电源设备的制作方法

专利名称：电源设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源设备，更确切地说，本发明涉及一种用于电源设 备的冷却控制。
背景技术：
电源设备中诸如电池或电容器的蓄电体在充/放电时产生热量。因此， 通过使用设置在电源设备中的冷却装置冷却蓄电体，可以控制整个电源设 备的温度以使得蓄电体的输出恒定，以延长蓄电体的寿命并提供稳定的电 力。
冷却电源设备(蓄电体)的方法例如包括气体冷却方法和液体冷却方 法。在这些冷却方法中，从蓄电体传递到气体或液体冷却介质的热量被传 递到构成电源设备一部分的外壳上，再被从电源设备排出。使用在气体冷 却方法中的气体冷却介质相比于使用在液体冷却方法中的液体冷却介质更 容易处理。然而，气体冷却介质的热传导率低于液体冷却介质的热传导 率。相反，在液体冷却方法中，需要谨慎地处理液体冷却介质。例如，需 要提供密封机构以防止冷却液从电源设备中泄漏出来。然而，因为液体冷 却介质的热传导率比气体冷却介质的热传导率更高，所以液体冷却介质比 气体冷却介质更有效地冷却电源设备(蓄电体)。
近几年，诸如二次电池或电双层电容器(电容器)的电源设备已经被 用作混合动力车辆和电动车辆的电池。在这种电源设备中，多个蓄电体紧 密地布置在一起以使得电源设备更紧凑并输出高的电力。因此，在大部分 情况下，采用了液体冷却方法，因此使用了具有高热传导率的液体冷却介 质，使得有效地将紧密地布置在一起的蓄电体内部的热量从蓄电体的外周 边排出。
当采用液体冷却方法时，冷却液被填充在构成电源设备一部分的外壳中，并且多个蓄电体被布置在填充有冷却液的外壳中。盖部件将冷却液和 包括多个蓄电体的蓄电模块密封在外壳中。当蓄电体由于充/放电产生热量 时，热量被传递到冷却液，之后热量被从冷却液传递到外壳。之后，热量 从电源设备排出。此时，在密封的外壳中发生冷却液的对流(自然对 流)，像气体的情况一样。由于对流效应和冷却液的热传导，产生在蓄电 体中的热量从电源设备排出。
因此，如果促进冷却液的对流，能够有效地冷却蓄电体。日本专利号
2959298中描述了一种技术，其中搅拌器搅动冷却液以产生冷却液的强制 对流。
但是，在日本专利号2959298中描述的这种技术中，尽管对冷却液强 制搅动，却只搅动了部分冷却液。因此，多个蓄电体并非每个都被有效地 冷却，并且围绕蓄电体的冷却液的温度对于冷却液的不同部分是不同的。
艮口，冷却液对多个蓄电体的一部分具有强冷却效果，而对多个蓄电体 的其他部分具有弱冷却效果。因而冷却体之间的冷却效果不同，因此，各 个蓄电体之间的充电和放电性能的劣化速率不同。结果，整个电源设备的 充电和放电性能不稳定。此外，电源设备的寿命降低。
本发明提供一种电源设备，其中冷却液的温度变化被减少。
本发明的第一方面涉及一种电源设备，其中蓄电体被布置在容纳冷却 液的外壳中。电源设备包括用于使冷却液振动的振动装置。
在第一方面中，振动装置可以被设置在外壳的外表面和内表面中的至 少一者上。振动装置可以被设置在多个蓄电体之间。
在第一方面中，振动装置可以被设置在外壳内的角部分。振动装置可 以被设置在电连接多个蓄电体的连接部件上、保持蓄电体的保持部件上、 或紧固多个蓄电体以形成蓄电模块的紧固部件上。或者，振动装置也可以 被直接地设置在蓄电体上。
在上述方面中，振动装置可以为振动体。振动装置可以包括振动体和 振动板，其中振动从振动体传递给振动板。另外，在上述方面，振动体可
发明内容以被设置在振动板的末端部分。或者，振动体设置在振动板的每个末端部 分。
在上述方面，可以使设置在各个末端部分的振动体振动，以使得这些 振动体的振动相位相互不同。
在上述方面，振动体可以为超声振动器。
本发明的第二方面涉及一种电源设备，其包括包括多个蓄电体的蓄 电模块；容纳蓄电模块的外壳；填充在外壳中的冷却介质；覆盖外壳并且 密封外壳中的蓄电模块和冷却介质的盖部件；使冷却介质振动的振动体。
在第二方面，振动体可以被设置在外壳的外表面、外壳的内表面、盖 部件的外表面和盖部件的内表面中至少一者上。在上述方面，电源设备可 以进一步包括振动板，该振动板上设置有所述振动体。
根据第二方面的电源设备可以进一步包括温度传感器，检测冷却介 质的上部分的温度和冷却介质的下部分的温度；温度控制部分，当上部分 的温度与下部分的温度之间的差等于预定值时，使振动体振动。
根据上述方面，可以减少电源设备中冷却液的温度的变化。从而，可 以提供一种具有高稳定性的电源设备。


通过以下参考附图对实施例的描述，本发明的上述的和更多的目的、 特征和优点将变得更清晰，在附图中，相同的附图标记被用来表示相同的 元件，其中
图1为根据本发明的第一实施例的电源设备的分解立体图； 图2为根据本发明的第一实施例的电源设备的外部立体图； 图3A和3B示出了根据本发明的第一实施例的电源设备中冷却介质是 如何流动的；
图4A和4B示出了根据本发明的第二实施例的电源设备中冷却介质是 如何流动的；
图5A和5B示出了根据本发明的第三实施例的电源设备中冷却介质是 如何流动的；
6图6A和6B示出了根据本发明的第四实施例的电源设备的蓄电模土央；
图7A和7B示出了根据本发明的第四实施例的电源设备的蓄电模块。
具体实施例方式
参考图1和图2，根据本发明的实施例的电源设备100包括蓄电模块 10、外壳20、冷却介质30、盖部件40和振动体50。蓄电模块10包括多 个蓄电体l。外壳20收容蓄电模块10，并且外壳20被冷却介质30填充。 盖部件40被放置在外壳20之上以密封外壳20中的蓄电模块10和冷却介 质30。振动体50使冷却介质30振动。作为本实施例中的冷却介质30， 使用了诸如冷却油的冷却液。从而，使用了液体冷却方法冷却蓄电体1 (即，冷却蓄电模块IO)。
多个蓄电体1的每个都可以是电池(单元电池)或电双层电容器(电 容器)，其中正电极和负电极和置于它们之间的电解质膜一起堆叠。蓄电 体1具有包括至少一层的层结构。作为蓄电体1的例子，图1示出了成形 为圆柱体形的圆柱体单元电池。但是，蓄电体1可以具有任何形状，例 如，方形/矩形的柱形。
蓄电模块10为组合的电池，其中多个蓄电体1被相互平行的布置。 蓄电模块IO包括保持部件lla、 llb和母线12。保持部件lla、 llb布置 在蓄电体1在其纵向方向上的外侧末端，使得蓄电体1被布置于并被保持 在保持部件lla、 llb之间。母线12起到将多个蓄电体1串联或并联地电 连接的连接部件的功能。使用螺母13a、 13b通过母线12将蓄电体1固定 到保持部件Ua和llb。螺栓部分设置在蓄电体1纵向上的末端。螺栓部 分通过母线12与螺母13a、 13b接合。蓄电模块10容纳在外壳20中，使 得蓄电模块10浸入填充进外壳20的冷却介质30中。
外壳20在其外周边表面设置有多个散热片21并容纳蓄电模块10。冷 却液被填充进外壳20中，作为冷却介质30。因此，在外壳20内设置有密 封，以便将外壳20中的冷却液密封并防止冷却液泄漏。冷却液例如包括 自动变速器用油、硅油和氟惰性液，诸如3M公司制造的FluorinertTM、 Novec HFE (氢氟醚)和NovecTM 1230。外壳20由冷却液填充至其最大限度，使气体(例如空气)不能进入外壳20。
盖部件40置于外壳20之上以便密封外壳20中的蓄电模块IO和冷却 介质30。盖部件40固定到外壳20。外壳20和盖部件40由诸如铝或铜的 金属(或者合金，例如铝合金或铜合金)制成。外壳20可以具有圆柱形 或方形/矩形柱形，并且盖部件40可以具有碟形或方形/矩形形状。
作为振动体50，可以采用振动器(电致伸縮的振动器，磁致伸縮的振 动器)，诸如超声(高频率)振动器、晶体振动器或压电元件。例如，通 过采用音叉振动器产生弯曲振动、AT切(AT-ciit)振动器产生厚度剪切 振动或者SAW (表面声波)谐振器以产生表面声波振动，可以将振动的 方向设置为任意方向。本实施例中的每个振动器50设置在外壳20的外表 面上(例如，在外壳的主体上散热片21之间的位置)或者在盖部件40的 外表面上。除了采用由于压电效应而振动的振动器，也可以采用通过使用 电动机等来使物体以机械方式振动而产生振动的装置。
具有上述结构的电源设备IOO通过容纳在外壳20内的蓄电模块10的 正极端子和负极端子充电和放电。因此，电源设备100提供电力。
图3A和3B示出了当蓄电体1由于充/放电产生热量并且冷却液(冷 却介质30)被加热时，冷却液是如何流动。如图3A所示，由于冷却液的 温度的升高引起的冷却液的自然对流发生在外壳20中。因此，冷却液在 外壳20中流动。 一般地，被加热的冷却液流向外壳20的上部并到达外壳 20的上表面。在冷却介质在外壳20的上表面被冷却之后，冷却液从外壳 20的中心流向外壳20远离中心的外部部分。之后，冷却液沿蓄电模块10 的外周边(即，沿外壳20)向下流动。因此，因为冷却液由蓄电体l加热 并由外壳20冷却，冷却液的对流发生在外壳20中。
在本实施例中，振动体50使在外壳20中自然地对流的冷却液振动。 如图3B所示，温度传感器61检测填充在外壳20中的冷却液的上部和下 部的温度。例如，温度控制部分60检测冷却液的上部的温度与下部的温 度之间的差。当温度差在2卩到5。C之间时，温度控制部分60驱动(加电 压到)振动体50，从而使振动体50振动。
通过外壳20，每个振动体50的振动以振动波的方式传递到冷却液。振动波绕外壳20布置有振动体50的部分传播。因此，振动体50的振动搅
动冷却液，从而促进冷却液的流动。
如上所述，电源设备100中，振动体50的振动搅动冷却液，从而促 进冷却液的流动。因此，可以减少整个冷却液中温度分布的变化，并使电 源设备100中的冷却液的温度均衡。因此，可能避免以下情况冷却液对 多个蓄电体1的一部分有强冷却效果而对多个蓄电体1的另一部分有弱冷 却效果。即，可以防止各个蓄电体1之间冷却效果的变化。因此，可以在 整个蓄电体1中使得充电和放电性能劣化的速率一致。因此，可以提供稳 定的电源设备。
图4A和4B示出了根据本发明第二实施例的电源设备的截面图。在第 一实施例中，振动体50被设置在外壳20的外表面和盖部件40的外表面 上。相反，在第二实施例中，振动体50被设置在外壳20的内表面和盖部 件40的内表面上。即，振动体50设置成使得振动体50与蓄电模块10 — 起被浸入冷却液中。
如图4A所示，因为振动体50直接地振动冷却液，所以振动体50的 振动更有效地促进冷却液的流动。如图4B所示，振动体50可以被设置在 外壳20内侧的角部分。在蓄电体1附近的部分冷却液具有高流动性。 即，在蓄电体1附近的这部分冷却液可能由于从蓄电体1的传递的热量而 向上流动。在外壳20内侧的角部分的部分冷却液具有低流动性，因为这 部分冷却液远离蓄电体l。因此，通过将振动体布置在外壳20内的角部分 中，可以促进整个冷却液的流动，并使得电源设备100中的冷却液的温度 更一致。
图5A和5B示出了根据本发明的第三实施例的电源设备的截面图。在 第三实施例中，振动体被设置在蓄电模块10中的蓄电体1之间。振动体 50还被设置在外壳20的末端部分的蓄电体1的外侧。从蓄电体1传递到 在蓄电体1之间的区域中流动的这部分冷却液的热量大于从蓄电体1传递 到蓄电模块10的外周边的这部分冷却液的热量。因此，振动体50促进了 蓄电体1之间的区域里的这部分冷却液的流动。
特别地，在第三实施例中，每个振动体50都设置有振动板51，使得振动板51的振动促进冷却液的流动。如图5A所示，振动板51沿着冷却 液由于对流而朝向外壳20的上部流动的方向延伸。振动体50设置在振动 板51的一个末端部分上。
因此，在第三实施例中，可以促进在组成蓄电模块10的蓄电体1之 间的区域中的这部分冷却液的流动，并减少每个蓄电体1周围的这部分冷 却液的温度分布的变化。因此，可以使蓄电装置100中的冷却液的温度均 衡。同样，通过给各个振动体50设置振动板51，可以将每个振动体50的 振动传输到冷却液中广阔的面积，并因此可以更有效地促进冷却液的流 动。
在图5A和5B中，蓄电体l之间的每个振动体50设置在振动板51的 外壳20下方的末端上。因此，振动板51的振动沿着冷却液由于对流而流 向外壳20的上部分的方向而传递。这促进了冷却液的对流，从而促进了 冷却液的流动。振动体50可以设置在振动板51的每个末端部分。
图5B示出了包括均为矩形柱形的蓄电体1的蓄电模块10的例子。如 图5B所示，振动体50设置在蓄电体1之间和在外壳20的末端部分的蓄 电体1的外侧。每个振动体50都设置有振动板51。与图5A中一样，可以 减少每个蓄电体1周围的这部分冷却液的温度分布的变化。
图6A和6B分别示出了根据本发明第四实施例的电源设备的蓄电模块 和母线。图7A和7B分别示出了根据本发明第四实施例的另一个电源设备 的蓄电模块和母线。振动体50可以被布置在蓄电模块10上(例如，保持 部件lla、 llb之上)，或者如图6A所示，被直接布置在蓄电体l上。振 动体50可以被布置在母线12之上，如图6B所示。
图7A示出了包括均为矩形柱形的蓄电体1的蓄电模块10。在此情况 下，振动体50被设置在紧固部件(端板14、紧固棒15等)上，其中紧固 部件将多个蓄电体1紧固形成蓄电模块10。同样，如图7B所示，振动体 50可以被布置在母线16上。
在第四实施例中，通过将振动体50直接地布置在蓄电体1上或者布 置在相对靠近蓄电体1的位置，可以促进在相对靠近蓄电体1的位置的这 部分冷却液的流动，并减少蓄电体1周围的这部分冷却液的温度分布的变化。
因此，在上述各实施例中，例如，在多个振动体50被布置在电源设 备100的外壳中的情况下，可以采用振动器作为每个振动体50，其中振动 器沿适合于冷却液的流动方向的方向振动。例如，在图4A中，可以布置 SAW谐振器，使得表面声波的振动平面从每个SAW谐振器沿冷却液流动 的方向延伸。在此情况下，传输到冷却液的振动波的方向与冷却液的流动 方向相匹配。因此，可以更有效地促进冷却液的流动。另外，在图4B 中，产生厚度剪切振动的AT切振荡器可以被布置在外壳20内侧的角部分 中，这部分冷却液具有低流动性。在此情况下，可以提高角部分内和角部 分附近的这部分冷却液的流动性，并更有效地搅动这部分冷却液。蓄电体 1可以向振动体50提供电力。在这种情况下，振动体50不需要被连接到 外壳20外部的电源。这减少了构件的数目。另外，不需要设置用于防止 例如冷却液泄露的密封机构。
通过使用多个振动体50并驱动振动体50以使得从多个振动体50发出 的振动波的相位相互不同，可以由多个振动波形成复合波。更具体地说， 可以使用两个振动体50。因此，除了用于每个振动体的驱动控制(电压控 制)之外，还可以执行振动频率控制而控制冷却液的流动，其中振动频率 控制用逆变器等控制每个振动器的振动频率。在第三实施例中，两个振动 体50可以被设置在振动板51的两个末端部分，并且两个振动体50的振动 相位可以相互不同。在这种情况下，可以使振动板51以大振幅或小振幅 振动。
在上述实施例中，可以在振动板51的表面设置柔性翅，并且该翅可 以在振动板51振动时搅动冷却液。在这种情况下，可以使用振动体50的 振动进一步促进冷却液的流动。
使用诸如电池或电双层电容器(电容器)的蓄电体作为例子描述了上 述实施例。但是，本发明可以被应用于例如燃料电池。
权利要求
1.一种电源设备，其中，蓄电体被布置在容纳冷却液的外壳中，所述电源设备的特征在于包括振动装置，用于使所述冷却液振动。
2. 根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述振动装置设置在所述 外壳的外表面和内表面中的至少一者上。
3. 根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述振动装置设置在多个 所述蓄电体之间。
4. 根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述振动装置设置在所述 外壳内的角部分中。
5. 根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述振动装置设置在电连 接多个所述蓄电体的连接部件上。
6. 根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述振动装置设置在保持 所述蓄电体的保持部件上。
7. 根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述振动装置设置在将多 个所述蓄电体紧固以形成蓄电模块的紧固部件中。
8. 根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述振动装置直接地设置 在所述蓄电体上。
9. 根据权利要求1到8中任一项所述的电源设备，其中，所述振动装 置为振动体。
10. 根据权利要求1到8中任一项所述的电源设备，其中，所述振动 装置包括振动体和振动板，振动从所述振动体传递给所述振动板。
11. 根据权利要求IO所述的电源设备，其中，所述振动体被设置在所 述振动板的末端部分。
12. 根据权利要求IO所述的电源设备，其中，所述振动体设置在所述 振动板的每个末端部分。
13. 根据权利要求12所述的电源设备，其中，使设置在各个所述末端 部分的所述振动体振动，使得所述振动体的振动相位相互不同。
14. 根据权利要求9到13中任一项所述的电源设备，其中，所述振动 体为超声振动器。
15. —种电源设备，包括 蓄电模块，包括多个蓄电体； 外壳，容纳所述蓄电模块； 冷却介质，填充在所述外壳中；盖部件，覆盖所述外壳并且密封所述外壳中的所述蓄电模块和所述冷却介质；和振动体，使所述冷却介质振动。
16. 根据权利要求15所述的电源设备，其中，所述振动体设置在所述 外壳的外表面、所述外壳的内表面、所述盖部件的外表面和所述盖部件的 内表面中至少一者上。
17. 根据权利要求15或16所述的电源设备，还包括振动板，所述振 动体设置在所述振动板上。
18. 根据权利要求1到17中任一项所述的电源设备，还包括 温度传感器，检测所述冷却介质的上部分的温度和所述冷却介质的下部分的温度；以及温度控制部分，当所述上部分的温度与所述下部分的温度之间的差等 于预定值时，使所述振动体振动。
19. 一种电源设备，包括蓄电体，布置在容纳冷却液的外壳中；和 振动部分，使所述冷却液振动。
全文摘要
本发明提供了一种电源设备(100)，其中蓄电体(1)被布置在容纳冷却液(30)的外壳(20)中。电源设备(100)包括使冷却液(30)振动的振动装置(50)。
文档编号H01M10/50GK101542825SQ200880000575
公开日2009年9月23日 申请日期2008年1月9日 优先权日2007年2月1日
发明者村田崇 申请人:丰田自动车株式会社