JP7321300B2 - 電池、その関連装置、製造方法及び製造機器 - Google Patents

電池、その関連装置、製造方法及び製造機器 Download PDF

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Description

本願は電池分野に関し、具体的には、電池、その関連装置、製造方法及び製造機器に関する。
化学電池、電化電池、電気化学電池又は電気化学セルとは、酸化還元反応により、正極、負極活物質の化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置を指す。通常の酸化還元反応とは異なり、酸化と還元反応が別々に実行され、酸化が負極で実行され、還元が正極で実行され、電子の増減が外部回路を介して実行され、それにより電流が形成される。これは全ての電池の本質的な特徴である。長期間の研究、発展の結果、化学電池は、種類が様々になり、用途が広くなり、建物にしか収容できない巨大な装置から、ミリメートルで計算するタイプまで登場されている。現代の電子技術の発展は、化学電池に対して非常に高い要件を求めている。化学電池の技術のあらゆる突破は、電子機器の革新的な発展をもたらしてしまう。世界中の多くの電気化学科学者は、電気自動車に動力を供給する化学電池の分野に研発の関心を集中している。
リチウムイオン電池は、化学電池の１種として、体積が小さく、エネルギー密度が高く、電力密度が高く、サイクル使用の回数が多く、保管時間が長い等の利点を有し、いくつかの電子機器、電動交通工具、電動玩具及び電動機器に広く使用され、例えば、リチウムイオン電池は、現在、携帯電話、ノートパソコン、電気自転車、電気自動車、電動飛行機、電動船、電動玩具車、電動玩具船、電動玩具飛行機及び電動工具等に広く使用されている。
リチウムイオン電池技術の継続的な発展に伴って、リチウムイオン電池の性能に対する要件が高まっており、リチウムイオン電池が様々な設計要素を同時に考慮できることが期待され、その中で、リチウムイオン電池の安全性は特に重要である。
本願は、二次電池の性能を向上させるために、電池、その関連装置、製造方法及び製造機器を提供する。
本願の第１態様によれば、電池を提供し、電池セルと、熱管理部材と、逃げキャビティと、収集キャビティとを備える。前記電池セルはリリーフ機構を備え、前記リリーフ機構は、前記電池セルの内部圧力又は温度が閾値になった場合に作動して前記内部圧力を解放するために使用され、前記熱管理部材は、流体を収容して前記電池セルの温度を調整するために使用され、前記逃げキャビティは、前記リリーフ機構と前記熱管理部材との間に形成され、前記逃げキャビティは、前記リリーフ機構が作動することを可能にするための空間を提供するように構成され、前記収集キャビティは、前記逃げキャビティの外側に位置し、前記リリーフ機構が作動する時に前記電池セルからの排出物を収集するために使用される。前記熱管理部材は、前記リリーフ機構が作動する時に、前記電池セルの排出物が前記熱管理部材を通過して、前記逃げキャビティを通って前記収集キャビティ内に入ることができるように構成される。
本技術案によれば、逃げキャビティの設置により、リリーフ機構の作動のために特定の空間を残すことができ、従って逃げキャビティが設置されることにより、リリーフ機構を電池セルの電極端子側に設置する必要がなく、電池セルの他の側面に選択的に設置することができ、収集キャビティの設置により、リリーフ機構から放出された排出物が、外部に噴射又は流して他の部材又は外部環境を汚染することなく、収集されることを可能にする。本願に係る技術案は、電池の内部に熱暴走が発生した場合に、電池セルの排出物を効果的に排出することができ、それにより、排出物の排出不良によるリスクを低減させる。且つ、本願は電池の設置に様々な可能性を提供し、特に、リリーフ機構に関連する電池の各設置をさらに最適化することに役に立つ。
１つの実施形態では、前記熱管理部材に貫通孔が設置され、前記貫通孔は、前記逃げキャビティと前記収集キャビティが相互に連通するように構成される。
本技術案によれば、電池セルから放出された排出物は貫通孔を通って逃げキャビティから収集キャビティに入ることができ、該プロセスは、熱管理部材を破壊することなく実現することができ、排出物の収集を容易にすると共に、逃げキャビティ内の排出物の過度蓄積を回避することができる。
１つの実施形態では、前記逃げキャビティは前記熱管理部材に設置された前記貫通孔によって形成され、それにより、前記リリーフ機構が作動する時に、前記電池セルからの排出物は、前記貫通孔を通って前記収集キャビティ内に直接に入ることができる。
本技術案によれば、逃げキャビティは熱管理部材上の貫通孔によって形成され、このような設置により、電池セルと熱管理部材との間の底壁間の隙間が小さくなり、それにより、電池の体積が可能な限り小さくなり、電池構造がコンパクトになる。
１つの実施形態では、前記熱管理部材は、前記逃げキャビティと前記収集キャビティとの間に設置され、且つ前記逃げキャビティと前記収集キャビティを相互に分離し、且つ前記熱管理部材は、前記電池セルの排出物が前記逃げキャビティから前記収集キャビティ内に入るように、前記電池セルの排出物によって破壊され得るように構成される。
本技術案によれば、排出物は熱管理部材を突破して収集キャビティに入る必要があり、このような設置により、排出物の最終的な外部への衝撃力を低減させ、外部への潜在的な危険を低減させることができる。
１つの実施形態では、前記熱管理部材の内部には、流体が流れるための流路が形成され、前記逃げキャビティは前記流路に取り囲まれるように構成される。
１つの実施形態では、前記流路は、前記電池セルの排出物が前記熱管理部材を流れるプロセスで無傷のままであるように構成される。
上記２つの技術案によれば、流体は、電池の使用中に電池セルの温度を調整し、電池が過熱するためリリーフ機構を作動させるのを回避することができる。
１つの実施形態では、前記熱管理部材は、前記電池セルの排出物が前記流路の壁を破壊できて、前記流路と前記逃げキャビティを連通させるように構成される。
本技術案によれば、流体は放出されて電池セルの排出物と共に収集キャビティ内に入ることができ、流体と電池セルの排出物が混合されると、電池セルの排出物の降温を加速することができる。
１つの実施形態では、前記逃げキャビティは、前記熱管理部材の前記リリーフ機構に向けて開いている逃げ構造によって形成され、前記逃げ構造は、前記逃げキャビティを取り囲む逃げ側壁を備える。
本技術案によれば、逃げ構造は熱管理部材上の凹部として形成され、このような設置により、さらなる空間を設置することを回避でき、電池の構造をよりコンパクトにすることができる。
１つの実施形態では、前記逃げキャビティは、前記熱管理部材の前記リリーフ機構に向けて開いている逃げ構造によって形成され、前記逃げ構造は、前記逃げキャビティを取り囲む逃げ側壁を備え、前記逃げ側壁は、前記リリーフ機構が作動する時に破壊されて前記流体を流出させるように構成される。
１つの実施形態では、前記逃げ側壁は、前記リリーフ機構の前記熱管理部材に向ける方向に対して所定の夾角を形成し、且つ前記所定の夾角が１５°以上８５°以下である。
上記２つの技術案によれば、逃げ構造は熱管理部材上の凹部として形成され、このような設置により、さらなる空間を設置することを回避でき、電池の構造をよりコンパクトにすることができる。且つ、逃げ側壁の設置により、流路が電池セルの排出物で突破されることを容易にすることができる。
１つの実施形態では、前記熱管理部材には、放出機構が前記逃げキャビティに対向して設置され、前記放出機構は、前記逃げキャビティ内の排出物を前記収集キャビティに放出するように作動できるように構成される。
１つの実施形態では、前記放出機構は、前記逃げキャビティ内の内部圧力又は温度が閾値になった場合に作動するように構成される。
１つの実施形態では、前記放出機構は、前記逃げキャビティ内の排出物の温度が閾値になった場合に作動するように構成される。
１つの実施形態では、前記放出機構は、前記熱管理部材の壁に形成された薄化構造を備える。
上記いくつかの技術案によれば、必要に応じて熱管理部材に放出機構を設置することができ、それが作動される時に逃げキャビティ内の排出物を収集キャビティ内に放出することができる。このような設置により、逃げキャビティ内の排出物の放出を容易にし、逃げキャビティ内の圧力が大き過ぎ又は温度が高すぎることを回避すると同時に、排出物の衝撃力をある程度で弱めて、排出物が最終的に依然として大きな勢いを運んで他の部材又は外部環境に危険を引き起こすことを回避できる。
１つの実施形態では、前記電池は前記電池セルを収容するためのケースを備え、且つ前記熱管理部材は前記ケースの少なくとも一部を構成する。
本技術案によれば、熱管理部材は直接にケースの一部として使用され、電池の体積を小さくし、電池の構造をよりコンパクトにすることができる。
１つの実施形態では、前記電池は保護部材をさらに備え、前記収集キャビティは前記熱管理部材と前記保護部材との間に制限される。
本技術案によれば、保護部材の設置により、電池の完全性及び安全性をさらに確保することができる。また、収集キャビティは熱管理部材及び保護部材により制限されてもよく、収集キャビティの設置の柔軟性が高くなる。
１つの実施形態では、前記保護部材は、前記収集キャビティを形成するように、前記熱管理部材に向けて開口される凹部を備える。
１つの実施形態では、前記保護部材と前記熱管理部材との間に封止部材が配置され、且つ前記保護部材と前記熱管理部材は締め具を介して強固に接合される。
上記２つの技術案によれば、保護部材の構造及び保護部材と熱管理部材の接合方式は必要に応じて様々に選択することができる。
１つの実施形態では、前記封止部材は、前記排出物の温度が所定の温度になった場合に破壊されて、前記収集キャビティ内の圧力を解放するように構成される。
本技術案によれば、逃げキャビティ内の圧力が大き過ぎ又は温度が高すぎ、収集キャビティ内の圧力が大き過ぎ又は温度が高すぎると、収集キャビティ内の排出物はさらに外部に放出され、それにより危険を回避することができる。
本願の第２態様によれば、装置を提供し、電気エネルギーを供給するための上記技術案のいずれか１項に記載の電池を備える。
本願の第３態様によれば、電池製造方法を提供し、電池セルを提供するステップであって、前記電池セルはリリーフ機構を備え、前記リリーフ機構は、前記電池セルの内部圧力又は温度が閾値になった場合に作動して前記内部圧力を解放するために使用されるステップと、流体を収容して前記電池セルの温度を調整するための熱管理部材を提供するステップと、前記リリーフ機構と前記熱管理部材との間に形成され、前記リリーフ機構が作動することを可能にするための空間を提供するように構成される逃げキャビティを設置するステップと、前記逃げキャビティの外側に位置し、前記リリーフ機構が作動する時に前記電池セルからの排出物を収集するための収集キャビティを設置するステップと、を含む。前記熱管理部材は、前記リリーフ機構が作動する時に、前記電池セルの排出物が前記熱管理部材を通過して、前記逃げキャビティを通って前記収集キャビティ内に入ることができるように構成される。
本願の第４態様によれば、電池製造機器を提供し、電池セル製造モジュールであって、複数の電池セルを製造するために使用され、前記複数の電池セルのうちの少なくとも１つの電池セルはリリーフ機構を備え、前記リリーフ機構は、前記少なくとも１つの電池セルの内部圧力又は温度が閾値になった場合に作動して前記内部圧力を解放するために使用される電池セル製造モジュールと、流体を収容して前記電池セルの温度を調整するための熱管理部材を製造するための熱管理部材製造モジュールと、前記リリーフ機構と前記熱管理部材との間に形成され、前記リリーフ機構が作動することを可能にするための空間を提供するように構成される逃げキャビティを形成するための逃げキャビティ形成モジュールと、前記逃げキャビティの外側に位置し、前記リリーフ機構が作動する時に前記電池セルからの排出物を収集するための収集キャビティを形成するための収集キャビティ形成モジュールとを備える。前記熱管理部材は、前記リリーフ機構が作動する時に、前記電池セルの排出物が前記熱管理部材を通過して、前記逃げキャビティを通って前記収集キャビティ内に入ることができるように構成される。
本願の実施例に係る電池、その関連装置、製造方法及び製造機器では、電池セルにリリーフ機構が設置されると共に、電池セルの外側に逃げキャビティ及び収集キャビティが設置される。逃げキャビティの設置により、リリーフ機構の作動のために特定の空間を残すことができ、従って逃げキャビティが設置されることにより、リリーフ機構を電池セルの電極端子側に設置する必要がなく、電池セルの他の側面に選択的に設置することができ、収集キャビティの設置により、リリーフ機構から放出された排出物が、外部に噴射又は流して他の部材又は外部環境を汚染することなく、収集されることを可能にする。本願に係る技術案は、電池の設置に様々な可能性を提供することができ、特に、リリーフ機構に関連する電池の各設置をさらに最適化することに役に立ち、さらに電池の総合的な性能を向上させる。
ここで説明される図面は、本願の更なる理解を提供して、本願の一部を構成するために使用され、本願の例示的な実施例及びその説明は、本願を解釈するために使用され、本願の不適切な限定を構成するものではない。
本願の電池を使用する車両のいくつかの実施例の構造模式図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池の分解模式図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池の分解模式図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池セルの分解模式図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池セルの斜視模式図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池セルの斜視模式図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る電池の断面図を示す。 図７に示される電池のＢ部分の拡大図を示す。 本願のいくつかの実施例に係る熱管理部材の上面図を示す。 図９に示される熱管理部材の底面図を示す。 図９に示される熱管理部材のＡ－Ａ断面図を示す。 本願の電池製造方法のいくつかの実施例のプロセス模式図を示す。 本願の電池製造機器のいくつかの実施例の構造模式図を示す。
本願の目的、技術案及び利点をより明瞭にするために、以下、本願に係る複数の実施例を示す図面を参照しながら、本願の実施例の技術案を明瞭、かつ完全に説明し、理解されるように、説明される実施例は本願の一部の実施例に過ぎず、全部の実施例ではない。本願に記載の実施例に基づき、当業者が創造的な労働を必要とせずに得た全ての他の実施例は、いずれも本願の保護範囲に属する。
特に定義されない限り、本願で使用される全ての技術用語及び科学用語は、当業者が理解できる通常の意味を有する。本願では、出願される明細書で使用される用語は、具体的な実施例を説明するためのものに過ぎず、本願を限定するものではない。本願の明細書、特許請求の範囲、及び上記図面の簡単な説明における「備える」、「含む」、「有する」、「具備」、「含有」、「含み」等の用語は開放形態の用語である。従って、例えば、１つ又は複数のステップ又は素子を「備える」、「含む」、「有する」方法又は装置は、１つ又は複数のステップ又は素子を具備するが、この１つ又は複数の素子を具備することに限定されない。本願の明細書、特許請求の範囲又は上記図面における「第１」、「第２」等の用語は、特定の順序又は主従関係を説明するためのものではなく、異なる対象を区別するためのものに過ぎない。また、「第１」、「第２」という用語は、説明するためのものに過ぎず、相対的な重要性を指示又は暗示し、又は指示された技術的特徴の数を暗然的に示すものとして理解できない。これにより、「第１」、「第２」で限定される特徴は、１つ又は複数の該特徴を明示的又は暗黙的に含むことができる。本願の説明では、特に説明されない限り、「複数」は２つ以上を意味する。
本願の説明では、理解する必要があるように、「中心」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「軸方向」、「半径方向」、「円周方向」等の用語が示した方位又は位置関係は、図面に基づいて示される方位又は位置関係であり、本願の説明を容易にし及び説明を簡素化するためのものに過ぎず、示した装置又は素子が必ず特定の方位を有し、特定の方位で構築及び操作されることを指示又は暗示しないため、本願を限定するものとして理解できない。
本願の説明では、説明する必要があるように、特に明確に規定及び限定されない限り、「装着」、「接続」、「連結」、「取り付け」という用語は、広義に理解されるべきであり、例えば、固定接続であってもよく、取り外し可能な接続又は一体的な接続であってもよく、直接接続であってもよく、中間媒体を介した間接的接続であってもよく、２つの素子内部の連通であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて上記用語の本願での具体的な意味を理解することができる。
本願に言及されている「実施例」は、実施例を組み合わせて説明される特定の特徴、構造又は特性が本願の少なくとも１つの実施例に含まれてもよいことを意味する。明細書の様々な位置に現れる該語句は必ずしも同じ実施例を指すものではなく、他の実施例と相互に排他的に独立又は代替の実施例でもない。当業者は、本願で説明される実施例が他の実施例と組み合わせることができることを明確又は暗黙的に理解できる。
上記したように、強調する必要があるように、本明細書で「備える／含む」という用語が使用される場合、前記特徴、整数、ステップ又はユニットの存在を明確に示すために使用されるが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、部材又はグループ化された特徴、整数、ステップ、部材が存在し又は添加することを排除しない。本願で使用されるように、単数形の「１つ」、「一」及び「該」は、文脈で明確に示されない限り、複数形も含む。
本明細書で使用される「一」、「１つ」という用語は１つを表すことができるが、「少なくとも１つ」又は「１つ又は複数」と同じ意味を有することもできる。「約」という用語は、一般的に、言及された数値に１０％を増やし又は減らし、又はより具体的には５％を増やし又は減らすことを意味する。特許請求の範囲で使用される「又は」という用語は、代替可能な技術案のみを指すことを明確に説明しない限り、「及び／又は」の意味を表す。
本願における「及び／又は」という用語は、関連対象の関連関係を説明するためのものに過ぎず、３つの関係が存在し得ることを示し、例えば、Ａ及び／又はＢは、Ａが単独で存在すること、ＡとＢが同時に存在すること、Ｂが単独で存在することの３つの状況を示すことができる。また、本願における「／」という文字は、一般的に前後の関連対象が「又は」の関係であることを示す。
本分野に係る電池は、充電できるかどうかに応じて、一次電池及び充電式電池に分けることができる。一次電池（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｂａｔｔｅｒｙ）は、「使い捨て」電池及びガルバニ電池とも呼ばれ、理由は、それらの電気量が消耗した後、再充電して使用することができず、廃棄することしかできないことである。充電式電池は、二次電池（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｂａｔｔｅｒｙ）又はセカンダリ電池、蓄電池とも呼ばれる。充電式電池の製造材料及びプロセスは一次電池とは異なり、その利点は、充電後に複数回で繰り返し使用でき、充電式電池の出力電流負荷容量がほとんどの一次電池よりも高いことである。現在、一般的な充電式電池のタイプについて、鉛酸電池、ニッケル水素電池及びリチウムイオン電池がある。リチウムイオン電池は、軽量、大容量（容量が同重量のニッケル水素電池の１．５倍～２倍である）、メモリー効果がない等の利点を有し、且つ自己放電率が非常に低いため、価格が比較的高くても、依然として広く使用されている。リチウムイオン電池は、現在、純電気自動車及びハイブリッド車にも広く使用されており、このような用途に使用されるリチウムイオン電池の容量は比較的小さいが、出力、充電電流が大きく、使用寿命が長いが、コストが高い。
本願の実施例で説明される電池は充電式電池である。以下、主にリチウムイオン電池を例として本願に開示されている実施例を説明する。理解されるように、本願に開示されている実施例は、他の任意の適切なタイプの充電式電池に適用できる。本願に開示されている実施例に係る電池は、適切な装置に直接又は間接的に適用して該装置に給電することができる。
本願に開示されている実施例に係る電池とは、１つ又は複数の電池セルを備えることにより、所定の電圧及び容量を供給する単一の物理モジュールを指す。例えば、本願に係る電池は、電池モジュール又は電池パック等を備えてもよい。電池セルは電池の基本的なユニットであり、一般的に、包装方式に応じて、円筒形電池セル、角形電池セル及びソフトパック電池セルに分けることができる。以下、主に角形電池セルを中心として説明する。理解されるように、以下に説明される実施例は、特定の側面で円筒形電池セル又はソフトパック電池セルにも適用できる。
電池セルは正極極板、負極極板、電解液及び分離膜を備える。リチウムイオン電池セルは主にリチウムイオンが正極極板と負極極板との間で移動することにより動作する。例えば、リチウムイオン電池セルは、電極材料として嵌め込まれたリチウム化合物を使用する。現在、リチウムイオン電池として使用される一般的な正極材料は主に、一般的に、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）及びリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）である。分離膜は、正極極板と負極極板との間に設置されて三層材料を有する薄膜構造を形成する。該薄膜構造は一般的に巻回又は積層の方式で、所要の形状を有する電極アセンブリを製造する。例えば、円筒形電池セルの場合に、三層材料の薄膜構造が円筒形の電極アセンブリに巻回され、角形電池セルの場合に、薄膜構造は、略長方体状を有する電極アセンブリに巻回又は積層される。
複数の電池セルは、様々な応用シナリオに適用するために、電極端子を介して一体に直列接続及び／又は並列接続され得る。電気自動車等のいくつかの大電力の応用シナリオでは、電池の応用は、電池セル、電池モジュール及び電池パックという３つのレベルを含む。電池モジュールは、外部の衝撃、熱、振動等から電池セルを保護し、所定の数の電池セルを一体に電気的に接続して１つのフレームに入れることによって形成されるものである。電池パックは、電気自動車に搭載されている電池システムの最終状態である。電池パックは、一般的に、１つ又は複数の電池セルを包装するための筐体を含む。筐体は、液体又は他の異物が電池セルの充電又は放電に影響を与えることを回避できる。筐体は一般的にカバー及びケースで構成される。現在、ほとんどの電池パックは、１つ又は複数の電池モジュールに電池管理システム（ＢＭＳ）、熱管理部材等の様々な制御及び保護システムを組み立てることにより製造される。技術の発展に伴って、電池モジュールというレベルは省略されてもよく、すなわち、電池セルで電池パックを直接に形成する。この改良により、電池システムの重量エネルギー密度、体積エネルギー密度が向上すると共に、部品の数も顕著に減らす。本願に係る電池は電池モジュール又は電池パックを備える。
電池セルには通常リリーフ機構が設置され、リリーフ機構とは、電池セルの内部圧力又は温度が所定の閾値になった場合に作動して内部圧力を解放するための素子又は部材を指す。リリーフ機構は、防爆弁、空気弁、リリーフ弁又は安全弁等とも呼ばれる。リリーフ機構は、具体的には、感圧又は感温素子又は構造を使用することができ、すなわち、電池セルの内部圧力又は温度が所定の閾値になった場合に、リリーフ機構は動作を実行し、又はリリーフ機構内に設けられた薄化構造が破壊され、それにより内部圧力を解放するための開口部又は通路を形成する。
本願に係る「作動」とは、リリーフ機構が作用し又は起動して電池セルの内部圧力を解放することを指す。その作用は、リリーフ機構の少なくとも一部の破裂、引き裂き、破砕又は開放等を含んでもよいがこれらに限定されない。リリーフ機構が作動する時に、電池セルの内部の高温高圧物質は排出物として作動部位から外部に排出される。このようにして、圧力が制御できる状況で電池セルをリリーフさせることができ、それにより、より深刻な事故の発生を回避する。本願に係る電池セルからの排出物は、電解液、溶解又は分割された正負極極板、分離膜の破片、反応によって生成された高温高圧ガス及び／又は火炎等を含むがこれらに限定されない。該高温高圧の排出物は、電池セルのリリーフ機構が設置される方向に向けて排出され、その力及び破壊力が非常に大きく、さらに、該方向に設置されたカバー等の１つ又は複数の構造を突破することができる。
従来のリリーフ機構について、作動する時に特定の逃げ空間が必要である。逃げ空間とは、リリーフ機構が作動する（例えば、リリーフ機構の少なくとも一部が引き裂かれる）時に、リリーフ機構の内部又は外部の作動方向（すなわち、引き裂かれる方向）での空間を指す。つまり、逃げ空間はリリーフ機構の作動を可能にするための空間である。電池セルのカバー板はハウジングよりも厚さが大きいため、リリーフ機構をカバー板に設置すると逃げ空間を容易に形成することができ、それにより、電池セルの設計及び製造が容易になる。具体的には、電池セルのハウジングがアルミニウム薄板をスタンピングすることによって形成されるため、カバー板に比べて、スタンピングして形成されたハウジングの肉厚は非常に薄い。一方では、ハウジングの肉厚が薄いため、逃げ空間を必要とするリリーフ機構をその上に設置することは非常に困難である。他方では、ハウジングが一体的に凹んだ構造であるため、その上にリリーフ機構を装着することは非常に困難であり、さらに、電池セルのコストも増加する。
また、既存の電池セルが作動した後、その排出した廃棄物は通常電池の外部に直接排出され、環境に汚染するだけでなく、大量の熱を有する排出物が外部環境に危険をもたらす可能性が非常に高い。
一般的に、従来の電池の逃げ構造の設計理念を変更することについて、研究者及び当業者であれば様々な技術課題を解決し且つ技術的偏見を克服する必要があり、やすやすと成功することではない。
従来技術における電池に存在する上記問題及び他の潜在的な問題を解決し又は少なくとも部分的に解決するために、本願の発明者は逆に進み、これについて大量の研究及び実験を行った後、新型電池を提出している。本願の実施例で説明される電池の適用可能な装置は、携帯電話、ポータブルデバイス、ノートパソコン、電気自転車、電動自動車、船、宇宙機、電動玩具及び電動工具等を含むがこれらに限定されない。例えば、宇宙機は、飛行機、ロケット、スペースシャトル及び宇宙船等を含み、電動玩具は固定式又は移動式の電動玩具を含み、例えば、ゲーム機、電動自動車玩具、電動船玩具及び電動飛行機玩具等が挙げられ、電動工具は、金属切削電動工具、研削電動工具、組立電動工具及び鉄道用電動工具を含み、例えば、電動ドリル、電動グラインダー、電動レンチ、電動ドライバ、電動ハンマー、電動インパクトドリル、コンクリート振動機及び電気プレーナー等が挙げられる。
本願の実施例で説明される電池は上記説明される機器に適用できるだけでなく、電池を使用する全ての機器に適用でき、簡潔にするために、以下の実施例はいずれも電気自動車を例として説明される。
例えば、図１に示すように、該図は本願の一実施例に係る車両１の簡単な模式図であり、車両１は、ガソリン車、ガス車又は新エネルギー自動車であってもよく、新エネルギー自動車は、純電気自動車、ハイブリッド車又はレンジエクステンダー自動車等であってもよい。車両１の内部に電池１０が設置されてもよく、例えば、車両１の底部又は前部又は尾部に電池１０が設置されてもよい。電池１０は車両１の給電に使用されてもよく、例えば、電池１０は車両１の操作電源として使用されてもよい。且つ車両１は、コントローラ３０及びモータ４０を備えてもよい。コントローラ３０は電池１０がモータ４０に給電するように制御するために使用され、例えば、車両１の起動、ナビゲーション及び走行中の動作電力需要に使用される。本願の別の実施例では、電池１０は車両１の操作電源として使用されるだけでなく、車両１の駆動電源として使用され、ガソリン又は天然ガスを代替又は部分的に代替して車両１に駆動動力を提供する。以下、言及される電池１０は、複数の電池セル２０を備える電池パックとして理解され得る。
図２及び図３はそれぞれ本願の実施例に係る電池１０の分解図を示す。図２及び図３に示すように、電池１０は複数の電池セル２０及び複数の電池セル２０を電気的に接続するためのバス部材１２を備える。電池セル２０を外部の液体又は異物によって侵入又は腐食することを回避するために、図２及び図３に示すように、電池１０は、複数の電池セル及び他の必要な部材を包装するための筐体１１を備える。いくつかの実施例では、筐体１１はカバー１１１及びケース１１２を備えてもよく、電池１０はカバー１１１とケース１１２との間に延びているビーム１１４をさらに備えてもよく、ビーム１１４はケース１１２の底部部分１１２ａから底部部分１１２ａに垂直な方向に沿ってカバー１１１へ延びることができる。カバー１１１とケース１１２は封止されるように一体に組み合わせられて複数の電池セル２０を収容するための電気キャビティ１１ａを共同で囲んで形成する。他のいくつかの実施例では、カバー１１１とケース１１２は封止されないように互いに組み合わせられてもよい。
図４は、本願の実施例に係る電池セル２０の分解図を示し、図５及び図６はそれぞれ、電池セル２０が異なる角度から観察される時の斜視図を示す。図４～図６に示すように、本願に係る電池セル２０は、ボックス２１と、電極アセンブリ２２と、電解液とを備える。電極アセンブリ２２は電池セル２０のボックス２１内に収容され、電極アセンブリ２２は正極極板、負極極板及び分離膜を備える。分離膜の材質はＰＰ又はＰＥ等であってもよい。電極アセンブリ２２は巻回構造であってもよく、積層構造であってもよい。ボックス２１はハウジング２１１及びカバー板２１２を備える。ハウジング２１１は、複数の壁で形成される収容キャビティ２１１ａ及び開口部２１１ｂを備える。カバー板２１２は開口部２１１ｂに配置されて収容キャビティ２１１ａを密閉する。電極アセンブリ２２に加えて、収容キャビティ２１１ａ内に電解液がさらに収容される。電極アセンブリ２２の正極極板と負極極板は一般的にタブが設けられる。タブは一般的に正極タブ及び負極タブを備える。具体的には、正極極板は正極集電体及び正極活物質層を備え、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正極集電体は正極活物質層が塗布された正極集電体から突出し、正極活物質層が塗布されていない正極集電体は正極タブとして使用される。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、三元リチウム又はマンガン酸リチウム等であってもよい。負極極板は負極集電体及び負極活物質層を備え、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負極集電体は負極活物質層が塗布された負極集電体から突出し、負極活物質層が塗布されていない負極集電体は負極タブとして使用される。負極集電体の材料は銅であってもよく、負極活物質は炭素又はシリコン等であってもよい。大電流が流れて溶断しないことを確保するために、正極タブは、数が複数であり且つ一体に積層され、負極タブは、数が複数であり且つ一体に積層される。タブは接続部材２３を介して電池セル２０の外部に位置する電極端子２１４に電気的に接続される。電極端子２１４は一般的に正電極端子２１４ａ及び負電極端子２１４ｂを備える。本願の電池１０の電池セル２０のうちの少なくとも１つの電池セル２０はリリーフ機構２１３を備える。いくつかの実施例では、複数の電池セル２０のうちの、電池１０での位置のため熱暴走を受けやすい可能性がある電池セルにリリーフ機構２１３が設置されてもよい。勿論、電池１０の各電池セル２０にいずれもリリーフ機構２１３が設置されてもよい。
リリーフ機構２１３とは、電池セルの内部圧力又は温度が所定の閾値になった場合に作動して内部圧力を解放するための素子又は部材を指す。本願に係る閾値は圧力閾値又は温度閾値であってもよく、該閾値の設計は設計需要の異なりによって異なる。例えば、危険又は制御不能のリスクが存在すると考えられる電池セルの内部圧力又は内部温度値に基づいて該閾値を設計又は決定することができる。且つ、該閾値は、電池セルの正極極板、負極極板、電解液及び分離膜のうちの１つ又は複数の材料により決められ得る。つまり、リリーフ機構２１３は、その位置する少なくとも１つの電池セル２０の内部圧力又は温度が閾値になった場合に作動して電池の内部圧力を解放するために使用され、それにより、より深刻な事故の発生を回避する。上記したように、リリーフ機構２１３は、防爆弁、空気弁、リリーフ弁又は安全弁等とも呼ばれる。バス部材１２は、バスバー又は母線等とも呼ばれ、複数の電池セル２０を直列接続及び／又は並列接続の方式で電気的に接続する部材である。複数の電池セル２０がバス部材１２を介して直並列に接続された後、電圧が高いため、バス部材１２を有する側は高電圧側と呼ばれる場合がある。いくつかの実施形態では、電池１０のリリーフ機構２１３は電池セル２０の底側に設置される。
図８は、図７のＢ部分の拡大図を示す。図８に示すように、いくつかの実施例では、電池１０は熱管理部材１３をさらに備えてもよい。本願の熱管理部材１３とは、電池セル２０の温度を管理して調整することができる部材を指す。熱管理部材１３は流体を収容して電池セル２０の温度を管理して調整することができる。ここでの流体は液体又はガスであってもよい。温度の管理及び調整は複数の電池セル２０の加熱又は冷却を含んでもよい。例えば、電池セル２０を冷却又は降温する場合に、該熱管理部材１３は、冷却流体を収容して複数の電池セル２０の温度を低減させるために使用される。このとき、熱管理部材１３は、冷却部材、冷却システム又は冷却板等とも呼ばれ、収容された流体は冷却媒体又は冷却流体とも呼ばれ、さらに具体的には、冷却液又は冷却ガスとも呼ばれ、その中で、冷却媒体は循環的に流れるように設計されて、より良好な温度調整効果を達成することができる。冷却媒体は具体的に、水、水とエチレングリコールの混合液又は空気等を使用することができる。温度調整の有効性を実現するために、熱管理部材１３は一般的に、熱伝導性シリカゲル等の方式で電池セル２０に取り付けられる。また、熱管理部材１３は加熱して複数の電池セル２０を昇温するために使用されてもよい。例えば、冬の気温が低いいくつかの地域で電気自動車を起動する前に、電池１０を加熱することにより電池の性能を向上させることができる。
続いて、図８に示すように、リリーフ機構２１３と熱管理部材１３との間に逃げキャビティ１３４ａが形成され、逃げキャビティ１３４ａはリリーフ機構の作動を可能にするための空間を残すことができる。逃げキャビティ１３４ａの外側に収集キャビティ１１ｂが形成され、収集キャビティ１１ｂは、リリーフ機構２１３が作動する時に電池セル２０からの排出物を収集するために使用される。逃げキャビティ１３４ａが設置されることにより、リリーフ機構２１３を電池セル２０の電極端子２１４側に設置する必要がなく、電池セル２０の他の側面に選択的に設置することができ、収集キャビティ１１ｂの設置により、リリーフ機構２１３から放出された排出物が、外部に噴射又は流して他の部材又は外部環境を汚染することなく、収集されることを可能にする。本願に係る技術案は、電池１０の内部に熱暴走が発生した場合に、電池セル２０の排出物を効果的に排出することができ、それにより、排出物の排出不良によるリスクを低減させる。
以下、熱管理部材１３の具体的な構造を組み合わせて逃げキャビティ１３４ａと収集キャビティ１１ｂの構造を詳細に説明する。
いくつかの実施例では、熱管理部材１３は、一対の熱伝導板、及び該一対の熱伝導板の間に形成された流路１３３を備えてもよい。以下、説明の便宜上、該一対の熱伝導板は、複数の電池セル２０に取り付けられた第１熱伝導板１３１及び第１熱伝導板１３１の電池セル２０から離れる側に配置された第２熱伝導板１３２と呼ばれる。流路１３３は流体を収容して流体がその中で流れることを可能にするために使用される。いくつかの実施例では、逃げキャビティ１３４ａは流路１３３に取り囲まれるように構成される。いくつかの実施例では、第１熱伝導板１３１、第２熱伝導板１３２、及び流路１３３を備える熱管理部材１３は、ブロー形成等の適切なプロセスによって一体に形成されてもよく、又は第１熱伝導板１３１と第２熱伝導板１３２は溶接（例えば、ろう付け）によって一体に組み立てられる。いくつかの代替実施例では、第１熱伝導板１３１、第２熱伝導板１３２及び流路１３３は別々に形成され、一体に組み立てられて熱管理部材１３を形成するようにしてもよい。
いくつかの実施例では、熱管理部材１３は、複数の電池セルを収容するための筐体１１の一部を構成することができる。例えば、熱管理部材１３は筐体１１のケース１１２の底部部分１１２ａであってもよい。底部部分１１２ａに加えて、ケース１１２は側部部分１１２ｂをさらに備える。図７に示すように、いくつかの実施例では、側部部分１１２ｂはフレーム構造として形成され、且つ熱管理部材１３と一体に組み立てられてケース１１２を形成することができる。このようにして、電池１０の構造をよりコンパクトにして、空間の有効利用率を高めることができ、エネルギー密度の増加に有利である。
熱管理部材１３と側部部分１１２ｂは、封止リング等の封止部材及び締め具等を介して気密に一体に組み立てることができる。封止効果を高めるために、締め具はＦＤＳフロードリルスクリューを使用することができる。勿論、理解されるように、このような気密な組み立て方式は例示的なものに過ぎず、本願の内容の保護範囲を限定するためのものではない。他の任意の適切な組み立て方式は同様に可能である。例えば、いくつかの代替実施例では、熱管理部材１３と側部部分１１２ｂは接着等の適切な方式で一体に組み立てられてもよい。
いくつかの代替実施例では、熱管理部材１３はさらに側部部分１１２ｂと一体成形されてもよい。つまり、筐体１１のケース１１２は一体成形されてもよい。このような成形方式により、ケース１１２部分の強度が高くなり、且つ漏れが発生しにくくなる。いくつかの代替実施例では、ケース１１２の側部部分１１２ｂはカバー１１１と一体に形成されてもよい。つまり、このような場合に、カバー１１１は下開口部を有する構造を構成し、該下開口部は熱管理部材１３によって密閉されてもよい。
換言すれば、熱管理部材１３と筐体１１との間の関係は様々であってもよい。例えば、いくつかの代替実施例では、熱管理部材１３は、筐体１１のケース１１２の一部ではなく、ケース１１２のカバー１１１に対向する側に組み立てられた部材であってもよい。このような方式により、筐体１１を密閉状態に容易に維持することができる。別のいくつかの代替実施例では、熱管理部材１３は適切な方式でケース１１２の内側に統合されてもよい。
上記したように、特定のリリーフ機構２１３が作動する時に、電池セル２０の外部の、リリーフ機構２１３に対応する位置に逃げ構造１３４を設置する必要があり、このように、リリーフ機構２１３は順調に作動して当然の作用を発揮することができる。いくつかの実施例では、逃げ構造１３４は熱管理部材１３に設置されてもよく、それにより、熱管理部材１３が複数の電池セル２０に取り付けられる場合に逃げ構造１３４とリリーフ機構２１３との間に逃げキャビティ１３４ａを形成することができる。つまり、本願に係る逃げキャビティ１３４ａは、逃げ構造１３４とリリーフ機構２１３の両方で取り囲んで形成された密閉キャビティを指し、このような技術案では、電池セル２０からの排出物の排出について、該逃げキャビティ１３４ａの入口側の表面はリリーフ機構２１３の作動により開くことができ、該入口側の表面に対向する出口側の表面は高温高圧の排出物により部分的に破壊されて開くことができ、それにより、排出物の放出通路が形成される。別のいくつかの実施例によれば、該逃げキャビティ１３４ａは例えば逃げ構造１３４とリリーフ機構２１３の両方で取り囲んで形成された非密閉キャビティであってもよく、該非密閉キャビティの出口側の表面は、元々、排出物が流出するための通路を有してもよい。
図８に示すように、いくつかの実施例では、熱管理部材１３上に形成された逃げ構造１３４は、逃げ底壁１３４ｂ、及び逃げキャビティ１３４ａを取り囲む逃げ側壁１３４ｃを備えてもよい。本願の逃げ底壁１３４ｂと逃げ側壁１３４ｃは、逃げキャビティ１３４ａを対象とするものである。具体的には、逃げ底壁１３４ｂは、逃げキャビティ１３４ａのリリーフ機構２１３に対向する壁を指し、逃げ側壁１３４ｃは、逃げ底壁１３４ｂに隣接して逃げキャビティ１３４ａを所定の角度で取り囲む壁である。いくつかの実施例では、逃げ底壁１３４ｂは第２熱伝導板１３２の一部であってもよく、逃げ側壁１３４ｃは第１熱伝導板１３１の一部であってもよい。
例えば、いくつかの実施例では、逃げ構造１３４は、第１熱伝導板１３１の一部を第２熱伝導板１３２に向かって凹ませて開口部を形成し、且つ開口部のエッジを第２熱伝導板１３２と適切な固定方式で一体に固定することによって形成されてもよい。リリーフ機構２１３が作動する時に、電池セル２０からの排出物は先ず該逃げキャビティ１３４ａ内に入る。図８の逃げキャビティ１３４ａの矢印で示されるように、排出物は略扇形の方向に外部に排出される。
従来の熱管理部材とは異なり、本願の実施例に係る熱管理部材１３は、電池セル２０からの排出物が熱管理部材１３を通過するように、リリーフ機構２１３が作動する時に破壊され得る。このような設置の利点は、電池セル２０からの高温高圧排出物が熱管理部材１３を順調に通過することができ、それにより排出物が直ちに排出できないことによる二次事故を回避し、電池１０の安全性能を向上させることである。
排出物が熱管理部材１３を順調に通過するために、熱管理部材１３の、リリーフ機構２１３に対向する位置に貫通孔又は放出機構を設置することができる。例えば、特定の実施例では、逃げ底壁１３４ｂ、すなわち、第２熱伝導板１３２に放出機構が設置されてもよい。本願の放出機構とは、リリーフ機構２１３が作動する時に、少なくとも電池セル２０からの排出物が熱管理部材１３を通過して排出されることを可能にするために作動できる機構を指す。いくつかの実施例では、放出機構は、電池セル２０上のリリーフ機構２１３と同様な構造を使用してもよい。つまり、いくつかの実施例では、放出機構は、第２熱伝導板１３２に配置された、リリーフ機構２１３と同様な構造を有する機構であってもよい。いくつかの代替実施例では、放出機構はリリーフ機構２１３と異なる構造を使用してもよく、逃げ底壁１３４ｂに設置された薄化構造のみであり、薄化構造は、例えば、逃げ底壁１３４ｂと一体化された薄肉部、ノッチ（例えば、図９に示される十字状のノッチ１３４ｄ）、又は逃げ底壁１３４ｂに装着された、プラスチック等の易損材料で製造された易損部等を含んでもよいがこれらに限定されない。又は、放出機構は、感温又は感圧放出機構であってもよく、検知された温度又は圧力が閾値を超えた場合に作動する。
いくつかの実施例では、排出物が熱管理部材１３を順調に通過するために、逃げ構造１３４は、熱管理部材１３を貫通する貫通孔であってもよい。つまり、逃げ構造１３４は逃げ側壁１３４ｃのみを有してもよく、且つ該逃げ側壁１３４ｃがすなわち貫通孔の孔壁である。このような場合に、リリーフ機構２１３が作動する時に、電池セル２０からの排出物は逃げ構造１３４を直接通過して排出され得る。このようにして、二次高圧の形成をより効果的に回避することができ、それにより電池１０の安全性能を向上させる。
いくつかの実施例では、熱管理部材１３はさらに、流体を流出させるように、リリーフ機構２１３が作動する時に破壊され得るように構成されてもよい。流体の流出は、電池セル２０からの高温高圧排出物を迅速に降温して消火することができ、それにより、他の電池セル２０及び電池１０をさらに損傷してより深刻な事故を引き起こすことを回避する。例えば、いくつかの実施例では、逃げ側壁１３４ｃは電池セル２０からの排出物により容易に破壊されるように形成されてもよく、それにより、流路１３３と逃げキャビティ１３４ａを連通させ、さらに、流路１３３内の流体は逃げキャビティ１３４ａ及び／又は収集キャビティ１１ｂ内に流れ込むことができる。
電池セル２０の内部圧力が大きいため、電池セル２０からの排出物は略錐体状の形状で外部に排出される。このような場合に、逃げ側壁１３４ｃと排出物との接触面積を増加させると逃げ側壁１３４ｃが破壊される可能性を高めることができる。例えば、いくつかの実施例では、逃げ側壁１３４ｃは、リリーフ機構２１３の熱管理部材１３に向ける方向に対して所定の夾角を有するように構成され、且つ該夾角が１５°以上８５°以下である。例えば、図８に示される所定の夾角は約４５°である。該夾角を合理的に設定することにより、リリーフ機構２１３が作動する時に、逃げ側壁１３４ｃがより容易に破壊され、さらに流体を流出して排出物に接触させ、排出物を直ちに冷却する効果を達成することができる。また、該所定の夾角により、該逃げ側壁１３４ｃをより容易に形成することができ、例えば、該所定の夾角は、特定の抜け勾配を提供することができ、それにより逃げ側壁１３４ｃ、さらに第１熱伝導板１３１全体の製造に有利である。
他の示されていない実施例では、流路１３３は、電池セル２０の排出物が熱管理部材１３を流れるプロセスで無傷のままであるように構成されてもよい。説明する必要があるように、ここでの「無傷のままである」ことは、電池セル２０の排出物が熱管理部材１３を流れるプロセスで、流路１３３が破壊されず、流路１３３と外部が連通せず、流路１３３内の流体が流路１３３の外部の空間に放出されないことを指す。
また、逃げ側壁１３４ｃのこのような配置方式は、上記逃げキャビティ１３４ａを有する状況及び逃げ構造１３４が貫通孔である状況に適用できる。例えば、逃げ構造１３４が貫通孔である場合に、該貫通孔の孔径はリリーフ機構２１３の熱管理部材１３に向ける方向に沿って徐々に小さくなることができ、且つ該貫通孔の孔壁がリリーフ機構２１３の熱管理部材１３に向ける方向に対して形成された夾角は１５°以上８５°以下である。
勿論、理解されるように、上記逃げ側壁１３４ｃの、リリーフ機構２１３の熱管理部材１３に向ける方向に対して形成された所定の夾角の形状は例示的なものに過ぎず、本願の内容の保護範囲を限定するためのものではない。リリーフ機構２１３が作動する時に逃げ側壁１３４ｃが破壊されることに有利である他の任意の適切な構造はいずれも実現可能である。例えば、いくつかの実施例では、逃げ側壁１３４ｃは、任意のタイプの薄化構造を有してもよい。
上記実施例は、熱管理部材１３が逃げ構造１３４を有する状況を説明している。つまり、上記実施例に係る逃げキャビティ１３４ａは熱管理部材１３上の逃げ構造１３４及びリリーフ機構２１３によって形成される。理解されるように、上記逃げキャビティ１３４ａに関連するこれらの実施例は例示的なものに過ぎず、本願の内容の保護範囲を限定するためのものではなく、他の任意の適切な構造又は配置も可能である。例えば、いくつかの代替実施例では、熱管理部材１３は逃げ構造１３４を備えなくてもよい。このような場合に、逃げキャビティ１３４ａは、例えば、リリーフ機構２１３の周囲に形成された突出部及び熱管理部材１３によって形成される。且つ、熱管理部材１３上のリリーフ機構２１３に対向する位置に放出機構又は薄化構造が設置されて、電池セル２０からの排出物が熱管理部材１３を通過し及び／又は熱管理部材１３を突破して流体を流出させることができる。
勿論、いくつかの実施例では、逃げキャビティ１３４ａが使用されなくてもよい。例えば、逃げ空間を必要とせずに作動できるいくつかのリリーフ機構２１３の場合に、リリーフ機構２１３は熱管理部材１３に密着して設置されてもよい。このようなリリーフ機構２１３は、例えば、感温リリーフ機構２１３を含んでもよいがこれに限定されない。感温リリーフ機構２１３は、電池セル２０の温度が閾値になった場合に作動して電池セル２０の内部圧力を解放する機構である。これに対応するのは感圧リリーフ機構２１３である。感圧リリーフ機構２１３は上記言及されるリリーフ機構である。感圧リリーフ機構は、電池セル２０の内部圧力が閾値になった場合に作動して電池セル２０の内部圧力を解放する機構である。
いくつかの実施例では、図７及び図８に示すように、電池１０は収集キャビティ１１ｂをさらに備える。本願の収集キャビティ１１ｂとは、リリーフ機構２１３が作動する時に電池セル２０及び熱管理部材１３からの排出物を収集するためのキャビティを指す。収集キャビティ１１ｂは排出物を収集するために使用され、封止されてもよく、封止されなくてもよい。いくつかの実施例では、収集キャビティ１１ｂ内に空気、又は他のガスが含まれてもよい。選択可能に、収集キャビティ１１ｂ内に、冷却媒体等の液体が含まれてもよく、又は、該液体を収容する部材が設置されてもよく、それにより、収集キャビティ１１ｂ内に入った排出物をさらに降温する。さらに選択可能に、収集キャビティ１１ｂ内のガス又は液体は循環的に流れている。上記したように、逃げキャビティ１３４ａが存在する場合に、逃げキャビティ１３４ａは熱管理部材１３を介して収集キャビティ１１ｂと隔離され得る。ここでの「隔離」は、分離であり、封止されなくてもよい。この場合、排出物が逃げ側壁１３４ｃを突破して流体を流出させることにさらに有利であり、排出物をさらに降温して消火し、それにより電池の安全性能を向上させる。また、上記説明される逃げ構造１３４が貫通孔である場合に、逃げキャビティ１３４ａは収集キャビティ１１ｂと相互に連通することができる。このような方式は排出物の排出に有利であり、それにより二次高圧による安全上の危険を回避する。
いくつかの実施例では、収集キャビティ１１ｂは、熱管理部材１３の外部の開放キャビティであってもよい。例えば、熱管理部材１３が筐体１１のケース１１２の底部部分１１２ａとして使用される実施例では、電池セル２０からの排出物は熱管理部材１３を通過した後に熱管理部材１３の外部空間、すなわち、筐体１１の外部に直接排出され、それにより二次高圧の発生を回避することができる。いくつかの代替実施例では、図７に示すように、電池１０は保護部材１１５をさらに備えてもよい。本願の保護部材１１５とは、熱管理部材１３の電池セル２０から離れる側に配置された、熱管理部材１３及び電池セル２０を保護するための部材を指す。これらの実施例では、収集キャビティ１１ｂは保護部材１１５と熱管理部材１３との間に配置されてもよい。
いくつかの実施例では、保護部材１１５は、筐体１１の底部に装着されて保護するための部分であってもよい。このような方式により、電気自動車等の電池１０の適用部位又は空間に対するより多様な設計を促進することに役に立つ。例えば、特定の電気自動車に対して、製造コストを削減し、それにより最終製品の価格を削減するために、使用に影響を与えることなく、保護部材１１５が設置されなくてもよい。ユーザーは必要に応じて保護部材を増設するか否かを選択することができる。このような場合に、収集キャビティ１１ｂは上記言及される開放キャビティを構成し、電池セル２０からの排出物は電池１０の外部に直接排出され得る。
いくつかの実施例では、保護部材１１５は筐体１１のケース１１２の底部部分１１２ａであってもよい。例えば、熱管理部材１３は、ケース１１２の底部部分１１２ａとして使用される保護部材１１５に組み立てられてもよく、且つ熱管理部材１３が保護部材１１５に組み立てられ且つ両者の間に隙間があり、収集キャビティ１１ｂを形成する。例えば、いくつかの実施例では、保護部材１１５は熱管理部材１３に向けて開口される凹部を備えて収集キャビティ１１ｂを形成する。このような場合に、収集キャビティ１１ｂは電池セル２０からの排出物の緩衝キャビティとして使用されてもよい。該収集キャビティ１１ｂ内の排出物の温度、体積又は圧力のうちの少なくとも１つが所定の程度又は閾値になった場合に、保護部材１１５は部分的に破壊されて収集キャビティ１１ｂ内の圧力を直ちに解放することができる。いくつかの代替実施例では、代替的又は付加的に、保護部材１１５及び熱管理部材１３の間に封止部材（例えば、封止リング、シーラント等）が設置されて収集キャビティ１１ｂを封止することができ、封止部材は、収集キャビティ１１ｂ内の排出物の温度、体積又は圧力のうちの少なくとも１つが所定の程度又は閾値になった場合に、少なくとも部分的に破壊され、収集キャビティ１１ｂ内の圧力を直ちに解放して、二次破壊を回避することができる。
いくつかの代替実施例では、保護部材１１５はさらに熱管理部材１３と一体に形成されてもよい。例えば、熱管理部材１３の外部に、保護部材１１５がさらに一体に形成され、保護部材１１５と熱管理部材１３との間に隙間があり、収集キャビティ１１ｂを形成する。保護部材１５に薄化構造が設置されてもよく、それにより、収集キャビティ１１ｂ内の排出物の温度、体積又は圧力が所定の程度又は閾値になった場合に、保護部材１１５は部分的に破壊されて収集キャビティ１１ｂの圧力を直ちに解放することができる。このような方式により、部材の数をさらに減らし、組立時間を短縮して組立コストを削減することができる。
付加的又は代替的な技術案として、いくつかの実施例では、該収集キャビティ１１ｂはさらに、カバー１１１とケース１１２との間に延びているように配置されたビーム１１４（図３に示す）で構成されてもよい。熱管理部材１３はビーム１１４と電池セル２０との間に配置されてもよい。いくつかの実施例では、ビーム１１４は中空構造を有してもよく、且つビーム１１４の中空空間は収集キャビティ１１ｂを構成することができる。
図９～図１１はそれぞれ本願のいくつかの実施例に係る熱管理部材１３の異なる角度からの図及び断面図を示す。図示されるように、いくつかの実施例では、第１熱伝導板１３１及び第２熱伝導板１３２には、流路１３３に対応する半凹溝構造がそれぞれ形成されてもよく、且つ第１熱伝導板１３１及び第２熱伝導板１３２の半凹溝構造は相互に位置合わせされる。第１熱伝導板１３１と第２熱伝導板１３２を一体に組み立てることにより、第１熱伝導板１３１と第２熱伝導板１３２の半凹溝構造を流路１３３に組み合わせ、最終的に熱管理部材１３を形成する。
勿論、理解されるように、上記説明される熱管理部材１３の具体的な構造は例示的なものに過ぎず、本願の保護範囲を限定するためのものではない。他の任意の適切な構造又は配置も可能である。例えば、いくつかの代替実施例では、第１熱伝導板１３１、第２熱伝導板１３２及び流路１３３のうちの少なくとも１つは省略されてもよい。例えば、第２熱伝導板１３２は省略されてもよい。つまり、いくつかの実施例では、熱管理部材１３は、第１熱伝導板１３１及び一側に配置され又はその中に嵌め込まれた流路１３３のみを備えてもよい。
上記説明から分かるように、いくつかの実施例では、リリーフ機構２１３を電池セル２０のバス部材１２に対して異なる側に配置する場合に、構造を調整することにより、二重キャビティ構造を形成することができる。二重キャビティとは、上記言及される電池セル２０のリリーフ機構２１３と逃げ構造１３４との間の逃げキャビティ１３４ａ及び収集キャビティ１１ｂを指す。該二重キャビティ構造は、リリーフ機構２１３が作動する時に電池セル２０からの排出物が制御可能で、順番で直ちに排出され得ることを効果的に確保することができる。また、いくつかの実施例では、逃げキャビティ１３４ａは破壊されて熱管理部材１３内の流体を流出させ、電池セル２０からの排出物を冷却して消火することができ、それにより、電池セル２０からの排出物の温度を迅速に低減させることができ、電池１０の安全性能を向上させる。
また、リリーフ機構２１３を電池セル２０のバス部材１２の異なる側に配置することにより、電池セル２０からの排出物は筐体１１により形成された電気キャビティ１１ａ内に入らず又は少量に入る。これは、電気安全を確保し及びバス部材１２の間の短絡を回避することに非常に有利である。このような電気キャビティ１１ａ及び上記言及される二重キャビティ構造が分離される構造に基づいて、筐体１１のカバー１１１は、バス部材１２により接近するように設計されてもよい。これは、電池セル２０からの排出物が逃げキャビティ１３４ａ及び／又は収集キャビティ１１ｂ内に排出されるため、電気キャビティ１１ａ部分に排出物が通過するための通路を設置する必要がなく、それによりカバー１１１がバス部材１２により接近し、さらにバス部材１２に接触することができるためである。これは、電池１０の上部構造をよりコンパクトにし、電池１０の電池セル２０を収容するための有効空間を増加させ、それにより電池１０の体積エネルギー密度を高めることができる。
具体的には、従来の電池１０では、特に電池セル２０が三元リチウムイオン電池セルを使用する場合に、カバー１１１をバス部材１２に接触させることは言うまでもなく、両者の距離を７ｍｍ未満に設定することは基本的に不可能である。これは、従来の電池セル２０で、バス部材１２とリリーフ機構２１３の両方が電池セル２０の同じ側に設置され、リリーフ機構２１３が作動する時に、リリーフ機構２１３が正常に起動でき且つ電池セル２０からの排出物が順調に排出されて流れることを確保するために、通常、バス部材１２とカバー１１１との間の距離を７ｍｍ又は７ｍｍ以上に設定し、電池１０の安全性を確保するためである。
従来の電池１０とは異なり、リリーフ機構２１３とバス部材１２を電池セル２０の異なる側に設置した後、電池セル２０からの排出物が逃げキャビティ１３４ａ及び／又は収集キャビティ１１ｂ内に排出されるため、電池セル２０のカバー板２１２にリリーフ機構２１３に必要な位置を残す必要がなく、且つ電気キャビティ１１ａ部分に排出物が通過するための通路を設置する必要がなく、それにより、カバー１１１とバス部材１２は隣接するように設置されてもよく、且つ両者の間の距離は２ｍｍ未満であってもよい。このサイズの隙間は電池技術の発展に対して非常に有利である。具体的には、現在までの電池技術の発展により、安全性を確保する場合に、電池セル２０を収容する空間を除いて、電池１０の各構造及び部材が占有するサイズを１ｍｍ縮小することは非常に困難である。従って、リリーフ機構２１３とバス部材１２を電池セル２０の異なる側に設置することにより、電池１０構造のコンパクトさを顕著に向上させ、電池セル２０の有効な収容空間を合理的に増加させ、それにより電池１０の体積エネルギー密度を高めることができる。
以上、図１～図１１を組み合わせて本願の実施例の電池を説明し、以下、図１２及び図１３を組み合わせて本願の実施例の電池製造方法及び機器を説明し、詳細に説明されていない部分は上記各実施例を参照すればよい。
図１２に示すように、本願の実施形態によれば、電池製造方法５０を提供し、電池セルを提供するステップ５１であって、電池セルはリリーフ機構を備え、リリーフ機構は、電池セルの内部圧力が閾値になった場合に作動して内部圧力を解放するために使用されるステップ５１と、流体を収容して電池セルを降温するための熱管理部材を提供するステップ５２と、リリーフ機構と熱管理部材との間に形成され、リリーフ機構が作動することを可能にするための空間を提供するように構成される逃げキャビティを設置するステップ５３と、逃げキャビティの外側に位置し、リリーフ機構が作動する時に電池セルからの排出物を収集するための収集キャビティを設置するステップ５４とを含む。熱管理部材は、リリーフ機構が作動する時に、電池セルの排出物が熱管理部材を通過して、逃げキャビティを通って収集キャビティ内に入ることができるように構成される。
図１３に示すように、本願に係る実施形態では、電池製造機器６０をさらに提供し、電池セル製造モジュール６１であって、複数の電池セルを製造するために使用され、複数の電池セルのうちの少なくとも１つの電池セルはリリーフ機構を備え、リリーフ機構は、少なくとも１つの電池セルの内部圧力が閾値になった場合に作動して内部圧力を解放するために使用される電池セル製造モジュール６１と、流体を収容して電池セルを降温するための熱管理部材を製造するための熱管理部材製造モジュール６２と、リリーフ機構と熱管理部材との間に形成され、リリーフ機構が作動することを可能にするための空間を提供するように構成される逃げキャビティを形成するための逃げキャビティ形成モジュール６３と、逃げキャビティの外側に位置し、リリーフ機構が作動する時に電池セルからの排出物を収集するための収集キャビティを形成するための収集キャビティ形成モジュール６４とを備える。熱管理部材は、リリーフ機構が作動する時に、電池セルの排出物が熱管理部材を通過して、逃げキャビティを通って収集キャビティ内に入ることができるように構成される。
本願の実施例に係る電池、その関連装置、製造方法及び製造機器では、電池セルにリリーフ機構が設置されると共に、電池セルの外側に逃げキャビティ及び収集キャビティが設置される。逃げキャビティの設置により、リリーフ機構の作動のために特定の空間を残すことができ、従って逃げキャビティが設置されることにより、リリーフ機構を電池セルの電極端子側に設置する必要がなく、電池セルの他の側面に選択的に設置することができ、収集キャビティの設置により、リリーフ機構から放出された排出物が、外部に噴射又は流して他の部材又は外部環境を汚染することなく、収集されることを可能にする。本願に係る技術案は、電池の設置に様々な可能性を提供することができ、特に、リリーフ機構に関連する電池の各設置をさらに最適化することに役に立ち、さらに電池の総合的な性能を向上させる。
最終的に説明されるように、上記実施例は、本願の技術案を説明するためのものに過ぎず、それを限定するものではなく、上記実施例を参照して本願を詳細に説明したが、当業者は、依然として上記各実施例に記載の技術案を修正し、又はそのうちの一部の技術的特徴に対して等価置換を行うことができるが、これらの修正や置換が対応する技術案の本質を本願の各実施例の技術案の精神及び範囲から逸脱させるものではないことを理解すべきである。
１ 車両
１０ 電池
１１ 筐体
１１ａ 電気キャビティ
１１ｂ 収集キャビティ
１２ バス部材
１３ 熱管理部材
２０ 電池セル
２１ ボックス
２２ 電極アセンブリ
２３ 接続部材
３０ コントローラ
４０ モータ
６０ 電池製造機器
６１ 電池セル製造モジュール
６２ 熱管理部材製造モジュール
６３ 逃げキャビティ形成モジュール
６４ 収集キャビティ形成モジュール
１１１ カバー
１１２ ケース
１１２ａ 底部部分
１１２ｂ 側部部分
１１４ ビーム
１１５ 保護部材
１３１ 第１熱伝導板
１３２ 第２熱伝導板
１３３ 流路
１３４ 逃げ構造
１３４ａ 逃げキャビティ
１３４ｂ 逃げ底壁
１３４ｃ 逃げ側壁
２００ 電池セル
２１１ ハウジング
２１１ａ 収容キャビティ
２１１ｂ 開口部
２１２ カバー板
２１３ リリーフ機構
２１４ 電極端子

Claims (13)

  1. 電池であって、
    電池セルであって、前記電池セルはリリーフ機構を備え、前記リリーフ機構は、前記電池セルの内部圧力又は温度が閾値になった場合に作動して前記内部圧力を解放するために使用される電池セルと、
    流体を収容して前記電池セルの温度を調整するための熱管理部材と、
    前記リリーフ機構と前記熱管理部材との間に形成され、前記リリーフ機構が作動することを可能にするための空間を提供するように構成される逃げキャビティと、
    前記逃げキャビティの外側に位置し、前記リリーフ機構が作動する時に前記電池セルからの排出物を収集するための収集キャビティと、を備え、
    前記熱管理部材は、前記リリーフ機構が作動する時に、前記電池セルの排出物が前記熱管理部材を通過して、前記逃げキャビティを通って前記収集キャビティ内に入ることができるように構成され、
    前記熱管理部材は、前記逃げキャビティと前記収集キャビティとの間に設置され、且つ前記逃げキャビティと前記収集キャビティを相互に分離し、且つ前記熱管理部材は、前記電池セルの排出物が前記逃げキャビティから前記収集キャビティ内に入るように、前記電池セルの排出物によって破壊可能なように構成される電池。
  2. 前記熱管理部材に貫通孔が設置され、前記貫通孔は、前記逃げキャビティと前記収集キャビティが相互に連通するように構成される請求項１に記載の電池。
  3. 前記逃げキャビティは前記熱管理部材に設置された前記貫通孔によって形成され、それにより、前記リリーフ機構が作動する時に、前記電池セルからの排出物は、前記貫通孔を通って前記収集キャビティ内に直接に入ることができる請求項２に記載の電池。
  4. 前記熱管理部材の内部には、流体が流れるための流路が形成され、前記逃げキャビティは前記流路に取り囲まれるように構成される請求項２又は３のいずれか１項に記載の電池。
  5. 前記流路は、前記電池セルの排出物が前記熱管理部材を流れるプロセスで無傷のままであるように構成され、又は、
    前記熱管理部材は、前記電池セルの排出物が前記流路の壁を破壊できて、前記流路と前記逃げキャビティを連通させるように構成される請求項４に記載の電池。
  6. 前記逃げキャビティは、前記熱管理部材の前記リリーフ機構に向けて開いている逃げ構造によって形成され、前記逃げ構造は、前記逃げキャビティを取り囲む逃げ側壁を備える請求項１～５のいずれか１項に記載の電池。
  7. 前記逃げキャビティは、前記熱管理部材の前記リリーフ機構に向けて開いている逃げ構造によって形成され、前記逃げ構造は、前記逃げキャビティを取り囲む逃げ側壁を備え、前記逃げ側壁は、前記リリーフ機構が作動する時に破壊されて前記流体を流出させるように構成される請求項６に記載の電池。
  8. 前記逃げ側壁は、前記リリーフ機構の前記熱管理部材に向ける方向に対して所定の夾角を形成し、且つ前記所定の夾角が１５°以上８５°以下である請求項７に記載の電池。
  9. 前記熱管理部材には、放出機構が前記逃げキャビティに対向して設置され、前記放出機構は、前記逃げキャビティ内の排出物を前記収集キャビティに放出するように作動できるように構成される請求項１～８のいずれか１項に記載の電池。
  10. 前記電池は前記電池セルを収容するためのケースを備え、且つ前記熱管理部材は前記ケースの少なくとも一部を構成する請求項１～９のいずれか１項に記載の電池。
  11. 前記電池は保護部材をさらに備え、前記収集キャビティは前記熱管理部材と前記保護部材との間に制限される請求項１～１０のいずれか１項に記載の電池。
  12. 電気エネルギーを供給するための請求項１～１１のいずれか１項に記載の電池を備える装置。
  13. 電池製造方法であって、
    電池セルを提供するステップであって、前記電池セルはリリーフ機構を備え、前記リリーフ機構は、前記電池セルの内部圧力又は温度が閾値になった場合に作動して前記内部圧力を解放するために使用されるステップと、
    流体を収容して前記電池セルの温度を調整するための熱管理部材を提供するステップと、
    前記リリーフ機構と前記熱管理部材との間に形成され、前記リリーフ機構が作動することを可能にするための空間を提供するように構成される逃げキャビティを設置するステップと、
    前記逃げキャビティの外側に位置し、前記リリーフ機構が作動する時に前記電池セルからの排出物を収集するための収集キャビティを設置するステップと、を含み、
    前記熱管理部材は、前記リリーフ機構が作動する時に、前記電池セルの排出物が前記熱管理部材を通過して、前記逃げキャビティを通って前記収集キャビティ内に入ることができるように構成され、
    前記熱管理部材は、前記逃げキャビティと前記収集キャビティとの間に設置され、且つ前記逃げキャビティと前記収集キャビティを相互に分離し、且つ前記熱管理部材は、前記電池セルの排出物が前記逃げキャビティから前記収集キャビティ内に入るように、前記電池セルの排出物によって破壊可能なように構成される電池製造方法。
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