CN100441438C - 电源系统的支撑结构 - Google Patents

Abstract

一种电源系统的支撑结构，其中，围绕支撑架布置用于固定模块的框架体，模块中层叠有电池。在支撑架的中心，通过轴承安装支撑轴。用此支撑轴对框架体和支撑架的整体进行支撑。据此，可以减少来自安装侧的振动、冲击、以及扭转的输入。其中布置有沉重电池的框架体可相对于安装侧移动。结果，可以有效地分散并减小振动和扭转。当电源系统安装在车辆上时，可以分散并减小通过车身输入的振动和冲击，并减小施加在车身上的扭转的影响，从而，可以提供稳定的电力。

Description

电源系统的支撑结构

技术领域

本发明涉及一种电源系统的支撑结构，该电源系统包括多个存储或产生电能的电池(电池单元)。

背景技术

近年来，平板形的大致矩形蓄电池以及发生器电池的研发已经取得了进展，大致矩形蓄电池例如锂离子二次电池和电偶层电容器等，发生器电池例如直接将燃料的化学能转换为电能的燃料电池，特别包括通过离子交换膜使阳极与阴极分开的质子交换膜燃料电池。从能量密度高以及体积小型化的观点来看，电池有望成为用于各种设备的电源。

这种蓄电池或者发生器电池经常作为封装的电池组使用，其中，在壳体中，对应于电压规格或者容量规格，容纳有彼此连接的预定数量的电池。电池组增加了其重量和体积。所以，当电池组作为电源系统安装在混合型动力车或者电动车上时，在车辆上适当方式布置沉重的电源系统非常重要。

在JP-2001-105893中披露的是这样一种电动车辆，包括由电动机和变速器组成的动力单元以及使多个蓄电池成为一体以驱动电动机的电池单元，其中，动力单元布置在座椅后方，并且将电池单元中的各蓄电池布置在车辆转动中心附近并且位于较低的位置。

电源系统是沉重的物件，当在车辆中安装时，不仅需要进行电源系统的布局，而且需要考虑对于从车身施加振动和冲击的耐用性。尤其是，当将电源系统安装在车辆如混合型动力车或电动车上时，除振动和冲击之外，施加在车身上的扭转作用也可能影响蓄电池或者发生器电池，因而担心出现问题。所以，在常规车辆中，将用于容纳蓄电池或者发生器电池的壳体牢固制造，其程度超出所需，从而增加了电源系统的总重量和体积。

发明内容

本发明的一种或者更多的实施方式提供了一种电源系统的支撑结构，其中可以分散并减小来自电源系统安装侧的振动和冲击，并可以减小安装侧扭转的影响，从而可以改善可靠性和耐用性。

根据本发明的一种或者更多的实施方式，一种包括多个电池的电源系统的支撑结构，设有：框架体，其中布置电池；支撑轴，支撑该框架体；以及，轴承构造物，在框架体外部支撑该支撑轴。框架体相对于至少支撑轴和轴承构造物之一可活动。

此外，支撑轴可以是圆形的或者多边形的，并且可以从框架体伸出。

此外，框架体可以包括框架部件，而且，框架部件的一部分可以起到支撑轴的作用。

此外，轴承构造物可以支撑该支撑轴的至少一个端部。

此外，可以设置减振器，至少围绕支撑轴或者在轴承构造物上布置。

此外，可以设置平衡器，以及，该平衡器限制框架体相对至少支撑轴和轴承构造物之一的移动，以及，校正框架体的安装平衡。

根据本发明的一种或者更多的实施方式，在电源系统中，可以分散并减小来自电源系统安装侧的振动和冲击，并减小安装侧的扭转的影响，从而，保护电池，并能改善可靠性和耐用性。

根据以下描述和所附的权利要求，容易理解本发明其他的方面和优点。

附图说明

图1(a)是图示根据本发明第一种示例性实施方式的电源系统的支撑结构的正视图；

图1(b)是图示根据第一种示例性实施方式的支撑结构的侧视图；

图2是图示电源系统中组件安装实例的说明图；

图3是图示电源系统中组件的另一安装实例的说明图；

图4是图示支撑结构应用于蓄电池组件的实例的正视图；

图5是图4中箭头A方向的剖视图；

图6是图示蓄电池组件的修改实例的正视图；

图7是图示蓄电池组件的另一种修改实例的正视图；

图8(a)是图示根据本发明第二种示例性实施方式电源系统支撑结构的正视图；

图8(b)是根据第二种示例性实施方式的支撑结构的侧视图；

图9(a)是根据第二种示例性实施方式的另一支撑结构的正视图；

图9(b)是该另一支撑结构的侧视图；

图10(a)是图示使用框架部件的一部分作为支撑轴的第一实例的正视图；

图10(b)是图示第一实例的侧视图；

图11(a)是图示使用支座和平衡器的实例的正视图；

图11(b)是图示使用支座和平衡器的实例的侧视图；

图12(a)是图示使用稳定杆和衬套的实例的正视图；

图12(b)是图示使用稳定杆和衬套的实例的侧视图；

图13是图示衬套的安装的说明图；

图14(a)是图示在稳定杆上施加平衡器销的实例的正视图；

图14(b)是图示在稳定杆上施加平衡器销的实例的侧视图；

图15(a)是图示使用框架部件的一部分作为支撑轴的第二实例的正视图；

图15(b)是图示使用框架部件的一部分作为支撑轴的第二实例的侧视图；

图16(a)是图示使用框架部件的一部分作为支撑轴的第三实例的正视图；

图16(b)是图示使用框架部件的一部分作为支撑轴的第三实例的侧视图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。

本发明的示例性实施方式应用于由多个存储或者产生电能的电池所组成的电源系统。作为这种电池，例如，有蓄电池如锂离子二次电池、电偶层电容器等，以及发生器电池如燃料电池。下文中，蓄电池和发生器电池统称为“电池”。使用这种电池的电源系统安装于例如电动车(EV)、混合型动力车(HEV)、燃料电池车(FCV)等。

图1(a)至图7涉及本发明的第一示例性实施方式，其中，图1(a)和图1(b)是图示电源系统支撑结构的说明图，图2是图示电池组件安装实例的说明图，图3是图示电池组件另一安装实例的说明图，图4是图示本发明应用于蓄电池组件的实例的正视图，图5是图4中箭头A方向的视图，图6是图示蓄电池组件的修改实例的正视图，以及，图7是图示蓄电池组件的另一修改实例的正视图。

如图1(a)和图1(b)所示，将预定数量的电池1层叠并模块化(或者堆叠)，并将固定各模块的框架体2围绕支撑架3径向方式布置。在本实例中，如图1(a)的正视图所示，使框架体2成十字状方式围绕方柱形支撑架3；以及，在侧视图1(b)中，两组框架体布置在纵向上。

在支撑架3的中心部，通过轴承4安装支撑轴5，以及，此支撑轴5支撑全部的框架体2和支撑架3。支撑轴5由横截面为圆形并且刚性高的部件形成，以及，通过在支撑轴5与轴承4之间产生的滑动，使支撑轴5设置成相对于支撑架3可活动。

在安装了框架体2和支撑架3的情况下，例如，如图2所示，支撑轴5的两端由轴承构造物6通过承受件7进行支撑。轴承构造物6可以形成为安装面的一部分，该安装面位于框架体2和支撑架3整体作为电源系统被安装的一侧，以及，轴承构造物6具有在支撑轴5与承受件之间产生滑动的结构。此外，轴承构造物6可以形成为电源系统的壳体，容纳框架体2和支撑架3，而且，作为电源系统壳体的轴承构造物6可以固定在电源系统安装侧的安装面上。

在这种支撑结构中，由支撑轴5的两端承受框架体2(其中布置电池1)，从而，使从安装侧输入的振动、冲击、扭转等减小。此外，由于对于安装侧，其中布置多个沉重物件电池的框架体2为可相对移动，从而能有效地分散并减小振动和冲击。尤其是，在电源系统安装在诸如电动车或者混合型动力车的车辆上的情况下，可以使通过车身输入到电源系统的振动和冲击分散并减小，而且可以减小施加在车身上的扭转的影响，从而，可以提供稳定的电力。

在这种情况下，为了使框架体2能够对于安装侧进行相对移动，较好的是，使支承轴5可相对于至少支撑架3和轴承构造物6之一以滑动方式移动，而且，支撑轴5可以固定在支撑架3上或者与支撑架3整体方式形成，从而使其处于刚性状态。此外，支撑轴5不仅可以是具有圆形截面的圆柱，而且也可以是具有多边形截面的方柱。在支撑轴5是方柱的情况下，在适配到支撑架3中，可以设置细微间隙的游隙。此外，通过在支撑轴5的端部与轴承构造物6的承受件7之间设置游隙，可以使支撑轴5适配并固定在支撑架3中，或者可以使支撑轴5与支撑架3整体方式形成。

此外，如图3所示，支撑轴5的一端可以从壳体8延伸而出，壳体8代表框架体2和支撑架3整体，以及，可以由设置在安装面上的承受件7A承受支撑轴5的末端，以竖直安装壳体8。在这种情况下，尽管在悬臂结构下支撑壳体8，但借助于多个电池1的惯性质量，也能减小振动。

图4和图5图示一种实例，其中将具有近乎矩形平面的平板蓄电池10(诸如锂离子二次电池或者电偶层电容器)封装作为电池1。在这种组件中，将表面压力叠层式框架体11围绕支撑架12布置成十字状，在表面压力叠层式框架体11中层叠蓄电池10，使蓄电池10承受恒定压力(表面压力)。

支撑架12在其中心具有圆筒状突出部，并将支撑轴13插进此圆筒状突出部中。支撑轴13的中空部可以作为冷却风通道或者布线空间。此外，在蓄电池10的各层之间，靠近电池层叠的表面，布置用于热交换和热辐射的矩形板状热交换材料14。热交换材料14交换并辐射在蓄电池10中产生的热量，从而，可改善蓄电池10热辐射，平衡并均匀化层叠表面的表面压力，并且加强组件整体的刚性。

在图6中，图4和图5中所示组件的支撑架12，形成为具有矩形中空部的支撑架12A。支撑架12A可以延伸成为矩形支撑轴，或者，可以将另一部件的方柱形支撑轴插进支撑架12A中。此外，在图7中，在图6的支撑架12A中，设置支撑轴15，并且用对角方式布置的支撑部件16加强此支撑轴15。

如上所述，根据本发明，相对于安装侧，相对可移动地支撑其中布置有电池的框架体。据此，可以分散并减小来自安装侧的振动、冲击、以及扭转，并且避免由于振动、冲击、以及扭转带来的各种不利情况，诸如各电池之间的电连接不良、电池的劣化、各电池产生电力不均衡等，从而可以改善可靠性和耐用性，并且可以提供稳定品质的电力。

下面描述本发明的第二示例性实施方式。图8至图16涉及本发明的第二示例性实施方式，其中，图8(a)和图8(b)是图示电源系统支撑结构的说明图，图9(a)和图9(b)是图示另一支撑结构的说明图，图10(a)和图10(b)是图示使用框架部件的一部分作为支撑轴的第一实例的说明图，图11(a)和图11(b)是图示使用支座和平衡器的实例的说明图，图12(a)和图12(b)是图示其中使用稳定杆和衬套的电源系统的安装实例的说明图，图13是图示衬套的安装的说明图，图14(a)和图14(b)是图示在稳定杆上施加平衡器销的实例的说明图，图15(a)和图15(b)是图示使用框架部件的一部分作为支撑轴的第二实例的说明图，以及，图16(a)和图16(b)是图示使用框架部件的一部分作为支撑轴的第三实例的说明图。

在第二示例性实施方式中，将形成电源系统的组件支撑于距离组件中心部预定距离的位置处。图8(a)、图8(b)、以及图9(a)、图9(b)图示电源系统的基本支撑结构。

图8(a)和图8(b)图示一种支撑结构，其中，通过接合件21，用支撑轴22悬挂其中布置有电池1的框架体20。此外，图9(a)和图9(b)图示一种支撑结构，其中为框架体25的一部分设置钩状接合部26，并将支撑轴22插进此接合部26中。在这里，支撑轴22还可用作框架部件，形成框架体25框架的一部分。此外，支撑轴22不仅可以是圆柱形，而且也可以是方柱形。

在这种支撑结构中，通过支撑轴22或者承受支撑轴22的安装侧承受部，枢轴方式支撑框架体20、25。所以，与第一示例性实施方式中的情况相似，可以有效地减小来自安装侧的振动、冲击、以及扭转的影响，并能保护电池1。

应用这种支撑结构，可以有各种具体实例。图10(a)至图16(b)图示有代表性的应用实例。

首先，在图10(a)和图10(b)所示的实例中，构成电源系统的组件由多个板形极板30组成，极板30形成如正视图10(a)所示的矩形框架表面，并且如侧视图10(b)所示间隔布置。将多个柱形框架支撑件31插进各极板30的周缘部以形成框架。在各极板30之间布置模块1A，在模块1A中多个电池1叠放，并成直线排列。

各极板30与各模块1A的层叠表面接触，从而使电池1保持在极板30之间，并且极板30具有交换和辐射电池1中所产生热量的功能，从而，通过由框架支撑件31形成的框架，可改善电池1的热辐射、平衡并均匀化层叠表面的表面压力、以及加强组件整体的刚性。

此外，在形成组件框架的多个框架支撑件31中，插进极板30中上部的框架支撑件31，形成为在直径上大于其它框架支撑件31，从形成前后表面的极板30伸出，并将其用作支撑轴32，在远离组件中心的位置处支撑组件整体。

如图11(a)的正视图中所示，此支撑轴32在其两端通过在安装侧上设置的支座35和36滑动方式枢轴支撑。支座之一35具有承受面，该承受面具有开口的上部，其中插入支撑轴32的端部，而另一支座36，如图11(b)的侧视图所示，形成为圆筒形衬套，其中插入支撑轴32的端部。支座35和36也可以形成为相同的形状。

在支撑轴32的两侧，布置相对于极板30垂直设置的销子37，并且使各销子37与具有弹性的平衡器38接触。平衡器38是一种减振器，其限制因为从安装侧输入的振动、冲击、以及扭转而导致的对于安装侧的相对移动，并且校正安装平衡。通过改变支撑轴32与销子37之间的跨距，可以调节有关振动、冲击、以及扭转输入的阻尼系数和弹簧常数。

图12(a)和图12(b)图示一种实例，取代支座35、36，其中使用也具有类似于平衡器38的减振器功能的稳定杆40。如图12(a)中的正视图和图12(b)中的侧视图所示，稳定杆40通过折弯板形弹性件形成为接近具有底部开口的三角形。在稳定杆40的顶部形成凹进部40a，用于滑动方式枢轴支撑支撑轴32。使支柱部40b、40b从稳定杆40的底部延伸到两侧，将其中一个支柱部固定在安装侧的安装面上，而另一个支柱部则通过弹性件组成的环形衬套41(参见图13)压靠在安装面上。

因为通过此稳定杆40承受对组件整体进行支撑的支撑轴32，所以，通过稳定杆40的上下方向应变(挠曲)吸收振动和冲击在上下方向上的输入分量，并通过衬套41吸收在其横向的输入分量。此外，对于扭转方向的输入分量，借助于在稳定杆40与支撑轴32之间的滑动，通过稳定杆40和衬套41除枢轴移动之外的应变，可以更有效地抑制扭转的影响。

在这种情况下，如图14(a)中的正视图和图14(b)中的侧视图所示，取代衬套41，可以相对于极板30垂直地设置平衡销42、42，平衡销42、42与稳定杆40的斜面接触。同样地，通过稳定杆40与平衡销42、42的这种组合，可以有效地以类似方式削弱从安装侧输入的振动、冲击、以及扭转。

另一方面，在图15(a)的正视图和图15(b)的侧视图所示的实例中，在形成组件框架的多个框架支撑件31中，插入极板30中下部的框架支撑件31，形成为在直径上大于其它框架支撑件31，从形成前后面的极板30伸出，并且将其用作支撑轴33，支撑组件整体。

在这种情况下，使用与平衡器38类似的平衡器43和44，来校正关于振动、冲击和扭转的安装平衡。一个平衡器43布置在位于支撑轴33侧的极板30下侧，而且位于预定的位置，如在纵向上的前后位置。此外，另一个平衡器44布置在位于平衡器43斜上方的极板30侧面，并且位于预定的位置，如在纵向上的前后位置。

此外，在图16(a)的正视图和图16(b)的侧视图所示的实例中，在形成组件框架的多个框架支撑件31中，插入极板30下侧部的框架支撑件31形成为在直径上大于其它框架支撑件31，从形成前后面的极板30伸出，以及可以用作支撑组件整体的支撑轴34。支撑轴34由轴承45支撑，轴承45布置在安装侧上，并且上下分开，以及，与平衡器38类似的平衡器47布置在安装面与销子46之间，销子46相对极板30的下部垂直设置，并且相对支撑轴34有预定的跨度，从而校正关于振动、冲击、以及扭转的安装平衡。

同样地，在本发明的第二示例性实施方式中，与第一示例性实施方式中的情况类似，有效地分散并减小来自安装侧的振动、冲击、以及扭转，从而可以预先避免不利情况出现。在第二示例性实施方式中，使用减振器，限制关于安装侧的相对移动并校正安装平衡，从而可以更好地改善对于振动、冲击、以及扭转的阻尼作用。

本申请要求基于2005年7月15日提交的日本专利申请No.2005-207505的外国优先权，该申请的内容在此以全文引用的方式并入本文。

本领域技术人员易于理解，对于所描述的本发明的优选实施方式，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改和变化。因此，本发明包括在权利要求及等同替换范围内的所有修改和变化。

Claims (6)

1.一种电源系统的支撑结构，所述电源系统包括多个电池，所述支撑结构包括：

框架体，在所述框架体中布置所述电池；

支撑轴，支撑所述框架体；以及

轴承构造物，所述轴承构造物固定于安装侧，以及所述轴承构造物在所述框架体外部支撑所述支撑轴，其中，响应于振动、冲击和扭转，所述框架体相对于至少所述支撑轴和所述轴承构造物之一可活动。

2.根据权利要求1所述的支撑结构，其中，所述支撑轴是圆形的或者多边形的，并且从所述框架体伸出。

3.根据权利要求1所述的支撑结构，其中，所述框架体包括框架部件，以及，所述框架部件的一部分起到所述支撑轴的作用。

4.根据权利要求1所述的支撑结构，其中，所述轴承构造物支撑所述支撑轴的至少一个端部。

5.根据权利要求1所述的支撑结构，进一步包括：

减振器，至少围绕所述支撑轴或在所述轴承构造物上布置。

6.根据权利要求1所述的支撑结构，进一步包括：

平衡器，限制所述框架体相对所述支撑轴和所述轴承构造物至少其中之一的移动，以及，校正所述框架体的安装平衡。

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