电池单元的轻量化的且刚性的结构的制作方法
【专利摘要】提供了一种电池单元，其包括电池以及电池安装于其中的储存壳体。储存壳体由基部、盖和中间壳体构成。盖与基部相联接且在其间存在空隙。中间壳体设置在盖与基部之间并且具有占据该空隙的外周壁。中间壳体的刚度低于盖和基部的刚度，从而在不牺牲储存壳体的机械强度的情况下实现了储存壳体的轻量化结构。
【专利说明】电池单元的轻量化的且刚性的结构
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种电池单元，该电池单元包括设置在安装于诸如汽车之类的交通工具中的储存壳体内的蓄电池。
【背景技术】
[0002]已知的电池单元包括装备有多个电化学电池并且以安装在诸如汽车之类的交通工具中的电池组的形式设置在储存壳体中。这种类型的电池单元被注意到在其安装位置处被人踩踏并且因此成形为提高其机械强度。例如，在将电池单元安装在机动车辆中的情况下，电池单元可定位于乘客舱中，原因在于需要根据电池单元的特性将其设置成远离热环境。然而，注意到电池单元被乘客舱中的乘员错误地踩踏或者乘员误将物件掉落在电池单元上，因此需要电池单元具有大到足以承受外力的机械强度。
[0003]例如，日本专利第一次公报N0.2006-339031教导了一种电池组，该电池组包括装备有各自覆盖有层压薄膜的一摞电化学电池(其在下文中也将被称为层叠式电池或层叠型电池)的蓄电池。该电池组还包括储存壳体、盖和夹持装置。储存壳体中安装有蓄电池。储存壳体具有通过盖闭合的敞开端部。盖由夹持装置挤压以将蓄电池在储存壳体内保持在压力下。储存壳体由诸如成形为具有实现期望的机械强度的厚度的铝材料之类的金属制成。
[0004]通常，对储存壳体的整体的刚度或刚性进行加强以增大抵抗外力的机械强度。然而，这导致了电池单元的重量的增加，不便于将电池单元安装在机动车辆中。
【发明内容】
[0005]因此，本公开的目的在于提供一种电池单元的轻量化结构，该电池单元装备有设计成具有大到足以承受外力的机械强度的储存壳体。
[0006]根据实施方式的一个方面，提供了一种可以与机动车辆一起使用的电池单元。该电池单元包括:Ca)电池；以及(b)储存壳体，电池安装在该储存壳体中。储存壳体包括第一壳体构件、第二壳体构件以及中间壳体构件。第一壳体构件限定储存壳体的底部。第二壳体构件限定储存壳体的顶部，且电池设置在第二壳体构件与第一壳体构件之间。第二壳体构件与第一壳体构件相联接以形成沿着储存壳体的外周壁的周缘延伸的间隙。中间壳体构件设置在第一壳体构件与第二壳体构件之间以形成中间壁，该中间壁是储存壳体的外周壁的一部分。中间壳体构件的刚度低于第一壳体构件和第二壳体构件的刚度。
[0007]当仅第二壳体构件固定至第一壳体构件时，在第二壳体构件与第一壳体构件之间，即，在储存壳体的外周壁中形成方形空间(即，间隙)。方形空间沿着储存壳体的外周壁的整个周缘延伸。中间壳体构件用于占据该方形空间以形成储存壳体的外周壁的一部分。中间壳体构件的使用省去了第一壳体构件和第二壳体构件中的任一者的壁部的与该方形空间的轮廓相对应的一部分。第一壳体构件附接至第二壳体构件，从而无论中间壳体构件的强度如何都确保了第一壳体构件和第二壳体构件的期望程度的机械强度。具体地，中间壳体构件的刚度低于第一壳体构件和第二壳体构件的刚度，然而，将第二壳体构件附接至第一壳体构件确保了储存壳体独立于中间壳体构件的期望程度的机械强度。
[0008]因此，当由例如踩踏在储存壳体上所产生的不希望的负载被施加在第一壳体构件(即，储存壳体的底部)与第二壳体构件(即，储存壳体的顶部)之间时，第一壳体构件和第二壳体构件的组合抵抗负载而支承整个储存壳体以防止电池单元遭受外力。
[0009]如上所述，将第二壳体构件附接至第一壳体构件允许中间壳体构件的刚度低于第一壳体构件和第二壳体构件的刚度，由此允许中间壳体构件由轻量化材料制成或者设计成具有轻量化结构。例如，第一壳体构件和第二壳体构件可以分别由诸如铝之类的金属制成，而中间壳体构件可以由合成树脂制成。这使得储存壳体的总体重量减小，因此允许电池单元是轻量化的，但又具有大到足以承受可能的外力的机械强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]将从下文中给出的详细描述以及从本发明的优选实施方式的附图更全面地理解本发明，然而，这些描述和附图不应被解释为将本发明限制于所述【具体实施方式】，而是仅出于说明和理解的目的。
[0011]在图中:
[0012]图1为示出了根据实施方式的电池单元的总体结构的立体图；
[0013]图2为沿图1中的线I1-1I所截取的横向截面图；
[0014]图3为示出了图1的电池单元的基本部件的分解立体图；
[0015]图4为示出了其上安装有组装式电池模块的基部的立体图；
[0016]图5为图4的平面图；
[0017]图6为示出了紧固至图5的基部的盖的仰视图；
[0018]图7为示出了设置在图4的基部与图6的盖之间的中间壳体的立体图；
[0019]图8 Ca)为图7的中间壳体的平面图；
[0020]图8 (b)为图7的中间壳体的仰视图；
[0021]图9为沿图8 Ca)中的线IX-1X所截取的竖向截面图；
[0022]图10为水损坏传感器的放大立体图；
[0023]图11为储存壳体的中间壳体和基部的竖向截面图，其示出了图10的水损坏传感器的竖向位置；
[0024]图12为示出了安装在图1的电池单元中的组装式电池模块的立体图；
[0025]图13为示出了组装式电池模块的分解立体图；
[0026]图14为示出了组装式电池模块的分解立体图；
[0027]图15为示出了组装式电池模块的电池的电极片的接合部的侧视图；
[0028]图16为示出了安装在图1的电池单元的储存壳体的基部上的组装式电池模块的平面图；
[0029]图17为示出了安装在图1的电池单元中的控制板的立体图；
[0030]图18为示出了图17的安装在储存壳体的基部上的控制板的平面图；以及
[0031]图19为示出了供电系统的电气结构的电路图。
【具体实施方式】[0032]参照附图，其中，这些视图中的相同的附图标记表示相同的部件，特别地，参照图1至图3，示出了一种电池单元10，该电池单元10作为示例与安装在机动车辆中的供电系统一起使用，其中，该机动车辆装备有内燃发动机、用于对发动机或其他电气装置的操作进行控制的电子控制单元(ECU)、通过发动机来驱动以产生电的发电机(也称为交流发电机)、以及通过由发电机产生的电力来充电的蓄电装置。蓄电装置包括铅酸电池和锂离子电池。如将在下面所描述的，电池单元10设计为锂离子电池。
[0033]下面将参照图1至图3来描述电池单元10的总体结构。如下面讨论中所提到的，如图1所示，为方便起见，电池单元10的竖向方向基于放置在水平面上的电池单元10的取向。
[0034]电池单元10基本上由组装式电池模块11、控制板12和储存壳体13构成。组装式电池模块11由各自覆盖有层压薄膜的一摞层叠式电池构成。控制板12用作控制器以控制组装式电池模块11的充电或放电。储存壳体13在其中安装有组装式电池模块11和控制板12并且由基部14 (其也将被称为第一壳体构件)、盖15 (其也将被称为第二壳体构件)和中间壳体16 (其也将被称为中间壳体构件)构成。基部14固定在安装电池单元10的位置处。盖15设置在基部14的上方。中间壳体16在中间联接于基部14与盖15之间作为限定储存壳体13的侧壁的一部分的侧外壳。组装式电池模块11和控制板12设置成竖向地彼此交叠。具体地，控制板12设置在组装式电池模块11的上方。组装式电池模块11和控制板12均固定至基部14。盖15和中间壳体16也紧固至基部14。
[0035]电池单元10装备有用于与外部铅酸电池或发电机电连接的端子块17以及用于与安装在车辆中的ECU电连接的电连接件18。电连接件18还能够联接至其他电负载，电力从电池单元10供应至所述其他电负载。如可以在图1中观察到的，端子块17和连接件18部分地暴露在电池单元10的外面。
[0036]将在下面详细地描述电池单元10的结构。
[0037]储存壳体13的基部14
[0038]将说明电池单元10的基部14。图4为基部14的立体图。图5为基部14的平面图。
[0039]基部14由诸如铝之类的金属材料制成并且包括底板21以及从底板21竖向地延伸的竖立壁22。底板21呈大致方形形状并且具有周向边缘，竖立壁22从该周向边缘延伸。换句话说，竖立壁22围绕底板21的周向边缘。底板21用作将组装式电池模块11保持在其上的模块安装部。竖立壁22由此成形为完全地包围安装在底板21上的组装式电池模块11。
[0040]如图5所示，基部14具有模块安装部表面23，该模块安装部表面23由基部14的底壁的一部分限定并且组装式电池模块11安装成与该模块安装部表面23直接接触。模块安装部表面23从基部14的周围区域略微突出并且具有通过例如磨削或抛光形成的上平坦表面。竖立壁22呈环形形状并且围绕组装式电池模块11。
[0041]组装式电池模块11、控制板12、盖15和中间壳体16均紧固至基部14。具体地，基部14具有用作为用于将组装式电池模块11、控制板12、盖15和中间壳体16固定至基部
14的紧固件支承件的多个圆筒形固定部24a至24d。圆筒形固定部24a至24d在下面还将由附图标记24总体上表示。圆筒形固定部24a为控制板12的紧固件支承件。圆筒形固定部24b为盖15的紧固件支承件。圆筒形固定部24a和24b在竖立壁22的内侧从基部14的底部竖向地延伸并且具有顶端，控制板12和盖15安装在该顶端上。基部14还在竖立壁22的内拐角上形成有基部块25，圆筒形固定部24a和24b中的一些圆筒形固定部在该基部块25上向上延伸。
[0042]圆筒形固定部24c为组装式电池模块11的紧固件支承件并且位于竖立壁22的内侦U。圆筒形固定部24c的高度低于竖立壁22的上端的高度。圆筒形固定部24d为中间壳体16的紧固件支承件并且位于竖立壁22的外侧。
[0043]圆筒形固定部24a至24d中的每个圆筒形固定部的顶端均具有沿与底板21的底表面延伸的方向相同的方向延伸的平坦表面。圆筒形固定部24a至24b中的每个圆筒形固定部的顶端均具有形成在其中的螺纹孔。组装式电池模块11、控制板12、盖15和中间壳体16在基部14上的安装是通过将它们放置在圆筒形固定部24a至24d的顶端上并且随后将螺钉N紧固至圆筒形固定部24a至24d的螺纹孔中来实现的。圆筒形固定部24a至24d可以形成为另外的形状并且位于竖立壁22的内侧或者外侧。
[0044]基部14还具有与圆筒形固定部24a和24b类似的向上延伸的多个圆柱形定位销26 (本实施方式中为两个)。定位销26中的每个定位销均具有外肩部并且由小直径部和大直径部组成。小直径部用作定位件以相对于基部14定位控制板12。
[0045]基部14装备有用于将由组装式电池模块11和控制板12所产生的热量释放至环境的散热器。具体地，如图4和图5所示，基部14在竖立壁22内侧的基部板21上形成有作为散热装置的散热器27。散热器27包括面向控制板12的背表面的板向平板27a以及设置在板向平板27a下面的多个散热片(未图示)。散热器27与控制板12的安装有电力装置P的区域相对。由电力装置P所产生的热量传递至板向平板27a并且随后从散热片释放到电池单元10外部。
[0046]电力装置P通过电力半导体装置实施。具体地，诸如电力MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT (绝缘栅双极晶体管)之类的电力晶体管作为电力装置P安装在通向电池单元10中的组装式电池模块11的电力路径上。电力装置P被接通或断开以控制进入组装式电池模块11中的电力输入或从组装式电池模块11的电力输出。如上所述，电池单元10连接至铅酸电池和发电机。通向组装式电池模块11的电力路径因此而连接至铅酸电池和发电机。
[0047]基部14在基部板21的下表面上形成有作为散热装置的肋(未图示)。由组装式电池模块11所产生的热量传递至底板21的模块安装部表面23并且随后从肋释放到电池单元10外部。类似地，由控制板12所产生的热量从散热器27传递至底板21并且随后从底板21上的肋释放到电池单元10外部。该肋也用作加强件。
[0048]竖立壁22还在其中形成有排气口 28，储存壳体13中的气体从该排气口 28排出到电池单元10的外部。底板21还具有从竖立壁22向外延伸的凸缘29。凸缘29中的每个凸缘均具有螺栓穿过其中以用于安装电池单元10的孔。
[0049]盖15
[0050]图6为盖15的仰视图。类似于基部14，盖15由诸如铝之类的金属材料制成。盖
15呈大致方形形状并且在其平面图中的尺寸与省去凸缘29的基部14的尺寸相等。盖15在其外周边缘或拐角上形成有固定部31，该固定部31用作紧固件支承件以将盖15机械地连接至基部14。盖15还在其中形成有环形凹槽32，中间壳体16的上端(即，如将在之后描述的，中间壁41的上端)配合在该环形凹槽32中。固定部31以与基部14的圆筒形固定部24b对准的方式定位于盖15的四个拐角处。固定部31中的每个固定部均具有形成在其中的螺纹孔。环形凹槽32在固定部31的外侧延伸并且具有与基部14的竖立壁22的上端的轮廓相一致的轮廓。盖15具有形成在其下表面上的加强肋33。
[0051]盖15在其下表面上形成有设计作为加压机构保持装置的弹簧保持装置35。弹簧保持装置35还用作将设置在组装式电池模块11与盖15之间的螺旋弹簧101保持于压力下的弹簧挤压件。如图2所示，弹簧保持装置35从盖15的下表面向下突出并且在其中形成有多个圆筒形腔35a，螺旋弹簧101设置在所述多个圆筒形腔35a中。将在稍后详细描述使用螺旋弹簧101的加压机构。
[0052]肋33设置成从弹簧保持装置35辐射延伸的图案以使盖15的由于施加于弹簧保持装置35的机械负载(即，定向为使盖15向上升起的弹簧101的反作用力)而引起的变形或扭曲最小化。具体地，弹簧保持装置35作用为弹簧支承件以保持每个螺旋弹簧101的其中一个端部。肋33用作防变形件以使盖15的变形最小化。
[0053]将盖15附接至基部14是通过将盖15的固定部31中的每个固定部放置在基部14的圆筒形固定部24b中的一个圆筒形固定部上并且将螺钉N紧固到固定部31和圆筒形固定部24b中来实现的。如可以从图2中观察到的，盖15位于基部14的竖立壁22的上方，从而在储存壳体13的外周壁中形成未被盖15和基部14占据的大致方形的封闭窗。
[0054]中间壳体16
[0055]下面将描述中间壳体16的结构。图7为中间壳体16的立体图。图8 (a)为中间壳体16的平面图。图8 (b)为中间壳体16的仰视图。图9为沿图8中的线IX-1X所截取的截面图。
[0056]中间壳体16由刚度低于基部14和盖15的材料刚度的合成树脂制成。中间壳体16附接至基部14并且从竖立壁22向上连续地延伸。盖15安装在中间壳体16上。中间壳体16封闭上述未被盖15和基部14占据的方形的封闭窗。
[0057]如图7、图8 (a)和图8 (b)所示，中间壳体16具有大致方形封闭形状的中间壁41，该中间壁41形成储存壳体13的外周壁的一部分。中间壳体16具有限定其下端的方形封闭框架42。框架42在其中形成有方形封闭凹槽43，基部14的竖立壁22的上端配合在该方形封闭凹槽43中。框架42具有形成在凹槽43的外侧的固定部44，该固定部44沿与盖15联接至基部14的方向相同的方向附接至基部14。固定部44定位成与基部14的固定部24d对准并且具有形成在其中的螺纹孔。螺纹孔分别延伸穿过固定部44的厚度。将中间壳体16附接至基部14是通过将固定部44放置在基部14的固定部24d上并且随后将螺钉N紧固到固定部24d和固定部44中来实现的。中间壳体16设置在基部14的竖立壁22的顶端上。
[0058]中间壁41具有内突出部，孔45形成在该内突出部中，基部14的定位销26 (S卩，大直径部)分别穿过该孔。中间壁41定位在基部14的竖立壁22的上方并且延续至竖立壁22的上端。
[0059]中间壳体16在其上一体地设置有连接端子47，该连接端子47电联接至端子块
17。中间壳体16还具有附接在其上的连接件18。连接端子47和连接件18彼此相邻地设置在中间壳体16的四个侧壁中的相同的一个侧壁中或中间壳体16的四个侧壁中的相同的一个侧壁上。
[0060]连接件18部分地暴露于中间壳体16的外部并且由连接件外壳51和插头52组成，其中，电缆线束(未图示)的连接件配合到该连接件外壳51中，插头52具有排列在连接件外壳51的内部的多个端子插针53。端子插针53部分地向上延伸并且电钎焊至控制板12。端子插针53包括电力输出端子(例如，母线)和信号输入/输出端子。
[0061]中间壳体16装备有设置在中间壁41的内侧的水损坏传感器60。水损坏传感器60定位成更靠近插头52并且用作浸没检测传感器以检测水是否进入到电池单元10中，SP，电池单元10是否已经浸没在水中。图10为水损坏传感器60的放大立体图。
[0062]水损坏传感器60基本上由延伸板61和传感器基板62构成。延伸板61从框架42向下延伸。传感器基板62附接至延伸板61。延伸板61为方形的并且具有部分地嵌入其中的多个连接端子(即，电导体)63。连接端子63各自由母线构成。连接端子63中的每个连接端子均具有从延伸板61的上端向上延伸的一端以及从延伸板61的安装有传感器基板62的侧表面61a (即，主要表面)水平地延伸的另一端。具体地，连接端子63中的每个连接端子均在延伸板61内成直角地弯曲。延伸板61的侧表面61a (其在下文中还将被称为基板安装表面)具有形成在其上的两个圆柱形突出部64。圆柱形突出部64中的每个圆柱形突出部均由两个部段构成:小直径部和大直径部段。圆柱形突出部64位于延伸板61的基板安装表面61a的拐角处。
[0063]传感器基板62在其中形成有一排孔65以及一对孔66,其中，作为连接端子63的下端的插针63a配合在所述一排孔65中，延伸板61的圆柱形突出部64插入到所述一对孔66中。将传感器基板62附接至延伸板61的基板安装表面61a是通过将连接端子63的插针63a以及延伸板61的圆柱形突出部64插入到孔65和孔66中并且对圆柱形突出部64的头部进行热铆固来实现的。在将传感器基板62附接至延伸板61之后，将传感器基板62定向成具有竖向延伸的主要表面。传感器基板62具有形成在其下端部中的两个狭缝67。狭缝67以彼此平行的方式竖向地延伸。传感器基板62还具有邻近狭缝67而附接的三个水检测电极68。
[0064]图11示出了水损坏传感器60在中间壳体16附接至基部14时的位置。图11为水损坏传感器60在中间壳体16和基部14组装在一起时的竖向截面图。
[0065]延伸板61在中间壳体16联接至基部14时设置在基部14的竖立壁22的内侧。传感器基板62位于延伸板61的内侧。三个水检测电极68设置成低于延伸板61的下端(即，基部14的竖立壁22的上端)并且靠近底板21。当水进入储存腔13时，水将相对迅速地到达水检测电极68。这使水检测电极68电连接至彼此以将其指示信号输出至控制板12。
[0066]如图11所示，传感器基板62位于控制板12的下方并且具有横向于(即，基本垂直地延伸)控制板12的主要表面(B卩，电子部件安装表面)的主要表面(即，电子部件安装表面)。水检测电极68设置在比基部14与中间壳体16之间的由图11中的“K”表示的明显边界更低的高度。明显边界K位于基部14的竖立壁22的顶端与配合在中间壳体16的凹槽43中的密封构件75的下表面之间。控制板12定位成比明显边界K更高。如图2中清楚地示出的，传感器基板62延伸的方向与组装式电池模块11的电化学电池83设置成彼此交叠的方向相同。[0067]如图7所示，中间壳体16包括从框架42向下延伸的绝缘壁71。如图2清楚地示出的，在中间壳体16和基部14的组件中，绝缘壁71从中间壳体16朝向基部14的位于竖立壁22内侧的底板21继续或延伸。换句话说，绝缘壁71中的每个绝缘壁设置成在水平方向(即，垂直于电池单元10的厚度的方向)上与竖立壁22交叠。绝缘壁71用以将组装式电池模块11的电极(即，将在稍后详细描述的电极片84和85)与竖立壁22电隔离并且定位于组装式电池模块11的电极与竖立壁22之间。如上所述，基部14具有位于竖立壁22的内侧的基部块25。如图8 (a)和图8 (b)中清楚地示出的，绝缘壁71中的每个绝缘壁均为L形的，换句话说，绝缘壁71中的每个绝缘壁均具有彼此相垂直地延伸的两个壁部段以将组装式电池模块11的电极与基部块25电隔离。
[0068]图2示出了紧固至基部14的盖15和中间壳体16。基部14的竖立壁22的上端配合在中间壳体16的框架42的凹槽43中。具体地，基部14在中间壳体16的固定部44的下端与基部14的固定部24d相接触的情况下固定至中间壳体16。在这种情况下，中间壳体16的凹槽43的底部(即，中间壁41的相对两个端部中的面向基部14的一个端部)位于远离竖立壁22的上端给定的距离处。密封构件75 (即，机械密封件)填充中间壳体16的凹槽43与竖立壁22的上端之间的这种空气间隙。密封构件75具有如图3所示的构型。密封构件75被竖立壁22的上端弹性压缩以在基部14与中间壳体16之间形成液体密封和气密密封。
[0069]中间壳体16的中间壁41的上端配合在沿着盖15的外周边缘延伸的凹槽43中。具体地，盖15在盖15的固定部31的下端与基部14的固定部24b相接触的情况下固定至基部14。在这种情况下，盖15的凹槽32的底部(S卩，盖15的相对两个端部中的面向基部14的一个端部)位于远离中间壁41的上端给定距离处。密封构件76 (即，机械密封件)填充盖15的凹槽32与中间壁41的上端之间的这种空气间隙。密封构件76具有如图3所示的构型。密封构件76被中间壁41的上端弹性地压缩以在盖15与中间壳体16之间形成液体密封和气密密封。可以使用诸如液体密封之类的另一种密封来替代密封构件75和76。例如，将液体密封应用于凹槽43和凹槽32并且随后硬化。
[0070]如从以上讨论显见的是，基部14的竖立壁22的上端设置成与中间壳体16的凹槽43的底部间接接触。类似地，中间壳体16的中间壁41的上端设置成与盖15的凹槽32的底部间接接触。换句话说，在基部14与中间壳体16之间以及在中间壳体16与盖15之间设置缓冲器以避免作用在盖15上的外力从上方直接传递至中间壳体16并且传递至基部14。[0071 ] 组装式电池模块11
[0072]下面将描述组装式电池模块11的结构。图12为示出了组装式电池模块11的总体结构的立体图。图13和图14为组装式电池模块11的分解立体图。
[0073]组装式电池模块11用作所谓的电池并且基本上由具有多个(在本实施方式中为四个)电池83的电池组件81以及紧固至电池组件81的电池保持装置82构成。电池组件81包括电池83，如在本申请的导言部分中所描述的，电池83中的每个电池均通过层叠型电池实施。具体地，电池83中的每个电池均由通过一对层压薄膜形成的挠性扁平壳体以及设置在该壳体中的方形电池本体构成。电池83设置成在其厚度方向上彼此交叠。电池83中的每个电池均呈平面形状并且具有从电池本体向外延伸的一对电极片84和85。电极片84和85附接至电池83中的每个电池的四个侧边中的完全相对的两个侧边。电极片84用作正电极。电极片85用作负电极。正电极片84由铝制成。负电极片85由铜制成。
[0074]如上所述，电池83竖向地堆叠。如从图12和图13可以观察到的，电池83中沿竖向相邻的两个电池中的一个电池具有设置在与另一电池83的负电极片85相同一侧上的正电极片84。换句话说，电池83中沿竖向相邻的两个电池中的一个电池的正电极片84沿电池83的厚度方向设置在另一电池83的负电极片85的上方。电池83中的每个电池的正电极片84与电池83中的相邻的一个电池的负电极片85电联接，使得所有电池83均以串联的方式电连接在一起。
[0075]电池83中的相邻两个电池的正电极片84和负电极片85物理地弯曲成靠近彼此以具有设置成竖向地彼此交叠的部分。这种交叠的部分例如通过超声焊接接合在一起。在本实施方式中，如图15所示，电池组件81的正电极片84和负电极片85以此方式联接。具体地，在电池组件81的右侧上，最上面的正电极片84和最下面的负电极片85沿水平方向笔直地延伸，而电池83中的中间两个电池中的最上面的正电极片84和最下面的负电极片85均是弯曲的并且被焊接在一起。在电池组件81的左侧上，电池83中的上面两个电池的正电极片84和负电极片85均是弯曲的并且被焊接在一起。类似地，电池83中的下面两个电池的正电极片84和负电极片85均是弯曲的并且被焊接在一起。
[0076]如图14所示，粘合带86插设在电池83中的每两个电池之间以将所有电池83结合在一起。电池组件81还具有通过粘合带86附接至电池83中的最上面一个电池的表面的刚性板87。该刚性板87例如由铁片制成，该铁片具有与电池83中的每个电池的表面面积至少相等的表面面积。在本实施方式中，刚性板87的表面面积的尺寸大于电池83的尺寸。刚性板87用作对机械负载、如由螺旋弹簧101所产生的机械负载的弹簧支承件。
[0077]电池保持装置82装备有第一保持件91、第二保持件92以及将第一保持件91和第二保持件92连接在一起的连接件93。第一保持件91附接至位于电池组件81的侧边中的一个侧边上的电极片84和85，而第二保持件92附接至位于电池组件81的相对的侧边上的电极片84和85。第一保持件91、第二保持件92和连接件93由合成树脂一体地形成。
[0078]具体地,第一保持件91具有下面将由附图标记94总体上表示的三个母线94a、94b和94c。母线94a、94b和94c通过第一保持件91而悬置并且电连接至从电池组件81的侧边中的相对两个侧边中的一个侧边延伸出的正电极片84和负电极片85。母线94a、94b和94c具有在竖向方向(B卩，电池组件81的厚度方向)上彼此相向的主要表面。母线94a、94b和94c中的每个母线均具有如下主要表面中的一个主要表面:该主要表面被联接成与正电极片84和负电极片85中相应的一个电极片的表面相接触，如在图15的右侧示出的。母线94a用作电池组件81的正端子(B卩，由串联连接的电池83组成的串联电路的正端子)。母线94c用作电池组件81的负端子(即，串联电路的负端子)。母线94a和94c分别连接至电池组件81的电力端子95。
[0079]第二保持件92具有下文中将由附图标记94总体上表示的两个母线94d和94e。母线94d和94e通过第二保持件92而悬置并且电连接至从电池组件81的侧边中的相对两个侧边中的另一侧边延伸出的正电极片84和负电极片85。母线94d和94e均具有在竖向方向(即，电池组件81的厚度方向)上彼此相向的主要表面。母线94d和94e中的每个母线均具有如下主要表面中的一个主要表面:该主要表面被联接成与正电极片84和负电极片85中相应的一个电极片的表面相接触，如在图15的左侧示出的。[0080]电池组件81设计成测量在电池83中的每个电池处出现的端子电压。具体地，第一保持件91具有分别连接至母线94a、94b和94c的三个电压检测端子96。第二保持件92具有连接至母线94d和94e的两个电压检测端子96。电力端子95以及电压检测端子96都向上延伸并且具有联接至控制板12的顶端。
[0081 ] 电压检测端子96中的每个电压检测端子均可以由母线94中的一个母线的一部分构成。换句话说，母线94中的每个母线均可以用于检测电池83处的端子电压。在本实施方式中，母线94中的每个母线均在一端处连接至电池组件81的正电极片84和负电极片85中的一个电极片并且在另一端处连接至控制板12而作为电压检测端子96。母线94中的每个母线均是弯曲的并且部分地嵌入在第一保持件91和第二保持件92中的一个保持件中。
[0082]连接件93由上连接条和下连接条98构成。换句话说，连接件93具有水平细长的开口或狭缝以具有上、下连接条98。连接条98中的每个连接条均具有这样的宽度:该宽度小到足以设置在电池83中的竖向相邻的两个电池的层叠薄膜的外周边缘之间的空隙中，如从图12可以观察到的。在电池保持装置82附接至电池组件81的情况下，连接条98在不从电池组件81的外周突出的情况下分别在电池83的层叠薄膜之间延伸。这在减小电池单元10的总体尺寸方面是有益的。
[0083]第一保持件91和第二保持件92中的每个保持件均具有这样的高度(S卩，第一保持件91和第二保持件92中的每个保持件的树脂本体的竖向尺寸):如可以在图2中观察到的，该高度小于电池组件81的总体厚度(即，电池组件81在电池83堆叠的方向上的竖向尺寸)。这使得组装式电池模块11能够在不存在保持件91和92与电池单元10的任何部件的物理干涉的情况下被安装在基部14上。
[0084]图16为示出了安装在基部14上的组装式电池模块11的平面图，其中，中间壳体16附接至该基部14。
[0085]如从中间壳体16的连接件18所观察到的，组装式电池模块11放置成使电极片84和85位于组装式电池模块11的本体的右侧和左侧。组装式电池模块11还设置成邻近基部14上的散热器27。电池保持装置28配合在组装式电池模块11的侧边中的更靠近散热器27、即更靠近连接件18和连接端子47的一个侧边中。组装式电池模块11在电池保持装置82 (即，第一保持件91和第二保持件92)的安装壁97通过螺钉N紧固至基部14的固定部24c的情况下固定在基部14上。
[0086]如图3所示，双侧粘合带(也称为双面粘贴胶带)111设置在组装式电池模块11的本体下面。双侧粘合带111将组装式电池模块11的底表面结合至基部14。绝缘片112放置在电池组件81的电极片84和85的下面以将电极片84和85与底板21电隔离。
[0087]控制板12
[0088]下面将描述控制板12的结构。图18为示出了安装在基部14上的控制板12的平面图。在图18中，为简便起见，虚线表示组装式电池模块11的位置。
[0089]控制板12由印刷电路板构成，印刷电路板在其主要表面上安装有各种电子装置。控制板12的在其上制造有电子装置的表面在下文中也将被称为电子部件安装表面。具体地，控制板12装备有用作控制器的CPU (S卩，运算装置)以执行给定的控制任务，从而控制组装式电池模块11和上述电力装置P的充电操作和放电操作。控制板12设置成与组装式电池模块11竖向地交叠，即，在组装式电池模块11的竖向方向上设置于组装式电池模块11的正上方。换句话说，控制板12定位成离底板21比组装式电池模块11离底板21更远。
[0090]控制板12具有与其上制造有电力装置P等的表面相反的下表面。下表面放置在基部14的固定部24a上并且通过螺钉N紧固至基部14。具体地，如可以从图3和图18中观察到的，控制板12在多个位置处通过螺钉N紧固至基部14。
[0091]水损坏传感器60的水检测电极68定位成靠近基部14的底板21，使得控制板12上的CPU (即，控制器)可以分析来自水损坏传感器60的表示电池单元10浸没在水中的输出以执行给定的任务，从而例如在电池单元10由于其浸没在水中而损坏之前停止组装式电池模块11的充电或放电。
[0092]控制板12具有两个区域:交叠区域，该交叠区域设置成与组装式电池模块11竖向地交叠，即，在组装式电池模块11的竖向方向上设置于组装式电池模块11的正上方；以及非交叠区域，该非交叠区域定位成在竖向方向上与组装式电池模块11不重合。电力装置P制作在非交叠区域上。如图5所示，非交叠区域定位在基部14的散热器27的上方，换句话说，非交叠区域面向基部14的散热器27，从而有利于将例如由电力装置P所产生的热量通过散热器27释放到组装式电池模块11的外部。
[0093]如图3和图4所示，绝缘片113插设在散热器27的板向平板27a与控制板12之间以将散热器27与控制板12电隔离。
[0094]控制板12与基部14的联接是通过将端子插针53、中间壳体16的连接端子63、组装式电池模块11的电压检测端子96和电力端子95插入到形成于控制板12中的孔中并且随后对它们进行钎焊来实现的。
[0095]如图18所示，由热敏电阻制成的温度传感器106通过电线105连接至控制板12。温度传感器106安装在组装式电池模块11上并且用以测量组装式电池模块11的温度。具体地，如图12所示，组装式电池模块11的电池保持装置82具有向上延伸的传感器安装部107。温度传感器106附接至传感器安装部107。
[0096]如上所述，电池单元10装备有加压机构以从上方挤压组装式电池模块11并且将组装式电池模块11保持在储存壳体13内。具体地，如图2所示，加压机构装备有设置在组装式电池模块11的上表面与盖15之间的螺旋弹簧101以将组装式电池模块11压靠住基部14。螺旋弹簧101在组装式电池模块11与盖15之间的安装引发了对控制板12与螺旋弹簧101之间的物理干涉的关注。
[0097]为了缓解以上问题，控制板12具有贯穿其厚度的孔102以限定将螺旋弹簧101设置在其中的弹簧腔。如图2中清楚地示出的，螺旋弹簧101中的每个螺旋弹簧均具有伸展或收缩的长度(即，轴线)并且均设置在孔102中，且所述长度大致垂直于控制板12的主要表面延伸。孔102用作防干涉装置以消除控制板12与螺旋弹簧101之间的物理干涉。控制板12作为整体呈环形。如图17和图18所示，孔101呈多边形，但可以是圆形的。
[0098]对以上加压机构的说明进行补充如下，组装式电池模块11在其相对的两个主要表面中的一个主要表面上具有这样的中央区域:例如由螺旋弹簧101所产生的压力被施加于该中央区域。换句话说，螺旋弹簧101设置在组装式电池模块11的上表面的中央区域上。这样的中央区域在下文中也将被称为压力施加区域。该压力施加区域在组装式电池模块11的平面图中占据组装式电池模块11的重心。加压机构具有以2乘2的矩阵的方式设置的四个螺旋弹簧11。控制板12设置成在竖向方向(即，电池单元10的厚度方向)上与组装式电池模块11的重心交叠。具体地，孔101形成在控制电路板12的如下区域中:该区域在电池单元10的厚度方向(即，例如由螺旋弹簧101所产生的压力作用于组装式电池模块11的方向)上覆盖或交叠组装式电池模块11的重心。换句话说，加压机构(即，螺旋弹簧101)定位成通过组装式电池模块11的上表面将机械压力施加于组装式电池模块11的重心上。
[0099]如上所述，刚性板87附接至组装式电池模块11的电池组件81的上表面。螺旋弹簧101设置在刚性板87上。如已经描述的，盖15在其下表面上形成有弹簧保持装置35，该弹簧保持装置35保持螺旋弹簧101的端部。具体地，弹簧保持装置35具有多个腔35a，螺旋弹簧101分别放置在腔35a中，使得螺旋弹簧101定位在组装式电池模块11的压力施加区域上的适当位置。
[0100]盖15联接至基部14并且压缩螺旋弹簧101的长度以产生机械压力。机械压力被施加于组装式电池模块11上。四个螺旋弹簧101的使用导致组装式电池模块11的例如由螺旋弹簧101所产生的机械压力作用于其上的区域(即，压力施加区域)增大。刚性板87的使用实现了机械压力在组装式电池模块11的电池组件81的上表面上的均匀分布。
[0101]车辆供电系统的电气结构
[0102]下面将参照图19来描述车载供电系统的电气结构。如上所述，电池单元10的组装式电池模块11装备有串联连接的四个电池83。电池83中的每个电池均在其正端子和负端子处通过电路径121连接至控制器122。控制器122是通过用于执行给定的控制任务的CPU (即，运算装置)来实现的，以控制组装式电池模块11的充电操作或放电操作。控制器122是安装在控制板12上的电子部件或电子装置。如图13所示，母线94 (94a至94e)连接至电池83的正端子和负端子。电路径121是通过母线94和电压检测端子96来提供的。
[0103]电池单元10装备有通过电线125联接在一起的连接端子123和124。组装式电池模块11连接至从电线125分叉的电线126。开关127设置在电线125中。开关128设置在电线126中。开关127和128中的每个开关均用作由例如电力MOSFET构成的电力控制切换装置。如图17所示，开关127和128对应于电力装置P。水损坏传感器60的传感器基板62连接至控制器122。
[0104]供电系统除电池单元10之外包括铅酸蓄电池131。铅酸蓄电池131联接至电池单元10的连接端子123。电池单元10和铅酸蓄电池131通过安装在车辆中的发电机(也称为交流发电机)132充电。车辆还装备有作为电负载的起动器133，该起动器133由来自铅酸蓄电池131的电力供能以起动安装在车辆中的内燃机。诸如安装在车辆中的音频系统或导航系统之类的电负载134通过连接端子124联接至电池单元10。电池单元10将电力供应至电负载134。
[0105]将简要地描述通过控制器122控制的开关127的打开操作/关闭操作。根据组装式电池模块11和铅酸蓄电池131中的充电的状态(即，电能的可用量)而打开或关闭开关127。具体地，当组装式电池模块11中的充电的状态大于或等于给定的值Kl时，控制器122使开关127断开以将连接端子123与组装式电池模块11断开连接。替代性地，当组装式电池模块11中的充电的状态已经降为低于给定的值Kl时，控制器122使开关127接通以将连接端子123与组装式电池模块11连接，从而通过发电机132给组装式电池模块11充电。
[0106]当需要使用起动器133起动发动机时，并且铅酸蓄电池131中的充电的状态大于或等于给定的值K2时，控制器122使开关127断开以将电力从铅酸蓄电池131供应至起动器133。替代性地，当铅酸蓄电池131中的充电的状态小于给定的值K2时，控制器122使开关127接通以将电力从组装式电池模块11供应至起动器133。
[0107]其上安装有供电系统的车辆装备有用于在点火开关处于接通状态时自动地停止发动机的自动怠速停止系统(也称为自动发动机起动/重起动系统)。当满足给定的自动发动机停止条件时，安装在车辆中的E⑶(S卩，怠速停止E⑶)自动地使发动机停止。当在停止发动机之后满足给定的自动发动机重起动条件时，ECU使用起动器133重起动发动机。自动发动机停止条件例如为车辆的加速器已经关断或松开、车辆的制动器已经接通或应用、以及车辆的速度小于给定的值的条件。自动发动机重起动条件例如为加速器已经接通并且制动器已经关断的条件。
[0108]电池单元10的安装
[0109]电池单元10安装在车辆的限定乘客舱的地板上。更具体地，基部14的底板21水平地设置在车辆的前排座椅下方。电池单元10位于车辆的乘客舱中，因而与电池单元10安装在车辆的发动机舱内的情况相比，电池单元10被溅上水或泥的可能性低。替代性地，除前排座椅下方之外，电池单元10可以放置在例如后排座椅与后行李舱之间的空间中。
[0110]上述实施方式提供了以下优点。
[0111]当仅盖15固定至储存壳体13的基部14时，在盖15与基部14之间、即在储存壳体13的外周壁中形成方形空间(即，间隙)。方形空间沿着储存壳体13的外周壁的整个周缘延伸。方形中间壳体16用于占据方形空间以形成储存壳体13的外周壁的一部分(即，中间壁41)。中间壳体16的使用省去了基部14或盖15中的任一者的壁部的与方形空间的轮廓相对应的一部分。盖15附接至基部14，从而确保了基部14和盖15的期望程度的机械强度而无论中间壳体16的强度如何。具体地，中间壳体16的刚度低于基部14和盖15的刚度，然而，将盖15附接至基部14确保了储存壳体13独立于中间壳体16的期望程度的机械强度。
[0112]因此，当由于例如踩踏在储存壳体13上所产生的不希望的负载被施加在基部14(即，储存壳体13的底部)与盖15 (即，储存壳体13的顶部)之间时，基部14和盖15的组合抵抗该负载而支承整个储存壳体13以防止电池单元10遭受外力。
[0113]如上所述，将盖15附接至基部14允许中间壳体16的刚度低于基部14和盖15的刚度，因此允许中间壳体16由轻量化材料制成或者设计成具有轻量化结构。在以上实施方式中，基部14和盖15分别由诸如铝之类的金属制成，而中间壳体16由合成树脂制成。这使得储存壳体13的总体重量减小，因此允许电池单元10是轻量化的，但又具有大到足以承受可能的外力的机械强度。
[0114]间隙或空隙形成在基部14的竖立壁22的顶端与中间壳体16的中间壁41的下端(SP，凹槽43的底部)之间，使得竖立壁22在储存壳体13的竖向方向上不与中间壁41直接接触，换句话说，竖立壁22的上端在电池单元10的厚度方向上以给定间隔远离中间壳体16的下端设置。类似地，间隙或空隙存在于中间壳体16的中间壁41的顶端与盖15的下端(即，凹槽32的底部)之间，使得中间壁41在储存壳体13的竖向方向上不与盖15直接接触，换句话说，中间壳体16的上端在电池单元10的厚度方向上以给定间隔远离盖15的下端设置。这种布局阻止了如从上方施加在盖15上的外力直接传递至中间壳体16，从而物理地保护刚度较低的中间壳体16。[0115]密封构件75和76设置在基部14的竖立壁22的顶端与中间壳体16的中间壁41的下端之间以及基部14的竖立壁22的顶端与盖15的凹槽32的底部之间，从而建立储存壳体13的气密密封或液体密封。这消除了液体(例如，洒在车辆的乘客舱中的饮品)侵入到电池单元10中的风险并且还使例如由组装式电池模块11产生的气体向电池单元10外部的泄漏最小化。
[0116]中间壳体16装备有绝缘壁71，该绝缘壁71用于将基部14与组装式电池模块11电隔离，由此确保组装式电池模块11的恰当操作。
[0117]绝缘壁71从中间壳体16的中间壁41朝向基部14的底板21向下延伸或者设置成在电池单元10的水平方向上与竖立壁22的内表面交叠或相向。绝缘壁71位于竖立壁22与电极片84和85之间，从而避免了电极片84和85与竖立壁22的电传导。
[0118]如上所述，中间壳体16在其上一体地设置有连接件18和连接端子47，连接件18和连接端子47用作与诸如铅酸蓄电池和车载ECU之类的外部电气装置的电连接件。将连接件18和连接端子47附接至中间壳体16是通过使用中间壁41的部分来实现的，因此有助于将连接件和连接端子容易地安装在中间壳体16中。
[0119]下面将描述以上实施方式的改型。
[0120]中间壳体16固定至基部14,然而,可以固定至盖15。
[0121]中间壳体16由合成树脂制成，然而，中间壳体16可以由另一类材料制成，只要该材料的刚性低于基部14和盖15的刚性并且允许中间壳体16是轻量化的就可以。例如，中间壳体16可以与基部14和盖15 —样由导电金属材料制成。作为不例，中间壳体16与基部14和盖15 —样由铝制成，但成形为厚度比基部14和盖15更薄。不需要中间壳体16具有支承储存壳体13的竖向负载的机械强度，因此允许减小中间壳体16的重量。
[0122]在中间壳体16由金属制成的情况下，绝缘壁71优选地设计成具有粘附至其上的绝缘薄膜以表现出电绝缘性。替代性地，中间壳体16可以设计成具有由金属制成的主体以及由合成树脂制成的绝缘壁71。
[0123]基部14、盖15和中间壳体16都由合成树脂制成。然而，中间壳体16成形为刚度和重量低于基部14和盖15。
[0124]如上所述，中间壳体16的绝缘壁71设置在基部14的竖立壁22与组装式电池模块11之间，然而，中间壳体16的绝缘壁71可以替代性地或另外定位于基部14的底板21与组装式电池模块11之间。
[0125]电联接至端子块17的连接端子47以及连接件18可以替代性地分别设置在中间壳体16的四个侧边中的两个侧边中或者附接至中间壳体16的四个侧边中的两个侧边。例如，连接端子47和连接件18安装在中间壁41的四个侧表面中的两个垂直延伸或在直径上对置的侧表面中。
[0126]如已经描述的，控制板12安装在储存壳体13内，然而，控制板12可以设置在储存壳体13外部。
[0127]如图2中清楚地示出的，基部14竖向地定位于盖15的下方。电池单元10横向地安装。基部14和盖15可以替代性地设置成水平地彼此相邻，而电池单元10竖向地设置。
[0128]如上所述，电池单元10安装在车辆的乘客舱中的座椅下面，然而，电池单元10可以设置在车辆的仪表板或发动机舱的内部。[0129]如上所述，电池83中的每个电池均是通过层叠式电池来实施的，然而，电池83中的每个电池可以由筒型电池构成。如以上实施方式中所使用的，电池83中的每个电池均为锂离子蓄电池，但电池83中的每个电池可以通过诸如镍镉蓄电池或镍氢蓄电池之类的另一类型的二次电池来实施。
[0130]电池单元10可以与装备有内燃发动机和电马达以驱动车轮的混合动力车辆或仅装备有电马达作为驱动源的电动车辆一起使用。
[0131]尽管已经就优选的实施方式公开了本发明以便于更好地理解本发明，但应当理解的是，在不背离本发明的原理的情况下可以以各种方式来实施本发明。因此，本发明应当被理解为包括能够在不背离本发明的如在所附权利要求中阐述的原理的情况下实施的所有可能的实施方式以及对所示出的实施方式的改型。
【权利要求】
1.一种电池单元,包括: 电池；以及 储存壳体，所述电池安装在所述储存壳体中，所述储存壳体包括第一壳体构件、第二壳体构件以及中间壳体构件，所述第一壳体构件限定所述储存壳体的底部，所述第二壳体构件限定所述储存壳体的顶部，且所述电池设置在所述第二壳体构件与所述第一壳体构件之间，所述第二壳体构件与所述第一壳体构件相联接以形成沿着所述储存壳体的外周壁的周缘延伸的间隙，所述中间壳体构件设置在所述第一壳体构件与所述第二壳体构件之间以形成作为所述储存壳体的所述外周壁的一部分的中间壁，所述中间壳体构件的刚度低于所述第一壳体构件和所述第二壳体构件的刚度。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述中间壳体构件固定在所述第一壳体构件上，所述第二壳体构件和所述中间壳体构件中的每一个均装备有固定部，所述固定部沿与所述第二壳体构件联接至所述第一壳体构件的方向相同的方向紧固至所述第一壳体构件并且与所述第一壳体构件接触，并且其中，所述中间壳体构件的相反两端中的一端以给定的间隔远离所述第一壳体构件的相反两端中的一端设置，并且所述中间壳体构件的另一端以给定的间隔远离所述第二壳体构件的相反两端中的一端设置。
3.根据权利要求2所述的电池单元，其中，在所述中间壳体构件与所述第一壳体构件之间的间隔以及所述中间壳体构件与所述第二壳体构件之间的间隔中分别设置有密封构件。
4.根据权利要求1所述的电池单元,其中,所述第一壳体构件由导电材料制成,并且其中，所述中间壳体构件装备有绝缘壁，所述绝缘壁设置在安装于所述第一壳体构件的底部上的所述电池与所述第一壳体构件之间。
5.根据权利要求4所述的电池单元，其中，所述第一壳体构件具有底部和竖立壁，所述电池安装在所述底部上，所述竖立壁从所述底部延伸并包围所述电池，其中，所述中间壳体构件的所述中间壁位于所述第一壳体构件的所述竖立壁的上方并且延续至所述竖立壁，并且其中，所述绝缘壁从所述中间壁朝向所述第一壳体构件的所述底部延伸并且布置成与所述竖立壁的内表面交叠且设置在所述竖立壁与所述电池的电极之间。
6.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述中间壳体构件装备有与外部电气装置建立电连接的连接件。
【文档编号】H01M2/02GK104009191SQ201410069109
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2013年2月27日
【发明者】田中豪, 山口芳范, 木下秀宏, 樋口裕昭 申请人:株式会社电装