JP7399300B2 - 電池モジュール、電池パック、装置及び故障処理方法 - Google Patents

電池モジュール、電池パック、装置及び故障処理方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は、２０２０年０４月０３日に提出された、名称が「電池モジュール、電池パック、装置及び故障処理方法」の中国特許出願２０２０１０２６１０３６．０の優先権を主張し、該出願の全内容が引用により本明細書に組み込まれている。
技術分野
本願の実施形態は、エネルギー貯蔵デバイスの技術分野に関し、特に電池モジュール、電池パック、装置及び故障処理方法に関する。
電池モジュールは互いに積み重ねられた複数の電池ユニットを備え、且つ複数の電池ユニットが電気的に接続されることで、電池モジュールの電力出力を実現し、電力消費機器に給電する。ある電池ユニットに故障が発生すると、電池モジュールの回路全体に故障が発生し、その結果、電池モジュールは正常に動作することが不能になる。
本願は、電池モジュール、電池パック、装置及び故障処理方法を提供し、該電池モジュールは部品点数が少なく、構造が簡単であるとともに、エネルギー密度が高い。
本願の実施例の第１態様は、電池モジュールを提供し、電池モジュールは、複数の直列接続用の電池ユニットと、接続片と、導電部材と、を備え、
電池モジュールが故障すると、複数の電池ユニットは故障電池ユニット、及び故障電池ユニットに隣接する少なくとも１つの非故障電池ユニットを含み、
前記接続片は、複数の電池ユニットを直列接続することに用いられ、接続片をガイドして破断させることで隔てて設けられる第１部分及び第２部分を形成するための少なくとも１つの破断ガイド部が設けられ、第１部分は少なくとも１つの非故障電池ユニットと接続することに用いられ、第２部分は故障電池ユニットと接続することに用いられ、
前記導電部材は、第１部分と接続し、電流が故障電池ユニットを迂回して電池モジュールの動作を回復することに用いられる。
本願の実施例では、接続片に破断ガイド部が設けられることで、該接続片はより破断しやすくなり、それによって非故障電池ユニットと故障電池ユニットとの切断を実現しやすく、故障処理の効率を向上させることができる。また、導電部材によって少なくとも１つの非故障電池ユニットを接続する場合、電池モジュールの回路を再導通することができる。
可能な設計では、少なくとも１つの非故障電池ユニットは故障電池ユニットに隣接する２つの非故障電池ユニットを含み、導電部材は２つの非故障電池ユニットの第１部分を接続することに用いられる。
導電部材は第１部分を接続することに用いられ、それにより少なくとも１つの非故障電池ユニットが導電部材によって電気的に接続され、電流が故障電池ユニットを迂回し、さらに電池モジュールの動作を回復する。
可能な設計では、破断ガイド部が複数設けられる場合、複数の破断ガイド部は間隔をおいて設けられる。
複数の破断ガイド部について、複数の破断接続部は互いに間隔をおいて設けられ、すなわち、隣接する破断ガイド部間は除去対象部分であり、破断ガイド部がいずれも切断される場合、破断ガイド部間に位置する除去対象部分は撤去可能であり、それによって該破断接続片の第１部分と第２部分との相互接続を確保し、さらに非故障電池ユニットが故障電池ユニットと接続しないことを確保する。
可能な設計では、破断ガイド部は折り曲げ部を備える。
折り曲げ部が切断されると、除去対象部分は撤去可能であり、それによって破断接続片の第１部分と第２部分を互いに隔て、非故障電池ユニットと故障電池ユニットとの切断を実現する。
可能な設計では、折り曲げ部は接続片に対して折り曲げられる。
可能な設計では、破断ガイド部は脆弱部を備える。
該脆弱部と接続片のほかの位置との接続は切断可能であり、及び／又は該脆弱部は切断可能である。
可能な設計では、脆弱部は接続片に対して凹んでいる。
可能な設計では、脆弱部は接続部を備え、且つ接続部は接続片に対して電池ユニットの高さ方向に沿って凹んでおり、
接続部は接続片と切断可能である。
該接続部の一部が接続片と切断されることで、該脆弱部と接続片との接続強度が低く、接続片の切断を実現しやすい。
本願の実施例の第２態様は、電池パックを提供し、
以上の電池モジュールと、
電池モジュールを収容することに用いられる筐体と、を備える。
本願の実施例の第３態様は、装置を提供し、電力を供給することに用いられる以上の電池パックを備える。
本願の実施例の第４態様は故障処理方法を提供し、故障電池ユニットを処理することに用いられ、少なくとも１つの非故障電池ユニットは故障電池ユニットに隣接し、接続片は複数の電池ユニットを直列接続することに用いられ、接続片に少なくとも１つの破断ガイド部が設けられ、
故障処理方法は、
非故障電池ユニットに接続される接続片を破断ガイド部に沿って切断して、隔てて設けられる第１部分及び第２部分を形成するステップであって、第１部分は少なくとも１つの非故障電池ユニットと接続することに用いられ、第２部分は故障電池ユニットと接続することに用いられるステップと、
導電部材によって第１部分を接続し、電流が故障電池ユニットを迂回して電池モジュールの動作を回復するステップと、を含む。
可能な設計では、少なくとも１つの非故障電池ユニットは故障電池ユニットに隣接する２つの非故障電池ユニットを含み、
導電部材によって第１部分を接続する場合、故障処理方法は、
導電部材によって２つの非故障電池ユニットの第１部分を接続するステップを含む。
可能な設計では、破断ガイド部は１つ設けられ、非故障電池ユニットに接続される接続片を破断ガイド部に沿って切断して第１部分及び第２部分を形成した後に、故障処理方法は、
接続片の故障電池ユニットに接続される部分を撤去するステップをさらに含む。
接続片の故障電池ユニットに接続される部分を撤去することで、故障電池ユニットに接続される第２部分を撤去することができ、それによって、該破断接続片は非故障電池ユニットに接続される第１部分のみを備え、非故障電池ユニットと故障電池ユニットとの電気的接続を切断することを確保し、故障電池ユニットに接続される部分を撤去すると、さらに破断接続片の第１部分と導電部材との接続を実現しやすく、接続過程で導電部材と干渉するリスクを低減させることもできる。また、第２部分を撤去すると、電池モジュールの重量を減らし、エネルギー密度を向上させることもできる。
可能な設計では、破断ガイド部は複数設けられ、且つ複数の破断ガイド部は間隔をおいて設けられ、隣接する破断ガイド部の間に除去対象部分があり、
非故障電池ユニットに接続される接続片を破断ガイド部に沿って切断して第１部分及び第２部分を形成する場合、故障処理方法は、
複数の破断ガイド部を切断し、除去対象部分を撤去することで、第１部分と第２部分を互いに間隔をおいて設けるステップをさらに含む。
除去対象部分を撤去し、それによって該破断接続片の第１部分と第２部分との相互接続を確保し、さらに非故障電池ユニットが故障電池ユニットと接続しないことを確保する。また、該破断接続片では、除去対象部分を撤去すると、第１部分と第２部分との距離を増大させることもでき、それによって両者間の電気隙間を増加させ、その誤接触を回避し、電池モジュールの安全性を向上させる。
可能な設計では、導電部材によって第１部分を接続する前に、故障処理方法は、
破断ガイド部と対応する故障電池ユニットのトップカバーとの間に断熱部材を配置するステップを含み、
導電部材によって第１部分を接続する場合、故障処理方法は、
導電部材と第１部分を溶接して導電部材によって少なくとも１つの非故障電池ユニットを接続するステップを含む。
本願の実施例では、接続片に破断ガイド部が設けられることで、該接続片はより破断されやすくなり、それによって非故障電池ユニットと故障電池ユニットとの切断を実現しやすく、故障処理の効率を向上させることができる。また、導電部材によって少なくとも１つの非故障電池ユニットを接続する場合、電池モジュールの回路を再導通することができ、該回路は故障電池ユニットを迂回することで、該故障電池ユニットは電池モジュールの充放電過程に関与しなくなり、すなわち、該故障電池ユニットは該電池モジュールの回路に影響しない。
理解できるように、以上の一般的な説明及び以下の詳細な説明は単に例示的なものであり、本願を限定するものではない。
本願の実施例の技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、本願の実施例に使用される必要がある図面を簡単に説明し、明らかなように、以下説明される図面は単に本願のいくつかの実施例であり、当業者であれば、創造的な労働をせずに、図面に基づきほかの図面を想到し得る。
本願の実施例に係る装置の特定実施例における構造模式図である。 図１中の電池パックの特定実施例における構造模式図である。 図２中の電池モジュールの特定実施例における平面図である。 図３中の電池モジュールの第１の特定実施例における部分構造模式図である。 図４中の接続片の破断ガイド部の切断時の構造模式図である。 図５で第２部分を撤去した構造模式図である。 図６中の第１部分が導電部材によって接続される構造模式図である。 図４中の接続片の構造模式図である。 図８中のＩ部分の部分拡大図である。 図５中の破断接続片の構造模式図である。 図３中の電池モジュールの第２の特定実施例における部分構造模式図である。 図１０中の接続片の構造模式図である。 図３中の電池モジュールの第３の特定実施例における部分構造模式図である。 図１３中の接続片の構造模式図である。 図１３中のＩＩ部分の部分拡大図である。
図面では、図面は実際の縮尺で描かれていない。
ここでの図面は本明細書の一部として明細書に組み込まれており、本願と一致する実施例を示し、明細書とともに本願の原理を解釈することに用いられる。
本願の技術的解決手段をよりよく理解するために、以下、図面を参照しながら本願の実施例を詳細に説明する。
説明される実施例は単に本願の一部の実施例であり、すべての実施例ではないことは明らかであるべきである。本願の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働をせずに得るほかの実施例はすべて本願の保護範囲に属する。
本願の実施例で使用される用語は単に特定実施例を説明することを目的とするが、本願を限定するものではない。本願の実施例及び添付特許請求の範囲で使用される単数形の「一種」、「前記」及び「該」は、文脈からほかの意味が明確に示されていない限り、複数形も含むことを意図する。
理解できるように、本明細書で使用される用語「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種類の関係が存在することを示し、例えば、Ａ及び／又はＢは、Ａのみが存在すること、Ａ及びＢの両方が存在すること、及びＢのみが存在することという３種類を示してもよい。また、本明細書では、文字「／」は一般的には、前後の関連対象が「又は」の関係であることを示す。
ただし、本願の実施例で説明される「上」、「下」、「左」、「右」などの方位語は図示される角度から説明されるものであり、本願の実施例を限定しないと理解すべきである。また、文脈において、さらに理解する必要がある点として、１つの素子がもう１つの素子の「上」又は「下」に接続されると記載される場合、もう１つの素子の「上」又は「下」に直接接続されてもよく、中間素子を介してもう１つの素子の「上」又は「下」に間接的に接続されてもよい。
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、「取り付け」、「連結」、及び「接続」のような用語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るか、又は一体的に接続されてもよく、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い。当業者であれば、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。
本願の実施例は、電池ユニットを電源として使用する装置、電池パック及び電池モジュールを提供し、装置は車両、船舶、小型飛行機などの移動機器であってもよく、装置は動力源を備え、該動力源は装置に駆動力を提供することに用いられ、該動力源は、装置に電力を供給する電池モジュールとして構成されてもよい。該装置の駆動力はすべてが電力であってもよく、電力及びほかのエネルギー（例えば、機械的エネルギー）を含んでもよく、該動力源は電池モジュール（又は電池パック）であってもよい。また、該装置はさらに電池キャビネットなどのエネルギー貯蔵機器であってもよく、該電池キャビネットは複数の電池モジュール（又は電池パック）を備えてもよく、それによって該電池キャビネットは電力を出力することができる。従って、電池ユニットを電源として使用できる装置はすべて本願の保護範囲に属する。
図１に示すように、車両を例として、本願の実施例における装置Ｄは新エネルギー自動車であってもよく、該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又はエクステンデッド・レンジ電気自動車などであってもよい。該車両は電池パックＭと車両本体とを備えてもよく、該電池パックＭは車両本体に設けられ、該車両本体に駆動モータがさらに設けられ、且つ駆動モータは電池パックＭに電気的に接続され、電池パックＭにより電力が供給され、駆動モータは伝動機構によって車両本体の車輪に接続され、それにより車両を駆動して走行させる。具体的には、該電池パックＭは車両本体の底部に水平に設けられてもよい。
図２に示すように、電池パックＭは筐体Ｍ１と本願の実施例における電池モジュールＭ２とを備え、筐体Ｍ１は収容室Ｍ１３を有し、電池モジュールＭ２は該収容室Ｍ１３内に収容され、電池モジュールＭ２の数は１つ又は複数であってもよく、複数の電池モジュールＭ２は収容室Ｍ１３内に並んで配置される。筐体Ｍ１のタイプにおいて、特に制限がなく、枠状筐体、円盤状筐体又は箱状筐体などであってもよい。具体的には、図２に示すように、該筐体Ｍ１は、電池モジュールＭ２を収容する下筐体Ｍ１２と、下筐体Ｍ１２と蓋合する上筐体Ｍ１１とを備えてもよい。
なお、本明細書で言及される厚さ方向Ｘ、長さ方向Ｙ及び高さ方向Ｚは電池ユニットを基準として定義され、厚さ方向Ｘとは、電池ユニットの厚さ方向であり、高さ方向Ｚとは、電池ユニットの電極端子の延伸方向であり、長さ方向Ｙは、上記厚さ方向Ｘ及び高さ方向Ｚに垂直な方向であり（三者は略垂直である）、すなわち、長さ方向Ｙは厚さ方向Ｘ及び高さ方向Ｚから形成される平面に垂直である。
図３に示すように、該電池モジュールＭ２は複数の電池ユニットと、電池ユニット１を固定するためのフレーム構造とを備え、複数の電池ユニット１は厚さ方向Ｘに沿って互いに積み重ねられてもよい。該フレーム構造は端板を備えてもよく、端板は電池ユニット１の厚さ方向Ｘに沿う両端部に位置し、電池ユニットの厚さ方向Ｘに沿う移動を制限することに用いられ、また、特定実施例では、該フレーム構造は側板をさらに備えてもよく、２つの側板は電池ユニット１の長さ方向Ｙに沿う両側に位置し、該側板は端板に接続され、それによりフレーム構造が形成され、別の実施例では、該フレーム構造は側板が設けられなくてもよく、電池ユニット１は積み重ねられた後に、第１結束バンドによって接続されるか又は第１結束バンド及び第２結束バンドによって接続され、該端板と結束バンドは上記フレーム構造を形成する。また、特定実施例では、電池パックは筐体及び複数の電池ユニットを備えてもよく、筐体は収容室を有し、複数の電池ユニットは該収容室内に位置し、且つ筐体と接続可能であり、具体的には、電池ユニットは粘着剤によって筐体の内壁に接着され得る。
該電池モジュールの動作過程では、各電池ユニットは充放電し続け、電池ユニットに故障（例えば、容量の減衰異常）が発生する問題があり、その結果、該電池ユニットは正常動作できず、従って、本明細書では、故障が発生して正常動作できない電池ユニットは故障電池ユニットとして定義され、故障が発生しておらず正常動作できる電池ユニットは非故障電池ユニットとして定義される。このとき、該電池モジュール又は電池パックに１つ又は複数の故障電池ユニットが存在し、その結果、回路が故障して正常に給電できず、すなわち、電池モジュール又は電池パックが故障する。該技術的問題を解決するために、本願の実施例は故障電池ユニットを電池モジュールの回路から除去して回路を再形成することによって該技術的問題を解決する。
なお、本願の実施例で言及される電池ユニットは以下の２種類の場合を含み、第１種類について、該電池モジュールが複数の電池セルを直列接続したものである場合、本願の実施例における電池ユニットは１つの電池セルであってもよく、これに対応して、故障電池ユニットはそのうちの１つの故障する電池セルであってもよい。第２種類について、該電池モジュールが２つ以上の電池セルを並列接続することで形成される少なくとも１つの並列接続グループを備える場合、本願の実施例における電池ユニットは１つの並列接続グループであってもよく、これに対応して、故障電池ユニットはそのうちの１つの並列接続グループであってもよく、且つ該並列接続グループには少なくとも１つの故障する電池セルが含まれる。
また、本願の実施例に係る電池ユニットはソフトパック電池であってもよく、角形電池又は円筒形電池などであってもよい。
図３に示すように、電池ユニット１の電極端子１１は極性が反対の第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２を備え、電池モジュールＭ２又は電池パックでは、複数の電池ユニット１同士は電気的に接続されて電池モジュールＭ２又は電池パックの回路を形成し、各電池ユニット１同士は具体的には直列接続の接続方式を使用してもよく、電池ユニット１同士は接続片２によって接続されてもよく、例えば、図４に示すように、電池ユニット１が直列接続される場合、左側に位置する電池ユニット１の第１電極端子１１１と中部に位置する電池ユニット１の第２電極端子１１２は第１接続片２１によって接続され、中部に位置する電池ユニット１の第１電極端子１１１と右側に位置する電池ユニット１の第２電極端子１１２は第２接続片２２によって接続され、それにより第１接続片２１と第２接続片２２によって３つの電池ユニット１の直列接続が実現される。
また、図４に示すように、電流が左側に位置する電池ユニット１から中部に位置する電池ユニット１へ流れ、最終的に右側に位置する電池ユニット１へ流れ、電池モジュールにおける当該３つの電池ユニットの位置が図４に示されることを仮定する場合、当該３つの電池ユニットは隣接する。左側の電池ユニット１は中部の電池ユニット１の上流に位置し、右側の電池ユニット１は中部の電池ユニット１の下流に位置する。
具体的には、図４に示すように、該接続片２に破断ガイド部２４が設けられ、図４中の中部に位置する電池ユニットが故障する場合、図５に示すように、該電池モジュールの複数の電池ユニットは故障電池ユニット１３及び少なくとも１つの非故障電池ユニット１２を含み、該非故障電池ユニット１２は故障電池ユニット１３に隣接する電池ユニットである。「隣接」は、非故障電池ユニット１２と故障電池ユニット１３が物理的に隣接し、すなわち、両者間にほかの電池ユニットがない（両者間に断熱パッド、緩衝パッドなどの構造があってもよい）こと、及び非故障電池ユニット１２と故障電池ユニット１３が電気的に隣接することを含み、電気的隣接とは、電流の流れ方向に沿って、同一の接続片に接続される電池ユニットが電気的に隣接することであり、電池ユニットが電気的に隣接する場合、同一の接続片に接続される２つの電池ユニット間にさらにほかの電池ユニットがあってもよく、すなわち、該接続片は少なくとも１つの電池ユニットを跨いでおり、このとき、電気的に隣接する２つの電池ユニットは物理的隣接を満たさない。
図５に示す実施例では、接続片の破断ガイド部が切断されることで形成された破断接続片２３は第１部分２５及び第２部分２６を備え、該第１部分２５は非故障電池ユニット１２と接続することに用いられ、第２部分２６は故障電池ユニット１３と接続することに用いられ、該第１部分２５と第２部分２６は隔てて設けられる（両者は接続しない）、それにより該電池モジュールの非故障電池ユニット１２と故障電池ユニット１３との電気的接続の切断が実現される。
さらに、図６に示す実施例では、接続片の破断ガイド部が切断されることで形成された破断接続片２３は第１部分２５のみを備え、該第１部分２５は非故障電池ユニット１２に接続される。本実施例では、故障電池ユニット１３と非故障電池ユニット１２を接続する接続片が破断ガイド部に沿って切断されると、操作者はさらに故障電池ユニット１３に接続される第２部分を撤去することができ、それによって該破断接続片は非故障電池ユニット１２に接続される第１部分２５のみを備え、非故障電池ユニット１２と故障電池ユニット１３との電気的接続の切断を確保し、故障電池ユニット１３に接続される部分を撤去すると、さらに破断接続片２３の第１部分２５と導電部材との接続を実現しやすく、接続過程で導電部材と干渉するリスクを低減させることもできる。また、第２部分を撤去すると、電池モジュールの重量を減らし、エネルギー密度を向上させることもできる。
さらに、図７に示すように、該電池モジュールは導電部材３をさらに備え、該導電部材３は第１部分２５と接続することに用いられ、それによって少なくとも１つの非故障電池ユニット１２を導電部材３によって電気的に接続し、電流が故障電池ユニット１３を迂回して、さらに電池モジュールの動作を回復する。
従来の設計では、電池パックのある電池ユニットが故障する場合、この故障電池ユニットを交換するか、又は、メンテナンス効率を高めるために、電池モジュール全体に対して交換メンテナンスを行うことを想到し得る。従って、メンテナンス過程では故障する電池パック（故障電池ユニットを含む電池パック）を工場に返送して対応する電池ユニット又は電池モジュールと一致させるか、又は対応する電池ユニットの型番又は電池モジュールの型番を製造工場に送信する必要がある。この過程は待つことに時間がかかり、資源の最適化に不利である。
上記処理方式はほとんどの分野における処理方式に一致し、すなわち、故障する部材又は構造を交換することで、全体的構造の動作を回復する。従って、ほとんどの分野のメンテナンス拠点では、故障しやすい部材のサンプルを準備し、且つ簡単な関連検出機器を準備する必要がある。故障し難い部材が故障するか、又は、保存及び保管が困難な部材が故障する場合、部材の交換メンテナンスを実現するには、メンテナンス拠点はメーカーから部材を取得する必要がある。メンテナンス方式が複雑である場合、さらにメーカーの対応する技術者に技術支援を依頼する必要がある。
電池の分野では、電池パックの故障する部材のうち電池ユニットは大部分を占めているが、電池ユニットのサンプル準備には多くの困難があり、また電池ユニットは長期保管できる部材ではなく、その理由として、１．現在、電池ユニットは型番が非常に多く、サイズ別、容量別、化学系別、構造別などに分けられる。２．電池ユニットは長期保管されると自己放電を行い、時間が長いほど、電池ユニットの正負極端子間の容量バランスは徐々に壊れて深刻になる。３．長期保管される場合、電解質の分解反応もいくつかの不可逆的な容量損失を蓄積する。また、電池ユニットの保管条件も高く、環境要素に注意しないと、電池ユニットの自己放電は加速する可能性もある。
型番の問題がなく、すべての電池ユニットは同じ構造を使用するとしても、電池ユニットを長期保管した後に再使用する場合、電池ユニットの容量及び自己放電レートなどのパラメータを再測定する必要がある。しかし、一般的なメンテナンス拠点はこのようなテスト条件を満たすことができず、操作者も専門的な分析能力を持たない。再テストされない電池ユニットはメンテナンス後の電池パックの正常動作を確保できない。また、電池の型番の問題もあって、各々のメンテナンス拠点は異なる型番の電池ユニットを保存する必要があるだけでなく、関連検出機器及び対応する技術者を配置する必要もある。従って、メンテナンス拠点で上記電池ユニットを交換するメンテナンス方式を実現することは困難である。
従って、現在、電池パックのメンテナンス効率を向上させるために、操作者は電池パック内の故障する電池モジュール（故障する電池モジュールとは、故障電池ユニットを含む電池モジュールである）を交換し、該方式はメンテナンスをより速く実現することができる。しかしながら、１つの電池モジュールは複数の電池ユニットを備え、僅かな場合、１つの電池モジュール内のすべての電池ユニットは故障し、正常な場合、１つの電池モジュール内の少数の電池ユニットのみは故障し（例えば、１つの電池ユニットのみは故障する）、その結果、電池モジュールが正常に動作できず、このとき、電池モジュール全体を交換すると、資源浪費を引き起こしてしまう。
さらに、新しい電池モジュールを交換すると、電池のバランスにも大きな問題がある。正常に使用される場合、電池パックの容量は減衰するが、新しく交換された電池モジュールと古い電池モジュールの容量は一致しないという問題がある。樽理論に従って、電池パックの容量は容量が最も低い電池モジュールによって決められ、従って新しく交換された電池モジュールは構造上あまり良い役割を果たすことができず、次に、古い電池モジュールは容量の減衰によって毎回満充電満放電を行い、古い電池モジュールの寿命の終点の到来を加速し、また、古い電池モジュールの内部抵抗は新しく交換された電池モジュールよりも大きく、且つ同じ電流は該古い電池モジュールと新しく交換された電池モジュールを流れ、このとき、内部抵抗が大きい古い電池モジュールの発熱量は多く、すなわち、該古い電池モジュール内の電池ユニットの温度が高く、その電池ユニットの劣化速度が加速され、その結果、古い電池モジュールの内部抵抗はさらに増大する。従って、電池ユニットの内部抵抗と温度上昇は一対の負帰還を形成し、内部抵抗が高い電池ユニットの劣化を加速する。
一方、電力消費機器の回路について、短絡も開回路も回路の故障を表す。現在、短絡の使用では、主に短絡によってヒューズ溶断を実現するか、又はほかのテスト機器の負荷などを実現する。しかしながら、対応する構造内に導電部材を追加して故障電池ユニットを短絡させることはなく、簡単な理解からわかるように、非常に大きな問題があり、目標を実現することができず、しかし、電池モジュール全体では、そのうちの１つの電池ユニットを短絡させることは、容量の大幅な変化を引き起こすことがなく、それにより電池パックの正常使用が確保される。
本願の実施例では、図７に示すように、上記少なくとも１つの非故障電池ユニット１２は具体的には２つの非故障電池ユニット１２であってもよく、導電部材３によって２つの非故障電池ユニット１２を接続し、電池モジュールの回路を再導通し、該回路は故障電池ユニット１３を迂回でき、それによって該故障電池ユニット１３は電池モジュールの充放電過程に関与しなくなり、すなわち、該故障電池ユニット１３は該電池モジュールの回路に影響しない。従って、電池モジュールの動作過程で１つ又は複数の故障電池ユニット１３が存在する場合、電池モジュール全体を交換する必要がない。該電池モジュールが車両に適用される場合、自動車ディーラーで該車両を直接メンテナンスすることができ、車両を工場に返送して処理したり新しい電池パックを交換したりする必要がなく、それにより電池モジュールのメンテナンス効率が向上し、メンテナンスプロセスが簡素化され、メンテナンスコストが削減される。また、上記処理を行った後、該電池モジュールでは少数の電池セル（故障電池ユニット１３の電池セル）のみは回路の形成に関与せず、該電池モジュールの電池容量の大幅な低減を引き起こすことがなく、電池モジュールと電池パックは正常に動作できる。
また、電池ユニットは構造用接着剤によって筐体の収容室の構造に貼り付けられ、ある電池ユニットが故障すると、該故障電池ユニットを収容室内から撤去する操作は実現し難く、従って、本実施例における処理方式は操作が簡単で、効率が高いという利点を持つ。
また、本願の実施例では、接続片に破断ガイド部が設けられることで、該接続片はより切断されやすくなり、それによって、非故障電池ユニット１２と故障電池ユニット１３との切断を簡単に実現でき、さらに故障処理の効率を向上させる。また、接続片に破断ガイド部が設けられる場合、接続片の切断時の変形を減少させることもでき、切断後の切断面が平坦であり、破断接続片２３の第１部分２５と導電部材３との接続を実現しやすく、両者間の接続信頼性を向上させる。
可能な設計では、該破断ガイド部は具体的には折り曲げ部及び／又は脆弱部を備えてもよく、従って、接続片は折り曲げ部及び脆弱部の両方を備えてもよい。例えば、接続片が２つの破断ガイド部を備える場合、２つの破断ガイド部のうちの一方は折り曲げ部、他方は脆弱部であってもよい。又は、接続片の破断ガイド部は脆弱部のみを備えてもよく、又は折り曲げ部のみを備えてもよい。特定実施例では、図８に示すように、電池モジュールの各接続片２は１つの上記破断ガイド部２４を備え、該破断ガイド部２４は脆弱部２４２を備えてもよく、該脆弱部２４２と接続片２のほかの位置との接続は切断可能であり、及び／又は該脆弱部２４２は切断可能である。
図８に示すように、該接続片２は１つの破断ガイド部２４を備えてもよく、すなわち、１つの脆弱部２４２を備える。該接続片は複数の破断ガイド部を備えてもよい。
具体的には、図９に示すように、第１の特定実施例では、該脆弱部２４２は接続片２に対して電池ユニット１の高さ方向Ｚに沿って凹む構造であってもよい。勿論、該脆弱部２４２は、例えばミシン目、部分薄肉化など本分野でよく使用されるほかの構造であってもよい。
本実施例では、該脆弱部２４２と接続片２との接続強度は低く、すなわち、該接続片２の脆弱部２４２の位置での構造は脆弱であり、該脆弱部２４２と接続片２との接続及び／又は脆弱部２４２自体は切断され易く、それにより、図１０に示す破断接続片２３を簡単に形成することができる。
より具体的には、図９に示すように、該脆弱部２４２は接続部２４２ｂを備え、且つ該接続部２４２ｂは接続片２に対して電池ユニット１の高さ方向Ｚに沿って凹んでおり、また、該接続部２４２ｂの一部は接続片２と切断され、接続部２４２ｂの残りの部分は接続片２と接続され、電池ユニットの高さ方向Ｚに沿って、該接続部２４２ｂと接続片２との間に所定隙間２４２ａがある。
本実施例では、該接続部２４２ｂの一部が接続片２と切断されることで、該脆弱部２４２と接続片２との接続強度が低く、接続片２の切断を実現しやすい。
従って、該破断ガイド部が切断されて破断接続片２３を形成する場合、図１０に示すように、該破断接続片２３は第１部分２５及び第２部分２６を備えてもよく、該第１部分２５と第２部分２６は互いに間隔をおいて設けられ、該第１部分２５は非故障電池ユニットと接続することに用いられ、第２部分２６は故障電池ユニットと接続することに用いられ、第１部分２５と第２部分２６が切断されると、非故障電池ユニットと故障電池ユニットとの接続を切断することができる。
本実施例では、故障電池ユニットに接続される第２部分２６を撤去する必要がなく、それによってメンテナンスのステップを簡素化することができる。また、第２部分２６の撤去過程で余分な金属粒子が発生するため、本実施例では、第２部分２６を撤去しないことで、金属粒子が電池モジュール内に入って電池モジュールの内部短絡を引き起こすリスクを低減させることができる。
上記破断ガイド部の切断は具体的には、以下の３種類の方式によって実現され得る。第１種類について、ペンチなどの工具によって該脆弱部２４２をせん断することで、接続片２の切断を実現する。第２種類について、電池ユニットの高さ方向Ｚに沿って、脆弱部２４２と対応する故障電池ユニットのトップカバーとの間に断熱部材（例えば、断熱パッド又は雲母シートなど）を配置し、次に、脆弱部２４２に沿って接続片を溶断し、溶断は高温溶接ガン（例えば、半田付けガン）などの工具によって実現され得る。第３種類について、切断対象の接続片の下に横漏れ防止パッドを配置し、破断ガイド部の位置の周りに接着剤を塗布し、次に該接続片の破断ガイド部に腐食剤を塗布し、該横漏れ防止パッドと接着剤は腐食剤の位置を制御でき、腐食剤によって破断ガイド部を貫通するまで腐食させ、それにより接続片の切断が実現される。
上記各実施例では、該接続片は１つの破断ガイド部を備えてもよく、別の特定実施例では、図１２に示すように、該接続片２は複数の破断ガイド部２４を備えてもよく、複数の破断ガイド部２４同士は互いに間隔をおいて設けられ、すなわち、隣接する破断ガイド部２４間は除去対象部分２７であり、破断ガイド部２４がいずれも切断される場合、破断ガイド部２４間に位置する除去対象部分２７は撤去可能であり、それによって該破断接続片の第１部分２５と第２部分２６との相互接続を確保し、さらに非故障電池ユニットが故障電池ユニットと接続しないことを確保する。
また、該破断接続片では、除去対象部分２７を撤去すると、第１部分２５と第２部分２６との距離を増大させることもでき、それによって両者間の電気隙間を増加させ、その誤接触を回避し、電池モジュールの安全性を向上させる。
特定実施例では、図１２に示すように、該接続片２の破断ガイド部２４は具体的には複数の脆弱部２４２を備えてもよく、且つ複数の脆弱部２４２は互いに間隔をおいて設けられ、２つの脆弱部２４２の間に除去対象部分２７がある。
該脆弱部２４２は電池ユニットの長さ方向Ｙに沿って並んでもよく、すなわち、該破断ガイド部２４は電池ユニットの長さ方向Ｙに沿って延伸してもよく、複数の脆弱部２４２は電池ユニットの厚さ方向Ｘに沿って間隔をおいて配置される。脆弱部２４２が切断されて破断接続片を形成し、このとき、破断接続片は第１部分及び第２部分を備え、第１部分は非故障電池ユニットと接続することに用いられ、第２部分は故障電池ユニットと接続することに用いられ、２つ又は複数の脆弱部２４２がいずれも切断されると、上記除去対象部分２７は撤去可能であり、それによって破断接続片の第１部分と第２部分を相互に隔てて、非故障電池ユニットと故障電池ユニットとの切断を実現する。
より具体的には、図１２に示す実施例では、該脆弱部２４２は具体的には、接続片２に設けられる複数の貫通孔を備えてもよく、複数の貫通孔は電池ユニットの長さ方向Ｙに沿って間隔をおいて配置されて脆弱部２４２を形成する。別の特定実施例では、該脆弱部は具体的には接続部を備えてもよく、該接続部は接続片に対して電池ユニットの高さ方向Ｚに沿って凹んでおり、一部が接続片と接続され、残りの部分が接続片と切断される。勿論、本願の実施例における脆弱部２４２は、例えば切欠きなど本分野でよく使用されるほかの構造であってもよく、破断ガイド部２４の切断を簡単に実現できればよい。
別の特定実施例では、図１４に示すように、該破断ガイド部２４は具体的には折り曲げ部２４１であってもよく、該折り曲げ部２４１は電池ユニットの長さ方向Ｙに沿って延伸してもよく、該接続片２は１つ又は複数の折り曲げ部２４１を備えてもよい。複数の折り曲げ部２４１を備える場合、各折り曲げ部２４１は間隔をおいて配置され、且つ隣接する折り曲げ部２４１の間に除去対象部分２７がある。
図１４に示す実施例では、２つの折り曲げ部２４１は電池ユニットの厚さ方向Ｘに沿って間隔をおいて配置されてもよい。該接続片２の破断ガイド部２４が切断される場合、具体的には、２つの折り曲げ部２４１がいずれも切断されて破断接続片を形成するようにしてもよく、このとき、破断接続片は上記第１部分及び第２部分を備え、第１部分は非故障電池ユニット１２と接続することに用いられ、第２部分は故障電池ユニット１３と接続することに用いられ、２つの折り曲げ部２４１がいずれも切断されると、上記除去対象部分２７は撤去可能であり、それによって破断接続片の第１部分と第２部分を相互に隔て、非故障電池ユニットと故障電池ユニットとの切断を実現する。
具体的には、図１５に示すように、該折り曲げ部２４１は電池ユニットの高さ方向Ｚに沿って上へ折り曲げられ、すなわち、トップカバー１５から離れる方向に沿って折り曲げられ、それによって該折り曲げ部２４１とトップカバー１５との間に高さ方向Ｚに沿って操作空間２４１ａを形成し、該操作空間２４１ａは操作工具（例えばペンチ）が伸び込むことに使用でき、それによって、接続片２を該折り曲げ部２４１に沿ってせん断する。勿論、該折り曲げ部２４１の切断は上記溶断、化学的腐食などの方式によって実現され得る。
また、該折り曲げ部２４１はさらに部分的に薄肉化されてもよく、それによって、該折り曲げ部２４１に沿う切断を実現しやすい。
また、本願の実施例は故障処理方法をさらに提供し、故障電池ユニット１３を処理することに用いられ、少なくとも１つの非故障電池ユニット１２は故障電池ユニット１３に隣接し、接続片２は複数の電池ユニット１を直列接続することに用いられ、該接続片２に破断ガイド部２４が設けられる。これに基づいて、該故障処理方法は具体的には、ステップＳ１～Ｓ３を含む。
Ｓ１、非故障電池ユニット１２に接続される接続片２を破断ガイド部２４に沿って切断して、隔てて設けられる第１部分２５及び第２部分２６を備える破断接続片２３を形成し、第１部分２５は少なくとも１つの非故障電池ユニット１２と接続することに用いられ、第２部分２６は故障電池ユニット１３と接続することに用いられ、
Ｓ３、導電部材３によって第１部分２５を接続し、電流が故障電池ユニット１３を迂回し、さらに電池モジュールの動作を回復する。
本願の実施例では、接続片２に破断ガイド部２４が設けられることで、該接続片２はより切断されやすくなり、それによって、非故障電池ユニット１２と故障電池ユニット１３との切断を実現しやすく、故障処理の効率を向上させることができる。また、導電部材３によって少なくとも１つの非故障電池ユニット１２を接続する場合、電池モジュールの回路を再導通することができ、該回路は故障電池ユニット１３を迂回でき、それによって、該故障電池ユニット１３は電池モジュールの充放電過程に関与しなくなり、すなわち、該故障電池ユニット１３は該電池モジュールの回路に影響しない。従って、電池モジュールの動作過程で１つ又は複数の故障電池ユニット１３が存在する場合、電池モジュール全体を交換する必要がない。該電池モジュールが車両に適用される場合、自動車ディーラーで該車両を直接メンテナンスすることができ、車両を工場に返送して処理したり新しい電池パックを交換したりする必要がなく、それにより電池モジュールのメンテナンス効率が向上し、メンテナンスプロセスが簡素化され、メンテナンスコストが削減される。
具体的には、上記ステップＳ１は具体的には、
Ｓ１１、工具によって接続片２を破断ガイド部２４に沿ってせん断することであり得る。
又は、上記ステップＳ１は具体的には、
Ｓ１２、破断ガイド部２４２と電池ユニット１のトップカバー１５との間に断熱部材を配置し、次に接続片２を破断ガイド部２４２に沿って溶断することであり得る。
さらに又は、上記ステップＳ１はさらに、
Ｓ１３、接続片２の下方に横漏れ防止パッドを配置し、破断ガイド部２４の位置の周りに接着剤を塗布し、次に、該接続片２の破断ガイド部２４に腐食剤を塗布し、腐食剤によって破断ガイド部２４を貫通するまで腐食させ、それによって接続片２の切断を実現することであり得る。
可能な設計では、少なくとも１つの非故障電池ユニット１２は故障電池ユニット１３に隣接する２つの非故障電池ユニット１２を備え、これに基づいて、上記ステップＳ３は具体的には、ステップＳ３１を含んでもよい。
Ｓ３１、導電部材３によって２つの非故障電池ユニット１２の第１部分２５を接続する。
本実施例では、電池モジュールの電流は２つの非故障電池ユニット１２及び導電部材３を流れることができ、それによって電池モジュールの動作を回復する。
特定実施例では、該接続片２は１つの破断ガイド部２４を備えてもよく、従って、上記ステップＳ１の後に、該故障処理方法はステップＳ２１をさらに含んでもよい。
Ｓ２１、接続片２の故障電池ユニット１３に接続される部分を撤去して該破断接続片２３を形成する。
本実施例では、故障電池ユニット１３に接続される接続片２の部分を撤去する場合、故障電池ユニット１３と非故障電池ユニット１２との電気的接続の切断を確保することができ、故障電池ユニット１３に接続される部分を撤去すると、破断接続片２３の第１部分２５と導電部材との接続を実現しやすく、接続過程で導電部材と干渉するリスクを低減させることもできる。また、第２部分を撤去すると、電池モジュールの重量を減らし、エネルギー密度を向上させることもできる。
別の特定実施例では、該接続片２はさらに間隔をおいて配置される複数の破断ガイド部２４を備えてもよく、隣接する破断ガイド部２４の間に除去対象部分２７があり、これに基づいて、上記ステップＳ１は具体的にはステップ１４を含んでもよい。
Ｓ１４、破断ガイド部２４を切断し、除去対象部分２７を撤去して該破断接続片２３を形成する。該破断接続片２３は第１部分２５及び第２部分２６を備え、該第１部分２５は非故障電池ユニット１２と接続することに用いられ、第２部分２６は故障電池ユニット１３と接続することに用いられる。
本実施例では、接続片２に複数の破断ガイド部２４が設けられることで、複数の破断ガイド部２４がいずれも切断されると、複数の破断ガイド部２４間に位置する除去対象部分２７は除去可能であり、それによって、破断接続片の第１部分と第２部分を互いに間隔をおいて設けることを確保し、さらに非故障電池ユニットと故障電池ユニットとの接続の切断を確保する。また、該破断接続片では、除去対象部分２７を撤去すると、第１部分２５と第２部分２６との距離を増大させることもでき、それによって両者の誤接触を回避し、電池モジュールの安全性を向上させる。
具体的には、上記ステップＳ３の前に、該故障処理方法はステップＳ２３をさらに含んでもよい。
Ｓ２３、所電池ユニット１の高さ方向Ｚに沿って、破断ガイド部２４と対応する故障電池ユニット１３のトップカバー１５との間に断熱部材４を配置し、該断熱部材４は具体的には、雲母板又は断熱パッドなどの部材であり得る。
上記ステップＳ３は具体的には、
Ｓ３１、導電部材３と２つの第１部分２５とを溶接して、導電部材３によって２つの非故障電池ユニット１２を接続することであり得る。
本実施例では、導電部材３と第１部分２５はさらに、例えばボンディング、係合、導電性接着剤による接続などのほかの接続方式によって接続され得る。
選択可能な実施例を参照しながら本願を説明したが、本願の範囲を逸脱せずに種々の改良を行ったりその部材を同等物で置換したりすることができる。特に、構造上の矛盾がない限り、各実施例で言及される各技術的特徴を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的解決手段を含む。
Ｄ 装置
Ｍ 電池パック
Ｍ１ 筐体
Ｍ１１ 上筐体
Ｍ１２ 下筐体
Ｍ１３ 収容室
Ｍ２ 電池モジュール
１ 電池ユニット
１１ 電極端子
１１１ 第１電極端子
１１２ 第２電極端子
１２ 非故障電池ユニット
１３ 故障電池ユニット
１５ トップカバー
２ 接続片
２１ 第１接続片
２２ 第２接続片
２３ 破断接続片
２４ 破断ガイド部
２４１ 折り曲げ部
２４１ａ 操作空間
２４２ 脆弱部
２４２ａ 所定隙間
２４２ｂ 接続部
２５ 第１部分
２６ 第２部分
２７ 除去対象部分
３ 導電部材
４ 断熱部材

Claims (15)

  1. 電池モジュールであって、複数の直列接続用の電池ユニットと、接続片と、導電部材と、を備え、
    前記電池モジュールが故障すると、複数の前記電池ユニットは故障電池ユニット、及び前記故障電池ユニットに隣接する少なくとも１つの非故障電池ユニットを含み、
    前記接続片は、複数の前記電池ユニットを直列接続することに用いられ、前記電池モジュールが故障すると、前記接続片をガイドして破断させることで隔てて設けられる第１部分及び第２部分を形成するための少なくとも１つの破断ガイド部が設けられ、前記第１部分は少なくとも１つの前記非故障電池ユニットと接続することに用いられ、前記第２部分は前記故障電池ユニットと接続することに用いられ、
    前記導電部材は、前記電池モジュールが故障すると、前記第１部分と接続し、電流が前記故障電池ユニットを迂回して前記電池モジュールの動作を回復することに用いられる、電池モジュール。
  2. 少なくとも１つの前記非故障電池ユニットは前記故障電池ユニットに隣接する２つの非故障電池ユニットを含み、前記導電部材は前記２つの非故障電池ユニットの前記第１部分を接続することに用いられる、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記破断ガイド部が複数設けられる場合、複数の前記破断ガイド部は間隔をおいて設けられる、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
  4. 前記破断ガイド部は折り曲げ部を備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  5. 前記折り曲げ部は前記接続片に対して折り曲げられる、請求項４に記載の電池モジュール。
  6. 前記破断ガイド部は脆弱部を備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  7. 前記脆弱部は前記接続片に対して凹んでいる、請求項６に記載の電池モジュール。
  8. 前記脆弱部は接続部を備え、前記接続部は前記接続片に対して前記電池ユニットの高さ方向に沿って凹んでおり、
    前記電池モジュールが故障すると、前記接続部は前記接続片と切断可能である、請求項７に記載の電池モジュール。
  9. 電池パックであって、
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電池モジュールと、
    前記電池モジュールを収容することに用いられる筐体と、を備える、電池パック。
  10. 装置であって、
    電力を供給することに用いられる請求項９に記載の電池パックを備える、装置。
  11. 故障処理方法であって、故障電池ユニットを処理することに用いられ、少なくとも１つの非故障電池ユニットは前記故障電池ユニットに隣接し、接続片は複数の電池ユニットを直列接続することに用いられ、前記接続片に少なくとも１つの破断ガイド部が設けられ、
    前記故障処理方法は、
    前記非故障電池ユニットに接続される前記接続片を前記破断ガイド部に沿って切断して、隔てて設けられる第１部分及び第２部分を形成するステップであって、前記第１部分は少なくとも１つの前記非故障電池ユニットと接続することに用いられ、前記第２部分は前記故障電池ユニットと接続することに用いられるステップと、
    導電部材によって前記第１部分を接続し、電流が前記故障電池ユニットを迂回して電池モジュールの動作を回復するステップと、を含む、故障処理方法。
  12. 少なくとも１つの前記非故障電池ユニットは前記故障電池ユニットに隣接する２つの非故障電池ユニットを含み、
    導電部材によって前記第１部分を接続する場合、前記故障処理方法は、
    前記導電部材によって２つの前記非故障電池ユニットの前記第１部分を接続するステップを含む、請求項１１に記載の故障処理方法。
  13. 前記破断ガイド部は１つ設けられ、前記非故障電池ユニットに接続される前記接続片を前記破断ガイド部に沿って切断して第１部分及び第２部分を形成した後に、前記故障処理方法は、
    前記接続片の前記故障電池ユニットに接続される部分を撤去するステップをさらに含む、請求項１１又は１２に記載の故障処理方法。
  14. 前記破断ガイド部は複数設けられ、且つ複数の前記破断ガイド部は間隔をおいて設けられ、隣接する前記破断ガイド部の間に除去対象部分があり、
    前記非故障電池ユニットに接続される前記接続片を前記破断ガイド部に沿って切断して第１部分及び第２部分を形成する場合、前記故障処理方法は、
    複数の前記破断ガイド部を切断し、前記除去対象部分を撤去することで、前記第１部分と前記第２部分を互いに間隔をおいて設けるステップをさらに含む、請求項１１又は請求項１２に記載の故障処理方法。
  15. 導電部材によって前記第１部分を接続する前に、前記故障処理方法は、
    前記破断ガイド部と対応する前記故障電池ユニットのトップカバーとの間に断熱部材を配置するステップを含み、
    導電部材によって前記第１部分を接続する場合、前記故障処理方法は、
    前記導電部材と前記第１部分を溶接して前記導電部材によって少なくとも１つの前記非故障電池ユニットを接続するステップを含む、請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の故障処理方法。
JP2022543718A 2020-04-03 2020-12-11 電池モジュール、電池パック、装置及び故障処理方法 Active JP7399300B2 (ja)

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