JP2021507452A - 電池システム及び電気自動車 - Google Patents

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Abstract

本発明は、電池システム及び電気自動車に関し、電池システムは、少なくとも１つの直列回路を含み、直列回路に少なくとも１つの第１の電池パックが配置され、第１の電池パックは少なくとも２つの並列接続された第１の単電池を含み、電流遮断装置が第１の単電池に配置され、電流遮断装置は、第１の単電池に異常が発生したときに、第１の単電池の内部電流を遮断する。

Description

本開示は、電池の分野に関し、電池システム及び電気自動車に関する。
（関連出願の相互参照）
本願は、ビーワイディー カンパニー リミテッドが２０１７年１２月１３日に提出した、発明の名称「電池システム及び電気自動車」の中国特許出願第「２０１７１１３３２８７３．２」の優先権を主張するものであり、その全ての内容は参照により本願に組み込まれるものとする。
電池は、エネルギー貯蔵ユニットとして、各業種にいずれも重要な作用を有しており、例えば、複数の単電池からなる電池システムが、新エネルギー自動車等の分野で広く用いられている。電池システムは、一般的に直列回路を含み、直列回路に直列接続された複数の単電池が設けられて充放電の動作を実現する。しかしながら、電池システムの充電中に、単電池の過充電等の異常による電池の爆発が発生しやすい。
この問題を解決するために、関連技術において、一般的に直列回路の対応する単電池に電流遮断装置を設けることにより、直列回路に単電池の過充電等の異常が発生した場合、電流遮断装置が作動するようにトリガーして単電池の内部電流を遮断して、単電池への保護を実現する。しかしながら、電流遮断装置が異常に作動する場合、直列回路全体が遮断されることをもたらす。
本発明は、電流遮断装置の異常作動による直列回路の切断のリスクを解決するために、電池システム及び電気自動車を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、電流遮断装置が設けられた少なくとも２つの並列接続された第１の単電池を含む少なくとも１つの第１の電池パックが設けられた少なくとも１つの直列回路を含み、前記第１の単電池における電流遮断装置が、前記単電池に異常が発生したときに、前記第１の単電池の内部電流を遮断する、電池システムを提供する。
いくつかの実施例では、前記直列回路は、前記第１の電池パックに直列接続された第２の電池パックをさらに含み、前記第２の電池パックは、前記電流遮断装置が設けられない複数の第２の単電池を含む。
いくつかの実施例では、前記第１の単電池は、互いに電気的に接続されたセルと電極端子とを含み、前記電極端子は、前記セルに電気的に接続された内側電極端子と、外側電極端子とを含み、前記内側電極端子と前記外側電極端子とは、前記電流遮断装置によって電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記電流遮断装置は、前記内側電極端子に電気的に接続された切り込み部材と、それぞれ前記切り込み部材と前記外側電極端子とに電気的に接続されるとともに、前記第１の単電池の内部ガスと連通する反転部材とを含む。
いくつかの実施例では、前記切り込み部材は、切り込みが形成された切り込み領域と、反転部材に電気的に接続するための第１の溶接領域と、内側電極端子に電気的に接続するための第２の溶接領域とを含み、前記反転部材は、気圧作用下で動作して前記切り込みを引き裂くことができ、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられ、かつ前記第１の溶接領域、第２の溶接領域のうちの少なくとも１つは、前記切り込みとは異なる面に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込みは、第１の溶接領域及び第２の溶接領域と異なる面に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み部材は、前記切り込み領域から突出するボスを含み、前記第１の溶接領域は、前記ボスに形成され、前記切り込みは、前記切り込み領域に形成されるとともに、前記ボスの周囲に設けられる。
いくつかの実施例では、前記第１の溶接領域は、前記ボスの上表面によって形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、該上表面の外周縁に環状の溶接点が設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み領域の外周縁に前記ボスと同じ方向に突出する環状壁が形成され、前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ前記ボスの上縁部と高さが同じであり、該環状壁の外壁は、前記内側電極端子に電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記第２の溶接領域、前記切り込み領域、前記第１の溶接領域は、径方向に沿って外から内へ順に配置されているとともに、外から内に前記反転部材に徐々に近づく段差構造に形成され、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み領域の外周縁に前記ボスとは逆方向に突出する環状壁が形成され、前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、前記第２の溶接領域の外周縁に環状の溶接点が形成される。
いくつかの実施例では、前記ボスの側壁と前記環状壁は、それぞれ前記切り込み領域に垂直である。
いくつかの実施例では、前記第１の溶接領域、前記切り込み領域及び前記第２の溶接領域は、それぞれ環状構造に形成される。
いくつかの実施例では、前記反転部材には、前記切り込み部材に電気的に接続するための第１の接続領域と前記外側電極端子に電気的に接続するための第２の接続領域とが形成され、さらに前記第１の接続領域と前記第２の接続領域との間に設けられ、かつ前記第１の接続領域の周囲に設けられる変形緩衝領域が形成される。
いくつかの実施例では、前記反転部材は、円錐台に形成されたシート状構造であり、該円錐台の小端は前記第１の接続領域として形成され、大端は前記切り込み部材から離れて前記第２の接続領域として形成される。
いくつかの実施例では、前記変形緩衝領域は、前記第１の接続領域を囲む環状溝構造に形成される。
いくつかの実施例では、前記環状溝構造の径方向断面は、円弧状又は角型である。
本開示は、本開示の電池システムを含む電気自動車をさらに提供する。
上記技術手段によれば、直列回路には、電流遮断装置が設けられた少なくとも２つの並列接続された第１の単電池を含む少なくとも１つの第１の電池パックが設けられることにより、ある電流遮断装置が異常に作動して直列回路全体を断電させるリスクを低減できて、該電池システムに基づく外部制御システムは、十分な時間で関連処理を行うことができる。
本開示の他の特徴及び利点を以下の具体的な実施形態部分に詳細に説明する。
図面は、本開示のさらなる理解を提供し、かつ本明細書の一部を構成するものであり、以下の具体的な実施形態とともに本開示を説明するものであり、本開示を限定するものではない。図面において、
本開示の例示的な実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、直列回路が正常動作状態である。 本開示の一実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、直列回路が遮断状態である。 本開示の一実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、電流遮断装置が異常に作動する。 本発明の第１の実施形態に係る電流遮断装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電流遮断装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態に基づいて提供された切り込み部材の立体構造概略図である。 本発明の第１の実施形態に基づいて提供された反転部材の立体構造概略図である。
以下、図面を参照しながら本開示の具体的な実施形態を詳細に説明する。理解すべきことは、ここで記述した具体的な実施形態が本開示を説明し解釈するためのものにすぎず、本発明を限定するものではないことである。
本開示において、逆に説明しない場合に、使用される「上、下、左、右」のような方位詞は、一般的には対応する図面の図面方向を基準として定義され、「内、外」とは、対応する部材輪郭の内と外を意味する。
図１〜３は、本開示の一実施形態に係る電池システムの構造概略図である。図１〜３に示すように、該電池システムは、電流遮断装置が設けられた少なくとも２つの並列接続された第１の単電池２１を含む少なくとも１つの第１の電池パック２０が設けられた少なくとも１つの直列回路１０を含む。第１の単電池２１における電流遮断装置は、該第１の単電池２１に異常が発生したときに、第１の単電池２１の内部電流を遮断する。
本開示の実施例では、単電池に異常が発生した場合は、例えば、単電池に過充電が発生するなどの危険な状態、使用中の単電池の短絡による熱暴走などを含む。
本開示の各実施形態では、第１の単電池２１は、任意の適切な構造を有してもよい。いくつかの実施例では、第１の単電池２１は、セルと、セルに電気的に接続された電極端子とを含み、電極端子は、電流の入出力に用いられる。電流遮断装置は、電極端子に設けられてもよい。前記第１の単電池２１が通常状態にある場合、電流遮断装置は作動せず、このときに第１の単電池２１の内部が導通状態にあり、すなわち、セルと電極端子との電気的な接続が正常であり、電極端子を介して電流の入出力を正常に行うことができ、前記第１の単電池２１が異常状態にある場合、例えば、単電池２１に過充電が発生したときに、電流遮断装置が作動して、セルと電極端子との電気的な接続が切断されることにより、直列回路全体の電流が遮断されて、電池のさらなる熱暴走による爆発を防止する。
また、動力電池の分野において、電池容量に対する需要が大きいことが考えられるため、直列回路１０には、電流遮断装置が設けられない複数の第２の単電池３１を含む第２の電池パック３０が設けられてもよく、複数の第２の単電池３１の間は、直列接続されるか、又は並列接続されるか、又は直並列接続され、図１〜図３においてｎ−１個の第２の単電池３１のみが直列接続されることを例とする。また、第２の単電池３１は、セルと、セルに電気的に接続された電極端子とを含んでもよい。関連する実施例では、第２の電池パック３０と第１の電池パック２０とは直列接続されて動力電池全体を構成し、第２の電池パック３０は、電流遮断装置が設けられない第２の単電池３１で構成され、動力電池のエネルギー貯蔵素子であり、第１の電池パック２０は、電流遮断装置が設けられた第１の単電池２１で構成され、動力電池のエネルギー貯蔵素子であるだけでなく、極端な状況下で回路全体のオンオフを制御する安全構造設計である。第２の電池パック３０において、第２の単電池３１は、第２の電池パック３０を直列に構成してもよいし、第２の電池パック３０を並列又は直並列に構成してもよい。
図１に示すように、前記第１の単電池２１が正常動作状態にある場合、第１の単電池２１に設けられた電流遮断装置は作動せず、第１の単電池（単電池Ｃｎ（ａ）及びＣｎ（ｂ））の内部が導通状態にあり、すなわち、セルと電極端子との電気的な接続が正常であり、電極端子を介して電流の入出力を正常に行うことができ、このとき、直列回路１０の全体が正常動作状態にあり、全ての単電池に対する充放電動作を行うことができる。
図２に示すように、電池システムにおけるいずれか又はいくつかの電池に異常が発生して第１の単電池２１に設けられた電流遮断装置が作動するようにトリガーして、電流遮断装置が設けられた第１の単電池（単電池Ｃｎ（ａ）及びＣｎ（ｂ））の内部が遮断状態にあり、直列回路全体の電流が遮断されて、電流のさらなる熱暴走を防止する。
図３に示すように、第１の電池パック２０のうちのいずれかの第１の単電池２１上の電流遮断装置（単電池Ｃｎ（ｂ）上の電流遮断装置）が誤って作動する場合、該第１の単電池Ｃｎ（ｂ）のセルと電極端子との電気的な接続が切断されて、該第１の単電池の電流出力が遮断されるが、これに並列接続された他の第１の単電池２１Ｃｎ（ａ）は、依然として正常動作状態にあり、直列回路１０の全体は、動作状態を保持し続けることができ、容量のみが小さくなる。これにより、電流遮断装置が誤って作動して直列回路全体を断電させるリスクを低減できて、該電池システムに基づく外部制御システムは、十分な時間で関連処理を行うことができる。
理解すべきこととして、図１〜図３において、電池システムが２つの並列接続された第１の単電池２１を含む１つの第１の電池パック２０が設けられた１つの直列回路を含むことを例として、電流遮断装置の異常作動による電池システムの断電の確率をさらに低減するために、第１の電池パックに並列接続された第１の単電池を追加し、かつ追加された第１の単電池にいずれも電流遮断装置を設け、さらに直列回路に第１の電池パックを追加するか、又は電池システム全体に直列回路を追加するなどしてもよい。
本開示の各実施形態では、電流遮断装置は、気圧を感知する機械的構造であってもよく、いくつかの実施例では、電流遮断装置は、単電池の内部ガスと連通し、かつ気圧の作用下で単電池の内部電流を遮断することができる。いくつかの実施例では、内部の部材接続を切断して電流の伝達を遮断することにより、単電池の充放電をタイムリーに遮断することができる。利用される気圧供給源は、以下のとおりである。単電池は過充電等の異常状態にある場合、単電池の内部にガスが発生してケース内部の気圧が上昇するか、又は単電池は使用中に異常が発生して温度が上昇する場合、単電池の内部の気圧が上昇することにより、電流遮断装置を駆動する気圧動力が発生する。
図４及び図５に示す実施形態を例とし、第１の単電池２１は、セルと、内側電極端子２１３及び外側電極端子２１４を含む電極端子とを含み、内側電極端子２１３は、セルに電気的に接続され、内側電極端子２１３と外側電極端子２１４とは電流遮断装置によって電気的に接続され、電流遮断装置は、内側電極端子２１３と外側電極端子２１４との電気的な接続のオンオフを制御して電極端子の電流入力及び電流出力を制御することにより、第１の単電池に異常が発生した場合に直列回路全体への保護を実現する。
さらに、該電流遮断装置は、内側電極端子２１３に電気的に接続された切り込み部材２２１と、それぞれ該切り込み部材２２１と外側電極端子２１４に電気的に接続された反転部材２２２とを含み、反転部材２２２は、単電池２１の内部気体と連通して気圧の作用下で反転することにより、切り込み部材２２１との電気的な接続を遮断することができる。本開示の実施形態では、両者のうち少なくとも一方の自体を切断し、例えば、対応する部材に脆弱な切り込みを加工して自体構造の切断を実現することにより、電気的な接続の切断を実現することができ、いくつかの実施例では、切り込み部材２２１に切り込み２２３が形成されてもよい。すなわち、内部の気圧の作用下で、反転部材２２２の反転動作によって切り込み２２３を引き裂き両者の電気的な接続の切断を実現することにより、電流の伝達を切断するという目的を達成することができる。
例えば動力電池の分野では、通過する電流が大きいことが考えられるため、切り込み部材２２１と反転部材２２２との溶接構造の安定を保証し、大電流による溶接構造の溶断を回避する必要がある。このように、切り込み部材２２１に切り込み２２３を設け、すなわち対応する部分に他の領域よりも強度が小さい脆弱部を加工することにより、切り込み部材２２１と反転部材２２２の完全な切断を完了することができ、切り込みが一般的には切り込み部材と反転部材との溶接領域の周囲に設けられて、両者の完全な切断を保証する。
以下に図４及び図５を参照しながら本開示の２つの実施形態に係る電流遮断装置の切り込み部材２２１及び反転部材２２２を説明する。
第１の実施形態では、図４に示すように、本開示の前記電流遮断装置は、切り込み部材２２１及び反転部材２２２を含み、前記切り込み部材２２１は、切り込み２２３が形成された切り込み領域２２５と、反転部材２２２に電気的に接続するための第１の溶接領域２２４と、内側電極端子２１３に電気的に接続するための第２の溶接領域２３１とを含み、反転部材２２２は、気圧作用下で動作して切り込み２２３を引き裂くことにより切り込み部材２２１との電気的な接続を切断することができ、反転部材２２２が切り込み２２１を引き裂いた後、反転部材２２２と第２の溶接領域２３１との電気的な接続が切断され、さらに内側電極端子２１３との電気的な接続が切断され、切り込み２２３は、第１の溶接領域２２４の周囲に設けられ、第１の溶接領域２２４を囲む環状であってもよく、かつ第１の溶接領域２２４、第２の溶接領域２３１のうちの少なくとも１つは切り込み２２３と異なる面に設けられる。すなわち、切り込み２２３の所在する平面と第１の溶接領域２２４及び第２の溶接領域２３１のうちの少なくとも１つとは一平面上に位置せず、このように反転部材２２２からの外力による切り込み部材２２１上の切り込み２２３への機械的な衝撃を効果的に解消し、かつ溶接領域２２４の溶接応力による切り込み２２３の所在する領域への熱影響を解消することができる。本開示の電流遮断装置の信頼性を向上させる。第１の溶接領域２２４の周囲での切り込み２２３は、単電池の内部気圧の作用下で切断されてもよく、このとき、反転部材２２２と切り込み部材２２１との電気的な接続を全体的に切断することにより電流遮断の作用を果たす。
いくつかの実施例では、図４、図５及び図６に示すように、切り込み２２３は同時に第１の溶接領域２２４及び第２の溶接領域２３１と異なる面に設けられ、いくつかの実施例では、第２の溶接領域２３１、切り込み領域２２５、第１の溶接領域２２４は、径方向に沿って外から内へ順に配置されているとともに、外から内に反転部材２２２に徐々に近づく段差構造に形成され、第２の溶接領域２３１も切り込み領域２２５と異なる面に設けられ、かつ三者で構成された段差構造は、緩衝作用を有し、２つの溶接領域の溶接応力による切り込み２２３への熱影響を回避し、かつ内側電極端子の方向からの外力を緩衝することができることにより、電流遮断装置の信頼性をさらに向上させる。
いくつかの実施例では、本願の２つの実施形態では、図４及び図５に示すように、切り込み部材２２１は、切り込み領域２２５と、該切り込み領域２２５から突出するボス２２６とを含み、前記第１の溶接領域２２４は、ボスに形成され、切り込み２２３は、切り込み領域２２５に形成されるとともに、ボス２２６の周囲に設けられる。これにより、両者の所在する領域が異なる面に設けられることを実現し、いくつかの実施例では、第１の溶接領域２２４は、ボス２２６の上表面によって形成され、かつ切り込み領域２２５と平行であり、該上表面の外周縁に環状の溶接点が設けられる。これに対応して、反転部材２２２には、該ボス２２６を収容する接続孔として形成されてもよく、かつ切り込み部材２２１に電気的に接続するための第１の接続領域２２７と、外側電極端子２１４に電気的に接続するための第２の接続領域２２８とが形成される。これにより、環状の溶接領域によりボス２２６の外周縁と接続孔の内壁側壁とを強固に溶接する。ボス２２６は、円柱状構造であってもよく、さらに円柱状構造の軸方向に貫通孔構造を有してもよく、他の実施形態では、さらに様々な突起又は窪み構造により、両者の領域が異なる面に設けられることを実現することができる。
さらに、図４に示すように、第１の実施形態では、単電池の内側電極端子２１３に電気的に接続するために、一般的には内側電極端子２１３の先端に収容溝を設け、そのため、切り込み領域２２５の外周縁にボス２２６と同方向に突出する環状壁２２９が形成され、環状壁２２９の上縁部とボス２２６の上縁部とは高さが同じであり、かつ該環状壁２２９の外壁の上縁部が単電池の内側電極端子２１３に電気的に接続されて第２の溶接領域を形成し、内側電極端子２１３の収容溝の溝壁形状に合わせて環状の溶接領域で溶接され、また、このような実施形態では、切り込み部材２２１は、内側電極端子２１３の収容溝に完全に収容されてもよく、構造が安定する。
第２の実施形態では、さらに、図５に示すように、内側電極端子２１３に依然として収容溝が設けられるが、切り込み部材２２１のボス２２６は、該収容溝から突出し、いくつかの実施例では、切り込み領域２２５の外周縁にボス２２６とは逆方向に突出する環状壁２２９が形成され、第２の溶接領域２３１は、環状壁２２９の外周縁に形成され、かつ切り込み領域２２５と平行であることにより、切り込み部材２２１は上記段差構造に形成され、第２の溶接領域２３１の外周縁に電池の内側電極端子２１３に電気的に接続された環状の溶接点が形成され、いくつかの実施例では、第２の溶接領域２３１の下表面が収容溝の底壁に配置され、外周縁と収容溝の側壁とが環状の溶接点により溶接されてもよく、構造が同様に安定する。すなわち、第２の実施形態では、第１の溶接領域２２４、切り込み領域２２５及び第２の溶接領域２３１はいずれも異なる面に設けられる。
また、第２の実施形態では、図５に示すように、ボス２２６の側壁と環状壁２２９は、それぞれ切り込み領域２２５に垂直であり、他の実施形態では、さらに一定の角度を有し、例えばＺ字形の段差を形成してもよい。第１の溶接領域２２４、切り込み領域２２５及び第２の溶接領域２３１は、それぞれ環状構造であってもよく、すなわち第１の溶接領域２２４は、中心孔を有し、他の実施形態では、第１の溶接領域２２４は、中心孔を有しなくてもよい。
以上、２つの実施形態に係る電流遮断装置における切り込み部材２２１について説明しており、以下、２つの実施形態に係る電流遮断装置における反転部材２２２について説明する。
図４、図５及び図７に示すように、本願の電流遮断装置における反転部材２２２には、切り込み部材２２１に電気的に接続するための第１の接続領域２２７と電池の外側電極端子２１４に電気的に接続するための第２の接続領域２２８とが形成され、さらに第１の接続領域２２７と第２の接続領域２２８との間に設けられ、かつ第１の接続領域２２７の周囲に設けられる変形緩衝領域２３３が形成される。変形緩衝領域とは、外力作用下で該領域が反転部材２２２自体、第１の接続領域２２７、第２の接続領域２２８及び切り込み部材２２１自体よりも先に変形することができる領域を指し、該外力を緩衝し、さらに第１の接続領域２２７及び切り込み部材２２１上の切り込み２２３に対する外力の衝撃を緩和して、電流遮断装置２２の信頼性を向上させる。
本開示の２つの実施形態では、反転部材２２２は、円錐台に形成されたシート状構造であり、該円錐台の小端は第１の接続領域２２７として形成され、大端は切り込み部材２２１から離れて第２の接続領域２２８として形成される。該円錐台状構造により、２つの接続領域を異なる面に設けることができ、かつ反転部材２２２が力を受けるときに上向きに反転するスペースを提供して、切り込み２２３を引き裂くことができる。他の可能な実施形態では、反転部材２２２は、さらに弾性を有する平面部材等であってもよい。
図４及び図５に示すように、本開示における変形緩衝領域２３３は、第１の接続領域２２７を囲む環状溝構造に形成される。このように、外力作用下で、環状溝の溝壁の間の相対運動により変形緩衝の作用を実現することができる。他の可能な実施形態では、変形緩衝領域２３３は、さらに変形チャンバなどの構造又は弾性材料により実現されてもよい。
図４及び図７に示すように、第１の実施形態では、環状溝構造の径方向断面は、円弧状であり、例えば、外側電極端子２１４に向かって突出した半円形状である。このように、第２の接続領域２２８からの外力は、円弧状の溝壁の変形によって吸収されて、第１の接続領域２２７及び切り込み部材２２１への衝撃を減少させることができる。
図５に示すように、第２の実施形態では、環状溝構造の径方向断面は、さらに角型であってもよく、このように、角型の両辺が２つの溝壁であり、同様に外力作用下で変形することができる。いくつかの実施例では、第２の実施形態では、切り込み部材２２１のボス２２６は、内側電極端子２１３の収容溝に突出し、このとき、スペースを節約するために、該角型の環状溝が切り込み部材２２１に向かって突出し、かつ溝底がボスの一側に形成されるように設計することができ、このように、反転部材２２２全体は、Ｚ字状に形成され、外力に対する緩衝を実現することができる。
図４及び図５に示すように、本開示の２つの実施形態では、反転部材２２２を正常に動作させることができるために、外側電極端子２２２は、キャップ構造に形成され、かつ反転部材２２２の動作時に気体を排出するための貫通孔２３５が形成されることにより、気圧の作用下で反転部材の動作に影響を与えることを回避する。
本開示の第１の単電池は、セルが収容されたケースと、ケースを封止するカバープレートアセンブリとをさらに含み、内側電極端子がセルに電気的に接続され、反転部材がケースの内部ガスと連通し、前記カバープレートアセンブリは、カバープレートと、該カバープレートの内側に位置する内側電極端子２１３と、該カバープレートの外側に位置する外側電極端子２１４とを含み、内側電極端子２１３と外側電極端子２１４とが上記電流遮断装置によって電気的に接続され、外側電極端子２１４が反転部材２２２に電気的に接続され、切り込み部材２２１が内側電極端子２１３に電気的に接続される。
内側電極端子２１３と、セルに電気的に接続されたインナーリードとが溶接され、いくつかの実施例では、インナーリードに溶接孔を形成することができ、内側電極端子２１３は、柱状構造に形成され、かつ溶接孔に嵌め込まれてインナーリードと溶接される。カバープレートが帯電することを回避するために、カバープレートとインナーリードとの間にカバープレート絶縁部材が設けられ、内側電極端子は、隙間を有して該カバープレート絶縁部材を貫通して切り込み部材と溶接することができ、また、密封性を保証するために、支持環をさらに含み、支持環の下端がカバープレートに溶接され、セラミックを材料として選択して、電流遮断装置とカバープレートとの絶縁を保証することができ、カバープレートに孔路が形成されて、電流遮断装置の取り付けに役立つ。また、電池内部のガスが反転部材２２２に作用できることを保証するために、インナーリードに気孔が形成されることにより、ガスは該気孔により反転部材２２２に作用することができる。
電池システムは、電流遮断装置が設けられた少なくとも２つの並列接続された第１の単電池を含む少なくとも１つの第１の電池パックが設けられた少なくとも１つの直列回路を含み、前記第１の単電池における電流遮断装置は、前記第１の単電池に異常が発生したときに、前記第１の単電池の内部電流を遮断する。
いくつかの実施例では、前記直列回路は、前記第１の電池パックに直列接続された第２の電池パックをさらに含み、前記第２の電池パックは、前記電流遮断装置が設けられない複数の第２の単電池を含み、少なくとも１つの前記第２の単電池に異常が発生したときに、前記第１の電池パックにおける各前記第１の単電池の電流遮断装置は、前記直列回路を遮断するように作動する。
いくつかの実施例では、前記第１の単電池は、互いに電気的に接続されたセルと電極端子とを含み、前記電極端子は、前記セルに電気的に接続された内側電極端子と、外側電極端子とを含み、前記内側電極端子と前記外側電極端子とは、前記電流遮断装置によって電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記電流遮断装置は、前記内側電極端子に電気的に接続された切り込み部材と、それぞれ前記切り込み部材と前記外側電極端子とに電気的に接続されるとともに、前記第１の単電池の内部ガスと連通する反転部材とを含む。
いくつかの実施例では、前記切り込み部材は、切り込みが形成された切り込み領域と、前記反転部材に電気的に接続するための第１の溶接領域と、前記内側電極端子に電気的に接続するための第２の溶接領域とを含み、前記反転部材は、気圧作用下で動作して前記切り込みを引き裂き、かつ切り込みを引き裂いた後に内側電極端子との電気的な接続を切断することができ、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられ、かつ前記第１の溶接領域、第２の溶接領域のうちの少なくとも１つは、前記切り込みとは異なる面に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込みは第１の溶接領域及び第２の溶接領域と異なる面に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み部材は、前記切り込み領域から突出するボスを含み、前記第１の溶接領域は、前記ボスに形成され、前記切り込みは、前記切り込み領域に形成されるとともに、前記ボスの周囲に設けられる。
いくつかの実施例では、前記第１の溶接領域は、前記ボスの上表面によって形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、該上表面の外周縁に環状の溶接点が設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み領域の外周縁に前記ボスと同じ方向に突出する環状壁が形成され、前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ前記ボスの上縁部と高さが同じであり、該環状壁の外壁は、前記内側電極端子に電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記第２の溶接領域、前記切り込み領域、前記第１の溶接領域は、径方向に沿って外から内へ順に配置されているとともに、外から内に前記反転部材に徐々に近づく段差構造に形成され、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み領域の外周縁に前記ボスとは逆方向に突出する環状壁が形成され、前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、前記第２の溶接領域の外周縁に環状の溶接点が形成される。
いくつかの実施例では、前記ボスの側壁と前記環状壁は、それぞれ前記切り込み領域に垂直である。
いくつかの実施例では、前記第１の溶接領域、前記切り込み領域及び前記第２の溶接領域は、それぞれ環状構造に形成される。
いくつかの実施例では、前記反転部材には、前記切り込み部材に電気的に接続するための第１の接続領域と前記外側電極端子に電気的に接続するための第２の接続領域とが形成され、さらに前記第１の接続領域と前記第２の接続領域との間に設けられ、かつ前記第１の接続領域の周囲に設けられる変形緩衝領域が形成される。
いくつかの実施例では、前記反転部材は、円錐台状に形成されたシート状構造であり、該円錐台状の小端は前記第１の接続領域として形成され、大端は前記切り込み部材から離れて前記第２の接続領域として形成される。
いくつかの実施例では、前記変形緩衝領域は、前記第１の接続領域を囲む環状溝構造に形成される。
それに応じて、本開示は、上記のような電池システムを含む電気自動車をさらに提供する。
以上、図面を参照しながら本開示のいくつかの実施形態を詳細に説明したが、本開示は、上記実施形態の具体的な内容に限定されるものではなく、本開示の技術的思想の範囲内に、本開示の技術手段に対して複数の簡単な変更を行うことができ、これらの簡単な変更がいずれも本開示の保護範囲に属する。
また、説明すべきところとして、上記具体的な実施形態に説明された各具体的な技術的特徴は、矛盾しない場合に、いずれの適当な方式によって組み合わせることができる。不要な重複を回避するために、本開示は、可能なあらゆる組み合わせ方式を別途に説明しない。
また、本開示の様々な実施形態は、任意に組み合わせることができ、本開示の思想を逸脱しない限り、本開示に開示されている内容に属すべきである。
本開示は、電池の分野に関し、電池システム及び電気自動車に関する。
（関連出願の相互参照）
本願は、ビーワイディー カンパニー リミテッドが２０１７年１２月１３日に提出した、発明の名称「電池システム及び電気自動車」の中国特許出願第「２０１７１１３３２８７３．２」の優先権を主張するものであり、その全ての内容は参照により本願に組み込まれるものとする。
電池は、エネルギー貯蔵ユニットとして、各業種にいずれも重要な作用を有しており、例えば、複数の単電池からなる電池システムが、新エネルギー自動車等の分野で広く用いられている。電池システムは、一般的に直列回路を含み、直列回路に直列接続された複数の単電池が設けられて充放電の動作を実現する。しかしながら、電池システムの充電中に、単電池の過充電等の異常による電池の爆発が発生しやすい。
この問題を解決するために、関連技術において、一般的に直列回路の対応する単電池に電流遮断器を設けることにより、直列回路に単電池の過充電等の異常が発生した場合、電流遮断器が作動するようにトリガーして単電池の内部電流を遮断して、単電池への保護を実現する。しかしながら、電流遮断器が異常に作動する場合、直列回路全体が遮断されることをもたらす。
本発明は、電流遮断器の異常作動による直列回路の切断のリスクを解決するために、電池システム及び電気自動車を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つの直列回路を含み、直列回路は、少なくとも１つの第１の電池パックを含み、、少なくとも１つの第１の電池パックは、少なくとも２つの並列接続された第１の単電池と、電流遮断器とを含み、電流遮断器は、第１の単電池に配置され、第１の単電池に異常が発生したときに、第１の単電池の内部電流を遮断する、電池システムを提供する。
本開示は、本開示の電池システムを含む電気自動車をさらに提供する。
上記技術手段によれば、直列回路には、電流遮断器が設けられた少なくとも２つの並列接続された第１の単電池を含む少なくとも１つの第１の電池パックが設けられることにより、ある電流遮断器が異常に作動して直列回路全体を断電させるリスクを低減できて、該電池システムに基づく外部制御システムは、十分な時間で関連処理を行うことができる。
本開示の他の特徴及び利点を以下の具体的な実施形態部分に詳細に説明する。
図面は、本開示のさらなる理解を提供し、かつ本明細書の一部を構成するものであり、以下の具体的な実施形態とともに本開示を説明するものであり、本開示を限定するものではない。図面において、
本開示の例示的な実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、直列回路が正常動作状態である。 本開示の一実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、直列回路が遮断状態である。 本開示の一実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、電流遮断器が異常に作動する。 本発明の第１の実施形態に係る電流遮断器の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電流遮断器の断面図である。 本発明の第２の実施形態に基づいて提供された切り込み部材の立体構造概略図である。 本発明の第１の実施形態に基づいて提供された反転部材の立体構造概略図である。
以下、図面を参照しながら本開示の具体的な実施形態を詳細に説明する。理解すべきことは、ここで記述した具体的な実施形態が本開示を説明し解釈するためのものにすぎず、本発明を限定するものではないことである。
本開示において、逆に説明しない場合に、使用される「上、下、左、右」のような方位詞は、一般的には対応する図面の図面方向を基準として定義され、「内、外」とは、対応する部材輪郭の内と外を意味する。
図１〜３は、本開示の一実施形態に係る電池システムの構造概略図である。図１〜３に示すように、電池システムは、少なくとも１つの直列回路１０を含み、直列回路１０は、少なくとも１つの第１の電池パック２０を含み、少なくとも１つの第１の電池パック２０は、並列に配置された少なくとも２つの第１の単電池２１を含み、電池システムは、さらに、電流遮断器を含む。第１の単電池２１の電流遮断器は、第１の単電池２１に異常が発生したときに、第１の単電池２１の内部電流を遮断する。
本開示においては、単電池に異常が発生した場合は、例えば、単電池に過充電が発生するなどの危険な状態、使用中の単電池の短絡による熱暴走などを含む。
本開示においては、第１の単電池２１は、任意の適切な構造を有してもよい。いくつかの実施例では、第１の単電池２１は、セルと、セルに電気的に接続された電極端子とを含み、電極端子は、電流の入出力に用いられる。電流遮断器は、電極端子に設けられてもよい。前記第１の単電池２１が通常状態にある場合、電流遮断器は作動せず、このときに第１の単電池２１の内部が導通状態にあり、すなわち、セルと電極端子との電気的な接続が正常であり、電極端子を介して電流の入出力を正常に行うことができ、前記第１の単電池２１が異常状態にある場合、例えば、単電池２１に過充電が発生したときに、電流遮断器が作動して、セルと電極端子との電気的な接続が切断されることにより、直列回路全体の電流が遮断されて、電池のさらなる熱暴走による爆発を防止する。
また、動力電池の分野において、電池容量に対する需要が大きいことが考えられるため、直列回路１０には、電流遮断器を有さない複数の第２の単電池３１を含む第２の電池パック３０が設けられてもよく、複数の第２の単電池３１の間は、直列接続されるか、又は並列接続されるか、又は直並列接続され、図１〜図３においてｎ−１個の第２の単電池３１のみが直列接続されることを例とする。また、第２の単電池３１は、セルと、セルに電気的に接続された電極端子とを含んでもよい。関連する実施例では、第２の電池パック３０と第１の電池パック２０とは直列接続されて動力電池全体を構成し、第２の電池パック３０は、電流遮断器が設けられない第２の単電池３１で構成され、動力電池のエネルギー貯蔵素子であり、第１の電池パック２０は、電流遮断器が設けられた第１の単電池２１で構成され、動力電池のエネルギー貯蔵素子であるだけでなく、極端な状況下で回路全体のオンオフを制御する安全構造設計である。第２の電池パック３０において、第２の単電池３１は、第２の電池パック３０を直列に構成してもよいし、第２の電池パック３０を並列又は直並列に構成してもよい。
いくつかの実施形態においては、図１に示すように、前記第１の単電池２１が正常動作状態にある場合、第１の単電池２１に設けられた電流遮断器は作動せず、第１の単電池（単電池Ｃｎ（ａ）及びＣｎ（ｂ））の内部が導通状態にあり、すなわち、セルと電極端子との電気的な接続が正常であり、電極端子を介して電流の入出力を正常に行うことができ、このとき、直列回路１０の全体が正常動作状態にあり、全ての単電池に対する充放電動作を行うことができる。
いくつかの実施形態においては、図２に示すように、電池システムにおけるいずれか又はいくつかの電池に異常が発生して第１の単電池２１に設けられた電流遮断器が作動するようにトリガーして、電流遮断器が設けられた第１の単電池（単電池Ｃｎ（ａ）及びＣｎ（ｂ））の内部が遮断状態にあり、直列回路全体の電流が遮断されて、電流のさらなる熱暴走を防止する。
いくつかの実施形態においては、図３に示すように、第１の電池パック２０のうちのいずれかの第１の単電池２１上の電流遮断器（単電池Ｃｎ（ｂ）上の電流遮断器）が誤って作動する場合、該第１の単電池Ｃｎ（ｂ）のセルと電極端子との電気的な接続が切断されて、該第１の単電池の電流出力が遮断されるが、これに並列接続された他の第１の単電池２１Ｃｎ（ａ）は、依然として正常動作状態にあり、直列回路１０の全体は、動作状態を保持し続けることができ、容量のみが小さくなる。これにより、電流遮断器が誤って作動して直列回路全体を断電させるリスクを低減できて、該電池システムに基づく外部制御システムは、十分な時間で関連処理を行うことができる。
理解すべきこととして、図１〜図３において、電池システムが２つの並列接続された第１の単電池２１を含む１つの第１の電池パック２０が設けられた１つの直列回路を含むことを例として、電流遮断器の異常作動による電池システムの断電の確率をさらに低減するために、第１の電池パックに並列接続された第１の単電池を追加し、かつ追加された第１の単電池にいずれも電流遮断器を設け、さらに直列回路に第１の電池パックを追加するか、又は電池システム全体に直列回路を追加するなどしてもよい。
いくつかの実施形態においては、電流遮断器は、気圧を感知する機械的構造であってもよく、いくつかの実施例では、電流遮断器は、単電池の内部ガスと連通し、かつ気圧の作用下で単電池の内部電流を遮断することができる。いくつかの実施例では、内部の部材接続を切断して電流の伝達を遮断することにより、単電池の充放電をタイムリーに遮断することができる。利用される気圧供給源は、以下のとおりである。単電池は過充電等の異常状態にある場合、単電池の内部にガスが発生してケース内部の気圧が上昇するか、又は単電池は使用中に異常が発生して温度が上昇する場合、単電池の内部の気圧が上昇することにより、電流遮断器を駆動する気圧動力が発生する。
いくつかの実施形態においては、図４及び図５に示すように、第１の単電池２１は、セルと、内側電極端子２１３及び外側電極端子２１４を含む電極端子とを含み、内側電極端子２１３は、セルに電気的に接続され、内側電極端子２１３と外側電極端子２１４とは電流遮断器によって電気的に接続され、電流遮断器は、内側電極端子２１３と外側電極端子２１４との電気的な接続のオンオフを制御して電極端子の電流入力及び電流出力を制御することにより、第１の単電池に異常が発生した場合に直列回路全体への保護を実現する。
いくつかの実施形態においては、電流遮断器は、切り込み部材２２１と、反転部材２２２とを含む。切り込み部材２２１は、内側電極端子２１３に電気的に接続されており、反転部材２２２は、それぞれ切り込み部材２２１と外側電極端子２１４に電気的に接続されている。反転部材２２２は、単電池２１の内部気体と連通して気圧の作用下で反転することにより、切り込み部材２２１との電気的な接続を遮断することができる。本開示の実施形態では、反転部材２２２および切り込み部材２２１のうち少なくとも一方を非接続にし得る。例えば、対応する部分に切り込みノッチを形成することによって、電気的な接続を切断することができる。いくつかの実施形態においては、切り込みノッチ２２３が切り込み部材２２１に配置されていてもよい。すなわち、内部の気圧の作用下で、反転部材２２２が反転することによって、切り込みノッチ２２３が破壊され、反転部材が、切り込み部材との電気的な接続を切断され、その結果、電流の伝達が切断される。
例えば動力電池の分野では、通過する電流が大きいことが考えられるため、切り込み部材２２１と反転部材２２２との溶接構造の安定を保証し、大電流による溶接構造の溶断を回避する必要がある。このように、切り込み部材２２１に切り込みノッチ２２３を設け、すなわち対応する部分に他の領域よりも強度が小さい脆弱部を加工することにより、切り込み部材２２１と反転部材２２２の完全な切断を完了することができ、切り込みが一般的には切り込み部材と反転部材との溶接領域の周囲に設けられて、両者の完全な切断を保証する。
以下に図４及び図５を参照しながら本開示のいくつかの実施形態に係る電流遮断器の切り込み部材２２１及び反転部材２２２を説明する。
第１の実施形態では、図４に示すように、本開示の前記電流遮断器は、切り込み部材２２１及び反転部材２２２を含み、前記切り込み部材２２１は、切り込みノッチ２２３が形成された切り込み領域２２５と、反転部材２２２に電気的に接続するための第１の溶接領域２２４と、内側電極端子２１３に電気的に接続するための第２の溶接領域２３１とを含み、反転部材２２２は、気圧作用下で動作して切り込みノッチ２２３を引き裂くことにより切り込み部材２２１との電気的な接続を切断することができ、反転部材２２２が切り込みノッチ２２３を引き裂いた後、反転部材２２２と第２の溶接領域２３１との電気的な接続が切断され、さらに内側電極端子２１３との電気的な接続が切断され、切り込みノッチ２２３は、第１の溶接領域２２４の周囲に設けられ、第１の溶接領域２２４を囲む環状であってもよく、かつ第１の溶接領域２２４、第２の溶接領域２３１のうちの少なくとも１つは切り込みノッチ２２３と異なる面に設けられる。すなわち、切り込みノッチ２２３の所在する平面と第１の溶接領域２２４及び第２の溶接領域２３１のうちの少なくとも１つとは一平面上に位置せず、このように反転部材２２２からの外力による切り込み部材２２１上の切り込みノッチ２２３への機械的な衝撃を効果的に解消し、かつ溶接領域２２４の溶接応力による切り込みノッチ２２３の所在する領域への熱影響を解消することができる。本開示の電流遮断器の信頼性を向上させる。第１の溶接領域２２４の周囲での切り込みノッチ２２３は、単電池の内部気圧の作用下で切断されてもよく、このとき、反転部材２２２と切り込み部材２２１との電気的な接続を全体的に切断することにより電流遮断の作用を果たす。
いくつかの実施形態では、図４、図５及び図６に示すように、切り込みノッチ２２３は同時に第１の溶接領域２２４及び第２の溶接領域２３１と異なる面に設けられ、いくつかの実施例では、第２の溶接領域２３１、切り込み領域２２５、第１の溶接領域２２４は、径方向に沿って外から内へ順に配置されているとともに、外から内に反転部材２２２に徐々に近づく段差構造に形成され、第２の溶接領域２３１も切り込み領域２２５と異なる面に設けられ、かつ三者で構成された段差構造は、緩衝作用を有し、２つの溶接領域の溶接応力による切り込みノッチ２２３への熱影響を回避し、かつ内側電極端子の方向からの外力を緩衝することができることにより、電流遮断器の信頼性をさらに向上させる。
いくつかの実施形態では、図４及び図５に示すように、切り込み部材２２１は、切り込み領域２２５と、該切り込み領域２２５から突出するボス２２６とを含み、前記第１の溶接領域２２４は、ボスに形成され、切り込みノッチ２２３は、切り込み領域２２５に形成されるとともに、ボス２２６の周囲に設けられる。これにより、両者の所在する領域が異なる面に設けられることを実現し、いくつかの実施例では、第１の溶接領域２２４は、ボス２２６の上表面によって形成され、かつ切り込み領域２２５と平行であり、該上表面の外周縁に環状の溶接点が設けられる。これに対応して、反転部材２２２には、該ボス２２６を収容する接続孔として形成されてもよく、かつ切り込み部材２２１に電気的に接続するための第１の接続領域２２７と、外側電極端子２１４に電気的に接続するための第２の接続領域２２８とが形成される。これにより、環状の溶接領域によりボス２２６の外周縁と接続孔の内壁側壁とを強固に溶接する。ボス２２６は、円柱状構造であってもよく、さらに円柱状構造の軸方向に貫通孔構造を有してもよく、他の実施形態では、さらに様々な突起又は窪み構造により、両者の領域が異なる面に設けられることを実現することができる。
さらに、図４に示すように、第１の実施形態では、単電池の内側電極端子２１３に電気的に接続するために、一般的には内側電極端子２１３の先端に収容溝を設け、そのため、切り込み領域２２５の外周縁にボス２２６と同方向に突出する環状壁２２９が形成され、環状壁２２９の上縁部とボス２２６の上縁部とは高さが同じであり、かつ該環状壁２２９の外壁の上縁部が単電池の内側電極端子２１３に電気的に接続されて第２の溶接領域を形成し、内側電極端子２１３の収容溝の溝壁形状に合わせて環状の溶接領域で溶接され、また、このような実施形態では、切り込み部材２２１は、内側電極端子２１３の収容溝に完全に収容されてもよく、構造が安定する。
いくつかの実施形態では、さらに、図５に示すように、内側電極端子２１３に依然として収容溝が設けられるが、切り込み部材２２１のボス２２６は、該収容溝から突出し、いくつかの実施例では、切り込み領域２２５の外周縁にボス２２６とは逆方向に突出する環状壁２２９が形成され、第２の溶接領域２３１は、環状壁２２９の外周縁に形成され、かつ切り込み領域２２５と平行であることにより、切り込み部材２２１は上記段差構造に形成され、第２の溶接領域２３１の外周縁に電池の内側電極端子２１３に電気的に接続された環状の溶接点が形成され、いくつかの実施例では、第２の溶接領域２３１の下表面が収容溝の底壁に配置され、外周縁と収容溝の側壁とが環状の溶接点により溶接されてもよく、構造が同様に安定する。すなわち、第２の実施形態では、第１の溶接領域２２４、切り込み領域２２５及び第２の溶接領域２３１はいずれも異なる面に設けられる。
また、第２の実施形態では、図５に示すように、ボス２２６の側壁と環状壁２２９は、それぞれ切り込み領域２２５に垂直であり、他の実施形態では、さらに一定の角度を有し、例えばＺ字形の段差を形成してもよい。第１の溶接領域２２４、切り込み領域２２５及び第２の溶接領域２３１は、それぞれ環状構造であってもよく、すなわち第１の溶接領域２２４は、中心孔を有し、他の実施形態では、第１の溶接領域２２４は、中心孔を有しなくてもよい。
以上、いくつかの実施形態に係る電流遮断器における切り込み部材２２１について説明しており、以下、いくつかの実施形態に係る電流遮断器における反転部材２２２について説明する。
図４、図５及び図７に示すように、本願の電流遮断器における反転部材２２２には、切り込み部材２２１に電気的に接続するための第１の接続領域２２７と電池の外側電極端子２１４に電気的に接続するための第２の接続領域２２８とが形成され、さらに第１の接続領域２２７と第２の接続領域２２８との間に設けられ、かつ第１の接続領域２２７の周囲に設けられる変形緩衝領域２３３が形成される。変形緩衝領域とは、外力作用下で該領域が反転部材２２２自体、第１の接続領域２２７、第２の接続領域２２８及び切り込み部材２２１自体よりも先に変形することができる領域を指し、該外力を緩衝し、さらに第１の接続領域２２７及び切り込み部材２２１上の切り込みノッチ２２３に対する外力の衝撃を緩和して、電流遮断器２２の信頼性を向上させる。
本開示のいくつかの実施形態では、反転部材２２２は、円錐台に形成されたシート状構造であり、該円錐台の小端は第１の接続領域２２７として形成され、大端は切り込み部材２２１から離れて第２の接続領域２２８として形成される。該円錐台状構造により、２つの接続領域を異なる面に設けることができ、かつ反転部材２２２が力を受けるときに上向きに反転するスペースを提供して、切り込みノッチ２２３を引き裂くことができる。他の可能な実施形態では、反転部材２２２は、さらに弾性を有する平面部材等であってもよい。
図４及び図５に示すように、本開示における変形緩衝領域２３３は、第１の接続領域２２７を囲む環状溝構造に形成される。このように、外力作用下で、環状溝の溝壁の間の相対運動により変形緩衝の作用を実現することができる。他の可能な実施形態では、変形緩衝領域２３３は、さらに変形チャンバなどの構造又は弾性材料により実現されてもよい。
図４及び図７に示すように、第１の実施形態では、環状溝構造の径方向断面は、円弧状であり、例えば、外側電極端子２１４に向かって突出した半円形状である。このように、第２の接続領域２２８からの外力は、円弧状の溝壁の変形によって吸収されて、第１の接続領域２２７及び切り込み部材２２１への衝撃を減少させることができる。
図５に示すように、第２の実施形態では、環状溝構造の径方向断面は、さらに角型であってもよく、このように、角型の両辺が２つの溝壁であり、同様に外力作用下で変形することができる。いくつかの実施例では、第２の実施形態では、切り込み部材２２１のボス２２６は、内側電極端子２１３の収容溝に突出し、このとき、スペースを節約するために、該角型の環状溝が切り込み部材２２１に向かって突出し、かつ溝底がボスの一側に形成されるように設計することができ、このように、反転部材２２２全体は、Ｚ字状に形成され、外力に対する緩衝を実現することができる。
図４及び図５に示すように、本開示のいくつかの実施形態では、反転部材２２２を正常に動作させることができるために、外側電極端子２１４は、キャップ構造に形成され、かつ反転部材２２２の動作時に気体を排出するための貫通孔２３５が形成されることにより、気圧の作用下で反転部材の動作に影響を与えることを回避する。
本開示の第１の単電池は、セルが収容されたケースと、ケースを封止するカバープレートアセンブリとをさらに含み、内側電極端子がセルに電気的に接続され、反転部材がケースの内部ガスと連通し、前記カバープレートアセンブリは、カバープレートと、該カバープレートの内側に位置する内側電極端子２１３と、該カバープレートの外側に位置する外側電極端子２１４とを含み、内側電極端子２１３と外側電極端子２１４とが上記電流遮断器によって電気的に接続され、外側電極端子２１４が反転部材２２２に電気的に接続され、切り込み部材２２１が内側電極端子２１３に電気的に接続される。
内側電極端子２１３と、セルに電気的に接続されたインナーリードとが溶接され、いくつかの実施例では、インナーリードに溶接孔を形成することができ、内側電極端子２１３は、柱状構造に形成され、かつ溶接孔に嵌め込まれてインナーリードと溶接される。カバープレートが帯電することを回避するために、カバープレートとインナーリードとの間にカバープレート絶縁部材が設けられ、内側電極端子は、隙間を有して該カバープレート絶縁部材を貫通して切り込み部材と溶接することができ、また、密封性を保証するために、支持環をさらに含み、支持環の下端がカバープレートに溶接され、セラミックを材料として選択して、電流遮断器とカバープレートとの絶縁を保証することができ、カバープレートに孔路が形成されて、電流遮断器の取り付けに役立つ。また、電池内部のガスが反転部材２２２に作用できることを保証するために、インナーリードに気孔が形成されることにより、ガスは該気孔により反転部材２２２に作用することができる。
電池システムは、電流遮断器が設けられた少なくとも２つの並列接続された第１の単電池を含む少なくとも１つの第１の電池パックが設けられた少なくとも１つの直列回路を含み、前記第１の単電池における電流遮断器は、前記第１の単電池に異常が発生したときに、前記第１の単電池の内部電流を遮断する。
いくつかの実施例では、前記直列回路は、前記第１の電池パックに直列接続された第２の電池パックをさらに含み、前記第２の電池パックは、前記電流遮断器が設けられない複数の第２の単電池を含み、少なくとも１つの前記第２の単電池に異常が発生したときに、前記第１の電池パックにおける各前記第１の単電池の電流遮断器は、前記直列回路を遮断するように作動する。
いくつかの実施例では、前記第１の単電池は、互いに電気的に接続されたセルと電極端子とを含み、前記電極端子は、前記セルに電気的に接続された内側電極端子と、外側電極端子とを含み、前記内側電極端子と前記外側電極端子とは、前記電流遮断器によって電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記電流遮断器は、前記内側電極端子に電気的に接続された切り込み部材と、それぞれ前記切り込み部材と前記外側電極端子とに電気的に接続されるとともに、前記第１の単電池の内部ガスと連通する反転部材とを含む。
いくつかの実施例では、前記切り込み部材は、切り込みが形成された切り込み領域と、前記反転部材に電気的に接続するための第１の溶接領域と、前記内側電極端子に電気的に接続するための第２の溶接領域とを含み、前記反転部材は、気圧作用下で動作して前記切り込みを引き裂き、かつ切り込みを引き裂いた後に内側電極端子との電気的な接続を切断することができ、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられ、かつ前記第１の溶接領域、第２の溶接領域のうちの少なくとも１つは、前記切り込みとは異なる面に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込みは第１の溶接領域及び第２の溶接領域と異なる面に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み部材は、前記切り込み領域から突出するボスを含み、前記第１の溶接領域は、前記ボスに形成され、前記切り込みは、前記切り込み領域に形成されるとともに、前記ボスの周囲に設けられる。
いくつかの実施例では、前記第１の溶接領域は、前記ボスの上表面によって形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、該上表面の外周縁に環状の溶接点が設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み領域の外周縁に前記ボスと同じ方向に突出する環状壁が形成され、前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ前記ボスの上縁部と高さが同じであり、該環状壁の外壁は、前記内側電極端子に電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記第２の溶接領域、前記切り込み領域、前記第１の溶接領域は、径方向に沿って外から内へ順に配置されているとともに、外から内に前記反転部材に徐々に近づく段差構造に形成され、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み領域の外周縁に前記ボスとは逆方向に突出する環状壁が形成され、前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、前記第２の溶接領域の外周縁に環状の溶接点が形成される。
いくつかの実施例では、前記ボスの側壁と前記環状壁は、それぞれ前記切り込み領域に垂直である。
いくつかの実施例では、前記第１の溶接領域、前記切り込み領域及び前記第２の溶接領域は、それぞれ環状構造に形成される。
いくつかの実施例では、前記反転部材には、前記切り込み部材に電気的に接続するための第１の接続領域と前記外側電極端子に電気的に接続するための第２の接続領域とが形成され、さらに前記第１の接続領域と前記第２の接続領域との間に設けられ、かつ前記第１の接続領域の周囲に設けられる変形緩衝領域が形成される。
いくつかの実施例では、前記反転部材は、円錐台状に形成されたシート状構造であり、該円錐台状の小端は前記第１の接続領域として形成され、大端は前記切り込み部材から離れて前記第２の接続領域として形成される。
いくつかの実施例では、前記変形緩衝領域は、前記第１の接続領域を囲む環状溝構造に形成される。
それに応じて、本開示は、上記のような電池システムを含む電気自動車をさらに提供する。
以上、図面を参照しながら本開示のいくつかの実施形態を詳細に説明したが、本開示は、上記実施形態の具体的な内容に限定されるものではなく、本開示の技術的思想の範囲内に、本開示の技術手段に対して複数の簡単な変更を行うことができ、これらの簡単な変更がいずれも本開示の保護範囲に属する。
また、説明すべきところとして、上記具体的な実施形態に説明された各具体的な技術的特徴は、矛盾しない場合に、いずれの適当な方式によって組み合わせることができる。不要な重複を回避するために、本開示は、可能なあらゆる組み合わせ方式を別途に説明しない。
また、本開示の様々な実施形態は、任意に組み合わせることができ、本開示の思想を逸脱しない限り、本開示に開示されている内容に属すべきである。

Claims (18)

  1. 少なくとも１つの直列回路を含み、
    前記少なくとも1つの直列回路に、少なくとも1つの第1電池パックが配置されており、
    前記少なくとも1つの第1電池パックは、並列に接続された、少なくとも2つの第１の単電池を含み、
    電流遮断装置が前記第１の単電池に配置されており、
    前記第１の単電池における電流遮断装置は、前記第１の単電池に異常が発生したときに、前記第１の単電池の内部電流を遮断する、
    電池システム。
  2. 前記直列回路は、前記第１の電池パックに直列接続された第２の電池パックをさらに含み、
    前記第２の電池パックは、前記電流遮断装置が配置されていない複数の第２の単電池を含む、
    請求項１に記載の電池システム。
  3. 前記第１の単電池は、互いに電気的に接続されたセルと電極端子とを含み、前記電極端子は、前記セルに電気的に接続された内側電極端子と、外側電極端子とを含み、前記内側電極端子と前記外側電極端子とは、前記電流遮断装置によって電気的に接続されている、
    請求項１又は２に記載の電池システム。
  4. 前記電流遮断装置は、
    前記内側電極端子に電気的に接続された切り込み部材と、
    それぞれ前記切り込み部材と前記外側電極端子とに電気的に接続されるとともに、前記第１の単電池の内部ガスと連通する反転部材とを含む、
    請求項３に記載の電池システム。
  5. 前記切り込み部材は、切り込みが形成された切り込み領域と、前記反転部材に電気的に接続されている第１の溶接領域と、前記内側電極端子に電気的に接続されている第２の溶接領域とを含み、
    前記反転部材は、気圧作用下で動作して前記切り込みを引き裂くことができ、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に配置され、かつ、
    前記第１の溶接領域、第２の溶接領域のうちの少なくとも１つは、前記切り込みが配置されている面とは異なる面に配置されている、
    請求項４に記載の電池システム。
  6. 前記切り込みは、前記第１の溶接領域および前記第２の溶接領域が配置されている面と異なる面に配置されている、
    請求項５に記載の電池システム。
  7. 前記切り込み部材は、前記切り込み領域から突出するボスを含み、
    前記第１の溶接領域は、前記ボスに形成され、
    前記切り込みは、前記切り込み領域に形成されるとともに、前記ボスの周囲に配置される、
    請求項６に記載の電池システム。
  8. 前記第１の溶接領域は、前記ボスの上表面によって形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、該上表面の外周縁に環状の溶接点が設けられることを特徴とする、
    請求項７に記載の電池システム。
  9. 前記切り込み領域の外周縁に、前記ボスと同じ方向に突出する環状壁が形成され、
    前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ、前記ボスの上縁部と高さが同じであり、前記環状壁の外壁は、前記内側電極端子に電気的に接続されている、
    請求項８に記載の電池システム。
  10. 前記第２の溶接領域、前記切り込み領域、前記第１の溶接領域は、径方向に沿って外から内へ順に配置されているとともに、外から内に前記反転部材に徐々に近づく段差構造に形成され、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられている、
    請求項５〜８のいずれか１項に記載の電池システム。
  11. 前記切り込み領域の外周縁に、前記ボスとは逆方向に突出する環状壁が形成され、
    前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ、前記切り込み領域と平行であり、
    前記第２の溶接領域の外周縁に環状の溶接点が形成されている、
    請求項１０に記載の電池システム。
  12. 前記ボスの側壁と前記環状壁は、それぞれ前記切り込み領域に垂直である、
    請求項１１に記載の電池システム。
  13. 前記第１の溶接領域、前記切り込み領域、および、前記第２の溶接領域は、それぞれ環状構造を形成している、
    請求項５〜１２のいずれか１項に記載の電池システム。
  14. 前記反転部材には、前記切り込み部材に電気的に接続する第１の接続領域と、前記外側電極端子に電気的に接続する第２の接続領域とが、形成され、
    さらに、前記第１の接続領域と前記第２の接続領域との間で、かつ、前記第１の接続領域の周囲に、変形緩衝領域が形成されている、
    請求項４〜１３のいずれか１項に記載の電池システム。
  15. 前記反転部材は、円錐台に形成されたシート構造であり、前記円錐台の小さい側の端は前記第１の接続領域として形成され、前記円錐台の大きい側の端は前記切り込み部材から離れて前記第２の接続領域を形成している、
    請求項１４に記載の電池システム。
  16. 前記変形緩衝領域は、前記第１の接続領域を囲む環状溝構造を形成する、
    請求項１４又は１５に記載の電池システム。
  17. 前記環状溝構造の径方向断面は、円弧状または角型である、
    請求項１６に記載の電池システム。
  18. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の電池システムを含む、
    電気自動車。
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