JP2023508369A - 電池、その関連装置、製造方法及び製造機器 - Google Patents

電池、その関連装置、製造方法及び製造機器 Download PDF

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Abstract

Figure 2023508369000001
本願は電池、その関連装置、製造方法及び製造機器を開示する。電池は複数の電池セルと、カバーと、絶縁部とを含む。前記複数の電池セルはバス部材を介して相互に電気的に接続されるように構成され、カバーは前記バス部材を装着するように構成される収容空間を含み、前記絶縁部は前記カバーに取り付けられ、かつ少なくとも前記バス部材を被覆するように設置される。本願によれば、複数の電池セルを電気的に接続するための電池のバス部材がカバーに埋め込まれ、それにより、電池の構造がよりコンパクトになり、かつバス部材が筐体内に封止されないため、電池管理ユニットの構造の一部は電池の筐体の外に設置できる。

Description

本願は電池分野に関し、具体的には、電池、その関連装置、製造方法及び製造機器に関する。
化学電池、電化電池、電気化学電池又は電気化学セルとは、酸化還元反応により、正極、負極活物質の化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置を指す。通常の酸化還元反応との違いは、酸化と還元反応が別々に実行され、酸化が負極で実行され、還元が正極で実行され、電子の増減が外部回路を介して実行され、それにより電流が形成されることである。これは全ての電池の本質的な特徴である。長期間の研究、発展の結果、化学電池は、種類が様々になり、用途が広くなり、建物にしか収容できない巨大な装置から、ミリメートルで計算するタイプまで登場されている。現代の電子技術の発展は、化学電池に対して非常に高い要件を求めている。化学電池の技術のあらゆる突破は、電子機器の革新的な発展をもたらしてしまう。世界中の多くの電気化学科学者は、電気自動車に動力を供給する化学電池の分野に研発の関心を集中している。
リチウムイオン電池は、化学電池の１種として、体積が小さく、エネルギー密度が高く、電力密度が高く、サイクル使用の回数が多く、保管時間が長い等の利点を有し、いくつかの電子機器、電動交通工具、電動玩具及び電動機器に広く使用され、例えば、リチウムイオン電池は、現在、携帯電話、ノートパソコン、電気自転車、電気自動車、電動飛行機、電動船、電動玩具車、電動玩具船、電動玩具飛行機及び電動工具等に広く使用されている。
リチウムイオン電池技術の継続的な発展に伴って、リチウムイオン電池の性能に対する要件が高まっており、リチウムイオン電池が様々な設計要素を同時に考慮できることが期待されている。
従来の電池では、バス部材は通常、カバーと電池セルとの間に設置されるため、電池全体の体積が大きい。また、バス部材は通常、筐体内に密閉されるため、バス部材に電気的に接続される電池管理ユニットは電池の筐体（例えば、カバーが筐体の一部である）内に設置される必要があり、これによって、電池の筐体の体積が大きく、かつ電池管理ユニットが筐体内に封止されるため、後続のメンテナンスや交換に不便である。
本願は、電池の性能を向上させるために、電池、その関連装置、製造方法及び製造機器を提供する。
本願の第１態様によれば、電池を提供し、複数の電池セルと、カバーと、絶縁部とを含む。前記複数の電池セルはバス部材を介して相互に電気的に接続されるように構成され、カバーは前記バス部材を装着するように構成される収容空間を含み、前記絶縁部は前記カバーに取り付けられ、かつ少なくとも前記バス部材を被覆するように設置される。
本技術案によれば、複数の電池セルを電気的に接続するための電池のバス部材がカバーに埋め込まれ、それにより、電池の構造がよりコンパクトになり、電池の体積エネルギー密度が向上でき、かつバス部材が筐体内に封止されないため、電池管理ユニットの構造の一部は電池の筐体の外に設置できる。
１つの実施形態では、前記収容空間は前記カバーに形成される貫通孔であり、前記バス部材は前記貫通孔から貫通して前記カバーに固定される。
本技術案によれば、収容空間の構造はシンプルで、実現しやすく、コストが低い。
１つの実施形態では、前記絶縁部は前記カバーに追加され又は組み立てられる。
本技術案によれば、生産時にバス部材が収容空間に装着された後に絶縁部をカバーに組み立て又は追加することを許可し、該操作は簡単で、実現しやすい。
１つの実施形態では、前記収容空間は前記カバーに形成された止まり穴であり、前記バス部材は前記収容空間の開口部を通って前記収容空間に入ることができ、かつ前記バス部材の少なくとも一部が前記収容空間に収容され、前記絶縁部は前記カバーと一体成形される。
本技術案によれば、バス部材はカバー及び絶縁部によって形成された一体構造内に完全に埋め込むことができ、このように設置することにより、空間をさらに節約し、電池の全体的なサイズを減少することができる。
１つの実施形態では、前記電池は、制御モジュール及び電気接続部材を含む電池管理ユニットをさらに含み、前記制御モジュールと前記バス部材は前記電気接続部材を介して接続される。
１つの実施形態では、前記電池はケースをさらに含み、前記ケースと前記カバーは共同で取り囲んで前記複数の電池セルを収容するための筐体を形成し、前記制御モジュールは前記筐体の外に設置される。
１つの実施形態では、前記制御モジュールと前記電気接続部材の少なくとも１つは前記カバー内に埋め込まれる。
上記いくつかの技術案によれば、電池管理ユニットの部材は筐体外に設置され又はカバー内に埋め込むことができ、電池管理ユニットが完全に筐体内に設置される構造に比べて、上記いくつかの技術案は、空間をさらに節約し、電池のサイズを減少することができ、かつ電池管理ユニットのメンテナンス及び交換が容易になる。
１つの実施形態では、前記電気接続部材は、前記複数の電池セルに電気的に接続されて前記複数の電池セルの温度又は電圧信号を収集するために使用される回路基板を含む。
本技術案によれば、このような設置により、電池セルの温度又は電圧信号をより正確に取得することができ、これにより、電池の全体的な動作状態をより正確に監視することができる。
１つの実施形態では、前記複数の電池セルの少なくとも１つの電池セルはリリーフ機構を含み、前記リリーフ機構は少なくとも１つの前記電池セルの内部圧力が閾値になった場合に作動して前記内部圧力を解放するために使用され、前記リリーフ機構と前記バス部材はそれぞれ少なくとも１つの前記電池セルの異なる側に配置され、それにより、前記リリーフ機構が作動するとき、少なくとも１つの前記電池セルからの排出物は前記バス部材から離れる方向に沿って排出される。
本技術案によれば、このようにリリーフ機構及びバス部材を配置することによって、電池の安全性能が顕著に向上する。先ず、例えば、電池が電気自動車に適用されかつ内部で熱暴走が発生した場合、電池セルの排出物は運転室内の乗員に排出されず、これにより、該電池を使用した電気自動車の安全性が向上する。そして、リリーフ機構とバス部材はそれぞれ電池セルの異なる側に配置されるため、電池セルの排出物はバス部材の短絡を引き起こさず、これにより、バス部材の短絡によるリスクが顕著に軽減され、電池の安全性能が向上する。
１つの実施形態では、電池は熱管理部材をさらに含み、前記熱管理部材は、流体を収容して前記複数の電池セルの温度を調整するために使用され、かつ前記熱管理部材は、前記電池セルからの排出物が前記熱管理部材を通過するように、前記リリーフ機構が作動する時に破壊されるように構成される。
本技術案によれば、熱管理部材を設置することにより、電池セルの温度をより柔軟で積極的に制御することができる。電池の内部で熱暴走が発生した場合でも、電池セルの排出物は効果的に排出でき、排出物の排出不良によるリスクが軽減される。
１つの実施形態では、前記熱管理部材は、前記リリーフ機構が作動する時に破壊されて前記流体を流出させるように構成される。
本技術案によれば、このようにすると、電池セルからの高温高圧排出物は効果的に降温でき、これにより、電池の安全性能が向上する。
１つの実施形態では、前記熱管理部材は、前記リリーフ機構が作動することを可能にするための空間を提供するように構成される逃げ構造をさらに含む。かつ、前記熱管理部材は前記複数の電池セルに取り付けられ、前記逃げ構造と前記リリーフ機構との間に回避キャビティが形成される。
本技術案によれば、逃げ構造を設置することにより、リリーフ機構が効果的に作動できることを確保することができる。また、回避キャビティは、電池セルの排出物の排出に緩衝空間を提供することができ、これにより、電池セルの排出物による外部への衝撃圧力が低減され、電池の安全性能がさらに向上する。
１つの実施形態では、前記熱管理部材は、前記リリーフ機構が作動することを可能にするための空間を提供するように構成される逃げ構造をさらに含み、かつ前記逃げ構造は前記熱管理部材を貫通する貫通孔である。
本技術案によれば、このようにすると、排出物が熱管理部材を通過する目的が、簡単な方式かつ低いコストで実現される。
１つの実施形態では、電池は、前記リリーフ機構が作動する時に前記電池セル及び前記熱管理部材からの排出物を収集するための収集キャビティをさらに含み、前記回避キャビティと前記収集キャビティは前記熱管理部材によって隔離される。
本技術案によれば、収集キャビティは排出物の排出にさらなる緩衝を提供することができ、排出物の衝撃圧力がさらに低減される。また、収集キャビティはさらに、排出物による外部への二次的損傷のリスクを軽減することができる。
１つの実施形態では、電池は、前記リリーフ機構が作動する時に前記電池セル及び前記熱管理部材からの排出物を収集するための収集キャビティをさらに含み、前記逃げ構造は前記収集キャビティに連通する。
本技術案によれば、排出物は収集キャビティに順調に入ることができ、排出物による外部へのリスクが軽減されかつ外部環境への汚染が低減される。また、収集キャビティは排出物の排出にさらなる緩衝を提供することができ、排出物の衝撃圧力がさらに低減される。
１つの実施形態では、電池は保護部材をさらに含み、前記保護部材は前記熱管理部材の前記電池セルから離れる側に配置され、かつ前記収集キャビティは前記熱管理部材と前記保護部材との間に配置される。
本技術案によれば、保護部材は電池にさらなる保護を提供することができ、これにより、電池が異品に破壊されることを回避し、外界の埃塵や雑異物が電池の内部に入ることを防止する。また、保護部材及び熱管理部材は、リリーフ機構が作動する時に排出物の排出にさらなる緩衝を提供し、排出物の衝撃圧力を低減するように、さらに収集キャビティを形成する。
１つの実施形態では、前記熱管理部材と前記保護部材との間に配置されて前記収集キャビティを封止する電池は封止部材をさらに含む。
本技術案によれば、封止部材を設置することにより、収集キャビティ中の排出物の予想外の排出を効果的に防止することができ、これにより、電池の安全性能が向上する。
本願の第２態様によれば、電気エネルギーを供給するための上記技術案のいずれか１項に記載の電池を含む装置を提供する。
本願の第３態様によれば、電池製造方法を提供し、
バス部材を介して相互に電気的に接続されるように構成される複数の電池セルを提供するステップと、
前記バス部材を装着するように構成される収容空間を含むカバーを提供するステップと、
前記カバーに取り付けられ、かつ少なくとも前記バス部材を被覆するように設置される絶縁部を提供するステップとを含む。
本願の第４態様によれば、電池製造装置を提供し、
バス部材を介して相互に電気的に接続されるように構成される複数の電池セルを製造するための電池セル製造モジュールと、
前記バス部材を装着するように構成される収容空間を含むカバーを製造するためのカバー製造モジュールと、
前記カバーに取り付けられ、かつ少なくとも前記バス部材を被覆するように設置される絶縁部を製造するための絶縁部製造モジュールとを含む。
本願の実施例の電池及びその関連装置、製造方法、製造装置では、複数の電池セルを電気的に接続するための電池のバス部材がカバーに埋め込まれることにより、電池の構造がよりコンパクトになり、電池の体積エネルギー密度が向上でき、かつバス部材が筐体内に封止されないため、電池管理ユニットの構造の一部は電池の筐体の外に設置でき、これにより、空間をさらに節約し、電池のサイズを減少することができ、かつ電池管理ユニットのメンテナンス及び交換が容易になる。
ここで説明される図面は、本願の更なる理解を提供して、本願の一部を構成するために使用され、本願の例示的な実施例及びその説明は、本願を解釈するために使用され、本願の不適切な限定を構成するものではない。図面では、
本願の電池を使用する車両のいくつかの実施例の構造模式図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池の分解図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池の分解図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池の側面断面図を示す。 図４に示される電池のＡ部分の拡大図を示す。 図４に示される電池のＢ部分の拡大図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池セルの斜視模式図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池セルの斜視模式図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る熱管理部材の上面図を示す。 図９に示される本願の熱管理部材の底面図を示す。 図９に示される本願の熱管理部材のＡ－Ａ断面図を示す。 本願の電池製造方法のいくつかの実施例のプロセス模式図を示す。 本願の電池製造機器のいくつかの実施例の構造模式図を示す。
本願の目的、技術案及び利点をより明瞭にするために、以下、本願に係る複数の実施例を示す図面を参照しながら、本願の実施例の技術案を明瞭、かつ完全に説明し、理解されるように、説明される実施例は本願の一部の実施例に過ぎず、全部の実施例ではない。本願に記載の実施例に基づき、当業者が創造的な労働を必要とせずに得た全ての他の実施例は、いずれも本願の保護範囲に属する。
特に定義されない限り、本願で使用される全ての技術用語及び科学用語は、当業者が理解できる通常の意味と同じである。本願では、出願される明細書で使用される用語は、具体的な実施例を説明するためのものに過ぎず、本願を限定するものではない。本願の明細書、特許請求の範囲、及び上記図面の簡単な説明における「備える」、「含む」、「有する」、「具備」、「含有」、「含み」等の用語は開放形態の用語である。従って、例えば、１つ又は複数のステップ又は素子を「備える」、「含む」、「有する」方法又は装置は、１つ又は複数のステップ又は素子を具備するが、この１つ又は複数の素子を具備することに限定されない。本願の明細書、特許請求の範囲又は上記図面における「第１」、「第２」等の用語は、特定の順序又は主従関係を説明するためのものではなく、異なる対象を区別するためのものに過ぎない。また、「第１」、「第２」という用語は、説明するためのものに過ぎず、相対的な重要性を指示又は暗示し、又は指示された技術的特徴の数を暗然的に示すものとして理解できない。これにより、「第１」、「第２」で限定される特徴は、１つ又は複数の該特徴を明示的又は暗黙的に含むことができる。本願の説明では、特に説明されない限り、「複数」は２つ以上を意味する。
本願の説明では、理解する必要があるように、「中心」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「軸方向」、「半径方向」、「円周方向」等の用語が示した方位又は位置関係は、図面に基づいて示される方位又は位置関係であり、本願の説明を容易にし及び説明を簡素化するためのものに過ぎず、示した装置又は素子が必ず特定の方位を有し、特定の方位で構築及び操作されることを指示又は暗示しないため、本願を限定するものとして理解できない。
本願の説明では、説明する必要があるように、特に明確に規定限定されない限り、「装着」、「接続」、「連結」、「取り付け」という用語は、広義に理解すべきであり、例えば、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、中間媒体を介して間接的に連結されてもよく、２つの素子の内部の連通であってもよい。当業者であれば、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。
本願に言及されている「実施例」は、実施例を組み合わせて説明される特定の特徴、構造又は特性が本願の少なくとも１つの実施例に含まれてもよいことを意味する。明細書の様々な位置に現れる該語句は必ずしも同じ実施例を指すものではなく、他の実施例と相互に排他的に独立又は代替の実施例でもない。当業者は、本願で説明される実施例が他の実施例と組み合わせることができることを明確又は暗黙的に理解できる。
上記したように、強調する必要があるように、本明細書で「備える／含む」という用語が使用される場合、前記特徴、整数、ステップ又はユニットの存在を明確に示すために使用されるが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、部材又はグループ化された特徴、整数、ステップ、部材が存在し又は添加することを排除しない。本願で使用されるように、単数形の「１つ」、「一」及び「該」は、文脈で明確に示されない限り、複数形も含む。
本明細書で使用される「一」、「１つ」という用語は１つを表すことができるが、「少なくとも１つ」又は「１つ又は複数」と同じ意味を有することもできる。「約」という用語は、一般的に、言及された数値に１０％を増やすか又は減らし、又はより具体的には５％を増やすか又は減らすことを意味する。特許請求の範囲で使用される「又は」という用語は、代替可能な技術案のみを指すことを明確に説明しない限り、「及び／又は」の意味を表す。
本願における「及び／又は」という用語は、関連対象の関連関係を説明するためのものに過ぎず、３つの関係が存在し得ることを示し、例えば、Ａ及び／又はＢとは、Ａが単独で存在すること、ＡとＢが同時に存在すること、Ｂが単独で存在することの３つの状況を示すことができる。また、本願における「／」という文字は、一般的に前後の関連対象が「又は」の関係であることを示す。
本分野に係る電池は、充電できるかどうかに応じて、一次電池及び充電式電池に分けることができる。一次電池（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｂａｔｔｅｒｙ）は、「使い捨て」電池及びガルバニ電池とも呼ばれ、理由は、それらの電気量が消耗した後、再充電して使用することができず、廃棄することしかできないことである。充電式電池は、二次電池（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｂａｔｔｅｒｙ）又はセカンダリ電池、蓄電池とも呼ばれる。充電式電池の製造材料及びプロセスは一次電池とは異なり、その利点は、充電後に複数回繰り返し使用でき、充電式電池の出力電流負荷容量がほとんどの一次電池よりも高いことである。現在、一般的な充電式電池のタイプについて、鉛酸電池、ニッケル水素電池及びリチウムイオン電池がある。リチウムイオン電池は、軽量、大容量（容量が同重量のニッケル水素電池の１．５倍～２倍である）、メモリー効果がない等の利点を有し、かつ自己放電率が非常に低いため、価格が比較的高くても、依然として広く使用されている。リチウムイオン電池は、現在、純電気自動車及びハイブリッド車にも広く使用されており、このような用途に使用されるリチウムイオン電池の容量は比較的小さいが、出力、充電電流が大きく、使用寿命が長いが、コストが高い。
本願の実施例で説明される電池は充電式電池である。以下、主にリチウムイオン電池を例として本願に開示されている実施例を説明する。理解されるように、本願に開示されている実施例は、他の任意の適切なタイプの充電式電池に適用できる。本願に開示されている実施例に係る電池は、適切な装置に直接又は間接的に適用して該装置に給電することができる。
本願に開示されている実施例に係る電池とは、１つ又は複数の電池セルを含むことにより、所定の電圧及び容量を供給する単一の物理モジュールを指す。電池セルは電池の基本的なユニットであり、一般的に、包装方式に応じて、円筒形電池セル、角形電池セル及びソフトパック電池セルに分けることができる。以下、主に角形電池セルを中心として説明する。理解されるように、以下に説明される実施例は、特定の面で円筒形電池セル又はソフトパック電池セルにも適用できる。
電池セルは正極極板、負極極板、電解液及び分離膜を含む。リチウムイオン電池セルは主にリチウムイオンが正極極板と負極極板との間で移動することにより動作する。例えば、リチウムイオン電池セルは、電極材料として嵌め込まれたリチウム化合物を使用する。現在、リチウムイオン電池として使用される一般的な正極材料は主に、一般的に、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）及びリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）である。分離膜は、正極極板と負極極板との間に設置されて三層材料を有する薄膜構造が形成される。該薄膜構造は一般的に巻回又は積層の方式で、所要の形状を有する電極アセンブリを製造する。例えば、円筒形電池セルの場合に、三層材料を有する薄膜構造が円筒形の電極アセンブリに巻回され、角形電池セルの場合に、薄膜構造は、略長方形の形状を有する電極アセンブリに巻回又は積層される。
通常の電池セルでは、電池セルはボックスと、電極アセンブリと、電解液とを含む。電極アセンブリは電池セルのボックス内に収容され、電極アセンブリは正極極板、負極極板及び分離膜を含む。分離膜の材質はＰＰ又はＰＥ等であってもよい。電極アセンブリは巻回構造であってもよく、積層構造であってもよい。ボックスはハウジング及びカバー板を含む。ハウジングは、複数の壁で形成される収容キャビティ及び開口部を含む。カバー板は開口部に配置されて収容キャビティを密閉する。電極アセンブリに加えて、収容キャビティ内に電解液がさらに収容される。電極アセンブリの正極極板と負極極板はタブを含む。具体的には、正極極板は正極集電体及び正極活物質層を備え、正極活物質層は正極集電体の表面に塗布され、正極活物質層が塗布されていない正極集電体は正極活物質層が塗布されている正極集電体から突出し、正極活物質層が塗布されていない正極集電体は正極タブとして使用される。正極集電体の材料はアルミニウムであってもよく、正極活物質はコバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、三元リチウム又はマンガン酸リチウム等であってもよい。負極極板は負極集電体及び負極活物質層を備え、負極活物質層は負極集電体の表面に塗布され、負極活物質層が塗布されていない負極集電体は負極活物質層が塗布されている負極集電体から突出し、負極活物質層が塗布されていない負極集電体は負極タブとして使用される。負極集電体の材料は銅であってもよく、負極活物質は炭素又はシリコン等であってもよい。大電流が流れて溶断しないことを確保するために、正極タブは、数が複数でありかつ一体に積層され、負極タブは、数が複数でありかつ一体に積層される。タブは接続部材を介して電池セルの外部に位置する正電極端子及び負電極端子に電気的に接続される。角形電池セルの場合、電極端子は一般的にカバー板部分に設置される。複数の電池セルは、様々な応用シナリオに適用するために、電極端子を介して一体に直列接続及び／又は並列接続される。
電気自動車等のいくつかの大電力の応用シナリオでは、電池の応用は、電池セル、電池モジュール及び電池パックという３つのレベルを含む。電池モジュールは、外部の衝撃、熱、振動等から電池セルを保護し、所定の数の電池セルを一体に電気的に接続して１つのフレームに入れることによって形成されるものである。電池パックは、電気自動車に搭載されている電池システムの最終状態である。電池パックは、一般的に、１つ又は複数の電池セルを包装するための筐体を含む。筐体は、液体又は他の異物が電池セルの充電又は放電に影響を与えることを回避できる。筐体は一般的にカバー及びケースで構成される。現在、ほとんどの電池パックは、１つ又は複数の電池モジュールに電池管理システム（ＢＭＳ）、熱管理部材等の様々な制御及び保護システムを組み立てることにより製造される。技術の発展に伴って、電池モジュールというレベルは省略されてもよく、すなわち、電池セルで電池パックを直接に形成することができる。この改良により、電池システムは、重量エネルギー密度、体積エネルギー密度が向上すると共に、部品の数も顕著に減らす。本願に係る電池は電池モジュール又は電池パックを含む。
通常、電池セルに加えて、電池はカバーと、絶縁部と、電池管理ユニットとをさらに含む。電池セルを電気的に接続するためのバス部材は通常カバーと電池セルとの間に設置されるため、電池全体の体積が大きい。また、バス部材は通常筐体内に密閉されるため、バス部材に電気的に接続される電池管理ユニットは電池の筐体（例えば、カバーが筐体の一部である）内に設置される必要があり、これによって、電池の筐体の体積が大きく、かつ電池管理ユニットが筐体内に封止されるため、後続のメンテナンスや交換に不便である。
バス部材がカバーと電池セルとの間に装着されるという設計理念を変更することについて、研究者及び当業者であれば様々な技術課題を解決しかつ技術的偏見を克服する必要があり、やすやすと成功することではない。
該問題を解決するために、多くの研究者は、後に筐体を開放して電池管理ユニットをメンテナンスすることを容易にするように、筐体の脱着可能性を高めることにより該技術問題を解決することを容易に考える。つまり、上記様々な問題又はその他の様々な問題の存在に起因する技術的偏見のため、当業者は、バス部材をカバー内に埋め込んでこの問題を解決することを容易に想到できない。また、このような変更設計はリスクが非常に大きく、非常に困難であるため、研究者がバス部材の装着方式を変更することは阻害される。
従来技術における電池に存在する上記問題及び他の潜在的な問題を解決し又は少なくとも部分的に解決するために、本願の発明者は逆に進み、これについて大量の研究及び実験を行った後、新型電池を提出している。本願の実施例で説明される電池の適用可能な装置は、携帯電話、ポータブルデバイス、ノートパソコン、電気自転車、電動自動車、船、宇宙機、電動玩具及び電動工具等を含むがこれらに限定されない。例えば、宇宙機は、飛行機、ロケット、スペースシャトル及び宇宙船等を含み、電動玩具は固定式又は移動式の電動玩具を含み、例えば、ゲーム機、電動自動車玩具、電動船玩具及び電動飛行機玩具等が挙げられ、電動工具は、金属切削電動工具、研削電動工具、組立電動工具及び鉄道用電動工具を含み、例えば、電動ドリル、電動グラインダー、電動レンチ、電動ドライバ、電動ハンマー、電動インパクトドリル、コンクリート振動機及び電気プレーナー等が挙げられる。
例えば、図１に示すように、該図は本願の一実施例に係る車両１の簡単な模式図であり、車両１は、ガソリン車、ガス車又は新エネルギー自動車であってもよく、新エネルギー自動車は、純電気自動車、ハイブリッド車又はレンジエクステンダー自動車等であってもよい。車両１の内部に電池１０が設置されてもよく、例えば、車両１の底部又は前部又は尾部に電池１０が設置されてもよい。電池１０は車両１の給電に使用されてもよく、例えば、電池１０は車両１の操作電源として使用されてもよい。かつ車両１は、コントローラ３０及びモータ４０を含んでもよい。コントローラ３０は電池１０がモータ４０に給電するように制御するために使用され、例えば、車両１の起動、ナビゲーション及び走行中の動作電力需要に使用される。本願の別の実施例では、電池１０は車両１の操作電源として使用されるだけでなく、車両１の駆動電源として使用され、ガソリン又は天然ガスを代替又は部分的に代替して車両１に駆動動力を提供する。
図２及び図３はそれぞれ本願の実施例に係る電池の分解図を示す。図２及び図３に示すように、電池１０は複数の電池セル２０及び複数の電池セル２０を電気的に接続するためのバス部材１２を含む。電池セル２０を外部の液体又は異品による侵入又は腐食から保護するために、図２及び図３に示すように、電池１０は、複数の電池セル及び他の必要な部材を包装するための筐体１１を含む。いくつかの実施例では、筐体１１はカバー１１１とケース１１２を含んでもよい。カバー１１１とケース１１２は封止されるように一体に組み合わせられて複数の電池セル２０を収容するための電気キャビティを共同で形成する。
バス部材１２はさらにカバー１１１内に埋め込まれてもよく、図２～図５はバス部材１２がカバー１１１内に嵌め込まれた模式図を示す。図示されるように、カバー１１１は、バス部材１２を収容できる収容空間１１１ａを含んでもよい。いくつかの実施例では、収容空間１１１ａはカバー１１１に形成される貫通孔であってもよい。バス部材１２は適切な方式で貫通孔に固定できる。例えば、バス部材１２は、カバー１１１が成形される前に金型内に装着することができ、これにより、カバー１１１が形成された後、バス部材１２はカバー１１１内に嵌め込むことができる。
理解できるように、バス部材１２は、カバー１１１中の、電池セル２０の電極端子２１４（正電極端子２１４ａ及び負電極端子２１４ｂを含む）に対応する位置に配置される。筐体１１１内の電池セル２０が所定の位置に配置されると、カバー１１１をケース１１２に直接組み立てることができ、次に、溶接、例えばレーザー溶接又は超音波溶接等の固定方式でバス部材１２と電池セル２０の電極端子２１４とが電気的に接続される。その後、カバー１１１に取り付けられる絶縁部１１３によって、バス部材１２が少なくとも被覆され、これにより、パッケージされた筐体１１が形成される。
いくつかの実施例では、絶縁部１１３はシート状又は薄い平板状の構造であってもよく、絶縁部１１３の材質はＰＰ、ＰＥ又はＰＥＴ等であってもよく、いくつかの他の実施例では、絶縁部１１３は絶縁接着剤又は絶縁塗料等であってもよい。
いくつかの実施形態では、絶縁部１１３はカバー１１１に追加され又は組み立てられてもよい。例えば、バス部材１２と電池セル２０の電極端子２１４とが電気的に接続された後、カバー１１１のバス部材１２を有する部位に絶縁層を塗布することにより絶縁部１１３を形成する。いくつかの代替実施例では、絶縁部１１３は、カバー１１１に組み立てられて少なくとも絶縁部１１３の部材を被覆するために部材であってもよい。絶縁部１１３とカバー１１１は封止されるように組み立てられ、これにより筐体１１の気密性が確保される。いくつかの実施例では、塗布される絶縁層又は組み立てられる絶縁部１１３はカバー１１１全体の外表面を被覆することもよい。
いくつかの実施例では、絶縁部１１３はカバー１１１と一体的に成形されてもよい。例えば、絶縁部１１３はカバー１１１上の、外表面から突出した部分として形成されてもよく、該部分の内部には、バス部材１２を収容する収容空間１１１ａが形成される。これらの実施例では、バス部材１２は成形等の方式でカバー１１１内に嵌め込まれ又はカバー１１１が形成された後にカバー１１１内に組み立てられてもよい。下記言及される場合、バス部材１２は抵抗溶接等の方式で電池セル２０の電極端子２１４に電気的に接続されてもよい。
上記実施例に説明された、バス部材１２をカバー１１１内に嵌め込むことにより、電池１０の安全性に影響を与えず、ひいては電池の安全性が向上すると同時に、電池１０の体積を大幅に低減させることができ、これにより、電池１０の体積エネルギー密度が向上する。また、このような方式により、電池１０の組み立ての難しさが軽減され、組み立てコストが削減される。さらに、バス部材１２をカバー１１１内に嵌め込むと、上記言及された電池管理ユニットが電気キャビティ１１ａの外部に少なくとも部分的に配置されることを実現できる。
具体的には、従来の電池の場合、カバー１１１とケース１１２が封止される前に、電気キャビティ１１ａ内の部材を全て適切に接続する必要がある。その接続は、バス部材１２と電極端子２１４との接続及び電池管理ユニットとバス部材１２との接続を含む。つまり、従来の電池では、電池管理ユニットは封止されている筐体１１内にパッケージされる。しかしながら、電池管理ユニットは他の部材に対して易損部材である。電池管理ユニットが破損又は故障すると、封止されている筐体１１を開いて交換する必要があり、操作は時間と労力がかかるとともに、筐体１１の気密性に影響を与える。
従来の電池と異なり、バス部材１２がカバー１１１内に嵌め込まれると、電池管理ユニットは電気キャビティ１１ａの外部に少なくとも部分的に配置される。図３に示すように、例えば、電池管理ユニットの制御部分（図示せず）とバス部材１２との間の電気接続部分１５１の少なくとも１つはカバー１１１内に嵌め込まれてもよい。制御部分はカバー１１１と一体になる収容部分内に収容できる。このような場合、電池管理ユニットの制御部分又は電気接続部分１５１が故障しても、筐体１１を開かずにメンテナンスすることができ、このように、メンテナンスコストを削減するとともに筐体１１の気密性が影響されないことを確保でき、これにより、電池の安全性能及びユーザーエクスペリエンスが向上する。いくつかの実施例では、電気接続部分１５１は、例えば、回路基板（例えば、プリント基板又はフレキシブル回路基板）、ケーブル、ワイヤー、導電性シート又は導電性バー等の少なくとも１つを含むがこれらに限定されない。電気接続部材１５１は、複数の電池セル２０に電気的に接続されて複数の電池セル２０の温度又は電圧信号を収集するために使用される。
図６は図４のＢ部分の部分拡大図を示し、図６から分かるように、電池セル２０の下方に熱管理部材１３が設置され、かつ電池セル２０の下方にはさらに２つのキャビティ－収集キャビティ１１ｂ及び回避キャビティ１３４ａを有する。回避キャビティ１３４ａは電池セルのリリーフ機構２１３の作動に空間を提供する。収集キャビティ１１ｂは排出物を収集するために使用され、封止されてもよく、封止されなくてもよい。いくつかの実施例では、収集キャビティ１１ｂ内に空気、又は他のガスが含まれてもよい。選択可能に、収集キャビティ１１ｂ内に、冷却媒体等の液体が含まれてもよく、又は、該液体を収容する部材が設置されてもよく、それにより、収集キャビティ１１ｂ内に入った排出物をさらに降温する。さらに選択可能に、収集キャビティ１１ｂ内のガス又は液体は循環的に流れている。熱管理部材１３及び２つのキャビティ構造の作用及び構造を理解するために、先ず、図７及び図８を参照しながら電池セル２０の構造を説明する必要がある。
図７及び図８はそれぞれ、異なる角度から観察される時の電池セル２０の斜視図を示す。図示されるように、本願に係る電池セル２０では、電極アセンブリは電池セル２０のボックス内に収容される。ボックスはハウジング２１１及びカバー板２１２を含む。ハウジング２１１は、複数の壁で形成される収容キャビティ及び開口部を含む。カバー板２１２は開口部に配置されて収容キャビティを密閉する。電極アセンブリに加えて、収容キャビティ内に電解液がさらに収容される。電極アセンブリの正極極板と負極極板には一般的にタブが設けられる。タブは一般的に正極タブ及び負極タブを含む。タブは接続部材を介して電池セル２０の外部に位置する電極端子２１４に電気的に接続される。電極端子２１４は一般的に正電極端子２１４ａ及び負電極端子２１４ｂを含む。本願の電池１０の電池セル２０のうちの少なくとも１つの電池セル２０はリリーフ機構２１３を含む。いくつかの実施例では、複数の電池セル２０のうちの、電池１０での位置のため熱暴走を受けやすい可能性がある電池セル２０にリリーフ機構２１３が設置されてもよい。勿論、電池１０の各電池セル２０にいずれもリリーフ機構２１３が設置されてもよい。
リリーフ機構２１３とは、電池セル２０の内部圧力又は温度が所定の閾値になった場合に作動して内部圧力及び／又は内部物質を解放するための素子又は部材を指す。本願に係る閾値は圧力閾値又は温度閾値であってもよく、該閾値の設計は設計需要に応じて異なり、例えば、危険又は制御不能のリスクが存在すると考えられる電池セル２０の内部圧力又は内部温度値に基づいて該閾値を設計又は決定することができる。また、該閾値は、電池セル２０の正極極板、負極極板、電解液及び分離膜のうちの１つ又は複数の材料に決められてもよい。つまり、リリーフ機構２１３は、それが位置する少なくとも１つの電池セル２０の内部圧力又は温度が閾値になった場合に作動して電池の内部圧力を解放するために使用され、それにより、より深刻な事故の発生を回避する。上記に言及されるように、リリーフ機構２１３は、防爆弁、空気弁、リリーフ弁又は安全弁等とも呼ばれ、かつ具体的には、感圧又は感温素子又は構造を使用することができ、すなわち、電池セル２０の内部圧力又は温度が所定の閾値になった場合に、リリーフ機構２１３は動作を実行し、又はリリーフ機構内に設けられた薄化構造が破壊され、それにより内部圧力を解放するための開口部又は通路を形成する。バス部材１２は、バスバー又は母線等とも呼ばれ、複数の電池セル２０を直列接続及び／又は並列接続の方式で電気的に接続する部材である。複数の電池セル２０がバス部材１２を介して直並列に接続された後、電圧が高いため、バス部材１２を有する側は高電圧側と呼ばれる場合がある。
本願に係る「作動」とは、リリーフ機構２１３が作用し又は一定の状態に起動されて電池セル２０の内部圧力を解放することを指す。リリーフ機構２１３による作用は、リリーフ機構２１３の少なくとも一部の破裂、破砕、引き裂き又は開放等を含んでもよいがこれらに限定されない。リリーフ機構２１３が作動する時に、電池セル２０の内部の高温高圧物質は排出物として作動部位から外部に排出される。このようにして、圧力又は温度が制御できる状況で電池セル２０をリリーフさせることができ、それにより、潜在的により深刻な事故の発生を回避する。本願に係る電池セル２０からの排出物は、電解液、溶解又は分割された正負極極板、分離膜の破片、反応によって生成された高温高圧ガス、火炎等を含むがこれらに限定されない。高温高圧の排出物は、電池セル２０のリリーフ機構２１３が設置される方向に向けて排出され、かつ、さらに具体的には、リリーフ機構２１３が作動する領域に向ける方向に沿って排出でき、この排出物の力及び破壊力が非常に大きい恐れがあり、ひいては、該方向におけるカバー１１１等の１つ又は複数の構造を突破する可能性がある。
従来の電池とは異なり、本願の実施例に係る電池１０のリリーフ機構２１３及びバス部材１２はそれぞれ電池セル２０の異なる側に配置される。つまり、一般的に、バス部材１２はカバープレート２１２の位置する上側に配置されるが、本願の実施例に係る電池セル２０のリリーフ機構２１３は該上側と異なる任意の適切な一側に配置されてもよい。例えば、図７及び図８は、リリーフ機構２１３がバス部材１２と対向する一側に配置されることを示す。実際にはリリーフ機構２１３は電池セル２０のハウジング２１１の任意の１つ又は複数の壁に配置されてもよく、これは、以下、さらに説明される。
一方では、例えば電池１０が電動車両等に適用される場合に、バス部材１２が設置される高電圧側は配線等により一般的に運転室に隣接する一側に配置され、リリーフ機構２１３が異なる一側に配置されると、リリーフ機構２１３が作動するとき、電池セル２０からの排出物はバス部材１２から離れる方向に沿って排出でき、図６に示される回避キャビティ１３４ａの矢印のように、排出物は略扇形の方向でバス部材１２から離れる方向に排出される。このようにして、排出物が運転室に向かって排出され、乗員の安全を脅かすという隠れた危険が解消され、これにより、電池１０の使用安全率が大幅に向上する。
他方では、排出物に様々な導電性液体又は固体が含まれるため、バス部材１２とリリーフ機構２１３を同じ側に配置すると、排出物が高電圧の陽極と陰極を直接導通して短絡を引き起こすという非常に大きなリスクがある。短絡に起因する一連の連動反応は、電池１０のすべての電池セル２０の熱暴走や爆発を引き起こす恐れがある。バス部材１２とリリーフ機構２１３を異なる側に設置することにより、排出物をバス部材１２から離れる方向に排出させて上記問題が回避され、これにより、電池１０の安全性能がさらに向上する。
図９～図１１はいくつかの実施例に係る熱管理部材１３の異なる角度からの図及び断面図を示し、以下、図９～図１１を参照しながら熱管理部材１３を説明する。
本願の熱管理部材１３とは、電池セル２０の温度を管理して調整することができる部材を指す。熱管理部材１３は流体を収容して電池セル２０の温度を管理して調整することができる。ここでの流体は液体又はガスであってもよい。温度の管理及び調整は複数の電池セル２０の加熱又は冷却を含んでもよい。例えば、電池セル２０を冷却又は降温する場合に、該熱管理部材１３は、冷却流体を収容して複数の電池セル２０の温度を低減させるために使用され、このとき、熱管理部材１３は、冷却部材、冷却システム又は冷却板等とも呼ばれ、収容された流体は冷却媒体又は冷却流体とも呼ばれ、さらに具体的には、冷却液又は冷却ガスとも呼ばれ、ここ、冷却媒体は循環的に流れるように設計されて、より良好な温度調整効果を達成することができる。冷却媒体は具体的に、水、水とエチレングリコールの混合液又は空気等を使用することができる。降温の有効性を実現するために、熱管理部材１３は一般的に、熱伝導性シリカゲル等の方式で電池セル２０に取り付けられる。また、熱管理部材１３は加熱して複数の電池セル２０を昇温するために使用されてもよい。例えば、冬の気温が低いいくつかの地域で電気自動車を起動する前に、電池１０を加熱することにより電池の性能を向上させることができる。
いくつかの実施例では、熱管理部材１３は、一対の熱伝導板、及び該一対の熱伝導板の間に形成された流路１３３を含んでもよい。以下、説明の便宜上、該一対の熱伝導板は、複数の電池セル２０に取り付けられた第１熱伝導板１３１及び第１熱伝導板１３１の電池セル２０から離れる側に配置された第２熱伝導板１３２と呼ばれる。流路１３３は流体を収容して流体がその中で流れることを可能にするために使用される。いくつかの実施例では、第１熱伝導板１３１、第２熱伝導板１３２、及び流路１３３を含む熱管理部材１３は、ブロー形成等の適切なプロセスによって一体的に成形されてもよく、又は第１熱伝導板１３１と第２熱伝導板１３２は溶接（例えば、ろう付け）によって一体に組み立てられる。いくつかの代替実施例では、第１熱伝導板１３１、第２熱伝導板１３２及び流路１３３は別々に形成され、一体に組み立てられて熱管理部材１３を形成するようにしてもよい。
いくつかの実施例では、熱管理部材１３は、複数の電池セルを収容するための筐体１１の一部を構成することができる。例えば、熱管理部材１３は筐体１１のケース１１２の底部部分（図示せず）であってもよい。底部部分に加えて、ケース１１２は側部部分１１２ｂをさらに含む。いくつかの実施例では、側部部分１１２ｂはフレーム構造として形成され、かつ熱管理部材１３と一体的に組み立てられてケース１１２を形成することができる。このようにして、電池１０の構造をよりコンパクトにして、空間の有効利用率を高めることができ、エネルギー密度の増加に有利である。
熱管理部材１３と側部部分１１２ｂは、封止リング等の封止部材及び締め具等を介して気密に一体に組み立てることができる。封止効果を高めるために、締め具はＦＤＳフロードリルスクリューを使用することができる。勿論、理解されるように、このような気密組み立て方式は例示的なものに過ぎず、本願の内容の保護範囲を限定するためのものではない。他の任意の適切な組み立て方式は同様に可能である。例えば、いくつかの代替実施例では、熱管理部材１３は接着等の適切な方式で一体に組み立てられてもよい。
いくつかの代替実施例では、熱管理部材１３はさらに側部部分１１２ｂと一体成形されてもよい。つまり、筐体１１のケース１１２は一体成形されてもよい。このような成形方式により、ケース１１２部分の強度が高くなり、かつ漏れが発生しにくくなる。いくつかの代替実施例では、ケース１１２の側部部分１１２ｂはカバー１１１と一体的に成形されてもよい。つまり、このような場合に、カバー１１１は下開口部を有する構造を構成し、該下開口部は熱管理部材１３によって密閉されてもよい。
換言すれば、熱管理部材１３と筐体１１との間の関係は様々であってもよい。例えば、いくつかの代替実施例では、熱管理部材１３は、筐体１１のケース１１２の一部ではなく、ケース１１２のカバー１１１に対向する側に組み立てられた部材であってもよい。このような方式により、筐体１１が密閉状態に容易に維持することができる。別のいくつかの代替実施例では、熱管理部材１３は適切な方式でケース１１２の内側に統合されてもよい。
上記したように、特定のリリーフ機構２１３が作動する時に、電池セル２０の外部の、リリーフ機構２１３に対応する位置に逃げ構造１３４を設置する必要があり、このように、リリーフ機構２１３は順調に作動して正当な作用を発揮することができる。いくつかの実施例では、逃げ構造１３４は熱管理部材１３に設置されてもよく、それにより、熱管理部材１３が複数の電池セル２０に取り付けられる場合に逃げ構造１３４とリリーフ機構２１３との間に逃げキャビティ１３４ａを形成することができる。つまり、本願に係る逃げキャビティ１３４ａは、逃げ構造１３４とリリーフ機構２１３が共同で取り囲んで形成した密閉キャビティを指し、このような技術案では、電池セル２０からの排出物の排出について、該逃げキャビティ１３４ａの入口側の表面はリリーフ機構２１３の作動により開くことができ、該入口側の表面に対向する出口側の表面は高温高圧の排出物により部分的に破壊されて開くことができ、それにより、排出物の放出通路が形成される。別のいくつかの実施例によれば、該逃げキャビティ１３４ａは例えば逃げ構造１３４とリリーフ機構２１３の両方で取り囲んで形成された非密閉キャビティであってもよく、該非密閉キャビティの出口側の表面は、元々、排出物が流出するための通路を有してもよい。
続いて、図９～図１１を参照する。図示されるように、いくつかの実施例では、第１熱伝導板１３１及び第２熱伝導板１３２には、流路１３３に対応する半凹溝構造がそれぞれ形成されてもよく、かつ第１熱伝導板１３１及び第２熱伝導板１３２の半凹溝構造は相互に位置合わせされる。第１熱伝導板１３１と第２熱伝導板１３２を一体に組み立てることにより、第１熱伝導板１３１と第２熱伝導板１３２の半凹溝構造を流路１３３に組み合わせ、最終的に熱管理部材１３を形成する。
勿論、理解されるように、上記説明される熱管理部材１３の具体的な構造は例示的なものに過ぎず、本願の保護範囲を限定するためのものではない。他の任意の適切な構造又は配置も可能である。例えば、いくつかの代替実施例では、第１熱伝導板１３１、第２熱伝導板１３２及び流路１３３のうちの少なくとも１つは省略されてもよい。例えば、第２熱伝導板１３２は省略されてもよい。つまり、いくつかの実施例では、熱管理部材１３は、第１熱伝導板１３１及び一側に配置され又はその中に埋め込まれた流路１３３のみを含んでもよい。
上記説明から分かるように、いくつかの実施例では、リリーフ機構２１３を電池セル２０のバス部材１２に対して異なる側に配置する場合に、構造を調整することにより、二重キャビティ構造を形成することができる。二重キャビティとは、上記言及される電池セル２０のリリーフ機構２１３と逃げ構造１３４との間の逃げキャビティ１３４ａ及び収集キャビティ１１ｂを指す。該二重キャビティ構造は、リリーフ機構２１３が作動する時に電池セル２０からの排出物が制御可能で、順番で直ちに排出され得ることを効果的に確保することができる。また、いくつかの実施例では、逃げキャビティ１３４ａは破壊されて熱管理部材１３内の流体を流出させ、電池セル２０からの排出物を冷却して消火することができ、それにより、電池セル２０からの排出物の温度を迅速に低減させることができ、電池１０の安全性能を向上させる。
図６から分かるように、いくつかの実施例では、熱管理部材１３上に形成された逃げ構造１３４は、逃げ底壁１３４ｂ、及び逃げキャビティ１３４ａを取り囲む逃げ側壁１３４ｃを含んでもよい。本願の逃げ底壁１３４ｂと逃げ側壁１３４ｃは、逃げキャビティ１３４ａを対象とするものである。具体的には、逃げ底壁１３４ｂは、逃げキャビティ１３４ａのリリーフ機構２１３に対向する壁を指し、逃げ側壁１３４ｃは、逃げ底壁１３４ｂに隣接して逃げキャビティ１３４ａを所定の角度で取り囲む壁である。いくつかの実施例では、逃げ底壁１３４ｂは第２熱伝導板１３２の一部であってもよく、逃げ側壁１３４ｃは第１熱伝導板１３１の一部であってもよい。
例えば、いくつかの実施例では、逃げ構造１３４は、第１熱伝導板１３１の一部を第２熱伝導板１３２へ凹んで開口部を形成し、かつ開口部のエッジを第２熱伝導板１３２と適切な固定方式で一体に固定することによって形成されてもよい。リリーフ機構２１３が作動する時に、電池セル２０からの排出物は先ず該逃げキャビティ１３４ａ内に入る。図６の逃げキャビティ１３４ａの矢印で示されるように、排出物は略扇形の方向に外部に排出される。
従来の熱管理部材とは異なり、本願の実施例に係る熱管理部材１３は、電池セル２０からの排出物が熱管理部材１３を通過するように、リリーフ機構２１３が作動する時に破壊され得る。このような設置の利点は、電池セル２０からの高温高圧排出物が熱管理部材１３を順調に通過することができ、それにより排出物が直ちに排出できないことによる二次事故を回避し、電池１０の安全性能を向上させることである。
排出物が熱管理部材１３を順調に通過するために、熱管理部材１３の、リリーフ機構２１３に対向する位置に貫通孔又は放出機構を設置することができる。例えば、特定の実施例では、逃げ底壁１３４ｂ、すなわち、第２熱伝導板１３２に放出機構が設置されてもよい。本願の放出機構とは、リリーフ機構２１３が作動する時に、少なくとも電池セル２０からの排出物が熱管理部材１３を通過して排出されることを可能にするために作動できる機構を指す。いくつかの実施例では、放出機構は、電池セル２００上のリリーフ機構２１３と同様な構造を使用してもよい。つまり、いくつかの実施例では、放出機構は、第２熱伝導板１３２に配置された、リリーフ機構２１３と同様な構造を有する機構であってもよい。いくつかの代替実施例では、放出機構はリリーフ機構２１３と異なる構造を使用してもよく、逃げ底壁１３４ｂに設置された薄化構造だけであり、薄化構造は、例えば、逃げ底壁１３４ｂと一体化された薄肉部、ノッチ（例えば、図９に示される十字状のノッチ１３４ｄ）、又は逃げ底壁１３４ｂに装着された、プラスチック等の易損材料で製造された易損部等を含んでもよいがこれらに限定されない。又は、放出機構は、感温又は感圧放出機構であってもよく、検知された温度又は圧力が閾値を超えた場合に作動する。
いくつかの実施例では、排出物が熱管理部材１３を順調に通過するために、逃げ構造１３４は、熱管理部材１３を貫通する貫通孔であってもよい。つまり、逃げ構造１３４は逃げ側壁１３４ｃのみを有してもよく、かつ該逃げ側壁１３４ｃが貫通孔の孔壁である。このような場合に、リリーフ機構２１３が作動する時に、電池セル２０からの排出物は逃げ構造１３４を直接通過して排出され得る。このようにして、二次高圧の形成をより効果的に回避することができ、それにより電池１０の安全性能を向上させる。
いくつかの実施例では、熱管理部材１３はさらに、流体を流出させるように、リリーフ機構２１３が作動する時に破壊され得るように構成されてもよい。流体の流出は、電池セル２０からの高温高圧排出物を迅速に降温して消火することができ、それにより、他の電池セル２０及び電池１０をさらに損傷してより深刻な事故を引き起こすことを回避する。例えば、いくつかの実施例では、逃げ側壁１３４ｃは電池セル２０からの排出物により容易に破壊されるように形成されてもよい。電池セル２０の内部圧力が大きいため、電池セル２０からの排出物は略錐体状の形状で外部に排出される。このような場合に、逃げ側壁１３４ｃと排出物との接触面積を増加させると逃げ側壁１３４ｃが破壊される可能性を高めることができる。
例えば、いくつかの実施例では、逃げ側壁１３４ｃは、リリーフ機構２１３の熱管理部材１３に向ける方向に対して所定の夾角を有するように構成され、かつ該夾角が１５°以上８５°以下である。例えば、図６に示される所定の夾角は約４５°である。該夾角を合理的に設定することにより、リリーフ機構２１３が作動する時に、逃げ側壁１３４ｃがより容易に破壊され、さらに流体を流出させて排出物に接触させ、排出物を直ちに冷却する効果を達成することができる。また、該所定の夾角により、該逃げ側壁１３４ｃをより容易に形成することができ、例えば、該所定の夾角は、特定の抜け勾配を提供することができ、それにより逃げ側壁１３４ｃ、さらに第１熱伝導板１３１全体の製造に有利である。
また、逃げ側壁１３４ｃのこのような配置方式は、上記した逃げキャビティ１３４ａを有する状況及び逃げ構造１３４が貫通孔である状況に適用できる。例えば、逃げ構造１３４が貫通孔である場合に、該貫通孔の孔径はリリーフ機構２１３の熱管理部材１３に向ける方向に沿って徐々に小さくなることができ、かつ該貫通孔の孔壁がリリーフ機構２１３の熱管理部材１３に向ける方向に対して形成された夾角は１５°以上８５°以下である。
勿論、理解されるように、逃げ側壁１３４ｃが、リリーフ機構２１３の熱管理部材１３に向ける方向に対して所定の夾角を形成する上記場合は例示的なものに過ぎず、本願の内容の保護範囲を限定するためのものではない。リリーフ機構２１３が作動する時に逃げ側壁１３４ｃが破壊されることに有利である他の任意の適切な構造はいずれも実現可能である。例えば、いくつかの実施例では、逃げ側壁１３４ｃは、任意のタイプの薄化構造を有してもよい。
上記実施例は、熱管理部材１３が逃げ構造１３４を有する状況を説明している。つまり、上記実施例に係る逃げキャビティ１３４ａは熱管理部材１３上の逃げ構造１３４及びリリーフ機構２１３によって形成される。理解されるように、逃げキャビティ１３４ａに関連する上記これらの実施例は例示的なものに過ぎず、本願の内容の保護範囲を限定するためのものではなく、他の任意の適切な構造又は配置も可能である。例えば、いくつかの代替実施例では、熱管理部材１３は逃げ構造１３４を含まなくてもよい。このような場合に、逃げキャビティ１３４ａは、例えば、リリーフ機構２１３の周囲に形成された突出部及び熱管理部材１３によって形成される。かつ、熱管理部材１３上のリリーフ機構２１３に対向する位置には放出機構又は薄化構造が設置されて、電池セル２０からの排出物が熱管理部材１３を通過し及び／又は熱管理部材１３を突破して流体を流出させることができる。
勿論、いくつかの実施例では、逃げキャビティ１３４ａが使用されなくてもよい。例えば、逃げ空間を必要とせずに作動できるいくつかのリリーフ機構２１３の場合に、リリーフ機構２１３は熱管理部材１３に密着して設置されてもよい。このようなリリーフ機構２１３は、例えば、感温リリーフ機構２１３を含んでもよいがこれに限定されない。感温リリーフ機構２１３は、電池セル２０の温度が閾値になった場合に作動して電池セル２０の内部圧力を解放する機構である。これに対応するのは感圧リリーフ機構２１３である。感圧リリーフ機構２１３は上記言及されるリリーフ機構２１３である。感圧リリーフ機構は、電池セル２０の内部圧力が閾値になった場合に作動して電池セル２０の内部圧力を解放する機構である。
以下、図６を再び参照しながら、収集キャビティ１１ｂを説明する。本願の収集キャビティ１１ｂとは、リリーフ機構２１３が作動する時に電池セル２０及び熱管理部材１３からの排出物を収集するためのキャビティを指す。上記したように、逃げキャビティ１３４ａが存在する場合に、逃げキャビティ１３４ａは熱管理部材１３を介して収集キャビティ１１ｂと隔離され得る。ここでの「隔離」は、分離であり、封止されなくてもよい。この場合、排出物が逃げ側壁１３４ｃを突破して流体を流出させることにさらに有利であり、その結果、排出物をさらに降温して消火し、電池１０の安全性能を向上させる。また、上記説明される逃げ構造１３４が貫通孔である場合に、逃げキャビティ１３４ａは収集キャビティ１１ｂと相互に連通することができる。このような方式は排出物の排出に有利であり、それにより二次高圧による安全上の危険を回避する。
いくつかの実施例では、収集キャビティ１１ｂは、熱管理部材１３の外部の開放キャビティであってもよい。例えば、熱管理部材１３が筐体１１のケース１１２の底部部分として使用される実施例では、電池セル２０からの排出物は熱管理部材１３を通過した後に熱管理部材１３の外部空間、すなわち、筐体１１の外部に直接排出でき、それにより二次高圧の発生が回避される。いくつかの代替実施例では、電池１０は保護部材１１５をさらに含んでもてもよい。本願の保護部材１１５とは、熱管理部材１３の電池セル２０から離れる側に配置された、熱管理部材１３及び電池セル２０を保護するための部材を指す。これらの実施例では、収集キャビティ１１ｂは保護部材１１５と熱管理部材１３との間に配置されてもよい。
いくつかの実施例では、保護部材１１５は、筐体１１の底部に装着されて保護するための部分であってもよい。このような方式により、電気自動車等の電池１０の適用部位又は空間に対するより多様な設計を促進することに役に立つ。例えば、特定の電気自動車に対して、製造コストを削減し、それにより最終製品の価格を削減するために、使用に影響を与えない場合、保護部材１１５が設置されなくてもよい。ユーザーは需要に応じて保護部材を増設するか否かを選択することができる。このような場合に、収集キャビティ１１ｂは上記言及される開放キャビティを構成し、電池セル２０からの排出物は電池１０の外部に直接排出され得る。
いくつかの実施例では、保護部材１１５は筐体１１のケース１１２の底部部分であってもよい。例えば、熱管理部材１３は、ケース１１２の底部部分として使用される保護部材１１５に組み立てられてもよく、かつ熱管理部材１３が保護部材１１５に組み立てられかつ両者の間に隙間があり、収集キャビティ１１ｂを形成する。このような場合に、収集キャビティ１１ｂは電池セル２０からの排出物の緩衝キャビティとして使用されてもよい。該収集キャビティ１１ｂ内の排出物の温度、体積又は圧力のうちの少なくとも１つが所定の程度又は閾値になった場合に、保護部材１１５は部分的に破壊されて収集キャビティ１１ｂ内の圧力を直ちに解放することができる。いくつかの代替実施例では、代替的又は付加的に、収集キャビティ１１ｂを封止するように、保護部材１１５及び熱管理部材１３の間に封止部材（例えば、封止リング、シーラント等）を設置することができ、封止部材は、収集キャビティ１１ｂ内の排出物の温度、体積又は圧力のうちの少なくとも１つが所定の程度又は閾値になった場合に、少なくとも部分的に破壊され、それにより収集キャビティ１１ｂ内の圧力を直ちに解放して、二次破壊を回避することができる。
いくつかの代替実施例では、保護部材１１５はさらに熱管理部材１３と一体的に成形されてもよい。例えば、熱管理部材１３の外部に、保護部材１１５がさらに一体的に成形され、保護部材１１５と熱管理部材１３との間に隙間があり、収集キャビティ１１ｂを形成する。保護部材１５に薄化構造が設置されてもよく、それにより、収集キャビティ１１ｂ内の排出物の温度、体積又は圧力が所定の程度又は閾値になった場合に、保護部材１１５は部分的に破壊されて収集キャビティ１１ｂの圧力を直ちに解放することができる。このような方式により、部材の数をさらに減らし、組立時間を短縮して組立コストを削減することができる。
以上、図１～図１１を組み合わせて本願の実施例の電池を説明し、以下、図１２及び図１３を組み合わせて本願の実施例の電池製造方法及び機器を説明し、詳細に説明されていない部分は上記各実施例を参照すればよい。
図１２に示すように、本願に係る実施形態では、電池製造方法５０をさらに提供し、バス部材を介して相互に電気的に接続されるように構成される複数の電池セルを提供するステップ５１と、バス部材を装着するように構成される収容空間を含むカバーを提供するステップ５２と、カバーに取り付けられ、かつ少なくともバス部材を被覆するように設置される絶縁部を提供するステップ５３とを含む。
図１３に示すように、本願に係る実施形態では、電池製造機器６０をさらに提供し、バス部材を介して相互に電気的に接続されるように構成される複数の電池セルを製造するための電池セル製造モジュール６１と、バス部材を装着するように構成される収容空間を含むカバーを製造するためのカバー製造モジュール６２と、カバーに取り付けられ、かつ少なくともバス部材を被覆するように設置される絶縁部を製造するための絶縁部製造モジュール６３とを含む。
本願の実施例の電池及びその関連装置、製造方法、製造装置では、複数の電池セルを電気的に接続するための電池のバス部材がカバーに埋め込まれることにより、電池の構造がよりコンパクトになり、電池の体積エネルギー密度が向上でき、かつバス部材が筐体内に封止されないため、電池管理ユニットの構造の一部は電池の筐体の外に設置でき、これにより、空間をさらに節約し、電池のサイズを減少することができ、かつ電池管理ユニットのメンテナンス及び交換が容易になる。
なお、上記実施例は、本願の技術案を説明するためのものに過ぎず、それを限定するものではなく、上記実施例を参照して本願を詳細に説明したが、当業者は、依然として上記各実施例に記載の技術案を修正し、又はそのうちの一部の技術的特徴に対して等価置換を行うことができるが、これらの修正や置換が対応する技術案の本質を本願の各実施例の技術案の精神及び範囲から逸脱させるものではないことを理解すべきである。
１ 車両
１０ 電池
１１ 筐体
１１ａ 電気キャビティ
１１ｂ 収集キャビティ
１２ バス部材
１３ 熱管理部材
１５ 保護部材
２０ 電池セル
３０ コントローラ
４０ モータ
６０ 電池製造機器
６１ 電池セル製造モジュール
６２ カバー製造モジュール
６３ 絶縁部製造モジュール
１１１ カバー
１１１ａ 収容空間
１１２ ケース
１１３ 絶縁部
１１５ 保護部材
１３１ 第１熱伝導板
１３２ 第２熱伝導板
１３３ 流路
１３４ 逃げ構造
１３４ａ 回避キャビティ
１３４ｂ 逃げ底壁
１３４ｃ 逃げ側壁
１３４ｄ ノッチ
１５１ 電気接続部分
２００ 電池セル
２１１ ハウジング
２１２ カバー板
２１３ リリーフ機構
２１４ 電極端子
２１４ａ 正電極端子
２１４ｂ 負電極端子
従来の電池と異なり、バス部材１２がカバー１１１内に嵌め込まれると、電池管理ユニットは電気キャビティ１１ａの外部に少なくとも部分的に配置される。図３に示すように、例えば、電池管理ユニットの制御モジュール（図示せず）とバス部材１２との間の電気接続部材１５１の少なくとも１つはカバー１１１内に嵌め込まれてもよい。制御モジュールはカバー１１１と一体になる収容部分内に収容できる。このような場合、電池管理ユニットの制御モジュール又は電気接続部材１５１が故障しても、筐体１１を開かずにメンテナンスすることができ、このように、メンテナンスコストを削減するとともに筐体１１の気密性が影響されないことを確保でき、これにより、電池の安全性能及びユーザーエクスペリエンスが向上する。いくつかの実施例では、電気接続部材１５１は、例えば、回路基板（例えば、プリント基板又はフレキシブル回路基板）、ケーブル、ワイヤー、導電性シート又は導電性バー等の少なくとも１つを含むがこれらに限定されない。電気接続部材１５１は、複数の電池セル２０に電気的に接続されて複数の電池セル２０の温度又は電圧信号を収集するために使用される。
排出物が熱管理部材１３を順調に通過するために、熱管理部材１３の、リリーフ機構２１３に対向する位置に貫通孔又は放出機構を設置することができる。例えば、特定の実施例では、逃げ底壁１３４ｂ、すなわち、第２熱伝導板１３２に放出機構が設置されてもよい。本願の放出機構とは、リリーフ機構２１３が作動する時に、少なくとも電池セル２０からの排出物が熱管理部材１３を通過して排出されることを可能にするために作動できる機構を指す。いくつかの実施例では、放出機構は、電池セル２０上のリリーフ機構２１３と同様な構造を使用してもよい。つまり、いくつかの実施例では、放出機構は、第２熱伝導板１３２に配置された、リリーフ機構２１３と同様な構造を有する機構であってもよい。いくつかの代替実施例では、放出機構はリリーフ機構２１３と異なる構造を使用してもよく、逃げ底壁１３４ｂに設置された薄化構造だけであり、薄化構造は、例えば、逃げ底壁１３４ｂと一体化された薄肉部、ノッチ（例えば、図９に示される十字状のノッチ１３４ｄ）、又は逃げ底壁１３４ｂに装着された、プラスチック等の易損材料で製造された易損部等を含んでもよいがこれらに限定されない。又は、放出機構は、感温又は感圧放出機構であってもよく、検知された温度又は圧力が閾値を超えた場合に作動する。

Claims (20)

  1. 電池（１０）であって、
    バス部材（１２）を介して相互に電気的に接続されるように構成される複数の電池セル（２０）と、
    前記バス部材（１２）を装着するように構成される収容空間（１１１ａ）を含むカバー（１１１）と、
    前記カバー（１１１）に取り付けられ、かつ少なくとも前記バス部材（１２）を被覆するように設置される絶縁部（１１３）とを含む、電池（１０）。
  2. 前記収容空間（１１１ａ）は前記カバー（１１１）に形成される貫通孔であり、前記バス部材（１２）は前記貫通孔から貫通して前記カバー（１１１）に固定される、請求項１に記載の電池。
  3. 前記絶縁部（１１３）は前記カバー（１１１）に追加され又は組み立てられる、請求項１又は２に記載の電池。
  4. 前記収容空間（１１１ａ）は前記カバー（１１１）に形成された止まり穴であり、前記バス部材（１２）は前記収容空間（１１１ａ）の開口部を通って前記収容空間（１１１ａ）に入ることができ、かつ前記バス部材（１２）の少なくとも一部が前記収容空間（１１１ａ）に収容され、前記絶縁部（１１３）は前記カバー（１１１）と一体成形される、請求項１に記載の電池。
  5. 前記電池は、制御モジュール及び電気接続部材を含む電池管理ユニットをさらに含み、前記制御モジュールと前記バス部材は前記電気接続部材を介して接続される、請求項１～４のいずれか１項に記載の電池。
  6. 前記電池はケース（１１２）をさらに含み、前記ケース（１１２）と前記カバー（１１１）は共同で取り囲んで前記複数の電池セル（２０）を収容するための筐体（１１）を形成し、前記制御モジュールは前記筐体（１１）の外に設置される、請求項５に記載の電池。
  7. 前記制御モジュールと前記電気接続部材の少なくとも１つは前記カバー（１１１）内に埋め込まれる、請求項５に記載の電池。
  8. 前記電気接続部材は、前記複数の電池セル（２０）に電気的に接続されて前記複数の電池セル（２０）の温度又は電圧信号を収集するために使用される回路基板を含む、請求項５～７のいずれか１項に記載の電池。
  9. 前記複数の電池セル（２０）の少なくとも１つの電池セル（２０）はリリーフ機構（２１３）を含み、前記リリーフ機構（２１３）は少なくとも１つの前記電池セル（２０）の内部圧力又は温度が閾値になった場合に作動して前記内部圧力を解放するために使用され、
    前記リリーフ機構（２１３）と前記バス部材（１２）はそれぞれ少なくとも１つの前記電池セル（２０）の異なる側に配置され、それにより、前記リリーフ機構（２１３）が作動するとき、少なくとも１つの前記電池セル（２０）からの排出物は前記バス部材（１２）から離れる方向に沿って排出される、請求項１～８のいずれか１項に記載の電池。
  10. 熱管理部材（１３）をさらに含み、前記熱管理部材（１３）は、流体を収容して前記電池セル（２０）の温度を調整するために使用され、かつ前記熱管理部材（１３）は、前記電池セル（２０）からの排出物が前記熱管理部材（１３）を通過するように、前記リリーフ機構（２１３）が作動する時に破壊されるように構成される、請求項９に記載の電池。
  11. 前記熱管理部材（１３）は、前記リリーフ機構（２１３）が作動する時に破壊されて前記流体を流出させるように構成される、請求項１０に記載の電池。
  12. 前記熱管理部材（１３）は、
    前記リリーフ機構（２１３）が作動することを可能にするための空間を提供するように構成される逃げ構造（１３４）をさらに含み、かつ
    前記熱管理部材（１３）は前記複数の電池セル（２０）に取り付けられ、前記逃げ構造（１３４）と前記リリーフ機構（２１３）との間に回避キャビティ（１３４ａ）が形成される、請求項１０又は１１に記載の電池。
  13. 前記熱管理部材（１３）は、
    前記リリーフ機構（２１３）が作動することを可能にするための空間を提供するように構成される逃げ構造（１３４）をさらに含み、かつ
    前記逃げ構造（１３４）は前記熱管理部材（１３）を貫通する貫通孔である、請求項１０又は１１に記載の電池。
  14. 前記リリーフ機構（２１３）が作動する時に前記電池セル（２０）及び前記熱管理部材（１３）からの排出物を収集するための収集キャビティ（１１ｂ）をさらに含み、
    前記回避キャビティ（１３４ａ）と前記収集キャビティ（１１ｂ）は前記熱管理部材（１３）によって隔離される、請求項１２に記載の電池。
  15. 前記リリーフ機構（２１３）が作動する時に前記電池セル（２０）及び前記熱管理部材（１３）からの排出物を収集するための収集キャビティ（１１ｂ）をさらに含み、
    前記逃げ構造（１３４）は前記収集キャビティ（１１ｂ）に連通する、請求項１３に記載の電池。
  16. 保護部材（１１５）をさらに含み、前記保護部材（１１５）は前記熱管理部材（１３）の前記電池セル（２０）から離れる側に配置され、かつ前記収集キャビティ（１１ｂ）は前記熱管理部材（１３）と前記保護部材（１１５）との間に配置される、請求項１４又は１５に記載の電池。
  17. 前記熱管理部材（１３）と前記保護部材（１１５）との間に配置されて前記収集キャビティ（１１ｂ）を封止する封止部材をさらに含む、請求項１６に記載の電池。
  18. 電気エネルギーを供給するための請求項１～１７のいずれか１項に記載の電池を含む装置。
  19. 電池製造方法であって、
    バス部材（１２）を介して相互に電気的に接続されるように構成される複数の電池セル（２０）を提供するステップと、
    前記バス部材（１２）を装着するように構成される収容空間（１１１ａ）を含むカバー（１１１）を提供するステップと、
    前記カバー（１１１）に取り付けられ、かつ少なくとも前記バス部材（１２）を被覆するように設置される絶縁部（１１３）を提供するステップとを含む、電池製造方法。
  20. 電池製造装置であって、
    バス部材（１２）を介して相互に電気的に接続されるように構成される複数の電池セル（２０）を製造するための電池セル製造モジュールと、
    前記バス部材（１２）を装着するように構成される収容空間（１１１ａ）を含むカバー（１１１）を製造するためのカバー製造モジュールと、
    前記カバー（１１１）に取り付けられ、かつ少なくとも前記バス部材（１２）を被覆するように設置される絶縁部（１１３）を製造するための絶縁部製造モジュールとを含む、電池製造装置。
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