JP2023516593A - 電池パック及び電気自動車 - Google Patents

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Abstract

電池パック（２００）及び電気自動車であり、電池パック（２００）は、少なくとも１つの電池ユニット（２１）を含み、電池ユニット（２１）は、少なくとも１つの電池列（１００６）を含み、前記電池列（１００６）は、１つ又は少なくとも２つの単電池（１００）を含み、電池列（１００６）の両端の電位差は、６０Ｖ以下であり、電池列（１００６）に少なくとも２つの単電池（１００）が含まれる場合、電池列（１００６）における単電池（１００）は、第１の方向に沿って順に配列され、第１の方向は、車両の後部から前部への方向と平行である。

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２８日に提出した、名称が「電池パック及び電気自動車」の中国特許出願第「２０２０１０１２９９８９．１」号の優先権を主張するものである。
本願は、車両製造の技術分野に関し、特に、電池パック及び電気自動車に関する。
電気自動車では、電気自動車のスペースが限られているため、電池パックは、一般的に車両の底部、即ち、車両のシャーシに固定される。しかしながら、車両の底部が地面に近いため、車両の走行中に車両の底部に取り付けられた電池パックが衝突を受けやすいことにより、電池パック内の単電池が短絡しやすくなり、特に、車両の走行中に車両の底部が受けた衝撃は、一般的に、車両の前部から車両の後部まで及ぶため、電池パック内の一連の単電池が短絡することに繋がる。
電気自動車の動力源として、電池パックは、非常に高いエネルギー密度を有し、高電圧及び高エネルギー密度は、危険性も高いことを同時に意味し、電池パック内の一連の単電池が短絡したとき、この一連の電池の間に高電圧が存在すると、電池パックの高電圧破壊又は高電圧短絡が瞬時に発生することをもたらし、電池パックが着火し爆発しやすく、アーク放電現象も発生しやすく、運転手と同乗者の生命の安全に脅威を与える。
本願は、従来技術における技術的課題の１つを少なくとも解決することを目的とする。そのため、本願は、電池パック及び電気自動車を提供し、電池列が短絡したときに電池パックにより生成された電圧を相対的に低減することができ、電池パックの高電圧破壊又は高電圧短絡の発生を防止し、電池パックの安全性を向上させることに役立つ。
本願は、電気自動車を更に提供する。
上記目的を達成するために、本願に係る、車両に電気エネルギーを提供する電池パックは、少なくとも１つの電池ユニットを含み、前記電池ユニットは、少なくとも１つの電池列を含み、前記電池列は、１つ又は少なくとも２つの単電池を含み、前記電池列の両端の電位差は、６０Ｖ以下であり、前記電池列に少なくとも２つの単電池が含まれる場合、前記電池列における単電池は、第１の方向に沿って順に配列され、前記第１の方向は、車両の後部から前部への方向と平行である。
本願のいくつかの例では、前記電池列の両端の電位差は、４５Ｖ以下である。
本願のいくつかの例では、前記電池列の両端の電位差は、２０～４０Ｖである。
本願のいくつかの例では、前記電池ユニットは、複数の前記電池列を含み、複数の前記電池列は、第２の方向に沿って順に配列され、前記第２の方向は、車両の幅方向である。
本願のいくつかの例では、前記電池列同士は、直列接続及び／又は並列接続される。
本願のいくつかの例では、前記電池列に少なくとも２つの単電池が含まれる場合、前記電池列における単電池同士は、直列接続される。
本願のいくつかの例では、前記単電池の長さは、第１の方向に沿って延びる。
本願のいくつかの例では、前記単電池は、第１の極柱及び第２の極柱を含み、かつ前記単電池は、第１の方向に沿って反対側に位置する２つの第１の表面を有し、前記第１の極柱及び第２の極柱は、単電池の同じ前記第１の表面に位置するか、又は単電池の２つの第１の表面にそれぞれ位置する。
本願のいくつかの例では、前記単電池は、第１の極柱及び第２の極柱を含み、前記単電池は、車両の頂部に面する第２の表面を有し、前記第１の極柱及び第２の極柱は、前記第２の表面に位置する。
本願のいくつかの例では、前記電池ユニットは、複数あり、前記電池ユニット同士は、直列接続される。
本願のいくつかの例では、複数の電池ユニットは、アレイ状に配列されて電池ユニットアレイを形成し、前記電池ユニットアレイは、複数行の電池ユニットセットを含み、複数行の電池ユニットセットは、第１の方向に沿って順に配列され、隣接する２行の電池ユニットセットにそれぞれ位置し互いに電気的に接続された２つの電池ユニットの間に、能動的安全装置が接続される。
本願のいくつかの例では、前記能動的安全装置は、リレー又はヒューズである。
本願のいくつかの例では、少なくとも１つの前記単電池の長さと前記車両の長さとの比率範囲は、０．２～０．８である。
本願のいくつかの例では、前記単電池１００の長さ範囲は、６００ｍｍ～２５００ｍｍである。
本願に係る電気自動車は、上述した前記電池パックを含む。
従来技術に比べて、本願の有益な効果は、以下のとおりである。本願の電池パックは、少なくとも１つの電池ユニットを含み、電池ユニットは、少なくとも１つの電池列を含み、電池列に１つ又は少なくとも２つの単電池が含まれ、電池列の両端の電位差は、６０Ｖ以下であり、電池列に少なくとも２つの単電池が含まれる場合、電池列における単電池は、第１の方向に沿って順に配列され、第１の方向は、車両の後部から前部への方向と平行であり、これにより、本手段によって、車両の後部から前部への方向に配列された単電池により形成された電池列の両端の電位差を小さくすることができることにより、車両の走行中に、該方向における一連の単電池がいずれも衝撃を受けて短絡しても、該一連の単電池の電圧自体が相対的に小さいため、短絡時に電池パックに与える影響も比較的小さいことにより、電池列が短絡したときに電池パックにより生成された電圧を相対的に低減することができることにより、電池パックの高電圧破壊又は高電圧短絡の発生を防止し、電池パックの着火及び爆発の発生確率を低減することができるとともに、アーク放電現象の発生を低減することもでき、電池パックの安全性を向上させることに役立つ。
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。
本願の実施例に係る電池パックの概略構造図である。 従来技術における車両の底部が硬い物による衝突を受けた後に電池パック内の単電池に与える影響の概略図である。 本願の実施例に係る電池パックの他の構造図である。 本願の実施例に係る電池パックの更に他の概略構造図である。 本願の実施例に係る電池パックの更に他の概略構造図である。 本願の実施例に係る単電池の概略構造図である。 本願の実施例に係る電池パックの更に他の概略構造図である。 本願の実施例における車両の底部が硬い物による衝突を受けた後に電池パック内の単電池に与える影響の概略図である。 本願の実施例に係る単電池の断面概略図である。 本願の実施例に係る電極体セットがパッケージフィルム内にパッケージ化されることを示す概略図である。 本願の実施例に係る電極体セットがパッケージフィルム内にパッケージ化されることを示す他の概略図である。 本願の実施例に係る金属ケースの第３の表面に凹部が形成されることを示す概略図である。
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の符号は、同一又は類似の部品、或いは同一又は類似の機能を有する部品を示す。以下、図面を参照して説明される実施例は、例示的なものであり、本願を解釈するためのものに過ぎず、本願を限定するものであると理解すべきではない。
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」、「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品が特定の方位を有するとともに、特定の方位で構成され動作しなければならないことを指示するか又は示唆するものではないため、本願を限定するものであると理解すべきではない。
図１を参照すると、本願の実施例に係る電池パック２００は、電気自動車に適用され、電気自動車に動力を提供することができ、電気自動車は、例えば、乗用車又はバスなどであってもよい。電池パック２００は、少なくとも１つの電池ユニット２１を含み、電池ユニット２１は、少なくとも１つの電池列１００６を含み、電池列１００６は、１つ又は少なくとも２つの単電池１００を含み、電池列１００６の両端の電位差Ｖは、６０Ｖ以下である。
電池列１００６に少なくとも２つの単電池１００が含まれる場合、電池列１００６における単電池１００は、第１の方向ＡＢに沿って順に配列され、第１の方向ＡＢは、車両の前部から後部への方向と平行である。
理解できるように、車両は、一般的に、長さ、幅及び高さの３つの寸法を有し、車両の長さは、即ち、車両の後部から車両の前部までの距離であり、車両の幅は、左右の両側のドア間の距離を指し、車両の高さは、車両の底部から頂部までの距離を指し、大部分の車両にとって、車両の長さは、一般的に、車両の最大寸法であるため、第１の方向ＡＢは、車両の長さの延び方向を指してもよく、即ち、車両の最大寸法方向である。
いくつかの実施例では、電池ユニット２１は、１つの電池列１００６のみがあってもよく、電池列１００６に含まれる単電池１００は、複数あり、複数の単電池１００は、第１の方向ＡＢに沿って順に配列され、即ち、電池ユニット２１における全ての単電池１００は、第１の方向に沿って順に配列される。電池列１００６における単電池１００同士は、直列接続されてもよく、例えば、隣接する単電池１００同士は、直列接続されてもよいため、複数の単電池の直列接続を実現する。このとき、電池列１００６の両端の電位差は、直列接続された一連の単電池の両端の電位差を指す。
他のいくつかの実施例では、電池列１００６は、１つの単電池１００のみを含んでもよく、このとき、電池列１００６の両端の電位差は、該１つの単電池１００の正負極の両端の電位差を指す。
従来の電池パックにおいて、図２に示すように、電池容量をできるだけ向上させるために、電池パックに多くの単電池が配置され、多くの単電池が車両の後部から車両の前部への方向（第１の方向ＡＢ）に沿って配列される場合、車両の走行中に車両の底部が硬い物Ｇによる衝突を受けると、車両の底部が受けた衝突動作は、一般的に、車両の前部から後部まで継続するため、電池パック内における、車両の前部から後部まで配列された全ての単電池（図中の斜線部分の単電池）は、いずれも衝突を受けて共に変形し、破裂する可能性があることにより、多くの単電池間の短絡を引き起こし、電池パックがより高い電圧を生成し、電池の着火及び爆発をもたらす。
本願の実施例は、電池列１００６の両端の電位差Ｖが６０Ｖを超えないようにすることにより、即ち、車両の後部から車両の前部への方向に配列された単電池により形成された電池列の両端の電位差を小さくすることにより、車両の走行中に、電池列１００６における、車両の前部から車両の後部への方向に配列された全ての単電池１００がいずれも衝撃を受けて短絡しても、該電池列１００６の電圧自体が低いため、その短絡が低電圧短絡であり、即ち、電池列１００６が短絡したときに電池パックにより生成された電圧も相対的に低いことをもたらすことにより、電池パックの高電圧破壊又は高電圧短絡の発生を防止し、電池パックの着火及び爆発の発生確率を低減することができるとともに、アーク放電現象の発生を低減することができるため、単電池間の熱暴走及び熱拡散などの現象を効果的に防止し、電池パックの安全性を向上させることに役立つ。
また、電池列１００６の両端の電位差が６０Ｖを超えないようにすることにより、アーク放電現象の発生を低減することができるとともに、電池パックのエネルギー貯蔵容量をできるだけ向上させることができる。
更に、電池列１００６の両端の電位差Ｖは、４５Ｖ以下であり、電池列１００６の両端の電位差Ｖを小さくすることにより、電池列１００６が短絡したときに電池パックに与える影響を更に相対的に低減し、電池列１００６が短絡したときに電池パックが高電圧を生成して電池パックが破壊するなどの問題を引き起こすことを回避し、アーク放電現象の発生を防止することができる。電池列１００６の両端の電位差Ｖは、２０～４０Ｖであってもよく、例えば、４０Ｖであってもよい。
本願の発明者らは、大量のアーク放電試験の実験により、電池容量をできるだけ向上させる場合、車両の走行方向（車両の前部から後部への方向と理解することもできる）に沿って配列された全ての単電池により形成された電池列１００６の両端の電位差が６０Ｖを超えないようにすることにより、電池パックの発火を効果的に防止できることを見出し、実験データを以下の表に示す。
Figure 2023516593000002
上記実験データにより分かるように、電池列１００６の両端の電位差が６０Ｖを超えない場合、電池パックは、発火及び発煙などの現象が発生せず、動力の要件を満たすことができるだけでなく、電池パックの安全性能を向上させることができる。
アーク放電試験の実験は、従来のアーク放電テストの方法で行うことができ、実験過程において、主に電池列の両端の電位差を変更し、次に試験車両が障害物のある試験道路を走行するように駆動することにより、電池パックの発火又は発煙の状況を観察する。
図３を参照すると、本願の実施例では、電池ユニット２１は、複数の電池列１００６を含み、複数の電池列１００６は、第２の方向ＣＤに沿って順に配列され、第２の方向ＣＤは、車両の幅方向であり、各電池列１００６の両端の電位差Ｖは、６０Ｖ以下であり、例えば、各電池列１００６の両端の電位差を４５Ｖ又は５０Ｖなどにすることができる。
電池列１００６における単電池１００の数は、具体的に限定されず、例えば、４つ又は６つなどであってもよく、電池列１００６の両端の電位差が６０Ｖを超えなければよい。
同じ電池列１００６における単電池１００は、直列接続される。電池列１００６同士は、並列接続されてもよく、直列接続されてもよく、直列接続と並列接続との組み合わせで接続されてもよく、例えば、隣接する電池列１００６同士は、直列接続され、或いは、２つの電池列１００６は、まず並列接続された後に、他の電池列１００６に直列接続されてもよく、これを具体的に限定しない。
図４に示すように、本願の実施例では、電池ユニット２１の数は、複数あり、複数の電池ユニット２１同士は、直列接続される。具体的には、電池ユニット２１は、電流を引き出す第１の電極引出端子２１１及び第２の電極引出端子２１２を含み、隣接する２つの電池ユニット２１のうちの一方の電池ユニット２１の第１の電極引出端子２１１は、他方の電池ユニット２１の第２の電極引出端子２１２に電気的に接続されることにより、直列接続を実現する。
複数の電池ユニット２１は、アレイ状に配列されて電池ユニットアレイを形成し、該電池ユニットアレイは、複数行の電池ユニットセット２０１を含み、複数行の電池ユニットセット２０１は、第１の方向ＡＢに沿って順に配列され、各列の電池ユニットセット２０２に第１の方向ＡＢに沿って順に配列された複数の電池ユニットが含まれると理解することもできる。図４に示すように、電池ユニットアレイは、一列の電池ユニットセット２０２のみを含んでもよく、或いは、図５に示すように、電池ユニットアレイは、複数列の電池ユニットセット２０２を含んでもよく、複数列の電池ユニットセット２０２は、第２の方向ＣＤに沿って順に配列され、ここで、同じ行の電池ユニットセット２０１における隣接する２つの電池ユニット２１同士は直列接続され、かつ隣接する２行の電池ユニットセット２０１も直列接続され、隣接する２行の電池ユニットセット同士は、能動的安全装置２２を介して電気的に接続される。
隣接する２行の電池ユニットセット２０１にそれぞれ位置し互いに電気的に接続された２つの電池ユニット２１の間に、能動的安全装置２２が接続される。
図４に示すように、各行の電池ユニットセットに１つの電池ユニット２１があるため、それぞれ隣接する２行の電池ユニットセットの２つの電池ユニット２１のうち、一方の電池ユニット２１の第１の電極引出端子２１１と他方の電池ユニット２１の第２の電極引出端子２１２との間は、能動的安全装置２２を介して電気的に接続される。該能動的安全装置２２は、リレー、ヒューズ又は他の制御スイッチなどを含むが、これらに限定されない。能動的安全装置２２は、隣接する２行の電池ユニットセットの間の電流が大きすぎる場合に、隣接する２行の電池ユニットセットの間の接続を自動的に切断し、図１の実施例のように、隣接する２つの電池ユニット２１の間の電流が大きい場合に、隣接する２つの電池ユニット２１の間の電気的接続を切断する。
同じ列の複数の電池ユニット２１にいずれも短絡した単電池がある場合、電池ユニット２１の間に必然的に高電圧回路が形成され、回路における電流が増大し、隣接する２行の電池ユニットセットの間に能動的安全装置２２を設けることにより、短絡した場合に２行の電池ユニットの間の接続を切断して、電池パックの安全性を更に向上させることができる。
図１を合わせて図６を参照すると、本願の実施例では、単電池１００は、略直方体であり、単電池１００の長さは、第１の方向ＡＢに沿って延びる。単電池１００は、第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２を含み、第１の極柱１００１と第２の極柱１００２との極性が逆であり、電流を引き出し、例えば、第１の極柱１００１が正極の極柱であり、第２の極柱１００２が負極の極柱である。
単電池１００は、第１の方向ＡＢにおいて反対側に位置する２つの第１の表面１００３を有し、第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２は、単電池１００の同じ第１の表面１００３に位置してもよく、２つの第１の表面１００３にそれぞれ位置してもよい。
１つの電池ユニット２１にとって、電池ユニット２１に複数の単電池１００があり、複数の単電池１００が配列されて複数列の単電池群を形成する場合、複数列の単電池群は、第２の方向ＣＤに沿って順に配列される。本願の実施例では、単電池１００の長さを第１の方向ＡＢに沿って延びさせ、かつ複数の単電池を第２の方向ＣＤに沿って配列することにより、車両の底部が衝突するときに損傷した単電池の数を低減することができ、図８に示すように、複数の単電池が第２の方向ＣＤに沿って配列され、車両の走行中に車両の底部が硬い物Ｇによる衝突を受けると、異物による衝突の影響を受けた単電池（図中の斜線部分で示された単電池）の数を低減することができ、電池パックにおける全ての単電池が損傷を受けることを回避するため、本実施例により電池パックの安全性を更に向上させることができる。
他の実施例では、図６を合わせて図７に示すように、単電池１００の第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２は、更に、単電池の他の表面に設けられてもよく、具体的には、単電池１００は、車両の頂部に面する第２の表面１００４を有し、第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２は、第２の表面１００４に位置する。
単電池１００は、第３の方向ＥＦにおいて反対側に位置する２つの第２の表面１００４を有し、第３の方向ＥＦは、車両の底部から頂部への方向であり、第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２は、単電池１００の車両の頂部に面する第２の表面１００４に位置してもよい。
なお、電池列１００６の一端の単電池１００の第１の極柱が導線により引き出されて電池ユニット２１の第１の電極引出端子２１１に対応し、該電池列の他端の単電池１００の第２の極柱が導線により引き出されて電池ユニット２１の第２の電極引出端子２１２に対応する。
本願の実施例では、単電池１００の長さと車両の長さとの比率範囲は、０．２～０．８である。具体的には、本願の実施例では、単電池１００の長さＬの範囲は、６００ｍｍ～２５００ｍｍ（ミリメートル）であり、例えば、６００ｍｍ、１２００ｍｍ又は２０００ｍｍなどであってもよく、単電池１００の長さ寸法が該範囲内にある場合、単電池１００の全体構造は、標準化の設計により合致し、異なる電池パック２００に汎用することができ、適用範囲が広く、単電池１００の厚さは、第２の方向ＣＤ（即ち、車両の幅方向）に沿って延びており、単電池１００の厚さＨは、１０ｍｍよりも大きくてもよく、例えば、１３ｍｍ～７５ｍｍの範囲にあってもよい。
より具体的には、図６～図１２を合わせて参照すると、単電池１００は、金属ケース１１と、金属ケース１１内にパッケージ化され、かつ第１の方向ＡＢに沿って順に配列された複数の電極体セット１２とを含む。複数の電極体セット１２同士は、直列接続されて電極体列を形成してもよく、かつ各電極体セット１２は、少なくとも１つの電極体を含む。
電極体セット１２は、電流を引き出す第１の電極１２１及び第２の電極１２２を含み、更に、電極体セット１２は、電極体セット本体１２３と、電極体セット本体１２３に電気的に接続された第１の電極１２１及び第２の電極１２２とを含み、第１の電極１２１及び第２の電極１２２は、第１の方向ＡＢに沿って電極体セット本体１２３の両側にそれぞれ位置する。隣接する２つの電極体セット１２のうち、一方の電極体セット１２の第１の電極１２１と、他方の電極体セット１２の第２の電極１２２とは、電気的に接続されて直列接続を実現し、複数の電極体セット１２を直列接続することにより、単一の単電池１００によって容量及び電圧の向上を実現し、製造プロセス及び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としては、隣接する２つの電極体セット１２同士が直列接続されてもよく、実現される具体的な方式としては、隣接する２つの電極体セット１２の第１の電極１２１及び第２の電極１２２が直接接続されてもよく、追加の導電部材を介して電気的接続を実現してもよい。電極体セット１２が１つの電極体のみを含む場合、第１の電極１２１及び第２の電極１２２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１２１及び第２の電極１２２の引出部材は、電極リード線であってもよい。第１の電極１２１及び第２の電極１２２の「第１」及び「第２」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１２１及び第２の電極１２２は、いずれも１つ又は複数を含んでもよい。
更に、金属ケース１１は、開口を有するケース本体１１１と、カバープレート１１２とを含む。カバープレート１１２は、ケース本体１１の開口に封止接続されて、ケース本体とともに封止された収容キャビティを形成し、複数の電極体セット１２で直列接続されて形成された電極体列は、該収容キャビティ内に収容される。電極体列の両端は、それぞれ第１の電極及び第２の電極を含み、該電極体列の第１の電極は、即ち、該電極体列の一端に位置する電極体セット１２の第１の電極１２１であり、該電極体列の第２の電極は、即ち、該電極体列の他端に位置する電極体セット１２の第２の電極１２２である。
いくつかの実施例では、電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、それぞれカバープレート１１２から引き出されて、それぞれ単電池１００の第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２を形成する。
具体的には、いくつかの実施形態では、ケース本体１１１は、両端が開口してもよく、カバープレート１１２の数は、２つあってもよいため、２つのカバープレート１１２は、それぞれケース本体１１１の両端の開口に封止接続されて、封止された収容キャビティを形成する。このような方式では、電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、それぞれ２つのカバープレート１１２から引き出されて、それぞれ単電池１００の第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２を形成してもよく、このとき、上記第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２は、単電池１００の第１の方向ＡＢの両端の第１の表面１００３にそれぞれ位置する。当然のことながら、他の実施例では、電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、同じカバープレート１１２から引き出されて、それぞれ単電池１００の第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２を形成してもよく、このとき、上記第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２はそれぞれ、単電池１００の第１の方向ＡＢの同じ端の第１の表面１００３に位置する。
他の実施形態では、ケース本体１１１には、一端のみに開口が設けられてもよく、カバープレート１１２の数は、１つあるため、１つのカバープレート１１２は、ケース本体１１１の一端の開口に封止接続される。このような方式では、電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、同じカバープレート１１２から引き出されて、それぞれ単電池１００の第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２を形成し、このとき、上記第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２はそれぞれ、単電池１００の同じ端に位置する。
理解できるように、他のいくつかの実施例では、電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、カバープレート１１２から引き出されなくてもよく、カバープレート１１２に第１の極柱１００１及び第２の極柱１００２が設けられ、更に、第１、第２の電極端子は、いずれも同じカバープレート１１２に設けられてもよく、それぞれ２つのカバープレート１１２に設けられてもよく、このとき、電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、それぞれカバープレート１１２上の第１の電極端子及び第２の電極端子に電気的に接続され、ここでは説明を省略する。
なお、複数の電極体セット１２は、直列接続＋並列接続の方式で接続されてもよく、例えば、複数の電極体セット１２は、２つの電極体列を形成することができ、具体的には、複数の電極体セット１２を２つの部分に分けることができ、各部分における電極体セット１２は、直列接続されて１つの電極体列を形成し、２つの電極体列同士は、並列接続される。当然のことながら、複数の電極体セット１２は、３つの部分又はそれ以上の部分に合理的に分けられてもよく、各部分における電極体セット１２は、直列接続されて電極体列を形成し、複数の電極体列同士は、並列接続される。理解できるように、単電池１００における複数の電極体セット１２は、複数の部分に分けられ、各部分における複数の電極体セット１２は、直列接続されて電極体列を形成することにより、各電極体列は、一定の大きさの電圧があって動作要件を満たすことができ、また、複数の電極体列は、並列接続の方式で接続されることにより、複数の電極体列の電気容量を合わせることができるため、単電池１００は、大きな電気容量を有し、単電池１００の給電時間を長くすることに役立つ。
更に、本願の実施例では、金属ケース１１と電極体セット１２との間にパッケージフィルム１３が更に設けられ、即ち、電極体セット１２は、パッケージフィルム１３内にパッケージ化される。これにより、パッケージフィルム１３と金属ケース１１により電極体セット１２に対する二次パッケージ化を実現することができ、単電池１００の封止効果を向上させることに役立つ。理解できるように、パッケージフィルム１３内に電解液が更に注入される。したがって、上記方式により、更に電解液と金属ケース１１との接触を回避し、金属ケース１１の腐食又は電解液の分解を回避することができる。
金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧は、金属ケース１１外の気圧よりも低く、パッケージフィルム１３内の気圧は、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧よりも低い。
本願では、「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、即ち、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１１とパッケージフィルム１３との間の気圧は、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間に位置する空間内の気圧でもあり、該気圧は、金属ケース１１外の気圧よりも低いため、本願の実施例では、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間が負圧状態であることにより、金属ケース１１が大気圧によって窪むか又は変形すると、それに伴って金属ケース１１と電極体セット１２との間の隙間が小さくなり、電極体セット１２が移動するか又は互に変位する空間が小さくなり、更に電極体セット１２の移動及び電極体セット１２同士の相対変位を低減し、単電池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１１とパッケージフィルム１３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１１とパッケージフィルム１３との間を負圧状態にすることにより、金属ケース１１を内部の電極体セット１２にできるだけ近接させ、内部の空隙を小さくし、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、電極体同士が相対変位することを防止し、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などの状況の発生を低減し、単電池１００全体の機械的強度を向上させ、単電池１００の耐用年数を延長し、単電池１００の安全性能を向上させる。
一実施形態では、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧値は、Ｐ１であり、Ｐ１の値の範囲は、－１００Ｋｐａ～－５Ｋｐａであってもよく、更に好ましくは、Ｐ１の値は、－７５Ｋｐａ～－２０Ｋｐａであってもよい。当然のことながら、当業者は、実際の需要に応じてＰ１の値を設定することができる。なお、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間は、真空状態であってもよい。
更に、パッケージフィルム１３内の気圧値は、Ｐ２であり、Ｐ２の値の範囲は、－１００Ｋｐａ～－２０Ｋｐａであってもよい。
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。
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１２は、二次封止のモードを用いて、まず電池電極体セット１２をパッケージフィルム１３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１３が外向きに膨出することによるパッケージフィルム１３の破損を回避するために、本発明者らは、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧がパッケージフィルム１３内の気圧よりも大きいことを選択した。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、単電池１００の二次封止の信頼性をよく保証するとともに、単電池１００の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よく伝導させることを検証した。
本願の実施例では、パッケージフィルム１３は、１つあり、直列接続された複数の電極体セット１２は、同じパッケージフィルム１３内にパッケージ化され、直列接続された２つの電極体セット１２のうちの一方の電極体セット１２の第１の電極１２１と、他方の電極体セット１２の第２の電極１２２との接続箇所は、パッケージフィルム１３内に位置する。即ち、パッケージフィルム１３は、一体的に設けられ、複数の電極体セット１２は、同じパッケージフィルム１３内にパッケージ化される。
実際の応用では、例えば、図１０に示すように、まず複数の電極体セット１２を直列接続し、次に１つのパッケージフィルム１３を用いて、直列接続された電極体セット１２を包み、例えば、直列接続された電極体セット１２をパッケージフィルム１３の一部の領域に配置し（又はパッケージフィルム１３の一部の領域に溝を予め形成し、次に直列接続された複数の電極体セット１２を該溝内に配置する）、次にパッケージフィルム１３の他の一部の領域を電極体セット１２の方向に向けて中折りし、その後に熱融着処理により２つの領域のパッケージフィルム１３を熱融着して封止することにより、直列接続された電極体セット１２を同じパッケージフィルム１３内にパッケージ化する。
パッケージフィルム１３における、第１の電極１２１及び／又は第２の電極１２２と対応する位置にパッケージ部１３１が形成されて、隣接する２つの電極体セット本体１２３を分離し、かつ隣接する２つの電極体セット１２のうちの一方の電極体セット１２の第１の電極１２１と、他方の電極体セット１２２の第２の電極１２２のうちの少なくとも１つがパッケージ部１３１内に位置する。パッケージ部１３１により複数の電極体セット本体１２３同士を分離して、複数の電極体セット１２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１２同士は、互いに影響を与えず、かつ複数の電極体セット１２中の電解液は、電位差が大きすぎて分解することがなく、単電池１００の安全性及び耐用年数を保証する。
パッケージ部１３１は、様々な実施形態を有してもよく、例えば、結束バンドを用いてパッケージフィルム１３を締め付けてパッケージ部１３１を形成してもよく、パッケージフィルム１３を直接熱融着して接続してパッケージ部１３１を形成してもよい。或いは、２つの電極体セット１２の間にセパレータを直接設けてパッケージ部１３１を構成し、パッケージ部１３１の具体的な方式は、特に限定されない。
本願の他の実施例では、図１１に示すように、パッケージフィルム１３は、複数あり、少なくとも１つの電極体セット１２は、１つのパッケージフィルム１３内にパッケージ化されて電極体アセンブリを形成し、複数の電極体アセンブリ同士は、直列接続される。
換言すれば、パッケージフィルム１３の数と電極体セット１２の数は、一対一に対応し、各電極体セット１２は、１つのパッケージフィルム１３に単独でパッケージ化され、このような実施形態では、複数の電極体セット１２の製造が完了した後、各電極体セット１２の外部に１つのパッケージフィルム１３を単独で嵌着し、次に複数の電極体アセンブリを直列接続することができる。
電極体セット１２の第１の電極１２１及び第２の電極１２２のうちの少なくとも１つは、パッケージフィルム１３から延出し、例えば、第１の電極１２１がパッケージフィルム１３から延出してもよく、第２の電極１２２がパッケージフィルム１３から延出してもよく、第１の電極１２１及び第２の電極１２２がいずれもパッケージフィルム１３から延出してもよい。少なくとも１つの第１の電極１２１及び／又は第２の電極１２２がパッケージフィルム１３から延出することにより、延出された電極により他の電極体アセンブリに直列接続することができる。
本願の実施例では、複数の電極体セット１２の配列方向は、第１の方向ＡＢであり、電極体セット１２の長さ方向は、第１の方向ＡＢに沿って延びており、単電池１００の長さも第１の方向ＡＢに沿って延びており、即ち、複数の電極体セット１２は、単電池１００の長さ方向に沿って順に配列され、かつ電極体セット１２の第１の電極１２１及び第２の電極１２２は、第１の方向ＡＢに沿って電極体セット１２の両側にそれぞれ位置し、即ち、複数の電極体セット１２は、「ヘッドトゥーヘッド」の配列方式を用い、このような配列方式により電極体セット１２同士の２つずつの直列接続を容易に実現することができ、接続構造が簡単である。また、このような配列方式により、長さが長い単電池１００を容易に製造することができることにより、単電池１００を電池パックのケース内に取り付ける場合、横ビーム及び縦ビームなどの支持構造を設ける必要がなく、単電池１００自体の金属ケース１１を支持体として単電池１００を電池パックのケースに直接取り付けることができることにより、電池パックの内部空間を節約し、電池パックの体積利用率を向上させることができ、かつ電池パックの重量を低減することに役立つ。
電極体を１つのみ設ける従来の方式に比べて、単電池１００内に複数の電極体セット１２を設けることにより、長さが長い単電池１００をより容易に製造することができ、従来の電池では、電池が長くなると、それに応じて、集電体として用いられる内部の銅アルミニウム箔の長さが増加し、電池の内部の抵抗を大幅に大きくし、現在ますます高くなる電力及び急速充電の要件を満たすことができない。電池の長さが同じである場合、本願の実施例は、電池の内部の抵抗を大幅に小さくし、高電力出力、急速充電などの場合の電池の過熱などによる問題を回避することができる。
図１２に示すように、金属ケース１１は、第２の方向ＣＤに沿って対向する２つの第３の表面１００５を有し、該第３の表面１００５は、単電池１００の最大表面でもあり、単電池１００の「大きな表面」でもある。少なくとも１つの第３の表面１００５は、金属ケース１１の内部へ窪むことにより、金属ケース１１と電極体セット１２とをできるだけ貼り合わせることができる。
金属ケース１１は、厚さが小さく、薄いシートであるため、金属ケース１１の第３の表面１００５上の凹部１１４は、例えば、金属ケース１１内から空気を抜く場合に形成された凹部であってもよい。即ち、金属ケース１１とパッケージフィルム１３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１１とパッケージフィルム１３との間の気圧が金属ケース１１外の気圧よりも低い場合、空気抜きの進行に伴い、金属ケース１１の第３の表面１００５は、金属ケース１１内へ窪んで凹部１１４を形成しやすい。
単電池１００が正常に用いられる過程において、材料自体の膨張、電解液のガス発生などにより、電池は、一般的に膨張し、膨張変形が最大の領域は、通常、電池の大きな表面にある。本技術を用いて、電池の初期状態の場合に、真空引きにより大きな表面がわずかに内側へ窪むように形成され、電池膨張後の電池間の押圧を効果的に緩和し、電池及びシステム全体の耐用年数、安全性能などを向上させることができる。
他のいくつかの実施例では、図１２に示すように、金属ケース１１の第３の表面１００５に凹部を予め形成し、次に金属ケース１１内に空気抜き処理を行うことであってもよい。金属ケース１１の第３の表面１００５上の凹部１１４は、複数あってもよく、例えば、第３の表面１００５に複数の凹部１１４を予め形成し、各凹部１１４の位置は、１つの電極体セット１２の所在する位置に対応する。
いくつかの実施形態では、金属ケース１１の対向する２つの第３の表面１００５は、いずれも内部へ窪んで、窪んだ領域により電極体セット１２を挟持する。
金属ケース１１に空気抜き孔を設け、該空気抜き孔により金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の空間に対して空気抜き操作を行うことができる。該空気抜き孔を封止する必要があるため、空気抜き孔内には、空気抜き孔を封止する封止部材が更に設けられる。該封止部材は、例えば、プラグ、ゴム部材などであってもよく、これを限定しない。
いくつかの実施形態では、金属ケース１１から空気を抜く前に、電極体セット１２と金属ケース１１の内表面との間に隙間が設けられ、該隙間により電極体セット１２を金属ケース１１の内部に取り付けやすく、金属ケース１１から空気を抜いた後、金属ケース１１が第２の方向に沿って電極体セット１２の外表面に押圧されて上記電極体セット１２を挟持することにより、電極体セット１２が金属ケース１１の内部で移動する空間を小さくし、単電池１００の安全性能を向上させる。
本願の実施例では、金属ケース１１の強度が高く、放熱効果が高く、金属ケース１１は、アルミニウムケース又は鋼ケースを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施例では、金属ケース１１の厚さは、０．０５ｍｍ～１ｍｍである。
金属ケース１１の厚さが大きいと、単電池１００の重量を増加させ、単電池１００の容量を低下させるだけでなく、金属ケース１１の厚さが厚すぎると、大気圧によって、金属ケース１１が電極体セット１２側へ窪むか又は変形しにくく、金属ケース１１と電極体セット１２との間の間隔を小さくせず、更に電極体セット１２を位置決めする役割を効果的に果たすことができない。それだけでなく、金属ケース１１が厚すぎると、空気抜きのコストを増加させるため、製造コストを増加させる。
本願は、金属ケース１１の厚さを上記範囲内に限定することにより、金属ケース１１の強度を保証するだけでなく、単電池１００の容量を低下させることがなく、更に負圧の状態で、金属ケース１１がより変形しやすく、金属ケース１１と電極体セット１２との間の間隔を小さくすることにより、電極体セット１２の金属ケース１１の内部での移動と電極体セット１２同士の相対変位とを低減する。
本願の実施例では、パッケージフィルム１３は、積層された非金属外層フィルム及び非金属内層フィルムを含み、内層フィルムは、外層フィルムと電極体セット１２との間に位置する。
内層フィルムは、化学的安定性が高く、例えば、耐電解液腐食性を有する材料、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ、Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリエチレン（ＰＥ、Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、又は上記材料のうちの複数種の組み合わせを用いてもよい。
外層フィルムは、保護層であり、外層フィルムを利用して空気、特に水蒸気、酸素などの浸透を阻止することができ、その材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド（ＰＡ、Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）又はポリプロピレンであってもよく、上記材料の複数種の組み合わせであってもよい。
本実施例のパッケージフィルム１３において、外層フィルムの融点が内層フィルムの融点よりも大きいため、熱融着して封止する場合、外層フィルムが溶融されず、内層フィルムがタイムリーに溶融することにより優れた封止性を保証することができる。更に、外層フィルムと内層フィルムとの融点差の範囲は、３０℃～８０℃であり、例えば、両者の融点差は、５０℃又は７０℃などであってもよく、具体的な材料は、実際の需要に応じて選択することができる。
非金属外層フィルムと非金属内層フィルムとの間は、接着剤で接着して複合される。例えば、接着して複合フィルムを形成するために、外層フィルムの材料は、ＰＰであってもよく、内層フィルムの材料は、ＰＥＴであってもよく、両者を接着する接着剤は、例えば、ポリオレフィン系接着剤であってもよい。
本実施例は、２層の非金属フィルムを用いてパッケージフィルム１３を形成して電極体セット１２をパッケージ化し、非金属のパッケージフィルム１３を用いるため、引張強度及び破断伸度がより高くなり、単電池１００の厚さに対する制限を低減することができることにより、製造された単電池１００は、厚さがより大きくなる。本実施例の単電池１００の厚さは、拡張可能な範囲が大きく、例えば、１０ｍｍよりも大きく、例えば、１３ｍｍ～７５ｍｍの範囲にあってもよい。
本願のいくつかの実施形態では、パッケージフィルム１３は、アルミラミネートフィルムであってもよい。
本願の一実施例では、単電池１００は、リチウムイオン電池である。
本願の実施例では、同じ電池ユニット２１における、第２の方向ＣＤに沿って順に配列された単電池において、２つの隣接する単電池１００同士に隙間があり、該隙間と単電池１００の厚さとの比率範囲は、０．００１～０．１５である。
なお、２つの隣接する電池の隙間は、電池の動作時間の増加に伴って変化するが、動作中又は動作後又は電池の出荷前であっても、電池同士の隙間と厚さとの比率範囲が本願に限定された範囲内にあれば、いずれも本願の保護範囲内にある。
本願では、単電池１００同士に残した一定の隙間は、単電池１００が膨張する場合に緩衝空間とすることができる。
単電池１００の膨張は、単電池１００の厚さに関連し、電池の厚さが大きいほど、単電池１００が膨張しやすくなり、本願では、単電池１００同士の隙間と単電池１００の厚さとの比率を０．００１～０．１５に限定することにより、電池パック２００の空間を十分に利用し、電池パック２００の利用率を向上させることができるだけでなく、単電池１００の膨張に対して優れた緩衝効果を果たすことができる。
また、単電池１００が膨張する場合に発熱するため、単電池１００同士に一定の隙間を残し、該隙間は、更に、放熱通路、例えば、空気ダクトとして機能することができ、単電池１００の面積の大きい面の放熱効果がより高いため、電池パック２００の放熱効率を向上させ、電池パック２００の安全性能を向上させることができる。
上記手段では、単電池１００同士の隙間は、単電池１００同士の間にいかなる構造部材を設けず、単純に一定の空間を残すと理解することができ、更に、単電池１００に他の構造部材を設けることにより、単電池１００と単電池１００とが該構造部材により隔てられると理解することができる。
なお、単電池１００同士の間に構造部材が設けられる場合、単電池１００同士の間の隙間は、該構造部材と単電池１００との間の間隔ではなく、該構造部材の両側にある単電池１００の間の距離であると理解すべきである。
なお、構造部材と該構造部材の両側にある単電池１００との間には、一定の隙間を残してもよく、直接接触してもよく、構造部材が両側にある単電池１００と直接接触する場合、構造部材は、一定の可撓性を有する必要があり、単電池１００が膨張する場合に緩衝作用を果たすことができる。構造部材としては、エアロゲル、熱伝導性構造用接着剤又は断熱綿を含むが、これらに限定されない。
本願は、上記電池パック２００を含む電気自動車を更に提供し、電気自動車は、関連技術に対して上記電池パック２００と同じ利点を有するため、ここでは説明を省略する。
なお、本願の説明では、別に明らかな規定及び限定がない限り、用語「取り付け」、「連結」、「接続」は、広義に理解されるべきであり、例えば、固定接続であっても、着脱可能な接続であっても、一体的な接続であってもよく、機械的な接続であっても、電気的な接続であってもよく、直接的な連結であっても、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。
本明細書の説明では、用語「実施例」、「具体的な実施例」、「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。本明細書では、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つ以上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。
本願の実施例を例示して説明したが、当業者であれば理解できるように、本願の原理及び趣旨から逸脱しない場合、これらの実施例に対して、様々な変更、修正、置換及び変形を行うことができ、本願の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物によって限定される。
パッケージフィルム１３における、第１の電極１２１及び／又は第２の電極１２２と対応する位置にパッケージ部１３１が形成されて、隣接する２つの電極体セット本体１２３を分離し、かつ隣接する２つの電極体セット１２のうちの一方の電極体セット１２の第１の電極１２１と、他方の電極体セット１２の第２の電極１２２のうちの少なくとも１つがパッケージ部１３１内に位置する。パッケージ部１３１により複数の電極体セット本体１２３同士を分離して、複数の電極体セット１２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１２同士は、互いに影響を与えず、かつ複数の電極体セット１２中の電解液は、電位差が大きすぎて分解することがなく、単電池１００の安全性及び耐用年数を保証する。

Claims (15)

  1. 車両に電気エネルギーを提供する電池パックであって、少なくとも１つの電池ユニットを含み、前記電池ユニットは、少なくとも１つの電池列を含み、前記電池列は、１つ又は少なくとも２つの単電池を含み、前記電池列の両端の電位差は、６０Ｖ以下であり、
    前記電池列に少なくとも２つの単電池が含まれる場合、前記電池列における単電池は、第１の方向に沿って順に配列され、前記第１の方向は、車両の後部から前部への方向と平行であることを特徴とする、電池パック。
  2. 前記電池列の両端の電位差は、４５Ｖ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記電池列の両端の電位差は、２０～４０Ｖであることを特徴とする、請求項２に記載の電池パック。
  4. 前記電池ユニットは、複数の前記電池列を含み、複数の前記電池列は、第２の方向に沿って順に配列され、前記第２の方向は、車両の幅方向であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池パック。
  5. 前記電池列同士は、直列接続及び／又は並列接続されることを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
  6. 前記電池列に少なくとも２つの単電池が含まれる場合、前記電池列における単電池同士は、直列接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  7. 前記単電池の長さは、第１の方向に沿って延びることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  8. 前記単電池は、第１の極柱及び第２の極柱を含み、かつ前記単電池は、第１の方向に沿って反対側に位置する２つの第１の表面を有し、
    前記第１の極柱及び第２の極柱は、単電池の同じ前記第１の表面に位置するか、又は単電池の２つの第１の表面にそれぞれ位置することを特徴とする、請求項７に記載の電池パック。
  9. 前記単電池は、第１の極柱及び第２の極柱を含み、前記単電池は、車両の頂部に面する第２の表面を有し、前記第１の極柱及び第２の極柱は、前記第２の表面に位置することを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  10. 前記電池ユニットは、複数あり、前記電池ユニット同士は、直列接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  11. 複数の電池ユニットは、アレイ状に配列されて電池ユニットアレイを形成し、前記電池ユニットアレイは、複数行の電池ユニットセットを含み、複数行の電池ユニットセットは、第１の方向に沿って順に配列され、能動的安全装置が、隣接する２行の電池ユニットセットに配置され、互いに電気的に接続された２つの電池ユニットの間に、それぞれ接続されていることを特徴とする、請求項１０に記載の電池パック。
  12. 前記能動的安全装置は、リレー又はヒューズであることを特徴とする、請求項１１に記載の電池パック。
  13. 少なくとも１つの前記単電池の長さと前記車両の長さとの比率範囲は、０．２～０．８であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  14. 前記単電池１００の長さ範囲は、６００ｍｍ～２５００ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  15. 請求項１～１４のいずれか一項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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