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JP7802956B2 - 電池および電気設備 - Google Patents
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JP7802956B2 - 電池および電気設備 - Google Patents

電池および電気設備

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Description

本願は、電池の技術分野に関し、特に、電池および電気設備に関する。
時代の発展に伴い、電気自動車は、高い環境保護性、低ノイズ、低コストなどの利点により、大きな市場の将来性を持ち、かつ省エネ・排出削減を効果的に促進でき、社会の発展や進歩に有益である。電気自動車にとって、電池技術はその発展に関わる重要な要素である。
電池技術の発展において、電池の性能を向上させることに加えて、安全上の問題も無視できない問題である。電池の安全上の問題を確保できないと、該電池は使用できない。したがって、どのように電池の安全性を向上させるかは、電池技術において早急に解決すべき課題である。
本願は、電池の安全性を向上させることができる電池および電気設備を提供する。
第1の態様では、電気キャビティを含む筐体と、前記電気キャビティに収容され、第1の壁に圧力解放機構が設けられた電池セルと、前記第1の壁に取り付けられた支持部材であって、前記圧力解放機構の作動時に、前記電池セルの排出物が前記支持部材を通過して前記電気キャビティから排出されるように構成され、補強構造が設けられた支持部材とを備える電池を提供する。
本願の実施例では、電池の筐体は、電池セルを収容するための電気キャビティを含み、電池セルの第1の壁に圧力解放機構が設けられ、電池は、電池セルの第1の壁に取り付けられた支持部材をさらに含み、かつ圧力解放機構の作動時に、電池セルの排出物は、支持部材を通過して電気キャビティから排出され、電池の熱暴走の拡大を回避し、電池の安全性を高める。また、支持部材には補強構造が設けられ、支持部材の構造強度を向上させる。このように、支持部材は、電池セルに支持力をより良く提供することができ、また、電池が外部から衝撃を受けた場合、支持部材は、より衝撃に強い構造強度を有し、筐体内の電池セルの振動を回避し、これにより電池の構造の安定性を保証し、電池の安全性をさらに向上させる。言い換えれば、本願の技術案は、電池の熱暴走の拡大を回避するとともに、電池の構造の安定性を確保し、電池の安全性を大幅に向上させる。
1つの可能な実施形態では、前記支持部材は、前記第1の壁に対向して配置された第1の支持壁を含み、前記補強構造は、前記第1の支持壁の前記第1の壁から離れた表面に設けられる。
補強構造は、第1の支持壁がより大きい支持力を提供して電池セルを支持するように、第1の支持壁の表面に設けられる。また、補強構造を第1の支持壁の第1壁から離れた表面に設けることで、補強構造が第1の支持壁と第1の壁との接続に影響を与えることを回避することができる。
1つの可能な実施形態では、前記支持部材は、前記第1の支持壁に接続された2つの側壁をさらに含み、前記補強構造は、前記2つの側壁の間に設けられる。
支持部材の2つの側壁は、支持部材全体の抗衝撃力を高めることができ、特に筐体が側方から機械的な押圧または衝撃を受ける場合、2つの側壁は、側方の押圧や衝撃に抵抗するのに十分な構造強度を提供し、筐体内の電池セルの振動を回避し、電池の安全性を確保することができる。
1つの可能な実施形態では、前記補強構造は、前記2つの側壁に接続される。補強構造は、2つの側壁に接続され、支持部材全体の構造強度をさらに高める。
1つの可能な実施形態では、前記第1の支持壁は、前記2つの側壁と逆「U」字状構造を形成する。
逆「U」字状構造は、平板構造に比べて、支持部材の構造強度を高めることができるとともに、第1の壁と第1の支持壁との接続を容易にする。
1つの可能な実施態様では、前記支持部材は、前記第1の支持壁に対向して配置された第2の支持壁をさらに含み、前記第1の支持壁、前記第2の支持壁および前記2つの側壁は、「ロ」字状構造を形成する。
支持部材には、第1の支持壁に対向する第2の支持壁が設けられ、「ロ」字状構造を形成した支持部材は、構造強度がより高く、構造強度を向上させると同時に、支持部材の重量をできるだけ低減する。
1つの可能な実施形態では、前記補強構造は、前記第1の支持壁および/または前記第2の支持壁に接続され、支持部材全体の構造強度をさらに向上させる。
1つの可能な実施形態では、前記第1の支持壁には、圧力解放領域が設けられ、前記圧力解放機構の作動時に、前記電池セルの排出物は、前記圧力解放領域を通過して前記電気キャビティから排出される。
電池セルの排出物は、圧力解放領域を通過して電気キャビティから排出されることができ、これにより排出物が電気キャビティに大量に入って電池セル間の短絡または熱拡散を引き起こし、電池の安全性に影響を及ぼすことを回避する。
1つの可能な実施態様では、前記圧力解放領域は、前記補強構造からずれて設けられる。電池セルの排出物が圧力解放領域を通過して電気キャビティから排出される排出経路が補強構造によって遮断されることを回避し、電池セルの排出物が電気キャビティから円滑に排出されることを保証し、熱暴走の拡大を回避し、電池の安全性を向上させる。
1つの可能な実施形態では、前記圧力解放領域は、前記第1の支持壁の脆弱領域であり、前記脆弱領域は、圧力解放機構の作動時に破壊されるために用いられる。
圧力解放領域を脆弱領域として設けると、圧力解放機構が作動していない時、例えば電池の通常使用中に、該第1の支持壁を密閉状態にすることができ、圧力解放機構を効果的に保護し、圧力解放機構が外力によって破壊されて故障することを防止することができる。また、圧力解放機構が作動する場合、脆弱領域は破壊されることができ、これにより電池セルからの排出物は、脆弱領域を通過して電気キャビティから排出され、熱暴走の拡大を回避し、電池の安全性を向上させる。
1つの可能な実施形態では、前記第1の支持壁には、前記圧力解放機構に対応する凹部が設けられ、前記脆弱領域は、前記凹部の底壁に設けられる。
1つの可能な実施形態では、前記圧力解放領域は、前記第1の支持壁を貫通する第1の貫通孔であり、貫通方向は、前記第1の支持壁の厚さ方向である。
圧力解放領域が第1の貫通孔である場合、一方では加工が容易となり、他方では圧力解放機構を通して排出される排出物を迅速に放出することができる。
1つの可能な実施形態では、前記電池は、前記第1の貫通孔を封止するために用いられ、かつ前記圧力解放機構の作動時に破壊される封止部材をさらに含む。
圧力解放領域が第1の貫通孔である場合、該封止部材の融点を合理的に設定することにより、一方では、電池セルの通常使用中に、電気キャビティの密閉性を維持し、外部環境の影響を受けないように圧力解放機構を保護することができる。他方では、電池セルの熱暴走が発生した場合、該密封部材は即時に破壊されて第1の貫通孔を露出させることができるため、電池セルの排出物は、該第1の貫通孔を通して電気キャビティから排出され、熱暴走の拡大を回避し、電池の安全性を向上させる。
1つの可能な実施形態では、前記封止部材は、前記第1の貫通孔内に設けられて前記第1の貫通孔を封止する。
封止部材が第1の貫通孔内に設けられていると、筐体内の他のスペースを占有する必要がなくなり、筐体の空間利用率は向上する。
1つの可能な実施形態では、前記封止部材は、前記第1の支持壁の前記第1の壁に向いた表面に設けられ、および/または、前記封止部材は、前記第1の支持壁の前記第1の壁から離れた表面に設けられる。
封止部材が第1の支持壁の第1の壁に向いた表面に設けられる場合、封止部材は圧力解放機構に近接しているため、圧力解放機構の排出物によって迅速に破壊され、圧力解放機構の作動に影響を及ぼすことを回避し、排出物を迅速に排出することができる。封止部材が第1の支持壁の第1の壁から離れた表面に設けられる場合、圧力解放機構と封止部材との間の距離は、圧力解放機構の作動のための変形空間を提供することができ、圧力解放機構の正常な作動に影響を及ぼすことを回避する。
1つの可能な実施形態では、前記支持部材は、前記補強構造と一体成型され、加工時間を節約し、加工効率を向上させる。一体成型の構造により、支持部材の構造強度もより高くなる。
1つの可能な実施形態では、前記筐体は、前記圧力解放機構の作動時に前記支持部材を通過して排出される前記電池セルの排出物を収集するための収集キャビティをさらに含む。
該収集キャビティは、該排出物を集中的に収集および/または処理した後、電池の外部に排出することができる。例えば、収集キャビティ内には、冷却媒体などの液体を含んでもよく、あるいは、該液体を収容する部材を設けてもよく、これにより収集キャビティに入る排出物をさらに冷却する。
1つの可能な実施形態では、前記電池は、排気部材をさらに含み、前記収集キャビティ内の前記電池セルの排出物は、前記排気部材を通して前記筐体から排出される。
電池セルの排出物は、排気部材を通して筐体からタイムリーに排出され、電池の熱暴走の拡大を回避する。
1つの可能な実施形態では、前記支持部材には、第2の貫通孔が設けられ、前記筐体には、第3の貫通孔が設けられ、前記排気部材の第1の端は、前記第2の貫通孔に接続され、前記排気部材の第2の端は、前記第3の貫通孔に接続される。
排気部材を支持部材の第2の貫通孔および筐体の第3の貫通孔に接続することで、収集キャビティ内の電池セルの排出物を筐体から排出する。
1つの可能な実施形態では、前記排気部材は、前記収集キャビティに連通するキャビティを含み、前記収集キャビティ内の前記電池セルの排出物は、前記キャビティを通して前記筐体から排出される。
キャビティを収集キャビティに連通することで、収集キャビティ内の電池セルの排出物をキャビティを通して筐体から排出する。
第2の態様では、電気エネルギーを供給するための第1の態様または第1の態様の可能な実施形態のいずれかに記載の電池を備える電池設備を提供する。
本願の実施例の技術案では、電池の筐体は、電池セルを収容するための電気キャビティを含み、電池セルの第1の壁に圧力解放機構が設けられ、電池は、電池セルの第1の壁に取り付けられた支持部材をさらに含み、かつ圧力解放機構の作動時に、電池セルの排出物は、支持部材を通過して電気キャビティから排出され、電池の熱暴走の拡大を回避し、電池の安全性を高める。また、支持部材には補強構造が設けられ、支持部材の構造強度を向上させる。このように、支持部材は、電池セルに支持力をより良く提供することができ、また、電池が外部から衝撃を受けた場合、支持部材は、より衝撃に強い構造強度を有し、筐体内の電池セルの振動を回避し、これにより電池の構造の安定性を保証し、電池の安全性をさらに向上させる。言い換えれば、本願の技術案は、電池の熱暴走の拡大を回避するとともに、電池の構造の安定性を確保し、電池の安全性を大幅に向上させる。
本願の実施例の技術案をより明確に説明するために、以下は本願の実施例で使用すべき図面を簡単に説明する。明らかに、下記図面は本願の一部の実施例を示したものに過ぎず、当業者であれば、創造的な努力をせずに、これらの図面に基づいて他の図面をさらに取得することができる。
本願の一実施例に係る車両の構造概略図である。 本願の一実施例に係る電池の構造概略図である。 本願の一実施例に係る支持部材および補強構造の構造概略図である。 本願の一実施例に係る電池の構造概略図である。 本願の一実施例に係る支持部材および補強構造の構造概略図である。 図5の支持部材および補強構造の断面図である。 本願の一実施例に係る電池の構造概略図である。 本願の一実施例に係る電池の構造概略図である。 本願の一実施例に係る電池の構造概略図である。 本願の一実施例に係る電池の構造概略図である。 本願の一実施例に係る電池の構造概略図である。 本願の一実施例に係る電池の構造概略図である。
図面において、実寸大で描かれていない。
以下は、図面および実施例を参照しながら本願の実施の形態をさらに詳しく説明する。以下の実施例の詳細な説明および図面は、本願の原理を例示的に説明するために用いられるが、本願の範囲を限定するために用いられることはできず、つまり、本願は説明された実施例に限定されることはない。
本願の説明において、特に明記しない限り、「複数の」は、2つ以上を意味し、「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」などの用語が指す方位または位置関係は、本願の説明を容易にし簡略化することのみを意図しており、示された装置または素子が特定の方位を有し、特定の方位で構成され、動作しなければならないことを表示または暗示するわけではないため、本願を限定するものとして理解してはならない。また、「第1」、「第2」、「第3」などの用語は、目的を説明するものに過ぎず、相対的な重要性を示したり暗示するものとして理解してはならない。「垂直」は厳密意味での垂直ではなく、誤差の許容範囲内である。「平行」は厳密意味での平行ではなく、誤差の許容範囲内である。
以下の説明に現れる方位用語はいずれも、図面に示された方位であり、本願の具体的な構造を限定するものではない。なお、本願の説明において、特に明記・限定しない限り、技術用語の「装着」、「つながる」、「接続」などは、広義に理解されるべきである。例えば、固定接続、取り外し可能な接続、または一体化でもよく、直接つながっても中間媒体を介した間接つながってもよい。当業者からすれば、具体的な状況に応じて本願におけるこれらの用語の具体的な意味を理解できる。
本願の「および/または」という用語は、関連する対象の関連関係を説明するものに過ぎず、3つの関係があり得ることを意味する。「Aおよび/またはB」を例にすると、単にA、AとBの両方、単にBという3つの場合があり得る。また、本文における「/」は、一般的に前後の関連対象が「または」という関係を有すると示す。
特に定義しない限り、本願で用いられる全ての技術用語および科学用語は、本願に係る当業者が一般的に理解するものと同じ意味を有する。本明細書で用いられる用語は、具体的な実施例を説明するためだけであり、本願を限定することを意図するものではない。本願の明細書、特許請求の範囲および図面の簡単な説明における「含む」や「有する」という用語、並びにそれらのいかなる変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図するものである。本願の明細書や特許請求の範囲または上記図面における「第1」「第2」などの用語は、特定の順序や主従関係を表すためではなく、異なる対象を区別するために用いられる。
本願で言う「実施例」は、実施例に記載の特定の特徴、構造または特性を組み合わせたものが本願の少なくとも1つの実施例に含まれ得ることを意味する。本明細書の各箇所に現れるこの用語は、必ずしも全てが同じ実施例を指すものではなく、他の実施例と互いに排他的で独立または代替の実施例を意味するものでもない。当業者は、本願に記載の実施例が他の実施例と組み合わせてもよいと明示的にも黙示的にも理解できる。
本願の実施例では、電池セルは、リチウムイオン電池、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またはマグネシウムイオン電池などを含んでもよいが、本願の実施例は、これに対して限定しない。電池セルは、円筒形、平板形、直方体または他の形状などであってもよく、本願の実施例は、これに対しても限定しない。電池セルは、パッケージの仕方によって、一般的に円筒型セル、角型セル、パウチ型セルの3種類に大別されるが、本願の実施例は、これに対しても限定しない。
本願の実施例で言及する電池は、より高い電圧と容量を提供するための1つまたは複数の電池セルを含む単一の物理モジュールである。例えば、本願で言う電池は、電池モジュールまたは電池パックを含んでもよい。電池は通常、1つまたは複数の電池セルをパッケージングするための筐体を含む。筐体は、液体やその他の異物による電池セルの充放電への影響を防止できる。
電池セルは、正極シート、負極シートおよびセパレータからなる電極アセンブリと電解液とを含む。電池セルは、主に正極シートと負極シートの間での金属イオンの移動によって作動する。正極シートは、正極集電体と正極活物質層を含み、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されている。リチウムイオン電池を例にすると、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、三元系リチウムまたはマンガン酸リチウムなどであってもよい。負極シートは、負極集電体と負極活物質層を含み、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されている。負極集電体の材料は銅であってもよく、負極活物質は黒鉛、カーボンやシリコンなどであってもよい。溶断することなく大電流が通れるように、正極タブは複数個で積層してなり、負極タブは複数個で積層してなる。セパレータの材質は、ポリプロピレン(polypropylene、PP)またはポリエチレン(polyethylene、PE)などであってもよい。また、電極アセンブリは巻回型構造でも積層型構造でもよく、本願の実施例は、これに限定されない。
電池技術の発展は、エネルギー密度、サイクル寿命、放電容量、充放電倍率などの性能パラメータ、さらに電池の安全性など、さまざまな設計要素を同時に考慮する必要がある。
電池の場合、主な安全上の危険は、充電および放電プロセスに起因し、電池の安全性を向上させるために、電池セルには、一般に圧力解放機構が設けられている。圧力解放機構とは、電池セルの内部の圧力または温度が所定の閾値に達したときに作動して内部の圧力または温度を解放する素子または部品を意味する。該所定の閾値は、設計要件に応じて調整されてもよい。前記所定の閾値は、電池セル内の正極シート、負極シート、電解液およびセパレータのうちの1つまたは複数の材料によって決められる。圧力解放機構は、例えば感圧性や感温性の素子または部品を採用することができる。つまり、電池セルの内部の圧力または温度が所定の閾値に達すると、圧力解放機構が作動し、内部の圧力または温度を解放するための経路を形成する。圧力解放機構が作動したら、電池セル内の高温高圧物質は、排出物として圧力解放機構から排出される。このようにして、圧力または温度が制御可能な状態で、電池セルの圧力を解放し、潜在するより重大な事故の発生を回避することができる。
現在の圧力解放機構の設計ソリューションは、主に電池セル内部の排出物の排出経路や排出物の冷却処理に焦点を当てている。例えば、圧力解放機構は、熱管理部品と対向して設けられ、熱管理部品によって電池の筐体の内部を、電池セルを収容する電気キャビティと排出物を収集する収集キャビティとに分離し、圧力解放機構の作動時に、熱管理部品は部分的に破壊され、流体が流出して複数の電池セルを冷却させる。熱管理部品は流体を収容する必要があるため、その内部が基本的に中空構造であり、構造強度が低い。熱管理部品は、電池セルを冷却する流体を供給して電池の熱暴走を回避するが、その構造強度が低いため電池セルに十分な支持力を提供できず、また、電池が衝撃を受けた場合、筐体内の電池セルが振動しやすく、電池の構造の安定性に影響を与え、電池の安全性を低下させる。
これに鑑み、本願は電池を提供し、該電池の筐体は、電池セルを収容するための電気キャビティを含み、電池セルの第1の壁に圧力解放機構が設けられ、電池は、電池セルの第1の壁に取り付けられた支持部材をさらに含み、かつ圧力解放機構の作動時に、電池セルの排出物は、支持部材を通過して電気キャビティから排出され、電池の熱暴走の拡大を回避し、電池の安全性を高める。また、支持部材には補強構造が設けられ、支持部材の構造強度を向上させる。このように、支持部材は、電池セルに支持力をより良く提供することができ、また、電池が外部から衝撃を受けた場合、支持部材は、より衝撃に強い構造強度を有し、筐体内の電池セルの振動を回避し、これにより電池の構造の安定性を保証し、電池の安全性をさらに向上させる。言い換えれば、本願の技術案は、電池の熱暴走の拡大を回避するとともに、電池の構造の安定性を確保し、電池の安全性を大幅に向上させる。
本願の実施例に記載の技術案は電池を用いた各種の装置に適用可能である。例えば、携帯電話、携帯式装置、ノートパソコン、電気自転車、電動玩具、電動工具、電気自転車、船舶および宇宙機などがあり、宇宙機は、飛行機、ロケット、スペースシャトル、宇宙船などを含む。
理解できるように、本願の実施例に記載の技術案は上述した設備だけではなく、電池を用いた全ての設備に適用可能である。説明の便宜上、以下の実施例では、いずれも電気自動車を例として説明する。
例えば、図1は、本願の一実施例に係る車両1の構造概略図を示している。車両1は、ガソリン自動車、ガス自動車または新エネルギー自動車であってもよい。新エネルギー自動車は、純電気自動車、ハイブリッド自動車またはレンジエクステンダー電気自動車などであってもよい。車両1の内部には、モータ40、コントローラ30および電池10が設けられてもよい。コントローラ30は、電池10のモータ40への給電を制御するために用いられる。例えば、車両1の底部または頭部または後部には、電池10が設けられてもよい。電池10は、車両1の給電に適用し、例えば、電池10を車両1の動作電源として、車両1の回路システムに使用することができ、例としては、車両1の始動時、ナビゲーション時、走行時の作業用電力として用いられる。本願の別の実施例では、電池10は車両1の動作電源だけではなく、車両1の駆動電源として、ガソリンや天然ガスの代替又は部分的な代替として車両1に駆動力を提供することが可能である。
異なる電力ニーズに応じて、電池は、複数の電池セルを含んでもよい。複数の電池セル同士は、直列接続または並列接続または直並列接続であってもよい。直並列接続は、直列接続と並列接続を混合することを指す。電池は、電池パックとも呼ばれる。例えば、複数の電池セルを直列接続または並列接続または直並列接続して電池モジュールを形成してから、複数の電池モジュールを直列接続または並列接続または直並列接続して電池を形成してもよい。言い換えれば、複数の電池セルは電池として直接形成することができれば、電池モジュールを形成してから電池として形成することができる。
図2は、本願の実施例に係る電池10の概略図を示している。図2に示すように、電池10は、電気キャビティ11aを含む筐体11と、該電気キャビティ11aに収容され、第1の壁21に圧力解放機構213が設けられた電池セル20と、第1の壁21に取り付けられた支持部材13であって、圧力解放機構213の作動時に、電池セル20の排出物が支持部材13を通過して電気キャビティ11aから排出されるように構成され、補強構造14が設けられた支持部材13とを備える。
補強構造14は、支持部材13の構造強度を高めることができる構造部材を指し、支持部材13に接続して支持部材13に支持力を与え、支持部材13の変形を防止することができる。例えば、補強構造14は、補強リブ、補強プレートなどであってもよく、補強構造14の材料は、支持部材13の材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、補強構造14の材料は、鋼、アルミニウム、雲母、セラミック、複合材料などである。
理解できるように、本願の実施例の圧力解放機構213は、電池セル20の内部の圧力または温度が所定の閾値に達した時に作動して内部の圧力または温度を解放する素子または部品を指す。この閾値の設計は、設計要件によって異なる。該閾値は、電池セル20内の正極シート、負極シート、電解液、およびセパレータのうちの1つまたは複数種の材料によって決定され得る。
本願で言及する「作動」とは、圧力解放機構213が、電池セル20の内部の圧力および温度が解放されるように一定の状態まで作動または活性化されることを意味する。圧力解放機構213の作動には、圧力解放機構213の少なくとも一部が破裂すること、破断すること、引き裂かれること、または開くことなどが含まれるが、これらに限定されない。圧力解放機構213の作動時に、電池セル20内の高温高圧物質は、排出物として作動位置から外部へ排出される。このようにして、圧力または温度が制御可能な状態で、電池セル20の圧力解放および温度解放を可能にし、潜在するより重大な事故の発生を回避することができる。
本願で言及する電池セル20からの排出物には、電解液、溶解または分裂された正極シート・負極シート、セパレータの断片、反応による高温高圧ガス、火炎などが含まれるが、これらに限定されるものではない。
本願の実施例の該圧力解放機構213は、電池セル20の第1の壁21に設けられ、該圧力解放機構213は、第1の壁21の一部であってもよく、第1の壁21と別体式の構造、例えば溶接方式によって第1の壁21に固定されてもよい。例として、圧力解放機構213が第1の壁21の一部である場合、圧力解放機構213は、第1の壁21に刻み目を設ける方式によって形成されてもよく、該刻み目に対応する第1の壁21の厚さは、圧力解放機構213の刻み目以外の他の領域の厚さよりも小さい。刻み目のところは圧力解放機構213の最も脆弱な位置である。電池セル20が生じるガスが多すぎて電池セル20のケース211内部の圧力が上昇して閾値に達した場合、または電池セル20内部の反応が生じる熱量で電池セル20内部の温度が上昇して閾値に達した場合、圧力解放機構213は、刻み目で破断してケース211の内部と外部とを連通させることができ、ガス圧および温度は、圧力解放機構213の破断によって外部へ放出され、電池セル20の爆発を回避する。
また、例えば、圧力解放機構213は、第1の壁21と別体式の構造であってもよく、圧力解放機構213としては、防爆弁、ガス弁、圧力解放弁または安全弁などの形態が挙げられ、具体的には、感圧性や感温性の素子または構造を採用してもよく、つまり、電池セル20の内部の圧力または温度が所定の閾値に達した場合、圧力解放機構213は作動するか、または、圧力解放機構213に設けられた脆弱構造が破壊されることにより、内部の圧力または温度の解放に利用可能な開口または通路を形成する。
理解できるように、図2に示すように、本願の実施例に係る電気キャビティ11aは、電池セル20を収容するために用いられ、つまり、電気キャビティ11aは、電池セル20の取付スペースを提供する。電気キャビティ11aは、密閉または非密閉であってもよい。電気キャビティ11aの形状は、収容される一つまたは複数の電池セル20や母線部材12によって決められる。例えば、図2は、電気キャビティ11aが長方体である場合を例とするが、本願の実施例は、これに限定されない。
本願の実施例は、電池10を提供する。該電池10の筐体11は、電池セル20を収容するための電気キャビティ11aを含み、電池セル20の第1の壁21に圧力解放機構213が設けられ、電池10は、電池セル20の第1の壁21に取り付けられた支持部材13をさらに含み、かつ圧力解放機構213の作動時に、電池セル20の排出物は、支持部材13を通過して電気キャビティ11aから排出され、電池10の熱暴走の拡大を回避し、電池10の安全性を高める。また、支持部材13には補強構造14が設けられ、支持部材13の構造強度を高める。このように、支持部材13は、電池セル20に支持力をよりよく提供することができ、電池10が外部から衝撃を受けた場合、支持部材13は、より衝撃に強い構造強度を有し、筐体11内の電池セル20の振動を回避し、これにより電池10の構造の安定性を保証し、電池10の安全性をさらに向上させる。言い換えれば、本願の技術案は、電池10の熱暴走の拡大を回避するとともに、電池10の構造の安定性を確保し、電池10の安全性を大幅に向上させる。
理解できるように、図2に示すように、本願の実施例に係る電気キャビティ11aは、母線部材12を収容するためにも用いられ、つまり、電気キャビティ11aは、電池セル20と母線部材12との取付スペースを提供する。該母線部材12は、複数の電池セル20間の電気的接続、例えば、並列接続または直列接続または直並列接続を実現するためのものである。母線部材12は、電池セル20の電極端子214との接続によって電池セル20間の電気的接続を実現することができる。一部の実施例では、母線部材12は、電池セル20の電極端子214に溶接によって固定されてもよい。
電池セル20は、それぞれ正極端子と負極端子という2つの電極端子214を含んでもよい。本願の実施例に係る電極端子214は、電池セル20内部の電極アセンブリのタブと電気接続されて電気エネルギーを出力するために用いられる。本願の実施例の2つの電極端子214は、電池セル20の同じ壁に設けられてもよく、異なる壁に設けられてもよい。
選択的には、図2に示すように、本願の実施例の筐体11は、圧力解放機構213の作動時に、支持部材13を通過して排出される電池セル20の排出物を収集するための収集キャビティ11bをさらに含んでもよい。収集キャビティ11bは、排出物を収集するために用いられ、密閉または非密閉であってもよい。一部の実施例では、該収集キャビティ11b内には、空気または他の気体を含んでもよい。選択的には、該収集キャビティ11b内には、例えば冷却媒体などの液体を含んでもよく、あるいは、該液体を収容する部材を設けてもよく、これにより収集キャビティ11bに入る排出物をさらに冷却する。さらに、選択的には、収集キャビティ11b内の気体または液体は循環して流れている。
選択的には、図2に示すように、支持部材13は、電気キャビティ11aと収集キャビティ11bとが共用する壁を含む。支持部材13(またはその一部)は、電気キャビティ11aと収集キャビティ11bとが共用する壁として直接利用してもよい。このように、電気キャビティ11aと収集キャビティ11bとの距離をできるだけ減少し、スペースを節約し、筐体11の空間利用率を向上させることができる。
理解できるように、本願の実施例に係る筐体11は、様々な形態で実現することが可能であり、本願の実施例は、これに対して限定しない。例えば、図2を例にすると、筐体11は、開口を有する筐体本体112、および開口を覆うように嵌合する上蓋111を含んでもよい。支持部材13は、筐体11内に設けられ、支持部材13は、筐体本体112の底壁1121に直接配置されてもよく、底壁1121と間隔を置いて配置されてもよい。支持部材13は、筐体11を二つの部分に分離してもよく、一部は、電気キャビティ11aを構成するために用いられ、他の一部は、収集キャビティ11bを構成するために用いられる。一部の実施例では、支持部材13は、筐体11の底壁1121として直接機能してもよい。
選択的には、本願の実施例では、図2および図3に示すように、支持部材13は、第1の壁21に対向して配置された第1の支持壁131を含み、補強構造14は、第1の支持壁131の第1の壁21から離れた表面に設けられている。
補強構造14は、第1の支持壁131がより大きい支持力を提供して電池セル20を支持するように、第1の支持壁131の表面に設けられる。また、補強構造14を第1の支持壁131の第1の壁21から離れた表面に設けることで、補強構造14が第1の支持壁131と第1の壁21との接続に影響を与えることを回避することができる。
選択的には、本願の実施例では、図2および図3を引き続き参照すると、支持部材13は、第1の支持壁131に接続された2つの側壁132をさらに含み、補強構造14は、2つの側壁132の間に設けられている。
支持部材13の2つの側壁132は、支持部材13全体の抗衝撃力を高めることができ、特に筐体11が側方からの機械的な押圧または衝撃を受ける場合、2つの側壁132は、側方からの押圧や衝撃に抵抗するのに十分な構造強度を提供し、筐体11内の電池セル20の振動を回避し、電池10の安全性を確保することができる。
選択的には、2つの側壁132は、中空構造であってもよく、これにより支持部材13の重量を低減することができるが、中空構造は、側壁132の構造強度を低下させるため、側壁132の内部キャビティに補強リブを設けて側壁132の構造強度を高めてもよい。
選択的には、支持部材13の2つの側壁132は、筐体11に接続されてもよい。例えば、支持部材13が筐体本体112の底壁1121に直接配置される場合、2つの側壁132は、筐体本体112の底壁1121に接続されてもよく、例えば、接着接続、溶接接続、リベット接続などが挙げられる。また、例えば、支持部材13が底壁1121と間隔を置いて配置される場合、2つの側壁132は、筐体本体112の側面の壁に接続されてもよく、例えば、接着接続、溶接接続、リベット接続などが挙げられる。本願は、これに対して限定しない。
選択的には、本願の実施例では、補強構造14は、2つの側壁132に接続され、支持部材13全体の構造強度をさらに向上させる。
理解できるように、本願の実施例に係る補強構造14は、様々な形態で実現することが可能であるが、本願の実施例は、これに対して限定しない。例えば、補強構造14は、第1の支持壁131の電池セルの第1の壁21から離れた表面に接続され、2つの側壁132に接続されることなく、2つの側壁132の間に設けられてもよい。例えば、補強構造14は補強リブであってもよく、2つの側壁132に対して垂直であってもよい。また、例えば、補強構造14は、2つの側壁132に対して垂直でなくてもよい。本願は、これに対して限定しない。
選択的には、図3および図4に示すように、電池10は、第1の方向yに沿って配列された複数の電池セル20を含んでもよく、支持部材13は、第1の方向yに沿って延在しており、支持部材13には、複数の補強構造14が設けられている。
例えば、複数の補強構造14は、第1の方向yに沿って間隔を置いて配置され、補強構造14は、第2の方向x(第1の方向yに垂直)に沿って延在する。また、例えば、複数の補強構造14は、第2の方向xに沿って間隔を置いて配置され、補強構造14は、第1の方向yに沿って延在する。本願は、これに対して限定しない。
選択的には、本願の実施例では、図2および図3に示すように、第1の支持壁131は、2つの側壁132と逆「U」字状構造を形成し、平板構造に比べて、逆「U」字状構造は、支持部材13の構造強度を向上させることができるとともに、第1の支持壁131と第1の壁21との接続を容易にする。
理解できるように、支持部材13が逆「U」字状構造である場合、逆「U」字状構造の開口を封止する封止部材を設けてもよい。このように、支持部材13と封止部材は共同で収集キャビティ11bを形成する。封止部材は、接着接続、溶接接続、リベット接続などの接続方法によって支持部材13に接続されてもよい。本願は、これに対して限定しない。
選択的には、本願の実施例では、図5および図6に示すように、支持部材13は、第1の支持壁131に対向して配置された第2の支持壁133をさらに含み、第1の支持壁131、第2の支持壁133および2つの側壁132は、「口」字状構造を形成する。
支持部材13には、第1の支持壁131に対向する第2の支持壁133が設けられ、「口」字状構造を形成した支持部材13は、構造強度がより高く、構造強度を向上させると同時に、支持部材13の重量をできるだけ低減する。
理解できるように、支持部材13が「口」字状構造である場合、第1の支持壁131、第2の支持壁133および2つの側壁132で囲まれてなるキャビティは、収集キャビティ11bとすることができる。第1の支持壁131、第2の支持壁133および2つの側壁132は、プレス成形、金型加工などの加工手段によって収集キャビティ11bを一体成型することができる。
選択的には、本願の実施例では、図5および図6を引き続き参照すると、補強構造14は、第1の支持壁131および/または第2の支持壁133に接続されており、支持部材13全体の構造強度をさらに向上させる。
選択的には、本願の実施例では、支持部材13と補強構造14は、一体成型され、加工時間を節約し、加工効率を向上させる。一体成型の構造はまた、支持部材13の構造強度をより高める。支持部材13と補強構造14との一体成型構造は、プレス成形、金型加工などの手段によって実現でき、本願は、これに対して限定しない。
理解できるように、支持部材13と補強構造14は、別々に加工して組み立てて成型する方式を採用してもよく、本願は、これに対して限定しない。
選択的には、本願の実施例では、図2および図3に示すように、第1の支持壁131には、圧力解放領域1311が設けられており、圧力解放機構213の作動時に、電池セル20の排出物は、圧力解放領域1311を通過して電気キャビティ11aから排出される。
圧力解放領域1311は、圧力解放機構213に対応して配置され、理解できるように、第1の支持壁131に設けられた各圧力解放領域1311は、1つまたは複数の圧力解放機構213に対応してもよい。例えば、第1の支持壁131には、複数の電池セル20の圧力解放機構213に一対一に対応する複数の圧力解放領域1311が設けられる。また、例えば、第1の支持壁131には、1つまたは複数の圧力解放領域1311が設けられ、各圧力解放領域1311は、複数の圧力解放機構213に対応する。図3を例にすると、第1の支持壁131には、複数の電池セル20の圧力解放機構213に一対一に対応する複数の圧力解放領域1311が設けられている。
電池セル20の排出物は、圧力解放領域1311を通過して電気キャビティ11aから排出されることができ、これにより、排出物が電気キャビティ11aに大量に入り、電池セル20間の短絡または熱拡散を引き起こすことで、電池10の安全性に影響を及ぼすことを回避する。
選択的には、本願の実施例では、図3に示すように、圧力解放領域1311は、補強構造14からずれて設けられている。電池セル20の排出物が圧力解放領域1311を通過して電気キャビティ11aから排出される排出経路が補強構造14によって遮断されることを回避し、電池セル20の排出物が電気キャビティ11aから円滑に排出されることを保証し、熱暴走の拡大を回避し、電池10の安全性を向上させる。
選択的には、本願の実施例では、圧力解放領域1311は、第1の支持壁131の脆弱領域であり、脆弱領域は、圧力解放機構213の作動時に破壊されるために用いられる。具体的には、圧力解放機構213の作動時に、脆弱領域は、電池セル20からの排出物が脆弱領域を通過して電気キャビティ11aから排出されるように破壊されることができる。例えば、脆弱領域を通過して収集キャビティ11bに入ることができる。圧力解放領域1311を脆弱領域として設定することにより、圧力解放機構213が作動していない時、例えば、電池10の通常使用中に、第1の支持壁131を密閉状態にすることにより、圧力解放機構213を効果的に保護し、圧力解放機構213が外力によって破壊されて故障することを防止することができるとともに、電池セル20が熱暴走した場合、排出物が電気キャビティ11aから排出されるようにタイムリーに破壊され、熱暴走の拡大を回避し、電池10の安全性を向上させることもできる。
理解できるように、圧力解放領域1311が脆弱領域である場合、該脆弱領域は、排出物による破壊を容易にする様々な形態を採用してもよく、本願の実施例は、これに対して限定せず、以下は例を挙げて説明する。例えば、圧力解放領域1311は、第1の支持壁131のうち厚さが薄い領域であってもよく、これによって該圧力解放領域の強度を弱くして脆弱領域を形成する。薄肉の脆弱領域を採用する他に、排出物によって容易に溶融されるように、低融点材料を用いて脆弱領域を形成してもよい。つまり、脆弱領域は、第1の支持壁131の残りの部分よりも低い融点を有してもよい。例えば、脆弱領域は、融点が400℃未満の材料を用いる。
理解できるように、圧力解放領域1311が脆弱領域である場合、脆弱領域は、低融点材料と薄肉の両方で設定されてもよく、つまり、上述した2つの実施形態は、別々に実施されてもよく、組み合わせて実施されてもよく、本願の実施例は、これに限定されない。
選択的には、本願の実施例では、第1の支持壁131は、圧力解放機構213に対応する凹部が設けられ、脆弱領域は、凹部の底壁に設けられる。
理解できるように、本願の実施例に係る凹部は、様々な形態で実現することが可能であり、本願の実施例は、これに対して限定しない。例えば、図2および図3に示すように、凹部の開口は、収集キャビティ11bに向いており、凹部の底壁は、電池セル20の第1の壁21に近接しており、脆弱領域は、凹部の底壁に設けられている。また、例えば、図7に示すように、凹部の開口は、圧力解放機構213に向いており、凹部の底壁は、電池セル20の第1の壁21から離れており、脆弱領域は、凹部の底壁に設けられており、凹部の内部は、圧力解放機構213に変形空間を提供することができる。
選択的には、本願の実施例では、圧力解放領域1311は、第1の支持壁131を貫通する第1の貫通孔であり、貫通方向は、第1の支持壁131の厚さ方向である。例えば、図8および図9におけるz方向である。
圧力解放領域1311が第1の貫通孔である場合、一方では加工が容易となり、他方では圧力解放機構213を通して排出される排出物を迅速に放出することができる。
選択的には、図8および図9に示すように、該電池10は、第1の貫通孔を封止するために用いられ、かつ圧力解放機構213の作動時に破壊される封止部材15をさらに含む。
封止部材15は、圧力解放機構213の作動時に破壊されて、電池セル20からの排出物が貫通孔を通して電気キャビティ11aから排出されるために用いられる。封止部材15は、ガスケット、シーラント、封止フィルムなどであってもよく、封止部材15は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ゴム、ポリウレタンなどであってもよい。圧力解放領域1311が第1の貫通孔である場合、該封止部材15の融点を合理的に設定することにより、一方では、電池セル20の通常使用中に、電気キャビティ11aの密閉性を維持し、外部環境の影響を受けないように圧力解放機構213を保護することができる。他方では、電池セル20が熱暴走した場合、該封止部材15はタイムリーに破壊されて第1の貫通孔を露出させることができるため、電池セル20の排出物は、該第1の貫通孔を通して電気キャビティ11aから排出され、熱暴走の拡大を回避し、電池10の安全性を向上させる。
選択的には、本願の実施例に係る封止部材15の位置は、実際の用途に応じて設定することができる。例えば、封止部材15を第1の貫通孔内に設けてもよい。一方では第1の貫通孔を封止し、他方では封止部材15の第1の貫通孔での配置は、筐体11内の他のスペースを占有する必要がなく、筐体11の空間利用率を向上させる。また、例えば、図8に示すように、封止部材15は、第1の支持壁131の第1の壁21に向いた表面に設けられており、および/または、図9に示すように、封止部材15は、加工を容易にするために、第1の支持壁131の第1の壁21から離れた表面に設けられている。また、図8に示すように、封止部材15が第1の支持壁131の第1の壁21に向いた表面に設けられている場合、封止部材15が圧力解放機構213に近接しているため、圧力解放機構213の排出物によって迅速に破壊され、圧力解放機構213の作動に影響を及ぼすことを回避し、かつ排出物をタイムリーに収集キャビティ11bに排出することができる。図9に示すように、封止部材15が第1の支持壁131の第1の壁21から離れた表面に設けられている場合、圧力解放機構213と封止部材15との間の距離は、圧力解放機構213の作動に変形空間を提供することができ、圧力解放機構213の正常な作動に影響を及ぼすことを回避する。
選択的には、本願の実施例では、図10および図11に示すように、電池10は、排気部材16をさらに含み、収集キャビティ11b内の電池セル20の排出物は、排気部材16を通して筐体11から排出され、電池10の熱暴走の拡大を回避する。
具体的には、図11を参照すると、排気部材16は、例えば、排気管であってもよく、排気部材16は、キャビティ163を含み、第1の支持壁131のうち電池セル20の第1の壁21と接触しない領域には、第2の貫通孔134が設けられてもよく、排気部材16の第1の端161は、第1の支持壁131上の第2の貫通孔134に接続されている。筐体本体112には、第3の貫通孔113が設けられており、排気部材16の第2の端162は、筐体本体112上の第3の貫通孔113に接続されている。収集キャビティ11b内の電池セル20の排出物は、まず第2の貫通孔134を通してキャビティ163に入り、第3の貫通孔113に到達した後、さらに第3の貫通孔113を通して筐体11から排出される。選択的には、排気部材16の第1の端161は、第2の貫通孔134に密閉接続され、排気部材16の第2の端162は、第3の貫通孔113に密閉接続される。
選択的には、本願の実施例では、電池10内のスペースを節約するために1つの排気部材16を設けてもよく、電池10内の排出物の排出速度を高めるために複数の排気部材16を設けてもよい。
理解できるように、本願の実施例では、筐体11内に1つの支持部材13を設けてもよく、複数の支持部材13を設けてもよい。例えば、図2~図11に示すように、1つの支持部材13が第1の方向yに沿って配列された複数の電池セル20からなる1列の電池セル群に対応し、電池10が第2の方向xに沿って配列された複数列の電池セル群を含む場合、筐体11内には、複数列の電池セル群に一対一に対応する複数の支持部材13が設けられている。この場合、電池10には、複数の支持部材13に一対一に対応する複数の排気部材16が設けられるか、または、複数の支持部材13の各支持部材13が2つの排気部材16に対応し、2つの排気部材16が1つの支持部材13の第1の方向yにおける両端にそれぞれ近接する必要がある。また、例えば、図12に示すように、筐体11内には、複数列の電池セル群に対応する1つの支持部材13が設けられている。この場合、電池10には、1つの支持部材13に対応する1つの排気部材16が設けられてもよく、または、1つの支持部材13に対応する2つの排気部材16が設けられてもよく、2つの排気部材16は、1つの支持部材13の第1の方向yにおける両端にそれぞれ近接する。
本願の一実施例は、電気設備をさらに提供し、該電気設備は上述した実施例に係る電池10を備えてもよい。選択的には、該電気設備は、車両1、船舶、または宇宙船などであってもよいが、本願の実施例は、これに対して限定しない。
好ましい実施例を参照して本願を説明してきたが、本願の範囲から逸脱しない場合、それに対して様々な改良を加え、かつその中の部品を等価なものと置き換えることができる。特に、構造的な矛盾がない限り、各実施例で言及した各技術的特徴を任意の方法で組み合わせることができる。本願は、本明細書に開示された特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に属する全ての技術案を含む。

Claims (19)

  1. 電気キャビティ(11a)を含む筐体(11)と、
    前記電気キャビティ(11a)に収容され、第1の壁(21)に圧力解放機構(213)が設けられた電池セル(20)と、
    前記第1の壁(21)に取り付けられた支持部材(13)であって、前記圧力解放機構(213)の作動時に、前記電池セル(20)の排出物が前記支持部材(13)を通過して前記電気キャビティ(11a)から排出されるように構成され、補強構造(14)が設けられた支持部材(13)と、を備え
    前記支持部材(13)は、前記第1の壁(21)に対向して配置された第1の支持壁(131)と、前記第1の支持壁(131)に接続された2つの側壁(132)を含み、
    前記補強構造(14)は、前記2つの側壁(132)の間に設けられ、前記2つの側壁(132)に接続されることを特徴とする電池(10)。
  2. 記補強構造(14)は、前記第1の支持壁(131)の前記第1の壁(21)から離れた表面に設けられることを特徴とする請求項1に記載の電池(10)。
  3. 前記第1の支持壁(131)は、前記2つの側壁(132)と逆「U」字状構造を形成することを特徴とする請求項またはに記載の電池(10)。
  4. 前記支持部材(13)は、前記第1の支持壁(131)に対向して配置された第2の支持壁(133)をさらに含み、前記第1の支持壁(131)、前記第2の支持壁(133)および前記2つの側壁(132)は、「ロ」字状構造を形成することを特徴とする請求項またはに記載の電池(10)。
  5. 前記補強構造(14)は、前記第1の支持壁(131)および/または前記第2の支持壁(133)に接続されることを特徴とする請求項に記載の電池(10)。
  6. 前記第1の支持壁(131)には、圧力解放領域(1311)が設けられ、前記圧力解放機構(213)の作動時に、前記電池セル(20)の排出物は、前記圧力解放領域(1311)を通過して前記電気キャビティ(11a)から排出されることを特徴とする請求項1または2に記載の電池(10)。
  7. 前記圧力解放領域(1311)は、前記補強構造(14)からずれて設けられることを特徴とする請求項に記載の電池(10)。
  8. 前記圧力解放領域(1311)は、前記第1の支持壁(131)の脆弱領域であり、前記脆弱領域は、圧力解放機構(213)の作動時に破壊されるために用いられることを特徴とする請求項に記載の電池(10)。
  9. 前記第1の支持壁(131)には、前記圧力解放機構(213)に対応する凹部が設けられ、前記脆弱領域は、前記凹部の底壁に設けられることを特徴とする請求項に記載の電池(10)。
  10. 前記圧力解放領域(1311)は、前記第1の支持壁(131)を貫通する第1の貫通孔であり、貫通方向は、前記第1の支持壁(131)の厚さ方向であることを特徴とする請求項に記載の電池(10)。
  11. 前記電池(10)は、前記第1の貫通孔を封止するために用いられ、かつ前記圧力解放機構(213)の作動時に破壊される封止部材(15)をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の電池(10)。
  12. 前記封止部材は、前記第1の貫通孔内に設けられて前記第1の貫通孔を封止することを特徴とする請求項11に記載の電池(10)。
  13. 前記封止部材(15)は、前記第1の支持壁(131)の前記第1の壁(21)に向いた表面に設けられ、および/または、
    前記封止部材(15)は、前記第1の支持壁(131)の前記第1の壁(21)から離れた表面に設けられることを特徴とする請求項11に記載の電池(10)。
  14. 前記支持部材(13)は、前記補強構造(14)と一体成型されることを特徴とする請求項1または2に記載の電池(10)。
  15. 前記筐体(11)は、前記圧力解放機構(213)の作動時に前記支持部材(13)を通過して排出される前記電池セル(20)の排出物を収集するための収集キャビティ(11b)をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の電池(10)。
  16. 前記電池(10)は、排気部材(16)をさらに含み、前記収集キャビティ(11b)内の前記電池セル(20)の排出物は、前記排気部材(16)を通して前記筐体(11)から排出されることを特徴とする請求項15に記載の電池(10)。
  17. 前記支持部材(13)には、第2の貫通孔が設けられ、前記筐体(11)には、第3の貫通孔が設けられ、前記排気部材(16)の第1の端は、前記第2の貫通孔に接続され、前記排気部材(16)の第2の端は、前記第3の貫通孔に接続されることを特徴とする請求項16に記載の電池(10)。
  18. 前記排気部材(16)は、前記収集キャビティ(11b)に連通するキャビティ(163)を含み、前記収集キャビティ(11b)内の前記電池セル(20)の排出物は、前記キャビティ(163)を通して前記筐体(11)から排出されることを特徴とする請求項16に記載の電池(10)。
  19. 電気エネルギーを供給するための請求項1または2に記載の電池(10)を備えることを特徴とする電気設備。
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