JP7601871B2 - 電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器 - Google Patents

Description

本願は電池の技術分野に関し、特に電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器に関する。

環境汚染の深刻化に伴って、新エネルギー産業はますます注目を集めている。新エネルギー産業では、電池技術はその発展に関わる重要な要素である。

電池のエネルギー密度は電池の性能における１つの重要なパラメータであり、しかしながら、電池のエネルギー密度を向上させる際に、電池の他の性能パラメータを考慮する必要がある。従って、電池の性能をどのように向上させるかは、電池技術で急いで解決する必要がある技術的課題である。

本願は電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器を提供し、電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の熱管理を確保することができ、それにより電池の性能を向上させる。

第１態様によれば、電池を提供し、第１方向に沿って並べられた複数の電池セルと、熱管理部材であって、前記熱管理部材は前記第１方向に沿って延伸し且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続され、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材はランナーを備え、前記ランナーは流体を収容して前記電池セルの温度を調節することに用いられ、前記第２方向は前記第１壁に垂直である熱管理部材とを備え、前記第２方向において前記ランナーのサイズはＷであり、前記電池セルの容量Ｑと前記ランナーのサイズＷとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たす。

本願の実施例では、電池において、熱管理部材は第１方向に沿って並べられた１列の複数の電池セルのうちの各電池セルの表面積が最大の第１壁に接続されるように設けられ、且つ第２方向において熱管理部材のランナーのサイズＷと電池セルの容量Ｑとは１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たす。このようにして、電池のボックスの中部にビーム等の構造を設ける必要がなくなり、電池内部のスペースの利用率を最大限に向上させることができ、それにより電池のエネルギー密度を向上させ、また、上記熱管理部材を使用することで、さらに電池の熱管理を確保することができる。従って、本願の実施例の技術案は電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の熱管理を確保することができ、それにより電池の性能を向上させることができる。

１つの可能な実施形態では、前記電池セルの前記第２方向に沿ったサイズＤと前記熱管理部材の第３方向に沿ったサイズＨとは、０．０３≦Ｄ／Ｈ≦５．５を満たし、前記第３方向は前記第１方向及び前記第２方向に垂直である。このようにして、異なるサイズの電池セルに対して熱管理部材のサイズを柔軟に設定することができ、エネルギー密度の要件を満たすだけでなく、電池セル間の熱拡散を良好に防止することができる。

１つの可能な実施形態では、前記熱管理部材の前記第３方向に沿ったサイズＨは１５ｍｍ～３００ｍｍである。このようにして、スペース、強度及び熱管理を同時に配慮することができ、電池の性能を確保する。

１つの可能な実施形態では、前記ランナーのサイズＷは０．８ｍｍ～５０ｍｍである。このようにして、スペース、強度及び熱管理を同時に配慮することができ、電池の性能を確保する。

１つの可能な実施形態では、前記熱管理部材は前記第２方向に沿って対向して設けられた第１熱伝導性プレートと第２熱伝導性プレートを備え、前記第１熱伝導性プレートと前記第２熱伝導性プレートとの間にランナーが設けられ、前記ランナーは前記電池セルの温度を調節するための流体を収容することに用いられる。

１つの可能な実施形態では、前記熱管理部材はさらに補強リブを備え、前記補強リブは前記第１熱伝導性プレートと前記第２熱伝導性プレートとの間に設けられ、前記補強リブ、前記第１熱伝導性プレート及び前記第２熱伝導性プレートは前記ランナーを形成する。このようにして、熱管理部材の構造強度を高めることができる。

１つの可能な実施形態では、前記補強リブと前記第１熱伝導性プレート又は前記第２熱伝導性プレートとの夾角は鋭角である。このようにして、第２方向において、熱管理部材は大きな圧縮スペースを有することができ、それにより電池セルにより大きな膨張スペースを提供することができる。

１つの可能な実施形態では、前記電池セルは、第２方向に対向して設けられた２つの前記第１壁と、前記第１方向に対向して設けられた２つの第２壁とを備え、前記第１方向において、隣接する２つの前記電池セルの前記第２壁は対向する。このようにして、面積が大きい第１壁を熱管理部材に接続することで、電池セルの熱交換に有利であり、電池の性能を確保する。

１つの可能な実施形態では、前記電池は、前記第１方向に沿って並べられた複数列の複数の前記電池セルと複数の前記熱管理部材とを備え、複数列の前記電池セルと複数の前記熱管理部材は前記第２方向に交互に設けられる。このようにして、複数列の電池セルと複数の熱管理部材は互いに接続されて一体となり、ボックス内に収容され、各列の電池セルに対して効果的な熱管理を行うことができるとともに、電池全体の構造強度を確保することができ、それにより電池の性能を向上させることができる。

１つの可能な実施形態では、前記熱管理部材は前記第１壁に接着されている。このようにして、熱管理部材と第１壁との間の接続強度が増加する。

第２態様によれば、上記第１態様又は第１態様のいずれかの可能な実施形態における電池を備える電力消費機器を提供し、前記電池は電気エネルギーを提供することに用いられる。

第３態様によれば、電池の製造方法を提供し、第１方向に沿って並べられた複数の電池セルを提供するステップと、熱管理部材を提供するステップであって、前記熱管理部材は前記第１方向に沿って延伸し且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続され、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材はランナーを備え、前記ランナーは流体を収容して前記電池セルの温度を調節することに用いられ、前記第２方向は前記第１壁に垂直であるステップとを含み、前記第２方向において前記ランナーのサイズはＷであり、前記電池セルの容量Ｑと前記ランナーのサイズＷとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たす。

第４態様によれば、上記第３態様の方法を実行するモジュールを備える電池の製造機器を提供する。

本願の実施例の技術案によれば、電池において、熱管理部材は第１方向に沿って並べられた１列の複数の電池セルのうちの各電池セルの表面積が最大の第１壁に接続されるように設けられ、且つ第２方向において熱管理部材のランナーのサイズＷと電池セルの容量Ｑとは１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たす。このようにして、電池のボックスの中部にビーム等の構造を設ける必要がなくなり、電池内部のスペースの利用率を最大限に向上させることができ、それにより電池のエネルギー密度を向上させ、また、上記熱管理部材を使用することで、さらに電池の熱管理を確保することができる。従って、本願の実施例の技術案は電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の熱管理を確保することができ、それにより電池の性能を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。

本願の一実施例の車両の模式図である。 本願の一実施例の電池の模式図である。 本願の一実施例の電池セルの模式図である。 本願の一実施例の電池の模式図である。 本願の一実施例の電池の模式図である。 本願の一実施例の電池セルと熱管理部材が接続された模式図である。 図６におけるＡ－Ａ方向に沿った断面図である。 図７におけるＢ領域の拡大模式図である。 本願の一実施例の電池の模式図である。 本願の一実施例の電池の製造方法の模式図である。 本願の一実施例の電池の製造機器の模式図である。

図面において、図は実際の縮尺で描かれていない。

発明を実施するための形態
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、使用される技術用語及び科学用語はすべて当業者が通常理解する意味と同じであり、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、本願を制限するものではなく、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用語「含む」、「有する」及びそれらの任意の変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図する。「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。

本願に言及される「実施例」は、実施例と組み合わせて説明された特定の特徴、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。明細書の異なる位置に現れる該語句は必ずしも同じ実施例を指すわけではなく、他の実施例と互いに排他的に独立した又は代替の実施例でもない。当業者は、本願において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示的又は暗黙的に理解できる。

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、さらに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、例えば、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く、２つの素子の内部の連通であってもよい。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つの関係が存在することを示し、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。

本願では、電池セルは、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んでもよく、本願の実施例はこれについて限定しない。電池セルは、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。電池セルは、一般的に、パッケージ方式に従って、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。

本願の実施例に言及される電池は、より高い電圧及び容量を提供するように１つ又は複数の電池セルを備える単一の物理モジュールである。例えば、本願に言及される電池は電池パック等を含んでもよい。電池は、一般的に、１つ又は複数の電池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、液体や他の異物が電池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。

電池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、負極板及び隔膜からなる。電池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集電体は正極活物質層が塗布されている集電体よりも突出し、正極活物質層が塗布されていない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集電体は負極活物質層が塗布されている集電体よりも突出し、負極活物質層が塗布されていない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、複数であり、且つ一体に積層され、負極タブは、複数であり、且つ一体に積層される。隔膜の材質はポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）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。

様々な電力需要を満たすために、電池は複数の電池セルを備えてもよく、複数の電池セル同士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、直並列接続とは、直列接続と並列接続との組合せである。選択可能に、複数の電池セルはまず直列接続又は並列接続又は直並列接続されて電池モジュールを構成し、次に、複数の電池モジュールは直列接続又は並列接続又は直並列接続されて電池を構成するようにしてもよい。つまり、複数の電池セルは電池を直接構成してもよく、又は、まず電池モジュールを構成し、次に、電池モジュールが電池を構成することもよい。電池はさらに電力消費機器に設けられ、電力消費機器に電気エネルギーを提供する。

電池技術の発展は、例えば、エネルギー密度、サイクル寿命、放電容量、充放電レート、安全性等の様々な設計要素を同時に考慮する必要がある。電池内部のスペースが一定である場合、電池内部のスペースの利用率を向上させることは、電池のエネルギー密度を向上させる効果的な手段である。しかしながら、電池内部のスペースの利用率を向上させると同時に、電池の他のパラメータ、例えば、電池の熱管理等を考慮する必要がある。

電池セルの使用中で、大量の熱が発生し、熱が速やかに放散することができないと、これらの熱は継続的に蓄積して増え、その結果、熱暴走が発生し、発煙、発火、爆発等の安全トラブルは発生する。また、長時間にわたって温度が深刻に不均一であると、電池の寿命を大幅に低減させる。さらに、温度が非常に低いと、電池の放電効率は非常に低く、低温での始動も困難になり、電池の正常な使用に悪影響を与える。従って、電池の熱管理の需要をどのように確保するかは非常に重要である。

これに鑑みて、本願の実施例は技術案を提供し、電池において、熱管理部材は第１方向に沿って並べられた１列の複数の電池セルのうちの各電池セルの表面積が最大の第１壁に接続されるように設けられ、熱管理部材はランナーを備え、第２方向において、ランナーのサイズはＷであり、電池セルの容量Ｑとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たす。このようにして、電池のボックスの中部にビーム等の構造を設ける必要がなくなり、電池内部のスペースの利用率を最大限に向上させることができ、それにより電池のエネルギー密度を向上させる。また、上記熱管理部材を使用することで、さらに電池セル間の熱拡散を防止することができる。従って、本願の実施例の技術案は電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の熱管理を確保することができ、それにより電池の性能を向上させることができる。

本願の実施例で説明される技術案はいずれも電池を使用する様々な装置に適用でき、例えば、携帯電話、携帯機器、ノートパソコン、電動自転車、電気玩具、電動工具、電気車両、船及び宇宙機等に適用でき、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む。

理解できるように、本願の実施例で説明される電池は上記説明された機器に適用できるだけでなく、電池を使用するすべ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車両を例として説明される。

例えば、図１に示すように、本願の一実施例の車両１の構造模式図であり、車両１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い。車両１の内部にモータ４０、コントローラ３０及び電池１０が設けられてもよく、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ことに用いられる。例えば、車両１の底部又は前部又は尾部に電池１０が設けられてもよい。電池１０は車両１の給電に使用でき、例えば、電池１０は車両１の操作電源として使用でき、車両１の回路システムに用いられ、例えば、車両１の始動、ナビゲーション及び運転時の動作電力需要に用いられる。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できるだけでなく、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ことができる。

様々な電力使用需要を満たすために、電池１０は複数の電池セルを備えてもよい。例えば、図２に示すように、本願の一実施例の電池１０の構造模式図であり、電池１０は複数の電池セル２０を備えてもよい。電池１０はさらにボックス１１を備えてもよく、ボックス１１の内部は中空構造であり、複数の電池セル２０はボックス１１内に収容される。例えば、複数の電池セル２０は互いに並列接続又は直列接続又は直並列接続されて組み合わせた後に、ボックス１１内に配置される。

選択可能に、電池１０はさらに他の構造を備えてもよく、ここで詳細な説明は省略する。例えば、該電池１０はさらにバス部材を備えてもよく、バス部材は複数の電池セル２０同士の電気的接続、例えば並列接続又は直列接続又は直並列接続を実現することに用いられる。具体的には、バス部材は電池セル２０の電極端子を接続することにより電池セル２０同士の電気的接続を実現することができる。さらに、バス部材は溶接によって電池セル２０の電極端子に固定することができる。複数の電池セル２０の電気エネルギーはさらに導電機構を介してボックスを通過して導出することができる。選択可能に、導電機構はバス部材に属してもよい。

様々な電力需要に応じて、電池セル２０の数は任意の値に設定されてもよい。複数の電池セル２０は直列接続、並列接続又は直並列接続の方式で接続されて大きな容量又は電力を実現することができる。各電池１０に含まれる電池セル２０の数が多い可能性があるため、取り付けを容易にするために、電池セル２０をグループ分けして設置し、各グループの電池セル２０は電池モジュールを構成することができる。電池モジュールに含まれる電池セル２０の数は制限されず、需要に応じて設定されてもよい。電池は複数の電池モジュールを備えてもよく、それらの電池モジュールは直列接続、並列接続又は直並列接続の方式で接続することができる。

図３に示すように、本願の一実施例の電池セル２０の構造模式図であり、電池セル２０は１つ又は複数の電極アセンブリ２２、ハウジング２１１及びカバープレート２１２を備える。ハウジング２１１とカバープレート２１２はケーシング又は電池ケース２１を形成する。ハウジング２１１の壁とカバープレート２１２はいずれも電池セル２０の壁と呼ばれ、直方体状の電池セル２０の場合、ハウジング２１１の壁は底壁及び４つの側壁を含む。ハウジング２１１は１つ又は複数の電極アセンブリ２２が組み合わせられた後の形状に応じて決定され、例えば、ハウジング２１１は中空の直方体又は立方体又は円柱体であってもよく、且つハウジング２１１の１つの面に開口部があり、それにより１つ又は複数の電極アセンブリ２２をハウジング２１１内に配置することができる。例えば、ハウジング２１１は中空の直方体又は立方体である場合に、ハウジング２１１の１つの平面は開口面であり、すなわち該平面に壁がないことでハウジング２１１の内部と外部を連通させる。ハウジング２１１は中空の円柱体である場合に、ハウジング２１１の端面は開口面であり、すなわち該端面に壁がないことでハウジング２１１の内部と外部を連通させる。カバープレート２１２は開口部をカバーし且つハウジング２１１と接続されて、電極アセンブリ２２を配置するための密閉キャビティを形成する。ハウジング２１１内に電解質、例えば電解液が充填される。

該電池セル２０はさらに２つの電極端子２１４を備えてもよく、２つの電極端子２１４はカバープレート２１２に設けられてもよい。カバープレート２１２は一般的にはフラット形状であり、２つの電極端子２１４はカバープレート２１２のフラット面に固定され、２つの電極端子２１４はそれぞれ正極端子２１４ａ及び負極端子２１４ｂである。各電極端子２１４にそれぞれ１つの接続部材２３が対応して設けられ、接続部材２３は集電部材２３とも呼ばれてもよく、カバープレート２１２と電極アセンブリ２２との間に位置し、電極アセンブリ２２と電極端子２１４の電気的接続を実現することに用いられる。

図３に示すように、各電極アセンブリ２２は第１タブ２２１ａと第２タブ２２２ａを有する。第１タブ２２１ａと第２タブ２２２ａの極性は反対である。例えば、第１タブ２２１ａは正極タブである場合に、第２タブ２２２ａは負極タブである。１つ又は複数の電極アセンブリ２２の第１タブ２２１ａは１つの接続部材２３を介して１つの電極端子に接続され、１つ又は複数の電極アセンブリ２２の第２タブ２２２ａは別の接続部材２３を介して別の電極端子に接続される。例えば、正極端子２１４ａは１つの接続部材２３を介して正極タブに接続され、負極端子２１４ｂは別の接続部材２３を介して負極タブに接続される。

該電池セル２０において、実際の使用需要に応じて、電極アセンブリ２２は１つ、又は複数設けられてもよく、図３に示すように、電池セル２０内に４つの独立した電極アセンブリ２２が設けられる。

電池セル２０に圧力解放機構２１３がさらに設けられてもよい。圧力解放機構２１３は、電池セル２０の内部圧力又は温度が閾値になった場合に動作して内部圧力又は温度を解放することに用いられる。

圧力解放機構２１３は様々な可能な圧力解放構造であってもよく、本願の実施例はこれについて限定しない。例えば、圧力解放機構２１３は感温圧力解放機構であってもよく、感温圧力解放機構は圧力解放機構２１３が設けられた電池セル２０の内部温度が閾値になった場合に溶融できるように構成され、及び／又は、圧力解放機構２１３は感圧圧力解放機構であってもよく、感圧圧力解放機構は圧力解放機構２１３が設けられた電池セル２０の内部気圧が閾値になった場合に破裂できるように構成される。

図４は本願の一実施例における電池の構造模式図である。図４に示すように、電池１０は第１方向に沿って並べられた複数の電池セル２０と熱管理部材１０１とを備える。熱管理部材１０１は第１方向に沿って延伸し且つ複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の第１壁２０ａに接続され、第１壁２０ａは電池セル２０の表面積が最大の壁である。熱管理部材１０１はランナー１０４を備え、ランナー１０４は電池セル２０の温度を調節するための流体を収容することに用いられ、第２方向は第１壁２０ａに垂直である。第２方向においてランナー１０４のサイズはＷであり、電池セルの容量ＱとランナーのサイズＷとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たす。

ランナー１０４は熱管理部材１０１の一対の熱伝導性プレートで形成されてもよく、第２方向に沿ったランナーのサイズＷは熱伝導性プレートの内壁間の第２方向に沿った距離であってもよい。ランナー１０４のサイズＷが大きいほど、ランナー１０４の容積は大きくなり、ランナー１０４内を流れることができる流体の体積は大きくなり、従って、電池セル２０と熱管理部材１０１との間の熱伝達は速くなる。例えば、該熱管理部材１０１は水冷プレートである場合、ランナー１０４のサイズＷが大きいほど、電池セル２０の熱の放散は速くなり、従って電池セル２０の降温はより速くなり、電池セル２０の熱が隣接する電池セル２０に拡散することを防止することができる。選択可能に、流体は循環的に流れるものであってもよく、それにより、より良好な温度調節の効果を実現する。選択可能に、流体は水、水とエタノールとの混合液、冷媒又はエア等であってもよい。

図５は本願の一実施例の電池の構造模式図であり、図５に示すように、熱管理部材１０１と複数の電池セル２０はすべて第１方向、すなわちｘ方向に沿って延伸し、且つ熱管理部材１０１は各電池セル２０の第１壁２０ａに接続され、すなわち、第１壁２０ａは熱管理部材１０１に面する。このようにして、電池セル２０の熱は熱管理部材１０１に伝達し且つランナー１０４内の流体によって奪われることが可能になり、電池セル２０の温度に対する制御を実現し、例えば、電池セル２０の降温を実現する。

選択可能に、第１方向に沿って、熱管理部材１０１の長さは同じ列のすべての電池セル２０の長さの総和に等しく、このように、電池セル２０を十分に冷却するとともに熱管理部材１０１の占有したスペースを減少することができる。他の実施例において、熱管理部材１０１の長さはすべての電池セル２０の長さの総和以下であってもよく、実際の需要に応じて具体的に設定することができ、本願の実施例はこれについて限定しない。

熱管理部材１０１のランナー１０４のサイズＷと電池セル２０の容量Ｑとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たす。温度が高すぎる電池セル２０を迅速に冷却して降温させることにより、該電池セル２０の熱が隣接する電池セル２０に拡散して伝達し、隣接する電池セル２０の温度が高くなり過ぎることを防止することができる。

Ｑ／Ｗ＞４００Ａｈ／ｍｍの場合、ランナー１０４のサイズＷが小さく、ランナー１０４内を流れることができる流体の体積は小さく、電池セル２０を速やかに冷却することができない。このようにして、ある電池セル２０の温度が高すぎる場合、該電池セル２０を速やかに冷却しないので、該電池セル２０の熱は隣接する電池セル２０に拡散し、その結果、隣接する電池セル２０の温度は高くなりすぎ、異常が発生し、電池１０全体の性能に悪影響を与える。

Ｑ／Ｗ＜１．０Ａｈ／ｍｍの場合、ランナー１０４のサイズＷが大きく、ランナー１０４内を流れることができる流体の体積は大きく、電池セル２０を十分に冷却することができる。しかし、ランナー１０４のサイズが大きいと、熱管理部材１０１の占有したスペースは大きくなり、電池１０のエネルギー密度を確保することができず、また、熱管理部材１０１の体積が大きすぎると、コストが増加する。

本願の実施例では、熱管理部材１０１は第１方向に沿って並べられた同じ列の複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の表面積が最大の第１壁２０ａに接続され、且つランナー１０４のサイズＷと電池セル２０の容量Ｑとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たす。電池のボックスの中部にビーム等の構造を設ける必要がなくなり、電池内部のスペースの利用率を最大限に向上させることができ、それにより電池のエネルギー密度を向上させる。また、上記熱管理部材を使用することで、さらに電池の熱管理を確保することができる。従って、本願の実施例の技術案は電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の熱管理を確保することができ、それにより電池の性能を向上させることができる。

図６は本願の一実施例の電池セルと熱管理部材が接続された構造模式図である。図７は図６におけるＡ－Ａ方向に沿った断面図であり、図８は図７におけるＢ領域の拡大模式図である。選択可能に、本願の一実施例では、図６～図８に示すように、電池セル２０の第２方向に沿ったサイズＤと熱管理部材１０１の第３方向に沿ったサイズＨとは、０．０３≦Ｄ／Ｈ≦５．５を満たし、第３方向は第１方向及び第２方向に垂直である。

電池セル２０の第２方向に沿ったサイズＤは電池セル２０の厚さＤであってもよく、電池セル２０の厚さＤと電池セル２０の容量Ｑは関連付けられ、厚さＤが大きいほど、容量Ｑは大きくなる。

熱管理部材１０１の第３方向に沿ったサイズＨは熱管理部材１０１のｚ方向に沿った高さＨであってもよく、Ｈが大きいほど、熱管理部材１０１の体積は大きくなり、占有したスペースは大きくなる一方、熱管理能力は強くなる。例えば、熱管理部材１０１が水冷プレートである場合、Ｈが大きいほど、電池セル２０に対する冷却能力は強くなり、電池セル２０の熱が隣接する電池セル２０に拡散することをより効果的な防止することができる。

Ｄ／Ｈ＜０．０３の場合、熱管理部材１０１の第３方向に沿ったサイズＨは大きく、電池セル２０の熱拡散を防止する要件を十分に満たすことができるが、電池１０のエネルギー密度の要件を満たすことは困難であり、また、熱管理部材１０１の体積が大きいと、生産コストの上昇は引き起こされる。

Ｄ／Ｈ＞５．５の場合、熱管理部材１０１が電池セル２０の熱管理の需要を満たすことが困難であり、すなわち電池セル２０の熱を速やかに奪うことができず、その結果、該熱が隣接する電池セル２０に拡散してしまい、他の電池セル２０の温度は異常になり、さらに電池１０の性能に悪影響を与える。

選択可能に、本願の一実施例では、熱管理部材１０１の第３方向に沿ったサイズＨは１５ｍｍ～３００ｍｍである。このようにして、熱管理部材１０１は強度と熱管理性能の需要を同時に満たすことができる。

選択可能に、本願の一実施例では、ランナー１０４のサイズＷは０．８ｍｍ～５０ｍｍである。このようにして、強度と熱管理性能の需要を同時に満たすことができる。

選択可能に、本願の一実施例では、熱管理部材１０１は第２方向に沿って対向して設けられた第１熱伝導性プレート１０１１と第２熱伝導性プレート１０１２を備え、第１熱伝導性プレート１０１１と第２熱伝導性プレート１０１２との間にランナー１０４が設けられ、該ランナー１０４は電池セル２０の温度を調節するための流体を収容することに用いられる。

第１熱伝導性プレート１０１１と第２熱伝導性プレート１０１２は第１方向に沿って延伸し且つ第２方向に対向して設けられる。このようにして、第２方向に沿って、第１熱伝導性プレート１０１１と第２熱伝導性プレート１０１２との間の空洞部はランナー１０４を形成する。

選択可能に、本願の一実施例では、熱管理部材１０１はさらに補強リブ１０１３を備え、補強リブ１０１３は第１熱伝導性プレート１０１１と第２熱伝導性プレート１０１２との間に設けられ、補強リブ１０１３、第１熱伝導性プレート１０１１及び第２熱伝導性プレート１０１２は前記ランナー１０４を形成する。このようにして、熱管理部材１０１の構造強度を高めることができる。

選択可能に、補強リブ１０１３の数は１つであり、このようにして、第１熱伝導性プレート１０１１と第２熱伝導性プレート１０１２との間に１つ又は２つのランナー１０４を形成することができる。補強リブ１０１３は第１熱伝導性プレート１０１１又は第２熱伝導性プレート１０１２のみに接続される場合、補強リブ１０１３は一端が熱伝導性プレートに接続されたカンチレバーであり、このとき、１つのみのランナー１０４は形成され、補強リブ１０１３が第１熱伝導性プレート１０１１及び第２熱伝導性プレート１０１２に接続される場合、２つのランナー１０４は形成される。補強リブ１０１３の数は需要に応じて具体的に設定することができ、本願の実施例はこれについて限定しない。

選択可能に、ランナー１０４の数が複数である場合、異なるランナー１０４同士は互いに独立してもよく、継ぎ手を介して連通してもよい。

選択可能に、補強リブ１０１３は第１方向に沿って延伸し、補強リブと第１熱伝導性プレート１０１１又は第２熱伝導性プレート１０１２との夾角は直角である。この場合に、熱管理部材１０１は大きな圧力に耐えることができる。

選択可能に、本願の一実施例では、補強リブ１０１３と第１熱伝導性プレート１０１１又は前記第２熱伝導性プレート１０１２との夾角は鋭角である。このようにして、熱管理部材１０１は第２方向において大きな圧縮スペースを有することができ、電池セル２０により大きな膨張スペースを提供することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、電池セル２０は、第２方向に対向して設けられた２つの第１壁２０ａと、第１方向に対向して設けられた２つの第２壁２０ｂとを備え、第１方向において、隣接する２つの電池セル２０の第２壁２０ｂは対向する。例えば、電池セル２０は、第１壁２０ａ、第２壁２０ｂ、及び第３壁を備え、第１壁２０ａ、第２壁２０ｂ及び第３壁は互いに隣接し、第１壁２０ａの表面積は第２壁２０ｂの表面積よりも大きく、第３壁のうちの１つは電池セルの天面としてボックスの底部から離れるように設けられ、もう１つは電池セルの底面としてボックスの底部に面するように設けられる。

図９は本願の一実施例の電池の構造模式図であり。選択可能に、本願の一実施例では、図９に示すように、電池１０は、第１方向に沿って並べられた複数列の複数の電池セル２０と複数の熱管理部材１０１とを備え、複数列の電池セル２０と複数の熱管理部材１０１は第２方向に交互に設けられる。

電池１０は、ボックス１１と、複数列の電池セル２０と、複数の熱管理部材１０１と、パイプ１０３と、集電体１０２とを備える。集電体１０２とパイプ１０３は熱管理部材１０１の第１方向に沿った両端に設けられ、流体はパイプ１０３によって集電体１０２に運ばれ、さらに集電体１０２によって集められて熱管理部材１０１に運ばれ、それにより電池セル２０を冷却する。

複数列の電池セル２０と複数の熱管理部材１０１は第２方向に交互に設けられ、第２方向に沿って、電池セル－熱管理部材－電池セルの方式で並べられてもよく、又は熱管理部材－電池セル－熱管理部材の方式で並べられてもよい。前者の並べ方式では、電池セル２０の列数はＮ、熱管理部材１０１の個数はＮ－１であり、この並べ方式で構成された電池１０のエネルギー密度はより高い。後者の並べ方式では、電池セル２０の列数はＮ、熱管理部材１０１の個数はＮ＋１であり、この並べ方式で構成された電池１０の熱管理性能はよりよく、電池セル２０の冷却速度はより速い。上記２種類の並べ方式はすべて電池１０のエネルギー密度を確保する前提で、電池セル２０を速やかに冷却し、電池セル２０の熱が隣接する電池セル２０に拡散することを効果的に防止することができる。

選択可能に、電池１０において、電池セル２０の第１壁２０ａの冷却又は加熱を実現できる限り、さらに熱管理部材－電池セル－電池セル－熱管理部材の方式で並べてもよく、本願の実施例はこれについて限定しない。

選択可能に、本願の一実施例では、熱管理部材１０１は第１壁２０ａに接着されている。このようにして、熱管理部材１０１と第１壁２０ａとの間の固定強度を向上させる。

選択可能に、熱管理部材１０１はまた、第１壁２０ａに当接することにより、隣接する列の電池セル２０又はボックス１１の側壁と電池セル２０との間に挟持されてもよい。

理解できるように、本願の各実施例における関連部分は互いに参照することができ、簡潔にするために詳細な説明は省略する。

本願の一実施例はさらに電力消費機器を提供し、該電力消費機器は上記実施例における電池１０を備えてもよい。選択可能に、該電力消費機器は車両１、船又は宇宙機等であってもよいが、本願の実施例はこれについて限定しない。

上記で本願の実施例の電池１０と電力消費機器を説明しており、以下、本願の実施例の電池の製造方法及び機器を説明し、ここで詳細に説明されていない部分は上記各実施例を参照できる。

図１０は本願の一実施例の電池の製造方法３００の模式的なフローチャートを示す。図１０に示すように、該方法３００はステップ３１０～ステップ３２０を含んでもよい。

ステップ３１０では、第１方向に沿って並べられた複数の電池セル２０を提供する。

ステップ３２０では、熱管理部材１０１を提供し、該熱管理部材１０１は第１方向に沿って延伸し且つ複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の第１壁２０ａに接続され、第１壁２０ａは電池セル２０の表面積が最大の壁であり、熱管理部材はランナー１０４を備え、ランナー１０４は流体を収容して電池セル２０の温度を調節することに用いられ、第２方向は第１壁に垂直であり、第２方向においてランナー１０４のサイズはＷであり、電池セル２０の容量Ｑとランナー１０４のサイズＷとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たす。

図１１は本願の一実施例の電池の製造機器４００の模式的なブロック図を示す。図１１に示すように、電池の製造機器４００は第１提供モジュール４１０と第２提供モジュール４２０とを備えてもよい。

第１提供モジュール４１０は第１方向に沿って並べられた複数の電池セル２０を提供することに用いられる。

第２提供モジュール４２０は熱管理部材１０１を提供することに用いられ、該熱管理部材１０１は第１方向に沿って延伸し且つ複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の第１壁２０ａに接続され、第１壁２０ａは電池セル２０の表面積が最大の壁であり、熱管理部材はランナー１０４を備え、ランナー１０４は流体を収容して電池セル２０の温度を調節することに用いられ、第２方向は第１壁に垂直であり、第２方向においてランナー１０４のサイズはＷであり、電池セル２０の容量Ｑとランナー１０４のサイズＷとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たす。

以下、本願の実施例を説明する。以下で説明される実施例は例示的なものであり、本願を解釈するためのものに過ぎず、本願を制限するものではないと理解すべきである。

２列の電池セル２０と２つの熱管理部材１０１の組み合わせ方式を採用し、ＧＢ３８０３１－２０２０に従って電池１０の熱拡散試験を行い、試験結果は表１に示した。

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すべ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。

１ 車両
１０ 電池
１１ ボックス
２０ 電池セル
２０ａ 第１壁
２０ｂ 第２壁
２１ ケーシング
２２ 電極アセンブリ
２３ 接続部材
３０ コントローラ
４０ モータ
１０１ 熱管理部材
１０２ 集電体
１０３ パイプ
１０４ ランナー
２１１ ハウジング
２１２ カバープレート
２１３ 圧力解放機構
２１４ 電極端子
２１４ａ 正極端子
２１４ｂ 負極端子
２２１ 第１タブ
２２２ 第２タブ
４００ 電池の製造機器
４１０ 第１提供モジュール
４２０ 第２提供モジュール
１０１１ 第１熱伝導性プレート
１０１２ 第２熱伝導性プレート
１０１３ 補強リブ
１００１１ 第１熱伝導性プレート

Claims (12)

1. 電池であって、
   第１方向に沿って並べられた複数の電池セルと、
   熱管理部材であって、前記熱管理部材は前記第１方向に沿って延伸し且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続され、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材はランナーを備え、前記ランナーは流体を収容して前記電池セルの温度を調節することに用いられる熱管理部材とを備え、
   第２方向において前記ランナーのサイズはＷであり、前記電池セルの容量Ｑと前記ランナーのサイズＷとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たし、前記第２方向は前記第１壁に垂直であり、
   前記電池は、前記第１方向に沿って並べられた複数列の複数の前記電池セルと複数の前記熱管理部材とを備え、複数列の前記電池セルと複数の前記熱管理部材は前記第２方向に交互に設けられる、電池。
2. 前記電池セルの前記第２方向に沿ったサイズＤと前記熱管理部材の第３方向に沿ったサイズＨとは、０．０３≦Ｄ／Ｈ≦５．５を満たし、前記第３方向は前記第１方向及び前記第２方向に垂直である、請求項１に記載の電池。
3. 前記熱管理部材の前記第３方向に沿ったサイズＨは１５ｍｍ～３００ｍｍである、請求項２に記載の電池。
4. 前記ランナーのサイズＷは０．８ｍｍ～５０ｍｍである、請求項１～３のいずれか１項に記載の電池。
5. 前記熱管理部材は前記第２方向に沿って対向して設けられた第１熱伝導性プレートと第２熱伝導性プレートを備え、
   前記第１熱伝導性プレートと前記第２熱伝導性プレートとの間にランナーが設けられ、前記ランナーは前記電池セルの温度を調節するための流体を収容することに用いられる、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の電池。
6. 前記熱管理部材はさらに補強リブを備え、前記補強リブは前記第１熱伝導性プレートと前記第２熱伝導性プレートとの間に設けられ、前記補強リブ、前記第１熱伝導性プレート及び前記第２熱伝導性プレートは前記ランナーを形成する、請求項５に記載の電池。
7. 前記補強リブと前記第１熱伝導性プレート又は前記第２熱伝導性プレートとの夾角は鋭角である、請求項６に記載の電池。
8. 前記電池セルは、前記第２方向に対向して設けられた２つの前記第１壁と、前記第１方向に対向して設けられた２つの第２壁とを備え、前記第１方向において、隣接する２つの前記電池セルの前記第２壁は対向する、請求項１～７のいずれか１項に記載の電池。
9. 前記熱管理部材は前記第１壁に接着されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の電池。
10. 電力消費機器であって、請求項１～９のいずれか１項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ことに用いられる、電力消費機器。
11. 電池の製造方法であって、
    第１方向に沿って並べられた複数の電池セルを提供するステップと、
    熱管理部材を提供するステップであって、前記熱管理部材は前記第１方向に沿って延伸し且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続され、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材はランナーを備え、前記ランナーは流体を収容して前記電池セルの温度を調節することに用いられるステップとを含み、
    第２方向において前記ランナーのサイズはＷであり、前記電池セルの容量Ｑと前記ランナーのサイズＷとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たし、前記第２方向は前記第１壁に垂直であり、
    前記電池は、前記第１方向に沿って並べられた複数列の複数の前記電池セルと複数の前記熱管理部材とを備え、複数列の前記電池セルと複数の前記熱管理部材は前記第２方向に交互に設けられる、電池の製造方法。
12. 電池の製造機器であって、
    第１方向に沿って並べられた複数の電池セルを提供するための第１提供モジュールと、
    第２提供モジュールであって、前記第２提供モジュールは熱管理部材を提供することに用いられ、前記熱管理部材は前記第１方向に沿って延伸し且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続され、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材はランナーを備え、前記ランナーは流体を収容して前記電池セルの温度を調節することに用いられる第２提供モジュールとを備え、
    第２方向において前記ランナーのサイズはＷであり、前記電池セルの容量Ｑと前記ランナーのサイズＷとは、１．０Ａｈ／ｍｍ≦Ｑ／Ｗ≦４００Ａｈ／ｍｍを満たし、前記第２方向は前記第１壁に垂直であり、
    前記電池は、前記第１方向に沿って並べられた複数列の複数の前記電池セルと複数の前記熱管理部材とを備え、複数列の前記電池セルと複数の前記熱管理部材は前記第２方向に交互に設けられる、電池の製造機器。

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