CN101682094A - 蓄电单元和具有蓄电单元的车辆 - Google Patents

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Abstract

电池单元包括电池组件(12)、用于冷却电池组件(12)的冷却液(23)、包含电池组件(12)和冷却液(23)的电池壳体(13、14)、用来检测冷却液(23)的电阻率的电阻率检测器(16)以及判定电阻率检测器(16)检测的电阻率是否等于或小于102Ωm的电池ECU。如果电阻率等于或小于102Ωm，电池ECU(51)指示电池保护电路(52)来中断电池组件(12)的电流输出。

Description

蓄电单元和具有蓄电单元的车辆
技术领域
本发明涉及一种由蓄电模块和壳体组成的蓄电单元，所述壳体包含该蓄电模块和用于冷却该蓄电模块的冷却液，本发明还涉及具有蓄电单元的车辆。
背景技术
用作电动车辆和混合动力车辆的驱动力源或辅助动力源的蓄电单元提供较高的电力输出，因而，如果在高于其适合运行温度的温度下使用该蓄电单元，则会趋于逐渐恶化。为了避免这样的恶化，其蓄电部分需要按需要被冷却。
日本专利申请公开No.06-124733(JP-A-06-124733)中描述了其中一种这样的蓄电单元。该蓄电单元具有由彼此连接的多个电池构成的电池组件、用于冷却电池组件的冷却液以及包含电池组件和冷却液的壳体。在电池组件的每个电池处设置气体排放阀。根据此蓄电单元，即使在对电池过度充电等时由于电解质溶液的电解使在每个电池中产生气体，气体也能通过气体排放阀排放。
此外，在该蓄电单元中设置用于搅拌冷却液的搅拌器。然而当气体如此从电池中排放时，在一些情况下，电池中的电解质溶液和活性材料与排放的气体一起被带入冷却液中，从而冷却液的电阻降低。
此外，如果水或杂质等异物从外界进入壳体中，则冷却液的电阻也会降低。
此外，在一些情况下，在冷却电池组件时，在壳体中发生冷却液的自然对流，使冷却液碰撞并从而磨损该壳体和电池外套管(battery can)。在这种情况下，由于壳体的磨损产生金属碎片，从而可能降低冷却液的电阻。对于如日本专利申请公开No.06-124733(JP-A-06-124733)中所描述的那样设置用于强制搅拌冷却液的搅拌器的情况，冷却液的电阻的降低是显著的。
如果冷却液的电阻如上述发生降低，则可能导致电池组件短路，使电池温度升高。
发明内容
本发明提供了一种构造为用于防止蓄电模块短路的蓄电单元，以及包括该蓄电单元的车辆。
本发明的第一方面涉及一种蓄电单元，其包括：蓄电模块；用于冷却蓄电模块的冷却液；包含蓄电模块和冷却液的壳体；用来检测冷却液的电阻的检测装置；以及用于判定由检测装置检测到的电阻是否等于或小于阈值的判定装置。如果由检测装置检测到的电阻等于或小于阈值，则判定装置输出表明电阻降低的信号。
上述蓄电单元还可以包括蓄电模块保护部分，其响应于从判定装置输出的表明电阻降低的信号，中断从蓄电模块输出的电流。此外，上述蓄电单元可以包括通知装置，用于响应于从判定装置输出的表明电阻降低的信号而通知蓄电模块的异常。此外，上述蓄电单元可以包括蓄电量监视部分，其响应于从判定装置输出的表明电阻降低的信号，提高蓄电模块的目标蓄电量。此外，上述蓄电单元可以包括排放阀，当蓄电模块产生的气体的压力达到预定压力时，蓄电模块产生的气体通过所述排放阀从壳体中排出。
本发明的第二方面涉及一种蓄电单元，其包括：蓄电模块；用于冷却蓄电模块的冷却液；包含蓄电模块和冷却液的壳体；用来检测冷却液的电阻的检测装置；用于根据由检测装置检测到的电阻而通知蓄电模块的异常的通知装置；以及蓄电模块保护部分，其根据由检测装置检测到的电阻来中断从蓄电模块输出的电流。如果由检测装置检测到的电阻等于或小于第一阈值，则通知装置通知蓄电模块的异常；如果检测装置检测的电阻等于或小于第二阈值，则蓄电模块保护部分中断从蓄电模块输出的电流，所述第二阈值等于或小于所述第一阈值。
本发明的第三方面涉及一种蓄电单元，其包括：蓄电模块；用于冷却蓄电模块的冷却液；包含蓄电模块和冷却液的壳体；用来检测冷却液的电阻的检测装置；根据由检测装置检测到的电阻来改变蓄电模块的目标蓄电量的蓄电量监视部分；以及蓄电模块保护部分，其根据由检测装置检测到的电阻来中断从蓄电模块输出的电流。如果由检测装置检测到的电阻等于或小于第一阈值，则判定装置提高蓄电模块的目标蓄电量；如果检测装置检测的电阻等于或小于第二阈值，则蓄电模块保护部分中断从蓄电模块输出的电流，所述第二阈值等于或小于所述第一阈值。
在根据本发明第一至第三方面的上述蓄电单元的任意一个中，蓄电模块可以由彼此电连接的多个蓄电元件组成，并且可以设置用于搅拌冷却液的搅拌装置。
在根据本发明第一至第三方面的上述蓄电单元的任意一个中，蓄电模块可以浸在冷却液中。
本发明第四方面涉及一种车辆，其包括根据本发明第一至第三方面的蓄电单元的任一者。
根据本发明第一至第三方面，如果冷却液的电阻等于或小于阈值，则输出电阻降低信号，从而可以在蓄电模块短路之前采取各种措施。
附图说明
参照附图，从以下对优选实施例的描述中本发明的前述和其它特征和优点将变得明显，其中，类似的标号用来表示类似的元件，其中：
图1是蓄电单元的分解立体图；
图2是蓄电单元的横截面视图；
图3是柱状电池的横截面视图；
图4是示出用于中断蓄电单元的电流输出的电路结构的框图；
图5是示出用于中断蓄电单元的电流输出的方法的过程的流程图；
图6是示出用于防止电池组件短路的电路结构的框图；
图7是示出用于防止电池组件短路的方法的过程的流程图(第二示例实施例)；
图8是示出用于防止电池组件短路的方法的过程的流程图(第三示例实施例)；并且
图9是根据其它示例的蓄电单元的横截面视图。
具体实施方式
(第一示例实施例)
图1是根据本发明的示例实施例的蓄电单元1的分解立体图，图2是蓄电单元1的横截面视图。以下，将参照图1和图2描述蓄电单元1的概要。
蓄电单元1用作为电动车辆或混合动力车辆的驱动力源或辅助动力源，并被安装到乘客座位下方的地板面板2上。
电池组件12和用于冷却电池组件12的冷却液23设置在电池壳体13中，电阻率检测器16安装在电池壳体13的壳体盖14上，用来检测冷却液23的电阻率。本发明不限于检测电阻率的情况，可以用检测冷却液23的电阻来代替。应注意，电池壳体13和壳体盖14对应本发明的“壳体”，电池组件12对应本发明的“蓄电模块”，并且电阻率检测器16对应于本发明的“检测装置”。
具有用于检测冷却液23的电阻率的电阻率检测器16，蓄电单元1能够立即检测冷却液23的电阻率的下降。因此，如以下所述，蓄电单元1可以通过中断从电池组件12的电流输出来防止电池组件12由于短路而产生热量。
接下来，将详细描述蓄电单元1的每个部分的结构。电池壳体13呈在其上侧具有开口的盒状。多个散热片31形成在电池壳体13的外周面上。散热片31增大了与周围空气的接触面积，从而有利于热量从电池组件12散发。应注意图2中没有示出散热片31。
电池壳体13例如由具有较高热导率的金属(如不锈钢)制成。
安装托架(图中未示出)形成在电池壳体13的外周面处，并且该托架固定在乘客座位下方的地板面板2上，从而将蓄电单元1固定在地板面板2上。
电池组件12包括彼此靠近设置的多个柱状电池122，并且由彼此面对的一对电池保持架123支撑。电极螺纹轴131和132设置在每个柱状电池122的两端处。电极螺纹轴131和132从相应的电池保持架123突出。各个柱状电池122通过导电条124串联连接。导电条124分别通过螺母125固定定位到电极螺纹轴131和132。应注意，柱状电池122对应本发明的“蓄电元件”。
这样，因为由彼此连接的柱状电池122构成的电池组件12用作为车辆的驱动力源或辅助动力源，在电池组件12处通过其充电和放电产生的热量变大，因此如果仅通过冷却气流进行冷却，对电池组件12的冷却将可能不充分。因此，在本发明中，为了冷却电池组件12，将电池组件浸入比气体更能导热的冷却液23中。
制成冷却液23的物质优选地具有高比热、高导热率以及高沸点，不腐蚀电池壳体13和电池组件12，并且具有高抗热分解性、高抗空气氧化性、高抗电分解性等。此外，为了防止电极端子间的短路，优选地用绝缘液体作为冷却液23。
例如，冷却液23可以从包括Fluorinert、NoyecHFE(氢氟醚)和Novec1230(Minnesota Mining&Manufacturing Co.(3M)的产品)的各种氟的非活性流体中选取出。抑或，冷却液23可以从如硅油的各种其它流体中选取。
接下来将参照图3详细描述每个柱状电池122的结构。参照图3，电极组件135设置在管状的电池外套管134中。
电极组件135包括两个面都涂覆正活性材料的阳极135b和两个面都涂覆负活性材料的阴极135c，并且两个电极在两者之间夹着隔离体135a而卷起。管状的电池外套管34充填有电解质溶液。应注意，电解质溶液可以浸在隔离体135a中。
正活性材料例如可以从各种锂过渡元素复合氧化物(包括LiCoO2、LiNiO2、LiFeO2、LiCuO2、LiMnO2、LiMO2(M是从包括Co、Ni、Fe、Cu和Mn的组中选取的至少两种过渡元素)和LiMn2O2)中选取。另一方面，负活性材料可以从各种可以电化学吸收和释放锂离子的物质中选取，如天然石墨、合成石墨、焦煤、燃烧过的有机物和金属硫族化合物。
例如可以从LiClO4、LiCF3SO3、LiPF6、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiBF4、LiSbF6和LiAsF6中选择用作为电解质溶液的溶质的锂盐，用于溶解锂盐的有机溶剂例如可以是通过混合环状碳酸酯(例如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸次亚乙烯酯和碳酸丁烯酯)和链状碳酸酯(例如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯)获得的溶剂。
盘状的集电板136焊接到电极组件135的两个纵向端(Y方向的两端)。集电板136例如可以由铝箔、不锈钢箔或铜箔制成。
集电板136通过电缆137分别电连接并机械连接到保持电极螺纹轴131和132的保持板139。电池破裂阀139′形成在相应的保持板139上与电极螺纹轴131和132所在的位置不同的位置处。电池破裂阀139′通过在相应的保持板139上开槽形成。
当电池外套管134的内部压力由于电池发生异常时产生的气体而增大超出极限压力(例如标准大气压的两倍)，电池破裂阀139′破裂，使气体通过电池破裂阀139′释放到外界，从而抑制管状电池外套管134的内部压力的升高。然而，随着气体如此从电池外套管134排放，气体可能迫使电解质溶液和活性材料进入冷却液23(参见图2)。
回到图1，壳体盖14安装在电池壳体13的盖安装面13e上，并被图中未示出的螺栓固定。从上方观察(在X-Y轴方向观察)，用于检测冷却液23的电阻率的电阻率检测器16设置在壳体盖14的中心处。电阻率检测器16例如是直接读取冷却液23的电阻率的绝缘电阻器(兆欧姆-米)。
电阻率检测器16检测的冷却液23的电阻率通过电缆15输出到后述的电池ECU51(参见图4)。
接下来将参照图4和图5描述用于中断蓄电单元的输出电流的方法。图4是示出用于中断蓄电单元的输出电流的电路结构的框图。在图4中，虚线代表电连接，箭头代表信号方向。图5是示出用于中断蓄电单元的输出电流的方法的步骤的流程图。
电池ECU51连续测量从电阻率检测器16输出的冷却液23的电阻率(步骤S101)。电池ECU51判定冷却液23的电阻率是否降到阈值102Ωm或更小(步骤S102)。如果冷却液23的电阻率等于或小于102Ωm(步骤S102：是)，则电池ECU51输出指令电池保护电路52断开电路的信号。反之，如果冷却液23的电阻率大于102Ωm(步骤S102：否)，则电池ECU51回到步骤S101。应注意，电池ECU51对应于本发明中的“判定装置”，电池保护电路52对应于本发明中的“蓄电模块保护部分”，用于电池保护电路52的指令信号对应于本发明中的“信号表明电阻降低”。
响应于来自电池ECU51的指令信号，电池保护电路52中断从电池组件12输出的电流(步骤S103)。更具体地，电池保护电路52使用已知的技术(例如断开电缆137)中断从电池组件12输出的电流。
根据该示例实施例，这样由于电池组件12的输出电流响应于冷却液23的电阻率的降低而立即中断，可以抑制电池组件12由于短路而产生热量。
(第二示例实施例)
接下来，将参照图6和图7描述本发明的第二示例实施例。图6是示出用于防止电池组件12短路的电路的结构的框图。在图6中，虚线代表电连接，箭头代表信号方向。图7是示出用于防止电池组件12短路的方法的步骤的流程图。
在第一示例实施例中，如上所述，电池ECU51响应于冷却液23的电阻率的降低而中断电池组件12的输出电流。然而，在第二示例实施例中，电池ECU51首先使用报警灯53警告乘客，然后响应冷却液23的电阻率的降低而中断电池组件12的输出电流。应注意，第二示例实施例中除报警灯53之外的其它结构元件与第一示例实施例中的结构相同，因此这里不再描述。同样应注意，报警灯53对应于本发明的“通知装置”。
电池ECU51连续测量从电阻率检测器16输出的冷却液23的电阻率(步骤S201)。电池ECU51判定冷却液23的电阻率是否已经降到第一阈值103Ωm或更小(步骤S202)。这时，如果冷却液23的电阻率等于或小于103Ωm(步骤S202：是)，则电池ECU51输出指令设置在乘客舱内的报警灯53点亮的信号。相反，如果冷却液23的电阻率大于103Ωm(步骤S202：否)，则电池ECU51回到步骤S201。应注意，用于报警灯53的指令信号对应于本发明中的“电阻降低信号”。
因此，报警灯53响应于来自电池ECU51的指令信号而点亮(步骤S203)，从而通知乘客需要更换电池。
在报警灯53已经点亮后，电池ECU51判定步骤S204中测量的冷却液23的电阻率是否进一步降到第二阈值102Ωm或更小(步骤S205)。这时，如果冷却液23的电阻率等于或小于102Ωm(步骤S205：是)，则电池ECU51以与第一示例实施例相同的方式中断电池组件12的输出电流(步骤S206)。相反地，如果冷却液23的电阻率大于102Ωm(步骤S205：否)，则电池ECU51回到步骤S204。
尽管第二示例实施例中报警灯53用作为通知装置，然而可以替代地使用各种其它装置(例如声音警告)。
(第三示例实施例)
接下来，将参照8描述本发明的第三示例实施例。图8是示出用于防止电池组件12短路的方法的过程的流程图。
在第一示例实施例中，电池ECU51响应于冷却液23的电阻率的降低而中断电池组件12的输出电流。然而，在第三示例实施例中，电池ECU51首先提高目标蓄电量SOC，然后响应于冷却液23的电阻率的降低而中断电池组件12的输出电流。应注意，结构元件与第一示例实施例中的相同，因此这里不再描述。
电池ECU51连续测量从电阻率检测器16输出的冷却液23的电阻率(步骤S301)。电池ECU51判定冷却液23的电阻率是否降到第一阈值103Ωm或更小(步骤S302)。这时，如果冷却液23的电阻率等于或小于103Ωm(步骤S302：是)，则电池ECU51将电池组件12的目标蓄电量SOC提高几个百分点(步骤S303)。应注意，用于提高目标蓄电量SOC的指令信号在电池ECU51中被内部处理。同样应注意，电池ECU51对应于本发明的“蓄电量监视部分”。
如上所述提高目标蓄电量SOC补偿了冷却液23的电阻率降低引起的放电所带来的电池组件12的电力损失，并且确保对应于车辆所需的驱动动力的电池电力。
在提高目标蓄电量SOC后，电池ECU51判定步骤S304中测量的冷却液23的电阻率是否进一步降到第二阈值102Ωm或更小(步骤S305)。这时，如果冷却液23的电阻率等于或小于102Ωm(步骤S305：是)，则电池ECU51以与第一示例实施例相同的方式中断电池组件12的输出电流(步骤S306)。
(其它示例1)
第一至第三示例实施例还可以应用于图9所示的蓄电单元100。图9是蓄电单元100的横截面视图。在图9中，功能与第一至第三示例实施例中的结构元件相同的结构元件以相同的附图标记表示。参照图9，电池保持架123悬挂于壳体盖14，并且采用一对螺栓71和一对螺母72来固定。
在柱状电池122纵向上延伸的旋转件63设置在电池组件12下方，并且搅拌片64形成在旋转件63的外周面上。旋转件63的轴62的一端直接连接到电动机61的输出轴，另一端被设置在电池壳体13的内表面上的轴承65可转动地支撑。
当电动机61运行时，旋转件63绕作为转轴的轴62转动，从而搅拌片64搅拌冷却液23。这减小了冷却液23的温度的偏置(bias)，从而延长电池的寿命。
这样，在上述的示例中，由于搅拌装置迫使冷却液23的流速增大，电池外套管134相比第一至第三示例实施例易于磨损。然而，由于设置了电阻率检测器16，电池外套管134的磨损所产生的金属碎片引起的冷却液23的电阻率降可以被迅速地检测，从而可以及时地采取安全措施(例如中断输出电流)。
(其它示例2)
尽管在第二示例实施例中，电池ECU51用于首先给出警告(S203)，然后响应于冷却液23的电阻率的降低而中断电池组件12的输出电流(S206)，然而，电池ECU51抑或可以仅用于响应于冷却液23的电阻率的降低而给出警告。类似地，尽管在第三示例实施例中，电池ECU51用于首先提高目标蓄电量SOC(S303)，然后响应于冷却液23的电阻率的降低而中断电池组件12的输出电流(S306)，然而，电池ECU51抑或可以仅用于响应于冷却液23的电阻率的降低而提高目标蓄电量SOC。在任意一种情况中，优选地将排气管连接到壳体盖14，电池壳体13中的气体(柱状电池122产生的气体)在必要时经由排气阀等排放。
(其它示例3)
尽管上述示例实施例中使用柱状锂离子电池，也可以使用镍氢电池，抑或是使用矩形电池。此外，还可以替代地使用双电层电容器。双电层电容器包括中间夹着隔离体而交替堆叠的多个阳极和阴极。在使用双电层电容器的情况下，例如铝箔用作为集电极，活性碳用作为正活性材料和负活性材料，由聚乙烯制成的多孔膜用作为隔离体。
上述的蓄电单元或者可以安装在车辆的后排座位下方或行李箱中。
虽然已经参照示例实施例描述了本发明，但应当理解本发明不限于所述的实施例和结构。相反，本发明意于涵盖各种变形和等同设置。此外，虽然示例性地以不同方式的组合和构造示出示例实施例的各种元件，然而包括更多、更少或只有一个单独元件的其它组合和构造也在本发明的主旨和范围内。

Claims (11)

1.一种蓄电单元，其特征在于包括：
蓄电模块；
冷却液，其用于冷却所述蓄电模块；
壳体，其容纳所述蓄电模块和所述冷却液；
检测装置，其用来检测所述冷却液的电阻；以及
判定装置，其用于判定由所述检测装置检测到的电阻是否等于或小于阈值，
其中，如果由所述检测装置检测到的电阻等于或小于所述阈值，则所述判定装置输出表明所述电阻降低的信号。
2.根据权利要求1所述的蓄电单元，还包括蓄电模块保护部分，其响应于从所述判定装置输出的表明所述电阻降低的所述信号，中断从所述蓄电模块输出的电流。
3.根据权利要求1所述的蓄电单元，还包括通知装置，其用于响应于从所述判定装置输出的表明所述电阻降低的所述信号通知所述蓄电模块的异常。
4.根据权利要求1所述的蓄电单元，还包括蓄电量监视部分，其响应于从所述判定装置输出的表明所述电阻降低的所述信号，提高所述蓄电模块的目标蓄电量。
5.根据权利要求3或4所述的蓄电单元，还包括排出阀，当由所述蓄电模块产生的气体的压力达到预定压力时，由所述蓄电模块产生的气体从所述壳体(13、14)通过所述排出阀排出。
6.一种蓄电单元，其特征在于包括：
蓄电模块；
冷却液，其用于冷却所述蓄电模块；
壳体，其容纳所述蓄电模块和所述冷却液；
检测装置，其用来检测所述冷却液的电阻；
通知装置，其用于根据由所述检测装置检测到的电阻通知所述蓄电模块的异常；以及
蓄电模块保护部分，其根据由所述检测装置检测到的电阻来中断从所述蓄电模块输出的电流，
其中，如果由所述检测装置检测到的电阻等于或小于第一阈值，则所述通知装置通知所述蓄电模块的异常，
其中，如果由所述检测装置检测到的电阻等于或小于第二阈值，则所述蓄电模块保护部分中断从所述蓄电模块输出的电流，所述第二阈值等于或小于所述第一阈值。
7.一种蓄电单元，其特征在于包括：
蓄电模块；
冷却液，其用于冷却所述蓄电模块；
壳体，其容纳所述蓄电模块和所述冷却液；
检测装置，其用来检测所述冷却液的电阻；
蓄电量监视部分，其根据由所述检测装置检测到的电阻来改变所述蓄电模块的目标蓄电量；
蓄电模块保护部分，其根据由所述检测装置检测到的电阻来中断从所述蓄电模块输出的电流，
其中，如果由所述检测装置检测到的电阻等于或小于第一阈值，则所述判定装置提高所述蓄电模块的所述目标蓄电量，
其中，如果由所述检测装置检测到的电阻等于或小于第二阈值，则所述蓄电模块保护部分中断从所述蓄电模块输出的电流，所述第二阈值等于或小于所述第一阈值。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的蓄电单元，其中，所述蓄电模块由彼此电连接的多个蓄电元件组成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的蓄电单元，还包括用于搅拌所述冷却液的搅拌装置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的蓄电单元，其中，所述蓄电模块浸在所述冷却液中。
11.一种车辆，其包括根据权利要求1至10中任一项所述的蓄电单元。
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