KR20230088820A - 배터리 및 그 제조 방법, 제조 장치와 전기 장치 - Google Patents

배터리 및 그 제조 방법, 제조 장치와 전기 장치 Download PDF

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KR20230088820A
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쉬에휘 왕
시앙웨이 가오
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컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드
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Abstract

본 발명은 배터리 및 그 제조 방법, 제조 장치와 전기 장치를 제공하며, 여기서, 배터리는 적어도 하나의 배터리층(10'), 각 배터리층(10')은 모두 제1방향(x)을 따라 나란히 배치된 복수개의 배터리 셀(1)을 포함하고, 복수개의 배터리 셀(1)의 각 배터리 셀(1)은 상호 연결된 하우징(11)과 엔드 커버(12)를 포함함; 및 적어도 하나의 스토퍼(2), 적어도 하나의 배터리층(10')과 대응되게 설치되어 하우징(11)을 복개하고, 상응한 배터리층(10')이 제3방향(z)를 따라 이동하며, 제3방향(z)은 적어도 하나의 배터리층(10')에 수직되고, 적어도 하나의 스토퍼(2)는 제1스토퍼(2')를 포함하고, 제1스토퍼(2')에는 취약 영역(21)이 설치되며, 취약 영역(21)은 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때 배터리 셀(1)이 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 한다; 를 포함한다.

Description

배터리 및 그 제조 방법, 제조 장치와 전기 장치
본 발명은 배터리 기술 분야에 관한 것으로, 특히 배터리 및 그 제조 방법, 제조 장치와 전기 장치에 관한 것이다.
리튬 이온 등 배터리는 에너지 밀도가 높고, 출력밀도가 높으며, 순환 사용 횟수가 많고, 저장 시간이 긴 장점을 구비하므로, 다양한 장치에 널리 사용된다.
더 큰 전기 에너지를 얻기 위해, 복수개의 원통형 배터리 셀을 병렬 및/또는 직렬로 연결하여 배터리를 구성한다. 관련 기술에서는 배터리의 열폭주 시 배터리 셀 내부의 압력을 적시에 방출할 수 있도록, 각 배터리 셀의 엔드 커버에 압력 방출 기구를 설치함으로써, 배터리의 열폭주 시 압력 방출 기구를 통해 배터리 셀 내부의 배출물을 배출하여 잠재적인 더 심각한 사고의 발생을 방지할 수 있다. 그러나, 실제 사용 과정에서 이러한 종류의 배터리는 더 나은 배기 효과를 얻기 어렵고 안전성도 더 향상시킬 필요가 있음을 발견했다.
본 발명의 목적은 배터리가 작동 시의 안전성을 향상시키는 것이다.
본 발명의 제1양태에 따르면,
적어도 하나의 배터리층, 적어도 하나의 배터리층의 각 배터리층은 모두 제1방향을 따라 나란히 배치된 복수개의 배터리 셀을 포함하고, 복수개의 배터리 셀의 각 배터리 셀은 상호 연결된 하우징과 엔드 커버를 포함함; 및
적어도 하나의 스토퍼, 적어도 하나의 배터리층과 대응되게 설치되어 하우징을 복개하고, 상응한 배터리층이 제3방향을 따라 이동하는 것을 제한하며, 제3방향은 적어도 하나의 배터리층에 수직되고, 적어도 하나의 스토퍼는 제1스토퍼를 포함하며, 제1스토퍼에는 취약 영역이 설치되고, 취약 영역은 배터리 셀의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때 배터리 셀이 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 한다; 를 포함하는 배터리를 제공한다.
상술한 솔루션에서, 적어도 하나의 스토퍼의 제1스토퍼에 취약 영역을 설치하고, 취약 영역은 배터리 셀의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때 배터리 셀이 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 한다. 이러한 배터리는 열폭주가 발생할 경우에, 제1스토퍼가 취약 영역에서 하우징에 대한 제한 작용이 다른 영역보다 감소하며, 압력 방출로 인한 배출물은 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 배터리 셀의 외부로 배출될 수 있으며, 이러한 배터리 셀의 하우징을 통해 압력을 방출하는 방법은 압력 방출 면적을 증대시키는데 유리하며, 배터리 셀 내부의 배출물이 안정적이고 원활하게 배출되도록 보장하여, 순간적인 폭발 및 발화를 방지하고, 배터리 작동 과정의 안전성을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 배터리는 제3방향을 따라 적층된 복수개의 배터리층을 포함하고, 인접된 2개의 배터리층 사이에는 모두 제1스토퍼가 설치된다.
상술한 솔루션에서, 배터리는 열폭주가 발생할 경우에 각 배터리층의 배터리 셀이 모두 취약 영역에 해당하는 영역을 통해 압력을 방출할 수 있도록 하여 배터리 작동의 안전성을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 취약 영역은 배터리 셀의 압력 방출시 배터리 셀의 배출물을 외부로 배출하는 통로를 형성한다.
상술한 솔루션에서, 취약 영역은 하우징에 대한 제한 작용을 감소시킬 뿐만 아니라, 배터리 셀이 하우징의 취약 영역에 대응하는 위치에서 압력을 방출하도록 하며, 배터리 셀이 압력을 방출한 후에 배출물을 적시에 배터리 외부로 배출할 수 있어, 배터리 셀 내부의 압력과 열을 빠르게 방출하고 배터리 작동의 신뢰성을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 스토퍼는 모두 제1스토퍼이고, 제1스토퍼 각각은 상응한 배터리층의 각 배터리 셀의 위치에 모두 취약 영역을 구비한다.
상술한 솔루션에서, 임의의 한 배터리 셀이 열폭주가 발생한 경우, 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출할 수 있어 배터리 작동의 안전성을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 제1스토퍼에는 제1방향을 따라 간격을 두고 복수개의 취약 영역이 설치된다.
상술한 솔루션에서, 동일한 배터리층 내에 더 많은 배터리 셀이 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출할 수 있다.
일부 실시예에서, 취약 영역은 제1방향을 따라 적어도 2개의 인접된 배터리 셀을 복개한다.
상술한 솔루션에서, 배터리 셀의 제1방향을 따른 사이즈가 비교적 작을 경우, 예를 들어 원통형 배터리인 경우, 적어도 2개의 인접된 배터리 셀이 하나의 취약 영역을 공유하게 되면, 가공의 난이도를 낮출 수 있고, 배터리 셀이 열폭주가 발생한 경우에 하우징의 압력 방출 면적을 증대함에도 유리하다. 또한, 압력 방출 시 취약 영역이 제1스토퍼 두께 방향으로 관통되는 실시예의 경우, 적어도 2개의 인접된 배터리 셀이 하나의 배출물 배출 통로를 공유하여 빠른 배출이 가능하다.
일부 실시예에서, 제2방향에서, 취약 영역의 사이즈는 하우징의 사이즈보다 작고, 제2방향은 제1방향과 제3방향이 형성한 평면에 수직된다.
상술한 솔루션에서, 배터리 셀이 취약 영역의 해당 영역에서 압력을 방출하는 것을 허용하는 동시에, 취약 영역 이외의 영역에서 배터리 셀에 안정적인 압착력을 제공하여 배터리 셀이 안정적인 압력 방출을 구현하게 된다.
일부 실시예에서, 제2방향에서, 취약 영역은 하우징의 중간 영역에 설치된다.
상술한 솔루션에서, 한편으로, 이러한 구조는 스토퍼가 제2방향을 따른 양단이 하우징을 확실하게 압박할 수 있어, 배터리 셀이 하우징의 중간 영역에서 압력을 방출하게 함으로써, 압력 방출의 안정성을 향상시킨다. 다른 한편으로, 제2방향에서, 하우징의 중간영역은 엔드 커버의 구속력을 적게 받고 변형되기 더 쉬우므로, 취약 영역은 하우징의 제2방향에서의 중간영역에 대응되게 설치됨으로써 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역이 더욱 쉽게 폭파될 수 있어 압력을 줄일 수 있다.
일부 실시예에서, 취약 영역은 제3방향에 수직인 기준면 내에서의 투영은 직사각형이다.
상술한 솔루션에서, 이러한 구조는 취약 영역의 면적을 증가시켜, 압력 방출 영역의 면적을 증대시키며, 배터리 셀 내부의 배출물이 안정적이고 원활하게 배출되도록 하여, 순간적인 폭발 발화를 방지하고, 배터리 작동 과정의 안전성을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 취약 영역은 관통공과 두께 감소부 중 적어도 하나를 포함한다.
상술한 솔루션에서, 취약 영역이 관통공인 경우, 가공이 용이하고, 배터리에 열폭주가 발생한 경우, 제1스토퍼는 관통공이 있는 영역에서 배터리 셀의 하우징을 제한하지 않기 때문에, 하우징에서 관통공에 대응하는 영역은 강도 취약 영역이며, 배터리 셀의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때, 하우징에서 관통공에 대응하는 영역이 폭파하여 배터리 셀의 배출물이 안정적이고 원활하게 배터리 셀의 외부로 배출되게 함으로써, 배터리 작동 과정의 안전성을 향상시킨다.
상술한 솔루션에서, 취약 영역이 두께 감소부를 포함하는 경우, 취약 영역의 두께를 설계하여 배터리 셀의 방출 압력을 제어함으로써, 배터리의 작동 환경과 안전성 요구 사항에 따라 배터리 셀에 적합한 방출 압력을 설정할 수 있다. 제1스토퍼는 두께 감소부가 위치한 영역에서 배터리 셀의 하우징에 대한 구속력이 작기 때문에, 해당 영역은 폭파하기 쉬운 영역이며, 배터리 셀의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때, 하우징에서 두께 감소부에 대응하는 영역이 폭파함으로써 배터리 셀의 배출물이 배터리 셀의 외부로 안정적이고 원활하게 배출될 수 있으며, 배터리 작동 과정의 안전성을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 동일한 배터리층의 인접된 배터리 셀 사이에는 갭이 형성되며, 갭과 취약 영역은 연통된다.
상술한 솔루션에서, 갭은 배터리 셀의 압력 방출 시 발생하는 배출물을 외부로 배출하는 통로를 형성함으로써, 급속한 강압을 구현하고, 열폭주 시 인접된 배터리 셀 간의 연쇄 반응 발생 리스크를 감소시킨다.
일부 실시예에서, 배터리 셀에는 압력 방출 기구가 설치되며, 압력 방출 기구는 배터리 셀의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때 압력을 방출한다.
상술한 솔루션에서, 배터리 셀에 압력 방출 기구를 설치함으로써, 압력 방출 기구가 엔드 커버 또는 하우징에서 취약 영역 이외의 영역에 위치하는 경우, 배터리 셀의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때 동시에 압력 방출 기구와 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출함으로써, 압력 방출 통로의 총면적을 증가할 수 있고 압력 방출 속도를 높일 수 있으며, 압력 방출 기구가 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역에 위치할 경우에 배터리 셀의 내부 압력이 제1역치에 도달하면 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역이 더욱 통제 가능하게 돌파되어 압력 방출의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 취약 영역의 면적은 압력 방출 기구의 면적보다 크다.
상술한 솔루션에서, 배터리 셀의 열폭주시, 주요하게 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 압력 방출 작용을 구현하며, 압력 방출 기구는 보조적인 작용을 한다.
일부 실시예에서, 압력 방출 기구는 하우징에 설치되며, 압력 방출 기구는 취약 영역에 대응되게 설치된다.
상술한 솔루션에서, 배터리 셀의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때,하우징의 취약 영역에 대응하는 영역이 더 쉽게 돌파되게 하여 압력을 방출하고, 방출되는 압력이 더욱 통제 가능하게 함으로써, 압력 방출의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 스토퍼는 금속재료를 사용한다.
상술한 솔루션에서, 적어도 하나의 스토퍼가 금속재료를 사용하면, 스토퍼의 강성을 높이고 배터리 셀의 하우징에 압착력을 제공하여 배터리 셀이 열폭주 시 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 안정적으로 압력을 방출할 수 있도록 한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 스토퍼의 각 스토퍼와 인접된 배터리 셀 사이에는 모두 절연막이 설치되어, 스토퍼와 배터리 셀 사이의 절연을 구현한다.
상술한 솔루션에서, 적어도 하나의 스토퍼의 각 스토퍼와 인접된 배터리 셀 사이에 모두 절연막이 설치되어, 스토퍼와 배터리 셀 간의 절연성을 보장하고, 배터리 셀의 단락을 방지하며, 배터리 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 배터리 셀은 원통형이며, 적어도 하나의 스토퍼 중 각 스토퍼에는 모두 오목부가 설치되며, 오목부는 배터리 셀을 수용함으로써, 배터리 셀이 제1방향과 제3방향을 따라 이동하는 것을 제한한다.
상술한 솔루션에서, 스토퍼에 오목부를 설치함으로써, 배터리 셀의 제1방향과 제3방향을 따른 이동을 보다 확실하게 제한하여, 배터리 셀이 작동 과정에 진동을 받아 함부로 흔들리는 것을 방지하고, 조립시 동일 배터리층에서 인접된 배터리 셀 간의 갭L을 유지할 수 있다.
본 발명의 제2양태에 따르면, 상술한 실시예에 따른 상기 배터리를 포함하는 전기 장치를 제공하며, 여기서 배터리는 전기 장치에 전기 에너지를 공급한다.
상술한 솔루션에서, 열폭주 발생시에 안정적으로 배기가 가능한 배터리를 전기 장치에 적용하여 배터리의 폭발 발화를 방지함으로써, 전기 장치의 작동 신뢰성과 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제3양태에 따르면,
적어도 하나의 배터리층을 조립 형성하는 단계, 적어도 하나의 배터리층의 각 배터리층은 모두 제1방향을 따라 나란히 설치된 복수개의 배터리 셀을 포함하고, 복수개의 배터리 셀의 각 배터리 셀은 서로 연결된 하우징과 엔드 커버를 포함한다;
적어도 하나의 스토퍼를 공급하는 단계, 적어도 하나의 스토퍼는 제1스토퍼를 포함하며, 제1스토퍼에는 취약 영역이 설치되고, 취약 영역은 배터리 셀의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 경우에 배터리 셀이 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 한다;
적어도 하나의 스토퍼와 적어도 하나의 배터리층을 대응되게 설치하고 하우징을 복개함으로써, 해당 배터리층이 제1방향에 수직인 제3방향으로 이동하는 것을 제한하는 단계, 제3방향은 적어도 하나의 배터리층에 수직된다; 를 포함하는 배터리의 제조 방법을 제공한다.
상술한 솔루션에서, 이러한 방법으로 제조된 배터리는 열폭주가 발생할 경우에, 제1스토퍼는 취약 영역에서 하우징에 대한 제한 작용이 기타 영역에 비해 감소하고, 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역이 먼저 파열되어 압력이 방출되며, 압력 방출로 인한 배출물은 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 배터리 셀로부터 배출될 수 있기에, 배터리 셀의 하우징을 통해 압력 방출을 실현하는 이러한 방식은 압력 방출 영역의 면적 증대에 유리하며, 배터리 셀 내부의 배출물이 안정적이고 원활하게 배출되도록 보장할 수 있으며, 순간적인 폭발 발화를 방지하고, 배터리 작동 과정에서의 안전성을 향상시킨다.
본 발명의 제4양태에 따르면,
적어도 하나의 배터리층을 조립 형성하는 배터리층 조립 장치, 적어도 하나의 배터리층의 각 배터리층은 모두 제1방향 을 따라 나란히 설치된 복수개의 배터리 셀을 포함하고, 복수개의 배터리 셀의 각 배터리 셀은 서로 연결된 하우징과 엔드 커버를 포함한다; 및
적어도 하나의 스토퍼를 공급하는 스토퍼 공급 장치, 적어도 하나의 스토퍼는 제1스토퍼를 포함하며, 제1스토퍼에는 취약 영역이 설치되고, 배터리 셀의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 경우에 배터리 셀이 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 한다; 및
적어도 하나의 스토퍼와 적어도 하나의 배터리층을 대응되게 설치하고 하우징을 복개하는 배터리 조립 장치, 배터리층이 제1방향 에 수직인 제3방향으로 이동하는 것을 제한하고, 제3방향은 적어도 하나의 배터리층에 수직된다; 를 포함하는 배터리의 제조 장치를 제공한다.
상술한 솔루션에서, 이러한 제조 장치로 제조된 배터리에 열폭주가 발생한 경우, 제1스토퍼가 취약 영역에서 하우징에 대한 제한 작용이 다른 영역보다 감소하며, 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역이 먼저 파열되어 압력이 방출되고, 압력 방출로 인한 배출물은 하우징의 취약 영역에 대응하는 영역을 통해 배터리 셀의 외부로 배출될 수 있으며, 이러한 배터리 셀의 하우징을 통해 압력을 방출하는 방법은 압력 방출 면적을 증대시키는데 유리하며, 배터리 셀 내부의 배출물이 안정적이고 원활하게 배출되도록 보장하여, 순간적인 폭발 및 발화를 방지하고, 배터리 작동 과정의 안전성을 향상시킨다.
본 발명 실시예의 기술적 솔루션을 보다 명확하게 설명하기 위해, 본 발명의 실시예에서 사용되어야 하는 첨부 도면들을 간략히 소개하고자 한다. 이하 제공되는 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예일 뿐이며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다른 도면도 창조적인 노력 없이 얻을 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명을 적용하여 배터리를 차량에 장착하는 일부 실시예의 구조 설명도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리의 일부 실시예 중 배터리의 내부 구조 설명도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리의 일부 실시예 중 제1스토퍼의 내부 구조 설명도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리의 일부 실시예 중 배터리의 내부 구조 조감도이다.
도 5는 도 4의 A-A 단면도이다.
도 6은 도 5의 B부분의 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리의 다른 일부 실시예 중 배터리의 내부 구조 조감도이다.
도 8은 도 7의 C-C 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 배터리의 제조 방법의 일부 실시예의 흐름도이다.
도 10은 본 발명에 따른 배터리의 제조 장치의 일부 실시예의 모듈 구성도이다.
도면은 실제 척도로 제작된 것이 아니다.
이하 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명의 실시 형태를 더욱 자세히 설명한다. 하기 실시예의 상세한 설명 및 도면은 본 발명의 원리를 예시적으로 설명하기 위한 것이나, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명은 설명된 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 설명에서, 달리 명시되지 않는 한, “복수개”의 의미는 둘 이상이며, 용어 “상”, “하”, “좌”, “우”, “내”, “외”로 표시되는 방위 또는 위치 관계는 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 간략화 일 뿐이며, 특정된 방위, 특정된 방위로 구성되거나 작동되어야 함을 지시하거나 암시하기 위한 것이 아니므로, 존 발명에 대한 제한으로 이해해서는 아니된다. 또한, “제1”, “제2”, “제3” 등 용어는 단지 설명의 목적으로 사용되며, 상대적 중요성을 나타내거나 암시하는 것이 아니다. “수직”은 엄밀한 의미의 수직이 아니라, 오차 허용 범위 내에 포함된다. “평행”도 엄밀한 의미의 평행이 아니라, 오차 허용 범위 내에 포함된다.
하기 설명에서 방위사는 모두 도면에 표시된 방향이며, 본 발명의 구체적인 구조를 한정하려는 것이 아니다. 본 발명의 설명에서, 명확한 규정과 제한이 없는 한, “설치”, “상호 연결”, “연결” 등 용어는 보다 넓은 의미로 이해되어야 하며, 예를 들어, 고정 연결일 수 있거나 분리가능한 연결 또는 일체적인 연결일 수 있으며, 직접 연결 또는 중간 매체를 통해 간접적으로 연결될 수 있다. 당업자들은 특정 상황에 따라 상기 용어들이 본 발명에서의 구체적인 의미를 이해할 수 있을 것이다.
하기 실시예에서 각 방위를 명확하게 설명하기 위해, 각 방향을 아래와 같이 정의한다. 도 2의 좌표계를 예로 들면, 제1방향(x)는 각 배터리층(10')에서 각 배터리 셀(1)의 배열 방향이고, 제2방향(y)는 배터리층(10')이 위치한 평면에서 제1방향(x)에 수직되며, 제3방향(z)는 배터리층(10')에 수직되는 바, 즉 제3방향(z)는 제1방향(x) 및 제2방향(y)에 수직된다.
이러한 방위 정의에 근거하여, “상”, “하”, “정”, “저”, “전”, “후”, “내”, “외” 등 방위 또는 위치 관계를 설명하는 용어를 적용하며, 이는 단지 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이지, 해당 용어가 가리키는 장치가 반드시 특정 방위를 가지거나, 특정 방위로 구성되거나 작동되는 것을 지시 또는 암시하는 것이 아니며, 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것으로 이해해서는 아니된다.
본 발명의 창조 과정의 일부로서, 발명인은 수차례 시험과 검증을 거쳐, 배터리 안전성이 낮은 원인 중 하나는 배터리 셀이 열폭주가 발생했을 때, 배터리 셀의 엔드 커버 면적이 작아 엔드 커버에 설치된 압력 방출 기구의 개공이 작기에 배터리의 열폭주시 배기 통로가 작아 배기가 적시에 이루어지지 않으며, 이로 인해 배터리 셀이 쉽게 폭발하고 점화됨을 발견했다.
여기서, 압력 방출 기구는 배터리 셀의 내부 압력 또는 온도가 소정의 역치에 도달한 경우에 작동하여 내부 압력을 방출하거나 온도를 낮추는 요소 또는 부품을 의미한다. 해당 역치의 설계는 설계 요구 사항에 따라 다르다. 상기 역치는 배터리 셀의 양극판, 음극판, 전해액 및 세퍼레이터 중 하나 또는 복수개의 재료에 의해 결정된다. 압력 방출 기구는 방폭 밸브, 에어 밸브, 감압 밸브 또는 안전 밸브 등 형태일 수 있으며, 또한 구체적으로는 압력 또는 온도에 민감한 소자나 구조를 적용할 수 있는 바, 즉 배터리 셀의 내부 압력 또는 온도가 소정의 역치에 도달하면, 압력 방출 기구가 작동되거나 또는 압력 방출 기구에 설치된 취약 구조가 파괴되어 내부 압력을 방출하거나 온도를 낮추는 개구 또는 통로를 형성할 수 있다.
본 발명에서 언급된 “작동”은 압력 방출 기구가 동작을 수행하거나 일정한 상태로 활성화되어 배터리 셀의 내부 압력 및 온도가 방출될 수 있도록 하는 것을 의미한다. 압력 방출 기구에 의한 동작은 압력 방출 기구의 적어도 일부가 파열, 파쇄, 찢어지거나 오픈되는 것 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 압력 방출 기구가 작동되면 배터리 셀의 내부 배출물이 작동 부위에서 외부로 배출된다. 이와 같이 압력 또는 온도를 제어할 수 있는 조건에서 배터리 셀의 압력을 방출하고 온도를 낮추어 잠재적인 더욱 심각한 사고의 발생을 방지할 수 있다.
여기서, 언급된 배터리 셀의 배출물에는 전해액, 용해되거나 분열된 양극 탭 및 음극 탭, 세퍼레이터의 파편, 반응에 의해 생성된 고온 고압 가스(예로써 CH4, CO 등 가연성 기체), 화염 등이 포함되지만 이에 제한되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 열폭주 발생 시의 배터리의 배기 방법을 변경하는 주된 목적은 배기의 원활성을 향상시키고 배터리 셀 내부의 가스를 안정적으로 배출하는 것이다.
전기 장치는 이러한 종류의 배터리를 적용할 수 있으며, 배터리는 전기 장치에 전기 에너지를 제공하도록 구성된다. 해당 전기 장치는 휴대 전화, 휴대용 장비, 노트북 컴퓨터, 축전지차, 전기 자동차, 선박, 우주선, 전기 장난감, 전동 공구 등 일 수 있다. 예를 들면, 우주선에는 항공기, 로켓 및 우주 왕복선과 우주선 등 이 포함되고, 전기 장난감은 고정식 또는 이동식의 전기 장난감일 수 있으며, 예를 들면 게임기, 전기차 장난감, 전기 선박 장난감과 전기 비행기 장난감 등 일 수 있으며, 전동 공구는 금속 절삭 전동 공구와 연삭 전동 공구, 조립 전동 공구 및 철도용 전동공구가 포함되며, 예를 들면 전기 드릴, 전동 그라인더, 전동 렌치, 전동 드라이버, 전기 해머, 충격 드릴, 콘크리트 진동기 및 전동 대패 등 일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기 장치는 차량(100)일 수 있고, 예로써 신에너지 자동차 일 수 있는 바, 신에너지 자동차는 순수 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 주행 거리 연장 전기차 등 일 수 있으며,또는 배터리를 사용하는 장치는 무인기나 선박 등 일수도 있다. 차량(100)은 배터리(10)를 포함하며, 배터리(10)는 차량의 작동을 위해 전기 에너지를 공급한다. 열폭주가 발생하면, 배터리(10)는 안정적인 배기가 가능하여 폭발, 발화되는 것을 방지할 수 있으며 전기 장치의 작동 신뢰성과 안전성을 향상시킬 수 있다.
차량(100)은 차축(101), 차축(101)에 연결된 휠(102), 모터(103), 제어기(104)와 배터리(10)를 더 포함하며, 모터(103)는 차축(101)이 회전하도록 구동하고, 제어기(104)는 모터(103)의 작동을 제어하며, 배터리(10)는 모터(103) 및 차량의 기타 부재의 작동을 위해 전기 에너지를 공급한다.
배터리는 케이스(미도시)와 배터리 셀을 포함할 수 있으며, 케이스 내부는 중공 구조이고, 배터리 셀은 케이스 내에 수용된다. 케이스는 배터리 셀을 위한 수용공간을 제공한다. 일부 실시예에서, 케이스는 제1부분과 제2부분을 포함할 수 있으며, 제1부분과 제2부분은 서로 커버 결합되어 배터리 셀을 수용하는 수용공간을 한정한다. 물론, 제1부분과 제2부분의 연결 부위는 밀폐재(미도시)를 통해 밀폐되며, 밀폐재는 실란트, 밀폐링 등 일 수 있다.
배터리에서, 배터리 셀은 하나 또는 복수개일 수 있다. 만일 배터리 셀이 복수개이면, 복수개의 배터리 셀 사이는 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결 될 수 있다. 혼합 연결은 복수개의 배터리 셀에 직렬된 것도 있고 병렬된 것도 있는것을 의미한다. 복수개의 배터리 셀 사이는 직접 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결되고, 복수개의 배터리 셀로 구성된 전체가 케이스 내에 수용될 수 있다. 물론, 복수개의 배터리 셀이 먼저 직렬 또는 병렬 연결된후 혼합 연결되어 배터리 모듈을 구성할 수도 있으며, 복수개의 배터리 모듈이 다시 직렬 또는 병렬 연결된후 혼합 연결되어 그 전체가 케이스 내에 수용될 수 있다. 배터리 셀은 원통형, 사각형 또는 기타 형태의 2차전지 일 수 있다.
배터리 셀은 하우징, 전극 조립체 및 엔드 커버를 포함할 수 있다. 하우징은 개구를 구비하고, 전극 조립체는 하우징에 수용되며, 엔드 커버는 하우징의 개구를 폐쇄한다. 전극 조립체는 양극판, 음극판(미도시)과 세퍼레이터(미도시)를 포함할 수 있다. 전극 조립체는 양극판, 세퍼레이터와 음극판이 권취되어 형성된 권취식 구조일 수 있고, 양극판, 세퍼레이터와 음극판이 적층되어 형성된 적층식 구조일 수도 있다. 전극 조립체는 또한 양극 탭과 음극 탭을 더 포함하며, 양극판에서 양극 활물질층이 도포되지 않은 양극 집전체는 양극 탭일 수 있고, 음극판에서 음극 활물질층이 도포되지 않은 음극 집전체는 음극 탭일 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(10)는 적어도 하나의 배터리층(10')과 적어도 하나의 스토퍼(2)를 포함한다.
여기서, 배터리(10)에는 배터리층(10')이 설치되거나, 제3방향(z)를 따라 복수개의 배터리층(10')을 중첩되게 설치할 수 있으며, 제3방향(z)는 적어도 하나의 배터리층(10')에 수직된다. 적어도 하나의 배터리층(10')의 각 배터리층(10')은 모두 제1방향(x)를 따라 나란히 배치된 복수개의 배터리 셀(1)을 포함하고, 복수개의 배터리 셀(1)의 각 배터리 셀(1)은 상호 연결된 하우징(11)과 엔드 커버(12)를 포함한다.
하기 실시예는 원통형 배터리 셀(1)을 예로 들어 설명하며, 각각의 배터리 셀(1)의 축선은 제2방향(y)과 일치하고, 제2방향(y)는 배터리층(10')이 위치한 평면 내에서 제1방향(x)에 수직된다.
적어도 하나의 스토퍼(2)는 적어도 하나의 배터리층(10')에 대응하게 설치되며 하우징(11)을 복개하여, 상응한 배터리층(10')이 제3방향(z)를 따라 운동하는 것을 제한하며, 제3방향(z)는 적어도 하나의 배터리층(10')에 수직된다.
적어도 하나의 스토퍼(2)는 제1스토퍼(2')를 포함하고, 제1스토퍼(2')에는 취약 영역(21)이 설치되며, 취약 영역(21)은 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달하면 배터리 셀(1)이 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 설치된다. 압력이 방출된 후, 배터리 셀(1)의 배출물은 하우징(11)에서 배출된다.
해당 실시예의 배터리(10)는 적어도 하나의 스토퍼(2)의 제1스토퍼(2')에 취약 영역(21)이 설치되고, 취약 영역(21)은 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달하면 배터리 셀(1)이 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 설치된다. 이러한 배터리(10)는 열폭주가 발생한 경우에, 제1스토퍼(2')는 취약 영역(21)에서 하우징(11)에 대한 제한 작용이 기타 영역에 비해 감소하고, 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역이 먼저 파열되어 압력이 방출되며, 압력 방출로 인한 배출물은 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 배터리 셀(1)로부터 배출될 수 있기에, 배터리 셀(1)의 하우징(11)을 통해 압력 방출을 실현하는 이러한 방식은 압력 방출 영역의 면적 증대에 유리하며, 배터리 셀(1) 내부의 배출물이 안정적이고 원활하게 배출되도록 보장할 수 있으며, 순간적인 폭발 발화를 방지하고, 배터리(10) 작동 과정에서의 안전성을 향상시킨다.
예를 들면, 원통형 배터리 셀(1)의경우, 엔드 커버(12)의 면적이 작기 때문에, 엔드 커버(12)에 설치된 압력 방출 기구의 개공이 작으며, 배터리의 열폭주 발생시에, 배기 통로가 작음으로 인해 배기가 적시에 이루어지지 않아 배터리 셀(1)이 쉽게 폭발하고 발화된다. 본 발명의 실시예에서는 열폭주 시 압력 방출 위치를 하우징(11)에 설치하므로, 하우징(11)의 면적이 커서 압력 방출 영역의 면적을 증대시키는데 유리하며, 배터리 셀(1) 내부의 배출물이 안정적이고 원활하게 배출되도록 보장하여, 순간적인 폭발 발화를 방지하고, 배터리(10) 작동 과정에서의 안전성을 향상시킨다. 따라서, 본 발명의 배터리(10)는 체적이 작은 배터리 셀(1)에 매우 적합하며, 엔드 커버(12)에서 압력 방출 기구를 제거할 수 있다.
스토퍼(2)는 스톱 플레이트 또는 스톱 블록 등 일 수 있다. 취약 영역(21)의 형상과 면적은 낱개의 배터리 셀(1)의 열폭주 테스트를 통해 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 스토퍼(2)는 제3방향(z)를 따라 배터리층(10')의 측면에 설치되고, 배터리층(10')의 일측 또는 양측에 위치할 수 있으며, 하나의 배터리층(10')에 인접된 스토퍼(2)는 해당 배터리층(10')에 대응하는 스토퍼(2)이다. 스토퍼(2)는 하우징(11)과 직접 접촉하거나 또는 양자 사이에 접착층이 설치될 수 있다.
해당 실시예의 취약 영역(21)은 다음과 같은 형태 중 하나 또는 이들의 조합을 적용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
하나의 구조 형태에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 취약 영역(21)은 관통공(21')을 포함한다. 취약 영역(21)에 관통공(21')을 설치함으로써, 가공이 용이하고, 배터리(10)에 열폭주가 발생한 경우, 제1스토퍼(2')는 관통공(21')이 있는 영역에서 배터리 셀(1)의 하우징(11)을 제한하지 않기 때문에, 하우징(11)에서 관통공(21')에 대응하는 영역은 강도 취약 영역이며, 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때, 하우징(11)에서 관통공(21')에 대응하는 영역이 폭파하여 배터리 셀(1)의 배출물이 안정적이고 원활하게 배터리 셀(1)의 외부로 배출되게 함으로써, 배터리(10) 작동 과정의 안전성을 향상시킨다.
다른 하나의 구조 형태에서, 취약 영역(21)은 두께 감소부(미도시)를 포함한다. 제1스토퍼(2')의 국부 두께를 얇게 하여 취약 영역(21)을 형성하고, 취약 영역(21)의 두께를 설계하여 배터리 셀(1)의 방출 압력을 제어함으로써, 배터리(10)의 작동 환경과 안전성 요구 사항에 따라 배터리 셀(1)에 적합한 방출 압력을 설정할 수 있다. 제1스토퍼(2')는 두께 감소부가 위치한 영역에서 배터리 셀(1)의 하우징(11)에 대한 구속력이 작기 때문에, 해당 영역은 폭파하기 쉬운 영역이며, 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때, 하우징(11)에서 두께 감소부에 대응하는 영역이 폭파함으로써 배터리 셀(1)의 배출물이 배터리 셀(1)의 외부로 안정적이고 원활하게 배출될 수 있으며, 배터리(10) 작동 과정의 안전성을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(1)이 압력을 방출할 때, 취약 영역(21)은 배터리 셀(1)이 압력 방출시에 형성된 배터리 셀(1)의 배출물이 외부로 배출되는 통로를 형성한다. 여기서 외부로 배출된다는 것은 배터리 셀(1)의 배출물이 취약 영역(21)을 통해 제1스토퍼(2')의 반대편으로 배출되며 최외층의 제1스토퍼(2')를 향해 흘러 마지막에 배터리(10) 외부로 배출되는 것을 의미한다.
예를 들어, 취약 영역(21)이 관통공(21')인 경우, 관통공(21')은 배터리 셀(1)의 압력이 방출될 때, 직접 배출물이 외부로 배출되는 통로를 형성할 수 있다. 취약 영역(21)이 두께 감소부일 경우, 두께 감소부는 배터리 셀(1)의 압력 방출 시 파괴되고, 제1스토퍼(2')의 두께 방향에서 관통되어 배출물이 외부로 배출되는 통로를 형성한다.
해당 실시예에서, 취약 영역(21)은 하우징(11)에 대한 제한 작용을 감소시키는 작용 외에, 배터리 셀(1)이 하우징(11)의 취약 영역(21)에 해당하는 위치에서 압력을 방출하도록 하여, 배터리 셀(1)이 압력을 방출한 후에, 배출물이 적시에 배터리(10) 외부로 배출되게 함으로써, 배터리 셀(1) 내부의 압력과 열을 빠르게 방출하고 배터리(10) 작동의 신뢰성을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(10)는 제3방향(z)를 따라 적층된 복수개의 배터리층(10')을 포함하며, 인접된 2개의 배터리층(10')사이에는 모두 제1스토퍼(2')가 설치된다.
해당 실시예는 열폭주가 발생한 경우에 각 배터리층(10')의 배터리 셀(1)이 모두 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하게 함으로써, 배터리(10) 작동의 안전성을 향상시킨다.
이를 기반으로, 외층 배터리층(10')의 외측면에도 제1스토퍼(2')로 복개되며, 이는 외층 배터리층(10')에 2개의 제1스토퍼(2')가 대응되게 설치되는 것에 해당되므로, 외층 배터리층(10')의 배터리 셀(1)이 하우징(11)에서 더 큰 면적으로 압력을 방출할 수 있게 되어, 압력 방출 효과를 최적화할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 스토퍼(2)는 모두 제1스토퍼(2')이고, 제1스토퍼(2') 각각은 상응한 배터리층(10')의 각 배터리 셀(1)이 있는 위치에 모두 취약 영역(21)이 설치된다.
해당 실시예는 임의의 한 배터리 셀(1)에 열폭주가 발생했을 때, 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출함으로써, 배터리(10) 작동의 안전성을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 스토퍼(2)는 복수개의 스토퍼(2)를 포함하고, 복수개의 스토퍼(2)는 제1스토퍼(2')와 제2스토퍼(미도시)를 포함하며, 제2스토퍼에는 취약 영역(21)이 설치되지 않는다. 일부 스토퍼(2)에 취약 영역(21)을 설치함으로써, 일부 배터리 셀(1)의 압력 방출 효과를 최적화하여, 배터리(10) 작동의 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1스토퍼(2')에는 제1방향(x) 를 따라 간격을 두고 복수개의 취약 영역(21)이 설치된다. 이러한 구조는 동일한 배터리층(10')내에 더 많은 배터리 셀(1)이 취약 영역(21)에 해당하는 영역을 통해 압력을 방출할 수 있도록 한다. 예를 들어, 복수개의 취약 영역(21)은 배터리층(10')내의 복수개의 배터리 셀(1)에 일일히 대응되게 설치되거나, 또는 복수개의 배터리 셀(1)이 동일한 취약 영역(21)에 대응되게 설치할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1스토퍼(2')에는 하나의 취약 영역(21)만 설치될 수도 있으며, 취약 영역(21)은 일부 배터리 셀(1)만 복개하거나, 또는 배터리층(10')내의 모든 배터리 셀(1)을 복개할 수 있다.
일부 실시예에서, 취약 영역(21)은 제1방향(x)를 따라 적어도 2개의 인접된 배터리 셀(1)을 복개하며, 예를 들어, 취약 영역(21)은 인접된 2개, 3개 또는 그 이상의 배터리 셀(1)을 복개한다. 배터리 셀(1)의 제1방향(x)를 따른 사이즈가 비교적 작은 경우, 예를 들어 원통형 배터리인 경우, 적어도 2개의 인접된 배터리 셀(1)은 하나의 취약 영역(21)을 공유하게 함으로써, 가공의 어려움을 줄일 수 있고, 배터리 셀(1)의 열폭주 발생 시에 하우징(11)의 압력 방출 면적을 증대시키는데 유리하다. 또한, 압력 방출 시 취약 영역(21)이 제1스토퍼(2') 의 두께 방향을 따라 관통되는 실시예의 경우, 적어도 2개의 인접된 배터리 셀(1)이 배출물을 외부로 배출하는 하나의 통로를 공유하여 신속한 배출을 실현할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제2방향(y)에서, 취약 영역(21)의 사이즈는 하우징(11)의 사이즈보다 작으며, 여기서, 제2방향(y)는 제1방향(x) 와 제3방향(z)가 형성한 평면에 수직된다. 이러한 구조는 배터리 셀(1)이 취약 영역(21)의 해당 영역에서 압력을 방출할 수 있도록 하는 동시에, 취약 영역(21)이외의 영역에서 배터리 셀(1)에 안정적인 압착력을 제공하여 배터리 셀(1)이 안정적으로 압력을 방출할 수 있도록 한다.
일부 실시예에서, 제2방향(y)에서, 취약 영역(21)은 하우징(11)의 중간 영역에 설치된다. 한편, 이러한 구조는 스토퍼(2)의 제2방향(y)를 따른 양단이 하우징(11)을 확실하게 압박할 수 있어, 배터리 셀(1)이 하우징(11)의 중간 영역에서 압력을 방출하게 함으로써, 압력 방출의 안정성을 향상시킨다. 다른 한편으로, 제2방향(y)에서, 하우징(11)의 중간영역은 엔드 커버(12)의 구속력을 적게 받고 변형되기 더 쉬우므로, 취약 영역(21)은 하우징(11)의 제2방향(y)에서의 중간영역에 대응되게 설치됨으로써 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역이 더욱 쉽게 폭파될 수 있어 압력을 줄일 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 취약 영역(21)이 제3방향(z)에 수직인 기준면 내에서의 투영은 직사각형이다. 이러한 구조는 취약 영역(21)의 면적을 증가시키는데 유리하며, 압력 방출 영역의 면적을 증가시키고 배터리 셀(1)의 내부 배출물이 안정적이고 원활하게 배출되도록 보장하여, 순간적인 폭발 및 발화를 방지하고, 배터리(10) 작동 과정의 안전성을 향상시킨다. 일부 실시예에서, 취약 영역(21)의 투영은 원형, 타원형, 삼각형 또는 기타 다각형일 수 있다.
일부 실시예에서, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 동일한 배터리층(10')에서 인접된 배터리 셀(1) 사이에는 갭L이 있으며, 갭L과 취약 영역(21)은 연통된다. 예를 들어, 취약 영역(21)이 관통공(21')인 경우, 갭L과 관통공(21')이 연통되어 전체적인 통로를 형성하며, 이로써 배터리 셀(1)의 열폭주로 인한 배출물이 하우징(11)을 돌파한 후 통로 내에서 자유롭게 흐를 수 있도록 하여 배터리(10)에서 신속하게 배출될 수 있다. 취약 영역(21)이 두께 감소부인 경우, 열폭주로 인한 배출물이 하우징(11)을 돌파한 후 갭 L을 통해 취약 영역(21)이 있는 위치에 도달할 수 있으며, 더 나아가, 배출물은 두께 감소부를 돌파하여 배터리(10)에서 신속하게 배출될 수 있다.
해당 실시예의 갭L은 배터리 셀(1)의 압력 방출 시 발생하는 배출물을 외부로 배출하는 통로를 형성함으로써, 급속한 강압을 구현하고, 열폭주 시 인접된 배터리 셀(1) 간의 연쇄 반응 발생 리스크를 감소시킨다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 스토퍼(2)는 금속재료를 사용하며, 예를 들어 알루미늄 스토퍼 등을 적용하여 스토퍼(2)의 강성을 높이고 배터리 셀(1)의 하우징(11)에 압착력을 제공하여 배터리 셀(1)이 열폭주 시 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 안정적으로 압력을 방출할 수 있도록 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 스토퍼(2)의 각 스토퍼(2)와 인접된 배터리 셀(1) 사이에는 모두 절연막(3)이 설치되어, 스토퍼(2)와 배터리 셀(1) 간의 절연을 구현한다. 예를 들어, 절연막(3)은 열압착막 등을 사용할 수 있다. 이러한 구조는 스토퍼(2)와 배터리 셀(1) 간의 절연성을 보장하고, 배터리 셀(1)의 단락을 방지하며, 배터리(10) 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(1)은 원통형이고, 배터리 셀(1)의 축선은 제2방향(y)와 일치하며, 적어도 하나의 스토퍼(2)의 각 스토퍼(2)에는 모두 오목부(22)가 설치되며, 오목부(22)는 배터리 셀(1)을 수용함으로써, 배터리 셀(1)이 제1방향(x)과 제3방향(z)을 따라 이동하는 것을 제한한다. 만일 배터리층(10')이 복수개의 배터리 셀(1)을 포함하는 경우, 해당 배터리층(10')에 인접된 스토퍼(2)에는 제1방향(x)을 따라 간격을 두고 복수개의 오목부(22)가 설치되며, 복수개의 오목부(22)는 복수개의 배터리 셀에 일일히 대응되게 설치된다.
스토퍼(2)는 프레스 또는 절곡에 의해 웨이브형 플레이트로 설치될 수 있으며, 스토퍼(2)의 제3방향(z)를 따르는 측면에 오목부(22)를 가공 형성할 수도 있다.
일부 실시예에서, 해당 실시예의 배터리 셀(1)의 제2방향(y)를 따른 이동은 배터리 셀(1)의 단부에 리미트 구조를 추가로 설치함으로써 달성될 수 있으며, 스토퍼(2)와 배터리 셀(1) 사이의 접착층을 통해, 또는 스토퍼(2)가 배터리 셀(1)에 대한 압착력에 의해 배터리 셀(1)의 제2방향(y)를 따른 이동이 제한될 수 있다.
해당 실시예는 스토퍼(2)에 오목부(22)를 설치함으로써, 배터리 셀(1)의 제1방향(x) 와 제3방향(z)를 따른 이동을 보다 확실하게 제한하여, 배터리 셀(1)이 작동 과정에 진동을 받아 함부로 흔들리는 것을 방지하고, 조립시 동일 배터리층(10')에서 인접된 배터리 셀(1) 간의 갭L을 유지할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 7와 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(1)에는 압력 방출 기구(111)가 설치되며, 압력 방출 기구(111)는 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달하는 경우에 압력을 방출한다.
예를 들어, 압력 방출 기구(111)는 하우징(11) 또는 엔드 커버(12)에 설치될 수 있다.
예를 들어, 압력 방출 기구(111)는 하우징(11) 또는 엔드 커버(12)의 내표면 또는 외표면에 설치된 노치일 수 있으며, 국부 두께를 감소시켜 압력 방출이 용이해진다. 도 8에 도시된 바와 같이, 압력 방출 기구(111)는 하우징(11)의 외표면에 설치되거나, 또는 용점이 낮은 영역을 설치하여 압력 방출 기구(111)를 형성할 수 있다.
해당 실시예는 배터리 셀(1)에 압력 방출 기구(111)를 설치함으로써, 압력 방출 기구(111)가 엔드 커버(12) 또는 하우징(11)에서 취약 영역(21) 이외의 영역에 위치하는 경우, 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때 동시에 압력 방출 기구(111)와 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출함으로써, 압력 방출 통로의 총면적을 증가할 수 있고 압력 방출 속도를 높일 수 있으며, 압력 방출 기구(111)가 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역에 위치할 경우에 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달하면 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역이 더욱 통제 가능하게 돌파되어 압력 방출의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 취약 영역(21)의 면적은 압력 방출 기구(111)의 면적보다 크다. 해당 실시예는 배터리 셀(1)의 열폭주시 주요하게 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력 방출 작용을 구현하며, 압력 방출 기구(111)는 보조적인 작용을 한다.
일부 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 압력 방출 기구(111)는 하우징(11)에 설치되고, 압력 방출 기구(111)는 취약 영역(21)에 대응되게 설치된다.
해당 실시예는 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역이 더 쉽게 돌파되게 하여 압력을 방출하고, 방출되는 압력이 더욱 통제 가능하게 함으로써, 압력 방출의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일부 구체적인 실시예에서, 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리(10)는 복수개의 배터리층(10')과 복수개의 스토퍼(2)를 포함하고, 복수개의 배터리층(10')은 제3방향(z)를 따라 적층되게 설치되며, 각 배터리층(10')은 모두 제1방향(x)를 따라 나란히 배치된 복수개의 원통형의 배터리 셀(1)을 포함하고, 인접된 배터리 셀(1) 사이에는 갭L이 형성된다. 각 배터리 셀(1)의 축선은 제2방향(y)과 일치하고, 배터리 셀(1)은 하우징(11)과 엔드 커버(12)를 포함하며, 엔드 커버(12)에는 전극 단자(121)와 주액공(122)이 설치된다.
인접된 배터리층(10')사이 및 최외층 배터리층(10')의 외측에는 모두 스토퍼(2)가 설치되고, 복수개의 스토퍼(2)는 모두 제1스토퍼(2')이며, 스토퍼(2)는 웨이브형 플레이트를 사용하여 복수개의 오목부(22)를 형성하고, 복수개의 오목부(22)와 해당 층의 복수개의 배터리 셀(1)은 일일히 대응되게 설치되며, 각 배터리층(10')의 인접된 2개의 스토퍼(2)는 제3방향(z) 를 따른 이동을 제한하고, 오목부(22)를 통해 배터리 셀(1)의 제1방향(x)를 따른 이동을 제한한다.
각 제1스토퍼(2')에는 모두 복수개의 취약 영역(21)이 설치되며, 동일 배터리층(10')의 각 배터리 셀(1)은 모두 취약 영역(21)에 의해 복개된다. 취약 영역(21)은 배터리 셀(1)의 제2방향(y)를 따른 중간영역에 설치될 수 있다. 취약 영역(21)은 관통공(21')일 수 있으며, 예를 들면 사각형 관통공(21')을 사용할 수 있고, 관통공(21')은 제1방향(x)를 따라 적어도 2개의 배터리 셀(1)의 하우징(11)을 복개할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 인접된 배터리층(10')의 복수개의 배터리 셀(1)은 제1방향(x)를 따라 엇갈리게 설치되어, 배터리(10)의 제3방향(z) 를 따른 두께를 감소시킬 수 있으며, 배치가 더욱 컴팩트해진다. 인접된 제1스토퍼(2')의 취약 영역(21)은 제1방향(x)에서 정면으로 설치될 수 있어, 임의의 배터리층(10')의 배터리 셀(1)이 압력을 방출하여 발생된 배출물이 대응 위치의 관통공(21')으로 배출된 후, 직접 갭L을 통해 비교적 짧은 경로로 다음 제1스토퍼(2')의 관통공(21')에 도달하여, 배출물이 순차적으로 복수개의 제1스토퍼(2')의 관통공(21')을 통과하여 배터리(10)의 외부로 배출될 수 있다. 일부 실시예에서, 인접된 제1스토퍼(2')의 취약 영역(21)은 제1방향(x)에서 엇갈리게 설치될 수도 있다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(1)의 하우징(11)에는 취약 영역(21)에 대응하는 위치에 압력 방출 기구(111)가 설치되며, 압력 방출 기구(111)는 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달하면 압력을 방출하도록 구성된다. 예를 들어, 압력 방출 기구(111)와 취약 영역(21)의 형태는 상호 적합하며, 압력 방출 기구(111)의 면적은 취약 영역(21)의 면적보다 작을 수 있다. 일부 실시예에서, 압력 방출 기구(111)는 엔드 커버(12), 하우징(11)의 취약 영역(21)외의 영역에 설치될 있거나 또는 삭제될 수도 있다.
예를 들어, 원통형 배터리 셀(1)의 사이즈는 Ø34*200mm이고, 취약 영역(21)이 제3방향(z)에 수직인 기준면 내에서의 투영의 사이즈는 약 50*50mm이며, 동일한 배터리층(10')에서 인접된 배터리 셀(1) 간의 갭L은 6~8mm이다.
다음, 본 발명에서는 배터리의 제조 방법을 제공하며, 일부 실시예에서 도 9에 도시된 바와 같이, 해당 배터리의 제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
단계 S110, 적어도 하나의 배터리층(10')을 조립 형성하며, 적어도 하나의 배터리층(10')의 각 배터리층(10')은 모두 제1방향(x)를 따라 나란히 설치된 복수개의 배터리 셀(1)을 포함하고, 복수개의 배터리 셀(1)의 각 배터리 셀(1)은 서로 연결된 하우징(11) 과 엔드 커버(12)를 포함한다.
단계 S120, 적어도 하나의 스토퍼(2)를 공급하며, 적어도 하나의 스토퍼(2)는 제1스토퍼(2')를 포함하며, 제1스토퍼(2')에는 취약 영역(21)이 설치되고, 취약 영역(21)은 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 경우에 배터리 셀(1)이 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 한다.
단계 S130, 적어도 하나의 스토퍼(2)와 적어도 하나의 배터리층(10')을 대응되게 설치하고 하우징(11)을 복개하며, 해당 배터리층(10')이 제1방향(x)에 수직인 제3방향(z)로 이동하는 것을 제한하고, 제3방향(z)는 적어도 하나의 배터리층(10')에 수직된다.
여기서, 단계 S110과 S120의 실행 순서는 제한되지 않으며, 먼저 단계 S120을 수행한 다음 단계 S110을 수행할 수 있으며, 단계 S130은 단계 S110과 S120 이후에 수행된다.
마지막으로, 본 발명은 배터리의 제조 장치(200)를 더 제공하며, 일부 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 배터리층 조립 장치(210), 스토퍼 공급 장치(220)와 배터리 조립 장치(230)를 포함한다. 여기서, 배터리층 조립 장치(210)는 적어도 하나의 배터리층(10')을 조립 형성하며, 적어도 하나의 배터리층(10')의 각 배터리층(10')은 모두 제1방향(x)를 따라 나란히 설치된 복수개의 배터리 셀(1)을 포함하고, 복수개의 배터리 셀(1)의 각 배터리 셀(1)은 서로 연결된 하우징(11)과 엔드 커버(12)를 포함한다.
스토퍼 공급 장치(220)는 적어도 하나의 스토퍼(2)를 공급하며, 적어도 하나의 스토퍼(2)는 제1스토퍼(2')를 포함하며, 제1스토퍼(2')에는 취약 영역(21)이 설치되고, 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 경우에 배터리 셀(1)이 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 한다.
배터리 조립 장치(230)는 적어도 하나의 스토퍼(2)와 적어도 하나의 배터리층(10')을 대응되게 설치하고 하우징(11)을 복개하며, 해당 배터리층(10')이 제1방향(x)에 수직인 제3방향(z)로 이동하는 것을 제한하고, 제3방향(z)는 적어도 하나의 배터리층(10')에 수직된다.
상술한 배터리의 제조 방법 및 배터리의 제조 장치(200)는 배터리(10)에 열폭주가 발생한 경우, 제1스토퍼(2')가 취약 영역(21)에서 하우징(11)에 대한 제한 작용이 다른 영역보다 감소하며, 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역이 먼저 파열되어 압력이 방출되고, 압력 방출로 인한 배출물은 하우징(11)의 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 배터리 셀(1)의 외부로 배출될 수 있으며, 이러한 배터리 셀(1)의 하우징(11)을 통해 압력을 방출하는 방법은 압력 방출 면적을 증대시키는데 유리하며, 배터리 셀(1) 내부의 배출물이 안정적이고 원활하게 배출되도록 보장하여, 순간적인 폭발 및 발화를 방지하고, 배터리(10) 작동 과정의 안전성을 향상시킨다.
이상 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 전제하에 다양한 수정이 이루어질 수 있고 균등물로 그 일부 구성 요소를 대체할 수 있다. 특히, 구조의 충돌이 없는 한, 각 실시예에서 언급된 다양한 기술 특징은 임의의 형태로 조합될 수 있다. 본 발명은 명세서에 기재된 특정 실시예에 제한되지 않으며, 청구범위에 포함되는 모든 기술 솔루션을 포함한다.
100: 차량; 101: 차축; 102:휠; 103: 모터; 104:제어기;
200: 배터리의 제조 장치; 210: 배터리층 조립 장치; 220: 스토퍼 공급 장치; 230: 배터리 조립 장치;
10: 배터리; 10': 배터리층; 1:배터리 셀; 11: 하우징; 111: 압력 방출 기구; 12: 엔드 커버; 121: 전극 단자; 122: 주액공; 2: 스토퍼; 2': 제1스토퍼; 21: 취약 영역; 21': 관통공; 22: 오목부; 3: 절연막.

Claims (20)

  1. 배터리(10)에 있어서,
    적어도 하나의 배터리층(10'), 상기 적어도 하나의 배터리층(10')의 각 배터리층(10')은 모두 제1방향(x)을 따라 나란히 배치된 복수개의 배터리 셀(1)을 포함하고, 상기 복수개의 배터리 셀(1)의 각 배터리 셀(1)은 상호 연결된 하우징(11)과 엔드 커버(12)를 포함함; 및
    적어도 하나의 스토퍼(2), 상기 적어도 하나의 배터리층(10')과 대응되게 설치되어 상기 하우징(11)을 복개하고, 상응한 상기 배터리층(10')이 제3방향(z)를 따라 이동하며, 상기 제3방향(z)은 상기 적어도 하나의 배터리층(10')에 수직되고, 상기 적어도 하나의 스토퍼(2)는 제1스토퍼(2')를 포함하고, 상기 제1스토퍼(2')에는 취약 영역(21)이 설치되며, 상기 취약 영역(21)은 상기 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 때 상기 배터리 셀(1)이 상기 하우징(11)의 상기 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 한다; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    배터리(10)는 상기 제3방향(z)을 따라 적층된 복수개의 상기 배터리층(10')을 포함하고, 인접된 2개의 배터리층(10') 사이에는 모두 상기 제1스토퍼(2')가 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  3. 제1또는 2항에 있어서,
    상기 취약 영역(21)은 상기 배터리 셀(1)의 압력 방출시 상기 배터리 셀(1)의 배출물을 외부로 배출하는 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  4. 제1내지 3항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스토퍼(2)는 모두 상기 제1스토퍼(2')이고, 상기 제1스토퍼(2')각각은 상응한 상기 배터리층(10')의 각 배터리 셀(1)의 위치에 모두 상기 취약 영역(21)이 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  5. 제1내지 4항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제1스토퍼(2')에는 상기 제1방향(x)을 따라 간격을 두고 복수개의 취약 영역(21)이 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  6. 제1내지 5항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 취약 영역(21)은 상기 제1방향(x)을 따라 적어도 2개의 인접된 상기 배터리 셀(1)을 복개하는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  7. 제1내지 6항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제2방향(y)에서, 상기 취약 영역(21)의 사이즈는 상기 하우징(11)의 사이즈보다 작고, 상기 제2방향(y)은 상기 제1방향(x)과 상기 제3방향(z)이 형성한 평면에 수직되는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2방향(y)에서, 상기 취약 영역(21)은 상기 하우징(11)의 중간 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  9. 제1내지 8항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 취약 영역(21)이 상기 제3방향(z)에 수직인 기준면 내에서의 투영은 직사각형인 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  10. 제1내지 9항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 취약 영역(21)은 관통공(21')과 두께 감소부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  11. 제1내지 10항 중 임의의 한 항에 있어서,
    동일한 상기 배터리층(10')의 인접된 상기 배터리 셀(1) 사이에는 갭(L)이 형성되며, 상기 갭(L)과 상기 취약 영역(21)은 연통되는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  12. 제1내지 11항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀(1)에는 압력 방출 기구(111)가 설치되며, 상기 압력 방출 기구(111)는 상기 배터리 셀(1)의 내부 압력이 상기 제1역치에 도달했을 때 압력을 방출하는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 취약 영역(21)의 면적은 상기 압력 방출 기구(111)의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  14. 제12 또는 13항에 있어서,
    상기 압력 방출 기구(111)는 상기 하우징(11)에 설치되며, 상기 압력 방출 기구(111)는 상기 취약 영역(21)에 대응되게 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  15. 제1내지 14항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스토퍼(2)는 금속재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  16. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스토퍼(2)의 각 스토퍼(2)와 인접된 상기 배터리 셀(1) 사이에는 모두 절연막(3)이 설치되어, 상기 스토퍼(2)와 상기 배터리 셀(1) 사이의 절연을 구현하는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  17. 제1내지 16항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀(1)은 원통형이며, 상기 적어도 하나의 스토퍼(2) 중 각 스토퍼(2)에는 모두 오목부(22)가 설치되며, 상기 오목부(22)는 상기 배터리 셀(1)을 수용함으로써, 상기 배터리 셀(1)이 제1방향(x)과 제3방향(z)을 따라 이동하는 것을 제한하는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  18. 전기 장치에 있어서, 제1내지 17항 중 임의의 한 항에 따른 배터리(10)를 포함하며, 상기 배터리(10)는 상기 전기 장치에 전기 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 장치.
  19. 배터리의 제조 방법에 있어서,
    적어도 하나의 배터리층(10')을 조립 형성하는 단계, 상기 적어도 하나의 배터리층(10')의 각 배터리층(10')은 모두 제1방향(x)을 따라 나란히 설치된 복수개의 배터리 셀(1)을 포함하고, 상기 복수개의 배터리 셀(1)의 각 배터리 셀(1)은 서로 연결된 하우징(11)과 엔드 커버(12)를 포함한다;
    적어도 하나의 스토퍼(2)를 공급하는 단계, 상기 적어도 하나의 스토퍼(2)는 제1스토퍼(2')를 포함하며, 상기 제1스토퍼(2')에는 취약 영역(21)이 설치되고, 상기 취약 영역(21)은 상기 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 경우에 상기 배터리 셀(1)이 상기 하우징(11)의 상기 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 한다;
    상기 적어도 하나의 스토퍼(2)와 상기 적어도 하나의 배터리층(10')을 대응되게 설치하고 상기 하우징(11)을 복개하여, 상응한 상기 배터리층(10')이 제1방향(x)에 수직인 제3방향(z)으로 이동하는 것을 제한하는 단계, 상기 제3방향(z)은 상기 적어도 하나의 배터리층(10')에 수직된다; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 제조 방법.
  20. 배터리의 제조 장치(200)에 있어서,
    적어도 하나의 배터리층(10')을 조립 형성하는 배터리층 조립 장치(210), 상기 적어도 하나의 배터리층(10')의 각 배터리층(10')은 모두 제1방향(x)을 따라 나란히 설치된 복수개의 배터리 셀(1)을 포함하고, 상기 복수개의 배터리 셀(1)의 각 배터리 셀(1)은 서로 연결된 하우징(11)과 엔드 커버(12)를 포함한다; 및
    적어도 하나의 스토퍼(2)를 공급하는 스토퍼 공급 장치(220), 상기 적어도 하나의 스토퍼(2)는 제1스토퍼(2')를 포함하며, 상기 제1스토퍼(2')에는 취약 영역(21)이 설치되어, 상기 배터리 셀(1)의 내부 압력이 제1역치에 도달했을 경우에 상기 배터리 셀(1)이 상기 하우징(11)의 상기 취약 영역(21)에 대응하는 영역을 통해 압력을 방출하도록 한다; 및
    상기 적어도 하나의 스토퍼(2)와 상기 적어도 하나의 배터리층(10')을 대응되게 설치하고 상기 하우징(11)을 복개하는 배터리 조립 장치(230), 상기 배터리층(10')이 상기 제1방향(x)에 수직인 제3방향(z)으로 이동하는 것을 제한하고, 상기 제3방향(z)은 상기 적어도 하나의 배터리층(10')에 수직된다; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 제조 장치.
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