KR20230074171A - 에너지 저장 전지 - Google Patents

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KR20230074171A
KR20230074171A KR1020237012368A KR20237012368A KR20230074171A KR 20230074171 A KR20230074171 A KR 20230074171A KR 1020237012368 A KR1020237012368 A KR 1020237012368A KR 20237012368 A KR20237012368 A KR 20237012368A KR 20230074171 A KR20230074171 A KR 20230074171A
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cell
energy cell
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energy
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KR1020237012368A
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앤드류 피레스
자예쉬 바라트 고라시아
콜 프로단
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테슬라, 인크.
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Abstract

하나 이상의 개별 에너지 전지를 통합하기 위한 시스템이 제공된다. 개별 에너지 전지들은 중앙 단자 및 외부 단자를 갖는 상단 표면을 포함한다. 제 1 단자 및 제 2 단자는 실질적으로 평면형 전기적 접촉부들로 구성된다. 전지는 상단 표면에 기계적으로 연결되는 측부 표면 및 측부 표면에 기계적으로 연결되는 하부 표면을 더 포함한다.

Description

에너지 저장 전지
관련된 출원에 대한 상호 참조
이 출원은, 2020년 9월 21일에 제출된 "ENERGY STORAGE CELL"이라는 제목의 미국 임시 출원번호 제63/081,238호의 이익을 청구한다. 미국 임시 출원번호 제63/081,238호는 명세서에 참조로 통합된다.
일반적으로 설명된, 다수의 디바이스들 또는 컴포넌트들은 전력 공급원에 의해 적어도 부분적으로 전력을 공급받을 수 있다. 차량들의 맥락에서, 전기 차량들은 전원에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 동력을 공급받을 수 있다. 전기 차량을 위한 전원은 "배터리"라고 일반적으로 지칭될 수 있으며, 이는 개별 배터리 전지들 또는 전지들, 모듈들 및 팩들을 나타낼 수 있다. 일부 접근법들에서, 전지들의 클러스터는 개별 모듈들로 고려될 수 있으며 모듈들의 클러스터는 팩으로 고려될 수 있다. 전기 차량들을 위한 전원들은 팩 형태로 설치되고 유지 관리될 수 있다. 유사한 접근법들/용어는 에너지 수집, 에너지 저장 및 에너지 분배를 위한 그리드 저장 적용에 적용할 수 있다.
전기 차량들은 모바일 디바이스와 같은 전형적인 소비자 제품의 전력보다 1000배 더 강력한 대다수의 전력을 전형적으로 필요로 한다. 이러한 전력 요건들을 달성하기 위해, 전기 차량들의 배터리 팩은, 개별적으로 배치되거나 복수 개의 모듈들 안으로 구성된, 크고 조밀한 배열의 개별 전지들을 전형적으로 포함한다. 배터리 팩의 구성 및 성능은 개별 배터리 전지들의 특성들, 배터리 팩 안으로 통합된 개별 전지들의 총 개수, 및 전지들의 형태들/배향들 및 모듈들 또는 배터리 팩 안으로의 보조 컴포넌트들에 의존할 것이다. 배터리 팩은, 대부분의 전기 차량 운송 및 그리드 저장 적용들의 맥락에서 가장 비싸고 방대한 어셈블리들 중 하나를 나타낼 수 있다.
본 개시는, 중앙 단자, 외부 단자, 및 단자 절연체 개스킷을 갖는 원형 상부 표면으로서, 중앙 단자 및 외부 단자는 전기적 접촉부들로 구성되고, 중앙 단자는 외부 단자에 의해 둘러싸이고, 중앙 단자 및 외부 단자는 상부 표면을 실질적으로 덮고, 중앙 단자 및 외부 단자는 단자 절연체 개스킷에 의해 분리되며, 단자 절연체 개스킷은 전기적 절연체인, 원형 상부 표면; 상부 표면에 기계적으로 연결되는 측부 표면; 환형 인터페이스 및 압력 환기 피쳐를 갖는 측부 표면에 기계적으로 연결된 원형 하부 표면으로서, 환형 인터페이스는 전지에 대한 베이스를 형성하도록 구성되고, 압력 환기 피쳐는 상부 표면의 반대 방향으로 환기하도록 구성된, 원형 하부 표면; 및 상부 표면, 측부 표면, 및 하부 표면 내의 에너지 저장 물질을 포함하는 에너지 전지를 제공한다. 상부 표면 및 측부 표면은 인접할 수 있다. 중앙 단자(202)의 일 영역과 외부 단자의 일 영역은 의존적으로 구성될 수 있다. 중앙 단자(202)의 일 영역 및 외부 단자의 일 영역은 전지 어레이-레벨 상호연결 용접 또는 다른 어셈블리 프로세스가 성공적일 통계적 가능성의 임계값에 기초하여 결정될 수 있다.
본 개시는, 중앙 단자 및 외부 단자를 갖는 상부 표면으로서, 제 1 단자 및 제 2 단자는 실질적으로 평면형 전기적 접촉부들로서 구성된, 상부 표면; 상부 표면에 기계적으로 연결되는 측부 표면; 측부 표면에 기계적으로 연결되는 하부 표면; 및 상부 표면, 측부 표면, 및 하부 표면 내의 에너지 저장 물질을 포함하는 에너지 전지를 제공한다. 상부 표면은 실질적으로 원형일 수 있다. 중앙 단자와 외부 단자는 상부 표면을 실질적으로 덮을 수 있다. 중앙 단자 및 외부 단자는 단자 절연체 개스킷에 의해 분리될 수 있고, 단자 절연체 개스킷은 전기적 절연체이다. 중앙 단자는 음극일 수 있고 외부 단자는 양극일 수 있다. 중앙 단자의 일 영역과 외부 단자의 일 영역은 의존적으로 구성될 수 있다. 중앙 단자의 일 영역 및 상기 외부 단자의 일 영역은 전지 어레이-레벨 상호연결 용접 또는 다른 어셈블리 프로세스가 성공적일 통계적 가능성의 임계값에 기초하여 결정될 수 있다. 에너지 전지는 슬리브(sleeve)를 더 포함할 수 있고, 슬리브는 측부 표면의 적어도 일부를 둘러싼다. 슬리브는 전기적 절연 물질로 구성될 수 있다(be comprised of). 슬리브는 하나 이상의 물질로 된 2개의 층들로 구성될 수 있다(be comprised of). 상부 표면 및 측부 표면은 인접할 수 있다. 상부 표면은 제조 장비에 의한 자기 접착을 통해 이동하게 하기에 충분하게 철을 함유할 수 있다(ferrous). 하부 표면은 실질적으로 원형일 수 있다. 하부 표면은 전지에 대한 베이스를 형성하도록 구성된 환형 인터페이스를 가질 수 있다. 하부 표면은 상부 표면의 반대 방향으로 환기하도록 구성된 압력 환기 피쳐를 가질 수 있다.
본 개시는, 복수 개의 전지들을 포함하는 배터리 시스템을 제공하고, 전지들의 각각은, 중앙 단자 및 외부 단자를 갖는 상부 표면으로서, 제 1 단자 및 제 2 단자는 전기적 접촉부들로 구성된, 상부 표면; 상부 표면에 기계적으로 연결되는 측부 표면; 측부 표면에 기계적으로 연결되는 하부 표면; 및 상부 표면, 측부 표면, 및 하부 표면 내의 에너지 저장 물질을 포함하고, 전지들은 레이저 용접들에 의해 상호연결되고 실질적으로 평면적 형태로 정렬된다.
본 개시의 이러한 그리고 다른 특징들, 양태들 및 이점들은 특정 형태들의 도면들을 참조하여 설명되며, 이들은 특정 형태들을 개략적으로 도시하기 위한 것이고 개시를 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1a는 슬리브에서의 일 예시적인 에너지 저장 전지를 도시한다.
도 1b는 일 예시적인 에너지 저장 전지의 사시도를 도시한다.
도 2a는 일 예시적인 에너지 저장 전지의 평면도를 도시한다.
도 2b는 일 예시적인 에너지 저장 전지의 대안적인 평면도를 도시한다.
도 3은 일 예시적인 에너지 전지의 저면도를 도시한다.
도 4는 일 예시적인 에너지 전지의 상부 표면 및 하부 표면의 측부 구조 도면을 도시한다.
도 5는 일 예시적인 에너지 저장 시스템의 분해도를 도시한다.
일반적으로 설명된, 본 개시의 하나 이상의 양태는 에너지 저장 전지들에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 본 개시는 대규모 차량 및 그리드 저장 제품들로의 통합을 위해 설계된 에너지 저장 전지에 관한 것이다. 예시적으로, 이러한 통합을 지원하기 위해, 개별 에너지 저장 전지들은 다양한 체적들 및 종횡비들의 원통형 형상의 저장 전지들에 대응할 수 있다. 원통형 저장 전지들은 통합을 추가적으로 지원하는 특정 특성들 또는 형태들을 가진다. 보다 구체적으로는, 일 양태에서, 상호연결들을 용접하기 위한 표면 영역이 양극 단자와 음극 단자 사이에 통계적으로 균형이 유지된 결과들을 제공하도록, 원통형의 저장 전지들은 동심이고 실질적으로 동일 평면 상의 양극 단자 및 음극 단자를 제시하기 위해 구체적으로 구성된 상부 표면을 포함한다. 관련된 일 양태에서, 중앙 단자 인터페이스(양극이든 음극이든)는, 다른 단자, 2개의 단자들 사이의 전기적 절연체 역할을 하는 단자 절연체 개스킷, 또는 전지 캐니스터의 다른 요소를 포함하는, 둘러싸인 기하학적 구조에 대해 승강될 수 있다. 다른 양태에서, 원통형 저장 전지들은 개별 전지들을 서로에 대해 그리고 전지 어레이에서의 보조 컴포넌트들로부터 전기적으로 격리하도록 슬리브된 측부 표면을 포함한다. 추가적으로, 측부 표면은 전지 어레이의 부분으로 추가된 냉각 시스템들과 인터페이스하기 위해 예시적으로 기능하며, 개별 전지들 내에서 생성된 열을 추출하기 위한 주요 도관 역할을 한다. 또 다른 양태에서, 원통형 저장 전지 설계는, 선행 기술에서 상부 표면 또는 측부 표면 중 어느 하나의 표면으로의 통합을 요구할 수 있는 전지 피쳐들 또는 기능들을 선택적으로 그룹화하는 하부 표면을 포함한다. 그러한 추가적인 피쳐들은, 인출되거나 압출된 전지 캔의 개방 단부의 밀봉을 위한 기하학적 구조, 열 폭주에서 교정(calibrate)된 환기를 위한 기하학적 구조, 저장 전지 안으로 물질을 수용하기 위한 입력부들 등을 포함할 수 있다.
일 예시적인 실시예에서, 원통형 저장 전지의 상부 표면, 측부 표면 및 하부 표면의 전술된 양태들의 특정 조합은 각각의 해당 표면에 의해 구현되는 기능들의 증가된 최적화를 용이하게 한다. 예를 들어, 상단 표면 상에 제시되는 기능 또는 컴포넌트들을 양극 단자 및 음극 단자로 제한함으로써, 예시적인 원통형 저장 전지는 양극 단자 및 음극 단자에 대응하는 상단 표면의 표면 영역을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 레이저 용접과 같은 제조 공정들을 통해 전기적 상호연결들의 용접을 용이하게 할 수 있다. 이는 경제적 특성 및 성능적 특성을 개선할 수 있다. 다른 예에서, 추가적인 온도 전도 속성들을 갖는 슬리브 물질들의 활용은 전지 어레이 실시예에서 비용 및 성능 최적화된 냉각 채널들의 확립을 가능하게 한다. 통상의 기술자는 이러한 형태들 또는 조합들에 의해 추가적인 예시들 및 이익들이 또한 용이하게 된다는 것을 인식할 것이다. 추가적으로, 통상의 기술자는, 본 출원의 범위 내에서 다른 저장 전지 구현들이 명세서에 제시된 표면들의 상이한 조합들의 양태들을 통합할 수 있음을 인식할 것이다.
다양한 에너지 저장 전지 설계들은 개별 전지 레벨에서 비용, 패키지 체적, 질량, 성능, 내구성, 및 제조 효율성을 최적화하는 것을 시도한다. 그러나, 이러한 국소적인 최적화들은, 예를 들어 전기 차량들 또는 그리드 에너지 저장 시스템들에 활용되는 전지 어레이들 같이, 저장 전지들이 통합된 에너지 저장 시스템들에 대한 시스템-레벨의 미터법의(metric) 최적화들로 전형적으로 변형(translate)되지 않는다. 전지 폼 팩터 선택은, 배터리 팩의 결과적인 성능, 비용, 패키지 체적, 내구성 및 제조 효율성 상의 효율적이고 효과적인 영향력(leverage)을 제공한다. 이들 3개의 구별되는 폼 팩터들은, 파우치 전지들, 각형 전지들 및 원통형 전지들의 대규모 제품 적용들에서 가장 전형적으로 사용된다. 원통형 포맷은, 단일 피스의 연속적인 모션(motion) 어셈블리 프로세스들을 통한 비용/제조 효율, 그리고 내부적으로 해결된 전극 적층 물질 팽창력들을 통한 패키징/내구성에서 결정적인 이점들을 제공한다. 또한 원통형 포맷들은 더 짧은 열적 경로 길이들을 통한 성능, 그리고 전극 적층의 래핑(wrap)된 기하하적 구조를 통한 체적 에너지 밀도에서 개선점들을 일반적으로 산출한다. 통상의 기술자는, 통합된 배터리 팩의 레벨에서 앞서 언급된 원통형 포맷의 이점들을 나타내기 위해, 전지 외부를 포함하는 개별 전지의 기계적 피쳐들 및 물질들이 배터리 팩의 기능을 달성하기 위해 복수 개의 전지들을 통합하는 능력에 영향을 미칠 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 명세서에 설명된 바와 같이, 개별 원통형 저장 전지들의 다양한 표면들에 걸친 특정 피쳐 및 기능 형태들은 통합된 전지 어레이들에 대한 비용들, 패키지 체적, 질량, 성능, 내구성 및 제조 효율성들의 추가적인 제품 시스템-레벨의 최적화들을 제공할 수 있다.
본 개시는 에너지 저장 시스템들에서의 그 사용에 초점을 맞추고 있지만, 원통형 에너지 저장 전지 설계는, 비용, 체적, 성능 및 질량에 민감한 대형 어레이 제품의 자동화된 제조가 우선적 결과인 원통형 폼 팩터의 임의의 에너지 저장 디바이스(배터리들, 커패시터들 등)를 개선하도록 활용될 수 있다. 통상의 기술자는, 본 출원의 하나 이상의 양태 또는 양태들의 조합들과 제한 없이 연관될 수 있는 추가적인 이점들 또는 기술적 효율들을 인식할 것이다.
예시적인 에너지 저장 전지
도 1a는 일 예시적인 원통형 에너지 저장 전지(100)의 측부 단면도를 도시한다. 저장 전지는 상부 표면(102), 측부 표면(104), 및 하부 표면(106)을 가질 수 있다. 측부 표면(104)은 저장 전지의 전지 벽(wall)을 포함할 수 있다. (높이 및 직경 등과 같은) 전지 치수들은, 다양한 버스 전압들에서의 에너지 그리드 네트워크들 및 차량 배터리 플랫폼들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 에너지 저장 시스템들에 걸쳐 동일한 전압의 클러스터들의 반복 패턴을 형성하도록 최적화될 수 있다. 저장 전지의 구축(construction)에 사용되는 물질들은 주어진 에너지 저장 적용에서 내부적 접촉 물질 및 외부적 접촉 물질 모두와 화학적으로 및 열적으로 호환될 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 원통형 형상의 실시예로 도시되어 있지만, 다른 실시예들에서, 에너지 저장 전지는, 각형 또는 파우치 폼 팩터와 같은 비원통형 폼을 가질 수 있다.
도 1b는 일 예시적인 원통형 에너지 저장 전지의 사시도를 도시한다. 측부 표면(104)은 전지의 구조를 형성하는 연속적인 구조의 부분일 수 있다. 상부 표면(102) 및 측부 표면(104)은 인접(예: 물질적으로 인접, 기계적으로 인접, 또는 임의의 다른 형태의 인접 또는 연속)할 수 있다. 유사하게, 하부 표면(106) 및 측부 표면(104)은 인접할 수 있다. 예를 들어, 전지의 외부 구조는 종종 "캔(can)"으로 지칭되며, 측부 표면은 "캔 벽(can wall)"으로 지칭될 수 있다. 예시적으로, 전지의 측부 표면(104)은, 전지 상의 기계적 약점 및 전기적 약점의 수 또는 심각도(severity)를 감소시키기 위해, 상부 표면(102) 또는 하부 표면(106)과 인접할 수 있다. 예를 들어, 측부 표면(104)이 상부 표면(102)과 인접한 실시예들에서, 전지는 강성(stiffness) 및 강도(strength)에 관하여 국부적으로 균질한(homogeneous) 구조를 나타낸다. 이러한 전지 구조는, 상부 표면(102)에서 적용되거나 그렇지 않으면 경험되는 기계적 하중(load), 압력(pressure), 또는 응력(stress)를 다루는 데 더 적합할 수 있다. 이것은 또한, 기계적인 약점들 및 관련된 어셈블리 오류들을 제거함으로써, 전지의 어셈블리 또는 전지가 사용되는 제품의 어셈블리에 유리할 수 있다.
부가적으로, 상부 표면(102)은, 후술하는 바와 같이, 일단 전지가 사용을 위해 전개되면, 상부 표면(102)에 적용되는 기계적 하중, 압력, 또는 응력의 부분을 다루기 위해 사용될 수 있다. 예시적으로, 상부 표면(102)은, 전기적 상호연결 프로세스들 중에, 제품 구조 통합을 위한 증가된 인장 강도 및 강성을 위해 그리고 고정력(fixturing force)들에 반응하는 압축 강도 및 강성을 위해 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 전지(100)들의 일 어레이가 자중 또는 부가적으로 (차량 몸체와 같은) 제품 프레임을 지지하기 위해 충분한 강도 및 강성을 제공하는 샌드위치 패널(panel) 구조를 생성하도록 상부 표면(102)은 일 시트(sheet)에 직접 본딩(bond)될 수 있다.
일부 실시예들에서, 슬리브(108)는 저장 전지(100)의 일 외부 표면에 적용될 수 있다. 슬리브는 전지의 적어도 원통형 측부 표면(104)을 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 예시적으로, 원통형 측부 표면(104)은 전기 전도성 물질로 구성된다. 일부 실시예들에서, 슬리브(108)는 전지의 원통형 측부 표면(104)을 실질적으로 둘러싸지 않고, 오히려 전지의 측부 표면(104)을 부분적으로 노출시키는 하나 이상의 밴드(band)로 구성될 수 있다(be comprised of). 슬리브(108)의 이 밴드들은 전지의 원통형 측부 표면(104)의 높이를 따라 서로 등거리로 이격될 수 있거나 전지의 상부 표면(102) 또는 전지의 하부 표면(106)에 실질적으로 가깝게 배치될 수 있다. 슬리브(108)가 하나 이상의 밴드를 포함할 때, 슬리브(108)는, 전지의 측부 표면(104)에 직접적인 기계적 본딩에 대한 기회를 유지하면서, (다른 전지들을 포함하는) 전지들 및 다른 컴포넌트들 사이의 전기적으로 격리된 물리적 접촉을 가능하게 한다.
일부 실시예들에서, 슬리브(108)는 전기적 절연 물질일 수 있다. 슬리브(108)는, 제품 프레임, 다른 저장 전지들, 및 냉각 시스템들과 같은 다른 에너지 저장 시스템 컴포넌트들로부터 각각의 에너지 저장 전지를 전기적으로 격리시키는 전기적 장벽을 생성할 수 있다. 슬리브(108)는, 배터리 전지(100)들의 최대 체적 팩킹 밀도를 갖는 하나의 직렬 전압 스트링에 대응하는 복수 개의 저장 전지(100)들의 형태 또는 구축을 용이하게 할 수 있다. 이 형태에서, 슬리브(108)는, 전지 어레이가 저장 전지들 사이의 이격 갭(spacing gap)들을 제거하게 하면서, 개별 전지들 사이의 원하지 않는 전기적 연결을 완화시킨다. 따라서, 일 슬리브의 사용은, 체적 에너지 밀도를 개선하는 것, 내부 보이드(void) 체적을 감소하는 것(구조적으로 충전된 모듈 및 배터리 팩 형태들에 대한 비용을 직접적으로 감소), 유발(provoke)되거나 유발되지 않은 열 폭주로부터의 열 에너지의 균형이 유지되는 분포를 권장하는 것(모듈로의 전파(propagation) 또는 또는 팩-레벨 안전 이벤트의 가능성을 감소), 범퍼(bumper), 버퍼(buffer) 또는 전지들 사이의 기계적 심(shim)에 따른 전지 이격(spacing)을 시행하는 것, 그리고 특정 적용 성능 개선을 위해 인접 컴포넌트들이 전기적으로 또는 열적으로 전도성이도록 하는 것을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는 에너지 저장 시스템들의 여러 이점들을 허용할 수 있다.
대안적으로, 슬리브(108)는, 그 자체가 주요 전기적 절연 매체로 역할을 하지 않고 전지 분리를 물리적으로 시행하기 위해 범퍼, 버퍼, 또는 기계적 심으로 사용될 수 있다. 전지 이격을 시행하기 위해 범퍼 또는 버퍼로서 슬리브(108)를 사용하는 것은 전지의 이동 및 피치(pitch)를 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브(108)는 전지에 대한 라벨(label)일 수 있고 규제 정보 또는 중요한 사용 세부사항들과 같은 전지에 대한 정보를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 슬리브(108)는 물질의 단일 랩핑이다. 일부 실시예들에서, 슬리브(108)는 하나의 물질 또는 두 개의 물질들의 이중 랩핑이다. 이중 랩핑은, 하나 또는 두 랩핑의 중요(key) 성능 속성들이 시간에 따라 저하되는 경우에 유용할 수 있다. 이중 랩핑은, 전지 어레이로부터 전지 제거 그리고 전지 어레이 내에서 전지 교체를 단순화하는 슬라이딩 인터페이스 층을 생성함으로써, 개선된 내구성(serviceability)을 위해 더 유용할 수 있다.
다른 실시예들에서, 전기 전도성의 측부 표면이 노출되도록 저장 전지(100)는 슬리브(108) 없이 제조될 수 있다. 이러한 실시예에서, 에너지 저장 시스템에서 사용하는 중에, 그런 다음, 저장 전지(100)들과 에너지 저장 시스템의 다른 컴포넌트들 사이에 일 거리가 유지되도록 저장 전지(100)들은 배열될 수 있다. 그러한 일 실시예에서 저장 전지(100)들 사이의 거리가 바람직하지 않은 경우, 측부 표면(104)들 사이의 직접적인 접촉이 0 전위를 초래하도록, 인접한 동일-전압 클러스터들에서의 전지들은 전도(invert)된 단자 극성으로 구성될 수 있고, 이로써 직렬 전압 적층을 구축하기 위한 접촉을 중요하지 않게 만든다.
도 1b를 참조하면, 측부 표면(104)은, 다른 경쟁 기능들이 존재하지 않는 측부 표면(104)의 일 섹션을 따라 공기, 액체, 또는 수동 냉각을 용이하게 하도록 설계될 수 있다. 일부 실시예들에서, 측부 표면(104)은, 전지 어레이 제조의 부분으로서 제공되는 활성 냉각 채널 또는 냉각 컴포넌트(예를 들어, 히트 싱크(heat sink))와 인터페이스할 수 있다. 따라서, 측부 표면(104) 및 슬리브(108)는 (개별적으로 또는 조합하여) 저장 전지(100)의 하나의 다른 표면 또는 두 개의 다른 표면들에 비해 우수한 열 전도성 경로를 가지도록 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저장 전지(100)는 상부 표면(102) 또는 하부 표면(106)을 통해 냉각될 수 있다. 이러한 인터페이스들의 임의의 서브그룹(subgroup)은 동시에 냉각되거나, 인터페이스들 모두 함께 냉각되거나(예: 담금(immersion), 상-변화(phase-change) 등), 전혀 냉각되지 않을 수 있다(전지의 열 용량(thermal capacity)에 수동적/의존적). 일부 실시예들에서, 측부 표면(104)은 전지 주위에서 원통형으로 스윕(sweep)될 수 있다. 일부 실시예들에서, 측부 표면(104)은 상부 표면(102) 또는 하부 표면(106) 근처에서 커브(curve)될 수 있다. 측부 표면(104)을 냉각시키는 것은 상부 표면(102) 및 하부 표면(104)을 냉각시키는 것에 대안적으로 사용될 수 있다. 이는 차례로 상부 표면(102) 및 하부 표면(106)의 설계가 압력 환기, 전기적 단자 전지 기능들, 및 구조적 연결들을 위해 주로 설계되게 할 수 있다. 측부 표면(104)을 냉각시키는 것은 또한, 고정된 차량 제품 높이 외피(envelope)에 패키지될 수 있는 전지 캐니스터 높이를 최대화하고, 사실상 전지 활성 물질 비용/질량 오버헤드(overhead)들을 최소화하는 데 유리할 수 있다. 이러한 냉각 배열은 또한, 구조적으로 통합된 에너지 저장 시스템을 위한 직렬 하중 경로에서의 전형적 남용 구역(zone)들로부터 열 관리 인터페이스들을 제거할 수 있게 한다. 이 형태는, 예를 들어 전지들이 차량 캐빈(cabin)을 따뜻하게 하기 위한 열 저장을 제공하도록 주변 환경으로의 열 누출율을 최소화함으로써, 추가적인 열적 이점들을 제공할 수 있다. 측부 표면(104)이 냉각되는 실시예들에서, 슬리브(108)는 높은 열 저항성이 아닐 수 있다.
측부 표면(104)은, 측부 표면(104)을 에너지 저장 시스템에서의 상보적인 강성 컴포넌트들과 정렬함으로써 에너지 저장 시스템에서 저장 전지(100)의 정밀한 포지셔닝(positioning)을 위해 추가적으로 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상보적인 컴포넌트는 에너지 저장 시스템에서의 열적 컴포넌트일 수 있다.
측부 표면(104)은 0.1-2.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 측부 표면(104)은 약 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 또는 1.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 측부 표면(104)은 약 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 1.9 mm, 또는 2.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 측부 표면(104)은 0.05 mm의 두께를 가질 수 있다. 더 얇은 측부 표면(104)은 더 높은 체적 에너지 밀도를 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. (측부 표면(104)으로 지칭되는) 벽은, 전지 사이즈가 더 길거나 더 긴 전극을 가지면 더 두꺼울 수 있다. 측부 표면 두께를 고려함에 있어서 중요한 팩터들은, 시간에 따른 피로로 인한 기계적 강도, 내부 압력으로 인한 큰 후프(hoop) 응력으로부터의 잠재적 측부 파열에 대한 저항성, 및 전지를 냉각/가열하는 중에 병렬 저항으로 작용하기 위한 열(thermal)들의 균형 유지를 포함한다.
상부 표면(102) 또는 하부 표면(106)은 측부 표면(104)에 비해 비교적 더 두꺼울 수 있다. 상부 표면(102) 또는 하부 표면(106) 중 하나 이상은 0.1 - 2.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 상부 표면(102) 또는 하부 표면(106)은 약 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 또는 1.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 상부 표면(102) 또는 하부 표면(106)은 약 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 1.9 mm, 또는 2.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 더 두꺼운 상부 표면(102) 또는 하부 표면(106)은 전기 연결들을 위한 추가적인 기판을 제공할 수 있다. 더 두꺼운 상부 표면(102) 또는 하부 표면(106)은, 선택적으로 더 큰 상호연결 프로세스 창(window)들로 측부 표면(104)에 더 강한 용접들에 유용할 수 있다. 더 두꺼운 상부 표면(102) 또는 하부 표면(106)은, 전지의 정상 작동 중에 전기적 조인트(joint)들로부터 더 많은 열 전달을 가능하게 하는데 유용할 수 있고, 이에 따라 높은 열적 성능 능력(capability)을 가능하게 한다. 더 두꺼운 상부 표면(102) 또는 하부 표면(106)은, 전지 및 최종 제품 조립 중에 물질 다루기 또는 어셈블리 장비로부터 더 많은 자속(magnetic flux)을 보유하기 위한 제조에 유용할 수 있다. 이것은 차례로, 키가 더 큰 전지들의 제조 및 더 높은 공장 작동 속도들을 가능하게 할 수 있다.
도 2a는 저장 전지(100)의 상부 표면(102)을 도시한다. 상부 표면(102)은, 도 2a에서 중앙 단자(202) 및 외부 단자(204)로 도시된, 동심의 양극 단자 및 음극 단자로서 구성된 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 중앙 단자(202) 및 외부 단자(204)는, 각각의 단자 또는 각각의 단자의 경계들을 식별하게 하도록, 문자(text), 기호(symbol)들, 색상(color)들, 기하학적 피쳐들 등으로 마크(mark)될 수 있다. 일부 실시예들에서, 중앙 단자는 단자 절연체 개스킷(206)에 의해 둘러싸일 수 있다. 단자 절연체 개스킷(206)은, 중앙 단자(202)와 외부 단자(204) 사이에서 전기적 절연체(또는 유전체 절연체)로서 작용할 수 있다. 중앙 단자(202) 및 외부 단자(204)는, 다른 시스템들, 서브시스템들, 또는 컴포넌트들에 전력을 전달하기 위해 다른 컴포넌트들과 결합(join)될 수 있다. 중앙 단자(202) 및/또는 외부 단자(204)는 전기적 접촉부들로써의 적합성을 개선하기 위해 외부적으로 구성될 수 있다. 이러한 외부 형태들은, 중앙 단자(202) 및/또는 외부 단자(204)와의 전기적 조인트들을 만들기 위해 이용 가능한 두께 및 영역과 물질 호환성을 개선할 수 있다.
일부 실시예들에서, 중앙 단자(202)는 양극 단자이고, 외부 단자(204)는 음극 단자이다. 다른 실시예들에서, 중앙 단자(202)는 음극 단자이고, 외부 단자(204)는 양극 단자이다. 일부 실시예들에서, 중앙 단자(202)는 상부 표면(102)으로부터 돌출하는(예를 들어, 단자 절연체 개스킷(206) 및/또는 외부 단자(204)로부터 돌출하는) 하나의 중실(solid) 전도성 컴포넌트일 수 있으며, 이는 전지 어레이 레벨에서 상호연결한 컴포넌트들과의 간섭을 최소화한다. 중앙 단자(202)는 또한 접착제(adhesive)들, 캡슐화제(encapsulant)들, 또는 히트 싱크 요소들을 위한 갭-세팅 피쳐로서 사용될 수 있다. 슬리브(108)는, 에너지 저장 시스템에서 인접한 저장 전지(100)들 사이의 양극 단자 및 음극 단자의 우발적인 가교(bridging)를 방지하기 위해, 또는 냉각 시스템 또는 제품 프레임과 같은 상이한 전위에서 전도성 컴포넌트들로부터의 최소 연면(across-surface) "방전(creepage)"을 시행하기 위해 상부 표면(102)의 외부 둘레 상으로 오버랩(overlap)할 수 있다.
상부 표면(102)은 최대한 편평(flat)하고 장애물이 없는 실행 가능한 용접 영역들로 맞춰(tailor)질 수 있으며, 이는 저장 전지(100)의 기밀성을 손상(compromise)시킬 리스크를 최소화하면서 광범위한 상호연결 에너지 프로세스 창을 부여함 - 상호연결 어셈블리 갭핑 로버스트성(robustness)으로 변환(translate)됨 - 에 있어서 적합한 기판 두께들 및 물질들을 포함한다. 충분한 양극 단자 영역 및 음극 단자 영역은, 동시의 포일 다운-홀딩(down-holding), 용접 영역, 및 각각의 단자 용접의 반대하는 측부들에 대해 테스트하는 4-프로브(probe) 켈빈(Kelvin) 상호연결 검증(verification)을 위해 제공될 수 있다. 저장 전지(100)들에 대한 모든 양극 전지 단자 및 음극 전지 단자는 실질적으로 동일 평면 상으로 그리고 공통 배향으로 배치되기 때문에, 전력 전달 및 전압 감지에 요구되는 전기적 상호연결들은 또한 단일 평면을 따라 나아갈(run) 수도 있다(예를 들어, 하나의 포일 시트로 통합될 수 있다). 상부 표면(102)들의 공통 평면을 따라 레이저-용접된 상호연결부들은, 감소된 제조 경비 및 작동 경비로 전압-감지 및 제어 전자장치들을 연결할 뿐만 아니라, 낮은 열 손실로 전압 및 전류를 공급하기 위해 사용되는 전기 전도성 연결부들을 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상부 표면(102)은 철을 함유한 물질 또는 자기 물질로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 중앙 단자(202) 또는 외부 단자(204)는 철을 함유한 물질 또는 자기 물질로 제조된다. 일부 실시예들에서, 중앙 단자(202) 또는 외부 단자(204)가 아닌 상부 표면(102)의 부분들은 철을 함유한 물질 또는 자기 물질을 포함한다. 상부 표면(102)에 대한 자기 인력에 의해 전지 배터리 및 전체 배터리 어셈블리를 픽업(pick up)하기 위해 어셈블리 도구가 사용될 수 있도록 충분한 철을 함유한 물질 또는 자기 물질은 상부 표면(102) 상에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 측부 표면(104)은 상부 표면(102)과 동일한 철을 함유한 물질 또는 자기 물질로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 측부 표면(104)은 상이한 물질로 만들어질 수 있다. 측부 표면(104)은 비(non)-자기 물질 또는 비철 물질로 만들어질 수 있다. 측부 표면(104)은 더 가벼운 물질(예를 들어, 알루미늄)로 만들어질 수 있다.
일 예시적인 실시예에서, 중앙 단자(202) 및 외부 단자(204)에 의해 제시된 원형 영역들의 치수들은 전지 어레이-레벨의 상호연결 프로세스(예를 들어, 레이저 용접)가 성공할 통계적 가능성의 임계값에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 임계 가능성 성공은 99.9999% (4 시그마) 또는 .0001 이하의 최대 실패율로 설정될 수 있다. 또한, 중앙 단자(202) 및 외부 단자(204)에 의해 제공되는 원형 영역들의 치수들은 의존적이도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 중앙 단자(202)의 직경은 외부 단자(204)의 직경의 2분의 1(1/2)로 비례적으로 설정될 수 있다. 다른 실시예에서, 중앙 단자(202)의 편평한 전도성 직경은 외부 단자(204)의 편평한 전도성 방사상 폭과 대략적으로 동일하게 설정될 수 있다. 통상의 기술자는, 상이한 저장 전지들, 제조 환경들, 열적 시스템 형태들, 또는 원하는 전지 어레이들에 대해 다른 실패율들, 임계값들, 의존성들 또는 비례성이 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 추가적으로, 내부 물질들을 수용하기 위한 또는 물리적 연결부들을 만들기 위한 포트(208)와 같은, 상부 표면(102) 상에 추가 기능이 구현되는 경우, 중앙 단자(202) 또는 외부 단자(204)의 치수는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상호연결 용접 또는 다른 어셈블리 프로세스 결과들을 통계적으로 재균형을 잡기(rebalance) 위해 그에 따라 조정될 수 있다. 외부 단자(204) 표면의 상대적으로 작은 일부(fraction)가 전기적 상호연결을 위해 요구되는 실시예들에서, 나머지 영역은 전지 단자 온도 계기 장비(instrumentation)를 위한 인터페이스로 활용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 단자 절연체 개스킷(206)은 작은 방사상 폭(예를 들어, 0.1 mm)을 가진다. 단자 절연체 개스킷(206)은 4.2 V 전위에서 전기적 방전(creepage) 요건들을 만족시키기에 충분히 얇을 수 있다. 대안적으로, 단자 절연체 개스킷은 3.0 V, 3.2 V, 3.4 V, 3.6 V, 3.8 V, 4.0 V, 4.4 V, 4.6 V, 4.8 V, 또는 5.0 V에서 전기적 방전 요건들을 만족시키도록 구성될 수 있다. 얇은 단자 절연체는 상부 표면(102) 상의 전기적 인터페이스 영역을 최대화하기 위해 유용할 수 있다.
도 3은 저장 전지(100)의 하부 표면(106)을 도시한다. 하부 표면(106)은, 전지 어레이 또는 배터리 팩 통합을 위해 액세스되거나 인터페이스될 필요가 없는 모든 저장 전지 피쳐들을 통합할 수 있다. 예를 들어, 하부 표면(106)은, 전지 캔의 개방 측부를 밀봉하기 위한 기하학적 구조 및/또는 열 폭주에서 교정된 환기를 위한 기하학적 구조와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 단자들을 수용하는 것을 제외한 다른 모든 기능을 포함할 수 있다. 모든 비평면, 비단자 피쳐들을 하부 표면(106)으로 통합하는 것은 상부 표면(102)이 최대 전기적 인터페이스 영역에 도달하게 할 수 있으며, 이는 차례로 상호연결 용접 또는 다른 어셈블리 프로세스 결과들을 최적화할 수 있다.
도 4는, 전지 내부(410)를 둘러싸는 전지의 상부 표면(102) 및 하부 표면(106)의 측부 단면 구조적 도면을 도시한다. 하부 표면은 내부 물질들을 수용하기 위한 또는 물리적 연결부들을 만들기 위한 포트(408)를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 하부 표면(106)은 하나 이상의 리세스(recess)된 부분(404)들 및 라인 접촉 베이스(406)를 가진다. 라인 접촉 베이스(406)는 전지가 안정성을 갖고 하부 표면(106) 상에 놓이게 하도록 구성된다. 라인 접촉 베이스(406)는, 전지(100)의 안정성을 제공하기 위해 하부 표면(106) 상에서 환형일 수 있거나 접촉 표면에 대해 실질적으로 환형일 수 있다. 대안적으로, 라인 접촉 베이스(406)는, 전지가 하부 표면(106) 상에 놓이는 동안, 전지에 안정성을 제공하도록 구성된 하부 표면(106) 상의 3개 이상의 접촉점들 또는 영역들일 수 있다. 하부 표면(106)의 하나 이상의 리세스된 부분(404)들 중 하나는 압력 환기 피쳐(412)를 수용하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 리세스된 부분(404)들은, 하부 표면(106) 상에서 또는 하부 표면(106)과 측부 표면(104) 사이에서, 밀봉 클로저(closure)들 등을 밀폐식으로 가리기(shroud) 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 리세스된 부분(404)은, 전지 및 하부 표면(106)의 구조적 무결성(integrity)과 관련된 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하부 표면(106)이 설치되고 전지에 다음의 밀봉된 컴포넌트(예를 들어, 컨던터(conductor)들 및 활성 물질)들이 내부에 있을 수 있도록, 하부 표면(106)은 측부 표면(104)과 인접하지 않는다. 일부 실시예들에서, 하부 표면(106)은 배터리 전지를 위한 물질들의 수용(receipt)을 위한 포트를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 방식으로 인접(예를 들어, 기계적으로 인접, 물질적으로 인접, 또는 임의의 다른 형태의 인접 또는 연속)하지 않은 하부 표면(106)을 갖는 것은 또한 측부 표면(104) 및 상부 표면(102)에 의해 제시된 제약(constraint)들 및 트레이드오프(tradeoff)들에 크게 독립적인 방식으로 압력 환기 특성들을 미세-조정(fine-tune)하는데 유리할 수 있다. 이 실시예는, 특히 인접한 전지들, 민감한 컴포넌트들, 및 제품 사용자들로부터 고온 가스, 잔해, 및 화염을 멀리 지향시킴으로써, 전지 고장 시나리오 예측 가능성을 개선할 수 있다. 하부 표면(106) 상의 압력 환기 피쳐(412)에 대한 추가적 또는 대안적인 후속 최적화들은, 특히 인접한 전지들, 민감한 컴포넌트들, 및 제품 사용자들로부터 고온 가스, 잔해, 및 화염을 멀리 지향시킴으로써, 전지 고장 시나리오 예측 가능성을 더 개선할 수 있다. 이러한 위험요소(hazard)들을 더욱 결정적으로 조종함으로써, 열 폭주 전파 및 부상 가능성이 감소될 수 있다.
슬리브(108)에서의 품질 결함들 또는 두께 변화들, 또는 말리거나 용접된 캐니스터 에지(edge) 상의 윤곽 변화들이 에너지 저장 시스템에서의 전지 정렬 정밀도(precision)에 영향을 미치지 않도록, 하부 표면(106)의 둘레는 슬리브(108)에서의 일부의 오버랩을 수용하도록 리세스될 수 있다. 하부 표면(106)의 형태는, 제조 작동들 중에 다루기 및 운반으로부터의 기계적 마모 및 남용으로부터 슬리브(108)를 동시에 보호할 수 있고, 제한된 강도의 접착제들과 같은 인접한 컴포넌트들과 하부 표면(106) 사이의 더 큰 접촉 영역을 촉진할 수 있다.
도 4를 계속해서 참조하면, 중앙 단자(202)는 전도성 물질의 중실 피스를 포함할 수 있다. 중앙 단자(202)는, 단자 절연체 개스킷(206)(예를 들어, 압축된 밀봉)을 통해 외부 단자(204)로부터 분리될 수 있다. 명세서에 기술된 바와 같이, 하부 표면(106)은 슬리브(108)가 오버랩될 수 있는 리세스된 부분(404)을 가질 수 있다. 중앙 단자(202) 및 외부 단자(204)는, 레이저 용접에 적합한 그리고 내부 전지 구조의 용접에 적합한 임의의 물질(예를 들어, 알루미늄)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전도성 측부 표면(104)은 외부 단자(204)와 연속적일 수 있고, 전통적으로 이용되는 캐니스터 물질들에 비해 개선된 열 전도성, 열 확산성, 용접 상호연결 수율, 및 중량법적(gravimetric) 에너지 밀도를 위해 압출(extrude)되거나 인발(draw)된 알루미늄 등급(grade)을 포함할 수 있다.
개시된 에너지 저장 전지 설계는 에너지 저장 디바이스들에 적합한 임의의 내부 구조와 함께 사용될 수 있다. 적합한 내부 설계의 일 예시는 제 1 기판, 내부 세퍼레이터, 제 2 기판, 및 외부 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 제 1 기판은 전기 전도성일 수 있다. 내부 세퍼레이터는 전기적으로 절연성일 수 있고, 제 1 기판 위에(over) 배치(예를 들어, 제 1 기판의 상부 상에 적층)될 수 있다. 전도성 제 2 기판은 내부 세퍼레이터 위에 더 배치(예를 들어, 제 2 기판의 상부 상에 적층)될 수 있다. 전기적으로 절연성인 외부 세퍼레이터는 제 2 기판 위에 배치(예를 들어, 제 2 기판의 상부 상에 적층)될 수 있다. 제 1 기판, 내부 세퍼레이터, 제 2 기판, 및 외부 세퍼레이터를 연속적 방식으로 적층하면, 제 1 기판, 내부 세퍼레이터, 제 2 기판, 및 외부 세퍼레이터는 제 1 기판이 중심축에 가장 가까운 위치가 되게 중심축에 대해 말릴 수 있다. 일부 실시예들에서, 외부 세퍼레이터는 존재하지 않는다. 그 다음 말린 컴포넌트들은 현재 개시된 원통형 에너지 저장 전지 설계 내의 이온(ion)-전달 매체와 함께 수용될 수 있다.
예시적인 제품 시스템
도 5는, 저장 전지(100)들이 전지 어레이(530)에서 사용될 수 있는 일 예시적인 에너지 저장 시스템(500)을 도시한다. 일 실시예에서, 저장 전지(100)들은 공통 배향의 모듈들로써 배열될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전지들의 어레이들은 교번하는 배향 또는 엇갈린(stgger) 배향으로 모듈들로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저장 전지(100)들은 슬리브(108)들을 가질 수 있고 서로에 대해 직접적으로 인접하게 배열될 수 있다. 다른 실시예들에서, 저장 전지(100)들은 슬리브(108)들을 갖지 않을 수 있고 따라서 각각의 전지 사이에 약간의 거리를 가지고 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저장 전지(100)들은 하측 전압 브릭(brick) 포일 시트(540)를 통해 전기적으로 상호연결될 수 있으며, 포일 시트(540)는 전지(100)들, 감지 전자장치들 및 양극/음극 어레이 단자들과의 전기적 연결을 생성하기 위해 레이저-용접된다. 다른 실시예들에서, 포일 시트(540)는 전체적으로 생략될 수 있다. 저장 전지(100)들의 측부 표면(104)들은 열적 컴포넌트(538)를 사용하여 냉각될 수 있다. 전지 어레이는 프레임 구조(502) 내에 보유될 수 있고 리드(520)(lid)로 밀봉될 수 있다.
앞선 개시는 본 개시 내용을 개시된 정밀한 형태들 또는 특정 사용 분야들로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 이처럼, 명세서에 명시적으로 설명되거나 암시되었던 간에, 본 개시에 대한 다양한 대안적인 실시예들 및/또는 변경들이 개시의 관점에서 가능하다는 것이 고려된다. 이와 같이 본 개시의 실시예들을 설명한 통상의 기술자는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 형태와 세부 사항에 있어서 변화들이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 개시는 청구범위에 의해서만 제한된다.
앞선 명세서에서, 본 개시는 특정 실시 예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 본 명세서에 개시된 다양한 실시예들은 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 변경되거나 그렇지 않으면 다양한 다른 방식들로 구현될 수 있다. 따라서, 이 설명은 예시적인 것으로 고려되어야 하며, 개시된 전지 어셈블리의 다양한 실시예들을 만들고 사용하는 방식을 통상의 기술자에게 교시하기 위한 목적이다. 본 명세서에 도시되고 설명된 개시의 형태들은 대표적인 실시예들로서 취해져야 하는 것으로 이해되어야 한다. 등가 요소들, 재료들, 프로세스들 또는 스텝들은 본 명세서에서 대표적으로 예시되고 설명된 것들로 대체될 수 있다. 게다가, 개시의 특정 특징들은 다른 특징들의 사용과 독립적으로 활용될 수 있고, 그것들 모두는 개시의 설명의 이익을 가진 후에 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 본 개시를 설명하고 청구하는데 사용되는 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)", "통합하는(incorporating)", "~로 구성되는(consisting of)", "가진다(have)", "있다(is)"와 같은 표현은 비배타적인 방식, 즉 물품(item), 컴포넌트들 또는 명시적으로 설명되지 않은 요소들도 존재하게 하는 것으로 해석되게 의도된다. 또한, 단수에 대한 언급은 복수와 관련된 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 다양한 실시예들은 예시적이고 설명적인 의미로 받아들여져야 하며, 본 개시를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 모든 결합(joinder)에 대한 언급(예를 들면, 부착(attach)된, 부착(affix)된, 커플링(couple)된, 연결(connect)된 등)는 본 개시의 독자의 이해를 돕기 위해서만 사용되며, 특히 시스템들의 위치, 배향 또는 사용 및/또는 본 명세서에 개시된 방법들에 대해 제한들을 생성할 수 없다. 따라서, 결합에 대한 언급들은, 존재하는 경우, 광범위하게 해석되어야 한다. 또한, 이러한 결합에 대한 언급들은 반드시 두 요소들이 서로 직접적으로 연결되어 있다고 추론하지 않는다.
추가적으로, "제 1", "제 2", "제 3", "1 차(primary)", "2 차(secondary)", "주요" 또는 임의의 다른 일반 용어 및/또는 숫자 용어와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 모든 숫자 용어들은 본 개시의 다양한 요소들, 실시예들, 변형들 및/또는 변경들의 독자의 이해를 돕기 위해 식별자들로서만 취해져야 하며, 특히 다른 요소, 실시예, 변형 및/또는 변경에 대해 또는 그에 비해 임의의 요소, 실시예, 변형 및/또는 변경의 순서 또는 선호도에 대해 어떠한 제한도 생성하지 않을 수 있다.
또한, 도면들/그림들에 도시된 요소들 중 하나 이상은 더 분리된 방식 또는 통합된 방식으로도 구현될 수 있으며, 특정 적용에 따라 유용한 것처럼 특정 경우들에 심지어 제거되거나 작동 불가능한 것으로 구현될 수도 있음이 인식될 것이다. 추가적으로, 도면들/그림들의 임의의 신호 해치(hatch)들은, 달리 구체적으로 지정되지 않는 한, 예시로만 고려되고 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 한다.

Claims (20)

  1. 에너지 전지에 있어서,
    중앙 단자, 외부 단자, 및 단자 절연체 개스킷을 갖는 원형 상부 표면으로서,
    상기 중앙 단자 및 상기 외부 단자는 전기적 접촉부들로 구성되고,
    상기 중앙 단자는 상기 외부 단자에 의해 둘러싸이고,
    상기 중앙 단자 및 상기 외부 단자는 상기 상부 표면을 실질적으로 덮고,
    상기 중앙 단자 및 상기 외부 단자는 상기 단자 절연체 개스킷에 의해 분리되며, 상기 단자 절연체 개스킷은 전기적 절연체인, 상기 원형 상부 표면;
    상기 상부 표면에 기계적으로 연결되는 측부 표면;
    환형 인터페이스 및 압력 환기 피쳐를 갖는 상기 측부 표면에 기계적으로 연결된 원형 하부 표면으로서,
    상기 환형 인터페이스는 상기 전지에 대한 베이스를 형성하도록 구성되고,
    상기 압력 환기 피쳐는 상기 상부 표면의 반대 방향으로 환기하도록 구성된, 상기 원형 하부 표면; 및
    상기 상부 표면, 상기 측부 표면, 및 상기 하부 표면 내의 에너지 저장 물질
    을 포함하는 에너지 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 표면과 상기 측부 표면은 인접한 에너지 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙 단자의 일 영역과 상기 외부 단자의 일 영역은 의존적으로 구성되는 에너지 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙 단자의 일 영역 및 상기 외부 단자의 일 영역은 전지 어레이-레벨 상호연결 용접 또는 다른 어셈블리 프로세스가 성공할 통계적 가능성의 임계값에 기초하여 결정되는 에너지 전지.
  5. 에너지 전지에 있어서,
    중앙 단자 및 외부 단자를 갖는 상부 표면으로서, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는 실질적으로 평면형 전기적 접촉부들로서 구성된, 상기 상부 표면;
    상기 상부 표면에 기계적으로 연결되는 측부 표면;
    상기 측부 표면에 기계적으로 연결되는 하부 표면; 및
    상기 상부 표면, 상기 측부 표면, 및 상기 하부 표면 내의 에너지 저장 물질
    을 포함하는 에너지 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 표면은 실질적으로 원형인 에너지 전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 중앙 단자 및 상기 외부 단자는 상기 상부 표면을 실질적으로 덮는 에너지 전지.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 중앙 단자 및 상기 외부 단자는 단자 절연체 개스킷에 의해 분리되고, 상기 단자 절연체 개스킷은 전기적 절연체인 에너지 전지.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 중앙 단자는 음극이고 상기 외부 단자는 양극인 에너지 전지.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 중앙 단자의 일 영역과 상기 외부 단자의 일 영역은 의존적으로 구성되는 에너지 전지.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 중앙 단자의 일 영역 및 상기 외부 단자의 일 영역은 전지 어레이-레벨 상호연결 용접 또는 다른 어셈블리 프로세스가 성공할 통계적 가능성의 임계값에 기초하여 결정되는 에너지 전지.
  12. 제 5 항에 있어서,
    슬리브를 더 포함하고, 상기 슬리브는 상기 측부 표면의 적어도 일부를 둘러싸는 에너지 전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 슬리브는 전기적 절연 물질을 포함하는 에너지 전지.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 슬리브는 하나 이상의 물질의 2개의 층들을 포함하는 에너지 전지.
  15. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 표면과 상기 측부 표면은 인접한 에너지 전지.
  16. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 표면은 제조 장비에 의한 자기 접착을 통해 이동하게 하기에 철을 충분하게 함유한 에너지 전지.
  17. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 표면은 실질적으로 원형인 에너지 전지.
  18. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 표면은 상기 전지에 대한 베이스를 형성하도록 구성된 환형 인터페이스를 갖는 에너지 전지.
  19. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 표면은 상기 상부 표면의 반대 방향으로 환기하도록 구성된 압력 환기 피쳐를 갖는 에너지 전지.
  20. 배터리 시스템에 있어서,
    복수 개의 전지들을 포함하고, 상기 전지들의 각각은,
    중앙 단자 및 외부 단자를 갖는 상부 표면으로서, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는 전기적 접촉부들로 구성되는, 상기 상부 표면;
    상기 상부 표면에 기계적으로 연결되는 측부 표면;
    상기 측부 표면에 기계적으로 연결되는 하부 표면; 및
    상기 상부 표면, 상기 측부 표면, 및 상기 하부 표면 내의 에너지 저장 물질을 포함하고,
    상기 전지들은 레이저 용접들에 의해 상호연결되고 실질적으로 평면적 형태로 정렬되는 배터리 시스템.
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