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CN111092176A - 蓄电装置 - Google Patents

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CN111092176A
CN111092176A CN201911004779.3A CN201911004779A CN111092176A CN 111092176 A CN111092176 A CN 111092176A CN 201911004779 A CN201911004779 A CN 201911004779A CN 111092176 A CN111092176 A CN 111092176A
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CN201911004779.3A
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近藤忠宏
森冈怜史
藤原伸得
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Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种蓄电装置。蓄电装置(10)包括：第一蓄电单电池(1)和第二蓄电单电池(2)，该第一蓄电单电池(1)和该第二蓄电单电池(2)在预定方向上彼此间隔开，并且被定位成使得第一蓄电单电池(1)的侧表面(1S)和第二蓄电单电池(2)的侧表面(2S)彼此面对；隔板(3)，该隔板(3)由热塑性树脂制成，并且介于第一蓄电单电池(1)的侧表面(1S)和第二蓄电单电池(2)的侧表面(2S)之间；以及间隔件(4a)，该间隔件(4a)由无机材料制成，并且被布置成在预定方向上穿过隔板(3)。

Description

蓄电装置
本非临时申请基于在2018年10月24日向日本专利局提交的日本专利申请第2018-199691号，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及一种蓄电装置。
背景技术
蓄电装置用作被安装在车辆(诸如电动车辆和混合动力电动车辆)上的电源等。蓄电装置包括壳体和被容纳在壳体中的蓄电模块。通过在预定方向上将多个蓄电单电池堆叠起来来形成蓄电模块。典型地，如由日本专利特开第2010-097693号公开地那样，约束端板被布置在蓄电模块的在预定方向上的两端处，并且隔板在预定方向上被布置在彼此相邻的蓄电单电池之间。
发明内容
当蓄电单电池发生诸如过度充电或损坏的问题时，在蓄电单电池中可能产生热。在由在预定方向上堆叠起来的多个蓄电单电池的堆叠体构成的构造中，当过度充电等时，在蓄电单电池中的一个蓄电单电池中产生的热能够被传递到相邻的蓄电单电池。
在日本专利特开第2010-097693号的公开中，隔板包括酯基基质，并且间隔件由热固性树脂制成并嵌入基质中。日本专利特开第2010-097693号教导了即使当产生热并且热熔化整个隔板(基质)时，间隔件仍然存在于相邻的蓄电单电池之间，并且由此保持相邻的蓄电单电池之间的间隙。
近年来，已经要求蓄电单电池具有越来越大的容量。随着蓄电单电池的容量增加，在过度充电和/或损坏时产生的热也增加从而升高了温度。因此，期望提供一种蓄电装置，与由日本专利特开第2010-097693号所公开的构造相比，该蓄电装置在减轻当蓄电单电池中的一个蓄电单电池发生过度充电、损坏等时在相邻的蓄电单电池之间的接触的能力方面得到改进。
本公开的目的是提供一种蓄电装置，与传统的蓄电装置相比，该蓄电装置在减轻当蓄电单电池中的一个蓄电单电池发生过度充电、损坏等时在相邻的蓄电单电池之间的接触的能力方面得到改进。
蓄电装置包括：第一蓄电单电池和第二蓄电单电池，该第一蓄电单电池和第二蓄电单电池在预定方向上彼此间隔开，并且被定位成使得第一蓄电单电池的侧表面和第二蓄电单电池的侧表面彼此面对；隔板，该隔板由热塑性树脂制成，并且介于第一蓄电单电池的侧表面和第二蓄电单电池的侧表面之间；以及间隔件，该间隔件由无机材料制成，并且被布置成在预定方向上穿过隔板。
在该蓄电装置中，无机材料的熔点(在此称为耐热温度)比热固性树脂或热塑性树脂的熔点高，因此，在从蓄电单电池接收热时熔化的可能性较小，并且因此能够保持在彼此相邻的第一蓄电单电池和第二蓄电单电池之间的间隙。
在蓄电装置中，隔板具有在预定方向上穿过隔板的开口，并且间隔件可以通过压配合被布置在该开口的内侧。
关于蓄电装置，间隔件可以被容易地布置在隔板中，并且因此可以降低生产成本。
在蓄电装置中，间隔件可以具有在预定方向上延伸的柱形形状。
在蓄电装置中，间隔件可以被容易地布置在隔板中，并且因此，即使隔板已经熔化，也有可能在第一蓄电单电池和第二蓄电单电池之间留下空气路径。
在蓄电装置中，第一蓄电单电池的侧表面具有中心部和外周部。中心部在与该预定方向正交的平面内方向上位于第一蓄电单电池的侧表面的中心处，并且外周部在平面内方向上限定第一蓄电单电池的侧表面的外周边。同样在蓄电装置中，在基准方向上的间隔件和中心部之间的第一距离比在基准方向上的间隔件和外周部之间的第二距离短。基准方向是连接间隔件和中心部的线的方向。
当从蓄电单电池中的发电部件产生气体时，蓄电单电池可能在其侧表面的中心区域处隆起。相比之下，在根据本公开的蓄电装置中，间隔件被布置在第一蓄电单电池的侧表面的中心区域的附近，并且因此能够有效地抵制第一蓄电单电池的隆起。
在蓄电装置中，隔板可以包括多个间隔件。
在蓄电装置中，即使当隔板已经熔化时，该多个间隔件也能够承受在异常情况下施加的载荷，并且由此有效地减轻在相邻的蓄电单电池之间的接触。
在蓄电装置中，该多个间隔件可以被定位成满足在与预定方向正交的平面中关于预定位置点对称的关系，或者满足在与预定方向正交的平面中关于预定直线线对称的关系。
在蓄电装置中，即使当隔板已经熔化时，该多个间隔件也能够利用均匀分布的力来承受在异常情况下施加的载荷，并且由此有效地减轻在相邻的蓄电单电池之间的接触。
当结合附图时，根据本公开的以下详细描述，本公开前面的和其它的目的、特征、方面和优点将变得更加显而易见。
附图说明
图1是根据实施例的蓄电装置10的平面视图。
图2是图1中的箭头II-II上的截面视图。
图3是在根据实施例的蓄电装置10中包括的第一蓄电单电池1、隔板3和间隔件4a到4d的分解透视图。
图4是从图3中的箭头IV所示方向观察的隔板3和第一蓄电单电池1的视图。
图5是其中隔板3已经由于热而熔化的根据实施例的蓄电装置10的概略截面视图。
图6是其中隔板3已经由于热而熔化的对照实例的蓄电装置的概略截面视图。
图7是在根据实施例的第一变型的蓄电装置中包括的隔板3M和间隔件4a到4e的透视图。
图8是在根据实施例的第二变型的蓄电装置中包括的隔板3N和间隔件4a的透视图。
具体实施方式
将参考附图给出本发明的实施例的描述。在下面的描述中，相同或等同的部分由相同的附图标记表示，并且可能不必提供重复的描述。
(蓄电装置10)
图1是从例如与竖直方向平行的方向观察的根据实施例的蓄电装置10的平面视图。图2是在图1中的箭头II-II上的截面视图，示出蓄电装置10的在与竖直方向平行的方向上切割的假想截面。图3是在根据实施例的蓄电装置10中包括的第一蓄电单电池1、隔板3和间隔件4a到4d的分解透视图。图4是从图3中的箭头IV所示方向观察的隔板3和第一蓄电单电池1的视图。
如图1到图4中所示，蓄电装置10包括：多个蓄电单电池，所述多个蓄电单电池在预定方向(箭头DR所示的方向)上堆叠起来；多个隔板3，所述多个隔板3中的每一个隔板3被布置在两个相邻的蓄电单电池之间；以及多个间隔件4a、4b、4c、4d(图3、图4)，所述多个间隔件4a、4b、4c、4d被布置在该多个隔板3的每一个隔板3中。
每个蓄电单电池由壳体和被容纳在壳体中的发电部件(未示出)组成。蓄电单电池整体上构成二次电池，诸如镍氢电池或锂离子电池。蓄电单电池的壳体具有棱柱形状。蓄电单电池可以包括液体电解质或固体电解质。
在本实施例中，该多个蓄电单电池包括在预定方向(箭头DR所示的方向)上彼此间隔开的第一蓄电单电池1和第二蓄电单电池2，并且该多个蓄电单电池被定位成使得第一蓄电单电池1的侧表面1S和第二蓄电单电池2的侧表面2S彼此面对。在第一蓄电单电池1的顶部上布置了一对端子1T。在第二蓄电单电池2的顶部上布置了一对端子2T。端子1T、2T等经由汇流条(未示出)等电连接，并且由此该多个蓄电单电池被形成为一个蓄电模块。
在蓄电模块的在预定方向(箭头DR所示的方向)上的每一端处，布置了约束端板(未示出)。具有加压、固定作用的约束带(未示出)被用于将蓄电模块保持为一体式模块。每个蓄电单电池可以在充电和放电时产生热。在该多个蓄电单电池的外表面(例如，底侧)上，可以适当地布置用于冷却的热交换器等。热交换器等可以被布置成与该多个蓄电单电池的外表面接触。
隔板3是具有侧表面3a、3b的板(图3)。隔板3由热塑性树脂制成，并且介于第一蓄电单电池1的侧表面1S和第二蓄电单电池2的侧表面2S之间。热塑性树脂的实例包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯。通过树脂模制，可以容易地实现将隔板3形成为板。
如图2到图4中所示，根据本实施例的单个隔板3总共包括四个间隔件4a到4d。间隔件4a到4d由无机材料制成。无机材料的熔点(耐热温度)比热固性树脂或热塑性树脂的熔点高。无机材料可以是玻璃基材料或者可以是陶瓷基材料(诸如二氧化硅、氧化铝或氧化锆)。间隔件4a到4d中的每一个间隔件具有在预定方向(箭头DR所示的方向)上延伸的柱形形状。柱形形状可以是包括多边形柱形形状、圆柱形状和椭圆柱形状的柱形形状中的任何一种。
间隔件4a到4d被布置成在预定方向(箭头DR所示的方向)上穿过隔板3。间隔件4a到4d中的每一个间隔件被隔板3围绕。间隔件4a到4d中的每一个间隔件的在预定方向(箭头DR所示的方向)上的每个端部在隔板3的表面处暴露。如图2中所示的，间隔件4a到4d中的每一个间隔件在预定方向(箭头DR所示的方向)上的长度与隔板3在预定方向(箭头DR所示的方向)上的厚度相同或基本相同。间隔件4a到4d中的每一个间隔件在预定方向(箭头DR所示的方向)上的每个端面与侧表面1S或2S接触。
例如，隔板3具有在预定方向(箭头DR所示的方向)上穿过隔板3的开口3h。间隔件4a到4d中的每一个间隔件可以通过压配合被布置在开口3h的内侧，这是一项廉价并且容易的技术。间隔件4a到4d可以通过嵌件成型而被形成为隔板3的一体件。当采用嵌件成型时，间隔件4a到4d中的每一个间隔件的在预定方向(箭头DR所示的方向)上的每个端部仍然在隔板3的表面处暴露。
在上述构造中，在预定方向(箭头DR所示的方向)上布置的该多个蓄电单电池和隔板3受到由该一对端板在预定方向(箭头DR所示的方向)上施加的指向内的力。利用该力，该一对端板将该多个蓄电单电池和隔板3夹在中间并保持它们。在受到该力时，蓄电单电池与间隔件3和端板形成接触。
具有上述构造的蓄电装置10不仅可以用于混合动力车辆，而且还可以用于电动车辆和燃料电池电动车辆。蓄电装置10可以用于串联模式、并联模式和串联/并联模式的混合动力车辆。蓄电装置10不仅可以用于带有两个电动发电机的混合动力车辆，而且还可以用于带有单个电动发电机的所谓的单电动机混合动力车辆。
(功能和效果)
当构成蓄电装置10的该多个蓄电单电池中的任何一个蓄电单电池(例如，第一蓄电单电池1)产生热时，与该蓄电单电池(第一蓄电单电池1)相邻的隔板3的温度也上升。当从第一蓄电单电池1中的发电部件产生气体时，第一蓄电单电池1的温度可能过度升高。隔板3由热塑性树脂制成，并且随着温度的升高而熔化。当隔板3的温度超过隔板3的材料(热塑性树脂)的熔点时，隔板3开始熔化。
当蓄电装置10(蓄电单电池)处于正常条件(充电放电条件)下时，隔板3保持其形状。构成隔板3的材料的熔点高于处于正常条件的蓄电单电池的温度和环境温度这两者。正常条件是指例如在用于车辆的充电容量(SOC，充电状态)的预定范围内进行充电和放电的条件。
相反，构成隔板3的材料的熔点低于在过度充电等时处于异常条件下的蓄电单电池的温度。仅当蓄电单电池处于异常条件下并且其温度过度升高时，隔板3才熔化。隔板3至少部分地熔化，并且由此从蓄电单电池吸收热。
在蓄电单电池中产生的热能被用作熔化隔板3的能量。这减轻了在蓄电单电池中产生的热向其它蓄电单电池的传递。在隔板3由热塑性树脂制成的构造中，隔板3可以容易地熔化，并且由此，在蓄电单电池中产生的热能可以被隔板3高效地吸收。隔板3由带有高耐热性的材料(热塑性树脂)制成的构造使得可以减小隔板3的厚度，以改善安装性能，和/或在特定量的空间内安装更多的单元。
相反，布置在隔板3中的间隔件4a到4d由无机材料制成，并且由此当从蓄电单电池接收热时不会熔化。如图5所示，当介于例如第一蓄电单电池1和第二蓄电单电池2之间的隔板3已经完全熔化时，在第一蓄电单电池1和第二蓄电单电池2之间仅留有间隔件4a到4d。
将间隔件4a到4d夹在中间的第一蓄电单电池1和第二蓄电单电池2始终受到在预定方向(箭头DR所示的方向)上施加的指向内的力(即，在第一蓄电单电池和第二蓄电单电池彼此接近的方向上施加的力)。在隔板3熔化之前，间隔件4a到4d中的每一个间隔件的每个端部在隔板3的表面处暴露，并且与第一蓄电单电池1或者第二蓄电单电池2接触。
即使当隔板3已经熔化时，间隔件4a到4d也照原样保留，而不会改变它们在第一蓄电单电池1和相邻的第二蓄电单电池2之间的位置。间隔件4a到4d能够保持在第一蓄电单电池1和相邻的第二蓄电单电池2之间的间隙。另外，使用间隔件4a到4d可以提高隔板3的强度。
当隔板3已经熔化时，在相邻的蓄电单电池之间形成预定量的空间(空气层)。空气层的存在减轻了处于异常条件下的蓄电单电池的热被传递到其它蓄电单电池的情况。空气层的存在还减轻了其它蓄电单电池以连锁反应方式一个接一个地产生热的情况。图6是其中隔板3已经由于热而熔化的对照实例的蓄电装置的概略截面视图。
如在之前的段落中所述，近年来，已经要求蓄电单电池具有越来越大的容量。随着蓄电单电池的容量增加，在过度充电和/或损坏时产生的热也增加，从而进一步提高了温度。本实施例中使用的间隔件4a到4d由无机材料制成，并且因此具有足够高的熔点(耐热温度)。如果间隔件的熔点(耐热温度)低于无机材料的熔点，则间隔件可能会与隔板一起熔化，从而允许蓄电单电池形成彼此接触，如图中6所示。本实施例能够有效地减轻这种现象。
在相邻的蓄电单电池之间仅存在间隔件4a到4d，并且因此，空气路径可以留在此处。当间隔件4a到4d具有柱形形状时，留下空气路径的可能性更高。处于异常条件下的蓄电单电池的热可以在多个方向上扩散，并且向其它蓄电单电池的热传递得到减轻。当隔板3由热塑性树脂制成时，整个隔板3可以容易地熔化，并且由此多条空气路径可以在蓄电单电池之间形成。
间隔件4a到4d的数目、形状和位置与布置间隔件4a到4d的方向(定向)可以被适当地选择，使得间隔件4a到4d的使用起到保持在相邻蓄电单电池之间的间隙的作用。间隔件4a到4d可以是球形的。
例如，参考图3和图4，第一蓄电单电池1的侧表面1S具有中心部1C和外周部1P。中心部1C在与预定方向(箭头DR所示的方向)正交的平面内方向上位于侧表面1S的中心处，并且外周部1P在平面内方向上限定侧表面1S的外周边。如图4所示，在基准方向CL上的间隔件4c和中心部1C之间的第一距离D1可以被设定为比在基准方向CL上的间隔件4c和外周部1P之间的第二距离D2短。基准方向CL是当从与预定方向(箭头DR所示的方向)平行的方向观察隔板3和第一蓄电单电池1时连接间隔件4c和中心部1C的线的方向。基准方向CL在与预定方向(箭头DR所示的方向)正交的平面中笔直地延伸。
间隔件4c被定位成满足上述关系。这意味着间隔件4c位于第一蓄电单电池1的侧表面1S的中心区域的附近。当从第一蓄电单电池1中的发电部件产生气体时，第一蓄电单电池1可能在侧表面1S的中心区域处隆起。间隔件4c能够有效地抵制第一蓄电单电池1的隆起。理想地，所有其它间隔件4a、4b、4d都满足该同一关系。
从设计、生产等的观点来看，间隔件4a到4d可以被布置在将第一蓄电单电池1的侧表面1S在参考图4的宽度方向上划分成三个相等部分的线上。在该构造中，间隔件4a、4c在宽度方向上以规则间隔P1间隔开，并且间隔件4b、4d在宽度方向上以规则间隔P1间隔开。类似地，间隔件4a到4d可以被布置在将第一蓄电单电池1的侧表面1S在高度方向上划分成三个相等部分的线上。在该构造中，间隔件4a、4b在高度方向上以规则间隔P2间隔开，并且间隔件4c、4d在高度方向上以规则间隔P2间隔开。这些构造能够有效地减轻在相邻的蓄电单电池之间的接触。
此外，该多个间隔件4a到4d可以被定位成满足在与预定方向(箭头DR所示的方向)正交的平面中、关于预定位置(例如，中心部1C)点对称的关系。可替代地，该多个间隔件4a到4d可以被定位成满足在与预定方向(箭头DR所示的方向)正交的平面中、关于预定直线线对称的关系。例如，预定直线可以是穿过中心部1C并且与侧表面1S的宽度方向平行的直线L1。例如，预定直线可以是穿过中心部1C并且与侧表面1S的高度方向平行的直线L2。间隔件4a到4d能够使用均匀分布的力来承受在异常情况下施加的在宽度方向上和/或在高度方向上的载荷，并且由此有效地减轻在相邻的蓄电单电池之间的接触。
(第一变型)
如在图7中的隔板3M的情况下，间隔件的数目可以是五个(间隔件4a到4e)。在隔板3M中，间隔件4a到4d被布置成靠近外周部(外周部1P)，并且间隔件4e被布置成靠近中心部(中心部1C)。该构造也可以具有类似于上述功能和效果的功能和效果。
(第二变型)
如在图8中的隔板3N的情况下，间隔件的数目可以是一个(间隔件4a)。在隔板3N中，间隔件4a具有柱形形状，并且间隔件4a的内部填充有树脂4p。间隔件4a被布置成靠近中心部(中心部1C)。无机材料具有高的耐热性(熔点)，并且还可以具有高的热导率。与具有与间隔件4a的直径相同的柱形形状的间隔件相比，具有树脂4p的根据该变型的间隔件4a能够减少在蓄电单电池之间的热传递。当在间隔件4a的内部中存在密闭空间时，可能发生冷凝。然而，树脂4p的存在减轻了冷凝。
本文公开的实施例和实例在任何方面都是示意性的并且是非限制性的。由权利要求书指示的技术范围旨在包括在与权利要求书的术语等同的范围和含义内的任何变型。

Claims (6)

1.一种蓄电装置，包括：
第一蓄电单电池和第二蓄电单电池，所述第一蓄电单电池和所述第二蓄电单电池在预定方向上彼此间隔开，并且被定位成使得所述第一蓄电单电池的侧表面和所述第二蓄电单电池的侧表面彼此面对；
隔板，所述隔板由热塑性树脂制成，并且介于所述第一蓄电单电池的侧表面和所述第二蓄电单电池的侧表面之间；以及
间隔件，所述间隔件由无机材料制成，并且被布置成在所述预定方向上穿过所述隔板。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中：
所述隔板限定在所述预定方向上穿过所述隔板的开口，并且
所述间隔件通过压配合被布置在所述开口的内侧。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电装置，其中，所述间隔件具有在所述预定方向上延伸的柱形形状。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的蓄电装置，其中：
所述第一蓄电单电池的侧表面具有中心部和外周部，所述中心部在与所述预定方向正交的平面内方向上位于所述第一蓄电单电池的侧表面的中心处，所述外周部在所述平面内方向上限定所述第一蓄电单电池的侧表面的外周边，并且
在基准方向上的所述间隔件和所述中心部之间的第一距离比在所述基准方向上的所述间隔件和所述外周部之间的第二距离短，所述基准方向是连接所述间隔件和所述中心部的线的方向。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的蓄电装置，其中，所述隔板包括多个所述间隔件。
6.根据权利要求5所述的蓄电装置，其中，所述多个所述间隔件被定位成满足在与所述预定方向正交的平面中关于预定位置点对称的关系，或者满足在与所述预定方向正交的平面中关于预定直线线对称的关系。
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