JP2013533578A - 電池スペーサ、電池保護装置、およびこれを備える動力電池 - Google Patents

Abstract

電池スペーサを提供する。電池スペーサ（２）は、長手方向に互いに離間して配列される第一間隙板（２２）と第二間隙板（２２’）と、横方向に互いに離間して並列される複数の梁部（２１１）とを備える。各梁部（２１１）は長手方向に第一および第二間隙板（２２、２２）間に接続され、第一および第二間隙板（２２、２２）の裏面により形成される平面から外向きに突出している。梁部（２１１）は、隣接する梁部（２１１）間に電芯の少なくともタブを堅固に収容するよう構成されている。電池保護装置および動力電池も提供される。

Description

［関連出願の相互参照］
この出願は、次の出願の優先権を主張する：
１）２０１０年５月３１日中華人民共和国国家知識産権局に出願の中国特許出願第２０１０２０２１３３０８．１号、および
２）２０１０年１１月３０日中華人民共和国国家知識産権局に出願の中国特許出願第２０１０２０６７８５１７．３号
以上に挙げた特許出願は、参照により開示内容全てを本明細書に含めるものとする。

本開示は、動力電池に関し、より詳しくは、電池スペーサ、電池保護装置、およびこれらをそれぞれ備える動力電池に関する。

現在、動力電池は通常、正極と、負極と、可撓性を有する複数の電極板を層状に重ねてなる電芯と、電解液と、電池カバープレートと、これらを収容する電池ハウジングを備える。さらに、スペーサが正極／負極と電池カバープレートとの間の空間に配される場合がある。

通常、高容量の動力電池は大きな容積を有する。一方で、電芯は可撓性を有する複数の電極板の層により形成されるため、保管または搬送時に破断または破損する可能性がある。また、動力電池内に二つ以上の電芯がある場合は、内部に収納される電芯のガタつきのために、電池ハウジング内の電芯位置決めがさらなる問題となり得る。

本開示は、振動に強く短絡し難く、また組立が容易で破損し難い新規な電池スペーサを提供することを目的とする。また、電池保護装置の提供が必要となる場合もある。さらに、内部に収納される電芯の保護性能を高め、かつ重量を低減した動力電池の提供が必要となる場合もある。

本開示の一実施形態によれば、電池スペーサを提供することができる。電池スペーサは、長手方向に互いに離間して配列される第一間隙板と第二間隙板と、横方向に互いに離間して並列される複数の梁部とを備え、各梁部が長手方向に前記第一および第二間隙板間に接続され、前記第一および第二間隙板の裏面により形成される平面から外向きに突出する。前記梁部は、隣接する梁部間に電芯の少なくともタブを収容するよう構成することができる。

本開示の電池スペーサは、絶縁要件を満たすだけでなく、電芯の上部、特にタブの良好な保護を実現できる。加えて、これを備える動力電池は、より軽量とすることができる。

本開示の別の実施形態によれば、電池保護装置を提供することができる。電池保護装置は、互いに離間された一対の側板と、一対の上述の電池スペーサとを備えることができる。前記一対の電池スペーサの一方が前記二つの側板の一端を接続し、他方の電池スペーサが前記一対の側板の他端を接続する。

本開示のさらに別の実施形態によれば、動力電池を提供することができる。動力電池は、少なくとも一つの電芯と、上述の保護装置とを備えることができる。前記少なくとも一つの電芯が一対の電池スペーサ間に設けられ、各電芯のタブが前記電池スペーサの隣接する梁部間にそれぞれ収容される。

本開示の電池保護装置によれば、以下の利点を得ることができる。一または複数の電芯をカバー内に収納する際、電池保護装置が保護枠として働き、電芯を堅固に支持することができる。加えて、動力電池内の電芯に揺れや振動がさらに加わらないよう外力を制限することができる。さらに、この電池保護装置を採用した動力電池の組立は簡易化されるので、結果としてコンパクトな構造とすることができる。さらにまた、動力電池の内部空間を省くこともできる。

本開示の実施形態のさらなる側面や利点は、以下の記述から伝わる部分もあれば、以下の記述より明らかとなる、または、本開示の実施形態を実施することにより理解される部分もあるであろう。

本開示のこれらおよびその他の側面や利点は、図面に関連づけた以下の記載により明らかとなり容易に理解されるであろう。

本開示の一実施形態に係る電芯の例を示す概略斜視図である。 本開示の一実施形態に係る電池スペーサの底面側概略斜視図である。 本開示の一実施形態に係る電池スペーサの上面側斜視図である。 本開示の幾つかの実施形態に係る電池保護装置における側板の概略斜視図である。 本開示の幾つかの実施形態に係る電池保護装置における側板の概略斜視図である。 本開示の一実施形態に係る動力電池の分解斜視図である。 本開示の一実施形態に係る動力電池組立後の斜視図である。 本開示の一実施形態に係る電池保護装置の斜視図である。

本開示の実施形態を詳細に参照する。図面を参照して本明細書に記載される実施形態は、本開示を説明、例示するものであり、本開示を概ね理解するために用いられる。これら実施形態は本開示を限定すると解されてはならない。以下の説明において同一または類似の要素、および同一または類似の機能を有する要素には同様の参照番号を付している。

一実施形態によれば、図１は本開示の一実施形態に係る電芯１の例を示す概略斜視図である。好ましい実施形態では、電芯１の正極板および負極板は一側において長手方向Ａ１沿いに互いに整列されるとともに、幅方向Ａ２に交互にずらして配され、正負極の電極材が塗布されていないタブ領域が露出されている。不図示のセパレータが正極板および負極板の間に配されていてもよい。巻回によって電芯１を得ることができる。巻回後、電芯１の両端における電極材が塗布されていない正極タブ領域および負極タブ領域の中間部分を押圧することにより、正極タブ１１および負極タブ１１’がそれぞれ形成される。正極タブ１１は巻回されてなるため、タブ１１の縁部分の曲げや損傷を防ぎ、また、電芯１の湾曲部を圧縮することによる悪影響を低減するため、電芯１両端の湾曲部分は維持するのが好ましい。具体的には、図１に示すように、タブ１１は、圧縮部１３および圧縮部１３の両端に形成される丸角部１２を備えることができる。

本開示の一実施形態によれば、電池スペーサ２を設けることができる。電池スペーサ２は、長手方向Ｂ１に互いに離間して配列される間隙板２２および２２’と、横方向Ｂ２に互いに離間して並列される複数の梁部２１１を備えることができる。各梁部２１１は長手方向Ｂ１に間隙板２２、２２’間に接続され、間隙板２２、２２’の裏面により形成される平面から外向きに突出している。梁部２１１は、隣接する梁部２１１間に電芯の少なくともタブが収容されるように構成することができる。図２および図３に示すように、電芯１のタブ１１は、隣接する梁部２１１間に堅固に収容されるため、圧縮部１３を隣接する梁部２１１間に介装することができ、丸角部１２は間隙板２２、２２’にて収容することができる。本開示の一実施形態によれば、電池スペーサ２の下に充分な空間が保たれるため、組立時にタブ１１および電池スペーサ２が組立工程を妨げたり、丸角部１２を傷つけたりすることがない。加えて、これにより組立工程が簡易なものとなる。

図２および図３は、本開示の幾つかの実施形態に係る電池スペーサ２の底面側概略斜視図および上面側斜視図を示す。実施形態によっては、電池スペーサ２を電流抽出領域２１と、電流抽出領域２１の両端に位置するガス放出領域２２とに分けることができる。

幾つかの実施形態において、電流抽出領域２１は二つ以上の平行な梁部２１１を備える。よって、隣接する梁部２１１は圧縮部１３が貫通する空間およびその支持部を形成する。この場合、図６に示すように、複数の電芯１を組み込むことができ、最も外側の二つの梁部２１１がスペーサ２を支持するように二辺に沿って配されていることが好ましい。

電池スペーサ２は、梁部２１１を保護および支持するため、間隙板２２、２２’の対応する側辺間にそれぞれ横方向Ｂ２に直交して接続される遮蔽板２１２，２１２’を備えることが好ましい。この遮蔽板２１２を備える場合、一実施形態では、遮蔽板２１２が最外側の梁部２１１とはそれぞれ別個に設けられ、最外側の梁部２１１に対向する遮蔽板２１２の内面が、対応する最外側の梁部２１１とともに電芯１の少なくともタブ１１を収容するよう構成され、タブ１１が遮蔽板２１２の内面および最外側の梁部２１１の側面との間に形成される空間を貫通するようにすることができる。具体的には、このとき、遮蔽板２１２は、対向する梁部２１１に対応させて電芯１のタブ１１に適合する移行面を有していてもよい。別の実施形態では、遮蔽板２１２は最外側の梁部２１１と一体に形成されていてもよい。この場合、遮蔽板２１２は最外側の梁部２１１を保護しスペーサ全体を支持するよう構成される。ちなみに、遮蔽板２１２は横方向Ｂ２に所定の厚みを有し、長手方向Ｂ１における長さは電芯１の幅より短い。したがって、電芯１の最外側の丸角部１２用の空間が保持されるため、組立時に丸角部１２が押し潰されるのを防止することができる。

間隙板２２、２２’には、流体排出・注入の要を満たすため複数のビアホール２２２を形成することができ、これによりガス放出領域２２の機能を得ることができる。

一実施形態においては、図３に示すように、梁部２１１が本体部２１１１および本体部２１１１と各間隙板２２、２２’を接続する接続部２１１２とを備えていてもよい。図３に示すように、電流抽出領域２１は本体部２１１１により複数領域に分割され、電芯１のタブ１１の圧縮部１２が、隣接する本体部２１１１により形成される空間にそれぞれ堅固に介装される。接続部２１１２は別個に形成してもよい。

幾つかの実施形態においては、各梁部２１１は長手方向Ｂ１における電芯１のタブ１１の幅に対応する長さを有して構成することができる。幾つかの実施形態においては、各梁部２１１の長さは長手方向Ｂ１における電芯１のタブ１１の幅の約１０〜９０％とすることができる。別の好ましい実施形態においては、梁部２１１の長さは長手方向Ｂ１における電芯１のタブ１１の幅の約３０〜８０％である。一般に使用されている５〜３００Ａｈの電芯１の場合、そのタブ１１の幅は約３０〜３５０ｍｍとすることができ、電芯１の圧縮部１２の幅は約２０〜２８０ｍｍとすることができる。通常、電流抽出領域２１は電芯１の幅の約２５〜７５％の長さを有する。この場合、電池スペーサ２によって、タブ１１の丸角部１２およびセパレータを曲げや損傷から保護することができる。より好ましくは、梁部２１１の長さを電芯１の幅の約３０〜７０％とし、これにより丸角部１２の組み込みを阻害することなく、電池スペーサ２の強度を維持することができる。

さらに別の実施形態においては、梁部２１１の幅が、厚さ方向Ｂ３において間隙板２２の裏面により形成される平面から離れる方に向けて縮小している。すなわち、梁部２１１の接触面２１１３が電芯１のタブ１１の一面に適合する。梁部２１１は電芯１に対向する円弧面２１１４を有し、電芯１の圧縮部１３への損傷を避けることができる。梁部２１１の本体部２１１１は、電芯１上部の徐々に縮小する幅に適合する空間を形成しており、すなわち梁部２１１が鋭い角部分を有しないので、電芯１の損傷を避けることができる。またこの場合、嵌め合い性能を優れたものとし、中に収納される電芯１を容易に組み立て、堅固に固定することができるなどその他多くの利点を得ることができる。さらに、電芯１を振動、移動または揺れなどから保護することができる。

好ましい実施形態において、梁部２１１の本体部２１１１は長手方向Ｂ１において均一な厚さを有することができる。各梁部２１１は、電解液注入用の空間を確保し、また、電池スペーサ２の射出成形時の変形を抑制するため、間隙板２１１の裏面により形成される平面に対向する側面にＶ字状溝２２３が形成されていることが好ましい。これによって同時に、使用材料が低減することからコストおよび電池重量を低減することができる。

別の好ましい実施形態においては、電池スペーサ２の強度向上のために、各梁部２１１と間隙板２２、２２’それぞれとの接続部に、補強リブ２４が形成される。間隙板２２、２２’周囲に沿って補強フランジ部２５を形成すれば、電池スペーサ２の強度および安定性を大幅に高めることができて好ましい。

以下、電池保護装置１０を設けることができる。電池保護装置１０は、図８に示すように、互いに離間された一対の側板３と、一対の上述の電池スペーサ２を備えることができる。一対の電池スペーサ２の一方が二つの側板３の一端を、他方の電池スペーサ２が一対の側板３の他端をそれぞれ接続する。電池スペーサ２および側板３は、電解液耐性および優れた射出成形性能、かつ機械的強度を有する絶縁材料から形成することができる。この場合、電池保護装置４はフレーム状に形成されるので、中に収納される電芯１の支持枠体を形成することができる（図６および図７参照）。保管、搬送、および使用過程において、電芯１を安全に保護することができる。同時に、不図示の電池ハウジングを電芯１上に嵌める際に、電池ハウジングの嵌合方向におけるセパレータの皺や縮みのリスクを低減し、電芯１間の相対移動をある程度制限することができる。従ってこれにより、個々のセルの耐振動性能および動力電池の安全性能を向上させることができる。

好ましい実施形態においては、電池スペーサ２および二つの側板３が機械的構造または溶接により接続されていてもよい。例えば、図６および図７を参照すると、電池スペーサ２の横方向Ｂ２の側辺に二つの鳩尾形凹部２７が形成され、側板３の各端部には対応する鳩尾形凸部３１が鳩尾形凹部２７と嵌合するようそれぞれ形成され、各側板３と電池スペーサ２との間でそれぞれ強固な嵌合関係を得ることができる。鳩尾形凸部３１は鳩尾形凹部２７と、超音波溶接、レーザ溶接などの溶接により接続されていてもよい。好ましい実施形態によれば、側板３と強固に嵌合するためにスペーサ２の周縁に沿って固定溝２３を形成してもよく、側板３は、固定溝２３に挿入される部分を端部に形成することでスペーサ２に適合し安定した接続部を形成することができ、また、電池スペーサ２と側板３間の嵌合誤差により電芯１が不用意に電池カバーに接触するリスクを最小限に抑えることができる。図４および図５に示すように、好ましい実施形態においては、側板３を長尺の板状に形成することができる。

好ましい実施形態においては、各側板３の各角部に、電池スペーサ２または電芯１に向け長手方向Ｂ１に延出するガイド部３２が形成され、電池スペーサ２にはこれに対応し各ガイド部３２が挿入される陥凹部２５が形成されている。ガイド部３２は固定溝２３に沿って電池スペーサ２に固定することができる。図３および図４に示すように、ガイド部３２は面取り端部３２１１を有することができ、面取り端部３２１１に切込みまたは凹部３２１を形成し、陥凹部２５には凹部３２１と嵌合する突起または凸部２６を形成することで、ガイド部３２が電池保護装置１０内に収納された電芯１を誤って刺したり裂いたりすることなく、また、凹凸構造によって側板３をより強固に電池スペーサ２と嵌合させることができる。さらに、電芯１のセパレータ端縁が電池保護装置１０内で保護されるため、不図示の電池外殻を電芯１上に被せる方向に皺が形成されるリスクを抑えることができる。側板３のガイド部３２を使用することで、電池保護装置１０の接続をより安定、確実なものとすることができ、これにより電池保護装置の強度を高めることができる。

図８に示すように、電池スペーサ２周囲の下面に、側板３のガイド部３２と嵌合する固定溝２３を形成してもよく、ガイド部３２の側部を電池スペーサ２の固定溝２３に挿入し、スポット溶接、超音波溶接、レーザ溶接など既知の溶接法のいずれかにより固定することができる。これにより、これらの接続を安定したものとすることができ、電池スペーサ２および側板３の嵌合誤差により電芯１が電池カバーに接触するリスクを無くすことができる。

別の好ましい実施形態においては、ガイド部３２が側板３に結合される箇所に、電芯１、特に丸角部１２と滑らかに嵌合するよう構成される丸角部が形成され、これにより中に収納される電芯１がガイド部周辺部分により損傷することを防ぐことができる。

本開示の電池保護装置４は、単一セルまたは複数セルのいずれにも適している。複数セルを備える電池の場合、組立時に電極が電池外殻内に収容される。従来技術では、電芯が粘着テープにより予め固定されるため、電芯に電池外殻を被せる際に電芯およびタブがぐらつく場合がある。電芯の最外側の絶縁部材が損傷または破壊される恐れもある。本開示の電池保護装置１０は予めテープを貼着する工程を必要とせず、作業効率が向上するだけでなく、電芯およびタブまたは集電部のぐらつきを低減または無くすこともできる。さらに、電池カバーを電芯に被せる際の最外側の絶縁部材の損傷もこれにより低減または無くすことができる。

本開示の一実施形態において、図６に示すように、動力電池を提供することができる。動力電池は、少なくとも一つの電芯と、上述の保護装置１０とを備えることができる。電芯１０は一対の電池スペーサ２間に設けられ、各電芯１のタブ１１が電池スペーサ２の隣接梁部２１１間にそれぞれ堅固に収容される。

従来技術の粘着テープ固定法に比べ、本開示の動力電池は、電芯間の相対移動がごく限られた構造を備えることができ、電芯に対する振動の影響を低減し、これにより動力電池の信頼性および安全性を高めることができる。加えて、本開示の電池保護装置により、動力電池の重量を低減することができる。

以上、説明のための実施形態を示して記載したが、本開示の精神および原理から離れない限りこれら実施形態に変更、代用、改変が可能であることは、当業者であれば理解するであろう。これらの変更、代用、改変は全て、特許請求の範囲およびこれと同等の範囲に属するものである。

電池スペーサ２は、梁部２１１を保護および支持するため、間隙板２２、２２’の対応する側辺間にそれぞれ横方向Ｂ２に直交して接続される遮蔽板２１２を備えることが好ましい。この遮蔽板２１２を備える場合、一実施形態では、遮蔽板２１２が最外側の梁部２１１とはそれぞれ別個に設けられ、最外側の梁部２１１に対向する遮蔽板２１２の内面が、対応する最外側の梁部２１１とともに電芯１の少なくともタブ１１を収容するよう構成され、タブ１１が遮蔽板２１２の内面および最外側の梁部２１１の側面との間に形成される空間を貫通するようにすることができる。具体的には、このとき、遮蔽板２１２は、対向する梁部２１１に対応させて電芯１のタブ１１に適合する移行面を有していてもよい。別の実施形態では、遮蔽板２１２は最外側の梁部２１１と一体に形成されていてもよい。この場合、遮蔽板２１２は最外側の梁部２１１を保護しスペーサ全体を支持するよう構成される。ちなみに、遮蔽板２１２は横方向Ｂ２に所定の厚みを有し、長手方向Ｂ１における長さは電芯１の幅より短い。したがって、電芯１の最外側の丸角部１２用の空間が保持されるため、組立時に丸角部１２が押し潰されるのを防止することができる。

Claims (19)

1. 長手方向に互いに離間して配列される第一間隙板と第二間隙板と、
   横方向に互いに離間して並列される複数の梁部とを有する電池スペーサであって、各梁部が長手方向に前記第一および第二間隙板間に接続され、前記第一および第二間隙板の裏面により形成される平面から外向きに突出し、
   前記梁部が、隣接する梁部間に電芯の少なくともタブを収容するよう構成される、電池スペーサ。
2. 前記梁部がそれぞれＵの字構造を有する、請求項１に記載の電池スペーサ。
3. 前記第一および第二間隙板にそれぞれ複数のビアホールが形成される、請求項１に記載の電池スペーサ。
4. 各梁部が前記長手方向における前記電芯の前記タブの幅に対応する長さを有して構成される、請求項３に記載の電池スペーサ。
5. 各梁部の前記長さが、前記長手方向における前記電芯の前記タブの幅の約１０〜９０％である、請求項３に記載の電池スペーサ。
6. 各梁部の前記長さが、前記長手方向における前記電芯の前記タブの幅の約３０〜７０％である、請求項５に記載の電池スペーサ。
7. 各梁部が、前記第一および第二間隙板の前記裏面により形成される前記平面から離れる向きの厚さ方向に減少する幅を有する、請求項２に記載の電池スペーサ。
8. 各梁部に、前記第一および第二間隙板の前記裏面により形成される前記平面に対向する側面にＶ字状溝が形成される、請求項７に記載の電池スペーサ。
9. 各梁部が、前記電芯に対向する円弧面を有する、請求項７に記載の電池スペーサ。
10. 各梁部の前記第一および第二間隙板とのそれぞれの接続部に補強リブが形成される、請求項１に記載の電池スペーサ。
11. 前記第一および第二間隙板の対応する側辺間に前記横方向に直交してそれぞれ接続される第一側遮蔽板および第二側遮蔽板をさらに備える、請求項１に記載の電池スペーサ。
12. 前記第一および第二側遮蔽板は最外側梁部とそれぞれ一体的に形成される、請求項１１に記載の電池スペーサ。
13. 前記第一および第二側遮蔽板は別個に設けられ、内面側が、対応する前記最外側梁部とともにそれぞれ前記電芯の少なくとも前記タブを収容するよう構成される、請求項１１に記載の電池スペーサ。
14. 互いに離間された一対の側板と、
    一対の請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電池スペーサとを備える電池保護装置であって、前記一対の電池スペーサの一方が前記二つの側板の一端を接続し、他方の電池スペーサが前記一対の側板の他端を接続する、電池保護装置。
15. 前記側板の各端部に少なくとも一つの鳩尾形突起が形成され、前記第一および第二間隙板の側辺に、前記鳩尾形突起にそれぞれ嵌合する少なくとも一つの鳩尾形凹部が形成される、請求項１４に記載の電池保護装置。
16. 前記側板それぞれの四隅にそれぞれ、電池スペーサに向け前記長手方向に延出するガイド部が形成され、
    前記第一および第二電池スペーサに、前記ガイド部に対応しこれらをそれぞれ収容する陥凹部が形成される、請求項１４に記載の電池保護装置。
17. 前記ガイド部がその自由端に丸角部を有し、前記ガイド部が、該ガイド部に形成される凹凸構造を介して前記対応する陥凹部と接続される、請求項１６に記載の電池保護装置。
18. 前記ガイド部が前記側板と結合される箇所に、前記電芯と滑らかに嵌合するよう構成される丸角部が形成される、請求項１４に記載の電池保護装置。
19. 少なくとも一つの電芯と、
    請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の保護装置とを備える動力電池であって、前記少なくとも一つの電芯が一対の電池スペーサ間に設けられ、各電芯のタブが前記電池スペーサの隣接梁部間にそれぞれ堅固に収容される、動力電池。

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