JP2021530841A - バッテリ安全ベント組立体 - Google Patents

Abstract

上部周囲クランプ状形状を有するバッテリケースのためのバッテリ安全ベント組立体が開示される。組立体は、正極キャップと、正極キャップのディスク要素の下で延在する安全ベントディスクと、バッテリケースのクランプ状形状にぴったりと適合し、正極キャップ及び安全ベントディスクを支持するガスケット絶縁体と、ガスケット絶縁体の下側凹部領域に埋め込まれた回路中断装置とを有する。回路中断装置は、安全ベントディスクから下方に突出するボタンに結合されている。ガス放出路、開口、及び組立体の部分間のインタフェースは、バッテリケース内部のガス圧が圧力の所定の閾限界を超えたときに、安全ベントディスクの弱化線により、ガスをバッテリケースから安全に出することができるように配置されている。

Description

本発明は、バッテリの設計に関し、より詳細には、バッテリ安全ベント組立体に関する。本開示において、用語「バッテリ」又は「電気バッテリ」が、簡単にするために使用されるが、一般に、円筒形状であるがそれに限定されない、用語「セル」又は「電気セル」と置き換え可能である。

電気バッテリの安全性は、特に、電気自動車に関して、多くのバッテリがバッテリパックに集められるとき、考慮すべき重要な側面である。穴あけ又は他の損傷は、安全のために制限されなければならない爆発又は火事を引き起こすことがある。

電気伝導及びシーリングを保証するが、安全な使用も保証する装置を有するようなバッテリを提供することが望ましい。これは通常、バッテリカバー組立体の設計を通して実現される。しかし、既存のカバー組立体は複雑である。既存のカバー組立体は、過剰なエネルギ伝達のために、溶接プロセス中、損傷する傾向がある。既存のカバー組立体は一般に、損傷したときに、バッテリ反応から生じるガスの放出を限定する、制限された通過部分を有する。カバー組立体の接触抵抗は、多くの場合、ランダムで、高すぎる。

本発明の目的は、構造が簡単で、コスト競争力が高く、安全信頼性が高く、効率的であるバッテリ安全ベント組立体を提供することである。

本発明のある態様により、上部周囲クランプ状形状を有するバッテリケースのためのバッテリ安全ベント組立体が提供され、バッテリ安全ベント組立体は、
ディスク要素とディスク要素から上方に突出する先端要素とを有する正極キャップであって、先端要素が、互いに離間した側開口を画定し、ガス出口を形成する周壁を有し、ディスク要素が下方に突出するフランジを有する、正極キャップと、
正極キャップのディスク要素の下で延在する安全ベントディスクであって、正極キャップのディスク要素のフランジに対して適合する周縁部と、正極キャップの先端要素の下で延在し、バッテリケース内部のガス圧が圧力の所定の閾限界を超えたときの、ガスの通過のためのガス放出開口を形成する弱化線の配列と、下方に突出する中央ボタンとを有する安全ベントディスクと、
バッテリケースのクランプ状形状にぴったりとはめ込まれ、正極キャップのディスク要素のフランジと安全ベントディスクの周縁部とを受け入れる内向きのスロットを画定する周辺部と、中央開口と安全ベントディスクと接触する上部横向き肩部を有する下方に突出するＵ字溝とを画定する内側部とを有するガスケット絶縁体であって、肩部とバッテリ安全ベント組立体の中央垂直軸に対して最も内側のＵ字溝の側壁とが下側凹部領域を形成する、ガスケット絶縁体と、
下側凹部領域に適合するディスク状形状を有する回路中断装置であって、ガスケット絶縁体の中央開口と連通する垂直貫通穴を有し、安全ベントディスクのボタンに結合されている、回路中断装置と、
回路中断装置から下方に突出する正極タブと
を備える。

よって、本発明の広義の実施形態において、バッテリ安全ベント組立体は、正極キャップ、安全ベントディスク、ガスケット絶縁体、及び回路中断装置などの４つの主要部を備えてもよい。

好ましい実施形態の詳細説明は、以下の図面を参照して本明細書の以下で与えられる。

本発明によるバッテリ安全ベント組立体の分解図である。 本発明によるバッテリ安全ベント組立体の断面図である。

図１を参照すると、本発明によるバッテリ安全ベント組立体は、上蓋又は正極キャップ２と、安全ベントディスク４と、ガスケット絶縁体６と、回路中断装置（ＣＩＤ）８とを有する。バッテリ安全ベント組立体は、図２に示されるように、バッテリケース１０の上部周囲クランプ状形状に圧着装着されてもよい。

ある実施形態において、正極キャップ２は、ディスク要素１４から上方に突出する先端要素１２を有する。先端要素１２は、互いに離間した複数の、好ましくは３つの側開口１５を画定する周壁１３を有し、そのため、そのサイズが十分に適切であり、好ましくは、先端要素１２の円周に分配され、ガス出口を形成する。ディスク要素１４は、たとえば、曲げ加工によって作られる、下方に突出するフランジ１６を有する。図２に示されるように、フランジ１６は有利なことには、バッテリケース１０のクランプ状形状にぴったりとはめ込まれ、バッテリケース１０のクランプ状形状によって支持されるガスケット絶縁体６の周辺部１８によって画定される内向きのスロット９内部で、安全ベントディスク４に対して把持する。この配置は、工場での組立てが容易であり、正極キャップ２と安全ベントディスク４との間の低インピーダンスの維持に貢献する。フランジ１６は、バッテリの漏洩の防止に貢献する正極キャップ２とガスケット絶縁体６との間の接触面も形成する。正極キャップ２と安全ベントディスク４との接触面は、汎用の溶接の代わりに、複数の溶接点、たとえば１０点を含む、他の配置の溶接と比較してより良好な電気伝導率のためのレーザ溶接プロセスによって溶接されてもよい。また、安全ベントディスク４との正極キャップ２の提案された配置は、バッテリの正極タブ２０が溶接されるとき、正極タブ２０が超音波溶接プロセスのエネルギを組立体に伝えることができる支持点であるため、場合によっては、バッテリ漏洩を引き起こす、超音波溶接プロセスのエネルギによる安全ベントディスク４の損傷の回避に貢献するという点で有利である。たとえば、先端要素１２の上面に対する抵抗溶接のために、正極キャップ２は好ましくは、鉄メッキされたニッケル材料から作られる。

組み立てられると、安全ベントディスク４は、図２に示されるように、正極キャップ２の下で、正極キャップ２と接触して延在する。ある実施形態において、安全ベントディスク４は、正極キャップ２のディスク要素１４のフランジ１６に対して適合し、バッテリ漏洩を防止するためにガスケット絶縁体６に対する接触面を提供する周縁部１７を有する。接触面は、エネルギを安全ベントディスク４上に蓄積させる代わりに、超音波溶接のエネルギを正極キャップ２に分散させることが特に意図されたインタフェース２２を有してもよい。

図２を参照すると、安全ベントディスク４は好ましくは、ガスケット絶縁体６の最も内側の肩部３７のスロットに差し込み、ＣＩＤ８への溶接のための支持要素を形成する下方に突出するパウチ壁２４を有する。場合によってはアルミニウムから作られる正極タブ２０が、ＣＩＤ８に対して溶接されるとき、その場合、超音波エネルギは、壁２４を通って安全ベントディスク４に伝達されてもよいが、それは、場合によっては、安全ベントディスク４を傷つける結果となる、ＣＩＤ８と安全ベントディスク４の下方に突出する中央ボタン２８とのインタフェース２６、及び、場合によっては、ボタン２８と安全ベントディスク４の略ワッシャ状部分４２とのインタフェース３０を通る代わりに行われる。安全ベントディスク４は好ましくは、純アルミニウムから打ち抜かれ、正極キャップ２の先端要素１２の下で延在し、バッテリ内部のガス圧が圧力の所定の閾制限を超えている間の、ガスの通過のためのガス放出開口を形成する（図１に示されるような）弱化線３１の配列を有する。弱化線３１の配列は、互いに離間して円形に分布された外側の一連の弱化線と、円形に分布された弱化線から内側に向けられたＸ字型を形成する弱化線と、安全ベントディスク４の中央ボタン２８に近くて、Ｘ字型を形成する弱化線と協働する内側の八角形の一連の弱化線とを形成してもよい。安全ベントディスク４のボタン２８及びＣＩＤ８は、好ましくはレーザ溶接され、安全ベントディスク４の上方への移動によって引き裂き可能であるインタフェース２６を有する。バッテリ内部のガス圧が所定の閾値を超えた場合、ガスは開口３２を通過し、それによって、安全ベントディスク４を上方へ押し、最終的に、インタフェース２６を引き裂き、自動的にバッテリ機能を停止し、保護を実現する。

ガスケット絶縁体６の主目的は、バッテリの電解液が安全ベント組立体を通して漏洩することを防止するシーリングガスケットを形成することである。ガスケット絶縁体６は、可能性のある外部の水分がバッテリに入ることも防止する。ある実施形態において、ガスケット絶縁体６は、中央開口４０と、安全ベントディスク４と接触する上部横向き肩部３５、３７を有する下方に突出するＵ字溝３３とを画定する内側部を有する。Ｕ字溝３３は、安全ベントディスク４の下に環状空間３４を提供する。肩部３７と安全ベント組立体の中央垂直軸に対して最も内側のＵ字溝３３の側壁とが、ＣＩＤ８をぴったりと堅固にクランプ状に受け入れるための下側凹部領域を形成する。ガスケット絶縁体６は好ましくは、ガスケット絶縁体６の下面３６が底部ディスク８に加えられる超音波溶接エネルギの衝撃を吸収できるように、プラスチック射出材料から作られる。ある実施形態において、特に内面３８を画定する内側部のガスケット絶縁体６の厚さは、溶接されたインタフェース２６を破壊し、インタフェース２６を通るガス圧流の結果として安全ベントディスク４のボタン２８を押し上げるための最低限のガス放出路４０を維持するために、ＣＩＤ８が上昇して、安全ベントディスク４と接触することができないような厚さである。

ある実施形態において、ＣＩＤ８は、ガスケット絶縁体６の下側凹部領域にぴったりと適合するディスク状形状を有する。ＣＩＤ８は、図１に最もよく示されているように、好ましくは円周方向に分配された複数の垂直貫通穴３２を有し、その複数の垂直貫通穴３２は、バッテリ内部の発生する可能性のあるガスを安全ベントディスク４に対する空間４０に到達させるために、ガスケット絶縁体６の中央開口と連通している。ＣＩＤ８は好ましくは、アルミニウム合金から作られ、溶接されたインタフェース２６をバッテリによって発生したガスに破壊させるために損なわれる、変形を防止する適切な程度の剛性を提供する。剛性は、正極のアルミニウムタブ２０をＣＩＤ８の底面に溶接するときに可能性のある圧力及び機械的振動による望ましくない結果も防止する。底部ディスク８とガスケット絶縁体６との間のインタフェースにより、溶接エネルギを表面３６及びインタフェース２２を通して正極キャップ２に分散させることが可能になる。ＣＩＤ８は、所望のガス圧でのインタフェース２６の破壊を促進する上側凹部表面４４を有してもよい。

本発明によるバッテリ安全ベント組立体は、バッテリカバーの組立体の複雑さを低減させるために、多くの利点を有する。それは、いくつかの機能をガスケット絶縁体６によって形成される一体構造に一体化している。ガスケット絶縁体６は、バッテリのカソードとアノードとの間の電気的絶縁、巻線（図には示されていない）とカソードとの間の電気的絶縁、溶接プロセス中のエネルギの分散、及び、安全ベントディスク４によって形成された安全弁が開いた場合のガス放出を提供する。組立体は有利なことには、４つの部分のみから作ることができる。安全ベントディスク４をバッテリのカソードと圧着することにより、安定性、及び、バッテリカバーの内部抵抗の低減がもたらされる。

本発明の実施形態は、添付図面に示されて、上で説明されたが、本発明を逸脱しない範囲でその中で修正が行われてもよいことは当業者には明らかであろう。

Claims (21)

1. 上部周囲クランプ状形状を有するバッテリケースのためのバッテリ安全ベント組立体において、
   ディスク要素と前記ディスク要素から上方に突出する先端要素とを有する正極キャップであって、前記先端要素が、互いに離間した側開口を画定し、ガス出口を形成する周壁を有し、前記ディスク要素が下方に突出するフランジを有する、正極キャップと、
   前記正極キャップの前記ディスク要素の下で延在する安全ベントディスクであって、前記正極キャップの前記ディスク要素の前記フランジに対して適合する周縁部と、前記正極キャップの前記先端要素の下で延在し、前記バッテリケース内部のガス圧が圧力の所定の閾限界を超えたときの、ガスの通過のためのガス放出開口を形成する弱化線の配列と、下方に突出する中央ボタンとを有する安全ベントディスクと、
   前記バッテリケースの前記クランプ状形状にぴったりとはめ込まれ、前記正極キャップの前記ディスク要素の前記フランジと前記安全ベントディスクの前記周縁部とを受け入れる内向きのスロットを画定する周辺部と、中央開口と前記安全ベントディスクと接触する上部横向き肩部を有する下方に突出するＵ字溝とを画定する内側部とを有するガスケット絶縁体であって、前記肩部と前記バッテリ安全ベント組立体の中央垂直軸に対して最も内側の前記Ｕ字溝の側壁とが下側凹部領域を形成する、ガスケット絶縁体と、
   前記下側凹部領域に適合するディスク状形状を有する回路中断装置であって、前記ガスケット絶縁体の前記中央開口と連通する垂直貫通穴を有し、前記安全ベントディスクの前記ボタンに結合されている、回路中断装置と、
   前記回路中断装置から下方に突出する正極タブと
   を備える、バッテリ安全ベント組立体。
2. 前記ガスケット絶縁体が、前記バッテリケースの前記上部周囲クランプ状形状に圧着装着されている、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
3. 前記正極キャップの前記先端要素の前記周壁の前記側開口が、前記先端要素の円周に分配されている、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
4. 前記正極キャップの前記ディスク要素の前記フランジが、曲げ加工によって作られる、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
5. 前記正極キャップの前記ディスク要素の前記フランジが、前記ガスケット絶縁体の前記周辺部の前記スロット内部で前記安全ベントディスクに対して把持する、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
6. 前記ディスク要素の前記フランジが、バッテリの漏洩を防止する、前記正極キャップと前記ガスケット絶縁体との間の接触面を形成している、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
7. 前記接触面がレーザ溶接されている、請求項６に記載のバッテリ安全ベント組立体。
8. 前記正極タブが前記回路中断装置に溶接されている、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
9. 前記正極キャップが、鉄メッキされたニッケル材料から作られる、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
10. 前記安全ベントディスクが、バッテリ漏洩を防止する、前記ガスケット絶縁体に対する接触面を有する、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
11. 前記安全ベントディスクの前記接触面が、前記正極キャップに対する超音波溶接エネルギを分散する、前記ガスケット絶縁体とのインタフェースを有する、請求項１０に記載のバッテリ安全ベント組立体。
12. 前記安全ベントディスクが、前記ガスケット絶縁体の前記肩部の最も内側の１つのスロットに差し込み、前記回路中断装置への溶接のための支持要素を形成する下方に突出するパウチ壁を有する、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
13. 前記正極タブがアルミニウムから作られる、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
14. 前記安全ベントディスクが純アルミニウムから打ち抜かれる、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
15. 前記弱化線の配列が、
    互いに離間して円形に分布された外側の一連の弱化線と、
    前記円形に分布された弱化線から内側に向けられたＸ字型を形成する弱化線と、
    前記安全ベントディスクの前記中央ボタンに近くて、前記Ｘ字型を形成する弱化線と協働する内側の八角形の一連の弱化線と
    を備える、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
16. 前記安全ベントディスクの前記ボタン及び前記回路中断装置が、レーザ溶接されて、前記バッテリケース内部のガス圧が圧力の所定の閾限界を超えたときに前記安全ベントディスクの上方への移動によって引き裂き可能であるインタフェースを有する、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
17. 前記ガスケット絶縁体が、プラスチック射出材料から作られる、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
18. 前記ガスケット絶縁体の前記内側部が、前記回路中断装置が上昇して、前記安全ベントディスクと接触することを防止する厚さを有し、前記ボタンと前記回路中断装置とのインタフェースを破壊し、前記インタフェースを通るガス圧流の結果として前記ボタンを押し上げるための、前記回路中断装置と前記安全ベントディスクとの間の最低限のガス放出路を維持する、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
19. 前記回路中断装置の前記垂直貫通穴が、円周方向に分配されている、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
20. 前記回路中断装置が、所定の程度の剛性を提供するアルミニウム合金から作られる、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
21. 前記回路中断装置が、所定のガス圧での前記回路中断装置と前記ボタンとのインタフェースの破壊を促進する上側凹部表面を有する、請求項１に記載のバッテリ安全ベント組立体。
    
    

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