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JP7326502B2 - 電池、電力消費装置、電池製造方法及び装置 - Google Patents

電池、電力消費装置、電池製造方法及び装置 Download PDF

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Description

本願の実施例は電池分野に関し、具体的には、電池、電力消費装置、電池製造方法及び装置に関する。
省エネルギーと排出削減は自動車産業の持続可能な発展の鍵である。この場合、電気自動車はその省エネルギーや環境にやさしい利点により、自動車産業の持続可能な発展の重要な部分になっている。電気自動車にとっては、電池の技術はその発展に関連する重要な要素である。
電池技術の発展には、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。従って、どのように電池の安全性を向上させるかは、電池技術における、早急に解決しなければならない課題である。
本願の実施例は電池、電力消費装置、電池製造方法及び装置を提供し、電池の安全性を向上させることができる。
第１態様によれば、電池を提供し、圧力解放機構を含む電池セルであって、前記圧力解放機構は前記電池セルの第１壁に設置され、且つ前記圧力解放機構は前記電池セルの内部の圧力又は温度が閾値に達した場合に作動して前記内部の圧力を解放することに用いられる、電池セルと、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含み、前記熱管理部材の第１表面は前記第１壁に取り付けられ、前記熱管理部材は前記圧力解放機構が作動する場合に破壊されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されるように構成される。
本願の実施例では、熱管理部材の第１表面は圧力解放機構が設置された第１壁に取り付けられ、このように、圧力解放機構が作動する場合に、電池セルの排出物は熱管理部材へ排出され、同時に、熱管理部材は圧力解放機構が作動する場合に破壊されて、それにより流体は熱管理部材の内部から排出されるように構成される。このように、流体は電池セルの熱を吸収して、排出物の温度を下げることができる。流体が冷却されるため、電池セルの排出物の温度を迅速に下げることができ、それにより単一の電池セルの異常に起因する危険性をタイムリーに抑制でき、電池の爆発の可能性を低減させ、それにより電池の安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、前記熱管理部材は前記圧力解放機構が作動する場合に前記電池セルの内部から排出された排出物に破壊されて、それにより前記排出物は前記熱管理部材を通過するように構成される。
圧力解放機構によって作動する場合に、電池セルの内部から排出された排出物は熱管理部材を通過して電池セルから迅速に離れ、さらに排出物の危険性を低減させる。
いくつかの実施例では、前記熱管理部材に凹溝が設置され、前記凹溝の側面は前記電池セルの内部から排出された排出物に破壊されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されるように構成される。
いくつかの実施例では、前記凹溝の底壁は前記圧力解放機構が作動する場合に前記排出物に破壊されて、それにより前記排出物は前記熱管理部材を通過するように構成される。
いくつかの実施例では、前記凹溝の側面は前記排出物に破壊され及び／又は溶融されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されるように構成される。
いくつかの実施例では、前記凹溝の底壁は前記排出物に破壊され及び／又は溶融されて、それにより前記排出物は前記熱管理部材を通過するように構成される。
前記凹溝を採用すると、圧力解放機構が作動する場合に、電池セルの排出物は前記凹溝に流れ込み、前記凹溝の底壁は薄いため、前記排出物は前記凹溝の底壁を破壊して前記収集キャビティに入る。また、前記凹溝内に流れ込んだ排出物はさらに前記凹溝の側面を同時に溶融して、流体は前記熱管理部材の内部から排出され、それにより高熱の排出物の温度を下げる。
いくつかの実施例では、前記凹溝の半径方向寸法は前記圧力解放機構から離れる方向に沿って徐々に小さくなる。このようにして、排出物との接触面積を増大させることができ、さらに前記排出物に破壊されやすくなる。
いくつかの実施例では、前記凹溝の底壁に脆弱領域が設置され、前記脆弱領域は前記圧力解放機構が作動する場合に前記排出物に破壊されて、それにより前記排出物は前記脆弱領域を通過するように構成される。
脆弱領域を設置することで、排出物は熱管理部材を通過することに利便性をもたらす。
いくつかの実施例では、前記脆弱領域の厚さが３ｍｍ以下である。
いくつかの実施例では、前記脆弱領域は前記熱管理部材の他の部分より低い融点を有する。
いくつかの実施例では、前記脆弱領域が採用する材料の融点は４００℃より低い。
いくつかの実施例では、前記凹溝は前記第１表面に設置される。
いくつかの実施例では、前記熱管理部材は第１熱伝導板及び第２熱伝導板を含み、前記第１熱伝導板は前記第１壁と前記第２熱伝導板との間に位置し且つ前記第１壁に取り付けられ、前記第１熱伝導板の第１領域は前記第２熱伝導板へ凹んで前記凹溝を形成し、前記第１領域は前記第２熱伝導板に接続される。
いくつかの実施例では、前記第１領域に第１貫通孔が設置され、前記第１貫通孔の半径方向寸法は前記凹溝の半径方向寸法より小さい。
いくつかの実施例では、前記第１貫通孔に対応する前記第２熱伝導板の厚さが他の領域の前記第２熱伝導板の厚さより薄い。このように、前記脆弱領域は前記排出物に破壊されやすい。
いくつかの実施例では、前記凹溝は前記圧力解放機構が作動する場合に開かれることができる回避キャビティとして構成される。
回避キャビティは前記圧力解放機構に変形空間を提供して、それにより前記圧力解放機構は前記熱管理部材へ変形して割れる。
いくつかの実施例では、前記凹溝の深さは前記圧力解放機構の寸法に関連する。
いくつかの実施例では、前記凹溝の深さが１ｍｍより大きい。
いくつかの実施例では、前記凹溝の開口の面積は前記圧力解放機構の面積に関連する。
いくつかの実施例では、前記凹溝の開口の面積と前記圧力解放機構の面積との比の値の範囲は０．５－２である。
いくつかの実施例では、前記圧力解放機構の少なくとも一部は前記第１壁から突出し、前記回避キャビティは前記圧力解放機構の前記少なくとも一部を収容することに用いられる。
いくつかの実施例では、前記第１壁の前記圧力解放機構の周りに位置する部分は外部へ突出し、前記回避キャビティは前記第１壁の前記圧力解放機構の周りに位置する突出部分を収容することに用いられる。
このように、電池セルの第１壁は前記熱管理部材の表面に密接に貼り付けられ、電池セルを容易に固定するだけでなく、さらに空間を節約し、熱管理効率を向上させることができ、また、圧力解放機構が作動する場合に、電池セルの排出物は回避キャビティへ排出されて電池セルから離れることができ、その危険性を低減させ、それにより電池の安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、前記熱管理部材に第２貫通孔が設置され、前記第２貫通孔は、前記圧力解放機構が作動する場合に前記電池セルの内部から排出された排出物が前記第２貫通孔を介して前記熱管理部材を通過するように構成される。
いくつかの実施例では、前記第２貫通孔の孔壁は前記排出物に破壊されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されるように構成される。
いくつかの実施例では、前記第２貫通孔の孔壁は前記排出物に破壊され及び／又は溶融されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されるように構成される。
圧力解放機構が作動する場合に、電池セルの排出物は前記第２貫通孔に流れ込み、前記排出物は高圧高熱排出物であるため、前記排出物は前記第２貫通孔を通過する場合に前記第２貫通孔の孔壁を溶融して、それにより流体は前記熱管理部材の内部から排出されて、排出物の温度を下げる。
いくつかの実施例では、前記第２貫通孔の半径方向寸法は前記圧力解放機構から離れる方向に沿って徐々に小さくなる。このようにして、排出物との接触面積を増大させることができ、さらに前記排出物に破壊されやすくなる。
いくつかの実施例では、前記第２貫通孔の開口の面積は前記圧力解放機構の面積に関連する。
いくつかの実施例では、前記第２貫通孔の開口の面積と前記圧力解放機構の面積との比の値の範囲は０．５－２である。
いくつかの実施例では、前記圧力解放機構の少なくとも一部は前記第１壁から突出し、前記第２貫通孔は前記圧力解放機構の前記少なくとも一部を収容することに用いられる。
このように、電池セルの第１壁は前記熱管理部材の表面に密接に貼り付けられ、電池セルを容易に固定できるだけでなく、さらに空間を節約し、熱管理効率を向上させることができ、また、圧力解放機構が作動する場合に、電池セルの排出物は第２貫通孔へ排出されて電池セルから離れることができ、その危険性を低減させ、それにより電池の安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、前記第１壁の前記圧力解放機構の周りに位置する部分は外部へ突出し、前記第２貫通孔は前記第１壁の前記圧力解放機構の周りに位置する突出部分を収容することに用いられる。
いくつかの実施例では、前記圧力解放機構に破壊装置が設置され、前記破壊装置は前記圧力解放機構が作動する場合に前記熱管理部材を破壊して、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されることに用いられる。
いくつかの実施例では、前記破壊装置はスパイクである。
いくつかの実施例では、前記電池はさらに、複数の前記電池セルを収容することに用いられる電気キャビティと、前記圧力解放機構が作動する場合に前記電池セルの内部から排出された排出物及び前記熱管理部材の排出物を収集することに用いられる収集キャビティとを含み、前記熱管理部材は前記電気キャビティと前記収集キャビティを分離することに用いられる。
熱管理部材を利用して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を分離し、圧力解放機構が作動する場合に、電池セルの排出物は収集キャビティに入るが、電気キャビティに入らず又は電気キャビティに少し入り、それにより電気キャビティにおける電気的な接続に影響を与えず、従って電池の安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、前記熱管理部材は前記電気キャビティ及び前記収集キャビティにより共用される壁を有する。
前記熱管理部材は前記電気キャビティ及び前記収集キャビティにより共用される壁であるため、排出物と電気キャビティとをできるだけ分離することができ、それにより排出物の危険性を低減させ、電池の安全性を向上させる。
いくつかの実施例では、前記電池は保護部材をさらに含み、前記保護部材は前記熱管理部材を保護することに用いられ、前記保護部材と前記熱管理部材は前記収集キャビティを形成する。
前記保護部材と前記熱管理部材で形成される前記収集キャビティは、前記排出物を効果的に収集して緩衝し、その危険性を低減させることができる。
いくつかの実施例では、前記電気キャビティは前記熱管理部材を介して前記収集キャビティから分離される。
前記収集キャビティは前記電気キャビティと連通せず、前記収集キャビティ内の液体又はガス等は前記電気キャビティに入ることができず、それにより前記電気キャビティをより効果的に保護することができる。
いくつかの実施例では、前記熱管理部材は、前記圧力解放機構が作動する場合に、前記電池セルの内部から排出された排出物が前記熱管理部材を通過して前記収集キャビティに入ることができるように構成される。
いくつかの実施例では、前記電池セルの第２壁に電極端子が設置され、前記第２壁は前記第１壁と異なる。
圧力解放機構及び電極端子を電池セルの異なる壁に設置することにより、圧力解放機構が作動する場合に、電池セルの排出物は電極端子からより遠く離れることができ、それにより排出物による電極端子及びバス部材への影響を減少させ、従って電池の安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、前記第２壁と前記第１壁とは対向して設置される。
いくつかの実施例では、前記圧力解放機構は温度感受性の圧力解放機構であり、前記温度感受性の圧力解放機構は前記電池セルの内部の温度が閾値に達した場合に溶融できるように構成され、及び／又は、前記圧力解放機構は感圧圧力解放機構であり、前記感圧圧力解放機構は前記電池セルの内部の気圧が閾値に達した場合に破裂できるように構成される。
第２態様によれば、第１態様の電池を含む電力消費装置を提供する。
いくつかの実施例では、前記電力消費装置は車両、船又は宇宙船である。
第３態様によれば、電池製造方法を提供し、電池セルを提供するステップであって、前記電池セルは圧力解放機構を含み、前記圧力解放機構は前記電池セルの第１壁に設置され、且つ前記圧力解放機構は前記電池セルの内部の圧力又は温度が閾値に達した場合に作動して前記内部の圧力を解放することに用いられる、ステップと、流体を収容することに用いられる熱管理部材を提供するステップと、前記熱管理部材の第１表面を前記第１壁に取り付けるステップとを含み、前記熱管理部材は前記圧力解放機構が作動する場合に破壊されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出される。
いくつかの実施例では、前記熱管理部材は前記圧力解放機構が作動する場合に前記電池セルの内部から排出された排出物に破壊されて、それにより前記排出物は前記熱管理部材を通過する。
いくつかの実施例では、前記熱管理部材に凹溝が設置され、前記凹溝の底壁は前記圧力解放機構が作動する場合に前記電池セルの内部から排出された排出物に破壊されて、それにより前記排出物は前記熱管理部材を通過し、前記凹溝の側面は前記排出物に破壊されて、前記流体は前記熱管理部材の内部から排出される。
いくつかの実施例では、前記凹溝の底壁に脆弱領域が設置され、前記脆弱領域は前記圧力解放機構が作動する場合に前記排出物に破壊されて、それにより前記排出物は前記脆弱領域を通過するように構成される。
いくつかの実施例では、前記熱管理部材に第２貫通孔が設置され、前記圧力解放機構が作動する場合に前記電池セルの内部から排出された排出物は前記第２貫通孔を通って前記熱管理部材を通過することができ、前記第２貫通孔の孔壁は前記排出物に破壊されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出される。
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含む電池製造装置を提供する。
ここで説明される図面は本願をさらに理解することに用いられ、本願の一部を構成し、本願の例示的な実施例及びその説明は、本願を解釈するものに過ぎず、本願に対する不適切な限定を構成するものではない。
本願の一実施例に係る車両の模式図である。 本願の一実施例に係る電池の構造模式図である。 本願の一実施例に係る電池モジュールの構造模式図である。 本願の一実施例に係る電池セルの分解図である。 本願の他の実施例に係る電池セルの分解図である。 本願のいくつかの実施例に係る電池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構造模式図である。 本願の一実施例に係る電池の概略平面図である。 図８ａに示される電池のＡ－Ａに沿う概略断面図である。 図８ｂに示される電池のＢ部分の拡大図である。 本願の一実施例に係る熱管理部材の概略斜視図である。 図９ａの前記熱管理部材のＡ－Ａに沿う概略断面図である。 本願の一実施例に係る熱管理部材の分解図である。 本願のいくつかの実施例に係る電池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構造模式図である。 本願の一実施例に係る電池の分解図である。 本願の一実施例に係る電池製造方法の例示的なフローチャートである。 本願の一実施例に係る電池製造装置の例示的なブロック図である。
本願の実施例の目的、技術案及び利点をより明確に説明するために、以下、本願の実施例の図面を参照しながら本願の実施例の技術案を明確に説明し、明らかなように、説明される実施例は本願の一部の実施例であり、すべての実施例ではない。本願の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働を必要とせずに取得するすべての他の実施例は、いずれも本願の保護する範囲に属する。
特に定義されていない限り、本願に用いられるすべての技術用語及び科学用語は、当業者が一般的に理解する意味と同じである。本願では、出願の明細書に用いられる用語は具体的な実施例の目的を説明するものに過ぎず、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、特許請求の範囲及び上記図面の簡単な説明に用いられる用語「含む」、「有する」及びそれらのいずれかの変形は、非排他的な包含を含むことを意図する。本願の明細書及び特許請求の範囲又は上記図面に用いられる用語「第１」、「第２」等は、特定の順序又は主副関係を説明するためのものではなく、異なる対象を区別するために使用される。
本願に言及される「実施例」は、実施例を参照しながら説明される特定の特徴、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。明細書の各位置で現れる該句は、必ずしも同じ実施例を指すわけではなく、さらに他の実施例と相互に排他的で独立した実施例又は代替の実施例でもない。当業者は本願に説明される実施例が他の実施例と組み合わせてもよいことを明示的及び暗黙的に理解できる。
なお、本願の説明では、特に明確に規定及び限定されていない限り、用語「装着」、「連結」、「接続」、「取り付け」は広い意味で理解されるべきであり、例えば、固定接続、取り外し可能な接続、又は一体的接続であってもよく、直接接続、中間媒体を介した間接的接続、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。
本願の用語「及び／又は」は、単に関連対象の関連関係を説明するものであり、３種の関係が存在することを示し、例えば、Ａ及び／又はＢの場合、Ａが単独で存在し、Ａ及びＢが同時に存在し、Ｂが単独で存在するという３種の状況を示す。また、本願の記号「／」は一般的には、前後の関連対象が「又は」という関係であることを示す。
本願に現れる「複数」は、２つ以上（２つを含む）を指し、同様に、「複数のセット」は２つのセット以上（２つのセットを含む）を指し、「複数枚」は２枚以上（２枚を含む）を指す。
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、本願の実施例はそれを限定しない。電池セルは円柱体、偏平体、直方体又は他の形状等であってもよく、本願の実施例はそれを限定しない。電池セルは一般的にはカプセル化の方法で、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に分けられ、本願の実施例はそれを限定しない。
本願の実施例に言及される電池は、１つ又は複数の電池セルを含んでより高い電圧と容量を提供する単一の物理モジュールを指す。例えば、本願に言及される電池は電池モジュール又は電池パック等を含んでもよい。電池は一般的には１つ又は複数の電池セルをカプセル化することに用いられるボックスを含む。ボックスは、液体又は他の異物が電池セルの充電又は放電に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含み、電極アセンブリは正極板、負極板及びセパレータで構成される。電池セルは主に金属イオンが正極板と負極板との間に移動することで動作する。正極板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コーティングされ、正極活物質層がコーティングされていない集電体は、正極活物質層がコーティングされた集電体から突出し、正極活物質層がコーティングされていない集電体は正極タブとする。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コーティングされ、負極活物質層がコーティングされていない集電体は、負極活物質層がコーティングされた集電体から突出し、負極活物質層がコーティングされていない集電体は負極タブとする。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。大電流を流すが溶解して切断しないことを確保するために、正極タブの数は複数であり且つ共に積層され、負極タブの数は複数であり且つ共に積層される。セパレータの材質はＰＰ又はＰＥ等であってもよい。また、電極アセンブリは巻き取り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を限定しない。電池の技術の発展はさまざまな設計要素、例えばエネルギー密度、サイクル寿命、放電容量、充放電率等の性能パラメータを同時に考慮する必要が有り、さらに、電池の安全性を考慮する必要がある。
電池セルにとって、主な安全上の問題は充電及び放電過程に起因すると同時に、適切な環境温度の設計もあり、不要な損失を効果的に回避するために、電池セルに対して、一般的には少なくとも３つの保護対策を行う。具体的には、保護対策は少なくともスイッチ素子、適切なセパレータ材料の選択及び圧力解放機構を含む。スイッチ素子は電池セル内の温度又は抵抗が所定の閾値に達した場合に電池の充電又は放電を停止させることができる素子を指す。セパレータは正極板と負極板を分離することに用いられ、温度が所定の値に上昇すると、セパレータに付着されたマイクロスケール（延いてはナノスケール）の微孔を自動に溶解することができ、それにより金属イオンはセパレータを通過できず、電池セルの内部の反応を停止する。
圧力解放機構は電池セルの内部の圧力又は温度が所定の閾値に達した場合に作動して内部の圧力又は温度を解放する素子又は部材を指す。該閾値の設計は設計ニーズの異なりによって異なる。前記閾値は電池セルの正極板、負極板、電解液及びセパレータのうちの一種又は複数種の材料に決められてもよい。圧力解放機構は例えば防爆弁、空気弁、リリーフ弁又は安全弁等の形態を採用してもよく、且つ感圧又は温度感受性の素子又は構造を具体的に採用してもよく、即ち、電池セルの内部の圧力又は温度が所定の閾値に達した場合に、圧力解放機構は動作し又は圧力解放機構に設けられた脆弱構造が破壊され、それにより内部の圧力又は温度を解放することに用いられる開口又はチャンネルが形成される。
本願で言及された「作動」は、圧力解放機構は動作し又は所定の状態にアクティブ化され、それにより電池セルの内部の圧力及び温度は解放されることを指す。圧力解放機構が生じた動作は、圧力解放機構の少なくとも一部が割れ、破砕し、裂けられ又は開かれる等を含むがそれらに限定されない。圧力解放機構が作動する場合に、電池セルの内部の高温高圧物質は排出物として作動部位から外部へ排出される。このような方式を使用すると、圧力又は温度が制御可能な状況において電池セルの圧力を解放することができ、それにより潜在的でより深刻な事故の発生を回避することができる。
本願で言及された電池セルからの排出物は、電解液、溶解され又は分けられた正極板と負極板、セパレータの破片、反応による高温高圧ガス、炎等を含むがそれらに限定されない。
電池セルの圧力解放機構は電池の安全性に深刻な影響を与える。例えば、短絡、過充電等の現象が発生すると、電池セルの内部に熱暴走が発生して圧力又は温度が突然上昇することを引き起こす可能性がある。この状況において、圧力解放機構を作動させることで内部の圧力及び温度を外部へ解放することができ、それにより電池セルの爆発、発火を防止する。
従来の圧力解放機構の設計案において、主に電池セルの内部の高圧と高熱を解放し、即ち、前記排出物を電池セルの外部へ排出することに注目されている。しかしながら、電池の出力電圧又は電流を確保するために、常に複数の電池セルを必要とし且つ複数の電池セルの間がバス部材によって電気的に接続される。電池セルの内部から排出された排出物は、残りの電池セルの短絡現象の発生を引き起こす恐れがあり、例えば、排出された金属くずが２つのバス部材に電気的に接続されると、電池の短絡が発生することを引き起こし、従って安全上の問題が存在する。そして、高温高圧の排出物は電池セルの圧力解放機構を設置する方向へ排出され、より具体的に圧力解放機構が作動する領域に向かう方向に沿って排出され、このようにして、排出物の威力や破壊力は非常に大きくなる恐れがあり、延いては該方向における１つ又は複数の構造を破るのに十分であり、さらなる安全問題を引き起こす可能性もある。
これに鑑みて、本願の実施例は技術案を提供し、電池セルの、圧力解放機構が設置された壁を熱管理部材に取り付け、圧力解放機構で作動する場合に熱管理部材を破壊し、それにより熱管理部材の内部の流体を排出させることで、排出物を冷却することができ、排出物の危険性を低減させ、従って電池の安全性を向上させることができる。
熱管理部材は流体を収容して複数の電池セルの温度を調節することに用いられる。ここでの流体は液体又はガスであってもよく、温度調節は複数の電池セルを加熱し又は冷却することである。電池セルを冷却し又は温度を下げる場合、該熱管理部材は冷却流体を収容して複数の電池セルの温度を下げることに用いられ、この場合、熱管理部材は冷却部材、冷却システム又は冷却板等とも呼称され、それに収容された流体は冷却媒体又は冷却流体と呼称されてもよく、より具体的には、クーラント又は冷却ガスと呼称されてもよい。また、熱管理部材は加熱して複数の電池セルの温度を高めることに用いられてもよく、本願の実施例はそれを限定しない。選択可能に、前記流体は循環して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効果を実現する。選択可能に、流体は水、水とエチレングリコールの混合流体又はエア等であってもよい。
本願で言及された電気キャビティは複数の電池セル及びバス部材を収容することに用いられる。電気キャビティは封止されてもよく又は封止されなくてもよい。電気キャビティは電池セル及びバス部材の装着空間を提供する。いくつかの実施例では、電気キャビティにはさらに電池セルを固定することに用いられる構造が設置されてもよい。電気キャビティの形状は収容される複数の電池セル及びバス部材に決められてもよい。いくつかの実施例では、電気キャビティは四角形であり、６つの壁を有する。電気キャビティ内の電池セルは電気的な接続によって高い出力電圧を形成するため、電気キャビティは「高電圧キャビティ」とも呼称される。
本願で言及されたバス部材は複数の電池セルの間の電気的な接続、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。バス部材は電池セルの電極端子を接続することで電池セルの間の電気的な接続を実現することができる。いくつかの実施例では、バス部材は溶接によって電池セルの電極端子に固定される。「高電圧キャビティ」に対応して、バス部材で形成される電気的な接続は「高電圧接続」と呼称される。
本願で言及された収集キャビティは排出物を収集することに用いられ、封止されてもよく又は封止されなくてもよい。いくつかの実施例では、前記収集キャビティ内に空気、又は他のガスが含まれてもよい。収集キャビティに電圧出力に接続される電気的な接続がなく、「高電圧キャビティ」に対応して、収集キャビティは「低電圧キャビティ」とも呼称される。選択可能に、又は付加的に、前記収集キャビティ内に、冷却媒体等の液体が含まれてもよく、又は、該液体を収容する部材が設置されてもよく、それにより収集キャビティに入る排出物の温度をさらに下げる。また、選択可能に、収集キャビティ内のガス又は液体は循環して流れるものである。
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さまざまな装置に適用でき、例えば、携帯電話、ポータブルデバイス、ノートパソコン、電動自転車、電気玩具、電動工具、電気自動車、船及び宇宙船等であり、例えば、宇宙船は飛行機、ロケット、スペースシャトル及び宇宙機等を含む。
理解されるように、本願の実施例で説明される技術案は上記説明した機器に適用できるだけでなく、さらに電池を使用するすべての機器に適用できるが、簡潔に説明するために、以下の実施例はいずれも電気自動車を例として説明する。
例えば、図１に示されるように、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、ガス燃料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車両等であってもよい。車両１の内部にモータ４０、コントローラ３０及び電池１０が設置されてもよく、コントローラ３０は電池１０を制御してモータ４０に給電させることに用いられる。例えば、車両１の底部又は車の先端部分又は車の後端部分に電池１０が設置されてもよい。電池１０は車両１に給電することに用いられ、例えば、電池１０は車両１の操作電源とすることができ、車両１の回路システムに適用でき、例えば、車両１の始動、ナビゲーション及び運転時の動作の電力需要を満たすことに用いられる。本願の他の実施例では、電池１０は車両１の操作電源とすることができるだけでなく、さらに車両１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１に駆動動力を提供することができる。
異なる電力需要を満たすために、電池は複数の電池セルを含んでもよく、複数の電池セルの間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、直並列接続は直列接続と並列接続の組み合わせである。電池は電池パックとも呼称される。選択可能に、先ず複数の電池セルは直列接続され又は並列接続され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され又は並列接続され又は直並列接続されて電池を構成してもよい。即ち、複数の電池セルは電池を直接構成してもよく、又は電池モジュールを構成してから、電池モジュールで電池を構成してもよい。
例えば、図２は、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を含んでもよい。電池１０はボックス（又はカバーと呼ばれる）を含んでもよく、ボックスの内部は中空構造であり、複数の電池セル２０はボックス内に収容される。図２に示されるように、ボックスは２つの部分を含んでもよく、それぞれ第１部分１１１と第２部分１１２と呼称され、第１部分１１１と第２部分１１２は締め付けられる。第１部分１１１と第２部分１１２の形状は複数の電池セル２０を組み合わせた形状に基づいて決定され、第１部分１１１と第２部分１１２はいずれも１つの開口を有してもよい。例えば、第１部分１１１と第２部分１１２はいずれも中空の直方体であってもよく且つそれぞれは１つのみの面が開口面であり、第１部分１１１の開口と第２部分１１２の開口とは対向して設置され、且つ第１部分１１１と第２部分１１２は互いに締め付けられて封止チャンバを有するボックスを形成する。複数の電池セル２０は互いに並列接続され又は直列接続され又は直並列接続されて組み合わせた後に、第１部分１１１と第２部分１１２が締め付けられた後に形成されるボックス内に置かれる。
選択可能に、電池１０はさらに他の構造を含んでもよく、ここで詳細な説明を省略する。例えば、該電池１０はさらにバス部材を含んでもよく、バス部材は複数の電池セル２０の間の電気的な接続、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って電池セル２０の電気的な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の電極端子に固定されることができる。複数の電池セル２０の電気エネルギーはさらに電気伝導機構によってボックスを通過して導出されることができる。選択可能に、電気伝導機構はバス部材に属してもよい。
異なる電力需要に応じて、電池セル２０の数を任意の値として設定してもよい。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、装着しやすくするために、電池セル２０をグループ化して設置してもよく、各グループの電池セル２０は電池モジュールを構成する。電池モジュールに含まれる電池セル２０の数が限定されず、需要に応じて設定してもよい。例えば、図３は電池モジュールの一例である。電池は複数の電池モジュールを含んでもよく、こ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されてもよい。
図４は、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を含む。図４に示される座標系は図３の座標系と同じである。ハウジング２１１及びカバープレート２１２はシェル又は電池ケース２１を形成する。ハウジング２１１の壁及びカバープレート２１２はいずれも電池セル２０の壁と呼称される。ハウジング２１１は１つ又は複数の電極アセンブリ２２を組み合わせた後の形状に基づいて決定され、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のうちの１つの面に開口があり、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内に置くことができる。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のうちの１つの平面は開口面であり、即ち、該平面に壁がないため、ハウジング２１１の内部と外部が連通する。ハウジング２１１は中空の円柱体であってもよい場合に、ハウジング２１１の端面は開口面であり、即ち、該端面に壁がないため、ハウジング２１１の内部と外部が連通する。カバープレート２１２は開口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を置くことに用いられる封止キャビティが形成される。ハウジング２１１内に、電解液のような電解質が充填される。
該電池セル２０はさらに２つの電極端子２１４を含んでもよく、２つの電極端子２１４はカバープレート２１２に設置されてもよい。カバープレート２１２は一般的に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と負極端子２１４ｂである。各電極端子２１４にそれぞれ１つの接続部材２３が対応して設置され、又は集電部材２３と呼称され、それはカバープレート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及び電極端子２１４の電気的な接続を実現することに用いられる。
図４に示されるように、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は極性が逆である。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は他の接続部材２３を介して他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は他の接続部材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は単一、又は複数として設置されてもよく、図４に示されるように、電池セル２０内に４つの独立した電極アセンブリ２２が設置される。
図５は、本願の他の実施例に係る圧力解放機構２１３を含む電池セル２０の構造模式図である。
図５のハウジング２１１、カバープレート２１２、電極アセンブリ２２及び接続部材２３は、図４のハウジング２１１、カバープレート２１２、電極アセンブリ２２及び接続部材２３と一致し、簡潔にするために、ここで詳細な説明を省略する。
電池セル２０の１つの壁、図５に示される第１壁２１ａにはさらに、圧力解放機構２１３が設置されてもよい。容易に説明するために、図５において、第１壁２１ａとハウジング２１１とを分離するが、ハウジング２１１の底側に開口があることを限定しない。圧力解放機構２１３は電池セル２０の内部の圧力又は温度が閾値に達した場合に作動して内部の圧力又は温度を解放することに用いられる。
該圧力解放機構２１３は第１壁２１ａの一部であってもよく、第１壁２１ａと分割式構造になって、例えば溶接方法で第１壁２１ａに固定されてもよい。圧力解放機構２１３は第１壁２１ａの一部である場合に、例えば、圧力解放機構２１３は第１壁２１ａにノッチを設置する方法で形成されてもよく、該ノッチに対応する第１壁２１ａの厚さが圧力解放機構２１３のノッチ以外の他の領域の厚さより薄い。ノッチ箇所は圧力解放機構２１３の最も薄い位置である。電池セル２０が生じたガスは多すぎるとハウジング２１１の内部の圧力が高くなり且つ閾値に達し又は電池セル２０の内部が反応して熱量が発生して、それにより電池セル２０の内部の温度が高くなり且つ閾値に達した場合に、圧力解放機構２１３はノッチ箇所で割れてハウジング２１１の内部と外部が連通し、ガスの圧力と温度は圧力解放機構２１３の割れで外部へ解放され、さらに電池セル２０の爆発が回避される。
選択可能に、本願の一実施例では、図５に示されるように、圧力解放機構２１３が電池セル２０の第１壁２１ａに設置される場合において、電池セル２０の第２壁には電極端子２１４が設置され、第２壁は第１壁２１ａと異なる。
選択可能に、第２壁と第１壁２１ａとは対向して設置される。例えば、第１壁２１ａは電池セル２０の底壁であってもよく、第２壁は電池セル２０の頂壁、即ちカバープレート２１２であってもよい。
選択可能に、図５に示されるように、該電池セル２０はさらにパッド２４を含んでもよく、該パッド２４は電極アセンブリ２２とハウジング２１１の底壁との間に位置し、電極アセンブリ２２を支持する役割を果たすことができ、さらに電極アセンブリ２２はハウジング２１１の底壁の周りのフィレットと干渉することを効果的に防止することができる。また、該パッド２４には１つ又は複数の貫通孔が設置されてもよく、例えば、均一に並ぶ複数の貫通孔を設置してもよく、又は、圧力解放機構２１３がハウジング２１１の底壁に設置される場合に、該圧力解放機構２１３に対応する位置に貫通孔を設置してもよく、それにより流体とガスを容易に導出して、具体的には、このようにして、パッド２４の上表面と下表面の空間が連通し、電池セル２０の内部が生じたガス及び電解液はいずれもパッド２４を自由に通過することができる。
圧力解放機構２１３及び電極端子２１４を電池セル２０の異なる壁に設置することにより、圧力解放機構２１３が作動する場合に、電池セル２０の排出物は電極端子２１４からより遠く離れることができ、それにより排出物による電極端子２１４及びバス部材への影響を減少させ、従って電池の安全性を向上させることができる。
さらに、電極端子２１４が電池セル２０のカバープレート２１２に設置される場合に、圧力解放機構２１３を電池セル２０の底壁に設置することにより、圧力解放機構２１３が作動する場合に、電池セル２０の排出物は電池１０の底部へ排出される。このように、一方では、電池１０の底部の熱管理部材等で排出物の危険性を低減させることができ、他方では、電池１０の底部は一般的に使用者から離れるため、使用者への損傷を低減させることができる。
圧力解放機構２１３はさまざまな可能な圧力解放構造であってもよく、本願の実施例はそれを限定しない。例えば、圧力解放機構２１３は温度感受性の圧力解放機構であってもよく、温度感受性の圧力解放機構は、圧力解放機構２１３が設けられた電池セル２０の内部の温度が閾値に達し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の内部の気圧が閾値に達した場合に破裂できるように構成される。
図６は本願の一実施例の電池１０の模式図である。図６に示されるように、電池１０は電池セル２０及び熱管理部材１３を含んでもよい。
電池セル２０は圧力解放機構２１３を含み、圧力解放機構２１３は電池セル２０の第１壁２１ａに設置され、圧力解放機構２１３は電池セル２０の内部の圧力又は温度が閾値に達した場合に作動して内部の圧力又は温度を解放することに用いられる。例えば、電池セル２０は図５の電池セル２０であってもよい。
熱管理部材１３は、流体を収容して複数の電池セル２０の温度を調節することに用いられる。電池セル２０の温度を下げる場合において、該熱管理部材１３は冷却媒体を収容して複数の電池セル２０の温度を調節することができ、この場合、熱管理部材１３は冷却部材、冷却システム又は冷却板等とも呼称される。また、熱管理部材１３は加熱することに用いられてもよく、本願の実施例はこれを限定しない。選択可能に、前記流体は循環して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効果を実現する。
熱管理部材１３の第１表面（図６に示される上表面）は第１壁２１ａに取り付けられる。即ち、電池セル２０の、圧力解放機構２１３が設置された壁は熱管理部材１３に取り付けられる。熱管理部材１３は圧力解放機構２１３が作動する場合に破壊されて、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出されるように構成される。
本願の実施例では、熱管理部材１３の第１表面は圧力解放機構２１３が設置された第１壁２１ａに取り付けられ、このように、圧力解放機構２１３が作動する場合に、電池セル２０の排出物は熱管理部材１３へ排出され、同時に、熱管理部材１３は圧力解放機構２１３が作動する場合に破壊されて、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出されるように構成される。このように、流体は電池セル２０の熱を吸収することができ、排出物の温度を下げることができる。流体が冷却されるため、電池セル２０の排出物の温度を迅速に下げることができ、それにより単一の電池セル２０の異常に起因する危険性をタイムリーに抑制でき、電池の爆発の可能性を低減させ、それにより電池の安全性を向上させることができる。
選択可能に、本願の一実施例では、熱管理部材１３はさらに圧力解放機構２１３が作動する場合に電池セル２０の内部から排出された排出物に破壊されて、それにより排出物は熱管理部材１３を通過するように構成されてもよい。
具体的には、圧力解放機構２１３が作動する場合に、一方では、電池セル２０の内部から排出された排出物は、熱管理部材１３を破壊して熱管理部材１３を通過して電池セル２０から離れることができ、他方では、流体は熱管理部材１３の内部から排出されるとともに、高熱の排出物の温度を下げる。排出物の温度が非常に高いため、流体は電池セル２０を加熱することに用いられても、又は冷却することに用いられても、流体の温度はいずれも排出物の温度より低く、従って排出物を冷却することができる。このように、排出物は一方では、冷却され、他方では、熱管理部材１３を通過して排出され、その危険性を最大限に低減させ、それにより電池の安全性を向上させることができる。
本願の実施例では、さまざまな可能な方法を採用することにより、熱管理部材１３は圧力解放機構２１３が作動する場合に破壊されて、以下では、例を挙げて説明する。
選択可能に、図７に示されるように、本願の一実施例では、熱管理部材１３に凹溝１３４が設置され、凹溝１３４の側面は電池セル２０の内部から排出された排出物に破壊されて、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出されるように構成される。例えば、凹溝１３４の側面は排出物に破壊され及び／又は溶融されて、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出されるように構成される。
選択可能に、本願の一実施例では、凹溝１３４の底壁は圧力解放機構２１３が作動する場合に排出物に破壊されて、それにより排出物は熱管理部材１３を通過するように構成される。例えば、凹溝１３４の底壁は排出物に破壊され及び／又は溶融されて、それにより排出物は熱管理部材１３を通過するように構成される。
凹溝１３４を採用すると、圧力解放機構２１３が作動する場合に、電池セル２０の排出物は凹溝１３４に流れ込み、凹溝１３４の底壁は薄いため、排出物は凹溝１３４の底壁を破壊して熱管理部材１３を通過する。また、凹溝１３４内に流れ込んだ排出物は凹溝１３４の側面を同時に溶融して、流体は熱管理部材１３の内部から排出され、それにより高熱の排出物の温度を下げる。
選択可能に、本願の一実施例では、凹溝１３４の半径方向寸法は圧力解放機構２１３から離れる方向に沿って徐々に小さくなる。即ち、凹溝１３４の側面は傾斜面であり、このようにして、排出物との接触面積を増大させることができ、さらに排出物に破壊されやすくなる。例えば、凹溝１３４の側面の傾斜角（底壁が所在する平面との間の角度）の角度範囲は１５－８５度であってもよい。
選択可能に、図７に示されるように、本願の一実施例では、排出物は熱管理部材１３を通過することに利便性をもたらすために、凹溝１３４の底壁に脆弱領域１３５が設置され、脆弱領域１３５は圧力解放機構２１３が作動する場合に排出物に破壊されて、それにより排出物は脆弱領域１３５を通過するように構成される。
選択可能に、脆弱領域１３５と圧力解放機構２１３とは対向して設置されてもよい。このように、圧力解放機構２１３が作動する場合に、排出物は脆弱領域に直接衝突して脆弱領域１３５を開くことができる。
脆弱領域１３５は排出物に破壊されやすいさまざまな設置を採用してもよく、本願の実施例はこれを限定しない。
選択可能に、凹溝１３４は第１表面に設置されてもよく、即ち、凹溝１３４は熱管理部材１３の、第１壁２１ａに面する表面に設置される。つまり、凹溝１３４の開口は第１壁２１ａに対向する。
理解されるように、凹溝１３４の開口は第１壁２１ａとの反対側に設置されてもよい。この場合、凹溝１３４の底壁は同様に排出物に破壊されやすい。
熱管理部材１３には熱伝導材料で流体の流路が形成されてもよい。流体は流路に流れ、且つ熱伝導材料によって熱を伝導して電池セル２０の温度を調節する。選択可能に、脆弱領域には熱伝導材料のみがあるが流体がなくてもよくて、薄い熱伝導材料層を形成し、それにより排出物に破壊されやすい。例えば、凹溝１３４の底壁は脆弱領域１３５を形成するよう、熱伝導材料の薄層であってもよい。
選択可能に、図８ａ～８ｃに示されるように、本願の一実施例では、熱管理部材１３は第１熱伝導板１３１と第２熱伝導板１３２を含んでもよい。第１熱伝導板１３１と第２熱伝導板１３２とは流体を収容することに用いられる流路１３３を形成する。第１熱伝導板１３１は第１壁２１ａと第２熱伝導板１３２との間に位置し且つ第１壁２１ａに取り付けられる。第１熱伝導板１３１の第１領域１３１ａは第２熱伝導板１３２へ凹んで凹溝１３４を形成し、第１領域１３１ａは第２熱伝導板１３２に接続される。このように、凹溝１３４の周りに流路１３３が形成されるが、凹溝１３４の底壁内に流路がなく、それにより脆弱領域が形成される。
選択可能に、さらにより薄い脆弱領域を形成するように、凹溝１３４の底壁箇所での第１熱伝導板１３１又は第２熱伝導板１３２を取り外してもよい。例えば、図８ｃに示されるように、本願の一実施例では、第１領域１３１ａには第１貫通孔１３６が設置され、第１貫通孔１３６の半径方向寸法が凹溝１３４の半径方向寸法より小さく、即ち、凹溝１３４の底壁箇所での第１熱伝導板１３１を取り外し、且つ凹溝１３４の底部のエッジ箇所の第１熱伝導板１３１と第２熱伝導板１３２との接続を維持して、凹溝１３４の周りの流路１３３を形成する。
選択可能に、さらに第１貫通孔１３６に対応する第２熱伝導板１３２に対して薄化処理を行ってもよく、即ち、第１貫通孔１３６に対応する第２熱伝導板１３２の厚さを他の領域の第２熱伝導板１３２の厚さより薄くし、それにより脆弱領域は排出物に破壊されやすい。選択可能に、さらに第１貫通孔１３６に対応する第２熱伝導板１３２に脆弱溝を設置してもよい。
図９ａ－図９ｃは熱管理部材１３の模式図を示す。図９ａ－図９ｃに示されるように、第１熱伝導板１３１は凹んで凹溝１３４を形成し、第２熱伝導板１３２は凹溝１３４に対応する領域において流路が設けられないが脆弱溝１３２ａが設置され、このように、第１熱伝導板１３１を第２熱伝導板１３２に接続した後、凹溝１３４の底壁に脆弱領域が形成される。
理解されるように、さらに他の薄化方法を採用して凹溝１３４の底壁を薄化してもよく、例えば、第１熱伝導板１３１の第１領域１３１ａにブラインドホール又は段付き孔を設置してもよく、及び／又は第２熱伝導板１３２にブラインドホール等を設置してもよい。
選択可能に、本願の一実施例では、脆弱領域１３５の厚さが３ｍｍ以下である。例えば、脆弱領域１３５の厚さが１ｍｍ以下であってもよい。
厚さが薄い脆弱領域１３５を採用することに加えて、さらに低融点材料の脆弱領域１３５を採用してもよく、それにより排出物に溶融されやすい。即ち、脆弱領域１３５は熱管理部材１３の他の部分より低い融点を有してもよい。例えば、脆弱領域１３５が採用する材料の融点は４００℃より低い。
理解されるように、脆弱領域１３５は低融点の材料及び厚さが薄いという設定を同時に採用してもよく、つまり、上記２種の実施形態を単独して実施してもよく、組み合わせて実施してもよい。
圧力解放機構２１３は動作する場合に、変形して電池セル２０の内部と外部が連通する。例えば、ノッチを採用する圧力解放機構２１３については、圧力解放機構２１３が動作する場合にノッチ箇所で割れ且つ両側へ開かれ、それに対応して、圧力解放機構２１３は所定の変形空間を必要とする。本願の一実施例では、凹溝１３４は圧力解放機構２１３が動作する場合に開かれる回避キャビティとして構成される。回避キャビティは圧力解放機構２１３に変形空間を提供して、圧力解放機構２１３は熱管理部材１３へ変形して割れる。
回避キャビティとする場合において、凹溝１３４の設置は圧力解放機構２１３が作動する場合に開かれることができるという要件を満たさなければならない。具体的には、凹溝１３４の深さは圧力解放機構２１３の寸法に関連する。
本願の一実施例として、凹溝１３４の深さが１ｍｍより大きい。例えば、凹溝１３４の深さは３ｍｍ以上であってもよく、それにより圧力解放機構２１３を開くことに利便性をもたらす。凹溝１３４の開口の面積は圧力解放機構２１３の面積に関連する。圧力解放機構２１３を開くために、凹溝１３４の開口の面積と圧力解放機構２１３の面積との比は所定の値より大きい。また、凹溝１３４の側面は排出物に破壊されやすくなるために、凹溝１３４の開口の面積と圧力解放機構２１３の面積との比は所定の値より小さい。例えば、凹溝１３４の開口の面積と圧力解放機構２１３の面積との比の値の範囲は０．５－２であってもよい。
圧力解放機構２１３を電池セル２０の第１壁２１ａに設置する場合に、圧力解放機構２１３の少なくとも一部が第１壁２１ａから突出し、このようにして、圧力解放機構２１３を容易に装着することができ、且つ電池セル２０の内部の空間を確保できる。選択可能に、図１０に示されるように、本願の一実施例では、圧力解放機構２１３の少なくとも一部が第１壁２１ａから突出する場合に、回避キャビティは圧力解放機構２１３の少なくとも一部を収容することに用いることができる。このように、電池セル２０の第１壁２１ａが熱管理部材１３の表面に密接に貼り付けられることは可能になり、電池セル２０を容易に固定するだけでなく、さらに空間を節約し、熱管理効率を向上させることができる。また、圧力解放機構２１３が作動する場合に、電池セル２０の排出物は回避キャビティへ排出されて電池セル２０から離れることができ、その危険性を低減させ、それにより電池の安全性を向上させることができる。
選択可能に、本願の一実施例では、第１壁２１ａの圧力解放機構２１３の周りに位置する部分は外部へ突出し、回避キャビティは第１壁２１ａの圧力解放機構２１３の周りに位置する突出部分を収容することに用いられる。同様に、第１壁２１ａの圧力解放機構２１３の周りに位置する部分は外部へ突出する場合、回避キャビティは電池セル２０の第１壁２１ａが熱管理部材１３の表面に密接に貼り付けられることを確保でき、電池セル２０を容易に固定するだけでなく、さらに空間を節約し、熱管理効率を向上させることができる。
以上の実施例において、凹溝１３４を設置することで熱管理部材１３は圧力解放機構２１３が作動する場合に破壊される。凹溝１３４の他に、さらに貫通孔を設置することで熱管理部材１３は圧力解放機構２１３が作動する場合に破壊されてもよい。
選択可能に、図１１に示されるように、本願の一実施例では、熱管理部材１３に第２貫通孔１３７が設置され、第２貫通孔１３７は、圧力解放機構２１３が作動する場合に、電池セル２０の内部から排出された排出物が第２貫通孔１３７を通って熱管理部材１３を通過することができるように構成される。
選択可能に、第２貫通孔１３７と圧力解放機構２１３とは対向して設置されてもよい。このように、圧力解放機構２１３が作動する場合に、排出物は第２貫通孔１３７を通って熱管理部材１３を直接通過することができる。
選択可能に、本願の一実施例では、第２貫通孔１３７が設置される場合については、熱管理部材１３の第２貫通孔１３７の周りに位置する部分は電池セル２０の排出物に破壊されて、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出される。
具体的には、圧力解放機構２１３が作動する場合に、電池セル２０の排出物は第２貫通孔１３７を通って熱管理部材１３を通過する。また、排出物は第２貫通孔１３７の周りの部分を破壊し、例えば、高熱の排出物は周りの熱管理部材１３を溶融し、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出されて、高熱の排出物の温度を下げる。
選択可能に、本願の一実施例では、第２貫通孔１３７の孔壁は排出物に破壊されて、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出されるように構成される。
圧力解放機構２１３が作動する場合に、電池セル２０の排出物は第２貫通孔１３７に流れ込み、排出物は高圧高熱排出物であるため、排出物は第２貫通孔１３７を通過する場合に第２貫通孔１３７の孔壁を溶融し、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出されて、排出物の温度を下げる。
選択可能に、第２貫通孔１３７の半径方向寸法は圧力解放機構２１３から離れる方向に沿って徐々に小さくなる。つまり、第２貫通孔１３７の孔壁は傾斜面であり、このようにして、排出物との接触面積を増大させることができ、さらに排出物に破壊されやすくなる。
選択可能に、上記凹溝１３４と同様に、第２貫通孔１３７の設置は圧力解放機構２１３が作動する場合に開かれることができるという要件を満たさなければならない。本願の一実施例として、第２貫通孔１３７の開口の面積は圧力解放機構２１３の面積に関連する。圧力解放機構２１３は開かれるように、第２貫通孔１３７の開口の面積と圧力解放機構２１３の面積との比は所定の値より大きい。また、第２貫通孔１３７の孔壁は排出物に破壊されやすくするために、第２貫通孔１３７の開口の面積と圧力解放機構２１３の面積との比は所定の値より小さい。例えば、第２貫通孔１３７の開口の面積と圧力解放機構２１３の面積との比の値の範囲は０．５－２である。
選択可能に、本願の一実施例では、圧力解放機構２１３は圧力解放機構２１３が設けられた電池セル２０の第１壁２１ａに設置され、第１壁２１ａは熱管理部材１３に取り付けられ、圧力解放機構２１３の少なくとも一部は第１壁２１ａから突出し、第２貫通孔１３７は圧力解放機構２１３の少なくとも一部を収容することに用いられる。このように、電池セル２０の第１壁２１ａは熱管理部材１３の表面に密接に貼り付けられ、電池セル２０を容易に固定するだけでなく、さらに空間を節約し、熱管理効率を向上させることができ、且つ圧力解放機構２１３が作動する場合に、電池セル２０の排出物は第２貫通孔１３７へ排出されて電池セル２０から離れることができ、その危険性を低減させ、それにより電池の安全性を向上させることができる。
選択可能に、本願の一実施例では、第１壁２１ａの圧力解放機構２１３の周りに位置する部分は外部へ突出し、第２貫通孔１３７は第１壁２１ａの圧力解放機構２１３の周りに位置する突出部分を収容することに用いられる。第１壁２１ａの圧力解放機構２１３の周りに位置する部分は外部へ突出する場合、第２貫通孔１３７は電池セル２０の第１壁２１ａが熱管理部材１３の表面に密接に貼り付けられることを確保でき、電池セル２０を容易に固定するだけでなく、さらに空間を節約し、熱管理効率を向上させることができる。
理解されるように、熱管理部材１３は圧力解放機構２１３が作動する場合に破壊される構造を熱管理部材１３に設置する以外、さらに熱管理部材１３は圧力解放機構２１３が作動する場合に破壊される構造を圧力解放機構２１３に設置することもできる。
選択可能に、本願の一実施例では、圧力解放機構２１３に破壊装置が設置され、破壊装置は圧力解放機構２１３が作動する場合に熱管理部材１３を破壊することに用いられ、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出される。例えば、破壊装置はスパイクであってもよいが、本願の実施例はこれを限定しない。
選択可能に、本願の一実施例では、図１２に示されるように、電池１０はさらに電気キャビティ１１ａ及び収集キャビティ１１ｂを含んでもよい。熱管理部材１３は電気キャビティ１１ａと収集キャビティ１１ｂを分離することに用いられる。ここでのいわゆる「分離」は分けることを指し、封止されなくてもよい。
電気キャビティ１１ａは複数の電池セル２０を収容することに用いられる。電気キャビティ１１ａはさらにバス部材１２を収容することに用いられる。電気キャビティ１１ａは電池セル２０及びバス部材１２の収納空間を提供し、電気キャビティ１１ａの形状は複数の電池セル２０及びバス部材１２に応じて決定されてもよい。
バス部材１２は複数の電池セル２０の電気的な接続を実現することに用いられる。バス部材１２は電池セル２０の電極端子２１４に接続されることで電池セル２０の電気的な接続を実現することができる。
収集キャビティ１１ｂは圧力解放機構２１３が作動する場合に電池セル２０の内部から排出された排出物及び熱管理部材１３の排出物を収集することに用いられる。
本願の実施例では、熱管理部材１３を採用して電気キャビティ１１ａと収集キャビティ１１ｂを分離する。つまり、複数の電池セル２０とバス部材１２を収容する電気キャビティ１１ａと排出物を収集する収集キャビティ１１ｂとが分離される。このように、圧力解放機構２１３が作動する場合に、電池セル２０の排出物は収集キャビティ１１ｂに入るが、電気キャビティ１１ａに入らず又は電気キャビティ１１ａに少し入り、それにより電気キャビティ１１ａにおける電気的な接続に影響を与えず、従って電池の安全性を向上させることができる。
選択可能に、本願の一実施例では、熱管理部材１３は、圧力解放機構２１３が作動する場合に電池セル２０の内部から排出された排出物が熱管理部材１３を通過して収集キャビティ１１ｂに入ることができるように構成される。
選択可能に、本願の一実施例では、熱管理部材１３は電気キャビティ１１ａ及び収集キャビティ１１ｂにより共用される壁を有する。図１２に示されるように、熱管理部材１３は同時に電気キャビティ１１ａの１つの壁及び収集キャビティ１１ｂの１つの壁であってもよい。つまり、熱管理部材１３（又はその一部）は直接的に電気キャビティ１１ａ及び収集キャビティ１１ｂにより共用される壁としてもよく、このように、電池セル２０の排出物は熱管理部材１３を通過して収集キャビティ１１ｂに入ることができ、同時に、熱管理部材１３が存在するため、該排出物と電気キャビティ１１ａをできるだけ分離することができ、それにより排出物の危険性を低減させ、電池の安全性を向上させる。
選択可能に、本願の一実施例では、電気キャビティ１１ａは開口を有するカバー及び熱管理部材１３で形成されてもよい。例えば、図１３に示されるように、カバー１１０は開口（図１３の下側の開口）を有する。開口を有するカバー１１０は、半封止チャンバであり、外部と連通する開口を有し、熱管理部材１３は該開口をカバーし、チャンバ、即ち電気キャビティ１１ａを形成する。
選択可能に、カバー１１０は複数の部分で構成されてもよく、例えば、図１４に示されるように、カバー１１０は第１部分１１１と第２部分１１２を含んでもよい。第２部分１１２の両側はそれぞれ開口を有し、第１部分１１１は第２部分１１２の一側の開口をカバーし、熱管理部材１３は第２部分１１２の他側の開口をカバーし、それにより電気キャビティ１１ａを形成する。
図１４の実施例は図２を基礎として改善して得られる。具体的には、図２の第２部分１１２の底壁を熱管理部材１３に置き換え、熱管理部材１３を電気キャビティ１１ａの１つの壁として、それにより図１４の電気キャビティ１１ａを形成する。言い換えれば、図２の第２部分１１２の底壁を取り外し、即ち、両側に開口がある環状壁を形成し、第１部分１１１及び熱管理部材１３はそれぞれ第２部分１１２の両側の開口をカバーし、チャンバ、即ち電気キャビティ１１ａを形成する。
選択可能に、本願の一実施例では、収集キャビティ１１ｂについては、熱管理部材１３及び保護部材で形成されてもよい。例えば、図１５に示されるように、電池１０は保護部材１１５をさらに含む。保護部材１１５は熱管理部材１３を保護することに用いられ、且つ保護部材１１５と熱管理部材１３とは収集キャビティ１１ｂを形成する。
保護部材１１５及び熱管理部材１３で形成される収集キャビティ１１ｂは、電池セルを収容できる空間を占用せず、従って大きな空間がある収集キャビティ１１ｂを設置することができ、それにより排出物を効果的に収集して緩衝することができ、その危険性を低減させることができる。
選択可能に、本願の一実施例では、収集キャビティ１１ｂ内にさらに、冷却媒体等の流体が設置されてもよく、又は流体を収容する部材が設置されてもよく、それにより収集キャビティ１１ｂ内に入る排出物の温度をさらに下げる。
選択可能に、本願の一実施例では、収集キャビティ１１ｂは封止チャンバであってもよい。例えば、保護部材１１５と熱管理部材１３の接続箇所は封止部材で封止される。
選択可能に、本願の一実施例では、収集キャビティ１１ｂは封止チャンバではなくてもよい。例えば、収集キャビティ１１ｂは空気と連通することができ、このように、一部の排出物はさらに収集キャビティ１１ｂの外部へ排出される。
上記実施例において、熱管理部材１３はカバー１１０の開口をカバーして電気キャビティ１１ａを形成し、熱管理部材１３と保護部材１１５とは収集キャビティ１１ｂを形成する。選択可能に、熱管理部材１３は直接的に封止カバーを電気キャビティ１１ａ及び収集キャビティ１１ｂに分けることができる。
例えば、図１６に示されるように、本願の一実施例では、熱管理部材１３はカバー１１０内部に設置され、且つカバー１１０の内部を電気キャビティ１１ａ及び収集キャビティ１１ｂに分離する。つまり、封止カバー１１０はその内部にチャンバが形成され、熱管理部材１３はカバー１１０の内部のチャンバを２つのチャンバ、即ち電気キャビティ１１ａ及び収集キャビティ１１ｂに分離する。
電気キャビティ１１ａは複数の電池セル２０等を収容するために、大きな空間を必要とするため、熱管理部材１３をカバー１１０のある壁に近い位置に設置してもよく、それにより比較的大きい空間の電気キャビティ１１ａ及び比較的小さい空間の収集キャビティ１１ｂに分離する。
選択可能に、図１７に示されるように、本願の一実施例では、カバー１１０は第１部分１１１と第２部分１１２を含んでもよい。第２部分１１２の一側に開口が設置されて半封止構造が形成される。半封止構造は開口を有するチャンバである。熱管理部材１３は第２部分１１２の内部に設置され、第１部分１１１は第２部分１１２の開口をカバーする。言い換えれば、先ず熱管理部材１３を半封止された第２部分１１２内に設置して、収集キャビティ１１ｂを分離し、次に第１部分１１１を第２部分１１２の開口にカバーして、電気キャビティ１１ａを形成することができる。
選択可能に、本願の一実施例では、電気キャビティ１１ａは熱管理部材１３によって収集キャビティ１１ｂから分離される。つまり、収集キャビティ１１ｂは電気キャビティ１１ａと連通せず、収集キャビティ１１ｂ内の液体又はガス等は電気キャビティ１１ａに入ることができず、それにより電気キャビティ１１ａをより効果的に保護することができる。
図１８は本願の一実施例の電池１０の分解図である。図１８に示される実施例において、熱管理部材１３には凹溝１３４が設置され、且つ保護部材１１５と収集キャビティを形成する。
電池１０の各部材についての説明は上記各実施例を参照すればよく、簡潔にするために、ここで詳細な説明を省略する。
本願の一実施例は電力消費装置をさらに提供し、該電力消費装置は上記各実施例の電池１０を含んでもよい。選択可能に、電力消費装置は車両１、船又は宇宙船であってもよい。
上記のように、本願の実施例の電池及び電力消費装置を説明し、以下、本願の実施例の電池製造方法及び装置を説明し、詳細に説明されていない部分は上記各実施例を参照すればよい。
図１９は本願の一実施例に係る電池製造方法３００の例示的なフローチャートを示す。図１９に示されるように、該方法３００はステップ３１０と、ステップ３２０と、ステップ３３０とを含む。
ステップ３１０、電池セル２０を提供し、電池セル２０は圧力解放機構２１３を含み、圧力解放機構２１３は電池セル２０の第１壁２１ａに設置され、且つ圧力解放機構２１３は電池セル２０の内部の圧力又は温度が閾値に達した場合に作動して内部の圧力又は温度を解放することに用いられる。
ステップ３２０、流体を収容することに用いられる熱管理部材１３を提供する。
ステップ３３０、熱管理部材１３の第１表面を第１壁２１ａに取り付け、熱管理部材１３は圧力解放機構２１３が作動する場合に破壊されて、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出される。
図２０は本願の一実施例に係る電池製造装置４００の例示的なブロック図を示す。図２０に示されるように、電池製造装置４００は提供モジュール４１０及び装着モジュール４２０を含んでもよい。
提供モジュール４１０は、電池セル２０を提供することであって、電池セル２０は圧力解放機構２１３を含み、圧力解放機構２１３は電池セル２０の第１壁２１ａに設置され、且つ圧力解放機構２１３は電池セル２０の内部の圧力又は温度が閾値に達した場合に作動して内部の圧力又は温度を解放することに用いられる、ことと、流体を収容することに用いられる熱管理部材１３を提供することと、に用いられる。
装着モジュール４２０は、熱管理部材１３の第１表面を第１壁２１ａに取り付けることに用いられ、熱管理部材１３は圧力解放機構２１３が作動する場合に破壊されて、それにより流体は熱管理部材１３の内部から排出される。
なお、以上の実施例は、本願の技術案を説明するためのものに過ぎず、それを制限するものではない。上記実施例を参照しながら本願を詳細に説明したが、当業者が理解できるように、それは依然として上記各実施例に記載されている技術案を変更することができ、又はその一部の技術的特徴に対して同等置換を行うことができるが、これらの変更や置換によって、対応する技術案の本質を本願の各実施例の技術案の精神及び範囲から逸脱させない。
１ 車両
１０ 電池
１１ａ 電気キャビティ
１１ｂ 収集キャビティ
１２ バス部材
１３ 熱管理部材
２０ 電池セル
２１ 電池ケース
２１ａ 第１壁
２２ 電極アセンブリ
２３ 接続部材
２４ パッド
３０ コントローラ
４０ モータ
１１０ 封止カバー
１１１ 第１部分
１１２ 第２部分
１１５ 保護部材
１３１ 第１熱伝導板
１３１ａ 第１領域
１３２ 第２熱伝導板
１３２ａ 脆弱溝
１３３ 流路
１３４ 凹溝
１３５ 脆弱領域
１３６ 第１貫通孔
１３７ 第２貫通孔
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
２２１ａ 第１タブ
２２２ａ 第２タブ
４００ 電池製造装置
４１０ 提供モジュール
４２０ 装着モジュール

Claims (15)

  1. 電池であって、
    圧力解放機構を含む電池セルであって、前記圧力解放機構は前記電池セルの第１壁に設置され、且つ前記圧力解放機構は前記電池セルの内部の圧力又は温度が閾値に達した場合に作動して前記内部の圧力を解放することに用いられる、電池セルと、
    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含み、
    前記熱管理部材の第１表面は前記第１壁に取り付けられ、前記熱管理部材は前記圧力解放機構が作動する場合に破壊されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されるように構成され、
    前記熱管理部材に凹溝が設置され、前記凹溝の側面は前記電池セルの内部から排出された排出物に破壊されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されるように構成される、電池。
  2. 前記熱管理部材は前記圧力解放機構が作動する場合に前記電池セルの内部から排出された排出物に破壊されて、それにより前記排出物は前記熱管理部材を通過するように構成される、請求項１に記載の電池。
  3. 前記凹溝の底壁は前記圧力解放機構が作動する場合に前記排出物に破壊されて、それにより前記排出物は前記熱管理部材を通過するように構成される、請求項１又は２に記載の電池。
  4. 前記凹溝の側面は前記排出物に破壊され及び／又は溶融されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されるように構成され、及び／又は、
    前記凹溝の底壁は前記排出物に破壊され及び／又は溶融されて、それにより前記排出物は前記熱管理部材を通過するように構成され、
    前記凹溝の半径方向寸法は前記圧力解放機構から離れる方向に沿って徐々に小さくなる、請求項３に記載の電池。
  5. 前記凹溝の底壁に脆弱領域が設置され、前記脆弱領域は前記圧力解放機構が作動する場合に前記排出物に破壊されて、それにより前記排出物は前記脆弱領域を通過するように構成され、
    前記脆弱領域の厚さは３ｍｍ以下であり、
    前記脆弱領域は前記熱管理部材の他の部分より低い融点を有し、
    前記脆弱領域が採用する材料の融点は４００℃より低い、請求項３又は４に記載の電池。
  6. 前記凹溝が前記第１表面に設置され、
    前記熱管理部材は第１熱伝導板と第２熱伝導板を含み、前記第１熱伝導板は前記第１壁と前記第２熱伝導板との間に位置し且つ前記第１壁に取り付けられ、前記第１熱伝導板の第１領域は前記第２熱伝導板へ凹んで前記凹溝を形成し、前記第１領域は前記第２熱伝導板に接続される、請求項３から５のいずれか一項に記載の電池。
  7. 前記第１領域に第１貫通孔が設置され、前記第１貫通孔の半径方向寸法は前記凹溝の半径方向寸法より小さく、
    前記第１貫通孔に対応する前記第２熱伝導板の厚さは他の領域の前記第２熱伝導板の厚さより薄い、請求項６に記載の電池。
  8. 前記凹溝は前記圧力解放機構が作動する場合に開かれることができる回避キャビティとして構成され、
    前記凹溝の深さは前記圧力解放機構の寸法に関連し、及び／又は、
    前記凹溝の深さが１ｍｍより大きく、
    前記凹溝の開口の面積は前記圧力解放機構の面積に関連し、
    前記凹溝の開口の面積と前記圧力解放機構の面積との比の値の範囲は０．５－２である、請求項３から７のいずれか一項に記載の電池。
  9. 前記圧力解放機構の少なくとも一部は前記第１壁から突出し、前記回避キャビティは前記圧力解放機構の前記少なくとも一部を収容することに用いられ、及び／又は、
    前記第１壁の前記圧力解放機構の周りに位置する部分は外部へ突出し、前記回避キャビティは前記第１壁の前記圧力解放機構の周りに位置する突出部分を収容することに用いられる、請求項８に記載の電池。
  10. 前記熱管理部材に第２貫通孔が設置され、前記第２貫通孔は、前記圧力解放機構が作動する場合に前記電池セルの内部から排出された排出物が前記第２貫通孔を介して前記熱管理部材を通過することができるように構成される、請求項１に記載の電池。
  11. 前記第２貫通孔の孔壁は前記排出物に破壊されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されるように構成され、
    前記第２貫通孔の孔壁は前記排出物に破壊され及び／又は溶融されて、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されるように構成される、請求項１０に記載の電池。
  12. 前記第２貫通孔の半径方向寸法は前記圧力解放機構から離れる方向に沿って徐々に小さくなり、及び／又は、
    前記第２貫通孔の開口の面積は前記圧力解放機構の面積に関連し、
    前記第２貫通孔の開口の面積と前記圧力解放機構の面積との比の値の範囲は０．５－２である、請求項１０又は１１に記載の電池。
  13. 前記圧力解放機構の少なくとも一部は前記第１壁から突出し、前記第２貫通孔は前記圧力解放機構の前記少なくとも一部を収容することに用いられ、及び／又は、
    前記第１壁の前記圧力解放機構の周りに位置する部分は外部へ突出し、前記第２貫通孔は前記第１壁の前記圧力解放機構の周りに位置する突出部分を収容することに用いられる、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の電池。
  14. 前記圧力解放機構に破壊装置が設置され、前記破壊装置は前記圧力解放機構が作動する場合に前記熱管理部材を破壊して、それにより前記流体は前記熱管理部材の内部から排出されることに用いられ、
    前記破壊装置はスパイクである、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電池。
  15. 電力消費装置であって、請求項１から１４のいずれか一項に記載の電池を含む、電力消費装置。
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