JP7412454B2 - バス部材、電池及び電力消費機器 - Google Patents

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Description

本願は電池の技術分野に関し、具体的には、バス部材、電池及び電力消費機器に関する。
リチウムイオン蓄電池は、高エネルギー密度、良好なサイクル特性等の優れた利点により、二次電池の主流製品となり、携帯型電気機器、動力自動車、携帯電話、宇宙機等の分野に広く使用されている。電池の安全性の問題は、ユーザーが主に注目する問題の１つであり、電池の発展を制限する主な要因の１つでもある。従って、電池の安全性能をどのように向上させるかは電池分野で急いで解決する必要がある問題となっている。
本願の実施例は、電池の安全性能を向上させるために、バス部材、電池及び電力消費機器を提供する。
第１の態様では、本願の実施例はバス部材を提供し、第１のセルの第１の電極端子と接続するための第１の接続部と、第２のセルの第２の電極端子と接続するための第２の接続部と、それぞれの一端が前記第１の接続部に接続され、他端が前記第２の接続部に接続される複数の溶断部とを備え、前記複数の溶断部のうち過電流断面積の最も大きいものに対応する過電流断面積はＳｍａｘであり、前記複数の溶断部のうち過電流断面積の最も小さいものに対応する過電流断面積はＳｍｉｎであり、ＳｍｉｎとＳｍａｘは関係式０．３≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ≦１を満たす。
上記技術案において、バス部材に複数の溶断部を設け、すべての溶断部のうち最小過電流断面積Ｓｍｉｎと最大過電流断面積Ｓｍａｘが０．３≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ≦１を満たすようにすることにより、バス部材を流れる電流が閾値を超える場合に、すべての溶断部の溶断開始から完全溶断までの時間差を短くし、すなわちバス部材の溶断時間が短く、それにより、第１のセルと第２のセルとの短絡時間を短縮させ、長時間の短絡による溶断部の溶断プロセスでのアークエネルギーの蓄積を回避し、溶断プロセスでのアークによる損傷を減らすことができる。溶断部が複数であることで、バス部材の過電流プロセスでの放熱性能をさらに向上させることができる。溶断部の一部が誤って機械的に切断された場合、他の切断されていない溶断部は依然としてバス部材の通常の動作を確保することができる。
第１の態様のいくつかの実施例では、ＳｍｉｎとＳｍａｘは関係式０．８≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ＜１を満たす。
上記技術案では、Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘの比率が０．８～１の場合、溶断時間差が最小であり、すべての溶断部の溶断開始から完全溶断までの時間差をさらに短縮させ、すなわちバス部材の溶断時間を短縮させることができ、それにより、短絡時間をさらに短縮させ、長時間の短絡による溶断部の溶断プロセスでのアークエネルギーの蓄積を効果的に回避し、溶断プロセスでのアークによる損傷を減らすことができる。
第１の態様のいくつかの実施例では、前記複数の溶断部の過電流断面積の合計はＳｔｏｔａｌであり、ＳｍｉｎとＳｔｏｔａｌは関係式０．２≦Ｓｍｉｎ／Ｓｔｏｔａｌを満たし、ＳｍａｘとＳｔｏｔａｌは関係式Ｓｍａｘ／Ｓｔｏｔａｌ≦０．６を満たす。
上記技術案では、最小過電流面積Ｓｍｉｎとすべての溶断部の過電流断面積の合計Ｓｔｏｔａｌとの比率を０．２以上に限定し、最大過電流断面積Ｓｍａｘとすべての溶断部の過電流断面積の合計Ｓｔｏｔａｌとの比率を０．６以下に限定することにより、バス部材の溶断時間をさらに最適化し、第１のセルと第２のセルとの長時間の短絡を回避することができる。
第１の態様のいくつかの実施例では、前記複数の溶断部のうちの少なくとも２つの溶断部の過電流断面積は等しくない。
上記技術案では、すべての溶断部の過電流断面積の合計が一定である場合、少なくとも２つの溶断部の過電流断面積は等しくないことで、バス部材の溶断時間差が最小値になり、バス部材の溶断時間差をさらに最適化し、第１のセルと第２のセルの長時間の短絡を回避する。
第１の態様のいくつかの実施例では、前記溶断部の数は少なくとも３つであり、前記少なくとも３つの溶断部は前記バス部材の幅方向に並んで配置され、前記少なくとも３つの溶断部の過電流断面積は前記バス部材の幅方向の両側から中央へ順に減少する。
上記技術案では、外力による作用を受けると、バス部材の幅方向の両側は大きなトルクを受け、従って、溶断部の過電流断面積はバス部材の幅方向の両側から中央へ順に減少することで、バス部材の機械的強度が向上し、それにより、バス部材は幅方向の両側で大きなトルクを受けることができる。
第１の態様のいくつかの実施例では、前記溶断部の過電流断面積はその厚さの１．５倍よりも大きい。
上記技術案では、バス部材がスタンピングによって成形されるため、スタンピングの効果を確保するには十分な幅のサイズは必要であり、従って、溶断部の過電流断面積はその厚さの１．５倍よりも大きくすることで、溶断部の幅は厚さの１．５倍より大きくなり、バス部材の製造可能性を向上させる。
第１の態様のいくつかの実施例では、少なくとも１つの前記溶断部に曲げ部が設けられ、前記曲げ部は前記バス部材の幅方向の応力を吸収するように配置される。
上記技術案では、溶断部に曲げ部を設けることにより、バス部材の幅方向の応力を吸収し、バス部材及びセルに対して一定の保護効果を果たすことができる。
第１の態様のいくつかの実施例では、前記複数の溶断部は、前記バス部材の幅方向の少なくとも一側において、前記第１の接続部及び前記第２の接続部とともに切り欠きを形成する。
上記技術案では、切り欠きが設けられることにより保護カバーの配置が容易になり、保護カバーのないバス部材の場合に、切り欠きは他の構造のために空間を残すことができるとともに、溶断部は電池のボックスの内壁から一定の距離離れており、溶断部の溶断プロセスで生じた高温がボックスに損傷を与えることを回避する。
第１の態様のいくつかの実施例では、前記バス部材の幅方向の一側において、前記第１の接続部及び第２の接続部とともに第１の切り欠きを形成し、他側において、前記第１の接続部及び第２の接続部とともに第２の切り欠きを形成し、前記第１の切り欠きと前記第２の切り欠きとは、前記バス部材の幅方向での深さが異なる。
上記技術案では、第１の切り欠きと第２の切り欠きとは深さが異なり、深さの深い切り欠きが、電池のボックスのバス部材に最も近い内壁に向けられている場合、該溶断部の溶断で生じた高温がボックスに損傷を与えることを回避する。
第１の態様のいくつかの実施例では、前記バス部材は保護カバーをさらに備え、前記保護カバーは前記複数の溶断部を包んで前記複数の溶断部を保護するように配置される。
上記技術案では、保護カバーは、溶断部を保護し、ボックスの変形、第１のセルと第２のセルとの間の距離変化等に起因する機械的破断を回避するだけでなく、溶断部の溶断プロセスで生じた高温によるボックス、第１のセル及び第２のセルへの損傷を低減させ、溶断部の溶断動作で生じたアークによる損傷を低減させることができる。保護カバーはさらにバス部材の構造的強度を高めることができる。
第２の態様では、本願の実施例は電池を提供し、第１の電極端子を有する第１のセルと、第２の電極端子を有する第２のセルと、第１の態様のいずれかの実施例に係るバス部材とを備え、前記第１の接続部が前記第１の電極端子に接続され、前記第２の接続部が前記第２の電極端子に接続される。
上記技術案では、電池のバス部材に複数の溶断部を設け、すべての溶断部のうち最小過電流断面積Ｓｍｉｎと最大過電流断面積Ｓｍａｘが０．３≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ≦１を満たすようにすることにより、バス部材を流れる電流が閾値を超える場合に、すべての溶断部の溶断開始から完全溶断までの時間差を短くし、すなわちバス部材の溶断時間が短く、それにより、第１のセルと第２のセルとの短絡時間を短縮させ、長時間の短絡による溶断部の溶断プロセスでのアークエネルギーの蓄積を回避し、溶断プロセスでのアークによる損傷を減らし、電池の安全性能をさらに向上させることができる。
第３の態様では、本願の実施例は電力消費機器を提供し、第２の態様の実施例に係る電池を備え、前記電池は電気エネルギーを供給するために使用される。
上記技術案では、電池が短絡すると、電池のバス部材の溶断時間が短く、それにより、長時間の短絡による溶断部の溶断プロセスでのアークエネルギーの蓄積を回避し、溶断プロセスでのアークによる損傷を減らし、電池の安全性能及び電力消費機器の電気的安全性をさらに向上させることができる。
本願の実施例の技術案をより明瞭に説明するために、以下、本願の実施例に必要な図面を簡単に説明し、明らかなように、以下に説明された図面は本願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な労働をせずに図面に基づき他の図面を得ることができる。
本願のいくつかの実施例に係る車両の構造模式図である。 本願のいくつかの実施例に係る電池の分解図である。 本願のいくつかの実施例に係るセルの分解図である。 本願のいくつかの実施例に係るセルの組み立て図である。 本願のいくつかの実施例に係るバス部材によって接続された複数のセルの不等角投影図である。 本願のいくつかの実施例に係るバス部材によって接続された複数のセルの平面図である。 図５におけるＡ部の部分拡大図である。 本願のいくつかの実施例に係る溶断部が３つである場合のバス部材の構造模式図である。 本願のいくつかの実施例に係る溶断部が４つである場合のバス部材の構造模式図である。 本願のいくつかの実施例に係る溶断部の一部が曲げ部を有するバス部材の構造模式図である。 本願のいくつかの実施例に係る溶断部が曲げ部を有さないバス部材の構造模式図である。 本願のいくつかの実施例に係る幅方向の一側に切り欠きが形成されているバス部材の構造模式図である。 本願のいくつかの実施例に係る切り欠きが設けられていないバス部材の構造模式図である。 本願のいくつかの実施例に係る保護カバーを有するバス部材の構造模式図である。 本願のほかのいくつかの実施例に係る保護カバーを有するバス部材の構造模式図である。
以下、図面及び実施例を参照しながら本願の実施形態をさらに詳細に説明する。以下の実施例の詳細な説明及び図面は本願の原理を例示的に説明するために使用され、本願の範囲を制限するものではなく、すなわち、本願は説明されている実施例に限定されない。
本願の説明において、説明する必要がある点として、特に断らない限り、「複数」は２つ以上を意味し、「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」等の用語によって示される方位又は位置関係は、本願を説明しやすくし説明を簡略化させるためのものに過ぎず、示される装置又は素子が必ずしも特定の方位を有し、特定の方位で構成及び操作されることを指示又は暗示するものではなく、従って、本願を制限しないと理解すべきである。また、「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、相対的な重要性を指示又は暗示するものではなく、説明するためのものに過ぎない。「垂直」は厳密には垂直ではなく、誤差許容範囲内のものである。「平行」は厳密には平行ではなく、誤差許容範囲内のものである。
以下の説明に出現する方位語はいずれも図示されている方向であり、本願の具体的な構造を限定するものではない。本願の説明において、説明する必要がある点として、特に明確な規定及び限定がない限り、用語「取付」、「連結」、「接続」は、広義に理解すべきであり、たとえば、固定して接続されてもよく、取り外し可能に接続され、又は一体的に接続されてもよい。直接連結されてもよく、中間媒体を介して間接的に連結されてもよい。当業者にとって、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。
本願に出現する「複数」は２つ以上（２つを含む）を意味する。
本願では、セルは、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン一次電池、リチウム硫黄電池、ナトリウムリチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、又はマグネシウムイオン電池等を含み、本願の実施例はこれについて限定しない。セルは、円筒状、扁平状、直方体又は他の形状等であってもよく、同様に、本願の実施例はこれについて限定しない。セルは、一般的に、パッケージ方式に従って、円筒形セル、角形セル及びソフトパックセルの３種類に分けられ、同様に、本願の実施例はこれについて限定しない。
本願の実施例に係る電池は、より高い電圧及び容量を供給するように複数のセルを備える単一の物理モジュールである。たとえば、本願に係る電池は、電池モジュール又は電池パック等を含む。電池は、一般的に、複数のセルをパッケージするためのボックスを備える。ボックスは、液体や他の異物がセルの充電又は放電に悪影響を与えることを回避することができる。
セルは電極アセンブリ及び電解液を備え、電極アセンブリは正極板、負極板及びセパレータからなる。セルは主に正極板と負極板との間での金属イオンの移動に依存して動作する。正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ている正極集電体よりも突出し、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。リチウムイオン電池を例として、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ている負極集電体よりも突出し、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、負極活物質はカーボン又はシリコン等であってもよい。溶断が発生せずに高電流が流れることを確保するために、正極タブは、数が複数で、一体に積層され、負極タブは、数が複数で、一体に積層される。セパレータの材質はＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ポリプロピレン）又はＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ポリエチレン）等であってもよい。また、電極アセンブリは、巻回型構造であってもよく、積層型構造であってもよく、本願の実施例はこれらに限定されない。
電池技術の発展は、たとえば、エネルギー密度、サイクル寿命、放電容量、充放電速度等の性能パラメータという様々な設計要素を同時に考慮する必要があり、また、電池の安全性をさらに考慮する必要がある。
複数のセルを備える電池については、主な安全問題はセル間の短絡由来である。セル間が短絡すると、セル間の電流は短い時間内に増大し、セルに電気的に接続されたバス部材は高温になり、連続的に短絡すると温度が連続的に高くなり、深刻な場合に発火や爆発を引き起こす。電池の安全性を確保するために、一般的に、バス部材は溶断しやすい材料を利用し、バス部材を流れる電流が閾値を超える場合に、バス部材が溶断し、それにより、セル間の電気的接続が切断され、電池の内部の連続的な短絡及び高温の発生を回避する。
発明者は、電池の内部に短絡が発生する場合、バス部材の溶断時間が長すぎるので、バス部材が完全に溶断する前に、短絡による高温がセル及び電池のボックスの損傷を引き起こしてしまうか電池が発火したり爆発したりしてしまうことを見出した。
これに鑑みて、本願の実施例は、バス部材に複数の溶断部を設け、すべての溶断部のうち最小過電流断面積Ｓｍｉｎと最大過電流断面積Ｓｍａｘが所定の数値条件を満たすという技術案を提供することにより、バス部材を流れる電流が閾値を超える場合に、すべての溶断部の溶断開始から完全溶断までの時間差を短くし、すなわちバス部材の溶断時間が短く、それにより、セルの間の短絡時間を短縮させ、長時間の短絡により溶断部の溶断プロセスで深刻な安全性に関する事故を引き起こすことを回避する。
本願の実施例に説明された技術案は電池及び電池を使用した電力消費機器に適用できる。
電力消費機器は、車両、携帯電話、携帯機器、ノートパソコン、汽船、宇宙機、電動玩具及び電動工具等であってもよい。車両は、燃料自動車、ガス自動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、純粋な電気自動車、ハイブリッド自動車又はレンジエクステンダー式電気自動車等であってもよく、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、たとえば、ゲーム機、電気自動車玩具、電動汽船玩具及び電動飛行機玩具等であり、電動工具は、金属切削電動工具、研削電動工具、組み立て電動工具及び鉄道用電動工具を含み、たとえば、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、コンクリート振動器及び電動プレーナー等である。本願の実施例は上記電力消費機器について特に限定しない。
以下の実施例では、説明の便宜上、電力消費機器が車両１０００であることを例として説明する。
図１に示すように、図１は本願のいくつかの実施例に係る車両１０００の構造模式図である。車両１０００の内部に電池１００が設けられ、電池１００は車両１０００の底部又は頭部又は尾部に設けられてもよい。電池１００は車両１０００に給電するために使用され、たとえば、電池１００は車両１０００の操作電源として使用される。車両１０００はコントローラ２００及びモータ３００をさらに備えてもよく、コントローラ２００は電池１００を制御してモータ３００に給電するために使用され、たとえば、車両１０００の起動、ナビゲーション及び走行中の動作電力のニーズに用いられる。
本願のいくつかの実施例では、電池１００は、車両１０００の操作電源として使用できるだけでなく、車両１０００の駆動電源として、燃料又は天然ガスを代替し又は部分的に代替して車両１０００に駆動動力を提供することができる。
図２に示すように、図２は本願のいくつかの実施例に係る電池の分解図である。電池１００はボックス１０及びセル２０を備え、セル２０はボックス１０内に収容され、ボックス１０はセル２０の収容空間を提供し、ボックス１０は第１のボックス部１１及び第２のボックス部１２を備え、第１のボックス部１１及び第２のボックス部１２は、セル２０を収容するための収容空間を共同で限定するように配置される。電池１００において、セル２０は複数であり、複数のセル２０は、直列接続又は並列接続又は直並列接続であってもよく、直並列接続は、複数のセル２０の直列接続と並列接続の両方があることを指す。複数のセル２０を直接直列接続又は並列接続又は直並列接続し、次に複数のセル２０からなる全体をボックス１０内に収容するようにしてもよく、勿論、複数のセル２０をまず直列接続又は並列接続又は直並列接続して電池モジュールを形成し、次に、複数の電池モジュールを直列接続又は並列接続又は直並列接続して一体化し、ボックス１０内に収容するようにしてもよい。セル２０は円筒状、扁平状又は他の形状等であってもよい。
図３、図４に示すように、図３は本願のいくつかの実施例に係るセル２０の分解図であり、図４は図３におけるセル２０の組み立て図である。セル２０は、ケース２１と、エンドカバーアセンブリ２２と、電極アセンブリ２３とを備え、ケース２１は開口部を有し、電極アセンブリ２３はケース２１内に収容され、エンドカバーアセンブリ２２は開口部を覆うために使用される。ケース２１は、円筒状、扁平状等の様々な形状であってもよい。ケース２１の形状は、電極アセンブリ２３の具体的な形状に応じて決定できる。たとえば、電極アセンブリ２３が円筒状構造であると、ケース２１は円筒状構造を使用することができ、電極アセンブリ２３が扁平状構造であると、ケース２１は直方体構造を使用することができる。ケース２１の材質は様々であってもよく、たとえば、銅、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、アルミニウム合金等であり、本願の実施例はこれについて特に限定しない。
エンドカバーアセンブリ２２は、カバー本体２２１と、第１の電極端子２２２と、第２の電極端子２２３とを備え、第１の電極端子２２２及び第２の電極端子２２３は、それぞれ、電極アセンブリ２３の正極タブ２３１及び負極タブ２３２に電気的に接続されるために使用される。
いくつかの実施例では、図５、図６に示すように、図５はバス部材３０によって接続された複数のセル２０の不等角投影図を示し、図６はバス部材３０によって接続されたセル２０の平面図である。電池１００はバス部材３０をさらに備えてもよく、複数のセル２０はバス部材３０を介して電気的な接続を実現でき、それにより、複数のセル２０の直列接続又は並列接続又は直並列接続を実現する。同一のバス部材３０によって電気的に接続された２つのセル２０をそれぞれ第１のセル２４及び第２のセル２５として定義する。
いくつかの実施例では、図７に示すように、図７は図５におけるＡ部の部分拡大図である。バス部材３０は、第１の接続部３１と、第２の接続部３２と、複数の溶断部３３とを備える。第１の接続部３１は第１のセル２４の第１の電極端子２２２と接続するために使用され、第２の接続部３２は第２のセル２５の第２の電極端子２２３と接続するために使用され、各溶断部３３は一端が第１の接続部３１に接続され、他端が第２の接続部３２に接続される。
複数の溶断部３３はバス部材３０の幅方向Ｘに並んで配置される。バス部材３０を流れる電流が閾値より低い場合、各溶断部３３は第１の接続部３１及び第２の接続部３２に接続される状態にあり、且つ溶断部３３は、バス部材３０を流れる電流が閾値を超える場合に、溶断するように配置され、それにより、第１の接続部３１と第２の接続部３２が切断され、すなわち、第１のセル２４と第２のセル２５との間の電気的接続が切断される。
いくつかの実施例では、複数の溶断部３３のうち過電流断面積の最も大きいものに対応する過電流断面積はＳｍａｘであり、複数の溶断部３３のうち過電流断面積の最も小さいものに対応する過電流断面積はＳｍｉｎであり、ＳｍｉｎとＳｍａｘは関係式０．３≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ≦１を満たす。バス部材３０に複数の溶断部３３を設け、すべての溶断部３３の最小過電流断面積Ｓｍｉｎと最大過電流断面積Ｓｍａｘが０．３≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ≦１を満たすようにすることにより、バス部材３０を流れる電流が閾値を超える場合に、すべての溶断部３３の溶断開始から完全溶断までの時間差を短くし、すなわちバス部材３０の溶断時間が短く、それにより、第１のセル２４と第２のセル２５の短絡時間を短縮させ、長時間の短絡による溶断部３３の溶断プロセスでのアークエネルギーの蓄積を回避し、溶断プロセスでのアークによる損傷を減らすことができる。ここで、アークとは、スイッチの電流遮断能力の最大限界であり、アークは絶縁体に損傷を与え、たとえば、アークの高温は絶縁体を溶融させたり破裂させたりする。
また、溶断部３３は複数であることで、バス部材３０の過電流プロセスでの放熱性能をさらに向上させることができる。溶断部３３の一部が誤って機械的に切断された場合、他の切断されていない溶断部３３は依然としてバス部材３０の通常の動作を確保することができる。
いくつかの実施例では、溶断部３３の過電流断面は可変断面形式であり、すなわち溶断部３３の第１の接続部から第２の接続部への方向Ｙにおいて、一部又は全ての位置の過電流断面の面積が異なり、溶断部３３の溶断位置は過電流断面積が最も小さい位置となるべきであり、従って、溶断部３３の過電流断面積はその最も小さい過電流断面積を指す。「Ｓｍｉｎ」は対応する溶断部３３の過電流断面積の最小値であるとともに、すべての溶断部３３の最小過電流断面積の最小値である。「Ｓｍａｘ」は対応する溶断部３３の過電流断面積の最小値であるが、すべての溶断部３３の最小過電流断面積の最大値である。
例示的に、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４はそれぞれ対応する４つの溶断部３３の最小過電流断面積であり、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ４であり、この場合、Ｓｍｉｎ＝Ｓ４、Ｓｍａｘ＝Ｓ１である。
いくつかの実施例では、溶断部３３の過電流断面は等断面形式であり、すなわち溶断部３３の第１の接続部から第２の接続部への方向Ｙにおいて、各位置の過電流断面の面積が同じである。この場合、「Ｓｍｉｎ」はすべての溶断部３３の過電流断面積の最小値である。「Ｓｍａｘ」はすべての溶断部３３の過電流断面積の最大値である。
例示的に、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４はそれぞれ対応する４つの溶断部３３の過電流断面積であり、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ４であり、この場合、Ｓｍｉｎ＝Ｓ４、Ｓｍａｘ＝Ｓ１である。
いくつかの実施例では、ＳｍｉｎとＳｍａｘは関係式０．８≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ＜１を満たす。Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘの比率が０．８～１の場合、溶断時間差が最小であり、すべての溶断部３３の溶断開始から完全溶断までの時間差をさらに短縮させ、すなわちバス部材３０の溶断時間を短縮させることができ、それにより、短絡時間をさらに短縮させ、短絡現象が発生すると、バス部材３０が瞬時に溶断し、回路全体がオフになる。長時間の短絡による溶断部３３の溶断プロセスでのアークエネルギーの蓄積を効果的に回避し、溶断プロセスでのアークによる損傷を減らすことができ、それにより、電池の長時間短絡による過熱や熱暴走を回避する。
いくつかの実施例では、複数の溶断部３３のうちの少なくとも２つの溶断部３３の過電流断面積は等しくない。すべての溶断部３３の過電流断面積の合計が一定である場合、少なくとも２つの溶断部３３の過電流断面積は等しくないことで、バス部材３０の溶断時間差が最小値になり、バス部材３０の溶断時間差をさらに最適化し、第１のセル２４と第２のセル２５の長時間の短絡を回避する。
いくつかの実施例では、各溶断部３３の過電流断面積は同じであってもよく、又は各溶断部３３の過電流断面積はいずれも等しくない。
上記数値範囲がバス部材３０中の複数の溶断部３３の溶断時間差を５０ｍｓ未満に低減できるか否かを検証するために、以下、３つの溶断部３３を有するバス部材３０を例としてテストする。一般的に、バス部材３０の溶断時間が５０ｍｓ以内であると発火や爆発を効果的に防止することができる。
テスト１：バス部材３０の複数の溶断部３３の過電流断面積の合計Ｓｔｏｔａｌは１８ｍｍ２であり、３つの溶断部３３を備える。テストプロセスは以下のとおりである。過電流保護構造をリレースイッチ、直流抵抗とともに直流高圧回路に直列接続し、回路の合計電圧に基づき、特定の抵抗値の直流抵抗を選択し、回路がオンになる時の合計電流を８０００Ａに制御した。リレースイッチをオンにし、オンになった後の回路中の電流変化を監視した。回路中の電流が変動する時点はバス部材３０の溶断部３３が溶断する開始点ｔ１であり、回路中の電流が０Ａに完全に低減する時点はすべての溶断部３３が完全に溶断する終了点ｔ２であり、２つの時点の差ｔ２－ｔ１は複数の溶断部３３の溶断時間差Δｔであり、各溶断部３３のパラメータ及びテスト結果は表１示された。
表１：溶断部３３のパラメータ及びテスト結果
Figure 0007412454000001
上記テスト結果から明らかなように、０．３≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ≦１の場合、Δｔ＜５０ｍｓであり、一般的に電池１００の安全性を確保するために求められるバス部材３０の複数の溶断部３３の溶断時間差の要件を満たした。
また、０．８≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ＜０．９の場合、溶断時間差Δｔは徐々に小さくなり、０．９＜Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ＜１の場合、溶断時間差Δｔは徐々に大きくなり、従って、０．８≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ＜１の区間において、溶断時間差は他の区間の溶断時間差よりも小さく、且つ０．８≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ＜１の区間において、最小溶断時間差がある。
最小溶断時間差が０．８≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ＜１の範囲内にあるので、該範囲内に、３つの溶断部３３の過電流断面積はいずれも等しくなく、又は少なくとも２つの溶断部３３の過電流断面積は等しくない。
このことから明らかなように、０．３≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ≦１の場合、バス部材３０の複数の溶断部３３の溶断時間差を短縮させ、且つ溶断時間差を、電池１００の安全性を確保できる範囲内に維持することができ、すなわち、溶断時間差を５０ｍｓ以内に維持する。
いくつかの実施例では、複数の溶断部３３の過電流断面積の合計はＳｔｏｔａｌであり、ＳｍｉｎとＳｔｏｔａｌは関係式０．２≦Ｓｍｉｎ／Ｓｔｏｔａｌを満たし、ＳｍａｘとＳｔｏｔａｌは関係式Ｓｍａｘ／Ｓｔｏｔａｌ≦０．６を満たし、最小過電流面積Ｓｍｉｎとすべての溶断部３３の過電流断面積の合計Ｓｔｏｔａｌとの比率を０．２以上に限定し、最大過電流断面積Ｓｍａｘとすべての溶断部３３の過電流断面積の合計Ｓｔｏｔａｌとの比率を０．６以下に限定することにより、バス部材３０の溶断時間をさらに最適化し、第１のセル２４と第２のセル２５との長時間の短絡を回避することができる。
例示的に、溶断部３３の数が３つであり、３つの溶断部３３の過電流断面積はそれぞれＳ１、Ｓ２及びＳ３である場合、Ｓｔｏｔａｌ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３である。
一般的に、溶断時間差が４０ｍｓ未満である場合、電池１００への損傷は最小限に抑えられ、電池１００の損失を低減させることができる。より短い溶断時間差を取得し、溶断時間差を４０ｍｓ未満にするために、テスト１をもとに、以下のようにテスト２を行った。
好ましく設計されたバス部材３０に対して溶断テストを行い、すなわち、０．３≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ≦１を満たす場合にテスト２を行った。テストプロセス及び関連するパラメータはテスト１と同様であった。オンになった後の回路中の電流変化を監視することにより、溶断開始点ｔ１、溶断終了点ｔ２、及び溶断時間差Δｔを抽出し、各溶断部３３のパラメータ及びテスト結果は表２に示された。
表２：溶断部３３のパラメータ及びテスト結果
Figure 0007412454000002
上記テスト結果から明らかなように、Ｓｍｉｎ／Ｓｔｏｔａｌ≧０．２、Ｓｍａｘ／Ｓｔｏｔａｌ≦０．６の場合、溶断時間差を４０ｍｓ以下に制御できる。
上記テストから検証したところ、本願の技術案はバス部材３０の溶断時間差を安全範囲内に制御できる。
バス部材３０がスタンピングによって成形されるため、いくつかの実施例では、バス部材３０の製造可能性を向上させるように、溶断部３３の過電流断面積はその厚さの１．５倍よりも大きい。厚さ方向Ｚは幅方向Ｘ及び第１の接続部から第２の接続部への方向Ｙに垂直である。
説明する必要がある点として、溶断部３３の過電流断面積とその厚さとの比較は、両者の数値の比較を指す。
続いて、図７に示すように、第１の接続部３１に第１の凹部３１１が設けられ、第１の凹部３１１は、第１の接続部３１の第１の電極端子２２２と接続するための接続位置と対応して設けられ、第１の接続部３１と第１の電極端子２２２が接続された後、第１の凹部３１１の厚さ方向Ｚでの投影は、第１の電極端子２２２の厚さ方向Ｚでの投影と少なくとも部分的に重なる。第１の凹部３１１は、第１の電極端子２２２に近づく方向に窪んでいる。バス部材３０と第１の電極端子２２２は一般的に溶接の方式で接続を実現するため、第１の凹部３１１が設けられることにおり、第１の接続部３１の対応する位置の厚さは他の位置よりも薄く、レーザー溶接を実現しやすい。
第２の接続部３２に第２の凹部３２１が設けられ、第２の凹部３２１は、第２の接続部３２の第２の電極端子２２３と接続するための接続位置と対応して設けられ、第２の接続部３２と第２の電極端子２２３が接続された後、第２の凹部３２１の厚さ方向Ｚでの投影は、第２の電極端子２２３の厚さ方向Ｚでの投影と少なくとも部分的に重なる。第２の凹部３２１は第２の電極端子２２３に近づく方向に窪んでいる。バス部材３０と第２の電極端子２２３は一般的に溶接の方式で接続を実現するため、第２の凹部３２１が設けられることにより、第２の接続部３２の対応する位置の厚さは他の位置よりも薄く、レーザー溶接を実現しやすい。
本願の実施例では、溶断部３３の数は２つ、３つ及び３つ以上の他の数であってもよい。
いくつかの実施例では、溶断部３３の数は少なくとも３つ（３つ及び３つ以上の数）である場合、少なくとも３つの溶断部３３はバス部材３０の幅方向Ｘに並んで配置され、少なくとも３つの溶断部３３の過電流断面積はバス部材３０の幅方向Ｘの両側から中央へ順に減少する。外力による作用を受けると、バス部材３０の幅方向Ｘの両側が大きなトルクを受け、従って、溶断部３３の過電流断面積はバス部材３０の幅方向Ｘの両側から中央へ順に減少し、すなわち、幅方向Ｘの両側に位置する溶断部３３の過電流断面積は、中央に位置する溶断部３３の過電流断面積よりも大きいことで、バス部材３０の機械的強度が向上し、それにより、バス部材３０は幅方向Ｘの両側で大きなトルクを受けることができる。
図８に示すように、図８は本願のいくつかの実施例に係る溶断部３３が３つである場合のバス部材３０の構造模式図である。溶断部３３の数が３つであり、幅方向Ｘに沿って順に第１の溶断部３３１、第２の溶断部３３２、及び第３の溶断部３３３であり、第１の溶断部３３１の過電流断面積と第３の溶断部３３３の過電流断面積とはいずれも第２の溶断部３３２の過電流断面積よりも大きい。第１の溶断部３３１の過電流断面積と第３の溶断部３３３の過電流断面積とは同じであってもよく、等しくなくてもよい。
いくつかの実施例では、図９に示すように、図９は本願のいくつかの実施例に係る溶断部３３が４つである場合のバス部材３０の構造模式図である。溶断部３３の数が４つであり、幅方向Ｘに沿って順に第１の溶断部３３１、第２の溶断部３３２、第３の溶断部３３３、及び第４の溶断部３３４であり、第１の溶断部３３１の過電流断面積は第２の溶断部３３２の過電流断面積よりも大きく、第４の溶断部３３４の過電流断面積は第３の溶断部３３３の過電流断面積よりも大きい。第１の溶断部３３１の過電流断面積と第４の溶断部３３４の過電流断面積は同じであってもよく、等しくなくてもよい。第２の溶断部３３２の過電流断面積と第３の溶断部３３３の過電流断面積は同じであってもよく、等しくなくてもよい。
いくつかの実施例では、少なくとも１つの溶断部３３に曲げ部３３５が設けられ、曲げ部３３５はバス部材３０の幅方向Ｘの応力を吸収するように配置される。曲げ部３３５が設けられることで、バス部材３０の幅方向Ｘの応力を吸収し、バス部材３０及びセル２０に対して一定の保護効果を果たすことができる。
いくつかの実施例では、続いて、図９に示すように、すべての溶断部３３に曲げ部３３５が設けられる。曲げ部３３５は第１のセル２４及び第２のセル２５に近づく側に曲げられることで、溶断部３３が電池１００製造及び電池１００組み立てプロセスで押し出されて機械的破断することを回避することができるとともに、溶断部３３の過電流温度及び溶断動作による電池１００のボックス１０への損傷を低減させることができる。
いくつかの実施例では、図１０に示すように、図１０は本願のいくつかの実施例に係る溶断部３３の一部に曲げ部３３５が設けられる構造模式図である。バス部材３０は、溶断部３３の一部に曲げ部３３５が設けられ、残りの溶断部３３が直線状に延びている構造であってもよい。図１０において、第２の溶断部３３２と第３の溶断部３３３とは直線状に延びている構造であり、第１の溶断部３３１と第４の溶断部３３４とは曲げ部３３５を有する。
いくつかの実施例では、図１１に示すように、図１１は本願のいくつかの実施例に係る溶断部３３に曲げ部３３５が設けられていないバス部材の構造模式図である。各溶断部３３には、曲げ部３３５が設けられず、すべての溶断部３３がいずれも直線状に延びている構造であるようにしてもよい。
いくつかの実施例では、複数の溶断部３３は、バス部材３０の幅方向Ｘの少なくとも一側において、第１の接続部３１及び第２の接続部３２とともに切り欠きを形成する。切り欠きが設けられることで、他の構造のために空間を残すことができるだけでなく、溶断部３３は電池１００のボックス１０又はそれに隣接する構造から遠く離れ、溶断部３３の溶断プロセスで生じた高温がボックス１０又はそれに隣接する構造に損傷を与えることを回避する。
いくつかの実施例では、続いて、図１１に示すように、複数の溶断部３３は、バス部材３０の幅方向Ｘの両側において、第１の接続部３１及び第２の接続部３２とともに切り欠きを形成する。第１の溶断部３３１のうち第２の溶断部３３２とは反対側の第１の表面３３１１と、第１の接続部３１のうち第２の接続部３２に面する第２の表面３１２と、第２の接続部３２のうち第１の接続部３１に面する第３の表面３２２とは、共同で第１の切り欠き３４を限定し、第４の溶断部３３４のうち第３の溶断部３３３とは反対側の第４の表面３３４１と、第１の接続部３１のうち第２の接続部３２に面する第５の表面３１３と、第２の接続部３２のうち第１の接続部３１に面する第６の表面３２３とは、共同で第２の切り欠き３５を限定する。
いくつかの実施例では、第１の切り欠き３４と第２の切り欠き３５とは、バス部材３０の幅方向Ｘでの深さが異なる。第１の切り欠き３４と第２の切り欠き３５とはいずれも電池１００の内部の他の構造のために空間を残すことができ、且つ幅方向Ｘでの深さの深い切り欠きは、溶断部３３を他の構造から遠くして、該溶断部３３の溶断時に生じた高温による他の構造への損傷を回避することができる。
いくつかの実施例では、図１２に示すように、図１２は本願の実施例に係る幅方向Ｘの一側に切り欠きが形成されているバス部材３０の構造模式図であり、複数の溶断部３３は、バス部材３０の幅方向Ｘの一側において、第１の接続部３１及び第２の接続部３２とともに切り欠きを形成し、第１の溶断部３３１のうち第２の溶断部３３２とは反対側の第１の表面３３１１と、第１の接続部３１のうち第２の接続部３２に面する第２の表面３１２と、第２の接続部３２のうち第１の接続部３１に面する第３の表面３２２とは、共同で第１の切り欠き３４を限定する。
いくつかの実施例では、図１３に示すように、図１３は本願のいくつかの実施例に係る切り欠きが設けられていないバス部材３０の構造模式図である。複数の溶断部３３は、バス部材３０の幅方向Ｘの両側において、いずれも第１の接続部３１及び第２の接続部３２とともに切り欠きを形成していない。図１３において、第１の溶断部３３１のうち第２の溶断部３３２とは反対側の第１の表面３３１１と、第１の接続部３１の幅方向Ｘに位置する１つの表面と、第２の接続部３２の幅方向Ｘに位置する１つの表面とは同一平面上にあり、第４の溶断部３３４のうち第３の溶断部３３３とは反対側の第４の表面３３４１と、第１の接続部３１の幅方向Ｘに位置する別の１つの表面と、第２の接続部３２の幅方向Ｘに位置する別の１つの表面とは同一平面上にある。
いくつかの実施例では、図１４に示すように、図１４は本願のいくつかの実施例に係る保護カバー３６を有するバス部材３０の構造模式図である。バス部材３０は保護カバー３６をさらに備え、保護カバー３６は複数の溶断部３３を包んで複数の溶断部３３を保護するように配置される。保護カバー３６は、溶断部３３を保護し、ボックス１０の変形、第１のセル２４と第２のセル２５との間の距離変化等に起因する溶断部３３の機械的破断を回避するだけでなく、溶断部３３の溶断プロセスで生じた高温によるボックス１０、第１のセル２４及び第２のセル２５への損傷を低減させ、溶断動作で生じたアークによる損傷を低減させることができる。保護カバー３６はさらにバス部材３０の構造的強度を高めることができる。
保護カバー３６は、複数の溶断部３３の外周に直接形成されて複数の溶断部３３を包むスリーブ状構造であってもよい。保護カバー３６は、帯状構造を複数の溶断部３３の外周に巻き付けた後に形成された複数の溶断部３３を包むための構造であってもよい。
第１の接続部３１と第２の接続部３２とはそれぞれ保護カバー３６から延びており、バス部材３０と第１のセル２４の第１の電極端子２２２及び第２のセル２５の第２の電極端子２２３との接続を容易にする。
いくつかの実施例では、保護カバー３６はさらに第１の接続部３１及び第２の接続部３２を包み、第１の接続部３１及び第２の接続部３２に対して保護作用を果たすこともできる。
いくつかの実施例では、保護カバー３６の一部は、溶断部３３と第１の接続部３１及び第２の接続部３２とで形成された切り欠きに位置する。続いて、図１４に示すように、保護カバーは、幅方向Ｘの両側において、それぞれ第１の切り欠き３４及び第２の切り欠き３５に位置し、それにより、保護カバー３６のバス部材３０の幅方向Ｘでのサイズが小さく、占有する電池１００の内部空間が小さい。
保護カバー３６の材質は、ＰＰ、ＰＦＡ又はセラミックを含む。
いくつかの実施例では、図１５に示すように、図１５は本願のほかのいくつかの実施例に係る保護カバー３６を有するバス部材３０の構造模式図である。複数の溶断部３３は、幅方向Ｘの両側において、いずれも第１の接続部３１及び第２の接続部３２とともに切り欠きを形成していない場合、保護カバー３６は、幅方向Ｘの両側において、第１の接続部３１及び第２の接続部３２から完全に突出する。
好ましい実施例を参照しながら本願を説明したが、本願の範囲を逸脱することなく、様々な改良を行うことができ、且つその中の部材を同等物で置き換えることができる。特に、構造上の矛盾がない限り、各実施例に係る各技術的特徴は全て任意に組み合わせることができる。本願は明細書に開示されている特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲に属するすべての技術案を含む。
１０００－車両
１００－電池
１０－ボックス
１１－第１のボックス部
１２－第２のボックス部
２０－セル
２１－ケース
２２－エンドカバーアセンブリ
２２１－カバー本体
２２２－第１の電極端子
２２３－第２の電極端子
２３－電極アセンブリ
２３１－正極タブ
２３２－負極タブ
２４－第１のセル
２５－第２のセル
３０－バス部材
３１－第１の接続部
３１１－第１の凹部
３１２－第２の表面
３１３－第５の表面
３２－第２の接続部
３２１－第２の凹部
３２２－第３の表面
３２３－第６の表面
３３－溶断部
３３１－第１の溶断部
３３１１－第１の表面
３３２－第２の溶断部
３３３－第３の溶断部
３３４－第４の溶断部
３３４１－第４の表面
３３５－曲げ部
３４－第１の切り欠き
３５－第２の切り欠き
３６－保護カバー
２００－コントローラ
３００－モータ
Ｘ－幅方向
Ｙ－第１の接続部から第２の接続部への方向
Ｚ－厚さ方向

Claims (11)

  1. バス部材であって、
    第１のセルの第１の電極端子と接続するための第１の接続部と、
    第２のセルの第２の電極端子と接続するための第２の接続部と、
    それぞれの一端が前記第１の接続部に接続され、他端が前記第２の接続部に接続される複数の溶断部と、を備え、
    前記複数の溶断部のうち過電流断面積の最も大きいものに対応する過電流断面積はＳｍａｘであり、前記複数の溶断部のうち過電流断面積の最も小さいものに対応する過電流断面積はＳｍｉｎであり、ＳｍｉｎとＳｍａｘは関係式０．３≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ≦１を満たし、
    前記溶断部の数は少なくとも３つであり、
    前記少なくとも３つの溶断部は前記バス部材の幅方向に並んで配置され、前記少なくとも３つの溶断部の過電流断面積は前記バス部材の幅方向の両側から中央へ順に減少する、バス部材。
  2. ＳｍｉｎとＳｍａｘは関係式０．８≦Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ＜１を満たす、請求項１に記載のバス部材。
  3. 前記複数の溶断部の過電流断面積の合計はＳｔｏｔａｌであり、ＳｍｉｎとＳｔｏｔａｌは関係式０．２≦Ｓｍｉｎ／Ｓｔｏｔａｌを満たし、
    ＳｍａｘとＳｔｏｔａｌは関係式Ｓｍａｘ／Ｓｔｏｔａｌ≦０．６を満たす、請求項１又は２に記載のバス部材。
  4. 前記複数の溶断部のうちの少なくとも２つの溶断部の過電流断面積は等しくない、請求項１～３のいずれか１項に記載のバス部材。
  5. 前記溶断部の過電流断面積はその厚さの１．５倍よりも大きい、請求項１～４のいずれか１項に記載のバス部材。
  6. 少なくとも１つの前記溶断部に曲げ部が設けられ、前記曲げ部は前記バス部材の幅方向の応力を吸収するように配置される、請求項１～５のいずれか１項に記載のバス部材。
  7. 前記複数の溶断部は、前記バス部材の幅方向の少なくとも一側において、前記第１の接続部及び前記第２の接続部とともに切り欠きを形成する、請求項１～６のいずれか１項に記載のバス部材。
  8. 前記バス部材の幅方向の一側において、前記第１の接続部及び第２の接続部とともに第１の切り欠きを形成し、他側において、前記第１の接続部及び第２の接続部とともに第２の切り欠きを形成し、
    前記第１の切り欠きと前記第２の切り欠きとは、前記バス部材の幅方向での深さが異なる、請求項７に記載のバス部材。
  9. 前記バス部材は保護カバーをさらに備え、前記保護カバーは前記複数の溶断部を包んで前記複数の溶断部を保護するように配置される、請求項１～８のいずれか１項に記載のバス部材。
  10. 電池であって、
    第１の電極端子を有する第１のセルと、
    第２の電極端子を有する第２のセルと、
    前記第１の接続部が前記第１の電極端子に接続され、前記第２の接続部が前記第２の電極端子に接続される請求項１～９のいずれか１項に記載のバス部材と、を備える、電池。
  11. 請求項１０に記載の電池を備え、前記電池は電気エネルギーを提供するために使用される、電力消費機器。
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