蓄电装置

摘要

本发明提供了一种电池单元(1)，其中双极型电池(2)的电池壳体(3)是由弹性部件构成的。该电池单元(1)包括加强部件(4)，该加强部件在电池壳体(3)内部与之成为一体，以提高电池壳体(3)的机械强度。

权利要求

1.一种蓄电装置(1)，其中蓄电体(2)的外部部件(3)由弹性部件构成，所述外部部件为电池壳体，所述弹性部件为弹性橡胶，所述蓄电装置的特征在于包括加强部件(4)，所述加强部件在所述外部部件(3)内部与所述外部部件成为一体，以提高所述外部部件(3)的机械强度，其中，所述加强部件(4)由比所述弹性部件具有更高机械强度的材料形成，并且所述加强部件(4)通过将线状部件排列成网状而形成，所述蓄电体(2)通过排列多个蓄电元件(11b，11c，14)而构成，用于检测所述多个蓄电元件(11b，11c，14)中的各个蓄电元件的电压的多个电压检测端子(18)突出至所述外部部件(3)的同一外侧面，并且所述加强部件(4)被设置成不与所述电压检测端子(18)相干涉，所述电压检测端子(18)在所述蓄电体(2)的堆叠方向(Z)上对角排列成在与所述蓄电体(2)的堆叠方向正交的方向(Y)上的位置逐渐变换。

2.一种蓄电装置(1)，其中蓄电体(2)的外部部件(3)由弹性部件构成，所述外部部件为电池壳体，所述弹性部件为弹性橡胶，所述蓄电装置的特征在于包括加强部件(4)，所述加强部件在所述外部部件(3)内部与所述外部部件成为一体，以提高所述外部部件(3)的机械强度，其中，所述加强部件(4)由比所述弹性部件具有更高机械强度的材料形成，并且所述加强部件(4)由板状部件构成，所述蓄电体(2)通过排列多个蓄电元件(11b，11c，14)而构成，用于检测所述多个蓄电元件(11b，11c，14)中的各个蓄电元件的电压的多个电压检测端子(18)突出至所述外部部件(3)的同一外侧面，并且所述加强部件(4)被设置成不与所述电压检测端子(18)相干涉，所述电压检测端子(18)在所述蓄电体(2)的堆叠方向(Z)上对角排列成在与所述蓄电体(2)的堆叠方向正交的方向(Y)上的位置逐渐变换。

3.一种蓄电装置(1)，其中蓄电体(2)的外部部件(3)由弹性部件构成，所述外部部件为电池壳体，所述弹性部件为弹性橡胶，所述蓄电装置的特征在于包括加强部件(4)，所述加强部件在所述外部部件(3)内部与所述外部部件成为一体，以提高所述外部部件(3)的机械强度，其中，所述加强部件(4)由比所述弹性部件具有更高机械强度的材料形成，并且所述加强部件(4)通过将管状部件连结成矩形形状而形成，所述蓄电体(2)通过排列多个蓄电元件(11b，11c，14)而构成，用于检测所述多个蓄电元件(11b，11c，14)中的各个蓄电元件的电压的多个电压检测端子(18)突出至所述外部部件(3)的同一外侧面，并且所述加强部件(4)被设置成不与所述电压检测端子(18)相干涉，所述电压检测端子(18)在所述蓄电体(2)的堆叠方向(Z)上对角排列成在与所述蓄电体(2)的堆叠方向正交的方向(Y)上的位置逐渐变换。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电装置(1)，其中所述加强部件(4)由金属形成。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电装置(1)，其中所述加强部件(4)由树脂形成。

6.根据权利要求3所述的蓄电装置(1)，其中所述加强部件(4)通过进一步设置对角撑条而形成。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电装置(1)，还包括用于紧固和固定所述蓄电装置(1)的紧固固定部(3a)，

其中所述紧固固定部(3a)被形成为与所述外部部件(3)成为一体。

8.根据权利要求7所述的蓄电装置(1)，其中所述紧固固定部(3a)利用所述外部部件(3)的一部分而形成。

9.根据权利要求8所述的蓄电装置(1)，其中所述紧固固定部(3a)具有用于紧固紧固件(7a，7b)的紧固孔(31a)，并且所述紧固孔(31a)设有套筒(34)。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电装置(1)，还包括用于紧固和固定所述蓄电装置(1)的紧固固定部(62)，

其中所述紧固固定部(62)由金属支架形成。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电装置(1)，其中所述蓄电体(2)的电极端子(19a，19b)突出至所述外部部件(3)的外侧，并且所述加强部件(4)被设置成不与所述电极端子(19a，19b)相干涉。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电装置(1)，其中所述蓄电体(2)被用于车辆中。

说明书

蓄电装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种蓄电装置，其中蓄电体的外部部件由弹性部件构成。

背景技术

[0002] 普通的电池在外部部件方面不同，包括外部部件由金属片(板，sheet)构成的电池，外部部件由塑料片构成的电池，外部部件由设有可以防止气体渗透的金属薄膜的塑料片构成的电池，等等。金属材料具有良好的强度，但是不具有良好的从在充电或者放电时产生热量的电池的变形恢复的恢复(复原)性能，因此，如果变形和恢复(复原)的循环反复进行，则在外部部件上会发生过大的负载。在塑料材料被用作外部材料的情况下同样存在这种问题。

[0003] 因此，与日本专利申请公报No.06-267515(JP-A-06-267515)中所公开的技术相联系，提出了外部部件由具有橡胶弹性的片材形成的二次电池。

[0004] 根据此结构，外部部件可以相应于在充电或者放电时产生热量的电池的膨胀或者收缩而弹性变形。因而，提供了变形恢复(复原)性能比塑料和金属更卓越的外部部件。

[0005] 作为车辆驱动电源或者辅助电源安装在电动车辆、混合动力车辆等上的二次电池接收由于车辆行驶超过车辆使用寿命(10到15年的较长时间)而产生的振动和冲击。因此，需要保护这样的二次电池不受到冲击和振动。

[0006] 然而，如果二次电池的结构是外部部件仅仅覆盖有具有橡胶弹性的片材，则可能由于车辆行驶时产生的冲击或振动而导致过大的负载作用于二次电池上。

发明内容

[0007] 因此，本发明提供一种蓄电装置，所述蓄电装置相对于振动和冲击很健壮，同时利用了弹性部件具有卓越的变形恢复(复原)性能的优点。

[0008] 按照本发明的一个方面的蓄电装置是这样一种蓄电装置，其中蓄电体的外部部件由弹性部件构成，并且所述蓄电装置包括加强部件，所述加强部件在所述外部部件内部与所述外部部件成为一体，以提高所述外部部件的机械强度。

[0009] 在按照前述方面的蓄电装置中，所述蓄电体可以通过排列多个蓄电元件而构成。

[0010] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述加强部件可以由比所述弹性部件具有更高机械强度的材料形成。

[0011] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述加强部件可以由金属或树脂形成。

[0012] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述加强部件可以通过将线状部件排列成网状而形成。

[0013] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述加强部件可以由板状部件构成。

[0014] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述加强部件可以通过将管状部件连结成矩形形状而形成。

[0015] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述加强部件可以通过进一步设置对角撑条而形成。

[0016] 此外，按照前述方面的蓄电装置还可以包括用于紧固和固定所述蓄电装置的紧固固定部，并且所述紧固固定部可以与所述外部部件形成一体。

[0017] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述紧固固定部可以利用所述外部部件的一部分而形成。

[0018] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述紧固固定部可以具有用于紧固紧固件的紧固孔，并且所述紧固孔可以设有套筒。

[0019] 此外，按照前述方面的蓄电装置还可以包括用于紧固和固定所述蓄电装置的紧固固定部，并且所述紧固固定部可以由金属支架形成。

[0020] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述蓄电体的电极端子可以突出至所述外部部件的外侧，并且所述加强部件可以被设置成不与所述电极端子相干涉。

[0021] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，用于检测所述蓄电元件的电压的电压检测端子可以突出至所述外部部件的外侧，并且所述加强部件可以被设置成不与所述电压检测端子相干涉。

[0022] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述蓄电体可以被用于车辆中。所述蓄电体可以被用作车辆(例如，电动车辆，混合动力车辆或燃料电池车辆)的车辆驱动电源或辅助电源。

[0023] 此外，在按照前述方面的蓄电装置中，所述弹性部件可以由橡胶制成。

[0024] 根据本发明，有可能更可靠地保护蓄电体不受到冲击和振动，同时利用了弹性橡胶具有卓越的变形恢复(复原)性能的优点。

附图说明

[0025] 通过下文参照附图对优选实施例的说明，本发明的前述和/或进一步的目的、特征和优点将变得更加明显，其中相同的标号用来表示相同的元素，附图中：

[0026] 图1是本发明中的电池单元固定在地板上的车辆的纵向截面视图；

[0027] 图2是本发明中的电池单元的分解透视图；

[0028] 图3是图2中所示出的双极型电池的X-X’截面视图；

[0029] 图4是本发明中的电池单元的透视图；

[0030] 图5是本发明中的电池单元10的透视图；

[0031] 图6A是图5中所示图的Y-Y’截面视图；

[0032] 图6B是本发明中的金属支架的俯视图；

[0033] 图7A至7C是加强部件的另一实施例的示意图。

具体实施方式

[0034] 在下文中，将说明本发明的实施例。

[0035] 参照图1至图4，将说明作为本发明第一实施例的电池单元(蓄电装置)。图1是本发明中的电池单元固定在地板上的车辆的纵向截面视图。图2是本发明中的电池单元的分解透视图。图3是图2中所示出的双极型电池的X-X’截面视图，图4是本发明中的电池单元的透视图。

[0036] 作为本发明第一实施例的车辆电池单元1是混合动力车辆的驱动电源，并且被固定在导航员座椅(前乘员座椅)8下方的地板9上。

[0037] 电池单元1是由双极型电池(蓄电体)2、覆盖双极型电池2的电池壳体3(外部部件)和在电池壳体3内部与之形成一体的加强部件4构成的。电池壳体3由弹性橡胶形成。加强部件4通过将加强钢丝(线状部件)排列成网状而形成。

[0038] 电池壳体3具有与之形成一体的凸缘部分(紧固固定部)3a。通过将紧固螺母(紧固件)7a紧固到穿过各凸缘部分3a上的安装孔(紧固孔)31a而插入的紧固螺栓(紧固件)7b上，电池单元1被安装到地板9上。

[0039] 加强部件4在电池壳体3内部与之形成一体，所以可以保护双极型电池2不受到在车辆运行时产生的振动和冲击。另外，电池壳体3由弹性橡胶形成，所以电池壳体3能相应于双极型电池2在充放电时产生的热变形而弹性变形。

[0040] 然后，参照图1和图2，将详细说明作为第一实施例的电池单元。如图3中所示，双极型电池2具有这样的结构，其中多个电极体11在固体电解质层14置于其间的状态下交替堆叠。

[0041] 各电极体11均具有集电体11a、形成于集电体11a的一个表面上的正电极层11b和形成于集电体11a的另一个表面上的负电极层11c。即，各电极体11均具有双极型电极结构。顺便提及，正电极层11b、负电极层11c和配置在正负电极层11b、11c之间的固体电解质层14构成蓄电元件。

[0042] 然而，位于双极型电池2在堆叠方向上的两端的最外层集电体11aX和11aY中的每一个仅在其一个表面上具有电极层(在集电体11aX上具有正电极层，在集电体11aY上具有负电极层)。

[0043] 用于引出电流的正极端子19a和负极端子19b被电连接到和机械连接到最外层集电体11aX、11aY的表面上(见图2)。另外，正极端子19a和负极端子19b的连接方法的示例包括焊接。

[0044] 此外，用于检测电压的电压检测端子18被电连接到和机械连接到各电极体11的在板厚方向上的一个表面上。电压检测端子18在与电池2的堆叠方向正交的方向(Y轴方向)上被连接于双极型电池2上各不相同的位置。更具体地，电压检测端子18在Z轴方向上对角排列成在Y轴方向上的位置逐渐变换(见图2)。因而，由于电压检测端子18的引出位置在Y轴上各不相同，所以将电线连接到电压检测端子18上变得简单。另外，电压检测端子18的连接方法的示例可以包括焊接。

[0045] 正电极层11b和负电极层11c中的每一个均包含与正电极或负电极相对应的活性材料。另外，电极层11b、11c根据需要包含导电辅助材料、粘合剂、用于提高离子传导性的高分子凝胶电解质、高分子电解质、添加剂等。

[0046] 所使用的正电极活性材料可以是，例如，锂和迁移金属的复合氧化物。具体地，有基于Li·Co的复合氧化物如LiCoO2等，基于Li·Ni的复合氧化物如LiNiO2等，基于Li·Mn的复合氧化物如尖晶石(spinel)LiMn2O4等，和基于Li·Fe的复合氧化物如LiFeO2等。另外，正电极活性材料的示例包括锂和迁移金属的磷酸化合物和硫酸化合物如LiFePO4等，迁移金属氧化物和硫化物如V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3等，以及PbO2、AgO、NiOOH等。

[0047] 另一方面，所使用的负电极活性材料可以是，例如，金属氧化物，锂金属复合氧化物，或者碳。

[0048] 所使用的固体电解质层14可以是高分子固体电解质或无机固体电解质。所使用的高分子固体电解质可以是，例如，聚氧化乙烯(PEO)、聚氧化丙烯(PPO)或者它们的共聚物。此高分子固体电解质包含用于确保离子导电性的锂盐。所使用的锂盐可以是，例如，LiPF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2或者它们的混合物。

[0049] 如图2所示，电池壳体3由上壁部分3c、下壁部分3d和侧壁部分3e构成。在电池壳体3内，形成有容纳双极型电池2的容纳部3b。

[0050] 在电池壳体3的各纵向侧壁部分3e(沿着XZ平面)中，其在X轴方向上的两端部分均具有凸缘部分3a(见图2和图4)。各凸缘部分3a具有在车辆上下方向(Z轴方向)上延伸的安装孔31a。在各安装孔31a中具有被压入其中的由金属材料制成的管状套筒34。

[0051] 如图1所示，地板9设有在地板9板厚方向上延伸的螺纹孔9a。从地板9的后侧，紧固螺栓7b被紧固到螺纹孔9a中。紧固螺栓7b的长度被设定为大于地板9的板厚，因此紧固螺栓7b伸出到驾驶舱侧(地板9上方)的区域中。

[0052] 通过将紧固螺栓7b插入套筒34中，并且将紧固螺母7a紧固到紧固螺栓7b上伸出套筒34的末端部分，电池单元1能够被固定到地板9上。

[0053] 在前述结构中，通过将套筒34压入由弹性橡胶制成的安装孔31a内，能够确保紧固螺母7a的紧固力矩。

[0054] 如图2所示，电池壳体3的纵向侧壁部分3e(沿着XZ平面)具有用于将正极端子19a和负极端子19b引出到电池单元1外侧的正负端子用缝隙32a、32b。

[0055] 此外，电池壳体3的短的侧壁部分3e(沿着XY平面)具有多个用于将电压检测端子18引出到电池单元1外侧的检测端子用缝隙31。

[0056] 构成电池壳体3的弹性橡胶可以是天然橡胶也可以是合成橡胶，并且优选为在较宽温度范围上电化学稳定而不失橡胶弹性并且不溶解于有机溶剂中的橡胶。具体地，可以使用聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、聚氯丁二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、丁二烯-丙烯腈橡胶、丙烯酸橡胶、氟橡胶等。

[0057] 由于电池壳体3由弹性橡胶构成，电池壳体3可以相应于双极型电池2在充放电时产生的热变形而弹性变形。这防止了电池壳体3产生裂纹，并且更可靠地密封了双极型电池2。

[0058] 如图4所示，电池壳体3在内部具有与之成一体的加强部件4。加强部件4可以由比弹性橡胶(电池壳体)具有更高机械强度(刚度)的金属、树脂等材料形成。

[0059] 在第一实施例中，加强部件4通过将比弹性橡胶具有更高机械强度的加强钢丝4a排列成网状而形成，并且加强部件4在电池壳体3的内部与其上壁部分3c和侧壁部分3e的一部分成一体，因此加强部件4不会与正极端子19a、负极端子19b或电压检测端子18相干涉。

[0060] 由于加强部件4在电池壳体3内部与之成一体，所述双极型电池能够在长时间(车辆的使用寿命)内受到保护，例如，不受车辆行驶过程中产生的振动和冲击的影响。

[0061] 可按照下述方法制造电池单元1。首先，将双极型电池2和加强部件4设置于模具(未示出)中，并将液态弹性橡胶注入该模具中。顺便提及，在双极型电池2置于模具中的状态下，正极端子19a、负极端子19b和电压检测端子18突出至模具外侧。

[0062] 因此，被注入模具中的弹性橡胶以避开突出的正极端子19a、负极端子19b和电压检测端子18的方式填充入模具内部。因此，可以在注入弹性橡胶的同时(与电池壳体3的成型同时)形成用于将正极端子19a、负极端子19b和电压检测端子18引出到电池壳体3外侧的正极端子用缝隙32a、负极端子用缝隙32b和检测端子用缝隙31。

[0063] 顺便提及，模具具有与凸缘部分3a相对应的形状部分。因此，电池壳体3和凸缘部分3a能够一体形成。

[0064] 因而，根据第一实施例，在电池单元1在模具中注射成型时，能够同时形成正极端子用缝隙32a、负极端子用缝隙32b和检测端子用缝隙31以及凸缘部分3a。这消除了加添凸缘部分3a或者形成正极端子用缝隙32a、负极端子用缝隙32b和检测端子用缝隙31的操作的需要，因此能够高效地制造电池单元1。另外，由于正极端子19a和负极端子19b突出到电池壳体3的外部，引出电流变得容易。因此，由于双极型电池2的周边被弹性橡胶所覆盖，可以防止蓄电元件的位置偏离。

[0065] 参照图5、6A和6B，将说明本发明的第二实施例。图5是第二实施例中电池单元10的透视图。图6A是图5中所示图的Y-Y’截面视图。图6B是金属支架6的俯视图。与第一实施例中所述的构成元件相同的构成元件用相同的附图标记来标示，并且省略其详细说明。

[0066] 金属支架6是由配置在电池壳体3内部的支架主体部61和配置在电池壳体3外部的支架固定部62构成的。支架主体部61和支架固定部62经由弯曲部63相互连接，所述弯曲部从支架主体部61的在其纵向方向上的两端部分向下弯曲。

[0067] 各支架固定部62均具有安装孔62a。在安装孔62a中，紧固螺栓7b从地板9的后侧伸出来并被固定。如同在第一实施例中一样，通过在地板9上方将紧固螺母7a紧固到各紧固螺栓7b上，电池单元10能够被固定到地板9上。

[0068] 支架主体部61具有两个允许弹性橡胶通过的开口部61a。电池单元10可以通过将双极型电池2、加强部件4和金属支架6置于模具中并往模具中浇注液态弹性橡胶(作为电池壳体3的材料的弹性橡胶)来制造。

[0069] 此时，注入模具中的弹性橡胶通过支架主体部61的开口部61a，并且流到支架主体部61的下方，因此支架主体部61上方的弹性橡胶和支架主体部61下方的弹性橡胶经由开口部61a内的弹性橡胶相连接。

[0070] 根据前述结构，如果在平面方向(沿着XY平面)对电池单元10施加外力，则金属支架6与设于开口部61a内的弹性橡胶接触，因此可以防止金属支架6位置偏离。另外，第二实施例可以达到与第一实施例实质上相同的效果。

[0071] 尽管在前述实施例中，加强部件4是通过将加强钢丝排列成网状而形成的，但加强部件4还可以被构造成如图7A至7C中所示。具体地，如图7A中所示，由金属片构成的加强部件4可以在电池壳体3内部与之成一体。

[0072] 此外，也可以使用通过连结多个金属管4c从而形成矩形形状而形成的框架状的加强部件4(见图7B)，或者在图7B中所示的结构中添加对角撑条4d而形成的加强部件4(见图7C)。

[0073] 此外，加强部件4可以在电池壳体3内部的任何位置与之成形一体，只要加强部件4不与正极端子19a、负极端子19b、或者电压检测端子18相干涉。例如，加强部件4可以在电池壳体3的下壁部分3d内部与之形成一体。

[0074] 电池单元1、10可以配置于驾驶员座椅和领航员座椅之间，或者配置于后行李舱下方，等等。此外，由于双极型电池2有高的耐热性，双极型电池2也可以配置于发动机舱中。尽管在发动机舱中比在座椅下方的前述部分中振动更强烈，但是由于加强部件4在电池壳体3内部与之形成一体，本发明中的双极型电池2能有效地防止振动。

[0075] 尽管结合作为示例的双极型电池描述了实施例，但本发明也适用于二次电池(蓄电装置)不是双极型的情况。例如，不是双极型的二次电池具有这样的结构：集电体由两种不同金属构成；并且使用了集电体的一侧表面设有正电极层而另一侧表面设有负电极层的电极部件。例如，本发明同样适用于锂离子电池，所述锂离子电池采用了正电极层由铝金属形成而负电极层由铜形成的电极部件。

[0076] 此外，本发明同样适用于作为蓄电装置的双电层电容器。此双电层电容器由正电极和负电极在隔板配置于两者之间的状态下交替叠加而形成。

[0077] 在此双电层电容器中，例如，铝箔可以被用作集电体，活性炭可以被用作正极活性材料和负电极活性材料，聚乙烯等形成的多孔材料可以被用作隔板。

[0078] 此外，可以通过在车辆纵向方向上并列设置多个电池单元1、10而得到电池组件。

[0079] 尽管已经参照示例实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明并不局限于这些示例实施例或者结构。相反，本发明意图涵盖各种变形例和等同布置。另外，尽管以各种示例性组合和结构示出了示例实施例的各种要素，但包括更多、更少或者仅单个要素的其他组合和结构也都在本发明的精神和范围之内。