JP2022549025A - 電池モジュール、電池パック及び電源として電池を用いた装置 - Google Patents

電池モジュール、電池パック及び電源として電池を用いた装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2022549025000001
本発明は電池モジュール、電池パック及び電源として電池を用いた装置を提供する。電池モジュールは、複数の電池ユニットと、バスアセンブリとを含む。前記複数の電池ユニットは水平方向に配列され、各前記電池ユニットは垂直方向に積層された複数の電池を含み、前記複数の電池は前記垂直方向に積層された第１電池と第２電池を含み、前記第１電池及び前記第２電池はいずれも第１電極端子、第２電極端子及び前記第１電極端子と前記第２電極端子との間に位置する防爆板を含む。バスアセンブリは前記複数の電池ユニットを電気的に接続し、前記バスアセンブリは前記第１電池の第１電極端子と前記第２電池の第２電極端子とを接続する第１バスバーを含む。前記垂直方向及び前記水平方向に垂直な第１方向において、前記第１バスバーは前記第１電池の防爆板と少なくとも部分的に重なる第１薄化領域を含む。

Description

本発明は電池分野に関し、特に電池モジュール、電池パック及び電源として電池を用いた装置に関する。
リチウムイオン電池などの二次電池は、エネルギー密度が高く、環境にやさしいなどの利点を有するので、携帯電話、ノートパソコンなどの電子装置に広く使用されている。近年、環境、ガソリン価格やエネルギー貯蔵の問題に対処するために、リチウムイオン電池の適用はハイブリッド自動車、船やエネルギー貯蔵システムなどまで迅速に広がっている。
電池は、通常、ケースと、ケースに収納された電極アセンブリと、ケースの外部に露出した電極端子とを含み、電極アセンブリは、正極板と、負極板と、正極板と負極板を隔てるセパレータとを含む。電気自動車及びハイブリッド自動車などの中型や大型の設備には高電力及び大容量が求められ、このため、その内部に装備した複数の電池は通常、バスバーを介して接続されてグループ化された。ただし、過充電や短絡などの原因である電池が熱暴走した場合、回路を適時に遮断しないと、熱暴走した電池に隣接する電池でも熱暴走しやすく、結果として、複数の電池は相次いで熱暴走し、火災や爆発などの安全上のトラブルを招く。
背景技術に記載の課題に鑑み、本発明の目的は、電池の熱暴走のリスクを低減させ、安全性を向上させることができる電池モジュール、電池パック及び電源として電池を用いた装置を提供することである。
上記の目的を達成させるために、本発明は、複数の電池ユニットとバスアセンブリとを含む電池モジュールを提供する。前記複数の電池ユニットは水平方向に配列され、各前記電池ユニットは垂直方向に積層された複数の電池を含み、前記複数の電池は前記垂直方向に積層された第１電池と第２電池を含み、前記第１電池及び前記第２電池はいずれも第１電極端子、第２電極端子、及び前記第１電極端子と前記第２電極端子との間に位置する防爆板を含む。バスアセンブリは前記複数の電池ユニットを電気的に接続し、前記バスアセンブリは前記第１電池の第１電極端子と前記第２電池の第２電極端子を接続する第１バスバーを含む。前記垂直方向及び前記水平方向に垂直な第１方向において、前記第１バスバーは前記第１電池の防爆板と少なくとも部分的に重なる第１薄化領域を含む。前記第１薄化領域は、当第１電池の防爆板が開かれたときに破断し、前記第１電池と前記第２電池とを遮断するように構成される。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記第１バスバーは第１貫通孔をさらに有し、前記第１薄化領域は第１部分と第２部分を含み、前記第１部分及び前記第２部分はそれぞれ前記第１貫通孔の両側に位置する。前記第１方向において、前記第１部分は少なくとも前記防爆板と部分的に重なり、前記第２部分は少なくとも前記防爆板と部分的に重なる。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記第１電池の防爆板は露出領域を有し、前記露出領域は前記第１方向において前記第１バスバーで覆われていない。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記露出領域は前記第１貫通孔に対向する第１露出部を含む。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記露出領域は第２露出部をさらに含み、前記第２露出部は前記第１露出部と間隔を空けて設けられる。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記第１バスバーは第１接続部と移行部とをさらに含み、第１接続部は前記第１電池の第１電極端子に接続され、前記第１薄化領域は前記第１接続部と前記移行部を接続する。前記移行部は緩衝領域を有し、前記緩衝領域は、前記第１電池の第１電極端子と前記第２電池の第２電極端子の前記水平方向における距離が変化したときに伸縮変形し、及び／又は、前記第１電池の第１電極端子と前記第２電池の第２電極端子の前記垂直方向における距離が変化したときに伸縮変形するように構成される。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記第１バスバーは第２接続部と第２薄化領域とをさらに含み、第２接続部は前記第２電池の第２電極端子に接続される。前記第１方向において、前記第２薄化領域は前記第２電池の防爆板と少なくとも部分的に重なり、かつ前記第２薄化領域は前記移行部と前記第２接続部を接続する。前記第２薄化領域は、第２電池の防爆板が開かれたときに破断し、前記第１電池と前記第２電池とを遮断するように構成される。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記緩衝領域は前記垂直方向及び前記水平方向に対して傾斜して設けられる。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記垂直方向において、前記緩衝領域は前記第１電池の防爆板と前記第２電池の防爆板との間に位置する。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記緩衝領域は複数のドーム構造を含む。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記第１電池の前記第１電極端子及び前記第２電極端子は前記水平方向に配置されている。前記第２電池の前記第１電極端子及び前記第２電極端子は前記水平方向に配置されている。前記第１電池の第１電極端子及び前記第２電池の第１電極端子は前記垂直方向において対向して設けられ、前記第１電池の第２電極端子及び前記第２電池の第２電極端子は前記垂直方向において対向して設けられる。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記電池モジュールの前記水平方向の寸法は前記電池モジュールの前記垂直方向の寸法よりも大きい。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、各前記電池は、ケースと電極アセンブリとをさらに含み、前記第１電極端子、前記第２電極端子及び前記防爆板は前記ケースに設けられ、前記電極アセンブリは前記ケース内に収納され、かつ前記電極アセンブリは第１極板、第２極板及び前記第１極板と前記第２極板を隔てるセパレータを含み、前記第１極板は前記第１電極端子に電気的に接続され、前記第２極板は前記第２電極端子に電気的に接続される。
いくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記電極アセンブリは、扁平状の捲回型構造であり、かつ前記電極アセンブリの外面は２つの扁平面を含み、前記２つの扁平面は前記垂直方向において互いに面している。別のいくつかの実施例に係る電池モジュールでは、前記電極アセンブリは積層型構造であり、前記第１極板、前記セパレータ及び前記第２極板が前記垂直方向に積層される。
本発明はまた、筐体と、前記筐体内に収容された前記した電池モジュールとを含む、電池パックを提供する。
本発明はまた、前記した電池モジュールを含む、電源として電池を用いた装置を提供する。
本発明の有益な効果は以下のとおりである。第１薄化領域が防爆板と少なくとも部分的に重なるため、防爆板が開かれたときに、高温高圧の気体が第１薄化領域に直接衝撃し、第１薄化領域は、低強度なので、気体の衝撃により破断し、これにより、第１電池と第２電池との間の電気的接続が遮断される。このとき、第２電池は充放電を停止しているので、第１電池の熱が第２電池に伝達されていても、第２電池は熱暴走しにくく、このようにして、火災や爆発などの安全上のトラブルのリスクを低減させ、電池モジュールの安全性を向上させる。
いくつかの実施例に係る電源として電池を用いた装置の概略図である。 いくつかの実施例に係る電池パックの分解図である。 いくつかの実施例に係る電池モジュールの概略図である。 別のいくつかの実施例に係る電池モジュールの概略図である。 いくつかの実施例における電池ユニット及び第１バスバーの概略図である。 いくつかの実施例に係る第１バスバーの概略図である。 いくつかの実施例に係る電池の分解図である。 いくつかの実施例に係る電極アセンブリの断面図である。 別のいくつかの実施例に係る電極アセンブリの断面図である。
本願の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下、図面及び実施例を参照して、本願をさらに詳細に説明する。なお、ここで説明される特定の実施例は本願を解釈するために過ぎず、本願を限定するものではない。
本願の説明において、明確な規定や限定がない限り、「第１」、「第２」、「第３」という用語は説明することにのみ使用され、相対重要性を指示又は示唆するものとして理解すべきではなく、「複数」という用語は２つ以上（２つを含む）を意味し、別に規定や説明が行われていない限り、「接続」という用語は広義に理解すべきであり、例えば、「接続」は固定接続、取り外し可能な接続、一体接続、電気的な接続、信号接続であってもよいし、「接続」は直接連結、中間部品を介した間接的な連結であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて本願での上記用語の具体的な意味を理解できる。
本願の説明において、図面を通じて、矢印Ｘが指す方向は長手方向、矢印Ｙが指す方向は幅方向、矢印Ｚが指す方向は垂直方向である。水平方向は水平面に平行である方向であり、長手方向Ｘであってもよく、幅方向Ｙであってもよい。また、水平方向は、水平面に厳格に平行である方向に加えて、工事において一般的に認められた水平面にほぼ平行である方向を含む。垂直方向は水平面に垂直な方向であり、垂直方向は水平面に厳格に垂直な方向に加えて、工事において一般的に認められた水平面にほぼ垂直な方向を含む。さらに、本願に記載の「上」、「下」、「頂」、「底」などの方位語は全て垂直方向Ｚに対して理解する。理解や説明を容易にするために、以下、図面のＸ、Ｙ、Ｚ座標系に従って方向を説明する。
本願は電源として電池を用いた装置を提供し、前記装置は、本体と、前記本体に装着された電池モジュールとを含む。前記装置は電気自動車、ハイブリッド電気自動車や船などである。図１を参照すると、いくつかの実施例では、前記装置は電気自動車であり、前記電気自動車は純粋な電気自動車であってもよく、ハイブリッド自動車や航続距離延長型電気自動車であってもよい。前記電気自動車はシャーシ、車体及び電気駆動システムを含み、前記電気駆動システムは駆動モジュールと電源モジュールを含み、前記駆動モジュールはモータ、機械式伝動装置及び車輪などの構造を含み、前記電源モジュールは複数の二次電池を含む。電池モジュールはモータ及び機械式伝動装置によって車輪が回転するように駆動し、前記自動車を移動させる。前記二次電池は鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池である。いくつかの好ましい実施例では、前記二次電池はリチウムイオン電池である。
図２を参照すると、本願はまた、電池モジュール１０００と筐体２０００とを含む電池パックを提供し、電池モジュール１０００は筐体２０００内に収容される。筐体２０００は下部筐体と上部蓋体を含み、下部筐体と上部蓋体は密封接続され、両方の間に容置室が形成される。下部筐体及び上部蓋体はアルミ、アルミ合金や他の金属で製造される。電池モジュール１０００は筐体２０００の容置室に収納される。電池モジュール１０００は１つ又は複数であってもよい。電池モジュール１０００が複数設けられる場合、電池モジュール１０００は長手方向Ｘに配置されてもよく、幅方向Ｙに配置されてもよい。電池モジュール１０００は複数の二次電池を含み、前記二次電池は鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池である。
本願はまた、水平方向に配列された複数の電池ユニット１を含む電池モジュールを提供し、各前記電池ユニット１は垂直方向Ｚに積層された複数の電池１１を含む。図３を参照すると、いくつかの実施例では、電池モジュールの複数の電池ユニット１は長手方向Ｘに配列されている。
図７を参照すると、いくつかの実施例では、電池モジュールの各電池１１は第１電極端子１１１、第２電極端子１１２、防爆板１１３、ケース１１４及び電極アセンブリ１１５を含む。
電極アセンブリ１１５は、電池１１の充放電機能を実現するための重要な部品である。図８及び図９を参照すると、電極アセンブリ１１５は、第１極板１１５ａ、第２極板１１５ｂ、及び前記第１極板１１５ａと前記第２極板１１５ｂを隔てるセパレータ１１５ｃを含む。第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２は、それぞれ第１極板１１５ａ及び第２極板１１５ｂに電気的に接続される。
第１極板１１５ａは、第１集電体と、前記第１集電体の表面に塗布された第１活物質層とを含む。第２極板１１５ｂは、第２集電体と、前記第２集電体の表面に塗布された第２活物質層とを含む。いくつかの実施例では、第１極板１１５ａは正極板であり、ここで、第１集電体はアルミ箔であり、第１活物質層はマンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム又は三元材料を含む。第２極板１１５ｂは負極板であり、ここで、第１集電体は銅箔であり、第２活物質層は黒鉛又はケイ素を含む。
ケース１１４は、電極アセンブリ１１５及び電解液を収納するチャンバーを有する。図７を参照すると、ケース１１４は、ハウジング１１４ａと、ハウジング１１４ａに接続された上部蓋板１１４ｂとを含む。ハウジング１１４ａは六面体形状や他の形状を有する。ハウジング１１４ａは開口を有し、電極アセンブリ１１５は前記開口を通じてハウジング１１４ａに配置することができる。上部蓋板１１４ｂの寸法はハウジング１１４ａの開口の寸法に適合する。上部蓋板１１４ｂは溶接によってハウジング１１４ａに接続され、ハウジング１１４ａの開口を覆う。
第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２はケース１１４に設けられ、ケース１１４の外側に露出している。いくつかの実施例では、第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２は前記上部蓋板１１４ｂを貫通している。
防爆板１１３は、ケース１１４に設けられ、かつ第１電極端子１１１と第２電極端子１１２との間に位置する。いくつかの実施例では、上部蓋板１１４ｂには貫通している排気孔が設けられ、防爆板１１３は上部蓋板１１４ｂに固定され、前記排気孔を覆っている。電極アセンブリ１１５は過充電や短絡などの原因で大量の気体を生成した場合、ケース１１４の内圧が増大し、防爆板１１３を突き破り、気体が前記排気孔からケース１１４の外部に排出され、これにより、電池１１の爆発が回避される。
図３を参照すると、電池モジュールはバスアセンブリ２をさらに含み、バスアセンブリ２は電池モジュールの複数の電池ユニット１を電気的に接続する。バスアセンブリ２は複数のバスバーを含み、各バスバーは溶接、リベット留めなどの方式で電極端子に接続される。前記複数のバスバーは電池モジュールの複数の電池１１を直列、並列又は直列・並列の方式で接続してグループ化する。
図３～図５を参照すると、電池モジュールの複数の電池１１は垂直方向Ｚに積層された第１電池１１ａと第２電池１１ｂを含む。バスアセンブリ２は第１電池１１ａの第１電極端子１１１と第２電池１１ｂの第２電極端子１１２を接続する第１バスバー２１を含む。
垂直方向及び水平方向に垂直な第１方向において、第１バスバー２１は、第１電池１１ａの防爆板１１３と少なくとも部分的に重なる第１薄化領域２１１を含む。いくつかの実施例では、電池モジュールの複数の電池ユニット１は長手方向Ｘに配列されており、このとき、前記第１方向は図面に示す幅方向Ｙに平行である。前記第１方向に垂直な平面において、第１電池１１ａの防爆板１１３の投影は第１薄化領域２１１の投影と少なくとも部分的に重なる。第１薄化領域２１１は、防爆板１１３が開かれたときに破断し、第１電池１１ａと第２電池１１ｂとを遮断するように構成される。
第１電池１１ａの電極アセンブリ１１５は過充電や短絡などの原因により大量の気体を生成した場合、ケース１１４の内圧が増大し、防爆板１１３を開く。第１薄化領域２１１が防爆板１１３と少なくとも部分的に重なるので、高温高圧の気体が第１薄化領域２１１に直接衝撃し、第１薄化領域２１１は、低強度なので、気体の衝撃により破断し、これにより、第１電池１１ａと第２電池１１ｂとの間の電気的接続が遮断される。このとき、第２電池１１ｂは充放電を停止しているので、第１電池１１ａの熱が第２電池１１ｂに伝達されていても、第２電池１１ｂは熱暴走しにくく、このようにして、火災や爆発などの安全上のトラブルのリスクを低減させ、電池モジュールの安全性を向上させる。
図５を参照すると、いくつかの実施例に係る電池モジュール１０００では、第１電池１１ａの防爆板１１３は露出領域を有し、前記露出領域は第１方向において第１バスバー２１で覆われていない。前記第１方向に垂直な平面において、前記露出領域の投影は第１バスバー２１の投影と重ならない。前記露出領域が設けられることによって、防爆板１１３が開かれたときに第１バスバー２１による気体への遮断を低減させ、第１電池１１ａの内部の気体のスムーズな排出を確保し、第１電池１１ａの爆発のリスクを低減させる。
いくつかの実施例では、図５を参照すると、第１バスバー２１はさらに第１貫通孔２１２を有し、第１薄化領域２１１は第１部分２１１ａと第２部分２１１ｂを含み、第１部分２１１ａ及び第２部分２１１ｂはそれぞれ第１貫通孔２１２の両側に位置する。本願では、第１貫通孔２１２が開けられることによって、第１部分２１１ａの断面積及び第２部分２１１ｂの断面積が小さくなり、第１薄化領域２１１の強度が低下し、防爆板１１３が開かれたときに第１薄化領域２１１が破断できることが確保される。
第１方向において、第１部分２１１ａは少なくとも防爆板１１３と部分的に重なり、第２部分２１１ｂは少なくとも防爆板１１３と部分的に重なる。防爆板１１３が開かれたときに、第１部分２１１ａ及び第２部分２１１ｂは高温気体の衝撃により破断可能である。
いくつかの実施例では、露出領域は第１貫通孔２１２に対向する第１露出部１１３ａを含む。防爆板１１３が開かれたときに、気体の一部が第１貫通孔２１２を介して排出され、これにより、排気速度が速まり、第１電池１１ａの爆発のリスクが低減する。
いくつかの実施例では、前記露出領域は第２露出部１１３ｂをさらに含み、第２露出部１１３ｂは第１露出部１１３ａと間隔を空けて設けられる。第２露出部１１３ｂが設けられることによって、防爆板１１３の第１バスバー２１で覆われた部分の面積が減少し、防爆板１１３が開かれたときに排気速度が速まり、第１電池１１ａの爆発のリスクが低減する。
いくつかの実施例では、第１バスバー２１には第１溝が設けられている。本願では、第１溝が設けられることによって、第１薄化領域２１１の厚さが小さくなり、第１薄化領域２１１の強度が低下し、防爆板１１３が開かれたときに第１薄化領域２１１が破断できることが確保される。別のいくつかの実施例では、第１バスバー２１には２つの第１切り欠きが設けられており、前記２つの第１切り欠きはそれぞれ第１薄化領域２１１の両側に位置し、本願では、前記第１切り欠きが設けられることによって、第１薄化領域２１１の厚さが小さくなり、第１薄化領域２１１の強度が低下し、防爆板１１３が開かれたときに第１薄化領域２１１が破断できることが確保される。さらなるいくつかの実施例では、第１バスバー２１は複数種類の導電性材料を複合したものであり、第１薄化領域２１１の強度が第１バスバー２１の、第１薄化領域２１１に接続された部分の強度よりも小さく、これにより、防爆板１１３が開かれたときに第１薄化領域２１１が破断できることが確保される。さらに別のいくつかの実施例では、第１バスバー２１は複数種類の導電性材料を複合したものであり、第１薄化領域２１１の融点が、第１バスバー２１の、第１薄化領域２１１に接続された部分の融点よりも小さく、高温気体が第１薄化領域２１１に衝撃したときに、第１薄化領域２１１が加熱されて軟化し、これにより、防爆板１１３が開かれたときに第１薄化領域２１１が破断できることが確保される。
いくつかの実施例では、第１バスバー２１は第１接続部２１３と移行部２１５とをさらに含み、第１接続部２１３は第１電池１１ａの第１電極端子１１１に接続され、第１薄化領域２１１は第１接続部２１３と移行部２１５を接続する。第１接続部２１３は第１電池１１ａの第１電極端子１１１に溶接される。いくつかの実施例に係る第１接続部２１３には位置決め孔が設けられ、前記位置決め孔は第１接続部２１３の溶接時の位置決めに寄与する。
電池１１の充放電過程において、電極アセンブリ１１５が膨張して変形し、ケース１１４を押し付け、ケース１１４が変形して、電池１１の第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２が移動する。第１電池１１ａの電極アセンブリ１１５及び第２電池１１ｂの電極アセンブリ１１５が膨張したときに、第１電池１１ａの第１電極端子１１１と第２電池１１ｂの第２電極端子１１２との距離が変化し、第１バスバー２１が押されたり引っ張られたりし、極端な場合、第１電極端子１１１と第１接続部２１３との溶接部位が破断する可能性があり、電流通過能力の低下を招いてしまう。いくつかの実施例では、移行部２１５は緩衝領域２１５ａを有し、緩衝領域２１５ａは、第１電池１１ａの第１電極端子１１１と第２電池１１ｂの第２電極端子１１２との水平方向における距離が変化したときに伸縮変形し、及び／又は、第１電池１１ａの第１電極端子１１１と第２電池１１ｂの第２電極端子１１２との垂直方向における距離が変化したときに伸縮変形するように構成される。緩衝領域２１５ａは、伸縮変形することで、第１電池１１ａの第１電極端子１１１と第２電池１１ｂの第２電極端子１１２との距離の変化を吸収し、第１電極端子１１１と第１接続部２１３との溶接部が受けた力を小さくし、前記溶接部が破断するリスクを低減させ、電流通過能力を確保する。
緩衝領域２１５ａの構造は必要に応じて設定されてもよく、緩衝領域２１５ａの変形に必要な力が第１電極端子１１１と第１接続部２１３との接続力よりも小さければよい。いくつかの実施例では、図６を参照すると、緩衝領域２１５ａは複数のドーム構造を含み、前記複数のドーム構造は連続した波形構造を構成する。前記複数のドーム構造は、弾性に優れたため、変形することで第１電池１１ａの第１電極端子１１１と第２電池１１ｂの第２電極端子１１２の距離の変化を吸収することができる。前記ドーム構造は移行部２１５を打ち抜くことにより形成される。
別のいくつかの実施例では、緩衝領域２１５ａは間隔を空けて配置された複数の短冊状構造を有し、各短冊状構造は少なくとも部分的に曲がって円弧状になる。円弧状の短冊状構造は、弾性に優れたので、変形することで第１電池１１ａの第１電極端子１１１と第２電池１１ｂの第２電極端子１１２との距離の変化を吸収することができる。さらなるいくつかの実施例では、前記緩衝領域２１５ａは、曲がって波形構造になり、前記波形構造は正弦波形、方形波形、三角波形又は鋸歯波形である。さらに別のいくつかの実施例では、第１バスバー２１は複数種類の導電性材料を複合したものであり、前記緩衝領域２１５ａの材料の弾性が、第１バスバー２１の他の部分の材料の弾性よりも優れる。
いくつかの実施例では、第１バスバー２１は第２接続部２１４と第２薄化領域２１６とをさらに含み、第２接続部２１４は第２電池１１ｂの第２電極端子１１２に接続される。前記第１方向において、第２薄化領域２１６は第２電池１１ｂの防爆板１１３と少なくとも部分的に重なり、かつ第２薄化領域２１６は移行部２１５と第２接続部２１４を接続する。第２接続部２１４は第２電池１１ｂの第２電極端子１１２に溶接される。
前記第２薄化領域２１６は、第２電池１１ｂの防爆板１１３が開かれたときに破断し、前記第１電池１１ａと前記第２電池１１ｂとを遮断するように構成される。
第２電池１１ｂの電極アセンブリ１１５は過充電や短絡などの原因により大量の気体を生成した場合、ケース１１４の内圧が増大し、防爆板１１３を開く。第２薄化領域２１６が防爆板１１３と少なくとも部分的に重なるので、高温高圧の気体が第２薄化領域２１６に直接衝撃し、第２薄化領域２１６は、低強度なので、気体の衝撃により破断し、これにより、第１電池１１ａと第２電池１１ｂとの間の電気的接続が遮断される。このとき、第１電池１１ａは充放電を停止しているので、第２電池１１ｂの熱が第１電池１１ａに伝達されていても、第１電池１１ａは熱暴走しにくく、このようにして、火災や爆発などの安全上のトラブルのリスクを低減させる。
いくつかの実施例では、第１バスバー２１には第２貫通孔２１７がさらに設けられている。本願では、第２貫通孔２１７が設けられることによって、第２薄化領域２１６の強度が低下し、防爆板１１３が開かれたときに第２薄化領域２１６が破断できることが確保される。
いくつかの実施例では、第１バスバー２１には第２溝が設けられている。本願では、第２溝が設けられることによって、第２薄化領域２１６の厚さが小さくなり、第２薄化領域２１６の強度が低下し、防爆板１１３が開かれたときに第２薄化領域２１６が破断できることが確保される。別のいくつかの実施例では、第１バスバー２１には２つの第２切り欠きが設けられており、前記２つの第２切り欠きはそれぞれ第２薄化領域２１６の両側に位置し、本願では、前記第２切り欠きが設けられることによって、第２薄化領域２１６の厚さが小さくなり、第２薄化領域２１６の強度が低下し、防爆板１１３が開かれたときに第２薄化領域２１６が破断できることが確保される。さらなるいくつかの実施例では、第１バスバー２１は複数種類の導電性材料を複合したものであり、第２薄化領域２１６の強度が、第１バスバー２１の、第２薄化領域２１６に接続された部分の強度よりも小さく、これにより、防爆板１１３が開かれたときに第２薄化領域２１６が破断できることが確保される。さらに別のいくつかの実施例では、第１バスバー２１は複数種類の導電性材料を複合したものであり、第２薄化領域２１６の融点が、第１バスバー２１の、第２薄化領域２１６に接続された部分の融点よりも小さく、高温気体が第２薄化領域２１６に衝撃したときに、第２薄化領域２１６が加熱されて軟化し、これにより、防爆板１１３が開かれたときに第２薄化領域２１６が破断できることが確保される。
いくつかの実施例では、緩衝領域２１５ａは垂直方向及び水平方向に対して傾斜して設けられる。第１方向に垂直な平面において、緩衝領域２１５ａの露出した縁部の投影が、垂直方向Ｚ及び長手方向Ｘに対して傾斜して設けられる。傾斜した緩衝領域２１５ａは変形することで第１電池１１ａの第１電極端子１１１と第２電池１１ｂの第２電極端子１１２との垂直方向Ｚ及び長手方向Ｘの距離の変化を吸収する。
いくつかの実施例では、垂直方向Ｚにおいて、緩衝領域２１５ａは第１電池１１ａの防爆板１１３と第２電池１１ｂの防爆板１１３との間に位置する。第１薄化領域２１１及び第２薄化領域２１６はそれぞれ、緩衝領域２１５ａの垂直方向Ｚの両側に位置し、第１電池１１ａの防爆板１１３及び第２電池１１ｂの防爆板１１３を覆う。
いくつかの実施例では、第１電池１１ａの第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２は水平方向に配置されており、第２電池１１ｂの第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２は水平方向に配置されている。第１電池１１ａの第１電極端子１１１及び第２電池１１ｂの第１電極端子１１１は垂直方向において対向して設けられ、第１電池１１ａの第２電極端子１１２及び第２電池１１ｂの第２電極端子１１２は垂直方向において対向して設けられる。第１電池１１ａ及び第２電池１１ｂの配列方向を同じにすることによって、第１電池１１ａ及び第２電池１１ｂの積層が容易になる。
図８に示すように、いくつかの実施例では、電極アセンブリ１１５は捲回型構造である。具体的には、第１極板１１５ａ、第２極板１１５ｂ及びセパレータ１１５ｃはいずれもストリップ状構造であり、第１極板１１５ａ、セパレータ１１５ｃ及び第２極板１１５ｂは順次積層されて２回以上捲回されると、電極アセンブリ１１５が形成され、かつ電極アセンブリ１１５は扁平状である。図８は電極アセンブリ１１５の外形輪郭の概略図であり、電極アセンブリ１１５の外面は２つの扁平面１１５ｄと２つの狭い面１１５ｅを含み、２つの扁平面１１５ｄは垂直方向Ｚにおいて互いに面しており、２つの狭い面１１５ｅは長手方向Ｘにおいて互いに面している。ここで、扁平面１１５ｄは電極アセンブリ１１５の捲回軸に略平行であり、かつ面積が最も大きい面である。扁平面１１５ｄは比較的平坦な面であればよく、絶対的な面であるわけではない。狭い面１１５ｅは少なくとも部分的に円弧状とされる。扁平面１１５ｄは狭い面１１５ｅに対するものであり、かつ扁平面１１５ｄの面積が狭い面１１５ｅの面積よりも大きい。
図９に示すように、別の実施例では、電極アセンブリ１１５は積層型構造である。具体的には、電極アセンブリ１１５は複数の第１極板１１５ａと複数の第２極板１１５ｂとを含み、前記複数の第１極板１１５ａ及び前記複数の第２極板１１５ｂは垂直方向Ｚに交互に積層される。セパレータ１１５ｃは第１極板１１５ａと第２極板１１５ｂとの間に設けられ、第１極板１１５ａと第２極板１１５ｂを隔てる。積層型構造では、第１極板１１５ａ及び第２極板１１５ｂはいずれもシート状であり、かつ垂直方向Ｚに略垂直である。
電極アセンブリ１１５の充放電過程において、極板はその厚さ方向に沿って膨らむ。捲回型の電極アセンブリ１１５では、扁平面１１５ｄに垂直な方向の膨張力が最も大きく、積層型の電極アセンブリ１１５では、第１極板１１５ａと第２極板１１５ｂの積層方向の膨張力が最も大きい。このことから、電極アセンブリ１１５が捲回型構造であるか積層型構造であるかにかかわらず、電極アセンブリ１１５がハウジング１１４ａに印加する最も大きな膨張力の方向は全て垂直方向Ｚに向いていることが分かる。つまり、水平方向において、電極アセンブリ１１５がハウジング１１４ａに印加する膨張力は小さい。本願では、複数の電池ユニット１は長手方向Ｘに配置されており、このため、全ての電極アセンブリ１１５による長手方向Ｘの膨張力が重なっていても、過度の合力が生じることはなく、これにより、電池１１が崩れるリスクが低減する。
いくつかの実施例では、電池モジュール１０００の水平方向の寸法が、電池モジュール１０００の垂直方向Ｚの寸法よりも大きい。図３及び図４を参照すると、電池モジュール１０００の長手方向Ｘの寸法が、電池モジュール１０００の垂直方向Ｚの寸法よりも大きい。本願では、各電池ユニット１の電池１１の数が減少することによって、各電池ユニット１による垂直方向Ｚの膨張力が低減する。各電池ユニット１の電池１１の長手方向Ｘの膨張力が小さいので、電池モジュール１０００は長手方向Ｘで大きな寸法を有することができ、つまり、電池ユニット１の数を多くしてもよい。また、電気自動車のシャーシの高さ寸法により制限されるので、好ましくは、電池モジュール１の垂直方向Ｚの寸法が小さい。
いくつかの実施例では、電池モジュールは２つの端板（図示せず）とケーブル（図示せず）とをさらに含み、２つの端板はそれぞれ複数の電池ユニット１の長手方向Ｘの両端に設けられ、ケーブルは複数の電池ユニット１及び２つの端板の外周に包まれ、それにより前記複数の電池ユニット１は固定される。端板はアルミ、アルミ合金などの金属材料で製造されてもよく、絶縁材料で製造されてもよい。
いくつかの実施例では、図３を参照すると、バスアセンブリ２は第２バスバー２２をさらに含み、第２バスバー２２は、１つの電池ユニット１の電池１１の第１電極端子１１１と別の電池ユニット１の電池１１の第１電極端子１１１とを接続する。第２バスバー２２は、垂直方向Ｚ及び長手方向Ｘに対して傾斜して設けられる。
いくつかの実施例では、第１バスバー２１及び第２バスバー２２はいずれも複数であり、前記複数の第１バスバー２１及び前記複数の第２バスバー２２は電池モジュールの全ての電池１１を電気的に接続する。
いくつかの実施例では、バスアセンブリ２は２つの出力極板２３をさらに含み、２つの出力極板２３はそれぞれ、電池モジュールのうち、総正出力としての電極端子及び総負出力としての電極端子に接続される。
１ 電池ユニット
１１ 電池
１１１ 第１電極端子
１１２ 第２電極端子
１１３ 防爆板
１１３ａ 第１露出部
１１３ｂ 第２露出部
１１４ ケース
１１４ａ ハウジング
１１４ｂ 上部蓋板
１１５ 電極アセンブリ
１１５ａ 第１極板
１１５ｂ 第２極板
１１５ｃ セパレータ
１１５ｄ 扁平面
１１５ｅ 狭い面
１１ａ 第１電池
１１ｂ 第２電池
２ バスアセンブリ
２１ 第１バスバー
２１１ 第１薄化領域
２１１ａ 第１部分
２１１ｂ 第２部分
２１２ 第１貫通孔
２１３ 第１接続部
２１４ 第２接続部
２１５ 移行部
２１５ａ 緩衝領域
２１６ 第２薄化領域
２１７ 第２貫通孔
２２ 第２バスバー
２３ 出力極板
１０００ 電池モジュール
２０００ 筐体
Ｘ 長手方向
Ｙ 幅方向
Ｚ 垂直方向

Claims (15)

  1. 電池モジュール（１０００）であって、
    水平方向に配列された複数の電池ユニット（１）であって、垂直方向に積層された複数の電池（１１）を含み、前記複数の電池（１１）は前記垂直方向に積層された第１電池（１１ａ）と第２電池（１１ｂ）を含み、前記第１電池（１１ａ）及び前記第２電池（１１ｂ）はいずれも、第１電極端子（１１１）、第２電極端子（１１２）、及び前記第１電極端子（１１１）と前記第２電極端子（１１２）との間に位置する防爆板（１１３）を含む電池ユニット（１）と、
    前記複数の電池ユニット（１）を電気的に接続するバスアセンブリ（２）であって、前記第１電池（１１ａ）の第１電極端子（１１１）と前記第２電池（１１ｂ）の第２電極端子（１１２）とを接続する第１バスバー（２１）を含むバスアセンブリ（２）とを含み、
    前記垂直方向及び前記水平方向に垂直な第１方向において、前記第１バスバー（２１）は前記第１電池（１１ａ）の防爆板（１１３）と少なくとも部分的に重なる第１薄化領域（２１１）を含み、前記第１薄化領域（２１１）は、前記第１電池（１１ａ）の防爆板（１１３）が開かれたときに、前記第１薄化領域（２１１）が破断し、前記第１電池（１１ａ）と前記第２電池（１１ｂ）とを遮断するように構成される、ことを特徴とする電池モジュール（１０００）。
  2. 前記第１バスバー（２１）は第１貫通孔（２１２）をさらに有し、前記第１薄化領域（２１１）は第１部分（２１１ａ）と第２部分（２１１ｂ）を含み、前記第１部分（２１１ａ）及び前記第２部分（２１１ｂ）はそれぞれ前記第１貫通孔（２１２）の両側に位置し、
    前記第１方向において、前記第１部分（２１１ａ）は少なくとも前記防爆板（１１３）と部分的に重なり、前記第２部分（２１１ｂ）は少なくとも前記防爆板（１１３）と部分的に重なる、ことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール（１０００）。
  3. 前記第１電池（１１ａ）の防爆板（１１３）は露出領域を有し、前記露出領域は前記第１方向において前記第１バスバー（２１）で覆われていない、ことを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール（１０００）。
  4. 前記露出領域は前記第１貫通孔（２１２）に対向する第１露出部（１１３ａ）を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール（１０００）。
  5. 前記露出領域は第２露出部（１１３ｂ）をさらに含み、前記第２露出部（１１３ｂ）は前記第１露出部（１１３ａ）と間隔を空けて設けられる、ことを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール（１０００）。
  6. 前記第１バスバー（２１）は、
    前記第１電池（１１ａ）の第１電極端子（１１１）に接続された第１接続部（２１３）と、
    移行部（２１５）であって、前記第１薄化領域（２１１）が前記第１接続部（２１３）と前記移行部（２１５）を接続し、前記移行部（２１５）が緩衝領域（２１５ａ）を有する、移行部（２１５）とをさらに含み、
    前記緩衝領域（２１５ａ）は、前記第１電池（１１ａ）の第１電極端子（１１１）と前記第２電池（１１ｂ）の第２電極端子（１１２）の前記水平方向における距離が変化したときに伸縮変形し、及び／又は、前記第１電池（１１ａ）の第１電極端子（１１１）と前記第２電池（１１ｂ）の第２電極端子（１１２）の前記垂直方向における距離が変化したときに伸縮変形するように構成される、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の電池モジュール（１０００）。
  7. 前記第１バスバー（２１）は、
    前記第２電池（１１ｂ）の第２電極端子（１１２）に接続される第２接続部（２１４）と、
    前記第１方向において、前記第２電池（１１ｂ）の防爆板（１１３）と少なくとも部分的に重なり、かつ前記移行部（２１５）と前記第２接続部（２１４）を接続する第２薄化領域（２１６）とをさらに含み、
    前記第２薄化領域（２１６）は、前記第２電池（１１ｂ）の防爆板（１１３）が開かれたときに破断し、前記第１電池（１１ａ）と前記第２電池（１１ｂ）とを遮断するように構成される、ことを特徴とする請求項６に記載の電池モジュール（１０００）。
  8. 前記緩衝領域（２１５ａ）は前記垂直方向及び前記水平方向に対して傾斜して設けられる、ことを特徴とする請求項６又は７に記載の電池モジュール（１０００）。
  9. 前記垂直方向において、前記緩衝領域（２１５ａ）は前記第１電池（１１ａ）の防爆板（１１３）と前記第２電池（１１ｂ）の防爆板（１１３）との間に位置する、ことを特徴とする請求項６～８のいずれか１項に記載の電池モジュール（１０００）。
  10. 前記緩衝領域（２１５ａ）は複数のドーム構造を含む、ことを特徴とする請求項６～９のいずれか１項に記載の電池モジュール（１０００）。
  11. 前記第１電池（１１ａ）の前記第１電極端子（１１１）及び前記第２電極端子（１１２）は前記水平方向に配置されており、
    前記第２電池（１１ｂ）の前記第１電極端子（１１１）及び前記第２電極端子（１１２）は前記水平方向に配置されており、
    前記第１電池（１１ａ）の第１電極端子（１１１）及び前記第２電池（１１ｂ）の第１電極端子（１１１）は前記垂直方向において対向して設けられ、前記第１電池（１１ａ）の第２電極端子（１１２）及び前記第２電池（１１ｂ）の第２電極端子（１１２）は前記垂直方向において対向して設けられる、ことを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の電池モジュール（１０００）。
  12. 前記電池モジュール（１０００）の前記水平方向の寸法は前記電池モジュール（１０００）の前記垂直方向の寸法よりも大きい、ことを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の電池モジュール（１０００）。
  13. 各前記電池（１１）は、ケース（１１４）と電極アセンブリ（１１５）をさらに含み、前記第１電極端子（１１１）、前記第２電極端子（１１２）、及び前記防爆板（１１３）は前記ケース（１１４）に設けられ、前記電極アセンブリ（１１５）は前記ケース（１１４）内に収納され、かつ前記電極アセンブリ（１１５）は第１極板（１１５ａ）、第２極板（１１５ｂ）、及び前記第１極板（１１５ａ）と前記第２極板（１１５ｂ）を隔てるセパレータ（１１５ｃ）を含み、前記第１極板（１１５ａ）は前記第１電極端子（１１１）に電気的に接続され、前記第２極板（１１５ｂ）は前記第２電極端子（１１２）に電気的に接続され、
    前記電極アセンブリ（１１５）は、扁平状の捲回型構造であり、かつ前記電極アセンブリ（１１５）の外面は２つの扁平面（１１５ｄ）を含み、前記２つの扁平面（１１５ｄ）は前記垂直方向において互いに面しており、又は、前記電極アセンブリ（１１５）は積層型構造であり、前記第１極板（１１５ａ）、前記セパレータ（１１５ｃ）、及び前記第２極板（１１５ｂ）が前記垂直方向に積層される、ことを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の電池モジュール（１０００）。
  14. 筐体（２０００）と、
    前記筐体（２０００）内に収容された請求項１～１３のいずれか１項に記載の電池モジュール（１０００）とを含む、ことを特徴とする電池パック。
  15. 電源として電池を用いた装置であって、
    請求項１～１３のいずれか１項に記載の電池モジュール（１０００）を含む、ことを特徴とする装置。
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