JP7637136B2 - 電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器 - Google Patents

Description

本願は電池の技術分野に関し、特に電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器に関する。

環境汚染が深刻になっていることに伴って、新エネルギー産業はますます注目されている。新エネルギー産業では、電池技術はその発展に関連する重要な要素である。

電池のエネルギー密度は電池の性能における重要なパラメータの１つであるが、電池のエネルギー密度を向上させる時に、電池の他の性能パラメータを考慮する必要がある。従って、如何に電池の性能を向上させるかは、電池技術において急いで解決すべき技術的課題である。

本願は、電池、電力消費機器、電池の製造方法及び機器を提供し、電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の熱管理を確保することができ、それにより電池の性能を向上させることができる。

第１態様は、電池を提供し、第１方向に沿って配列された複数の電池セルと、前記第１方向に沿って延在し、且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続される熱管理部材であって、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材は、第２方向に沿って対向して設けられた一対の熱伝導板及び前記一対の熱伝導板の間に位置する流路を含み、前記流路は流体を収納して前記電池セルの温度を調整することに用いられ、前記第２方向は前記第１壁に垂直である、熱管理部材と、を含み、前記第２方向において、前記熱伝導板の厚さＤと前記流路のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす。

本願の実施例では、電池には、熱管理部材は、第１方向に沿って配列された１列の複数の電池セルのうちの各電池セルの表面積が最大の第１壁に接続されるように設けられ、熱管理部材は、第１壁に垂直な第２方向に沿って対向して設けられた一対の熱伝導板及び一対の熱伝導板の間に位置する流路を含み、第２方向において、熱伝導板の厚さＤと流路のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす。このように、電池の筐体の中央部にビームなどの構造を設ける必要がなくなり、電池の内部スペースの利用率を最大限に高めることができ、それにより電池のエネルギー密度を向上させ、それと同時に、上記熱管理部材を利用することにより電池の熱管理を確保することもできる。従って、本願の実施例の技術案は、電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の熱管理を確保することができ、それにより電池の性能を向上させることができる。

可能な実現形態では、前記熱伝導板の厚さＤと前記流路のサイズＨは０．０５≦Ｄ／Ｈ≦１５を満たし、よりさらに０．１≦Ｄ／Ｈ≦１を満たし、それによりスペース、強度及び熱管理をより良好に考慮し、電池の性能をさらに向上させる。

可能な実現形態では、前記熱管理部材の前記第２方向におけるサイズＷは０．３～１００ｍｍである。Ｗが大きすぎるとスペースが多く占有し、Ｗが小さすぎると強度が低すぎ又は流路が狭すぎて熱管理性能に影響を与える。従って、熱管理部材の合計厚さＷが０．３～１００ｍｍである場合、スペース、強度及び熱管理を考慮し、電池の性能を確保することができる。

可能な実現形態では、前記熱伝導板の厚さＤは０．１～２５ｍｍである。熱伝導板の厚さＤが大きすぎると、スペースが多く占有し、且つ熱管理部材が電池セルの必要な膨張スペースをタイムリーに明け渡すことができず、Ｄが小さすぎると強度が低くなりすぎる。従って、熱伝導板の厚さＤが０．１～２５ｍｍである場合、スペース、強度及び電池セルの膨張需要を考慮し、電池の性能を確保することができる。

可能な実現形態では、前記流路のサイズＨは０．１～５０ｍｍである。このように、スペース、強度及び熱管理性能を考慮し、電池の性能を確保することができる。

可能な実現形態では、前記熱管理部材の前記第２方向におけるサイズＷと前記第１壁の面積Ａは０．０３ｍｍ－１≦Ｗ／Ａ＊１０００≦２ｍｍ－１を満たす。このように、強度及び熱管理性能の需要を同時に考慮し、電池の性能を確保することができる。

可能な実現形態では、前記熱管理部材は前記一対の熱伝導板の間に設けられたリブをさらに含み、前記リブ及び前記一対の熱伝導板は前記流路を形成する。前記リブは熱管理部材の強度を向上させることができる。

可能な実現形態では、前記リブと前記熱伝導板がなす夾角は鋭角である。このように、第２方向において、熱管理部材は大きな圧縮スペースを有し、それにより電池セルのために大きな膨張スペースを提供することができる。

可能な実現形態では、前記リブの厚さＸは（－０．０００５＊Ｆ＋０．４７３８）ｍｍ以上であり、ここでＦは前記リブの材料の引張強度である。熱管理部材の応力需要を満たすために、強度の高い材料が選択され、内部リブの厚さＸを薄くすることができ、それによりスペースを節約し、エネルギー密度を向上させる。

可能な実現形態では、前記電池セルは、前記第２方向に対向して設けられた２つの前記第１壁と、前記第１方向に対向して設けられた２つの第２壁とを含み、前記第１方向において、隣接する２つの前記電池セルの前記第２壁は対向する。このように、大面積の第１壁を熱管理部材に接続することは、電池セルの熱交換に有利であり、電池の性能を確保する。

可能な実現形態では、前記電池は、前記第１方向に沿って配列された複数列の複数の前記電池セルと、複数の前記熱管理部材とを含み、複数列の前記電池セルと複数の前記熱管理部材は前記第２方向に交互に設けられる。

このように、複数列の電池セル及び複数の熱管理部材は互いに接続されて一体化され、筐体内に収納され、各列の電池セルを効果的に熱管理できるだけでなく、電池全体の構造強度を確保でき、それにより電池の性能を向上させることができる。

可能な実現形態では、前記熱管理部材は前記第１壁に接着される。

第２態様は、電力消費機器を提供し、電気エネルギーを提供するための上記第１態様又は第１態様の任意の可能な実現形態における電池を含む。

第３態様は、電池の製造方法を提供し、第１方向に沿って配列された複数の電池セルを提供するステップと、前記第１方向に沿って延在し、且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続される熱管理部材を提供するステップであって、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材は、第２方向に沿って対向して設けられた一対の熱伝導板及び前記一対の熱伝導板の間に位置する流路を含み、前記流路は流体を収納して前記電池セルの温度を調整することに用いられ、前記第２方向は前記第１壁に垂直である、ステップと、を含み、前記第２方向において、前記熱伝導板の厚さＤと前記流路のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす。

第４態様は、電池の製造機器を提供し、上記第３態様の方法を実行するモジュールを含む。

本願の実施例の技術案では、電池には、熱管理部材は、第１方向に沿って配列された１列の複数の電池セルのうちの各電池セルの表面積が最大の第１壁に接続されるように設けられ、熱管理部材は、第１壁に垂直な第２方向に沿って対向して設けられた一対の熱伝導板及び一対の熱伝導板の間に位置する流路を含み、第２方向において、熱伝導板の厚さＤと流路のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす。このように、電池の筐体の中央部にビームなどの構造を設ける必要がなくなり、電池の内部スペースの利用率を最大限に高めることができ、それにより電池のエネルギー密度を向上させ、それと同時に、上記熱管理部材を利用することにより電池の熱管理を確保することもできる。従って、本願の実施例の技術案は、電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の熱管理を確保することができ、それにより電池の性能を向上させることができる。

図面の簡単な説明
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、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、明らかに、以下に説明される図面は本願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労働を必要とせずに、さらに図面に基づいて他の図面を取得することができる。

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模式図である。 本願の一実施例に係る電池セルの模式図である。 本願の一実施例に係る電池の模式図である。 本願の一実施例に係る１列の電池セル及び熱管理部材の分解図である。 本願の一実施例に係る１列の電池セル及び熱管理部材の平面模式図である。 図６におけるＡ－Ａに沿った断面模式図である。 図７におけるＢ部分の拡大図である。 本願の一実施例に係る電池の製造方法の概略フローチャートである。 本願の一実施例に係る電池の製造機器の概略ブロック図である。

図面では、図面は実際の縮尺で描かれていない。

発明を実施するための形態
以下、図面及び実施例を参照しながら、本願の実施形態をさらに詳細に説明する。以下の実施例の詳細な説明及び図面は、本願の原理を例示的に説明するためのものであり、本願の範囲を限定するものではなく、すなわち、本願は説明される実施例に限定されない。

本願の説明では、説明する必要があるように、特に説明されない限り、使用される全ての技術用語及び科学用語は、当業者が理解できる一般的な意味を有し、使用される用語は、具体的な実施例を説明するためのものに過ぎず、本願を限定するものではなく、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おける用語「含む」、「有する」及びそれらの任意の変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図するものであり、「複数」は２つ以上を意味し、「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」などの用語が示した方位又は位置関係は、本願を容易に説明し及び説明を簡略化させるためのものに過ぎず、示した装置又は素子が必ずしも特定の方位を有し、特定の方位で構成及び操作されることを指示又は暗示するものではなく、従って、本願を制限しないと理解すべきである。また、「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、相対的な重要性を指示又は暗示するものではなく、説明するためのものに過ぎない。「垂直」は厳密には垂直ではなく、誤差許容範囲内のものである。「平行」は厳密には平行ではなく、誤差許容範囲内のものである。

本願で言及されている「実施例」は、実施例を組み合わせて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。明細書の様々な位置に現れる該語句は必ずしも同じ実施例を指すわけではなく、他の実施例と相互に排他的に独立した又は代替の実施例でもない。当業者は、本願で説明される実施例が他の実施例と組み合わせることができることを明示的又は暗黙的に理解できる。

以下の説明に現れる方位詞はいずれも図示される方向であり、本願の具体的な構造を限定するものではない。本願の説明では、説明する必要があるように、特に明確に規定及び限定されない限り、「取り付け」、「連結」、「接続」という用語は広い意味で理解されるべきであり、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、又は一体的に接続されてもよい。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く、２つの素子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上記用語の本願における具体的な意味を理解することができる。

本願における「及び／又は」という用語は、関連対象の関連関係を説明するためのものに過ぎず、３つの関係が存在し得ることを示し、例えば、Ａ及び／又はＢは、Ａが単独で存在すること、ＡとＢが同時に存在すること、Ｂが単独で存在することの３つの状況を示すことができる。また、本願における「／」という文字は、一般的に前後の関連対象が「又は」の関係であることを示す。

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などを含んでもよく、本願の実施例はこれを限定しない。電池セルは、円筒体、扁平状、直方体又は他の形状などであってもよく、同様に、本願の実施例はこれを限定しない。電池セルは、一般的にパッケージ方式に応じて、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の３種類に分けられ、同様に、本願の実施例はこれを限定しない。

本願の実施例に係る電池は、より高い電圧及び容量を供給するように１つ又は複数のセルを備える単一の物理モジュールである。例えば、本願に係る電池は、電池パックなどを含んでもよい。電池は、一般的に、１つ又は複数の電池セルをパッケージするための筐体を含む。筐体は、液体又は他の異物が電池セルの充電又は放電に悪影響を与えることを回避できる。

電池セルは、電極組立体と、電解液とを含み、電極組立体は、正極板、負極板及びセパレータからなる。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により動作する。正極板は、正極集電体と、正極活物質層とを含み、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集電体は正極活物質層が塗布されている集電体から突出し、正極活物質層が塗布されていない集電体は正極タブとして機能する。リチウムイオン電池を例とし、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などであってもよい。負極板は、負極集電体と、負極活物質層とを含み、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集電体は負極活物質層が塗布されている集電体から突出し、負極活物質層が塗布されていない集電体は負極タブとして機能する。負極集電体の材料は銅であってもよく、負極活物質は炭素又はシリコンなどであってもよい。溶断が発生せずに高電流が流れることを確保するために、正極タブは複数であり且つ一体に積層され、負極タブは複数であり且つ一体に積層される。セパレータの材質はポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）などであってもよい。また、電極組立体は、巻回構造であってもよく、積層構造であってもよく、本願の実施例はこれに限定されない。

様々な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、複数の電池セル同士は直列接続又は並列接続又は直並列接続されてもよく、直並列接続とは直列接続と並列接続の組み合わせを指す。選択可能に、複数の電池セルをまず直列接続又は並列接続又は直並列接続して電池モジュールを形成し、次に複数の電池モジュールを直列接続又は並列接続又は直並列接続して電池を形成することができる。つまり、複数の電池セルは電池を直接形成してもよく、まず電池モジュールを形成し、次に電池モジュールが電池を形成してもよい。電池はさらに電力消費機器に設けられ、電力消費機器に電気エネルギーを提供する。

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、充放電レート、安全性などの様々な設計要素を同時に考慮する必要がある。電池の内部スペースが一定の場合、電池の内部スペースの利用率を高めることは、電池のエネルギー密度を向上させるための効果的な手段である。しかし、電池の内部スペースの利用率を高めるとともに、熱管理などの電池の他のパラメータを考慮する必要がある。

これに鑑みて、本願の実施例は技術案を提供し、電池には、熱管理部材は、第１方向に沿って配列された１列の複数の電池セルのうちの各電池セルの表面積が最大の第１壁に接続されるように設けられ、熱管理部材は、第１壁に垂直な第２方向に沿って対向して設けられた一対の熱伝導板及び一対の熱伝導板の間に位置する流路を含み、第２方向において、熱伝導板の厚さＤと流路のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす。このように、電池の筐体の中央部にビームなどの構造を設ける必要がなくなり、電池の内部スペースの利用率を最大限に高めることができ、それにより電池のエネルギー密度を向上させ、それと同時に、上記熱管理部材を利用することにより電池の熱管理を確保することもできる。従って、本願の実施例の技術案は、電池のエネルギー密度を向上させるとともに電池の熱管理を確保することができ、それにより電池の性能を向上させることができる。

本願の実施例で説明される技術案は、携帯電話、携帯機器、ノートパソコン、電気自転車、電気玩具、電動工具、電気自動車、船舶及び宇宙機などの電池を使用する様々な装置に適用でき、例えば、宇宙機は、飛行機、ロケット、スペースシャトル及び宇宙船などを含む。

理解されるように、本願の実施例で説明される技術案は、上記説明された機器に適用できるだけでなく、電池を使用する全ての機器に適用でき、説明を簡潔にするために、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に示すように、本願の一実施例に係る車両１の構造模式図であり、車両１はガソリン車、ガス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自動車などであってもよい。車両１の内部にモータ４０、コントローラ３０及び電池１０が設けられてもよく、コントローラ３０は電池１０がモータ４０に給電するように制御することに用いられる。例えば、車両１の底部又は前部又は尾部に電池１０が設けられてもよい。電池１０は車両１の給電に用いられ、例えば、電池１０は車両１の操作電源として機能でき、車両１の回路システムに用いられ、例えば、車両１の始動、ナビゲーション及び走行時の動作電力需要に用いられる。本願の別の実施例では、電池１０は車両１の操作電源として機能できるだけでなく、車両１の駆動電源として機能でき、ガソリン又は天然ガスを代替又は部分的に代替して車両１に駆動動力を提供する。

様々な電力使用需要を満たすために、電池１０は複数の電池セルを含んでもよい。例えば、図２に示すように、本願の一実施例に係る電池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は筐体１１をさらに含んでもよく、筐体１１の内部は中空構造であり、複数の電池セル２０は筐体１１内に収納される。例えば、複数の電池セル２０は互いに並列接続又は直列接続又は直並列接続して組み合わせられた後に、筐体１１内に配置される。

選択可能に、電池１０は他の構造をさらに含んでもよく、ここで詳細な説明を省略する。例えば、該電池１０はバス部材をさらに含んでもよく、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り電池セル２０の間の電気的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の電極端子に固定することができる。複数の電池セル２０の電気エネルギーはさらに、導電機構を介して筐体を通過して導出することができる。選択可能に、導電機構はバス部材に属してもよい。

様々な電力需要に応じて、電池セル２０の数は任意の数値に設定されてもよい。複数の電池セル２０は、直列接続、並列接続又は直並列接続されて大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、取り付けを容易にするために、電池セル２０をグループ化して設けてもよく、各グループの電池セル２０は電池モジュールを形成する。電池モジュールに含まれる電池セル２０の数は限定されず、必要に応じて設定することができる。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することができる。

図３に示すように、本願の一実施例に係る電池セル２０の構造模式図であり、電池セル２０は、１つ又は複数の電極組立体２２と、ハウジング２１１と、蓋板２１２とを含む。ハウジング２１１と蓋板２１２はケーシング又は電池ボックス２１を形成する。ハウジング２１１の壁及び蓋板２１２はいずれも電池セル２０の壁と呼ばれ、直方体形の電池セル２０の場合、ハウジング２１１の壁は底壁及び４つの側壁を含む。ハウジング２１１は１つ又は複数の電極組立体２２を組み合わせた後の形状に応じて決められ、例えば、ハウジング２１１は中空の直方体又は立方体又は円筒体であってもよく、且つハウジング２１１の１つの面には、１つ又は複数の電極組立体２２をハウジング２１１内に容易に配置することができる開口部がある。例えば、ハウジング２１１が中空の直方体又は立方体である場合、ハウジング２１１の１つの面は開口面であり、すなわち該平面は壁体を有さずにハウジング２１１の内外を連通させる。ハウジング２１１が中空の円筒体である場合、ハウジング２１１の端面は開口面であり、すなわち該端面は壁体を有さずにハウジング２１１の内外を連通させる。蓋板２１２は開口部を覆い且つハウジング２１１に接続されることで、電極組立体２２を配置する密閉キャビティが形成される。ハウジング２１１内に電解液などの電解質が充填される。

該電池セル２０は２つの電極端子２１４をさらに含んでもよく、２つの電極端子２１４は蓋板２１２に設けられてもよい。蓋板２１２は通常、平板形状であり、２つの電極端子２１４は蓋板２１２の平板面に固定され、２つの電極端子２１４はそれぞれ正電極端子２１４ａ及び負電極端子２１４ｂである。各電極端子２１４にはそれぞれ接続部材２３が対応して設けられ、接続部材２３は、集電部材２３とも呼ばれ、蓋板２１２と電極組立体２２との間に位置し、電極組立体２２と電極端子２１４の電気的接続を実現することに用いられる。

図３に示すように、各電極組立体２２は第１タブ２２１ａ及び第２タブ２２２ａを有する。第１タブ２２１ａと第２タブ２２２ａの極性は逆である。例えば、第１タブ２２１ａが正極タブである場合、第２タブ２２２ａは負極タブである。１つ又は複数の電極組立体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つ又は複数の電極組立体２２の第２タブ２２２ａは別の接続部材２３を介して別の電極端子に接続される。例えば、正電極端子２１４ａは１つの接続部材２３を介して正極タブに接続され、負電極端子２１４ｂは別の接続部材２３を介して負極タブに接続される。

該電池セル２０においては、実際の使用需要に応じて、電極組立体２２は１つ又は複数設けられてもよく、図３に示すように、電池セル２０内に４つの独立した電極組立体２２が設けられる。

電池セル２０にリリーフ機構２１３がさらに設けられてもよい。リリーフ機構２１３は、電池セル２０の内部圧力又は温度が閾値になった時に作動して内部圧力又は温度を解放することに用いられる。

リリーフ機構２１３は様々な可能なリリーフ構造であってもよく、本願の実施例はこれを限定しない。例えば、リリーフ機構２１３は、リリーフ機構２１３が設けられた電池セル２０の内部温度が閾値になった時に溶融できるように構成される感温リリーフ機構であってもよく、及び／又は、リリーフ機構２１３が設けられた電池セル２０の内部空気圧が閾値になった時に破裂できるように構成される感圧リリーフ機構であってもよい。

図４は本願の一実施例に係る電池１０の構造模式図を示す。

電池１０は、第１方向ｘに沿って配列された複数の電池セル２０と、熱管理部材１０１とを含む。

第１方向ｘは電池１０における１列の電池セル２０の配列方向である。つまり、電池１０における１列の電池セル２０はｘ方向に沿って配列される。

図５は１列の電池セル２０及び熱管理部材１０１の分解図を示し、図６は１列の電池セル２０及び熱管理部材１０１の平面模式図であり、図７は図６におけるＡ－Ａに沿った断面模式図であり、図８は図７におけるＢ部分の拡大図である。

熱管理部材１０１は第１方向ｘに沿って延在し、且つ複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の第１壁２１１１に接続され、第１壁２１１１は電池セル２０の表面積が最大の壁である。

電池セル２０は複数の壁を含んでもよく、電池セル２０のうち表面積が最大の第１壁２１１１は熱管理部材１０１に接続される。つまり、電池セル２０の第１壁２１１１は熱管理部材１０１に対向し、すなわち、電池セル２０の第１壁２１１１は第１方向ｘに平行である。

図７及び図８に示すように、熱管理部材１０１は、第２方向ｙに沿って対向して設けられた一対の熱伝導板１０１１及び該一対の熱伝導板１０１１の間に位置する流路１０１２を含み、流路１０１２は流体を収納して電池セル２０の温度を調整することに用いられ、第２方向ｙは第１壁２１１１に垂直である。

熱管理部材１０１は流体を収納して複数の電池セル２０の温度を調整することに用いられる。流体は液体又はガスであってもよく、温度の調整とは、複数の電池セル２０を加熱又は冷却することを指す。電池セル２０を降温させる場合、流路１０１２は冷却媒体を収納して複数の電池セル２０の温度を調整することができ、このとき、熱管理部材１０１は冷却部材又は冷却板などと呼ばれてもよく、収納された流体は冷却媒体又は冷却流体と呼ばれてもよく、より具体的には、冷却液又は冷却ガスと呼ばれてもよい。また、熱管理部材１０１は加熱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、流体は循環的に流れるものであってもよく、これにより、より優れた温度調整効果を達成する。選択可能に、流体は水、水とグリコールの混合液、冷却剤又は空気などであってもよい。選択可能に、熱管理部材１０１の第１方向ｘにおける両端に集電体１０２及び管路１０３が設けられ、管路１０３は流体を輸送することに用いられ、集電体１０２は流体を収集することに用いられる。

第２方向ｙにおいて、熱伝導板１０１１の厚さＤと流路１０１２のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす。

本願の実施例では、電池１０には、熱管理部材１０１は、第１方向ｘに沿って配列された１列の複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の表面積が最大の第１壁２１１１に接続されるように設けられる。このように、電池１０の筐体１１の中央部にビームなどの構造を設ける必要がなくなり、電池１０の内部スペースの利用率を最大限に高めることができ、それにより電池１０のエネルギー密度を向上させる。

それに対応し、電池１０の性能を確保するために、熱管理部材１０１は強度及び熱管理性能の需要を考慮する必要がある。

本願の実施例では、第２方向ｙにおける熱伝導板１０１１の厚さＤと流路１０１２のサイズＨが０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす場合、強度及び熱管理性能の需要を同時に考慮することができる。

具体的には、流路１０１２のサイズＨが大きい場合、流路１０１２中の流体の流動抵抗が低くなり、熱管理部材１０１の単位時間あたりの熱交換量を増加させることができ、熱伝導板１０１１の厚さＤが大きい場合、熱管理部材１０１の強度が高くなる。Ｄ／Ｈが０．０１未満の場合、流路１０１２のサイズＨが十分に大きいが、占有したスペースが大きすぎ、又は熱管理部材１０１のスペースが一定である場合、熱伝導板１０１１の厚さＤが薄すぎて、強度が不十分になる可能性があり、例えば、電池１０の振動衝撃の要件を満たすことができず、ひいては最初に組み立てられる時に熱管理部材１０１が押しつぶされる状況が発生する。Ｄ／Ｈ≧２５の場合、熱伝導板１０１１の厚さＤが十分に厚いが、熱管理部材１０１のスペースが一定である場合、流路１０１２のサイズＨが小さすぎ、流路１０１２中の流体の流動抵抗が大きくなり、熱交換性能が低くなり又は使用プロセスで流路１０１２が詰まる可能性があり、それと同時に、熱伝導板１０１１の肉厚が厚すぎるため、電池セル２０の膨張によって生成された力は、電池セル２０の必要な膨張スペースに対応する熱管理部材１０１への押しつぶし力を満たすことができず、すなわち熱管理部材１０１は電池セル２０の必要な膨張スペースをタイムリーに明け渡すことができず、これにより、電池セル２０の容量低減が速くなる。従って、熱伝導板１０１１の厚さＤと流路１０１２のサイズＨが０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす場合、強度及び熱管理性能の需要を同時に考慮し、電池１０の性能を確保することができる。

本願の実施例では、電池１０には、熱管理部材１０１は、第１方向ｘに沿って配列された１列の複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の表面積が最大の第１壁２１１１に接続されるように設けられ、熱管理部材１０１は、第１壁２１１１に垂直な第２方向ｙ対向して設けられた一対の熱伝導板１０１１及び一対の熱伝導板１０１１の間に位置する流路１０１２を含み、第２方向ｙにおいて、熱伝導板１０１１の厚さＤと流路１０１２のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす。このように、電池１０の筐体１１の中央部にビームなどの構造を設ける必要がなくなり、電池１０の内部スペースの利用率を最大限に高めることができ、それにより電池１０のエネルギー密度を向上させ、それと同時に、上記熱管理部材１０１を利用することにより電池１０の熱管理を確保することもできる。従って、本願の実施例の技術案は、電池１０のエネルギー密度を向上させるとともに電池１０の熱管理を確保することができ、それにより電池１０の性能を向上させることができる。

選択可能に、０．０１≦Ｄ／Ｈ≦０．１の場合、流体は固液相変化材料又は液体作動媒体を用いてもよく、熱管理部材１０１は、外層が外皮としてフィルム状の材質で作られ、内部が補強のための骨格構造で充填され、該技術案は、強度の要件が低い場合又は熱管理部材１０１の圧縮性能の要件が高い場合に用いることができる。

選択可能に、０．１≦Ｄ／Ｈ≦１の範囲の場合、熱管理部材１０１の内部は、流体作動媒体の対流熱交換又は気液相変化冷却方法を用い、熱交換媒体として液体作動媒体を用い、これにより、熱管理部材１０１の熱交換性能を確保する。

選択可能に、１≦Ｄ／Ｈ≦２５の場合、熱管理部材１０１は気液相変化冷却方法を用いることができ、内部の隙間を調整することにより、全体圧力を高め、作動媒体が熱管理部材１０１の内部に液体の形態で存在することを確保し、これにより、圧力損失に起因する気体と液体の２種の状態の共存現象の発生を防止し、熱交換性能を提供し、それと同時に、熱伝導板１０１１の厚さＤが十分に厚いため、加熱時に内部作動媒体の気化圧力が高くなることに起因する熱管理部材１０１の破裂を防止することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、熱伝導板１０１１の厚さＤと流路１０１２のサイズＨはさらに０．０５≦Ｄ／Ｈ≦１５を満たし、よりさらに０．１≦Ｄ／Ｈ≦１を満たし、これにより、スペース、強度及び熱管理をより良好に考慮し、電池１０の性能をさらに向上させる。

選択可能に、本願の一実施例では、熱管理部材１０１の第２方向ｙにおけるサイズＷは０．３～１００ｍｍである。

Ｗは熱管理部材１０１の合計厚さであり、すなわちＷ＝２＊Ｄ＋Ｈである。Ｗが大きすぎるとスペースが多く占有し、Ｗが小さすぎると強度が低くなりすぎ又は流路１０１２が狭すぎて熱管理性能に影響を与える。従って、熱管理部材１０１の合計厚さＷが０．３～１００ｍｍである場合、スペース、強度及び熱管理を考慮し、電池１０の性能を確保することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、熱伝導板１０１１の厚さＤは０．１～２５ｍｍである。

熱伝導板１０１１の厚さＤが大きすぎると、スペースが多く占有し、且つ熱管理部材１０１が電池セル２０の必要な膨張スペースをタイムリーに明け渡すことができず、Ｄが小さすぎると強度が低くなりすぎる。従って、熱伝導板１０１１の厚さＤが０．１～２５ｍｍである場合、スペース、強度及び電池セル２０の膨張需要を考慮し、電池１０の性能を確保することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、流路１０１２のサイズＨは０．１～５０ｍｍである。

具体的には、流路１０１２のサイズＨは、応用プロセス中の詰まりを回避するために、少なくとも内部に現れる可能性がある不純物粒子のサイズよりも大きい必要があり、且つ流路１０１２のサイズＨが小さすぎると、流路１０１２中の流体の流動抵抗が高くなり、熱交換性能が低くなるため、流路１０１２のサイズＨは０．１ｍｍ以上である。流路１０１２のサイズＨが大きすぎると、スペースが多く占有し又は強度が不十分である。従って、流路１０１２のサイズＨが０．１～５０ｍｍである場合、スペース、強度及び熱管理性能を考慮し、電池１０の性能を確保することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、熱管理部材１０１の第２方向ｙにおけるサイズＷと第１壁２１１１の面積Ａは０．０３ｍｍ－１≦Ｗ／Ａ＊１０００≦２ｍｍ－１を満たす。

ＷとＡは上記条件を満たし、電池セル２０の熱交換性能の需要及びサイズスペースの要件を満たすことができる。具体的には、電池セル２０の第１壁２１１１の面積Ａが大きい場合、冷却面積が大きくなり、熱管理部材１０１から電池セル２０の表面への熱伝導抵抗を低減させることができ、熱管理部材１０１の合計厚さＷが大きい場合、強度を向上させることができる。Ｗ／Ａ＊１０００が０．０３ｍｍ－１未満の場合、電池セル２０の第１壁２１１１の面積Ａが十分に大きいが、熱管理部材１０１が薄すぎて、強度が不十分になり、その結果、熱管理部材１０１が使用中に損傷又は亀裂する問題が発生する可能性がある。Ｗ／Ａ＊１０００が２よりも大きい場合、熱管理部材１０１が十分に厚いが、電池セル２０の第１壁２１１１の面積Ａが小さすぎ、熱管理部材１０１が電池セル２０に供給できる冷却面が不十分になり、電池セル２０の放熱需要を満たすことができないリスクが存在する。従って、熱管理部材１０１の合計厚さＷと第１壁２１１１の面積Ａが０．０３ｍｍ－１≦Ｗ／Ａ＊１０００≦２ｍｍ－１を満たす場合、強度及び熱管理性能の需要を同時に考慮し、電池１０の性能を確保することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、図８に示すように、熱管理部材１０１は一対の熱伝導板１０１１の間に設けられたリブ１０１３をさらに含んでもよく、リブ１０１３及び該一対の熱伝導板１０１１は流路１０１２を形成する。リブ１０１３はさらに熱管理部材１０１の強度を向上させることができる。リブ１０１３の数は流路１０１２及び強度の需要に応じて設定されてもよい。図８に示すように、リブ１０１３は熱伝導板１０１１に垂直であってもよく、この場合、熱管理部材１０１は大きな圧力を受けることができる。選択可能に、リブ１０１３は、Ｃ字形、波形又は十字形などの異形であってもよく、膨張を効果的に吸収することができるとともに、乱流を増加させ、熱交換効果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、リブ１０１３と熱伝導板１０１１がなす夾角は鋭角であってもよい。つまり、リブ１０１３は熱伝導板１０１１に垂直ではなく、この場合、第２方向ｙにおいて、熱管理部材１０１は大きな圧縮スペースを有し、それにより電池セル２０のために大きな膨張スペースを提供することができる。

選択可能に、本願の一実施例では、リブ１０１３の厚さＸは（－０．０００５＊Ｆ＋０．４７３８）ｍｍ以上であり、ここでＦはリブ１０１３の材料の引張強度であり、単位はＭＰａである。つまり、リブ１０１３の最小厚さＸは（－０．０００５＊Ｆ＋０．４７３８）ｍｍであってもよい。

リブ１０１３の厚さＸはその材料の引張強度に関連する。上記関係式に基づき、熱管理部材１０１の応力需要を満たすために、強度の高い材料が選択され、内部リブ１０１３の厚さＸを薄くすることができ、それによりスペースを節約し、エネルギー密度を向上させる。選択可能に、リブ１０１３の厚さＸは０．２ｍｍ～１ｍｍであってもよい。

選択可能に、本願の一実施例では、電池セル２０は、第２方向ｙに対向して設けられた２つの第１壁２１１１と、第１方向ｘに対向して設けられた２つの第２壁２１１２とを含み、第１方向ｘにおいて、隣接する２つの電池セル２０の第２壁２１１２は対向する。つまり、角形電池セル２０の場合、その大側面である第１壁２１１１は熱管理部材１０１に接続され、その小側面である第２壁２１１２は隣接する電池セル２０の第２壁２１１２に接続され、これにより、第１方向ｘに１列に配列される。このように、大面積の第１壁２１１１を熱管理部材１０１に接続することは、電池セル２０の熱交換に有利であり、電池１０の性能を確保する。

選択可能に、本願の一実施例では、電池１０は、第１方向ｘに沿って配列された複数列の複数の電池セル２０と、複数の熱管理部材１０１とを含み、複数列の電池セル２０と複数の熱管理部材１０１は第２方向ｙに交互に設けられる。つまり、複数列の電池セル２０と複数の熱管理部材１０１は熱管理部材１０１、電池セル２０列、熱管理部材１０１…、又は、電池セル２０列、熱管理部材１０１、電池セル２０列…に応じて設けられてもよい。このように、複数列の電池セル２０と複数の熱管理部材１０１は互いに接続されて一体化され、筐体１１内に収納され、各列の電池セル２０を効果的に熱管理できるだけでなく、電池１０全体の構造強度を確保でき、それにより電池１０の性能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、電池１０は複数の電池モジュールを含んでもよい。電池モジュールは、第１方向ｘに沿って配列された少なくとも１列の複数の電池セル２０と、少なくとも１つの熱管理部材１０１を含み、且つ少なくとも１列の電池セル２０と少なくとも１つの熱管理部材１０１は第２方向ｙに交互に設けられる。つまり、各電池モジュールに対して、そのうちの電池セル２０列と熱管理部材１０１は第２方向ｙに交互に設けられ、複数の電池モジュールは筐体１１内に収納されて、電池１０を形成する。選択可能に、複数の電池モジュールは第２方向ｙに沿って配列され、隣接する電池モジュールの間に隙間がある。

選択可能に、本願の一実施例では、熱管理部材１０１は第１壁２１１１に接着される。つまり、熱管理部材１０１と電池セル２０とは、接着によって固定接続されてもよく、例えば、構造用接着剤を介して接着されるが、本願の実施例はこれを限定しない。

選択可能に、電池セル２０は筐体１１に接着して固定されてもよい。選択可能に、各列の電池セル２０のうち隣接する電池セル２０の間は接着されてもよく、例えば、隣接する２つの電池セル２０の第２壁２１１２は構造用接着剤を介して接着されるが、本願の実施例はこれを限定しない。各列の電池セル２０のうち隣接する電池セル２０の間の接着固定によってさらに電池セル２０の固定効果を向上させることができる。

理解されるように、本願の各実施例における関連部分は互いに参照すればよく、簡潔にするために詳細な説明を省略する。

本願の一実施例はさらに電力消費機器を提供し、該電力消費機器は、上記実施例における電池１０を含んでもよい。選択可能に、該電力消費機器は車両１、船舶又は宇宙機などであってもよいが、本願の実施例はこれを限定しない。

以上、本願の実施例の電池１０及び電力消費機器が説明されており、以下、本願の実施例の電池の製造方法及び機器を説明し、ここで詳細に説明されていない部分は上記各実施例を参照することができる。

図９は本願の一実施例に係る電池の製造方法３００の概略フローチャートを示す。図９に示すように、該方法３００は以下を含んでもよい。

ステップ３１０、第１方向ｘに沿って配列された複数の電池セル２０を提供する。

ステップ３２０、熱管理部材１０１を提供し、前記熱管理部材１０１は前記第１方向ｘに沿って延在し、且つ前記複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の第１壁２１１１に接続され、前記第１壁２１１１は前記電池セル２０の表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材１０１は、第２方向ｙに沿って対向して設けられた一対の熱伝導板１０１１及び前記一対の熱伝導板１０１１の間に位置する流路１０１２を含み、前記流路１０１２は流体を収納して前記電池セル２０の温度を調整することに用いられ、前記第２方向ｙは前記第１壁２１１１に垂直であり、前記第２方向ｙにおいて、前記熱伝導板１０１１の厚さＤと前記流路１０１２のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす。

図１０は本願の一実施例に係る電池の製造機器４００の概略ブロック図を示す。図１０に示すように、電池の製造機器４００は、第１提供モジュール４１０と、第２提供モジュール４２０とを含んでもよい。

第１提供モジュール４１０は、第１方向ｘに沿って配列された複数の電池セル２０を提供することに用いられる。

第２提供モジュール４２０は、熱管理部材１０１を提供することに用いられ、前記熱管理部材１０１は前記第１方向ｘに沿って延在し、且つ前記複数の電池セル２０のうちの各電池セル２０の第１壁２１１１に接続され、前記第１壁２１１１は前記電池セル２０の表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材１０１は、第２方向ｙに沿って対向して設けられた一対の熱伝導板１０１１及び前記一対の熱伝導板１０１１の間に位置する流路１０１２を含み、前記流路１０１２は流体を収納して前記電池セル２０の温度を調整することに用いられ、前記第２方向ｙは前記第１壁２１１１に垂直であり、前記第２方向ｙにおいて、前記熱伝導板１０１１の厚さＤと前記流路１０１２のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たす。

以下、本願の実施例が説明されているが、以下に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、本願を限定するものとして理解できない。実施例では具体的な技術又は条件が明記されていない場合、本分野の文献に記載されている技術又は条件、あるいは製品の取扱書に従って行われる。

図面に示される電池セル２０及び熱管理部材１０１を用いて、加熱レート及び熱管理部材の変形力のシミュレーションテストを行い、テスト結果は表１に示された。表１では、Ｌ２は電池セル２０の第１方向ｘにおけるサイズであり、Ｌ３は電池セル２０の第２方向ｙにおけるサイズであり、Ｌ１は電池セル２０の第１壁２１１１の第３方向ｚにおけるサイズであり、第３方向は第１方向ｘ及び第２方向ｙに垂直であった。

好ましい実施例を参照して本願を説明したが、本願の範囲から逸脱することなく、様々な改良を行うことができ、且つその中の部材を同等物で置き換えることができる。特に、構造上の矛盾がない限り、各実施例に係る各技術的特徴は全て任意に組み合わせることができる。本願は本明細書に開示されている特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲内に属する全ての技術案を含む。

１ 車両
１０ 電池
１１ 筐体
２０ 電池セル
２１ ケーシング
２２ 電極組立体
２３ 接続部材
３０ コントローラ
４０ モータ
１０１ 熱管理部材
１０２ 集電体
１０３ 管路
２１１ ハウジング
２１２ 蓋板
２１３ リリーフ機構
２１４ 電極端子
２１４ａ 正電極端子
２１４ｂ 負電極端子
２２１ 第１タブ
２２２ 第２タブ
４００ 電池の製造機器
４１０ 第１提供モジュール
４２０ 第２提供モジュール
１０１１ 熱伝導板
１０１２ 流路
１０１３ リブ
２１１１ 第１壁
２１１２ 第２壁

Claims (13)

1. 電池であって、
   第１方向に沿って配列された複数の電池セルと、
   前記第１方向に沿って延在し、且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続される熱管理部材であって、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材は、第２方向に沿って対向して設けられた一対の熱伝導板及び前記一対の熱伝導板の間に位置する流路を含み、前記流路は流体を収納して前記電池セルの温度を調整することに用いられ、前記第２方向は前記第１壁に垂直である、熱管理部材と、を含み、
   前記第２方向において、前記熱伝導板の厚さＤと前記流路のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たし、
   前記熱管理部材は前記一対の熱伝導板の間に設けられたリブをさらに含み、前記リブ及び前記一対の熱伝導板は前記流路を形成し、前記リブと前記熱伝導板がなす夾角は鋭角であり、
   前記熱管理部材は前記第１方向における両端に集電体及び管路が設けられ、前記管路は前記流体を輸送することに用いられ、前記集電体は前記流体を収集することに用いられることを特徴とする電池。
2. 前記熱伝導板の厚さＤと前記流路のサイズＨは０．０５≦Ｄ／Ｈ≦１５を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記熱管理部材の前記第２方向におけるサイズＷは０．３～１００ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
4. 前記熱伝導板の厚さＤは０．１～２５ｍｍであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の電池。
5. 前記流路のサイズＨは０．１～５０ｍｍであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の電池。
6. 前記熱管理部材の前記第２方向におけるサイズＷと前記第１壁の面積Ａは０．０３ｍｍ－１≦Ｗ／Ａ＊１０００≦２ｍｍ－１を満たすことを特徴とする請求項３～５のいずれか１項に記載の電池。
7. 前記リブの厚さＸは（－０．０００５＊Ｆ＋０．４７３８）ｍｍ以上であり、ここでＦは前記リブの材料の引張強度であることを特徴とする請求項１に記載の電池。
8. 前記電池セルは、前記第２方向に対向して設けられた２つの前記第１壁と、前記第１方向に対向して設けられた２つの第２壁とを含み、前記第１方向において、隣接する２つの前記電池セルの前記第２壁は対向することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の電池。
9. 前記電池は、前記第１方向に沿って配列された複数列の複数の前記電池セルと、複数の前記熱管理部材とを含み、複数列の前記電池セルと複数の前記熱管理部材は前記第２方向に交互に設けられることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の電池。
10. 前記熱管理部材は前記第１壁に接着されることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の電池。
11. 電気エネルギーを提供するための請求項１～１０のいずれか１項に記載の電池を含むことを特徴とする電力消費機器。
12. 電池の製造方法であって、
    第１方向に沿って配列された複数の電池セルを提供するステップと、
    前記第１方向に沿って延在し、且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続される熱管理部材を提供するステップであって、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材は、第２方向に沿って対向して設けられた一対の熱伝導板及び前記一対の熱伝導板の間に位置する流路を含み、前記流路は流体を収納して前記電池セルの温度を調整することに用いられ、前記第２方向は前記第１壁に垂直である、ステップと、を含み、
    前記第２方向において、前記熱伝導板の厚さＤと前記流路のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たし、前記熱管理部材は前記一対の熱伝導板の間に設けられたリブをさらに含み、前記リブ及び前記一対の熱伝導板は前記流路を形成し、前記リブと前記熱伝導板がなす夾角は鋭角であり、前記熱管理部材は前記第１方向における両端に集電体及び管路が設けられ、前記管路は前記流体を輸送することに用いられ、前記集電体は前記流体を収集することに用いられることを特徴とする電池の製造方法。
13. 電池の製造機器であって、
    第１方向に沿って配列された複数の電池セルを提供するための第１提供モジュールと、
    前記第１方向に沿って延在し、且つ前記複数の電池セルのうちの各電池セルの第１壁に接続される熱管理部材を提供するための第２提供モジュールであって、前記第１壁は前記電池セルの表面積が最大の壁であり、前記熱管理部材は、第２方向に沿って対向して設けられた一対の熱伝導板及び前記一対の熱伝導板の間に位置する流路を含み、前記流路は流体を収納して前記電池セルの温度を調整することに用いられ、前記第２方向は前記第１壁に垂直である、第２提供モジュールと、を含み、
    前記第２方向において、前記熱伝導板の厚さＤと前記流路のサイズＨは０．０１≦Ｄ／Ｈ≦２５を満たし、前記熱管理部材は前記一対の熱伝導板の間に設けられたリブをさらに含み、前記リブ及び前記一対の熱伝導板は前記流路を形成し、前記リブと前記熱伝導板がなす夾角は鋭角であり、前記熱管理部材は前記第１方向における両端に集電体及び管路が設けられ、前記管路は前記流体を輸送することに用いられ、前記集電体は前記流体を収集することに用いられることを特徴とする電池の製造機器。

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