JP2023503628A - 電池モジュール、電池パック及び二次電池を使用する装置 - Google Patents

電池モジュール、電池パック及び二次電池を使用する装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2023503628000001
本願は電池モジュール、電池パック及び二次電池を使用する装置について特許請求し、電池モジュールは、第３方向ｚに沿って配列され、電極端子２４２を備えた少なくとも２つの電池セル２０を含む電池セルユニット２Ａと、第１バスバー３であって、本体部３２及び２つの接続部３１を含み、第１バスバー３の延伸方向は第３方向ｚに対して所定角度で傾斜し、２つの接続部３１はそれぞれ同じ電池セルユニット２Ａ内の２つの電池セル２０の電極端子２４２に接続され、本体部３２は２つの接続部３１の間に接続され、且つ本体部３２に変形誘導部が設けられ、本体部３２が第１方向ｘに沿って変形するのに必要な力を少なくとも減少させるように構成され、第１方向ｘは電池セル２０の電極端子２４２が設置される側面に平行であり且つ第３方向ｚに垂直である第１バスバー３と、を含む。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０２０年０４月０３日に提出された、名称が「電池モジュール、電池パック及び二次電池を使用する装置」の中国特許出願２０２０１０２５９３０１．１の優先権を主張し、該出願の全内容は援用により本明細書に組み込まれている。
技術分野
本願は電池分野に関し、特に電池モジュール、電池パック及び二次電池を使用する装置に関する。
近年、充電式電池は高電力装置、たとえば電気自動車等に動力を提供することに幅広く適用されている。充電式電池は大きな容量又は電力を実現するために、一般的には複数の電池セルをバスバーを介して電極端子に接続し、直列接続及び並列接続のうちの少なくとも１つの接続方式を形成する。しかし、電池の使用過程に、充放電回数の増加に伴い、電池が膨張し、膨張により電極端子がバスバーに引っ張られ、それにより電池の使用信頼性に影響を与える。
発明の概要
本願は、電池モジュール、電池パック及び二次電池を使用する装置を提供し、電池の使用信頼性を向上させることができる。
本願の第１態様によれば、電池モジュールを提供し、第３方向に沿って配列され、電極端子を備えた少なくとも２つの電池セルを含む電池セルユニットと、第１バスバーであって、本体部及び２つの接続部を含み、第１バスバーの延伸方向は第３方向に対して所定角度で傾斜し、２つの接続部はそれぞれ同じ電池セルユニット内の２つの電池セルの電極端子に接続され、本体部は２つの接続部の間に接続され、且つ本体部に変形誘導部が設けられ、変形誘導部は本体部が第１方向に沿って変形するのに必要な力を少なくとも減少させるように構成され、第１方向は電池セルの電極端子が設置される側面に平行であり且つ第３方向に垂直である第１バスバーと、を含む。
本願の実施例の電池モジュールでは、本体部に変形誘導部を設置し、本体部が第１方向に沿って変形するのに必要な力を少なくとも減少させることにより、電池セル内のセルが膨張するとき、第１バスバーが第１方向において容易に変形し、電極端子に対する引張力を減少させ、電極端子とセルとの間の接続の信頼性を確保できるだけではなく、バスバーに熱暴走が発生するときに容易に切断され、電池動作の安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、変形誘導部はスリットを含み、スリットは本体部の厚さ方向に沿って貫通する。
本願の実施例の電池モジュールでは、スリットを設置することにより、第１バスバーの幅方向における断面積を減少させることができ、幅方向の剛性を減少させ、第１バスバーの幅方向は第３方向に対して傾斜するため、本体部が第１方向及び第３方向に沿って変形するのに必要な力を同時に減少させることができ、それにより電極端子に対する引張力を減少させる。且つ、熱暴走が発生するときにスリットが設けられる脆弱部が容易に溶断され、回路を切断する。
いくつかの実施例では、スリットは２つの横方向溝を含み、２つの横方向溝は第１バスバーの幅方向に沿って延伸し且つ第１バスバーの長さ方向に沿って間隔をおいて設置される。
本願の実施例の電池モジュールでは、第１バスバーの幅方向に沿って延伸する横方向溝を設置することにより、局所領域に第１バスバーの幅方向の断面積を効果的に減少させることができ、幅方向の剛性を減少させ、それにより、本体部が第１方向及び第３方向に沿って変形するのに必要な力を効果的に減少させることができ、電極端子に対する引張力を減少させる。
いくつかの実施例では、スリットは縦方向溝をさらに含み、縦方向溝は第１バスバーの長さ方向に沿って延伸し、且つ縦方向溝の両端はそれぞれ２つの横方向溝と連通する。
本願の実施例の電池モジュールでは、第１バスバーの長さ方向に沿って延伸する縦方向溝を増加することにより、本体部の所定長さ区間内に第１バスバーの幅方向の断面積を均一に減少させることができ、該長さ区間の幅方向の剛性を減少させ、第１バスバーが外力を受けると、全体として均一に変形し、電極端子に対する引張力を減少させ、さらに、第１バスバーの局所変形が大きいため耐用年数に影響を与えることを防止することができる。且つ、縦方向溝はさらに第１バスバーの放電能力に対する影響を軽減することもできる。
いくつかの実施例では、スリットは２つの縦方向溝をさらに含み、２つの縦方向溝は第１バスバーの長さ方向に沿って延伸し且つ間隔をおいて設置され、各縦方向溝の一端はそれぞれ対応する横方向溝と連通する。
本願の実施例の電池モジュールでは、２つの縦方向溝は第１バスバーの長さ方向に沿って延伸し且つ間隔をおいて設置され、各縦方向溝の一端はそれぞれ対応する横方向溝と連通し、第１バスバーの剛性を減少させると同時に、電極端子に対する接続の信頼性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、変形誘導部は凹部を含み、凹部は本体部の幅方向の側方に設けられ、本体部の幅を減少させるように構成される。
本願の実施例の電池モジュールでは、凹部を設置することにより、スリットによる作用を強化することができ、第１バスバーの幅方向の剛性をさらに減少させることができ、本体部が第１方向及び第３方向に沿って変形するのに必要な力をさらに減少させることができ、それにより、電極端子に対する引張力を減少させ、第１バスバーと電極端子の接続の信頼性を向上させ、且つ熱暴走の場合に容易に切断でき、回路を切断し、それにより電池モジュールの動作の信頼性及び安全性を向上させる。
いくつかの実施例では、本体部の幅方向の両側にはいずれも凹部が設けられる。
本願の実施例の電池モジュールでは、本体部の幅方向の両側にはいずれも凹部が設けられ、第１バスバーの幅方向の両側の構造を対称にし、均一に力を受けることができる。且つ長さ方向の中央位置の剛性を弱めることができ、２つの電極端子のうちのいずれかが第１バスバーに外力を加える場合に、より容易に変形することができる。且つ、中央位置から隣接層までの距離が電池セルの第１防爆弁までの距離よりも近いため、熱暴走の場合に第１バスバーが容易に溶断できる。
いくつかの実施例では、変形誘導部は屈曲部を含み、屈曲部は接続部に対して第１バスバーの厚さ方向へ突出する。
本願の実施例の電池モジュールでは、屈曲部を設置することにより、電池セルが膨張し、電極端子を介して第１バスバーに長さ方向の外力を加える場合、屈曲部が突出して弾性構造を形成し、引張されやすく、電池セルが膨張する時に第１バスバーが長さ方向に沿って受けた外力を吸収することができ、電極端子に対する引張力を減少させる。且つ、屈曲部は本体部の表面積を増大してより多くの熱量を容易に吸収でき、且つ凹部が屈曲部の幅を減少させるため、電池セルに熱暴走が発生した場合、第１バスバーがそこで容易に切断でき、電池モジュールの動作の安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、屈曲部は接続部に対して電池セルから離れた方向へ突出する。
本願の実施例の電池モジュールでは、屈曲部は接続部に対して電池セルから離れた方向へ突出し、第１バスバーを電池セルに接近して設置することができ、第１バスバーと電極端子の接続を安定して信頼できるものにし、且つ、第１バスバーの電池セルから離れた一側には屈曲部を設置するための十分な空間があり、変形要件を満たす。
いくつかの実施例では、屈曲部は本体部の長さ方向の中央位置に位置し、変形誘導部はスリットをさらに含み、スリットは屈曲部に対して第１バスバーの長さ方向に沿って対称に設置され、及び／又は、変形誘導部は凹部をさらに含み、凹部は屈曲部における第１バスバーの幅方向の側方に少なくとも部分的に設けられ、第１バスバーの幅を減少させるように構成される。
本願の実施例の電池モジュールでは、屈曲部は本体部の長さ方向の中央位置に位置し、屈曲部を設置することにより、２つの電極端子が第１バスバーに加えた長さ方向の外力を同時に吸収することができる。且つ、スリットは屈曲部に対して第１バスバーの長さ方向に沿って対称に設置され、凹部は屈曲部における第１バスバーの幅方向の側方に少なくとも部分的に設けられ、第１バスバーの幅を減少させるように構成され、電池セルが第３方向に沿って膨張するとき、第１バスバーが第１方向及び第３方向に沿って外力を受けることができ、スリット、凹部及び屈曲部の連携作用により、第１バスバーが変形して第１方向及び第３方向において受けた外力を効果的に吸収することを可能にし、それにより、電極端子が受けた力を最大限に減少させ、電池モジュールの動作の信頼性を向上させる。
いくつかの実施例では、電池セルは第１防爆弁をさらに含み、第１バスバーに接続される２つの電池セルの第１防爆弁はそれぞれ第１バスバーの幅方向の両側に位置する。
本願の実施例の電池モジュールでは、第１バスバーに接続される２つの電池セルの第１防爆弁はそれぞれ第１バスバーの幅方向の両側に位置し、第１バスバーに接続される上下のいずれか１つの電池セルに熱暴走が発生した場合に、第１バスバーを溶断することができ、その電池セルを保護する効果を奏する。
いくつかの実施例では、電池セルは第１防爆弁をさらに含み、第１バスバーはそれに接続される電池セルの第１防爆弁を少なくとも部分的に被覆する。
本願の実施例の電池モジュールでは、第１バスバーはそれに接続される電池セルの第１防爆弁を少なくとも部分的に被覆し、第１バスバーに接続される上下のいずれか１つの電池セルに熱暴走が発生した場合に、電池セル内の高温ガス、火花及びほこりが第１防爆弁から噴出し、且つ第１バスバーに直接作用し、第１バスバーがより容易に溶断できる。
いくつかの実施例では、電池モジュールは第２バスバー及び第１方向に沿って配列される複数の電池セルユニットをさらに含み、隣接する２つの電池セルユニットは第２バスバーを介して電気的に接続され、第２バスバーは第１方向に沿って延伸する。
本願の実施例の電池モジュールでは、第２バスバーにより、隣接する２つの電池セルユニットの間の接続を実現でき、更に電池モジュールの容量又は電力を増加する。
本願の第２態様によれば、電池パックを提供し、ボックスユニットと、ボックスユニット内に設けられる上記実施例の電池モジュールと、を含む。
本実施例の電池パックでは、ボックスユニットは電池モジュールに対する保護を実現することができ、且つ、電池モジュール内の第１バスバーに設置される変形誘導部は、電池セル内のセルが膨張するとき、第１バスバーが第１方向において容易に変形し、電極端子に対する引張力を減少させ、それにより電極端子とセルとの間の接続の信頼性を確保し、且つ、バスバーに熱暴走が発生した場合に容易に切断され、電池動作の安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、ボックスユニットはボックス及びビームを含み、ビームはボックス内に設置され、且つボックスを複数の収容キャビティに分割し、各収容キャビティ内に少なくとも１つの電池モジュールが設置され、各電池モジュールにおいて各電池セルの電極端子はいずれもビームに向かって設置され、且つ電池セルとビームの側壁との間に排気通路を形成するための所定間隔がある。
本願の実施例の電池モジュールでは、電池セルに熱暴走が発生した場合、第１防爆弁から噴出した高温ガス、火花及びほこりにより第１バスバーが溶断される可能性があり、気流は、排気通路に沿って両側へ流れ、且つビームの端部とボックスの内壁との間の隙間を通過して流れ、ボックスに設置される第２防爆弁等により外部へ排出され、それによりボックス内の温度を低減させ、電池安全性を向上させる。
本願の第３態様によれば、上記実施例の電池モジュール及び電池パックのうちの少なくとも１つを含む二次電池を使用する装置を提供する。
本願の実施例の二次電池を使用する装置では、電池モジュール及び／又は電池の電池パック内の第１バスバーに設置される変形誘導部により、電池セル内のセルが膨張するとき、第１バスバーが第１方向において容易に変形し、電極端子に対する引張力を減少させ、それにより、電極端子とセルとの間の接続の信頼性を確保し、且つ、バスバーに熱暴走が発生した場合に容易に切断され、電池動作の安全性を向上させることができる。
図面の簡単な説明
本願の実施例の技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、本願の実施例に使用される必要がある図面を簡単に説明し、明らかなように、以下に説明される図面は本願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労働を必要とせずにこれらの図面に基づいて他の図面を取得することもできる。
本願の電池パックのいくつかの実施例の分解図である。 本願の電池パックのいくつかの実施例の内部構造の平面図である。 図２に示される電池パックのＡ箇所の拡大図である。 本願の電池モジュールのいくつかの実施例の構造模式図である。 第１バスバーのいくつかの実施例の斜視図である。 図５に示される第１バスバーの背面図である。 第１バスバーの別のいくつかの実施例の構造模式図である。 第１バスバーのさらに別のいくつかの実施例の構造模式図である。 本願の電池パック内の電池セルの一実施例の分解図である。 電池セル内の電極組立体のいくつかの実施例の構造模式図である。 電池セル内の電極組立体の別のいくつかの実施例の構造模式図である。
図面において、図は実際の縮尺で描かれていない。
発明を実施するための形態
以下、図面及び実施例を参照しながら本願の実施形態をさらに詳細に説明する。以下の実施例の詳細な説明及び図面は本願の原理を例示的に説明するために使用され、本願の範囲を制限するものではなく、すなわち、本願は説明されている実施例に限定されない。
本願の説明において、説明する必要がある点として、特に断らない限り、「複数の」は２つ以上を意味し、「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」等の用語によって示される方位又は位置関係は、本願を説明しやすく説明を簡略化させるためのものに過ぎず、示される装置又は素子は必ずしも特定の方位を有し、特定の方位で構成及び操作されることを指示又は暗示するものではなく、従って、本願を限定するものとして理解されるべきではない。また、「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、相対的な重要性を指示又は暗示するものではなく、説明するためのものに過ぎない。「垂直」は厳密には垂直ではなく、誤差許容範囲内のものである。「平行」は厳密には平行ではなく、誤差許容範囲内のものである。
以下の説明に出現する方位語はいずれも図示されている方向であり、本願の具体的な構造を限定するものではない。本願の説明において、説明する必要がある点として、特に明確な規定及び限定がない限り、用語「取付」、「連結」、「接続」は、広義に理解すべきであり、たとえば、固定して接続されてもよく、取り外し可能に接続され、又は一体的に接続されてもよい。直接連結されてもよく、中央媒体を介して間接的に連結されてもよい。当業者にとって、具体的な状況に応じて上記用語の本願での具体的な意味を理解することができる。
図１に示すように、本願は二次電池を使用する装置を提供し、電池は電池モジュール２又は電池パックを含み、電池パックは、ボックスユニット１及び電池モジュール２を含んでもよく、１つ又は複数の電池モジュール２はボックスユニット１内に設けられる。該二次電池を使用する装置は車両、汽船、エネルギー貯蔵電気キャビネット又は無人航空機等が挙げられる。本願は、電池モジュール２又は電池パックの動作の信頼性及び安全性を向上させることにより、該装置の動作性能を向上させることを目的とする。
本願の改善点を本分野でより明確に理解するために、以下、電池パックから電池モジュール２への順に説明する。
図１に示すように、本願は電池パックを提供し、いくつかの実施例では、電池パックはボックスユニット１、拘束部材１０、上部カバー１３及び複数の電池セル２０を含む。
ボックスユニット１はボックス１１及びビーム１２を含む。ボックス１１は開口端を有し、ビーム１２がボックス１１に固定され、ビーム１２は１本又は複数本設置されてもよく、ボックス１１の内部空間が複数の収容キャビティＱに分割され、各電池セル２０は複数のグループに分割されてもよく、且つ各グループの電池セル２０はそれぞれ異なる収容キャビティＱ内に設けられる。各グループの電池セル２０には１つの拘束部材１０が対応して設置され、拘束部材１０は、該グループの電池セル２０を被覆し、且つビーム１２に固定され、電池セル２０に安定した押圧力を提供するように配置され、電池セル２０が膨張することを制限し、電池パックの耐用年数を延ばす。
また、図１を参照し、拘束部材１０は、制限部１０１及び２つの取り付け部１０２を含む。ここで、制限部１０１は対応するグループの電池セル２０に被覆され、２つの取り付け部１０２はそれぞれ制限部１０１の電池セル２０のグループ分け方向の両側に接続され、且つそれぞれ対応するグループの電池セル２０のグループ分け方向の両側のビーム１２に固定され、制限部１０１全体は２つの取り付け部１０２に対して電池セル２０から離れた方向へ突出する。モジュール全体が膨張する時に拘束部材１０が受けた膨張力が非常に大きいため、本拘束部材１０に使用される固定方式は鋲接と接着であり、該固定方式はプレスプレートの接続強度を大幅に向上させることができ、ブラインドリベットナットをねじで接続することに比べて、締め具の数を減少させ、コストを低減させることができる。また、鋲接と接着の方式に加えて、強度が許可される場合で、レーザー溶接を用いて、拘束部材１０の２つの取り付け部１０２をビーム１２に直接溶接してもよく、締め具がない固定方式を実現する。たとえば、拘束部材１０は平板を曲げることによって形成される。拘束部材１０の変形防止能力を向上させるために、制限部１０１に補強リブ１０３が設置されてもよく、たとえば、補強リブ１０３は制限部１０１の外面に設けられ、加圧成形によって形成される。補強リブ１０３を設置することにより拘束部材１０の構造強度を向上させ、軽量化を満たすだけではなく、拘束部材１０全体の剛性及びたわみを高めることができる。
上部カバー１３は拘束部材１０のボックス１１から離れた一側に設けられ、且つ電池パックの高さ方向に沿ってボックス１１の開口端に締め付けられ、ボックス１１の開口端を密閉することに用いられる。この密閉とは、上部カバー１３とボックス１１が密封して接続されることであり、外部液体、水蒸気が電池パック内に入ることを防止することができ、電池パックの安全性能を向上させる。ボックス１１及び上部カバー１３はボルト又は他の取り外し可能な接続方式を用いてもよい。
図４に示すように、上記電池パック内の電池セル２０は電池モジュール２を構成してモジュール化構造を形成することができ、電池モジュール２は電池パックに設けられることに加えて、独立して使用することもできる。
いくつかの実施例では、図４に示すように、電池モジュール２は電池セルユニット２Ａ及び第１バスバー３を含む。電池セルユニット２Ａは第３方向ｚに沿って配列される少なくとも２つの電池セル２０を含み、各電池セル２０は２つの電極端子２４２を含み、それぞれ正極端子及び負極端子である。
図５に示すように、第１バスバー３は本体部３２及び２つの接続部３１を含み、第１バスバー３の延伸方向は第３方向ｚに対して所定角度で傾斜する。第１バスバー３及び後述の第２バスバー４は電気接続ブレード、アルミニウムバー及びｂｕｓｂａｒ等とも呼ばれ、第１バスバー３は条状のシート状構造で形成されてもよい。
２つの接続部３１はそれぞれ同じ電池セルユニット２Ａ内の２つの電池セル２０の電極端子２４２に接続される。図４に示すように、同じ電池セルユニット２Ａにおいて、隣接する２つの電池セル２０の最大側面は対向して設置され、第１バスバー３は２つの電池セル２０において位置がずらした電極端子２４２に接続される。
本体部３２は２つの接続部３１の間に位置し、且つ本体部３２に変形誘導部が設けられ、変形誘導部は本体部３２が第１方向ｘに沿って変形するのに必要な力を少なくとも減少させるように構成され、第１方向ｘは電池セル２０の電極端子２４２が設置される側面に平行であり且つ第３方向ｚに垂直である。
本願の該実施例では、第１バスバー３が第３方向ｚに対して所定角度で傾斜するため、電池セル２０が第３方向ｚに沿って膨張する時に生じた膨張力は電極端子２４２によって第１バスバー３に加えられ、これにより、第１バスバー３は長さ方向及び幅方向の外力を同時に受ける。
関連技術の解決策では、各電池セルを第３方向ｚに沿って配列すれば、バスバーは一般的に第３方向ｚに平行して設置され、電池セルが膨張する時にバスバーに長さ方向のみの外力を加え、バスバーの設計によりバスバーが長さ方向に沿って変形するのに必要な力のみを減少させる。このバスバーを電池セル２０に接続する時に傾斜して設置すれば、電池セル２０が膨張する時にバスバーは幅方向において大きな力を受ける。本願の実施例では、本体部３２に変形誘導部を設置することにより、第１バスバー３が第１方向ｘにおいて容易に変形して外力を吸収することができ、それにより電極端子２４２に対する引張力を減少させ、電極端子２４２とセルとの間の接続の信頼性を確保する。
図４に示すように、電池セル２０の第３方向ｚのサイズは第１方向ｘのサイズよりも小さく、従って、電池セル２０が第３方向ｚに沿って膨張するとき、第１バスバー３は第１方向ｘ及び第３方向ｚの外力を同時に受け、且つ第１方向ｘの外力は第３方向ｚの外力よりも大きい。変形誘導部を設置することにより、第１バスバー３は第１方向ｘにおいて容易に変形して大部分の外力を吸収することができ、それにより電極端子２４２に対する引張力を明らかに減少させ、電極端子２４２とセルとの間の接続の信頼性を確保する。
且つ、図４に示すように、電池セル２０は第１防爆弁２４３をさらに含み、第１防爆弁２４３は２つの電極端子２４２の間に設けられる。第１バスバー３が２つの電池セル２０において位置がずらした２つの電極端子２４２に接続されるため、第１バスバー３はそれに接続される２つの電池セル２０の第１防爆弁２４３に接近し、ここで熱量が集中し、且つ変形誘導部を設置することにより、熱暴走が発生した場合に第１バスバー３は容易に切断でき、それにより、電池モジュール２全体の高圧回路を切断し、熱暴走警報及び保護対策をタイムリーに実行し、電池動作の安全性を向上させることができる。
図５に示すように、変形誘導部は本体部３２に対して長さ方向の中央位置に対称に設置され、第１バスバー３が受けた力を均一にし、且つ２つの電池セル２０に対する作用効果は一致である。且つ、電池セル２０に熱暴走が発生した場合、中央位置には変形誘導部が設置されるため、熱場の熱応力集中点になり、第１バスバー３を迅速に溶断させ、モジュール全体の高圧回路を切断することができ、熱暴走警報及び保護対策のための時間を確保する。
本願の実施例における変形誘導部は様々な構造形式を用いてもよく、たとえば、本体部３２の厚さ方向に垂直な側面に凹溝、貫通溝、スリット３３、ブラインドホール及び貫通孔のうちの少なくとも１つを設置し、又は本体部３２の幅方向に垂直な側面に凹部３４を設置する。第１バスバー３は適切な材料で形成され、且つ本体部３２の第１方向（ｘ）の剛性を減少させる変形誘導部を有する限り、いずれも本願の保護範囲に属する。
図５に示すように、変形誘導部はスリット３３を含み、スリット３３は本体部３２の厚さ方向に沿って貫通する。第１バスバー３の変形誘導部が設置された断面積は第１バスバー３の放電能力を満たすように構成される。
該実施例は、スリット３３を設置することにより、第１バスバー３の幅方向の断面積を減少させることができ、幅方向の剛性を減少させ、第１バスバー３の幅方向は第３方向ｚに対して傾斜し、従って、本体部３２が第１方向ｘ及び第３方向ｚに沿って変形するのに必要な力を同時に減少させることができ、それにより、電極端子２４２に対する引張力を減少させる。且つ、熱暴走が発生した場合にスリット３３が設けられる脆弱部が容易に溶断され、回路を切断する。
図５～図８に示すように、スリット３３は２つの横方向溝３３１を含み、２つの横方向溝３３１は第１バスバー３の幅方向に沿って延伸し且つ第１バスバー３の長さ方向に沿って間隔をおいて設置され、２つの横方向溝３３１は本体部３２の幅方向の中央領域に設けられる。
第１バスバー３の幅方向に沿って延伸する横方向溝３３１を設置することにより、局所領域に第１バスバー３の幅方向の断面積を効果的に減少させることができ、幅方向の剛性を減少させ、それにより、本体部３２が第１方向ｘ及び第３方向ｚに沿って変形するのに必要な力を効果的に減少させることができ、それにより電極端子２４２に対する引張力を減少させる。
図８に示すように、２つの横方向溝３３１はそれぞれ本体部３２における長さ方向の２つの電極端子２４２に近い位置に設置され、いずれかの電極端子２４２が外力を接続される第１バスバー３に加える時に、第１バスバー３を効果的に変形させ、電極端子２４２に対する引張力を減少させる。
図５及び図６に示すように、スリット３３は縦方向溝３３２をさらに含み、縦方向溝３３２は第１バスバー３の長さ方向に沿って延伸し、且つ縦方向溝３３２の両端はそれぞれ２つの横方向溝３３１と連通し、縦方向溝３３２及び２つの横方向溝３３１はいずれも本体部３２の幅方向の中央領域に設けられる。
第１バスバー３の長さ方向に沿って延伸する縦方向溝３３２を増加することにより、本体部３２の所定長さ区間内に第１バスバー３の幅方向の断面積を均一に減少させることができ、該長さ区間の幅方向の剛性を減少させ、第１バスバー３が外力を受けると、全体として均一に変形することができ、電極端子２４２に対する引張力を減少させ、さらに第１バスバー３の局所変形が大きいため耐用年数に影響を与えることを防止することができる。且つ、縦方向溝３３２はさらに第１バスバー３の放電能力に対する影響を軽減することもできる。
接続強度を確保する上で、縦方向溝３３２の長さをできる限り増加することができる。縦方向溝３３２の幅が大きいと第１バスバー３の放電能力に影響を与え、横方向溝３３１を設置することにより、第１バスバー３の放電能力を確保する上で、第１バスバー３の剛性をさらに減少させることができ、電極端子２４２が受けた引張力を最大限に減少させることができ、熱暴走が発生した場合に容易に切断できる。
図７に示すように、スリット３３は２つの縦方向溝３３２をさらに含み、２つの縦方向溝３３２は第１バスバー３の長さ方向に沿って延伸し且つ間隔をおいて設置され、各縦方向溝３３２の一端はそれぞれ対応する横方向溝３３１と連通する。たとえば、２つの縦方向溝３３２は対向して延伸し、互いに連通する縦方向溝３３２と横方向溝３３１がＴ字型溝を形成し、２つのＴ字型溝は本体部３２に対して長さ方向の中央位置に対称に設置され、且ついずれも本体部３２の幅方向の中央領域である。
このような構造は第１バスバー３の剛性を減少させるとともに、電極端子２４２に対する接続の信頼性を向上させることができる。
これに基づいて、図６～図８に示すように、変形誘導部は凹部３４を含み、凹部３４は本体部３２の幅方向の側方に設けられ、第１バスバー３の幅を減少させるように構成される。たとえば、凹部３４の側壁は円弧状、双曲線形又は放物線形等であってもよく、応力集中を減少させることができ、また、多角形等であってもよい。
凹部３４を設置することにより、スリット３３による作用を強化することができ、第１バスバー３の幅方向の剛性をさらに減少させることができ、本体部３２が第１方向ｘ及び第３方向ｚに沿って変形するのに必要な力をさらに減少させることができ、それにより、電極端子２４２に対する引張力を減少させ、第１バスバー３と電極端子２４２の接続の信頼性を向上させ、且つ熱暴走が発生した場合に容易に切断でき、回路を切断し、それにより電池モジュール２の動作の信頼性及び安全性を向上させる。
依然として図６～図８を参照し、凹部３４は本体部３２の長さ方向の中央位置に設けられてもよく、たとえば、本体部３２の幅方向の両側にいずれも凹部３４が設けられる。
このような構造は、第１バスバー３の幅方向の両側の構造を対称にし、均一に力を受けることができる。且つ長さ方向の中央位置の剛性を弱めることができ、２つの電極端子２４２のうちのいずれかが第１バスバー３に外力を加える場合、より容易に変形することができる。且つ、中央位置から隣接層までの距離は電池セル２０の第１防爆弁２４３までの距離よりも近く、熱暴走の場合に第１バスバー３が容易に溶断できる。
図５に示すように、変形誘導部は屈曲部３５を含み、屈曲部３５は接続部３１に対して第１バスバー３の厚さ方向の少なくとも一側に向かって突出し、すなわち屈曲部３５は本体部３２に対して外部へ突起する。たとえば、屈曲部３５は円弧状、Ｕ字型、長方形又は台形等であってもよい。
該実施例は屈曲部３５を設置することにより、電池セル２０が膨張して電極端子２４２を介して第１バスバー３に長さ方向の外力を加える場合、屈曲部３５は突出して弾性構造を形成し、引張されやすく、電池セル２０が膨張するときに第１バスバー３が長さ方向に沿って受けた外力を吸収することができ、電極端子２４２に対する引張力を減少する。且つ、屈曲部３５は本体部３２の表面積を増大してより多くの熱量を容易に吸収でき、且つ凹部３４は屈曲部３５の幅を減少させるため、電池セル２０に熱暴走が発生した場合、第１バスバー３がそこで容易に切断でき、電池モジュール２の動作の安全性を向上させることができる。
図４に示すように、屈曲部３５全体は接続部３１に対して電池セル２０から離れた方向へ突出する。このような構造により、第１バスバー３は電池セル２０に接近して設置され、第１バスバー３と電極端子２４２の接続を安定して信頼でき、且つ、第１バスバー３の電池セル２０から離れた一側には屈曲部３５を設置するために十分な空間があり、変形要件を満たす。
図５に示すように、屈曲部３５は本体部３２の長さ方向の中央位置に位置し、１つの屈曲部３５を設置することにより、２つの電極端子２４２が第１バスバー３に加えた長さ方向の外力を同時に吸収することができる。
図４及び図５に示す電池モジュール２について、変形誘導部はスリット３３、凹部３４及び屈曲部３５を含み、屈曲部３５は本体部３２の長さ方向の中央位置に位置し、スリット３３は屈曲部３５に対して第１バスバー３の長さ方向に沿って対称に設置され、たとえば、スリット３３の２つの横方向溝３３１は屈曲部３５の両側に位置し、縦方向溝３３２の両端は長さ方向に沿って屈曲部３５を貫通してそれぞれ２つの横方向溝３３１と連通する。凹部３４は屈曲部３５における第１バスバー３の幅方向の側方に少なくとも部分的に設けられ、第１バスバー３の幅を減少させるように構成される。
該実施例の電池モジュール２では、電池セル２０が第３方向ｚに沿って膨張するときに、第１バスバー３が第１方向ｘ及び第３方向ｚに沿って外力を受け、スリット３３、凹部３４及び屈曲部３５の連携作用により、第１バスバー３が変形して第１方向ｘ及び第３方向ｚにおいて受けた外力を効果的に吸収することを可能にし、それにより、電極端子２４２が受けた力を最大限に減少させ、電池モジュール２の動作の信頼性を向上させることができる。
図４に示すように、電池セル２０は第１防爆弁２４３をさらに含み、第１バスバー３に接続される２つの電池セル２０の第１防爆弁２４３はそれぞれ第１バスバー３の幅方向の両側に位置する。このような構造は第１バスバー３に接続される上下のいずれかの電池セル２０に熱暴走が発生するときに、いずれも第１バスバー３を溶断することができ、他の電池セル２０に対して保護効果を奏する。
また、図４を参照し、第１バスバー３はそれに接続される電池セル２０の第１防爆弁２４３を少なくとも部分的に被覆する。第１バスバー３に接続される上下のいずれかの電池セル２０に熱暴走が発生した場合、電池セル２０内の高温ガス、火花及びほこりは第１防爆弁２４３から噴出し、且つ第１バスバー３に直接作用し、第１バスバー３がより容易に溶断できる。
図４に示すように、電池モジュール２は第２バスバー４及び第１方向ｘに沿って配列される複数の電池セルユニット２Ａをさらに含み、隣接する２つの電池セルユニット２Ａは第２バスバー４を介して電気的に接続され、第２バスバー４は第１方向ｘに沿って延伸する。図４に示される電池モジュールについて、各第１バスバー３及び各第２バスバー４は第１方向ｘに沿って交互に設置され、各電池セル２０を直列接続し、且つ隣接する２つの第１バスバー３の傾斜方向は逆である。第２バスバー４は第１バスバー３と同様の構造を用いてもよく、又は変形誘導部を省略してもよい。
図４に示すように、電池モジュール２は、各電池セル２０を接続し電池モジュール２とした後の正負極をそれぞれ出力するように配置される２つの出力極をさらに含む。
上記実施例に基づいて、図１に示すように、電池パックは少なくとも１つの電池モジュール２を含んでもよく、各電池モジュール２は第２方向ｙに沿って同列に配列され又は間隔をおいて設置される。たとえば、隣接する２つのビーム１２の間に２つの電池モジュール２が設置されてもよい。各電池セル２０の最大側面はボックス１１の底面に略平行であり、このような配置方式は水平配置とも呼ばれる。電池セル２０の第３方向ｚにおける高さが低いため、水平配置の設置方式を用いると、電池モジュール２の全体高さを低減させることができ、電池の取り付け空間が低い装置に適する。
上記各実施例に与えられる電池モジュール２はいずれも電池パックに設けられてもよく、図１に示すように、ボックスユニット１はボックス１１及びビーム１２を含み、ビーム１２はボックス１１内に固定され、且つボックス１１の内部空間を複数の収容キャビティＱに分割し、各収容キャビティＱ内に少なくとも１つの電池モジュール２が設置される。図１及び図２に示すように、電池パックは接続部品６をさらに含み、各電池モジュール２における出力極５を接続するように構成され、各電池モジュール２の直列接続及び並列接続のうちの１つを実現し、電池パックに必要な電気的性質を実現する。ボックス１１には電気コネクタ７を取り付けるための第１取付孔１１１が設置されてもよい。
電池モジュール２では各電池セル２０の電極端子２４２はいずれもビーム１２に向かって設置され、且つ電池セル２０、電極端子２４２を設置するための側面、及びビーム１２の側壁の間に所定間隔Ｌを有し、排気通路Ｂを形成する。
図３に示すように、電池セル２０Ｓに熱暴走が発生した場合に、第１防爆弁２４３から噴出した高温ガス、火花及びほこりは第１バスバー３を溶断する可能性があり、気流が排気通路Ｂに沿って両側へ流れ、且つビーム１２の端部とボックス１１の内壁との間の隙間を通って第２防爆弁８に流れ、最終的に、第２防爆弁８から外部へ排出し、ボックス１１内の温度を低減させ、電池安全性を向上させる。ボックス１１に少なくとも１つの第２取付孔１１２が設けられ、第２防爆弁８は第２取付孔１１２を介してボックス１１に取り付けられる。
電池の動作により生じた熱量を奪うために、図１及び図２に示すように、電池パックは冷却部材９をさらに含み、冷却部材９は冷却板９１を含み、内部に冷却キャビティが設けられ、液体供給管９２及び液体排出管９３はいずれも冷却板９１の冷却キャビティと連通する。第１方向ｘ及び第２方向ｙに形成される平面内に、隣接する２つの電池モジュール２は電極端子２４２が互いに遠く離れるように取り付けられてもよく、取り付け空間を節約することができ、且つ冷却板９１を設置する時、冷却板９１を隣接する２つの電池モジュール２の間に設けてもよく、これにより、冷却板９１によって隣接する２つの電池モジュール２を同時に冷却する。
いくつかの実施形態では、隣接する２つの電池モジュール２は電極端子２４２が互いに対向するように取り付けられてもよく、隣接する電池モジュール２の電極端子２４２の間に安全距離を確保する必要があり、冷却する必要がある場合、２つの電池モジュール２の電極端子２４２から離れた側面にそれぞれ冷却板９１を設置することができる。
また、電池セル２０が水平配置して取り付けられる構造以外に、電池セル２０が垂直に設置される電池モジュール２について、本願の第１バスバー３及び第２バスバー４が電池セル２０に接続される方式及び構造形式を用いてもよい。
以下、上記各実施例における電池セル２０に使用できる構造を説明する。
図９に示される分解模式図に示すように、各電池セル２０はいずれも、ハウジング２１及びハウジング２１内に設けられる電極組立体２２を含み、ハウジング２１は六面体形状又は他の形状を有し、且つ開口を有するものであってもよい。電極組立体２２はハウジング２１内に収容される。ハウジング２１の開口はトップカバーユニット２４で被覆される。トップカバーユニット２４はトップカバー２４１及びトップカバー２４１に設置される２つの電極端子２４２を含み、２つの電極端子２４２はそれぞれ第１電極端子及び第２電極端子である。第１電極端子は正極端子であり、第２電極端子は負極端子である。他の実施例では、第１電極端子はさらに負極端子であり、第２電極端子は正極端子である。トップカバーユニット２４と電極組立体２２との間にアダプタープレート２３が設置され、電極組立体２２のタブはアダプタープレート２３を介してトップカバー２４１における電極端子に電気的に接続される。本実施例では、アダプタープレート２３は２つであり、すなわちそれぞれ正極アダプタープレート及び負極アダプタープレートである。トップカバー２４１の２つの電極端子２４２の間に第１防爆弁２４３が設けられる。
図９に示すように、ハウジング２１内に２つの電極組立体２２が設置され、２つの電極組立体２２は電池セル２０の高さ方向（ｚ方向）に沿って積み重ねられ、電池セル２０の高さ方向は電池パックの高さ方向と一致する。もちろん、他の実施例では、ハウジング２１内に１つの電極組立体２２を設置してもよく、又はハウジング２１内に３つ以上の電極組立体２２を設置する。複数の電極組立体２２は電池セル２０の高さ方向（ｚ方向）に沿って積み重ねられる。
図１０及び図１１に示すように、電極組立体２２は第１極板２２１、第２極板２２２及び前記第１極板２２１と前記第２極板２２２との間に設置されるセパレータ２２３を含む。第１極板２２１は正極板であり、第２極板２２２は負極板である。他の実施例では、第１極板２２１はさらに負極板であり、第２極板２２２は正極板である。セパレータ２２３は第１極板２２１と第２極板２２２との間の絶縁体である。正極板の活物質は正極板のコーティング領域にコーティングされ、負極板の活物質は負極板のコーティング領域にコーティングされる。正極板のコーティング領域から延伸する部分は正極タブとして機能し、負極板のコーティング領域から延伸する部分は負極タブとして機能する。正極タブは正極アダプタープレートを介してトップカバーユニット２４における正極端子に接続され、同様に、負極タブは負極アダプタープレートを介してトップカバーユニット２４における負極端子に接続される。
図１０に示すように、電極組立体２２は巻回型構造である。第１極板２２１、セパレータ２２３及び第２極板２２２はいずれも帯状構造であり、第１極板２２１、セパレータ２２３及び第２極板２２２を順に積層して２周り以上巻回して電極組立体２２を形成し、且つ電極組立体２２は扁平状である。電極組立体２２を製造する時に、電極組立体２２は直接的に扁平状に巻回されてもよく、又は中空円筒状構造に巻回され、巻回された後に扁平状に平らにされることもよい。図１０は電極組立体２２の外形輪郭の模式図であり、電極組立体２２の外面は２つの平坦面２２４を含み、２つの平坦面２２４は電池セル２０の高さ方向（ｚ方向）に沿って対向して設置される。電極組立体２２は略六面体構造であり、平坦面２２４は巻回軸線に略平行であり且つ面積が最も大きな外面である。平坦面２２４は比較的平坦な表面であり、完全な平面である必要がない。
図１１に示すように、電極組立体２２は積層型構造であり、すなわち電極組立体２２は複数の第１極板２２１及び複数の第２極板２２２を含み、セパレータ２２３は第１極板２２１と第２極板２２２との間に設置される。第１極板２２１及び第２極板２２２は電池セル２０の高さ方向（ｚ方向）に沿って積層して設置される。
電極組立体２２は充放電過程に極板の厚さ方向に沿って必然的に膨張し、各極板の膨張量が増え、高さ方向に累積する膨張量は他の方向よりもより大きく、電極端子２４２を介して第１バスバー３に外力を加える。本願の実施例はセル間のバスバーの接続関係及び構造を改良することにより、電池動作の信頼性及び安全性を向上させることができる。
好ましい実施例を参照しながら本願を説明したが、本願の範囲を逸脱することなく、様々な改良を行うことができ、且つその部材を同等物で置き換えることができる。特に、構造上の矛盾がない限り、各実施例に係る各技術的特徴はすべて任意に組み合わせることができる。本願は明細書に開示されている特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲に属するすべての技術的解決手段を含む。
１ ボックスユニット
１１ ボックス
１１１ 第１取付孔
１１２ 第２取付孔
１２ ビーム
１３ 上部カバー
Ｑ 収容キャビティ
２ 電池モジュール
２Ａ 電池セルユニット
２０ 電池セル
２１ ハウジング
２２ 電極組立体
２２１ 第１極板
２２２ 第２極板
２２３ セパレータ
２２４ 平坦面
２３ アダプタープレート
２４ トップカバーユニット
２４１ トップカバー
２４２ 電極端子
２４３ 第１防爆弁
３ 第１バスバー
３１ 接続部
３２ 本体部
３３ スリット
３３１ 横方向溝
３３２ 縦方向溝
３３３ Ｔ字型溝
３４ 凹部
３５ 屈曲部
４ 第２バスバー
５ 出力極
６ 接続部品
７ 電気コネクタ
８ 第２防爆弁
９ 冷却部材
９１ 冷却板
９２ 液体供給管
９３ 液体排出管
１０ 拘束部材
１０１ 制限部
１０２ 取り付け部
１０３ 補強リブ

Claims (16)

  1. 電池モジュール（２）であって、
    第３方向（ｚ）に沿って配列され、電極端子（２４２）を備えた少なくとも２つの電池セル（２０）を含む電池セルユニット（２Ａ）と、
    第１バスバー（３）であって、本体部（３２）及び２つの接続部（３１）を含み、前記第１バスバー（３）の延伸方向は前記第３方向（ｚ）に対して所定の角度で傾斜し、前記２つの接続部（３１）はそれぞれ同じ前記電池セルユニット（２Ａ）内の前記２つの電池セル（２０）の前記電極端子（２４２）に接続され、前記本体部（３２）は前記２つの接続部（３１）の間に接続され、且つ前記本体部（３２）に変形誘導部が設けられ、前記変形誘導部は前記本体部（３２）が第１方向（ｘ）に沿って変形するのに必要な力を少なくとも減少させるように構成され、前記第１方向（ｘ）は前記電池セル（２０）の前記電極端子（２４２）が設置される側面に平行であり且つ前記第３方向（ｚ）に垂直である第１バスバー（３）と、を含む電池モジュール（２）。
  2. 前記変形誘導部はスリット（３３）を含み、前記スリット（３３）は前記本体部（３２）の厚さ方向に沿って貫通している請求項１に記載の電池モジュール（２）。
  3. 前記スリット（３３）は２つの横方向溝（３３１）を含み、前記２つの横方向溝（３３１）は前記第１バスバー（３）の幅方向に沿って延伸し且つ前記第１バスバー（３）の長さ方向に沿って間隔をおいて設置される請求項２に記載の電池モジュール（２）。
  4. 前記スリット（３３）は縦方向溝（３３２）をさらに含み、前記縦方向溝（３３２）は前記第１バスバー（３）の長さ方向に沿って延伸し、且つ前記縦方向溝（３３２）の両端はそれぞれ前記２つの横方向溝（３３１）に連通する請求項３に記載の電池モジュール（２）。
  5. 前記スリット（３３）は２つの縦方向溝（３３２）をさらに含み、前記２つの縦方向溝（３３２）は前記第１バスバー（３）の長さ方向に沿って延伸し且つ間隔をおいて設置され、各前記縦方向溝（３３２）の一端はそれぞれ対応する前記横方向溝（３３１）に連通する請求項３に記載の電池モジュール（２）。
  6. 前記変形誘導部は凹部（３４）を含み、前記凹部（３４）は前記本体部（３２）の幅方向の側方に設けられ、前記本体部（３２）の幅を減少させるように構成される請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール（２）。
  7. 前記本体部（３２）の幅方向の両側にはいずれも前記凹部（３４）が設けられる請求項６に記載の電池モジュール（２）。
  8. 前記変形誘導部は屈曲部（３５）を含み、前記屈曲部（３５）は前記接続部（３１）に対して前記第１バスバー（３）の厚さ方向へ突出する請求項１～７のいずれか一項に記載の電池モジュール（２）。
  9. 前記屈曲部（３５）は前記接続部（３１）に対して前記電池セル（２０）から離れた方向へ突出する請求項８に記載の電池モジュール（２）。
  10. 前記屈曲部（３５）は前記本体部（３２）の長さ方向の中央位置に位置し、
    前記変形誘導部はスリット（３３）をさらに含み、前記スリット（３３）は前記屈曲部（３５）に対して前記第１バスバー（３）の長さ方向に沿って対称に設置され、及び／又は、
    前記変形誘導部は凹部（３４）をさらに含み、前記凹部（３４）は前記屈曲部（３５）における第１バスバー（３）の幅方向の側方に少なくとも部分的に設けられ、前記第１バスバー（３）の幅を減少させるように構成される請求項８又は９に記載の電池モジュール（２）。
  11. 前記電池セル（２０）は第１防爆弁（２４３）をさらに含み、前記第１バスバー（３）に接続される２つの前記電池セル（２０）の前記第１防爆弁（２４３）はそれぞれ前記第１バスバー（３）の幅方向の両側に位置する請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池モジュール（２）。
  12. 前記電池セル（２０）は第１防爆弁（２４３）をさらに含み、前記第１バスバー（３）はそれに接続される前記電池セル（２０）の前記第１防爆弁（２４３）を少なくとも部分的に被覆する請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池モジュール（２）。
  13. 第２バスバー（４）及び前記第１方向（ｘ）に沿って配列される複数の前記電池セルユニット（２Ａ）をさらに含み、隣接する２つの前記電池セルユニット（２Ａ）は前記第２バスバー（４）を介して電気的に接続され、前記第２バスバー（４）は前記第１方向（ｘ）に沿って延伸する請求項１～１２のいずれか一項に記載の電池モジュール（２）。
  14. 電池パックであって、
    ボックスユニット（１）と、
    前記ボックスユニット（１）内に設置される請求項１～１３のいずれか一項に記載の電池モジュール（２）と、を含む電池パック。
  15. 前記ボックスユニット（１）はボックス（１１）及びビーム（１２）を含み、前記ビーム（１２）は前記ボックス（１１）内に設置され、且つ前記ボックス（１１）を複数の収容キャビティ（Ｑ）に分割し、
    各収容キャビティ（Ｑ）内に少なくとも１つの前記電池モジュール（２）が設置され、各前記電池モジュール（２）において各前記電池セル（２０）の電極端子（２４２）はいずれも前記ビーム（１２）に向かって設置され、且つ前記電池セル（２０）と前記ビーム（１２）の側壁との間に排気通路（Ｂ）を形成するための所定間隔（Ｌ）がある請求項１４に記載の電池パック。
  16. 二次電池を使用する装置であって、
    請求項１～１３のいずれか一項に記載の電池モジュール（２）、及び／又は、
    請求項１４又は１５に記載の電池パックを含む二次電池を使用する装置。
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