JP5592481B2 - 単セルおよび該単セルを備えるパワーバッテリパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリに関する。より詳細には、改良された構造を備える単セルおよび該単セルを備えるパワーバッテリパックに関する。

今日、バッテリが広範に使用されるにつれ、バッテリ性能の向上に対する要求が高まっている。電気自動車などの最近の装置では、高出力が要求される。一般に、複数個の単セルが接続されて、パワーバッテリパックが形成される。また、一般に、単セルのボルトとナットは、正極と負極としてそれぞれ用いられ、該正極と負極は並列および／または直列に接続されて、高出力を有する所望の出力源を形成する。しかしながら、該接続は、高接触抵抗と高重量化などの原因になり得る。

上記実情に鑑みて、本発明は、従来技術に存在する課題、例えば、接続が不安定であるという課題、シールが弱いため、バッテリの安全性と出力特性に影響を及ぼすという課題を少なくとも１つ解決することを目的とする。このため、単セルが提供される。該単セルによれば、従来の単セル中での不安定な接続と密封性の欠点を改善できるので、より安全で信頼性の高いセルが提供される。さらに、該単セルを備えるパワーバッテリパックが提供される。

本発明の一実施形態によれば、単セルが提供される。該単セルは、外殻と、前記外殻の開口端をシールするカバー板と、前記外殻の内側に収容される電極の芯部と、前記外殻の内側の前記電極コアに接続される第１の端部、前記外殻の外側に突出する第２の端部、および前記第１の端部と前記第２の端部の間を連絡するとともに、絶縁されて前記カバー板を貫通する中央部を有して、前記カバー板を貫通する電極端子と、を備える。前記第１の端部と前記第２の端部は、互いに結合された柔軟性を有する複数個の導電材によって形成され得る。

本発明の一実施形態によれば、パワーバッテリパックが提供される。該パワーバッテリパックは、上述した単セルを複数個含んでもよい。該単セルは、並列、直列、または並列と直列を組み合わせて接続されてもよい。

本発明の一実施形態によれば、本発明は、さらに、上述した単セルを複数個含むパワーバッテリパックを提供する。複数個の単セルは、並列、直列または並列と直列を組み合わせて互いに接続される。

上述のように、単セル中の電極端子の第１の端部は、柔軟性を有する導電シートの複数枚の層を巻き回したり、重ねたり、あるいは柔軟性を有する複数本の導電ワイヤを組み合わせて形成されるので、電気的なコアの間の相対的な運動、例えば、滑動は、単セル中の接続部に影響を及ぼさない。また、溶接などが原因となる振動は、バッテリのシール構造にほとんど衝撃を与えない。

さらに、単セル中の電極端子の第２の端部は、柔軟性を有する導電シートの複数枚の層を巻き回したり、重ねたり、あるいは柔軟性を有する複数本の導電ワイヤを組み合わせて形成され、層構造または積層構造を備える端部によって、柔軟性と緩衝性が高められるので、セルの相対運動、例えば、滑動は、単セル中の接続部に全く影響を及ぼさないか、あるいは影響が制限されるようになる。さらに、上述した理由のため、バッテリの動作は、パワーバッテリパック、特に、電気自動車の走行中に振動が長時間持続する電気自動車のパワーバッテリパックの出力性能に影響を及ぼさないか、あるいは影響が制限される。

本発明のこれらの態様と利点、および他の態様と利点は、図面を参照した以下の説明から明らかになり、より簡単に理解されるようになる。

本発明の一実施形態に係る単セルを示す部分概略図である。 本発明の一実施形態に係る単セルを示す概略図であり、該図においては、単セル中において、電極端子はタブに接続されている。 本発明の一実施形態に係る単セルの電極端子の間にある接続構造を示す概略図である。 図３を示す概略図であり、該図においては、電極端子は互いに滑動している。 本発明の他の実施形態に係る単セルの電極端子の間にある接続構造を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るパワーバッテリパックを示す斜視図である。

本発明は、以下の図面と説明を参照すれば、より明確に理解できる。図中の部品は、必ずしも実寸で描かれておらず、その代わりに、本発明の原理を説明することに重点を置いて強調されている。さらに、図中において、対応する部品には、異なる図面を通して同様な参照番号が付されている。

本発明の実施形態を詳細に参照する。図面を参照して、ここに記載された実施形態は、説明のためのものであり、例示的なものであり、本発明の概要を理解するために使用される。本実施形態は、本発明を限定するように解釈されるべきではない。同一または同様の要素と、同一または同様の機能を有する要素には、説明の全体を通して、同様の参照番号が付される。

以下では、本発明は、添付の図面を参照して詳細に説明される。図１は、本発明の一実施形態に係る単セルの部分概略図を示している。図２は、本発明の一実施形態に係る単セルの概略図を示しており、該図においては、単セル中において、電極端子２はタブ１１に接続されている。

本発明の一実施形態によれば、単セルが提供される。該単セルは、外殻（不図示）、カバー板４および電極コア１を備える。図１および２に示すように、電極コア１は、前記外殻の内側に収容される。カバー板４は、シールまたは密封法で前記外殻に接続されてもよい。カバー板４は、カバー板４を貫通する電極端子２を備える。電極端子２は、前記外殻の内側で電極コア１に接続される第１の端部２１、前記単セルの外側に突出して、電流を導く第２の端部２３、カバー板４を貫通する中央部２２を含んでもよい。第１の端部２１は、単セル６の内側で、電極コア１のタブ１１に接続されてもよい。シール部品は、電極端子２とカバー板４の間の接続部をシールするように設置されてもよい。電極端子２の第１の端部２１と第２の端部２３は、柔軟性を有する導電シート２３１、２１１の複数枚の層を巻き回したり、重ねたり、あるいは柔軟性を有する複数本の導電ワイヤ（不図示）を組み合わせて形成されてもよい。

本発明の一実施形態によれば、電極端子２の第１の端部２１と第２の端部２３は、柔軟性を有する導電シート２３１の複数枚の層を巻き回したり、重ねたりして形成されてもよい。導電シート２３１の材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、炭素鋼、ニッケル合金鋼からなる群の中から選ばれる１または複数個の材料であってもよい。中央部２２は、一体型の導電シートで形成されてもよい。電極端子２の第１の端部２１、中央部２２、および第２の端部２３は、当該技術分野で公知のあらゆる方法で順に接続できる。例えば、レーザ溶接、電子ビーム溶接、ブレージングなどの溶接が適用できる。本発明の一実施形態によれば、電極端子２の第１の端部２１、中央部２２、および第２の端部２３は、一体に形成されてもよく、電極端子２の厚さは約０．５−１０ｍｍ、幅は約３−２００ｍｍ、長さは約３−５０ｍｍにすることができる。これは、導電シートの複数枚の層を重ねたり、巻き回したりして実現できる。

本発明のある実施形態によれば、中央部２２は、シートの複数枚の層からなる一体型の金属シートで形成されてもよい。シートの複数枚の層は、以下の１または複数の方法、つまり、熱間プレス、冷間プレス、複合および拡散により互いにシールされてもよい。本発明の一実施形態によれば、硬質な金属塊を用いてもよい。さらに、本発明によれば、層の数は限定されず、電流、靱性などに応じて調節されてもよい。導電シートの厚さは、実用上の要求に応じて調節されてもよい。本発明の一実施形態によれば、その厚さは０．５−３ｍｍであってもよい。一方で、本発明の一実施形態によれば、タブ１１の良好な接続を保証するために、電極端子２の第１の端部２１の厚さは、正極タブと負極タブの総厚さの０．５−１倍であってもよい。

本発明の一実施形態によれば、電極端子２とカバー板４は一体に形成される。カバー板４上には、ビアホール４１が形成されてもよく、電極端子２は、中空リベット３１を通ってビアホール４１を貫通し、ビアホール４１に固定され、ビアホール４１と中空リベット３１の間に絶縁性のシール材３２を備える。中空リベット３１は、カバー板４と一体に形成されてもよい。また、絶縁性のシール材３２は、中空リベット３１の内部に配置され、中空リベット３１の開口端３１１を隙間無く包み込んでもよい。中空リベット３１は、絶縁性のシール材３２を保持し、押圧する。そのため、絶縁性のシール材３２には弾性変形または塑性変形が生じ、電極端子２は隙間無くシールされる。絶縁性のシール材３２の材料は、当該技術分野で公知のいずれの種類の絶縁シール材料であってもよい。例えば、前記材料は、絶縁性、有機溶媒耐性、フッ化水素酸耐性を有する物質なら何でもよいし、プラスチック、ゴム、樹脂、ガラスまたはセラミックなどのような、銅、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属と結合できる材料であってもよい。また、絶縁性のシール材３２は、当該技術分野で公知の方法、例えば、射出成形などによって作成できる。

電極コア１は、正極プレート、負極プレートおよびそれらの間に備えられるセパレータによって形成されてもよい。正極プレート、負極プレートおよびセパレータは、正極プレートと負極プレートから反対方向に突出する正極タブと負極タブと一緒に巻き回される。正極プレートと負極プレートはそれぞれ、加工領域と非加工領域を備えてもよい。加工領域には活物質が塗布され、非加工領域には塗布が施されなくてもよい。さらに、非加工領域は、プレートの長さ方向と平行をなす正極または負極プレートの端部を削り取って形成できる。活物質は、当該技術分野で公知のあらゆる正極または負極材料であってもよく、電極プレートの作成方法と同様に、加工方法／削り取り工程は、当該技術分野で公知のあらゆる方法であってもよい。本発明の一実施形態によれば、電極コア１は、正極プレート、負極プレート、正極プレートと負極プレートの間に配置されるセパレータを巻き回して形成できる。バッテリの安全性能をさらに改善するために、本発明の一実施形態によれば、電極コア１の外層は、セパレータ層であってもよい。正極および負極タブは、当該技術分野で公知のものであってもよく、１または複数個のタブは、正極プレートと負極プレートにそれぞれ溶接されてもよい。本発明の一実施形態によれば、正極タブと負極タブは、非加工領域を巻き回して圧縮して形成されてもよい。タブは、電極コア２の両端から引き出されてもよく、あるいは、電極コア１の一端から引き出されてもよい。本発明の一実施形態によれば、正極タブと負極タブは反対方向に配置されてもよく、正極プレートと負極プレートの間に備えられたセパレータの外側に延びてもよい。本発明の一実施形態によれば、タブの厚さは約０．５−１０ｍｍ、幅は約３−２００ｍｍにできる。

さらに、本発明によれば、上述の単セルを複数個備えるパワーバッテリパックが提供される。複数個の単セルは、並列、直列または並列と直列を組み合わせて接続できる。直列接続または並列と直列を組み合わせた接続は、単セルの電極端子２の第２の端部２３をそれぞれ接続することによって実現できる。

本発明の一実施形態によれば、単セル中での電極端子２の第１の端部２１の間の接続と、正極タブ、負極タブおよび第２の端部の間の接続は、これらに限定される訳ではないが、超音波溶接、レーザ溶接、ブレージング、フラッシュ溶接、摩擦溶接、抵抗溶接などの溶接で実現できる。本発明の一実施形態によれば、レーザ溶接を相応に用いることができる。

図３は、単セルの電極端子２の間の接続構造の概略図を示している。２個の単セルの電極端子２の第２の端部２３の金属シート２３１は、結合・溶接されて、２個の単セルを並列または直列に接続している。図４は、電極端子２の間の接続を示しており、単セル間の相対的な滑動が示されている。図４に示すように、電極端子２の第２の端部２３の金属シートは、柔軟な緩衝特性を有する。セルが相対的滑動などの相対運動をする間、該金属シートが緩衝部２４を形成するので、接続部５において、単セル間の滑動のような相対運動で生じる応力の影響は、さらに制限され、あるいは除去できる。さらに、電極端子２の端部にある金属箔またはシート構造によって、カバー板４中の絶縁性のシール部３に対する相対運動の影響が緩衝される。該影響は、絶縁性のシール部３から電極端子２が離れる原因になるので、相対運動の影響を緩衝することによって、パワーバッテリバックの安全性を高めることができる。

図５は、本発明の別の実施形態に係る単セルの電極端子３の間の接続を示しており、２個の単セルの電極端子２は湾曲形状をなしている。電極端子２の第２の端部２３は、レーザ溶接によって互いに直に接続されて、接続部５を形成してもよい。２個の単セルは、互いに直列または並列に接続されてもよい。セルが相対的に滑動する間、緩衝部２４が形成されて、直接的な損傷が防止される。

上述のように、単セル中の電極端子２の第１の端部２１は、柔軟性を有する導電シートの複数枚の層を巻き回したり、重ねたり、あるいは柔軟性を有する複数本の導電ワイヤ（不図示）を組み合わせて形成されるので、電気的なコア２の間の滑動などの相対運動は、単セル中の接続部に影響を及ぼさない。さらに、溶接などが原因となる振動が、単セルのシール構造に及ぼす衝撃は小さい。

さらに、単セル中の電極端子２の第２の端部２３は、柔軟性を有する導電シートの複数枚の層を巻き回したり、重ねたり、あるいは、柔軟性を有する複数本の導電ワイヤを組み合わせて形成されるので、単セルの接続部には、セルの滑動などの相対運動の影響が及ばないか、あるいは影響が制限され、柔軟性を有する層構造または積層構造を有する端部によって、柔軟性と緩衝性能が高められる。

図３−５に示すように、隣接する単セルの電極端子は、突合わせ接続（図３−４）、レーザ溶接により直接接続され得る（図５）。

図６は、本発明の一実施形態に係るパワーバッテリパック２００の斜視図を示している。パワーバッテリパック２００は、複数個の単セル６を備え、各単セル６は、外殻、前記外殻の内側に収容される電極コア１、および前記外殻を接続しシールするカバー板アッセンブリを備える。カバー板アッセンブリは、カバー板４、カバー板４を貫通する電極端子２、およびシールおよび絶縁用の絶縁部３を備える。電極端子２の第２の部分２３を並列および／または直列に接続すると、複数個の単セル６によってパワーバッテリパック２００を形成できる。上述の理由のため、バッテリの動作は、パワーバッテリパック２００、特に、走行中に振動が長時間持続する電気自動車用のバッテリパックの出力性能に影響を及ぼさないか、あるいは影響が制限される。

説明のための実施形態を示して記載したが、当業者であれば、本発明の精神と原理から逸脱せずに、実施形態を変形、代替および修正できることを理解できる。このような変形、代替および修正は、特許請求の範囲および特許請求の範囲と等価なものの範囲に含まれる。

（関連出願の相互参照）
本願は、中華人民共和国国家知識産権局に２００９年４月３０日に出願された、中国特許出願第２００９２０１３１２４３．３号についての優先権の利益を主張し、その内容の全ては、ここに参照されて包含される。

Claims (9)

1. 外殻と、
   前記外殻の開口端をシールするカバー板と、
   前記外殻の内側に収容される電極コアと、
   前記外殻の内側の前記電極コアに接続される第１の端部、前記外殻の外側に突出する第２の端部、および前記第１の端部と前記第２の端部の間を連絡するとともに、絶縁されて前記カバー板を貫通する中央部を有して、前記カバー板を貫通する電極端子と、を備え、
   前記第１の端部と前記第２の端部は、互いに結合された柔軟性を有する複数個の導電材によって形成され、
   前記中央部は、一体型の導電シートで形成され、
   前記一体型の導電シートは、互いに絶縁された導電シートの複数枚の層によって形成される、
   単セル。
2. 前記導電材は、導電シートまたは導電ワイヤである、
   請求項１に記載の単セル。
3. 前記導電シートは、互いに巻き回され、あるいは重ねられ、
   前記導電ワイヤは、互いに結合される、
   請求項２に記載の単セル。
4. 前記電極端子の前記第１の端部、前記中央部および前記第２の端部は、一体に形成され、
   前記電極端子の厚さは０．５−１０ｍｍであり、幅は３−２００ｍｍであり、長さは３−５０ｍｍである、
   請求項１に記載の単セル。
5. 前記カバー板は、カバー板上に形成されたビアホールを備え、
   前記電極端子は、中空リベットを通って前記ビアホールを貫通し、前記ビアホール中に固定され、前記ビアホールと前記中空リベットの間に絶縁シール材を備え、
   前記電極端子は前記ビアホール中に固定され、前記中空リベットは前記カバー板と一体に形成され、前記絶縁シール材は前記中空リベット内に配置されて、前記中空リベットの開口端を隙間無く包み込む、
   請求項１に記載の単セル。
6. 前記電極コアは、正極プレート、負極プレートおよび前記正極プレートと前記負極プレートの間に備えられるセパレータで形成され、
   前記正極プレート、前記負極プレートおよび前記セパレータは、前記正極プレートと前記負極プレートから反対方向に突出する正極タブと負極タブと一緒に巻き回される、
   請求項１に記載の単セル。
7. 前記第１の端部の厚さは、前記正極タブと前記負極タブの総厚さの０．５−１倍である、
   請求項６に記載の単セル。
8. 請求項１に記載の単セルを複数個備え、
   該複数個の単セルは、並列、直列または並列と直列を組み合わせて接続される、
   パワーバッテリパック。
9. 隣接する単セルの電極端子は、突合わせ接続、またはレーザ溶接により直接接続される、
   請求項８に記載のパワーバッテリパック。

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