KR20230015421A

KR20230015421A - 배터리 팩, 차량 및 에너지 저장 디바이스

Info

Publication number: KR20230015421A
Application number: KR1020227045041A
Authority: KR
Inventors: 화쥔 쑨; 옌 주
Original assignee: 비와이디 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2023-01-31
Also published as: CN111354900A; EP3993117B1; US20230079318A1; WO2021238860A1; JP2023528367A; CN111354900B; EP3993117A1; EP4329029A2

Abstract

본 출원은 배터리 팩(200), 차량(300), 및 에너지 저장 디바이스(400). 배터리 팩(200)은 복수의 배터리들(100)을 포함하는 적어도 하나의 배터리 시퀀스(201)를 포함한다. 배터리들(100)의 두께는 제1 방향으로 연장된다. 복수의 배터리들(100)은 제1 방향을 따라 배터리 시퀀스(201)를 형성하도록 순차적으로 배열된다. 배터리들(100) 중 적어도 하나는 케이싱(101) 및 케이싱(101) 내부에 캡슐화된 극 코어(102)를 포함한다. 적어도 2개의 인접하는 배터리들(100) 사이에 간격이 제공된다. 간격 대 배터리(100)의 두께의 비율은 c이고, c는 다음의 관계식: c/a=0.01-0.5를 만족하고, 여기서 a는 배터리(100)의 팽창률이다.

Description

배터리 팩, 차량 및 에너지 저장 디바이스

본 출원은 2020년 5월 25일자로 BYD Company Limited에 의해 출원되고 발명의 명칭이 "BATTERY PACK, BATTERY MODULE, VEHICLE, AND ENERGY STORAGE DEVICE"인 중국 특허 출원 제202010447953.8호에 대한 우선권을 주장한다.

본 출원은 배터리 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. 또한, 외부 환경은 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 출원의 목적은 배터리 팽창을 완화하고 배터리의 사이클 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 팩의 내부 공간을 충분히 사용하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 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:

c/a=0.01-0.5을 만족하고, 여기서 a는 배터리의 팽창률을 나타낸다.

본 출원의 일부 구현들에서, 배터리들의 임의의 2개의 이웃하는 배터리들 사이에 갭이 존재한다.

본 출원의 일부 구현들에서, 2개의 이웃하는 배터리들 사이의 갭은 동일한 배터리 시퀀스에서의 2개의 이웃하는 배터리들 사이의 거리이다.

본 출원의 일부 구현들에서, a는 제1 방향으로의 배터리의 팽창률을 나타낸다.

본 출원의 일부 구현들에서, a = (팽창 후의 배터리의 두께 - 팽창 전의 배터리의 두께) / 팽창 전의 배터리의 두께×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 최소 간격이다.

본 출원의 일부 구현들에서, 2개의 인접하는 배터리 사이의 갭은 작업 중 또는 작업 후 또는 사용 전 2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭이고; 배터리의 두께는 사용 전의 배터리의 초기 두께이다.

2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭은 제1 갭을 포함하고, 제1 갭은 2개의 인접하는 배터리들의 동일한 측면 상에 위치하는 2개의 커버 플레이트들 사이의 최소 거리이고, 배터리의 두께는 제1 방향을 따른 커버 플레이트의 치수이다.

케이싱은 제1 방향을 따라 2개의 대향하는 제1 표면들을 갖고;

2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭은 제2 갭을 포함하고, 제2 갭은 2개의 인접하는 배터리들의 케이싱들의 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 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, 동일한 코어 그룹 내의 복수의 코어들이 병렬로 접속된다.

본 출원의 일부 구현들에서, 패키징 필름은 각각의 코어 그룹들의 외부에 슬리브(sleeve)되고, 복수의 코어 그룹들은 직렬로 접속된다.

본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱과 코어 사이에 패키징 필름이 추가로 배치되고, 코어는 패키징 필름 내에 패키징된다.

본 출원의 일부 구현들에서, 팽창 후의 배터리의 두께가 측정될 때, 배터리의 평균 두께가 계산되고, 여기서 배터리(100)의 케이싱 본체 상의 n개의 지점들이 소정의 간격에 따라 무작위로 선택되고, n개의 지점들에서의 두께들이 각각 측정되고 d1, d2, d3,...dn으로서 기록되며, 팽창 후의 배터리의 두께는 d = (d1+d2+d3+...dn) / n이다.

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: 배터리 팽창을 위한 버퍼 공간을 제공하기 위해, 본 출원에서 인접하는 배터리들 사이에 갭이 확보되고, 배터리의 팽창률과 같은 인자들이 고려된다. 전술한 인자들을 고려함으로써, 배터리들 사이의 갭의 설계는 더 과학적이고 합리적으로 될 것이다. 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 팩을 도시한다.
도 2는 본 출원에 따른 배터리 시퀀스를 도시한다.
도 3은 본 출원에 따른 배터리를 도시한다.
도 4는 본 출원에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 5는 본 출원에 따른 차량과 배터리 팩 사이의 어셈블리의 개략도이다.
도 6은 본 출원에 따른 에너지 저장 디바이스 내부에 배터리 팩이 배치되는 개략도이다.

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 방향(A)을 따라 연장된다. 복수의 배터리들(100)은 제1 방향을 따라 배터리 시퀀스(201)를 형성하도록 연속적으로 배열된다. 배터리들(200) 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: c/a=0.01-0.5를 만족하고, 여기서 a는 배터리(100)의 팽창률을 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 직렬로 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 두께는 제1 방향(A)을 따라 연장되고 복수의 배터리들(100)은 제1 방향(A)을 따라 연속적으로 배열된다는 것은, 적어도 하나의 배터리 시퀀스(201)에서, 복수의 배터리들(100)은 그들의 두께 방향을 따라 배열되고, 배터리(100)의 두께 방향으로의 2개의 대향하는 표면들은 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(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 모듈의 열 방산 효율을 추가로 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(100) 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 지칭한다. 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, 이는 배터리의 팽창으로 이어질 수 있다. 배터리(100)의 팽창 성능은 상이한 전기화학적 시스템들에 따라 달라진다. 배터리(100)의 팽창률 a는 배터리(100)의 팽창 성능을 특징짓는다. 파라미터 a가 더 클 때, 배터리(100)의 팽창 성능이 더 저하되고(팽창이 쉽게 발생한다); 파라미터 a가 더 작을 때, 배터리(100)의 팽창 성능이 더 양호하다(팽창이 쉽게 발생하지 않는다). 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.

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.

본 출원의 발명자들은 c/a가 0.01 미만일 때, 배터리 코어들 사이에 확보되는 갭이 배터리(100)의 자유 팽창을 위한 요구사항을 충족할 수 없고, 이는 배터리(100) 상의 과압축 및 배터리(100)의 케이싱(101) 상의 불균등한 응력을 쉽게 야기하고, 리튬 도금 및 배터리(100)의 용량의 급격한 하강과 같은 현상의 발생을 초래한다는 것을 실험들을 통해 발견하였다.

c/a가 0.5보다 클 때, 배터리 코어들 사이에 확보된 갭은 과도하게 크다. 배터리 팩(200)/모듈 내부의 공간이 낭비되고 그룹 레이트(rate)가 감소될 뿐만 아니라, 배터리(100)의 장시간 사용이 확대됨으로 인해 배터리(100)의 내부 전극 플레이트들 사이에 갭이 생성되기 쉽다. 인접하는 배터리(100)로부터의 힘이 없는 경우, 배터리(100)의 성능에도 영향이 미친다.

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, 배터리들(100) 사이에 확보된 갭이 배터리(100)의 자유 팽창을 위한 요구사항들을 충족할 수 있다는 것을 발견하였다. 이는 배터리(100)의 케이싱(101)에 불균등한 응력을 야기하고, 배터리(100)의 용량의 급격한 하락 및 리튬 도금과 같은 현상의 발생을 초래하는 인접하는 배터리들(100)의 과압축을 방지하고 배터리(100)의 사이클 수명을 연장시킬뿐만 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. 또한, 갭의 설정은 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. 방향들에서 배터리(100) 및 코어(102)의 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 두께 방향으로의 배터리(100)의 팽창 속도를 나타내고; 이에 대응하여, b는 두께 방향으로의 코어(102)의 팽창률을 나타낸다.

본 출원의 일부 구현들에서, 두께 방향으로의 배터리(100)의 팽창률을 계산하기 위한 공식은 다음과 같다:

a = (팽창 후의 배터리의 두께 - 팽창 전의 배터리의 두께)/팽창 전의 배터리의 두께×100%;

2개의 인접하는 배터리들(100) 사이의 갭 대 팽창 전의 배터리(100)의 두께의 비율을 계산하기 위한 공식은 다음과 같다:

c = 2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭/사용 전의 배터리의 초기 두께.

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 그 수명 사이클의 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 선택적으로 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 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 방향(A)을 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 두께는 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, 계산 결과의 오차가 작아진다. 선택적으로, n≥5이다.

방법 2: 팽창 후의 배터리(100)의 두께는 제1 방향(A)을 따라 배터리(100)를 개재하는 2개의 가상의 평행 평면들 사이의 간격의 최솟값으로서 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 가지는 2개의 플레이트들은 배터리(100)의 2개의 표면들을 각각 제1 방향(A)으로 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.

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. 또한, 전술한 활성 물질 층의 팽창 및 수축은 또한 양극 플레이트, 음극 플레이트 및 분리기(separator) 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.

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 방향(A)을 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 배열되어 배터리 시퀀스(201)를 형성할 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 사이의 최소 간격을 지칭한다.

본 출원의 일부 구현들에서, 케이싱(101)은 제1 방향(A)을 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 방향(A)을 따른 커버 플레이트(1011)의 치수이다.

사용 전의 배터리(100)의 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, 배터리들이 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 지칭하기 위한 것이다. 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 갖고, a < 5.8%인 경우는 거의 발생하지 않는데, 이는 리튬 배터리의 음의 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface, SEI) 필름의 두께가 지속적으로 증가하는 특성에 의해 결정되고, 기존의 테스트 데이터에 따르면, a > 17.5%인 경우 또한 잘 발생하지 않는다.

본 출원에 의해 제공되는 배터리 팩(200)에 따르면, 배터리의 길이는 제2 방향(B)을 따라 연장된다. 배터리(100)의 길이는 400 내지 2500mm이다. 추가로, 배터리(100)의 길이는 600 내지 1000mm이다. 또한 추가로, 배터리(100)의 길이는 1000mm 내지 2000mm이다. 또한 추가로, 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(102) 그룹들은 직렬로 접속된다.

즉, 복수의 코어(102) 그룹들은 케이싱(101) 내에서 직렬로 접속되고, 각각의 코어(102) 그룹은 적어도 하나의 코어(102)를 포함한다. 하나의 코어(102)만이 배치되는 기존의 방법에 비해, 배터리(100) 내에 복수의 코어(102) 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(102) 그룹들을 배치함으로써, 배터리(100)의 내부 저항을 또한 크게 감소시켜, 고전력 출력, 고속 충전 등으로 인한 배터리(100)의 과열에 의해 야기되는 문제들을 회피할 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 필름 내에 패키징된다.

즉, 코어(102)가 먼저 패키징 필름 내에 패키징되고, 그 후 케이싱(101)이 패키징 필름 위에 슬리브되어, 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(102) 그룹들로 분할되고, 각각의 코어(102) 그룹은 적어도 하나의 코어(102)를 포함한다. 동일한 코어(102) 그룹 내의 복수의 코어들(102)은 병렬로 접속되고, 코어(102) 그룹들은 직렬로 접속되어, 그에 의해 배터리(100)의 용량을 증가시키고 제조 비용을 감소시킨다.

복수의 패키징 필름들이 있을 수 있다. 코어(102) 그룹은 적어도 하나의 코어(102)를 포함하고, 각각의 패키징 필름은 하나의 코어(102) 그룹을 패키징하여 코어(102) 어셈블리를 형성하고, 코어(102) 어셈블리들은 직렬로 접속된다.

즉, 복수의 코어(102) 그룹들의 패키징 필름들은 서로 독립적이고, 패키징 필름들의 수는 코어(102) 그룹들의 수에 일대일 대응하고, 각각의 코어(102) 그룹은 하나의 패키징 필름에 개별적으로 패키징된다. 이러한 구현에서, 복수의 코어(102) 그룹들의 준비 완료 후에, 하나의 패키징 필름이 각각의 코어(102) 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. 추가로, 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 선택적으로 폴리올레핀 접착제로 본딩되어 복합 필름을 형성한다.

일부 다른 구현들에서, 패키징 필름은 알루미늄-플라스틱 복합 필름일 수 있다.

본 출원에서, 배터리(100)는 소프트 팩 배터리일 수 있고, 이에 대응하여, 케이싱(101)은 알루미늄-플라스틱 필름일 수 있다. 대안적으로, 배터리(100)는 또한 하드 케이스 셀일 수 있고, 이에 대응하여, 케이싱(101)은 금속 케이싱이다. 금속 케이싱은 알루미늄 케이싱 또는 강철 케이싱을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

본 출원의 제2 양태에 따르면, 적어도 하나의 배터리 시퀀스(201)를 포함하는 배터리 모듈이 제공되고, 여기서 배터리 시퀀스(201)는 복수의 배터리들(100)을 포함하고; 각각의 배터리(100)의 두께는 제1 방향(A)을 따라 연장되고, 복수의 배터리들(100)은 제1 방향(A)을 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: c/a=0.01-0.5를 만족하고, 여기서

a는 배터리(100)의 팽창률을 나타낸다.

본 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, a는 제1 방향(A)으로의 배터리(100)의 팽창률을 나타낸다.

본 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, a=(팽창 후의 배터리(100)의 두께-팽창 전의 배터리(100)의 두께)/팽창 전의 배터리(100)의 두께×100%이다.

본 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, 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 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, 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 방향(A)을 따른 커버 플레이트(1011)의 치수이고;

팽창 후의 배터리(100)의 두께는 제1 방향(A)을 따라 배터리(100)를 개재하는 2개의 가상의 평행 평면들 사이의 간격의 최솟값이다.

본 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, 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 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, 케이싱(101)은 제1 방향(A)을 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 방향(A)을 따른 커버 플레이트(1011)의 치수이다.

본 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, 사용 전의 배터리(100)의 제2 갭은 사용 후의 배터리(100)의 제2 갭보다 크다.

본 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, a는 5.8% 내지 17.5% 범위의 값을 갖는다.

본 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, 배터리(100)의 길이는 제2 방향(B)을 따라 연장되고, 배터리(100)의 길이는 400 내지 2500mm이고; 제2 방향(B)은 제1 방향(A)과 상이하다.

본 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, 복수의 코어들(102)은 케이싱(101) 내에 패키징되고, 복수의 코어들(102)은 여러 개의 코어(102) 그룹들로 분할되고, 코어(102) 그룹들은 직렬로 접속된다.

본 출원에서 제공되는 배터리 모듈에 따르면, 케이싱(101)과 코어(102) 사이에 패키징 필름이 추가로 배치되고, 코어(102)는 패키징 필름 내에 패키징된다.

본 출원에 의해 제공되는 배터리 모듈은 긴 서비스 수명 및 높은 안전 성능을 갖는다.

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.

본 출원의 제5 양태에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 전술한 배터리 팩(200)을 포함하는 에너지 저장 디바이스(400)가 제공된다.

본 출원의 제4 양태에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 전술한 배터리 팩(200)을 포함하는 차량(300)이 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 기술자는 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. 또한, 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 기술자는 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 등가물들에 의해 정의된다.

본 출원은 구체적인 실시예들과 함께 아래에서 추가로 설명될 것이다. 인용된 실시예들은 본 출원을 예증하기 위해서만 사용되고, 본 출원의 범위를 제한하기 위해서가 아니라는 것을 이해해야 한다.

예 1

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(200)은 트레이(201) 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 알루미늄 케이싱(101)을 포함한다. 케이싱(101)은 그의 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 연속적으로 배열되어 코어 시퀀스를 형성한다. 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 팽창률을 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.

2. 배터리 팩의 사이클 성능 테스트

25°C에서, 예들 및 비교예들의 배터리들에 대해 0.75 C의 충전률 및 0.75 C의 방전률로 완전 충전 및 방전 사이클 테스트가 수행되었다. 배터리의 용량이 80%로 감소할 때까지 배터리 팩 내의 각각의 배터리의 용량의 감소가 기록되었다. 사이클들의 수가 출력되었다. 리튬인산철인 양극 재료의 전압 범위는 2.5 내지 3.8V이고, Ni65 니켈-코발트-망간(NCM) 삼원 재료(ternary material)의 전압 범위는 3 내지 4.2V이다.

표 1은 예들 및 비교예들의 파라미터들 및 성능 테스트 결과를 제시한다.

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

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: c/a=0.01-0.5를 만족하고,
a는 상기 배터리의 팽창률을 나타내는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 배터리들 중 임의의 2개의 인접하는 배터리들 사이에 갭이 존재하는 배터리 팩.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 2개의 인접하는 배터리들 사이의 상기 갭은 상기 동일한 배터리 시퀀스에서의 상기 2개의 인접하는 배터리들 사이의 거리인 배터리 팩.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
a는 상기 제1 방향으로의 상기 배터리의 팽창률을 나타내는 배터리 팩.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
a = (팽창 후의 상기 배터리의 두께 - 팽창 전의 상기 배터리의 두께)/팽창 전의 상기 배터리의 두께×100%인 배터리 팩.
제5항에 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.
제5항 또는 제6항에 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 개재하는 2개의 가상의 평행 평면들 사이의 간격의 최솟값인 배터리 팩.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
2개의 인접하는 배터리들 사이의 상기 갭은 작업 중 또는 작업 후 또는 사용 전의 상기 2개의 인접하는 배터리들 사이의 갭이고; 상기 배터리의 두께는 사용 전의 상기 배터리의 초기 두께인 배터리 팩.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 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 상기 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.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 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 케이싱은 상기 제1 방향을 따라 2개의 대향하는 제1 표면들을 갖고;
2개의 인접하는 배터리 사이의 상기 갭은 제2 갭을 포함하고, 상기 제2 갭은 상기 2개의 인접하는 배터리들의 케이싱들의, 서로 대향하는 2개의 제1 표면들 사이의 최소 간격이고; 상기 배터리의 두께는 상기 제1 방향을 따른 상기 커버 플레이트의 치수인 배터리 팩.
제10항에 있어서,
사용 전의 상기 배터리의 제2 갭은 사용 후의 상기 배터리의 제2 갭보다 큰 배터리 팩.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, a는 5.8% 내지 17.5% 범위의 값을 갖는 배터리 팩.
제1항 내지 제12항 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.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 코어들이 상기 케이싱 내에 패키징되고, 상기 복수의 코어들은 여러 개의 코어 그룹들로 분할되고, 상기 코어 그룹들은 직렬로 접속되는 배터리 팩.
제14항에 있어서,
상기 동일한 코어 그룹 내의 복수의 코어들이 병렬로 접속되는 배터리 팩.
제14항 또는 제15항에 있어서, 패키징 필름은 각각의 상기 코어 그룹들의 외부에 슬리브(sleeve)되는 배터리 팩.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케이싱과 상기 코어 사이에 패키징 필름이 추가로 배치되고, 상기 코어는 상기 패키징 필름 내에 패키징되는 배터리 팩.
제7항에 있어서, 상기 팽창 후의 배터리의 두께가 측정될 때, 상기 배터리의 평균 두께가 계산되고, 상기 배터리(100)의 상기 케이싱 본체 상의 n개의 지점들이 소정의 간격에 따라 무작위로 선택되고, 상기 n개의 지점들에서의 두께들이 각각 측정되고 d1, d2, d3,...dn으로서 기록되며, 상기 팽창 후의 배터리의 두께는 d =(d1+d2+d3+...dn) / n인 배터리 팩.
차량으로서,
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 팩을 포함하는 차량.
에너지 저장 디바이스로서,
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 디바이스.