JP2019506716A - 単セルバッテリー、バッテリーモジュール、バッテリーパック、および電気自動車 - Google Patents

Abstract

単セルバッテリー（１００）、バッテリーモジュール、バッテリーパック、および電気自動車。セル（１００）は、ケース、バッテリーセル、電極端子（１０１）、および蓋板（１０２）を含む。電極端子（１０１）はバッテリーポスト（１０４）を含む。単セルバッテリー（１００）は、さらに、電極端子（１０１）に電気的に接続された電流遮断器（２００）を含む。電流遮断器（２００）は、導電部材（２０１）と、導電部材（２０１）に相互に電気的に接続されたフリップ部材（２０２）とを有する。導電部材（２０１）は、バッテリーポスト（１０４）の外側端部面に接続される。フリップ部材（２０２）の外周面と蓋板（１０２）との間にセラミック製リング（２０７）が密接に接続される。フリップ部材（２０２）の外周面は、セラミック製リング（２０７）の外側端部面に密接に接続される。バッテリーポスト（１０４）の外周面は、セラミック製リング（２０７）の内側端部面に接続される。バッテリーポスト（１０４）は、セラミック製リング（２０７）によって、フリップ部材（２０２）の外周面から絶縁される。これによって、強電流を通すことができ、バッテリーが過充電されるとき（またはバッテリーの充電および放電の際に危険が発生するとき）、回路が強制的に切り離され得、バッテリーの爆発などの危険が発生するのを防止するようにする。

Description

本発明は、バッテリーの分野、特に、単セル、バッテリーモジュール、バッテリーパック、および電気自動車に関する。

バッテリーは、エネルギー貯蔵ユニットとして、様々な産業において重要な役割を果たしている。例えば、電源バッテリーは、新エネルギー車などの分野に広く適用されている。電源バッテリーのバッテリーパック内では、複数の単セルが直列または並列に接続されてバッテリーモジュールを形成し、充電／放電動作を実現する。電源バッテリーは、通常、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）を使用して、電圧変化および電流変化を監視し、かつ充電／放電プロセスにおける充電状態を評価する。しかしながら、電圧サンプリングの失敗は、バッテリーの過充電を生じ得る。特に、三元系では、過充電が一定の量に達する場合に、バッテリーの燃焼または爆発の危険がある。

既存の技術的な解決法では、バッテリーの電圧および電流の監視の際、電流積分法および開路電圧法を使用してバッテリーレベルを評価し、バッテリーの充電／放電管理を制御する。しかしながら、不利な点がある。例えば、バッテリーの電圧サンプリングの失敗、バッテリーの電流サンプリングの失敗、またはソフトウェア障害のために、バッテリーは長時間再充電され、かつ制御不能になる。特に、充電パイルの使用による再充電の場合には、過充電は、充電パイルがバッテリーマネージャーとの通信に失敗する場合には、制御できず、過充電が一定の量に達すると、バッテリーが膨張し、さらには爆発または火災の原因となる。

それゆえ、電流を積極的にかつ強制的に遮断するための電流遮断技術を提供することは、とても重要なことである。しかしながら、電源バッテリーでは、自動車において使用される電源バッテリーの容量は、通常、３Ｃバッテリーの十数倍（ｔｅｎ−ｏｄｄ ｔｉｍｅｓ）であり、誘導される必要がある電流は、マイナークラスのバッテリーの数十倍またはさらには数百倍である。これはまた、積極的にかつ強制的に切り離すことができる装置が、高電流に耐える必要があることを意味する。さらに、電源バッテリーの耐候性および耐漏性に対する要求は、その使用環境がより複雑であるため、より厳しい。現在、電源バッテリーに好適な、積極的にかつ強制的に切り離しをすることができる装置はない。

本発明の目的は、電流遮断器を提供することにある。電流遮断器は、高電流が通ることに耐えることができ、バッテリーが過充電されるとき（またはバッテリーの充電／放電の緊急事態が発生するとき）、電流遮断器は、回路を強制的に切り離し、バッテリーの爆発などの危険が発生しないようにし得る。

上記の目的を達成するために、本発明は単セルを提供する。単セルは、ケースと、ケースに収容されたバッテリーセルと、バッテリーセルに電気的に接続された電極端子と、ケースを封入するための蓋板とを含む。電極端子は蓋板に配置される。単セルは、さらに、電極端子に電気的に接続された電流遮断器を含む。電流遮断器は、ケース内のガスと連通する。電極端子はバッテリーポストを含み、バッテリーポストの一方の端部は、蓋板内へ延在し、および他方の端部は、バッテリーセルに電気的に接続される。電流遮断器は、導電部材と、導電部材に電気的に接続された弾ける部材すなわちフリップ部材（ｆｌｉｐｐｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ）とを有する。フリップ部材と導電部材は、空気圧の作用下で、互いに電気的に切り離され得る。導電部材は、バッテリーポストの外側端部面に接続される。フリップ部材の外周面と蓋板との間に、セラミック製リングが密接に接続される。フリップ部材の外周面は、セラミック製リングの外側端部面に密接に接続される。バッテリーポストの外周面は、セラミック製リングの内側端部面に接続される。バッテリーポストは、セラミック製リングを使用することによって、フリップ部材の外周面から絶縁される。

好ましくは、バッテリーポストには、単セルの内側部分と電流遮断器とを連通する空気誘導ダクトが設けられている。

好ましくは、バッテリーポストの外側端部面は、蓋板内に設置される。

好ましくは、バッテリーポストは、蓋板内へ延在するポールキャップと、ポールキャップに接続されかつケース内へ延在するシリンダーとを含み、伸長部分が、ポールキャップの周面においてバッテリーポストの半径方向に沿って外向きに延在し、伸長部分の端部部分が、セラミック製リングの内側端部面に接続され、セラミック製リングの内側端部面は、蓋板内へ延在する。

好ましくは、蓋板には貫通孔が設けられていて、そこにバッテリーポストが挿入される；貫通孔の孔径は、ポールキャップの直径とセラミック製リングの直径との和よりも大きい。

好ましくは、伸長部分には、単セルの内側部分と電流遮断器とを連通する空気誘導孔が設けられている。

好ましくは、バッテリーポストの外側端部面には収容孔が設けられていて、導電部材の外周面は、収容孔の内壁に固定される。

好ましくは、バッテリーポストには、単セルの内側部分と電流遮断器とを連通する空気誘導ダクトが設けられていて、空気誘導ダクトは、収容孔と単セルの内側部分とを連通する空気誘導孔を含む。

好ましくは、セラミック製リングの内側端部面は移行部材に密接に接続され、移行部材は蓋板に密接に接続され、移行部材はバッテリーポストから絶縁される。

好ましくは、セラミック製リングの内側端部面からケースの内側部分へ絶縁突起が延在し、バッテリーポストの外側端部における外周面が、絶縁突起を使用することによって、移行部材から絶縁される。

好ましくは、移行部材は、ケースの内側部分の方へ延在する溝を有し、第１の接続部分および第２の接続部分は、溝から、それぞれ蓋板およびセラミック製リングの方向へ延在し、第１の接続部分は蓋板に接続され、第２の接続部分はセラミック製リングの内側端部面に接続される。

好ましくは、蓋板には貫通孔が設けられていて、そこをバッテリーポストが貫通し、貫通孔の端部面は階段構造にあり、移行部材の第１の接続部分は、階段構造に組み込まれ、かつそれを支持する。

好ましくは、第１の絶縁部材は、蓋板および移行部材の内面の下に配置される。

好ましくは、第２の絶縁部材は、バッテリーポストの内面の下に配置され、第２の絶縁部材は、第１の絶縁部材と嵌合接続（ｆｉｔ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）している。

好ましくは、セラミック製リングの外側端部面は、内側リングおよび外側リングを有する段付き構造に形成され、フリップ部材の外周面は、内側リングと組み込み接続している。

好ましくは、セラミック製リングの外側端部面は導電リングに密接に接続され、フリップ部材の外周面は導電リングに密接に接続され、バッテリーポストは、セラミック製リングを使用することによって、導電リングから絶縁される。

好ましくは、セラミック製リングの外側端部面は、内側リングおよび外側リングを有する段付き構造に形成され、導電リングは、内側リングに設置された導電性接続部分と、外側リングに接続された突出縁とを含む。

好ましくは、電流遮断器は、さらに、カバーキャップを含み、カバーキャップおよびフリップ部材は、導電性接続部分に密接に接続され、カバーキャップには空気孔がある。

好ましくは、フリップ部材は第１のシート様構造に形成され、第１のシート様構造には接続孔が設けられていて、導電部材は第２のシート様構造に形成され、第２のシート様構造はボスを備え、ボスは接続孔を貫通し、ボスと接続孔は円周溶接される。

好ましくは、導電部材は、ケースの内側部分の方へ突出する曲げ構造を備え、曲げ構造は、フリップ部材に接続するための接続点を取り囲んで配置される。

好ましくは、曲げ構造の高さは、導電部材の厚さの５〜１０倍である。

好ましくは、曲げ構造の曲げ角度は、５°〜１５°である。

本発明はまた、バッテリーモジュールを提供する。バッテリーモジュールは、上述の単セルを備える。

本発明はまた、バッテリーパックを提供する。バッテリーパックは、上述のバッテリーモジュールを備える。

好ましくは、バッテリーパックは、さらに、封入体内に設置されかつ可燃性ガスを検出するように構成されたガス検出装置を備える。

本発明はまた、電気自動車を提供する。電気自動車は、上述のバッテリーモジュールを備える。

上記の技術的な解決法では、バッテリーの緊急事態時にガスを生じ得る。それゆえ、空気圧が上昇すると、フリップ部材は、空気圧の作用下で弾けて、導電部材から切り離し、それにより、電源バッテリーの充電／放電回路を切り離し、さらに、バッテリー空気圧のさらなる上昇および爆発を回避し得る。さらに、本発明は、単純な構造を有し、特に、接続に特別な構造を使用し、それにより、バッテリーのエネルギー密度および空間利用を向上させる。

本発明の他の特徴および利点は、下記の詳細な説明の部分で、詳細に説明される。

添付図面は、本発明のさらなる理解をもたらすために使用され、かつ本明細書の一部を構成し、これらは、以下の具体的な実施形態と併せて、本発明を説明するために使用され、本発明に対する限定は構成しない。

本発明の好ましい実施形態によるバッテリーモジュールの概略的で構造的な図である。 本発明の好ましい実施形態によるフリップ部材および導電部材の概略的で構造的な分解図である。 本発明の好ましい実施形態による、組み立て済みの状態にあるフリップ部材および導電部材の概略的で構造的な断面図である。 本発明の好ましい実施形態による蓋板の概略的で構造的な図である。 本発明の好ましい実施形態による蓋板の概略的で構造的な断面図である。 本発明の別の好ましい実施形態による蓋板の部分的な概略的で構造的な断面図である。 本発明の好ましい実施形態による制御システムの原理のブロック図である。

参照符号：単セル１００；電極端子１０１；蓋板１０２；空気誘導孔１０３；バッテリーポスト１０４；ポールキャップ１０４１；シリンダー１０４２；伸長部分１０４３；収容孔２１８；
電流遮断器２００；導電部材２０１；フリップ部材２０２；ボス２０３；接続孔２０４；曲げ構造２０５；絶縁突起２０６；セラミック製リング２０７；空気孔２０８；移行部材２０９；溝２１０；第１の接続部分２１１；第２の接続部分２１２；第１の絶縁部材２１３；第２の絶縁部材２１４；内部誘導部材２１５；導電リング２１６；導電性接続部分２１６１；突出縁２１６２；環状溶接スポット２１７；カバーキャップ２１９；
ガス検出装置３００；制御装置４００；ホストコンピュータ主制御チップ４０１；制御モジュール４０２；リレー４０３；アラーム装置５００。

下記では、添付図面を参照して、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。本明細書の具体的な実施形態は、単に本発明を説明するために使用され、本発明を限定するものではないことを理解されたい。

他に特に規定がなければ、本発明で使用される「上、下、左、および右」などの位置の名詞は、一般的に、対応する添付図面の平面の方向に基づいて定義され、「内および外」は、対応する構成要素の内側部分および外側部分を指す。

図１〜図７に示すように、本発明は、単セル、バッテリーモジュール、バッテリーパック、および電気自動車の技術的な解決法を提供する。電流遮断器が単セル内に配置される。複数の単セルが、直列または並列に接続されて、バッテリーモジュールを形成し、かつ、バッテリーパック内に配置されて、電源バッテリーを形成し得る。さらに、電源バッテリーの分野に加えて、本発明で提供される様々な技術的な解決法は、他のバッテリー分野にさらに広範に適用され得る。具体的には、本発明は、具体的な実施形態を使用することによって、電流遮断器２００が関連する、関連の単セル１００について説明する。下記では、添付図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。

最初に、図１〜図７に示すように、本発明の実施形態は、直列または並列に接続された複数の単セル１００を含むバッテリーモジュールを提供する。単セルは、ケースと、ケースに収容されたバッテリーセルと、バッテリーセルに電気的に接続された電極端子１０２と、ケースを封入するための蓋板１０２とを含み得る。電極端子１０１は蓋板１０２に配置され、電流を入力および出力する。単セル１００は電流遮断器２００を含む。電流遮断器は、蓋板１０２に対して固定され、かつ電極端子１０１に電気的に接続される。それゆえ、電極端子１０１での電流の入力および出力は、電流遮断器２００の作用下で制御され得る。すなわち、単セル１００内の電流遮断器２００は、一般的に、バッテリーセルに接続される。この場合、電極端子１０１は、正常に、電流を入力および出力でき、単セル１００の充電／放電動作を完了し得る。しかしながら、緊急状態では、例えば、バッテリーが過充電されると、電流遮断器２００が、バッテリーセルから切り離すことによって電極端子１０１の電流の入力および出力を停止し、バッテリーが過度な割合で再充電されるのを防止し得る。それゆえ、電流遮断器２００の信頼性は、重要な安全対策として、重大である。すなわち、電流遮断器は、素早く応答することができる必要がある。

本発明では、電流遮断器２００は、空気圧を感知するための機械的な構造である。具体的には、電流遮断器２００は、単セル１００のケース内のガスと連通し、かつ、空気圧の作用下で、電流遮断器２００を通る電流を遮断し得る。具体的には、内部構成要素間の接続は、送電すなわち電流の伝達を停止するために切り離されてもよく、それにより、タイミング良くバッテリーの充電／放電を停止する。空気圧源が使用されるのは：例えば、バッテリーの過充電が発生するなどの緊急時に、バッテリー内にガスを生成させ、それにより、ケース内の空気圧を上昇させることにより、電流遮断器２００を駆動するための空気圧の力を生成する場合である。

図２〜図６による具体的な実施形態を例として使用する。電流遮断器２００は、導電部材２０１と、相互の電気的接続のために導電部材２０１に接続されたフリップ部材２０２とを有する。さらに、フリップ部材２０２と導電部材２０１は、空気圧の作用下で、互いに電気的に切り離され得る。本発明の異なる実施形態では、電気的な切り離しは、異なる方法で実現され得る。導電部材２０１とフリップ部材２０２との間の接続点が、切り離され得る。例えば、導電部材２０１とフリップ部材２０２との間の溶接スポットが除去されて、電気的な切り離しを実現する。あるいは、導電部材２０１およびフリップ部材２０２の少なくとも一方が切り離され得る。例えば、構造の切り離しを実現するために、対応する構成要素に脆弱部分が作製され、それにより、電気的な切り離しを実現する。すなわち、空気圧の作用下で機械的な構造を切り離すことによって送電すなわち電流の伝達を停止する目的は、本発明において達成される。このようにして、この実施形態では、バッテリーが過充電されると、バッテリー内に間隙が生じ、そのため、空気圧が上昇する。この場合、フリップ部材２０２は、弾ける動作を実行することによって導電部材２０１から切り離されるため、電極端子１０１と外部との間の回路が切り離され、バッテリーの充電が停止され、それにより、バッテリー内の空気圧のさらなる上昇を回避し、かつバッテリーの安全性を保証する。

この実施形態では、電極端子１０１は、バッテリーセルに電気的に接続されたバッテリーポスト１０４を含み、バッテリーポスト１０４は、内部誘導部材２１５を使用することによって、バッテリーセルに接続され得る。バッテリーポスト１０４の一方の端部は、蓋板１０２内へ延在し、他方の端部は、バッテリーセルに電気的に接続され、ケースから電流を誘導する。

この実施形態では、電流遮断器２００は、バッテリーポスト１０４に取り付けられる。このようにして、バッテリー内の空気圧は、バッテリーポスト１０４を使用することによって、検出され得るため、感度は高い。さらに、電流遮断器２００は、電極端子１０１にさらに接続される必要はないため、それにより、プロセスを容易にする。具体的には、導電部材２０１は、バッテリーポスト１０４の外側端部面に接続される。フリップ部材２０２の外周面は、蓋板１０２に対して固定される。具体的には、セラミック製リング２０７は、フリップ部材２０２の外周面と蓋板１０２との間に密接に接続される。フリップ部材２０２の外周面は、セラミック製リング２０７の外側端部面に密接に接続される。すなわち、本発明のセラミック製リング２０７を使用することによるシーリングは、プラスチックやゴムを使用することによって実現される絶縁よりも高い信頼性および耐候性を達成し、電流遮断器２００の安定的で密接な接続が実現され得るだけでなく、バッテリーポストと蓋板との間の絶縁も実現され得る。この実施形態では、セラミック製リング２０７の外側端部面は、内側リングおよび外側リングを有する段付き構造に形成され、フリップ部材２０２の外周面は、内側リングと組み込み接続している。このようにして、空気圧の作用下で、フリップ部材２０２の外周面は支持点として使用され、導電部材２０１に形成された脆弱部分は引き離され得る。さらに、フリップ部材２０２を空気圧の作用下にあるようにするために、フリップ部材２０２の外周面は、例えば、セラミック溶接シーリング（ろう付けまたはレーザ溶接）によって、シールされ得る。本明細書および同様の説明において、外側端部または内側端部は、バッテリーポストの軸方向に沿ってケースに対して定義され、環状部材に対する「内および外」、例えば、外周面は、半径方向に沿って環状部材の中心に対して定義される。

本発明の改良例は、バッテリーポスト１０４の外周面が、セラミック製リング２０７の内側端部面に接続され、バッテリーポスト１０４が、セラミック製リング２０７を使用することによって、フリップ部材２０２の外周面から絶縁されることである。そのような構造は、さらに、バッテリーの空間利用およびエネルギー密度を向上させ得る。本発明では、特に好ましくは、バッテリーポスト１０４の外側端部面は、蓋板１０２内に設置され、これにより、バッテリーポストによって占有される空間を効果的に削減し得る。具体的には、この実施形態では、バッテリーポスト１０４は、蓋板１０２内へ延在するポールキャップ１０４１、およびポールキャップ１０４１に接続されかつケース内へ延在するシリンダー１０４２を含む。ポールキャップ１０４１の周面において、バッテリーポストの半径方向に沿って、伸長部分１０４３が外向きに延在する。伸長部分１０４３の端部部分は、セラミック製リング２０７の内側端部面に接続される。すなわち、伸長部分１０４３は、バッテリーポスト１０４とセラミック製リング２０７の内側端部面とを接続するために使用される。この場合、セラミック製リング２０７の内側端部面の位置に関する要求はない。すなわち、高さ方向におけるバッテリーの効果的な利用は、セラミック製リング２０７の高さを変更せずに、実現され得る。具体的には、セラミック製リング２０７の内側端部面は、蓋板１０２内へ延在し得るため、高さ方向においてセラミック製リング２０７によって占有された空間は、効果的に削減され得る。好ましくは、伸長部分１０４３は、ポールキャップ１０４１の周面において中央部分または下方部分に接続される。すなわち、バッテリーポスト１０４の外側端部面とセラミック製リング２０７の内側端部面は、バッテリーポスト１０４の軸方向においてずらされている。すなわち、セラミック製リング２０７の内側端部面は、バッテリーポスト１０４の外側端部面の下に設置され、それにより、さらに空間利用を向上させ得る。具体的な構造は、図５〜図６に示される。ポールキャップ１０４１の周面とセラミック製リング２０７の周面は、バッテリーポスト１０４の半径方向において、ある距離を有し得る。蓋板１０２には貫通孔が設けられていて、そこにバッテリーポスト１０４が挿入される。本発明では、さらに好ましくは、貫通孔の孔径は、ポールキャップ１０４１の直径とセラミック製リング２０７の直径との和よりも大きい。すなわち、ポールキャップ１０４１およびセラミック製リング２０７は双方とも、蓋板１０２に挿入される。確かに、ポールキャップ１０４１の外側端部面およびセラミック製リング２０７の内側端部面は、蓋板の貫通孔内に設置され、挿入後に貫通孔を貫通し得、最終的には、適切な形状の伸長部分１０４３を使用することによって、接続される。本発明はそれに限定されない。すなわち、この実施形態では、バッテリーポスト１０４の高さおよびセラミック製リング２０７の高さは追加されなくてもよい。

導電部材２０１とバッテリーポスト１０４が固定されているときに、導電部材２０１の脆弱部分が依然として引き離され得ることを保証するために、好ましくは、バッテリーポスト１０４の外側端部面には、収容孔２１８が設けられている。このようにして、導電部材２０１は、環状の周面に安定的に固定され得る一方、脆弱部分内の領域はバッテリーポスト１０４に接続されていないため、フリップ部材２０２の引張力またはガスの直圧などの外力の作用下で、脆弱部分内の領域が引き離され得る。

本発明では、電流遮断器２００は、バッテリー内のガスと複数の方法で連通し得る。この実施形態では、バッテリーポスト１０４には、ケースの内側部分と電流遮断器２００とを連通する空気誘導ダクトが設けられている。このようにして、バッテリーポスト１０４の内部構造を直接使用することによって、空気圧が電流遮断器に適用される。それゆえ、構造はより単純になる。

空気誘導ダクトは、この実施形態では２つのタイプの空気誘導孔１０３を含み得る。第１のタイプの空気誘導孔１０３は、収容孔２１８とケースの内側部分とを連通させるために使用される、すなわち、導電部材２０１に直接圧力を加えて、曲げ構造２０５を弾き得る。すなわち、空気誘導ダクトは、収容孔２１８とケースの内側部分とを連通する空気誘導孔１０３を含む。第２のタイプの空気誘導孔１０３は、フリップ部材２０２とケースの内側部分とを連通させるために使用され、フリップ部材２０２に圧力を加えて、脆弱部分を引き離す。フリップ部材２０２の応力分配効率を改善するために、収容孔２１８を取り囲む複数の空気誘導孔１０３がある。それゆえ、２つのタイプの空気誘導孔１０３の共同作用下で、電流遮断器の感度を改善し得る。

さらに、この実施形態では、第１のタイプの空気誘導孔１０３は、周方向に沿って、バッテリーポスト１０４内に形成され得る。すなわち、伸長部分１０４３内に設置された空気誘導孔１０３は、フリップ部材２０２に圧力を加えるように使用される一方、収容孔２１８の下の空気誘導孔１０３は、導電部材２０１に直接圧力を加え得る。図５および図６に示すように、本発明のこの実施形態では、伸長部分１０４３、およびバッテリーポスト１０４の本体は、双方とも、空気誘導孔１０３が設けられている。本体の第１のタイプの空気誘導孔１０３は、端部面にある収容孔２１８と連通し、周方向に沿って等間隔で配置される４個の第１のタイプの空気誘導孔１０３がある。あるいは、別の実施形態では、別の数量の第１のタイプの空気誘導孔１０３があってもよい。これは、本発明において限定されない。

電源バッテリーの分野に適用するために、高電流を通す必要がある。それゆえ、導電部材２０１とフリップ部材２０２の溶接構造の安定性を保証し、高電流が溶接構造を破壊しないようにする必要がある。このようにして、この実施形態では、図２および図３に示すように、フリップ部材２０２と導電部材２０１は、ボス溶接構造を使用することによって、互いに接続される。ボス溶接構造は、ボス２０３、ボス２０３を収容する接続孔２０４、およびボス２０３と接続孔２０４との間に設置される環状溶接スポット２１７を含む。ボス２０３および接続孔２０４の一方は、フリップ部材２０２に設置され、他方は、導電部材２０１に設置される。それゆえ、環状溶接スポット２１７が、接続孔２０４に収容されたボス２０３をしっかりと溶接するために使用され、電流の通る領域が増大されて、高電流を確実に通すことが保証され得る。具体的には、実施形態では、ボス２０３は導電部材２０１に形成され得、接続孔２０４はフリップ部材２０２に形成され得る。さらに具体的には、フリップ部材２０２は第１のシート様構造に形成され、第１のシート様構造には接続孔２０４が設けられ、導電部材２０１は第２のシート様構造に形成され、第２のシート様構造はボス２０３を備える。ボス２０３は接続孔２０４を貫通し、ボス２０３と接続孔２０４は円周溶接される。他の実施形態では、ボス２０３と接続孔２０４は逆にされてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、フリップ部材２０２と導電部材２０１は、その代わりに、レーザ溶け込み溶接法などを使用することによって、溶接されてもよい。

本発明では、好ましくは、フリップ部材２０２と導電部材２０１は、脆弱部分を使用することによって、互いに電気的に切り離され得る。すなわち、別の領域の脆弱部分よりも強度が劣る脆弱部分が、対応する部分に設けられる。導電部材２０１とフリップ部材２０２が互いに完全に切り離されるようにするための、脆弱部分は、通常、導電部材とフリップ部材２０２との間の接続点、例えば、ボス溶接構造を取り囲む環状構造である。このようにして、電気的な切り離しは、導電部材２０１またはフリップ部材２０２の切り離しによって実現される。脆弱部分は、フリップ部材２０２に形成されても、または導電部材２０１に形成されてもよい。本発明では、好ましくは、脆弱部分は曲げ構造２０５である。この実施形態では、導電部材２０１は、ケースの内側部分の方へ突出する曲げ構造２０５を備える。曲げ構造２０５は、フリップ部材２０２に接続するための接続点を取り囲んで配置される。すなわち、導電部材２０１は、ボス２０３を取り囲む曲げ構造２０５を備える。曲げ構造２０５は、パンチングによって形成され得る。好ましくは、曲げ構造２０５の高さＨは、導電部材２０１の厚さの５〜１０倍である。さらに、好ましくは、倍数は、６〜７倍である。曲げ構造２０５の高さＨは、導電部材２０１がケースの内側部分の方へ突出する高さであり、くだけて言うと、導電部材２０１の打ち抜き深さとし得る。好ましくは、曲げ構造２０５の曲げ角度は、５°〜１５°、さらに好ましくは、１１°〜１３°である。くだけて言うと、曲げ角度は、打ち抜きの突出角度である。本発明では、曲げ構造２０５は、さらに加工され、かつ強化され得る。本発明の好ましい実施形態では、バッテリー内の空気圧が上昇する場合、ガスが、導電部材２０１およびフリップ部材２０２を押す。フリップ部材２０２は上方に弾け、導電部材２０１を上方に駆動する。曲げ構造２０５は逆に曲げられて、破裂させられる。この構造は、ノッチ構造よりも良好であり、ノッチの箇所が容易に貫通電流のボトルネックになり、高電流を通すとノッチの箇所で溶融または焼成（ｃｌｉｎｋｅｒｉｎｇ）するために開路構造が無効となるという、問題を解決する。

セラミック製リング２０７が蓋板１０２に容易にかつ密接に接続されるようにするために、好ましくは、セラミック製リング２０７の内側端部面は、移行部材２０９に密接に接続される。移行部材２０９は、セラミックろう付けによってセラミック製リング２０７に接続され得る。さらに、移行部材２０９は、蓋板１０２に密接に接続されるため、セラミック製リング２０７と蓋板１０２は、間隔をおいて配置される。セラミック製リング２０７は、蓋板１０２と直接組み立てられないため、セラミック製リング２０７の高さは、蓋板１０２と直接組み立てられる必要性によって、制限されない。さらに、セラミック製リング２０７に特定の設計は必要とされないため、製造および組み立てが便利である。

一般的に、移行部材２０９は、バッテリーポスト１０４から絶縁される。好ましくは、絶縁突起２０６は、セラミック製リング２０７の内側端部面からケースの内側部分へ延在する。バッテリーポスト１０４の外周面は、絶縁突起２０６を使用することによって、移行部材２０９から絶縁される。この実施形態では、具体的には、移行部材２０９は、ケースの内側部分の方へ延在する溝２１０と、溝２１０から、それぞれ蓋板１０２およびセラミック製リング２０７の方向へ延在する、第１の接続部分２１１および第２の接続部分２１２とを有する。第１の接続部分２１１は蓋板１０２に接続され、第２の接続部分２１２はセラミック製リング２０７の内側端部面に接続されるため、セラミック製リング２０７の内側端部面は蓋板１０２内へ延在し、それにより、高さ方向においてバッテリーの空間を十分に節約する。いくつかの実施形態では、蓋板１０２には貫通孔が設けられていて、そこをバッテリーポスト１０４が貫通する。貫通孔の端部面は階段構造にある。移行部材２０９の第１の接続部分２１１は、階段構造に組み込まれ、かつそれを支持する。

この実施形態では、さらに好ましくは、蓋板１０２の下方端部面およびバッテリーポスト１０４は、双方とも、単セル内のバッテリーセルから絶縁される。好ましくは、第１の絶縁部材２１３は、蓋板１０２および移行部材２０９の内面の下に配置される。好ましくは、第２の絶縁部材２１４は、バッテリーポスト１０４の内面の下に配置され、第２の絶縁部材２１４は、第１の絶縁部材２１３と嵌合接続している。バッテリーポスト１０４は、バッテリーポスト１０４のシリンダー１０４２に接続された内部誘導部材２１５を使用することによって、バッテリーセルに接続される。内部誘導部材２１５とシリンダー１０４２との間、および内部誘導部材２１５とバッテリーセルとの間の接続は、従来技術に属する。それゆえ、ここでは詳細については説明しない。

この実施形態では、外部へ電流が流れる経路を確立するために、好ましくは、セラミック製リング２０７の外側端部面が導電リング２１６に密接に接続される。フリップ部材２０２の外周面は、導電リング２１６に密接に接続される。バッテリーポスト１０４は、セラミック製リング２０７を使用することによって、導電リング２１６から絶縁される。具体的には、導電リング２１６は、セラミック製リングの内側リングに設置された導電性接続部分２１６１、およびセラミック製リングの外側リングに接続された突出縁２１６２を含む。フリップ部材２０２の外周面は、導電リング２１６の導電性接続部分２１６１に密接に接続される。すなわち、フリップ部材２０２は、導電リング２１６の導電性接続部分２１６１を使用することによって、セラミック製リング２０７に接続される。導電リング２１６は、フリップ部材２０２とセラミック製リング２０７をより良好に溶接するために使用され得、突出縁２１６２は、フリップ部材２０２と外部との間に電流ループを確立するために使用され得る。さらに、導電リング２１６は、セラミック製リング２０７に密接に接続されるため、フリップ部材２０２の外周面はシールされ、ケース内の空気圧が、漏れることなく、フリップ部材に作用する。本発明では、さらに好ましくは、電流遮断器２００は、さらに、カバーキャップ２１９を含む。カバーキャップ２１９およびフリップ部材２０２は、導電性接続部分２１６１に密接に接続される。この実施形態では、具体的には、突出縁２１６２の高さは、カバーキャップ２１９と同じであるため、シーリングが、より良好に果たされ得、かつ電流がより良好に誘導され得、それにより、フリップ部材２０２の安定的なシーリングおよび組み立てをより良好に実現でき、かつ、電流遮断器２００を保護する。さらに、導電リング２１６は、カバーキャップ２１９への接続によってまたは互いに直接接続された電極ガイド部片を使用することによって、外部との電流ループを確立し得る。例えば、隣接する単セル１００または隣接するバッテリーモジュールは、電極ガイド部片を使用することによって、互いに接続され得る。いくつかの実施形態では、好ましくは、カバーキャップは空気孔２０８を有し、これは、内部ガスおよび外部ガスと連通させ、それにより、フリップ部材を容易に弾けさせ、かつ、電流遮断器の感度を向上させる。

この実施形態における具体的なセラミックシーリング構造では、蓋板１０２と移行部材２０９との間、移行部材２０９とセラミック製リング２０７との間、セラミック製リング２０７と導電リング２１６との間、および導電リング２１６とフリップ部材２０２との間の密接な接続によって、ケース内の空気圧が、電流遮断器に効果的に作用できるようにするため、電流遮断器の動作は信頼性がある。組み立ての際、電流遮断器の耐漏性を保証するために、セラミック製リング２０７は、セラミックろう付けによって、導電リング２１６、移行部材２０９、およびバッテリーポスト１０４に密接に接続される。すなわち、セラミック製リング２０７、導電リング２１６、移行部材２０９、およびバッテリーポスト１０４は、最初に、独立したアセンブリを形成し、その後、レーザ溶接によって、移行部材２０９が蓋板１０２に組み立てられる。組み立て法は、便利である。さらに、導電部材２０１は、レーザ溶接によってバッテリーポスト１０４に接続され得る。フリップ部材２０２と導電部材２０１は、レーザ溶け込み溶接によって、または上述のボス溶接構造を使用することによって、互いに接続され得る。カバーキャップ２１９は、レーザ溶接によって、導電リング２１６に接続され得る。さらに、バッテリーポスト１０４’とバッテリーセルの誘導部片は、レーザ溶接によって溶接されて、電流遮断器２００のアセンブリ全体を完成させ得る。この実施形態では、電流遮断器２００の構造について、主に上記で説明している。

具体的には、単セルの構造、およびバッテリーモジュールにおける単セル間の接続は、従来の技術を使用することによって、実行され得る。ここでは詳細については説明しない。例えば、図１に示すように、隣接する単セル１００は、Ｉ型バッテリー接続部片を使用することによって、接続され得る。

さらに、電流遮断の効果、コスト、および組み立てを考慮して、同じモジュールの複数の単セル１００において、電流遮断器２００を備える単セルの数は、３個以下である必要がある。

さらに、本発明は、さらに電源バッテリーを提供する。電源バッテリーは、封入体と、封入体に収容されたバッテリーモジュールとを含む。バッテリーモジュールは、上述のバッテリーモジュールである。封入体内に、可燃性ガスを検出するためのガス検出装置が配置される。ガス検出装置は、電流遮断器の近くに配置されて、充電／放電保護システムに対して可燃性ガス信号を提供する。さらに、コストおよび効果を考慮して、バッテリーモジュールは、電流遮断器を１つだけ有する必要がある。

電流遮断器を有する単セルについて、上記で説明されている。電流遮断器は、電流遮断器の機械的な構造を使用することによって、安全対策を実施する。本発明では、電気制御によって安全性を改良するために充電／放電保護システムを含む電源バッテリーについて下記にて詳細に説明する。

図７に示すように、本発明は電源バッテリーを提供する。電源バッテリーは、上述の電流遮断器を有する電源バッテリー、または別のタイプの電源バッテリーとし得る。電源バッテリーは、封入体と、封入体に収容された複数の単セル１００とを含む。例えば、複数の単セル１００は、直列または並列に接続されて、バッテリーモジュールを形成し得る。電源バッテリー内の可燃性ガスを検出するためのガス検出装置３００、例えば、ガスセンサーは、封入体内に配置されて、電源バッテリーの充電／放電回路を切り離すかどうかを示す信号を提供する。

電源バッテリー内に設置されたガス検出装置３００を含むことに加えて、電源バッテリーに含まれる充電／放電保護システムは、さらに、制御装置４００および回路スイッチオン／オフ装置を含む。

ガス検出装置３００は、可燃性ガス信号を制御装置４００にフィードバックする。制御装置４００は、可燃性ガス信号に従って、電源バッテリーの充電／放電回路をスイッチオフするために、回路スイッチオン／オフ装置を制御するように構成される。すなわち、本発明の安全性は、封入体内に可燃性ガスがあるかどうかの検出によって実行される自動制御である。バッテリーの過充電などの緊急状態では、可燃性ガスは、バッテリー内で生じる。ガスの一部は、様々な方法で、多かれ少なかれ、封入体の内側部分へ漏れる。この場合、ガス検出装置、例えば、ガスセンサーは、可燃性ガスを検出し、かつそのような情報を制御装置へフィードバックし得る。制御装置は、可燃性ガスが検出されるかどうか、またはある量の検出された可燃性ガスがあるかどうかに従って、電源バッテリーの充電／放電回路を切り離すかどうかを決定する。可燃性ガスが検出されると、またはある量の可燃性ガスが、事前設定された閾値を超えると、回路スイッチオン／オフ装置は、電源バッテリーの充電／放電回路を切り離すように制御されて、電源バッテリーの安全性を保証し得る。

起こり得るリスクをさらに低下させるために、電源バッテリーは、さらに、制御装置４００によって制御されるアラーム装置５００を含む。このようにして、関係者は、音声、フラッシュ、またはサイレンなどのアラーム装置によって、その場所から避難するように指示され得、それにより、起こり得るリスクを低下させる。

図７に示すように、制御装置４００は、電源バッテリーのホストコンピュータ主制御チップ４０１、および主制御チップと信号接続する制御モジュール４０２を含む。制御モジュール４０２は、回路スイッチオン／オフ装置と信号接続している。回路スイッチオン／オフ装置は、制御モジュール４０２によって制御される、充電／放電回路に設置されたリレー４０３とし得、充電／放電回路をスイッチオフする。さらに、アラーム装置５００は、アラーム指令からのアラームを受信するために、ホストコンピュータ制御チップ４０１と直接に信号接続し得る。

具体的な動作プロセスでは、デジタルアナログ変換、サンプル値記憶、および他の処理が、ガスセンサーが取得した信号で実行され得る。さらに、障害検出が、さらに、システムで実行され得る。システムで障害が発生していないとき、ガス濃度処理が、取得された信号でさらに実行されて、可燃性ガスが漏れているかどうかを決定し得る。可燃性ガスの漏れの濃度が閾値を超えるとき、ホストコンピュータ主制御チップ４０１は、電流の遮断およびアラームの動作を実行する。

この実装例では、ガス検出装置は、単セルの外部に配置される。可燃性ガスは、電流遮断器の脆弱部分を引き離すことによって、外部へ排出され得る。すなわち、バッテリーモジュールでは、単セルの少なくとも１つは、単セル内のガス圧の作用下で、充電／放電回路を切り離すための電流遮断器、すなわち、上述の電流遮断器を備える。さらに、電流遮断器は、切り離し状態でケース内のガスを外部へ排出できる。このようにして、封入体内のガス検出装置は、外部へ排出された可燃性ガスを検出できる。この場合、バッテリーの過充電の緊急事態が発生していることを示す。さらに、システムの感度を改善するために、好ましくは、ガス検出装置は電流遮断器の近くに配置されるため、ガス検出装置は、可燃性ガスが放出された後で、タイミング良く、対応する信号を検出し、信号を制御装置へフィードバックし得る。確かに、ガス検出装置はまた、防爆弁の開放後に放出されたガスを検出するように構成され得る。

具体的な実施形態では、ガスを外部へ排出するために、上述の実施形態における電流遮断器は、カバー部材を備える。カバー部材には空気孔２０８が設けられていて、フリップ部材２０２は脆弱部分を備えるため、フリップ部材と導電部材が互いに切り離された後、ケース内のガスが外部へ排出され得る。本明細書のカバー部材は、上述の実施形態のカバーキャップ２１９とし得るため、ガスは、対応する脆弱部分が引き離された後、空気孔２０８を通って外部へ排出され得、パック内に漏れる可燃性ガスが、ガス検出装置を使用することによって、タイミング良く検出され得る。

本発明の特定の好ましい実施形態を、添付図面を参照して、詳細に説明している。しかしながら、本発明は、上述の実施形態における具体的な詳細に限定されない。本発明の技術的思想内で、様々な単純な変形が、本発明の技術的な解決法になされ得る。これらの単純な変形は全て、本発明の保護範囲内に入る。

さらに、上述の具体的な実施形態において説明した具体的な技術的特徴は、矛盾がないときには、いずれかの適切な方法で組み合わせられ得ることに留意されたい。不必要な繰り返しを回避するために、考えられる組み合わせ方法を本発明においてさらに説明することはしない。

さらに、本発明の異なる実施形態は無作為に組み合わせられ得、組み合わせはまた、組み合わせが本発明の思想から逸脱しないという条件で、本発明によって開示された内容として考慮され得る。

Claims (26)

1. ケースと、前記ケースに収容されたバッテリーセルと、前記バッテリーセルに電気的に接続された電極端子と、前記ケースを封入するための蓋板とを含む、単セルであって、前記電極端子は前記蓋板に配置され、前記単セルは、さらに、前記電極端子に電気的に接続された電流遮断器を含み、前記電流遮断器は、前記ケース内のガスと連通しており；
   前記電極端子はバッテリーポストを含み、前記バッテリーポストの一方の端部は、前記蓋板内へ延在し、および他方の端部は、前記バッテリーセルに電気的に接続されており；
   前記電流遮断器は、導電部材と、前記導電部材に電気的に接続されたフリップ部材とを有し、前記フリップ部材と前記導電部材は、空気圧の作用下で、互いに電気的に切り離され得、前記導電部材は、バッテリーポストの外側端部面に接続され、セラミック製リングは、前記フリップ部材の外周面と前記蓋板との間に密接に接続され、前記フリップ部材の前記外周面は、前記セラミック製リングの外側端部面に密接に接続されており；および
   前記バッテリーポストの外周面は、前記セラミック製リングの内側端部面に接続されており、前記バッテリーポストは、前記セラミック製リングを使用することによって、前記フリップ部材の前記外周面から絶縁されている、単セル。
2. 前記バッテリーポストには、前記単セルの前記内側部分と前記電流遮断器とを連通する空気誘導ダクトが設けられている、請求項１に記載の単セル。
3. 前記バッテリーポストの前記外側端部面は、前記蓋板内に設置されている、請求項１に記載の単セル。
4. 前記バッテリーポストは、前記蓋板内へ延在するポールキャップと、前記ポールキャップに接続されかつ前記ケース内へ延在するシリンダーとを含み、前記ポールキャップの周面において、前記バッテリーポストの半径方向において、伸長部分が外向きに延在し、前記伸長部分の端部部分は、前記セラミック製リングの前記内側端部面に接続され、前記セラミック製リングの前記内側端部面は前記蓋板内へ延在する、請求項１に記載の単セル。
5. 前記蓋板には貫通孔が設けられていて、そこに前記バッテリーポストが挿入され；および前記貫通孔の孔径は、前記ポールキャップの直径と前記セラミック製リングの直径との和よりも大きい、請求項４に記載の単セル。
6. 前記伸長部分には、前記単セルの前記内側部分と前記電流遮断器とを連通する空気誘導孔が設けられている、請求項４に記載の単セル。
7. 前記バッテリーポストの前記外側端部面には収容孔が設けられていて、前記導電部材の外周面は、前記収容孔の内壁に対して固定される、請求項１に記載の単セル。
8. 前記バッテリーポストには、前記単セルの前記内側部分と前記電流遮断器とを連通する空気誘導ダクトが設けられていて、前記空気誘導ダクトは、前記収容孔と前記単セルの前記内側部分とを連通する空気誘導孔を含む、請求項７に記載の単セル。
9. 前記セラミック製リングの前記内側端部面は移行部材に密接に接続され、前記移行部材は前記蓋板に密接に接続され、前記移行部材は前記バッテリーポストから絶縁されている、請求項１に記載の単セル。
10. 前記セラミック製リングの前記内側端部面から前記ケースの前記内側部分へ絶縁突起が延在し、前記バッテリーポストの外側端部にある前記外周面は、前記絶縁突起を使用することによって、前記移行部材から絶縁されている、請求項９に記載の単セル。
11. 前記移行部材は、前記ケースの前記内側部分の方へ延在する溝と、前記溝からそれぞれ前記蓋板および前記セラミック製リングの方向へ延在する第１の接続部分および第２の接続部分とを有し、前記第１の接続部分は前記蓋板に接続され、前記第２の接続部分は前記セラミック製リングの前記内側端部面に接続されている、請求項９に記載の単セル。
12. 前記蓋板には貫通孔が設けられていて、そこを前記バッテリーポストが貫通し、前記貫通孔の端部面は階段構造であり、前記移行部材の前記第１の接続部分は、前記階段構造に組み込まれ、かつそれを支持する、請求項１１に記載の単セル。
13. 前記蓋板および前記移行部材の内面の下に第１の絶縁部材が配置される、請求項９に記載の単セル。
14. 前記バッテリーポストの内面の下に第２の絶縁部材が配置され、前記第２の絶縁部材は、前記第１の絶縁部材と嵌合接続している、請求項１３に記載の単セル。
15. 前記セラミック製リングの前記外側端部面は、内側リングおよび外側リングを有する段付き構造に形成され、前記フリップ部材の前記外周面は、前記内側リングと組み込み接続している、請求項１に記載の単セル。
16. 前記セラミック製リングの前記外側端部面は導電リングに密接に接続され、前記フリップ部材の前記外周面は前記導電リングに密接に接続され、前記バッテリーポストは、前記セラミック製リングを使用することによって、前記導電リングから絶縁されている、請求項１に記載の単セル。
17. 前記セラミック製リングの前記外側端部面は、内側リングおよび外側リングを有する段付き構造に形成され、前記導電リングは、前記内側リングに設置された導電性接続部分と、前記外側リングに接続された突出縁とを含む、請求項１６に記載の単セル。
18. 前記電流遮断器は、さらに、カバーキャップを含み、前記カバーキャップおよび前記フリップ部材は、前記導電性接続部分に密接に接続され、前記カバーキャップには空気孔がある、請求項１に記載の単セル。
19. 前記フリップ部材は第１のシート様構造に形成され、前記第１のシート様構造には接続孔が設けられていて、前記導電部材は第２のシート様構造に形成され、前記第２のシート様構造はボスを備え、前記ボスは前記接続孔を貫通し、前記ボスと前記接続孔は円周溶接されている、請求項１に記載の単セル。
20. 前記導電部材は、前記ケースの前記内側部分の方へ突出する曲げ構造を備え、前記曲げ構造は、前記フリップ部材に接続するための接続点を取り囲んで配置されている、請求項１に記載の単セル。
21. 前記曲げ構造の高さは、前記導電部材の厚さの５〜１０倍である、請求項２０に記載の単セル。
22. 前記曲げ構造の曲げ角度は５°〜１５°である、請求項２０に記載の単セル。
23. 請求項１〜２２のいずれか１項に記載の単セルを備える、バッテリーモジュール。
24. 請求項２３に記載のバッテリーモジュールを備える、バッテリーパック。
25. さらに、前記封入体内に設置されかつ可燃性ガスを検出するように構成されたガス検出装置を備える、請求項２４に記載のバッテリーパック。
26. 請求項２４または２５に記載のバッテリーパックを備える、電気自動車。

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