KR101323036B1 - 전지 팩, 그 전지 팩을 탑재한 차량 및 기기 - Google Patents

전지 팩, 그 전지 팩을 탑재한 차량 및 기기 Download PDF

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야스시 히라까와
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Abstract

2차 전지(10)는 통 형상의 전지 케이스(11)와, 정부의 전극체군(15)과, 전극체군(15)의 제1 및 제2 전극체에 각각 접속된 천장판(13) 및 전지 덮개(12)를 갖는 것이며, 전극체군(15)에 있어서의 천장판(13)측의 단부에 배치되고, 전극체군(15)의 제1 전극체에 접속된 집전판(31)과, 천장판(13)과 집전판(31) 사이에 배치된 스페이서(41)를 갖고, 천장판(13)에는 부분적으로 박육부(37)가 형성되어 있고, 스페이서(41)에 있어서의 박육부(37)에 대응하는 개소에는, 관통 구멍(44)이 형성되어 있고, 집전판(31)에 있어서의 박육부(37)에 대응하는 개소와 박육부(37)는, 관통 구멍(44)을 통해 접촉되어 있고, 박육부(37)는 전지 케이스(11)의 내압이 상승하였을 때에 외향으로 변형됨으로써 천장판(13)과 집전판(31)의 도통을 끊는 것이다.

Description

전지 팩, 그 전지 팩을 탑재한 차량 및 기기 {BATTERY PACK, VEHICLE EQUIPPED WITH THE BATTERY PACK, AND DEVICE EQUIPPED WITH THE BATTERY PACK}
본 발명은 양 단부면에 각각 정부극(正負極)이 설치되어 있는 통형의 2차 전지를 복수개 조합하여 서로 접속한 전지 팩, 또한 그 전지 팩을 탑재한 차량 및 기기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 인접하는 전지의 정부극이 서로 금속판[부스 바(bus bar)]에 의해 접속되는 전지 팩, 그 전지 팩을 탑재한 차량 및 기기에 관한 것이다.
종래부터, 리튬 이온 2차 전지 등의 2차 전지에 있어서는 과충전이나 과승온, 외력에 의한 파손 등에 의해 내부에 가스가 저류되는 경우가 있다. 또한, 그 가스에 의해 2차 전지의 내압이 상승하는 경우가 있다. 그로 인해, 2차 전지의 전지 케이스에는 일반적으로 방폭 밸브가 형성되어 있다. 방폭 밸브는, 미리 정한 내압을 초과한 경우에 파손되어, 내부에 저류된 가스를 외부로 배출하기 위한 것이다. 또한, 가스를 배출할 뿐만 아니라, 그 개소에 있어서 전류 경로를 차단하도록 구성되어 있는 방폭 밸브도 있다.
또한, 2차 전지에서는 가스를 배출하는 방폭 밸브와는 별도로, 전류 차단 구조가 설치되어 있는 것도 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 문헌에는 일단부측에 방폭 밸브가 형성되어 있는 동시에, 타단부측에 전류 차단 구조가 설치되어 있는 통형의 2차 전지가 제안되어 있다. 여기서 사용되고 있는 전류 차단 구조는, 내부의 가스압에 의해 전지 케이스의 저면이 팽창되는 것에 의한 것이다. 그것에 의해, 미리 정해진 내압으로 되면 저면의 내부측의 중앙부에 형성되어 있는 용접 개소가 박리된다. 그리고 방폭 밸브가 파손되기 전에, 전류가 차단되도록 되어 있다.
또한 이러한 2차 전지를 복수개 배열하고, 서로 접속하여 전지 팩으로서 사용하는 경우가 있다. 예를 들어, 양단부에 정부극이 각각 형성되어 있는 통형의 전지를 서로 상하를 반대로 하여 배열한다. 그리고 인접하는 전지의 정부극을 부스 바 등에 의해 서로 접속한 것이 있다.
일본공개특허 제2004-362956호 공보
그러나 상기한 문헌에 기재되어 있는 전류 차단 구조를 갖는 2차 전지를, 상기한 종래의 전지 팩에 사용한 경우, 이하와 같은 문제점이 있었다. 부스 바로서는, 대전류를 흐르게 할 필요성으로부터, 통상 비교적 두꺼운 금속판이 사용된다. 그로 인해 부스 바에는 유연성은 거의 없다. 즉, 2차 전지의 내압이 상승하였다고 해도, 부스 바가 그 저면에 접촉한 위치에서 고정되어 있으면, 전지 케이스의 저면은 자유롭게 팽창될 수 없는 것이다. 그 경우에는, 미리 정해진 내압으로 되어도, 전류가 차단되지 않을 우려가 있다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 전지 팩이 갖는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 그 과제로 하는 것은, 부스 바에 의해 접속된 전지 팩으로서 사용되어도 전류 차단 구조의 기능이 적절하게 발휘되는 전지 팩, 그 전지 팩을 탑재한 차량 및 기기를 제공하는 데 있다.
이 과제의 해결을 목적으로 하여 이루어진 본 발명의 일 형태에 있어서의 전지 팩은, 복수의 2차 전지와, 2차 전지끼리를 접속하는 부스 바를 갖고, 각 2차 전지가, 통 형상의 전지 케이스와, 전지 케이스의 내부에 수납된 정부의 전극체군과, 전지 케이스의 양단부에 위치하고, 전극체군의 제1 및 제2 전극체에 각각 접속된 제1 및 제2 단자판을 갖는 전지 팩이며, 2차 전지는, 전극체군에 있어서의 제1 단자판측의 단부에 배치되고 전극체군의 제1 전극체에 접속된 집전판과, 제1 단자판과 집전판 사이에 배치된 절연 부재를 갖고, 제1 단자판에는 부분적으로 박육부가 형성되어 있고, 절연 부재에 있어서의 제1 단자판의 박육부에 대응하는 개소에는 관통 개소가 형성되어 있고, 집전판에 있어서의 제1 단자판의 박육부에 대응하는 개소와 제1 단자판의 박육부는, 절연 부재의 관통 개소를 통해 접촉되어 있고, 제1 단자판의 박육부는 전지 케이스의 내압이 상승하였을 때에, 외향으로 변형됨으로써 제1 단자판과 집전판의 도통을 끊는 것이고, 부스 바는 2차 전지에 있어서의 제1 단자판에 접속되는 개소에서는, 제1 단자판의 박육부 이외의 개소를 덮고 있다.
상술한 전지 팩의 2차 전지에 따르면, 가스의 발생 등에 의해 전지 케이스의 내압이 상승하였을 때에는, 전지 케이스나 제1 및 제2 단자판이 내부로부터 외향으로 밀린다. 여기서, 제1 단자판에는 부분적으로 박육부가 형성되어 있다. 그리고 이 박육부는, 절연 부재의 관통 개소를 통해 집전판과 접촉되어 있다. 이 집전판은, 전극체군의 제1 전극체에 접속되어 있다. 여기서 상기 형태에서는, 전지 케이스의 내압의 상승에 의해 이 박육부가 외향으로 변형되어, 제1 단자판과 집전판의 도통을 끊도록 되어 있다. 즉, 이 형태의 2차 전지에서는 전지 케이스의 내압의 상승에 의해 제1 단자판과 전극체군의 제1 전극체의 도통이 끊어지므로, 전류가 차단된다. 또한, 제1 및 제2 단자판은, 모두 전지 케이스와 별개의 부재라도 좋고, 또는 어느 한쪽이 별개의 부재이고, 다른 쪽은 바닥이 있는 전지 케이스의 저면 부분이라도 좋다. 2차 전지가 이와 같이 되어 있으면, 부스 바에 의해 접속되어 전지 팩으로 되어도 전류 차단 구조의 기능이 적절하게 발휘된다.
또한 본 발명의 일 형태에서는, 전극체군은 제1 및 제2 전극체를 감아 겹치는 동시에, 그 중심 부분을 중공으로 한 중공 권회체이고, 집전판 및 절연 부재에는 중공 권회체의 중공 부분과 연통되는 관통 구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 것이면, 전극체군의 내부에 있어서 발생한 가스는, 중공 권회체의 중공 부분, 집전판 및 절연 부재의 관통 구멍을 통해, 전지 케이스의 양단부로 이동할 수 있다. 따라서, 내압의 상승이 제1 단자판에 용이하게 전달된다. 그리고 제1 단자판의 박육부가 압박된다. 또한, 이 관통 구멍은 상기한 관통 개소나 절연 부재의 외부와 연결된 것이라도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태에서는, 제2 단자판에, 전지 케이스의 내압이 상승하였을 때에 파열되어 내부의 가스를 외부로 배출시키는 방폭 밸브가 설치되어 있고, 제1 단자판의 박육부는 방폭 밸브가 작동하는 내압보다 낮은 내압에 의해 변형되는 것이 바람직하다.
이러한 것이면, 우선 전류를 차단하고, 그래도 더욱 내압이 상승한 경우에만, 방폭 밸브를 작동시키는 것으로 할 수 있다.
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또한 본 발명의 다른 형태는, 전력의 공급을 받아 차륜을 회전 구동하는 모터와, 모터에 전력을 공급하는 전원부를 갖고, 전원부에 상기한 전지 팩이 포함되어 있는 차량이다.
또한 본 발명의 다른 형태는, 전력의 공급을 받아 동작하는 동작부와, 동작부에 전력을 공급하는 전원부를 갖고, 전원부에 상기한 전지 팩이 포함되어 있는 기기이다.
본 발명의 상기 형태에 있어서의 전지 팩, 그 전지 팩을 탑재한 차량 및 기기에 따르면, 전류 차단 구조의 기능이 적절하게 발휘된다.
도 1은 본 형태에 관한 2차 전지의 단면도이다.
도 2는 집전판을 도시하는 사시도이다.
도 3은 스페이서를 도시하는 사시도이다.
도 4는 천장판을 도시하는 사시도이다.
도 5는 전지 팩에 있어서의 부스 바에 의한 접속 개소를 도시하는 단면도이다.
도 6은 부스 바에 의한 접속 개소를 도시하는 사시도이다.
도 7은 전지 팩을 탑재한 차량의 예를 도시하는 설명도이다.
도 8은 전지 팩을 탑재한 해머 드릴의 예를 도시하는 설명도이다.
도 9는 스페이서의 다른 예를 도시하는 설명도이다.
도 10은 2차 전지의 전류 차단 구조의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 11은 병렬 접속에 의한 전지 팩에 사용하는 2차 전지에 있어서의 박육부의 배치를 도시하는 설명도이다.
이하, 본 발명을 구체화한 최량의 형태에 대해, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 형태는, 원통형의 리튬 이온 2차 전지를 사용한 전지 팩에 본 발명을 적용한 것이다.
본 형태의 전지 팩에 관한 리튬 이온 2차 전지(10)는, 도 1에 그 단면을 도시하는 바와 같이, 원통 형상의 전지 케이스(11)와, 그 양단부를 밀봉하는 전지 덮개(12)와 천장판(13)을 갖는 것이다. 그리고 전지 케이스(11)의 내부에는, 전극체군(15)이 수납되어 있다. 전극체군(15)은 정극 및 부극의 전극판을, 세퍼레이터를 사이에 끼워 원통 형상으로 권회하여 전해액을 함침시킨 것이다. 전극체군(15)의 중앙부에는, 권취 코어를 뺀 후에 축 방향으로 관통되는 코어 공간(16)이 있다. 즉, 본 형태의 전극체군(15)은 중공 권회형인 것이다. 또한, 각 전극판이나 세퍼레이터, 전해액으로서는, 리튬 이온 2차 전지에 통상 사용되는 것을 사용하면 된다. 예를 들어, 이하와 같은 것이다.
정극판은, 알루미늄박에 리튬 이온을 흡장ㆍ방출 가능한 정극 활물질을 도포한 것이다. 정극 활물질로서는 예를 들어, 니켈산 리튬(LiNiO2), 망간산 리튬(LiMnO2), 코발트산 리튬(LiCoO2) 등의 리튬 복합 산화물이 사용된다. 또한 부극판은, 구리박에 리튬 이온을 흡장ㆍ방출 가능한 부극 활물질을 도포한 것이다. 부극 활물질로서는 예를 들어, 비정질 탄소, 난(難)흑연화 탄소, 이(易)흑연화 탄소, 흑연 등의 탄소계 물질이 사용된다.
전해액은 유기 용매에 전해질을 용해시킨 것이다. 유기 용매로서, 예를 들어 프로필렌카보네이트(PC)나 에틸렌카보네이트(EC), 디메틸카보네이트(DMC), 메틸에틸카보네이트(MEC) 등의 에스테르계 용매나, 에스테르계 용매에 γ-부틸락톤(γ-BL), 디에톡시에탄(DEE) 등의 에테르계 용매 등을 배합한 유기 용매를 들 수 있다. 또한, 전해질인 염으로서는, 과염소산리튬(LiClO4)이나 붕불화리튬(LiBF4), 6불화인산리튬(LiPF6) 등의 리튬염을 사용할 수 있다.
전지 덮개(12)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 전지 케이스(11)의 도면 중 좌측 단부에 고정되어 있다. 전지 덮개(12)는 두꺼운 중앙부(12a)의 주위에, 중앙부(12a)보다 비교적 얇은 플랜지부(12b)가 형성되어 있는 것이다. 그리고 플랜지부(12b)의 외주에 있어서, 가스킷(21)을 통해 전지 케이스(11)에 코킹(caulking)에 의해 고정되어 있다. 또한 전지 덮개(12)의 중앙부(12a)에는, 관통 구멍(22)이 형성되어 있다. 그리고 전지 덮개(12)의 내면측에는 방폭 밸브(23)가 끼워 넣어져 있다. 이에 의해. 관통 구멍(22)은 폐색되어 있다. 방폭 밸브(23)에는, 극히 박육으로 형성된 박육 개소(23a)가 형성되어 있다. 그리고 2차 전지(10)의 내압이 미리 정한 값을 초과하여 상승하면, 그 박육 개소(23a)가 파열되어 내부의 가스가 외부로 배출되도록 되어 있다.
또한, 전지 덮개(12)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 접속부(25)를 통해 집전판(26)과 접속되어 있다. 집전판(26)은 전극체군(15)의 도면 중 좌측 단부에 배치되어 있는 것이다. 집전판(26)은 전극체군(15) 중 부극의 전극판과 용접 등에 의해 접속되어 있다. 그리고 코어 공간(16)의 부분[관통 구멍(26a)]을 제외하고, 전극체군(15)의 도면 중 좌측 단부를 덮고 있다. 이들 전지 덮개(12) 및 접속부(25), 집전판(26)은 모두 도전성 부재이다. 따라서, 전지 덮개(12)는 이 2차 전지(10)의 부극 단자측의 단자판으로 되어 있다.
또한, 천장판(13)은 도 1에 도시하는 바와 같이 전지 케이스(11)의 도면 중 우측 단부에 배치되어 있는 것이다. 이 천장판(13)에 의해, 전지 케이스(11)의 우측 단부측이 밀봉되어 있다. 전지 케이스(11)와 천장판(13)은, 예를 들어 용접 등에 의해 고정되어 있다. 또한, 전극체군(15)의 도면 중 우측 단부와 천장판(13) 사이에는 전극체군(15)측으로부터 차례로 집전판(31)과 스페이서(41)가 배치되어 있다. 또한, 천장판(13)과 집전판(31)은 도전성 부재이다. 스페이서(41)는 절연 부재이다.
집전판(31)은, 도 1에 도시하는 바와 같이 코어 공간(16)의 부분을 제외하고 전극체군(15)의 도면 중 우측 단부를 덮고 있다. 본 형태의 집전판(31)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 외경이 대략 원판 형상인 부재이다. 도 2 중의 상면이, 도 1 중에 있어서의 우측의 면에 상당한다. 집전판(31)에는 코어 공간(16)에 대응하는 중앙 위치에, 관통 구멍(32)이 형성되어 있다.
그리고 집전판(31)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 중앙의 관통 구멍(32)을 둘러싸고, 십자 형상으로 배치된 4개소의 오목 형상부(33)를 갖고 있다. 또한, 오목 형상부(33)에 끼워진 영역 중 2개소에, 원호 형상의 볼록 형상부(34)가 형성되어 있다. 이들 오목 형상부(33)도 볼록 형상부(34)도 포함하여, 집전판(31)은 판재의 프레스 가공에 의해 형성되어 있다. 즉, 판 두께는 그 전체에서 거의 일정하다.
스페이서(41)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 집전판(31)과 천장판(13) 사이에 배치되어 있는 것이다. 이 스페이서(41)는, 특히 열 및 전해액에 대해 강하고, 절연성인 재질로 형성되어 있다. 스페이서(41)는, 도 3에 도시하는 바와 같이 외경이 대략 원판 형상인 부재이고, 3개의 관통 구멍(42, 44, 44)이 형성되어 있다. 이 중, 관통 구멍(42)은 전극체군(15)의 코어 공간(16)에 대응하는 위치에 배치되어 있다.
또한, 2개의 관통 구멍(44)은 집전판(31)의 볼록 형상부(34)에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 즉, 도 1에 도시하는 바와 같이, 집전판(31)과 스페이서(41)를 겹치면, 집전판(31)의 볼록 형상부(34)가, 관통 구멍(44)을 통해 스페이서(41)보다 도면 중 우측으로 돌출되도록 되어 있다. 그리고 볼록 형상부(34)의 볼록 단부는, 천장판(13)의 내부측의 면(도면 중 좌측의 면)에 접촉한다.
또한, 천장판(13)에는 도 4에 도시하는 바와 같이, 원호 형상의 박육부(37)가 형성되어 있다. 이 박육부(37)는 천장판(13)에 있어서의 그 밖의 개소에 비교하여 박육으로 형성되어 있어, 비교적 용이하게 변형되는 개소이다. 이 박육부(37)는 집전판(31)의 볼록 형상부(34)의 위치에 대응하여 배치되어 있다. 즉, 적어도 볼록 형상부(34)에 접촉하는 범위를 포함하여, 그 주위에 어느 정도의 확대부를 갖고 원호 형상으로 형성되어 있다. 또한 여기서는, 2개의 볼록 형상부(34)의 범위를 포함하는 1개의 박육부(37)로서 도시하고 있지만, 각각의 볼록 형상부(34)에 대응하는 2개소의 박육부를 형성해도 된다.
그리고 도 1에 도시하는 본 형태의 2차 전지(10)에서는, 천장판(13)은, 그 박육부(37)의 내측의 면(도 4 중에서는 하측에 가려져 있는 면)에 있어서, 집전판(31)의 볼록 형상부(34)의 볼록 단부와 용접에 의해 접합되어 있다. 그리고 집전판(31)은, 오목 형상부(33)의 내측의 면(도 2 중에서는 하측에 가려져 있는 면)에 있어서, 전극체군(15) 중 정극의 전극판에 용접 등에 의해 접속되어 있다. 이에 의해, 집전판(31)을 통해, 전극체군(15)의 정극판과 천장판(13)이 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 천장판(13)은 이 2차 전지(10)의 정극측의 단자판으로 되어 있고, 정극 단자로서 기능한다. 또한, 각 용접 개소의 용접 방법으로서는, 저항 용접, 레이저 용접 등의 이미 알려진 수단을 사용하면 된다.
일반적인 5Ah 사이즈의 2차 전지에 있어서의, 각 부의 치수나 판 두께의 예를 나타낸다. 이 정도의 것이면, 내압 1㎫ 정도에서 동작하는 전류 차단 구조로 할 수 있다.
전지 케이스(11)의 길이 : 약 100㎜
전지 케이스(11)의 외경 : 25 내지 35㎜
코어 공간(16)의 직경 : 약 8㎜
전지 케이스(11)의 판 두께 : 약 0.4 내지 0.5㎜
천장판(13)의 판 두께 : 약 0.6 내지 0.7㎜
천장판(13)의 박육부(37)의 판 두께 : 약 0.3 내지 0.4㎜
집전판(26, 31)의 판 두께 : 약 0.4 내지 0.5㎜
스페이서(41)의 두께 : 약 0.4㎜
즉, 천장판(13)의 판 두께는, 전지 케이스(11)의 판 두께보다 두껍다. 그리고 천장판(13)의 박육부(37)의 두께는 전지 케이스(11)의 판 두께와 거의 동등하거나 그 이하이다. 단, 재질에 따라서는, 보다 얇은 것으로 할 수도 있다.
이러한 2차 전지(10)에서는, 무언가의 원인에 의해 전지 내부에 가스가 가득 차, 내압이 상승한 경우에는 이하와 같이 된다. 발생한 가스는, 전극체군(15)의 사이로부터 코어 공간(16)으로 흘러나온다. 그리고 코어 공간(16)을 통해, 전지 덮개(12)측과 천장판(13)측에도 도달한다. 이와 같이 가스가 흐르도록 코어 공간(16)을 의도적으로 공동으로서 남기고 있다. 또한, 정부의 집전판(26, 31) 및 스페이서(41)에는 코어 공간(16)과 연통되는 관통 구멍(26a, 32, 42)이 각각 형성되어 있다.
따라서, 코어 공간(16)으로부터 나온 가스는, 전지 덮개(12)측에서는 관통 구멍(26a)을 통해 집전판(26)과 전지 덮개(12) 사이에 저류된다. 그리고 방폭 밸브(23), 특히 그 박육 개소(23a)를 외향으로 민다. 한편, 천장판(13)측에서는 집전판(31)의 관통 구멍(32) 및 스페이서(41)의 관통 구멍(42)을 통해 천장판(13)의 내측에 저류된다. 그리고 천장판(13), 특히 그 박육부(37)를 외측을 향해 민다.
더욱 내압이 상승하면, 방폭 밸브(23) 및 천장판(13)을 미는 힘이 커진다. 그리고 이들 중에서 가장 강도가 작은 박육부(37)가 우선 변형된다. 즉, 천장판(13)의 박육부(37)가, 도 5의 도면 중 좌측의 2차 전지(10A)로 나타내는 바와 같이 외향으로 휘도록 변형된다. 이에 의해, 천장판(13)과 집전판(31)의 볼록 형상부(34)의 용접 개소가 박리된다. 따라서, 천장판(13)과 집전판(31)의 도통이 끊어져, 전류는 차단된다. 예를 들어 충전 중이면 그 이상의 충전은 행해지지 않는다.
그래도 더욱 내압이 상승한 경우에는, 방폭 밸브(23)의 박육 개소(23a)가 파손되어 가스는 외부로 배출된다. 따라서, 가스를 미리 정해진 개소로부터만 배출시킬 수 있다. 즉, 본 형태의 리튬 이온 2차 전지(10)에 따르면, 내압이 상승하면 우선 전류가 차단된다. 그래도 더욱 내압이 상승한 경우에는 방폭 밸브(23)로부터 가스가 배출된다. 따라서, 방폭 밸브(23)가 파열될 때에는, 이미 전류는 정지되어 있으므로 안전하게 대처할 수 있다.
계속해서 이 2차 전지(10)를 복수개 조합한 전지 팩(100)의 예에 대해 설명한다. 전지 팩(100)으로 하는 경우에는, 예를 들어 도 5와 도 6에 도시하는 바와 같이 2개의 2차 전지(10A, 10B)를 역방향으로 배열하여, 부스 바(51)에 의해 접속한다. 이들 도면은, 직렬 접속에 의해 전지 팩(100)으로 하는 것의 예이다. 이 도면에서는, 2차 전지(10A)의 정극[천장판(13)]과 2차 전지(10B)의 부극[전지 덮개(12)]을 부스 바(51)에 의해 접속하고 있다. 또한, 반대측의 단부도 번갈아 다른 2차 전지와 접속함으로써, 전체적으로 2차 전지(10)를 직렬로 접속한 전지 팩(100)으로 할 수 있다.
부스 바(51)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 전지 덮개(12)의 중앙부(12a)를 덮을 정도의 폭이며, 2개의 2차 전지(10)를 배열하여 접속할 수 있는 길이로 형성되어 있다. 부스 바(51)로서, 여기서는 직사각형의 판재인 것을 도시하고 있지만, 형상은 이것에 한정되지 않는다. 또한 이 예에서는, 부스 바(51)로서 천장판(13)의 2 내지 3배 이상의 두께(예를 들어, 수 mm 정도)인 것으로 하고 있다. 이것은, 전지 팩(100)을 가능한 한 저렴한 것으로 하기 위해, 약간 전도성이 떨어지지만 저렴한 소재로 부스 바를 형성하고 있기 때문이다. 예를 들어, 철재에 니켈 도금을 실시한 부스 바를 사용하고 있다.
이와 같이 부스 바(51)에 의해 2차 전지(10)를 서로 접속할 때에는 부스 바(51)에 정극측이 접속되는 2차 전지(10)의 중심축 주위의 방향을 도 5나 도 6에 도시하는 것과 같이 한다. 즉, 천장판(13) 중 박육부(37) 이외의 개소를 덮도록 부스 바(51)가 배치된다. 또한, 이와 같이 배치할 수 있도록 박육부(37)나 부스 바(51)의 형상이나 크기를 선택하면 된다. 이와 같이 되어 있으면, 부스 바(51)에 의해 서로 접속되어 있어도 박육부(37)는 부스 바(51)에 방해되는 일 없이 변형할 수 있다.
2차 전지(10)의 내압의 상승에 의해 박육부(37)가 변형되면, 도 5 중의 좌측의 2차 전지(10A)에 나타내는 바와 같이 접합 개소가 박리된다. 따라서 이 개소에서 2차 전지(10A)를 포함하는 전지 팩(100)의 전류 경로는 차단된다. 따라서, 안전하게 대처할 수 있다. 또한, 전류 경로가 차단되면, 이 도면에 도시하는 바와 같이, 박육부(37)가 외부를 향해 돌출된다. 따라서, 어느 2차 전지에 있어서 전류 차단 구조가 작동하였는지를, 외부로부터 용이하게 분별할 수 있다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 형태의 리튬 이온 2차 전지(10) 및 그 전지 팩(100)에 따르면, 천장판(13)에 박육부(37)가 형성되어 있다. 그리고 집전판(31)에는, 박육부(37)에 내측으로부터 접촉하는 볼록 형상부(34)가 형성되어 있다. 따라서, 내압이 상승한 경우에는 박육부(37)가 외측을 향해 변형되어, 볼록 형상부(34)와의 접촉이 끊어지므로 전류가 차단된다. 또한, 박육부(37) 및 볼록 형상부(34)가 원호 형상이고, 모두 부스 바(51)가 배치되는 범위 밖에 형성되어 있다. 따라서, 전지 팩(100)으로 할 때에, 부스 바(51)가 천장판(13) 상에 배치되어도 적절하게 기능할 수 있다. 따라서, 부스 바에 의해 접속된 전지 팩(100)으로서 사용되어도, 전류 차단 구조의 기능이 적절하게 발휘되는 2차 전지로 되어 있다.
상기한 형태에 관한 전지 팩(100)은, 차량에 탑재할 수 있다. 그러한 차량의 예를 도 7에 도시한다. 이 차량(200)은, 엔진(240), 프론트 모터(220) 및 리어 모터(230)를 병용하여 차륜을 구동하는 하이브리드 자동차이다. 이 차량(200)은 차체(290), 엔진(240), 이것에 장착된 프론트 모터(220), 리어 모터(230), 케이블(250), 인버터(260) 및 복수의 2차 전지(10)를 내부에 갖는 전지 팩(100)을 갖고 있다. 전지 팩(100)으로부터 인버터(260)를 통해 프론트 모터(220) 및 리어 모터(230)에 전력이 공급되도록 되어 있다.
또한, 차량으로서는, 그 동력원의 전부 혹은 일부에 전지에 의한 전기 에너지를 사용하고 있는 차량이면 좋고, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 철도 차량, 포크리프트, 전기 휠체어, 전동 어시스트 자전거, 전동 스쿠터 등을 들 수 있다.
상기한 형태에 관한 전지 팩(100)은, 각종 전기 기기에 탑재할 수 있다. 그러한 전기 기기의 일례인 해머 드릴을 도 8에 도시한다. 이 해머 드릴(300)은 2차 전지(10)를 포함하는 전지 팩(100)을 탑재한 것으로, 전지 팩(100), 본체(320), 동작부(323)를 갖는 전지 탑재 기기이다. 전지 팩(100)으로부터 동작부(323)에 전력이 공급되도록 되어 있다. 또한, 전지 팩(100)은, 해머 드릴(300)의 본체(320) 중 저부(321)에 착탈 가능하게 수용되어 있다.
또한, 전지 탑재 기기로서는, 전지를 탑재하고 이것을 에너지원의 적어도 하나로서 이용하는 기기이면 좋고, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화, 전지 구동의 전동 공구, 무정전 전원 장치 등, 전지에 의해 구동되는 각종 가전 제품, 오피스 기기, 산업 기기를 들 수 있다.
또한, 본 형태는 단순한 예시에 불과하며, 본 발명을 전혀 한정하는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 당연히 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 각종 개량, 변형이 가능하다.
예를 들어, 본 형태에서는 천장판(13)을 전지 케이스(11)와는 별개의 부재로 하고 있지만, 바닥이 있는 원통형의 전지 케이스를 사용할 수도 있다. 그 경우는, 케이스의 저면에 본 형태의 천장판의 경우와 동일한 박육부를 형성하면 된다. 또한, 이 경우에도 박육부 이외의 저면의 판 두께가 전지 케이스의 몸통 부분의 판 두께보다 약간 두꺼워지도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어, 스페이서의 형상은 상기한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 2개의 관통 구멍(44) 대신에, 연결된 1개의 구멍으로 해도 좋다. 또한, 볼록 형상부(34)를 통과시키는 관통 개소는 구멍에 한정되지 않고, 도 9에 도시하는 바와 같이 외부와 연결된 절결 형상부(61)로 할 수도 있다. 이러한 형상이라도, 볼록 형상부 이외의 개소에서는 천장판(13)과 집전판(31)이 서로 접촉하지 않도록 유지할 수 있는 것이면 된다. 또한 스페이서의 중앙의 관통 구멍(42)도 2개의 관통 구멍(44) 중 어느 한쪽 또는 양쪽과 연결되어 있어도 된다. 혹은, 관통 구멍(42)과 외부가 연결되어 있어도 된다.
또한 본 형태에서는, 천장판(13)에 박육부(37)를 형성하는 동시에, 집전판(31)에 볼록 형상부(34)를 형성하고 있지만, 도 10에 도시하는 바와 같이 할 수도 있다. 즉, 집전판(62)에는 볼록 형상부를 형성하지 않고 천장판(63)의 박육부(64)의 일부에, 집전판을 향해 볼록하게 변형시킨 영역(65)을 형성하는 것이다. 이와 같이 되어 있어도, 내압의 상승에 의해 박육부(64) 전체가 외측을 향해 변형되어 접합 개소가 박리되도록 구성할 수 있다.
또한, 본 형태의 2차 전지(10)에서는, 집전판(31)의 오목 형상부(33)를 4개소에 나누어 형성하고 있지만, 이것에 한정되지 않고 많아도 되고 적어도 된다. 또한, 집전판과 전극판을 적절하게 용접 접합할 수 있는 것이면, 오목 형상부 자체는 반드시 필요한 것은 아니다. 또한, 집전판의 관통 구멍(32)도 외부와 연결되어 있어도 된다.
또한 상기한 형태에서는, 전지 팩으로서 직렬 접속의 예를 나타냈지만, 병렬 접속의 것에도 적용할 수 있는 것은 물론이다. 이 경우에도, 부스 바가 박육부 이외의 개소를 덮도록 배치하면 된다. 또한 예를 들어, 3개 이상의 2차 전지를 병렬로 접속하는 경우에는, 도 11에 도시하는 바와 같이 박육부의 배치가 다른 2차 전지를 중앙부에 배치하면 된다. 즉, 직선 형상의 부스 바(66)의 양단부에는 원호 형상의 박육부(37)를 갖는 본 형태의 2차 전지(10)를 배치하고, 중앙부에는 양측에 박육부(67)를 갖는 2차 전지(68)를 배치한다. 이 2차 전지(68)에서는 집전판의 볼록 형상부도 박육부(67)에 대응하는 배치로 한다. 부스 바의 형상과 2차 전지의 배치에 따라서, 부스 바에 겹쳐지지 않는 개소에 박육부가 배치되도록 하면 된다.
10 : 2차 전지
11 : 전지 케이스
12 : 전지 덮개
13 : 천장판
15 : 전극체군
23 : 방폭 밸브
31 : 집전판
32 : 관통 구멍
34 : 볼록 형상부
37 : 박육부
41 : 스페이서
42 : 관통 구멍
51 : 부스 바
100 : 전지 팩
200 : 차량
300 : 해머 드릴

Claims (6)

  1. 복수의 2차 전지와, 상기 2차 전지끼리를 접속하는 부스 바를 갖고, 각 상기 2차 전지가, 통 형상의 전지 케이스와, 상기 전지 케이스의 내부에 수납된 정부의 전극체군과, 상기 전지 케이스의 양단부에 위치하고, 상기 전극체군의 제1 및 제2 전극체에 각각 접속된 제1 및 제2 단자판을 갖는 것인 전지 팩에 있어서,
    상기 2차 전지는,
    상기 전극체군에 있어서의 상기 제1 단자판측의 단부에 배치되고, 상기 전극체군의 제1 전극체에 접속된 집전판과,
    상기 제1 단자판과 상기 집전판 사이에 배치된 절연 부재를 갖고,
    상기 제1 단자판에는 부분적으로 박육부가 형성되어 있고,
    상기 절연 부재에 있어서의 상기 제1 단자판의 박육부에 대응하는 개소에는, 관통 개소가 형성되어 있고,
    상기 집전판에 있어서의 상기 제1 단자판의 박육부에 대응하는 개소와 상기 제1 단자판의 박육부는, 상기 절연 부재의 관통 개소를 통해 접촉되어 있고,
    상기 제1 단자판의 박육부는, 상기 전지 케이스의 내압이 상승하였을 때에 외향으로 변형됨으로써 상기 제1 단자판과 상기 집전판의 도통을 끊는 것이고,
    상기 부스 바는, 상기 2차 전지에 있어서의 상기 제1 단자판에 접속되는 개소에서는, 상기 제1 단자판의 박육부 이외의 개소를 덮고 있고,
    상기 전극체군은, 상기 제1 및 제2 전극체를 감아 겹치는 동시에, 그 중심 부분을 중공으로 한 중공 권회체이고,
    상기 집전판 및 상기 절연 부재에는, 상기 중공 권회체의 중공 부분과 연통되는 관통 구멍이 형성되어 있으며,
    상기 박육부는, 상기 제1 단자판에 있어서의 상기 관통 구멍에 대응하는 개소로부터 벗어난 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전지 팩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 단자판에, 상기 전지 케이스의 내압이 상승하였을 때에 파열되어 내부의 가스를 외부로 배출시키는 방폭 밸브가 설치되어 있고,
    상기 제1 단자판의 박육부는, 상기 방폭 밸브가 작동하는 내압보다 낮은 내압에 의해 변형되는 것을 특징으로 하는, 전지 팩.
  4. 삭제
  5. 전력의 공급을 받아 차륜을 회전 구동하는 모터와,
    상기 모터에 전력을 공급하는 전원부를 갖고,
    상기 전원부에, 제1항에 기재된 전지 팩이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량.
  6. 전력의 공급을 받아 동작하는 동작부와,
    상기 동작부에 전력을 공급하는 전원부를 갖고,
    상기 전원부에, 제1항에 기재된 전지 팩이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 기기.
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