JP7483906B2 - 電池パック及び車両 - Google Patents

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（関連出願の相互参照)
本願は、ビーワイディー カンパニー リミテッドが２０２０年２月１８日に提出した、出願名称が「電池パック及び車両」である中国特許出願第「２０２０１００９９３６５．Ｘ」号の優先権を主張するものである。

本願は、車両製造の技術分野に関し、特に電池パック及び前記電池パックを含む車両に関する。

現在、電気自動車に適用される動力電池パックは、一般的に、複数の単電池を含み、各単電池は、いずれも電流を引き出す電極端子を含む。単電池の車両全体における配列設計は、常に空間により制限されるため、空間利用の最大化及び電池の安全性の観点からは適性を欠いている。

従来技術において、単電池の電極端子が電気自動車の高さ方向に向かって設けられる場合、電気自動車の車両全体の高さが限られるため、電池パックを電気自動車の底部にしか配置できず、電池の安全性を考慮すると、単電池のセルが高いほどよくなるが、車室の空間及び車両全体の重心の安定性を考慮すると、単電池にあまりに高い空間を与えることができないため、単電池の配列設計の難しさを増加させ、また、単電池の電極端子が車両の側面方向、すなわちドアの方向に向かって設けられる場合、電気自動車の車両全体の幅が限られるため、電気自動車の車体が側面方向からの衝突を受けると、単電池の電極端子が直接衝突を受けやすく、短絡などの危害性が大きい電池損傷が発生しやすい。

本願は、少なくとも従来技術における技術的課題の１つを解決することを目的とする。このために、本願は、前記電極端子が衝突を受ける可能性を低減することができる電池パックを提供する。

本願は、上記電池パックを使用する車両を更に提供する。

本願の電池パックは、車両に固定され、前記車両に電力を供給し、少なくとも１つの単電池を含む電池列を含み、前記単電池は、電流を引き出す電極端子を含み、前記車両の前から後ろの方向は、第１の方向であり、前記電極端子の向きは、前記第１の方向と平行に設定される。

本願は、単電池の電極端子の向きを車両の前から後ろの方向と平行に設定することにより、電極端子が車の前又は車の後ろに向けられ、従来の電極端子が車両の側面に向かって設けられることに比べて、単電池の電極端子と車両の車体外板との間に大きな緩衝空間を有することができ、これにより、車体の衝突時に電極端子にかかる衝突を緩和し、該電極端子が衝突を受ける可能性を低減し、電極端子が衝突を受けて短絡が発生するなどの危害性が大きい電池損傷を回避することができる。

本願の追加の態様及び利点は、一部が以下の説明において示され、一部が以下の説明において明らかになるか又は本願の実施により把握される。

本願の上記及び／又は追加の様態及び利点は、以下の図面を参照して実施例を説明することにより、明らかになって理解されやすくなる。

本願の実施例に係る電池パックが車両に固定された立体構造の概略図である。 本願の実施例に係る電池パックの立体構造の概略図である。 本願の実施例に係る電池列の立体構造の概略図である。 本願の実施例に係る単電池の立体構造の概略図である。 本願の実施例に係る単電池の断面概略図である。 本願の実施例に係る電極体セットがパッケージフィルム内に封止された概略図である。 本願の実施例に係る電極体セットがパッケージフィルム内に封止された別の概略図である。 本願の実施例に係る金属ケースの第１の表面に凹部が形成された概略図である。 従来技術における車両の底部が硬い物の衝突を受けた後に電池パック内の単電池への影響の概略図である。 本願の実施例における車両の底部が硬い物の衝突を受けた後に電池パック内の単電池への影響の概略図である。

以下、本願の実施例を詳細に説明し、上記実施例の例は、図面に示され、全体を通して同一又は類似の符号は、同一又は類似の部品、或いは同一又は類似の機能を有する部品を示す。以下、図面を参照して説明される実施例は、例示的なものであり、本願を解釈するためのものに過ぎず、本願を限定するためのものとして理解すべきではない。

図１～図５を併せて参照し、本願は、車両３００に固定され、車両３００に電力を供給する電池パック２００を開示する。具体的には、本願の実施例において、電池パック２００は、車両３００の底部に固定されてもよく、或いは、他の実施例において、電池パック２００は、車両の前又は後ろに設けられてもよいか、又は車の頂部さらに車室内に設けられてもよく、これを具体的に限定しない。電池パック２００は、少なくとも１つの単電池１００を含む電池列２１を含む。電池列２１は、複数の単電池１００を含むことにより、電池列２１の電気容量を増加させる。

本願において、単電池１００は、電流を引き出す電極端子を含む。車両３００の前から後ろの方向を第１の方向Ａと定義し、本願の実施例において、単電池１００の電極端子の向きは、第１の方向Ａと平行に設定され、すなわち、単電池１００の電極端子は、車の前に向かって設けられてもよく、車の後ろに向かって設けられてもよい。

車両３００の前から後ろまでの長さ寸法は、車両３００の幅寸法及び高さ寸法より大きく、本願は、単電池１００の電極端子を車両３００の前に向けて設けるか、又は電極端子を車両の後ろに向けて設けるか、又は少なくとも一部の電極端子を車の前に向けて設け、他の一部の電極端子を車の後ろに向けて設けることにより、単電池１００の電極端子と車両３００の車体外板との間に大きな緩衝空間を残すことができ、これにより、車体の衝突時に電極端子にかかる衝突を緩和することができ、該電極端子が衝突を受ける可能性を低減する。

本願の実施例において、単電池１００の長さは、第１の方向Ａに沿って延び、すなわち、単電池１００の長さ方向は、車両３００の長さ方向と同じであり、長い単電池１００を得ることに役立ち、これにより、単一の単電池１００の電気容量を増加させる。また、単電池１００の厚さは、第１の方向Ａに垂直な第２の方向Ｂに沿って延び、複数の単電池１００は、第２の方向Ｂに沿って順に配列されて電池列２１を形成する。

従来技術において、単電池の電極端子は、車両の側面方向（すなわち第１の方向Ａに垂直な第２の方向Ｂ）に向かって設けられ、図９に示すように、電池パック内の複数の単電池は、車両の前から後ろの方向（すなわち第１の方向Ａ）に沿って配列されるため、車両の走行過程において、車両の底部が硬い物Ｃに衝突される場合、底部の電池パック内の全ての単電池は、いずれも衝突により変形し、破裂するリスクを有する可能性があり、これにより、複数の単電池の間の短絡が発生し、車両及び乗客に損傷を与えやすい。

従来技術と異なり、本願において、図１０に示すように、複数の単電池は、車両の前から後ろの方向に垂直な第２の方向Ｂに沿って配列され、このような配列方式により、車両の走行過程において車両の底部が硬い物Ｃに衝突される場合、異物衝突の影響を受ける単電池の数を減少させ、安全性を向上させることができる。図９及び図１０に示すように、１００ｂは、衝突の影響を受ける単電池である。

本願の実施例において、単電池１００の長さは、第１の方向Ａに沿って延び、単電池１００の電極端子は、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２を含み、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、それぞれ単電池１００の正極端子及び負極端子であってもよく、或いは、それぞれ負極端子と正極端子であってもよい。第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、単電池１００の第１の方向Ａの端部に位置する。なお、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２の「第１」及び「第２」は、名称の区別のみに用いられ、数を限定するものではなく、例えば、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、いずれも１つであってもよく、複数であってもよい。

他の実施例において、単電池１００の第１、第２の電極端子は、単電池１００の他の位置に設けられてもよく、例えば、単電池１０の第２の方向Ｂの両側に設けられてもよく、単電池１００の長さ方向は、車両３００の長さ方向と異なってもよく、例えば、単電池１００の長さ方向は、車両３００の幅方向と同じであり、車両３００の高さ方向と同じであってもよく、単電池１００の第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２の向きが車両３００の前から後ろの方向と平行であることを満たせばよく、これにより、電極端子は、大きな緩衝空間を有することができる。

本願の実施例において、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、単電池１００の第１の方向Ａの同一端部に位置し、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、いずれも車両３００の第１の方向Ａの同一側に向かう。

例えば、いくつかの実施形態において、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、いずれも車両３００の前に向かう。他の実施形態において、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、いずれも車両３００の後ろに向かう。

他の実施例において、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、それぞれ単電池１００の第１の方向Ａの２つの端部に位置し、すなわち、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、それぞれ車両３００の前と後ろに向かう。

図３に示すように、電池列２１において、複数の単電池１００は、第１の方向Ａに垂直な第２の方向Ｂに沿って配列され、隣接する単電池１００の同一側の電極端子の極性が逆であり、すなわち、電池列２１において、一部の単電池１００の第１の電極端子は、車の前に向かい、第２の電極端子は、車の後ろに向かい、他の一部の単電池１００の第１の電極端子は、車の後ろに向かい、第２の電極端子は、車の前に向かう。

本願の実施例において、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、それぞれ単電池１００の第１の方向Ａの２つの端部に位置し、第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、それぞれ車の前と車の後ろに向かうことにより、単電池１００の各端部の構造が簡単であり、製造し取り付けやすい。

本願の実施例において、電極端子に十分な緩衝空間を残すために、単電池１００の長さと車両３００の長さとの比率は、合理的な範囲内にあるべきであり、単電池１００の長さと車両３００の長さとの比率範囲は、０．２～０．８であってもよい。本願の実施例において、単電池１００は、ほぼ直方体であり、単電池１００の長さＬの範囲は、６００ｍｍ～２５００ｍｍ（ミリメートル）であり、例えば、８００ｍｍ、１０００ｍｍ又は１５００ｍｍなどであってもよく、単電池１００の長さ寸法が該範囲内にある場合、単電池１００の全体構造は、標準化の設計により合致し、異なる電池パック２００に汎用することができ、適用範囲が広く、単電池１００の厚さは、第１の方向Ａに垂直な第２の方向Ｂ（すなわち車両３００の幅方向）に沿って延び、単電池１００の厚さＤは、１０ｍｍより大きくてもよく、例えば１３ｍｍ～７５ｍｍの範囲にあってもよい。

図５～図８を併せて参照し、単電池１００は、金属ケース１１と、金属ケース１１内に封止され、第１の方向Ａに沿って順に配列された複数の電極体セット１２とを含む。複数の電極体セット１２は、直列接続されて電極体列を形成することができ、各電極体セット１２は、少なくとも１つの電極体を含む。

電極体セット１２は、電流を引き出す第１の電極１２１及び第２の電極１２２を含み、電極体セット１２は、電極体セット本体１２３と、電極体セット本体１２３に電気的に接続された第１の電極１２１及び第２の電極１２２とを含み、第１の電極１２１及び第２の電極１２２は、第１の方向Ａに沿ってそれぞれ電極体セット本体１２３の両側に位置する。隣接する２つの電極体セット１２のうち、１つの電極体セット１２の第１の電極１２１と、もう１つの電極体セット１２の第２の電極１２２とは、電気的に接続されて直列接続を実現し、複数の電極体セット１２を直列接続して、単一の単電池１００により容量及び電圧の向上を実現し、製造プロセス及びコストを低減することができる。

本実施例の直列接続方式としては、隣接する２つの電極体セット１２が直列接続されてもよく、実現される具体的な方式としては、隣接する２つの電極体セット１２の第１の電極１２１及び第２の電極１２２が直接的に接続されてもよく、追加の導電部材により電気的接続を実現してもよい。電極体セット１２が１つの電極体のみを含む場合、第１の電極１２１及び第２の電極１２２は、それぞれ電極体の正極タブと負極タブであってもよいか、又はそれぞれ負極タブと正極タブであってもよい。複数の電極体を含む場合、第１の電極１２１及び第２の電極１２２の引出部材は、電極リード線であってもよい。第１の電極１２１及び第２の電極１２２の「第１」及び「第２」は、名称の区別のみに用いられ、数を限定するものではなく、例えば、第１の電極１２１及び第２の電極１２２は、いずれも１つであってもよく、複数であってもよい。

金属ケース１１は、開口を有するケース本体１１１と、カバープレート１１２とを含む。カバープレート１１２は、ケース本体１１の開口に封止接続されて、ケース本体とともに封止された収容キャビティを形成し、複数の電極体セット１２で直列接続されて形成された電極体列は、該収容キャビティ内に収容される。電極体列の両端は、それぞれ第１の電極及び第２の電極を含み、該電極体列の第１の電極は、該電極体列の一端に位置する電極体セット１２の第１の電極１２１であり、該電極体列の第２の電極は、該電極体列の他端に位置する電極体セット１２の第２の電極１２２である。

いくつかの実施例において、電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、それぞれカバープレート１１２から引き出されて、それぞれ単電池１００の第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２を形成する。

いくつかの実施形態において、ケース本体１１１は、両端が開口してもよく、カバープレート１１２の数は、２つであってもよいため、２つのカバープレート１１２は、それぞれケース本体１１１の両端の開口に封止接続されて、封止された収容キャビティを形成する。このような方式において、電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、それぞれ２つのカバープレート１１２から引き出されて、それぞれ単電池１００の第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２を形成することができ、この時に第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、それぞれ単電池１００の第１の方向Ａの２つの端部に位置する。勿論、他の実施例において、電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極も、同一のカバープレート１１２から引き出されて、それぞれ単電池１００の第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２を形成することができ、この時に第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、それぞれ単電池１００の第１の方向Ａの同一端部に位置する。

他の実施形態において、ケース本体１１１には、一端のみに開口が設けられてもよく、カバープレート１１２の数は１つであるため、１つのカバープレート１１２は、ケース本体１１１の一端の開口に封止接続される。このような方式において、電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、同一のカバープレート１１２から引き出されて、それぞれ単電池１００の第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２を形成し、この時に第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２は、それぞれ単電池１００の同一端部に位置する。

電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、カバープレート１１２から引き出されなくてもよく、カバープレート１１２に第１の電極端子１４１及び第２の電極端子１４２が設けられ、第１、第２の電極端子は、いずれも同一のカバープレート１１２に設けられてもよく、それぞれ２つのカバープレート１１２に設けられてもよく、この時に電極体列の両端に位置する第１の電極及び第２の電極は、それぞれカバープレート１１２上の第１の電極端子及び第２の電極端子に電気的に接続され、ここでは説明を省略する。

複数の電極体セット１２は、直列接続＋並列接続の方式で接続されてもよく、例えば、複数の電極体セット１２は、２つの電極体列を形成することができ、具体的には、複数の電極体セット１２を２つの部分に分けることができ、各部分における電極体セット１２は、直列接続されて１つの電極体列を形成し、２つの電極体列は、並列接続される。勿論、複数の電極体セット１２は、３つの部分又はより多くの部分に合理的に分けられてもよく、各部分における電極体セット１２は、直列接続されて電極体列を形成し、複数の電極体列は、並列接続される。

理解されるように、単電池１００における複数の電極体セット１２は、複数の部分に分けられ、各部分における複数の電極体セット１２は、直列接続されて電極体列を形成することにより、各電極体列は、一定の電圧を有して動作需要を満たすことができ、複数の電極体列は、並列接続の方式で接続されることにより、複数の電極体列の電気容量を重畳させることができるため、単電池１００は、大きな電気容量を有し、単電池１００の給電時間を長くすることに役立つ。

本願の実施例において、金属ケース１１と電極体セット１２との間にパッケージフィルム１３が更に設けられ、すなわち電極体セット１２はパッケージフィルム１３内に封止される。これにより、パッケージフィルム１３と金属ケース１１により電極体セット１２に対する二次パッケージを実現することができ、単電池１００の封止効果を向上させることに役立つ。理解されるように、パッケージフィルム１３内に電解液が更に注入される。したがって、上記方式により、更に電解液と金属ケース１１との接触を回避し、金属ケース１１の腐食又は電解液の分解を回避することができる。

金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧は、金属ケース１１外の気圧より低く、パッケージフィルム１３内の気圧は、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧より低い。

本願において、「気圧」は、大気圧の略称である。それは、単位面積当たりに作用する気体の圧力を指し、すなわち、単位面積において、大気上界まで上方に延びる垂直空気柱の重量に等しい。

金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧は、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間に位置する空間内の気圧であり、該気圧は、金属ケース１１外の気圧より低く、したがって、本願の実施例において、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間が負圧状態にあるため、金属ケース１１が大気圧によって窪むか又は変形すると、金属ケース１１と電極体セット１２との間の隙間がそれに伴って小さくなり、電極体セット１２が移動するか又は互に変位する空間が小さくなり、更に電極体セット１２の移動及び電極体セット１２同士の相対変位を減少させ、単電池１００の安定性、強度及び安全性能を向上させることができる。

例えば、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の空間に対して空気抜き処理を行うことにより、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間を負圧状態にすることにより、金属ケース１１を内部の電極体セット１２にできるだけ近接させ、内部の空隙を小さくし、電極体が金属ケース内で移動することを防止するとともに、電極体同士が相対変位することを防止し、集電体が破損し、セパレータが皺になり、活性材料が脱落するなどの状況の発生を減少させ、単電池１００全体の機械的強度を向上させ、単電池１００の耐用年数を長くし、単電池１００の安全性能を向上させる。

一実施形態において、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧値は、Ｐ１であり、Ｐ１の値の範囲は、－１００Ｋｐａ～－５Ｋｐａであってもよい。

勿論、当業者は、実際の需要に応じてＰ１の値を設定することができ、他の実施例において、Ｐ１の値は、－７５Ｋｐａ～－２０Ｋｐａであってもよい。なお、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間は、真空状態であってもよい。

パッケージフィルム１３内の気圧値は、Ｐ２であり、Ｐ２の値の範囲は、－１００Ｋｐａ～－２０Ｋｐａであってもよい。

Ｐ１とＰ２との関係は、Ｐ１＞Ｐ２を満たし、Ｐ１／Ｐ２の範囲は、０．０５～０．８５である。

Ｐ１、Ｐ２及びＰ１／Ｐ２を上記範囲内に限定し、本技術における電極体セット１２は、二次封止のモードを使用し、まず電池電極体セット１２をパッケージフィルム１３内に封止し、内部の気圧が大きすぎてパッケージフィルム１３が外向きに膨出することによるパッケージフィルム１３の破損を回避するために、本発明者らは、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧がパッケージフィルム１３内の気圧より大きいことを選択する。また、多くの実験により、Ｐ１／Ｐ２が上記範囲にある場合、単電池１００の二次封止の信頼性をよく保証するとともに、単電池１００の極板の間の界面を保証し、極板の間の隙間を回避し、リチウムイオンをよりよく伝導させることを検証した。

本願の実施例において、パッケージフィルム１３は、１つあり、直列接続された複数の電極体セット１２は、同一のパッケージフィルム１３内に封止され、直列接続された２つの電極体セット１２のうちの１つの電極体セット１２の第１の電極１２１と、もう１つの電極体セット１２の第２の電極１２２との接続箇所は、パッケージフィルム１３内に位置する。すなわち、パッケージフィルム１３は、一体的に設けられ、複数の電極体セット１２は、同一のパッケージフィルム１３内に封止される。

例えば、図６に示すように、まず複数の電極体セット１２を直列接続し、次に１つのパッケージフィルム１３を用いて直列接続された電極体セット１２を包み、例えば、直列接続された電極体セット１２をパッケージフィルム１３の一部の領域に配置し（又はパッケージフィルム１３の一部の領域に予め溝入れを行い、次に直列接続された複数の電極体セット１２を該溝内に配置する）、次にパッケージフィルム１３の他の一部の領域を電極体セット１２の方向に向けて中折りし、その後に熱融着処理により２つの領域のパッケージフィルム１３を熱融着して封止することにより、直列接続された電極体セット１２を同一のパッケージフィルム１３内に封止する。

理解されるように、パッケージフィルム１３における第１の電極１２１と対応する位置にパッケージ部１３１が形成されるか、又はパッケージフィルム１３における第２の電極１２２と対応する位置にパッケージ部１３１が形成されるか、又はパッケージフィルム１３における第１の電極１２１及び第２の電極１２２と同時に対応する位置にパッケージ部１３１が形成され、パッケージ部１３１により、隣接する２つの電極体セット本体１２３を分離し、隣接する２つの電極体セット１２のうちの１つの電極体セット１２の第１の電極１２１と、もう１つの電極体セット１２の第２の電極１２２とのうちの少なくとも１つは、パッケージ部１３１内に位置する。パッケージ部１３１により複数の電極体セット本体１２３を分離し、複数の電極体セット１２の間の電解液が互いに流通することを回避し、複数の電極体セット１２は、互いに影響を与えず、複数の電極体セット１２中の電解液は、電位差が大きすぎて分解することがなく、単電池１００の安全性及び耐用年数を保証する。

パッケージ部１３１は、様々な実施形態を有してもよく、例えば、結束バンドを使用してパッケージフィルム１３を締め付けてパッケージ部１３１を形成してもよく、パッケージフィルム１３を直接的に熱融着して接続してパッケージ部１３１を形成してもよい。或いは、２つの電極体セット１２の間にセパレータを直接的に設けてパッケージ部１３１を構成し、パッケージ部１３１の具体的な方式は、特に限定されない。

本願の別の実施例において、図７に示すように、パッケージフィルム１３は、複数あり、少なくとも１つの電極体セット１２は、１つのパッケージフィルム１３内に封止されて電極体アセンブリを形成し、複数の電極体アセンブリは、直列接続される。

パッケージフィルム１３の数と電極体セット１２の数は、１対１に対応し、各電極体セット１２は、１つのパッケージフィルム１３に単独で封止され、このような実施形態において、複数の電極体セット１２の製造が完了した後、各電極体セット１２の外部に１つのパッケージフィルム１３を単独で嵌着し、次に複数の電極体アセンブリを直列接続することができる。

電極体セット１２の第１の電極１２１及び第２の電極１２２のうちの少なくとも１つは、パッケージフィルム１３外に延出し、例えば、第１の電極１２１がパッケージフィルム１３外に延出してもよく、第２の電極１２２がパッケージフィルム１３外に延出してもよく、第１の電極１２１及び第２の電極１２２がいずれもパッケージフィルム１３外に延出してもよい。すなわち、少なくとも１つの第１の電極１２１がパッケージフィルム１３外に延出するか、或いは、少なくとも１つの第２の電極１２２がパッケージフィルム１３外に延出するか、或いは、少なくとも１つの第１の電極１２１及び少なくとも１つの第２の電極１２２がパッケージフィルム１３外に延出し、延出された電極により他の電極体アセンブリに直列接続することができる。

本願の実施例において、複数の電極体セット１２の配列方向は、第１の方向Ａであり、電極体セット１２の長さ方向は、第１の方向Ａに沿って延び、単電池１００の長さも第１の方向Ａに沿って延び、すなわち、複数の電極体セット１２は、単電池１００の長さ方向に沿って順に配列され、電極体セット１２の第１の電極１２１及び第２の電極１２２は、第１の方向Ａに沿って電極体セット１２の両側にそれぞれ位置し、すなわち、複数の電極体セット１２は、「ヘッドトゥーヘッド」の配列方式を使用し、この配列方式により電極体セット１２同士の２つずつの直列接続を容易に実現することができ、接続構造が簡単である。また、このような配列方式により長い単電池１００を容易に製造することができ、これにより、単電池１００を電池パックのケース内に取り付ける場合、横ビーム及び縦ビームなどの支持構造を設ける必要がなく、単電池１００自体の金属ケース１１を支持体として単電池１００を電池パックのケースに直接的に取り付けることができ、これにより、電池パックの内部空間を節約し、電池パックの体積利用率を向上させることができ、電池パックの重量を低減することに役立つ。

電極体を１つのみ設ける従来の方式に比べて、単電池１００内に複数の電極体セット１２を設けることにより、長い単電池１００をより容易に製造することができ、従来の電池において、電池が長くなると、集電体として使用される内部の銅アルミニウム箔の長さがそれに応じて増加して、電池の内部の抵抗を大幅に大きくし、現在ますます高くなる電力及び急速充電の要件を満たすことができない。電池の長さが同じである場合、本願の実施例は、電池の内部の抵抗を大幅に小さくし、高電力出力、急速充電などの場合の電池の過熱などによる問題を回避することができる。

図８に示すように、金属ケース１１は、第１の方向Ａに垂直な第２の方向Ｂに沿って対向する２つの第１の表面１１３を有し、該第１の表面１１３は、単電池１００の最大表面で、すなわち、単電池１００の「大きな表面」である。少なくとも１つの第１の表面１１３は、金属ケース１１の内部へ窪むことにより、金属ケース１１と電極体セット１２をできるだけ貼り合わせることができる。

金属ケース１１は、厚さが小さく、薄いシートであるため、金属ケース１１の第１の表面１１３上の凹部１１４は、例えば、金属ケース１１内から空気抜きする場合に形成された凹部であってもよい。すなわち、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の空間に対して空気抜き処理を行うことにより金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧が金属ケース１１外の気圧より低い場合、空気抜きの進行に伴い、金属ケース１１の第１の表面１１３は、金属ケース１１内に窪んで凹部１１４を形成しやすい。

単電池１００が正常に使用される過程において、材料自体の膨張、電解液のガス発生などにより、電池は、一般的に膨張し、通常、膨張変形が最大の領域が電池の大きな表面に位置する。本技術を使用して、電池の初期状態の場合に、真空引きにより大きな表面がわずかに内側に窪むように形成され、電池膨張後の電池の間の押圧を効果的に緩和し、電池及びシステム全体の耐用年数、安全性能などを向上させることができる。

他のいくつかの実施例において、図８に示すように、金属ケース１１の第１の表面１１３に凹部を予め形成し、次に金属ケース１１内に空気抜き処理を行うことであってもよい。金属ケース１１の第１の表面１１３上の凹部１１４は、複数あってもよく、例えば、第１の表面１１３に複数の凹部１１４を予め形成し、各凹部１１４の位置は、１つの電極体セット１２の所在する位置に対応する。

いくつかの実施形態において、金属ケース１１の対向する２つの第１の表面１１３は、いずれも内部に窪んで、窪んだ領域により電極体セット１２を挟持する。

金属ケース１１に空気抜き孔を設け、該空気抜き孔により金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の空間に対して空気抜き操作を行うことができる。該空気抜き孔を封止する必要があるため、空気抜き孔内には、空気抜き孔を封止する封止部材が更に設けられる。該封止部材は、例えば、プラグ、ゴム部材などであってもよく、これを限定しない。

いくつかの実施形態において、金属ケース１１から空気抜きする前に、電極体セット１２と金属ケース１１の内表面との間に隙間が設けられ、該隙間により電極体セット１２を金属ケース１１の内部に取り付けやすく、金属ケース１１から空気抜きした後、金属ケース１１が第２の方向に沿って電極体セット１２の外表面に押圧されて電極体セット１２を挟持することにより、電極体セット１２が金属ケース１１内部に移動する空間を小さくし、単電池１００の安全性能を向上させる。

本願の実施例において、金属ケース１１の強度が高く、放熱効果が高く、金属ケース１１は、アルミニウムケース又は鋼ケースを含むが、それらに限定されない。いくつかの実施例において、金属ケース１１の厚さは、０．０５ｍｍ～１ｍｍである。

金属ケース１１の厚さが大きいと、単電池１００の重量を増加させ、単電池１００の容量を低下させるだけでなく、金属ケース１１の厚さが厚すぎると、大気圧によって、金属ケース１１が電極体セット１２側に窪むか又は変形しにくく、金属ケース１１と電極体セット１２との間の間隔を小さくせず、更に電極体セット１２を位置決めする役割を効果的に果たすことができない。それだけでなく、金属ケース１１が厚すぎると、空気抜きのコストを増加させるため、製造コストを増加させる。

本願は、金属ケース１１の厚さを上記範囲内に限定することにより、金属ケース１１の強度を保証するだけでなく、単電池１００の容量を低下させることもなく、更に負圧の状態で、金属ケース１１がより変形しやすく、金属ケース１１と電極体セット１２との間の間隔を小さくすることにより、電極体セット１２の金属ケース１１内部の移動と電極体セット１２同士の相対変位とを減少させる。

本願の実施例において、パッケージフィルム１３は、積層された非金属外層フィルム及び非金属内層フィルムを含み、内層フィルムは、外層フィルムと電極体セット１２との間に位置する。

内層フィルムは、化学的安定性が高く、例えば、耐電解液腐食性を有する材料、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ、Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリエチレン（ＰＥ、Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、又は上記材料のうちの複数種の組み合わせを使用してもよい。

外層フィルムは、保護層であり、外層フィルムを利用して空気、特に水蒸気、酸素などの浸透を阻止することができ、その材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド（ＰＡ、Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）又はポリプロピレンであってもよく、上記材料の複数種の組み合わせであってもよい。

本実施例のパッケージフィルム１３において、外層フィルムの融点が内層フィルムの融点より大きいため、熱融着して封止する場合、外層フィルムが溶融されず、内層フィルムがタイムリーに溶融することにより優れた密封性を保証することができる。

外層フィルムと内層フィルムの融点差の範囲は、３０℃～８０℃であり、例えば、両者の融点差は、５０℃又は７０℃などであってもよく、具体的な材料は、実際の需要に応じて選択することができる。

非金属外層フィルムと非金属内層フィルムとの間は、接着剤で接着して複合される。例えば、接着して複合フィルムを形成するために、外層フィルムの材料は、ＰＰであってもよく、内層フィルムの材料は、ＰＥＴであってもよく、両者を接着する接着剤は、例えば、ポリオレフィン系接着剤であってもよい。

本実施例は、二層非金属フィルムを使用してパッケージフィルム１３を形成して電極体セット１２を封止し、非金属のパッケージフィルム１３を使用して、引張強度及び破断伸度がより高くなり、単電池１００の厚さに対する制限を減少させることができるため、製造された単電池１００は、厚さがより大きくなる。本実施例の単電池１００の厚さは、拡張可能な範囲が大きく、例えば、１０ｍｍより大きく、例えば、１３ｍｍ～７５ｍｍの範囲にあってもよい。

本願のいくつかの実施形態において、パッケージフィルム１３は、アルミラミネートフィルムであってもよい。

本願の一実施例において、単電池１００は、リチウムイオン電池である。

再び図２及び図３を参照し、電池パック２００は、電池列２１を含み、電池列２１は、１つであっても複数であってもよく、各電池列２１における単電池１００は、１つあっても複数であってもよく、実際の製造において、単電池１００の数は、実際の需要に応じて設定することができ、電池列２１の数も、実際の需要に応じて設定することができ、本願は、これを具体的に限定しない。

本願の実施例において、単電池１００の長さ方向は、第１の方向Ａ（すなわち車両３００の長さ方向）に沿って延び、その厚さ方向は、第１の方向Ａに垂直な第２の方向Ｂ（すなわち車両３００の幅方向）に沿って延び、複数の単電池１００は、第２の方向Ｂに沿って順に配列されて電池列２１を形成し、複数の単電池１００は、接続シートにより直列接続される。理解されるように、同一の電池列２１において、隣接する２つの単電池１００は、第１の方向Ａに沿う同一端部の電極端子の極性が逆であるため、接続シートを介して直列接続されることに役立つ。

少なくとも２つの隣接する単電池１００の間に隙間があり、該隙間と単電池１００の厚さとの比率範囲は、０．００１～０．１５である。

２つの隣接する電池の隙間は、電池の動作時間の増加に伴って変化するが、動作中又は動作後又は電池の出荷前であっても、電池の間の隙間と厚さとの比率範囲が本願に限定された範囲内にあれば、いずれも本願の保護範囲内にある。

本願において、単電池１００の間に残した一定の隙間は、単電池１００が膨張する場合に緩衝空間とすることができる。

単電池１００の膨張は、単電池１００の厚さに関連し、電池の厚さが大きいほど、単電池１００が膨張しやすく、本願は、単電池１００の間の隙間と単電池１００の厚さの比率を０．００１～０．１５に限定し、電池パック２００の空間を十分に利用し、電池パック２００の利用率を向上させるだけでなく、単電池１００の膨張に対して優れた緩衝効果を果たすことができる。

単電池１００が膨張する場合に発熱するため、単電池１００の間に一定の隙間を残し、該隙間は、更に放熱通路、例えば、空気ダクトとして機能することができ、単電池１００の面積の大きい表面の放熱効果がより高いため、電池パック２００の放熱効率を向上させ、電池パック２００の安全性能を向上させることができる。

上記解決手段において、単電池１００の間の隙間は、単電池１００の間にいかなる構造部材が設けられず、単純に一定の空間を残すと理解することができ、更に、単電池１００に他の構造部材が設けられることにより単電池１００と単電池１００とが該構造部材により隔てられると理解することができる。

単電池１００の間に構造部材が設けられる場合、単電池１００の間の隙間は、該構造部材と単電池１００との間の間隔ではなく、該構造部材の両側の単電池１００の間の距離であると理解すべきである。

構造部材と該構造部材の両側の単電池１００との間には、一定の隙間を残してもよく、直接的に接触してもよく、構造部材が両側の単電池１００と直接的に接触する場合、構造部材は、一定の可撓性を有する必要があり、単電池１００が膨張する場合に緩衝作用を果たすことができる。構造部材としては、エアロゲル、熱伝導性構造用接着剤又は断熱綿を含むが、それらに限定されない。

本願において、電池列２１が複数ある場合、隙間は、異なる電池列２１における隣接する２つの電池の間の間隔ではなく、同一の電池列２１における隣接する２つの単電池１００の間の間隔を指すべきである。また、同一の電池列２１において、全ての隣接する２つの電池の間にいずれも一定の隙間を残してもよく、一部の隣接する２つの電池の間に一定の隙間を残してもよい。

一実施形態において、２つの隣接する単電池１００の間の隙間は、第１の隙間ｄ１を含み、第１の隙間ｄ１は、２つの隣接する単電池１００の、同一側に位置する２つのカバープレート１１２の間の最小距離として定義され、単電池１００の厚さは、カバープレート１１２の第２の方向Ｂに沿う寸法である。第１の隙間ｄ１と単電池１００の厚さとの比率範囲は、０．００５～０．１である。

上記実施形態において、カバープレート１１２は、強度が高いため、ケース本体１１１に対して、膨張しにくく、単電池１００が一定の期間動作した後に、内部に化学反応が発生し、単電池１００が膨張して隣接する単電池１００を押圧し、第１の隙間ｄ１が変化しても（例えば、徐々に増大する）、該変化の程度が小さく、無視することができ、或いは、変化しても、第１の隙間ｄ１と単電池１００の厚さとの比率は、依然として上記範囲を満たす。上記実施形態において、ケース本体１１１の両端にそれぞれカバープレート１１２が設けられ、単電池１００が厚さ方向に沿って電池列２１に配列される場合、２つの単電池１００の間の隙間は、単電池１００の異なる端部に位置する２つのカバープレート１１２の間の間隔ではなく、電池列２１の同一端部に位置する２つのカバープレート１１２の間の最小間隔を指す。

一実施形態において、２つの隣接する単電池１００の間の隙間は、第２の隙間を含み、第２の隙間は、２つの隣接する単電池１００の対向する２つの第１の表面１１３の間の最小距離である。単電池１００の使用前の第２の隙間は、使用後の第２の隙間より大きい。

「使用前」は、単電池１００が組立完了後に出荷する前又は出荷されたが、外部に電力を供給し始める前であると理解することができ、「使用後」は、単電池１００が外部に電力を供給した後であると理解することができる。例えば、電池パック２００は、電気自動車に組み立てられる場合、使用前の状態は、新車の状態として理解することができ、使用後の状態は、車両が一定の距離走行した後の状態であるべきである。

該実施形態において、第２の隙間は、２つの隣接する単電池１００の対向する２つの第１の表面１１３の間の最小間隔を指すべきであり、該間隔は、単電池１００の使用時間の増加に伴って徐々に小さくなり、主に、単電池１００が膨張した後、隣接する２つの大きな表面１１３の間の間隔が徐々に小さくなるためである。

図２に示すように、本願の実施例において、電池パック２００は、電池カバー及びトレイ２２を更に含み、図２のグラフにおいて電池カバーが示されない。電池カバーとトレイ２２は、封止接続されて電池収容キャビティを形成し、電池列２１は、電池収容キャビティ内に位置する。トレイ２２は、サイドビーム２２１を有し、単電池１００の金属ケース１１に支持領域が形成され、単電池１００は、支持領域によりサイドビーム２２１に当接してサイドビーム２２１に支持される。具体的には、単電池１００は、その長さ方向に沿う両端がそれぞれサイドビーム２２１に支持される。

本願の実施例の単電池１００において、金属ケース１１とパッケージフィルム１３との間の気圧は、負圧であり、電池全体の強度を向上させることができるため、単電池１００を自体の強度で支持してトレイ２２に直接的に取り付けることができ、これにより、トレイ２２に横ビーム又は縦ビームなどの構造を設けて単電池１００を支持する必要がなく、電池パック２００の内部空間の利用率を向上させることに役立ち、より多くの単電池１００を取り付け、電池パック１００の電気容量を更に増加させることができる。

図１を参照し、本願は、更に上記電池パック２００を含む車両３００を提供し、車両３００の利点は、上記電池パック２００の関連技術に対する利点と同じであるため、ここでは説明を省略する。

なお、本願の説明において、別に明らかな規定及び限定がない限り、用語「取付」、「連結」、「接続」は、広義に理解されるべきであり、例えば、固定接続であっても、着脱可能な接続であっても、一体的な接続であってもよく、機械的な接続であっても、電気的な接続であってもよく、直接的な連結であっても、中間媒体を介した間接的な連結であってもよく、２つの部品の内部の連通であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて本願における上記用語の具体的な意味を理解することができる。

本明細書の説明において、用語「実施例」、「具体的な実施例」、「例」などを参照する説明は、該実施例又は例を組み合わせて説明された具体的な特徴、構造、材料又は特性が本願の少なくとも１つの実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語の例示的な表現は、必ずしも同一の実施例又は例に限定されるものではない。また、説明された具体的な特徴、構造、材料又は特性は、任意の１つ以上の実施例又は例において適切に組み合わせることができる。

本願の実施例を例示して説明したが、当業者であれば理解できるように、本願の原理及び趣旨から逸脱しない場合、これらの実施例に対して、様々な変更、修正、置換及び変形を行うことができ、本願の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物によって限定される。

Claims (20)

1. 車両に固定され、車両に電力を供給する電池パックであって、少なくとも１つの単電池を含む電池列を含み、
   前記単電池は、電流を引き出す電極端子を含み、前記車両の前から後ろの方向は、第１の方向であり、前記電極端子の向きは、前記第１の方向と平行に配置され、
   前記単電池の長さは、第１の方向に沿って延び、前記単電池の厚さは、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って延び、複数の前記単電池は、前記第２の方向に沿って配列されて前記電池列を形成し、
   前記単電池の電極端子は、第１の電極端子及び第２の電極端子を含み、前記第１の電極端子及び第２の電極端子は、単電池の第１の方向の端部に位置し、
   前記単電池は、金属ケースと、前記金属ケース内に封止され、第１の方向に沿って順に配列された複数の電極体セットとを含み、各前記電極体セットは、少なくとも１つの電極体を含み、複数の前記電極体セットは、電気的に接続され、パッケージフィルム内に封止され、
   前記金属ケースと前記パッケージフィルムとの間の気圧は、前記金属ケース外の気圧より低く、前記パッケージフィルム内の気圧は、前記金属ケースと前記パッケージフィルムとの間の気圧より低いことを特徴とする、電池パック。
2. 前記第１の電極端子及び第２の電極端子は、前記単電池の第１の方向の同一端部に位置し、
   前記第１の電極端子及び第２の電極端子は、いずれも車両の前に向かうか、又はいずれも車両の後ろに向かうことを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記第１の電極端子及び第２の電極端子は、それぞれ前記単電池の第１の方向の２つの端部に位置し、
   前記第１の電極端子及び第２の電極端子は、それぞれ車両の前と後ろに向かうことを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
4. 少なくとも１つの前記単電池の長さと前記車両の長さとの比率範囲は、０．２～０．８であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池パック。
5. 少なくとも１つの前記単電池の長さ範囲は、６００ｍｍ～２５００ｍｍであることを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
6. 複数の電極体セットは、直列接続され、各前記電極体セットは、電極体セット本体と、前記電極体セット本体に電気的に接続された第１の電極及び第２の電極とを含み、前記第１の電極及び前記第２の電極は、第１の方向に沿ってそれぞれ前記電極体セット本体の両側に位置し、
   隣接する２つの前記電極体セットのうち、１つの前記電極体セットの第１の電極と、もう１つの前記電極体セットの第２の電極とは、電気的に接続されて直列接続を実現することを特徴とする、請求項５に記載の電池パック。
7. 前記パッケージフィルムは、１つあり、複数の前記電極体セットは、同一の前記パッケージフィルム内に封止され、隣接する２つの前記電極体セットの電気的接続箇所は、前記パッケージフィルム内に位置し、
   前記パッケージフィルムにおける前記第１の電極と対応する位置には、パッケージ部が形成され、或いは、前記パッケージフィルムにおける前記第２の電極と対応する位置には、パッケージ部が形成され、或いは、前記パッケージフィルムにおける前記第１の電極及び前記第２の電極と同時に対応する位置には、パッケージ部が形成され、前記パッケージ部により、隣接する２つの電極体セット本体は分離され、隣接する２つの電極体セットのうちの１つの電極体セットの第１の電極と、もう１つの電極体セットの第２の電極とのうちの少なくとも１つは、前記パッケージ部内に位置することを特徴とする、請求項６に記載の電池パック。
8. 前記パッケージフィルムは、複数あり、少なくとも１つの前記電極体セットは、１つの前記パッケージフィルム内に封止されて電極体アセンブリを形成し、少なくとも１つの前記第１の電極は、前記パッケージフィルム外に延出し、或いは、少なくとも１つの前記第２の電極は、前記パッケージフィルム外に延出し、或いは、少なくとも１つの前記第１の電極及び少なくとも１つの前記第２の電極は、前記パッケージフィルム外に延出し、前記電極体アセンブリは、直列接続されることを特徴とする、請求項６に記載の電池パック。
9. 直列接続された複数の電極体セットは、電極体列を形成し、前記金属ケースは、開口を有するケース本体と、カバープレートとを含み、前記カバープレートは、前記ケース本体の開口を封止するように接続されて、ケース本体とともに封止された収容キャビティを形成し、前記電極体列は、前記収容キャビティ内に位置し、
   前記電極体列の両端の第１の電極及び第２の電極は、それぞれ前記カバープレートから引き出されて、それぞれ第１の電極端子及び第２の電極端子を形成し、或いは、前記第１の電極端子及び第２の電極端子は、それぞれ前記カバープレートに設けられ、前記電極体列の両端の第１の電極及び第２の電極は、それぞれ第１の電極端子及び第２の電極端子に接続されることを特徴とする、請求項６に記載の電池パック。
10. 前記ケース本体は、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って、対向する２つの第１の表面を含み、少なくとも１つの前記第１の表面は、前記金属ケースの内部へ窪んでいることを特徴とする、請求項９に記載の電池パック。
11. 複数の前記単電池は、直列接続され、少なくとも２つの隣接する前記単電池の間に隙間が残され、前記隙間と前記単電池の前記第２の方向に沿う厚さとの比率範囲は、０．００１～０．１５であることを特徴とする、請求項９に記載の電池パック。
12. 前記隙間は、第１の隙間を含み、前記第１の隙間は、前記２つの隣接する単電池の、同一側に位置する２つの前記カバープレートの間の最小距離であり、前記単電池の厚さは、前記カバープレートの前記第２の方向に沿う寸法であり、前記第１の隙間と前記単電池の厚さとの比率範囲は、０．００５～０．１であることを特徴とする、請求項１１に記載の電池パック。
13. 前記隙間は、第２の隙間を含み、前記第２の隙間は、前記２つの隣接する単電池の対向する２つの前記第１の表面の間の最小距離であり、前記単電池の厚さは、前記カバープレートの前記第２の方向に沿う寸法であり、前記単電池の使用前の第２の隙間は、使用後の第２の隙間より大きいことを特徴とする、請求項１１に記載の電池パック。
14. 前記金属ケースには、空気抜き孔が形成され、前記空気抜き孔内に封止部材が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
15. 前記金属ケースと前記パッケージフィルムとの間の気圧値は、Ｐ１であり、Ｐ１の値の範囲は、－１００Ｋｐａ～－５Ｋｐａであることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
16. 前記パッケージフィルム内の気圧値は、Ｐ２であり、Ｐ２の値の範囲は、－１００Ｋｐａ～－２０Ｋｐａであり、Ｐ１とＰ２との関係は、Ｐ１＞Ｐ２を満たし、Ｐ１／Ｐ２の比率範囲は、０．０５～０．８５であることを特徴とする、請求項１５に記載の電池パック。
17. 前記パッケージフィルムは、積層された非金属外層フィルム及び非金属内層フィルムを含み、前記内層フィルムは、前記電極体セットと外層フィルムとの間に位置し、前記外層フィルムの融点は、前記内層フィルムの融点より大きく、前記外層フィルムと内層フィルムとの融点差の範囲は、３０℃～８０℃であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
18. 前記電池パックは、電池カバーと、前記電池カバーに係合され、サイドビームを含むトレイとを更に含み、前記電池カバーと前記トレイは、封止接続されて電池収容キャビティを形成し、前記電池列は、前記電池収容キャビティ内に位置し、前記金属ケースに支持領域が形成され、前記単電池は、前記支持領域により前記サイドビームに当接して前記サイドビームに支持されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
19. 請求項１～１８のいずれか一項に記載の電池パックを含むことを特徴とする、車両。
20. 前記電池パックは、車両の底部に設けられることを特徴とする、請求項１９に記載の車両。

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