JP2023513565A - 電池、電池モジュール、電池パック及び電気自動車 - Google Patents

電池、電池モジュール、電池パック及び電気自動車 Download PDF

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Abstract

電池（１０）は、ケース（１００）、電極体セット（５００）及びサンプリングアセンブリ（３００）を含み、前記ケース（１００）は、電池（１０）の一端に位置するカバープレート（１１０）を含み、電極体セット（５００）は、ケース（１００）内に位置し、前記サンプリングアセンブリ（３００）は、接続シート（３２０）と、前記接続シート（３２０）により前記カバープレート（１１０）に固定されたセラミック封止部材（３１０）と、前記セラミック封止部材（３１０）に固定され、第１端が前記電池における電極体セット（５００）に接続され、第２端が電池コントローラ（２００）に電気的に接続されるサンプリング部材（３３０）とを含む。

Description

（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２０２０年２月１２日に提出した、発明の名称「電池、電池モジュール、電池パック及び電気自動車」の中国特許出願第「２０２０１００８９３１９．１」号の優先権を主張するものである。
本願は、電池の技術分野に関し、具体的には、電池、電池モジュール、電池パック及び電気自動車に関する。
新エネルギー自動車の普及が進むにつれて、新エネルギー自動車の動力電池に対する使用要件は、ますます高まっている。動力電池パックの使用中には、電池の内部の温度が高くなるため、温度が高すぎて爆発が発生することを回避するように電池の内部の温度をリアルタイムに監視する必要がある。したがって、複数の電極体セットを使用して動力電池を形成する場合、動力電池をよりうまく管理するために、一般的に、電極体セットの電流、電圧、温度などの情報をタイムリーに取得する必要があり、しかしながら、各電極体セットが動力電池の内部にあるため、動力電池のケースが密封されると、動力電池の内部の電極体セットの電圧、電流、温度などの信号をリアルタイムに収集することができず、また、従来技術ではサンプリングニードルをカバープレートに直接的に固定すると、ケースの内部の気密性が低下する。したがって、どのようにして電池の内部の複数の電極体セットの信号を収集するとともに気密性を保証するかは、動力電池を製造する上で１つの解決すべき難題である。
本願は、関連技術における技術的課題の１つを少なくともある程度解決しようとする。
このために、本願の第１の態様に係る電池は、
電池端部に位置するカバープレートを含むケースと、
前記ケース内に位置し、少なくとも１つの電極体を含む電極体セットと、
接続シートと、前記接続シートにより前記カバープレートに固定されたセラミック封止部材と、前記セラミック封止部材に固定され、第１端が前記電極体セットに接続され、第２端が電池コントローラに電気的に接続されるサンプリング部材とを含むサンプリングアセンブリとを含む。
本願の１つの実施形態において、前記電極体セットは、複数であり、複数の電極体セットは、電池の長さ方向である第１の方向に沿って配列されて直列接続される。
本願の１つの実施形態において、前記電池は、
前記電池における電極体セットの情報を収集する電池コントローラをさらに含む。
本願の１つの実施形態において、前記セラミック封止部材には、前記セラミック封止部材を貫通する貫通孔が設置され、前記サンプリング部材は、前記貫通孔内に固定され、かつ第１端と第２端がそれぞれ前記貫通孔から延出する。
本願の１つの実施形態において、前記接続シートは、前記セラミック封止部材に溶接され、前記サンプリング部材の第１端は、前記接続シートを貫通する。
本願の１つの実施形態において、前記カバープレートに第１の凹部が設置され、前記カバープレートの前記第１の凹部には、前記カバープレートを貫通するサンプリング貫通孔が設置され、前記接続シートは、第１の凹部内に固定的に接続され、前記サンプリング部材の第１端は、前記サンプリング貫通孔を貫通する。
本願の１つの実施形態において、前記電池は、
前記サンプリング部材の第２端と前記電池コントローラにそれぞれ接続されることにより前記サンプリング部材と前記電池コントローラとを電気的に接続するコネクタをさらに含む。
本願の１つの実施形態において、前記コネクタは、第１の接続部材及び第２の接続部材を含み、前記サンプリング部材の第２端は、前記第１の接続部材に挿入され、かつ前記第２の接続部材に延び、前記第２の接続部材は、前記電池コントローラに電気的に接続され、前記第１の接続部材が前記第２の接続部材に接続されることにより前記サンプリング部材が前記電池コントローラに電気的に接続される。
本願の１つの実施形態において、前記第２の接続部材に第３の接続部材が設置され、前記サンプリング部材の第２端は、前記第３の接続部材を介して前記電池コントローラに電気的に接続される。
本願の１つの実施形態において、前記第１の接続部材には、前記第１の接続部材の前記カバープレートに向かう一面から前記第１の接続部材の前記カバープレートから離れた一面に窪んだ第２の凹部が設置され、前記セラミック封止部材は、前記第２の凹部内に収容され、かつ前記第１の接続部材に接続される。
本願の１つの実施形態において、前記第２の凹部の壁面は、前記第２の凹部に径方向に突出する第１の留め具を有し、
前記接続シートの前記セラミック封止部材に向かう表面と前記カバープレートの前記セラミック封止部材に向かう一面との間に所定の距離があり、前記セラミック封止部材は、前記接続シートと重なるように接続された第１の部分と、前記第１の部分を取り囲む第２の部分とを含み、前記第２の部分と前記接続シートの周辺部とは、前記接続シートに径方向に窪んだ第１の窪みを構成し、前記第１の留め具が前記第１の窪みに嵌合することにより、前記第１の接続部材を前記セラミック封止部材に接続する。
本願の１つの実施形態において、前記第２の凹部の壁面は、前記第２の凹部に径方向に突出する第１の留め具を有し、前記接続シートの周辺部は、接続シートに径方向に窪んだ第２の凹部を有し、前記第１の留め具が前記第２の凹部に嵌合することにより、前記第１の接続部材を前記接続シートに接続する。
本願の１つの実施形態において、前記第２の接続部材の外側に第２の留め具が設置され、前記第１の接続部材には、前記第１の接続部材の前記カバープレートから離れた一面から前記第１の接続部材の前記カバープレートに向かう一面に窪んだ第３の凹部が設置され、前記第３の凹部の壁面は、前記第１の接続部材に向かって径方向に突出する凸部を有し、前記第２の留め具は、前記凸部に嵌合し、前記第２の接続部材が前記第１の接続部材の第３の凹部に挿入される場合、前記第２の留め具は、前記凸部に係合して固定される。
本願の１つの実施形態において、前記第２の接続部材に導電貫通孔が設置され、前記第３の接続部材は、前記導電貫通孔内に穿設され、前記サンプリング部材の第２端は、前記第２の接続部材に挿入され、かつ前記導電貫通孔内に延びて前記第３の接続部材に電気的に接続される。
本願の１つの実施形態において、前記ケースと前記電極体セットとの間にパッケージフィルムがさらに設置され、前記電極体セットは、前記パッケージフィルム内にパッケージ化される。
本願の１つの実施形態において、前記電極体セットは、電極体セット本体と、電極体セット本体に電気的に接続され、電流を引き出す第１の電極及び第２の電極とを含み、直列接続された２つの電極体セットのうちの１つの電極体セットの第１の電極ともう１つの電極体セットの第２の電極との接続箇所は、前記パッケージフィルム内に位置する。
本願の１つの実施形態において、前記パッケージフィルムと前記第１の電極及び／又は前記第２の電極との相対位置には、隣接する２つの電極体セット本体を隔離するパッケージ部が形成され、
隣接する２つの電極体セットのうちの１つの電極体セットの第１の電極ともう１つの電極体セットの第２の電極とのうちの少なくとも１つは、前記パッケージ部内に位置する。
本願の１つの実施形態において、前記パッケージフィルムは、間隔をあけて設置されたサブパッケージフィルムを複数含み、各前記サブパッケージフィルム内に１つの電極体セットがパッケージ化されて電極体アセンブリを形成し、前記電極体アセンブリ同士は直列接続される。
本願の第２の態様に係る電池モジュールは、上記いずれか１項に記載の電池を複数含む。
本願の第３の態様に係る電池パックは、上記いずれか１項に記載の電池又は複数の上記電池モジュールを複数含む。
本願の第４の態様に係る電気自動車は、上記電池モジュール又は上記電池パックを含む。
本願の追加の態様及び利点は、一部が以下の説明において示され、一部が以下の説明において明らかになるか又は本願の実施により把握される。
本願の上記及び／又は追加的な態様及び利点は、以下の図面を参照して実施例を説明することにより、明らかになって理解されやすくなる。
本願の一実施例に係る電池の概略構成図である。 本願の一実施例に係る電池のカバープレート部分の概略斜視図である。 本願の一実施例に係る電池のカバープレート部分の分解斜視図である。 本願の一実施例に係る電池のカバープレートのサンプリングアセンブリ部分の分解斜視図である。 本願の一実施例に係る電池のカバープレート部分の正面図である。 図５におけるＢ-Ｂ断面図である。 図５におけるＣ-Ｃ断面図である。 図７におけるＭ部分の拡大図である。 本願の別の実施例に係る電池のカバープレート部分の断面図である。 図９におけるＮ部分の拡大図である。 本願の一実施例に係る電池の断面図である。 本願の他の実施例に係る電池の断面図である。
以下、本願の実施例を詳細に説明し、上記実施例の例は、図面に示され、全体を通して同一又は類似する符号は、同一又は類似する部材、若しくは同一又は類似する機能を有する部材を示す。以下、図面を参照しながら説明される実施例は、例示的なものに過ぎず、本願を解釈するためのものであり、本願を限定するためのものであると理解すべきではない。
図１を参照して、本願の一実施例は、ケース１００、電極体セット５００及びサンプリングアセンブリ３００を含む電池１０を提供し、ケース１００は、電池１０端部に位置するカバープレート１１０を含み、カバープレート１１０は、１つであってよく、２つであってもよく、サンプリングアセンブリ３００は、１つのカバープレート１１０に位置してもよく、２つのカバープレートにいずれもサンプリングアセンブリ３００が設置されてもよい。本実施例において、ケース１００は、両端が開口するサイドケースと、両端にそれぞれ位置する２つのカバープレート１１０とを含み、２つのカバープレート１１０とサイドケースは、密閉された収容キャビティを構成し、収容キャビティ内に電極体セット５００（図１１に示すように）が設置され、サンプリングアセンブリ３００は、そのうちの１つのカバープレート１１０に位置する。上記電極体セット５００は、ケース１００内に位置し、少なくとも１つの電極体を含む。
図４を参照して、サンプリングアセンブリ３００は、接続シート３２０と、接続シート３２０によりカバープレート１１０に固定されたセラミック封止部材３１０と、セラミック封止部材３１０に固定され、第１端３３１（図９に示すように）が電池１０における電極体セット５００に電気的に接続され、第２端３３２が電池コントローラ２００に電気的に接続されたサンプリング部材３３０とを含み、サンプリング部材３３０は、第１端３３１により電池１０における電極体セット５００の情報を収集し、かつ第２端３３２により情報を電池コントローラ２００に伝送する。
従来技術において、サンプリング部材３３０をカバープレート１１０に直接的に固定し、サンプリング部材３３０とカバープレート１１０との接続箇所の密封性が低く、本願において、セラミック封止部材３１０及び接続シート３２０によりサンプリング部材３３０をカバープレート１１０に固定し、サンプリング部材３３０を直接的にカバープレート１１０に固定することに比べて、ケース１００内の気密性を向上させることができ、また、従来の一体射出成形構造は、長期老化後に気密性が保証されにくい。
図３を参照して、本実施例において、上記カバープレート１１０に負極端子１２０がさらにあり、他の実施例において、サンプリングアセンブリ３００は、正極端子を有するカバープレートに取り付けられてもよい。
図２を参照して、さらなる実施例において、電池は、電池１０における電極体セット５００の情報を収集する電池コントローラ２００をさらに含む。上記電極体セット５００の情報は、電流、電圧、温度情報を含み、電池コントローラ２００は、さらに収容キャビティ内の気圧情報などを収集する。電池コントローラ２００は、さらに、サンプリングアセンブリ３００が収集した電極体セット５００の情報に基づいて電池を制御し管理することにより、電池１０を電池の破損から保護する。
本実施例において、電池コントローラ２００は、電池ＢＭＳユニットであり、ＰＣＢＡ硬質板を含んでもよい。
図４を再度参照して、さらなる実施例において、セラミック封止部材３１０には、セラミック封止部材３１０を貫通する貫通孔３１１が設置され、サンプリング部材３３０は、貫通孔３１１内に固定され、かつサンプリング部材３３０の第１端３３１と第２端３３２は、それぞれ貫通孔３１１（図９に示すように）から延出する。本実施例において、サンプリング部材３３０は、貫通孔３１１内に溶接され、具体的にはろう付けされる。貫通孔３１１の数は、サンプリング部材３３０の数に対応し、本願において、貫通孔３１１同士は、間隔をあけて設置されて、さらにサンプリング部材３３０同士は、間隔をあけて設置され、サンプリング部材３３０の間の絶縁性が保証される。
本願において、上記サンプリング部材３３０は、好ましくは耐高温６００～８００度の銅針である。接続シート３２０は、アルミニウム接続シートである。カバープレート１１０及び接続シート３２０は、好ましくはアルミニウム材質である。
さらなる実施例において、サンプリング部材３３０がセラミック部材３１０と接触する表面にいずれも金属層が設置されることにより、両者の間の導電接続性を向上させ、接触抵抗を低減する。好ましくは、上記金属層は、金層である。上記金属層の厚さは、好ましくは０．２ｍｍである。
説明すべきものとして、本実施例において、サンプリング部材３３０の数は、７つであり、そのうちの１つのサンプリング部材３３０は、負の収集端子とし、他の６つのサンプリング部材３３０は、それぞれ６つの電極体セット５００の正の収集端子とし、負の収集端子と１つの正の収集端子は、対応する電極体セット５００の情報を収集するため、本実施例において６つの電極体セット５００を同時にサンプリングすることができる。もちろん、６つより少ない電極体セット５００をサンプリングしてもよい。他の実施例において、サンプリング部材３３０の数は、１１個であってもよく、１０個以下の電極体セット５００をサンプリングしてもよい。数は、具体的な必要に応じて設定されてもよい。
さらなる実施例において、接続シート３２０は、セラミック封止部材３１０に溶接され、サンプリング部材３３０の第１端３３１は、接続シート３２０（図９に示すように）を貫通し、接続シート３２０は、カバープレート１１０に固定的に接続される。接続シート３２０は、中央部が抜かれたリング形であり、接続シート３２０とセラミック封止部材３１０は、ろう付けにより固定的に接続される。
本願において、サンプリング部材３３０をセラミック封止部材３１０にろう付けし、セラミック封止部材３１０を接続シート３２０にろう付けし、接続シート３２０をカバープレート１１０にレーザ溶接することが好ましく、サンプリング部材３３０をカバープレート１１０に直接的に溶接することに比べて、気密性がより高く、支持強度がより高く、接続がより堅固であり、サンプリング部材３３０とセラミック封止部材３１０の構造の引き抜き強度及び密封性の要件を保証する。
図４を再度参照して、さらなる実施例において、カバープレート１１０に第１の凹部１１１が設置され、カバープレート１１０の第１の凹部１１１には、カバープレート１１０を貫通するサンプリング貫通孔１１２が設置され、接続シート３２０は、第１の凹部１１１内に固定的に接続され、サンプリング部材３３０の第１端３３１は、サンプリング貫通孔１１２を貫通する。本実施例において、上記凹部１１１は、カバープレート１１０が上記セラミック封止部材３１０に向かう一面から電極体セット５００に向かう一面に窪んで形成される。接続シート３２０は、溶接により凹部１１１に固定的に接続される。
さらなる実施例において、サンプリングアセンブリ３００は、サンプリングライン（図示せず）をさらに含み、サンプリングラインは、一端がサンプリング部材３３０に接続され、他端が電極体セット５００に電気的に接続される。サンプリングラインは、サイドケースにおけるサンプリング孔を介して電極体セット５００に接続することができる。
図２を再度参照して、さらなる実施例において、電池１０は、コネクタ４００をさらに含み、コネクタ４００は、それぞれサンプリング部材３３０の第２端３３２と電池コントローラ２００に接続されることによりサンプリング部材３３０を電池コントローラ２００に電気的に接続する。コネクタ４００を介してサンプリング部材３３０と電池コントローラ２００とは電気的に接続して、両者の導電接続性が向上する。
図５～図９を参照して、さらなる実施例において、コネクタ４００は、第１の接続部材４１０及び第２の接続部材４２０を含み、サンプリング部材３３０の第２端３３２は、第１の接続部材４１０に挿入され、かつ第２の接続部材４２０（図９に示すように）に延び、第２の接続部材４２０は、電池コントローラ２００に電気的に接続され、第１の接続部材４１０が第２の接続部材４２０に接続されることによりサンプリング部材３３０が電池コントローラ２００に電気的に接続される。第１の接続部材４１０と第２の接続部材４２０とは、固定的に接続されてもよく、可動に接続されてもよい。両者が可動に接続される場合、電池コントローラ２００に接続された第２の接続部材４２０を第１の接続部材４１０に固定するか又は第１の接続部材４１０から分離して、電池コントローラ２００とカバープレート１１０での部材との固定又は分離を実現することができ、取り付け及び取り外しを容易にする。
図９を参照して、さらなる実施例において、第２の接続部材４２０に第３の接続部材４３０が設置され、サンプリング部材３３０の第２端３３２は、第３の接続部材４３０を介して電池コントローラ２００に電気的に接続される。第３の接続部材３３０は、導線である。本実施例において、第１の接続部材４１０及び第２の接続部材４２０は、プラスチック接着剤で製造され、第３の接続部材３３０は、金属導線であり、第２の接続部材４２０に熱可塑化される。
図７及び図８を参照して、さらなる実施例において、第１の接続部材４１０には、第１の接続部材４１０のカバープレート１１０に向かう一面から第１の接続部材４１０のカバープレート１１０から離れた一面に窪んだ第２の凹部４１４が設置され、セラミック封止部材３１０は、第２の凹部４１４内に収容され、かつ第１の接続部材４１０に接続される。第１の接続部材４１０は、上記セラミック封止部材３１０を第２の凹部４１４にカバーするとも言える。
さらなる実施例において、第２の凹部４１４の壁面は、第２の凹部４１４に径方向に突出する第１の留め具４１１を有し、接続シート３２０のセラミック封止部材３１０に向かう表面とカバープレート１１０のセラミック封止部材３１０に向かう一面との間に所定の距離Ｈがある。すなわち、接続シート３２０は、カバープレート１１０と面一ではなく、カバープレート１１０の表面から突出する。セラミック封止部材３１０は、接続シート３２０と重なるように接続された第１の部分３１２と、第１の部分３１２を取り囲む第２の部分３１３とを含み、第２の部分３１３と接続シート３２０の周辺部とは、接続シート３２０に径方向に窪んだ第１の窪み３１４を構成し、第１の留め具４１１が第１の窪み３１４に嵌合することにより、第１の接続部材４１０をセラミック封止部材３１０に接続し、さらに第１の接続部材４１０をカバープレート１１０に接続する。
図９及び図１０を参照して、別のいくつかの実施例において、第２の凹部４１４の壁面は、第２の凹部４１４に径方向に突出する第１の留め具４１１を有し、接続シート３２０の周辺部は、接続シート３２０に径方向に窪んだ第２の凹部３２１を有し、第１の留め具４１１が第２の凹部３２１に嵌合することにより、第１の接続部材４１０を接続シート３２０に接続する。第１の接続部材４１０と接続シート３２０とは、第１の留め具４１１及び第２の凹部３２１により係合して接続固定され、さらに第１の接続部材４１０をカバープレート１１０に接続する。
図６を参照して、さらなる実施例において、第２の接続部材４２０の外側に第２の留め具４２１が設置され、第１の接続部材４１０には、第１の接続部材４１０のカバープレート１１０から離れた一面から第１の接続部材４１０のカバープレート１１０に向かう一面に窪んだ第３の凹部４１２が設置される。第３の凹部４１２は、第１の接続部材４１０のカバープレート１１０から離れた一面がカバープレート１１０に向かう一面に窪んで形成される。第３の凹部４１２の壁面は、第１の接続部材４１０に向かって径方向に突出する凸部４１３を有し、第２の留め具４２１は、凸部４１３に嵌合し、第２の接続部材４２０が第１の接続部材４１０の第３の凹部４１２に挿入される場合、第２の留め具４２１は、凸部４１３に係合して固定される。すなわち、第１の接続部材４１０と第２の接続部材４２０は、第２の留め具４２１により凸部４１３に係合して固定される。
本実施例において、第１の接続部材４１０と接続シート３２０とは、第１の留め具４１１及び第１の窪み３１４により係合して接続され、第２の接続部材４２０と第１の接続部材４１０とは、第２の留め具４２１及び凸部４１３により係合して接続されるとともに、サンプリング部材３３０を固定することができ、第１の接続部材４１０は、接続シート３２０によりカバープレート１１０に接続され、第２の接続部材４２０は、電池コントローラ２００に接続され、さらにカバープレート１１０と電池コントローラ２００との突合せ及び取り外しを容易にすることができる。
図５及び図９を参照して、さらなる実施例において、第２の接続部材４２０に導電貫通孔４２２が設置され、第３の接続部材４３０は、導電貫通孔４２２に穿設され、サンプリング部材３３０の第２端３３２は、第２の接続部材４２０に挿入され、かつ導電貫通孔４２２に延びて第３の接続部材４３０に電気的に接続される。第２の接続部材４２０が第１の接続部材４１０に係合される場合、サンプリング部材３３０は、導電貫通孔４２２内に第３の接続部材４３０と電気的に接続され、電池における電極体セット５００の情報を電池コントローラ２００に伝送することをさらに実現する。
さらなる実施例において、上記電極体セット５００は、複数であり、複数の電極体セット５００は、電池１０の長さ方向である第１の方向Ａに沿って配列されて直列接続される。各電極体セット５００は、少なくとも１つの電極体を含む。一実施例において、電極体セット５００は、３つであり（図１１に示すように）、３つの電極体セット５００は、第１の方向Ａに沿って配列されて直列接続される。他の実施例において、電極体セット５００の数は、実際の必要に応じて設定されてもよい。
図１１を参照して、さらなる実施例において、ケース１００と電極体セット５００との間にパッケージフィルム６００がさらに設置され、電極体セット５００は、パッケージフィルム６００内にパッケージ化される。本願において、各電極体セット５００は、ソフトラップ電極体セット５００であり、すなわち電極体セット５００は、パッケージフィルム６００によって密封されて外装され、好ましくは、パッケージフィルム６００の密封材質は、ＰＥＴ－ＰＰ複合膜又はアルミラミネートフィルムである。ソフトラップ電極体セット５００は、容量等級付けと化成の後に膨張し、ケース１００は、一般的にアルミニウムケースでパッケージ化され、パッケージフィルム６００の内部のキャビティに対して負圧を引いてソフトパッケージ電極体セット５００を拘束する必要があるため、パッケージフィルム６００内の収容キャビティに気密性が要求される。本願において、サンプリング部材３３０をセラミック部材３１０及び接続シート３２０によりカバープレート１１０に固定することにより、カバープレート１００とサンプリング部材３３０との接続箇所の気密性を向上させることができる。
本実施例において、上記ケース１００は、金属ケースであり、電極体セット５００をまずパッケージフィルム６００内にパッケージ化し、パッケージフィルム６００外に金属ケース１００を嵌着することにより、電極体セット５００に対する二次パッケージ化を実現し、電池１０の密封性能を向上させる。パッケージフィルム６００内に電解液がさらに注入されることを理解されたい。したがって、上記方式により、さらに電解液と金属ケース１００との接触を回避し、金属ケース１００の腐食又は電解液の分解を回避することができる。
いくつかの実施形態において、電極体セット５００は、電極体セット本体５１０と、電極体セット本体５１０に電気的に接続され、電流を引き出す第１の電極５２０及び第２の電極５３０とを含み、直列接続された２つの電極体セット５００のうちの１つの電極体セット５００の第１の電極５２０ともう１つの電極体セット５００の第２の電極５３０との接続箇所は、パッケージフィルム６００内に位置する。
換言すれば、パッケージフィルム６００は、一体的に設置され、複数の電極体セット５００は、同一のパッケージフィルム６００内にパッケージ化され、本実施例において、同一の電極体セット５００における複数の電極体が並列接続され、電極体セット５００同士が直列接続されることにより、電池の容量を向上させ、製造コストを低減することができる。
なお、本実施例の直列接続方式は、隣接する電極体セット５００同士が直列接続されてもよく、具体的な実現方式は、隣接する電極体セット５００の第１の電極５２０と第２の電極５３０とが直接的に接続されてもよく、追加の導電部材により電気的に接続されてもよく、一般的には、各上記電極体セット５００は、いずれも電流を引き出す第１の電極５２０及び第２の電極５３０を含み、電極体セット５００が１つの電極体のみを含む場合、第１の電極５２０と第２の電極５３０は、それぞれ電極体の正極タブと負極タブであってもよいか、又はそれぞれ負極タブと正極タブであってもよい。複数の電極体を含む場合、第１の電極５２０及び第２の電極５３０の引出部材は、電極リードであってもよい。第１の電極５２０及び第２の電極５３０における「第１の」及び「第２の」は、名称を区別するためのものに過ぎず、数を限定するものではなく、例えば第１の電極５２０は、１つであってもよく、複数であってもよい。
金属ケース１００内に複数の電極体セット５００が含まれる場合、金属ケース１００内の負圧により、複数の電極体セット５００の金属ケース１００内での移動を効果的に回避し、電池１００の安全性能を向上させることができる。
上記実施形態において、パッケージフィルム６００と第１の電極５２０及び／又は第２の電極５３０との相対位置には、隣接する２つの電極体セット本体５１０を隔離するパッケージ部５４０が形成され、隣接する２つの電極体セット５００のうちの１つの電極体セット５００の第１の電極５２０ともう１つの電極体セット５００の第２の電極５３０とのうちの少なくとも１つは、パッケージ部５４０内に位置する。パッケージ部５４０により複数の電極体セット５００を隔離して、複数の電極体セット５００の間の電解液が互いに流通することを回避し、複数の電極体セット５００は、互いに影響せず、かつ複数の電極体セット５００における電解液は、電位差が大きすぎて分解することがなく、電池の安全性能及び耐用年数を保証する。
パッケージ部５４０は、様々な実施形態を有してもよく、例えば結束バンドを使用してパッケージフィルム６００を締め付けてパッケージ部５４０を形成してもよく、パッケージフィルム６００を直接的に熱溶着して接続してパッケージ部５４０を形成してもよい。パッケージ部５４０の具体的な形態は、特に限定されない。
このような実施形態において、複数の電極体セット５００は、同一のパッケージフィルム６００を共有してもよく、この場合に、電極体セット５００の間にパッケージ部５４０が設置され、該パッケージ部５４０は、電極体セット５００の間のパッケージフィルム６００を熱融着して接続して形成されたものであってもよい。具体的には、電極体セット５００は、第１の電極５２０及び第２の電極５３０を有する。電極体セット５００をパッケージ化する前に、まず複数の電極体セット５００を直列接続し、次に１枚のパッケージフィルム６００を利用して直列接続された電極体セット５００を被覆し、例えば、直列接続された電極体セット５００をパッケージフィルム６００の一部の領域に配置し、次にパッケージフィルム６００の他の一部の領域を電極体セット５００の方向に向かって中折りし、その後に熱融着処理により２つの部分の領域のパッケージフィルム６００を熱融着して密封することにより、直列接続された電極体セット５００を同一のパッケージフィルム６００内にパッケージ化し、そして電極体セット５００の間に位置する上下の２つの部分の領域のパッケージフィルム６００を熱融着して押出して一体成型することにより、電極体セット５００の間に電極体セット５００を隔てるセパレータを形成する。
図１２を参照して、本願の別のいくつかの実施形態において、パッケージフィルム６００は、間隔をあけて設置されたサブパッケージフィルム６１０を複数含み、各サブパッケージフィルム６１０内に１つの電極体セット５００がパッケージ化されて電極体アセンブリを形成し、電極体アセンブリ同士は直列接続される。
換言すれば、サブパッケージフィルム６１０の数と電極体セット５００の数とは、１対１に対応し、各電極体セット５００は、１つのサブパッケージフィルム６１０に単独でパッケージ化され、このような実施形態において、複数の電極体セット５００の製造を終了した後、各電極体セット５００の外に１つのサブパッケージフィルム６１０を単独で嵌着し、次に電極体アセンブリを直列接続することができる。
複数の電極体セットのサブパッケージフィルム６１０は、互いに独立し、すなわち各電極体セットについては、単独で１枚のサブパッケージフィルム６１０を用いて対応する電極体セット５００をパッケージ化し、この場合に、電極体セット５００の第１の電極５２０と第２の電極５３０は、それぞれ第１の方向Ａに沿って電極体セット５００の両端から引き出される。各電極体セット５００は、サブパッケージフィルム６１０で電極体セット５００をパッケージ化した後、引き出された第１の電極５２０及び第２の電極５３０により直列接続される。
本願において、電池の容量を向上させるために、電池１０のケース１００内に複数の電極体セット５００が直列接続され、振動、揺れの場合に、複数の電極体セット５００がケース１００内に移動しやすく、電極体セット５００同士又は電極体同士の相対変位が発生し、電極体に損傷が発生し、例えば、集電体が破損し、セパレータが皺になり、極片での活性材料層が脱落し、電池の安定性が低く、安全上の問題も発生しやすい。
したがって、さらなる実施例において、金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間の気圧は、金属ケース１００外の気圧より低い。
本願において、「気圧」は、大気圧の略称である。それは、単位面積当たりに作用する気体の圧力を指し、すなわち単位面積において、大気上界まで上方に延びる垂直空気柱の重量に等しい。
金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間の気圧は、金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間に位置する空間内の気圧であり、該気圧は、金属ケース１００外の気圧より低く、したがって、本願の実施例において、金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間が負圧状態にあるため、金属ケース１００が大気圧の作用で窪むか又は変形すると、金属ケース１００と電極体セット５００との間の隙間がそれに伴って小さくなり、電極体セット５００が移動するか又は互に変位する空間が小さくなり、さらに電極体セット５００の移動及び電極体セット５００同士の相対変位を減少させ、電池１００の安定性、強度及び安全性能を向上させることができる。
例えば、金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間の空間に対して空気抜き処理を行うことにより、金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間を負圧状態にすることにより、金属ケース１００を内部の電極体セット５００にできるだけ近接させ、内部の隙間を小さくし、電極体が金属ケース内で移動することを防止するとともに、電極体同士の相対変位が発生することを防止し、集電体が破損し、セパレータが皺になり、活性材料が脱落するような状況の発生を減少させ、電池全体の機械的強度を向上させ、電池の耐用年数を長くし、電池の安全性能を向上させる。
一実施形態において、金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間の気圧はＰ１であり、Ｐ１の値範囲は、－１００Ｋｐａ～－５Ｋｐａであってもよく、さらに、Ｐ１の値は、－７５Ｋｐａ～－２０Ｋｐａであってもよい。もちろん、当業者は、実際の必要に応じてＰ１の値を設定してもよい。
パッケージフィルム６００内の気圧は、Ｐ２であり、Ｐ１とＰ２との関係は、Ｐ１＞Ｐ２を満たし、かつＰ１／Ｐ２の範囲は、０．０５～０．８５である。
Ｐ２の値は、－１００Ｋｐａ～－２０Ｋｐａであってもよい。
Ｐ１、Ｐ２及びＰ１／Ｐ２を上記範囲内に限定し、本技術における電極体セット５００は、二次密封のモードを使用し、上記実施形態で説明したように、まず電池の電極体セット５００をパッケージフィルム６００内にパッケージ化し、内部の気圧が大きすぎてパッケージフィルム６００が外向きに膨出することによるパッケージフィルム６００の破損を回避するために、本発明者らは、金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間の気圧がパッケージフィルム６００内の気圧より大きいことを選択する。また、本発明者らは、多くの実験により、Ｐ１／Ｐ２が上記範囲にある場合、電池の二次密封の信頼性を効果的に保証するとともに、電池極板の間の界面を保証し、極板の間の隙間を回避し、リチウムイオンをより良好に伝導させることを検証した。
いくつかの実施形態において、パッケージフィルム６００内の気圧は、金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間の気圧より低い。
本願は、上記いずれか１項に記載の電池を複数含む電池モジュールをさらに提供する。
本願は、上記いずれか１項に記載の複数の電池又は上記電池モジュールを複数含む電池パックをさらに提供する。
本願は、上記電池モジュール又は上記電池パックを含む電気自動車をさらに提供する。
なお、本願の説明において、用語「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径方向」、「周方向」などで示す方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づくものであり、本願を容易に説明して説明を簡略化するためのものに過ぎず、示された装置又は部材が特定の方位を有し、特定の方位で構成されて操作されなければならないことを示すか又は示唆するものではないため、本願を限定するものとして理解してはならない。
また、用語「第１の」、「第２の」は、説明のためのものに過ぎず、相対的な重要性を示すか又は示唆し、或いは示された技術的特徴の数を実質的に示唆するものとして理解してはならない。これにより、「第１の」、「第２の」で限定された特徴は、１つ以上の該特徴を明示的又は実質的に含んでもよい。本願の説明において、「複数」とは、別に明確で具体的な限定がない限り、２つ以上を意味する。
本願において、別に明確な規定及び限定がない限り、用語「取り付け」、「連結」、「接続」、「固定」などは、広義に理解されるべきであり、例えば、固定的な接続、着脱可能な接続、一体的な接続であってもよく、機械的な接続、電気的な接続であってもよく、直接的な連結、中間媒体を介した間接的な連結であってもよく、２つの部品内部の連通、又は２つの部品の相互作用の関係であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて本願における上記用語の具体的な意味を理解することができる。
本願において、明確な規定及び限定がない限り、第１の特徴が第２の特徴の「上」又は「下」にあることは、第１の特徴と第２の特徴とが直接的に接触することであってもよく、第１の特徴と第２の特徴とが中間媒体を介して間接的に接触することであってもよい。また、第１の特徴が第２の特徴「の上」、「上方」又は「上」にあることは、第１の特徴が第２の特徴の真上及び斜め上にあることであってもよく、単に第１の特徴の水平高さが第２の特徴より高いことを表すことであってもよい。第１の特徴が第２の特徴「の下」、「下方」又は「下」にあることは、第１の特徴が第２の特徴の真下及び斜め下にあることであってもよく、単に第１の特徴の水平高さが第２の特徴より低いことを表すことであってもよい。
本明細書の説明において、用語「一実施例」、「いくつかの実施例」、「例」、「具体的な例」又は「いくつかの例」などを参照する説明は、該実施例又は例を組み合わせて説明された具体的な特徴、構造、材料又は特性が本願の少なくとも１つの実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語の例示的な表現は、必ずしも同一の実施例又は例に限定されるものではない。また、説明された具体的な特徴、構造、材料又は特性は、任意の１つ又は複数の実施例又は例において適切に組み合わせることができる。また、互いに矛盾しない場合、当業者であれば、本明細書で説明された異なる実施例又は例、及び異なる実施例又は例の特徴を結合し、組み合わせることができる。
以上、本願の実施例を示し、説明したが、理解できるように、上記実施例は、例示的なものであり、本願を限定するものとして理解してはならず、当業者であれば、本願の範囲内に上記実施例に対して変更、修正、置換及び変形を行うことができる。
さらなる実施例において、サンプリング部材３３０がセラミック封止部材３１０と接触する表面にいずれも金属層が設置されることにより、両者の間の導電接続性を向上させ、接触抵抗を低減する。好ましくは、上記金属層は、金層である。上記金属層の厚さは、好ましくは０．２ｍｍである。
図４を再度参照して、さらなる実施例において、カバープレート１１０に第１の凹部１１１が設置され、カバープレート１１０の第１の凹部１１１には、カバープレート１１０を貫通するサンプリング貫通孔１１２が設置され、接続シート３２０は、第１の凹部１１１内に固定的に接続され、サンプリング部材３３０の第１端３３１は、サンプリング貫通孔１１２を貫通する。本実施例において、上記第１の凹部１１１は、カバープレート１１０が上記セラミック封止部材３１０に向かう一面から電極体セット５００に向かう一面に窪んで形成される。接続シート３２０は、溶接により第１の凹部１１１に固定的に接続される。
図９を参照して、さらなる実施例において、第２の接続部材４２０に第３の接続部材４３０が設置され、サンプリング部材３３０の第２端３３２は、第３の接続部材４３０を介して電池コントローラ２００に電気的に接続される。第３の接続部材４３０は、導線である。本実施例において、第１の接続部材４１０及び第２の接続部材４２０は、プラスチック接着剤で製造され、第３の接続部材４３０は、金属導線であり、第２の接続部材４２０に熱可塑化される。
図１１を参照して、さらなる実施例において、ケース１００と電極体セット５００との間にパッケージフィルム６００がさらに設置され、電極体セット５００は、パッケージフィルム６００内にパッケージ化される。本願において、各電極体セット５００は、ソフトラップ電極体セット５００であり、すなわち電極体セット５００は、パッケージフィルム６００によって密封されて外装され、好ましくは、パッケージフィルム６００の密封材質は、ＰＥＴ－ＰＰ複合膜又はアルミラミネートフィルムである。ソフトラップ電極体セット５００は、容量等級付けと化成の後に膨張し、ケース１００は、一般的にアルミニウムケースでパッケージ化され、パッケージフィルム６００の内部のキャビティに対して負圧を引いてソフトパッケージ電極体セット５００を拘束する必要があるため、パッケージフィルム６００内の収容キャビティに気密性が要求される。本願において、サンプリング部材３３０をセラミック封止部材３１０及び接続シート３２０によりカバープレート１１０に固定することにより、カバープレート１１０とサンプリング部材３３０との接続箇所の気密性を向上させることができる。
金属ケース１００内に複数の電極体セット５００が含まれる場合、金属ケース１００内の負圧により、複数の電極体セット５００の金属ケース１００内での移動を効果的に回避し、電池１０の安全性能を向上させることができる。
金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間の気圧は、金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間に位置する空間内の気圧であり、該気圧は、金属ケース１００外の気圧より低く、したがって、本願の実施例において、金属ケース１００とパッケージフィルム６００との間が負圧状態にあるため、金属ケース１００が大気圧の作用で窪むか又は変形すると、金属ケース１００と電極体セット５００との間の隙間がそれに伴って小さくなり、電極体セット５００が移動するか又は互に変位する空間が小さくなり、さらに電極体セット５００の移動及び電極体セット５００同士の相対変位を減少させ、電池１０の安定性、強度及び安全性能を向上させることができる。

Claims (21)

  1. 電池端部に位置するカバープレートを含むケースと、
    前記ケース内に位置し、少なくとも１つの電極体を含む電極体セットと、
    セラミック封止部材と、接続シートと、サンプリング部材とを含むサンプリングアセンブリとを含む電池であって、
    前記セラミック封止部材は、前記接続シートにより前記カバープレートに固定され、前記サンプリング部材は、前記セラミック封止部材に固定され、前記サンプリング部材の第１端は前記電極体セットに接続され、前記サンプリング部材の第２端が電池コントローラに電気的に接続されている、ことを特徴とする電池。
  2. 前記電池は、電池の長さ方向である第１の方向に沿って配列され、かつ、直列に接続されている、複数の電極体セットを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  3. 前記電池における電極体セットの情報を収集する電池コントローラをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  4. 前記セラミック封止部材には、貫通孔が設置され、前記サンプリング部材は、前記セラミック封止部材に前記貫通孔内において固定され、かつ、第１端と第２端がそれぞれ前記貫通孔から突出する、ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  5. 前記接続シートは、前記セラミック封止部材に溶接され、前記サンプリング部材の第１端は、前記接続シートを貫通する、ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  6. 前記カバープレートに第１の凹部が設置され、前記カバープレートの前記第１の凹部には、前記カバープレートを貫通するサンプリング貫通孔が設置され、前記接続シートは、第１の凹部内において前記カバープレートに固定的に接続され、前記サンプリング部材の第１端は、前記サンプリング貫通孔を貫通する、ことを特徴とする請求項５に記載の電池。
  7. コネクタをさらに含み、
    前記コネクタは、前記サンプリング部材の第２端と前記電池コントローラの間に接続され、前記コネクタは、前記サンプリング部材と前記電池コントローラとを電気的に接続する、ことを特徴とする請求項３に記載の電池。
  8. 前記コネクタは、第１の接続部材及び第２の接続部材を含み、前記サンプリング部材の第２端は、前記第１の接続部材に挿入され、かつ前記第２の接続部材の中に突出し、前記第２の接続部材は、前記電池コントローラに電気的に接続され、前記第１の接続部材が前記第２の接続部材に接続されることにより前記サンプリング部材が前記電池コントローラに電気的に接続される、ことを特徴とする請求項７に記載の電池。
  9. 前記第２の接続部材に接して第３の接続部材が配置され、前記サンプリング部材の第２端は前記第３の接続部材を介して前記電池コントローラに電気的に接続されている、ことを特徴とする請求項８に記載の電池。
  10. 前記第１の接続部材には、第２の凹部が配置され、前記第２の凹部は、前記第１の接続部材の前記カバープレートに向かう表面から、前記カバープレートと反対側の方向に面する表面の方に窪んでおり、前記セラミック封止部材は、前記第２の凹部内に収容され、かつ、前記第１の接続部材に接続されている、ことを特徴とする請求項８に記載の電池。
  11. 前記第２の凹部の壁面には、第１の留め具が配置され、前記第１の留め具は、前記第２の凹部の径方向に突出し、
    前記接続シートの前記セラミック封止部材に向かう表面と、前記カバープレートの前記セラミック封止部材に向かう表面との間に所定の距離があり、前記セラミック封止部材は、前記接続シートと重なる第１の部分と、前記第１の部分を取り囲む第２の部分とを含み、前記第２の部分と前記接続シートの周辺部とは、前記接続シートの径方向に窪んだ第１の窪みを構成し、前記第１の留め具が前記第１の窪みに嵌合することにより、前記第１の接続部材を前記セラミック封止部材に接続する、ことを特徴とする請求項１０に記載の電池。
  12. 第１の留め具は、前記第２の凹部の壁面に配置され、前記第１の留め具は、前記第２の凹部の径方向に突出し、第２の窪みは、前記接続シートの周辺部に配置され、前記第２の窪みは、前記接続シートの径方向に窪んでおり、前記第１の留め具が前記第２の窪みに合わされることにより、前記第１の接続部材を前記接続シートに接続する、ことを特徴とする請求項１０に記載の電池。
  13. 第２の留め具が、前記第２の接続部材の外側に配置され、前記第１の接続部材には、第３の凹部が配置され、前記第３の凹部は、前記第１の接続部材の前記カバープレートから離れた表面から前記第１の接続部材の前記カバープレートに向かう表面に窪んでおり、前記第３の凹部の壁面に、凸部が配置され、前記凸部は、前記第１の接続部材の径方向に突出し、前記第２の留め具は、前記凸部に係合し、前記第２の接続部材が前記第１の接続部材の第３の凹部に挿入される場合、前記第２の留め具は、前記凸部に係合して固定される、ことを特徴とする請求項８に記載の電池。
  14. 前記第２の接続部材に導電貫通孔が設置され、前記第３の接続部材は、前記導電貫通孔内を貫通し、前記サンプリング部材の第２端は、前記第２の接続部材に挿入され、かつ前記導電貫通孔内に延びて前記第３の接続部材に電気的に接続される、ことを特徴とする請求項９に記載の電池。
  15. 前記ケースと前記電極体セットとの間にパッケージフィルムがさらに設置され、前記電極体セットは、前記パッケージフィルム内にパッケージ化される、ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  16. 前記電極体セットは、電極体セット本体と、電極体セット本体に電気的に接続され、電流を引き出す第１の電極及び第２の電極とを含み、直列接続された２つの電極体セットのうちの１つの電極体セットの第１の電極と、もう１つの電極体セットの第２の電極との接続箇所は、前記パッケージフィルム内に位置する、ことを特徴とする請求項１４に記載の電池。
  17. 前記パッケージフィルムと、前記第１の電極及び／又は前記第２の電極と対応する位置には、隣接する２つの電極体セット本体を隔離するパッケージ部が形成され、
    隣接する２つの電極体セットのうちの１つの電極体セットの第１の電極と、もう１つの電極体セットの第２の電極とのうちの少なくとも１つは、前記パッケージ部内に位置する、ことを特徴とする請求項１６に記載の電池。
  18. 前記パッケージフィルムは、間隔をあけて設置されたサブパッケージフィルムを複数含み、各前記サブパッケージフィルム内に１つの電極体セットがパッケージ化されて電極体アセンブリを形成し、前記電極体アセンブリ同士は直列接続される、ことを特徴とする請求項１５に記載の電池。
  19. 請求項１～１８のいずれか１項に記載の電池を複数含む、ことを特徴とする電池モジュール。
  20. 請求項１～１８のいずれか１項に記載の電池又は請求項２０に記載の電池モジュールを複数含む、ことを特徴とする電池パック。
  21. 請求項１９に記載の電池モジュール又は請求項２０に記載の電池パックを含む、ことを特徴とする電気自動車。
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