CN101542776A

CN101542776A - 蓄电装置和包括该装置的车辆

Info

Publication number: CN101542776A
Application number: CNA2008800002940A
Authority: CN
Inventors: 村田崇
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-09-23
Also published as: WO2008120056A1; EP2054957A1; JP2008251308A; US20100009244A1

Abstract

一种蓄电装置(1)，具有蓄电单元(12)和第一容器(13)，第一容器中容纳蓄电单元(12)，其中，当发生蓄电单元(12)中产生气体的蓄电单元异常时，气体从蓄电单元(12)排放到第一容器(13)中。该蓄电装置(1)的特征在于包括：第一排放通道(15)，用于将第一容器(13)中的气体排放到车辆外部；和第二排放通道(13b)，用于将第一容器(13)中的气体排放到第二容器(16)中。

Description

蓄电装置和包括该装置的车辆

技术领域

本发明涉及蓄电装置，在该装置中，容器容纳蓄电单元以及用于对蓄电单元进行冷却的冷却剂。

背景技术

近年来，以电力为动力的车辆(例如电动车辆和混合动力车辆)已经得到了积极的发展。越来越需要用作这种以电力为动力的车辆的驱动动力源或辅助动力源的、性能、可靠性以及安全性优秀的二次电池。

在以电力为动力的车辆领域，驱动动力源或辅助动力源需要有高能量密度。作为这种动力源的一种示例，存在这样的蓄电装置：该装置具有容纳了电池组和冷却剂的容器，电池组中多个电池单元串联或并联连接，冷却剂用于对电池组进行冷却。容器包括容器主体以及顶盖，容器主体的上侧开口，顶盖覆盖容器主体的上侧开口。顶盖由紧固部件固定到容器主体。

通常，每个电池单元设有气体排放阀门，用于对由于过度充电而由电解液的电解质产生的气体进行排放，并通过经气体排放阀门排放气体来防止内部压力过度升高。

日本专利申请公开No.2005-71674(JP-A-2005-71674)描述了一种包括树脂壳体的电池，每个树脂壳体包含电极单元并填充有电解液。每个树脂壳体设有用于排放气体的气体排放部件，气体排放部件中形成的气体排放端口与用于将气体引导到外部的气体排放管配装。

但是，在只采用日本专利申请公开No.2005-71674(JP-A-2005-71674)中所述构造的时候，即在将气体排放管连接到容器时，出现了下述问题。

首先，在容器的内部压力由于(一个或多个)电池单元中产生的气体而迅速升高时，难以通过经气体排放管排放气体来迅速降低容器的内部压力。

第二，需要增大容器的耐压性，因此蓄电装置的尺寸和重量可能要增大。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种蓄电装置，该装置能够对由于蓄电单元产生的气体造成的内部压力过度升高进行检查。

本发明的第一方面是一种蓄电装置，包括：蓄电单元、对蓄电单元进行冷却的冷却剂、以及第一容器，蓄电单元和冷却剂容纳在第一容器中，其中，当发生蓄电单元中产生了气体的蓄电单元异常时，气体从蓄电单元排放到第一容器中，所述蓄电装置的特征在于包括：第一排放通道，用于将第一容器中的气体排放到车辆外部；第二排放通道，用于将第一容器中的气体排放到第二容器中。

第一和第二排放通道可以分别设有第一和第二气体排放阀。

第一气体排放阀可以使得在第二气体排放阀能够排放气体之前能够排放气体。

第一容器的内部压力值(该内部压力使第二气体排放阀能够排放气体)可以被设定为低于第一容器的耐压值。

第一容器的内部压力值(该内部压力使得第二气体排放阀能够排放气体)可以被设定为高于内部压力值(这个内部压力使第一气体排放阀能够排放气体)。

第一和第二排放通道可以构造成使之可以经第一容器的上壁部分排放气体。

当发生蓄电装置异常时，可以将至少含有气体和冷却剂的喷溅物排放到第一排放通道中，第一排放通道可以具有用于对喷溅物中除所述气体外的成份进行捕捉的捕捉部分。

捕捉部分可以包括：布置在第一排放通道中的挡板；储存部分，撞到挡板并掉落的、除了气体之外的成份储存在该储存部分中。

除了气体之外的成份可以包括蓄电单元中的电解液。

捕捉部分可以包括多个挡板和多个储存部分，每个储存部分布置在所述多个挡板中相关的一个挡板下方。

已经经过第二排放通道流入第二容器中的气体可以被经过第一排放通道排放。

第二容器可以是弹性容器，从第一容器流入该弹性容器的气体使之膨胀。

在流入弹性容器中的气体使弹性容器膨胀之后，随着气体经第一排放通道排放，弹性容器可以收缩。

蓄电单元可以是多个蓄电元件的组件，在该组件中，所述多个蓄电元件串联或并联连接。

上述蓄电装置可以安装在车辆上。

通过本发明，可以在发生电池异常时检查第一容器的内部压力的过度升高。

附图说明

结合附图，从以下对优选实施例进行的说明，可以更加了解本发明前述的以及其他的目的、特征和优点，在附图中相同的标号用来标记相同的要素，其中：

图1是蓄电装置的分解立体图；

图2是蓄电装置的剖视图；

图3是圆筒电池的剖视图；

图4是分离迷宫室的剖视图；

图5A和图5B是用于对发生电池异常时发生的蓄电装置的操作进行说明的示意图，其中，图5A是发生电池异常之前蓄电装置的立体图，图5B是发生电池异常时蓄电装置的立体图；以及

图6是第二实施例的蓄电装置的剖视图。

具体实施方式

下面将参照图1至图6说明本发明的实施例。

(第一实施例)

图1是蓄电装置的分解立体图。图2是蓄电装置的剖视图。在这些附图中，蓄电装置1包括：电池组(蓄电单元，蓄电元件组件)12；电池壳体(第一容器)13，其容纳电池组12和冷却剂23；壳体盖(上壁部分)14，其用作电池壳体13的顶盖。这种蓄电装置例如用作混合动力车辆或电动车辆所用的驱动动力源或辅助动力源。

气体排放管(第一排放通道)15和弹性容器(第二容器)16连接到壳体盖14，壳体盖14用作电池壳体13的顶盖，并且气体排放管15和弹性容器16用来在发生电池异常的时候将气体排放到电池壳体的外部。

在发生电池异常时，电池壳体13中产生的气体被经过气体排放管15排放，并且在电池壳体13的内部压力的升高不能仅仅通过经气体排放管15排放气体而得到控制的时候，气体经第二排放通道被排放到用作第二容器的弹性容器16中。

这里，“电池异常”意思是这样的现象：过度充电造成圆筒电池122中的电解液被电解，并且气体在圆筒电池122中产生。

因而，与不设有电池壳体13、壳体盖14和弹性容器16的蓄电装置相比，可以将对电池壳体13的耐压性设定在较低水平，因此可以减小蓄电装置1的尺寸。

下面将详细说明蓄电装置1各个部分的构造。

(电池壳体13)

电池壳体13具有向上开口的盒子形状，大量散热片31形成于壳体的外表面上。在以此方式设置大量散热片31的情况下，可以增大与空气接触的表面面积，并促进从电池组12散热。

可以用于电池壳体13的材料包括金属材料，例如高导热不锈钢。

凸缘部分(未示出)形成于电池壳体13的外表面上。通过用紧固部件将该凸缘部分固定到车座下方的地板2，蓄电装置1被安装在车辆上。

(电池组12)

电池组12是电池组件，在该组件中，多个圆筒电池122彼此平行地布置，并且所述多个圆筒电池122被夹持在成对的电池支架123之间。圆筒电池122的电极螺纹部分131和132从这对电池支架123突出，并经过母线124电连接。用于对母线124进行固定的紧固螺母125拧到电极螺纹部分131和132上。

在将彼此平行布置多个圆筒电池122的电池组件用作车辆的驱动动力源或辅助动力源时，由于充电和放电而发热造成的温度升高较大。因此，在仅仅用冷却空气流通过空气冷却来对电池组12进行冷却时，冷却可能不足。因此在第一实施例中，通过将电池组12浸在冷却剂23中来使电池组12受到冷却，冷却剂23具有比气体更高的导热性。

具有高比热、高导热性和高沸点、不腐蚀电池壳体13和电池组12、不容易热分解、被空气氧化或被电解的物质适合用于冷却剂23。另外，为了防止端子之间的短路，期望电绝缘的液体。例如，可以使用含氟化合物惰性液体。作为含氟化合物惰性液体，可以使用由3M制造的Fluorinert、Novec HFE(氢氟醚)和Novec 1230(注册商标)。或者，也可以使用除了含氟化合物之外的液体(例如硅酮油)。

下面将参照图3详细说明圆筒电池122的构造。电极单元135安装在圆筒状电池壳体134内。

电极单元135是通过将带状正电极135b和带状负电极135c卷曲，使正电极135b和负电极135c被隔离件135a夹住而形成的，所述带状正电极的各侧涂敷有正电极活性材料，所述带状负电极的各侧涂敷有负电极活性材料。

电池壳体134填充有电解液。或者，可以用电解液灌注隔离件135a。

正电极活性材料的示例包括LiCoO₂、LiNiO₂、LiFeO₂、LiCuO₂、LiMnO₂、LiMO₂(M代表从由Co、Ni、Fe、Cu和Mn构成的组中选择的至少两种过渡元素)和LiMn₂O₄，这些是锂-过渡元素的复合氧化物。负电极活性材料不受特别限制，只要该材料能够以电化学方式吸收和释放锂离子即可。负电极活性材料的示例包括天然石墨、合成石墨、焦炭、碳化有机材料、以及金属硫属元素化物。

在电解液中用作溶质的锂盐的示例包括LiClO₄、LiCF₃SO₃、LiPF₆、LiN(CF₃SO₂)₂、LiN(C₂F₅SO₂)₂、LiBF₄、LiSbF₆和LiAsF₆。有机溶剂的示例包括环状碳酸酯(例如碳酸次乙酯、碳酸丙二酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丁酯)以及链状碳酸酯(例如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯)。

在电极单元135相对于电极单元135的纵向(Y方向)的各端处，盘状集电器136焊接到电池壳体134。用于集电器136的材料的示例包括铝箔、不锈钢箔和铜箔。

集电器136分别经过导体137以电气和机械的方式连接到夹持板139，夹持板139夹持正负电极螺纹部分131和132。

在各个夹持板139中，破坏阀139′形成于与正或负电极螺纹部分131和132所在的位置不同的位置处。破坏阀139′通过冲压而形成。

当发生电池异常时产生的气体使电池壳体134的内部压力增大到等于或高于极限压力(例如两个大气压)的时候，破坏阀139′破裂，气体从圆筒电池122经破坏阀319′排放。这样，可以对电池壳体134的内部压力的升高进行检查。

(壳体盖14)

壳体盖14由紧固螺钉(未示出)固定到电池壳体13的盖配装表面13e。在壳体盖14固定到电池壳体13上的状态下，壳体盖14以及电池壳体13的耐压被设定到五个大气压。

在图2中，在壳体盖14的中心部分形成第一气体排放端口13a。用于将气体排放到车辆外部的气体排放管15连接到第一气体排放端口13a。

由于在发生电池异常时产生的气体在电池壳体13中向上运动，所以当气体排放管15连接到壳体盖14时，可以迅速地排放气体。

气体安全阀(第一气体排放阀)31设置在气体排放管15与第一气体排放端口13a之间的连接部分处。当电池壳体13的内部压力等于或高于两个大气压时，气体安全阀21被打开，并使气体能够经气体排放管15排放。

另一方面，当电池壳体13的内部压力低于两个大气压时，气体安全阀21保持关闭。这样，电池壳体13以气密方式关闭，并可以防止异物从车辆外部经气体排放管15进入并与冷却剂23混合。

第二气体排放端口13b形成于壳体盖14的一部分中与第一气体排放端口13a不同的位置处。可膨胀的弹性容器16连接到第二气体排放端口13b。对弹性容器16进行连接的方法例如可以是焊接或者用粘接剂粘接。

用于弹性容器16的材料例如可以是尼龙66。为了使弹性容器16具有抗热性，尼龙66的表面可以涂敷有例如氯丁二烯橡胶或硅酮橡胶。

容器的破坏阀(第二气体排放阀)41形成在第二气体排放端口13b中。在电池壳体13的内部压力等于或高于四个大气压时，容器的破坏阀41破裂，并使气体能够经第二气体排放端口13b排放到弹性容器16中。容器的破坏阀41是通过使壳体盖14受到冲压处理而形成的。

通过将等于或高于气体安全阀21敞开以排放压力的压力值的压力值(两个大气压)和在等于或高于容器的破坏阀41破裂以排放压力的压力值的压力值(四个大气压)设定为比电池壳体13的耐压(五个大气压)低的值，可以在电池壳体13的内部压力达到耐压之前降低其内部压力。

这样，可以通过减小电池壳体13和壳体盖14的强度来减小蓄电装置1的尺寸和重量。

如图4所示，气体排放管15设有分离迷宫室17，用于捕捉从电池壳体13流入的冷却剂23。

分离迷宫室17具有冷却剂储存部分172。冷却剂储存部分172由分隔壁172c分成位于气体排放通道上游侧的上游侧冷却剂储存部分172a和位于气体排放通道下游侧的下游侧冷却剂储存部分172b。

在由气体排放管15形成的气体排放通道中延伸的上游侧挡板171a设置在上游侧冷却剂储存部分172a的上壁上。在由气体排放管15形成的气体排放通道中延伸的下游侧挡板171b设置在下游侧冷却剂储存部分172b的上壁上。

下面将参照图4和图5，对发生电池异常时蓄电装置1发生的操作进行说明。图5A和图5B是立体图。具体而言，图5A是在发生电池异常之前的蓄电装置1的立体图，图5B是在发生电池异常时蓄电装置1的立体图。

在电池组12受到过度充电时，圆筒电池122中的电解液被电解，并产生气体，造成电池壳体134的内部压力增大。在电池壳体134的内部压力增大到两个大气压时，电池的破坏阀139′破裂，气体被排放到冷却剂23中，使电池壳体13的内部压力立刻升高到两个大气压。

在电池壳体13的内部压力升高到两个大气压时，气体安全阀21打开，气体经第一气体排放端口13a排放到气体排放管15中。排放到气体排放管15中的气体经分离迷宫室17排放到车辆外部。

在发生这种情况时，经第一气体排放端口13a排放的气体可能包含冷却剂23。在气体撞到分离迷宫室17中的上游侧挡板171a之后，包含在气体中的冷却剂23掉落，大多数冷却剂23被储存在上游侧冷却剂储存部分172a中。其余的在掉落期间随着气体被传递到下游，在气体撞到下游侧挡板171b之后掉落，并被储存在下游侧冷却剂储存部分172b中。

这样，根据第一实施例，排放到气体排放管15中的冷却剂23被捕捉在分离迷宫室17中，可以确保防止冷却剂23被排放到车辆外部。

在发生电池异常时，从圆筒电池122喷出的电解液可能和冷却剂23一起被排放到气体排放管15中。电解液像冷却剂23的情形一样被捕捉在分离迷宫室17中，因此可以确保防止电解液排放到车辆外部。

可以想到一种方法，其中，用设在气体排放管15中的吸收冷却剂23的板式过滤器来捕捉冷却剂23。但是，在气压高时可能发生过滤器破裂以及冷却剂23泄漏到车辆外部。

因此在第一实施例中，采用了这样的结构：使气体撞到挡板171a和171b，从而捕捉冷却剂23。这样，可以提供可靠性高的蓄电装置1。

回到对发生电池异常时蓄电装置发生的操作进行的说明，在内部压力的升高不能仅通过经气体排放管15排放气体而受到控制，并且电池壳体13的内部压力从两个大气压升高到四个大气压时，容器的破坏阀41破裂，电池壳体13中的气体经第二气体排放端口13b流入弹性容器16中。

如图5B所示，随着气体流入弹性容器16，弹性容器16膨胀和扩大，电池壳体13的内部压力逐渐降低。在弹性容器16膨胀的同时，气体经气体排放管15的排放仍然在继续。

如上所述，在第一实施例中，当发生电池异常时，气体首先经气体排放管15排放。当内部压力的升高不能仅通过经气体排放管15排放气体而受到控制的时候，气体被排放到弹性容器16以减小电池壳体13的内部压力。这样，可以将对电池壳体13的耐压性设定为比未设有弹性容器16的蓄电装置1更低。因此可以减小蓄电装置1的尺寸和重量。

当电池壳体13的内部压力降低到比两个大气压高的预定值时，已流入弹性容器16中的气体经第二气体排放端口13b回到电池壳体13中，然后经第一气体排放端口13a排放到气体排放管15中。随着气体经气体排放管15排放，弹性容器16逐渐收缩。

由于通过以此方式使气体经气体排放管15排放而使扩大的弹性容器收缩，所以可以避免这种不利情形：在卸下蓄电装置1时，弹性容器16与车座表面发生干扰。因此可以容易卸下蓄电装置1。

(第二实施例)

下面将参照图6说明第二实施例的蓄电装置101。图6是蓄电装置101的剖视图，其中，与第一实施例相同的组成要素由相同的标号标记。

压力安全室(第二容器)51固定在壳体盖14的上表面上。压力安全室51经容器的破坏阀41连接到电池壳体13。用于压力安全室51的材料的示例包括金属材料，例如具有高导热性的不锈钢。压力安全室51的耐压性被设定为与电池壳体13一样。

与第一实施例中的情况一样，气体排放管15设有分离迷宫室17。

下面将说明发生电池异常时发生的蓄电装置101的操作。

当电池组12被过度充电时，圆筒电池122的电解液被电解并产生气体，使电池壳体134的内部压力增大。当电池壳体134的内部压力增大到两个大气压时，破坏阀139′破裂，气体被排放到冷却剂23中，使电池壳体13的内部压力立刻上升到两个大气压。

当电池壳体13的内部压力上升到两个大气压时，气体安全阀21打开，气体经第一气体排放端口13a排放到气体排放管15中。排放到气体排放管15中的气体经分离迷宫室17排放到车辆外部。流入气体排放管15的冷却剂23被捕捉在分离迷宫室17中，与第一实施例中一样，不必担心冷却剂23泄漏到车辆外部。

在不能仅通过经气体排放管15排放气体来控制内部压力的增大，并且电池壳体13的内部压力进一步增大到四个大气压时，容器的破坏阀41破裂，电池壳体13中的气体被排放到气体排放管15和压力安全室51这二者中。

这样，可以将电池壳体13的耐压性设定得比未设有压力安全室51的蓄电装置低。随着电池壳体13的内部压力降低，已流入压力安全室51中的气体经气体排放管15排放。

与电池组12的充电控制有关的电气部件(例如电池ECU和电源开关)可以容纳在压力安全室51中。通过这种构造，可以有效地利用压力安全室51中的空间。

(其他实施例)

容器的破坏阀41可以由与气体安全阀21一样的阀门代替。气体安全阀21可以由与容器的破坏阀41一样的阀门来代替。

在发生电池异常时，气体可以首先排放到弹性容器16或压力安全室51中，然后经气体排放管15排放。

与车辆外部连通的气体排放管(不同于气体排放管15的另一气体排放管)可以连接到弹性容器16或压力安全室51，以直接将弹性容器16或压力安全室51中的气体排放到车辆外部。

气体排放管15可以连接到电池壳体13的侧壁。弹性容器16或压力安全阀51可以布置成与电池壳体13的侧壁相邻。在这种情况下，气体安全阀21和/或容器的破坏阀41设置在电池壳体13的侧壁处。

在这种实施例中，使用了平行布置多个圆筒电池的电池组。但是，本发明也可以适用于矩形电池(蓄电池)和电气双层电容器。电气双层电容器是通过将多个正负电极交替堆叠、并在各对电极之间插入分隔件而获得的。

在这种电气双层电容器中，例如，铝箔可以用作集电器，活性炭可以用作正电极活性材料和负电极活性材料，由聚乙烯制成的多孔膜可以用作分隔件。

蓄电装置1可以布置在后座后方的行李舱中。在这种情况下，气体排放管15的排放端口可以形成于其位置在车辆横向与行李舱相邻的车体部分中。

尽管已经参照被认为是本发明优选实施例的内容对本发明进行了说明，但是应当明白，本发明不限于所公开的实施例或构造。相反，本发明应当认为覆盖了各种变更和等效构造。另外，尽管以示例性的各种组合和构造的方式示出了所公开的发明中的各个要素，但是其他组合和构造(包括更多要素、更少要素或仅单一要素)方式也在本发明的范围内。

Claims

1.一种蓄电装置，包括蓄电单元、对所述蓄电单元进行冷却的冷却剂、以及第一容器，所述蓄电单元和所述冷却剂容纳在所述第一容器中，其中，当发生所述蓄电单元中产生了气体的蓄电单元异常时，所述气体从所述蓄电单元排放到所述第一容器中，所述蓄电装置的特征在于包括：

第一排放通道，用于将所述第一容器中的气体排放到车辆外部；和

第二排放通道，用于将所述第一容器中的气体排放到第二容器中。

2.根据权利要求1所述的蓄电装置，还包括：

第一气体排放阀，设在所述第一排放通道上；和

第二气体排放阀，设在所述第二排放通道上。

3.根据权利要求2所述的蓄电装置，其中，

在使所述第二气体排放阀能够排放气体之前，使所述第一气体排放阀能够排放气体。

4.根据权利要求3所述的蓄电装置，其中，

使所述第二气体排放阀能够排放气体的、所述第一容器的内部压力值低于所述第一容器的耐压值。

5.根据权利要求4所述的蓄电装置，其中，

使所述第二气体排放阀能够排放气体的、所述第一容器的内部压力值高于使所述第一气体排放阀能够排放气体的内部压力值。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的蓄电装置，其中，

所述第一排放通道和所述第二排放通道设置成从所述第一容器的上壁部分延伸。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的蓄电装置，其中：

当发生所述蓄电单元异常时，至少含有所述气体和所述冷却剂的喷溅物被排放到所述第一排放通道中；并且

所述第一排放通道具有用于捕捉所述冷却剂的捕捉部分。

8.根据权利要求7所述的蓄电装置，其中：

所述喷溅物还含有电解液；并且

所述第一排放通道具有用于捕捉除了所述喷溅物中除了所述气体之外的成份的捕捉部分。

9.根据权利要求7或8所述的蓄电装置，其中，

所述捕捉部分包括：挡板，布置在所述第一排放通道中；以及储存部分，撞到所述挡板并掉落的除了所述气体之外的成份储存在所述储存部分中。

10.根据权利要求9所述的蓄电装置，其中，

所述捕捉部分包括多个挡板和多个储存部分，每个所述储存部分布置在所述多个挡板中相关的一个挡板下方。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的蓄电装置，其中，

已经经所述第二排放通道流入所述第二容器中的气体被经所述第一排放通道排放。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的蓄电装置，其中，

所述第二容器是弹性容器，从所述第一容器流入所述弹性容器中的气体使所述弹性容器膨胀。

13.根据权利要求12所述的蓄电装置，其中，

在流入所述弹性容器中的气体使所述弹性容器膨胀之后，所述弹性容器随着所述气体经所述第一排放通道排放而收缩。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的蓄电装置，其中，

所述蓄电单元是多个蓄电元件的组件，在所述组件中，所述多个蓄电元件串联或并联连接。

15.一种车辆，所述车辆上安装有根据权利要求1至14中任一项所述的蓄电装置。