具体实施方式
“电池模块的示意性构造”
参照图1至图3描述根据本公开实施方式的电池模块。图1是电池模块100的六面视图(正视图、右侧视图、左侧视图、仰视图、平面图、以及后视图)。图2是电池模块100的透视图。图3是电池模块100的分解透视图。图4是电池单元的透视图。
电池模块100具有作为第一和第二调节部件的端板102和103。端板102和103安置于靠近底板101的端部的固定位置上(基本直角)。底板101是由诸如铁的金属制成的板。底板101设置有用于增加强度的肋。电路板104固定于端板102。构成用于控制电池模块的电路的电路元件安装在电路板104上。
端板102沿堆叠方向相对于底板101可移动,另一端板103固定于底板101。例如,端板102通过偏心凸轮135而移动,更靠近端板103。端板102和103彼此平行设置。电池组105插入一空间中,端板102与103经过该空间而彼此面对。由于端板102移动得更靠近端板103,所以用于在端板102和103之间挤压电池组105的力增加,从而将电池组105刚性地保持在一起。
通过堆叠N个电池支撑件(其均包括多个电池)(下文,称作托架),获得电池组105。例如,在每个托架内均包括两个电池。例如,每个电池都是锂离子二次电池。在托架内包含多个电池的结构称作电池单元。每个托架是合成树脂模制部件。
例如,在图4中,三个堆叠的电池单元1-1、1-2、以及1-3被示出为彼此独立。每个电池单元具有托架2-1、2-2、2-3。在没有必要彼此区分每个单独的电池单元的情况下,对应的电池单元称作“电池单元1”。在没有必要彼此区分每个单独的托架的情况下,对应的托架称作“托架2”。
托架2由绝缘材料(合成树脂)制成。托架2具有框架形状,其顶部、底部和两侧是连接的,且其端面基本垂直于堆叠方向。例如,托架2包含两个电池。托架2具有在其端面中形成的开口,当托架2堆叠在一起时,开口面向相邻电池单元的托架。通过该开口暴露托架2内包含的电池3-1、3-2、3-3的主面。在没有必要彼此区分每个单独的电池的情况下,对应的电池称作“电池3”。电池3具有板状形状或矩形平行六面体形状。在电池3的表面中,具有最大表面面积的端面称作主面。
例如,在电池组105具有N=12堆叠电池单元的情况下,24个电池组成电池模块100。例如,在电池单元1中,两个电池平行连接。该连接称作2P。当两个电池单元1平行连接时,这个连接称作4P。当4P构造中的6组电池串联连接时,如此产生的电池模块100具有4P6S连接。通过考虑对于每个单独的2P电池单元所必需的输出电压、输出电流、容量等,确定使用的连接的特定构造。
对于电池单元1中的2P连接,使用第一板状导电件(下文称作电池母线)4-1、4-2、4-3。电池母线例如是具有镀镍的铜的导电体,并且形状为板状形状。在不需要彼此区分每个单独的电池母线的情况下,对应的电池母线简单称作电池母线4。电池母线4连接至每个电池单元1的托架2的任一侧面。
此外,为了在电池单元1之间建立连接,使用由铜、铝等制成的第二板状导电件(下文称作单元母线)106A、106B。在多个电池单元1上连接单元母线106A、106B,以在所需电池单元1之间建立连接。
从每个电池单元的侧面伸出的六角头螺栓被按压通过形成在单元母线106A、106B中的每个孔,并且利用螺母107A、107B被紧固。在这种情况下,单元母线106A、106B预先连接到由合成树脂制成的母线盖108A、108B中形成的窗口内。母线盖108A、108B用作用于单元母线106A、106B的绝缘连接导向件。
通过单元母线106A、106B以期望构造而连接的电池组105被连接在底板101上。沿着沿堆叠方向延伸的底板101的一个端面,设置保留部109。在电池组105中的每个电池单元的每个托架中所设置的凹部与保留部109彼此配合,从而实现电池组105的定位。
板簧(称作弹簧板)110连接在沿堆叠方向延伸的底板101的另一端面。弹簧板110与设置在每个托架中的凹部弹性配合。弹簧板110的弹性力产生用于将电池组105固定于底板101的力。
在电池组105固定于底板101之后,顶板111被连接,以放置成跨过端板102和103之间。顶板111设置有用于将电力输出至外部的端子112A和112B。
下面描述上述电池模块100的主要部件。“托架”
图5是托架2的六面视图。图6是托架2的透视图。托架2具有在电池单元1的堆叠方向延伸的侧端面(顶面21A、底面21B、侧面21C、以及侧面21D)。表示电池单元的正或负极的标记印在托架2的侧面的上部位置和下部位置上,以及托架2的正面和背面上。通过旋转电池单元1,可以使相邻电池单元的极性相同或相反。
通过从端面向内切除而使得顶面21A和底面21B的中间部分变窄。结果,通过堆叠托架2,例如,形成具有1mm宽度的缝隙,冷却剂(冷却空气)通过缝隙流入托架2中,以冷却托架2内的电池3。
为了诸如需要高输出、大容量的电池的车辆,重点考虑每体积的能量密度。另一方面,为了冷却电池组105,需要使得冷却剂经过的结构,并且这种结构成为增加体积的因素。由于电池的最大表面区域(主面)之间确保的间隙,依照冷却系统,根据本公开实施方式的构造能够适于冷却剂从电池模块的顶面向底面、从底面向顶面、或从一个侧面向相对的侧面而移动。这种构造可以最小化体积的增加。
隔板22垂直于堆叠方向设置在框架状的托架2内部。隔板22位于托架2内包含的两个电池的主面之间,主面彼此面对。
接合部23A至23D设置在托架2的相应四个角部上。为了在堆叠电池单元1时将相邻电池单元1连接在一起,形成接合部23A至23D。同样如图6和图7A至图7D所示,设置圆锥形突起24、以及与圆锥形突起24的形状一致以适配于突起24的凹部25,作为各个接合部。圆锥形突起24周围的区域形成为矩形缺口,限定凹部25周围升高的区域,并且突起适配于缺口内部,从而便于定位。
配置接合部23A至23D,使得圆锥形突起24与凹部25彼此面对,而不考虑电池单元是否以相邻电池单元的极性相同或相反的方式而定向。在位于靠近底面21B的每个接合部23B和23D中设置具有V形截面的凹口。底板101的。底板101的保留部109或弹簧板110适配于凹口。此外,角部中的接合部中的一个在形状上不同于其它的接合部。例如,斜向切除接合部23A的边缘。这用于识别电池单元1的方向。
在如图7C所示堆叠两个电池单元1的状态下,接合部的圆锥形突起24和凹部25彼此适配。在此状态下,圆锥形突起24的表面与凹部25的内表面形成点接触或在一小面积上彼此接触,两个表面之间限定了微小空间。进而,当沿堆叠方向施加压力时,如图7D所示,凹部25的内表面展开,并且圆锥形突起24的表面与凹部25的内表面彼此面接触,从而在无格格的响声的情况下将两个电池单元1牢固连接在一起。所设置的突起不必须是圆锥形的,而可以具有球形等形状。
在需要高输出、大容量的诸如车辆的应用中,有必要有效串联或并联连接多个电池单元。在这种情况下,有时以通过利用弹簧或弹性体施加预载至整个电池组的应用,将电池组装配在一起。然而,在这种情况下,不得不考虑多个部件的蠕变(creep),使得难以将多个电池单元连接在一起。如上所述,根据本公开实施方式,托架2设置为能够用作弹簧替代品的形状,从而使得可以构造不发出格格的响声的电池模块,且不考虑由于多个部件的温度变化而引起的收缩/膨胀或蠕变。
用于电连接托架内部电池的电池母线连接至托架2的侧面21C和21D。侧面21C、21D设置有孔26。用于将电池母线旋拧在适当位置的螺钉穿过孔26。在孔26上方和下方形成定位突起。此外,在侧面21C、21D中形成接收部27。接收部27容纳六角头螺栓的头部分,以停止六角头螺栓的旋转。
电池单元设置有用于检测电池单元内部的电池温度的温度检测元件。在托架2的侧面21C和21D中形成延伸到托架2内部的缺口28。温度检测部件(下文称作热敏电阻器帽)具有温度检测元件,例如,设置在一个端面上的热敏电阻器适配于缺口28。
“电池单元”
图8是电池单元1的分解透视图。电池3A和3B包含在上述托架2内部。电池3A的主面经由具有良好热传导性的双面胶带31A固定于托架2的隔板22的一面上。电池3B的主面经由双面胶带31B固定于托架2的隔板22的另一面上。类似于隔板22,双面胶带31A、31B在中心具有开口。双面胶带31A、31B将电池3A、3B固定到位,同样用作传热片。
电池母线4A通过螺钉32A和金属保持件33A连接至托架2的侧面21C。电池母线4B通过螺钉32B和金属保持件33B连接至托架2的侧面21D。在没有特别需要彼此区分每个电池母线4A和4B的情况下,对应的电池母线称作电池母线4。在没有特别需要彼此区分每个金属保持件33A和33B的情况下,对应的金属保持件称作金属保持件33。
图9A和9B分别是电池母线4的六面视图和透视图。图10A和10B分别是金属保持件33的六面视图和透视图。通过弯曲该板状金属导电体来制备电池母线4。电池母线4是大体带状的,并且具有用于将电池母线4连接至托架2的孔34。在孔34的上方和下方设置定位孔。孔34的两侧基本上以直角弯曲,形成平行弯曲部分。在没有形成弯曲部分的端部上形成用于连接单元母线的孔35。
如图10A和10B所示,通过弯曲该板状金属导电体来制备金属保持件33。金属保持件33基本在中心位置上具有螺孔36,腿设置在任一端上。如图8所示,金属保持件33A、33B安置在由树脂制成的托架2的侧面21C、21D的内部限定的空间中。于是,螺钉32A、32B穿过电池母线4A、4B中的孔34和托架中的孔26,并且拧入金属保持件33A、33B的螺孔36的位置。
在将电池母线固定于托架(树脂部件)的情况下,通常,用于将电池母线固定和紧固于托架上所需的母螺丝(female thread)是插入型模制的(insert-molded)。然而,这种插入型制模的使用导致了由于上升温度下树脂蠕变造成的应力破裂。此外,电池母线使用铜或铝,因此具有较弱的材料强度,所以插入可通过在紧固期间施加的旋转扭矩而被驱动。
根据本公开实施方式,具有母螺纹的金属保持件33安置在托架2的凹部,并且通过螺钉与电池母线4紧固在一起。虽然金属保持件33试图利用旋转扭矩旋转,但是金属保持件33被凹下部分所保持,并且母螺丝没有因此破裂或被移动。此外,由于没有如具有插入螺母的情况那样预先在树脂部分中插入母螺丝(female thread),所以可以减小由于树脂蠕变而引起的破裂的风险。
电池3A和3B的引线电极(下文称作阴极接片和阳极接片)结合至电池母线4A和4B的相应弯曲部分。例如,电池3A和3B的阴极接片通过焊接结合至电池母线4A,而电池3A和3B的阳极接片通过焊接结合至电池母线4B。可以使用诸如激光焊接的各种方法作为焊接方法。
由树脂模制的保护盖37A和37B分别连接至电池母线4A和4B,而电池母线4A和4B已经连接至托架2且电池的阴极和阳极接片已经分别连接至该电池母线4A和4B。保护盖37A和37B的形状使得能够覆盖电池母线4A和4B的各个弯曲部分之间的区域。从为了安全而确保绝缘距离的角度,设置了保护盖。
设置穿过电池母线4A和4B中的孔35的六角头螺栓38A和38B。如上所述,在托架2的侧面21C、21D中形成用于接收六角头螺栓38A、38B的头部分的接收部27。六角头螺栓38A、38B的头部分安置在接收部27中,并且螺栓部分穿过电池母线4A、4B中的孔35且从电池母线4A、4B伸出至外部。单元母线106A、106B通过螺母107A、107B和母线盖108A、108B连接至六角头螺栓38A、38B的伸出的螺栓部分(参见图3)。
热敏电阻器帽41A和41B分别适配于在托架2的侧面21C和21D中形成的缺口28。在没有特别需要彼此区分每个热敏电阻器帽41A和41B的情况下,对应的热敏电阻器帽称作热敏电阻器帽41。图11A和11B分别是热敏电阻器帽41的六面视图和透视图。
热敏电阻器帽41具有覆盖缺口28的板状底部50,并且热敏电阻器51基本垂直于底部50设置。在底部50的背面上的块中形成防拆分的爪。底部50是电连接至热敏电阻器51的导体部分。用于热敏电阻器51的电连接的引线(lead wire)被焊接至底部50。
在根据本公开实施方式的构造中,热敏电阻器51可以连接至靠近电池电极(重要温度测量点)的电池的端面。通过将热敏电阻器51与帽结构结合,可以提高制造的容易性,并且防止杂质传播(instruction of foreignmatter)。此外,额外的优点包括电池单元死区的有效利用,且不增加电池单元外部尺寸。
“单元母线”
如图12所示,六角头螺栓38-1、38-2、以及38-3从相邻电池单元的对应的那些而伸出。这些伸出的螺栓部分均穿过在单元母线106(单元母线106A和106B统一称作单元母线106)中形成的孔。于是,通过从末端插入螺母107-1、107-2、107-3,以及通过紧固螺母107-1、107-2、107-3,将单元母线106连接,以电连接至每个电池单元的电池母线。在图12中,为简便起见未示出母线盖。
如图13的三面视图(正面、侧面、以及背面)示出的,单元母线106是由诸如铜或铝的金属制成的带状电极板。如上所述,单元母线106具有孔113,六角头螺栓的螺栓部分穿过每个孔113。根据将被连接在一起的电池单元的数量来确定单元母线106的长度。设定图13所示的单元母线106的长度,使得6个电池单元一侧上的电极连接在一起。
在连接多个电池单元的电池母线的情况下,在紧固螺母之后,通过填塞而在每个电池母线中形成公柱头螺栓。然而,存在的可能性是,填塞部分可能由于紧固期间作用的旋转扭矩而破裂。同样,由于由树脂制成的托架随着温度而膨胀和收缩,使得应力施加给公柱头螺栓,引起填塞部分的破裂。
根据本公开实施方式,托架2设置有接收部27,六角头螺栓38的头部放置在接收部27中,于是在以螺母107紧固之后,从上面覆盖单元母线106。虽然六角头螺栓38试图利用旋转扭矩旋转,但是六角头螺栓38被接收部27保持,并且处于与电池母线4完全分离的浮动状态中。因此,电池母线4没有由于紧固期间作用的旋转扭矩而破裂。同样对于托架2的热收缩,由于应力没有如填塞情况一样集中在填塞部分上,所以破裂没有发生。
“母线盖”
图14是母线盖108A的六面视图。尽管在下面描述母线盖108A,但是其它的母线盖108B与母线盖108A是相同的结构。母线盖108A是树脂模制部件。母线108A具有母线连接部115、底部116、以及支撑部117A、117B、117C。母线连接部115具有基本等于电池组105的全长的长度。底部116平行于母线连接部115。支撑部117A、117B以及117C放置成横过母线连接部115与底部116之间。
母线盖108A连接至电池组105的侧面。母线盖108的母线连接部115连接至对应于电池组105的单元母线106A的连接位置的位置。底部116位于电池组105的侧面的下部。在母线连接部115中形成母线连接窗118。单元母线可以包含在母线连接窗118中。即,母线连接窗118的长度和宽度基本上等于单元母线106A的长度和宽度。
为了将单元母线106A连接至电池组105,单元母线106A预先放置于母线盖108A的母线连接窗118内。于是,如上所述,单元母线106A固定于电池组105。同样,单元母线106B预先放置于母线盖108B的母线连接窗118内,并且固定于电池组105。
当将单元母线106A、106B连接至电池组105时,特别是当连接多个单元母线时,由于操作人员错误安装而在电极之间可以发生短路,这造成危险。根据本公开实施方式,在单元母线106A、106B早先连接至母线盖108A、108B的状态中执行安装,从而防止由于安装错误而引起的电极之间的短路。单元母线106A、106B可以在安装母线盖108A、108B之后被连接。
“二次电池的构造”
图15A是示出根据本公开实施方式的电池3的外观的示意图。图16是电池3的六面视图。电池3是诸如锂离子二次电池的非水电解质电池。图15B是示出电池3的构造的示意图。图15B示出电池3的构造,电池3的底面和顶面与图15A所示的相比是颠倒的。图15C是示出电池3的外观的底侧的示意图。电池3包括电池元件42和容纳电池元件42的封装件43。电池3具有第一主面和第二主面。
封装件43包括容纳电池元件42的第一封装部43A、以及用作覆盖电池元件42的盖子的第二封装部43B。优选地,封装件43与电池元件42彼此紧密接触。例如,设定电池元件42的厚度大约是5mm至20mm。电池元件42的放电容量在不小于3Ah以及不大于50Ah的范围内。
电池元件42具有堆叠电极结构,其中,基本矩形的阴极和面向阴极设置的基本矩形的阳极交替堆叠,并且隔离件夹于其间。同样,从电池元件42引出暴露的阴极电流控制器部和暴露的阳极电流控制器部。暴露的阴极电流控制器部连接至多个阴极中的每个。暴露的阳极电流控制器部连接多个阳极中的每个。阴极接片44和阳极接片45分别连接至暴露的阴极电流控制器部和暴露的阳极电流控制器部。
对于阴极接片44和阳极接片45的材料,例如,可以使用诸如镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)、不锈钢(SUS)、或钛铝(TiAl)、或包含磷(P)、银(Ag)、锡(Sn)、铁(Fe)、锆(Zr)、铬(Cr)、硅(Si)、镁(Mg)、或镍(Ni)的合金的材料。在这些材料中,特别优选铜(Cu)、铝(Al)、或铜(Cu)合金。
上述电池元件42封装在封装件43中,从封装件43的密封部分引出阴极接片44和阳极接片45至电池3的外部。封装件43具有凹部46,通过向至少一面或两面施加深拉延(deep drawing)而形成凹部46。电池元件42包含在凹部46中。在图15B中,在封装件43的第一封装部43A中形成凹部46,并且电池元件42包含在凹部46中。
于是,放置第二封装部43B以覆盖凹部46的开口,并且凹部46的开口周围的区域通过诸如焊接的附着(adhesion)而密封。从两个相对侧面引出分别连接至阴极电流控制器和阳极电流控制器的阴极接片4和阳极接片45。
例如,封装件43是具有柔韧性的膜。如图15D所示,在封装件43具有的结构中,热熔树脂层47、金属层48、以及表面保护层49经由粘附层顺序堆叠。热熔树脂层47侧上的端面是容纳电池元件42的面。热熔树脂层47与电池元件42的表面更优选地彼此紧密接触。热熔树脂层47的材料实例包括聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。对于金属层48的材料,优选是具有柔韧性的金属,例如,铝(Al)或铝(Al)合金。表面保护层49的材料实例包括尼龙(Ny)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
具体地,例如,封装件43由包括以此顺序粘合在一起的聚乙烯膜、铝箔、尼龙膜的铝层压膜而制成。安置封装件43,使得其聚乙烯膜侧面向电池元件42,且它们的外边缘通过熔融或粘合剂而彼此紧密接触。代替上述的铝层压膜,封装件43可以由具有另一结构的层压膜制成,例如,诸如聚丙烯的聚合物膜、或金属膜。
根据本公开实施方式的电池的构造不限于上述构造。例如,可以使用堆叠结构,通过以狭长带状来形成隔离板、以Z字形方式向后折叠隔离板、以及在已经向后折叠的隔离板之间放置阴极和阳极而获得该堆叠结构。此外,还可以使用的结构是,其中,在膜封装件中容纳连接有阴极和阳极引线的滚压(rolled,包金箔的)电极。
上述电池3的阴极接片44从托架2的一个侧面引导至外部,并且结合至电池母线4A。阳极接片45从托架2的另一侧面引导至外部,并且结合至电池母线4B。
“底板”
图17是底板101的六面视图。图18是底板101的透视图。底板由诸如铁的金属制成。沿着在堆叠方向中延伸的底板101的一个端面整体地模制保留部109。保留部109插入电池组105的侧面下部中的凹部。在底板101的一端上形成用于将端板102固定在适当位置上的螺孔121和122。在底板101的另一端上形成用于将端板103固定在适当位置上的螺孔123和124。
弹簧板110与没有形成保留部109的底板101侧上的端面相适配。图19是弹簧板110的六面视图。在弹簧板110的两个端部上形成用于将弹簧板110连接至底板101的螺孔125和126。弹簧板110是板簧。具有V形横截面的弹簧板110的可移动端127插入电池组105的下部中的凹部。弹簧板110的弹性力使电池组105被挤压在底板101的保留部109与弹簧板110之间。
尽管螺钉是用于将电池组105固定于底板101的最常用的部件,但是螺钉的使用同样是增加整体重量的因素。在高输出、大容量电池的情况下,重点考虑单位体积的能量密度。类似地,同样重点考虑单位重量的能量密度。因此,螺钉的频繁使用不是优选的。
根据本公开实施方式,如上所述,通过利用保留部109和底板110来下压电池组105,电池组105可以被固定在适当位置上而无需使用螺钉。因此,可以最小化整体重量的增加。此外,组装容易。
“端板”
图20是端板102的六面视图。端板103具有与端板102相同的构造。在端板102(树脂模制部件)的外侧面上形成网格状肋。在肋部分中形成多个隆起(boss)128。隆起128均具有螺孔128,可以将电路板104连接至端板102的外侧。
面向电池组105的端板102内侧上的主面129形成为平面。使得主面129与电池组105端部上的托架紧密接触。端板102的底面具有狭长孔130,用于将端板102连接至底板101。端板102的顶面具有用于连接顶板111的孔131。
在相对端板102和103之间的空间中放置电池组105。端板102在电池组105的堆叠方向中可移动,并且端板103是固定的。允许移动的量不小于在沿堆叠方向向电池组105施加压力时产生的振动的大小的变化量。由于接合部23A至23D能够收缩,所以沿堆叠方向向电池组105施加压力,导致了电池单元更紧密的堆叠。结果,能够避免电池组105发出格格的响声。因此,电池组105沿堆叠方向的长度并没有固定在其设计值,而是波动的。为了适应这种波动,端板102因此形成为在堆叠方向可移动。
偏心凸轮135用于使端板102可移动。图21是偏心凸轮135的五面视图(正面视图、平面视图、底面视图、以及两个侧面视图)。偏心凸轮135具有在圆柱形旋转部136中形成的轴孔137。轴孔137形成的位置相对于圆柱体的中心位置是偏移的。结果,当偏心凸轮135被插入到轴孔137中的轴所旋转时,轴的中心与旋转部136的周缘表面之间的距离根据旋转角度而变化。
如图2和图3所示,上述偏心凸轮135用于连接端板102的底部。因此,如图22A和图22B所示,可以通过偏心凸轮135改变端板102的外侧面的位置。例如,如图22A所示,在电池组105在堆叠方向中收缩的状态中,在偏心凸轮135的旋转部136的外围面与端板102之间存在一点间隙。这种情况下,如图22B所示,旋转偏心凸轮135,以使偏心凸轮135的旋转部136的外围面与端板102紧密接触。因此,偏心凸轮135可以保持电池组105的电池单元之间紧密接触的状态。
存在电池模块的组装由于各个电池单元等之间的尺寸变化而变难的时候。使用上述偏心凸轮135可以吸收部件尺寸的变化,并且将电池组可靠的下压在适当位置上。另一优点是,没有必要根据这种部件的变化而准备具有不同尺寸的多个部件。此外,可以防止由于诸如树脂膨胀/收缩或振动的因素而引起装配结构发出格格的响声。
“顶板”
图23是顶板111的六面视图。图24A和24B是示出端子结构的透视图。顶板111是树脂模制部件。母线141A和141B分别连接至端子112B和112C。母线141A和141B分别连接至电池组105的最终正负电力提取位置。端子112B具有L形状的截面,并且延伸至顶板111的顶面。
为了沿着顶板111的一个短侧放置端子112A和112B,如图25A中虚线所表示的,设置连接端子112A和端子112C的母线142。如图25B所示,可以设置连接端子112C和端子112A的母线143,以沿着顶板111的长侧放置端子112A和112B。
端子螺栓144A和144B从端子112A和112B伸出。当连接至另一电池模块时,使用端子螺栓144A和144B。每个端子螺栓144A和144B通过母线连接至设置在另一电池模块中的对应端子螺栓,从而连接多个电池模块。
端子螺栓144A、144B以及端子112A、112B形成为独立部件。如图24B所示,底部145通过焊接、填塞等固定于端子螺栓144B的一端。在对应于端子112B的顶板111背面的位置上形成凹部146。凹部146具有与底部145的形状一致的形状。底部145在端子螺栓144B穿过端子112B的孔的状态中适配于凹部146中。同样,其它端子螺栓144A是相对于端子112A的独立部件。
当经由端子112A、112B互相连接多个电池模块时,存在的可能性是,在连接或拖拉期间施加的振动可能在电池模块互相连接的部位上引起应力集中,导致端子螺栓破裂。根据本公开实施方式,端子螺栓144A、144B形成为相对于端子112A、112B的独立部件,从而可以防止端子螺栓144A、144B中局部应力的产生。
“接合部的变型”
在上述实施方式中,接合部包括圆锥突起24和凹部25。橡胶部件151可以用作这种接合部。图26是示出橡胶部件151实例的三面视图。橡胶部件151是大体圆筒形状,并且配置成沿高度方向收缩。
如图27A示意性示出的,橡胶部件151放置于端板102与电池组105一个端侧上的电池单元之间。当尺寸变化等存在时,橡胶部件151如图27B所示收缩,吸收尺寸变化。以这种方式,使用橡胶部件151可以吸收部件尺寸的变化,并且将电池组105可靠下压在适当位置上。另一优点是,没有必要根据这种部件的变化而准备具有不同尺寸的多个部件。在使用橡胶部件151的情况下,没有必要使端板102和103中的一个可移动,两个端板都可以是固定的。
可以以下述构造执行本公开。
(1)
一种电池模块包括:
多个电池支撑件,均具有侧面以及垂直于堆叠方向的端面,所述电池支撑件均包括多个电池且由绝缘材料制成;
接合部,位于一个电池支撑件的所述端面与邻近所述一个电池支撑件的另一电池支撑件的所述端面之间,并且当所述电池支撑件被堆叠时所述接合部沿所述堆叠方向收缩以使所述电池支撑件的所述端面彼此紧密接触;
电池组,具有利用置于所述电池支撑件之间的所述接合部而堆叠在一起的所述电池支撑件;
底板;以及
第一调节板和第二调节板,置于所述底板上的固定位置以便彼此面对,所述第一调节板和第二调节板夹着所述电池组,所述电池组布置在一空间中,所述第一调节板和第二调节板经过所述空间而彼此面对,并且所述第一调节板和第二调节板在所述接合部收缩的状态中堆叠。
(2)
根据(1)所述的电池模块,其中,
所述接合部具有;
突起,形成在所述一个电池支撑件的端面上;以及
凹部,形成在另一电池支撑件的端面的对应于所述突起的位置上,
所述接合部在所述突起与所述凹部彼此适配的状态中具有在所述突起的表面与所述凹部的内表面之间限定的间隙,并且
在所述一个电池支撑件与所述另一电池支撑件彼此紧密接触时,所述突起的表面与所述凹部的内表面彼此紧密接触。
(3)
根据(1)或(2)所述的电池模块,进一步包括位移生成部,所述位移生成部与所述第一调节板和所述第二调节板中的一个关联地设置,以使所述第一调节板和所述第二调节板中的所述一个沿所述堆叠方向而相对于所述底板能够移动。
(4)
根据(1)、(2)(3)中任一项所述的电池模块,其中,所述接合部包括沿所述堆叠方向收缩的弹性件,所述弹性件位于彼此面对的所述一个电池支撑件的端面与所述另一电池支撑件的端面之间。
(5)
根据(1)、(2)、(3)、以及(4)中任一项所述的电池模块,其中,每个所述电池支撑件具有缝隙,并且在两个所述电池支撑件彼此紧密接触的状态中,所述侧面中形成所述缝隙。
(6)
根据(1)、(2)、(3)、(4)、以及(5)中任一项所述的电池模块,其中,每个所述电池支撑件具有开口,所述开口暴露了每个所述电池支撑件内包含的每个所述电池的主面。
(7)
根据(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、以及(6)中任一项所述的电池模块,进一步包括连接至每个所述电池支撑件的所述侧面的第一板状导电件,其中:
所述电池均具有电极;以及
每个所述电池支撑件内包含的每个所述电池的所述电极结合至所述第一板状导电件。
(8)
根据(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)以及(7)中任一项所述的电池模块,进一步包括:
第一板状导电件,其连接至每个所述电池支撑件的所述侧面,并且连接在每个所述电池支撑件内包含的所述电池之间;以及
第二板状导电件,以基本垂直于所述第一板状导电件的形式被连接,并且电连接至所述第一板状导电件,
其中,所述第二板状导电件在所述电池组中建立连接。
(9)
根据(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)以及(8)中任一项所述的电池模块,进一步包括:
第一板状导电件,连接至每个所述电池支撑件的侧面,并且连接在每个所述电池支撑件内包含的所述电池之间;以及
第二板状导电件,以基本垂直于所述第一板状导电件的形式被连接,并且电连接至所述第一板状导电件,
其中,所述第二板状导电件在所述电池组中建立连接,以及
以与每个所述电池支撑件分离的形式来支撑所述第二板状导电件。
(10)
根据(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)以及(9)中任一项所述的电池模块,进一步包括:
第一板状导电件,连接至每个所述电池支撑件的侧面,并且连接在每个所述电池支撑件内包含的所述电池之间;以及
第二板状导电件,以基本垂直于所述第一板状导电件的形式被连接,并且电连接至所述第一板状导电件,
其中,所述第二板状导电件在所述电池组中建立连接,以及
所述电池模块进一步包括绝缘件,所述绝缘件覆盖所述第一板状导电件的表面的除了所述第一板状导电件和第二板状导电件的连接部分之外的部分。
(11)
根据(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)以及(10)中任一项所述的电池模块,进一步包括导向件,所述导向件由绝缘材料制成,并且具有沿所述电池组的堆叠方向延伸的位置调节窗,
其中,通过将所述第二板状导电件预先置于所述位置调节窗中而连接所述第二板状导电件。
(12)
根据(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)以及(11)中任一项所述的电池模块,进一步包括:
顶板,面对所述底板;
端子,电连接至所述电池组的连接端子位置,并且引出至所述顶板的外端面;以及
端子螺栓,从所述端子伸出,
其中,以与所述顶板分离的形式来支撑所述端子螺栓。
(13)
根据(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)以及(12)中任一项所述的电池模块,进一步包括温度检测部件,所述温度检测部件在一个表面上具有温度检测元件,所述温度检测元件检测每个所述电池支撑件内包含的每个所述电池的温度,
其中,每个所述电池支撑件具有形成在侧面上的开口,以及
所述温度检测部件适配在所述开口中。
“作为应用实例的用于住宅的电力存储系统”
参照图28,描述应用于用于住宅的电力存储系统的本公开实施方式的实例。例如,在为住宅201设计的电力存储系统200中,从包括热力发电202a、核能发电202b、以及水力发电202c等的中央电力系统202经由电网209、信息网212、智能电表207、以及电能枢纽(hub)208等向电力存储装置203供电。电力同样从诸如家用发电机204的独立电源向电力存储装置203供电。存储供应至电力存储装置203的电力。电力存储装置203用于提供住宅201中使用的电力。相同的电力存储系统不仅可用于住宅201,也可用于办公楼。
住宅201配备有家用发电机204、功耗装置205、电力存储装置203、用于控制各种装置的控制器201、智能电表207、以及获取各种信息的各种传感器211。这些装置通过电网209和信息网212互相连接。对于家用发电机204,可以使用太阳能电池、燃料电池等。由家用发电机产生的电力提供给功耗装置205和/或电力存储装置203。功耗装置205包括电冰箱205a、空调设备205b、电视机205c、以及浴器205d等。此外,功耗装置205包括电动车辆206。电动车辆206包括电动汽车206a、混合动力车206b、以及电动摩托车206c。
根据上述本公开实施方式的电池模块应用于电力存储装置203。电力存储装置203包括二次电池或电容器。例如,电力存储装置203包括锂离子电池。锂离子电池可以是固定型或可以是在电动车辆206中使用的锂离子电池。智能电表207具有测量使用的市电的电量以及向电力公司传输测量的电量的信息的功能。电网209可以是DC电源、AC电源、以及非接触电源中的一种,或多个这些电源的组合。
例如,传感器211包括人体传感器、照明传感器、目标检测传感器、功耗传感器、震动感应器、接触传感器、温度传感器、以及红外线传感器。通过传感器211获得的信息传输至控制器210。基于来自传感器211的信息,掌握气象状况信息、人体状况信息等,并且自动控制功耗装置205以最小化能源消耗。此外,控制器210可以经由因特网向住宅外部的电力公司等传输与住宅201相关的信息。
电能枢纽(hub)208执行诸如电力线分路和DC-AC转换的处理。用于连接至控制器210的信息网212的通信方案的实例包括,诸如通用异步收发机(UART)的通信接口的使用、基于诸如蓝牙、ZigBee、或Wi-Fi的无线通信标准的传感器网络的使用。蓝牙方案应用于多媒体通信,并且实现一点对多点的连接。ZigBee方案使用电气电子工程师学会(IEEE)802.15.4的物理层。IEEE802.15.4是称作个人区域网络(PAN)或无线(W)-PAN的短程无线网络标准的名称。
控制器210连接至外部服务器213。可以通过住宅201、电力公司、以及服务提供商中的一个来管理服务器213。通过服务器213传输和接收的信息包括功耗信息、生活模式信息、电费、天气信息、自然灾害信息、以及与电力交易相关的信息。当这些信息可以通过住宅内的功耗装置(例如,电视机)传输和接收时,这些信息同样可以通过位于住宅外的装置(例如,移动电话)传输和接收。这些信息同样可以显示在具有显示功能的装置上,例如,电视机、移动电话、个人数字助理(PDA)。
控制各个单元的控制器210包括中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。在本实例中,控制器210容纳在电力存储装置203中。控制器210经由信息网212连接至电力存储装置203、家用发电机204、功耗装置205、传感器211、以及服务器213。控制器210具有调节市电使用量和发电量的功能。例如,控制器210同样可以具有执行电力市场的电力交易的功能。
如上所述,不仅来自包括热力发电202a、核能发电202b、以及水力发电202c等的中央电力系统的电力,而且通过家用发电机204(太阳能发电、风力发电等)产生的电力也可以存储在电力存储装置203中。因此,即使当家用发电机204产生的电量波动时,可以保持传送至外部的电量恒定,或释放任何需要的电量。例如,同样可以以这种方式使用电力存储系统200,即,在电力存储装置203中存储通过太阳能发电获得的电力、在夜间时间在电力存储装置203中存储廉价的夜间电力、而当电费贵时,在白天时间释放存储在电力存储装置203中的电力。
虽然本实例中控制器210容纳在电力存储装置203中,但是控制器210可以容纳在智能电表207中,或可以是独立部件。此外,电力存储系统200可以用于公寓中的多个住户,或可以用于多个分离的住宅。“作为应用实例的车载电力存储系统”
参照图29描述应用于车载电力存储系统的本公开实施方式的实例。图29示意性示出使用根据本公开实施方式的串联混合系统的混合动力车辆的构造的实例。串联混合系统是指这样车辆类型,其通过使用由发动机驱动的发电机产生的电力或曾经存储在电池中的如此产生的电力,以基于电力-驱动力转换器而行驶。
混合动力车300配备有发动机301、发电机302、电力-驱动力转换器303、驱动轮304a、驱动轮304b、车轮305a、车轮305b、电池308、以及车辆控制器309、传感器310、和充电口311。根据上述本公开实施方式的电池单元应用于电池308.
混合动力车300基于电力-驱动力转换器303作为动力源来行驶。电力-驱动力转换器303的实例是电动机。通过来自电池308的电力激励电力-驱动力转换器303,并且电力-驱动力转换器303的旋转力传输至驱动轮304a、304b。通过使用用于所需位置的DC-AC转换或反向转换(AC-DC转换),电力-驱动力转换器303同样可以作为AC电动机或DC电动机中的任一个来运行。传感器310经由车辆控制器309控制发动机的速度或控制节流阀(未示出)的开启(节流阀开度)。传感器310包括速度传感器、加速度传感器、发动机速度传感器等。
发动机301的旋转力传输至发电机302。由发电机302基于旋转力产生的电力可以存储在电池308中。
当通过制动机构(未示出)减速混合动力车时,减速产生的阻力施加于电力-驱动力转换器303,作为旋转力。基于该旋转力,通过电力-驱动力转换器303产生的再生电力存储在电池308中。
通过将电池308连接至混合动力车外部的电源,电池308同样可以从作为输入端的充电口311接收来自外部电源的电力供应,并且存储所接收的电力。
尽管没有示出,但是同样可以设置基于与二次电池相关的信息执行与车辆控制相关的信息处理的信息处理装置。该信息处理装置的实例包括基于与电池剩余电量相关的信息而显示剩余电池电量的信息装置。
前面的描述关注于串联混合动力车的情况,混合动力车通过使用由发动机驱动的发电机所产生的电力或曾经存储在电池中的如此产生的电力基于电动机而行驶。本公开可以有效应用于使用发动机和电动机输出作为驱动源的并联混合动力车,并且在三种模式之间适当切换,三种模式包括车辆仅以发动机行驶的模式、车辆仅以电动机行驶的模式、以及车辆以发电机和电动机两者行驶的模式。此外,本公开同样可以有效应用于所谓的电动车辆,其仅基于由驱动电动机执行的驱动而行驶,无需发动机。
“变型”
虽然在上面已经详细描述本公开的实施方式,但是本公开实施方式不限于上述实施方式,而可以基于本公开的技术思想具有各种修改。例如,参照上述实施方式描述的构造、方法、步骤、形状、数值等仅是说明性的,并且必要时可以使用不同于它们的构造、方法、步骤、形状、数值等。
同样,根据上述实施方式的构造、方法、步骤、形状、数值等可以彼此组合,而不背离本公开的范围。相关申请的交叉参考
本公开包含于2011年6月9日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-129022中公开的主题,其全部内容通过引用结合于此。