CN101578721B - 蓄电装置 - Google Patents

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Abstract

一种蓄电装置(1)，包括蓄电单元(2)以及壳体(3)，壳体容纳蓄电单元和用于冷却蓄电单元的冷却剂(4)。壳体包括：导引部分(32d)，其位于蓄电单元上方的内壁表面上，每一个导引部分都具有倾斜部分，倾斜部分用于在蓄电单元产生气体时将气体导引至预定位置；以及接触部分(32c1至32c3)，每一个接触部分均相对于导引部分的倾斜部分向蓄电单元的方向突出，并与冷却剂进行接触。

Description

蓄电装置
技术领域
本发明涉及蓄电装置，其中壳体容纳有蓄电单元和用于冷却蓄电单元的冷却剂。
背景技术
在其中壳体容纳二次电池和绝缘油的电池组中，存在因二次电池中电解液的电解(例如当二次电池过度充电时过量供应的电流而引发)而产生热量及气体的可能性。为此，已经研发出了检测在电池组中产生的气体的电池组以及检测电池组中因产生的气体而发生的压力变化的电池组，由此判定电池组(二次电池)是否处于异常状态。还可使用一种电池组，当检测到产生了气体时，根据在二次电池中产生的异常来执行合适的控制(例如参见日本专利号3638102)。
还可使用一种电池组，其具有用于将二次电池产生的气体排放至电池组外部的机构(例如参见日本专利申请公开号63-98953(JP-A-63-98953)(图1和图2)，日本实用新型公开号61-42283(JP-UM-A-61-42283)(图1)，以及日本实用新型申请公开号63-61758(JP-UM-A-63-61758)(图1和图2))。
但是，日本专利号3638102并未揭示涉及将在二次电池中产生的气体有效地导引至预定位置(例如，用于检测气体的气体传感器布置的位置)的构造。因此，存在气体传感器的检测精度不足的可能性。
在JP-A-63-98953中描述的装置中，电池壳体的盖体具有倾斜表面以将由电池产生的气体导引至预定位置(供排气辅助装置连接的部分)。但是，在该构造中，装置被设计成使得绝缘油与电池壳体的盖体的倾斜表面进行接触，由此导致以下问题。
在制造电池组时，在二次电池及绝缘油容纳在电池壳体内之后由盖体封闭电池壳体的情况下，如果电池壳体的盖体具有JP-A-63-98953中描述的倾斜表面，则需要增加绝缘油来使得在将电池壳体的盖体固定至电池壳体之后、电池壳体的盖体与绝缘油进行接触。在此情况下，电池组的组装操作将变得复杂。
发明内容
根据本发明的第一方面的蓄电装置包括蓄电单元以及壳体，壳体容纳所述蓄电单元和用于冷却所述蓄电单元的冷却剂。所述壳体包括：导引部分，其位于所述蓄电单元上方的内壁表面上，所述导引部分具有倾斜部分，所述倾斜部分用于在所述蓄电单元产生气体时将所述气体导引至预定位置；以及接触部分，其相对于所述导引部分的所述倾斜部分向所述蓄电单元的方向突出，并与所述冷却剂进行接触。
当在上述蓄电装置中设置多个所述导引部分时，所述多个导引部分可从所述内壁表面的外边缘部分向所述预定位置延伸。更具体而言，可以形成多个导引部分，使得其从预定位置向边缘(内壁表面的相对边缘)径向延伸。
所述导引部分可以被形成为使得在重力方向上从所述导引部分的倾斜部分到所述蓄电单元的距离从所述外边缘部分向所述预定位置增大。
当在蓄电装置中设置用于检测所述气体的气体传感器时，气体传感器可设置在所述预定位置处。此外，还可设置排放机构，其在所述预定位置处连接至所述壳体，用于将所述气体导引至所述蓄电装置的外部。
当所述蓄电单元包括多个蓄电元件并且每个蓄电元件均具有多个端子时，从每个所述蓄电元件的所述多个端子到特定位置的距离彼此大致相同的情况下的该特定位置可以是所述预定位置。
当设置用于感应所述壳体内的压力的压力传感器时，所述压力传感器可安装至连接构件，所述连接构件用于电连接构成蓄电单元的多个蓄电元件。所述壳体可包括：第一壳体构件，其具有开口，所述壳体通过所述开口收纳所述蓄电单元及所述冷却剂；以及第二壳体构件，其固定至所述第一壳体构件以覆盖所述开口，并具有所述接触部分和所述导引部分。
当多个所述接触部分形成在所述内壁表面上时，所述导引部分可形成在每一对相邻的接触部分之间。所述导引部分的倾斜部分可以是位于每一对相邻的接触部分之间的倾斜表面。可以采用以下构造，其中在所述内壁表面的位于所述多个端子上方的部分上不形成所述接触部分，而是所述接触部分形成在内壁表面的不位于多个端子上方的部分上。
根据本发明，当蓄电单元产生气体时，利用具有倾斜表面的导引部分将气体导引至预定位置，由此能够有效地在预定位置聚集气体。此外，因为在壳体的内壁表面上，除了导引部分之外还设置有与冷却剂接触的接触部分，故能够通过内壁表面向外部释放由蓄电单元产生的热量，因此能够提高蓄电单元的散热效率。
此外，因为相对于导引部分的倾斜表面向蓄电单元的方向突出的接触部分与冷却剂进行接触，故无需如现有技术那样添加冷却剂，由此能够方便地组装蓄电装置。
附图说明
参考附图，通过以下对优选实施例的描述，本发明的上述及其他目的、特征及优点将变得清楚，其中使用类似的附图标记来表示类似的元件，其中：
图1是本发明的第一实施例的电池组的分解立体图；
图2是示出在第一实施例的电池组中使用的第二壳体构件的内壁表面的构造的立体图；
图3是第一实施例的电池组的剖视图；并且
图4是第一实施例的改变示例的电池组的剖视图。
具体实施方式
以下将描述本发明的实施例。
将参考图1至图3来描述本发明的第一实施例的电池组。图1是本发明的电池组的分解立体图。图2是示出在根据本实施例的电池组的壳体的一部分的构造的视图。图3是示出本实施例的电池组的内部构造的剖视图。
电池组(蓄电装置)1具有电池单元2以及其中容纳单元2的壳体3。在本实施例中，电池组1安装在车辆上。但是，本实施例的电池组1也可安装在车辆之外的其他主体上。
电池单元2具有蓄电组(蓄电单元)20以及用于在蓄电单元20的两端保持蓄电单元20的保持构件(所谓端板)21，蓄电单元20包括多个电池(蓄电元件)20a。构成蓄电组20的电池20a通过连接构件(母线)22串联电连接。利用螺母将母线22固定至电池20a的端子部分20b。
多个电池20a中的一部分(本实施例中为两个)未固定有母线22。未固定有母线的电池20a的端子通过正负布线(未示出)连接至电池组1外部的一个或多个电气部件(例如，电动机)。因此，蓄电组20被用作该一个或多个电气部件的电源。
在本实施例中，使用圆筒形二次电池作为电池20a。二次电池的示例包括镍氢电池及锂离子电池。电池20a的形状并不限于圆筒形，而是可具有任何形状，例如矩形。尽管在本实施例中使用了二次电池，但也可使用双电层电容器(容电器)来替代二次电池。
壳体3具有提供壳体3的底面及侧面的第一壳体构件31，以及提供壳体3的上面(顶面)的第二壳体构件32。第一壳体构件31的顶部具有开口31a，通过开口31a收纳电池单元2。第一壳体构件31的外表面设置有用于提高第一壳体构件31(即，电池单元2)的散热性能的多个散热器鳍片31b。
可以合适地设定散热器鳍片31b的数量以及散热器鳍片31b之间的间隔。可以省去散热器鳍片31b。
第一壳体构件31例如通过螺丝紧固至车体(未示出)。这里，车体例如指车辆的地板或车架。
第二壳体构件32布置在第一壳体构件31的开口31a上方并例如通过螺丝固定至第一壳体构件31。以此方式形成了用于容纳电池单元2的封闭空间。第二壳体构件32设置有多个框架部分32a，用于获得足够的强度。
第一和第二壳体构件31和32可由具有极佳导热性及抗腐蚀性等性能的材料(例如具有与后述的冷却剂4的导热性相等或更高的导热性的材料)制成。具体而言，第一和第二壳体构件31和32可由诸如铜和铁之类的金属材料制成。
由第一和第二壳体构件31和32封闭而成的空间(是用于容纳电池单元2的空间，以下称为容纳室)填充有主要用于冷却电池单元2的冷却剂4(见图3)。
可使用电绝缘油和惰性液体作为冷却剂4。可使用硅油作为上述电绝缘油。可以使用由3M公司制造的Fluorinert，Novec HFE(hydrofluoroether(氟氢代乙醚))，以及Novec 1230(注册商标)(它们是含氟化合物惰性液体)作为上述惰性液体。
可在壳体3的容纳室3a(见图3)中设置扇机(未示出)作为搅动构件。在此情况下，可以通过驱动(旋转)扇机来强迫冷却剂4流入(循环)容纳室3a。因此，能够提高利用冷却剂4冷却电池单元2的效率。
下面，将参考图2及图3来描述本实施例的电池组1的第二壳体构件32的特征。
凹部32b形成在第二壳体构件32的内壁表面(即，面向电池单元2的壁表面)的大致中央部分中。在凹部32b中，设置气体传感器5用于检测在容纳室3a中产生的气体，即由电池20a产生的气体(见图3)。
此外，向电池单元2突出的多个接触部分32c1至32c3形成在第二壳体构件32的内壁表面上。在图2中，具有相同形状的接触部分由相同的附图标记来表示。接触部分32c1至32c3的面向电池单元2的顶表面彼此齐平，并如图3所示设计成与冷却剂4的表面进行接触。
接触部分32c1至32c3可与第二壳体构件32一体地形成。当接触部分32c1至32c3独立于第二壳体构件32形成时，与壳体构件的情况类似，接触部分32c1至32c3可由具有极佳导热性及抗腐蚀性等性能的材料(例如具有与下述冷却剂4的导热性相等或更高导热性的材料)制成。
此外，在接触部分32c1至32c3之间形成有多个导引部分32d，每一个导引部分32d均具有倾斜表面，该倾斜表面相对于电池组1的竖直方向(即，重力方向)倾斜。在凹部32b居中的情况下，多个导引部分32d向第二壳体构件32的边缘径向延伸。在本实施例中，导引部分32d向第二壳体构件32的边缘中的两个相对边缘延伸。如图3所示，这些导引部分32d设置在冷却剂4的表面上方。尽管在本实施例中整个导引部分32d都布置在冷却剂4的表面上方，但导引部分32d的一部分可与冷却剂4接触。
如图2所示，多个导引部分32d在凹部32b附近的区域中以及在第二壳体构件32的内壁表面的边缘附近的区域中彼此接合。因此，在上述各个区域中，通过一个共用表面来形成多个导引部分32d。如图3所示，每个导引部分32d的倾斜表面与电池单元2之间的距离(竖直距离)在第二壳体构件32的边缘附近最短，并且该距离在凹部32b周围最长。此外，每个导引部分32d的倾斜表面与电池单元2之间的距离从第二壳体构件32的外边缘部分向中央部分(凹部32b)逐渐增大。导引部分32d可以由如下所述的表面形成：该表面到电池单元2的距离逐级改变。
来自气体传感器5的输出信号被供应至布置在电池组1外部的控制器(未示出)。控制器基于来自气体传感器5的信号来检测电池20a是否产生气体。控制器也可被用作用于控制车辆的驱动的控制器。
例如，只要检测到在容纳室3a中产生了气体(气体产生的早期阶段)，控制器就执行控制以限制蓄电组20的充电及放电。由此，能够使电池20a产生的气体最少化。
尽管在本实施例的电池组1中，壳体3如上所述被气密密封，但本发明并不限于上述构造。例如，替代图3所示的构造，可以采用图4所示的构造。图4是第一实施例的改变示例的电池组的剖视图。由相同的附图标记来表示具有与图3所示的构件相同功能的构件。
在图4所示的构造中，在凹部32b的位置处形成开口32e，并且在开口32e处设置用于将在容纳室3a中产生的气体排放到壳体3外部的排放机构6。
排放机构6具有连接至开口32e的管道61，以及设置在管道61的一部分中的阀(具体而言，溢流阀)62。当如图4所示电池组1安装在车辆上时，可以通过使管道61延伸至车体(例如，侧构件)的外表面来将在容纳室3a中产生的气体排放至车体外部。在图4所示的构造中，气体传感器5布置在开口32e附近、气体传感器5不会阻碍气流的位置处。
尽管如图4所示在该构造中设置了气体传感器5，但也可省去气体传感器5。在此情况下，可通过使用阀62来检测在容纳室3a中产生的气体。具体而言，当设置了例如根据阀62是打开还是关闭而输出电信号的机构时，可以检测气体的产生。
在本实施例中，填充壳体3所用的冷却剂4与电池单元2的外表面以及第一壳体构件31的内表面接触，由此能够有效地将电池单元2产生的热量传导至第一壳体构件31。因此，能够通过第一壳体构件31来散热。此外，在本实施例中，形成在第二壳体构件32的内壁表面上的接触部分32c1至32c3与冷却剂4接触，由此能够有效地将电池单元2产生的热量传导至第二壳体构件32。因此，能够通过第二壳体构件32来散热。
在本实施例中，导引部分32d形成在第二壳体构件32的内壁表面上。因此，能够有效地将电池20a产生的气体导引至气体传感器5，因此能够提高气体传感器5检测气体的精度。
当电池20a(端子部分20b)产生气体时，因为气体具有比冷却剂4的比重小的比重，故气体相对于电池组1沿向上方向(朝向第二壳体构件32，即，与重力方向相反的方向)流动。当气体到达第二壳体构件32的内壁表面时，气体沿导引部分32d流动。具体而言，因为如上所述导引部分32d倾斜，故如图2中的箭头所示气体沿导引部分32d(倾斜表面)流动并被导引至凹部32b。
如图3所示，在本实施例中，作为导引部分32d的一部分并且位于第二壳体构件32的边缘附近的共用区域位于其中布置有蓄电组20的多个端子部分20b的平面(虚拟平面)中，换言之，位于多个端子部分20b上方。这意味着在第二壳体构件32的内壁表面上多个端子部分20b上方的区域中不形成接触部分，而是在这些区域中布置了导引部分32d的共用区域。因此，可有效地将在端子部分20b处产生的气体从导引部分32d的共用区域导引至凹部32b。此外，气体传感器5布置在凹部32b中，因此能够通过使用气体传感器5来有效(即，精确)地检测在容纳室3a中产生的气体。
此外，通过将第二壳体构件32的内壁表面例如形成为圆锥形状(参见JP-A-63-98953的图1及图2)，能够与本实施例类似地将电池20a产生的气体有效地导引至预定位置(圆锥表面的顶点)。但是，在此情况下，圆锥内壁表面与冷却剂4的表面分离。这意味着在圆锥内壁表面与冷却剂4的表面之间形成气体空间，由此导致通过圆锥内壁表面进行散热的效率降低。
但是，即使当使用了具有圆锥内壁表面的第二壳体构件32时，如果在将第二壳体构件32固定到第一壳体构件31上之后添加冷却剂4，则也能够使冷却剂与圆锥内壁表面发生接触，因此能够提高通过圆锥内壁表面进行的散热的效率。但是，在此情况下，增加了添加冷却剂4的步骤，由此电池组1的组装操作变得复杂。
如上所述，当采用本实施例的构造时，能够提高电池单元2的散热效率，并提高电池单元2中引导气体的效率，并能够方便地组装电池组1。换言之，利用本实施例，仅通过在第一壳体构件31中容纳电池单元2及冷却剂4并将第二壳体构件32固定到第一壳体构件31上，就能够提高电池单元2的散热效率以及引导电池单元2中气体的效率。
尽管在本实施例中气体被导引至第二壳体构件32的内壁表面的大致中央部分(凹部32b)，气体被导引至的位置也可以是第二壳体构件32的中央部分之外的其他部分。例如，气体可被导引至第二壳体构件32的内壁表面的边缘附近的位置。
将凹部32b在第二壳体构件32的内壁表面上所设置的位置距每个电池20a的两个端子部分20b的距离彼此相等即可。具体而言，凹部32b布置为使得当电池20a的两个端子部分20b产生气体时、气体沿长度大致彼此相同的各个路径行进到达凹部32b即可。当例如在图3所示的构造中在一个保持构件21与第一壳体构件31的侧壁之间布置用于搅动冷却剂4的扇机时，凹部32b所设置的位置偏离第二壳体构件32的内壁表面的中央部分。
当根据本实施例设计蓄电装置使得气体被导引至第二壳体构件32的大致中央部分时，能够向壳体3的整个内壁表面大致均匀地施加容纳室3a中当产生气体时积蓄的压力。具体而言，当采用其中将气体导引至偏离第二壳体构件32的内壁表面上的中央部分的位置的构造时，压力会取决于壳体3的内壁表面上的位置而产生变化。简言之，会在容纳室3a中产生压差。这是因为例如当在电池20a的两个端子部分20b中的每一个端子部分处均产生气体时，气体从各个端子部分20b到凹部32b行进的距离彼此不同。因此，当采用将气体导引至偏离第二壳体构件32的中央部分的位置的构造时，存在一部分气体不能有效地被导引至凹部32b的可能性，由此在容纳室3a中产生压差。
在本实施例中，在第二壳体构件32的内壁表面上设置多个接触部分32c1至32c3及多个导引部分32d，并且可以合适地设定接触部分32c1至32c3的数量以及多个导引部分32d的数量。例如，在图2所示的构造中，可以省去接触部分32c2及32c3，并且可以形成由单一倾斜表面形成的导引部分32d。
但是，当省去接触部分时，就相应地减小了冷却剂与接触部分进行接触的表面积。因此，其中形成接触部分的面积越大越好。在本实施例中，接触部分32c1至32c3在电池组1的竖直方向(重力方向)上的尺寸(换言之，向冷却剂4的表面方向的突出量)彼此大致相同。但是，接触部分32c1至32c3的所述尺寸可以彼此不同。在此情况下，当一个接触部分相比另一接触部分突起更多时，前一接触部分就比后一接触部分更深地浸入冷却剂4。
接触部分32c1至32c3的形状并不限于图2所示的形状。只要接触部分与冷却剂4进行接触，任何形状皆可。
尽管在本实施例中，每个导引部分32d均具有倾斜表面，但本发明就不限于该构造，只要导引部分32d将气体向凹部32b导引即可。例如，导引部分可以是形成在接触部分之间的多个槽。在此情况下，槽的剖面形状例如可以是V形或半圆形。
附加于上述第一实施例的部件，或在除了第一实施例之外的另一实施例中，可在容纳室3a中设置用于感应容纳室3a中压力的压力传感器。以下将给出具体描述。
当在电池20a的端子部分20b附近产生气体时，容纳室3a中的压力提高。在此情况下，当在容纳室3a中设置有压力传感器时，能够精确地确定容纳室3a中压力的变化。
具体而言，压力传感器可安装至电池单元2(更具体而言，例如安装至母线22)。在此情况下，能够在电池单元2容纳在壳体3(第一壳体构件31)中之前预先将压力传感器安装至电池单元2(母线22)，由此可便于组装电池组1。
可替代地，当需要检测容纳室3a中压力的变化时，可将压力传感器安装至壳体3的内壁表面。但是，当如上所述在电池单元2上设置压力传感器时，能够利用捆束在一起的用于压力传感器的布线和用于电池单元2的布线来组装电池组1。当采用压力传感器设置在母线22上的构造时，能够方便地将压力传感器安装至母线22，并能够捆束用于压力传感器的布线和用于电池单元2的布线。
虽然已经参考了被视为本发明的优选实施例的内容对本发明进行了描述，但应当理解的是，本发明并不限于上述实施例或结构。相反，本发明意在涵盖各种改变及等同设置。此外，虽然以各种组合及构造示出了本发明的各个元件，但这仅是示例，包括更多、更少或仅一个元件的组合及构造也落入本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种蓄电装置(1)，其特征在于包括：
蓄电单元(2)；以及
壳体(3)，其容纳所述蓄电单元和用于冷却所述蓄电单元的冷却剂(4)，其中，
所述壳体包括：
导引部分(32d)，其位于所述蓄电单元上方的内壁表面上，所述导引部分具有倾斜部分，所述倾斜部分用于在所述蓄电单元产生气体时将所述气体导引至预定位置；以及
接触部分(32c1至32c3)，其相对于所述导引部分的所述倾斜部分向所述蓄电单元的方向突出，并与所述冷却剂进行接触。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中
设置多个所述导引部分，并且
所述多个导引部分从所述内壁表面的外边缘部分向所述预定位置延伸。
3.根据权利要求2所述的蓄电装置，其中
所述倾斜部分被形成为使得在重力方向上从所述倾斜部分到所述蓄电单元的距离从所述外边缘部分向所述预定位置增大。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电装置，还包括
用于检测所述气体的气体传感器(5)，
其中，所述气体传感器设置在所述壳体上的所述预定位置。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电装置，还包括
排放机构(6)，其在所述预定位置处连接至所述壳体，用于将所述气体导引至所述蓄电装置的外部。
6.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中
所述蓄电单元包括多个蓄电元件，
所述多个蓄电元件中的每个均具有多个端子，并且
从所述蓄电元件中的每个的所述多个端子到所述预定位置的距离彼此大致相等。
7.根据权利要求1所述的蓄电装置，还包括
用于感测所述壳体内的压力的压力传感器，其中，所述蓄电单元包括多个蓄电元件，并且
所述压力传感器安装至连接构件(22)，所述连接构件用于电连接所述多个蓄电元件。
8.根据权利要求6所述的蓄电装置，还包括
用于感测所述壳体内的压力的压力传感器，
其中，所述压力传感器安装至连接构件，所述连接构件用于电连接所述多个蓄电元件。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电装置，其中
所述壳体包括：第一壳体构件(31)，其具有开口，所述壳体通过所述开口收纳所述蓄电单元和所述冷却剂；以及第二壳体构件(32)，其固定至所述第一壳体构件以覆盖所述开口，并具有所述接触部分和所述导引部分。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电装置，其中
在所述内壁表面上形成多个所述接触部分；
所述导引部分形成在每一对相邻的所述接触部分之间；并且
所述倾斜部分是位于每一对相邻的所述接触部分之间的倾斜表面。
11.根据权利要求6或8所述的蓄电装置，其中
在所述内壁表面的位于所述多个端子上方的部分上未形成所述接触部分。
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