JP7076552B2 - 電池システム及び電気自動車 - Google Patents

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Description

本開示は、電池の分野に関し、電池システム及び電気自動車に関する。
(関連出願の相互参照)
本願は、ビーワイディー カンパニー リミテッドが２０１７年１２月１３日に提出した、発明の名称「電池システム及び電気自動車」の中国特許出願第「２０１７１１３３０１７１．０」号の優先権を主張するものであり、その全ての内容は参照により本願に組み込まれるものとする。
近年、地球環境汚染と石油エネルギー不足の背景において、電気自動車は時運に応じて現れた。電気自動車の主要な動力源となる電池としては、パウチ型電池は、体積が小さく、重量が軽く、比エネルギーが高く、安全性が高いなどの様々な利点を有するため、電気自動車に広く応用されている。
しかしながら、パウチ型電池は、充電中に過充電などの異常現象が発生して、パウチ型電池の爆発等の問題を引き起こしやすい。
本開示は、パウチ型電池の過充電の技術的課題を解決するために、電池システム及び電気自動車を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示は、パウチ型電池と、前記パウチ型電池に直列接続され、かつ電流遮断装置が設けられた少なくとも１つの第１の単電池とが設けられた少なくとも１つの直列回路を含み、前記第１の単電池における電流遮断装置が、前記パウチ型電池、前記第１の単電池のうちの少なくとも１つに異常が発生したときに、該第１の単電池の内部電流を遮断する、電池システムを提供する。
いくつかの実施例では、前記直列回路には、前記パウチ型電池に直列接続された複数の第１の単電池が含まれ、前記複数の第１の単電池が互いに順に直列接続されるか又は間隔を隔てて直列接続される。
いくつかの実施例では、前記直列回路には、前記パウチ型電池に直列接続された複数の第１の単電池が含まれ、前記複数の第１の単電池が並列接続されて電池パックを構成して前記パウチ型電池に直列接続される。
いくつかの実施例では、前記第１の単電池は、ケースと、前記ケース内に収容されたセルと、前記ケースを封止するカバープレートと、前記セルに電気的に接続され前記カバープレートの内側に位置する電極内部端子と、前記カバープレートの外側に位置する電極外部端子とを含み、前記電流遮断装置は、前記カバープレートに設けられ、かつそれぞれ前記電極外部端子及び前記電極内部端子に電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記ケースは、アルミニウムケース、鋼ケース、プラスチックケースのうちの１種であり、前記ケースの厚さは０．４ｍｍ～１．５ｍｍである。
いくつかの実施例では、前記電流遮断装置は、前記電極内部端子に電気的に接続された切り込み部材と、それぞれ前記切り込み部材及び前記電極外部端子に電気的に接続されるとともに、前記第１の単電池の内部ガスと連通する反転部材とを含む。
いくつかの実施例では、前記切り込み部材は、切り込みが形成された切り込み領域と、反転部材に電気的に接続するための第１の溶接領域と、前記電極内部端子に電気的に接続するための第２の溶接領域とを含み、前記反転部材は、気圧作用下で動作して前記切り込みを引き裂くことができ、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられ、かつ前記第１の溶接領域、第２の溶接領域のうちの少なくとも１つは、前記切り込みとは異なる面に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込みは、第１の溶接領域及び第２の溶接領域と異なる面に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み部材に該切り込み領域から突出するボスが形成され、前記第１の溶接領域は、前記ボスの上表面によって形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、該上表面の外周縁に環状の溶接接合点が設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み領域の外周縁に前記ボスと同じ方向に突出する環状壁が形成され、前記環状壁の上周縁と前記ボスの上縁部とが高さ方向に面一であり、該環状壁の外壁は、前記電極内部端子に電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記第２の溶接領域、前記切り込み領域、前記第１の溶接領域は、径方向に沿って外から内へ順に配置されているとともに、外から内に前記反転部材に徐々に近づく段差構造に形成され、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み領域の外周縁に前記ボスとは逆方向に突出する環状壁が形成され、前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、前記第２の溶接領域の外周縁に環状の溶接接合点が形成される。
いくつかの実施例では、前記ボスの側壁と前記環状壁は、それぞれ前記切り込み領域に垂直である。
いくつかの実施例では、前記第１の溶接領域、前記切り込み領域及び前記第２の溶接領域は、それぞれ環状構造に形成される。
いくつかの実施例では、前記反転部材には、前記切り込み部材に電気的に接続するための第１の接続領域と前記電極外部端子に電気的に接続するための第２の接続領域とが形成され、さらに、前記第１の接続領域に設けられる変形緩衝領域が形成される。
いくつかの実施例では、前記反転部材は、円錐台形状に形成されたシート状構造であり、前記円錐台形状の上底側端部は前記第１の接続領域として形成され、下底側端部は前記切り込み部材から離れて前記第２の接続領域として形成される。
いくつかの実施例では、前記変形緩衝領域は、前記第１の接続領域を囲む環状溝構造に形成される。
いくつかの実施例では、前記環状溝構造の径方向断面は、円弧状又は角型である。
いくつかの実施例では、前記反転部材の外周縁の下側と前記カバープレートとの間に支持環が密封接続され、前記電極外部端子の外周縁が前記反転部材の外周縁の上側に電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記支持環の内壁に支持フランジが形成され、前記反転部材及び前記電極外部端子の外周縁が前記支持フランジの上表面に支持される。
本開示は、本開示に係る電池システムを含む電気自動車をさらに提供する。
上記技術手段によれば、パウチ型電池に直列接続された少なくとも１つの第１の単電池を直列回路に設け、かつ第１の単電池に電流遮断装置を設けることにより、パウチ型電池の充電中に発生した過充電などの異常による爆発を回避し、パウチ型電池動作の安全性を向上させることができる。
本開示の他の特徴及び利点を以下の具体的な実施形態部分に詳細に説明する。
図面は、本開示のさらなる理解を提供し、かつ本明細書の一部を構成するものであり、以下の実施形態とともに本開示を説明するものであり、本開示を限定するものではない。図面において、
本開示の一実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、第１の単電池中の電流遮断装置が作動されておらず、直列回路が正常動作状態にある。 本開示の一実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、第１の単電池中の電流遮断装置が正常に作動され、直列回路が遮断状態にある。 本開示の他の実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、第１の単電池中の電流遮断装置が作動されておらず、直列回路が正常動作状態にある。 本開示の他の実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、第１の単電池中の電流遮断装置が正常に作動され、直列回路が遮断状態にある。 本開示の他の実施形態に係る電池システムの構造概略図であり、電池パックのうちの１つの第１の単電池中の電流遮断装置が誤って作動され、直列回路が依然として正常動作状態にある。 本開示の一実施形態に係る電池システムの一部の分解立体概略図である。 本開示の一実施形態に係る電池システムの一部の分解立体概略図である。 本開示の他の実施形態に係る電池システムの一部の分解立体概略図である。 本開示の他の実施形態に係る電池システムの一部の分解立体概略図である。 本開示の第１の実施形態に係る電流遮断装置の断面図である。 本開示の第２の実施形態に係る電流遮断装置の断面図である。 本開示の第２の実施形態に係る切り込み部材の立体構造概略図である。 本開示の第１の実施形態に係る反転部材の立体構造概略図である。
以下、図面を参照しながら本開示の具体的な実施形態を詳細に説明する。理解すべきことは、ここで記述した具体的な実施形態が本開示を説明し解釈するためのものにすぎず、本発明を限定するものではないことである。
本開示において、逆に説明しない場合に、使用される「上、下、左、右」のような方位詞は、一般的には対応する図面の図面方向を基準として定義され、「内、外」とは、対応する部材輪郭の内と外を意味する。
図１～図９は、本開示の電池システムの構造概略図であり、図１０及び図１１は、本開示に係る電流遮断装置の構造概略図であり、図１２は、本開示に係る切り込み部材であり、図１３は、本開示に係る反転部材である。図１～図５に示すように、該電池システムは、パウチ型電池１０と、該パウチ型電池１０に直列接続され、かつ電流遮断装置３０が設けられた少なくとも１つの第１の単電池２０とが設けられた少なくとも１つの直列回路を含む。前記第１の単電池２０上の電流遮断装置３０は、直列回路中のいずれか又はいくつかの電池に異常が発生したときに、該第１の単電池２０の内部電流を遮断することにより直列回路全体を遮断する。いずれか又はいくつかの電池とは、パウチ型電池１０及び第１の単電池２０のうちの少なくとも１つを意味する。
本開示の一実施形態では、パウチ型電池１０は、１つのパウチ型単電池１１を含んでもよいし、複数のパウチ型単電池１１を含んでもよく、該複数のパウチ型単電池１１は、直列接続された複数のパウチ型単電池１１、又は並列接続された複数のパウチ型単電池１１、又は直並列接続された複数のパウチ型単電池１１であってもよく、パウチ型単電池１１は、パウチセルと、該パウチセルに直列接続された電極とを含み、該パウチ型単電池１１のケースはアルミラミネートフィルムである。
本開示では、直列回路には、パウチ型電池１０に直列接続された１つの第１の単電池２０を含んでもよいし、パウチ型電池１０に直列接続された複数の第１の単電池を含んでもよく、該複数の第１の単電池２０は、互いに並列接続されて電池パック（図３～図５に示すような電池パック６０）を構成した後に、パウチ型電池１０に直列接続されてもよく、該複数の第１の単電池２０の間は、順に直列接続された後に、パウチ型電池１０に直列接続されてもよく、本技術手段では、該複数の第１の単電池２０と複数のパウチ型単電池１１は、間隔を隔てて直列回路に直列接続されてもよい。
本開示では、第１の単電池２０は、ケース２１と、ケース内に収容されたセルと、ケース２１を封止するカバープレート２２と、カバープレート２２の内側に位置する電極内部端子２４と、カバープレート２２の外側に位置する電極外部端子２３とを含む。電極内部端子２４は、セルに電気的に接続され、電極外部端子２３は、様々な電極リードにより電流の入出力を完了することができる。電流遮断装置３０は、カバープレートに設けられ、かつそれぞれ電極外部端子２３及び電極内部端子２４に電気的に接続されて電極端子の電流の入出力を制御することができ、いくつかの実施例では、前記ケースは、アルミニウムケース、鋼ケース、プラスチックケースのうちの１種であり、前記ケースの厚さは０．４ｍｍ～１．５ｍｍである。
いくつかの実施例では、図１に示すように、電流遮断装置３０は、非作動状態において、セルと電極端子とが導通した状態にあり、すなわち、電極外部端子２３と電極内部端子２４との間の電気的な接続が正常であり、電流の入出力を正常に行って電池システムの充放電動作を完了することができる。
図２に示すように、直列回路中のいずれか又はいくつかの電池に異常が発生したときに、該第１の単電池２０は、受熱して温度が高くなり、電池内部の気圧が増大して、該第１の単電池２０に設けられた電流遮断装置３０を作動させて、電極外部端子２３と電極内部端子２４との電気的な接続を遮断し、さらに電極端子の電流入力と電流出力を遮断して、直列回路を遮断状態にさせることにより、電池システムの熱暴走を防止する。
なお、図１及び図２は、第１の単電池が１つだけ設けられた１つの直列回路を含む電池システムのみを例として示すものである。本開示の他の実施形態では、該電池システムは、複数の直列回路を有してもよく、直列回路毎に複数の第１の単電池が設けられてもよく、複数の第１の単電池は、直列回路の任意の位置に直列接続されてもよく、並列接続されて電池パックを構成してパウチ型電池に直列接続されてもよい。
例えば、図３～図５は、２つの第１の単電池が並列接続されて電池パック６０を構成してパウチ型電池１０に直列接続されることを例として示すものであり、図３に示すように、直列回路が正常状態にある場合、電池パック６０の各第１の単電池２０中の電流遮断装置３０は、いずれも動作せず、このとき、各第１の単電池２０の電極内部端子２４及び電極外部端子２３が正常に電気的に接続され、すなわち各第１の単電池２０の内部電流が導通し、このとき、直列回路全体が正常である。
図４に示すように、直列回路中のいずれか又はいくつかの電池に異常が発生したときに、電池パック６０の第１の単電池２０中の電流遮断装置３０を作動させるようにトリガーして、第１の単電池２０（第１の単電池Ｃｎ（ａ）及びＣｎ（ｂ））の内部は、いずれも遮断状態にあり、さらに直列回路全体が遮断状態とされることにより、パウチ型電池１０の過充電を回避して、パウチ型電池１０への保護を実現する。
図５に示すように、電池パック６０のうちのいずれかの第１の単電池２０中の電流遮断装置３０（第１の単電池Ｃｎ（ｂ）中の電流遮断装置）が異常に作動する場合に、該第１の単電池Ｃｎ（ｂ）の内部電流が遮断されるが、並列接続された他の第１の単電池Ｃｎ（ａ）の内部電流が依然として導通状態にあるため、直列回路は、正常動作状態を保持し、容量のみが小さくなる。これにより、電流遮断装置が異常に作動して直列回路を断電させるリスクを低減できて、該電池システムに基づく外部制御システムは、十分な時間で関連処理を行うことができる。
本開示では、図６～図９に示すように、パウチ型電池１０は、１つ又は複数のパウチ型単電池１１を含んでもよく、パウチ型電池１０が複数のパウチ型単電池１１を含む場合、前記複数のパウチ型単電池１１は、導電性接続部材５０を介して、直列接続されるか、又は並列接続されるか、又は直並列接続され、各パウチ型単電池１１は、パウチセルと、パウチセルに電気的に接続された電極とを含み、２つの隣接したパウチ型単電池の間の電極は、導電性接続部材５０を介して直列接続されるか又は並列接続される。
本開示では、パウチ型電池１０中の１つのパウチ型単電池１１は、第１の単電池２０又は電池パック６０に直列接続され、或いは、パウチ型電池１０中の複数のパウチ型単電池１１は、それぞれ、複数の第１の単電池２０又は複数の電池パック６０に直列接続され、いくつかの実施例では、動力接続シート４０を介してパウチ型電池１０中の１つのパウチ型単電池１１の正極（負極）と第１の単電池２０の負極（正極）とを溶接して直列接続を形成するか、又はパウチ型電池１０中の１つのパウチ型単電池１１の正極（負極）と電池パックの負極リード（正極リード）とを溶接して直列接続を形成することができ、第１の単電池２０又は電池パックに直列接続された該パウチ型単電池１１は、パウチ型電池１０の端部に位置してもよいし、パウチ型電池１０の中間部位に位置してもよく、本開示によれば、パウチ型電池１０の一側又は両側の端部に位置するパウチ型単電池１１の正極（負極）と第１の単電池２０の負極（正極）とを動力接続シート４０により溶接するか、又はパウチ型電池１０の一側又は両側の端部に位置するパウチ型単電池１１の正極（負極）と電池パックの負極リード（正極リード）を動力接続シート４０により溶接する。
一実施形態として、図６及び図７に示すように、第１の単電池２０の正極（負極）が動力接続シート４０を介してパウチ型電池１０の一側の端部のパウチ型単電池１１の負極（正極）に電気的に接続されることにより、第１の単電池２０とパウチ型電池１０は直列接続され、パウチ型単電池１１の間は導電性接続部材５０を介して直列接続されるか又は並列接続されてパウチ型電池１０を形成する。
別の実施形態として、図８及び図９に示すように、パウチ型電池１０の両側の端部のパウチ型単電池１１の電極は、動力接続シート４０を介してそれぞれ第１の単電池２０に電気的に接続されることにより、前記直列回路においてパウチ型電池１０と２つの第１の単電池との直列接続を完了する。
本開示に係る電池システムによれば、前記パウチ型電池１０の端部のパウチ型単電池１１も動力接続シート４０を介して電池パックの正極リード又は電池パックの負極リードに電気的に接続されてもよく、これにより、パウチ型電池１０と複数の前記第１の単電池２０で並列接続して構成された電池パック６０との直列接続を完了し、本開示に係る電池システムによれば、前記パウチ型電池１０が直列又は並列接続された複数のパウチ型単電池を含む場合、第１の単電池２０をパウチ型電池１０の中間部位に直列接続してもよいし、電池パック６０をパウチ型電池１０の中間部位に直列接続してもよい。
本開示では、電流遮断装置３０は、カバープレート２２上の任意の適切な位置に設けられてよい。いくつかの実施例では、一実施形態として、図６～図９に示すように、電流遮断装置３０は、第１の単電池２０の１つの電極外部端子２３に取り付けられ、かつ動力接続シート４０の一部が電流遮断装置３０に覆い、他の一部が突出してもよい。
重要な安全対策として、電流遮断装置の信頼性が非常に重要となり、即ち、電流遮断装置は、速やかに応答する必要がある。
本開示では、各実施形態における電流遮断装置は、いずれも気圧を感知する機械的構造であり、いくつかの実施例では、電流遮断装置は、単電池の内部ガスと連通し、かつ気圧の作用下で単電池の内部電流を遮断することができる。いくつかの実施例では、内部の部材接続を切断して電流の伝達を遮断することにより、単電池の充放電をタイムリーに遮断することができる。利用される気圧は、例えば、単電池が過充電等の異常状態にある場合、単電池の内部にガスが発生してケース内部の気圧が上昇するか、又は単電池が使用中に異常が発生して温度が上昇して単電池の内部の気圧が上昇することにより、電流遮断装置を駆動する気圧動力が発生することに由来する。
図１０及び図１１に示す実施形態を例として、該電流遮断装置３０は、切り込み部材３１と、該切り込み部材３１に互いに電気的に接続される反転部材３２とを有し、かつ気圧の作用下で反転部材３２が切り込み部材３１から電気的に切り離すことができる。本開示の実施形態では、対応する部材に脆弱な切り込みを加工して自体構造の切断を実現することにより、電気的な接続の切断を実現することができ、いくつかの実施例では、切り込み部材３１に切り込み３１１が形成される。即ち、内部の気圧の作用下で、反転部材３２の反転動作によって切り込み３１１を引き裂き両者の電気的な接続の切断を実現することにより、電流の伝達を切断するという目的を達成することができる。
このような方式を用いる原因として、例えば動力電池の分野では、通過する電流が大きいことが考えられるため、切り込み部材３１と反転部材３２との溶接構造の安定性を保証し、大電流による溶接構造の溶断を回避する必要がある。このように、切り込み部材３１に切り込み３１１を設け、即ち、対応する部分に他の領域よりも強度が小さい脆弱部を加工することにより、切り込み部材３１と反転部材３２の完全な切断を完了することができ、切り込みが一般的には切り込み部材と反転部材との溶接領域の周囲に設けられて、両者の完全な切断を保証する。
以下、図１０及び図１１を参照しながら本開示の２つの実施形態における切り込み部材３１及び反転部材３２を説明する。
図１０及び図１１に示すように、本開示は、電流遮断装置の切り込み部材を提供し、該切り込み部材３１は、切り込み３１１が形成された切り込み領域３１２と、反転部材３２に電気的に接続するための第１の溶接領域３１３と、電極内部端子に電気的に接続するための第２の溶接領域３１４とを含み、反転部材３２は、気圧作用下で動作して切り込み３１１を引き裂くことにより切り込み部材３１から電気的に切り離すことができ、反転部材３２が切り込み３１１を引き裂いた後、反転部材３２が第２の溶接領域３１４から電気的に切り離され、さらに電極内部端子２４から電気的に切り離され、本開示では、切り込み３１１は、第１の溶接領域３１３の周囲に設けられ、第１の溶接領域３１３を囲む環状であってよく、かつ第１の溶接領域３１３、第２の溶接領域３１４のうちの少なくとも１つと異なる面に設けられる。すなわち、切り込み３１１の所在する平面と第１の溶接領域３１３及び／又は第２の溶接領域３１４は一平面上に位置せず、このように反転部材３２からの外力による切り込み部材３１上の切り込み３１１への機械的な衝撃を効果的に解消し、かつ第１の溶接領域３１３及び第２の溶接領域３１４の溶接応力による切り込み３１１の所在する領域への熱影響を解消することができる。本開示に係る電流遮断装置の信頼性を向上させる。第１の溶接領域３１３の周囲での切り込み３１１は、電池の内部気圧の作用下で切断されてよく、この場合、反転部材３２と切り込み部材３１との電気的な接続を全体的に切断することにより電流遮断の作用を果たす。
図１０及び図１１に示すように、切り込み３１１は、第１の溶接領域３１３及び第２の溶接領域３１４と異なる面に設けられ、すなわち、切り込み３１１が所在する平面と第１の溶接領域３１３とが同一平面にはなく、かつ切り込み３１１が所在する平面と第２の溶接領域３１４とも同一平面にはなく、より好ましくは、切り込み部材３１は、切り込み領域３１２と、該切り込み領域３１２から突出するボス１０６とを含み、第１の溶接領域３１３は、前記ボス３１５に形成され、切り込み３１１は、前記切り込み領域３１２に形成され、かつ前記ボス３１５の周囲に設けられて、切り込みが所在する平面と、第１の溶接領域が所在する平面とが異なる面に設けられ、切り込みと第２の溶接領域が所在する平面とが異なる面に設けられることを実現し、いくつかの実施例では、前記第１の溶接領域３１３は、前記ボス３１５の上表面によって形成され、かつ前記切り込み領域３１２と平行であり、該上表面の外周縁に環状の溶接接合点が設けられる。
図１１及び図１２に示すように、第２の実施形態では、第２の溶接領域３１４、切り込み領域３１２、第１の溶接領域３１３は、径方向に沿って外から内へ順に配置されているとともに、外から内に反転部材３２に徐々に近づく段差構造に形成され、第２の溶接領域３１４も切り込み領域３１２と異なる面に設けられ、かつ三者で構成された段差構造は、緩衝作用を有し、２つの溶接領域の溶接応力による切り込み３１１への熱影響を回避し、かつ電極内部端子の方向からの外力を緩衝することができることにより、電流遮断装置の信頼性をさらに向上させる。
本開示の２つの実施形態では、図１０及び図１１に示すように、切り込み部材３１は、切り込み領域３１２と、該切り込み領域３１２から突出するボス３１５とを含み、第１の溶接領域３１３は、ボス３１５に形成され、切り込み３１１は、切り込み領域３１２に形成されるとともに、ボス３１５の周囲に設けられる。これにより、両者の所在する領域が異なる面に設けられることを実現し、いくつかの実施例では、第１の溶接領域３１３は、ボス３１５の上表面によって形成され、かつ切り込み領域３１２と平行であり、該上表面の外周縁に環状の溶接接合点が設けられる。これに対応して、反転部材３２の第１の接続領域３２１は、該ボス３１５を収容する接続孔として形成されてよい。これにより、環状の溶接接合点によりボス３１５の外周縁と接続孔の内壁とを強固に溶接する。ボス３１５は、円柱状構造であってもよく、図４に示すように、さらに円柱状構造の軸方向に貫通孔が設けられてもよく、他の実施形態では、さらに様々な突起又は窪み構造により、両者の領域が異なる面に設けられることを実現することができる。
図１０に示すように、第１の実施形態では、電池の電極内部端子２４に電気的に接続するために、一般的には電極内部端子２４の先端に収容溝を設け、そのため、切り込み領域３１２の外周縁にボス３１５と同方向に突出する環状壁３１６が形成され、環状壁３１６の上縁部とボス３１５の上縁部とは高さ方向に面一であり、かつ該環状壁の外壁が電池の電極内部端子２４に電気的に接続されて第１の溶接領域３１３を形成し、電極内部端子２４の収容溝の溝壁形状に合わせて環状の溶接接合点で溶接され、また、このような実施形態では、切り込み部材３１は、電極内部端子２４の収容溝に完全に収容されてよく、構造が安定する。
図１１に示すように、第２の実施形態では、電極内部端子２４に依然として収容溝が設けられるが、切り込み部材３１のボス３１５は、該収容溝から突出し、いくつかの実施例では、切り込み領域３１２の外周縁にボス３１５とは逆方向に突出する環状壁３１６が形成され、第２の溶接領域３１４は、環状壁３１６の外周縁に形成され、かつ切り込み領域３１２と平行であることにより、切り込み部材３１は上記段差構造に形成され、第２の溶接領域３１４の外周縁に電池の電極内部端子２４に電気的に接続するための環状の溶接接合点が形成され、いくつかの実施例では、第２の溶接領域３１４の下表面が収容溝の底壁に配置され、外周縁と収容溝の側壁とが環状の溶接接合点により溶接されてよく、構造が同様に安定する。
第２の実施形態では、図１１に示すように、ボス３１５の側壁と環状壁３１６は、それぞれ切り込み領域３１２と垂直であり、他の実施形態では、一定の角度を有し、例えばＺ字形の段差を形成してよい。また、第１の溶接領域３１３、切り込み領域３１２及び第２の溶接領域３１４は、それぞれ環状構造であってもよく、すなわち第１の溶接領域３１３は、中心孔を有し、他の実施形態では、第１の溶接領域３１３は、中心孔を有しなくてもよい。
以上、２つの実施形態に係る切り込み部材３１について説明しており、以下、２つの実施形態に係る反転部材３２について説明する。
反転部材３２には、切り込み部材３１に電気的に接続するための第１の接続領域３２１と、電池の電極外部端子２３に電気的に接続するための第２の接続領域３２２とが形成され、また、反転部材３２には、第１の接続領域３２１と第２の接続領域３２２との間に第１の接続領域３２１の周囲に設けられる変形緩衝領域３２３がさらに形成されている。変形緩衝領域とは、外力作用下で該領域が反転部材３２自体、第１の接続領域３２１、第２の接続領域３２２及び切り込み部材３１自体よりも先に変形することにより該外力を緩衝する領域を指す。さらに外力による第１の接続領域３２１及び切り込み部材３１上の切り込み３１１への衝撃を緩和して、電流遮断装置の信頼性を向上させる。
本開示の２つの実施形態では、反転部材３２は、円錐台形状に形成されたシート状構造であり、円錐台形状の上底側端部は第１の接続領域３２１として形成され、円錐台形状の下底側端部は切り込み部材３１から離れて第２の接続領域３２２として形成される。円錐台形状構造により、２つの接続領域を異なる面に設けることができ、かつ反転部材３２が力を受けるときに上向きに反転するスペースを提供して、切り込み３１１を引き裂くことができる。他の可能な実施形態では、反転部材は、弾性を有する平面部材等であってもよい。
図１０及び図１１に示すように、本開示における変形緩衝領域３２３は、第１の接続領域３２１を囲む環状溝構造に形成される。このように、外力作用下で、環状溝の溝壁の間の相対運動により変形緩衝の作用を実現することができる。他の可能な実施形態では、変形緩衝領域３２３は、変形チャンバなどの構造又は弾性材料により実現されてもよい。
図１０及び図１３に示すように、第１の実施形態では、環状溝構造の径方向断面は、円弧状であり、例えば、電極外部端子２３に向かって突出した半円形状である。このように、第２の接続領域３２２からの外力は、円弧状の溝壁の変形によって吸収されて、第１の接続領域３２１及び切り込み部材３１への衝撃を低減することができる。
図１１に示すように、第２の実施形態では、環状溝構造の径方向断面は、角型であってもよく、このように、角型の両辺が２つの溝壁であり、同様に外力作用下で変形することができる。いくつかの実施例では、第２の実施形態では、切り込み部材３１のボス３１５は、電極内部端子の収容溝に突出し、このとき、スペースを節約するために、該角型の環状溝が切り込み部材３１に向かって突出し、かつ溝底がボスの一側に形成されるように設計することができ、このように、反転部材３２全体は、Ｚ字状に形成され、外力への緩衝を実現することができる。
図１０及び図１１に示すように、本開示の２つの実施形態では、電池内部のガスにより作用できることを保証するために、反転部材３２の外周縁の下側とカバープレート２２との間に支持環２６が密封接続され、電極外部端子２３の外周縁が反転部材３２の外周縁の上側に電気的に接続され、このように、電池内部から発生したガスは、反転部材３２に作用して外部に漏れないようにすることができる。反転部材３２を正常に動作させることができるために、電極外部端子２３は、キャップ構造に形成され、かつ反転部材３２の動作時にガスを排出するための貫通孔２３１が形成されることにより、気圧の作用下で反転部材の動作に影響を与えることを回避する。また、カバープレート２２の帯電と絶縁との２つの実施形態では、支持環２６は、絶縁材料又は導電性材料を用いて支持されてよい。一般的には、支持環２６は、カバープレート２２が絶縁されて帯電しないように、セラミック環であってよい。いくつかの実施例では、支持環２６の内壁に支持フランジ２６１が形成され、反転部材３２及び電極外部端子２３の外周縁が支持フランジ２６１の上表面に支持されることにより、電流遮断装置の安定動作を保証する。
本開示に係る第１の単電池は、セルが収容されたケースと、ケースを封止するカバープレートアセンブリとをさらに含み、電極内部端子がセルに電気的に接続され、反転部材がケースの内部ガスと連通し、前記カバープレートアセンブリは、カバープレートと、該カバープレートの内側に位置する電極内部端子２１３と、該カバープレートの外側に位置する電極外部端子２１４とを含み、電極内部端子２１３と電極外部端子２１４とが上記電流遮断装置によって電気的に接続され、電極外部端子２１４が反転部材２２２に電気的に接続され、切り込み部材２２１が電極内部端子２１３に電気的に接続される。
電極内部端子２１３と、セルに電気的に接続されたインナーリードとが溶接され、いくつかの実施例では、インナーリードに溶接孔を形成することができ、電極内部端子２１３は、柱状構造に形成され、かつ溶接孔に嵌め込まれてインナーリードと溶接される。カバープレートが帯電することを回避するために、カバープレートとインナーリードとの間にカバープレート絶縁部材が設けられ、電極内部端子は、隙間を有して該カバープレート絶縁部材を貫通して切り込み部材と溶接することができ、また、密封性を保証するために、支持環をさらに含み、支持環の下端がカバープレートに溶接され、セラミックを材料として選択して、電流遮断装置とカバープレートとの絶縁を保証することができ、カバープレートに孔路が形成されて、電流遮断装置の取り付けに役立つ。また、電池内部のガスが反転部材２２２に作用できることを保証するために、インナーリードに気孔が形成されることにより、ガスは該気孔により反転部材２２２に作用することができる。
電池システムは、パウチ型電池と、前記パウチ型電池に直列接続され、かつ電流遮断装置が設けられた少なくとも１つの第１の単電池とが設けられた少なくとも１つの直列回路を含み、前記第１の単電池における電流遮断装置は、前記パウチ型電池、第１の単電池のうちの少なくとも１つに異常が発生したときに、該第１の単電池の内部電流を遮断する。
いくつかの実施例では、前記直列回路には、前記パウチ型電池に直列接続された複数の第１の単電池が含まれ、前記複数の第１の単電池が互いに順に直列接続されるか又は間隔を隔てて直列接続される。
いくつかの実施例では、前記直列回路には、前記パウチ型電池に直列接続された複数の第１の単電池が含まれ、前記複数の第１の単電池が並列接続されて電池パックを構成して前記パウチ型電池に直列接続される。
いくつかの実施例では、前記第１の単電池は、ケースと、前記ケース内に収容されたセルと、前記ケースを封止するカバープレートと、前記セルに電気的に接続され前記カバープレートの内側に位置する電極内部端子と、前記カバープレートの外側に位置する電極外部端子とを含み、前記電流遮断装置は、前記カバープレートに設けられ、かつそれぞれ前記電極外部端子及び前記電極内部端子に電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記ケースは、アルミニウムケース、鋼ケース、プラスチックケースのうちの１種であり、前記ケースの厚さは０．４ｍｍ～１．５ｍｍである。
いくつかの実施例では、前記電流遮断装置は、前記電極内部端子に電気的に接続された切り込み部材と、それぞれ前記切り込み部材及び前記電極外部端子に電気的に接続されるとともに、前記第１の単電池の内部ガスと連通する反転部材とを含む。
いくつかの実施例では、前記切り込み部材は、切り込みが形成された切り込み領域と、反転部材に電気的に接続するための第１の溶接領域と、前記電極内部端子に電気的に接続するための第２の溶接領域とを含み、前記反転部材は、気圧作用下で動作して前記切り込みを引き裂き、かつ切り込みを引き裂いた後に電極内部端子との電気的な接続を遮断することができ、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられ、かつ前記第１の溶接領域、第２の溶接領域のうちの少なくとも１つは、前記切り込みとは異なる面に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込みは、第１の溶接領域及び第２の溶接領域と異なる面に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み部材に該切り込み領域から突出するボスが形成され、前記第１の溶接領域は、前記ボスの上表面によって形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、該上表面の外周縁に環状の溶接接合点が設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み領域の外周縁に前記ボスと同じ方向に突出する環状壁が形成され、前記環状壁の上周縁と前記ボスの上縁部とが高さ方向に面一であり、該環状壁の外壁は、前記電極内部端子に電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記第２の溶接領域、前記切り込み領域、前記第１の溶接領域は、径方向に沿って外から内へ順に配置されているとともに、外から内に前記反転部材に徐々に近づく段差構造に形成され、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられる。
いくつかの実施例では、前記切り込み領域の外周縁に前記ボスとは逆方向に突出する環状壁が形成され、前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、前記第２の溶接領域の外周縁に環状の溶接接合点が形成される。
いくつかの実施例では、前記ボスの側壁と前記環状壁は、それぞれ前記切り込み領域に垂直である。
いくつかの実施例では、前記第１の溶接領域、前記切り込み領域及び前記第２の溶接領域は、それぞれ環状構造に形成される。
いくつかの実施例では、前記反転部材には、前記切り込み部材に電気的に接続するための第１の接続領域と前記電極外部端子に電気的に接続するための第２の接続領域とが形成され、さらに、前記第１の接続領域に設けられる変形緩衝領域が形成される。
いくつかの実施例では、前記反転部材は、円錐台形状に形成されたシート状構造であり、円錐台形状の上底側端部は前記第１の接続領域として形成され、下底側端部は前記切り込み部材から離れて前記第２の接続領域として形成される。
いくつかの実施例では、前記変形緩衝領域は、前記第１の接続領域を囲む環状溝構造に形成される。
いくつかの実施例では、前記環状溝構造の径方向断面は、円弧状又は角型である。
いくつかの実施例では、前記反転部材の外周縁の下側と前記カバープレートとの間に支持環が密封接続され、前記電極外部端子の外周縁が前記反転部材の外周縁の上側に電気的に接続される。
いくつかの実施例では、前記支持環の内壁に支持フランジが形成され、前記反転部材及び前記電極外部端子の外周縁が前記支持フランジの上表面に支持される。
それに応じて、本開示は、上記のような電池システムを含む電気自動車をさらに提供する。
以上、図面を参照しながら本開示のいくつかの実施形態を詳細に説明したが、本開示は、上記実施形態の具体的な内容に限定されるものではなく、本開示の技術的思想の範囲内に、本開示の技術手段に対して複数の簡単な変更を行うことができ、これらの簡単な変更がいずれも本開示の保護範囲に属する。
また、説明すべきところとして、上記具体的な実施形態に説明された各具体的な技術的特徴は、矛盾しない場合に、任意適切な方式で組み合わせることができる。不要な重複を回避するために、本開示は、可能なあらゆる組み合わせ方式を別途に説明しない。
また、本開示の様々な実施形態は、任意に組み合わせることができ、本開示の思想を逸脱しない限り、本開示に開示されている内容に属すべきである。
１０ パウチ型電池、１１ パウチ型単電池、２０ 第１の単電池、２１ ケース、２２ カバープレート、２３ 電極外部端子、２３１ 貫通孔、２４ 電極内部端子、２６ 支持環、２６１ 支持フランジ、３０ 電流遮断装置、３１ 切り込み部材、３１１ 切り込み、３１２ 切り込み領域、３１３ 第１の溶接領域、３１４ 第２の溶接領域、３１５ ボス、３１６ 環状壁、３２ 反転部材、３２１ 第１の接続領域、３２２ 第２の接続領域、３２３ 変形緩衝領域、４０ 動力接続シート、５０ 導電性接続部材、６０ 電池パック。

Claims (20)

  1. 電池システムであって、
    少なくとも1つの直列回路と、
    パウチ型電池と、
    前記パウチ型電池に直列接続され、前記直列回路に配置され、かつ、電流遮断装置が設けられた少なくとも１つの第１の単電池と、
    前記パウチ型電池と前記第1の単電池を、電気的に接続する動力接続シートと
    を含み、
    前記第１の単電池は、
    ケースと、
    前記ケース内に収容されたセルと、
    前記ケースを封止するカバープレートと、
    前記カバープレートの内側に位置する電極内部端子と、
    前記カバープレートの外側に位置する電極外部端子と
    を含み、
    前記電極内部端子は、前記セルに電気的に接続され、
    前記電流遮断装置は、前記カバープレートに設けられ、かつ、それぞれ前記電極外部端子及び前記電極内部端子に電気的に接続され、
    前記動力接続シートは、前記電極外部端子に電気的に接続され、かつ、電流遮断装置を覆い、
    前記第１の単電池における前記電流遮断装置は、前記パウチ型電池、前記第１の単電池のうちの少なくとも１つに異常が発生したときに、前記第１の単電池の内部電流を遮断する、
    電池システム。
  2. 前記直列回路には、前記パウチ型電池に直列接続された複数の第１の単電池が含まれ、
    前記複数の第１の単電池が互いに順に直列接続されるか又は間隔を隔てて直列接続される、
    請求項１に記載の電池システム。
  3. 前記直列回路には、前記パウチ型電池に直列接続された複数の第１の単電池が含まれ、
    前記複数の第１の単電池が並列接続されて電池パックを構成して前記パウチ型電池に直列接続される、
    請求項１に記載の電池システム。
  4. 前記ケースは、アルミニウムケース、鋼ケース、プラスチックケースのうちの１種であり、前記ケースの厚さは０．４ｍｍ～１．５ｍｍである、
    請求項１～３のいずれかに記載の電池システム。
  5. 前記電流遮断装置は、切り込み部材と、反転部材とを含み、
    前記切り込み部材は、前記電極内部端子に電気的に接続され、
    前記反転部材は、それぞれ前記切り込み部材及び前記電極外部端子に電気的に接続されるとともに、前記第１の単電池の内部ガスと連通する、
    請求項１～４のいずれかに記載の電池システム。
  6. 前記切り込み部材は、
    切り込みが形成された切り込み領域と、
    反転部材に電気的に接続するための第１の溶接領域と、
    前記電極内部端子に電気的に接続するための第２の溶接領域と
    を含み、
    前記反転部材は、気圧作用下で動作して前記切り込みを引き裂くことができ、
    前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられ、
    前記第１の溶接領域、第２の溶接領域のうちの少なくとも１つは、前記切り込みの配置されている面とは異なる面に配置されている、
    請求項５に記載の電池システム。
  7. 前記切り込みは、第１の溶接領域及び第２の溶接領域が配置される面と異なる面に設けられる、
    請求項６に記載の電池システム。
  8. 前記切り込み部材に該切り込み領域から突出するボスが形成され、
    前記第１の溶接領域は、前記ボスの上表面に形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、
    該上表面の外周縁に環状の溶接接合点が設けられる、
    請求項７に記載の電池システム。
  9. 前記切り込み領域の外周縁に前記ボスと同じ方向に突出する環状壁が形成され、
    前記環状壁の上周縁と前記ボスの上縁部とが高さ方向に面一であり、
    前記環状壁の外壁は、前記電極内部端子に電気的に接続される、
    請求項８に記載の電池システム。
  10. 前記第２の溶接領域、前記切り込み領域、前記第１の溶接領域は、径方向に沿って外から内へ順に配置されているとともに、外から内に前記反転部材に徐々に近づく段差構造に形成され、前記切り込みは、前記第１の溶接領域の周囲に設けられる、
    請求項８又は９に記載の電池システム。
  11. 前記切り込み領域の外周縁に前記ボスとは逆方向に突出する環状壁が形成され、
    前記第２の溶接領域は、前記環状壁の外周縁に形成され、かつ前記切り込み領域と平行であり、前記第２の溶接領域の外周縁に環状の溶接接合点が形成される、
    請求項１０に記載の電池システム。
  12. 前記ボスの側壁と前記環状壁は、それぞれ前記切り込み領域に垂直である、
    請求項１１に記載の電池システム。
  13. 前記第１の溶接領域、前記切り込み領域及び前記第２の溶接領域は、それぞれ環状構造を形成する、
    請求項６～１２のいずれか１項に記載の電池システム。
  14. 前記反転部材には、前記切り込み部材に電気的に接続するための第１の接続領域と前記電極外部端子に電気的に接続するための第２の接続領域とが形成され、さらに、前記第１の接続領域に設けられる変形緩衝領域が形成される、
    請求項５～１３のいずれか１項に記載の電池システム。
  15. 前記反転部材は、円錐台形状に形成されたシート状構造であり、前記円錐台形状の上底側部分は前記第１の接続領域として形成され、下底側部分は前記切り込み部材から離れて前記第２の接続領域として形成される、
    請求項１４に記載の電池システム。
  16. 前記変形緩衝領域は、前記第１の接続領域を囲む環状溝構造を形成する、
    請求項１４又は１５に記載の電池システム。
  17. 前記環状溝構造の径方向断面は、円弧状又は角型である、
    請求項１６に記載の電池システム。
  18. 前記反転部材の外周縁の下側と前記カバープレートとの間に支持環が密封接続され、
    前記電極外部端子の外周縁が前記反転部材の外周縁の上側に電気的に接続される、
    請求項５～１７のいずれか１項に記載の電池システム。
  19. 前記支持環の内壁に支持フランジが形成され、
    前記反転部材及び前記電極外部端子の外周縁が前記支持フランジの上表面に支持される、
    請求項１８に記載の電池システム。
  20. 請求項１～１９のいずれか１項に記載の電池システムを含む、
    電気自動車。


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