JP2023547579A - 電池パック及び電力消費装置 - Google Patents

電池パック及び電力消費装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023547579A
JP2023547579A JP2022568960A JP2022568960A JP2023547579A JP 2023547579 A JP2023547579 A JP 2023547579A JP 2022568960 A JP2022568960 A JP 2022568960A JP 2022568960 A JP2022568960 A JP 2022568960A JP 2023547579 A JP2023547579 A JP 2023547579A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery cell
positive electrode
active material
electrode active
discharge voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022568960A
Other languages
English (en)
Inventor
宝云 許
少聰 欧陽
成華 付
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Original Assignee
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Contemporary Amperex Technology Co Ltd filed Critical Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Publication of JP2023547579A publication Critical patent/JP2023547579A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4264—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing with capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)

Abstract

Figure 2023547579000001
本出願は、電池パック及び電力消費装置を提供する。電池パックは、電池パックケースと、電池パックケースに収容される電池セルとを含み、ここで、電池パックケースの内部空間は、第１の領域と第２の領域で構成され、第１の領域に第１の電池セルが配置され、第２の領域に第２の電池セルが配置され、第２の電池セルは、第１の電池セルの周囲を囲んで配列し、第１の電池セルと第２の電池セルは、それぞれ第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有し、第１の放電電圧プラットフォームの平均放電電圧は、第２の放電電圧プラットフォームの平均放電電圧よりも高く、第１の電池セルと第２の電池セルのそれぞれにおいて、第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、第２の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、第１の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合よりも大きい。
【選択図】図２

Description

本出願は、リチウムイオン電池分野に関し、特に低温でのエネルギ保持率が高い電池パックと、この電池パックを含む電力消費装置に関する。
近年、リチウムイオン電池技術の絶えない発展に伴って、リチウムイオン電池は、水力、火力、風力と太陽光発電所等のエネルギ貯蔵電源システム、及び電動ツール、電動自転車、電動オートバイク、電気自動車、軍事装備、航空宇宙等の複数の分野に広く応用されている。上記分野において、リチウムイオン二次電池セルの容量は、使用ニーズを満たすことができない場合があり、このとき、複数のリチウムイオン二次電池セルを直列又は並列に接続して電池パックを構成する必要がある。電池パックに使用されるリチウムイオン二次電池セルは、主にニッケルコバルトマンガン酸リチウム電池又はニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム電池等の三元電池、リン酸鉄リチウム電池、マンガン酸リチウム電池、コバルト酸リチウム電池、チタン酸リチウム電池、二酸化マンガン電池等を有する。
しかし、リチウムイオン二次電池セルで構成される電池パックは、冬季のような低温環境で使用する時、エネルギ保持率が大幅を低減し、すなわち、低温での航続能力が著しく低下し、どのように電池パック全体の低温での航続能力を向上させるかは、早急な解決が待たれている肝心な問題となる。そのため、リチウムイオン二次電池セルで構成される既存の電池パックの低温でのエネルギ保持率を向上させる必要がある。
本出願は、上記技術課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温でのエネルギ保持率に優れ、低温での航続能力が向上するリチウムイオン二次電池で構成される電池パックとこの電池パックを含む電力消費装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本出願の第１の態様は、電池パックを提供し、それは、電池パックケースと、前記電池パックケースに収容される電池セルとを含み、前記電池パックケースの内部空間は、第１の領域と第２の領域で構成され、前記第１の領域に第１の電池セルが配置され、前記第２の領域に第２の電池セルが配置され、前記第２の電池セルは、前記第１の電池セルの周囲を囲んで配列し、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルは、それぞれ第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有し、前記第１の放電電圧プラットフォームの平均放電電圧は、前記第２の放電電圧プラットフォームの平均放電電圧よりも高く、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルのそれぞれにおいて、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、前記第２の電池セルの前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、前記第１の電池セルの前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合よりも大きい。
これによって、本出願は、電池パック内の温度分布に従って、低温での放電能力が異なる電池セルを設定することにより、電池パック全体の低温でのエネルギ保持率を改善する。具体的には、電池パックケースの内部空間の温度が異なる領域に、二重放電電圧プラットフォーム（放電電圧が比較的に高い第１の放電電圧プラットフォームと放電電圧が比較的に低い第２の放電電圧プラットフォーム）を有する低温エネルギ保持率が異なる電池セルをそれぞれ配置し、且つ温度が低い領域ほど、低温エネルギ保持率が高い電池セルを配置する。電池パックケースの内部空間における温度が比較的に高い領域に低温性能が比較的に低い（低温エネルギ保持率が比較的に小さい）電池セルを配置することによって、電池パックケースの内部空間における温度が比較的に低い領域に低温性能が比較的に高い（低温エネルギ保持率が比較的に大きい）電池セルを配置することによって、電池パックの異なる温度の各領域における電池セルの循環一致性をより高くし、電池パック全体の低温エネルギ保持率を向上させることにより、電池パック全体の低温航続能力を向上させることができる。
本出願に記載の電池パックの形状は、任意であり、顧客の要求に応じて設計された任意の形状であってもよい。
任意の実施形態では、前記第１の、第２の電池セルにおいて、前記第１の放電電圧プラットフォームの最低放電電圧と前記第２の放電電圧プラットフォームの最高放電電圧との差は、０．２５－０．６Ｖである。
これによって、放電電圧が比較的に高い第１の放電電圧プラットフォームを利用して放電を行った後、放電電圧が比較的に低い第２の放電電圧プラットフォームを引き続き利用して放電を行うことができ、各電池セルが低温で放出可能なエネルギを向上させることができ、それにより、電池パック全体的の低温でのエネルギ保持率を向上させる。
好ましい実施形態では、前記第１の電池セルにおいて、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、９１．８％～９９％を占め、前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、１％～８．２％を占める。
これによって、第１の電池セルにおける第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量のそれぞれの割合を上記範囲内にすることができ、第１の電池セルが低温で放出可能なエネルギを向上させることができ、それにより、電池パック全体の低温エネルギ保持率を向上させることができる。
好ましい実施形態では、前記第２の電池セルにおいて、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、５２．５％～９６．８％を占め、前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、３．２％～４７．５％を占める。
これによって、第２の電池セルにおける第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量のそれぞれの割合を上記範囲内にすることができ、第２の電池セルが低温で放出可能なエネルギを向上させることができ、それにより、さらに電池パック全体の低温エネルギ保持率を向上させることができる。
好ましい実施形態では、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルのそれぞれの正極活物質は、前記第１の放電電圧プラットフォームを有する第１の正極活物質と前記第２の放電電圧プラットフォームを有する第２の正極活物質とが混合されてなるものである。
これによって、第１の電池セルと第２の電池セルのそれぞれは、放電電圧が異なる第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有し、放電電圧が比較的に高い第１の放電電圧プラットフォームを利用して放電を行った後、放電電圧が比較的に低い第２の放電電圧プラットフォームを引き続き利用して放電を行うことができ、それにより、第１の電池セルと第２の電池セルのそれぞれの低温エネルギ保持率を向上させることができる。
好ましい実施形態では、前記第１の正極活物質と前記第２の正極活物質は、それぞれ独立して、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、リン酸鉄リチウム、マンガン酸リチウム、チタン酸リチウムと二酸化マンガンのうちの少なくとも１つから選択される。
これによって、第１の正極活物質により生成された第１の放電電圧プラットフォームと第２の正極活物質により生成された第２の放電電圧プラットフォームとの放電電圧と放電容量割合が上記関係を満たす限り、第１の正極活物質と第２の正極活物質は、既存の様々な正極活物質から選択することができ、それにより、既存の正極活物質を利用して本出願の電池パックを容易に実現することができる。
好ましい実施形態では、前記第１の正極活物質は、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質は、リン酸鉄リチウムであり、又は、前記第１の正極活物質は、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質は、マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウムであり、又は、前記第１の正極活物質は、リン酸鉄リチウムであり、前記第２の正極活物質は、マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウムである。
電圧プラットフォームと比エネルギの大きさは、基本的に以下の順序に従う： ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＞リン酸鉄リチウム＞マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム。そのため、それに応じて、エネルギ密度の順序は、以下の通りである： ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋リン酸鉄リチウム＞ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム＞リン酸鉄リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム。それに応じて、同じ体積のモジュール又は電池パックにおいて、上記三つの体系の航続距離の順序は、以下の通りである： ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋リン酸鉄リチウム＞ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム＞リン酸鉄リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム。そのため、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋リン酸鉄リチウム体系は、航続距離が比較的に高く、又は出力パワー要求が比較的に大きいシーンにより適用され、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウムは、中程度の航続距離又は出力電力が適当なシーンに適用され、リン酸鉄リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム体系は、低速スクーター等の出力パワー要求が大きくないシーンにより適用される。
好ましい実施形態では、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルにおける前記第１の正極活物質の種類が同じであり、且つ前記第２の正極活物質の種類が同じである場合、前記第１の正極活物質が正極活物質に占める質量割合は、前記第１の電池セル、前記第２の電池セルの順にデクリメントし、前記第２の正極活物質が正極活物質に占める質量割合は、前記第１の電池セル、前記第２の電池セルの順にインクリメントする。
放電電圧が比較的に低い第２の放電電圧プラットフォームを生成するための第２の正極活物質の質量割合が大きいほど、第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合が大きいほど、電池セルの低温エネルギ保持率が高く、第２の領域に配置される第２の電池セルの第２の正極活物質の質量割合＞第１の領域に配置される第１の電池セルの第２の正極活物質の質量割合にすることによって、第２の電池セルの低温エネルギ保持率＞第１の電池セルの低温エネルギ保持率にすることができ、第１の電池セルと第２の電池セルが低温で放出するエネルギをほぼ一致させることができ、それにより、電池パック全体の低温でのエネルギ保持率を向上させることができる。
好ましい実施形態では、前記第１の電池セルにおいて、前記第１の正極活物質と前記第２の正極活物質との総質量が１００％である場合、前記第１の正極活物質の質量は、９２．５％～９７．５％を占め、前記第２の正極活物質の質量は、２．５％～７．５％を占める。
これによって、第１の電池セルにおける第１の正極活物質と第２の正極活物質の質量割合を上記範囲内にすることによって、第１の電池セルにおける第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量のそれぞれの割合を上記範囲内にすることができ、第１の電池セルが低温で放出可能なエネルギを向上させることができ、それにより、電池パック全体の低温エネルギ保持率を向上させることができる。
好ましい実施形態では、前記第２の電池セルにおいて、前記第１の正極活物質と前記第２の正極活物質との総質量が１００％である場合、前記第１の正極活物質の質量は、５０％～９２．５％を占め、前記第２の正極活物質の質量は、７．５％～５０％を占める。
これによって、第２の電池セルにおける第１の正極活物質と第２の正極活物質の質量割合を上記範囲内にすることによって、第２の電池セルにおける第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量のそれぞれの割合を上記範囲内にすることができ、第２の電池セルが低温で放出可能なエネルギを向上させることができ、それにより、さらに電池パック全体の低温エネルギ保持率を向上させることができる。
好ましい実施形態では、前記第１の正極活物質がニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質がリン酸鉄リチウムである場合、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルにおける前記第２の正極活物質の質量比は、１：（９－１７）であり、前記第１の正極活物質がニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質がチタン酸リチウム又はマンガン酸リチウムである場合、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルにおける前記第２の正極活物質の質量比は、１：（９－１３）であり、前記第１の正極活物質がリン酸鉄リチウムであり、前記第２の正極活物質がチタン酸リチウム又はマンガン酸リチウムである場合、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルにおける前記第２の正極活物質の質量比は、１：（９－１７）である。
これによって、第１の電池セルと第２の電池セルにおいて特定の第１の正極活物質と特定の第２の正極活物質を特定の質量比で使用することによって、異なるシーンに適用する本出願の電池パックを容易に実現することができる。
好ましい実施形態では、０℃以下の温度で、前記第１の電池セルの放電カットオフ電圧は、前記第２の電池セルの放電カットオフ電圧よりも０～０．３Ｖ高く、前記第２の電池セルの放電カットオフ電圧は、１．６Ｖ以上である。
これによって、第１の電池セルと第２の電池セルの放電カットオフ電圧を上記のように設定することによって、第１の電池セルと第２の電池セルが低温で放出するエネルギをほぼ一致させることができ、それにより、電池パック全体の低温でのエネルギ保持率を向上させることができる。
好ましい実施形態では、前記第１の電池セルの数：前記第２の電池セルの数＝（３～８）：（１８～２８）である。換言すれば、第１の電池セルの数と前記第２の電池セルの数との和が１００％である場合、第１の電池セルの数の割合は、１０～３０％であり、第２の電池セルの数の割合は、７０～９０％である。
これによって、一般的な電池パックの温度分布範囲に従って第１の電池セル、第２の電池セルの数を設定すれば、本出願の電池パックを容易に実現することができる。
好ましい実施形態では、異なる電池セルの隙間にコンデンサが設けられる。
これによって、電池セルの間の隙間を十分に利用して、電池パック全体の体積エネルギ密度を向上させることができる。
本出願の第２の態様は、電力消費装置を提供し、それは、本出願の第１の態様の電池パックを含む。
これによって、本出願の第２の態様の電力消費装置は、低温での航続能力が高く、低温でも長時間正常に使用することができる。
本発明を採用して、電池パックケース内部の温度が異なる領域に、二重放電電圧プラットフォームを有する低温エネルギ保持率が異なる電池セルを配置することによって、温度が異なる領域の電池セルが低温で放出するエネルギをほぼ一致させることができ、全体として低温でのエネルギ保持率を向上させことができる電池パックとこの電池パックを含む電力消費装置を提供することができる。
本出願の一実施形態の電池パックの構造概略図である。 図１に示される本出願の一実施形態の電池パックのケースを除去した後の構造アセンブリの平面図である。 本出願の一実施形態の電池パック内の第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有する電池セルの定電流放電を示すグラフである。 本出願の一実施形態の電池パックを電源として使用する電力消費装置の概略図である。
以下では、添付図面を適宜参照しながら、本出願の電池パックと電力消費装置を具体的に開示した実施形態について詳細に説明する。しかし、必要のない詳細な説明を省略する場合がある。例えば、周知の事項に対する詳細な説明、実際に同じである構造に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に長くなることを回避し、当業者に容易に理解させるためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者に本出願を十分に理解させるために提供するものであり、特許請求の範囲に記載された主題を限定するためのものではない。
本出願に開示される「範囲」は、下限及び上限の形式で限定され、所定範囲は、特定の範囲の境界を限定する１つの下限と１つの上限を選定することによって限定される。このように限定される範囲は、端値を含んでもよく含まなくてもよく、任意に組み合わせてもよく、即ち、任意の下限と任意の上限とを組み合わせて１つの範囲を形成してもよい。例えば、特定のパラメータに対して６０～１２０と８０～１１０の範囲がリストアップされた場合、６０～１１０と８０～１２０の範囲として理解されることも想定できることである。なお、リストアップされた最小範囲値が１と２で、かつリストアップされた最大範囲値が３、４と５である場合、１～３、１～４、１～５、２～３、２～４と２～５の範囲の全ては想定できるものである。本出願において、別段の記載がない限り、数値範囲「ａ～ｂ」は、ａないしｂの間の全ての実数の組み合わせを表す短縮表現であり、ここで、ａとｂはいずれも実数である。例えば、数値範囲「０～５」は、本明細書で「０～５」の間の全ての実数がリストアップされていることを意味し、「０～５」はこれら数値の組み合わせの省略表示にすぎない。また、あるパラメータ≧２の整数であると記述している場合、このパラメータは例えば、整数２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２などであることを開示していることに相当する。
特に説明されていない限り、本出願の全ての実施形態及び選択可能な実施形態は、互いに組み合わせて新たな技術案を形成してもよい。
特に説明されていない限り、本出願の全ての技術的特徴及び選択可能な技術的特徴は、互いに組み合わせて新たな技術案を形成してもよい。
特に説明されていない限り、本出願の全てのステップは、順次行われてもよく、ランダムに行われてもよく、好ましくは、順次行われる。例えば、前記方法がステップ（ａ）と（ｂ）とを含むことは、前記方法が順次行われるステップ（ａ）と（ｂ）とを含んでもよく、順次行われるステップ（ｂ）と（ａ）とを含んでもよいことを表す。例えば、以上で言及した前記方法がステップ（ｃ）をさらに含んでもよいことは、ステップ（ｃ）が任意の順で前記方法に追加されてもよいことを表し、例えば、前記方法は、ステップ（ａ）、（ｂ）と（ｃ）を含んでもよく、ステップ（ａ）、（ｃ）と（ｂ）を含んでもよく、ステップ（ｃ）、（ａ）と（ｂ）などを含んでもよい。
特に説明されていない限り、本出願で言及した「含む」と「包含」は、開放型を表し、閉鎖型であってもよい。例えば、前記「含む」と「包含」は、リストアップされていない他の成分をさらに含み又は包含してもよく、リストアップされた成分のみを含み又は包含してもよいことを表してもよい。
特に説明されていない限り、本出願において、用語「又は」は包括的である。例えば、「Ａ又はＢ」という語句は、「Ａ、Ｂ、又はＡとＢの両方」を表す。より具体的には、以下のいずれか一つの条件は、いずれも「Ａ又はＢ」という条件を満たす。Ａが真であり（又は存在し）且つＢが偽であり（又は存在せず）、Ａが偽であり（又は存在せず）且つＢが真であり（又は存在し）、又はＡとＢがいずれも真である（又は存在する）。
本発明者は、リチウムイオン二次電池セルで構成される電池パックを、冬季に使用する時、電池パックの異なる位置での電池セルの放熱能力と保温効果とが異なるため、異なる位置での電池セルの充放電性能が一致しないことに着目した。具体的には、低温環境で使用する時、電池パックの内側に位置する電池セルの温度が比較的に高く、低温での放電性能が比較的に高く、電池パックの外側に位置する電池セルの温度が比較的に低く、低温での放電性能が比較的に低い。電池パックの異なる部位の電池セルの低温での放電能力の差は、電池パック全体の低温でのエネルギ保持率を大幅に低減させる。
そこで、本発明者は、電池パックにおいて温度が比較的に低い領域に低温放電性能により優れた電池セルを配置することによって、電池パックの異なる位置で電池セルが低温環境で放出するエネルギをほぼ一致させることにより、電池パック全体の低温環境でのエネルギ発揮を向上させ、さらにこの電池パックを電源として使用する電力消費装置の低温環境での航続距離を向上させることができると考えた。
上記目的を達成するために、本発明者は、検討を重ねた結果、温度が比較的に低い領域に配置される電池セルに２つの放電電圧プラットフォームを設けることによって、放電電圧が比較的に高い放電電圧プラットフォームの放電が終了した後、放電電圧が比較的に低い放電電圧プラットフォームを引き続き利用して放電を行い、これらの電池セルの放電量を向上させることができ、それにより、これらの電池セルの低温での放電性能により優れるものとした。
そして、放電電圧が比較的に低い放電電圧プラットフォームの正極活物質の質量が、放電電圧が比較的に高い、放電電圧が比較的に低い２つの放電電圧プラットフォームの正極活物質の総質量に占める比率が５０％を超えない場合、放電電圧が比較的に低い放電電圧プラットフォームに対応する放電容量が、高低２つの放電電圧プラットフォームに対応する総放電容量に占める比率が高いほど、電池セルの低温性能に優れる。温度が低い領域ほど、そのように、放電電圧が比較的に低い放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合が高い電池セルを使用する。これによって、温度の異なる各領域に配置される電池セルが低温で発揮するエネルギをほぼ一致させることができ、電池パック全体の低温でのエネルギ保持率を向上させることができる。それにより、この電池パックを電源として使用する電気自動車等の電力消費装置の低温での航続能力を向上させることができる。
電池パック
以下では、本出願の電池パック１について具体的に説明する。
図１は、本出願の一実施形態の電池パック１の構造概略図である。図２は、図１に示される電池パック１のケースを除去した後の構造アセンブリの平面図である。
図１と図２に示すように、本出願の電池パック１は、電池パックケースと、電池パックケースに設けられる複数の電池セル（６１と６２）とを含む。電池パックケースは、上ケース２と下ケース３とを含み、上ケース２は下ケース３を覆う蓋として設けることが可能であり、且つ複数の電池セルを収容するための閉空間（電池パックキャビティ）を形成する。
図２に示すように、電池パックケースの内部空間は、ほぼ矩形形状をなしており、電池パックケースの内部空間は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２で構成され、ここで、第１の領域Ｒ１は、第１の境界線ＢＬ１によって囲まれたほぼ矩形の領域であり、電池パックケースの内部空間の矩形形状の中心部に位置し（例えば、第１の領域Ｒ１の矩形形状の長さと幅は、それぞれ電池パックケースの内部空間の矩形形状の長さと幅のほぼ２分の１であってもよい）、第２の領域Ｒ２は、第１の境界線ＢＬ１と第２の境界線ＢＬ２との間のほぼ環状の領域である。ここで、第１の境界線ＢＬ１と第２の境界線ＢＬ２は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２を明確に表すために描かれる仮想線である。
さらに、前記第１の領域Ｒ１に第１の電池セル６１が配置され、前記第２の領域Ｒ２に第２の電池セル６２が配置される。前記第２の電池セル６２は、前記第１の電池セル６１の周囲を囲んで配列する。前記第１の電池セル６１と前記第２の電池セル６２は、それぞれ第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有する。前記第１の放電電圧プラットフォームの平均放電電圧は、前記第２の放電電圧プラットフォームの平均放電電圧よりも高い。前記第１の電池セル６１と前記第２の電池セル６２のそれぞれにおいて、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、前記第２の電池セル６２の前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、前記第１の電池セル６１の前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合よりも大きい。同じ様な温度の外部環境に置かれる時、電池パック１内に、第２の領域Ｒ２の温度は、第１の領域Ｒ１の温度よりも低い。
なお、「放電電圧プラットフォーム」は、放電曲線において放電電圧が比較的に穏やかな部分であり、放電電圧プラットフォームが放電を行う時、単位時間の放電量が比較的に多い。図３に示される２つの電池セルの定電流放電グラフ： 実線で表された放電曲線は、１つの放電電圧プラットフォームのみを有し、Ａ’点を通過した後、放電電圧が急激に低下し（シングルプラットフォーム電池セルに対応し）、破線で表された放電曲線は、２つの放電電圧プラットフォームを有し、Ａ点を通過した後、放電電圧が急激に低下し、Ｂ点に低下した後にまた穏やかになり、放電電圧プラットフォームを引き続き利用して放電を行う（二重プラットフォーム電池セルに対応する）。
図３の破線に示すように、１番目の電圧の瞬間降下が終了するＢ点の前は、第１の放電電圧プラットフォーム（すなわち高電圧放電プラットフォーム、すなわち本出願の第１の放電電圧プラットフォーム）であり、それは、データ値で高電圧正極活物質が放出した全てのエネルギと電流との比（均衡した値であり、Ｂ点の前の平均電圧と大まかに見なしてもよい）に等しく、１番目の電圧の瞬間降下が終了するＢ点の後は、第２の放電電圧プラットフォーム（すなわち低電圧放電プラットフォーム、すなわち本出願の第２の放電電圧プラットフォーム）となり、低電圧正極活物質が放出した全てのエネルギと電流との比（均衡した値であり、Ｂ点の後の平均電圧と大まかに見なしてもよい）として表れる。
本出願において、電池パックケースの内部空間の温度が異なる領域に、二重放電電圧プラットフォーム（放電電圧が比較的に高い第１の放電電圧プラットフォームと放電電圧が比較的に低い第２の放電電圧プラットフォーム）を有する低温エネルギ保持率が異なる電池セル６１、６２をそれぞれ配置し、且つ温度が低い領域に低温エネルギ保持率が高い電池セルを配置する。具体的には、通常の電池パック内部の温度分布に従って、第１の領域Ｒ１の温度＞第２の領域Ｒ２の温度であり、本出願において、第２の電池セル６２の第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合＞第１の電池セル６１の第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合である。
なお、本出願の第１の／第２の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合の具体的な定義とテスト方法は、本明細書の「関連テスト」部分を参照する。
電池パックにおいて異なる位置にある電池セルは、放熱能力が異なり、通常、外側にある電池セルほど、放熱能力が高く、すなわち放熱速度が速く、電池パックの外側から電池パックの内部へと、電池セルの放熱速度が徐々に低減し、逆に、電池パックの内部から電池パックの外側へと、電池セルの保温能力が徐々に低減する。電池パックの異なる領域の電池セルの温度が異なるため、その充放電性能は一致しない。例えば、低温外部環境で、内側の電池セルの放熱速度は比較的に遅く、温度は比較的に高く、低温外部環境での性能は比較的に高い（しかし高温性能は比較的に低い）が、外側の電池セルの放熱速度は比較的に速く、温度は比較的に低く、低温外部環境での性能は比較的に低い（しかし高温性能は比較的に高い）。これによって、このような電池パック内の異なる領域の電池セルの低温環境で現れる相互間の充放電性能の差異が大き過ぎる現象は、電池パック全体の低温環境でのエネルギ保持率を低減させる。
上記問題を解決するために、本出願の発明者は、温度が異なる第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２にいずれも二重放電電圧プラットフォーム（すなわち、放電電圧が比較的に高い第１の放電電圧プラットフォームと放電電圧が比較的に低い第２の放電電圧プラットフォーム）を有する第１の電池セル６１と第２の電池セル６２を設置することによって、第１の放電電圧プラットフォームの放電が終了した後、第２の放電電圧プラットフォームを引き続き利用して放電を行うことができる（すなわち同一の電池セルの段階的放電を実現する）。これによって各電池セルが低温環境で放出するエネルギを向上させることにより、電池パック全体の低温エネルギ保持率を向上させることができる。
そして、第１の電池セル６１と第２の電池セル６２の第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合をさらに調節することによって、全体として低温エネルギ保持率がより高い電池パック１を得ることができ、且つこのような設置は、電池パックが冬季の低温条件での低温エネルギ保持率を著しく改善することができることを発見した。具体的には、第２の電池セル６２における第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量の割合を第１の電池セル６１の第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量の割合よりも大きくすることによって、第１の電池セル６１が放電を継続できない低温環境で、第２の電池セル６２の放電を継続することができ、それによって電池パック全体の放電容量が比較的に高いレベルにあることを確保する。
本発明者は、温度が異なる各領域Ｒ１、Ｒ２に設けられる二重放電電圧プラットフォームを有する第１の電池セル６１と第２の電池セル６２のそれぞれにおける第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合と電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率との間の関係をさらに深く検討した。その結果、第１の電池セル６１と第２の電池セル６２のそれぞれにおいて、第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、第２の電池セル６２の第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合＞第１の電池セル６１の第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合にすることによって、第２の電池セル６２の低温エネルギ保持率＞第１の電池セル６１の低温エネルギ保持率にすることができ、電池パックの異なる温度の各領域Ｒ１、Ｒ２に配置される各電池セル６１、６２が低温で放出可能なエネルギ（低温での放電容量）をほぼ一致させることができ、それにより、電池パック１全体の低温エネルギ保持率（電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率）を向上させることができ、電池パック全体の低温での航続能力を向上させることができる。
図２に示すように、複数の電池セルにおいてより外側に位置する電池セルは、電池パックケース（上ケース２、下ケース３）の内面に接触してもよく、電池パックケースの内面上に設けられる構造部材に接触してもよい。図２に示される平面図において、最外側の電池セルと電池パックケースの内面との間に、ギャップｇ１、ｇ２が任意選択的に形成され、これらのギャップｇ１、ｇ２において、電池パックの様々な構造部材を設置することができる。異なる電池セルの間の隙間において、コンデンサＣ１１、Ｃ１２等を任意選択的に設置して、電池パック全体のエネルギ密度を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、前記第１の、第２の電池セル６１、６２において、前記第１の放電電圧プラットフォームの最低放電電圧と前記第２の放電電圧プラットフォームの最高放電電圧との差は、０．２５－０．６Ｖである。
図３を参照すると、本出願に記載の「第１の放電電圧プラットフォームの最低放電電圧」は、Ａ点に対応する放電電圧を指し、「第２の放電電圧プラットフォームの最高放電電圧」は、Ｂ点に対応する放電電圧を指す。
これによって、２つの放電電圧プラットフォームが存在する電池セルに対して、前記第１の放電電圧プラットフォームの最低放電電圧と前記第２の放電電圧プラットフォームの最高放電電圧との差が０．２５Ｖよりも小さければ、第２の放電電圧プラットフォームに寄与する正極活物質の質量が多すぎ、第２の放電電圧プラットフォームに寄与する正極活物質によって出力されるエネルギが第１の放電電圧プラットフォームに寄与する正極活物質によって出力されるエネルギよりも小さいことに相当し、故に電池セル全体のエネルギ出力が低く、それにより電池パック全体のエネルギ出力が低く、逆に、前記第１の放電電圧プラットフォームの最低放電電圧と前記第２の放電電圧プラットフォームの最高放電電圧との差が０．６Ｖよりも大きければ、第１の放電電圧プラットフォームに寄与する正極活物質の質量が多すぎる（第２の放電電圧プラットフォームに寄与する正極活物質の質量が少なすぎる）ことに相当し、比較的に低い外部温度環境において、第１の放電電圧プラットフォームが早すぎてエネルギを出力することができず、第２の放電電圧プラットフォームによって出力されるエネルギが限られ、さらに電池パック全体の低温エネルギ保持率が低いことを招く。
いくつかの実施形態では、前記第１の電池セル６１において、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、９１．８％～９９％を占め、前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、１％～８．２％を占める。
これによって、第１の電池セル６１における第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量のそれぞれの割合を上記範囲内にすることができ、第１の電池セル６１が低温で放出可能なエネルギを向上させることができ、それにより、電池パック１全体の低温エネルギ保持率を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、前記第２の電池セル６２において、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、５２．５％～９６．８％を占め、前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、３．２％～４７．５％を占める。
これによって、第２の電池セル６２における第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量のそれぞれの割合を上記範囲内にすることができ、第２の電池セル６２が低温で放出可能なエネルギを向上させることができ、それにより、さらに電池パック１全体の低温エネルギ保持率を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、前記第１の電池セル６１と前記第２の電池セル６２のそれぞれの正極活物質は、前記第１の放電電圧プラットフォームを有する第１の正極活物質と前記第２の放電電圧プラットフォームを有する第２の正極活物質とが混合されてなるものである。
これによって、第１の電池セル６１と第２の電池セル６２のそれぞれは、放電電圧が異なる第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有し、放電電圧が比較的に高い第１の放電電圧プラットフォームを利用して放電を行った後、放電電圧が比較的に低い第２の放電電圧プラットフォームを引き続き利用して放電を行うことができ、それにより、第１の電池セル６１と第２の電池セル６２のそれぞれの低温エネルギ保持率を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、前記第１の正極活物質と前記第２の正極活物質は、それぞれ独立して、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、リン酸鉄リチウム、マンガン酸リチウム、チタン酸リチウムと二酸化マンガンのうちの少なくとも１つから選択される。
第１の正極活物質により生成された第１の放電電圧プラットフォームと第２の正極活物質により生成された第２の放電電圧プラットフォームの放電電圧と放電容量割合が上記関係を満たす限り、第１の正極活物質と第２の正極活物質は、既存の様々な正極活物質から選択することができ、それにより、既存の正極活物質を利用して本出願の電池パックを容易に実現することができる。
いくつかの実施形態では、前記第１の正極活物質は、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質は、リン酸鉄リチウムであり、又は、前記第１の正極活物質は、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質は、マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウムであり、又は、前記第１の正極活物質は、リン酸鉄リチウムであり、前記第２の正極活物質は、マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウムである。
電圧プラットフォームと比エネルギの大きさは、基本的に以下の順序に従う： ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＞リン酸鉄リチウム＞マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム。そのため、それに応じて、エネルギ密度の順序は、以下の通りである： ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋リン酸鉄リチウム＞ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム＞リン酸鉄リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム。それに応じて、同じ体積のモジュール又は電池パックにおいて、上記三つの体系の航続距離の順序は、以下の通りである： ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋リン酸鉄リチウム＞ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム＞リン酸鉄リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム。そのため、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋リン酸鉄リチウム体系は、航続距離が比較的に高く、又は出力パワー要求が比較的に大きいシーンにより適用され、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウムは、中程度の航続距離又は出力電力が適当なシーンに適用され、リン酸鉄リチウム＋マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウム体系は、低速スクーター等の出力パワー要求が大きくないシーンにより適用される。
いくつかの実施形態では、前記第１の電池セル６１と前記第２の電池セル６２における前記第１の正極活物質の種類が同じであり、且つ前記第２の正極活物質の種類が同じである場合、前記第１の正極活物質が正極活物質に占める質量割合は、前記第１の電池セル６１、前記第２の電池セル６２の順にデクリメントし、前記第２の正極活物質が正極活物質に占める質量割合は、前記第１の電池セル６１、前記第２の電池セル６２の順にインクリメントする。
放電電圧が比較的に低い第２の放電電圧プラットフォームを生成するための第２の正極活物質の質量割合が大きいほど、第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合が大きいほど、電池セルの低温エネルギ保持率が高い。第２の領域Ｒ２に配置される第２の電池セル６２の第２の正極活物質の質量割合＞第１の領域Ｒ１に配置される第１の電池セル６１の第２の正極活物質の質量割合の関係にすることによって、第２の電池セル６２の低温エネルギ保持率＞第１の電池セル６１の低温エネルギ保持率の関係にすることができ、第１の電池セル６１と第２の電池セル６２が低温で放出するエネルギをほぼ一致させることができる。それにより、電池パック１全体の低温でのエネルギ保持率を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、前記第１の電池セル６１において、前記第１の正極活物質と前記第２の正極活物質との総質量が１００％である場合、前記第１の正極活物質の質量は、９２．５％～９７．５％を占め、前記第２の正極活物質の質量は、２．５％～７．５％を占める。
これによって、第１の電池セル６１における第１の正極活物質と第２の正極活物質の質量割合を上記範囲内にすることによって、第１の電池セル６１における第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量のそれぞれの割合を上記範囲内にすることができ、第１の電池セル６１が低温で放出可能なエネルギを向上させることができる。それにより、電池パック１全体の低温エネルギ保持率を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、前記第２の電池セル６２において、前記第１の正極活物質と前記第２の正極活物質との総質量が１００％である場合、前記第１の正極活物質の質量は、５０％～９２．５％を占め、前記第２の正極活物質の質量は、７．５％～５０％を占める。
これによって、第２の電池セル６２における第１の正極活物質と第２の正極活物質の質量割合を上記範囲内にすることによって、第２の電池セル６２における第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量のそれぞれの割合を上記範囲内にすることができ、第２の電池セル６２が低温で放出可能なエネルギを向上させることができる。それにより、さらに電池パック１全体の低温エネルギ保持率を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、前記第１の正極活物質がニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質がリン酸鉄リチウムである場合、前記第１の電池セル６１と前記第２の電池セル６２における前記第２の正極活物質の質量比は、１：（９－１７）であり、前記第１の正極活物質がニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質がチタン酸リチウム又はマンガン酸リチウムである場合、前記第１の電池セル６１と前記第２の電池セル６２における前記第２の正極活物質の質量比は、１：（９－１３）であり、前記第１の正極活物質がリン酸鉄リチウムであり、前記第２の正極活物質がチタン酸リチウム又はマンガン酸リチウムである場合、前記第１の電池セル６１と前記第２の電池セル６２における前記第２の正極活物質の質量比は、１：（９－１７）である。
これによって、第１の電池セル６１と第２の電池セル６２において特定の第１の正極活物質と特定の第２の正極活物質を特定の質量比で使用することによって、異なるシーンに適用する本出願の電池パックを容易に実現することができる。
いくつかの実施形態では、０℃以下の温度で、前記第１の電池セル６１の放電カットオフ電圧は、前記第２の電池セル６２の放電カットオフ電圧よりも０～０．３Ｖ高く、前記第２の電池セル６２の放電カットオフ電圧は、１．６Ｖ以上である。
これによって、第１の電池セル６１と第２の電池セル６２の放電カットオフ電圧を上記のように設定することによって、第１の電池セル６１と第２の電池セル６２が低温で放出するエネルギをほぼ一致させることができる。それにより、電池パック１全体の低温でのエネルギ保持率を向上させることができる。
充電カットオフ電圧が高すぎて又は放電カットオフ電圧が低すぎる場合、電池セルの循環性能を損傷する。充電カットオフ電圧が高すぎる場合、電池セルが過充電になり、電池セルの電力量がいっぱいになった場合に充電を継続すれば正極材料の構造が変化し、容量損失を引き起こし、正極材料の分解により放出された酸素は、電解液と激しい化学反応を起こし、最悪の場合に、爆発に至る可能性がある。放電カットオフ電圧が低すぎる場合、電池セルが過放電になり、過放電により電池セルの内圧が上昇し、正負極活物質の可逆性が破壊され、充電しても部分的にしか回復できず、容量も明らかに減衰する。電池セルを深く充放電すると、電池セルの損失を増大させ、電池セルの最も理想的な作動状態は、浅い充放電であり、このように電池セルの寿命を延長することができる。
いくつかの実施形態では、前記第１の電池セル６１の数：前記第２の電池セル６２の数＝（３～８）：（１８～２８）である。換言すれば、第１の電池セル６１の数と前記第２の電池セル６２の数との和が１００％である場合、第１の電池セル６１の数の割合は、１０～３０％であり、第２の電池セル６２の数の割合は、７０～９０％である。
いくつかの実施形態、第１の電池セルの数は、１であってもよい。
これによって、一般的な電池パックの温度分布範囲に従って第１の電池セル６１と第２の電池セル６２の数を設定すれば、本出願の電池パックを容易に実現することができる。
いくつかの実施形態では、異なる電池セルの隙間にコンデンサが設けられる（例えば、図２におけるコンデンサＣ１１、Ｃ１２を参照する）。
これによって、電池セルの間の隙間を十分に利用して、電池パック全体の体積エネルギ密度を向上させることができる。
電力消費装置
また、本出願は、電力消費装置をさらに提供し、前記電力消費装置は、本出願の電池パックを含む。前記電池パックは、前記電力消費装置の電源として用いることができ、前記電力消費装置のエネルギ蓄積ユニットとして用いることもできる。前記電力消費装置は、移動体設備（例えば携帯電話、ノートパソコンなど）、電動車両（例えば純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電動自転車、電動スクーター、電動ゴルフカート、電動トラックなど）、電気列車、船舶と衛星、エネルギ貯蔵システムなどを含んでもよいが、それらに限られない。
前記電力消費装置として、その使用上の需要に応じて電池セル又は電池パックを選択してもよい。
図４は、一例としての電力消費装置である。この電力消費装置は、純電気自動車、ハイブリッド車、又はプラグインハイブリッド車等である。低温での航続能力に対するこの電力消費装置のニーズを満たすために、本出願の電池パックを採用してもよい。
以下では、本出願の実施例を説明する。以下に記述されている実施例は、例示的なもので、本出願を解釈することのみに用いられ、本出願を制限するものとして理解すべきではない。実施例において具体的な技術又は条件が明記されていないものは、当技術分野の文献に記述されている技術若しくは条件、又は製品説明書に従って実行する。使用する試薬又は機器について、製造メーカーが明記されていないものは、いずれも市販で購入できる一般的な製品である。
（一）電池セルの製造
Ｉ．第１の電池セルの製造
［製造例Ｉ－１］
１）正極極板の製造
正極活物質としての第１の正極活物質ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２（ＮＣＭ）と第２の正極活物質リン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）、導電剤としての超導電性カーボンブラックＳＰ、接着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を、溶媒としてのＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）に分散させて均一に混合し、正極スラリーを得て、正極スラリーを正極集電体アルミニウム箔上に均一にコーティングし、乾燥、冷間プレス、ストリップ、裁断を経た後、正極極板を得た。
ここで、正極活物質、超導電性カーボンブラック、接着剤ＰＶＤＦの質量比は、９６：２：２であり、第２の正極活物質ＬＦＰと第１の正極活物質ＮＣＭの質量比は、５：９５である。
２）負極極板の製造
負極活材料の黒鉛、導電剤としての超導電性カーボンブラックＳＰ、接着剤としてのＳＢＲ、増稠剤としてのＣＭＣ－Ｎａを質量比９６：１：１：２で溶媒としての脱イオン水に分散させて均一に混合し、負極スラリーを得て、負極スラリーを負極集電体銅箔上に均一にコーティングし、乾燥、冷間プレス、ストリップ、裁断を経た後、負極極板を得た。
３）セパレータ
ポリエチレンフィルムをセパレータとして選択した。
４）電解液の製造
エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を体積比１：１：１に従って、均一に混合して有機溶媒を得て、次に十分に乾燥したリチウム塩ＬｉＰＦ６を混合した後の有機溶媒に溶解し、濃度が１ｍｏｌ／Ｌの電解液を調製した。
５）電池セルの製造
上記正極極板、セパレータ、負極極板を順番に積層し、セパレータが正極極板と負極極板との間に介在して分離の役割を果たし、その後に巻き取ってベアセルを得て、ベアセルを外装体ケースに置き、乾燥した後に電解液を注入し、真空パッケージング、静置、化成、整形等の工程を経て、第１の電池セルＩ－１を取得した。
［製造例Ｉ－２］
正極活物質が第１の正極活物質ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２（ＮＣＭ）と第２の正極活物質マンガン酸リチウム（ＬＭＯ）を使用することを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第１の電池セルＩ－２を取得する。
［製造例Ｉ－３］
正極活物質が第１の正極活物質ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２（ＮＣＭ）と第２の正極活物質チタン酸リチウム（ＬＴＯ）を使用することを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第１の電池セルＩ－３を取得した。
［製造例Ｉ－４］
正極活物質が第１の正極活物質リン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）と第２の正極活物質マンガン酸リチウム（ＬＭＯ）を使用することを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第１の電池セルＩ－４を取得した。
［製造例Ｉ－５］
正極活物質が第１の正極活物質リン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）と第２の正極活物質チタン酸リチウム（ＬＴＯ）を使用することを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第１の電池セルＩ－５を取得した。
［製造例Ｉ－６］
第２の正極活物質ＬＦＰと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が２．５：９７．５であることを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第１の電池セルＩ－６を取得した。
［製造例Ｉ－７］
第２の正極活物質ＬＭＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が２．５：９７．５であることを除き、製造例Ｉ－２と同様に操作し、第１の電池セルＩ－７を取得した。
［製造例Ｉ－８］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が２．５：９７．５であることを除き、製造例Ｉ－３と同様に操作し、第１の電池セルＩ－８を取得した。
［製造例Ｉ－９］
第２の正極活物質ＬＭＯと第１の正極活物質ＬＦＰとの質量比が２．５：９７．５であることを除き、製造例Ｉ－４と同様に操作し、第１の電池セルＩ－９を取得した。
［製造例Ｉ－１０］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＬＦＰとの質量比が２．５：９７．５であることを除き、製造例Ｉ－５と同様に操作し、第１の電池セルＩ－１０を取得した。
［製造例Ｉ－１１］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＬＦＰとの質量比が７．５：９２．５であることを除き、製造例Ｉ－５と同様に操作し、第１の電池セルＩ－１１を取得した。
［製造例Ｉ－１２］
正極活物質がＮＣＭのみを使用することを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第１の電池セルＩ－１２を取得した。
［製造例Ｉ－１３］
第２の正極活物質ＬＦＰと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が２２．５：７７．５であることを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第１の電池セルＩ－１３を取得した。
［製造例Ｉ－１４］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が５５：４５であることを除き、製造例Ｉ－３と同様に操作し、第１の電池セルＩ－１４を取得した。
［製造例Ｉ－１５］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が０．５：９９．５であることを除き、製造例Ｉ－３と同様に操作し、第１の電池セルＩ－１５を取得した。
［製造例Ｉ－１６］
第２の正極活物質ＬＦＰと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が３７．５：６２．５であることを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第１の電池セルＩ－１６を取得した。
ＩＩ．第２の電池セルの製造
［製造例ＩＩ－１］
第２の正極活物質ＬＦＰと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が２２．５：７７．５であることを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－１を取得した。
［製造例ＩＩ－２］
第２の正極活物質ＬＭＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が２２．５：７７．５であることを除き、製造例Ｉ－２と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－２を取得した。
［製造例ＩＩ－３］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が２２．５：７７．５であることを除き、製造例Ｉ－３と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－３を取得した。
［製造例ＩＩ－４］
第２の正極活物質ＬＭＯと第１の正極活物質ＬＦＰとの質量比が２２．５：７７．５であることを除き、製造例Ｉ－４と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－４を取得した。
［製造例ＩＩ－５］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＬＦＰとの質量比が２２．５：７７．５であることを除き、製造例Ｉ－５と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－５を取得した。
［製造例ＩＩ－６］
第２の正極活物質ＬＦＰと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が５０：５０であることを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－６を取得した。
［製造例ＩＩ－７］
第２の正極活物質ＬＭＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が５０：５０であることを除き、製造例Ｉ－２と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－７を取得した。
［製造例ＩＩ－８］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が５０：５０であることを除き、製造例Ｉ－３と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－８を取得した。
［製造例ＩＩ－９］
第２の正極活物質ＬＭＯと第１の正極活物質ＬＦＰとの質量比が５０：５０であることを除き、製造例Ｉ－４と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－９を取得した。
［製造例ＩＩ－１０］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＬＦＰとの質量比が５０：５０であることを除き、製造例Ｉ－５と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－１０を取得した。
［製造例ＩＩ－１１］
第２の正極活物質ＬＭＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が７．５：９２．５であることを除き、製造例Ｉ－２と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－１１を取得した。
［製造例ＩＩ－１２］
正極活物質がＬＦＰのみを使用することを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－１２を取得した。
［製造例ＩＩ－１３］
正極活物質がＮＣＭのみを使用することを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－１３を取得した。
［製造例ＩＩ－１４］
第２の正極活物質ＬＦＰと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が５：９５であることを除き、製造例Ｉ－１と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－１４を取得した。
［製造例ＩＩ－１５］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が６５：３５であることを除き、製造例Ｉ－３と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－１５を取得した。
［製造例ＩＩ－１６］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＮＣＭとの質量比が２：９８であることを除き、製造例Ｉ－３と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－１６を取得した。
［製造例ＩＩ－１７］
第２の正極活物質ＬＴＯと第１の正極活物質ＬＦＰとの質量比が６０：４０であることを除き、製造例Ｉ－５と同様に操作し、第２の電池セルＩＩ－１７を取得した。
（二）電池パックの組み立て
［実施例１］
図２に示すように、電池パックケースの内部空間は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２に区分され、第１の領域Ｒ１に第１の電池セル６１として第１の電池セルＩ－１が配置され、第２の領域Ｒ２に第２の電池セル６２として第２の電池セルＩＩ－１が配置され、電池パックを組み立てた。ここで、第１の電池セル６１の数：第２の電池セル６２の数＝１２：７２である。
［実施例２］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－２を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－２を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例３］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－３を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－３を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例４］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－４を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－４を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例５］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－５を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－５を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例６］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－６を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－６を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例７］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－７を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－７を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例８］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－８を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－８を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例９］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－９を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－９を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例１０］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－１０を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１０を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例１１］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－１４を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１５を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例１２］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－１５を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１６を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例１３］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－７を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１１を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例１４］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－７を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１０を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例１５］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－１１を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１０を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例１６］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－１６を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１７を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例１７］
実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例１８］
実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例１９］
実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例２０］
実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［実施例２１］
実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［比較例１］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－１２を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１２を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［比較例２］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－１２を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１３を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［比較例３］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－１３を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１４を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
［比較例４］
第１の電池セルＩ－１の代わりに第１の電池セルＩ－１１を使用し、第２の電池セルＩＩ－１の代わりに第２の電池セルＩＩ－１１を使用することを除き、実施例１と同様に操作し、電池パックを組み立てた。
（三）関連テスト
１．電池セルの第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量の測定
実施例１～２１と比較例１～４の各電池パックにおける第１の電池セルと第２の電池セルに対して、新威動力電池テスト機（型番ＢＴＳ－５Ｖ３００Ａ－４ＣＨ）をそれぞれ使用して２５℃の時の第１の電池セルと第２の電池セルのそれぞれの第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量を測定し、さらに第１の電池セルと第２の電池セルのそれぞれの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合（％）を計算する。
電池セルの放電容量の測定方法は、以下の通りである：
（１）電池セルを２５℃で２ｈ静置し、電池セルの温度が２５℃であることを確保し、
（２）２５℃で０．３３Ｃで電池セルを下記表１に示される充電カットオフ電圧に充電した後、電流が０．０５Ｃ（ここで、Ｃが電池セルの定格容量を表す）になり、充電がオフになるまで、この充電カットオフ電圧で定電圧充電を継続し、
（３）電池セルを２５℃で１ｈ静置し、
（４）２５℃で０．３３Ｃで電池セルを下記表１に示される放電カットオフ電圧に放電し、電池セルが放出した総放電容量Ｃ０を記録し、
（５）ステップ（４）における放電曲線を得る。これは、例えば、本出願の図３において破線で表される放電曲線であり、図３において破線で表される放電曲線において、Ｂ点の前の放電容量は、合計で第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量Ｃ１であり、Ｂ点から放電カットオフ電圧までの放電容量は、第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量Ｃ２である。
そのため、電池セルの第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合＝Ｃ１／Ｃ０であり、電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合＝Ｃ２／Ｃ０である。
２、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率の測定
また、実施例１～２１と比較例１～４の各電池パックに対して、新威動力電池テスト機（型番ＢＴＳ－５Ｖ３００Ａ－４ＣＨ）をそれぞれ使用して電池パックの２５℃での総満放電エネルギと電池パックの－２０℃での総満放電エネルギを測定し、電池パックの－２０℃での総満放電エネルギを電池パックの２５℃での総満放電エネルギで除算し、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率（％）を計算する。
電池パックの２５℃での総満放電エネルギの測定は、『ＧＢ／Ｔ ３１４６７．２－２０１５電気自動車用のリチウムイオントラクション電池パック及びシステム－パート２：高エネルギ応用テスト規程』における「７．１．２室温での容量とエネルギテスト」に従って行う。
電池パックの－２０℃での総満放電エネルギの測定は、『ＧＢ／Ｔ ３１４６７．２－２０１５電気自動車用のリチウムイオントラクション電池パック及びシステム－パート２：高エネルギ応用テスト規程』における「７．１．４低温での容量とエネルギテスト」に従って行う。実施例１～２１と比較例１～４の各電池パックの組成とテスト結果を下記表２～表５に示す。
上記表２の結果から分かるように、実施例１～５において、第１の電池セルと第２の電池セルは、いずれも第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有し、且つ、第２の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、第１の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合よりも大きく、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、８６％～９２％に達する。
比較例１と比較例２において、第１の電池セルと第２の電池セルは、いずれも１つの放電電圧プラットフォームのみを有し、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、僅か７４％と７１％である。
比較例３において、第１の電池セルと第２の電池セルは、いずれも第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有するが、第２の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、第１の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームの放電容量割合よりも小さく、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、僅か６３％である。
上記表３の結果から分かるように、実施例１、６～１０において、第１の電池セルと第２の電池セルは、いずれも第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有し、第２の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、第１の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合よりも大きく、且つ、第１の電池セルと第２の電池セルのそれぞれの第１の放電電圧プラットフォームの最低放電電圧と第２の放電電圧プラットフォームの最高放電電圧との差は、０．２５－０．６Ｖの範囲にあり、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、８２％～９２％に達する。
実施例１１において、第１の電池セルと第２の電池セルのそれぞれの第１の放電電圧プラットフォームの最低放電電圧と第２の放電電圧プラットフォームの最高放電電圧との差は、いずれも０．２５Ｖよりも小さく、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、６３％である。
実施例１２において、第１の電池セルと第２の電池セルのそれぞれの第１の放電電圧プラットフォームの最低放電電圧と第２の放電電圧プラットフォームの最高放電電圧との差は、いずれも０．６Ｖよりも大きく、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、７２％である。
上記表４の結果から分かるように、実施例１、１３～１５において、第１の電池セルと第２の電池セルは、いずれも第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有し、第２の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、第１の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合よりも大きく、且つ、第１の電池セルと第２の電池セルのそれぞれにおける第２の正極活物質の質量割合と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、本出願に記載の好ましい範囲にあり、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、８１％～９２％に達する。
比較例４において、第２の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、第１の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合よりも小さく、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、僅か７０％である。
実施例１６において、第２の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、第１の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合よりも大きいが、第１の電池セルと第２の電池セルのそれぞれにおける第２の正極活物質の質量割合と第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、本出願に記載の好ましい範囲以外にあり、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、６２％である。
上記表５の結果から分かるように、実施例１、１７～１８において、第１の電池セルと第２の電池セルは、いずれも第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有し、第２の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、第１の電池セルの第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合よりも大きく、且つ、－２０℃の時の第１の電池セルの放電カットオフ電圧と第２の電池セルの放電カットオフ電圧との差、及び第２の電池セルの放電カットオフ電圧は、本出願に記載の好ましい範囲にあり、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、８７％～９４％に達する。
実施例１９において、－２０℃の時の第２の電池セルの放電カットオフ電圧は、第１の電池セルの放電カットオフ電圧よりも大きく、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、６５％である。
実施例２０において、－２０℃の時の第１の電池セルの放電カットオフ電圧と第２の電池セルの放電カットオフ電圧が低すぎ、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、８８％に達するが、上記したように電池セルの循環性能を損傷する。
実施例２１において、－２０℃での第１の電池セルの放電カットオフ電圧と第２の電池セルの放電カットオフ電圧との差は、本出願に記載の好ましい範囲にあるが、－２０℃の時の第１の電池セルの放電カットオフ電圧と第２の電池セルの放電カットオフ電圧が高すぎ、電池パックの－２０℃での総エネルギ保持率は、６６％である。
説明すべきこととして、本出願は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は例示に過ぎず、本出願の技術案の範囲内で、技術思想と実質的に同一の構成を有し、同様な作用と効果を奏する実施形態は、いずれも本出願の技術範囲内に含まれるものとする。なお、本出願の主旨から逸脱しない範囲内で、実施形態に対して当業者が想到し得る様々な変形を実施し、実施形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される他の形態も、本出願の範囲内に含まれるものとする。
１ 電池パック、２ 上ケース、３ 下ケース、ｇ１、ｇ２ ギャップ、Ｃ１１、Ｃ１２ コンデンサ、ＢＬ１ 第１の境界線、ＢＬ２ 第２の境界線、Ｒ１ 第１の領域、Ｒ２ 第２の領域、６１ 第１の電池セル、６２ 第２の電池セル

Claims (15)

  1. 電池パックケースと、前記電池パックケースに収容される電池セルとを含む電池パックであって、
    前記電池パックケースの内部空間は、第１の領域と第２の領域で構成され、前記第１の領域に第１の電池セルが配置され、前記第２の領域に第２の電池セルが配置され、前記第２の電池セルは、前記第１の電池セルの周囲を囲んで配列し、
    前記第１の電池セルと前記第２の電池セルは、それぞれ第１の放電電圧プラットフォームと第２の放電電圧プラットフォームを有し、前記第１の放電電圧プラットフォームの平均放電電圧は、前記第２の放電電圧プラットフォームの平均放電電圧よりも高く、
    前記第１の電池セルと前記第２の電池セルのそれぞれにおいて、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、前記第２の電池セルの前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合は、前記第１の電池セルの前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量割合よりも大きい、ことを特徴とする電池パック。
  2. 前記第１の、第２の電池セルにおいて、前記第１の放電電圧プラットフォームの最低放電電圧と前記第２の放電電圧プラットフォームの最高放電電圧との差は、０．２５－０．６Ｖ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. 前記第１の電池セルにおいて、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、９１．８％－９９％を占め、前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、１％－８．２％を占める、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック。
  4. 前記第２の電池セルにおいて、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量と前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量との和が１００％である場合、前記第１の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、５２．５％－９６．８％を占め、前記第２の放電電圧プラットフォームに対応する放電容量は、３．２％－４７．５％を占める、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の電池パック。
  5. 前記第１の電池セルと前記第２の電池セルのそれぞれの正極活物質は、前記第１の放電電圧プラットフォームを有する第１の正極活物質と前記第２の放電電圧プラットフォームを有する第２の正極活物質とが混合されてなるものである、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の電池パック。
  6. 前記第１の正極活物質と前記第２の正極活物質は、それぞれ独立して、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、リン酸鉄リチウム、マンガン酸リチウム、チタン酸リチウムと二酸化マンガンのうちの少なくとも１つから選択される、ことを特徴とする請求項５に記載の電池パック。
  7. 前記第１の正極活物質は、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質は、リン酸鉄リチウムであり、
    又は、前記第１の正極活物質は、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質は、マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウムであり、
    又は、前記第１の正極活物質は、リン酸鉄リチウムであり、前記第２の正極活物質は、マンガン酸リチウム又はチタン酸リチウムである、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の電池パック。
  8. 前記第１の電池セルと前記第２の電池セルにおける前記第１の正極活物質の種類が同じであり、且つ前記第２の正極活物質の種類が同じである場合、前記第１の正極活物質が正極活物質に占める質量割合は、第１の電池セル、第２の電池セルの順にデクリメントし、前記第２の正極活物質が正極活物質に占める質量割合は、第１の電池セル、第２の電池セルの順にインクリメントする、ことを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の電池パック。
  9. 前記第１の電池セルにおいて、前記第１の正極活物質と前記第２の正極活物質との総質量が１００％である場合、前記第１の正極活物質の質量は、９２．５％～９７．５％を占め、前記第２の正極活物質の質量は、２．５％～７．５％を占める、ことを特徴とする請求項５～８のいずれか１項に記載の電池パック。
  10. 前記第２の電池セルにおいて、前記第１の正極活物質と前記第２の正極活物質との総質量が１００％である場合、前記第１の正極活物質の質量は、５０％～９２．５％を占め、前記第２の正極活物質の質量は、７．５％～５０％を占める、ことを特徴とする請求項５～９のいずれか１項に記載の電池パック。
  11. 前記第１の正極活物質がニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質がリン酸鉄リチウムである場合、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルにおける前記第２の正極活物質の質量比は、１：（９－１７）であり、
    前記第１の正極活物質がニッケルコバルトマンガン酸リチウムであり、前記第２の正極活物質がチタン酸リチウム又はマンガン酸リチウムである場合、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルにおける前記第２の正極活物質の質量比は、１：（９－１３）であり、
    前記第１の正極活物質がリン酸鉄リチウムであり、前記第２の正極活物質がチタン酸リチウム又はマンガン酸リチウムである場合、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルにおける前記第２の正極活物質の質量比は、１：（９－１７）である、ことを特徴とする請求項７～１０のいずれか１項に記載の電池パック。
  12. ０℃以下の温度で、前記第１の電池セルの放電カットオフ電圧は、前記第２の電池セルの放電カットオフ電圧よりも０～０．３Ｖ高く、前記第２の電池セルの放電カットオフ電圧は、１．６Ｖ以上である、ことを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の電池パック。
  13. 前記第１の電池セルの数：前記第２の電池セルの数＝（３～８）：（１８～２８）である、ことを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の電池パック。
  14. 異なる電池セルの隙間にコンデンサが設けられる、ことを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の電池パック。
  15. 電力消費装置であって、請求項１～１４のいずれか１項に記載の電池パックを含む、ことを特徴とする電力消費装置。

JP2022568960A 2021-10-26 2021-10-26 電池パック及び電力消費装置 Pending JP2023547579A (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2021/126372 WO2023070307A1 (zh) 2021-10-26 2021-10-26 电池包和用电装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023547579A true JP2023547579A (ja) 2023-11-13

Family

ID=86056406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022568960A Pending JP2023547579A (ja) 2021-10-26 2021-10-26 電池パック及び電力消費装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11811054B2 (ja)
EP (1) EP4199196A4 (ja)
JP (1) JP2023547579A (ja)
KR (1) KR102530204B1 (ja)
CN (1) CN116783753A (ja)
WO (1) WO2023070307A1 (ja)

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5169664A (en) * 1974-12-13 1976-06-16 Suwa Seikosha Kk Denshidokei
CN2548375Y (zh) * 2002-06-26 2003-04-30 赵铁英 镍－金属氢化物电池组模块及带有该模块的摄像机
US20080008933A1 (en) * 2005-12-23 2008-01-10 Boston-Power, Inc. Lithium-ion secondary battery
JP5414962B2 (ja) * 2006-01-16 2014-02-12 パナソニック株式会社 ハイブリッド電源装置
JP5558349B2 (ja) * 2007-07-12 2014-07-23 エー１２３ システムズ， インコーポレイテッド リチウムイオンバッテリー用の多機能合金オリビン
US9040187B2 (en) * 2010-07-13 2015-05-26 Apple, Inc. Battery pack with cells of different capacities electrically coupled in parallel
WO2014122776A1 (ja) * 2013-02-08 2014-08-14 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池の制御装置及び制御方法
US10128528B2 (en) * 2014-01-02 2018-11-13 Johnson Controls Technology Company Combinatorial chemistries for matching multiple batteries
KR101599962B1 (ko) * 2014-06-12 2016-03-07 삼화콘덴서공업 주식회사 에너지 저장 시스템
CN107004920B (zh) * 2014-12-26 2019-08-02 三洋电机株式会社 电池组
EP3530516B1 (en) * 2018-02-23 2022-07-06 Ningbo Geely Automobile Research & Development Co. Ltd. Electrical battery system
CN209267470U (zh) * 2019-01-18 2019-08-16 上海安平静电科技有限公司 脉冲交流放电电路和脉冲交流放电装置
US20210194079A1 (en) * 2019-12-23 2021-06-24 Cnpc Usa Corporation Hybrid battery system with multiple discharge voltage plateaus and greater charge capacity of metal in the negative electrode
CN111781522B (zh) * 2020-07-13 2022-11-25 深圳市道通科技股份有限公司 一种蓄电池检测方法、设备及存储介质
CN212625786U (zh) * 2020-08-06 2021-02-26 江苏德莱特高新能源技术有限公司 一种超低温锂电池系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP4199196A4 (en) 2023-08-23
WO2023070307A1 (zh) 2023-05-04
EP4199196A1 (en) 2023-06-21
US11811054B2 (en) 2023-11-07
KR102530204B1 (ko) 2023-05-09
CN116783753A (zh) 2023-09-19
US20230127431A1 (en) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4310983A1 (en) Battery pack and electrical apparatus
WO2023134340A1 (zh) 负极活性材料、负极极片、二次电池、电池模块、电池包及其用电装置
JP7413562B1 (ja) 電池パック及び電力消費装置
JP2023547579A (ja) 電池パック及び電力消費装置
JP7428828B2 (ja) 電池パック及び電力消費装置
WO2024011454A1 (zh) 电池包和用电装置
US20240055610A1 (en) Battery pack and electric device
US11901575B2 (en) Battery pack and power consuming device
WO2023245657A1 (zh) 电池包和用电装置
US11799161B2 (en) Battery pack and power consuming device
EP4276996A1 (en) Battery module, battery pack and electric device
US20240106060A1 (en) Battery pack and electric apparatus
KR20230058001A (ko) 음극 극판, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치
JP2023549443A (ja) 負極板、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置
CN115832211A (zh) 一种二次电池、含有其的电池模块、电池包及用电装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221111

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20221111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231205

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240227

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240514