KR101160400B1 - 전지 모듈 및 그들을 이용한 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

전지 모듈은, 제1 하우징과, 제2 하우징과, 제1 하우징과 제2 하우징의 사이에 수납되는 배기구멍을 갖는 복수의 전지를 구비하고, 제1 하우징 및 제2 하우징의 적어도 한쪽에서 전지의 배기구멍과 대향하는 위치에, 전지를 개별적으로 수납하는 제1 격벽 부재를 설치한 구성을 갖는다.

Description

전지 모듈 및 그들을 이용한 전지 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK USING SAID BATTERY MODULE}
본 발명은, 전지에 발열 등의 문제점이 발생해도 다른 전지에 영향을 주지 않는 전지 모듈 및 그들을 이용한 전지 팩에 관한 것이다.
최근, 자원 절약이나 에너지 절약의 관점에서, 반복해서 사용할 수 있는 니켈 수소, 니켈 카드뮴이나 리튬 이온 등의 2차 전지로의 수요가 높아지고 있다. 그 중에서도 리튬 이온 2차 전지는, 경량이면서, 기전력이 높고, 고에너지 밀도라는 특징을 갖고 있으므로, 휴대전화나 디지털 카메라, 비디오 카메라, 노트형 퍼스널 컴퓨터 등의 다양한 종류의 휴대형 전자기기나 이동체 통신기기의 구동용 전원으로서의 수요가 확대되고 있다. 한편, 화석연료의 사용량의 저감이나 CO2의 배출량을 삭감하기 위해, 자동차 등의 모터 구동용의 전원으로서, 조합함으로써, 원하는 전압이나 용량을 얻을 수 있는 전지 모듈도 개발되고 있다.
그러한 개발에 있어서, 전지의 고에너지 밀도화가 진행됨에 따라, 이용의 형태에 따라서는, 전지 자신이 고온으로 발열하거나 할 우려가 있다. 그 때문에, 전지 자체의 안전성과 함께, 그들을 집합하여 이용하는 전지 모듈이나 전지 팩에 있어서의 안전성이 보다 중요해지고 있다.
상술한 바와 같은 전지는, 과충전되거나, 혹은 내부 단락이나 외부 단락에 의해 발생하는 가스로, 전지의 내압이 상승하고, 경우에 따라서는, 전지 케이스가 파열될 가능성이 있다. 그 때문에, 일반적으로, 이들 전지에는, 가스 제거를 위한 벤트 기구나 배기구멍 등이 설치되어 있다.
그래서, 종래, 전지로부터 내용물이 분출한 경우여도, 전지의 발연이나 인화를 미연에 방지하는 것을 가능하게 하는, 충방전 가능한 전지와 가연성 물질을 흡착하는 필터부와, 전지 및 필터부를 덮고, 필터부를 통과함으로써 정화된 내용물을 외부로 배출하는 배출구멍이 설치된 외곽 부재를 구비한 전지 팩의 예가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또, 합성 수지로 이루어지는 홀더 케이스의 정사각형의 각 전지 수납부에 개별적으로 전지를 수납하는 전지 모듈의 예가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
그러나, 특허문헌 1에 나타낸 전지 팩은, 1개 전지의 문제점에 의해 벤트 기구가 작동한 경우, 분출하는 가스에 의한 인화나 파열에 의한 주위 전지로의 연쇄적인 열화를 방지할 수 없다. 그 때문에, 특히 복수의 전지를 집합하여 이용하는 전지 모듈이나 전지 팩에 있어서는, 주위 전지로의 영향을 어떻게 억제할지가 과제로 되어 있다.
또, 특허문헌 2에 나타낸 전지 모듈은, 전지 수납부에 전지를 개별적으로 수납함으로써, 전지간의 접속을 안정하게 행할 수 있다. 또, 진동이나 충격을 받아도 전지 수납부에서 전지를 덜컹거림 없이 유지할 수 있다. 또한, 전지의 높이 방향으로 설치한 방열용 구멍에 의해 냉각 통로를 확보하여 균일한 냉각을 할 수 있는 것이 나타나 있다. 그러나, 1개의 전지가 비정상적으로 발열하여, 인화나 파열한 경우의 주위 전지로의 영향을 방지하는 것에 관해서는 아무것도 기재되어 있지 않다.
특허문헌1:일본국특허공개2006-228610호공보 특허문헌2:일본국특허공개2003-162993호공보
본 발명의 전지 모듈은, 제1 하우징과, 제2 하우징과, 제1 하우징과 제2 하우징의 사이에 수납되는 배기구멍을 갖는 복수의 전지를 구비하고, 제1 하우징 및 제2 하우징의 적어도 한쪽에서 전지의 배기구멍과 대향하는 위치에, 전지를 개별적으로 수납하는 제1 격벽 부재를 설치한 구성을 갖는다.
이 구성에 의해, 문제 전지의 배기구멍으로부터 분출한 가스의 인화에 의한 불길 등을 제1 격벽 부재로 막아내어 주위 전지로 직접 불길이 닿는 것을 방지한다. 이 결과, 주위 전지로의 연소나 이상 과열 등을 미연에 방지하여, 신뢰성이나 안전성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.
또, 본 발명은, 상기 전지 모듈을 단위 전지 모듈로 하여, 종렬 또는 병렬로 접속한 구성을 갖는다. 이에 의해, 복수의 단위 전지 모듈을 서로 적층해도, 연소하기 어려운 안전하고 신뢰성의 높은 전지 모듈을 실현할 수 있다. 이에 의해, 요구되는 전압이나 용량에 대응하는 전지 모듈을 임의로 구성할 수 있다.
또, 본 발명의 전지 팩은, 상기 전지 모듈을, 외장 하우징에 수납한 구성을 갖는다. 이에 의해, 범용성이 높은 전지 팩을 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈에 수납되는 전지의 횡단면도이다.
도 2A는, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2B는, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
도 3A는, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 분해 사시도이다.
도 3B는, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 사시도이다.
도 4A는, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 4B는, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
도 5A는, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 분해 사시도이다.
도 5B는, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 사시도이다.
도 6A는, 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 6B는, 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
도 7A는, 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 7B는, 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
도 8A는, 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 분해 사시도이다.
도 8B는, 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 사시도이다.
도 9A는, 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 9B는, 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
도 10A는, 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 분해 사시도이다.
도 10B는, 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 사시도이다.
도 11A는, 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 11B는, 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
도 12A는, 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 분해 사시도이다.
도 12B는, 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 사시도이다.
도 13A는, 본 발명의 실시 형태 7에 있어서의 전지 모듈의 전지의 수납 방향에서 본 평면도로, 단위 전지 모듈을 2단으로 종렬로 접속한 상태를 설명하는 도면이다.
도 13B는, 본 발명의 실시 형태 7에 있어서의 전지 모듈의 전지의 수납 방향에서 본 평면도로, 단위 전지 모듈을 2단으로 종렬 및 2열로 병렬로 접속한 상태를 설명하는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 실시 형태 8에 있어서의 전지 팩의 투시 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 설명한다. 또한, 본 발명은, 본 명세서에 기재된 기본적인 특징에 의거하는 한, 이하에 기재된 내용에 한정되는 것은 아니다. 또, 이하에서는 전지로서, 리튬 이온 등의 비수 전해질 2차 전지(이하,「전지」라고 기재한다)를 예로 설명하지만, 이것에 한정되지 않는다.
(실시 형태 1)
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈에 수납되는 전지의 횡단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 원통형의 전지는, 예를 들면 알루미늄제의 양극 리드(8)를 구비한 양극(1)과, 그 양극(1)과 대향하는, 예를 들면 구리제의 음극 리드(9)를 일단에 구비한 음극(2)을 세퍼레이터(3)를 통해 감겨진 전극군(4)을 갖는다. 그리고, 전극군(4)의 상하에 절연판(10a, 10b)을 장착하여 전지 케이스(5)에 삽입하고, 양극 리드(8)의 다른 쪽의 단부를 봉구판(封口板)(6)에, 음극 리드(9)의 다른 쪽의 단부를 전지 케이스(5)의 바닥부에 용접한다. 또한, 리튬 이온을 전도하는 비수 전해질(도시 생략)을 전지 케이스(5) 내에 주입하고, 전지 케이스(5)의 개방 단부를, 개스킷(7)을 통해 양극 캡(16), PTC 소자 등의 전류 차단 부재(18) 및 봉구판(6)에 대해 코킹한 구성을 갖는다. 또, 양극 캡(16)에는, 전극군(4)의 문제점에 의한 벤트 기구(19)의 개방에 의해 발생하는 가스를 제거하기 위한 배기구멍(17)을 설치하고 있다. 그리고, 양극(1)은 양극 집전체(1a)와 양극 활물질을 포함하는 양극층(1b)으로 구성되어 있다.
여기에서, 양극층(1b)은, 예를 들면 LiCoO2나 LiNiO2, Li2MnO4, 또는 이들의 혼합 혹은 복합 화합물 등의 리튬 함유 복합 산화물을 양극 활물질로서 포함한다. 또, 양극층(1b)은, 또한, 도전제와 결착제를 포함한다. 도전제로서, 예를 들면 천연 흑연이나 인조 흑연의 그라파이트류, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본 블랙류를 포함하고, 또 결착제로서, 예를 들면 PVDF, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아라미드 수지, 폴리아미드, 폴리이미드 등을 포함한다.
또, 양극(1)에 이용하는 양극 집전체(1a)로서는, 알루미늄(Al), 탄소, 도전성 수지 등이 사용 가능하다.
비수 전해질에는 유기용매에 용질을 용해한 전해질 용액이나, 이들을 포함하여 고분자로 비유동화된 이른바 폴리머 전해질층이 적용 가능하다. 비수 전해질의 용질로서는, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAlCl4, LiSbF6, LiSCN, LiCF3SO3, LiN(CF3CO2), LiN(CF3SO2)2 등을 이용할 수 있다. 또한, 유기용매로서는, 예를 들면 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트, 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트(EMC) 등을 이용할 수 있다.
또, 음극(2)의 음극 집전체(11)는, 스텐인리스강, 니켈, 구리, 티탄 등의 금속박, 탄소나 도전성 수지의 박막 등이 이용된다.
또한, 음극(2)의 음극층(15)으로서는, 흑연 등의 탄소 재료나, 규소(Si)나 주석(Sn) 등과 같이 리튬 이온을 가역적으로 흡장 및 방출하는 이론 용량 밀도가 833mAh/cm3를 초과하는 음극 활물질을 이용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈에 대해, 도 2A와 도 2B를 이용하여 상세하게 설명한다.
도 2A는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 2B는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다. 또한, 도 2B에서는 이해를 돕기 위해서, 전지 등을 투시한 상태로 도시하고 있다.
도 2A에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(100)은, 예를 들면 폴리카보네이트 수지 등의 절연성 수지 재료로 이루어지는 제1 하우징(110) 및 제2 하우징(120)과, 제1 하우징(110)과 제2 하우징(120)의 사이에 장착되는 복수의 전지(130)로 구성되어 있다. 그리고, 제1 하우징(110)은, 전지(130)의 배기구멍과 대향하는 위치에 제1 격벽 부재(115)를 구비하고 있다. 이 때, 전지 모듈(100)은, 예를 들면 복수의 전지(130)를 병렬로 접속한 전지 배치로 구성되어 있다. 또한, 제1 하우징(110) 및 제2 하우징(120)에는, 복수의 전지(130)를 전기적으로 접속하는 제1 접속 단자(도시 생략)와 제2 접속 단자(122)가 각각, 예를 들면 스폿 용접에 의해 접속되어 있다. 복수의 전지 모듈(100)을, 예를 들면 종렬 또는 병렬로 연결하는 경우에는, 제1 하우징(110) 및 제2 하우징(120)에 제1 연결부(114) 및 제2 연결부(124)가 설치된다. 또한, 제1 연결부(114)나 제2 연결부(124)는, 제1 접속 단자나 제2 접속 단자(122)와 전기적으로 접속되어, 다른 전지 모듈과 접속할 때의 전기 접속부로서 이용해도 된다.
그리고, 도 2B에 나타낸 바와 같이, 복수의 전지(130)의 배기구멍측을 제1 하우징(110)의 제1 격벽 부재(115)에 수납하여 제1 접속 단자(도시 생략)와 전지(130)의 양극 캡을 접속함과 더불어, 제2 하우징(120)의 제2 접속 단자(122)와 전지(130)의 전지 케이스(구체적으로는, 마이너스측)를 접속하여 전지 모듈(100)이 구성된다. 제1 격벽 부재(115)의 높이(깊이)(T)는, 전지(130)의 배기구멍 부분을 수납할 수 있는 높이 이상이고, 전지(130)의 높이 이하이면 된다. 예를 들면 외경 18mm, 높이 65mm의 전지의 경우, 2mm≤T≤65mm이다.
본 실시 형태에 의하면, 비정상 사태에 의해 전지가 고온이 되어, 배기구멍으로부터 고온의 가스가 분출해도, 제1 격벽 부재에 의해, 주위 전지로, 고온의 가스가 직접 닿는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 주위 전지가 연쇄적으로 고온이 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 제1 격벽 부재의 높이가 높을수록, 전지의 전지 케이스의 측면으로부터 방사된 복사열도 확실하게 차폐할 수 있으므로, 또한 주위 전지로의 영향을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 하우징과 제2 하우징을 전지와 접속함으로써 전지 모듈을 구성한 예로 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 하우징과 제2 하우징을, 전지 높이 정도의 지지 부재(도시 생략)를 통해 확실하게 고정한 전지 모듈 구성으로 해도 된다.
또, 본 실시 형태에서는, 제1 하우징 및 제2 하우징이나 제1 격벽 부재를, 예를 들면 200℃ 정도의 내열성을 갖는 폴리카보네이트 수지 등의 내열 부재로 이루어지는 예로 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 격벽 부재를 구비하는 제1 하우징에만 내열 부재를 이용하고, 제2 하우징에는, 예를 들면 100℃ 정도의 내열성이 낮은, 예를 들면 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에틸렌(PE) 등의 수지 부재를 이용해도 된다. 이에 의해, 생산 비용을 저감할 수 있다.
여기에서, 내열 부재로서, 예를 들면, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 페놀 수지, 유니레이트, 유리 에폭시 수지, 세라믹이나 발포 수지를 이용해도 된다. 상기 수지 중에, 탄소 섬유나 유리 섬유 등의 필러를 함유하는 것이 바람직하다. 함유되는 필러에 의해, 하우징의 기계적 강도를 향상할 수 있다. 또, 예를 들면, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni) 등의 금속 재료를, 절연성 수지로 피복한 것을 이용해도 된다. 금속 재료는, 판형상이어도 메시(그물코형상)여도 된다. 메시형상이면, 높은 기계적인 강도와 하우징의 경량화를 도모할 수 있다. 또, 절연성 수지로서는, 내열 부재를 반드시 이용할 필요가 없으며, 염가로 형성이 용이한 절연성 수지여도 된다.
이하에, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈의 다른 예에 대해, 도 3A와 도 3B를 이용하여 설명한다.
도 3A는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 분해 사시도이고, 도 3B는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 사시도이다. 또한, 도 3B에 있어서도, 이해를 돕기 위해, 전지 등을 투시한 상태로 도시하고 있다.
도 3A에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(200)은, 복수의 전지(130)의 배기구멍의 위치가 서로 상이한 배치로 제1 하우징(210)과 제2 하우징(220)에 수납된 구성을 갖는다. 그리고, 전지의 배기구멍에 대향하는 위치의 제1 하우징(210)과 제2 하우징(220)에 제1 격벽 부재(215)와 제2 격벽 부재(225)를 설치한 점에서, 상기 실시 형태의 전지 모듈(100)과는 다르다. 요컨대, 전지 모듈(200)은, 복수의 전지를 직렬로 접속하는 경우의 구성의 일례이다. 그 때문에, 제1 접속 단자(도시 생략) 또는 제2 접속 단자(222)로, 인접하는 전지간이 접속되어 있다.
이 경우, 제1 하우징(210), 제2 하우징(220), 제1 격벽 부재(215) 및 제2 격벽 부재(225)는, 전지 모듈(100)의 제1 하우징(110) 및 제1 격벽 부재(115)와 동일한 내열 부재로 구성된다. 또한, 다른 구성 요소 등은 전지 모듈(100)과 동일하므로, 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 다른 예에 의하면, 비정상 사태에 의해 전지가 고온이 되어, 배기구멍으로부터 고온의 가스가 분출해도, 제1 격벽 부재 및 제2 격벽 부재에 의해, 주위 전지로, 고온의 가스가 직접 닿는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 주위 전지가 연쇄적으로 고온이 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
(실시 형태 2)
이하, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전지 모듈에 대해, 도 4A와 도 4B를 이용하여 상세하게 설명한다.
도 4A는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 4B는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
도 4A에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(300)은, 수납하는 복수의 전지(330) 모두에 대응하여, 제1 하우징(310)에 제1 격벽 부재(315)를 설치함과 더불어, 제2 하우징(320)에 제2 격벽 부재(325)를 설치하여 구성된다. 그리고, 전지(330)의 배기구멍 위치 근방의 제1 격벽 부재(315)와 제2 격벽 부재(325) 중 어느 하나의 외주벽에 통기구멍(350)을 설치하고 있는 점에서, 실시 형태 1과는 다르다. 또, 제1 격벽 부재(315)의 높이(T1)(깊이)와 제2 격벽 부재(325)의 높이(T2)(깊이)의 총합을 적어도 전지(330)의 높이로 함으로써, 전지(330) 전체가 수납된다.
도 4A와 도 4B에 있어서는, 복수의 전지(330)를 병렬로 접속하고, 전지(330)의 배기구멍측이 제1 하우징(310)의 제1 격벽 부재(315)와 대향하여 배치된 예로 나타내고 있다. 그 때문에, 제1 하우징(310) 및 제1 격벽 부재(315)에는, 예를 들면 200℃ 정도의 내열성을 갖는 폴리페닐렌설파이드 수지 등의 내열 부재를 이용하는 것이 필요하다. 한편, 제2 하우징 및 제2 격벽 부재(325)에는, 예를 들면 폴리에틸렌 수지 등의 100℃ 정도의 내열성이 낮은 부재를 이용해도 된다.
또한, 다른 구성 요소 등은 전지 모듈(100)과 동일하므로, 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 의하면, 비정상 사태에 의해 전지가 고온이 되어, 배기구멍으로부터 고온의 가스가 분출해도, 통기구멍으로부터 배출됨과 더불어, 제1 격벽 부재 및 제2 격벽 부재에 의해, 주위 전지로, 고온의 가스가 직접 닿는 것을 방지할 수 있다. 또, 제1 격벽 부재와 제2 격벽 부재로 각 전지를 완전히 수납하므로, 전지의 전지 케이스의 측면으로부터 방사되는 복사열도 확실하게 차폐할 수 있기 때문에, 주위 전지로의 영향을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 복수의 전지를 병렬로 접속하는 전지 모듈을 예로 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 5A에 나타낸 바와 같이, 복수의 전지(430)를 직렬로 접속하여, 도 5B에 나타낸 전지 모듈(400)을 구성해도 된다. 이 경우, 제1 하우징(410), 제1 격벽 부재(415), 제2 하우징(420) 및 제2 격벽 부재(425)로서, 예를 들면 200℃ 정도의 내열성을 갖는 폴리카보네이트 수지 등의 내열 부재를 이용하는 것이 필요하다. 또한, 다른 구성 요소 등은 전지 모듈(300)과 동일하므로, 설명을 생략한다.
상기 구성에 의해, 전지 모듈(300)과 동일한 효과를 얻을 수 있음과 더불어, 범용성이 우수한 전지 모듈(400)을 실현할 수 있다.
(실시 형태 3)
이하, 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 전지 모듈에 대해, 도 6A와 도 6B를 이용하여 상세하게 설명한다.
도 6A는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 6B는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
그리고, 도 6B에 나타낸 바와 같이, 제1 격벽 부재(515)의 높이(T3)(깊이)와 제2 격벽 부재(525)의 높이(T4)(깊이)의 총합이, 전지의 높이보다 작게 하고, 그 차(간극부)를 통기구멍으로 하는 점에서, 실시 형태 2의 전지 모듈과는 다르다.
즉, 도 6A에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(500)은, 수납하는 복수의 전지(530) 모두에 대응하여, 제1 하우징(510)에 제1 격벽 부재(515) 및 제2 하우징(520)에 제2 격벽 부재(525)를 설치한 구성을 갖는다. 제1 격벽 부재(515)의 높이(T3)(깊이)와 제2 격벽 부재(525)의 높이(T4)(깊이)의 총합은, 적어도 전지(530)의 높이 이하이고, 그 차를 통기구멍(550)으로서 이용하는 것이다.
이 구성에서는, 전지의 배기구멍과 대향하는 제1 격벽 부재 또는 제2 격벽 부재의 높이는, 적어도 전지의 배기구멍이 수납되는 높이 이상인 것이 중요하다.
또한, 다른 구성 요소 등은 전지 모듈(400)과 동일하므로, 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 의하면, 비정상 사태에 의해 전지가 고온이 되어, 배기구멍으로부터 고온의 가스가 분출해도, 전지의 높이와, 제1 격벽 부재와 제2 격벽 부재의 높이의 총합의 차로 형성되는 통기구멍으로부터 배출됨과 더불어, 제1 격벽 부재 및 제2 격벽 부재에 의해, 주위 전지로, 고온의 가스가 직접 닿는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 신뢰성이나 안전성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 통기구멍(550)인 간극부가 전지의 전체 주위에 형성되는 예로 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 인접하는 전지간에 있어서, 제1 격벽 부재의 벽과 제2 격벽 부재의 벽의 높이의 총합을 전지의 높이 정도로 해도 된다. 이에 의해, 인접하는 전지에 대해, 문제 전지의 전지 케이스의 측면으로부터 방사되는 복사열을, 대폭으로 저감할 수 있다.
(실시 형태 4)
이하, 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 전지 모듈에 대해, 도 7A와 도 7B를 이용하여 상세하게 설명한다.
도 7A는 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 7B는 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
도 7B에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(600)은, 복수의 전지(630)를 개별적으로 수납하는 제1 하우징(610)의 제1 격벽 부재(615)에 대응하여 설치되는 제2 하우징(620)의 제2 격벽 부재(625)를 갖고 있다. 그리고, 제2 격벽 부재(625)가 제1 격벽 부재(615)의 전체를 수납하는 구조를 갖는 점에서, 실시 형태 2와는 다르다. 제1 격벽 부재(615)와 제2 격벽 부재(625)의 높이의 총합은 전지의 높이 이상이다. 요컨대, 제1 격벽 부재(615)와 제2 격벽 부재(625)는 부분적으로 겹쳐지는 상태로 전지(630)가 수납되게 된다.
또한, 제2 격벽 부재(625)의 높이(깊이)가, 전지의 높이 정도이면, 제1 격벽 부재와 제2 격벽 부재가 겹쳐지는 동일한 위치에 통기구멍을 설치하는 것이 바람직하다. 그러나, 제2 격벽 부재의 높이가 전지의 높이보다 낮고, 제1 격벽 부재와 제2 격벽 부재의 겹쳐지는 부분에서 간극이 있는 경우에는, 그 간극을 통기구멍으로서 이용할 수 있으므로, 특별히 각 격벽 부재에 통기구멍을 설치하지 않아도 된다.
본 실시 형태에 의하면, 제1 격벽 부재와 제2 격벽 부재로, 2중으로 격벽을 설치하고 있으므로, 더욱 신뢰성이나 안전성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 복수의 전지를 병렬로 접속한 구성의 전지 모듈을 예로 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 8A와 도 8B에 나타낸 바와 같이, 복수의 전지를 직렬로 접속하여 전지 모듈(700)을 구성해도 되고, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 구조에서는, 제1 하우징(710), 제1 격벽 부재(715), 제2 하우징(720) 및 제2 격벽 부재(725)를, 내열성이 우수한 내열 부재로 구성할 필요가 있다.
(실시 형태 5)
이하, 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전지 모듈에 대해, 도 9A와 도 9B를 이용하여 상세하게 설명한다.
도 9A는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 9B는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
도 9A와 도 9B에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(800)은, 예를 들면 폴리카보네이트 수지 등의 절연성 수지 재료로 이루어지는 제1 하우징(810) 및 제2 하우징(820)과, 그들 하우징에 장착되는 복수의 전지(830)로 구성되어 있다. 전지(830)는, 플러스측에 배기구멍을 가짐과 더불어, 마이너스측에, 예를 들면 C형 형상의 각인으로 이루어지는 방폭밸브(835)를 더 구비하고, 복수의 전지(830)를 병렬로 접속한 전지 배치로 구성되어 있다. 그리고, 전지(830)의 배기구멍과 대향하는 위치에 제1 하우징(810)의 제1 격벽 부재(815)를 설치하고, 전지(830)의 방폭밸브(835)와 대향하는 위치에 제2 하우징(820)의 제2 격벽 부재(825)를 설치하고 있다. 전지(830)의 배기구멍이나 방폭밸브(835)와 대향하는 제1 격벽 부재(815)의 높이(T5) 및 제2 격벽 부재(825)의 높이(T6)는, 전지(830)의 배기구멍 및 방폭밸브(835)가 열리는 높이 이상인 것이 중요하다.
이 경우, 제1 하우징(810), 제2 하우징(820), 제1 격벽 부재(815) 및 제2 격벽 부재(825)는, 전지 모듈(100)의 제1 하우징(110) 및 제1 격벽 부재(115)와 동일한 내열 부재로 구성된다. 또한, 다른 구성 요소나 구성 재료 등은 전지 모듈(100)과 동일하므로, 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 의하면, 비정상 사태에 의해 전지가 고온이 되어, 배기구멍 또는 방폭밸브로부터 고온의 가스가 분출해도, 제1 격벽 부재 및 제2 격벽 부재에 의해, 주위 전지로, 고온의 가스가 직접 닿는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 주위 전지가 연쇄적으로 고온이 되는 것을 방지하여, 안전하고 신뢰성이 높은 전지 모듈을 실현할 수 있다.
이하에, 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전지 모듈의 다른 예에 대해, 도 10A와 도 10B를 이용하여 설명한다.
도 10A는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 분해 사이도이고, 도 10B는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 사시도이다.
도 10A에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(900)은, 전지(930)의 플러스측과 마이너스측의 양쪽이 봉구판을 통해 코킹된 구성을 갖는 점에서, 상기의 전지 모듈(800)과는 다르다. 그리고, 전지(930)는, 적어도 전지의 양단에 설치된 배기구멍(935)의 위치까지는, 제1 하우징(810)의 제1 격벽 부재(815)와 제2 하우징(820)의 제2 격벽 부재(825)에 수납된 구성을 갖는다.
본 실시 형태의 다른 예에 의하면, 구조가 상이한 전지에 대해서도, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 제1 격벽 부재의 높이와 제2 격벽 부재의 높이의 합이 전지의 높이보다 낮은 예로 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 격벽 부재의 높이와 제2 격벽 부재의 높이의 합을 전지의 높이와 동일하게 해도 된다. 이 때, 제1 격벽 부재 및 제2 격벽 부재의, 전지가 인접하지 않는 측면에 통기구멍을 설치하는 것이 바람직하다.
(실시 형태 6)
이하, 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전지 모듈에 대해, 도 11A와 도 11B를 이용하여 상세하게 설명한다.
도 11A는 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 11B는 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전지 모듈의 사시도이다.
도 11A에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(1000)은, 수납하는 전지로서 각형 형상의 전지(1030)를 이용한 점에서, 실시 형태 1과는 다르다. 이 경우, 전지(1030)는, 그 중앙부 근방에 벤트 기구(1035)를 갖고 있다.
그리고, 도 11A에 나타낸 바와 같이, 복수의 전지(1030)의 벤트 기구(1035)측을 제2 하우징(1020)의 제2 격벽 부재(1025)에 수납하여 제2 접속 단자(1022)와 병렬로 접속함과 더불어, 제1 하우징(1010)의 제1 접속 단자(1012)와 전지(1030)의 전지 케이스를 접속하여 전지 모듈(1000)이 구성된다. 제2 격벽 부재(1025)의 높이(깊이)(H)는, 전지(1030)의 벤트 기구(1035)의 부분을 수납할 수 있는 높이 이상이고, 전지(1030)의 높이 이하이면 된다. 예를 들면 폭 34mm, 높이 50mm의 전지의 경우, 2mm≤H≤52mm이다.
본 실시 형태에 의하면, 형상이 다른, 각형의 전지에 있어서도, 비정상 사태에 의해 전지가 고온이 되어, 벤트 기구로부터 고온의 가스가 분출해도, 제2 격벽 부재에 의해, 주위 전지로, 고온의 가스가 직접 닿는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 주위 전지가 연쇄적으로 고온이 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하에, 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전지 모듈의 다른 예에 대해, 도 12A와 도 12B를 이용하여 설명한다.
도 12A는 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 분해 사시도이고, 도 12B는 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전지 모듈의 다른 예의 사시도이다.
도 12A에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(1100)은, 벤트 기구(1135)가, 봉구판(1132)의 중앙부로부터 떨어진 위치에 설치된 각형의 전지(1130)를 직렬로 접속한 구성이다. 그리고, 전지(1130)의 벤트 기구(1135)와 대향하는 위치의 제1 하우징(1110)과 제2 하우징(1120)에 제1 격벽 부재(1115)와 제2 격벽 부재(1125)를 설치하고 있다. 전지(1130)의 벤트 기구(1135)와 대향하는 제1 격벽 부재(1115)의 높이(T7)와 제2 격벽 부재(1125)의 높이(T8)의 합은, 전지(1130)의 높이 이상이다. 또, 제1 격벽 부재(1115) 또는 제2 격벽 부재(1125)의, 전지(1130)가 인접하지 않는 외측면에서 벤트 기구(1135)의 위치 근방에 통기구멍(1150)을 설치하고 있다.
본 실시 형태의 다른 예에 의하면, 상이한 위치에 벤트 기구를 갖는 전지에 대해서도, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 그 때문에, 전지의 배치 구성에 상관없이, 안전하고 신뢰성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태의 다른 예에서는, 제1 격벽 부재의 높이와 제2 격벽 부재의 높이의 합이 전지의 높이 이상인 경우를 예로 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 격벽 부재의 높이와 제2 격벽 부재의 높이의 합을 전지의 높이보다 낮게 해도 된다. 이 경우, 제1 격벽 부재 또는 제2 격벽 부재에 통기구멍을 설치할 필요는, 특별히 없다.
(실시 형태 7)
이하, 본 발명의 실시 형태 7에 있어서의 전지 모듈에 대해, 도 13A와 도 13B를 이용하여 상세하게 설명한다.
도 13A는 본 발명의 실시 형태 7에 있어서의 전지 모듈의 전지의 수납 방향에서 본 평면도로, 단위 전지 모듈을 2단으로 종렬로 접속한 상태를 설명하는 도면이다. 또, 도 13B는 본 발명의 실시 형태 7에 있어서의 전지 모듈의 전지의 수납 방향에서 본 평면도로, 전지 모듈을 2단으로 종렬 및 2열로 병렬로 접속한 상태를 설명하는 도면이다. 또한, 도 13A와 도 13B에서는 이해를 돕기 위해, 전지나 각 격벽 부재 등을 투시한 상태로 도시하고 있다.
도 13A에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(1200)은, 실시 형태 2에서 설명한 전지 모듈(300)을, 제1 하우징(310) 및 제2 하우징(320)의 외형을 통해, 2단으로 종렬로 적층하여 구성되어 있다. 그리고, 전지 모듈(300)의 제1 하우징(310) 및 제2 하우징(320)과 제1 격벽 부재(315) 및 제2 격벽 부재(325)의 공간에서 형성되는 배기 유로(1250)가 형성되어 있다. 또한, 전지 모듈(300)이 통기구멍(350)을 구비하고 있는 경우, 종렬로 적층되는 전지 모듈간의 통기구멍을 상이한 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 의하면, 비정상 사태에 의해 전지가 고온이 되어, 통기구멍(350)으로부터 분출하는 고온의 가스(360)를, 도면 중의 화살표로 나타낸 바와 같이 배기 유로(1250)를 통해 외부로 배출할 수 있다. 이에 의해, 전지 모듈 내의 전지나 전지 모듈간의 대향하는 주위 전지로, 고온의 가스(360)가 직접 닿는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 13B에 나타낸 바와 같이, 도 13A에 나타낸 전지 모듈(1200)을 병렬로 접속하여, 전지 모듈(1300)의 구성으로 해도 된다.
요컨대, 전지 모듈을 임의로 종렬 또는 병렬로 접속하여, 요구되는 전압이나 용량을 만족하는 전지 모듈을 구성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 실시 형태 2의 전지 모듈(300)을 단위 전지 모듈의 예로 설명하였지만 이것에 한정되지 않으며, 상기 각 실시 형태의 전지 모듈을 단위 전지 모듈로 하여 임의로 조합하여 전지 모듈을 구성해도 된다.
(실시 형태 8)
이하, 본 발명의 실시 형태 8에 있어서의 전지 팩에 대해, 도 14를 이용하여 상세하게 설명한다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 8에 있어서의 전지 팩의 투시 평면도이다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 전지 팩(1400)은, 예를 들면 실시 형태 7의 전지 모듈(1200)을 외장 하우징(1500)에 수납한 구성을 갖는다. 그리고, 외장 하우징(1500)은, 적어도 외부 기기나 장치 등과 접속하기 위한 외부 접속 단자(도시 생략)를 갖고, 외부 접속 단자는 전지 모듈(1200)의 접속 단자와 접속되어 있다.
본 실시 형태에 의하면, 신뢰성이나 안전성이 우수하고, 범용성의 높은 전지 팩을 실현할 수 있다.
또한, 실시 형태 1로부터 실시 형태 8에 있어서는, 제1 하우징 및 제2 하우징이, 제1 격벽 부재의 외형 및 제2 격벽 부재의 외형보다 큰 형상을 예로 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 하우징과 제1 격벽 부재의 외형 및 제2 하우징과 제2 격벽 부재의 외형을 동일하게 해도 된다. 이에 의해, 보다 소형, 경량의 전지 모듈을 실현할 수 있다.
또, 각 실시 형태에 있어서는, 서로 그 구성을 적용할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은, 자동차, 자전거나 전동공구 등의 전원으로서, 높은 신뢰성과 안전성이 요구되는, 전지 모듈이나 전지 팩 등의 기술 분야에 있어서 유용하다.
1 : 양극
1a : 양극 집전체
1b : 양극층
2 : 음극
3 : 세퍼레이터
4 : 전극군
5 : 전지 케이스
6, 1132 : 봉구판
7 : 개스킷
8 : 양극 리드
9 : 음극 리드
10a, 10b : 절연판
11 : 음극 집전체
15 : 음극층
16 : 양극 캡
17, 935 : 배기구멍
18 : 전류 차단 부재
19, 1035, 1135 : 벤트 기구
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300 : 전지 모듈
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 1010, 1110 : 제1 하우징
114 : 제1 연결부
115, 215, 315, 415, 515, 615, 715, 815, 1115 : 제1 격벽 부재
120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 1020, 1120 : 제2 하우징
122, 222, 1022 : 제2 접속 단자
124 : 제2 연결부
130, 330, 430, 530, 630, 830, 930, 1030, 1130 : 전지
225, 325, 425, 525, 625, 725, 825, 1025, 1125 : 제2 격벽 부재
350, 550, 1150 : 통기구멍
360 : 가스
835 : 방폭밸브
1012 : 제1 접속 단자
1250 : 배기 유로
1400 : 전지 팩
1500 : 외장 하우징

Claims (10)

  1. 제1 하우징과,
    제2 하우징과,
    상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 사이에 수납되는 배기구멍을 갖는 복수의 전지를 구비하고,
    상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징의 적어도 한쪽에서 상기 전지의 상기 배기구멍과 대향하는 위치에, 상기 전지를 개별적으로 수납하는 제1 격벽 부재를 설치하고,
    상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징의 적어도 한쪽에서 상기 전지의 상기 배기구멍을 갖는 면과 반대측의 면과 대향하는 위치에, 상기 제1 격벽 부재에 대향하도록, 상기 전지를 개별적으로 수납하는 제2 격벽 부재를 설치하며,
    상기 제1 격벽 부재와 상기 제2 격벽 부재의 높이의 합이, 상기 전지의 높이 이하이고, 상기 전지의 높이와, 상기 제1 격벽 부재와 상기 제2 격벽 부재의 높이의 합의 차를 통기구멍으로 하고,
    상기 제1 격벽 부재의 각각은, 상기 복수의 전지 중 하나의 전지의 상기 배기구멍이 설치되어 있는 측을 둘러싸서, 상기 복수의 전지 중, 상기 하나의 전지의 주위에 위치하는 다른 전지와, 상기 하나의 전지의 상기 배기구멍이 설치되어 있는 측을 격리하고 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 격벽 부재의 높이가, 상기 전지의 배기구멍을 수납하는 높이 이상이고, 상기 전지의 높이 이하인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 격벽 부재 및 상기 제2 격벽 부재의 적어도 한쪽에, 통기구멍을 설치한 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징의 적어도 한쪽은, 내열 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 내열 부재가, 금속 재료를 절연성 수지로 피복한 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 청구항 1에 기재된 상기 전지 모듈과 동일한 구성의, 복수의 단위 전지 모듈을, 종렬 또는 병렬로 접속한 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 청구항 1에 기재된 상기 전지 모듈을, 외장 하우징에 수납한 것을 특징으로 하는 전지 팩.
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