JP2024509223A - 電池セル、電池および電気設備 - Google Patents

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Abstract

本願の実施例は、より高いスペース利用率を有する電池セル、電池および電気設備を提供する。前記電池セルは、縁部の第1領域が第1凹部として陥没形成された第1表面と、前記電池セルの第1電極端子を設けるために用いられる第2の表面であって、前記第1の表面および前記第2の表面が第1の方向に対して垂直である第2の表面と、前記第1の方向において前記第2の表面に突設され、かつ前記第1の凹部に正対する第1の電極端子とを含む電池セルであって、前記第1の方向において、前記第1の凹部の深さは、前記第1の電極端子の高さよりも大きく、前記第1の表面における前記第1の凹部の投影面積は、前記第1の表面における前記第1の電極端子の投影面積よりも大きい。

Description

本願は、2021年10月22日に中国特許庁に提出された出願番号が202122559769.5で、発明名称が「電池セル、電池および電気設備」である中国特許出願に対して優先権を主張し、その全ての内容は参照により本明細書に組み込まれている。
本願は、電池の技術分野に関し、特に電池セル、電池および電気設備に関する。
省エネルギーと排出削減は自動車産業の持続可能な発展の鍵である。この場合、電気自動車はその省エネルギーや環境にやさしい利点により、自動車産業の持続可能な発展の重要な部分になっている。電気自動車の場合、電池の技術はその発展に係る重要な要素である。
ペースの速い人々の移動に対応するため、電池は使用時の急速充電に応える必要がある。そのためには電池セルの容量を大きくしなければならない。これにより、電池セルの大きさが変わる可能性があり、より多くの収容スペースが取られてしまう。このように、電池セルのスペース利用率を如何に向上させるかが、解決すべき課題となっている。
本願は、電池セルのスペース利用率を高めることができる電池セル、電池および電気設備を提供する。
第1の態様では、
縁部の第1の領域が第1の凹部として陥没形成された第1の表面と、
電池セルの第1電極端子を設けるために用いられる第2の表面であって、前記第1の表面および前記第2の表面が第1の方向に対して垂直である第2の表面と、
前記第1の方向において前記第2の表面に突設され、かつ前記第1の凹部に正対する第1の電極端子と、を含む電池セルであって、
前記第1の方向において、前記第1の凹部の深さは、前記第1の電極端子の高さよりも大きく、前記第1の表面における前記第1の凹部の投影面積は、前記第1の表面における前記第1の電極端子の投影面積よりも大きい電池セルを提供する。
この技術案によると、電池セルの第1の表面の縁部に第1の凹部が設けられ、かつ電池セルの第1の電極端子が該第1の表面に対向する第2の表面に突設される。したがって、複数の電池セルが第1の電極端子の突出方向に沿って配列される場合、該電池セルに隣接する他の電池セルの第1の凹部が該電池セルの第1の電極端子を収容でき、該電池セルの第1の電極端子が追加のスペースを取る必要がなくなるため、電池セルのスペース利用率を向上させる。
可能な実施形態では、前記第1の方向において、前記電池セルの寸法と、前記電池セルの前記第1凹部の寸法との差は、2mm以上である。
該実施例では、第1の凹部の寸法要件を満たしつつ、電池セル内部のアダプタ部品、プラスチックシート、電極アセンブリなどの部品の収容スペースを確保するように、複数の電池セルが配列される第1の方向に沿って、電池セルは、第1の凹部に対応する位置に2mm以上の寸法を有する。
可能な実施形態では、前記第1の凹部は、前記第1の表面における第2の方向に沿った寸法が12mm以上であり、前記第2の方向は、前記電池セルの第3の表面に対して垂直であり、前記第3の表面は、前記第1の表面および前記第2の表面に対して垂直である。
該実施例では、第1の電極端子とその絶縁被覆層、電池セルのリベットブロック、およびリベットツールの位置決めなどのためのスペースを用意しておく必要から、第1の表面における電池セルの第1の凹部の第2の方向に沿った寸法は、例えば12mm以上など合理的な範囲に設定すべきである。
可能な実施形態では、前記第1の凹部は、前記第1の表面における第3の方向に沿った寸法が15mm以上であり、前記第3の方向は、前記第1の方向および第2の方向に対して垂直である。
可能な実施形態では、前記電池セルは、前記電池セルの電極アセンブリを収容するためのケースと、前記電極アセンブリを前記ケース内に封入するように前記ケースを覆うエンドキャップとを含み、前記ケースの底壁は、前記電池セルの前記第1表面を形成し、前記エンドキャップは、前記電池セルの前記第2の表面を形成する。
可能な実施形態では、前記電極アセンブリに対応する前記エンドキャップの領域は、前記ケースから離れる方向に突出して、前記エンドキャップの前記ケースに面する側に凹溝を形成する。
可能な実施形態では、前記凹溝は、前記電極アセンブリの組み立て時に前記電極アセンブリを位置決めするために用いられる。
可能な実施形態では、前記エンドキャップの縁部領域と前記凹溝との間の輪郭線は、前記ケースと前記エンドキャップとの溶接時に溶接軌跡を位置決めするために用いられる。
該実施例では、電池セルにおいて、電極アセンブリに対応するエンドキャップの領域は、ケースから離れる方向に突出して、エンドキャップのケースに面する側に凹溝を形成する。このような設計により、電極アセンブリの組み立て時に、該凹溝で電極アセンブリを位置決めできるだけではなく、ケースとエンドキャップとの溶接時に、該エンドキャップの縁部領域と該凹溝との間の輪郭線で溶接軌跡を位置決めすることも可能になる。
可能な実施形態では、前記凹溝の深さは、0.4mm~3mmである。
該実施例では、該凹溝の深さは、溶接時の溶接工具の位置に影響を与えないように大きすぎてはならず、また、上述の機能を実現するために小さすぎてはならないので、0.4~3mmとすることが好ましい。
可能な実施形態では、前記輪郭線と前記溶接軌跡との距離は、0.5mmよりも大きい。
可能な実施形態では、前記第1の表面の縁部の第2の領域は、第2の凹部として陥没形成され、前記第1の領域は、前記第1の表面の第2の方向における第1の端部に位置し、前記第2の領域は、前記第1の表面の前記第2の方向における第2の端部に位置し、前記電池セルの第2の電極端子は、前記第1の方向において前記電池セルの第2の表面に突設され、かつ前記第2の凹部に正対し、前記第2の電極端子と前記第1の電極端子の極性は反対である電池セルであって、前記第1の方向において、前記第2の凹部の深さは、前記第2の電極端子の高さよりも大きく、前記第1の表面における前記第2の凹部の投影面積は、前記第1の表面における前記第2の電極端子の投影面積よりも大きい。
該実施例では、電池セルの第1の表面の縁部の第1の領域が第1の凹部として陥没形成される以外、電池セルは、第2の凹部および第2の電極端子をさらに含む。ここで、電池セルの第1の表面の縁部の第2の領域は、該第2の凹部として陥没形成され、かつ電池セルの第2の電極端子は、該第1の表面に対向する第2の表面に突設される。したがって、複数の電池セルが該第2の電極端子の突出方向に沿って配列される場合、該電池に隣接する別の電池セルの第2の凹部は、該電池セルの第2の電極端子第1の電極端子を収容でき、追加のスペースを取る必要がなくなるため、電池セルのスペース利用率を向上させる。
第2の態様では、第1の態様または第1の態様の任意の可能な実施形態に係る電池セルを備える電池を提供する。
第3の態様では、第1の態様または第1の態様の任意の可能な実施形態に係る電池セルを備える電池を提供する。
第4の態様では、電気を供給するための第1の態様または第1の態様の任意の可能な実施形態に係る電池セルを備える電気設備を提供する。
本願の実施例の技術案をより明確に説明するために、以下は本願の実施例で使用すべき図面を簡単に説明する。明らかに、下記図面は本願の一部の実施例を示したものに過ぎず、当業者であれば、創造的な努力をせずに、これらの図面に基づいて他の図面をさらに取得できる。
本願の一実施例に係る車両の構造概略図である。
本願の一実施例に係る電池の構造概略図である。
本願の一実施例に係る電池セルの構造概略図である。
本願の一実施例に係る電池セルの構造概略図である。
本願の一実施例に係る電池の構造概略図である。
本願の一実施例に係る隣接する電池セルを母線部材を介して接続する場合の概略図である。
本願の一実施例に係る母線部材の構造概略図である。
本願の一実施例に係る母線部材の構造概略図である。
本願の一実施例に係る母線部材の構造概略図である。
本願の一実施例に係る母線部材の構造概略図である。
本願の一実施例に係る母線部材の寸法概略図である。
本願の一実施例に係る母線部材の寸法概略図である。
本願の一実施例に係る電池セルの構造概略図である。
本願の一実施例に係る電池セルのグループ化過程の概略図である。
本願の一実施例に係る電池セルの側面図である。
本願の一実施例に係る電池セルの側面図である。
本願の一実施例に係る電池セルのエンドキャップにおける凹溝の構造概略図である。
図面において、図面は実際の比例で描かれていない。
以下は、図面および実施例を参照しながら本願の実施の形態をさらに詳しく説明する。以下の実施例の詳細な説明および図面は、本願の原理を例示的に説明するために用いられるが、本願の範囲を限定するために用いられることはできず、つまり、本願は説明された実施例に限定されることはない。
本願の説明において、特に明記しない限り、「複数の」は、2つ以上を意味し、「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」などの用語が指す方位または位置関係は、本願の説明を容易にし簡略化することのみを意図しており、示された装置または素子が特定の方位を有し、特定の方位で構成され、動作しなければならないことを表示または暗示するわけではないため、本願を限定するものとして理解してはならない。また、「第1」、「第2」、「第3」などの用語は、目的を説明するものに過ぎず、相対的な重要性を示したり暗示したりするものとして理解してはならない。「垂直」は厳密意味での垂直ではなく、誤差の許容範囲内である。「平行」は厳密意味での平行ではなく、誤差の許容範囲内である。
以下の説明に現れる方位用語はいずれも、図面に示された方位であり、本願の具体的な構造を限定するものではない。なお、本願の説明において、特に明記・限定しない限り、技術用語の「装着」、「つながる」、「接続」などは、広義に理解されるべきである。例えば、固定接続、取り外し可能な接続、または一体化でもよく、直接つながっても中間媒体を介した間接つながってもよい。当業者からすれば、具体的な状況に応じて本願におけるこれらの用語の具体的な意味を理解できる。
本願の「および/または」という用語は、関連する対象の関連関係を説明するものに過ぎず、3つの関係があり得ることを意味する。「Aおよび/またはB」を例にすると、単にA、AとBの両方、単にBという3つの場合があり得る。また、本文における「/」は、一般的に前後の関連対象が「または」という関係を有すると示す。
特に定義しない限り、本明細書で用いられる全ての技術用語および科学用語は、本願に係る当業者が一般的に理解するものと同じ意味を有する。本明細書で用いられる用語は、具体的な実施例を説明するためだけであり、本願を限定することを意図するものではない。本願の明細書、特許請求の範囲および図面の簡単な説明における「含む」や「有する」という用語、並びにそれらのいかなる変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図するものである。本願の明細書や特許請求の範囲または上記図面における「第1」「第2」などの用語は、特定の順序や主従関係を表すためではなく、異なる対象を区別するために用いられる。
本明細書で言う「実施例」は、実施例に記載の特定の特徴、構造または特性を組み合わせたものが本願の少なくとも1つの実施例に含まれ得ることを意味する。本明細書の各箇所に現れるこの用語は、必ずしも全てが同じ実施例を指すものではなく、他の実施例と互いに排他的で独立または代替の実施例を意味するものでもない。本願に記載の実施例は、他の実施例と組み合わせることができることが、当業者には明示的にも暗黙的にも理解できる。
好ましい実施例を参照しながら本願を説明したが、本願の範囲から逸脱することなく、様々な改良を行うことができ、その構成要素を均等物と置き換えることができる。特に、各実施例で言及された各技術的特徴は、構造的な矛盾がない限り、任意の方法で組み合わせることができる。本願は、本文中に開示された特定の実施例に限定されるものではなく、請求項の範囲内の全ての技術案を含む。
本願において、電池とは、電気を供給するための1つまたは複数の電池セルを含む物理モジュールである。例えば、本願で言う電池は、電池モジュールまたは電池パックを含んでもよい。電池は通常、1つまたは複数の電池セルをパッケージングするための筐体を含んでいる。筐体は、液体やその他の異物による電池セルの充放電へとの影響を防止できる。
選択的に、電池セルは、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン一次電池、リチウム硫黄電池、ナトリウムリチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池またはマグネシウムイオン電池などを含んでもよく、本願の実施例ではそれに対する限定がない。一部の実施形態では、電池セルは電池コアとも呼ばれる。
電池セルは、正極シート、負極シートおよびセパレータからなる電極アセンブリと電解液とを含む。電池セルは、主に正極シートと負極シートの間での金属イオンの移動によって作動する。正極シートは、正極集電体と正極活物質層を含み、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集電体は、正極活物質層が塗布されている集電体から突出し、正極活物質層が塗布されていない集電体は正極タブとされている。リチウムイオン電池を例にすると、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、三元系リチウムまたはマンガン酸リチウムなどであってもよい。負極シートは、負極集電体と負極活物質層を含み、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集電体は負極活物質層が塗布されている集電体から突出し、負極活物質層が塗布されていない集電体は負極タブとされている。負極集電体の材料は銅であってもよく、負極活物質はカーボンやシリコンなどであってもよい。溶断することなく大電流が通れるように、正極タブは複数個で積層してなり、負極タブは複数個で積層してなる。セパレータの材質は、ポリプロピレン(polypropylene、PP)またはポリエチレン(polyethylene、PE)などであってもよい。また、電極アセンブリは巻回型構造でも積層型構造でもよく、本願の実施例はこれに限定されない。
異なる電力ニーズに応えるため、電池の複数の電池セル同士は、並列接続/直列接続/直並列接続が可能であり、直並列接続とは並列接続と直列接続の混合を指す。選択的には、複数の電池セルは、並列接続/直列接続/直並列接続して電池モジュールを形成してから、複数の電池モジュールが並列接続/直列接続/直並列接続して電池を形成してもよい。つまり、複数の電池セルが電池を直接形成してもよく、電池モジュールを形成してから、電池モジュールで電池を形成してもよい。電池はさらに電気設備に設けられ、電気設備に電気を供給する。
電池の筐体は、信号伝送アセンブリをさらに含んでもよい。信号伝送アセンブリは、電池セルの電圧および/または温度などの信号を伝達するために使用できる。該信号伝送アセンブリは、複数の電池セル同士の電気接続、例えば並列接続/直列接続/直並列接続を実現するための母線部材を含んでもよい。母線部材は、電池セルの電極端子への接続によって電池セル同士の電気接続を可能にする。一部の実施例では、母線部材は、溶接によって電池セルの電極端子に固定されてもよい。母線部材は電池セルの電圧を伝達し、複数の電池セルが直列接続されると高い電圧になり、それに応じて母線部材によって形成される電気接続は、「高圧接続」とも呼ばれる。
母線部材のほか、該信号伝送アセンブリは、電池セルの状態を感知するための感知部材をさらに含んでもよい。例えば、該感知部材は、電池セルの温度、充電状態などの感知信号の測定・伝送に使用できる。本願の実施例では、電池内の電気接続部材は、母線部材および/または感知部材を含んでもよい。
母線部材および感知部材は、絶縁層に封止されて信号伝送アセンブリを形成することができる。対応的に、信号伝送アセンブリは、電池セルの電圧および/または感知信号の伝送に使用できる。信号伝送アセンブリは、電池セルの電極端子との接続部に絶縁層を有しておらず、すなわち、ここでの絶縁層は、電池セルの電極端子と接続するための開口部を有する。
電池技術の発展は、エネルギー密度、サイクル寿命、放電容量、充放電倍率などの性能パラメータを同時に考慮しなければならない。また、電池の体積を小さくし、電池の応用シナリオを拡大するために、電池セルのスペース利用率を考慮する必要もある。
これに鑑み、本願は、電池セルの第1の表面の縁部に凹部が設けられ、電池セルの電極端子が、第1の表面に対向する第2の表面における対応位置に設けられる技術案を提供する。隣接する第1の電池セルおよび第2の電池セルについて、第2の電池セルの凹部は、第1の電池セルの電極端子を収容するために使用できるため、電極端子は追加のスペースを取らなくて済む。母線部材が第2の電池セルの側壁を迂回するようにし、その両端を第1の電池セルおよび第2の電池セルの電極端子にそれぞれ接続させれば、二つの電池セル同士の電気接続を実現することができる。
本願の実施例に記載の技術案は、携帯電話、携帯式装置、ノートパソコン、電気自転車、電動玩具、電動工具、電気自動車、船舶、宇宙機など電池を用いるさまざまな装置に適用でき、例えば、宇宙機は、飛行機、ロケット、スペースシャトル、宇宙船などを含む。
なお、本願の実施例に記載の技術案は、上述した装置に適用されるだけではなく、電池を使用する全ての装置にも適用可能であると理解すべきであるが、説明を簡略化するために、以下の実施例はいずれも電気自動車を例として説明する。
例えば、図1は、本願の一実施例に係る車両1の構造概略図を示している。車両1は、ガソリン自動車、天然ガス自動車または新エネルギー自動車であってもよい。新エネルギー自動車は、純電気自動車、ハイブリッド自動車またはレンジエクステンダー電気自動車などであってもよい。車両1の内部には、モータ40、コントローラ30および電池10が設けられてもよい。コントローラ30は、電池10のモータ40への給電を制御するためである。例えば、車両1の底部または頭部または後部には、電池10が設けられてもよい。電池10は、車両1の給電に適用し、例えば、電池10を車両1の動作電源として、車両1の回路システムに使用することができ、例としては、車両1の始動時、ナビゲーション時、走行時の作業用電力として用いられる。本願の別の実施例では、電池10は車両1の動作電源だけではなく、車両1の駆動電源として、ガソリンや天然ガスの代替又は部分的な代替として車両1に駆動力を提供することが可能である。
電池10は、複数の電池セルを含んでもよい。例えば、図2は、本願の一実施例に係る電池10の構造概略図を示している。電池10は、少なくとも一つの電池モジュール200を含んでもよい。電池モジュール200は、複数の電池セル20を含む。電池10は、内部が中空構造である筐体11をさらに含み、筐体11に複数の電池セル20が収容されてもよい。図2に示すように、筐体11は二つの部分を含んでもよく、ここでそれぞれ第1の部分111(上筐体)および第2の部分112(下筐体)と呼び、第1の部分111と第2の部分112が嵌合されている。第1の部分111および第2の部分112の形状は、複数の電池セル20を組み合わせてなる形状によって決められる。第1の部分111および第2の部分112のうちの少なくとも一方が一つの開口を有してもよい。例えば、図2に示すように、第1の部分111および第2の部分112の両方とも、それぞれ1つの開口面のみを有する中空の直方体であってもよく、第1の部分111の開口と第2の部分112の開口は対向して設けられ、かつ第1の部分111と第2の部分112が互いに篏合されて密閉キャビティを有する筐体11を形成している。さらに、例えば、図2に示すものと異なり、第1の部分111および第2の部分112のうちの一方のみが開口を有する中空の直方体で、他方が開口を覆うための板状体であってもよい。例えば、ここで第2の部分112が一つの面のみが開口面である中空の直方体で、第1の部分111が板状体である場合を例とすると、第1の部分111が第2の部分112の開口部を覆うことによって、複数の電池セル20を収容するための密閉キャビティを有する筐体を形成する。複数の電池セル20は、互いに並列接続/直列接続/直並列接続して組み合わせた後に、第1の部分111の筐体と第2の部分112の筐体が篏合されてなる筐体11内に設けられている。
選択的に、電池10は他の構造を含んでもよいが、ここでは省略する。例として、該電池10は、複数の電池セル20同士の電気接続、例えば並列接続/直列接続/直並列接続を実現するための母線部材をさらに含んでもよい。具体的には、母線部材は、電池セル20の電極端子への接続によって電池セル20同士の電気接続を実現できる。さらに、母線部材は、溶接によって電池セル20の電極端子に固定されることができる。複数の電池セル20の電気エネルギーは、さらに導電機構を介して筐体から引き出されてもよい。選択的には、導電機構は母線部材に属してもよい。
異なる電力ニーズに応じて、電池セル20の数は任意の数値に設定してもよい。大容量化、高出力化を実現するために、複数の電池セル20を直列接続/並列接続/直並列接続の形態で接続することが可能である。各電池10に含まれる電池セル20の数が多い可能性があるため、装着の便宜上、電池セル20をグループ化し、各グループの電池セル20で電池モジュールを形成してもよい。電池モジュールに含まれる電池セル20の数は制限がなく、必要に応じて設置できる。電池は、複数の電池モジュールを含んでもよい。これらの電池モジュールは、直列接続/並列接続/直並列接続の形態で接続することが可能である。
例として、図3は、本願の一実施例に係る電池セル20の構造概略図を示している。電池セル20は、一つまたは複数の電極アセンブリ22、ケース211およびエンドキャップ212を含む。ケース211およびエンドキャップ212は、ハウジングまたは電池ボックス21を形成する。ケース211の壁およびエンドキャップ212はともに電池セル20の壁と呼ばれる。ここで、直方体型の電池セル20の場合、ケース211の壁は底壁および四つの側壁を含む。ケース211は、一つまたは複数の電極アセンブリ22を組み合わせてなる形状によって決められる。例えば、ケース211は、中空の直方体または正方体または円筒体であってもよく、かつケース211のうちの一つの面は、一つまたは複数の電極アセンブリ22がケース211内に配置できるための開口を有する。例えば、ケース211が中空の直方体または正方体である場合、ケース211のうちの一つの平面は開口面であり、つまり該平面は壁体を有しないため、ケース211が内外に貫通している。ケース211が中空の円筒体である場合、ケース211の端面は開口面であり、つまり該端面が壁体を有しないため、ケース211が内外に貫通している。エンドキャップ212は、開口を被覆しながらケース211に接続されることで、電極アセンブリ22を置くための密閉キャビティを形成する。ケース211内には電解質、例えば電解液が充填されている。
該電池セル20は、二つの電極端子214をさらに含んでもよい。二つの電極端子214はエンドキャップ212に設けられてもよい。エンドキャップ212は通常、平板状であり、二つの電極端子214はエンドキャップ212の平板面に固定され、二つの電極端子214はそれぞれ正極端子214aと負極端子214bである。各電極端子214には、エンドキャップ212と電極アセンブリ22との間に位置し、電極アセンブリ22と電極端子214とを電気接続するための一つの接続部材23または集電部材23とも呼ばれるものが対応して設けられている。
図3に示すように、各電極アセンブリ22は、第1タブ221aおよび第2タブ222aを有する。第1タブ221aと第2タブ222aの極性は反対である。例えば、第1タブ221aが正極タブである場合、第2タブ222aが負極タブである。一つまたは複数の電極アセンブリ22の第1タブ221aは一つの接続部材23を介して一つの電極端子に接続され、一つまたは複数の電極アセンブリ22の第2タブ222aは、別の接続部材23を介して別の電極端子に接続される。例えば、正極端子214aが一つの接続部材23を介して正極タブに接続される場合、負極端子214bは別の接続部材23を介して負極タブに接続される。
該電池セル20において、実際の使用ニーズに応じて、電極アセンブリ22は、一つまたは複数に設けられてもよい。図3に示すように、電池セル20内には、4つの独立した電極アセンブリ22が設けられている。
電池セル20には、電池セル20の内部の圧力または温度が閾値に達したときに、内部の圧力または温度を解放するための圧力解放機構213がさらに設けられてもよい。
圧力解放機構213は可能な各種の圧力解放構造であってもよく、本願の実施例ではそれに対する限定がない。例えば、圧力解放機構213は感温式圧力解放機構であってもよく、感温式圧力解放機構は、圧力解放機構213が設けられている電池セル20の内部温度が閾値に達すると溶融できるように設けられ、および/または、圧力解放機構213は感圧式圧力解放機構であってもよく、感圧式圧力解放機構は、圧力解放機構213が設けられている電池セル20の内部の気圧が閾値に達すると破裂できるように設けられる。
なお、本願実施例における電池10に含まれている複数の電池セル20は、筐体11内で任意の方向に沿って配列・配置できることを理解されたい。例えば、図3に示す直方体形状の電池セル20の場合、図2に示すように、装着後の複数の電池セル20のエンドキャップ212が上筐体111に面し、電池セル20のケース211の底壁が下筐体112に面するように、複数の電池セル20を図3に示すように縦方向に筐体内に装着することができる。さらに、例えば、図2とは異なり、図3に示す複数の電池セル20を横方向に筐体内に設けてもよい。
前記図3に示す角形電池セル20は、グループ化の際に衝撃などの外力を受けると、電池セル20同士が互いにずれやすく、母線部材が電池セル20の電極端子214間を引っ張ってしまうとともに、電池セル20の側壁面積が大きくて変形しやすくなる。このため、電池セル20の形状をブレード状に設置してもよく、すなわち、電池セルの長さを増やすことによって、電池セル20のケース211が一定の支持機能を果たし、力の一部を分担し、さらに電極端子214を電池セル20の長さ方向の端部に設けることによって、母線部材による電池セルの電極端子214間の引っ張りを軽減する。
電池セル20のエネルギー密度が一定の場合、電池セル20の長さ方向の寸法が大きくなると、厚さ方向の寸法が小さくなり、電池セル20が平坦になっていくのは、電池セル20の容量が過大になって電極端子の過電流が大きくなりすぎて、電極端子で発生する熱が電池セル20の使用時の温度要求を超えることを回避するためである。電池セル20の厚さが薄くなるため、電池セル20の端部に電極端子214を設ける場合、電極端子214の寸法が制限されてしまい、電極端子214の寸法が小さすぎると、過電流の要求に応えられなくなる。
このため、本願実施例は、図4に示すようなブレード状の電池セル20を採用してもよい。図4に示すように、電池セル20は、第1の表面251、第2の表面252および第1の電極端子214aを含む。第1の表面251の縁部の第1の領域は、第1の凹部241として陥没形成され、第2の表面252は、電池セル20の第1の電極端子214aを設けるために用いられ、第1の表面251および第2の表面252は第1の方向Xに対して垂直である。
電池セル20は、第1の電極端子をさらに含む。第1の電極端子は正極端子214aまたは負極端子214bであってもよく、以下は第1の電極端子が正極端子214aである場合を例として説明する。ここで、第1の電極端子214aは、第1の方向Xにおいて電池セル20の第2の表面252に突設され、かつ第1の凹部241に正対する。図4における正極端子214aは、負極端子214bと位置を入れ替えてもよく、以下では、いずれも第1の凹部241の対応位置の電極端子が正極端子214aである場合を例として説明する。
第1の表面251は、電池セル20のケース211の底壁であってもよく、第1の表面251の第1の領域は、電池セル20のX方向における縁部に位置する。第2の表面252は、電池セルのエンドキャップ212の表面であってもよい。ここで、第1の方向Xにおける第1の凹部241の深さは、第1の電極端子214aの高さよりも大きく、かつ第1の表面251における第1の凹部241の投影面積は、第1の表面251における第1の電極端子214aの投影面積よりも大きい。このように、第1の凹部241は、電池セル20の第1の方向に隣接して設けられた他の電池セル20の第1の電極端子214aを収容することができる。
具体的には、図5は、本願の一実施例に係る電池10の側面図を示している。電池10は、筐体211と、筐体211内に収容されている複数の電池セル20とを含む。例えば、隣接する第1の電池セル201および第2の電池セル202を含む。複数の電池セル20は、第1の方向Xに沿って配列されており、複数の電池セル20における各電池セル20の第1の表面251の縁部の第1の領域は、第1の凹部241として陥没形成されている。各電池セル20の第1の電極端子214aは、該電池セル20の第2の表面252に突設されている。ここで、第1の電極端子214aの突出方向は、第1の方向Xである。
電池10は、隣接して設けられた二つの電池セル20の第1の電極端子214aを電気接続するための第1の母線部材26をさらに含む。例えば、第1の電池セル201と第2の電池セル202との間の母線部材26は、第1の電池セル201の第1の電極端子214aと、第2の電池セル202の第1の電極端子214aとを電気接続するために用いられる。図6に示すように、第1の母線部材26は、第1の方向Xに平行な第2の電池セル202の側壁を迂回し、これにより第1の母線部材26の第1の端部261が第1の電池セル201の第1の電極端子214aに接続され、第1の母線部材26の第2の端部262が第2の電池セル202の第1の電極端子214aに接続される。ここで、第1の母線部材26の第1の端部261と、第1の電池セル201の第1の電極端子214aとは、共に第2の電池セル202の第1の凹部241内に収容されている。
電池セル20の第1の表面251の縁部には、第1の凹部241が設けられ、かつ電池セル20の第1の電極端子214aは、第1の表面251に対向する第2の表面252に突設される。このため、複数の電池セル20が第1の電極端子214aの突出方向に沿って配列される場合、隣接する二つの電池セルにおける第2の電池セル202の第1の凹部241は、第1の電池セル201の第1の電極端子214aを収容でき、二つの電池セル20を接続するための第1の母線部材26を収容することができる。第1の母線部材26は、第1の母線部材26の第1の端部261が第1の電池セル201の第1の電極端子214aに接続され、第2の端部262が第2の電池セル202の第1の電極端子214aに接続されるように、第2の電池セル202の側壁を迂回できる。複数の電池セル20がそれぞれの第1の電極端子214aの突出方向Xに沿って配列され、かつ第1の電極端子214aが隣接する電池セル20の第1の凹部241内に収容され、モジュール組立用スペースを占有しなくて済むため、電池セル20のスペース利用率を向上させる。
一実施形態では、図7に示すように、第1の母線部材26は、第1の端部261、第2の端部262、第1の端部261と第2の端部262との間に位置する折曲部263を含む。ここで、折曲部263は、第1の母線部材26が第2の電池セル202の第1の方向Xに平行な側壁を迂回するように折曲可能に設けられる。
このように、第1の母線部材26に折曲部263を設けることにより、複数の電池セル20をグループ化する際に、第1の母線部材26は、電池セル20の側壁を一層迂回しやすくなり、第1の母線部材26の装着が容易となる。
一実施形態では、図7に示すように、折曲部263は、第1の折曲領域2631、第2の折曲領域2632、および中間領域2633を含む。ここで、第1の折曲領域2631は、第1の端部261と中間領域2633とを接続するために曲げるのに用いられ、第2の折曲領域262は、第2の端部262と中間領域2633を接続するために曲げるのに用いられる。
一実施形態では、図7に示すように、第1の折曲領域2631の厚さおよび第2の折曲領域2632の厚さは、中間領域2633の厚さよりも小さい。このように、第1の母線部材26の折曲部263の第1の折曲領域2631の厚さおよび第2の折曲領域2632の厚さは、中間領域2633の厚さよりも小さく、第1の折曲領域2631および第2の折曲領域2631を薄くすることに相当し、第1の母線部材26の折り曲げが実現しやすくなる。
一実施形態では、中間領域2633は、電池セル20の第1の表面251および第2の表面252に対して垂直である。第1の母線部材26の折曲部の中間領域が、電池セル20の第1の表面251および第2の表面252に対して垂直であるため、第1の表面251および第2の表面252に垂直な方向において、第1の母線部材26が占めるスペースは最小限となり、電池セルのスペース利用率がさらに向上する。
さらに、図8に示すように、中間領域2633には、第1の母線部材26の強度を向上させるための補強リブ264が形成されていてもよい。補強リブ264は、例えば、第1の方向Xに平行であってもよい。
一実施形態では、図9に示すように、折曲部263の電池セル20に面する表面には、絶縁層265が設けられており、該絶縁層は、例えば絶縁パッチまたは絶縁コーティング層であってもよく、あるいは、別の実施形態では、図10に示すように、折曲部263は、絶縁材料266で包まれている。折曲部263に、絶縁層265を設けたり、絶縁材料266を巻いたりすることで、第1の母線部材26と電池セル20の第1の電極端子214aとの電気的接触が回避できるため、電池10の安全性が向上する。
一実施形態では、図11に示すように、第1の方向Xにおいて、第1の凹部241の寸法H1は、第1の電極端子214aの高さH3と第1の母線部材26の寸法H2との和よりも大きいため、電池セル20の第1の凹部241が、隣接する他の電池セル20の第1の電極端子214aおよび第1の母線部材26を収容することができる。
例えば、第1の方向Xにおいて、電池セル20の寸法H0(第1の電極端子214aの高さH3を除く)と電池セル20の第1の凹部241の寸法H2との差は、2mm以上、つまりH0-H1>2mmであってもよい。このように、第1の方向Xにおいて、電池セル20の第1の凹部241に対応する位置の寸法が2mm以上である場合、第1の凹部241の寸法要件を満たしつつ、電池セル20内部のアダプタ部品、プラスチックシート、電極アセンブリ22などの部品の収容スペースを確保することが可能となる。
さらに、例えば、図12に示すように、第1の凹部241は、第1の表面251における第2の方向Yに沿った寸法L0が12mm以上であり、第2の方向Yは、電池セル20の第3の表面253に対して垂直であり、第3の表面253は、第1の表面251および第2の表面252に対して垂直である。
第2の方向Yにおいて、第1の電極端子214aとその絶縁被覆層、電池セル20のリベットブロック27、およびリベットツールの位置決めなどのためのスペースを用意しておく必要から、第1の表面251における電池セル20の第1の凹部241の第2の方向Yに沿った寸法は、例えば12mm以上など合理的な範囲に設定すべきである。通常、第1の電極端子214aの過電流要求を確保するために、第1の電極端子214aの直径Dは通常、D≧5mmを満たす。リベットブロック27の第2の方向Yにおける片側の寸法は、例えばL1≧2~3mmとすることができ、第1の電極端子214aを包むための絶縁被覆層の片側の厚さは、例えばL2≧0.6mmとすることができ、リベット治具の位置決め時の片側の隙間は、例えばL3≧1mmとすることができる。したがって、第1の凹部241の第2の方向Yに沿った寸法L0は、通常、5+(2+0.6+1)*2=12.2mmよりも大きくする必要がある。
さらに、例えば、図12に示すように、第1の凹部241は、二つの第1の電極端子214a同士の間隔および各第1の電極端子214aの絶縁被覆層の厚さなどの要求を満たすために、第1の表面251における第3の方向Zに沿った寸法L4が15mm以上とする。
一実施形態では、図13に示すように、各電池セル20の第1の表面251の縁部の第2の領域は、第2の凹部242として陥没形成されている。ここで、第1の領域は、第1の表面251の第2の方向Yにおける第1の端部に位置し、第2の領域は、第1の表面251の第2の方向Yにおける第2の端部に位置する。ここで、各電池セル20の第2の電極端子214bは、該電池セル20の第2の表面252に突設されており、第2の電極端子214bと第1の電極端子214aの極性は反対である。図13における正極端子214aは、負極端子214bと位置を入れ替えてもよく、本願では、第2の凹部242の対応する位置の電極端子が負極端子214bである場合を例として説明する。
図14に示すように、複数の電池セル20は、第2の電池セル202に隣接する第3の電池セル203をさらに含み、電池10は、第2の電池セル202の第2の電極端子214bと第3の電池セル203の第2の電極端子214bとを接続するための第2の母線部材27をさらに含む。同様に、第2の母線部材27は、最終的に、第1の方向Xに平行な第3の電池セル203の側壁を迂回し、これにより、第2の母線部材27の第1の端部が第2の電池セル202の第2の電極端子214bに接続され、第2の母線部材27の第2の端部が第3の電池セル203の第2の電極端子214bに接続される。ここで、第2の母線部材27の第2の電池セル202に接続される第1の端部と、第2の電池セル202の第2の電極端子214bとは、共に第3の電池セル203の第2の凹部242内に収容されている。
なお、第2の凹部242および第2の母線部材27の詳細について、第1の凹部241および第1の母線部材26に関連する前記説明を参照することができ、簡潔化のためにここでは説明を省略する。電池セル20の第2の表面252には、第1の凹部241に対応する位置に第1の電極端子が設けられ、電池セル20の第2の表面252には、第2の凹部242に対応する位置に第2の電極端子が設けられ、第1の電極端子および第2の電極端子は、それぞれ正極端子214aおよび負極端子214bとしてもよく、あるいは第1の電極端子および第2の電極端子は、それぞれ負極端子214bおよび正極端子214aとすることができる。
以下は、複数の電池セル20をグループ化する過程について、第1の電池セル201と第2の電池セル202の第1の電極端子214a同士の接続を例として説明する。第1の電池セル201の設置が完了した後、第1の母線部材26の第1の端部261と第1の電池セル201の第2の表面252の対応する位置の第1の電極端子214aとを溶接する。次に、第2の電池セル202の第2の表面251を第1の電池セル201の第1の表面に向けて積層するとともに、第1の電池セル201の第1の電極端子214aを第2の電池セル202の第1の凹部241に収容させる。さらに、第1の母線部材26を折り曲げ、第1の方向Xに平行な第2の電池セル202の側壁を迂回させ、第1の母線部材26の第2の端部262と第2の電池セル202の第1の電極端子214aとを溶接する。このように、第1の電池セル201と第2の電池セル202の第1の電極端子214a同士の電気接続が完了する。同様に、隣接する第2の電池セル202と第3の電池セル203の第2の電極端子214b同士の電気接続を実現することもできる。複数の電池セル20を同様にグループ化して電池10を形成する。
一実施形態では、図15~図17を参照すると、図16は、図15に示す電池セルのA-A方向、つまり第2の方向Yに沿った断面図であり、図17は、図16における領域Bの部分拡大図である。電極アセンブリ22に対応する電池セル20のエンドキャップ212の領域は、エンドキャップ212のケース211に面する側に凹溝2121を形成するように、ケース211から離れる方向に突起している。
凹溝2121は、電極アセンブリ22の組み立て時に、電極アセンブリ22の位置決めを可能にする。さらに、エンドキャップ212の縁部領域と凹溝2121との間の輪郭線2122は、ケース211とエンドキャップ212との溶接時に、溶接軌跡を位置決めするために用いられる。
選択的には、第1の方向Xに垂直な平面の断面において、凹溝2121の寸法は、電極アセンブリ22が凹溝2121に収容され得るように、電極アセンブリ22の寸法以上である。
図17に示すように、第1方向Xにおける凹溝2121の深さR1は、例えば、0.4mm~3mmである。凹溝2121の深さは、溶接時の溶接工具の位置に影響を与えないように大きすぎてはならず、また、上述の機能を実現するために小さすぎてはならないので、0.4~3mmとすることが好ましい。
図16に示すように、輪郭線2122と溶接軌跡との間の距離R2は、溶接中の溶接工具の位置を確保するように、例えば0.5mmよりも大きくてもよく、これによりレーザ溶接レンズの位置決め要求に影響を与えない。
このように、電池セル20において、電極アセンブリ22に対応するエンドキャップ212の領域は、そのケース211から離れる方向に突出して、エンドキャップ212のケース211に面する側に凹溝2121を形成する。このような設計により、電極アセンブリ22の組み立て時に、凹溝2121で電極アセンブリ22を位置決めできるだけでなく、ケース211とエンドキャップ212との溶接時に、該エンドキャップ212の縁部領域と該凹溝2121との間の輪郭線2122で溶接軌跡を位置決めすることも可能になる。
本願の一実施形態は、電気設備をさらに提供し、該電気装置は、電気を供給するための上述した各実施例に係る電池10を含んでもよい。選択的に、電気設備は、車両、船舶、または宇宙機であってもよい。
上記実施例に係る電池10を電気装置に設けることにより、電池10内の電池セル20の電極端子が隣接する電池セルの凹部に収容されるので、省スペース化、スペース効率の向上、電気装置の普及や使用の容易化を図ることができる。
好ましい実施例を参照しながら本願を説明したが、本願の範囲から逸脱することなく、様々な改良を行うことができ、その構成要素を均等物と置き換えることができる。特に、各実施例で言及された各技術的特徴は、構造的な矛盾がない限り、任意の方法で組み合わせることができる。本願は、本文中に開示された特定の実施例に限定されるものではなく、請求項の範囲内の全ての技術案を含む。
1 車両
10 電池
11 筐体
20 電池セル
21 電池ボックス
22 電極アセンブリ
23 接続部材
26 第1の母線部材
27 第2の母線部材
30 コントローラ
40 モータ
111 第1の部分
112 第2の部分
200 電池モジュール
201 第1の電池セル
202 第2の電池セル
203 第3の電池セル
211 ケース
212 エンドキャップ
213 圧力解放機構
214 電極端子
214a 第1の電極端子
214b 第2の電極端子
221a 第1タブ
222a 第2タブ
241 第1の凹部
242 第2の凹部
251 第1の表面
252 第2の表面
253 第3の表面
261 第1の端部
262 第2の端部
263 折曲部
264 補強リブ
265 絶縁層
266 絶縁材料
2121 凹溝
2122 輪郭線
2631 第1の折曲領域
2632 第2の折曲領域
2633 中間領域
該実施例では、電池セルの第1の表面の縁部の第1の領域が第1の凹部として陥没形成される以外、電池セルは、第2の凹部および第2の電極端子をさらに含む。ここで、電池セルの第1の表面の縁部の第2の領域は、該第2の凹部として陥没形成され、かつ電池セルの第2の電極端子は、該第1の表面に対向する第2の表面に突設される。したがって、複数の電池セルが該第2の電極端子の突出方向に沿って配列される場合、該電池に隣接する別の電池セルの第2の凹部は、該電池セルの第2の電極端子を収容でき、第2の電極端子が追加のスペースを取る必要がなくなるため、電池セルのスペース利用率を向上させる。
第1の表面251は、電池セル20のケース211の底壁であってもよく、第1の表面251の第1の領域は、電池セル20の第1の方向Xにおける縁部に位置する。第2の表面252は、電池セルのエンドキャップ212の表面であってもよい。ここで、第1の方向Xにおける第1の凹部241の深さは、第1の電極端子214aの高さよりも大きく、かつ第1の表面251における第1の凹部241の投影面積は、第1の表面251における第1の電極端子214aの投影面積よりも大きい。このように、第1の凹部241は、電池セル20の第1の方向に隣接して設けられた他の電池セル20の第1の電極端子214aを収容することができる。
一実施形態では、図7に示すように、第1の折曲領域2631の厚さおよび第2の折曲領域2632の厚さは、中間領域2633の厚さよりも小さい。このように、第1の母線部材26の折曲部263の第1の折曲領域2631の厚さおよび第2の折曲領域2632の厚さは、中間領域2633の厚さよりも小さく、第1の折曲領域2631および第2の折曲領域2632を薄くすることに相当し、第1の母線部材26の折り曲げが実現しやすくなる。
以下は、複数の電池セル20をグループ化する過程について、第1の電池セル201と第2の電池セル202の第1の電極端子214a同士の接続を例として説明する。第1の電池セル201の設置が完了した後、第1の母線部材26の第1の端部261と第1の電池セル201の第2の表面252の対応する位置の第1の電極端子214aとを溶接する。次に、第2の電池セル202の第2の表面252を第1の電池セル201の第1の表面に向けて積層するとともに、第1の電池セル201の第1の電極端子214aを第2の電池セル202の第1の凹部241に収容させる。さらに、第1の母線部材26を折り曲げ、第1の方向Xに平行な第2の電池セル202の側壁を迂回させ、第1の母線部材26の第2の端部262と第2の電池セル202の第1の電極端子214aとを溶接する。このように、第1の電池セル201と第2の電池セル202の第1の電極端子214a同士の電気接続が完了する。同様に、隣接する第2の電池セル202と第3の電池セル203の第2の電極端子214b同士の電気接続を実現することもできる。複数の電池セル20を同様にグループ化して電池10を形成する。

Claims (14)

  1. 縁部の第1の領域が第1の凹部として陥没形成された第1の表面と、
    電池セルの第1電極端子を設けるために用いられる第2の表面であって、前記第1の表面および前記第2の表面が第1の方向に対して垂直である第2の表面と、
    前記第1の方向において前記第2の表面に突設され、かつ前記第1の凹部に正対する第1の電極端子と、を含む電池セルであって、
    前記第1の方向において、前記第1の凹部の深さは、前記第1の電極端子の高さよりも大きく、前記第1の表面における前記第1の凹部の投影面積は、前記第1の表面における前記第1の電極端子の投影面積よりも大きいことを特徴とする電池セル。
  2. 前記第1の方向において、前記電池セルの寸法と、前記電池セルの前記第1の凹部の寸法との差は、2mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の電池セル。
  3. 前記第1の凹部は、前記第1の表面における第2の方向に沿った寸法が12mm以上であり、前記第2の方向は、前記電池セルの第3の表面に対して垂直であり、前記第3の表面は、前記第1の表面および前記第2の表面に対して垂直であることを特徴とする請求項1または2に記載の電池セル。
  4. 前記第1の凹部は、前記第1の表面における第3の方向に沿った寸法が15mm以上であり、前記第3の方向は、前記第1の方向および第2の方向に対して垂直であることを特徴とする請求項3に記載の電池セル。
  5. 前記電池セルは、前記電池セルの電極アセンブリを収容するためのケースと、前記電極アセンブリを前記ケース内に封入するように前記ケースを覆うエンドキャップとを含み、前記ケースの底壁は、前記電池セルの前記第1の表面を形成し、前記エンドキャップは、前記電池セルの前記第2の表面を形成することを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の電池セル。
  6. 前記電極アセンブリに対応する前記エンドキャップの領域は、前記ケースから離れる方向に突出して、前記エンドキャップの前記ケースに面する側に凹溝を形成することを特徴とする請求項5に記載の電池セル。
  7. 前記凹溝は、前記電極アセンブリの組み立て時に前記電極アセンブリを位置決めするために用いられることを特徴とする請求項6に記載の電池セル。
  8. 前記エンドキャップの縁部領域と前記凹溝との間の輪郭線は、前記ケースと前記エンドキャップとの溶接時に溶接軌跡を位置決めするために用いられることを特徴とする請求項6または7に記載の電池セル。
  9. 前記凹溝の深さは、0.4mm~3mmであることを特徴とする請求項6~8のいずれか1項に記載の電池セル。
  10. 前記輪郭線と前記溶接軌跡との距離は、0.5mmよりも大きいことを特徴とする請求項8に記載の電池セル。
  11. 前記第1の方向に垂直な平面の断面において、前記凹溝の寸法は、前記電極アセンブリの寸法以上であることを特徴とする請求項6~10のいずれか1項に記載の電池セル。
  12. 前記第1の表面の縁部の第2の領域は、第2の凹部として陥没形成され、前記第1の領域は、前記第1の表面の第2の方向における第1の端部に位置し、前記第2の領域は、前記第1の表面の前記第2の方向における第2の端部に位置し、前記電池セルの第2の電極端子は、前記第1の方向において前記電池セルの第2の表面に突設され、かつ前記第2の凹部に正対し、前記第2の電極端子と前記第1の電極端子の極性は反対である電池セルであって、
    前記第1の方向において、前記第2の凹部の深さは、前記第2の電極端子の高さよりも大きく、前記第1の表面における前記第2の凹部の投影面積は、前記第1の表面における前記第2の電極端子の投影面積よりも大きいことを特徴とする請求項1~11のいずれか1項に記載の電池セル。
  13. 請求項1~12のいずれか1項に記載の電池セルを備える電池。
  14. 電気を供給するための請求項1~12のいずれか1項に記載の電池セルを備える電気設備。
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