JP7802893B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本願は、２０２４年０３月２９日に中国特許庁に提出された、出願番号が２０２４２０６４６９７７Ｘの中国特許出願の優先権を主張しており、当該出願のすべての内容は、引用により本願に組み込まれている。
本願は、電池の技術分野に関し、特に電池パックに関する。

新エネルギー自動車技術の急速な進歩と市場の継続的な拡大に伴い、純粋な電気自動車の航続距離と充電レートは、ユーザの関心が高まる中核的な指標となっている。市場の需要を満たすために、パワーバッテリーのエネルギー密度要件は増加し続けており、高ニッケル正極とシリコンカーボン負極が徐々に主流の技術ルートになってきている。ただし、セルのエネルギーが増加するにつれて、動作中に発生する熱も急激に増加する。特にハイレートで充電する条件では、セルの発熱問題が顕著となり、温度管理が非常に困難になる。

関連技術における円筒形電池パックの冷却手段、例えば液冷板などによる間接的な液冷技術では、ローレートで充電する場合の発熱の問題をある程度低減できるが、ハイレートで充電する場合では、冷却効率が明らかに不十分であり、セルに熱暴走が発生した場合、セルの防爆弁から炎が発せられ、バスバーが溶断して電池パックから飛び出されやすく、乗員の安全を脅かす。

技術的解決手段は以下の通りである
本願は、
電池パックであって、
一方の側が開放した収容室を有するハウジングと、
前記ハウジングの開放側に覆設され、前記収容室を密閉させる蓋体と、
前記収容室内に設けられ、その電極が前記蓋体に面するセル群と、
前記セル群と前記蓋体との間に設けられ、前記蓋体との間に圧力リリーフスペースが予め残っているバスバーと、を含み、
前記収容室内に絶縁冷却油が注入されており、前記セル群の電極及び前記バスバーは、前記絶縁冷却油中に浸漬されている電池パックを提供する。

有益な効果は以下の通りである。
収容室内に絶縁冷却油を注入し、液体の対流熱伝達原理を利用して、セル群を効率的に冷却する。セルに熱暴走が発生した場合、防爆弁から発せられる炎が圧力リリーフスペースで絶縁冷却油により直接消火され、また、前記圧力リリーフスペースは、バスバーのためのスペースを十分に提供し、それによって、電池パックが機械的衝撃を受けたときに、バスバーに電気的短絡の問題が発生しにくくなる。さらに、絶縁冷却油が存在することにより、バスバーは電池の熱暴走により溶断することもなく、それによって、電池パックの安全性が大幅に向上する。

本願の実施例の構造の斜視模式図である。 本願の実施例の構造の分解模式図である。 本願の実施例の構造の断面模式図である。 本願の実施例のセル群及びバスバーを組み立てた構造の模式図である。 本願の実施例の接続集電シートの構造模式図である。 本願の実施例のセルの構造模式図である。

本願の実施例１は、図１～図６に示すように、電池パックを開示する。この電池パックは、ハウジング１と、蓋体２と、セル群３と、バスバー４と、を含む。本実施例１では、前記ハウジング１は、一方の側が開放した収容室１１を有する矩形ハウジング１であり、前記蓋体２は、前記ハウジング１の開放側に覆設され、前記収容室１１を密閉させる。前記セル群３は、複数列のセル３１を含み、各列のセル３１は、千鳥状に配列され、それにより、スペースの最大化が図られる。前記セル群３は、前記収容室１１内に配置される。なお、図３に示すように、前記バスバー４と前記蓋体２との間に圧力リリーフスペース６が予め残っており、セル３１の発熱量が大きく、温度が制御されにくいという問題に対して、この電池パックは、収容室１１内に絶縁冷却油を注入し、液体の対流熱伝達原理を利用して、セル群３を効率的に冷却する。また、セル群３の安全な固定に関しては、この電池パックでは、セル群３の少なくとも一方の側とハウジング１との間に固定層５が設けられ、収容室１１内のセル群３の安定性を高める。最後に、絶縁冷却油が存在することにより、バスバー４は電池の熱暴走により溶断することはなく、それによって、電池パックの安全性が大幅に向上する。セル３１に熱暴走が発生した場合、防爆弁から発せられる炎が圧力リリーフスペース６で絶縁冷却油により直接消火され、また、前記圧力リリーフスペース６は、バスバー４のためのスペースを十分に提供し、それによって、電池パックが機械的衝撃を受けたときに、バスバー４に電気的短絡の問題が発生しにくくなる。

いくつかの実施形態では、前記セル群３の少なくとも一方の側と前記ハウジング１との間に固定層５が設けられる。いくつかの実施形態では、前記固定層５は、ポッティング接着剤であり、前記セル群３を前記収容室１１内に固定するものである。最も好ましくは、前記ポッティング接着剤の注入量は、固定層５がセル３１の少なくとも三分の一を固定することを可能にする。したがって、前記固定層５では、若干のセル溝５１がセル群３内の各セル３１に対応して形成され、前記セル溝５１及び前記セル群３内のセル３１の数、サイズ及び形状がすべて一致する。接着剤注入手段によって、電池パックの構造全体の安定性が向上し、振動や衝撃を受けたセル３１の変位や損壊が少なくなる。前記バスバー４は、前記固定層５を避けて前記セル群３の電極に接続されなければならない。

なお、いくつかの実施形態では、前記固定層５は、穴あきボトムガード、発泡ゴムまたはブラケットなどを含むが、これらに限定されるものではなく、セル群３を固定できるものであればよいが、本実施例では、特に限定されない。同様に、前記ハウジング１は、他の形状の構造としてもよく、セル３１は、角形セルや円筒形セルを含む。

組み立てる際には、図２に示すように、ハウジング１の開放部を上にして、セル３１をハウジング１内の収容室１１の底部に均等に配置し、次に、収容室１１に接着剤を注入し、接着剤注入高さについては、セル３１同士を安定的に固定し、揺れにくくすることができればよい。その後、セル群３の天面にバスバー４を取り付け、若干のセル３１の正極と負極を集めて、正極と負極の集合体にする。最後に、前記蓋体２をカバーして、収容室１１の上部を閉鎖し、密閉させた収容室１１内に、熱を循環的に交換する絶縁冷却油を注入する。また、前記セル群３の電極及び前記バスバー４は、前記絶縁冷却油内に浸漬されなければならない。

使用に際しては、上記の電池パックを逆様にして自動車内に配置し、前記電池パックの蓋体２、セル３１のセル正極３２及びバスバー４がすべて下方に位置するようにする。このような構成では、乗員の安全をできるだけ確保することができ、蓋体２を下にした電池パックは、電池パックの上方にいるユーザにとって有利である。その原理は以下の通りである。電池パック内のセル３１が動作して発熱すると、絶縁冷却油との熱交換を通じて降温し、機械的衝撃を受けて、電気短絡が発生した場合、高温高圧ガスや炎が防爆弁から噴出されると、絶縁冷却油で冷却されたり消火されたりし、衝撃力が強い場合でも、この衝撃力が逆様にした電池パックの蓋体２から噴出され、すなわち、衝撃力が自動車の下方に向かうため、乗員に影響を与えない。

もちろん、本電池パックは、他の分野での給電にも適用でき、したがって、電池パックが長時間使用されない場合、絶縁冷却油が循環的に流れないようにしてもよく、使用時に降温効果を果たせばよく、使用しないときに本電池パックは自然冷却する。

本実施例１では、図１～図３に示すように、ハウジング１の収容室１１内への絶縁冷却油の注入と排出を容易にし、絶縁冷却油の交換効率を高めるために、前記ハウジング１の両側のそれぞれには、冷油供給口１２及び冷油排出口１３が設けられ、前記冷油供給口１２及び冷油排出口１３は、前記収容室１１に連通し、収容室１１に絶縁冷却油を注入するか、又は収容室１１内から絶縁冷却油を排出するものである。いくつかの実施形態では、前記冷油供給口１２及び冷油排出口１３は、ハウジング１の蓋体２に近い箇所に設けられる。電池パックが逆様にして使用されるため、蓋体２に近いと、排液に有利である。前記冷油供給口１２及び冷油排出口１３を車体のオイルポンプ、ラジエターやヒータと組み合わせることによって、絶縁冷却油の加熱及び液冷の効果が得られる。なお、いくつかの実施形態では、冷油供給口１２及び冷油排出口１３は蓋体２に設けられてもよいが、電池パックを逆様にすることの邪魔にならないようにする。

より詳しくは、図６に示すように、前記セル群３のセル３１では、蓋体２に面する側のカバープレートに、セル正極３２、セル負極３３、及びセル防爆弁３４が設けられ、これらのうち、セル正極３２及びセル負極３３には、高ニッケル正極及びシリコンカーボン負極が使用され、前記セル正極３２、セル負極３３、及びセル防爆弁３４は、隣接して設けられ、及び／又は、間隔を空けて設けられる。本実施例１では、前記セル防爆弁３４は、２つ設けられ、前記セル負極３３は、２つの負極接続領域３３１を含み、前記セル正極３２は、前記セル３１の蓋体２に面する側の中央部に設けられ、２つの前記負極接続領域３３１及び２つの前記セル防爆弁３４は、前記セル正極３２に周方向に千鳥状に分布しており、前記セル負極３３と前記セル正極３２との間に高さ差が存在し、それによって、前記セル正極３２は前記セル負極３３から凸出する。したがって、前記セル負極３３及び前記セル正極３２は、隣接して設けられ、前記セル防爆弁３４とセル正極３２は、間隔を空けて設けられ、前記セル防爆弁３４は、前記圧力リリーフスペース６に向かっており、前記セル防爆弁３４は、エッジが丸くなった扇状である。

図４～図６に示すように、前記バスバー４は、正極集電シート４１と、負極集電シート４２と、接続集電シート４３と、を含み、前記正極集電シート４１は、セル群３の一端にある１列の若干のセル３１のセル正極３２に接続され、前記負極集電シート４２は、セル群３の他端にある１列の若干のセル３１のセル負極３３に接続される。前記接続集電シート４３は、複数設けられ、セル群３の一端から他端までの若干列のセル３１のセル正極３２を隣接する前記セル３１の負極に連通させる。本実施例１では、防爆弁構造に合わせるために、いくつかの実施形態では、前記接続集電シート４３は、セル正極３２に接続するための正極接続部４３１と、セル負極３３に接続するための負極接続部４３２と、を含み、前記正極接続部４３１と前記負極接続部４３２との間に段差部４３３が設けられ、前記段差部４３３は、前記負極接続領域３３１の縁部に設けられ、それによって、正極接続部４３１がそれに隣接するセル３１のセル正極３２に接続するときにこのセル３１のセル負極３３に接触して短絡を引き起こすことを回避する。前記段差部４３３の段差高さ差が、前記セル正極３２とセル負極３３との間の高さ差に等しい。前記正極接続部４３１の面積が、前記セル正極３２の面積以下であり、前記負極接続部４３２の面積が、前記セル負極３３の負極接続領域３３１の面積以下であり、それによって、セル群３の電極を集める効果が得られる。

いくつかの実施形態では、前記セル防爆弁３４は、１つ又は２つ以上設けられてもよく、セル３１の圧力を正常にリリースできればよい。前記負極接続領域３３１は、１つ又は２つ以上設けられてもよく、前記バスバー４の構造は、組み立て効果を得るために、負極接続領域３３１の位置の変化、構造の変化及び数の変化に応じて調整してもよいが、本実施例では、特に限定されない。

以上の通り、本願による電池パックは、以下の技術的効果を有する。
１．セル群３の少なくとも一方の側とハウジング１との間に固定層５が設けられることによって、収容室１１内でのセル群３の安定性が向上する。固定層５ではセル群３に対応して設けられたセル溝５１により、セル３１がすべてそれに対応する位置に正確に配置され、組み立てや使用中のセル３１の変位やズレが回避される。
２．絶縁冷却油の存在により、放熱効果が高まり、また、バスバー４が電池の熱暴走により溶断するリスクも低減し、電池パックの安全性が大幅に向上する。さらに、セル防爆弁３４の配置や圧力リリーフスペース６の構成によれば、セル３１に熱暴走が発生した場合に、内部の圧力を効果的に分散させて低下させ、セル３１の安全性を向上させることができる。

１ ハウジング
１１ 収容室
１２ 冷油供給口
１３ 冷油排出口
２ 蓋体
３ セル群
３１ セル
３２ セル正極
３３ セル負極
３３１ 負極接続領域
３４ セル防爆弁
４ バスバー
４１ 正極集電シート
４２ 負極集電シート
４３ 接続集電シート
４３１ 正極接続部
４３２ 負極接続部
４３３ 段差部
５ 固定層
５１ セル溝
６ 圧力リリーフスペース

Claims (8)

1. 電池パックであって、
   一方の側が開放した収容室（１１）を有するハウジング（１）と、
   前記ハウジング（１）の開放側に覆設され、前記収容室（１１）を密閉させる蓋体（２）と、
   前記収容室（１１）内に設けられ、その電極が前記蓋体に面するセル群（３）と、
   前記セル群（３）と前記蓋体（２）との間に設けられ、前記蓋体（２）との間に圧力リリーフスペース（６）が予め残っているバスバー（４）と、を含み、
   前記収容室（１１）内に絶縁冷却油が注入されており、前記セル群（３）の電極及び前記バスバー（４）は、前記絶縁冷却油中に浸漬されており、
   前記セル群（３）は、複数のセル（３１）を含み、前記複数のセル（３１）の各々の蓋体（２）に面する側のカバープレートにセル正極（３２）、セル負極（３３）、及び少なくとも２つのセル防爆弁（３４）が設けられ、前記セル負極（３３）は、少なくとも２つのセル負極接続領域（３３１）を含み、前記セル正極（３２）と、前記少なくとも２つのセル負極接続領域（３３１）の各々との間に高さ差が存在し、前記少なくとも２つのセル防爆弁（３４）は、前記圧力リリーフスペース（６）に面し、前記少なくとも２つのセル負極接続領域（３３１）及び前記少なくとも２つのセル防爆弁（３４）は、前記セル正極（３２）に周方向に千鳥状に分布している、電池パック。
2. 前記セル群（３）の少なくとも一方の側と前記ハウジング（１）との間に固定層（５）が設けられ、それにより、前記セル群（３）は前記収容室（１１）内に固定され、前記バスバー（４）は、前記固定層（５）を避けて前記セル群（３）の電極に接続される、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記バスバー（４）は、
   前記セル群（３）の一端にある複数のセル（３１）のセル正極（３２）に接続される正極集電シート（４１）と、
   前記セル群（３）の他端にある複数のセル（３１）のセル負極（３３）に接続される負極集電シート（４２）と、
   前記セル群（３）の一端から他端までの複数のセル（３１）の前記セル正極（３２）を前記セル負極（３３）に連通させるための、複数設けられる接続集電シート（４３）と、を含む、請求項１に記載の電池パック。
4. 前記接続集電シート（４３）は、前記セル正極（３２）に接続するための正極接続部（４３１）と、前記セル負極（３３）に接続するための負極接続部（４３２）と、を含み、前記正極接続部（４３１）と前記負極接続部（４３２）との間に段差部（４３３）が設けられる、請求項３に記載の電池パック。
5. 前記段差部（４３３）の段差の高さ差が、前記セル正極（３２）と前記セル負極（３３）との間の高さ差に等しい、請求項４に記載の電池パック。
6. 前記正極接続部（４３１）の面積が前記セル正極（３２）の面積以下であり、前記負極接続部（４３２）の面積が前記セル負極（３３）のセル負極接続領域（３３１）の面積以下である、請求項４に記載の電池パック。
7. 前記固定層（５）では、複数のセル溝（５１）が前記セル群（３）に対応して設けられ、前記セル溝（５１）及び前記セル群（３）内の前記複数のセル（３１）の数、サイズ及び形状がすべて一致する、請求項２に記載の電池パック。
8. 前記ハウジング（１）には、冷油供給口（１２）及び冷油排出口（１３）が設けられ、前記冷油供給口（１２）及び冷油排出口（１３）は、前記収容室（１１）に連通し、収容室（１１）に絶縁冷却油を注入するか、又は収容室（１１）内から絶縁冷却油を排出するものである、請求項１～７のいずれか１項に記載の電池パック。