KR20230025766A - 배터리 팩 및 배터리 팩을 전원으로 사용하는 장치 - Google Patents

배터리 팩 및 배터리 팩을 전원으로 사용하는 장치 Download PDF

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KR20230025766A
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용구앙 왕
유 탕
싱디 첸
펑 왕
진큉 지
뮤 첸
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Abstract

본 개시는 배터리 팩 및 배터리 팩을 전원으로 사용하는 장치에 관한 것으로, 배터리 팩의 성능을 최적화하기 위한 배터리 기술분야에 관한 것이다. 배터리 팩은 박스 바디, 배터리 모듈, 모듈 전기 연결 피스, 및 제1 보호 조립체를 포함한다. 상기 배터리 모듈은 상기 박스 바디에 장착되고, 상기 배터리 모듈은 폭발 방지 조립체를 포함한다. 상기 모듈 전기 연결 피스는 상기 배터리 모듈에 장착된다. 제1 보호 조립체는 박스 바디 내에 장착되고, 폭발 방지 조립체로부터 방출되는 이젝타(ejecta)가 모듈 전기 연결 피스에 충돌할 때 모듈 전기 연결 피스를 보호하도록 구성된다. 상기 기술적 방식은 배터리 팩의 2차 단락 확률을 감소시킨다.

Description

배터리 팩 및 배터리 팩을 전원으로 사용하는 장치
본 출원은 2020. 6. 23. 출원된 중국 특허출원 제202010580242.8호를 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용은 전문이 참조로 본원에 포함된다.
본 발명은 배터리 기술분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 팩 및 배터리 팩을 전원으로 사용하는 장치에 관한 것이다.
전기 자동차의 중요 부품으로서, 전기 자동차에 전력을 공급하기 위해 배터리 팩이 사용된다. 상기 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하고; 상기 배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고; 상기 배터리 셀에는 폭발 방지 조립체가 구비된다. 하나의 배터리 셀에 열 폭주가 발생하면 폭발 방지 조립체가 가동되고 배터리 모듈 전체에 단락이 발생하기 쉬워 심각한 안전사고를 더 유발한다. 따라서 이는 시급히 해결해야 할 문제이다.
본 개시는 배터리 팩의 구조를 개선하기 위해 배터리 팩을 전원으로 사용하는 배터리 팩 및 장치를 제공한다.
본 개시의 일부 실시예는 다음을 포함하는 배터리 팩을 제공한다:
박스 바디;
상기 박스 바디에 장착되며, 폭발 방지 조립체를 포함하는 배터리 모듈;
상기 배터리 모듈에 장착되는 모듈 전기 연결 피스; 및
상기 박스 바디에 장착되며, 상기 폭발 방지 조립체에서 방출되는 이젝타(ejecta)가 모듈 전기 연결 피스에 충돌하는 경우 상기 모듈 전기 연결 피스을 보호하는 제1 보호 조립체.
일부 실시예에서, 상기 제1 보호 조립체는 상기 모듈 전기 연결 피스을 감싸는 보호 시트를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 제1 보호 조립체는 쉘을 포함하고, 상기 모듈 전기 연결 피스는 상기 쉘 내에 위치된다.
일부 실시예에서, 상기 모듈 전기 연결 피스에 대응하는 상기 박스 바디의 측벽 및/또는 하부벽에 장착되는 제1 절연 부재를 포함하고, 상기 제1 절연 부재는 상기 박스 바디를 상기 모듈 전기 연결 피스으로부터 격리시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 박스 바디에 장착되며, 상기 폭발 방지 조립체를 향하여 배치되며, 상기 폭발 방지 조립체에서 배출되는 이젝타에 의한 충격으로부터 상기 박스 바디를 보호하는 제2 보호 조립체를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 제2 보호 조립체는, 상기 제2 보호 조립체와 상기 배터리 모듈이 형성하는 공간에 상기 폭발 방지 조립체를 감싸기 위해, 상기 제2 보호 조립체가 상기 폭발 방지 조립체와 상기 모듈 전기 연결 피스 사이의 연결 라인 방향으로 양쪽 가장자리를 따라 상기 폭발 방지 조립체를 향해 절곡된다.
일부 실시예에서, 상기 배터리 팩은 노치가 형성된 빔을 더 포함하고, 상기 모듈 전기 연결 피스는 상기 노치를 관통하여 외부 전기 설비를 전기적으로 연결하도록 구성되며;
상기 제1 보호 조립체는 상기 노치에 장착되는 제2 절연 부재를 더 포함하고, 상기 제2 절연 부재는 상기 모듈 전기 연결 피스를 상기 빔으로부터 격리시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 빔과 고정 연결되어, 상기 배터리 모듈을 고정하는 가압 플레이트를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 보호 조립체의 재료는 운모(mica)이다.
본 개시의 일부 실시예들은, 본 개시의 임의의 기술적 사상에 의해 제공되는 배터리 팩을 전원으로 사용하는 장치를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 개시에 따른 배터리 팩의 모듈 전기 연결 피스에는 제1 보호 조립체가 구비되고, 상기 제1 보호 조립체는 상기 폭발 방지 조립체로부터 방출되는 이젝타가 상기 모듈 전기 연결 피스에 충돌할 때 상기 모듈 전기 연결 피스를 보호한다. 또한, 상기 제1 보호 조립체는, 상기 폭발 방지 조립체에서 배출되는 이젝타에 의한 상기 모듈 전기 연결 피스의 보호 불량을 효과적으로 감소시켜, 상기 모듈 전기 연결 피스와 박스 바디 사이의 전기적 연결 가능성을 더욱 감소시킨다. 마지막으로, 배터리 팩의 2차 단락 가능성이 감소된다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 전원으로 사용하는 자동차의 개략적인 구조도이다.
도 2는 배터리 팩의 2차 단락의 개략도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 박스 바디가 개방된 상태의 분해도이다.
도 4a는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 모듈 전기 연결 피스의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 4b는 도 4a의 개략적인 정면도이다.
도 4c는 도 4b의 A-A 확대 단면도이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 박스 캡이 제거된 상태의 개략적인 상면도이다.
도 5b는 도 5a의 개략적인 B-B 단면도이다.
도 5c는 도 5b의 C 영역의 부분 확대 개략도이다.
도 6a는 본 개시의 일부 실시예에 따라 박스 캡이 제거된 배터리 팩의 다른 개략적인 3차원 구조도이다.
도 6b는 도 6a의 D 영역의 부분 확대 개략도이다.
도 7은 본 개시의 몇몇 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
도 8은 본 개시의 몇몇 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 제2 보호 조립체의 개략적인 3차원 구조도이다.
도 9a는 본 개시의 몇몇 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 고장 구조(breakdown structure)를 도시하는 개략도이다.
도 9b는 본 개시의 일부 실시예에 따라 박스 캡이 제거된 배터리 팩의 개략적인 평면도이다.
도 9c는 도 9b의 E-E의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 개시의 실시예들에 따른 배터리 팩의 배터리 셀의 고장 구조를 나타낸 개략도이다.
도 11은 적층된 전극 조립체의 개략적인 구조도이다.
도 12는 권취된 전극 조립체의 개략적인 구조도이다.
이하, 도 1 내지 12를 참조하여 본 개시가 제공하는 기술적 방안을 보다 구체적으로 설명한다.
본 개시의 각 실시예의 기술적 사상을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 도 3에 좌표계를 설정하고, 좌표계를 기준으로 배터리 팩의 방향에 대해 설명한다. 도 3을 참조하면, 배터리 셀(21)은 6*2의 2층 배터리 배열을 형성하고, X축은 배터리 모듈(2)의 길이 방향, 즉 6개의 배터리 셀(21)의 배열 방향을 나타낸다. Y축은 X축과 수직하고, Y축은 단일 배터리 어레이의 폭 방향, 즉 6*2 배터리 어레이 내의 2개의 배터리 셀(21)의 배열 방향을 나타낸다. Z축은 X축과 Y축이 이루는 평면에 수직하며, Z축은 배터리 모듈(2)의 높이 방향을 나타낸다. 본 개시의 일부 실시예의 설명에서, 용어 "상부" 및 "하부"는 Z축의 방향에 대한 것이다. 박스 바디(1)의 길이 방향은 배터리 팩의 길이 방향과 일치하고, 박스 바디(1)의 폭 방향은 배터리 팩의 폭 방향과 일치하고, 박스 바디(1)의 높이 방향은 배터리 팩의 높이 방향과 일치한다.
본 개시의 일부 실시예의 설명에서, "상부", "하부", "내부", "외부" 등의 용어로 표현되는 위치 또는 방향은 첨부 도면에 의거하여 결정되며, 이는 장치 또는 요소가 특별한 방향을 가지거나 특별한 방향으로 구성 및 동작되도록 지시 또는 암시하기 위한 것이 아니라, 단지 본 개시의 설명의 편의 및 단순화된 설명을 위한 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 개시를 제한하는 것으로 이해될 수 없다.
도 2를 참조하면, 배터리 모듈(2)은 하나 이상의 배터리 셀 시퀀스를 포함한다. 배터리 셀 시퀀스는 적어도 하나의 배터리 셀(21)을 포함한다. 배터리 셀(21)은 외부 쉘(211)(도 10에는 외부 쉘(211)의 위치가 도시되어 있음)과, 외부 쉘(211)에 장착되는 폭발 방지 조립체(20)(도 3에는 폭발 방지 조립체(20)의 위치가 도시되어 있음)를 포함한다. 본 발명자들에 의해 발견된 바와 같이, 배터리 모듈(2) 내의 임의의 단일 배터리 셀(21) 상에서 열 폭주(thermorunaway)가 일어나는 경우, 배터리 셀(21)의 폭발 방지 조립체(20)에 의해 분출되는 고온 및 고압 이젝타 기류(ejecta air flow)는 모듈 전기 연결 피스(3)에 충돌하여, 모듈 전기 연결 피스(3)의 표면 상의 절연 슬리브(30)(절연 슬리브(30)의 위치가 도 4a에 도시됨)가 균열되어 파괴되고, 모듈 전기 연결 피스(3)는 절연 및 단열 보호를 상실한다. 고온 기류 하에서, 보호를 상실한 모듈 전기 연결 피스(3)는 용융될 것이다. 이 경우, 상기 모듈 전기 연결 피스(3)의 어느 위치라도 박스 바디(1)와 전도 접촉되면, 이 위치와 폭주하는 배터리 셀(21) 사이의 모든 배터리 셀(21)이 단락되어 다수의 배터리 셀(21)이 단락 고장이 된다. 배터리 모듈(2)은 많은 열을 방출하게 되고, 이는 심각한 안전 위험을 야기한다. 따라서, 배터리 모듈(2)의 모듈 전기 연결 피스(3)를 열 폭주 상태에서 보호할 필요가 있다. 본 개시의 실시예들이 제공하는 기술적 방식을 채택함으로써, 단일 배터리 셀(21)에 열 폭주가 발생할 때 메이저 루프(major loop)에서의 단락 발생이 효과적으로 감소되거나 회피된다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일부 실시예는 배터리 팩을 전원으로 사용하는 장치(100)를 제공한다. 상기 장치는, 본 개시의 어느 하나의 기술방식에 의해 제공되는 상기 배터리 팩을 포함한다. 상기 장치는 구체적으로 교통 장치, 에너지 저장 전기 캐비넷 등이다. 교통 장치는 예를 들어 전기 자동차, 증기선, 무인 항공기 등이다. 배터리 팩은 차체의 하부에 배치되며, 충전 가능한 배터리를 채용한다.
도 3 내지 4c를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 박스 바디(1), 배터리 모듈(2), 모듈 전기 연결 피스(3) 및 제1 보호 조립체(4)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 일부 실시예에서, 박스 바디(1)는 박스 캡(12) 및 하부 박스 바디(13)를 포함한다. 박스 바디(1)는 유사한 직사각형 구조이며, 박스 바디(1)의 4개의 내부 측벽: Y 방향을 따라 대향하여 배열된 2개의 제1 측벽(141) 및 X 방향을 따라 대향하여 배열된 2개의 제2 측벽(142)이 있다. 제1 측벽(141)과 제2 측벽(142)은 고정적으로 연결된다.
하부 박스 바디(13)와 박스 캡(12)은 수용 공간(11)을 둘러싸고, 박스 바디(1)의 수용 공간(11)에 배터리 모듈(2)이 장착된다. 박스 바디(1)와 배터리 모듈(2)은 탈착가능하게 연결되거나 또는 접착제에 의해 고정된다. 상기 구현 모드를 채택함으로써, 배터리 모듈(2)과 박스 바디(1) 사이의 연결이 안정적이고 신뢰 가능하여, 배터리 팩의 안전성 및 신뢰성을 향상시킨다.
배터리 모듈(2)은 하나 이상의 배터리 셀 시퀀스를 포함한다. 배터리 셀 시퀀스들 간의 전기적 연결 모드는 필요에 따라 직렬, 병렬 또는 직병렬로 배치되어 배터리 팩에서 필요로 하는 전기적 성능을 구현한다. 계속해서 도 3을 참조하면, 2열의 배터리 셀 시퀀스(21)가 배터리 팩의 폭 방향(즉, Y축의 방향)을 따라 박스 바디 내에 배열된다. 실제 응용에서는 배터리 셀 시퀀스들의 3개 이상의 행들이 제공된다. 필요에 따라, 실제 사용에 있어서, 배터리 셀 시퀀스들의 하나 이상의 층들은 배터리 팩의 높이 방향, 즉 도 3의 축(Z)의 방향으로 추가로 배열된다.
모듈 전기 연결 피스(3)는 박스 바디(1)에 장착되고, 모듈 전기 연결 피스(3)는 배터리 팩의 박스 바디(1) 외부로 배터리 모듈(2)의 전기에너지를 출력하도록 구성된다. 구체적으로, 상기 모듈 전기 연결 피스(3)의 일단은 상기 배터리 모듈(2)의 출력단에서 전기 연결 피스(22)와 전기적으로 연결되고, 상기 모듈 전기 연결 피스(3)의 타단은 상기 배터리 팩의 박스 바디(1)의 외부에 위치하는 전기 설비와 전기적으로 연결된다. 박스 바디(1)의 외부에 위치하는 전기 제품를 외부 전기 설비라고도 한다. 외부 전기 설비는 예를 들어 제어기, 모터, 전기 제어 박스 등이다.
도 3 내지 도 4b를 참조하면, 모듈 전기 연결 피스(3)는 절곡되어 일체로 연결된 제1 연결 피스(31)와 제2 연결 피스(32)를 포함한다. 상기 제1 연결 피스(31)와 제2 연결 피스(32)의 단부에는 모두 연결 단부(33)가 구비된다. 상기 연결 단부(33) 중 하나는 배터리 모듈(2)의 출력단에서 전기 연결 피스(22)를 전기적으로 연결하고, 다른 하나는 외부 전기 설비를 전기적으로 연결하도록 구성된다.
제1 보호 조립체(4)는 폭발 방지 조립체(20)에서 방출되는 이젝타(ejecta)가 모듈 전기 연결 피스(3)에 충격을 가하는 경우 모듈 전기 연결 피스(3)를 보호하도록 구성된다. 이는 고온 고압 이젝타와 박스 바디(1)의 충격에 의해 용융 변형되는 상황에서 모듈 전기 연결 피스(3) 사이의 전기 접속을 감소시키는 현상이다. 이는 고온 및 고압 조건에서 제1 보호 조립체(4)가 박스 바디(1)를 모듈 전기 연결 피스(3)으로부터 절연 및 격리시키도록 구성됨을 의미한다. 이젝타란 배터리 셀(21)의 열적 고장 시 배터리 내부에서 발생하는 스파크 및 화염 등이 존재하는 고온, 고압의 기류 또는 기류와 전해액을 의미하며, 폭발 방지 밸브 개방 시 분출된다.
일부 실시예에서, 제1 보호 조립체(4)의 재료는 운모(mica)이다. 제1 보호 조립체(4)는 운모 분말(mica powder), 비교적 얇은 운모 플레이트(mica plate) 또는 다른 구조체를 채택한다. 제1 보호 조립체(4)는 복수의 분산된(scatterd) 블록, 복수의 접합된(spliced) 블록 또는 일체형 블록을 포함한다. 운모는 고온에 저항하고 열충격을 잘 보호한다. 제1 보호 조립체(4)의 재료는 하기에 소개되는 제1 보호 조립체(4)의 다양한 구현 모드에 적합하다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 보호 조립체(4)는 쉘(41)을 포함하고, 모듈 전기 연결 피스(3)는 쉘(41) 내에 위치된다. 여기서, 상기 모듈 전기 연결 피스(3)의 대부분의 영역이 상기 쉘(41)에 위치하여 보호 역할을 한다. 상기 쉘(41)은 다양한 구조적인 형태를 가지며, 예를 들어, 모듈 전기 연결 피스(3)의 충격이 가장 강한 면에만 배치되는 단일 플레이트이거나, 복수 개의 블록을 결합하여 형성된 "L"자 또는 "U"자 형태의 보호구조이다. 이젝타와 정렬된 모듈 전기 연결 피스(3)의 표면 외측에는 쉘(41)이 구비되어 모듈 전기 연결 피스(3)를 보호한다.
쉘(41)은 가능한 한 확실하게 모듈 전기 연결 피스(3)의 표면을 감싸 포괄적 보호를 실현한다. 쉘(41)의 재료는 예를 들어 운모 또는 유사한 성능을 갖는 다른 재료이다. 모듈 전기 연결 피스(3)의 상이한 구역에서, 쉘(41)은 두께가 상이하다. 예를 들어, 충격이 강한 영역에서는 쉘(41)의 두께가 두껍게 이루어진다. 예를 들어, 충격이 크지 않은 영역에서는 상기 쉘(41)의 두께가 작다. 이러한 구조는 보다 표적화된 보호를 실현하고, 필요한 쉘(41)의 재료를 감소시켜, 제조 비용을 감소시킨다. 폴리올레핀(polyolefin) 재료로 제조된 절연 슬리브(30)가 원래 모듈 전기 연결 피스(3) 외부에 배치된다는 것을 유의해야 한다. 쉘(41)이 배열되는 경우, 모듈 전기 연결 피스(3) 외부의 절연 슬리브(30)는 보존되거나 제거된다. 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같은 경우에, 모듈 전기 연결 피스(3) 외부의 절연 슬리브(30)는 보존되고, 쉘(41)은 절연 슬리브(30)의 외부를 직접 감싼다.
이하, 본 개시의 실시예에 의한 배터리 팩의 보호 과정을 소개하면 다음과 같다: 복수의 배터리 셀(21)의 폭발 방지 조립체(20)와 모듈 전기 연결 피스(3)가 박스 바디 내부에 위치한다. 어느 하나의 배터리 셀(21)에 열 폭주가 발생하면, 배터리 셀(21)에서 발생된 이젝타 기류는 배터리 셀(21) 내의 폭발 방지 조립체(20)를 통해 배출되고, 고온 및 고압의 이젝타 기류는 모듈 전기 연결 피스(3)에 영향을 줄 것이다. 이러한 기술적 구성에 의하면, 제1 보호 조립체(4)가 배치되고, 제1 보호 조립체(4)가 모듈 전기 연결 피스(3)를 보호하여, 이젝타 기류에 의한 모듈 전기 연결 피스(3)의 용융 및 변형 불량을 감소 또는 방지할 수 있다. 모듈 전기 연결 피스(3)의 재료는 통상적으로 용융점이 660 °C인 알루미늄(aluminum)이라는 점에 유의해야 한다. 이젝타 기류가 강한 경우 이젝타 기류의 온도가 알루미늄의 용융점을 크게 상회하여 모듈 전기 연결 피스(3)가 녹아 튀게 된다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 일부 다른 실시예에서, 제1 보호 조립체(4)는 모듈 전기 연결 피스(3)를 둘러싸는 보호 시트(40)를 포함한다. 상기 보호 시트(40)는 상기 모듈 전기 연결 피스(3)를 일체로 감싸며, 상기 보호 시트(40)의 일부 영역이 중첩된다. 보호 시트(40)의 중첩된 부분은 접착제에 의해 서로 붙게 된다. 보호 시트(40)가 제공되는 경우, 모듈 전기 연결 피스(3) 외부의 절연 슬리브(30)는 보존되거나 제거된다. 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같은 경우에, 모듈 전기 연결 피스(3) 외부의 절연 슬리브(30)는 보존되고, 보호 시트(40)는 절연 슬리브(30)의 외부를 직접 감싼다. 보호 시트(40)는 고온 및 고압의 이물이 보호 시트에 충돌할 경우 보호 시트(40)의 표면에 이젝타가 충돌할 때 보다 더 우수한 보호 효과를 가진다. 보호 시트(40)에 크랙 현상(cracking phenomenon)이 없는 한, 보호 시트(40)의 내부에 위치하는 절연 슬리브(30)는 고온, 고압의 이젝타에 의한 충격으로 인한 크랙 및 낙하를 항상 방지하여 모듈 전기 연결 피스(3)의 보호가 우수하며, 배터리 셀(21)의 열 폭주로 인해 배터리 모듈 전체가 단락되기 쉬운 상태를 방지한다.
다른 실시예에서, 보호 시트(40)는 모듈 전기 접속 피스(3)의 충격된 키 영역을 둘러싸고, 키 영역은 테스트에 따라 테스트된다. 대안적으로, 보호 시트(40)는 모듈 전기 연결 피스(3)의 표면을 가능한 한 많이 감싼다. 보호 시트(40)의 재질은 예를 들어 운모 종이나 기타 고온의 충격에 견딜 수 있는 재질이다. 상기 보호 시트(40)의 랩핑 층(wrapping layer)은 하나 이상의 개수로 형성된다. 상이한 랩핑 두께들이 다른 영역들에 제공된다. 예를 들어, 강한 충격을 갖는 영역에서, 포장 보호 시트(40)는 층수가 더 많고, 최종적으로 형성된 랩은 두께가 더 크거나; 또는 더 두꺼운 보호 시트(40)가 직접 채택된다. 예를 들어, 강한 충격이 없는 영역에서, 포장 보호 시트(40)는 층수가 적고, 최종적으로 형성된 랩은 두께가 얇거나; 더 얇은 보호 시트(40)가 직접 채택된다.
다른 일부 실시예에서, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 보호 조립체(4)는 제1 절연 부재(42)를 포함하고, 제1 절연 부재(42)는 모듈 전기 연결 피스(3)의 위치에 대응하는 박스 바디(1)의 측벽(14) 또는 하부벽(15)에 장착되고, 하부벽(15)의 주석 위치(annotating position)는 도 3을 참조한다. 제1 절연 부재(42)는 박스 바디(1)의 측벽(14)의 적어도 일부를 차단하여, 박스 바디(1)를 모듈 전기 접속 피스(3)로부터 격리시키도록 구성된다. 제1 절연 부재(42)는 박스 바디(1)를 막아 보호 역할을 하고 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 모듈 전기 연결 피스(3)의 위치에 대응하는 박스 바디(1)의 측벽(14)은, 박스 바디(1) 내의 모듈 전기 연결 피스에 대응하는 제1 측벽(141) 및 제2 측벽(142)을 의미한다. 모듈 전기 연결 피스(3)의 위치에 대응하는 박스 바디(1)의 소위 하부벽(15)은 박스 바디(1)의 모듈 전기 접속 피스(3)의 위치 아래의 하부벽(15)을 지칭한다. 폭발 방지 조립체(20)에서 토출되는 고온 고압의 이젝타 기류에 의해 모듈 전기 연결 피스(3)가 융착되어 모듈 전기 연결 피스(3)와 박스 바디(1)의 측벽(14) 및 하부벽(15)과의 전기적 연결에 의해 쇼트가 발생한다. 이 때문에, 상기 위치에 제 1 절연 부재(42)가 배치되어 있다. 상기 기술적 구성에 따르면, 모듈 전기 연결 피스(3)의 위치에 대응하는 박스 바디(1)의 측벽(14) 및 하부벽(15) 중 적어도 하나에 제1 절연 부재(42)가 제공된다. 상기 제1 절연 부재(42)는 박스 바디(1)와 모듈 전기 연결 피스(3)를 절연 및 격리시켜, 배터리 셀(21)의 열 폭주로 인한 배터리 모듈 전체의 단락을 방지하거나 감소시킨다.
제1 절연 부재(42)는 예를 들어 운모 플레이트 또는 이와 성능이 유사한 재료로 되어 있다. 복수의 제1 절연 부재 (42)가 배치되고, 제1 절연 부재(42)의 일부는 박스 바디(1)의 측벽 (14)에 고정되고, 다른 제1 절연 부재(42)의 일부는 박스 바디 (1)의 하부벽 (15)에 고정된다. 제1 절연 부재(42)와 박스 바디(1)의 연결 모드는 페이스팅(pasting) 또는 유사한 모드이다.
다만, 제1 보호 조립체는 쉘(41), 보호 시트(40) 및 제1 절연 부재(42) 중 두 개 또는 세 개를 동시에 사용하여 다중 보호를 구현함으로써 일부 보호가 실패한 경우 발생하는 단락을 방지할 수 있다.
도 7 내지 도 9c를 참조하면, 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 제2 보호 조립체(10)를 더 포함하고, 제2 보호 조립체(10)는 박스 바디(1)에 장착되며 폭발 방지 조립체(20)를 향하고, 제2 보호 조립체(10)는 폭발 방지 조립체(20)에서 방출되는 이젝타에 의한 충격으로부터 박스 바디(1)를 보호하도록 구성된다.
도 7 또는 도 9c를 참조하면, 제2 보호 조립체(10)를 배치한 후, 제2 보호 조립체(10), 배터리 모듈(2) 및 박스 바디(1)의 제1 측벽(141) 사이에 배기 채널(S)을 형성한다. 도 9c는 배기 채널(S)의 위치를 보여준다. 도 7 또는 도 9a를 참조하면, 배기 채널(S)에서의 기류의 진행 방향은 화살표(P1)와 같다. 상기 제2 보호 조립체(10)는 각 배터리 셀(21)의 폭발 방지 조립체(20)와 정렬된다. 배터리 셀(21)의 폭발 방지 조립체(20)에서 분출되는 고온, 고압의 이젝타는 분출된 후 제2 보호 조립체(10)에 직접 충돌하여 이젝타가 박스 바디(1)에 직접 충돌하는 것을 방지하여 박스 바디(1)의 파손을 방지한다. 또한, 상기 제2 보호 조립체(10)는 폭발 방지 조립체(20)에서 분출되는 이젝타를 안내하여 대부분의 이젝타 기류가 제2 보호 조립체(10)와 배터리 모듈(2)에 의해 형성되는 배기 채널(S)을 따라 배출되도록 한다. 따라서, 배기 효율이 향상되는 효과가 있다. 한편, 상기 제2 보호 조립체(20)의 존재로 인해, 상기 폭발 방지 조립체(10)에서 분출되는 이젝타 기류가 모이게 되고, 이렇게 모이게 되는 기류는 상기 배기 채널(S)의 양측에 위치한 모듈 전기 연결 피스(3)에 더욱 강한 충격을 가하게 된다. 이때, 모듈 전기 연결 피스(3)에 대한 보호를 제공하는 것이 더욱 중요하다. 종래기술이 적용되는 방식으로 절연 슬리브(30)만 구비되는 경우, 절연 슬리브(30)의 주석 처리를 도 4a를 참조한다. 상기 절연 슬리브(30)는 충격에 의해 크랙이 발생하거나 낙하하여 전체 배터리 모듈을 쉽게 단락시킨다. 위에서 소개된 제1 보호 조립체(4)의 배치는 배터리 모듈의 2차 단락을 효과적으로 감소시키거나 심지어 방지한다. 우수한 보호 효과를 보장하기 위해, 제1 보호 조립체(4)는 1,000°C 초과의 순간적인 고온 및 800°C의 연속적인 고온에 저항하는 재료, 예를 들어 운모 또는 그러한 성능을 갖는 다른 재료를 사용할 필요가 있다.
제2 보호 조립체(10)는 다양한 구조적 형태, 예컨대 분할 또는 일체형 형태를 채택하고 있다. 두 가지 경우에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다. 도 7을 참조하면, 일부 실시예에서, 제2 보호 조립체(10)는 폭발 방지 조립체(20)와 모듈 전기 연결 피스(3)의 연결 라인 방향으로 두 변의 가장자리를 따라 폭발 방지 조립체(20)를 향하여 절곡되어, 제2 보호 조립체(10)와 배터리 모듈(2)이 형성하는 공간 내에서 폭발 방지 조립체(20)를 감싼다. 상기 공간은 배기 채널(S)이며, 배기 채널(S)에 대한 주석은 도 9c를 참조한다. 이러한 방식으로, 폭발 방지 조립체(20)로부터의 이젝타가 열 고장을 겪는 배터리 셀(21) 주위의 배터리들을 연소시킬 확률이 감소되거나 심지어 방지된다. 또한, 이젝타가 작용하여 녹아 분출되는 배터리 셀(21)의 버스바(23)와 박스 바디(1)의 접촉에 의해 단락이 발생할 확률이 감소된다.
도 7, 도 8, 도 9a 또는 도 9c를 참조하면, 상기 제2 보호 조립체(10)의 상부 및 하부 가장자리는 적소에 장착된 후 구부러지며, 상기 폭발 방지 조립체(20)의 측면을 향하여 구부러진다. 상기 제2 보호 조립체(10)는 대체로 “C”자 형상을 가지고 있으므로, 상기 제2 보호 조립체(10)에 대응하는 상기 배기 채널(S)의 단면은 상부과 하부가 폐쇄되어 있다. 이때, 상기 열 폭주 배터리 셀(21)의 폭발 방지 조립체(20)에서 분사된 이젝타는 길이 방향을 따라 상기 배기 채널(S)의 양측단에서만 배출된다. 즉, 상기 제2 보호 조립체(10)는 포괄적인 보호 역할을 하면서 기류의 흐름 방향을 더욱 제한하여 기류의 강도를 더욱 강하게 하고, 이젝타는 배기 채널(S)의 양쪽에 위치한 모듈 전기 연결 피스(3)에 더욱 강한 영향을 미친다. 위에서 소개한 제1 보호 조립체(4)가 배치되지 않는다면, 이 경우 모듈 전기 연결 피스(3)들이 이젝타의 충격으로 고장 및 변형되기 쉽다. 위에서 소개한 제1 보호 조립체(4)를 배치한 후, 제2 보호 조립체(10)를 배치한 전제 하에서 모듈 전기 연결 피스(3)가 이젝타의 충격으로 고장나 변형될 가능성을 줄이거나 더욱 효과적으로 방지하여 단락의 발생을 더욱 방지할 수 있다.
제2 보호 조립체(10)의 두께는 0.5 내지 3mm의 범위 내에서 설정되며, 제2 보호 조립체(10)와 제2 보호 조립체(10)가 연결되는 부분의 랩폭은 3 내지 10mm이다. 이러한 설계에 기초하여, 열 폭주에 의해 분출되는 고온 기류/화염이 가장 큰 면적을 갖는 배터리 셀(21)의 측면을 로스팅(roasting)하는 것이 방지된다. 한편, 제2 보호 조립체(10)와 제2 보호 조립체(10)와 연결되는 부분(예를 들어, 후술되는 빔(5))은 플라스틱 리벳(plastic rivet)에 의해 리벳(riveted)된다. 이와 같이, 일 측면에서, 금속 연결 피스를 사용함으로 인해 발생하는 배터리 셀(21)과 박스 바디 사이의 단락을 회피한다. 또 다른 측면에서, 제2 보호 조립체(10)와 박스 바디 사이의 양호한 연결이 보장되어, 제2 보호 조립체(10)의 위치 오프셋이 배터리의 열 폭주 후 폭발 방지 밸브로부터 방출되는 이젝타에 의해 야기되는 것을 피할 수 있고, 따라서 제2 보호 조립체(10)의 보호 역할에 부정적인 영향을 미치는 것이 회피된다.
일부 실시예에서, 제2 보호 조립체의 양호한 보호 효과를 보장하기 위해, 제2 보호 조립체(10)는 운모 플레이트 및 유사한 성능을 갖는 재료를 채택한다. 도 6a, 도 6b, 도 7 및 도 9a를 함께 참조하면, 이들 실시예에서, 배터리 팩은 빔(5)을 더 포함한다. 폭발 방지 조립체(20)가 구비된 배터리 셀(21)의 일면은 빔(5)과 평행하고, 상기 도입된 제2 보호 조립체(10)는 폭발 방지 조립체(20)가 구비된 배터리 셀(21)의 일면과 빔(5) 사이에 배치된다. 상기 빔(5)을 배치한 후, 제2 보호 조립체(10)의 제2 절연부(102)를 빔(5)의 최대 측면에 부착하여 고정함으로써, 제2 보호 조립체(10)의 고정 난이도를 단순화할 수 있다. 빔(5)에는 노치(51)가 제공되고, 모듈 전기 연결 피스(3)는 노치(51)를 관통하여 외부 전기 설비를 전기적으로 연결하도록 구성된다. 제1 보호 조립체(4)는 노치(51) 상에 장착된 제2 절연 부재(43)를 더 포함하고, 제2 절연 부재(43)는 빔(5)으로부터 모듈 전기 연결 피스(3)를 격리시키도록 구성된다.
도 6b 및 도 7을 참조하면, 빔(5)의 노치(51)에는 제2 절연 부재(43)가 더 구비되고, 제2 절연 부재(43)는 빔(5)과 모듈 전기 연결 피스(3)를 절연 및 격리시킨다. 상기 제2 절연 부재(43)는 제1 운모 플레이트(431)와 제2 운모 플레이트(432)를 포함한다. 노치(51)는 대략 L자 형상이며, 노치(51)는 측면(52)과 하부면(53)을 포함한다. 모듈 전기 연결 피스(3)는 노치(51)의 하부면(53)에 배치되거나, 노치(51)의 하부면(53)과 일정 간격을 두고 있다. 제1운모 플레이트(431)는 노치(51)의 측면(52)에 고정되고, 제2운모 플레이트(432)는 노치(51)의 하부면(53)에 고정된다. 제1 운모 플레이트(431)와 제2 운모 플레이트(432)의 고정 모드(fixing mode)는 페이스팅(pasting)이다.
도 7a 및 도 9a를 참조하면, 이들 실시예에서, 배터리 팩은 배터리 모듈(2)을 고정하는 가압 플레이트(6)를 더 포함한다. 상기 가압 플레이트(6)는 상기 빔(5)에 장착 및 고정된다. 상기 빔(5)은 상기 가압 플레이트(6)를 장착하는 역할 이외에도, 상기 박스 바디(1)의 내부 공간을 더 구획함으로써, 일부 공간에서 배터리 모듈이 열 폭주 후 다른 공간의 배터리 모듈에 영향을 미쳐 심각한 안전사고가 발생되는 것을 방지한다.
도 7을 참조하면, 일부 실시예에서, 제2 보호 조립체(10)는 가압 플레이트(6), 빔(5) 및 박스 바디(1) 중 적어도 하나와 고정 연결된다. 상기 제2 보호 조립체(10)는 제1 절연부(101), 제2 절연부(102) 및 제3 절연부(103)를 포함한다. 실시예에서, 3개의 부분들은 독립적이고, 서로 연결되지 않는다. 구체적으로, 제1 절연부(101)는 가압 플레이트(6)와 고정 연결되고, 제2 절연부(102)는 빔(5)과 고정 연결된다. 제 3 절연부(103)는 박스 바디(1)의 하부벽에 고정적으로 연결된다. 제1 절연부(101), 제2 절연부(102) 및 제3 절연부(103)는 접착, 볼트 잠금 또는 슬롯 설계 등의 다른 방식에 의해 박스 바디(1)에 고정된다. 제2 보호 조립체(10)는 분할 구조로서 박스 바디(1)와 연결되어, 제2 보호 조립체(10)를 장착 및 위치시키는 것이 용이하고 장착 공간을 절약할 수 있다. 상기 제1 절연부(101), 제2 절연부(102) 및 제3 절연부(103)는 스트립(strip)형 구조이므로, 상기 제2 보호 조립체(10)는 주변 부분들과 잘 매칭된다.
물론, 도 8을 참조하면, 다른 일부 실시예에서, 제2 보호 조립체(10)는 일체형 구조이다. 상기 제1 절연부(101), 제2 절연부(102) 및 제3 절연부(103)는 일체형이며, 상기 제2 보호 조립체는 상기 세 개의 부분 중 어느 하나를 상기 가압 플레이트(6), 빔(5) 또는 박스 바디(1)와 연결하여 더 장착된다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 다른 일부 실시예에서, 배터리 모듈과 외부 회로 사이의 연결을 용이하게 하기 위해, 박스 바디(1)의 제2 측벽(142)에는 고전압 커넥터(7)가 제공되고, 고전압 커넥터(7)의 위치가 도 9a에서 도시된다. 모듈 전기 연결 피스(3)는 박스 벽에 장착되는 고전압 커넥터(7)를 개재하여 외부 전기 설비과 전기적으로 접속되어 있다. 도 9a를 계속 참조하면, 일부 다른 실시예에서, 박스 바디(1)의 제2 측벽(142)에는 배터리 팩의 폭발 방지 밸브(9)가 제공된다.
도 10 내지 도 12를 참조하여, 이하 실시예들에서 배터리 셀(21)이 채택하는 구조를 소개한다.
도 10을 참조하면, 배터리 셀(21)은 외부 쉘(211), 외부 쉘(211)의 내부에 위치하고 있는 전극 조립체(212), 전극 조립체(212)의 단부에 위치하고 있는 연결 피스(213) 및 외부 쉘(211)과 연결되어 있는 커버 플레이트(214)를 포함하고 있다. 커버 플레이트(214)에는 전극 단자(215)와 폭발 방지 조립체(20)가 설치된다.
상기 전극 조립체(212)의 제조 모드는 적층형과 권취형을 포함한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 적층된 전극 조립체는 양극판(212a), 음극판(212b) 및 격막(212c)을 소정의 크기로 절단한 후, 양극판(212a), 진동판(212c) 및 음극판(212b)을 적층하여 형성된 전극 조립체(212)이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 권취된 전극 조립체는 양극판(212a), 음극판(212b) 및 격막(212c)이 권취되어 형성된다. 적층된 전극 조립체 및 권취된 전극 조립체의 면적이 가장 큰 표면은 최대 팽창 변형을 갖는 표면이다.
본 개시의 설명에서, "중앙", "세로", "가로", "전방", "후방", "좌측", "우측", "수직", "수평", "상부", "하부", "내측", "외측" 등의 용어들로 표현되는 배향들 또는 위치들은 첨부 도면들에 기초한다는 것이 이해되어야 하며, 이들은 장치 또는 요소가 특별한 배향을 갖도록 또는 특별한 배향으로 구성 및 동작되도록 지시하거나 암시하기 위한 것이 아니라, 단지 본 개시의 설명의 편의 및 단순화된 설명을 위한 것이다. 따라서, 본 개시를 제한하는 것으로 이해될 수 없다.
마지막으로, 전술한 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 개시를 한정하기 위한 것이 아님을 유의해야 한다. 본 개시가 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명되지만, 당업자는 본 개시의 특정 실시예를 여전히 수정하거나 일부 기술적 특징에 대해 본 개시의 기술적 사상의 취지를 벗어나지 않고 동등한 대체를 할 수 있다는 것을 이해해야 하며, 이는 본 개시가 주장하는 기술적 사상의 범위에 속할 것이다.

Claims (10)

  1. 박스 바디(1);
    상기 박스 바디(1)에 장착되며, 폭발 방지 조립체(20)를 포함하는 배터리 모듈(2);
    상기 배터리 모듈(2)에 장착되는 모듈 전기 연결 피스(3); 및
    상기 박스 바디(1)에 장착되며, 상기 폭발 방지 조립체(20)에서 방출되는 이젝타(ejecta)가 모듈 전기 연결 피스(3)에 충돌하는 경우 상기 모듈 전기 연결 피스(3)를 보호하는 제1 보호 조립체(4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 보호 조립체(4)는 상기 모듈 전기 연결 피스(3)를 감싸는 보호 시트(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 제1 보호 조립체(4)는 쉘(41)을 포함하고, 상기 모듈 전기 연결 피스(3)는 상기 쉘(41)에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 보호 조립체(4)는, 상기 모듈 전기 연결 피스(3)에 대응하는 상기 박스 바디(1)의 측벽 및/또는 하부벽에 장착되는 제1 절연 부재(42)를 포함하고, 상기 제1 절연 부재(42)는 상기 박스 바디(1)를 상기 모듈 전기 연결 피스(3)으로부터 격리시키도록 구성되는, 배터리 팩.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박스 바디(1)에 장착되며, 상기 폭발 방지 조립체(20)를 향하여 배치되며, 상기 폭발 방지 조립체(20)에서 배출되는 이젝타에 의한 충격으로부터 상기 박스 바디(1)를 보호하는 제2 보호 조립체(10)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제2 보호 조립체(10)는, 상기 제2 보호 조립체(10)와 상기 배터리 모듈(2)이 형성하는 공간에 상기 폭발 방지 조립체(20)를 감싸기 위해, 상기 제2 보호 조립체(10)가 상기 폭발 방지 조립체(20)+와 상기 모듈 전기 연결 피스(3) 사이의 연결 라인 방향으로 양쪽 가장자리를 따라 상기 폭발 방지 조립체(20)를 향해 절곡되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6 항에 있어서, 노치(51)가 제공된 빔(5)을 더 구비하고, 상기 모듈 전기 연결 피스(3)는 상기 노치(51)를 관통하여 외부 전기 설비를 전기적으로 연결하도록 구성되며, 상기 제1 보호 조립체(4)는 상기 노치(51)에 장착되는 제2 절연 부재(43)를 더 구비하고, 상기 제2 절연 부재(43)는 상기 모듈 전기 연결 피스(3)를 상기 빔(5)으로부터 격리시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 빔(5)과 고정 연결되어 상기 배터리 모듈(2)을 고정하는 가압 플레이트(6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 보호 조립체(4)의 재질은 운모(mica)인 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  10. 제1 항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 전원으로 사용하는 장치.
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