CN101606273B - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电源装置(1)，其中组合电池(12)和冷却所述组合电池(12)的冷却剂被容纳在电源壳体(11)中，所述电源装置(1)被构造成环形带(13)被布置在冷却剂中，并且通过使环形带(13)环形旋转来循环冷却剂。环形带(13)被布置成环绕组合电池(12)。循环翅片(13a)被设置在环形带(13)上。结果，能够抑制冷却剂的温度分布的变化，并且能够使得电源装置更小。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及一种电源装置，其中电源元件和用于冷却该电源元件的冷却剂被容纳在电源壳体中。
背景技术
如果用于驱动车辆例如混合动力车辆、电动车辆或燃料电池车辆等的电源(例如，二次电池或燃料电池)超过合适的温度，则电池元件会产生气体。因此，当生热时电源必须被快速冷却。
日本专利特许第2959298号描述了用于冷却冷却剂的技术。根据此技术，冷却剂被填充到其中容纳有多个单元电池的箱形容器中。然后，使用设置在箱形容器的外周部附近的循环装置来使此冷却剂循环。
另外，日本专利申请特开第2005-19134号(JP-A-2005-19134)描述了一种用于使用压力泵使已被填充在容纳铅蓄电池的燃料电池容器内的冷却剂在该容器内部和外部之间循环的方法。
另外，日本专利特许第2775600号描述了一种相关的冷却装置，它包括绝热外壳和布置在该绝热外壳内的冷却器，空气流过该冷却器。冷却器是通过彼此并行地布置多个板形冷却元件形成的。要被冷却的电池单元布置在这些平行的冷却元件之间的空间内。
此外，日本专利申请特开第9-266016号(JP-A-9-266016)描述了用于冷却圆筒形电池的方法。根据此技术，圆筒形电池被接触该圆筒形电池的外周面的壳体保持。通过经由延伸通过该壳体内部的通路供给冷却流体来冷却该圆筒形电池。
此外，国际公开98/32186小册子描述了一种电池模块，其中多个单元电池和具有电绝缘特性的流体被容纳在绝热容器内，并且使用泵使得冷却剂在绝热容器内部和外部之间循环。
另外，日本专利申请特开第11-307139号(JP-A-11-307139)描述了一种电池冷却装置，其中具有电绝缘特性的冷却剂填充在容纳电池的密闭容器中。在该密闭容器内还布置有冷却该冷却剂的冷却介质从中通过的冷却管。
但是，对于日本专利特许第2959298号中描述的技术的结构，循环装置设置在箱形容器的外周部附近，从而发生循环的区域受限，并且不能使得冷却剂总体上的温度均匀。结果，远离循环装置的单元电池可能未被充分冷却。
即使设置有多个循环部件，在那些没有设置循环部件的区域中循环仍不充分，并且循环部件数量的增加将增大成本。
另外，对于使冷却剂强制循环的方法，需要在电池容器外部设置循环通路和强制循环泵，这样会增大整个装置的尺寸。
发明内容
因此，本发明提供了一种能够抑制冷却剂的温度分布的变化的电源装置。
本发明的第一方面涉及一种电源装置，其中电源元件和冷却该电源元件的冷却剂容纳在电源壳体中。此电源装置包括布置在冷却剂中的环形带，以及用于使该环形带环形旋转的旋转装置。
这里，所述电源元件可布置在被所述环形带环绕的区域中。另外，可在所述环形带上设置多个循环部。
所述电源装置还可设有用于检测冷却剂的温度的温度检测装置，和用于基于来自该温度检测装置的检测结果控制由所述旋转装置使所述环形带进行的旋转运动的旋转控制装置。
所述电源元件可由多个电源体形成。在此情况下，所述电源元件可通过将所述电源体彼此并行地布置在支承部件之间来形成，并且所述旋转装置的旋转轴的轴承部可形成于所述支承部件上。
所述电源装置还可包括用于从电源壳体外部使旋转轴旋转的磁马达。
根据本发明，通过使环形带在冷却剂中环形旋转来使冷却剂循环，从而能够抑制冷却剂的温度分布的变化。
附图说明
本发明的前述以及其它特征和优点从下文结合附图对示例性实施例的描述中将变得明显，其中类似的标号用于指示类似的元件，在附图中：
图1是根据本发明的第一示例性实施例的电源装置1的Y-Z平面方向(即，电池的长度方向)上的截面图；
图2是沿图1中的线I-I’的截面图；
图3是沿图1中的线II-II’的截面图；
图4是使旋转轴旋转的旋转驱动部的截面图；
图5是控制环形带的旋转的旋转控制部(即，旋转控制装置)的框图；
图6是示出用于驱动环形带旋转的方法的流程图；
图7是根据本发明的第二示例性实施例的电源装置1’的截面图。
具体实施方式
下文将描述本发明的示例性实施例。
现在将参照图1和2描述本发明的总体结构。图1是根据本发明的第一示例性实施例的电源装置1的Y-Z平面方向(即，电池的长度方向)的截面图，图2是沿图1中的线I-I’的截面图。
本发明的电源装置1包括填充有冷却剂的电池壳体(即，电源壳体)11、布置在冷却剂中的组合电池(即电源元件12)以及布置在冷却剂中并且环绕该组合电池12的环形带13。图1中省去了环形带13。
分别围绕旋转轴14a-14d旋转的带驱动辊(即，旋转装置)17a-17d与环形带13的四个拐角部压力接触，使得能够通过旋转带驱动辊17a-17d来使环形带13环形旋转。
环形旋转环形带13使得冷却剂在电池壳体11内部循环，从而能够使得冷却剂的温度均匀(即，使得温度分布的变化能够被抑制)。结果，能够延长组合电池12的寿命。
另外，将环形带13布置成环绕整个组合电池12使得所有冷却剂都可被循环。因此，不再需要提供多个循环装置来使所有冷却剂循环，从而能够降低成本。
此外，循环装置(即，环形带13)布置在冷却剂中，从而与通过循环泵来循环冷却剂的结构相比能够使得电源装置1较小。
接下来，将参照图1至5详细描述电源装置1的结构。图3是沿图1中的II-II’的截面图，图4是使旋转轴14a旋转的旋转驱动部的截面图，图5是控制环形带13的旋转的旋转控制部(即旋转控制装置)的框图。在图5中，实线表示机械连接，而虚线表示电连接。
如图1所示，组合电池12由在彼此相对地设置的一对电池保持器(支承部件)121和122之间彼此并行地布置的多个圆筒形电池(即，圆筒形电源体)123形成。
螺纹轴部(带螺纹的轴部)123a布置在各个圆筒形电池123的一端，并且螺纹轴部123b布置在各个圆筒形电池123的另一端。在电池保持器121和122中以矩阵形式形成未示出的多个插孔部，各个圆筒形电池123的螺纹轴部123a和123b插入所述插孔部。当圆筒形电池123处于组装好的状态时，螺纹轴部123a和123b从插孔部突出到电池保持器121和122外部。顺便提及，电池保持器121和122由绝缘树脂制成。
当多个圆筒形电池123被组装到一起以形成电池组件时，各圆筒形电池123的发热温度可能存在变化。例如，布置在电池组件中央的圆筒形电池123的发热温度可能高于布置在电池组件外侧的圆筒形电池123的发热温度。结果，布置在中央的圆筒形电池123可能比外侧的圆筒形电池123劣化得快。为了消除这种状况，可通过强制循环冷却剂来快速抑制圆筒形电池123的温度的变化。
如图3所示，在电池保持器121的四个拐角部中的每一个附近设置凹口部121a-121d，并且在每个凹口部121a-121d中设置由阴影指示的轴承部18a-18d。
在每个轴承部18a-18d上分别形成R形的承载面181a-181d。每个承载面181a-181d可旋转地支承旋转轴14a-14d之一。
以此方式在电池保持器121上形成轴承部排除了对独立轴承部件的需要，并且使得可较容易地布置组合电池12以及对马达(电机)15进行定位。顺便提及，电池保持器122的结构与电池保持器121相同。
汇流排(母线，bus bar)124将相邻的圆筒形电池123串联地连接到一起。此汇流排124配合到螺纹轴部123a和123b上。然后，可通过在汇流排124上将紧固螺母126旋拧在螺纹轴部123a和123b上，来将圆筒形电池123固定在电池保持器121和122上。
接下来，将详细描述电池壳体11的结构。如图2所示，在电池壳体11的外周面上形成用于驱散通过冷却剂传递的由组合电池12产生的热的冷却翅片19，以及用于将电池壳体11固定在乘员座椅下方的地板22上的安装支架21。顺便提及，也可提供多个冷却翅片19。
在安装支架21中形成竖直延伸的开口部21a。紧固螺栓23从地板22侧插入此开口部21a。
紧固螺栓23的末端部从安装支架21突出。可通过从车厢内侧将紧固螺母24旋拧在紧固螺栓23上，来将电源装置1固定在地板22上。顺便提及，电池壳体11例如可由金属或树脂制成。
在电池壳体11的内周面上设置有第一温度传感器61和第二温度传感器62。第一温度传感器61设置在组合电池12上方，第二温度传感器62设置在组合电池12下方。这里，由于周围冷却剂的比重的差异，因冷却组合电池12而变热的冷却剂自然地升高。
因此，可通过在组合电池12的上方和下方布置温度传感器61和62来精确地测量冷却剂的温度的变化。
如图5所示，第一温度传感器61和第二温度传感器62与电池ECU 63电连接。
基于从第一温度传感器61和第二温度传感器62输出的温度信息，当得出冷却剂的温度差为5℃或更大时，电池ECU 63开启马达电源64，并且当得出冷却剂的温度差小于5℃时，电池ECU 63关闭马达电源64。
接下来，将详细描述环形带13的结构。环形带13的内侧面面向圆筒形电池123的沿着长度方向的表面，并且在冷却剂中环绕组合电池12。
在环形带13的外表面上相隔预定的间隔(间距)设置沿带的厚度方向延伸的多个循环翅片(即，循环部)13a。设置这些循环翅片13a促进了冷却剂的循环。顺便提及，循环部还可通过在环形带13的表面上形成凹凸不平部(即，凸部和凹部)来形成。
另外，带驱动辊17a-17d从环形带13的内侧与环形带13的四个拐角部压力接触。带驱动辊(即，旋转装置)17a-17d形成为圆筒形，并且每个带驱动辊分别在内径部分处具有旋转轴(即，旋转装置)14a-14d。每个带驱动辊17a-17d与其各自的旋转轴14a-14d一起作为单个单元旋转。
在图1中在电池壳体11的内侧壁部上设置有成对的左侧和右侧径向轴承部26b-26d。多对径向轴承部26b-26d旋转地支承旋转轴14b-14d。
接下来，将参照图1-4描述用于使旋转轴14a旋转的结构。
在电池壳体11的内侧壁部上在旋转轴14a的轴向方向上设置有径向轴承部26a，该径向轴承部26a与径向轴承部26b-26d具有相同结构。此径向轴承部26a可旋转地支承旋转轴14a。
此外，在电池壳体11的壁部中设置有具有容纳空间的旋转板容纳部27，该容纳空间的尺寸(在Y轴方向上)大于电池壳体11的厚度，并且油封31被插入在旋转板容纳部27与电池壳体11的壁部相交的边界处。
油封31使得能够可靠地密封电池壳体11内的冷却剂。
旋转板容纳部27被帽状的分隔壁28垂直地分成两个室，即位于图中右侧的第一旋转板容纳部27a和位于图中左侧的第二旋转板容纳部27b。旋转轴14a的另一端部延伸出以进入第一旋转板容纳部27a。马达(即，旋转装置)15的输出轴15a延伸出以进入第二旋转板容纳部27b。
旋转板32固定在旋转轴14a的所述另一端部上，该旋转板32的形状类似于在一端被密封的圆筒。在旋转板32的内周面上沿圆周方向交替地布置有多个在外侧具有N极的磁体41a和多个在外侧具有S极的磁体41b。
盘形的磁体安装板33固定在马达15的输出轴15a的末端部上。在此磁体安装板33的周向表面上沿圆周方向交替地布置有多个在外侧具有N极的磁体42a和多个在外侧具有S极的磁体42b。
当马达15的输出轴15a旋转时，磁体41a、41b、42a和42b的磁效应使得旋转轴14a旋转。顺便提及，马达15、输出轴15a、磁体安装板33、磁体41a、41b、42a和42b以及旋转板32共同形成磁马达。
这样，使用该磁马达来使环形带13旋转，该环形带使得被密封在电池壳体11中的冷却剂循环。
这里，填充在电池壳体11中的冷却剂可以是这样的材料，即该材料具有高比热、良好的导热性以及高沸点，不会腐蚀电池壳体11或组合电池12，并且抗热分解、空气氧化和电解等。此外，可使用电绝缘性液体以防止电极端子之间发生短路。
更具体地说，例如含氟的惰性液体可被用作冷却剂。氟系惰性液体的示例包括FluorinertTM，NovecTM HFE(氢氟醚)和NovecTM 1230，这些全部来自3M公司。可选择地，还可使用氟系惰性液体之外的液体(例如，硅油)。
接下来，将参照图5和6描述用于控制马达15的方法。图6是示出用于可旋转地驱动环形带13的流程图。顺便提及，此流程图中的例程由电池ECU(即，旋转控制装置)63执行。
首先，电池ECU 63比较从第一温度传感器61和第二温度传感器62输出的温度信息(步骤S101)，然后确定冷却剂的温度差是否等于或大于5℃(步骤S102)。
如果在步骤S102确定温度差等于或大于5℃，则电池ECU 63确定马达电源64是否开启(步骤S103)。如果马达电源64没有开启(即，步骤S103中否)，则电池ECU 63开启马达电源64(步骤S104)。
当电池ECU 63开启马达电源64时，马达15的输出轴15a旋转。结果，安装在磁体安装板33和旋转板32上的磁体41a、41b、42a和42b的磁效应起作用，以使旋转轴14a旋转。
如图2所示，与带驱动辊17a压力接触的环形带13根据旋转轴14a的旋转而逆时针(即，沿箭头G的方向)旋转。结果，冷却剂沿电池壳体11的内周壁移动，从而使得冷却剂的温度变均匀。
另外，强制循环冷却剂迅速抑制了各圆筒形电池123的温度中的变化，并且降低了圆筒形电池123的最高温度，从而延长了组合电池12的寿命。
顺便提及，如果在步骤S103中确定马达15当前正在被驱动，或者已在步骤S104中开启马达电源64，则过程返回到步骤S101。
如果在步骤S102中确定温度差小于5℃，则电池ECU 63确定马达电源64是否开启(步骤S105)。如果马达电源64开启，则电池ECU 63将其关闭以停止马达15(步骤S106)。顺便提及，如果在步骤S105中确定马达15当前未被驱动，或者已在步骤S106中关闭了马达电源64，则过程返回步骤S101。
现在将参照图7描述本发明的第二示例性实施例，图7是根据第二示例性实施例的电源装置1’的截面图。
组合电池12是通过在Z轴方向上(即，竖直地)布置四排、在X轴方向上(即，水平地)布置八排圆筒形电池123形成的。
第一环形带131环绕位于左侧的四排圆筒形电池123，并且第二环形带132环绕位于右侧的四排圆筒形电池123。
第一环形带131和第二环形带132中的每一个被分离的马达独立驱动，即第一环形带131被第一马达驱动，而第二环形带132被第二马达驱动。这些马达对应于第一示例性实施例中的马达15，并且在图7中未示出。
第一马达和第二马达被沿彼此相反的方向驱动。通过驱动第一马达使第一环形带131沿逆时针方向环形旋转，通过驱动第二马达使第二环形带132沿顺时针方向环形旋转。结果，在箭头H的方向上循环冷却剂。
根据前述结构，能够使在该处产生大量热的位于组合电池12中央的圆筒形电池123附近(即，在被布置在从右数第四排和第五排中的圆筒形电池123附近)的冷却剂可靠地循环。结果，能够进一步降低圆筒形电池123的最高温度，并能够进一步抑制各圆筒形电池123的温度中的变化。
另外，提供两个环形带增加了循环力，这样使得与第一示例性实施例的结构相比，能够在更大程度上抑制在各圆筒形电池123之间的温度分布的变化。
环形带13的布置可根据组合电池12产生的热的分布被适当地修改。例如，环形带13可被布置成环绕圆筒形电池123中的一部分(例如，在第一排和第二排中的圆筒形电池123)。在此情况下，可通过改变旋转轴14的位置容易地改变环形带13的布置。
在前述示例性实施例中，基于冷却组合电池12的冷却剂的温度来驱动环形带13。但是，可选择地，还可基于检测被用于冷却发动机的冷却剂的温度的温度检测传感器的检测结果，来驱动环形带13。
此外，还可提供调整环形带13的张力的张紧辊。
在第二示例性实施例中，分离的马达被提供用于驱动第一环形带131和第二环形带132。但是，可选择地，可通过使用传动机构将从单个马达获得的驱动力一分为二，来环状地驱动第一环形带131和第二环形带132。这样减小了马达的数量，继而降低了成本。
在前述示例性实施例中，电源装置1被布置在乘员座椅下方的地板22上。但是，可选择地，电源装置1可布置在另外的位置，例如驾驶员座椅与乘员座椅之间的位置，或者被布置在后排行李厢下面。
另外，本发明可应用于双电荷层电容器(电源元件)或燃料电池(电源元件)。双电荷层电容器被构造成多个正极和负极被交替地堆叠在一起，并且隔板被置于它们之间。在此双电荷层电容器中，例如，铝箔可被用作集电极，活性炭可被用作正电极活性材料和负电极活性材料，并且聚乙烯构成的多孔膜可被用作隔板。
此外，本发明还可应用于方形蓄电池。
另外，可在车辆的纵向方向上彼此并行地布置多个电源装置1。
上述的电源装置可用作在例如驱动电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)和燃料电池车辆(FCV)中用于驱动马达的电源。
尽管已经参照本发明的示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不局限于所述的实施例或构造。相反，本发明将覆盖多种变型和等同布置。另外，尽管示例性实施例的各种要素被以各种组合和构型示出，但是包含更多、更少或仅一个要素的其它组合和构型也在本发明的精神和范围内。

Claims (9)

1.一种电源装置，其中电源元件(12)和冷却所述电源元件(12)的冷却剂容纳在电源壳体(11)中，所述电源装置的特征在于包括：
布置在所述冷却剂中的环形带(13)；以及
用于使所述环形带(13)环形旋转的旋转装置(17)。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其中，所述电源元件(12)布置在被所述环形带(13)环绕的区域中。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其中，在所述环形带(13)上设置有多个循环部(13a)。
4.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于还包括：
温度检测装置(61，62)，所述温度检测装置用于检测所述冷却剂的温度；以及
旋转控制装置(63)，所述旋转控制装置用于基于来自所述温度检测装置(61，62)的检测结果控制由所述旋转装置(17)使所述环形带(13)进行的旋转运动。
5.根据权利要求4所述的电源装置，其中，用于检测所述冷却剂的温度的所述温度检测装置(61，62)在所述电源壳体(11)内布置在所述电源元件(12)的上方和所述电源元件(12)的下方；以及当布置在所述电源元件(12)的上方的温度检测装置(61)检测出的温度和布置在所述电源元件(12)的下方的温度检测装置(62)检测出温度之间的温度差超过预定值时，所述旋转控制装置(63)通过驱动所述旋转装置(17)使所述环形带(13)环形旋转。
6.根据权利要求5所述的电源装置，其中，所述预定值为5℃。
7.根据权利要求1或2所述的电源装置，其中，所述电源元件(12)由多个电源体(123)形成。
8.根据权利要求7所述的电源装置，其中，所述电源元件(12)是通过将所述电源体(123)彼此并行地布置在支承部件(121，122)之间形成的；以及所述旋转装置(17)的旋转轴(14)的轴承部(18)形成于所述支承部件(121，122)上。
9.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于还包括：
用于从所述电源壳体(11)外部使所述旋转装置(17)的旋转轴(14)旋转的磁马达。
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