JP6832945B2 - 単セルバッテリー、バッテリーモジュール、電源バッテリー、および電気自動車 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーの分野、特に、単セル、単セルを含むバッテリーモジュール、バッテリーモジュールを含む電源バッテリー、および電源バッテリーを含む電気自動車に関する。

バッテリーは、エネルギー貯蔵ユニットとして、様々な産業において重要な役割を果たしている。例えば、電源バッテリーは、新エネルギー車などの分野に広く適用されている。電源バッテリーのバッテリーパック内では、複数の単セルが直列または並列に接続されてバッテリーモジュールを形成し、充電／放電動作を実現する。電源バッテリーは、通常、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）を使用して、電圧変化および電流変化を監視し、かつ充電／放電プロセスにおける充電状態を評価する。しかしながら、電圧サンプリングの失敗は、バッテリーの過充電を生じ得る。特に、三元系では、過充電が一定の量に達する場合に、バッテリーの燃焼または爆発の危険がある。

既存の技術的な解決法では、バッテリーの電圧および電流の監視の際、電流積分法および開路電圧法を使用してバッテリーレベルを評価し、バッテリーの充電／放電管理を制御する。しかしながら、不利な点がある。例えば、バッテリーの電圧サンプリングの失敗、バッテリーの電流サンプリングの失敗、またはソフトウェア障害のために、バッテリーは長時間再充電され、かつ制御不能になる。特に、充電パイルの使用による再充電の場合には、過充電は、充電パイルがバッテリーマネージャーとの通信に失敗する場合には、制御できず、過充電が一定の量に達すると、バッテリーが膨張し、さらには爆発または火災の原因となる。

それゆえ、電流を積極的にかつ強制的に遮断するための電流遮断技術を提供することは、とても重要なことである。

本発明の目的は、単セルを提供することにある。単セルは、精巧な構造を有し、危険な状態にあるときには電流を強制的に遮断することができ、それにより、バッテリーの爆発の発生などの危険を防止する。

本発明の目的は、さらに、単セルを使用するバッテリーモジュール、バッテリーモジュールを使用する電源バッテリー、および電源バッテリーを使用する電気自動車を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明は単セルを提供する。単セルは、ケースと、ケース内に収容されたバッテリーセルと、バッテリーセルに電気的に接続された電極端子と、ケースを封入するための蓋板とを含む。電極端子は蓋板に配置される。電極端子は、蓋板を貫通してバッテリーセルに電気的に接続されるバッテリーポストを含む。単セルは、さらに、バッテリーポストに取り付けられた電流遮断器を含む。電流遮断器は、ケース内のガスと連通している。電流遮断器は、導電部材と、相互の電気的接続のために導電部材に接続された弾ける部材すなわちフリップ部材とを含む。フリップ部材と導電部材は、空気圧の作用下で、互いに電気的に切り離され得る。導電部材は、相互の電気的接続のためにバッテリーポストに接続される。フリップ部材と導電部材は、ボス溶接構造を使用することによって、互いに接続される。ボス溶接構造は、ボス、ボスを収容する接続孔、およびボスと接続孔との間に設置された環状溶接スポットを含む。フリップ部材は第１のシート様構造に形成される。第１のシート様構造には接続孔が設けられている。導電部材は第２のシート様構造に形成される。第２のシート様構造はボスを備える。導電部材は、バッテリーポストの外側端部面に接続される。フリップ部材の外周面は、蓋板に対して固定される。バッテリーポストは、蓋板に密接に接続されたセラミック製リングに取り付けられ、かつセラミック製リングを使用することによって、フリップ部材の外周面から絶縁される。

任意選択的に、導電部材にはノッチが設けられていて、ノッチは、ボスを取り囲んで配置されている。

任意選択的に、バッテリーポストは蓋板に固定して接続され、バッテリーポストには、ケースの内側部分と電流遮断器とを連通する空気誘導ダクトが設けられている。

任意選択的に、セラミック製リングの外側端部面は導電リングに密接に接続され、フリップ部材の外周面は導電リングに密接に接続され、バッテリーポストと導電リングは、セラミック製リングを使用することによって、絶縁される。

任意選択的に、バッテリーポストの外側端部面には収容孔が設けられていて、導電部材の外周面は、収容孔の内壁に固定される。

任意選択的に、ノッチは楕円形であり、ボスは円形であり、ノッチの中心とボスの中心は、楕円の長軸の方向に沿ってずらされており、楕円の長軸と電極端子の軸方向線は、傾斜して配置されている。

任意選択的に、バッテリーポストの外側端部の周面は、半径方向ボスを有し、セラミック製リングの内周面は、半径方向ボスを支持しかつそれに接続される半径方向支持体を有し、複数の半径方向ボスが、周方向に沿って間隔をおいて配置され、複数の半径方向支持体が、周方向に沿って間隔をおいて配置され、複数の半径方向ボスは、複数の半径方向支持体と１対１で対応している。

任意選択的に、セラミック製リングの外側端部面は、内側リングおよび外側リングを有する段付き構造に形成され、バッテリーポストは、内側リングと組み込み接続され、外側リングは、バッテリーポストから絶縁された導電リングに密接に接続され、フリップ部材の外周面は導電リングに固定して接続され、セラミック製リングの内側端部面は移行リングに密接に接続され、移行リングは蓋板に密接に接続されるため、セラミック製リングと蓋板は、間隔をおいて配置される。

任意選択的に、セラミック製リングは、セラミックろう付けによって、導電リング、バッテリーポスト、および移行リングに密接に接続される。

任意選択的に、移行リングは、内側リングおよび外側リングを有してＺ字状の構造を形成し、蓋板には貫通孔が設けられていて、そこをバッテリーポストが貫通し、貫通孔の端部面は階段構造にあり、移行リングの内側リングは、階段構造に組み込まれ、かつそれを支持する。

任意選択的に、導電リングの外側端部面にはＬ字状のラベットが設けられていて、フリップ部材の外周面は、Ｌ字状のラベットに組み込まれ、かつそれを支持し、外周面は、フリップ部材を覆うカバーキャップを使用することによって、Ｌ字状のラベットに密接に接続される。

任意選択的に、バッテリーセルに下方スペーサリングが接続され、蓋板の下に上方スペーサリングが接続され、単セルは、さらに、バッテリーセルに接続された内部接続シートを含み、内部接続シートは、上方スペーサリングと下方スペーサリングとの間に延在し、バッテリーポストの下面は階段部分を備え、階段部分は、蓋板および上方スペーサリングを貫通し、かつ内部接続シートの端部部分に留められる。

本発明は、さらに、バッテリーモジュールを提供する。バッテリーモジュールは複数の単セルを含む。単セルの少なくとも１つは、本発明による単セルである。電流遮断器は、蓋板から半径方向に沿って延出する。隣接する単セル間で、電流遮断器と隣接する電極端子は、蓋板の伸長方向において、互い違いにずらされている。

任意選択的に、隣接する単セル間で、電流遮断器は、Ｌ字状の接続部材を使用することによって、隣接する電極端子に接続され、Ｌ字状の接続部材は、カバー部分およびガイド部分を有し、カバー部分は、電流遮断器を覆い、かつそれに接続され、ガイド部分は、隣接する電極端子へと延在する。

本発明は、さらに、電源バッテリーを提供する。電源バッテリーは、封入体と、封入体に収容されたバッテリーモジュールとを含む。バッテリーモジュールは、本発明によるバッテリーモジュールである。封入体内に、可燃性ガスを検出するためのガス検出装置が配置される。ガス検出装置は、電流遮断器の近くに配置される。

任意選択的に、バッテリーモジュールは１つの電流遮断器を有する。

本発明は、さらに、電気自動車を提供する。電気自動車は、本発明による電源バッテリーを備える。

上述の技術的な解決法では、バッテリーの緊急事態時にガスを生じ得る。それゆえ、空気圧が上昇したとき、フリップシートが空気圧の作用下で弾けて、導電部材から切り離し、それにより、電源バッテリーの充電／放電回路を切り離し、さらに、バッテリー空気圧のさらなる上昇、および爆発を回避する。さらに、ボス溶接構造は、高電流を確実に安定的に通し、セラミック製リングは、耐漏性、絶縁性、および安定性を向上させる。

本発明の他の特徴および利点は、下記の詳細な説明の部分で、詳細に説明される。

添付図面は、本発明のさらなる理解をもたらすために使用され、かつ本明細書の一部を構成し、これらは、以下の具体的な実装例と併せて、本発明を説明するために使用され、本発明に対する限定は構成しない。

本発明の実施形態による電源バッテリーの概略的な部分的に分解された三次元図である。 本発明による２つの隣接する単セルの概略的で構造的な上面図である。 図２の線Ａ−Ａに沿った概略的で構造的な断面図である。 本発明の実施形態による電流遮断器の概略的で構造的な分解図である。 本発明の実施形態によるフリップ部材および導電部材の概略的で構造的な分解図である。 実施形態による、組み立て済みの状態にあるフリップ部材および導電部材の概略的で構造的な断面図である。 本発明の実施形態による導電部材の概略的で構造的な上面図である。 本発明の実施形態によるバッテリーポストおよびセラミック製リングの概略的で構造的な断面図である。 図８のバッテリーポストの概略的で構造的な三次元図である。 本発明の実施形態によるバッテリーポストおよびセラミック製リングの概略的で構造的な断面図である。 図１０のバッテリーポストおよびセラミック製リングの概略的で構造的な三次元図である。 本発明の実施形態による２つの隣接する単セルの概略的で構造的な図である。 本発明の実施形態による電源バッテリーの概略的で構造的な三次元図である。 本発明の実施形態による単セルの概略的で構造的な三次元図である。 実施形態による単セルの概略的で構造的な三次元の分解図である。 実施形態によるフリップ部材および導電部材の概略的で構造的な三次元の分解図である。 実施形態による単セルの概略的で構造的な部分的な断面図である。 本発明の実施形態による単セルの概略的で構造的な部分的な断面図である。 本発明の実施形態による制御システムの原理のブロック図である。 本発明の実施形態による単セルの概略的で構造的な分解図である。 組み立て後の、図２０の単セルの概略的で構造的な部分的な断面図である。 本発明の実施形態による単セルの概略的で構造的な部分的な断面図である。 本発明の実施形態による電流遮断器の概略的で構造的な図である。 本発明の実施形態による単セルの概略的で構造的な部分的な断面図である。

下記では、添付図面を参照して、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。本明細書の具体的な実施形態は、単に本発明を説明するために使用され、本発明を限定するものではないことを理解されたい。

他に特に規定がなければ、本発明で使用される「上、下、左、および右」などの位置の名詞は、一般的に、対応する添付図面の図面の平面の方向に基づいて定義され、「内および外」は、対応する構成要素の内側部分および外側部分を指す。

本発明は、電流遮断器、単セル、バッテリーモジュール、電源バッテリー、および電気自動車の技術的な解決法を提供する。電流遮断器は、単セル内に配置される。複数の単セルは、直列や並列に接続されてバッテリーモジュールを形成し、かつバッテリーパック内に設置されて、電源バッテリーを形成し得る。さらに、電源バッテリーの分野に加えて、本発明において提供される様々な技術的な解決法は、さらに、他のバッテリーの分野にも広範に適用され得る。具体的には、本発明は、単セル１００、１１００、２１００、３１００、および４１００に関し、および電流遮断器２００、１２００、３２００、４２００、および防爆弁（ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｒｅｌｉｅｆ ｖａｌｖｅ）２２００に関する。さらに、本発明は、さらに、電源バッテリーを有する充電／放電保護システムに関する。下記では、添付図面を参照して実施形態について詳細に説明する。

本発明は、複数の単セル１００、１１００、２１００、３１００、および４１００を含むバッテリーモジュールを提供する。単セルは、ケースと、ケース内に収容されたバッテリーセルと、バッテリーセルに電気的に接続された電極端子１０１、１１０１、２１０１、３１０１、および４１０１と、ケースを封入するための蓋板１０２、１１０２、２１０２、３１０２、および４１０２とを含み得る。電極端子は蓋板に配置され、電流を入力および出力する。単セルは、電流遮断器２００、１２００、３２００、および４２００または防爆弁２２００を含む。電流遮断器または防爆弁は、電極端子に電気的に接続される。それゆえ、電極端子での電流の入力および出力は、電流遮断器の作用下で制御され得る。すなわち、単セル内の電流遮断器または防爆弁は、通常、バッテリーセルに接続されている。この場合、電極端子は、正常に、電流を入力および出力して、単セルの充電／放電動作を完了できる。しかしながら、緊急状態では、例えば、バッテリーが過充電されるとき、電流遮断器または防爆弁は、電極端子の電流の入力および出力を停止し、バッテリーが過度の割合で再充電されるのを防止し得る。それゆえ、電流遮断器の信頼性は、重要な安全対策として、極めて重大である。すなわち、電流遮断器は、素早く応答することができる必要がある。さらに、電流遮断器または防爆弁は、選択的に、蓋板に対して固定されてもよい。すなわち、電流遮断器または防爆弁は、蓋板に直接固定されても、または蓋板に接続されるかまたは蓋板に対して固定された任意の構成要素に固定されてもよい。例えば、電流遮断器または防爆弁は、蓋板において電極端子に取り付けられる。

本発明では、電流遮断器または防爆弁は、それぞれ、空気圧を感知するための機械的な構造である。具体的には、電流遮断器は、単セルのケース内のガスと連通し、かつ、空気圧の作用下で、電流遮断器を通る電流を遮断し得る。具体的には、内部構成要素間の接続は、送電すなわち電流の伝達を停止するために切り離されてもよく、それにより、タイミング良くバッテリーの充電／放電を停止する。空気圧源が使用されるのは：例えば、バッテリーの過充電が発生するなどの緊急時に、バッテリー内にガスを生成させ、それにより、ケース内の空気圧を上昇させるとか、または使用中にバッテリーに例外が発生したとき、バッテリーの温度を上昇させ、かつバッテリー内の空気圧を上昇させるとかすることにより、電流遮断器または防爆弁を駆動するための空気圧の力を生成する場合である。

図１〜図１２は、いくつかの実施形態を提供する。図３〜図６、図８、および図１０に示すように、電流遮断器２００は、導電部材２０１と、導電部材２０１に電気的に接続されたフリップ部材２０２とを有する。フリップ部材２０２と導電部材２０１は、空気圧の作用下で、互いに電気的に切り離され得る。本発明では、電気的な切り離しは、異なる方法で実現され得る。間の接続点が切り離され得る。例えば、導電部材とフリップ部材との間の溶接スポットが除去されて、電気的な切り離しを実現する。あるいは、導電部材およびフリップ部材の少なくとも一方が破壊される。例えば、対応する構成要素に脆弱ノッチが作製されて、構造の切り離しを実現し、それにより、電気的な切り離しを実現する。すなわち、空気圧の作用下で機械的な構造を切り離すことによって電流を遮断する目的は、本発明において達成される。

このようにして、例えば、バッテリーが過充電されるとき、バッテリー内に間隙が生じ、それゆえ空気圧が上昇する。この場合、フリップ部材２０２は、弾ける動作を実行することによって導電部材２０１から切り離されるため、電極端子１０１とその外部との間の回路が切り離され、かつ、バッテリーの充電が停止され、それにより、バッテリー内の空気圧がさらに上昇するのを回避し、かつバッテリーの安全性を保証する。

電極端子１０１は、バッテリーセルに電気的に接続されたバッテリーポスト１０４を含む。例えば、バッテリーポスト１０４は、内部ガイド部材を使用することによって、バッテリーセルに接続されている。バッテリーポスト１０４は蓋板１０２を貫通して、ケースからの電流を誘導する。電流遮断器２００はバッテリーポスト１０４に取り付けられる。このようにして、バッテリー内の空気圧は、バッテリーポスト１０４を使用することによって検出され得るため、感度は高い。さらに、電流遮断器２００は、さらに電極端子に接続される必要はないため、それにより、プロセスを容易にする。

電源バッテリーの分野などの分野では、高電流を通す必要がある。それゆえ、導電部材２０１およびフリップ部材２０２の溶接構造の安定性が保証され、高電流が溶接構造を破壊するのを防止する必要がある。このようにして、ある実施形態では、図５および図６に示すように、フリップ部材２０２と導電部材２０１は、ボス溶接構造を使用することによって、互いに接続される。ボス溶接構造は、ボス２０３、ボス２０３を収容する接続孔２０４、およびボス２０３と接続孔２０４との間に設置された環状溶接スポット２１７を含む。それゆえ、環状溶接スポット２１７を使用して、接続孔２０４に収容されたボス２０３を確実にしっかりと溶接し得、かつ電流の通る領域を大きくして、高電流を通すことを保証し得る。具体的には、ボス２０３は導電部材２０１に形成され、かつ接続孔２０４はフリップ部材２０２に形成される。さらに具体的には、フリップ部材２０２は第１のシート様構造に形成され、第１のシート様構造には接続孔２０４が設けられていて、導電部材２０１は第２のシート様構造に形成され、第２のシート様構造はボス２０３を備える。あるいは、別の実施形態では、ボス２０３はフリップ部材２０２に配置されてもよく、接続孔２０４は導電部材２０１に配置される。さらに、いくつかの実施形態では、その代わりに、フリップ部材２０２と導電部材２０１は、レーザ溶け込み溶接法などを使用することによって、溶接され得る。

フリップ部材と導電部材は、ノッチを使用することによって、互いに電気的に切り離され得る。すなわち、別の領域にある脆弱部分よりも強度が劣る脆弱部分が、対応する部分に設けられる。導電部材とフリップ部材が互いに完全に切り離されるようにするために、ノッチは、通常、導電部材とフリップ部材との間の接続点、例えば、ボス溶接構造を取り囲む環状構造である。このようにして、電気的な切り離しは、導電部材またはフリップ部材の切り離しによって実現される。ノッチは、フリップ部材に形成されても、または導電部材に形成されてもよい。ある実施形態では、導電部材２０１にはノッチ２０５が設けられている。ノッチ２０５は、フリップ部材２０２に接続するための接続点を取り囲んでいる。すなわち、環状ノッチが導電部材２０１に配置されて、ボス２０３を取り囲んでいる。このようにして、バッテリー内の空気圧が上昇すると、ノッチ２０５は空気圧の作用下で引き離され得るため、ノッチ２０５によって取り囲まれるボス２０３の部分が、フリップ部材２０２と一緒に導電部材２０１から分離され、それにより、電流の遮断が実現される。あるいは、別の実装例では、ノッチは、フリップ部材２０２に形成され得る。

図７に示すように、ノッチ２０５を引き離すのを助けるために、好ましくは、ノッチ２０５は楕円形である。このようにして、空気圧の作用下、輪郭の曲率が異なるため、曲率の大きい領域に応力がより容易に集中し、受ける力が強くなる。このようにして、そのような領域が最初に引き裂かれ、それにより、ノッチ２０５を引き離す感度を高め得る。さらに、この実施形態では、ボス２０３は円形であり、楕円形ノッチ２０５の中心とボス２０３の中心は、楕円の長軸の方向に沿ってずらされている。このようにして、楕円の長軸の２つの端部にある領域は、不均一な力を受け得るため、ノッチ２０５は、局所的な点で容易に引き離され、それにより、ノッチ２０５の感度が向上する。

さらに、フリップ部材２０２と電極端子１０１は同軸に配置されてもよく、導電部材２０１は、電極端子１０１の軸方向線に対して傾斜して配置される。このようにして、より低い位置にあるノッチを最初に引き離すようにすることにより、ノッチ２０５を引き離す感度を高め得る。さらに、ノッチ２０５が楕円形であるとき、設計において、楕円の長軸と導電部材の軸方向線は傾斜して配置される。導電部材がバッテリーポストに取り付けられるとき、導電部材とバッテリーポストの軸方向線も、傾斜して配置される。このようにして、長軸の端部部分での曲率の大きい領域が、最初に容易に引き裂かれ、それにより、ノッチ２０５が、必要な時には、普通に、確実に引き離され得、および電流遮断器２００の正常な動作を保証する。

さらに、ノッチ２０５が引き離されるのをさらに確実にするために、その代わりに、図７に示すように、設計上、ノッチ２０５には脆弱孔２０６が設けられている。このようにして、ノッチ２０５は、脆弱孔２０６の箇所で容易に引き離される。脆弱孔２０６のサイズ、および脆弱孔２０６の数量は、実際の状況に従って設定され得る。好ましくは、複数の脆弱孔２０６が、ノッチ２０５に沿って間隔をおいて配置される。脆弱の効果に加えて、ノッチが導電部材２０１に設計されるときには、脆弱孔２０６は、さらに、空気誘導のために使用され得るため、脆弱孔２０６を使用することによって、バッテリー内のガスが空気圧をフリップ部材２０２に適用し得る。

図３、図８、および図１０に示すように、電流遮断器２００がバッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’に取り付けられると、導電部材２０１は、バッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’の外側端部面に接続され、フリップ部材２０２の外周面は、蓋板１０２に対して固定される。このようにして、空気圧の作用下で、フリップ部材２０２の外周面を支持点として使用し、導電部材２０１に形成されたノッチ２０５が引き離され得る。さらに、フリップ部材２０２を空気圧の作用下にあるようにするために、フリップ部材の外周面はシールされ得る、例えば、溶接によって蓋板に対して密接に接続させ、内部空気圧が、フリップ部材に力を加えて、ノッチ２０５を引き離し得るようにし得る。本明細書および同様の説明において、外側端部または内側端部は、バッテリーポストの軸方向に沿ってケースに対して定義され、環状部材に対する「内および外」、例えば、外周面は、半径方向に沿って環状部材の中心に対して定義される。

導電部材２０１およびバッテリーポスト１０４’が固定されているときに、導電部材２０１にあるノッチ２０５が、依然として確実に引き離され得るようにするために、好ましくは、バッテリーポスト１０４の外側端部面には収容孔２１８が設けられていて、導電部材２０１の外周面は収容孔の内壁に固定される。このようにして、導電部材２０１は、環状の周面において安定的に固定され得る一方、ノッチ２０５の内側の領域は、ノッチ２０５の内側の領域がバッテリーポスト１０４に接続されないため、フリップ部材２０２の引張力またはガスの直接の圧力などの外力の作用下で、引き離され得る。

本発明では、電流遮断器は、複数の方法でバッテリー内のガスと連通し得る。バッテリーポスト１０４および１０４’には、それぞれ、ケースの内側部分と電流遮断器２００とを連通する空気誘導ダクトが設けられている。このようにして、空気圧は、バッテリーポスト１０４および１０４’の内部構造を直接使用することによって、電流遮断器に適用される。それゆえ、構造は、より単純になる。

図８および図９に示す実施形態では、空気誘導ダクトは、２つのタイプの空気誘導孔１０３を含む。第１のタイプの空気誘導孔１０３は、収容孔２１８とケースの内側部分とを連通するために使用される、すなわち、導電部材２０１に圧力を直接加えて、ノッチ２０５の孔を広げる。すなわち、空気誘導ダクトは、収容孔２１８とケースの内側部分とを連通するための空気誘導孔１０３を含む。第２のタイプの空気誘導孔１０３は、フリップ部材２０２とケースの内側部分とを連通して、フリップ部材に圧力を加えて、ノッチ２０５を引き離すために使用される。フリップ部材２０２の応力分配効率を向上させるために、収容孔を取り囲む複数のそのようなタイプの空気誘導孔１０３がある。それゆえ、２つのタイプの空気誘導孔１０３の共同作用下で、電流遮断器の感度が向上され得る。

具体的には、図８に示すように、バッテリーポスト１０４’は蓋板１０２に固定して接続されるため、電極端子の構造は安定している。外側端部の周面に、バッテリーポスト１０４’は半径方向ボス１０５を有し、半径方向ボス１０５は蓋板１０２に固定して接続され、第２のタイプの空気誘導孔１０３は半径方向ボス１０５に形成されるため、ガスは、フリップ部材２０２へと流れる。第１のタイプの空気誘導孔１０３は、バッテリーポスト１０４’内に、軸方向に沿って形成される。すなわち、半径方向ボス１０５に設置される空気誘導孔１０３を使用して、フリップ部材２０２に圧力を加える一方、収容孔２１８の下側の空気誘導孔１０３は、導電部材２０１に圧力を直接加え得る。図９に示すように、本発明のこの実施形態では、バッテリーポスト１０４’の半径方向ボス１０５およびバッテリーポストの本体は、双方とも、空気誘導孔１０３が設けられている。バッテリーポストの本体にある第１のタイプの空気誘導孔１０３は、端部面にある収容孔２１８と連通しており、かつ４個の第１のタイプの空気誘導孔１０３があり、これらは、周方向に沿って等間隔に配置されている。あるいは、別の実施形態では、別の数量の第１のタイプの空気誘導孔１０３があってもよい。これは、本発明に限定されない。

図３、図８、および図１０に示すように、蓋板に電流が流れないようにするために、好ましくは、バッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’は、蓋板に固定して接続されるときに、蓋板から絶縁される必要がある。それゆえ、バッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’は、例えば、セラミックろう付けによって蓋板１０２に密接に接続されたセラミック製リング２０７および２０７’に固定して接続される。これにより、プラスチックやゴムを使用することによって実現された絶縁性よりも、高い信頼性および耐候性を達成し、かつ電流遮断器の安定的でかつ密接な接続が実現され得るだけでなく、バッテリーポストと蓋板との間の絶縁も実現され得る。具体的には、バッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’の外側端部の周面は半径方向ボス１０５および１０５’を含み、セラミック製リング２０７および２０７’の内縁は、半径方向ボス１０５および１０５’を支持しかつそれに接続される半径方向支持体２０８および２０８’を有する。半径方向ボス１０５および１０５’は、セラミック製リング２０７および２０７’に組み込まれ、半径方向支持体２０８および２０８’に接続される。すなわち、半径方向支持体２０８および２０８’は比較的薄く、階段タイプの収容空間を形成し、そこに、バッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’が組み込まれる。

図１１に示す実施形態では、バッテリーポストに空気誘導孔１０３が設けられている上述のガス放出方法とは異なり、複数の半径方向ボス１０５’および複数の半径方向支持体２０８’が、周方向に沿って間隔をおいて配置されている。すなわち、複数の半径方向ボス１０５’が、周方向に沿って間隔をおいて配置され、複数の半径方向支持体２０８’が、周方向に沿って間隔をおいて配置されている。さらに、複数の半径方向ボスは、複数の半径方向支持体と１対１で対応している。このようにして、ガス放出は、隣接する半径方向ボス１０５’間の間隔および半径方向支持体２０８’間の間隔を使用することによって、実現され得る。構造は、より単純に、かつ精巧になり、加工は容易であり、バッテリーポスト１０４’’は、さらに空気誘導ダクトを備える必要は全くない。それゆえ、導電部材２０１を組み立てるためのバッテリーポスト１０４’’の領域は、影響を受けない。さらに、導電部材２０１のサイズは最大にされて、ノッチのサイズを大きくし、かつノッチを引き離す感度を保証し得る。この実施形態では、等間隔に配置された３個の半径方向ボス１０５’があり、接続安定性および通気性の双方を保証する。別の実施形態では、別の数量の半径方向ボス、例えば、４個以上の半径方向ボスがあってもよい。

セラミック製リング２０７および２０７’の外側端部面は、それぞれ、内側リングおよび外側リングを有する段付き構造に形成される。バッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’は、内側リングと組み込み接続されている。一体形の半径方向ボス１０５の実施形態では、内側リングは、一体式環状半径方向支持体に形成されるが、分離可能な半径方向ボス１０５’の実施形態では、内側リングは、上述の間隔をおいて配置される複数の半径方向支持体２０８’に形成されるという違いがあり、それにより、構造全体をよりコンパクトにし、かつ接続をより安定的にする。

上述の実施形態では、外部へ電流が流れる経路を確立するために、好ましくは、セラミック製リング２０７および２０７’の外側端部面は、導電リング２１６に密接に接続され、具体的には、外側リングに接続される。フリップ部材２０２の外周面は、導電リング２１６に固定して接続される。すなわち、フリップ部材２０２は、導電リングを使用することによって、セラミック製リング２０７および２０７’に接続される。導電リングは、フリップ部材と外部との間の電流ループを確立し得る。ノッチが引き離された後も、依然として導電リングがバッテリーポストに電気的に接続されて、電流遮断の機能を無効にしないようにするために、好ましくは、導電リング２１６は、セラミック製リングの外側リングに密接に接続されて、バッテリーポストから絶縁される。換言すると、バッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’は、セラミック製リングを使用することによって、導電リング２１６から絶縁されている。さらに、導電リング２１６は、セラミック製リングに密接に接続されているため、フリップ部材の外周面はシールされ、ケース内の空気圧は、漏れることなく、フリップ部材に作用し得る。

導電リングとフリップ部材との間に安定的な接続を実現するために、導電リング２１６の外側端部面にはＬ字状のラベットが設けられていて、導電リング２１６の内側端部面は、セラミック製リングの外側リングに接続するために使用される。フリップ部材２０２の外周面は、Ｌ字状のラベットに組み込まれ、かつそれを支持する。さらに、外周面は、フリップ部材２０２を覆うカバーキャップ２１０を使用することによって、Ｌ字状のラベットに密接に接続される。それゆえ、フリップ部材２０２の安定的なシーリングおよび組み立てが実現されている間、電流遮断器２００は保護され得る。さらに、導電リング２１６は、カバーキャップに接続することによって、または互いに直接接続される電極誘導部片を使用することによって、外界との電流ループを確立し得る。例えば、隣接する単セル１００または隣接するバッテリーモジュールは、電極誘導部片を使用することによって、互いに接続され得る。

セラミック製リング２０７および２０７’を蓋板１０２に容易かつ密接に接続するために、好ましくは、セラミック製リング２０７および２０７’の内側端部面は、移行リング２０９に密接に接続される。移行リング２０９は、セラミックろう付けによってセラミック製リング２０７および２０７’に接続され得る。さらに、移行リング２０９は、蓋板１０２に密接に接続される。移行リング２０９は、さらに、セラミック製リング２０７および２０７’と蓋板１０２が間隔をおいて配置されるように、使用され得る。セラミック製リング２０７および２０７’は蓋板１０２と直接組み立てられないため、蓋板１０２は、セラミック製リングのろう付けの際に発生する高温から保護され得る。さらに、セラミック製リング２０７および２０７’の領域は、蓋板１０２と直接組み立てられる必要があることによっては、制限されない。さらに、セラミック製リング２０７および２０７’に特定の設計は必要とされないため、製造および組み立ては便利である。

図３、図８、および図１０に示すように、好ましくは、移行リング２０９は内側リングおよび外側リングを有し、Ｚ字状の構造を形成する。蓋板１０２には貫通孔が設けられていて、そこをバッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’が貫通する。貫通孔の端部面は階段構造である。移行リングの内側リングは、階段構造に組み込まれ、かつそれを支持している。すなわち、図３、図８および図１０では、内側リングは底部に設置され、かつ貫通孔内へと組み込まれており、それにより、それら２つの接触領域を大きくし、かつ接続安定性を保証する。

それゆえ、上述の実施形態では、電流遮断器２００を実現するために、フリップ部材２０２の外周面は、シールされる必要がある。具体的には、セラミック製リング２０７および２０７’は、フリップ部材の外周面と蓋板との間で密接に接続され、それにより、セラミック製シーリング構造を使用することによって、電流遮断器の安定的かつ信頼性の高い動作を実現する。そのようなセラミック製シーリング構造では、蓋板と移行リングとの間、移行リングとセラミック製リングとの間、セラミック製リングと導電リングとの間、および導電リングとフリップ部材との間の密接な接続によって、ケース内の空気圧は電流遮断器に効果的に作用できるため、電流遮断器の動作は信頼性が高い。組み立ての際、電流遮断器の耐漏性を保証するために、セラミック製リング２０７および２０７’は、セラミックろう付けによって、導電リング２１６、バッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’、および移行リング２０９に、別々に、かつ密接に接続される。すなわち、導電リング２１６、バッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’、および移行リング２０９は、最初に、独立したアセンブリを形成し、その後、レーザ溶接によって、移行リング２０９が蓋板１０２に組み立てられる。組み立て法は、便利であり、セラミック製リングは、ろう付けによって蓋板に溶接される必要がない。さらに、導電部材２０１は、レーザ溶接によってバッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’に接続され得る。フリップ部材と導電部材は、レーザ溶け込み溶接によって、または上述のボス溶接構造を使用することによって、または別の方法で、互いに接続され得る。カバーキャップ２１０と導電リングは、レーザ溶接によって互いに接続され得る。さらに、バッテリーポスト１０４、１０４’、および１０４’’とバッテリーセルの誘導部片は、レーザ溶接によって溶接されて、電流遮断器のアセンブリ全体を完成させ得る。

電流遮断器２００の構造は、主に、上記で説明している。下記では、電流遮断器２００の配置方法を説明する。

上述の空気圧駆動型電流遮断器２００の、正常でタイムリーな動作を保証するために、電流遮断器２００のサイズは、比較的大きく設計され得る。このようにして、空気圧が変更され得ない場合、力を受ける領域を大きくすることによって、引張り強さを増大させ得る。例えば、フリップ部材の領域は比較的大きく設計して、フリップ部材の引張り強さを増大させる。図１に示す実施形態では、電流遮断器２００は、半径方向に沿って蓋板１０２から延出するように設計されて、サイズが大きくされている。この場合、バッテリーモジュールには、複数の単セル１００がある。外側に延在する電流遮断器２００が、隣接する単セル１００にある電極端子に影響を及ぼさないようにするために、好ましくは、隣接する単セル間１００で、電流遮断器２００と、隣接する電極端子は、蓋板の伸長方向において、互い違いにずらされている。これにより、蓋板１０２に電極端子１０１が配置されていない領域を十分に使用し得るため、突出する電流遮断器は、蓋板にある構造に影響を及ぼさず、かつバッテリーパック内の空間の占有率は十分に低下され、それにより、封入体におけるエネルギー密度が増加する。本明細書および本発明の下記の説明では、「隣接する単セル間」、「電流遮断器と、隣接する電極端子との間」、または「隣接する電極端子間」の意味は、同じ単セル内で隣接する特徴の接続の代わりに、異なる単セル間の、隣接する特徴の接続を指すことに留意されたい。

この実施形態では、電流遮断器２００と、隣接する電極端子１０１は、蓋板の伸長方向において、互い違いにずらされている。別の実施形態では、その代わりに、電流遮断器２００と、隣接する電極端子１０１は、高さ方向において、互い違いにずらされ得る。

ある実施形態では、図１に示すように、隣接する単セル１００間で、電流遮断器２００は、Ｌ字状の接続部材２１４を使用することによって、隣接する電極端子に接続される。Ｌ字状の接続部材２１４は、カバー部分２１１およびガイド部分２１２を有する。カバー部分２１１は、電流遮断器２００を覆い、かつそれに接続される。ガイド部分２１２は、隣接する電極端子へと延在し、電極端子と隣接されるようにする。図１に示すＬ字状の接続部材は、まず、蓋板の伸長方向において電極端子と位置合わせされ、その後、電極端子へと延在する。あるいは、別の実施形態では、Ｌ字状の接続部材は、まず、隣接する蓋板へと延在し、その後、電極端子へと延在し、それら２つの電気的接続を実現し得る。

別の実施形態では、図２に示すように、隣接する単セル１００間で、電流遮断器２００は、フリップ部材２０２を覆うカバーキャップ２１０を含む。カバーキャップ２１０は、蓋板１０２に沿って延在し、隣接する電極端子と位置合わせされる、すなわち、線形に配置されるカバー部分２１１とガイド部分２１２とを有し、線形のＩ型接続部材２１５を使用することによって、隣接する電極端子に接続される。Ｉ型接続部材２１５は、さらに、単セル１００間で他の電極端子１０１を接続するように構成され得、そこには、電流遮断器２００が配置されない。このようにして、そのような形状のカバーキャップ２１０によって、バッテリーモジュール全体が、基本的に、このタイプの接続部材のみを必要とし得る。

図２に示す実施形態とは異なり、図１２に示すように、その代わりに、単セル１００は、比較的大きい電流遮断器に適応するために、拡大され得る。具体的には、単セル１００間では、電流遮断器２００を備える単セル１００の幅は、電流遮断器２００を備えない単セルの幅よりも大きい。さらに、電流遮断器２００は、蓋板１０２の幅の縁の近くまで延在するため、電流遮断器２００も適応され得る。

さらに、対応する単セルの幅が広いため、電流遮断器は、蓋板に突出しないようにされ得るため、隣接する電極端子は、互いに位置合わせされ得る。これはまた、蓋板１０２から延出する電流遮断器２００の、隣接する蓋板１０２の溶接構造または別の構造に対する影響を回避し得る。さらに、好ましくは、電流遮断器と、隣接する電極端子は、線形のＩ型接続部材２１５を使用することによって、互いに接続されるようにされ得る。

さらに、使用中、単セル１００の幅が増大されるが、バッテリーセルの容量は増加されない。すなわち、電流遮断器２００を備える単セル１００のバッテリーセル容量は、電流遮断器を備えない単セル１００のバッテリーセル容量と同じである。それゆえ、同じモジュール内に、異なる容量を備える単セルが存在することが回避され、それにより、ＢＭＳに対する影響を回避する。同じバッテリーセル容量であるため、ケース内の残余空間は、仕切り板を使用することによって、埋められ得る。すなわち、バッテリーセルは、仕切り板によって取り囲まれるため、バッテリーセルの組み立て構造は、安定的である。バッテリーモジュールのサイズおよび単セルのサイズを包括的に考慮して、バッテリーセルのサイズ対仕切り板のサイズの比は、１：１〜２：１とし得る。仕切り板は、電解質抵抗材料で作製され得る。

さらに、電流遮断の効果、コスト、および組み立てを考慮して、同じモジュール内の複数の単セル１００では、電流遮断器２００を備える単セルの数は、３個以下である必要がある。好ましくは、電流遮断器２００を備える単セルの数は、３個である。好ましくは、電流遮断器２００を備える単セルは、バッテリーモジュールの中心部かつ端部部分上に設置される単セルである。バッテリーモジュールが、連続して配置されたｎ個の単セルを含む場合、バッテリーモジュールの端部部分上の単セルは、バッテリーモジュールの第１の単セル、およびバッテリーモジュールのｎ個目の単セルである。ｎが奇数であるとき、バッテリーモジュールの中心部にある単セルは、バッテリーモジュールの（（ｎ＋１）／２）個目の単セルである。ｎが偶数であるとき、バッテリーモジュールの中心部にある単セルは、バッテリーモジュールの（ｎ／２）個目の単セル、または（（ｎ＋２）／２）個目の単セルであり、ここで、ｎ≧３である。

図１〜図１２による実施形態で提供される電流遮断器、単セル、およびバッテリーモジュール、図１〜図１２の実施形態によるボス溶接構造、楕円形ノッチ、およびセラミック製リングなどの特徴は、本発明の思想から逸脱することなく、全て、下記の他の実施形態に適用され得る。下記では、図１３〜図１７を参照して、本発明の別の実施形態による単セルを説明する。

図１３〜図１５に示すように、実施形態は単セル１１００を提供する。単セル１１００は、ケースと、ケース内に収容されたバッテリーセルと、バッテリーセルに電気的に接続された電極端子１１０１と、ケースを封入するための蓋板１１０２とを含む。電極端子１１０１は、蓋板１１０２に配置されて、電流を入力および出力する。単セル１１００は、さらに、ケース内のガスと連通する電流遮断器１２００を含む。図１〜図１２による実施形態において電極端子に取り付けられている方法とは異なり、電流遮断器１２００は、蓋板に配置され、かつケース内のガスと連通している。電流遮断器１２００は、導電部材１２０１と、導電部材１２０１に電気的に接続されたフリップ部材１２０２とを有する。フリップ部材１２０２と導電部材１２０１は、空気圧の作用下で、互いに電気的に切り離され得る。すなわち、電流遮断器１２００の動作原理は、基本的には、図１〜図１２による実施形態における電流遮断器と同じである。両動作原理において、回路は、単セル内の空気圧を感知することによって実現される、フリップ部材が弾けることに起因して、切り離される。

図１７に示すように、電流遮断器１２００は電極端子に配置されないため、導電部材１２０１は、フリップ部材１２０２に接続された本体部分１２９９と、本体部分１２９９から電極端子１１０１まで延在しかつ電極端子１１０１に接続される接続部分１２９８とを含む。それゆえ、この実施形態では、電流遮断器１２００は蓋板に配置される。これは、電極端子１１０１の高さが高くなることを回避することができ、それにより、蓋板の長さ空間を使用することによって、バッテリー容量密度を高める。

図１５〜図１７に示すように、この実施形態では、導電部材１２０１の本体部分１２９９は、ケース内のガスと連通しており、かつノッチ１２０５が設けられている。ノッチ１２０５は、フリップ部材１２０２に接続するための接続点の周りに配置される。このようにして、ノッチは、内部空気圧下で引き離され、それにより、フリップ部材と導電部材との間の電気的接続を切り離す。さらに、ノッチ１２０５には通気孔１２０６が設けられている。このようにして、通気孔１２０６を使用して、フリップ部材１２０２に空気圧を加えることができるようにし、フリップ部材を使用して、ノッチに引張力を加える。さらに、ノッチ１２０５は、通気孔１２０６の箇所において、容易に引き離され得、それにより、フリップ部材１２０２の感度を改善する。この場合、その代わりに、ノッチは、フリップ部材に配置されてもよい。ノッチ１２０５に沿って間隔をおいて配置される複数の通気孔１２０６があってもよい。さらに、ノッチ、通気孔などの特徴に関し、図１〜図１２による実施形態における全ての特徴が、この実施形態に適用され得る。別の実施形態では、導電部材の本体部分およびフリップ部材には、別々にノッチが設けられていてもよい。このようにして、ケース内の空気圧が連続的に上昇するとき、導電部材にあるノッチを引き離すことに加えて、フリップ部材にあるノッチが、さらに引き離され得る。この場合、バッテリー内のガスは、フリップ部材から外部へ排出され得、それにより、単セルのケース内の空気圧がさらに上昇するのを回避する。さらに、バッテリーの封入体内のガスセンサーは、その代わりに、アラームを感知するかまたは回路を切り離すようにされ得る。この部分については、下記で詳細に説明する。

具体的には、本体部分にあるノッチ１２０５は、ケース内の第１の空気圧の作用下で引き離され、フリップ部材にあるノッチは、ケース内の第２の空気圧の作用下で引き離され得、第２の空気圧は第１の空気圧を上回る。すなわち、導電部材の本体部分にあるノッチの強度は、フリップ部材にあるノッチの強度を下回るため、導電部材の本体部分にあるノッチは、より小さい第１の空気圧によって、引き離され得る。フリップ部材にあるノッチは、空気圧が上昇しない限り、圧力除去のために、さらに引き離されることはない。

この実施形態では、フリップ部材１２０２が、ケース内の空気圧の作用下となり得るのを保証するために、フリップ部材１２０２の外周面は導電部材１２０１に密接に接続されるため、ガスがフリップ部材の外周面から漏れるのを防止し、かつ圧力除去を防止する。具体的には、蓋板１１０２には、ケース内のガスと連通する通気孔が設けられ、蓋板は、通気孔を取り囲む第１のセラミック製リング１２０７に密接に接続される。本体部分１２９９は第１のセラミック製リング１２０７に密接に接続されるため、内部空気圧は、外部に漏れる代わりに、本体部分１２９９に加えられ得る。さらに、フリップ部材１２０２を安定的に組み立てるために、フリップ部材１２０２の外周面は第２のセラミック製リング１２９６に密接に接続され、第２のセラミック製リングは導電部材１２０１に密接に接続される。それゆえ、第２のセラミック製リングの絶縁特徴によって、フリップ部材１２０２の外周面は安定的に支持されることができ、導電部材は、第２のセラミック製リング１２９６を使用することによって、フリップ部材１２０２の外周面から絶縁され得る。このようにして、ノッチ１２０５が引き離された後で、フリップ部材１２０２および導電部材１２０１が電流の切り離しが維持された後、それにより、電流を遮断する。

具体的には、図１６および図１７に示すように、導電部材１２０１の本体部分１２９９は、ノッチ１２０５を取り囲む環状ボス１２９７を備える。このようにして、環状ボス１２９７の構造によって、半径方向において環状ボス１２９７の内側側面は、ノッチ１２０５および他の特徴を形成するために使用され、環状ボス１２９７の後方凹状部分は第１のセラミック製リング１２０７を密接に収容する。さらに、環状ボス１２９７の外側側面は、第２のセラミック製リング１２９６をしっかりと支持するために使用され得る。このようにして、この実施形態では、図１６および図１７に示す導電部材１２０１の独特の特徴によって、電流遮断器１２００は、容易に取り付けられ得る。

さらに、第１のセラミック製リング１２０７は、移行リング１２０９を使用することによって、蓋板１１０２に密接に接続される。図１７に示すように、移行リング１２０９は、通気孔の内壁に組み込まれた接続本体と、第１のセラミック製リング１２０７に接続するためのフランジリングとを有する。フランジリングは、半径方向に沿って接続本体から突出し、かつ蓋板に対して密接に押し付ける。それゆえ、電流遮断器１２００の安定的な取り付けが保証され、第１のセラミック製リング１２０７は、蓋板１１０２に直接接続される必要がない。

この実施形態では、接続の便宜上、好ましくは、図１７に示すように、電極端子１１０１は、蓋板１１０２を貫通してバッテリーセルに電気的に接続されたバッテリーポスト１１０４を含む。図１４および図１６に示すように、導電部材１２０１の接続部分１２９８には、スロット１２９５が設けられている。バッテリーポスト１１０４はスロット１２９５を突き抜け、バッテリーポスト１１０４はスロット１２９５に溶接されるため、バッテリーポスト１１０４は、導電部材１２０１に安定的に接続される。さらに、図１５に示すように、電流遮断器１２００は、フリップ部材１２０２を覆いかつフリップ部材１２０２に電気的に接続される接続部材１２１０を含む。接続部材１２１０は、フリップ部材１２０２を覆うカバー部分１２９４と、カバー部分１２９４から延出するガイド部分１２９３とを含む。接続部材１２１０は、図１〜図１２に示す実施形態によるＬ字状の接続部材２１４の構造と同じ構造に形成され得る。すなわち、カバー部分とガイド部分は、Ｌ字状の接続部材を形成する。このようにして、電流は、電流遮断器１２００から隣接する電極端子へ、またはモジュールから出て、容易に誘導され得る。

単セルの少なくとも１つが単セル１１００であるバッテリーモジュールでは、電流遮断器は、半径方向において蓋板から延出し、それにより、力を受ける領域を大きくし、かつ引張り強さを増大させる。隣接する単セル間で、電流遮断器と、隣接する電極端子は、蓋板１１０２の伸長方向において、互い違いにずらされ、隣接する蓋板の構造の影響を回避する。さらに、図１〜図１２による実施形態と同じく、電流遮断器１２００を備える最大３個の単セル１１００がある。

図１３〜図１７による実施形態で提供される単セルは上記で説明されており、図１〜図１２の実施形態による異なる特徴が主に説明される。実施形態のこれらの特徴は、矛盾がないときには、互いに置き換えられてもまたは組み合わせられてもよい。このために、本発明において詳細について再び説明することはない。

下記では、図１８を参照して、本発明の実施形態による単セル２１００を説明する。単セル２１００は、ケースと、ケース内に収容されたバッテリーセルと、バッテリーセルに電気的に接続された電極端子２１０１と、ケースを封入するための蓋板２１０２とを含む。電極端子２１０１は蓋板２１０２に配置される。単セルは、バッテリーセルに電気的に接続された第１の電極誘導部材２２９８と、電極端子２１０１に電気的に接続された第２の電極誘導部材２２９７とを含む。蓋板２１０２は、さらに、ケース内のガスと連通する防爆弁２２００を備える。防爆弁２２００は、第１の電極誘導部材２２９８と第２の電極誘導部材２２９７を接続するフリップ部材２２０２を有する。すなわち、２つの電極誘導部材は、フリップ部材２２０２を使用することによって、互いに接続される。

第１の電極誘導部材２２９８および／または第２の電極誘導部材２２９７には、第１のノッチ２２０５が設けられている。第１のノッチ２２０５は、ケース内の空気圧の作用下で切り離されて、第１の電極誘導部材２２９８および／または第２の電極誘導部材２２９７を流れる電流を遮断し得る。すなわち、第１のノッチは、第１のノッチが設けられた電極誘導部材が切り離されるように使用され、それにより、電流を遮断する。それゆえ、バッテリーセルと電極端子は、２つの電極誘導部材のうちの少なくとも一方に第１のノッチが設けられるとき、互いに電気的に切り離され得、それにより、単セルと外部との間の電流を遮断する。さらに、フリップ部材２２０２には、さらに、第２のノッチ２２９９が設けられている。第２のノッチ２２９９は、ケース内の空気圧の作用下で切り離され得るため、ケース内のガスが、フリップ部材２２０２を通して外部へ排出される。すなわち、第２のノッチはガス放出に使用される。第２のノッチが切り離された後、内部ガスは外部へ排出され得、それにより、バッテリー内の空気圧のさらなる上昇によって引き起こされる爆発を回避し、かつ防爆効果を達成する。

具体的には、第１のノッチは、ケース内の第１の空気圧の作用下で引き離され得、第２のノッチは、ケース内の第２の空気圧の作用下で引き離され得、第２の空気圧は第１の空気圧を上回る。すなわち、第１のノッチ２２０５の強度は、第２のノッチ２２９９の強度に劣るため、第１のノッチ２２０５は、より小さい第１の空気圧によって引き離され得る。第２のノッチ２２９９は、空気圧が上昇し続けない限り、圧力除去のためにさらに引き離されることはない。

図１８に示すように、この実施形態では、２つの電極誘導部材は、長尺状シート構造にあるとし得るため、電流は遮断され得る。第１のノッチ２２０５は、一方の面にある縁から他方の面の縁まで、長尺状シート構造の幅方向に沿って延在する。このようにして、長尺状シート構造は、第１のノッチに沿ってタイミング良く破壊され得る。フリップ部材２２０２は、環状外壁を備え得る。２つの電極誘導部材は、通電を実現するために、環状外壁に固定して接続され得る。具体的には、本発明では、フリップ部材の環状外壁は、例えば、ボス溶接構造にあるボスを使用することによって、形成され得る。さらに、フリップ部材は、さらに、円錐状リング構造に形成される。円錐状リングは、ボスからフリップ部材の外周面まで外向きに斜めに延在して、ボウル形状のフリップ部材を形成する。さらに、第２のノッチは、フリップ部材の周面の周りに円環形に形成され得るため、第２のノッチは、空気圧の作用下で完全に切り離され得、それにより、ガス圧力除去の効率を高める。具体的には、第２のノッチは、円錐状リング構造に形成され得る。フリップ部材が空気圧の作用下で効果的に第１のノッチと第２のノッチとを引き離すことができるようにするために、フリップ部材２２０２の外周面は、比較的安定した方法で、蓋板に密接に接続され、かつそれから絶縁される。それゆえ、一方では、ガスは、第１のノッチと第２のノッチが引き離されず、２つのノッチが効果的に使用されないときには、外部に排出されるのを防止され得る。他方では、蓋板は、接続が絶縁されていることによって、電流が流されないようにされ得る。

この実施形態では、電極端子２１０１は、蓋板を貫通するバッテリーポストを含む。バッテリーポストは、第２のセラミック製リングを使用することによって、蓋板の外側側面から絶縁され、かつそれに接続されて、外部との電流ループの確立を容易にする。すなわち、隣接する単セル間の通電は、電極端子間の相互接続によって実現される。セラミック製リングを使用することによって、蓋板に電流が流されないようにする。さらに、第１のセラミック製リング２２０７は、フリップ部材２２０２の外周面と蓋板との間を密接に接続させ、シーリングおよび絶縁に同様に使用される。

さらに、フリップ部材２２０２への接続を容易にするために、第１の移行部片２２９５は蓋板２１０２に固定して接続され、第２の移行部片２２９６は、フリップ部材２２０２の周面に固定して接続される。第１の移行部片および第２の移行部片は、アルミニウムシートとし得る。第１の移行部片２２９５および第２の移行部片２２９６は、第１のセラミック製リング２２０７と、同軸上に、ろう付け接続されている。このようにして、組み立ての際、２つの移行部片は、最初に、ろう付けによって第１のセラミック製リングに溶接され、その後、２つの固定部片が、別の構造に溶接される。これは、第１のセラミック製リングと、蓋板などの構造とのろう付けによって生成された高温を回避できる。それゆえ、組み立ては容易に実施され、第１のセラミック製リング２２０７は、密接した、安定的な、絶縁接続を実現するために使用され、蓋板２１０２は、電流が流されないようにされ得る。

具体的には、第１の移行部片２２９５および第２の移行部片２２９６は、第１のセラミック製リングの２つの環状端部面に適合する環状構造とし得る。さらに、好ましくは、蓋板２１０２は環状ボスを備える。第１の移行部片２２９５は環状ボス内で支持される。第１のセラミック製リングは、環状ボスの内壁にぴったりと押し付け、かつ第２の移行部片２２９６の方へ延在するため、第１のセラミック製リングは、蓋板２１０２内に安定的に接続される。

さらに、防爆弁は、さらに、保護フィルム２０９９を含み、これは、空気圧によって孔をあけることによって引き裂かれ得る。保護フィルムは、フリップ部材２２０２をしっかりと覆い、具体的には、フリップ部材から離れて第１の移行部片２２９５に接続される。このようにして、通常、保護フィルム２０９９は、防爆弁２２００の内側部分を保護でき、防爆性が必要とされるときには、一定の空気圧、例えば、第２の空気圧によって孔をあけることによって引き裂かれ、それにより、防爆弁の防爆効果に対する影響を回避し得る。

さらに、本発明では、２つのノッチが連続的に引き裂かれるようにするために、第１のノッチの残厚対第２のノッチの残厚の比は、１：３〜１：１．２、さらに、１：２〜１：１．３である。

下記では、図２２および図２３を参照して、本発明による実施形態について説明する。

この実施形態は、単セル３１００と、単セルを使用するバッテリーモジュールとを提供する。単セル３１００は、ケースと、ケース内に収容されたバッテリーセルと、ケースを封入するための蓋板３１０２と、蓋板３１０２に配置された電極端子３１０１とを含む。単セル３１００は、さらに、バッテリーセルに電気的に接続された内部ガイド部材３２９９、および内部ガイド部材３２９９と電極端子３１０１との間に接続された電流遮断器３２００を含む。図１〜図１２による実施形態でのバッテリーポストの外側端部に取り付けられている方法とは異なり、この実施形態における電流遮断器３２００は、蓋板３１０２の内側側面に設置され、ケース内のガスと連通して、空気圧の作用下で、電流遮断器３２００を流れる電流を遮断できる。外周面から半径方向に沿って外向きに延在するアダプタ部分３２９８が、電極端子３１０１に接続されているため、電極端子３１０１は、アダプタ部分３２９８を使用することによって、電流遮断器の外周面に接続される。

このようにして、電極端子の外周面から半径方向に外向きに延在するアダプタ部分３２９８が使用されるため、電極端子に直接接続される方法と比較して、半径方向において外側側面がアダプタ部分３２９８に接続されている電流遮断器の領域は、より大きく設計され得、それにより、内部空気圧が電流遮断器に力を加える領域を大きくする。このようにして、電流遮断器が受ける力は大きくされ得るが、空気圧は変化しないままであり、それにより、電流遮断器３２００の感度を改善し、タイミング良く電流遮断を実現する。特に、本発明のバッテリーが、電源バッテリーなどの大型バッテリーの分野に適用されるとき、正常に、高電流が送られる必要がある。それゆえ、アダプタ部分の追加、および電流遮断器のサイズの拡大は、双方とも、高電流の通電を容易にし得る。

この実施形態では、アダプタ部分３２９８は環状構造に形成される。環状構造の内周面は、電極端子の外周面に接続され、外周面は、電流遮断器の外周面に接続されるため、電流遮断器の領域が大きくされる。あるいは、別の実施形態では、アダプタ部分３２９８は、半径方向に沿って延在しかつ周方向に沿って間隔をおいて配置される複数の接続ポストの構造とし得る。これはまた、電流遮断器の領域を大きくし得る。

この実施形態では、電極端子および電流遮断器とのアダプタ部分の密接度を増し、かつ安定的な通電を保証するために、好ましくは、環状構造の内周面は、電極端子の内側端部の外周面にあるラベットに適合する。具体的には、電極端子の内側端部の外周面にはラベットが設けられていて、アダプタ部分の内周面は、ラベットに組み込まれ、かつ接続されている。このようにして、接続領域が大きくされるため、送電効率が改善される一方で、接続の安定性が保証される。電極端子の内側端部および外側端部は、ケースに対して、電極端子の軸方向に沿って定義される。すなわち、ケースの内側部分に近い端部が内側端部である。

さらに、この実施形態では、環状構造の外周面は、ケース内部へ突出している。すなわち、環状構造は、環状キャップ構造に形成され、電流遮断器は、外周面の内側側面においてラベットに適合する。これにより、接続の安定性を保証しかつ通電効率を改善するだけでなく、電流遮断器と電極端子は間隔を空け、それにより、空気圧の作用下での電流遮断器の切り離しのための空間を提供できる。

この実施形態では、内部ガイド部材３２９９は、バッテリーセルに接続された接続部片（図示せず）を含む。接続部片は、バッテリーセルから蓋板の方へ延在する。さらに、内部ガイド部材は、さらに、電流遮断器を収容しかつ取り付けるための支持溝と、支持溝から反対方向に向かって延在する複数の接続板とを含み得る。これら接続板は、別々に、蓋板と絶縁接続され、それにより、蓋板に電流が流れないようにする。具体的には、接続板および接続溝は、一体式シート様構造を形成し得る。すなわち、接続溝は、２つの側壁および１つの底壁を含む。２つの側壁は、それぞれ、２つの側面で接続板に接続される。さらに、電流遮断器をケース内のガスと連通させるために、支持溝の底壁には、ケース内のガスと連通する空気流通孔が設けられるように設計され得る。

この実施形態では、蓋板に電流が流れないようにするために、内部ガイド部材３２９９は、セラミック部材３２９６を使用することによって、蓋板３１０２の内側側面と絶縁接続される。具体的には、セラミック部材３２９６は、セラミックシートとして形成され、移行部片３２９４を使用することによって、内部ガイド部材３２９９および蓋板と溶接接続される。すなわち、２つの移行部片３２９４がある。移行部片は、セラミック部材３２９６の上面および下面に別々に設置されたアルミニウムシートとし得る。セラミック部材３２９６は、セラミック部材３２９６の上面に設置された移行部片３２９４を使用することによって、蓋板３１０２と溶接接続されている。さらに、セラミック部材３２９６は、さらに、セラミック部材３２９６の下面に設置された移行部片３２９４を使用することによって、内部ガイド部材３２９９と溶接接続されている。このようにして、セラミック部材３２９６と蓋板３１０２との間、およびセラミック部材３２９６と内部ガイド部材３２９９との間の溶接接続は、より容易に実現され、溶接構造は安定的である。セラミック部材３２９６は、セラミックろう付けによって、セラミック部材３２９６の上面および下面に設置された移行部片３２９４に接続され得る。セラミック部材３２９６の上面に設置された移行部片３２９４は、レーザ溶接によって蓋板３１０２に接続され得る。セラミック部材３２９６の下面に設置された移行部片３２９４は、レーザ溶接によって内部ガイド部材３２９９に接続され得る。

この実施形態では、電流遮断器３２００は、導電部材３２０１と、相互の電気的接続のために導電部材３２０１に接続されたフリップ部材３２０２とを有する。さらに、フリップ部材３２０２と導電部材３２０１は、作用下または空気圧で互いに電気的に切り離され得る。導電部材３２０１は、内部ガイド部材３２９９に接続され、かつケース内のガスと連通する空気誘導孔３２１３が設けられている。具体的には、導電部材３２０１は、内部ガイド部材の支持溝に組み込まれ、かつ接続される。このようにして、支持溝に形成された空気流通孔は、空気誘導孔３２１３とガス連通するため、フリップ部材３２０２は、ケース内のガスによって加えられた圧力を感知し（ｆｅｅｌ）、それにより、内部空気圧の作用下で、フリップ部材３２０２と導電部材３２０１との間の電気的接続を切り離す。フリップ部材３２０２の外周面およびアダプタ部分３２９８の外周面は互いに接続されて、電流接続経路を確立する。

この実施形態では、電気的接続を切り離す方法で、導電部材３２０１にはノッチが設けられていて、ノッチは、フリップ部材３２０２に接続するための接続点を取り囲んで配置される。このようにして、内部空気圧の作用下で、ノッチは引き離され、それにより、導電部材とフリップ部材との間の電気的接続を切り離す。あるいは、別の実施形態では、ノッチは、フリップ部材に形成され得るか、またはそれら２つの間の接続点を引き離す方法が使用され得る。フリップ部材３２０２に空気圧を加えるために、フリップ部材３２０２の外周面は、絶縁部材３２９５を使用することによって、導電部材３２０１および／または内部ガイド部材３２９９と支持接続しており、それにより、絶縁部材３２９５を使用することによって、フリップ部材３２０２の組み立てを実現する。これにより、フリップ部材の外周面が内部ガイド部材３２９９および導電部材から確実に絶縁されるようにし得、それにより、フリップ部材が空気圧の作用下で導電部材から電気的に切り離された後も、フリップ部材が、依然として、外周面において、導電部材または内部ガイド部材に電気的に接続されるようにする。

具体的には、絶縁部材は、セラミック製リングまたはシールリングなどの環状絶縁部材とし得る。絶縁部材には３つの接続方法がある。第１の方法では、絶縁部材は、導電部材３２０１をしっかりと支持し、具体的には、引き離される領域を取り囲む導電部材３２０１の領域を支持する。第２の方法では、絶縁部材は、内部ガイド部材３２９９を支持し、具体的には、導電部材３２０１を取り囲む内部ガイド部材３２９９の領域を支持する。第３方法では、絶縁部材は、内部ガイド部材３２９９および導電部材３２０１の双方を支持する。すなわち、図２３に示すように、絶縁部材は、内部ガイド部材３２９９と導電部材３２０１を接続する領域を支持する。

導電部材とフリップ部材との間の安定的な通電を保証するために、特に、高電流電源バッテリーに適用可能となるように、図１〜図１２による実施形態と同様に、導電部材にノッチ３２０５が設けられている場合、図２３に示すように、フリップ部材３２０２と導電部材３２０１は、ノッチ３２０５によって取り囲まれるボス溶接構造を使用することによって、互いに接続される。ボス溶接構造は、ボス３２０３、ボス３２０３を収容する接続孔３２０４、およびボス３２０３と接続孔３２０４との間に設置された環状溶接スポット３２１７を含み、それにより、高電流を効果的に通すことを保証する。具体的には、図２３に示すように、図６に示すものとは異なり、ボス３２０３はフリップ部材３２０２に形成される一方で、接続孔３２０４は導電部材３２０１に形成される。さらに、それの代わりに、図６と同じケースが使用され得る、すなわち、ボスは導電部材３２０１に形成され、接続孔３２０４はフリップ部材に形成される。

さらに、図２２に示すように、導電部材３２０１は、キャップ状構造に形成され得る。キャップ状構造は、フリップ部材に接続されたキャップ本体と、キャップ本体を取り囲むキャップブリムとを含む。キャップブリムは、空気誘導孔が設けられていて、内部ガイド部材に接続される。キャップ本体は、フリップ部材の方へ突出している。フリップ部材は、シート様構造に形成され、絶縁部材３２９５は、シート様構造の外周面とキャップブリムとの間で接続される。それゆえ、本発明で提供される電流遮断器の構造は、コンパクトであり、組み立ては安定的である。

この実施形態では、外部との電流ループを確立するために、好ましくは、電極端子３１０１は、蓋板を貫通するバッテリーポスト３１０４を含む。バッテリーポストは、セラミック製リング３２９３を使用することによって、蓋板と絶縁接続しており、それにより、蓋板に電流が流れないようにする。さらに、アダプタ部分３２９８は、バッテリーポストの内側端部に接続され、蓋板から突出する部分を使用することによって、外部との電流ループを確立する。具体的には、セラミック製リング３２９３は、蓋板の外表面に密接に接続され、バッテリーポスト３１０４に密接に接続されて、蓋板内のシール効果を保証する。空気孔３２９２が、軸方向に沿ってバッテリーポストを貫通して形成される。このようにして、圧力下での切り離しのプロセスにおいて、電流遮断器３２００は、蓋板内の閉キャビティの空気圧による影響を受けないが、外部の大気との圧力差を有し得るため、フリップ部材３２０２は、内圧と外圧との圧力差の作用下で動いて、ノッチ３２０５を引き離し得る。

図２２および図２３による実施形態で提供される単セルについて、上記で説明している。下記では、図２４を参照して本発明の実施形態について説明する。

この実施形態は、単セル４１００と、単セルを使用するバッテリーモジュールとを提供する。単セル４１００は、ケースと、ケース内に収容されたバッテリーセルと、バッテリーセルに電気的に接続された電極端子４１０１と、ケースを封入するための蓋板４１０２とを含む。電極端子４１０１は蓋板４１０２に配置される。電極端子はバッテリーポスト４１０４を含み、バッテリーポストは、蓋板４１０２を貫通し、かつ内部ガイド部材４１９６を使用することによってバッテリーセルに電気的に接続される。単セルは、さらに、バッテリーポスト４１０４に取り付けられた電流遮断器４２００を含む。電流遮断器４２００は、蓋板４１０２に対して固定されかつケース内のガスと連通するフリップ部材４２０２を有する。さらに、フリップ部材４２０２は、接続点を使用することによって、バッテリーポスト４１０４の外側端部面に接続される。接続点は、空気圧の作用下で切り離され得る。このようにして、この実装例での電流遮断器の動作原理は、空気圧によって、接続点においてバッテリーポスト４１０４からフリップ部材４２０２を直接分離することであり、それにより、フリップ部材４２０２とバッテリーポスト４１０４との間の電気的接続を切り離す。

感度を向上させるために、好ましくは、フリップ部材４２０２は、単一の溶接スポット４１９９を使用することによって、バッテリーポストに接続される。例えば、スポット溶接によって生じた溶接スポット４１９９が使用される。さらに、レーザ溶接などの別の溶接手段が、実装例に使用され得る。それゆえ、この実装例では、溶接スポットの溶接の溶け込みおよび溶接幅が適切に設定されて、引張り圧を制御する。

この実装例では、図１〜図１２による実施形態と同様に、バッテリーポスト４１０４には、ケースの内側部分と連通する空気誘導孔４１０３が設けられているため、内部空気圧は、電流遮断器へ容易に誘導され得る。さらに、電流遮断器の信頼性をさらに向上させるために、好ましくは、フリップ部材４２０２にはノッチ４２０５が設けられている。ノッチ４２０５は、接続点を取り囲んで配置される。このようにして、接続点を引き離すことに加えて、ノッチ４２０５を引き離すことは、電流を遮断するためにも使用され得る。この実装例では、接続点を引き離すための空気圧は、ノッチを引き離すための空気圧とは異なる。具体的には、接続点は、ケース内の第１の空気圧の作用下で引き離され得、ノッチ４２０５は、第２の空気圧の作用下で引き離され得る。第２の空気圧は第１の空気圧を上回る。このようにして、ノッチ４２０５は、接続点のバックアップ手段として使用されて、バッテリーの安全性を保証し得る。一層好ましくは、フリップ部材４２０２は、カバーキャップ４２１０によって覆われる。カバーキャップ４２１０には空気孔４１９７が設けられている。このようにして、ノッチ４２０５が引き離された後、ケース内のガスは、フリップ部材を通過し、その後、空気孔４１９７から排出され、それにより、バッテリー内の圧力除去を実現し、かつバッテリー内での爆発を防止する。この原理は、図１８による実施形態の防爆弁と同様である。

この実装例では、第１のセラミック製リング４２０７は、バッテリーポスト４１０４と蓋板４１０２との間に接続されているため、バッテリーポストは、セラミック構造を使用することによって安定的に取り付けられ、蓋板４１０２は、電流が流れないようにされる。さらに、第２のセラミック製リング４１９８は、バッテリーポスト４１０４とフリップ部材の外周面との間に密接に接続されるため、フリップ部材の外周面は、セラミック構造を使用することによってシールされ、それにより、内部ガスが効果的にフリップ部材に圧力を加えること、および、バッテリーポストがフリップ部材の外周面から絶縁され、接続点またはノッチが引き離された後、フリップ部材が依然として導電性となることを防止することを保証する。

具体的には、ある実施形態では、バッテリーポスト４１０４は、接続点を取り囲む環状ボス４２９７を有する。第１のセラミック製リング４２０７は、環状ボス４２９７の後方凹状部分に密接に収容される。第１のセラミック製リング４２０７は、蓋板４１０２に密接に接続される。環状ボス４２９７の半径方向外側側面は、第２のセラミック製リング４１９８をしっかりと支持する。第２のセラミック製リング４１９８は、フリップ部材４２０２の外周面をしっかりと支持する。このようにして、電流遮断器の構造全体がよりコンパクトであり、かつ、組み立ては安定的である。組み立てを容易にするために、第１のセラミック製リング４２０７は、移行リング４２０９を使用することによって、蓋板４１０２に密接に接続される。具体的には、セラミックろう付けは、密接な接続のために、移行リングおよび第１のセラミック製リング４２０７で実施され得る。

下記では、図５〜図７、図２０、および図２１を参照して、本発明の実施形態について説明する。この実施形態は、単セルおよびバッテリーモジュールを提供する。上述の実施形態のものと同じ特徴の効果について、ここで再び詳細に説明することはしない。

この実施形態は単セルを提供する。単セル１００は、ケース１０９と、ケース１０９に収容されるバッテリーセル１０８と、バッテリーセル１０８に電気的に接続された電極端子１０１と、ケースを封入するための蓋板１０２とを含む。電極端子１０１は蓋板１０２に配置される。電極端子は、蓋板１０２を貫通してバッテリーセルに電気的に接続されるバッテリーポスト１０４’’’を含む。単セルは、さらに、バッテリーポスト１０４’’’に取り付けられた電流遮断器２００を含む。電流遮断器２００は、ケース内のガスと連通する。電流遮断器２００は、導電部材２０１と、相互の電気的接続のために導電部材２０１に接続されるフリップ部材２０２とを有する。さらに、フリップ部材２０２と導電部材２０１は、空気圧の作用下で、互いに電気的に切り離され得る。導電部材２０１は、相互の電気的接続のために、バッテリーポスト１０４’’’に接続される。フリップ部材２０２と導電部材２０１は、ボス溶接構造を使用することによって、互いに接続される。ボス溶接構造は、ボス２０３、ボス２０３を収容する接続孔２０４、およびボス２０３と接続孔２０４との間に設置された環状溶接スポット２１７を含む。フリップ部材２０２は第１のシート様構造に形成される。第１のシート様構造には接続孔２０４が設けられている。導電部材２０１は第２のシート様構造に形成される。第２のシート様構造はボス２０３を備える。導電部材２０１にはノッチ２０５が設けられている。ノッチ２０５は、ボス２０３を取り囲んで配置される。導電部材２０１は、バッテリーポスト１０４’’’の外側端部面に接続される。フリップ部材２０２の外周面は、蓋板１０２に対して固定される。バッテリーポスト１０４’’’は、蓋板１０２に固定して接続され、バッテリーポスト１０４’’’には、ケースの内側部分と電流遮断器２００とを連通する空気誘導ダクトが設けられている。バッテリーポスト１０４’’’は、蓋板１０２に密接に接続されたセラミック製リング２０７’’に取り付けられる。セラミック製リング２０７’’の外側端部面は、導電リング２１６’に密接に接続される。フリップ部材２０２の外周面は、導電リング２１６’に密接に接続される。バッテリーポスト１０４’’’と導電リング２１６’は、セラミック製リング２０７’’を使用することによって、絶縁される。このようにして、電流は、安定的に通電または遮断される。

この実施形態では、バッテリーポスト１０４’’’の外側端部面には収容孔２１８’が設けられていて、導電部材２０１の外周面は、収容孔の内壁に固定される。

この実施形態では、ノッチ２０５は楕円形であり、ボス２０３は円形であり、ノッチ２０５の中心とボス２０３の中心は、楕円の長軸の方向に沿ってずらされており、楕円の長軸と電極端子の軸方向線は、傾斜して配置される。

この実施形態では、さらに、バッテリーポスト１０４’’’の外側端部の周面は半径方向ボス１０５’’を有する。セラミック製リング２０７’’の内周面は、半径方向ボス１０５’’を支持しかつそれに接続される半径方向支持体２０８’’を有する。複数の半径方向ボス１０５’’が、周方向に沿って間隔をおいて配置される。複数の半径方向支持体２０８’’が、周方向に沿って間隔をおいて配置される。複数の半径方向ボスは、複数の半径方向支持体と１対１で対応している。

この実施形態では、セラミック製リング２０７’’の外側端部面は、内側リングおよび外側リングを有する段付き構造に形成される。バッテリーポスト１０４’’’は、内側リングと組み込み接続される。外側リングは、バッテリーポスト１０４’’’から絶縁された導電リング２１６’に密接に接続される。フリップ部材２０２の外周面は、導電リング２１６’に固定して接続される。セラミック製リング２０７’’の内側端部面は、移行リング２０９’に密接に接続される。移行リング２０９’は、蓋板１０２に密接に接続されるため、セラミック製リング２０７’’と蓋板１０２は、間隔をおいて配置される。

この実施形態では、セラミック製リング２０７’’は、セラミックろう付けによって、導電リング２１６’、バッテリーポスト１０４’’’、および移行リング２０９’に密接に接続される。

この実施形態では、移行リング２０９’は、内側リングおよび外側リングを有して、Ｚ字状の構造を形成する。蓋板には貫通孔が設けられていて、そこをバッテリーポスト１０４が貫通する。貫通孔の端部面は階段構造にある。移行リングの内側リングは、階段構造に組み込まれ、かつそれを支持する。

この実施形態では、導電リング２１６’の外側端部面にはＬ字状のラベットが設けられている。フリップ部材２０２の外周面は、Ｌ字状のラベットに組み込まれ、かつそれを支持する。外周面は、フリップ部材２０２を覆うカバーキャップ２１０を使用することによって、Ｌ字状のラベットに密接に接続される。

単セルの組み立てを実現するために、図２０および図２１に示すように、下方スペーサリング１０７がバッテリーセル１０８に接続され、上方スペーサリング１０６が、蓋板１０２の下に接続される。上方および下方スペーサリングは、絶縁材で作製され得る。単セル１００は、さらに、バッテリーセルに接続された内部接続シート１１０を含む。内部接続シート１１０は、上方スペーサリング１０７と下方スペーサリング１０６との間に延在する。バッテリーポスト１０４’’’の下面は、階段部分を備える。階段部分は、蓋板１０２および上方スペーサリング１０６を貫通し、かつ内部接続シート１１０の端部部分に留められる。このようにして、電流は、バッテリーセル１０８からバッテリーポスト１０４’’’へ送られ、蓋板１０２は、ケース１０９から絶縁され、かつ電流が流れないようにする。

この実施形態において提供されるバッテリーモジュールによれば、バッテリーモジュールは複数の単セルを含む。単セルの少なくとも１つは、上述の単セルである。電流遮断器２００は、半径方向に沿って蓋板１０２から延出する。隣接する単セル１００間で、電流遮断器２００と、隣接する電極端子は、蓋板の伸長方向において互い違いにずらされている。さらに、図１に示すように、隣接する単セル１００間で、電流遮断器２００は、Ｌ字状の接続部材２１４を使用することによって、隣接する電極端子に接続される。Ｌ字状の接続部材２１４は、カバー部分２１１およびガイド部分２１２を有する。カバー部分２１１は、電流遮断器２００を覆い、かつそれに接続される。ガイド部分２１２は、隣接する電極端子まで延在する。

さらに、この実施形態は、さらに、電源バッテリーを提供する。電源バッテリーは、封入体と、封入体に収容されたバッテリーモジュールとを含む。バッテリーモジュールは、上述のバッテリーモジュールである。封入体内に、可燃性ガスを検出するためのガス検出装置が配置される。ガス検出装置は、電流遮断器の近くに配置されて、充電／放電保護システムに対して可燃性ガス信号を提供する。さらに、コストおよび効果を考慮して、バッテリーモジュールは、電流遮断器を１つだけ有する必要がある。

電流遮断器または防爆弁を有する単セルについて、上記で説明されている。電流遮断器または防爆弁は、それぞれ、電流遮断器または防爆弁の機械的な構造を使用することによって、安全対策を実施する。下記では、電気制御によって安全性を改良するために充電／放電保護システムを含む電源バッテリーについて詳細に説明する。

図１９に示すように、本発明は電源バッテリーを提供する。電源バッテリーは、電流遮断器または防爆弁を有する電源バッテリー、または別のタイプの電源バッテリーとし得る。電源バッテリーは、封入体と、封入体に収容された複数の単セル１００とを含む。例えば、複数の単セル１００は、直列または並列に接続されて、バッテリーモジュールを形成し得る。電源バッテリー内の可燃性ガスを検出するためのガス検出装置３００、例えば、ガスセンサーは、封入体内に配置されて、電源バッテリーの充電／放電回路をスイッチオフするかどうかを示す信号を提供する。

電源バッテリー内に設置されたガス検出装置３００を含むことに加えて、電源バッテリーに含まれる充電／放電保護システムは、さらに、制御装置４００および回路スイッチオン／オフ装置を含む。

ガス検出装置３００は、可燃性ガス信号を制御装置４００にフィードバックする。制御装置４００は、可燃性ガス信号に従って、電源バッテリー制御の充電／放電回路をスイッチオフするために、回路スイッチオン／オフ装置を制御するように構成される。すなわち、本発明の安全性は、封入体内に可燃性ガスがあるかどうかの検出によって実行される自動制御である。バッテリーの過充電などの緊急状態では、可燃性ガスは、バッテリー内で生じる。ガスの一部は、様々な方法で、多かれ少なかれ、封入体の内側部分へ漏れる。この場合、ガス検出装置、例えば、ガスセンサーは、可燃性ガスを検出し、かつそのような情報を制御装置へフィードバックし得る。制御装置は、可燃性ガスが検出されるかどうか、またはある量の検出された可燃性ガスがあるかどうかに従って、電源バッテリーの充電／放電回路を切り離すかどうかを決定する。可燃性ガスが検出されると、またはある量の可燃性ガスが、事前設定された閾値を超えると、回路スイッチオン／オフ装置は、電源バッテリーの充電／放電回路を切り離すように制御されて、電源バッテリーの安全性を保証し得る。

起こり得るリスクをさらに低下させるために、電源バッテリーは、さらに、制御装置４００によって制御されるアラーム装置５００を含む。このようにして、関係者は、音声、フラッシュ、またはサイレンなどのアラーム装置によって、その場所から避難するように指示され得、それにより、起こり得るリスクを低下させる。

図１９に示すように、制御装置４００は、電源バッテリーのホストコンピュータ主制御チップ４０１、および主制御チップと信号接続する制御モジュール４０２を含む。制御モジュール４０２は、回路スイッチオン／オフ装置と信号接続している。回路スイッチオン／オフ装置は、制御モジュール４０２によって制御される、充電／放電回路に設置されたリレー４０３とし得、充電／放電回路をスイッチオフする。さらに、アラーム装置５００は、アラーム指令からのアラームを受信するために、ホストコンピュータ制御チップ４０１と信号接続し得る。

具体的な動作プロセスでは、デジタルアナログ変換、サンプル値記憶、および他の処理が、ガスセンサーが取得した信号で実行され得る。さらに、障害検出が、さらに、システムで実行され得る。システムで障害が発生していないとき、ガス濃度処理が、取得された信号でさらに実行されて、可燃性ガスの漏れが発生しているかどうかを決定し得る。可燃性ガスの漏れの濃度が閾値を超えるとき、ホストコンピュータ主制御チップ４０１は、電流の遮断およびアラームの動作を実行する。

この実装例では、ガス検出装置は、単セルの外部に配置される。本発明の上述の実装例においては、可燃性ガスは、電流遮断器または防爆弁を使用することによって、外部へ排出され得る。さらに、弁がガスを外部へ排出できるという条件で、様々な公知の従来の防爆弁を使用して、ガスを外部へ排出し得る。すなわち、バッテリーモジュールでは、単セルの少なくとも１つは、単セル内のガス圧の作用下で、充電／放電回路を切り離すための電流遮断器、すなわち、上述の電流遮断器を備える。さらに、電流遮断器は、切り離し状態でケース内のガスを外部へ排出できる。このようにして、封入体内のガス検出装置は、外部へ排出された可燃性ガスを検出できる。この場合、バッテリーの過充電の緊急事態が発生していることを示す。さらに、システムの感度を改善するために、好ましくは、ガス検出装置は電流遮断器の近くに配置されるため、ガス検出装置は、可燃性ガスが放出された後で、タイミング良く、対応する信号を検出し、信号を制御装置へフィードバックし得る。さらに、電流遮断器に加えて、いくつかの実装例では、単セルの少なくとも１つは、単セル内のガス圧の作用下で、ガスを排出できる防爆弁、例えば、図１８による実施形態の防爆弁を備える。この場合、ガス検出装置は、防爆弁の近くに配置され得る。

ガスを外部へ排出するために、上述の実装例のそれぞれにおける電流遮断器は、カバー部材を備える。カバー部材には、外部と連通する空気孔が設けられている。このようにして、ケース内のガスは、フリップ部材と導電部材が互いに電気的に切り離された後、フリップ部材を使用することによって、外部へ排出され得る。具体的には、この場合、フリップ部材には、ケース内の空気圧によって引き離され得るノッチが設けられ得る。図１３〜図１７による実施形態では、フリップ部材にあるノッチの圧縮強度は、導電部材の本体部分にあるノッチの強度を上回り得る。あるいは、図１８による実施形態では、フリップ部材にあるノッチの圧縮強度は、２つの電極誘導部材にあるノッチの強度を上回り得る。このようにして、電流が遮断された後に、ガスを放出するプロセスが実施される。さらに、図１〜図１２による実施形態の電流遮断器が使用されるとき、フリップ部材には、上述のノッチが設けられている。

さらに、カバー部材にある空気孔は、さらに、電流遮断器が大気との圧力差を受けることができるようにするので、フリップ部材の作用が実現される。本明細書のカバー部材は、図１〜図１２による実施形態のカバーキャップ２１０としても、または図１３〜図１７による実施形態の接続部材１２１０としても、または図１８による実施形態の保護フィルム２０９９などとしてもよい。このようにして、対応するノッチが引き離された後、ガスは、例えば、図１〜図１２による実施形態の空気孔２１３を使用することによって、外部へ排出され得るため、ガス検出装置は、タイミング良く、パックへの可燃性ガスの漏れを検出できる。

本発明の実施形態を、添付図面を参照して、詳細に説明している。しかしながら、本発明は、上述の実施形態における具体的な詳細に限定されない。本発明の技術的思想内で、様々な単純な変形が、本発明の技術的な解決法になされ得る。これらの単純な変形は全て、本発明の保護範囲内に入る。

さらに、上述の具体的な実施形態において説明した具体的な技術的特徴は、矛盾がないときには、いずれかの適切な方法で組み合わせられ得ることに留意されたい。不必要な繰り返しを回避するために、考えられる組み合わせ方法を本発明においてさらに説明することはしない。

さらに、本発明の異なる実施形態は無作為に組み合わせられ得、組み合わせはまた、組み合わせが本発明の思想から逸脱しないという条件で、本発明によって開示された内容として考慮され得る。

最後に、本発明の上述の発明的思想を導入する研究開発の背景について、説明する。

環境汚染がますます悪化し、新エネルギー車の開発が新しい国家戦略計画となっている。現在、新エネルギー車の全電気自動車およびプラグインハイブリッド車が、自動車市場を独占している。電気自動車の分野では、航続距離が電気自動車の開発を制限している主な要因であり、航続距離は、バッテリーセルのエネルギー密度に依存する。現在のところ、市場のバッテリーセルには、主に２つの物質がある：三元物質およびリン酸鉄リチウム。三元物質は高エネルギー密度であるが、安全性能に劣る。特に、過充電は、火災または爆発の原因となる。これは、安全性能に対して厳しい基準を有する自動車産業にとって、大きな課題である。

より大きなバッテリー容量は、航続距離をより良好にするため、三元物質の安全性能を改善するためのいくつかの解決法が、三元物質の安全性を保証するために使用される必要がある。しかしながら、物質の性能をさらに改善することが困難であるため、構造に関する解決法を考慮する必要がある。

関連技術において説明したように、バッテリーパックの既存の設計において、電圧および電流の温度管理、およびモジュール内のバッテリーセルの制御を実行するためには、ＢＭＳが主に使用されている。しかしながら、実際の使用プロセスでは、依然として、バッテリーセルの堅牢性および管理ソフトウェアの信頼性の偶発的なリスクがある。具体的には、モバイル機器に関する人々の使用習慣に言及すると、人々は、通常、車体をコンセントにつないで、電気自動車を四六時中再充電する。ＢＭＳソフトウェアを使用して再充電を制御しているため、そのようなバッテリーは、長時間再充電されるにすぎない。しかしながら、ソフトウェア検出が失敗するか、または別の例外が発生する場合、封入体のループにおけるバッテリーセルの過充電のリスクが発生する。それゆえ、本発明の発明者は、バッテリーに対する機械的保護を提供する設計を考え、バッテリーの安全性リスクがソフトウェア障害後に発生しないようにしている。

機械的保護対策に関し、本発明の発明者が、過充電などの緊急状態においてバッテリーの電流遮断タイミングの法則があることを独創的に見出している。はっきり言うと、電極端子で電流を遮断できる電流遮断器または防爆弁は、過充電などの緊急状態では内部空気圧が上昇するという原理に従って設計され得る。このようにして、電極端子を通した入力または出力が制御され得、それにより、安全性を保証する。

さらに、自動車において使用される電源バッテリーの容量は、通常、３Ｃバッテリーの十数倍であり、電源バッテリーの貫通電流は、マイナークラスのバッテリーの数十倍またはさらには数百倍である。それゆえ、シートは、さらに、非常に高い貫通電流に耐える必要がある。さらに、電源バッテリーの耐候性および耐漏性に対する要求は、使用環境ゆえに、より厳しくなる。これらの問題が収集されてから、本発明の技術的な解決法が見出されている。さらに、試験によって確認されたように、本発明の実装例のいずれにおいても、電流遮断器または防爆弁は、バッテリーにおける電流をタイミング良く遮断でき、それにより、安全性を効果的に向上させている。

Claims (16)

1. ケースと、前記ケースに収容されたバッテリーセルと、前記バッテリーセルに電気的に接続された電極端子と、前記ケースを封入するための蓋板とを含み、前記電極端子は前記蓋板に配置されている、単セルであって、
   前記電極端子は、前記蓋板を貫通して前記バッテリーセルに電気的に接続されたバッテリーポストを含み、前記単セルは、さらに、前記バッテリーポストに取り付けられた電流遮断器を含み、前記電流遮断器は前記ケース内のガスと連通しており、
   前記電流遮断器は、導電部材と、相互の電気的接続のために前記導電部材に接続されたフリップ部材とを有し、前記フリップ部材と前記導電部材は、空気圧の作用下で互いに電気的に切り離され得、前記導電部材は、相互の電気的接続のために前記バッテリーポストに接続され、
   前記フリップ部材と前記導電部材は、ボス溶接構造を使用することによって、互いに接続され、前記ボス溶接構造は、ボス、前記ボスを収容する接続孔、および前記ボスと前記接続孔との間に設置された環状溶接スポットを含み、前記フリップ部材は第１のシート様構造に形成され、前記第１のシート様構造には前記接続孔が設けられ、前記導電部材は第２のシート様構造に形成され、前記第２のシート様構造は前記ボスを備え、
   前記導電部材は、前記バッテリーポストの外側端部面に接続され、前記フリップ部材の外周面は、前記蓋板に対して固定され、前記バッテリーポストは、前記蓋板に密接に接続されたセラミック製リングに取り付けられ、かつ前記セラミック製リングを使用することによって、前記フリップ部材の前記外周面から絶縁されている、単セル。
2. 前記導電部材にはノッチが設けられていて、前記ノッチは、前記ボスを取り囲んで配置されている、請求項１に記載の単セル。
3. 前記バッテリーポストは、前記蓋板に固定して接続され、前記バッテリーポストには、前記ケースの内側部分と前記電流遮断器とを連通する空気誘導ダクトが設けられている、請求項１に記載の単セル。
4. 前記セラミック製リングの外側端部面は、導電リングに密接に接続され、前記フリップ部材の前記外周面は、前記導電リングに密接に接続され、前記バッテリーポストと前記導電リングは、前記セラミック製リングを使用することによって絶縁される、請求項１に記載の単セル。
5. 前記バッテリーポストの前記外側端部面には収容孔が設けられていて、前記導電部材の外周面は、前記収容孔の内壁に固定されている、請求項１に記載の単セル。
6. 前記バッテリーポストの外側端部の周面は半径方向ボスを有し、前記セラミック製リングの内周面は、前記半径方向ボスを支持しかつそれに接続される半径方向支持体を有し、複数の半径方向ボスが、周方向に沿って間隔をおいて配置され、複数の半径方向支持体が、前記周方向に沿って間隔をおいて配置され、前記複数の半径方向ボスは、前記複数の半径方向支持体と１対１で対応している、請求項１に記載の単セル。
7. 前記セラミック製リングの前記外側端部面は、内側リングおよび外側リングを有する段付き構造に形成され、前記バッテリーポストは、前記内側リングと組み込み接続され、前記外側リングは、前記バッテリーポストから絶縁された前記導電リングに密接に接続され、前記フリップ部材の前記外周面は、前記導電リングに固定して接続され、前記セラミック製リングの内側端部面は、移行リングに密接に接続され、前記移行リングは、前記蓋板に密接に接続されるため、前記セラミック製リングと前記蓋板は、間隔をおいて配置される、請求項４に記載の単セル。
8. 前記セラミック製リングは、セラミックろう付けによって、前記導電リング、前記バッテリーポスト、および前記移行リングに密接に接続されている、請求項７に記載の単セル。
9. 前記移行リングは、内側リングおよび外側リングを有して、Ｚ字状の構造を形成し、前記蓋板には貫通孔が設けられていて、そこを前記バッテリーポストが貫通し、前記貫通孔の端部面は階段構造にあり、前記移行リングの前記内側リングは、前記階段構造に組み込まれ、かつそれを支持している、請求項７に記載の単セル。
10. 前記導電リングの前記外側端部面にはＬ字状のラベットが設けられていて、前記フリップ部材の前記外周面は、前記Ｌ字状のラベットに組み込まれ、かつそれを支持し、前記外周面は、前記フリップ部材を覆うカバーキャップを使用することによって、前記Ｌ字状のラベットに密接に接続されている、請求項７に記載の単セル。
11. 前記バッテリーセルに下方スペーサリングが接続されており、前記蓋板の下に上方スペーサリングが接続されており、前記単セルは、さらに、前記バッテリーセルに接続された内部接続シートを含み、前記内部接続シートは、前記上方スペーサリングと前記下方スペーサリングとの間へと延在し、前記バッテリーポストの下面は階段部分を備え、前記階段部分は、前記蓋板および前記上方スペーサリングを貫通し、かつ、前記内部接続シートの端部部分に留められている、請求項１に記載の単セル。
12. 複数の単セルを含む、バッテリーモジュールであって、前記単セルの少なくとも１つは、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の単セルであり、前記蓋板は、長手方向と幅方向とを有する長方形状であり、前記幅方向は前記単セルの積層方向であり、前記電流遮断器は、円形部分を有し、前記円形部分は、前記蓋板の幅方向から延出し、かつ、前記電流遮断器と、隣接する電極端子は、前記蓋板の長手方向において互い違いにずらされている、バッテリーモジュール。
13. 前記隣接する単セル間で、前記電流遮断器が、Ｌ字状の接続部材を使用することによって、前記隣接する電極端子に接続され、前記Ｌ字状の接続部材は、カバー部分およびガイド部分を有し、前記カバー部分は、前記電流遮断器を覆い、かつそれに接続され、前記ガイド部分が、前記隣接する電極端子へと延在する、請求項１２に記載のバッテリーモジュール。
14. 封入体と、前記封入体に収容されたバッテリーモジュールとを含む、電源バッテリーであって、前記バッテリーモジュールは、請求項１２または１３に記載のバッテリーモジュールであり、前記封入体内に、可燃性ガスを検出するためのガス検出装置が配置され、前記ガス検出装置は、前記電流遮断器の近くに配置されている、電源バッテリー。
15. 前記バッテリーモジュールは１つの電流遮断器を有する、請求項１４に記載の電源バッテリー。
16. 請求項１４または１５に記載の電源バッテリーを備える、電気自動車。

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