JP7843862B2

JP7843862B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP7843862B2
Application number: JP2024566600A
Authority: JP
Inventors: 偉才黄
Original assignee: 湖北億緯動力有限公司
Priority date: 2022-12-14
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2026-04-10
Anticipated expiration: 2042-12-30
Also published as: CN115966837A; KR20250012583A; JP2025517179A; DE212022000408U1; WO2024124645A1; EP4521538A1; US20260121215A1; EP4521538A4

Description

本出願は、２０２２年１２月１４日に中国特許庁に提出された出願番号２０２２１１５９８５１５．７の中国特許出願に対する優先権を主張するものであり、上記出願の全内容は、参照により本出願に組み込まれる。

本出願は、電池パックの技術分野に関し、特に電池パックに関する。

近年、自動車の軽量化への要求はますます高まっており、特に新エネルギー自動車の分野では、航続距離が常に性能開発を制限するボトルネックとなっている。関連技術では、航続距離の延長は通常、電池の総エネルギーを増加させる観点から、電池パックのエネルギー密度の増大またはモジュール数の増加を含み、また、電気自動車の空間利用率を向上させるために、通常は二層モジュールが配置され、二層モジュール構造の登場により、包絡空間を効果的に利用し、電気自動車の航続距離を向上させることができる。

関連技術の二層モジュール電池パックの設計プロセスでは、密封が難しいため、通常、専用の排気及び圧力逃し通路を設計することが困難であり、二層モジュールの電池パックには専用の排気及び圧力逃し通路がないため、モジュール上のセルに熱暴走が発生した場合、セル内部に大量のガス及びそれに伴う火炎が瞬時に放出され、これらのガス及び火炎を誘導する指向性排気通路がないため、それらは電池パック内部でランダムに広がり、他の部品に点火しやすく、正常に使用されている他のセルにも熱暴走が発生し、これにより、熱暴走が拡散し、火災または爆発につながりやすく、改善の余地がある。

一態様では、本出願は、熱暴走の拡散を防止する電池パックを提供する。

電池パックは、
高さ方向に沿って積層して配置された１対の電池組立体を含む電池モジュールであって、
各電池組立体がいずれも支持トレイ及びセル群を含み、支持トレイには、その高さ方向に沿って複数の貫通孔が貫通して設けられ、セル群内の複数の単一セルの圧力逃し弁が複数の貫通孔に一対一に対応して配置され、高さ方向に沿って配置された１対のセル群の圧力逃し弁が対向して配置され、支持トレイには複数の圧力逃し孔がさらに設けられている、電池モジュールと、
高さ方向に沿って配置された１対の支持トレイの間に配置され、かつ第１の圧力逃し通路が設けられたモジュールブラケットであって、高さ方向に沿って配置された１対の支持トレイの間には圧力逃しキャビティが設けられ、貫通孔、圧力逃しキャビティ、第１の圧力逃し通路及び圧力逃し孔が連通している、モジュールブラケットと、
筐体であって、電池モジュールが筐体内に設けられ、筐体には第３の圧力逃し通路が設けられ、第３の圧力逃し通路及び圧力逃し孔が連通している、筐体とを含む。

一実施例では、各支持トレイは、取付溝が形成されたトレイ本体と、トレイ本体の周縁に設けられたトレイ延長部とを含み、各トレイ本体には、その高さ方向に沿って複数の貫通孔が貫通して設けられ、
高さ方向に沿って配置された１対のトレイ本体の間には圧力逃しキャビティが設けられ、モジュールブラケットは、高さ方向に沿って配置された１対のトレイ延長部の間に設けられる。

一実施例では、トレイ延長部及びモジュールブラケットはいずれも、長方形のリング形状である。

一実施例では、
高さ方向に沿って配置された１対のトレイ本体の間に設けられた耐火板をさらに含み、上側に位置するトレイ本体の貫通孔と下側に位置するトレイ本体の貫通孔は耐火板によって隔てられている。

一実施例では、筐体内には、側梁及び複数の第１の横梁が設けられ、側梁は組み合わされて枠構造になり、側梁内には第３の圧力逃し通路が設けられ、
複数の第１の横梁は、枠構造の内側に設けられ、かつ側梁に連結され、複数の第１の横梁は、枠構造内で複数の領域を分割し、各領域にはいずれも電池モジュールが設けられる。

一実施例では、第１の横梁には第２の圧力逃し通路が設けられ、かつ第１の圧力逃し通路、圧力逃し孔、第２の圧力逃し通路及び第３の圧力逃し通路が連通している。

一実施例では、高さ方向に沿って配置された１対の支持トレイは対称に配置され、かつ下側に位置するトレイ延長部には複数の圧力逃し孔が設けられ、圧力逃し孔、第２の圧力逃し通路及び第３の圧力逃し通路が連通している。

一実施例では、側梁には防爆弁が設けられ、防爆弁と第３の圧力逃し通路が連通している。

一実施例では、モジュールブラケットと、高さ方向に沿って配置された１対のトレイ延長部とが係止部によって連結されて耐火板を締め付ける。

要約すると、本出願の実施例によって提供される電池パックは、以下の有益な効果を有する。

実際の応用において、本出願の実施例における電池パックの二層電池組立体では、電池組立体の単一セルが円筒形セルであり、円筒形セルの圧力逃し弁がセル自体の底部に配置されるため、二層電池組立体は、単一セルの底部が対向して配置される取付構造となる。電池が発熱して制御不能になると、発生したガス及び火炎は、貫通孔を通って高さ方向に沿って配置された１対の支持トレイの間に形成された圧力逃しキャビティ内に集中し、次に、発生したガス及び火炎は、モジュールブラケットの第１の圧力逃し通路に流れ、さらに支持トレイの圧力逃し孔内に流れ、最後に筐体の第３の圧力逃し通路内に流れ、これらのガス及び火炎は、第３の圧力逃し通路を通って誘導され、それによってガス及び火炎が電池パック内でランダムに広がるのを効果的に防ぎ、熱暴走の拡散を効果的に防ぎ、より深刻な火災または爆発を防ぐ。

本出願の追加の態様及び利点は、一部は以下の説明に記載され、一部は以下の説明から明らかになるか、または本出願の実施を通じて理解されるであろう。

本出願の実施例における電池パックの構造概略図である。本出願の実施例における電池パックの内部構造概略図である。図２におけるＡの部分拡大図である。本出願の実施例における電池パックの内部構造の別の概略図である。本出願の実施例における支持トレイの構造概略図である。本出願の実施例におけるモジュールブラケットの構造概略図である。本出願の実施例における電池パックの分解状態の概略図である。

なお、本出願の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」などの用語で示す向きまたは位置関係は、図面に示す向きまたは位置関係に基づくものであり、単に本出願の説明を容易にし、説明を簡略化するためのものであり、言及される装置または要素が特定の向きを有し、特定の向きで構築及び操作されなければならないことを示唆または暗示するものではなく、したがって、本出願を限定するものとして解釈することはできない。

別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本出願が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本出願の説明において本明細書で使用される用語は、特定の実施例を説明することのみを目的としており、本出願を限定することを意図するものではない。

以下、図１～図６を参照して、本出願の実施例による電池パック及び電力消費装置について説明する。以下、添付の図面と併せて、本出願のいくつかの実施形態を詳細に説明する。以下の実施例及び実施例における特徴は、矛盾しない限り、互いに組み合わせることができる。

上記のことに鑑みて、本出願の実施例における電池パックでは、二層モジュールには、熱暴走が発生した場合にこれらのガス及び火炎を一定方向に誘導し、熱暴走の拡散を防ぐ専用の排気及び圧力逃し構造が設けられている。

具体的には図１～図６を参照することができる。本出願の実施例における電池パックは、電池モジュールと、モジュールブラケット２と、筐体６とを含む。

一実施例では、電池モジュールは、高さ方向に沿って上下に積層して配置された１対の電池組立体１を含み、電池組立体１はいずれも支持トレイ１１及びセル群１２を含み、支持トレイ１１には、その高さ方向に沿って複数の貫通孔１１１が貫通して設けられ、セル群１２内の複数の単一セルの圧力逃し弁は、複数の貫通孔１１１に一対一に対応して配置され、高さ方向に沿って配置された１対のセル群１２の圧力逃し弁は、対向して配置され、また、支持トレイ１１には複数の圧力逃し孔１１２がさらに設けられている。モジュールブラケット２は、高さ方向に沿って配置された１対の支持トレイ１１の間に配置され、かつモジュールブラケット２には第１の圧力逃し通路２１が設けられており、高さ方向に沿って配置された１対の支持トレイ１１の間には圧力逃しキャビティ３が設けられ、貫通孔１１１、圧力逃しキャビティ３、第１の圧力逃し通路２１及び圧力逃し孔１１２が連通している。電池モジュールは筐体６内に設けられ、筐体６には第３の圧力逃し通路７１が設けられ、第３の圧力逃し通路７１及び圧力逃し孔１１２が連通している。

実際の応用において、本出願の実施例における電池パックの二層電池組立体１では、電池組立体１の単一セルが円筒形セルであり、円筒形セルの圧力逃し弁がセル自体の底部に配置されるため、二層電池組立体１は、単一セルの底部が対向して配置される取付構造となる。電池が発熱して制御不能になると、発生したガス及び火炎は、貫通孔１１１を通って高さ方向に沿って配置された１対の支持トレイ１１の間に形成された圧力逃しキャビティ３内に集中し、次に、発生したガス及び火炎は、モジュールブラケット２の第１の圧力逃し通路２１に流れ、さらに支持トレイ１１の圧力逃し孔１１２内に流れ、最後に筐体６の第３の圧力逃し通路７１内に流れ、これらのガス及び火炎は、第３の圧力逃し通路７１を通って誘導され、それによってガス及び火炎が電池パック内でランダムに広がるのを効果的に防ぎ、熱暴走の拡散を効果的に防ぎ、より深刻な火災または爆発を防ぐ。

さらなる応用では、電池パック内の二層モジュール構成により、電気自動車の航続距離が効果的に向上することができるが、電池パックの厚さが増加することが判明した。したがって、電池パック全体の厚さを薄くするために、支持トレイ１１の構造を改善し、それに応じてモジュールブラケット２の設置位置も調整することにより、電池パックの厚さをある程度まで薄くし、小型化及び軽量化を実現する。

具体的には図１～図６を参照することができる。本出願の実施例における電池パックでは、各支持トレイ１１は、取付溝が形成されたトレイ本体１１３と、トレイ本体１１３の周縁に設けられたトレイ延長部１１４とを含み、各トレイ本体１１３には、その高さ方向に沿って複数の貫通孔１１１が貫通して設けられ、高さ方向に沿って配置された１対のトレイ本体１１３の間には圧力逃しキャビティ３が設けられ、モジュールブラケット２は、高さ方向に沿って配置された１対のトレイ延長部１１４の間に設けられる。

実際の応用では、本出願の実施例における電池パックの電池モジュールには１対の支持トレイ１１が設けられ、支持トレイ１１が、取付溝が形成されたトレイ本体１１３を含むため、トレイ本体１１３自体が一定の高さを有し、それによって１対のトレイ延長部１１４の間には、モジュールブラケット２を取り付けるための取付隙間が形成される。したがって、セル群１２は、トレイ本体１１３の取付溝に対応して取り付けられ、モジュールブラケット２は、トレイ延長部１１４に対応して取り付けられ、セル群１２は、モジュールブラケット２内に対応して設けられ、したがって、セル群１２とモジュールブラケット２との高さが部分的に重なり、構造がよりコンパクトになり、これは、電池パックの厚さをある程度薄くし、小型化及び軽量化を実現する。

以上からわかるように、電池が発熱して制御不能になると、発生したガス及び火炎は圧力逃しキャビティ３内に集中し、次に、発生したガス及び火炎は、支持トレイ１１の縁部の方向に向かって流れ、モジュールブラケット２の第１の圧力逃し通路２１に流れ、さらに支持トレイ１１の圧力逃し孔１１２内に流れ、最後に筐体６の第３の圧力逃し通路７１内に流れ、これらのガス及び火炎は、第３の圧力逃し通路７１を通って誘導され、それによってガス及び火炎が電池パック内でランダムに広がるのを効果的に防ぎ、熱暴走の拡散を効果的に防ぎ、より深刻な火災または爆発を防ぐ。

既存の電池パックは通常、四角いケース形状に作られ、四角いケース形状に適合するために、本発明の実施例における電池パック、トレイ延長部１１４及びモジュールブラケット２は、いずれも長方形のリング形状である。

もちろん、他の実施例では、トレイ延長部１１４及びモジュールブラケット２は円形であってもよい。

さらなる応用では、本電池パックの二層モジュール構成により、そのうちの１層のセル群１２内の単一セルが熱暴走すると、発生したガス及び火炎は、対向するセル群１２内の単一セルの底部に向けて噴出し、さらなる熱暴走を引き起こすことが判明した。したがって、発生したガス及び火炎が対向するモジュールの単一セルの底部に噴出して熱暴走を引き起こすことを防ぐために、本電池パックには、遮断することによって二層モジュール間の熱暴走の拡散を防止する耐火板５が設けられる。

具体的には図１～図６を参照することができる。本出願の実施例における電池パックは、耐火板５をさらに含み、耐火板５は、高さ方向に配置された１対のトレイ本体１１３の間に配置され、上側に位置するトレイ本体１１３の貫通孔１１１と下側に位置するトレイ本体１１３の貫通孔１１１は耐火板５によって隔てられている。

実際の応用では、本出願の実施例における電池パックの１層のセル群１２内の単一セルが熱暴走すると、発生したガス及び火炎は、耐火板５に向けて噴出し、耐火板５に沿って支持トレイ１１の縁部に向かって流れ、次に、モジュールブラケット２の第１の圧力逃し通路２１に流れ、さらに支持トレイ１１の圧力逃し孔１１２内に流れ、最後に筐体６の第３の圧力逃し通路７１内に流れ、これらのガス及び火炎は、第３の圧力逃し通路７１を通って誘導され、それによってガス及び火炎が電池パック内でランダムに広がるのを効果的に防ぎ、熱暴走の拡散を効果的に防ぎ、より深刻な火災または爆発を防ぐ。また、発生したガス及び火炎が対向するモジュールの単一セルの底部に噴出して熱暴走を引き起こすことを効果的に防ぎ、二層モジュール間の熱暴走の拡散を防ぐ。

耐火板５はマイカ板、例えば、マイカ紙及び有機シリコーン接着剤を接着、加熱、加圧することにより作製することができる高温耐性マイカ板であってもよく、マイカ含有量は約９０％であり、有機シリコーン接着剤含有量は１０％である。

さらなる応用では、電池パックの電池容量を増やすために、通常、電池パック内に複数の電池モジュールを設けることがわかった。複数の電池モジュールが、熱暴走が発生したときに発生したガス及び火炎を合理的に排出できるようにするために、本電池パックでは、筐体６の構造が改良されている。

具体的には図１～図６を参照することができる。本出願の実施例における電池パックでは、筐体６内には、側梁７及び複数の第１の横梁４が設けられ、側梁７は組み合わされて枠構造になり、側梁７内には第３の圧力逃し通路７１が設けられ、複数の第１の横梁４は、枠構造の内側に設けられ、かつ側梁７に連結され、複数の第１の横梁４は、枠構造内で複数の領域を分割し、各領域にはいずれも電池モジュールが設けられる。

他の実施例では、第１の横梁４には第２の圧力逃し通路４１が設けられ、かつ第１の圧力逃し通路２１、圧力逃し孔１１２、第２の圧力逃し通路４１及び第３の圧力逃し通路７１が連通している。

実際実際の応用では、本出願の実施例における電池パックの複数の電池モジュールと複数の第１の横梁４は、間隔をおいて交互に配置され、その結果、１つの電池モジュールが２つの第１の横梁４の間に配置されることになる。電池が発熱して制御不能になると、発生したガス及び火炎は、貫通孔１１１を通って高さ方向に沿って配置された１対の支持トレイ１１の間に形成された圧力逃しキャビティ３内に集中し、次に、発生したガス及び火炎は、モジュールブラケット２の第１の圧力逃し通路２１に流れ、さらに支持トレイ１１の圧力逃し孔１１２内に流れ、その後、まず第１の横梁４の第２の圧力逃し通路４１内に流れ、次に筐体６の第３の圧力逃し通路７１内に流れ、これらのガス及び火炎は、第３の圧力逃し通路７１を通って誘導され、それによってガス及び火炎が電池パック内でランダムに広がるのを効果的に防ぎ、熱暴走の拡散を効果的に防ぎ、より深刻な火災または爆発を防ぐ。

さらに、位置の観点から見ると、電池モジュールが発生したガス及び火炎は、両側の第１の横梁４に流れ、その後、第２の圧力逃し通路４１を通って誘導され、それによってガス及び火炎が電池パック内でランダムに広がるのを効果的に防ぎ、熱暴走の拡散を効果的に防ぎ、より深刻な火災または爆発を防ぐ。

発生したガス及び火炎の流れを誘導する構造は、具体的には図１～図６を参照することができる。側梁７には排気孔が設けられ、排気孔は、筐体外部及び第３の圧力逃し通路７１と連通しており、排気孔は防爆弁７２により塞がれており、防爆弁７２は第３の圧力逃し通路７１と連通している。側梁７は、具体的には凹字形であり得る。

実際の応用では、電池モジュールに熱暴走が発生すると、発生したガス及び火炎は、第１の横梁４内の第２の圧力逃し通路４１に流れ、さらに側梁７の第３の圧力逃し通路７１に流れ、最後に防爆弁７２に流れ、防爆弁７２が自動的に開いて圧力を逃し、電池パック１００の爆発を防止する。

さらなる応用では、高さ方向に沿って配置された１対のトレイ本体１１３の間に耐火板５が設けられており、熱暴走が発生すると、発生したガス及び火炎は、耐火板５に向けて噴出するため、熱暴走時に噴出が偏らないように耐火板５を固定する必要があることが判明した。本電池パックは、締付構造によって耐火板５を締め付けて固定する。

具体的には図１～図６を参照することができる。本出願の実施例における電池パックでは、モジュールブラケット２と、高さ方向に沿って配置された１対のトレイ延長部１１４とが係止部８によって連結されて耐火板５を締め付ける。

実際の応用では、本電池パックは、係止部８を介して１対のトレイ延長部１１４をモジュールブラケット２に係止し、さらに１対のトレイ本体１１３を介して耐火板５を締め付け、耐火板５の固定を達成し、熱暴走時に噴出が偏るのを防止する。ここで、係止部８は具体的には、ボルトまたはネジであり得る。

本出願の実施例は、電池パックを開示するだけでなく、電池パックを含む電力消費装置も開示する。電力消費装置は、携帯電話、タブレット、ラップトップ、電気玩具、電動工具、電動自転車、電気自動車、船舶、宇宙機などであり得るが、これらに限定されない。電気玩具には、ゲーム機、電気自動車玩具、電気船玩具、及び電気飛行機玩具などの固定式または移動式電気玩具が含まれてもよく、宇宙機には、飛行機、ロケット、スペースシャトル、及び宇宙船などが含まれてもよい。電動工具には、金属切削用電動工具、研磨用電動工具、組立用電動工具及び鉄道用電動工具、例えば、電動ドリル、電動グラインダー、電動レンチ、電動スクリュードライバー、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カンナが含まれる。

１－電池組立体、１１－支持トレイ、１１１－貫通孔、１１２－圧力逃し孔、１１３－トレイ本体、１１４－トレイ延長部、１２－セル群、２－モジュールブラケット、２１－第１の圧力逃し通路、３－圧力逃しキャビティ、４－第１の横梁、４１－第２の圧力逃し通路、５－耐火板、６－筐体、７－側梁、７１－第３の圧力逃し通路、７２－防爆弁、８－係止部

Claims

電池パックであって、
高さ方向に沿って積層して配置された１対の電池組立体（１）を含む電池モジュールであって、
各前記電池組立体（１）がいずれも支持トレイ（１１）及びセル群（１２）を含み、各前記支持トレイ（１１）は、取付溝が形成されたトレイ本体（１１３）と、前記トレイ本体（１１３）の周縁に設けられたトレイ延長部（１１４）とを含み、前記支持トレイ（１１）のトレイ本体（１１３）には、その高さ方向に沿って複数の貫通孔（１１１）が貫通して設けられ、前記セル群（１２）内の複数の単一セルの圧力逃し弁が前記複数の貫通孔（１１１）に一対一に対応して配置され、高さ方向に沿って配置された１対の前記セル群（１２）の圧力逃し弁が対向して配置され、高さ方向に沿って配置された１対の前記支持トレイ（１１）は対称に配置され、かつ下側に位置する前記支持トレイ（１１）のトレイ延長部（１１４）には複数の圧力逃し孔（１１２）がさらに設けられている、電池モジュールと、
高さ方向に沿って配置された１対の前記支持トレイ（１１）の間に配置され、かつ第１の圧力逃し通路（２１）が設けられたモジュールブラケット（２）であって、高さ方向に沿って配置された１対の前記支持トレイ（１１）の間には圧力逃しキャビティ（３）が設けられ、前記貫通孔（１１１）、前記圧力逃しキャビティ（３）、前記第１の圧力逃し通路（２１）及び前記圧力逃し孔（１１２）が連通している、モジュールブラケット（２）と、
筐体（６）であって、前記電池モジュールが前記筐体（６）内に設けられ、前記筐体（６）には第３の圧力逃し通路（７１）が設けられ、前記第３の圧力逃し通路（７１）及び前記圧力逃し孔（１１２）が連通している、筐体（６）とを含む、電池パック。
高さ方向に沿って配置された１対の前記トレイ本体（１１３）の間には前記圧力逃しキャビティ（３）が設けられ、前記モジュールブラケット（２）は、高さ方向に沿って配置された１対の前記トレイ延長部（１１４）の間に設けられる、請求項１に記載の電池パック。
前記トレイ延長部（１１４）及び前記モジュールブラケット（２）はいずれも長方形のリング形状である、請求項２に記載の電池パック。
高さ方向に沿って配置された１対の前記トレイ本体（１１３）の間に設けられた耐火板（５）をさらに含み、上側に位置する前記トレイ本体（１１３）の貫通孔（１１１）と下側に位置する前記トレイ本体（１１３）の貫通孔（１１１）は前記耐火板（５）によって隔てられている、請求項２に記載の電池パック。
前記耐火板（５）がマイカ板である、請求項４に記載の電池パック。
前記筐体（６）内には、側梁（７）及び複数の第１の横梁（４）が設けられ、前記側梁（７）は組み合わされて枠構造になり、前記側梁（７）内には前記第３の圧力逃し通路（７１）が設けられ、
前記複数の第１の横梁（４）は、前記枠構造の内側に設けられ、かつ前記側梁（７）に連結され、前記複数の第１の横梁（４）は、前記枠構造内で複数の領域を分割し、各前記領域にはいずれも前記電池モジュールが設けられる、請求項２～５のいずれか一項に記載の電池パック。
前記第１の横梁（４）には第２の圧力逃し通路（４１）が設けられ、かつ前記第１の圧力逃し通路（２１）、前記圧力逃し孔（１１２）、前記第２の圧力逃し通路（４１）及び前記第３の圧力逃し通路（７１）が連通している、請求項６に記載の電池パック。
前記圧力逃し孔（１１２）、前記第２の圧力逃し通路（４１）及び前記第３の圧力逃し通路（７１）が連通している、請求項７に記載の電池パック。
前記側梁（７）には防爆弁（７２）が設けられ、前記防爆弁（７２）と前記第３の圧力逃し通路（７１）が連通している、請求項６に記載の電池パック。
前記モジュールブラケット（２）と、高さ方向に沿って配置された１対の前記トレイ延長部（１１４）とが係止部（８）によって連結されて前記耐火板（５）を締め付ける、請求項４または５に記載の電池パック。