KR20230088407A - 열폭주의 트리거링 방법 - Google Patents
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Abstract
열폭주의 트리거링 방법으로, 배터리 기술 분야에 관한 것이다. 열폭주의 트리거링 방법은 배터리 셀(100)과 가열부재(200)를 제공하는 단계 - 가열부재(200)가 배터리 셀(100) 내에 설치됨-, 가열부재(200)에 의해 배터리 셀(100)의 내부를 가열하여 배터리 셀(100)이 열폭주하도록 하는 단계를 포함한다. 가열부재(200)를 배터리 셀(100)의 내부에 설치하고, 가열부재(200)가 배터리 셀(100)의 내부를 가열하여 배터리 셀(100)에서 열폭주가 일어나도록 하여 비교적 짧은 시간 내에 배터리 셀(100)의 내부를 배터리 셀(100)에서 열폭주가 일어나게 가열할 수 있다. 배터리 셀(100)의 내부 공간이 줄어들어 배터리 셀(100) 내부에서 가열부재(200)의 확산 범위가 좁고 가열부재(200)의 열 손실이 보다 적어 외부에서 별도로 보다 작은 에너지를 도입하면 배터리 셀(100)의 열폭주를 트리거링할 수 있다. 상기 방법은 배터리 셀(100)의 구조를 파괴하지 않고 테스트할 배터리 셀(100)의 기밀성을 보장하며 배터리 셀(100)이 실제 열폭주에 더 근접한 거동 과정을 시뮬레이션할 수 있다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2021년 11월 29일에 제출된 명칭이 '열폭주의 트리거링 방법'인 중국 특허 출원 202111436998.6의 우선권을 주장하며, 본 출원의 모든 내용은 인용을 통해 본문에 통합된다.
본 출원은 배터리 기술 분야에 관한 것으로, 상세하게는 열폭주의 트리거링 방법에 관한 것이다.
배터리는 에너지 저장 장치로서 전자 제품, 전기 자동차, 에너지 저장 발전소 등 많은 분야에서 널리 사용되고 있다. 배터리의 안전성이 사용 수요를 충족시키는지 여부는 현재 광범위하게 연구되고 있는 과제이다. 배터리의 열폭주는 배터리의 안전 문제 중 하나이며 배터리가 열폭주하면 배터리 내부의 온도가 상승하여 결국 열폭주 연쇄 반응을 일으켜 배터리 발화, 폭발을 초래한다. 이와 더불어 열폭주 과정은 열폭주 확산을 초래할 수 있다. 열폭주 및 열폭주 확산 사고는 인명 피해 및 재산 손실을 쉽게 초래할 수 있다.
현재 주로 하나의 특정 배터리 셀의 열폭주를 트리거링하여 배터리 모듈에서의 열의 확산 상황을 관찰하여 배터리의 안전성 문제를 분석하지만 기존의 열폭주를 트리거링하는 방법은 실제 열폭주 과정을 시뮬레이션하기 어렵다.
본 출원의 실시예는 열폭주의 트리거링 방법을 제공하여 시뮬레이션하는 배터리의 열폭주 과정이 배터리의 실제 열폭주 과정에 보다 더 근접하게 한다.
본 출원의 실시예는 열폭주의 트리거링 방법을 제공하며, 이 방법은
배터리 셀과 가열부재를 제공하는 단계 - 상기 가열부재는 상기 배터리 셀 내에 설치됨 -,
상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 내부를 가열하여 상기 배터리 셀이 열폭주하도록 하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 가열부재를 배터리 셀의 내부에 설치하고, 가열부재가 배터리 셀의 내부를 가열하여 배터리 셀에서 열폭주가 일어나도록 하여 비교적 짧은 시간 내에 배터리 셀에서 열폭주가 일어나게 배터리 셀의 내부를 가열할 수 있다. 가열부재는 배터리 셀의 내부에 설치되어 배터리 셀의 내부 공간이 줄어들며 배터리 셀 내부에서 가열부재의 확산 범위가 적고, 가열부재의 열 손실이 보다 적어 외부에서 별도로 보다 적은 에너지를 도입하기만 하면 배터리 셀의 열폭주를 트리거링할 수 있다. 가열부재는 배터리 셀 내부에서 가열하여 배터리 셀의 구조를 파괴하지 않고 테스트할 배터리 셀의 기밀성을 보장하며 배터리 셀이 실제 열폭주에 보다 근접한 거동 과정을 시뮬레이션할 수 있어 시뮬레이션하는 열폭주 과정에 따라 배터리 셀의 열폭주의 저감 방안과 배터리 셀의 열폭주 시의 손실 저감 방안을 결정하기 편리하다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 가열부재에 의해 배터리 셀의 내부를 가열하는 단계는,
상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 전극 조립체의 분리막을 가열하여 상기 분리막을 용해파괴하며 이로써 상기 배터리 셀의 내부를 단락시키는 단계를 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 분리막을 용해파괴함으로써 배터리 셀 내부의 단락을 유발하여 배터리 셀의 열폭주를 트리거링하고, 분리막을 용해파괴하는 데 필요한 열이 적어 별도로 도입되는 에너지를 감소시키며, 분리막의 두께가 작으므로 용해파괴속도가 빨라 배터리 셀의 열폭주 시간을 짧게 한다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 전극 조립체의 분리막을 가열하는 단계는,
상기 분리막에 연결된 상기 가열부재에 의해 상기 분리막을 가열하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 가열부재를 분리막에 연결하면 가열부재에서 발생하는 열을 분리막을 용해파괴하는 데 충분히 적용할 수 있어 별도로 도입되는 에너지를 줄일 수 있으며, 가열부재를 분리막에 연결하면 가열부재에서 발생하는 열이 분리막에 빠르게 전달되어 분리막이 빨리 용해파괴되며, 이로써 열폭주를 트리거링하는 시간을 단축시킬 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 내부를 가열하기 전 상기 열폭주의 트리거링 방법은,
외부 전원과 상기 가열부재를 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 외부 전원을 통해 가열부재에 전원을 공급하여 가열부재가 배터리 셀의 내부를 가열하게 하며, 이와 같은 방식은 외부 전원과 가열부재 사이의 전기적 연결을 연결하거나 차단함으로써 가열부재가 배터리 셀의 내부에 대한 가열 시작 또는 중단을 제어할 수 있으며 가열 시간 및 가열 전력에 대한 제어가 모두 편리하다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 열폭주의 트리거링 방법은,
상기 배터리 셀의 열폭주 후 상기 외부 전원과 상기 가열부재를 차단하여 상기 가열부재가 상기 배터리 셀의 내부에 대한 가열을 정지시키는 단계를 더 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 배터리 셀의 열폭주 후 외부 전원과 가열부재의 전기적 연결 관계를 차단하고 외부 전원이 가열부재에 대한 전기 에너지 공급을 중단하여 가열부재의 가열을 정지시킨다. 외부 전원과 가열부재 사이의 전기적 연결 관계를 차단하여 외부 에너지의 소모를 줄이고 다른 안전 문제를 일으키는 것을 피할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 배터리 셀 및 가열 조립체를 제공하는 단계는,
상기 가열부재를 상기 배터리 셀의 전극 조립체에 연결하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 가열부재를 배터리 셀의 전극 조립체에 연결하여, 가열부재가 전극 조립체를 직접 가열하도록 하여 배터리 셀의 열폭주를 더욱 용이하게 트리거링할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 가열부재를 상기 배터리 셀의 전극 조립체에 연결하는 단계는,
상기 가열부재를 상기 전극 조립체의 분리막에 연결하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 가열부재를 분리막에 연결하면 가열부재에서 발생하는 열이 분리막을 용해파괴하는 데 충분히 적용할 수 있어 별도로 도입되는 에너지를 줄일 수 있으며, 가열부재를 분리막에 연결하면 가열부재에서 발생하는 열이 분리막에 빠르게 전달되어 분리막이 빨리 용해파괴되며, 이로써 열폭주를 트리거링하는 시간을 단축시킬 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 가열부재를 상기 배터리 셀의 전극 조립체에 연결한 후 배터리 셀과 가열부재를 제공하는 단계는,
상기 전극 조립체를 상기 케이스의 개구로부터 상기 케이스 내에 수용하는 단계,
엔드 캡을 상기 개구에 커버하는 단계를 더 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 가열부재를 전극 조립체에 연결한 후 케이스의 개구로부터 가열부재가 연결된 전극 조립체를 케이스 내에 넣거나, 전극 조립체를 케이스에 넣는 동시에 가열부재를 케이스 내에 설치할 수 있어, 가열부재를 전극 조립체에 용이하게 연결시켜 조립 생산효율을 향상시킨다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 엔드 캡을 상기 개구에 커버하기 전 배터리 셀과 가열부재를 제공하는 단계는,
상기 가열부재에 연결된 배선을 상기 엔드 캡의 통공으로부터 관통 돌출시키는 단계를 더 포함하며,
상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 내부를 가열하기 전 상기 열폭주의 트리거링 방법은,
외부 전원과 상기 배선을 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 엔드 캡을 케이스에 커버하기 전 가열부재에 연결된 배선을 엔드 캡의 통공으로부터 관통 돌출시키고, 엔드 캡을 케이스에 커버하면 배선의 일단이 배터리 셀 외부에 위치하여 배선과 외부 전원의 전기적 연결이 용이하다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 가열부재에 연결된 배선을 상기 엔드 캡의 통공으로부터 관통 돌출시킨 후 배터리 셀과 가열부재를 제공하는 단계는,
실링부재를 상기 통공에 삽입 설치하여 상기 엔드 캡과 상기 배선을 밀봉하는 단계를 더 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 실링부재에 의해 배선과 엔드 캡을 밀봉하여 배터리 셀의 기밀성을 보장할 수 있고, 보다 현실적인 열폭주 상황을 시뮬레이션할 수 있으며, 엔드 캡에 통공이 설치되어 배터리 셀에서 통공을 통해 배기되어 시뮬레이션이 왜곡되는 것을 피한다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 실링부재는 배선을 관통하기 위한 장착홀과 상기 배선이 상기 장착홀에 걸림 결합하기 위한 노치를 포함하고,
실링부재를 상기 통공에 삽입하기 전 상기 배터리 셀과 가열부재를 제공하는 단계는,
상기 배선을 상기 노치로부터 상기 장착홀에 걸림 결합하는 단계를 더 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 배선을 실링부재의 노치로부터 실링부재를 장착하는 장착홀 내에 걸림 결합하여, 배선이 실링부재를 용이하게 관통하도록 하고, 노치는 또한 실링부재와 통공의 구멍벽의 억지끼움을 위한 압축 공간을 제공한다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 배선은 상기 장착홀에 일대일로 대응하여 설치되고,
상기 배선을 상기 노치로부터 상기 장착홀에 걸림 결합하는 단계는,
상기 배선을 상기 노치로부터 대응하는 상기 장착홀에 걸림 결합하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 배선은 장착홀에 일대일로 대응하여 설치되고, 배선을 노치로부터 대응하는 장착홀에 걸림 결합하며, 즉 하나의 장착홀 내에 하나의 가이드가 관통 설치되므로 장착홀의 구멍벽과 배선의 둘레벽이 더 잘 밀착되어 밀봉성능을 보장한다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 열폭주의 트리거링 방법은,
절연부재에 의해 상기 가열부재를 피복한 후 상기 절연부재가 피복된 상기 가열부재를 상기 전극 조립체에 연결하는 단계를 더 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 절연부에 의해 가열부재를 피복한 후, 절연부로 피복된 가열부재를 전극 조립체에 연결하여 가열부재가 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 다른 안전 문제를 초래하는 것을 방지할 수 있다.
상기 기술적 해결수단에서, 가열부재를 배터리 셀의 내부에 설치하고, 가열부재가 배터리 셀의 내부를 가열하여 배터리 셀에서 열폭주가 일어나도록 하여 비교적 짧은 시간 내에 배터리 셀에서 열폭주가 일어나게 배터리 셀의 내부를 가열할 수 있다. 가열부재는 배터리 셀의 내부에 설치되어 배터리 셀의 내부 공간이 줄어들며 배터리 셀 내부에서 가열부재의 확산 범위가 적고, 가열부재의 열 손실이 보다 적어 외부에서 별도로 보다 적은 에너지를 도입하기만 하면 배터리 셀의 열폭주를 트리거링할 수 있다. 가열부재는 배터리 셀 내부에서 가열하여 배터리 셀의 구조를 파괴하지 않고 테스트할 배터리 셀의 기밀성을 보장하며 배터리 셀이 실제 열폭주에 보다 근접한 거동 과정을 시뮬레이션할 수 있어 시뮬레이션하는 열폭주 과정에 따라 배터리 셀의 열폭주의 저감 방안과 배터리 셀의 열폭주 시의 손실 저감 방안을 결정하기 편리하다.
본 출원의 실시예의 기술적 해결수단을 보다 명확하게 설명하기 위해 이하는 실시예에 필요한 도면에 대해 간단하게 소개하고, 이하의 도면은 본 출원의 일부 실시예만을 나타내므로 범위에 대한 한정으로 간주되어서는 안 되며, 본 분야의 일반 기술자에게는 창의적인 노동을 하지 않았다는 전제 하에 이러한 도면에 따라 다른 관련 도면을 얻을 수도 있음을 이해해야 한다.
도 1은 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 배터리 셀의 분해도이다.
도 2는 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 미조립 엔드 캡 조립체와 실링부재의 모식도이다.
도 3은 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 엔드 캡 조립체 및 실링부재 조립 후의 단면도이다.
도 4는 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 출원의 다른 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 출원의 또 다른 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 출원의 또한 다른 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 출원의 또한 또 다른 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 배터리 셀 및 가열부재를 제공하는 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 실링부재의 축측도이다.
도 11은 실링부재에 배선이 맞물리는 모식도이다.
도 12는 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 실링부재의 정면도이다.
도 13은 본 출원의 또 다른 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 14는 가열부재, 배선 및 절연부재 삼자의 연결 관계를 나타내는 모식도이다.
도 15는 가열부재, 배선 및 절연부재 삼자가 전극 조립체에 연결되는 모식도이다.
도 16은 가열부재, 배선 및 절연부재 삼자가 2개의 전극 조립체 사이에 연결되는 모식도이다.
도 17은 배터리 셀, 가열부재 및 실링부재의 조립 완료 후의 모식도이다.
도 18은 배터리 셀, 외부 전원 및 전기 제어 장치의 연결 관계도이다.
도 1은 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 배터리 셀의 분해도이다.
도 2는 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 미조립 엔드 캡 조립체와 실링부재의 모식도이다.
도 3은 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 엔드 캡 조립체 및 실링부재 조립 후의 단면도이다.
도 4는 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 출원의 다른 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 출원의 또 다른 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 출원의 또한 다른 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 출원의 또한 또 다른 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 배터리 셀 및 가열부재를 제공하는 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 실링부재의 축측도이다.
도 11은 실링부재에 배선이 맞물리는 모식도이다.
도 12는 본 출원의 일부 실시예에서 제공하는 실링부재의 정면도이다.
도 13은 본 출원의 또 다른 일부 실시예에서 제공하는 열폭주의 트리거링 방법의 흐름도이다.
도 14는 가열부재, 배선 및 절연부재 삼자의 연결 관계를 나타내는 모식도이다.
도 15는 가열부재, 배선 및 절연부재 삼자가 전극 조립체에 연결되는 모식도이다.
도 16은 가열부재, 배선 및 절연부재 삼자가 2개의 전극 조립체 사이에 연결되는 모식도이다.
도 17은 배터리 셀, 가열부재 및 실링부재의 조립 완료 후의 모식도이다.
도 18은 배터리 셀, 외부 전원 및 전기 제어 장치의 연결 관계도이다.
본 출원 실시예의 목적, 기술적 해결수단 및 장점을 보다 명확하게 하기 위해, 이하에서는 본 출원 실시예의 첨부 도면을 결부하여 본 출원 실시예의 기술적 해결수단을 명확하고 완전하게 기술할 것이며, 명백하게, 기술된 실시예는 본 출원의 일부 실시예일 뿐, 모든 실시예가 아니다. 일반적으로 여기 도면에 기술되고 도시되는 본 출원 실시예의 조립체는 다양한 구성으로 배치 및 설계될 수 있다.
따라서 도면에서 제공된 본 출원의 실시예에 대한 이하 상세한 기술은 청구된 본 출원의 범위를 제한하는 것이 아니라 본 출원의 선정된 실시예만을 나타내는 것이다. 본 출원의 실시예에 기초하여, 본 분야의 일반 기술자가 창조적 노동을 하지 않았다는 전제 하에 얻은 다른 모든 실시예는 본 출원의 청구 범위에 속하다.
모순되지 않는 한 본 출원의 실시예 및 실시예의 특징은 서로 결합될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
유사한 부호와 문자는 이하의 도면에서 유사한 항목을 나타내므로 하나의 항목이 하나의 도면에서 정의되면 후속 도면에서 추가 정의 및 설명이 필요하지 않다.
본 출원의 실시예의 기술에서 지시 방향 또는 위치관계는 첨부도면에 기초한 방향 또는 위치관계, 또는 해당 출원 제품 사용시 통상적으로 배치되는 방향 또는 위치관계, 또는 본 출원의 기술자가 통상적으로 이해하는 방향 또는 위치 관계이며, 표시된 장치 또는 부품이 특정한 방향을 구비해야 하고 특정한 방향으로 구성 및 작동되어야 함을 나타내거나 암시하기보다는 본 출원을 기술하고 기술을 단순화하기 위한 것일 뿐이므로 본 출원에 대한 한정으로 이해해서는 안 된다. 또한, "제1", "제2", "제3" 등의 용어는 구분 설명의 목적으로만 사용되며 상대적 중요성을 나타내거나 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
현재 시장 상황의 발전으로 볼 때 동력 배터리의 응용은 점점 더 광범위해진다. 동력 배터리는 수력, 화력, 풍력, 태양광 발전소 등 에너지 저장 전원 시스템뿐만 아니라 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차 등 전기 교통 수단 및 군사 장비 그리고 항공 우주 등 다양한 분야에서 널리 사용된다. 동력 배터리의 응용 분야가 지속적으로 확대됨에 따라 시장 수요도 지속적으로 증가하고 있다.
배터리의 제조 결함이나 부적절한 사용 등으로 인해 리튬이온 배터리는 극단적인 상황에서 열폭주 현상이 발생하여 배터리 내부 온도가 상승하고 결국 열폭주 연쇄반응을 일으켜 배터리 발화, 폭발을 초래한다. 열폭주 과정은 열폭주 확산을 초래할 수 있다. 열폭주 및 열폭주 확산 사고는 인명 피해 및 재산 손실을 쉽게 초래할 수 있다. 배터리 열폭주는 절대 피할 수 없고 발생 가능성을 낮추거나 배터리 열폭주 후의 피해를 감소시킬 수만 있어, 배터리 열폭주 및 폭주 확산 거동의 최대 피해를 사전에 평가할 필요가 있으며, 실제에서 적용한다.
발명자는 배터리의 열폭주 및 폭주 확산 거동의 가장 큰 피해를 평가하는 것은 주로 배터리 셀의 열폭주 트리거링에 대한 시뮬레이션을 채택하고, 배터리의 열폭주 및 폭주 확산의 상황을 관찰하는 것이라는 점에 주목했다. 현재 일반적으로 사용되는 배터리 셀의 열폭주의 트리거링 방법에는 침찌르기, 외부 가열, 과충전 등이 있다. 침찌르기에 의한 트리거링 방법은 외부에서 배터리 셀 내부로 찔러 배터리 셀 내부를 단락시키지만 침찌르기에 의한 트리거링은 배터리 셀 또는 배터리 팩 시스템의 외부 구조 또는 밀봉 구조를 파괴하여 시뮬레이션된 열폭주 거동의 왜곡을 초래하고, 외부 가열은 배터리 셀 외부로부터 배터리 셀을 가열하여 배터리 셀 내부 재질의 악화나 내부 압력 폭주를 통해 배터리 셀의 열폭주를 유발하며, 과충전은 배터리 셀에 보충한 전기 에너지가 정격 전기 에너지를 초과하여 배터리 셀의 열폭주를 일으키는 것이며, 외부 가열 및 과충전은 모두 대량의 에너지를 별도로 주입해야 한다. 또한 기존의 트리거링 방법은 배터리의 실제 열폭주 과정을 시뮬레이션하기 어렵다. 또한 기존의 트리거링 방법에 배치된 장치는 공간 크기의 영향으로 인해 실제로 배터리 셀 또는 배터리 내에 조립하기 어려워 조립 목적을 달성하기 위해 다른 구조부재를 희생해야 한다.
상기 고려 사항에 기초하여, 배터리 열폭주 및 열폭주 확산 거동을 보다 현실적으로 시뮬레이션하고 추가 에너지 주입을 줄이기 위해 발명자는 심도 있는 연구를 거쳐 배터리 셀 내부에 가열부재를 설치하고 가열부재에 의해 배터리 셀의 내부를 가열함으로써 배터리 셀이 열폭주하게 하는 열폭주의 트리거링 방법을 제공한다.
가열부재를 배터리 셀의 내부에 설치하고, 가열부재가 배터리 셀의 내부를 가열하여 배터리 셀에서 열폭주가 일어나도록 하여 비교적 짧은 시간 내에 배터리 셀의 내부를 배터리 셀이 열폭주가 일어나게 가열할 수 있다. 가열부재가 배터리 셀의 내부에 설치되고 배터리 셀의 내부 공간이 줄어들어 배터리 셀 내부에서 가열부재의 확산 범위가 좁고 가열부재의 열 손실이 적어 외부에서 별도로 보다 작은 에너지를 도입하기만 하면 배터리 셀의 열폭주를 트리거링할 수 있다. 가열부재는 배터리 셀 내부에서 가열하여 배터리 셀의 구조를 파괴하지 않고 테스트할 배터리 셀의 기밀성을 보장하며 배터리 셀이 실제 열폭주에 더 근접한 거동 과정을 시뮬레이션할 수 있어 시뮬레이션하는 열폭주 과정에 따라 배터리 셀의 열폭주의 저감 방안과 배터리 셀의 열폭주 시의 손실 저감 방안을 결정하기 편리하다.
본 출원의 실시예에 개시된 열폭주의 트리거링 방법은 차량, 선박 또는 항공기 등에 사용되는 배터리 셀 또는 배터리의 열폭주를 트리거링하는 데 사용할 수 있어, 다양한 사용 환경에서 배터리 셀 또는 배터리의 열폭주 및 열폭주 확산 거동을 시뮬레이션하도록 한다.
이하 실시예는 설명의 편의를 위해 본 출원의 실시예에서 제공하는 배터리 셀(100)을 예로 들어 열폭주의 트리거링 방법을 설명한다.
도 1을 참조하면, 배터리 셀(100)은 케이스(10), 전극 조립체(20) 및 엔드 캡 조립체(30)를 포함할 수 있다. 케이스(10)는 개구(11)를 구비하며, 전극 조립체(20)는 케이스(10) 내에 수용되고, 엔드 캡 조립체(30)는 개구(11)를 커버하는 데 사용된다.
케이스(10)는 원기둥체, 직육면체 등과 같은 다양한 형상일 수 있다. 케이스(10)의 형상은 전극 조립체(20)의 구체적인 형상에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(20)가 원기둥체 구조인 경우 케이스(10)를 원기둥체 구조로 선택할 수 있고, 전극 조립체(20)가 직육면체 구조인 경우 케이스(10)를 직육면체 구조로 선택할 수 있다. 도 1은 케이스(10)와 전극 조립체(20)가 사각형인 경우를 예시적으로 나타낸다.
케이스(10)의 재질도 구리, 철, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금 등 다양할 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 특별히 제한하지 않는다.
전극 조립체(20)는 양극 시트(미도시), 음극 시트(미도시) 및 분리막(미도시)을 포함할 수 있다. 전극 조립체(20)는 양극 시트, 분리막 및 음극 시트를 권취하여 형성된 권취형 구조일 수 있고, 양극 시트, 분리막 및 음극 시트를 적층 배치하여 형성된 적층형 구조일 수 있다. 전극 조립체(20)는 양극 탭(미도시) 및 음극 탭(미도시)을 더 포함하며, 양극 시트에 양극 활물질층이 코팅되지 않은 양극 집전체는 양극 탭으로 사용될 수 있고 음극 시트에 음극 활물질층이 코팅되지 않은 음극 집전체는 음극 탭으로 사용될 수 있다. 전극 조립체(20)는 권취형 전극 조립체일 수도 있고, 적층형 전극 조립체일 수도 있다.
배터리 셀(100)은 한 개 또는 복수 개의 전극 조립체(20)를 포함할 수 있다. 복수 개는 2개 및 2개 이상을 의미한다.
엔드 캡 조립체(30)는 케이스(10)의 개구(11)를 커버하는 데 사용되어 밀폐된 수용 공간(미도시)을 형성하며 수용 공간은 전극 조립체(20)를 수용하는 데 사용된다. 수용 공간은 또한 전해액과 같은 전해질을 수용하는 데 사용된다. 엔드 캡 조립체(30)는 전극 조립체(20)의 전기 에너지를 출력하는 부품으로, 엔드캡 조립체(30)의 전극 단자는 전극 조립체(20)와 전기적으로 연결하는 데 사용되며, 즉 전극 단자는 전극 조립체(20)의 탭과 전기적으로 연결되며, 예를 들어 전극 단자와 탭은 어댑터(40)를 통해 연결되어 전극 단자와 탭의 전기적 연결을 구현하도록 한다.
케이스(10)의 개구(11)는 하나일 수 있고 두개일 수도 있다. 케이스(10)의 개구(11)가 하나일 경우 엔드 캡 조립체(30)도 하나일 수 있고, 엔드캡 조립체(30)에는 2개의 전극 단자가 설치될 수 있으며, 2개의 전극 단자는 각각 전극 조립체(20)의 양극 탭 및 음극 탭에 전기적으로 연결하는 데 사용되며, 엔드 캡 조립체(30)의 2개의 전극 단자는 각각 양극 전극 단자와 음극 전극 단자이다. 케이스(10)의 개구(11)가 2개인 경우, 예를 들어, 2개의 개구(11)가 케이스(10)의 대향한 양측에 배치되고, 2개의 엔드 캡 조립체(30)는 케이스(10)의 2개의 개구(11)에 각각 커버된다. 이런 경우에 하나의 엔드 캡 조립체(30)의 전극 단자는 전극 조립체(20)의 양극 탭과 전기적으로 연결하기 위한 양극 전극 단자이고, 다른 하나의 엔드 캡 조립체(30)의 전극 단자는 전극 조립체(20)의 음극 탭과 전기적으로 연결하기 위한 음극 전극 단자일 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, 엔드 캡 조립체(30)는 엔드 캡(31), 제1 전극 단자(32), 제2 전극 단자(33) 및 압력 방출 기구(34)를 포함할 수 있다.
제1 전극 단자(32) 및 제2 전극 단자(33)는 모두 엔드 캡(31)에 설치되고, 제1 전극 단자(32) 및 제2 전극 단자(33)는 각각 양극 시트 및 음극 시트에 전기적으로 연결된다. 적어도 일부가 제1 전극 단자(32) 및 제2 전극 단자(33) 사이에 위치하는 압력 방출 기구(34)는 엔드 캡(31)에 설치되고, 압력 방출 기구(34)는 배터리 셀(100)의 내부 압력 또는 온도가 임계값에 도달할 때 작동하여 배터리 셀(100)의 내부 압력을 방출하도록 구성된다.
도 2, 도 3을 참조하면, 열폭주 트리거링 방법을 수행하는 기기의 장착을 용이하게 하기 위해, 일부 실시예에서, 엔드 캡(31)에 또한 통공(35)을 설치하여 열폭주 트리거링 방법을 수행하기 위한 기기의 일부 또는 전체 구조를 통해 배터리 셀(100) 내부에 관통 삽입되거나 내부로부터 관통 돌출된다.
배터리의 열폭주 트리거링 시 배터리 셀(100)의 기밀성을 보장하기 위해 일부 실시예에서 배터리 셀(100)은 실링부재(50)를 더 포함하며, 실링부재(50)는 통공(35)에 삽입 설치되어 열폭주 트리거링 방법을 수행하는 기기를 통과한 일부 또는 전체 구조를 관통하여 통공(35)에 밀봉되도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 출원의 일부 실시예는 열폭주의 트리거링 방법을 제공하며, 이 방법은
배터리 셀(100)과 가열부재(200)(도 14에 도시됨)를 제공하는 단계 S100 - 가열부재(200)는 배터리 셀(100) 내에 설치됨 -;
가열부재(200)에 의해 배터리 셀(100)의 내부를 가열하여 배터리 셀(100)이 열폭주하도록 하는 단계 S200을 포함한다.
단계 S100에서 가열부재(200)는 배터리 셀(100) 내에 설치되는데, 실제로는 배터리 셀(100)의 케이스(10) 내에 설치된다. 가열부재(200)와 전극 조립체(20)는 모두 케이스(10)의 개구(11)로부터 케이스(10) 내에 넣는다. 케이스(10) 내에서, 가열부재(200)는 케이스(10)의 내벽에 연결될 수 있고, 가열부재(200)는 케이스(10) 내의 전극 조립체(20)에 연결될 수도 있다. 가열부재(200)는 전극 조립체(20)를 케이스(10)에 넣기 전에 케이스(10) 내에 설치될 수 있고, 가열부재(200)는 전극 조립체(20)를 케이스(10)에 넣은 후에 케이스(10)에 설치될 수 있다. 또한 가열부재(200)를 먼저 전극 조립체(20)에 연결한 다음 전극 조립체(20)와 함께 케이스(10) 내에 설치할 수도 있다.
가열부재(200)는 가열선일 수도 있고, 배터리 셀(100)의 내부 소재와 접촉하여 발열반응을 일으키는 물질로 구성된 부품일 수도 있다.
단계 S200에서 가열부재(200)에서 발생하는 열은 배터리 셀(100)의 내부 기압 또는 온도를 급격히 상승시켜 배터리 셀(100)의 열폭주를 초래할 수 있고, 가열부재(200)에서 발생하는 열은 배터리 셀(100) 내부의 환경 온도를 상승시켜 배터리 셀(100) 내부의 구조(예를 들어 전극 조립체(20) 및 전해액)를 고온 환경에 처하게 하여 소재를 악화시켜 배터리 셀(100)의 열폭주를 초래할 수도 있으며, 가열부재(200)의 열로 인해 배터리 셀(100)의 내부 단락을 유발하여 배터리 셀(100)의 열폭주를 초래할 수도 있다.
가열부재(200)를 배터리 셀(100)의 내부에 설치하고, 가열부재(200)가 배터리 셀(100)의 내부를 가열하여 배터리 셀(100)에서 열폭주가 일어나도록 하여, 비교적 짧은 시간 내에 배터리 셀(100)의 내부를 배터리 셀(100)에서 열폭주가 일어나게 가열할 수 있다. 가열부재(200)는 배터리 셀(100)의 내부에 설치되고 배터리 셀(100)의 내부 공간이 줄어들어 배터리 셀(100) 내부에서 가열부재(200)의 확산 범위가 좁고 가열부재(200)의 열 손실이 적어, 외부에서 별도로 보다 작은 에너지를 도입하기만 하면 배터리 셀(100)의 열폭주를 트리거링할 수 있다. 가열부재(200)는 배터리 셀(100) 내부에서 가열하여 배터리 셀(100)의 구조를 파괴하지 않고 테스트할 배터리 셀(100)의 기밀성을 보장하며 배터리 셀(100)이 실제 열폭주에 더 근접한 거동 과정을 시뮬레이션할 수 있어, 시뮬레이션하는 열폭주 과정에 따라 배터리 셀(100)의 열폭주의 저감 방안과 배터리 셀(100)의 열폭주 시의 손실 저감 방안을 결정하기 편리하다.
도5에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 가열부재(200)에 의해 배터리 셀(100)의 내부를 가열하는 단계 S200은
가열부재(200)에 의해 배터리 셀(100)의 전극 조립체(20)의 분리막을 가열하여 분리막을 용해파괴하며, 이로써 배터리 셀(100)의 내부를 단락시키는 단계를 포함한다.
전극 조립체(20)의 양극 시트와 음극 시트는 분리막에 의해 분리되어, 양극 시트와 음극 시트가 접촉하여 배터리 셀(100)의 내부 단락을 일으키는 것을 방지한다. 가열부재(200)를 통해 분리막을 가열한 후 분리막이 용해파괴되어 양극 시트와 음극 시트가 접촉하여 배터리 셀(100)의 내부 단락을 일으켜 배터리 셀(100)의 열폭주를 트리거링할 수 있다.
분리막을 용해파괴하여 배터리 셀(100)의 내부 단락을 초래하여 배터리 셀(100)의 열 폭주를 트리거링하고 분리막을 용해파괴하는 데 필요한 열이 감소되어 별도로 도입된 에너지를 줄이며, 분리막의 두께가 보다 작고 용해파괴 속도가 빨라 배터리 셀(100)의 열폭주를 트리거링하는 시간이 짧아진다.
도6에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 가열부재(200)에 의해 배터리 셀(100)의 전극 조립체(20)의 분리막을 가열하는 단계는,
분리막에 연결된 가열부재(200)에 의해 분리막을 가열하는 단계를 포함한다.
분리막에 연결된 가열부재(200)의 의미는 가열부재(200)가 분리막에 밀착되어 가열부재(200)의 열이 매우 짧은 시간과 전송 거리로 분리막에 도달할 수 있음을 나타낸다. 가열부재(200)는 분리막에 직접적으로 연결될 수도 있고 분리막에 간접적으로 연결될 수도 있다.
가열부재(200)를 분리막에 연결하면 가열부재(200)에서 발생하는 열을 분리막을 용해파괴하는 데 충분히 적용할 수 있어, 별도로 도입되는 에너지를 줄일 수 있으며, 가열부재(200)를 분리막에 연결하면 가열부재(200)에서 발생하는 열이 분리막으로 빠르게 전달되어 분리막이 빨리 용해파괴되며, 이로써 열폭주를 트리거링하는 시간을 단축시킬 수 있다.
도7에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 가열부재(200)에 의해 배터리 셀(100)의 내부를 가열하기 전, 열폭주의 트리거링 방법은,
외부 전원(400)(도 17에 도시됨)을 가열부재(200)에 전기적으로 연결하는 단계S300을 더 포함한다.
외부 전원(400)은 배터리 셀(100)의 외부에 위치하고, 열폭주를 시뮬레이션하는 데 사용되는 배터리 셀(100) 이외의 다른 전원을 가르킨다. 외부 전원(400)은 가열 부품의 발열을 위한 전원 공급에 사용되며, 가열부재(200)는 금속 전도체로 구성된 가열선일 수 있고, 금속 전도체는 구리일 수 있다. 금속 전도체의 차단 범위는 0Ω~100Ω로 설계된다. 외부 전원(400)과 가열부재(200)를 배선(300)으로 연결하고 외부 전원(400)과 가열부재(200) 사이에 전기 제어 장치(500)(도 17에 되시됨)를 설치할 수도 있으며, 전기 제어 장치(500)는 기기 스위치(510), 전류 조절부재(520), 전압 조절부재(530) 및 디지털 디스플레이(540)를 포함한다. 기기 스위치(510)는 외부 전원(400)과 가열부재(200) 사이의 전기적 연결 관계를 연결하거나 분리하는 데 사용되고, 전류 조절부재(520)는 출력된 전류 크기를 조절하고 교류를 직류로 전환하는 데 사용되며, 전압 조절부재(530)는 출력된 전압 크기를 조절하는 데 사용되며, 디지털 디스플레이(540)는 현재 전류와 전압 크기, 전류가 직류인지 교류인지 등의 정보를 표시하는 데 사용된다. 따라서 전기 제어 장치(500)는 필요한 전압 및 전류 값을 설정하여 가열부재(200)의 가열 전력을 정확하게 제어하도록 하여 열폭주 시뮬레이션 실험 결과의 보다 높은 재현성을 보장할 수 있다.
외부 전원(400)을 통해 가열부재(200)에 전원을 공급하여 가열부재(200)가 배터리 셀(100)의 내부를 가열하도록 하며, 이와 같은 방식은 외부 전원(400)과 가열부재(200) 사이의 전기적 연결을 연결하거나 분리함으로써 가열부재(200)가 배터리 셀(100)의 내부에 대한 가열 시작 또는 중단을 제어할 수 있으며, 가열 시간 및 가열 전력에 대한 제어가 모두 편리하다.
도8에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 열폭주의 트리거링 방법은,
배터리 셀(100)의 열폭주 후 외부 전원(400)과 가열부재(200)를 차단하여 가열부재(200)가 배터리 셀(100)의 내부에 대한 가열을 정지시키는 단계 S400을 더 포함한다.
외부 전원(400)과 가열부재(200)를 차단하는 것은 실제로 외부 전원(400)과 가열부재(200) 사이의 전기적 연결 관계를 차단하여, 외부 전원(400)의 전기 에너지가 가열부재(200)로 전달될 수 없도록 하는 것이다. 외부 전원(400)과 가열부재(200)의 분리는 전기 제어 장치(500)에 의해 구현될 수 있다. 배터리 셀(100)의 열폭주 후에도 외부 전원(400)이 가열부재(200)에 지속적으로 에너지를 공급하면 가열부재(200)가 계속 가열되어 다른 안전 문제를 초래할 수 있다.
배터리 셀(100)의 열폭주 후 외부 전원(400)과 가열부재(200) 사이의 전기적 연결 관계를 차단하고 가열부재(200)에 대한 외부 전원(400)의 전기 에너지 공급을 정지하면 가열부재(200) 의 가열이 정지된다. 외부 전원(400)과 가열부재(200) 사이의 전기적 연결 관계를 차단함으로써 외부 에너지의 소모를 줄이고 다른 안전 문제를 일으키는 것을 방지할 수 있다.
도9에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 배터리 셀(100) 및 가열 조립체를 제공하는 단계S100은,
가열부재(200)를 배터리 셀(100)의 전극 조립체(20)에 연결하는 단계를 포함한다.
가열부재(200)는 전극 조립체(20)의 양극 시트, 음극 시트 또는 분리막에 연결될 수 있으며, 실제 수요에 따라 가열부재(200)의 연결 위치를 선택할 수 있다.
전극 조립체(20)에서 가열부재(200)와의 연결을 위한 위치는 평면이 아닐 수 있으며, 예를 들어 전극 조립체(20)가 원기둥체의 전극 조립체(20)인 실시예에서, 전극 조립체(20)의 외주면은 곡면이고 가열부재(200)는 가열부재(200)와 전극 조립체(20)의 외형이 일치하지 않아 전극 조립체(20)를 파괴하는 것을 방지하기 위해 전극 조립체(20)의 형상에 대응되어야 한다. 일부 실시예에서 가열부재(200)는 양호한 유연성을 구비하여 자체 유연성을 이용하여 전극 조립체(20)의 외형에 대응할 수 있어 가열부재(200)가 전극 조립체(20)에 밀착되게 하거나, 또는 가열부재(200)를 전극 조립체(20)의 외형에 매칭되는 형태로 제조하여 가열부재(200)가 전극 조립체(20)에 밀착되게 한다.
가열부재(200)를 배터리 셀(100)의 전극 조립체(20)에 연결하여, 가열부재(200)가 전극 조립체(20)를 직접 가열하도록 하여 배터리 셀(100)의 열폭주를 더욱 용이하게 트리거링할 수 있다.
도 9를 계속 참조하면, 일부 실시예에서, 가열부재(200)를 배터리 셀(100)의 전극 조립체(20)에 연결하는 단계는,
가열부재(200)를 전극 조립체(20)의 분리막에 연결하는 단계를 포함한다.
가열부재(200)를 전극 조립체(20)의 최외층 분리막에 연결할 수도 있고, 내측 분리막에 연결할 수도 있다.
가열부재(200)를 분리막에 연결하면 가열부재(200)에서 발생하는 열을 분리막을 용해파괴하는 데 충분히 적용할 수 있어, 별도로 도입되는 에너지를 줄일 수 있으며, 가열부재(200)를 분리막에 연결하면 가열부재(200)에서 발생하는 열이 분리막에 빠르게 전달되어 분리막이 빨리 용해파괴되며, 이로써 열폭주를 트리거링하는 시간을 단축시킬 수 있다.
도 9를 계속 참조하면, 일부 실시예에서, 가열부재(200)를 배터리 셀(100)의 전극 조립체(20)에 연결한 후, 배터리 셀(100)과 가열부재(200)를 제공하는 단계 S100는,
전극 조립체(20)를 케이스(10)의 개구(11)로부터 케이스(10) 내에 수용하는 단계,
엔드 캡(31)을 개구(11)에 커버하는 단계를 더 포함한다.
전극 조립체(20)를 케이스(10) 내에 수용하기 전에 가열부재(200)를 전극 조립체(20)에 연결하므로 가열부재(200)와 전극 조립체(20)를 일체적으로 케이스(10)의 개구(11)로부터 케이스(10) 내에 넣을 수 있다. 다른 실시예에서, 전극 조립체(20)를 케이스(10) 내에 넣은 후 다시 가열부재(200)를 케이스(10) 내에 위치한 전극 조립체(20)에 연결할 수도 있다.
가열부재(200)를 전극 조립체(20)에 연결한 후 가열부재(200)가 연결된 전극 조립체(20)를 케이스(10)의 개구(11)로부터 케이스(10) 내에 넣거나, 전극 조립체(20)를 케이스(10)에 넣는 동시에 가열부재(200)를 케이스(10) 내에 설치할 수 있어 가열부재(200)를 전극 조립체(20)에 용이하게 연결하여 조립 생산효율을 향상시킨다.
도 9를 계속 참조하면, 일부 실시예에서, 엔드 캡(31)을 상기 개구(11)에 커버하기 전, 배터리 셀(100)과 가열부재(200)를 제공하는 단계 S100는,
가열부재(200)에 연결된 배선(300)(도 11에서 도시됨)을 엔드 캡(31)의 통공(35)으로부터 관통하여 돌출시키는 단계를 더 포함하며,
가열부재(200)에 의해 배터리 셀(100)의 내부를 가열하기 전, 열폭주의 트리거링 방법은,
외부 전원(400)을 배선(300)에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함한다.
가열부재(200)가 외부 전원(400)의 전기 에너지에 의해 배터리 셀(100)의 내부를 가열하는 실시예에서, 외부 전원(400)과 가열부재(200)는 배선(300)에 의해 연결되고, 배터리 셀(100) 내에 위치한 배선(300)의 일단은 가열부재(200)에 연결되며 배선(300)의 타단은 배터리 셀(100)의 외부로 연장되어 외부 전원(400)에 연결되어야 한다. 엔드 캡(31)이 케이스(10)의 개구(11)에 커버된 후 배선(300)이 배터리 셀(100) 내에 진입하여 가열부재(200)에 연결되기 어렵거나 배선(300)이 배터리 셀(100) 내로부터 관통 돌출되어 외부 전원(400)에 연결하기 어렵다. 먼저 배선(300)의 일단은 가열부재(200)에 연결되고, 엔드 캡(31)에 통공(35)을 설치하며, 배선(300)의 타단은 엔드 캡(31)의 통공(35)을 관통하여 배터리 셀(100)의 외부로 연장하며, 엔드 캡(31)은 배선(300)의 외주에 끼움 설치된다. 다시 엔드 캡(31)을 케이스(10)의 개구(11)에 커버한다.
엔드 캡(31)을 케이스(10)에 커버하기 전에 가열부재(200)에 연결된 배선(300)을 엔드 캡(31)의 통공(35)으로부터 관통 돌출시켜, 엔드 캡(31)이 케이스(10)에 커버되면 배선(300)의 일단이 배터리 셀(100) 외부에 위치하여 배선(300)과 외부 전원(400)의 전기적 연결에 용이하다.
도 9를 계속 참조하면, 일부 실시예에서, 가열부재(200)에 연결된 배선(300)을 엔드 캡(31)의 통공(35)으로부터 관통 돌출시킨 후, 배터리 셀(100)과 가열부재(200)를 제공하는 단계 S100은,
실링부재(50)를 통공(35)에 삽입 설치하여 엔드 캡(31)과 배선(300)을 밀봉시키는 단계를 더 포함한다.
엔드 캡(31)에 배선(300)을 관통 돌출시키는 통공(35)을 설치하면 배터리 셀(100)의 기밀성에 영향을 미쳐 배터리 셀(100) 내부의 가스가 통공(35)에서 배출되어 시뮬레이션된 열폭주가 실제 상황에서의 배터리의 열폭주 및 열폭주 확산 상황을 반영할 수 없게 된다. 여기서, 실링부재(50)를 통공(35) 내에 삽입 설치하는 것은 엔드캡(31)이 케이스(10)의 개구(11)를 커버하기 전 또는 후에 수행될 수 있다.
실링부재(50)를 통공(35) 내에 삽입 설치함으로써 배선(300)과 엔드 캡(31)의 밀봉을 구현하여 배터리 셀(100)의 기밀성을 보장할 수 있고, 보다 현실적인 열폭주 상황을 시뮬레이션할 수 있으며, 엔드 캡(31)에 통공(35)이 설치됨에 따라 배터리 셀(100)이 통공(35)을 통해 배기되어 시뮬레이션이 왜곡되는 것을 피한다.
도 9, 도 10, 도 11, 도 12를 결부하고 참조하면, 일부 실시예에서, 실링부재(50)는 배선(300)을 관통하기 위한 장착홀(51)과 배선(300)이 장착홀(51)에 걸림 결합하기 위한 노치(52)를 포함하고,
실링부재(50)를 통공(35)에 삽입 설치하기 전, 배터리 셀(100)과 가열부재(200)를 제공하는 단계는,
배선(300)을 노치(52)에서 장착홀(51)에 걸림 결합하는 단계를 더 포함한다.
도 10, 도 11, 도 12에 도시된 바와 같이, 장착홀(51)은 실링부재(50)의 내외 양단을 관통하고, 배선(300)은 장착홀(51)로부터 통과한다. 배선(300)은 전술한 열폭주 트리거링 방법을 수행하는 기기의 일부 또는 전체 구조이다.
노치(52)는 실링부재(50)의 외주면에 설치되고 장착홀(51)에 연결되며, 노치(52)는 실링부재(50)의 내외 양단을 관통하고 배선(300)은 노치(52)로부터 장착홀(51)에 걸림 결합된다. 실링부재(50)의 내외 양단은 통공(35)의 축 방향으로 위치하는 실링부재(50)의 양단을 의미한다. 실링부재(50)는 삽입부(53)와 차단부(54)를 포함하며, 삽입부(53)의 일단은 차단부(54)에 연결되고, 삽입부(53)는 통공(35) 내에 삽입 설치하는 데 사용된다. 삽입부(53)는 등진 제1 원추 단편(531)과 제2 원추 단편(532)을 포함하고, 제1 원추 단편(531)의 대단은 차단부(54)에 연결되고, 제1 원추 단편(531)의 소단은 제2 원추 단편(532)의 대단에 연결되며, 제1 원추 단편(531)의 테이퍼는 제2 원추 단편(532)의 테이퍼보다 작아 삽입부(53)가 통공(35)에 삽입하기 편리하다. 배터리 셀(100)의 외부에 위치하는 차단부(54)는 통공(35)을 차단하는 데 사용되며, 차단부(54)는 엔드 캡(31)의 외면에 당접하여 실링부재(50)가 엔드 캡(31)과 배선(300)에 대한 밀봉 성능을 향상시키고 이물이 통공(35)으로부터 배터리 셀(100) 내에 떨어져 들어가는 것을 방지할 수 있다.
배선(300)을 노치(52)로부터 장착홀(51)에 걸림 결합하는 것은 엔드 캡(31)을 케이스(10)의 개구에 커버하기 전 또는 후에 수행될 수 있다.
배선(300)을 실링부재(50)의 노치(52)로부터 실링부재(50)의 장착홀(51) 내에 걸림 결합하여, 배선(300)이 실링부재(50)를 용이하게 관통하도록 하고, 노치(52)는 또한 실링부재(50)와 통공(35)의 구멍벽의 억지끼움을 위한 압축 공간을 제공한다.
일부 실시예에서, 배선(300)은 장착홀(51)에 일대일로 대응하여 설치되고, 배선(300)을 노치(52)로부터 장착홀(51)에 걸림 결합하는 단계는,
배선(300)을 노치(52)로부터 이에 대응하는 장착홀(51)에 걸림 결합하는 단계를 더 포함한다.
도 10, 도 11, 도 12에 도시된 바와 같이, 배선(300)의 수량은 2개이며, 실링부재(50)에는 2개의 장착홀(51)이 간격을 두고 배치되며, 2개의 장착홀(51)은 모두 노치(52)에 연결된다. 배선(300)은 대응하는 장착홀(51)로부터 관통되어 돌출한다.
배선(300)은 장착홀(51)에 일대일로 대응하여 설치되고, 배선(300)을 노치(52)로부터 이에 대응하는 장착홀(51)에 걸림 결합하며, 즉 하나의 장착홀(51) 내에 하나의 가이드가 관통 설치되므로 장착홀(51)의 구멍벽과 배선(300)의 둘레벽이 더 잘 밀착되어 밀봉성능을 보장한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 열폭주의 트리거링 방법은,
절연부재(600)에 의해 가열부재(200)를 피복한 후 절연부재(600)가 피복된 가열부재(200)를 전극 조립체(20)에 연결하는 단계 S500을 더 포함한다.
절연부재(600)는 가열부재(200)에 피복되고, 이는 절연부재(600)에 의해 가열부재(200)를 밀봉포장하는 것에 해당하며, 배선(300)의 일단이 가열부재(200)에 연결된 후 타단은 절연부재(600)를 관통하여 돌출된다. 절연부재(600)의 재질은 내열(예를 들어 300℃보다), 내식 재질을 사용할 수 있으며, 예를 들어 절연부재(600)의 재질은 에폭시 수지, 폴리이미드, 불소 고무 또는 실리콘 고무 등일 수 있다.
절연부재(600)에 의해 가열부재(200)를 피복한 후, 절연부에 의해 피복된 가열부재(200)를 전극 조립체(20)에 연결하여, 가열부재(200)가 전극 조립체(20)에 전기적으로 연결되어 다른 안전 문제를 초래하는 것을 방지할 수 있다.
도 13 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 본 출원 실시예는 배터리 셀(100)의 열폭주의 트리거링 방법을 제공하며, 도 14에 도시된 바와 같이, 배선(300)의 일단을 가열부재(200)에 연결하고 절연부재(600)를 사용하여 가열부재(200)를 밀봉포장하며; 도 15에 도시된 바와 같이, 절연부재(600)에 의해 밀봉포장된 가열부재(200)를 전극 조립체(20)의 최외층 분리막에 연결하여, 전극 조립체(20), 배선(300) 및 절연부재(600)에 의해 피복된 가열부재(200)가 일체형 구조를 형성하도록 하며; 도 16에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(100)이 복수 개의 전극 조립체(20)를 구비하는 실시예에서, 배선(300)과 절연부재(600)에 의해 피복된 가열부재(200)(도 16에 미도시)는 2개의 전극 조립체(20) 사이에 설치될 수 있으며, 도 17에 도시된 바와 같이, 가열부재(200)가 연결된 전극 조립체(20)를 케이스(10)의 개구(11)로부터 케이스(10) 내에 수용하고, 배선(300)의 타단을 엔드 캡(31)의 통공(35)으로부터 관통 돌출시키며, 엔드 캡(31)을 케이스(10)의 개구(11)에 커버하고, 배선(300)이 엔드캡(31)의 통공(35)으로부터 관통 돌출하는 부분을 실링부재(50)의 노치(52)로부터 이에 대응하는 장착홀(51) 내에 걸림 결합한 다음 실링부재(50)를 엔드 캡(31)의 통공(35) 내에 삽입 설치하며, 도 18에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(100)의 외부에 위치한 배선(300)의 일단은 외부 전원(400)에 연결되고, 전기 제어 장치(500)를 통해 배터리 셀(100)이 열폭주할때까지 가열부재(200)와 외부 전원(400) 사이의 전기적 연결 관계의 연통, 전압 및 전류의 크기 등을 제어하며, 전기 제어 장치(500)는 가열부재(200)와 외부 전원(400) 사이의 전기적 연결을 차단하고 외부 전원(400)은 가열부재(200)에 대한 전기 에너지 공급을 중단한다. 배터리 셀(100)의 열폭주 및 열폭주의 확산 상황을 관찰한다. 복수 개의 배터리 셀(100)을 포함하는 배터리 팩의 열폭주 실험을 시뮬레이션하는 과정에서, 배터리 셀(100) 중 단 하나의 열폭주를 트리거링하여 배터리 셀(100)의 열폭주 및 열폭주의 확산 상황을 관찰할 수 있다.
상기는 본 출원의 바람직한 실시예일 뿐이고 본 출원을 제한하는 데 사용되지 않으며, 본 분야의 기술자에게 본 출원은 다양한 변경 및 변화가 있을 수 있다. 본 출원의 정신과 원칙 내에서 이루어진 모든 수정, 동등한 교체, 개선 등은 본 출원의 청구의 범위 내에 포함되어야 한다.
100-배터리 셀; 10-케이스; 11-개구; 20-전극 조립체; 30-엔드 캡 조립체; 31-엔드 캡; 32-제1 전극 단자; 33-제2 전극 단자; 34-압력 방출 기구; 35-통공; 40-어댑터; 50-실링부재; 51-장착홀; 52-노치; 53-삽입부; 531-제1 원추 단편; 532-제2 원추 단편; 54-차단부; 200-가열부재; 300-배선; 400-외부 전원; 500-전기 제어 장치; 510-기기 스위치; 520-전류 조절부재; 530-전압 조절부재, 540-디지털 디스플레이, 600-절연부재.
Claims (13)
- 열폭주의 트리거링 방법으로서,
배터리 셀과 가열부재를 제공하는 단계 - 상기 가열부재는 상기 배터리 셀 내에 설치됨 -,
상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 내부를 가열하여 상기 배터리 셀이 열폭주하도록 하는 단계를 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제1항에 있어서,
상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 내부를 가열하는 단계는,
상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 전극 조립체의 분리막을 가열하여, 상기 분리막을 용해파괴하며 이로써 상기 배터리 셀의 내부를 단락시키는 단계를 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제2항에 있어서,
상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 전극 조립체의 분리막을 가열하는 단계는,
상기 분리막에 연결된 상기 가열부재에 의해 상기 분리막을 가열하는 단계를 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 내부를 가열하기 전, 상기 열폭주의 트리거링 방법은,
외부 전원과 상기 가열부재를 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제4항에 있어서,
상기 열폭주의 트리거링 방법은,
상기 배터리 셀의 열폭주 후 상기 외부 전원과 상기 가열부재를 차단하여 상기 가열부재가 상기 배터리 셀의 내부에 대한 가열을 정지시키는 단계를 더 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리 셀과 가열 조립체를 제공하는 단계는,
상기 가열부재를 상기 배터리 셀의 전극 조립체에 연결하는 단계를 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제6항에 있어서,
상기 가열부재를 상기 배터리 셀의 전극 조립체에 연결하는 단계는,
상기 가열부재를 상기 전극 조립체의 분리막에 연결하는 단계를 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 가열부재를 상기 배터리 셀의 전극 조립체에 연결한 후, 상기 배터리 셀과 가열부재를 제공하는 단계는,
상기 전극 조립체를 상기 케이스의 개구로부터 상기 케이스 내에 수용하는 단계,
엔드 캡을 상기 개구에 커버하는 단계를 더 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제8항에 있어서,
상기 엔드 캡을 상기 개구에 커버하기 전, 상기 배터리 셀과 가열부재를 제공하는 단계는,
상기 가열부재에 연결된 배선을 상기 엔드 캡의 통공으로부터 관통 돌출시키는 단계를 더 포함하며,
상기 가열부재에 의해 상기 배터리 셀의 내부를 가열하기 전, 상기 열폭주의 트리거링 방법은,
외부 전원과 상기 배선을 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제9항에 있어서,
상기 가열부재에 연결된 배선을 상기 엔드 캡의 통공으로부터 관통 돌출시킨 후, 상기 배터리 셀과 가열부재를 제공하는 단계는,
실링부재를 상기 통공에 삽입 설치하여 상기 엔드 캡과 상기 배선을 밀봉하는 단계를 더 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제10항에 있어서,
상기 실링부재는 배선을 관통하기 위한 장착홀과 상기 배선이 상기 장착홀에 걸림 결합하기 위한 노치를 포함하고,
실링부재를 상기 통공에 삽입하기 전, 상기 배터리 셀과 가열부재를 제공하는 단계는,
상기 배선을 상기 노치로부터 상기 장착홀에 걸림 결합하는 단계를 더 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제11항에 있어서,
상기 배선은 상기 장착홀에 일대일로 대응하여 설치되고;
상기 배선을 상기 노치로부터 상기 장착홀에 걸림 결합하는 단계는,
상기 배선을 상기 노치로부터 대응하는 상기 장착홀에 걸림 결합하는 단계를 포함하는 열폭주의 트리거링 방법. - 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열폭주의 트리거링 방법은,
절연부재에 의해 상기 가열부재를 피복한 후 상기 절연부재가 피복된 상기 가열부재를 상기 전극 조립체에 연결하는 단계를 더 포함하는 열폭주의 트리거링 방법.
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