방향을 따라 배터리 시퀀스(201)를 형성하도록 연속적으로 배열되고; 배터리들(100) 중 적어도 하나는 케이싱(101) 및 케이싱(101) 내에 패키징된 코어(102)를 포함하고, 적어도 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이에 갭이 존재하고, 갭 대 배터리(100)의 두께의 비율은 c이고, c는 다음의 관계식: (a-b)<c<(a
Figure pct00025
t)를 만족하고, 여기서
a는 배터리(100)의 팽창률을 나타내고;
b는 코어(102)의 압축률을 나타내고;
t는 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께 대 압축 전의 배터리(100)의 두께의 백분율의 비율을 나타낸다.
본 출원의 일부 구현들에서, a는 제1 방향으로의 배터리(100)의 팽창률을 나타내고, b는 제1 방향으로의 코어(102)의 압축률을 나타낸다.
일부 구현들에서,
a = (팽창 후의 배터리(100)의 두께 - 팽창 전의 배터리(100)의 두께) /팽창 전의 배터리(100)의 두께
Figure pct00026
100%이고;
b =(압축 전의 코어(102)의 두께 - 압축 후의 코어(102)의 두께) /압축 전의 코어(102)의 두께
Figure pct00027
100%이고;
t = 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께 /압축 전의 배터리(100)의 두께
Figure pct00028
100%이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 팽창 전의 배터리(100)의 두께는 사용 전 배터리(100)의 초기 두께이고, 팽창 후의 배터리(100)의 두께는 배터리(100)의 용량이 초기 용량의 80% 이하로 감소할 때 측정된 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱(101)은 개구 및 커버 플레이트(1011)를 갖는 케이싱 본체(1012)를 포함하고, 커버 플레이트(1011)는 케이싱 본체(1012)의 개구에 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 코어(102)는 수용 캐비티 내부에 위치하고;
팽창 전의 배터리(100)의 두께는 제1 방향을 따른 커버 플레이트(1011)의 치수이고;
팽창 후의 배터리(100)의 두께는 제1 방향을 따라 배터리(100)를 개재하는 2개의 가상의 평행 평면들 사이의 간격의 최솟값이다.
본 출원의 일부 구현들에서, b는 제1 방향으로의 코어(102)의 임계 압축률을 나타내고, 압축 후의 코어(102)의 두께는 압축에 의해 손상되기 전의 코어(102)의 임계 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께는 압축 후의 코어(102)의 임계 두께보다 크다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압축 전의 코어(102)의 두께는 사용 전의 코어(102)의 초기 두께이고; 압축 후의 코어(102)의 두께는 압축 후 제1 방향을 따른 코어(102)의 2개의 대향하는 표면들 사이의 평균 거리이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압축 후의 코어(102)의 두께는 압력(P1)이 미리 결정된 시간 동안 코어(102)에 가해진 후에 측정되는 코어(102)의 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압력은 제1 방향을 따라 코어(102)의 외부 표면에 가해지고, P1=0.5 Mpa-0.7 MPa이고, 미리 결정된 시간은 T1=60s-180s이다.
본 출원의 일부 구현들에서, a = (팽창 후의 배터리의 두께 - 팽창 전의 배터리의 두께) /팽창 전의 배터리의 두께
Figure pct00029
100%이고,
b = (사용 전의 배터리의 초기 두께 - 압축 후의 코어의 두께) /사용 전의 배터리의 초기 두께
Figure pct00030
100%이고,
t = 유효 압축 후의 배터리의 두께 /압축 전의 배터리의 두께
Figure pct00031
100%이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압축 전의 배터리(100)의 두께는 배터리(100)의 DC 내부 저항이 r1일 때 압축 전 측정된 두께이고,
유효 압축 후의 배터리(100)의 두께는 압력(P2)이 배터리(100)에 가해지고 배터리(100)의 DC 내부 저항이 r2일 때 측정되는 두께이고, 여기서 r1 및 r2는(r1-r2)/r1
Figure pct00032
100%=2%-8%를 만족한다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압력(P2)은 제1 방향을 따라 배터리(100)의 외부 표면에 가해진다.
본 출원의 일부 구현들에서, 압축 전의 배터리(100)의 두께는 배터리(100)가 20% 내지 80%의 충전 상태(SOC)에 있을 때 압축 전 측정된 두께이고; 유효 압축 후의 배터리(100)의 두께는 배터리(100)가 20% 내지 80%의 충전 상태(SOC)에 있을 때 압축 후 측정된 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭은 사용 전의 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭이고; 배터리(100)의 두께는 사용 전의 배터리(100)의 초기 두께이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱(101)은 개구 및 커버 플레이트(1011)를 갖는 케이싱 본체(1012)를 포함하고, 커버 플레이트(1011)는 케이싱 본체(1012)의 개구에 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 코어(102)는 수용 캐비티 내부에 위치하고;
2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭은 제1 갭을 포함하고, 제1 갭은 2개의 인접하는 배터리들(100)의 동일한 측면 상에 위치하는 2개의 커버 플레이트들(1011) 사이의 최소 거리이고, 배터리(100)의 두께는 제1 방향을 따른 커버 플레이트(1011)의 치수이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 배터리(100)는 제1 방향을 따라 2개의 대향하는 제1 표면들을 갖고;
2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭은 제2 갭을 포함하고, 제2 갭은 2개의 인접하는 배터리들(100)의 케이싱들(101)의 서로 대향하는 2개의 제1 표면들 사이의 최소 간격이고; 배터리(100)의 두께는 제1 방향을 따른 커버 플레이트(1011)의 치수이다.
본 출원의 일부 구현들에서, 사용 전의 배터리(100)의 제2 갭은 사용 후의 배터리(100)의 제2 갭보다 크다.
본 출원의 일부 구현들에서, a는 5.8% 내지 17.5%의 범위의 값을 갖고, b는 3.21% 내지 8.8%의 범위의 값을 갖고, t는 81% 내지 97%의 범위의 값을 갖는다.
본 출원의 일부 구현들에서, 배터리(100)의 길이는 제2 방향을 따라 연장되고, 배터리(100)의 길이는 400 내지 2500 mm이고; 제2 방향은 제1 방향과 상이하다.
본 출원의 일부 구현들에서, 복수의 코어들(102)은 케이싱(101) 내에 패키징되고, 복수의 코어들(102)은 여러 개의 코어 그룹들로 분할되고, 코어 그룹들은 직렬로 접속된다.
본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱(101)과 코어(102) 사이에 패키징 필름이 추가로 배치되고, 코어(102)는 패키징 필름에 패키징된다.
본 출원에 의해 제공되는 배터리(100) 모듈은 긴 서비스 수명 및 높은 안전 성능을 갖는다.
도 6을 참조하면, 본 출원의 제3 양태에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩(200)이 제공된다. 본 출원에 의해 제공되는 배터리 팩(200)은 긴 서비스 수명, 높은 안전 성능 및 높은 공간 활용도를 갖는다.
도 7을 참조하면, 본 출원의 제4 양태에 따르면, 전술한 배터리 팩(200)을 포함하는 차량(400)이 제공된다.
도 8을 참조하면, 본 출원의 제5 양태에 따르면, 전술한 배터리 팩(200)을 포함하는 에너지 저장 디바이스(500)가 제공된다.
본 개시내용의 설명에서, "장착(mount)", "설치(install)", "접속하다(connect)" 및 "접속(connection)"과 같은 용어들은, 달리 명시적으로 특정되거나 정의되지 않는 한, 넓은 의미로 이해되어야 한다는 것에 주목해야 한다. 예를 들어, 접속은 고정된 접속, 분리가능한(detachable) 접속, 또는 일체형 접속일 수 있고; 또는 접속은 기계적 접속 또는 전기적 접속일 수 있고; 또는 접속은 직접 접속, 중간매체를 통한 간접 접속, 또는 2개의 컴포넌트들 사이의 내부 연통(communication)일 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 특정 상황들에 따라 본 출원에서의 용어들의 특정 의미들을 이해할 수 있다.
본 명세서의 설명에서, "하나의 실시예", "특정 실시예들" 또는 "하나의 예" 와 같은 참조 용어들의 설명은, 본 출원의 적어도 하나의 실시예 또는 예에서의 실시예 또는 예에서 설명된 특정 특징들, 구조들, 재료들 또는 특징들을 포함한다는 것을 의미한다. 본 명세서에서, 전술한 용어들의 예시적인 설명들이 반드시 동일한 실시예 또는 예를 지칭하는 것은 아니다. 추가로, 설명된 특정 특징들, 구조들, 재료들 또는 특성들은 하나 이상의 임의의 실시예 또는 예에서 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
본 출원의 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 본 출원의 원리들 및 본질을 벗어나지 않고 실시예들에 대한 다양한 변경들, 수정들, 대체들 및 변형들이 이루어질 수 있음을 이해해야 하며, 본 출원의 범위는 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해 정의된다.
본 출원은 구체적인 실시예들과 함께 아래에서 추가로 설명될 것이다. 인용된 실시예들은 본 출원의 범위를 제한하기 위해서가 아니라 본 출원을 예증하기 위해서만 사용된다는 것을 이해해야 한다.
예 1
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(200)은 트레이(202) 및 트레이에 위치한 배터리 시퀀스(201)를 포함한다. 배터리 시퀀스(201)는 복수의 배터리들(100)을 포함한다. 각각의 배터리(100)의 두께는 제1 방향(A)을 따라 연장되고, 각각의 배터리(100)의 길이는 제2 방향(B)을 따라 연장된다. 복수의 배터리들(100)은 제1 방향(A)을 따라 배터리 시퀀스(201)를 형성하도록 연속적으로 배열된다. 2개의 인접하는 배터리들 사이에 갭(S)이 제공된다.
각각의 배터리(100)는 케이싱(알루미늄 케이싱)(101)을 포함한다. 알루미늄 케이싱(101)은 2개의 단부들 각각에 개구를 갖는 케이싱 본체(1012) 및 2개의 커버 플레이트들(1011)을 포함한다. 커버 플레이트들(1011)은 케이싱 본체(1012)의 개구들에 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 코어(102)는 수용 캐비티 내부에 위치한다. 복수의 코어들(102)이 존재한다. 각각의 코어는 패키징 필름(도시되지 않음)에 패키징된다. 각각의 코어는 전류를 리드-아웃하기 위한 양의 탭(1021) 및 음의 탭(1022)을 포함한다. 코어의 길이 방향을 따라, 코어의 2개의 대향하는 단부들에 양의 탭(1021) 및 음의 탭(1022)이 각각 배열된다. 복수의 코어들(102)은 배터리의 길이 방향을 따라 코어 시퀀스를 형성하도록 연속적으로 배열된다. 2개의 인접하는 코어들(102) 중 하나의 코어(102)의 양의 탭(1021)은 다른 코어(102)의 음의 탭에 전기적으로 접속됨으로써, 복수의 코어들(102)이 직렬로 접속되도록 한다.
1. 배터리의 관련 파라미터들의 측정 방법
(1) 배터리의 팽창률 a를 측정한다.
배터리 팩이 일정 기간 동안 작동한 후, 제1 방향(A)(배터리의 두께 방향)을 따른 배터리(100)의 커버 플레이트(1011)의 치수가 측정되고 팽창 전의 배터리의 초기 두께(D)로서 기록되고, 배터리의 두께 방향을 따라 배터리를 개재하는 2개의 가상의 평행 평면들 사이의 거리가 측정되고(명세서에서 설명된 팽창 후의 배터리의 두께를 측정하는 방법 2 참조) 팽창 후의 배터리의 두께(d1)로서 기록된다. 배터리의 팽창률 a = (d1-D)/D
Figure pct00033
100%.
(2) 코어의 압축률 b를 측정한다.
알루미늄 케이싱으로부터 코어가 제거된다. 압축 전의 코어의 두께는 팽창 전의 배터리의 초기 두께(D)로 대체된다. 코어는 범용 압축 테스터에 배치된다. 0.7 Ma의 압력이 제1 방향(A)(코어의 두께 방향)을 따라 코어에 가해진다. 그 후, 배터리의 두께 방향을 따라 코어를 개재하는 2개의 가상의 평행 평면들 사이의 거리가 측정되고(명세서에서 설명된 팽창 후의 배터리의 두께를 측정하는 방법 2 참조) 압축 후의 두께(b1)로서 기록된다. 코어의 압축률 = (D-b1)/D
Figure pct00034
100%.
(3) t를 측정한다.
배터리가 80%의 SOC에 있을 때 배터리의 두께(t0)가 측정된다(명세서에서 설명된 팽창 후의 배터리의 두께를 측정하는 방법 2 참조). 그 후, 배터리는 30초 동안 1C의 전류로 충전되고, 배터리의 DC 내부 저항(DCIR)이 측정되며, 여기서 DCIR=(충전 전의 전압(V1) - 충전 종료점에서의 최고 전압(V2))/전류이다. 그 후, 배터리를 범용 압축 테스터에 배치한다. 배터리의 두께 방향을 따라 배터리에 압력이 가해진다. 배터리의 DCIR은, 배터리의 DCIR이 5%로 떨어질 때까지, 항상 전술한 방법에 의해 측정된다(여기서 배터리는 30초 동안 1C의 전류로 충전되고, DCIR=(충전 전의 전압(V1) - 충전 종료점에서의 최고 전압(V2))/전류이다). 이 순간의 배터리의 두께(t1)가 측정된다. 배터리의 유효 압축률은 t=t1/t0이다.
2. 배터리 팩의 사이클 성능 테스트
25°C에서, 예들 및 비교예들의 배터리들에 대해 0.75 C의 충전률 및 0.75 C의 방전률에 따른 완전 충전 및 방전 사이클 테스트가 수행되었다. 배터리의 용량이 80%로 감소할 때까지 배터리 팩 내의 각각의 배터리의 용량의 감소를 기록하였다. 사이클들의 수가 출력되었다. 리튬인산철 양극 재료의 전압 범위는 2.5 내지 3.8V이고, 삼원 배터리(ternary battery)의 전압 범위는 3 내지 4.2V이다.
다음의 실시예들은 모두 리튬인산철 배터리들을 예들로 들고 있다.
표 1. 예들 및 비교예들의 테스트 결과
Figure pct00035
표의 실험 데이터로부터, 2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭 대 배터리의 두께의 비율이 본 출원에서 정의된 범위 내에 속할 때, 배터리의 서비스 수명이 크게 증가되었고, 너무 크거나 너무 작은 갭은 배터리의 용량의 감소를 야기했다는 것을 알 수 있다.

Claims (20)

  1. 배터리 팩으로서,
    적어도 하나의 배터리 시퀀스를 포함하고, 상기 배터리 시퀀스는 복수의 배터리들을 포함하고; 각각의 배터리의 두께는 제1 방향을 따라 연장되고, 상기 복수의 배터리들은 상기 제1 방향을 따라 상기 배터리 시퀀스를 형성하도록 연속적으로 배열되고; 상기 배터리들 중 적어도 하나는 케이싱 및 상기 케이싱 내에 패키징된 코어를 포함하고, 적어도 2개의 인접하는 배터리들 사이에 갭이 존재하고, 상기 갭 대 상기 배터리의 두께의 비율은 c이고, c는 다음의 관계식:(a-b)<c<(a
    Figure pct00036
    t)를 만족하고,
    a는 상기 배터리의 팽창률을 나타내고;
    b는 상기 코어의 압축률을 나타내고;
    t는 유효 압축 후의 상기 배터리의 두께 대 압축 전의 상기 배터리의 두께의 백분율의 비율을 나타내는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    a는 상기 제1 방향으로의 상기 배터리의 팽창률을 나타내고, b는 상기 제1 방향으로의 상기 코어의 압축률을 나타내는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    a =(팽창 후의 상기 배터리의 두께 - 팽창 전의 상기 배터리의 두께)/팽창 전의 상기 배터리의 두께
    Figure pct00037
    100%이고,
    b =(압축 전의 상기 코어의 두께 - 압축 후의 상기 코어의 두께) /압축 전의 상기 코어의 두께
    Figure pct00038
    100%이고,
    t= 유효 압축 후의 상기 배터리의 두께 /압축 전의 상기 배터리의 두께
    Figure pct00039
    100%인 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서, 팽창 전의 상기 배터리의 두께는 사용 전 상기 배터리의 초기 두께이고, 팽창 후의 상기 배터리의 두께는 상기 배터리의 용량이 초기 용량의 80% 이하로 감소할 때 측정된 두께인 배터리 팩.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 케이싱은 개구 및 커버 플레이트를 갖는 케이싱 본체를 포함하고, 상기 커버 플레이트는 상기 케이싱 본체의 상기 개구에 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 상기 코어는 상기 수용 캐비티 내부에 위치하고;
    팽창 전의 상기 배터리의 두께는 상기 제1 방향을 따른 상기 커버 플레이트의 치수이고;
    팽창 후의 상기 배터리의 두께는 상기 제1 방향을 따라 상기 배터리를 개재(sandwiching)하는 2개의 가상의 평행 평면들 사이의 간격인 배터리 팩.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, b는 상기 제1 방향으로의 상기 코어의 임계 압축률을 나타내고, 압축 후의 상기 코어의 두께는 압축에 의해 손상되기 전의 상기 코어의 임계 두께이며, 유효 압축 후의 상기 배터리의 두께는 압축 후의 상기 코어의 임계 두께보다 큰 배터리 팩.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 전의 상기 코어의 두께는 사용 전의 상기 코어의 초기 두께이고; 압축 후의 상기 코어의 두께는 압축 후 상기 제1 방향을 따른 상기 코어의 2개의 대향하는 표면들 사이의 평균 거리인 배터리 팩.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 후의 상기 코어의 두께는, 압력(P1)이 미리 결정된 시간 동안 상기 코어에 가해진 후에 측정되는 상기 코어의 두께인 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서, 상기 압력은 상기 제1 방향을 따라 상기 코어의 외부 표면에 가해지고, P1=0.5 Mpa-0.7 MPa이고, 상기 미리 결정된 시간 T1=60s-180s인 배터리 팩.
  10. 제2항에 있어서,
    a =(팽창 후의 상기 배터리의 두께 - 팽창 전의 상기 배터리의 두께)/팽창 전의 상기 배터리의 두께
    Figure pct00040
    100%이고,
    b=(사용 전의 상기 배터리의 초기 두께 - 압축 후의 상기 코어의 두께) /사용 전의 상기 배터리의 초기 두께
    Figure pct00041
    100%이고,
    t= 유효 압축 후의 상기 배터리의 두께 /압축 전의 상기 배터리의 두께
    Figure pct00042
    100%인 배터리 팩.
  11. 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축 전의 상기 배터리의 두께는 상기 배터리의 DC 내부 저항이 r1일 때 압축 전 측정되는 두께이고,
    유효 압축 후의 상기 배터리의 두께는 압력(P2)이 상기 배터리에 가해지고 상기 배터리의 상기 DC 내부 저항이 r2일 때 측정되는 두께이고, r1 및 r2는 (r1-r2)/r1
    Figure pct00043
    100%=2%-8%를 만족하고, 상기 압력(P2)은 상기 제1 방향을 따라 상기 배터리의 외부 표면에 가해지는 배터리 팩.
  12. 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 전의 상기 배터리의 두께는 상기 배터리가 20% 내지 80%의 충전 상태(SOC)에 있을 때 압축 전 측정된 두께이고; 유효 압축 후의 상기 배터리의 두께는 상기 배터리가 20% 내지 80%의 충전 상태(SOC)에 있을 때 압축 후 측정된 두께인 배터리 팩.
  13. 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭은 사용 전의 상기 2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭이고; 상기 배터리의 두께는 사용 전의 상기 배터리의 초기 두께인 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서, 상기 케이싱은 개구 및 커버 플레이트를 갖는 케이싱 본체를 포함하고, 상기 커버 플레이트는 상기 케이싱 본체의 상기 개구에 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 상기 코어는 상기 수용 캐비티 내부에 위치하고;
    2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭은 제1 갭을 포함하고, 상기 제1 갭은 상기 2개의 인접하는 배터리들의, 동일한 측면 상에 위치하는 2개의 커버 플레이트들 사이의 최소 거리이고, 상기 배터리의 두께는 상기 제1 방향을 따른 상기 커버 플레이트의 치수인 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서, 상기 케이싱은 개구 및 커버 플레이트를 갖는 케이싱 본체를 포함하고, 상기 커버 플레이트는 상기 케이싱 본체의 상기 개구에 밀봉 접속되어 밀봉된 수용 캐비티를 공동으로 정의하고, 상기 코어는 상기 수용 캐비티 내부에 위치하고;
    상기 배터리는 상기 제1 방향을 따라 2개의 대향하는 제1 표면들을 갖고;
    상기 2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭은 제2 갭을 포함하고, 상기 제2 갭은 상기 2개의 인접하는 배터리들의 서로 대향하는 2개의 제1 표면들 사이의 최소 간격이고; 상기 배터리의 두께는 상기 제1 방향을 따른 상기 커버 플레이트의 치수인 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서, 사용 전의 상기 배터리의 상기 제2 갭은 사용 후의 상기 배터리의 상기 제2 갭보다 큰 배터리 팩.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, a는 5.8% 내지 17.5%의 범위의 값을 갖고, b는 3.21% 내지 8.8%의 범위의 값을 갖고, t는 81% 내지 97%의 범위의 값을 갖는 배터리 팩.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리의 길이는 상기 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 배터리의 길이는 400 내지 2500mm이고; 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 상이한 배터리 팩.
  19. 차량으로서,
    제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 팩을 포함하는 차량.
  20. 에너지 저장 디바이스로서,
    제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 디바이스.
KR1020227043732A 2020-05-25 2021-05-24 배터리 팩, 차량 및 에너지 저장 디바이스 KR20230010717A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010447938.3 2020-05-25
CN202010447938.3A CN111354899B (zh) 2020-05-25 2020-05-25 电池包、电池模组、车辆以及储能装置
PCT/CN2021/095533 WO2021238871A1 (zh) 2020-05-25 2021-05-24 电池包、车辆以及储能装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230010717A true KR20230010717A (ko) 2023-01-19

Family

ID=71196640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227043732A KR20230010717A (ko) 2020-05-25 2021-05-24 배터리 팩, 차량 및 에너지 저장 디바이스

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230087960A1 (ko)
EP (1) EP3996176B1 (ko)
JP (1) JP2023527014A (ko)
KR (1) KR20230010717A (ko)
CN (1) CN111354899B (ko)
ES (1) ES2956542T3 (ko)
HU (1) HUE063351T2 (ko)
WO (1) WO2021238871A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111354899B (zh) * 2020-05-25 2020-10-23 比亚迪股份有限公司 电池包、电池模组、车辆以及储能装置
CN111354900B (zh) * 2020-05-25 2020-10-23 比亚迪股份有限公司 电池包、电池模组、车辆以及储能装置
GB2625264A (en) * 2022-12-08 2024-06-19 Jaguar Land Rover Ltd A vehicle traction battery pack and a vehicle
CN116776478B (zh) * 2023-08-23 2023-11-28 武汉嘉晨电子技术有限公司 一种汽车bdu缓冲垫和导热垫的压缩率匹配方法
CN116914277B (zh) * 2023-09-12 2024-01-26 厦门海辰储能科技股份有限公司 一种电池单体、电池包及其用电装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4170714B2 (ja) * 2002-09-20 2008-10-22 松下電器産業株式会社 組電池
JP2015011919A (ja) * 2013-07-01 2015-01-19 三洋電機株式会社 電源装置
JP7059203B2 (ja) * 2016-05-13 2022-04-25 エノビクス・コーポレイション ３次元電池の寸法的制限
KR20180036863A (ko) * 2016-09-30 2018-04-10 현대자동차주식회사 배터리 유닛
CN206059484U (zh) * 2016-10-14 2017-03-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池模组
US10784477B2 (en) * 2016-11-28 2020-09-22 Viking Power Systems Pte. Ltd. Rechargeable battery with elastically compliant housing
CN106532156A (zh) * 2016-12-29 2017-03-22 北京海博思创科技有限公司 动力电池膨胀测量装置
CN206349449U (zh) * 2017-01-17 2017-07-21 华霆（合肥）动力技术有限公司 电池模组及供电系统
CN106910851B (zh) * 2017-04-26 2020-03-10 北京新能源汽车股份有限公司 电池模组、电池包和车辆
CN108987633B (zh) * 2018-07-11 2020-09-01 安徽江淮汽车集团股份有限公司 一种汽车电池模组结构
CN109148767A (zh) * 2018-08-08 2019-01-04 广州明美新能源有限公司 一种聚合物电芯及聚合物电池包
DE102018214528A1 (de) * 2018-08-28 2020-03-05 Mahle International Gmbh Akkumulatoranordnung
CN110265591B (zh) * 2018-08-31 2020-01-24 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池模组
CN210006793U (zh) * 2019-07-04 2020-01-31 江苏时代新能源科技有限公司 电池模组
CN110828746B (zh) * 2020-01-13 2020-07-10 比亚迪股份有限公司 一种电池包和电动车
CN110828744B (zh) * 2020-01-13 2020-07-10 比亚迪股份有限公司 一种电池、电池包和电动车
CN113193271B (zh) * 2020-01-13 2023-06-13 比亚迪股份有限公司 一种电池、电池模组、电池包和电动车
CN110828745B (zh) * 2020-01-13 2020-07-10 比亚迪股份有限公司 一种电池、电池模组、电池包和电动车
CN111354900B (zh) * 2020-05-25 2020-10-23 比亚迪股份有限公司 电池包、电池模组、车辆以及储能装置
CN111354899B (zh) * 2020-05-25 2020-10-23 比亚迪股份有限公司 电池包、电池模组、车辆以及储能装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023527014A (ja) 2023-06-26
EP3996176B1 (en) 2023-07-05
CN111354899A (zh) 2020-06-30
CN111354899B (zh) 2020-10-23
WO2021238871A1 (zh) 2021-12-02
HUE063351T2 (hu) 2024-01-28
ES2956542T3 (es) 2023-12-22
US20230087960A1 (en) 2023-03-23
EP3996176A1 (en) 2022-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3996176B1 (en) Battery pack, battery module, vehicle and energy storage device
US8309247B2 (en) Method for compressing individual cells in battery module
JP5621111B2 (ja) 熱的安定性を改良したバッテリーセル及びそれを使用する中型または大型バッテリーモジュール
EP1970982A1 (en) Battery pack
US20230079318A1 (en) Battery pack, vehicle, and energy storage device
CN209860115U (zh) 电池模块
KR20140113186A (ko) 전극 조립체 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법
JPH07235326A (ja) 密閉形アルカリ蓄電池の単電池及び単位電池
JP5617940B2 (ja) 角型リチウムイオン二次電池
US11855297B2 (en) Battery unit, battery, and electric apparatus
US20200365847A1 (en) Battery module and battery pack
KR20190065077A (ko) 열전도성 수지로 채워진 중공을 가지는 이차전지
KR100876253B1 (ko) 폴리머 전지팩
CN110190206B (zh) 二次电池
KR101609409B1 (ko) 이차전지용 외장재
CN111146505B (zh) 非水电解液二次电池
JP7285878B2 (ja) 二次電池、電池モジュールおよび二次電池の製造方法
Birke et al. Lithium-ion cells: discussion of different cell housings
JP3231223U (ja) 電池モジュール
JP2008293662A (ja) 組電池
KR20240011504A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
CN112635876A (zh) 一种电池的封装结构及包含其的软包锂离子电池和制备方法
JP2003059526A (ja) 電 池
CN112751119A (zh) 一种电池包