KR101471242B1 - 전지 집합체 - Google Patents

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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
가부시키가이샤 리튬 에너지 재팬
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Abstract

소형화하고, 부품 개수를 삭감할 수 있고, 저비용의 전지 집합체를 제공하는 것을 제공하는 것으로서, 평판형상의 냉각 기판(12)을 끼우고, 냉각 기판(12)의 양면에 각각 단전지(16)를 붙여서 전지 집합체(10)를 구성하였다. 냉각 기판(12)은, 냉매에 의한 냉각 방식이 바람직하고, 냉각 기판(12)의 양면을 냉각면으로 한다. 단전지(16)는, 단전지(16)의 일면에 정부 양단자가 마련되어 있고, 단자면(19)에 대향한 면(단자 반대 면(21)이라고 함)을, 냉각 기판(12)과의 열전달면으로서 형성하고, 단자면(19)을 전지 집합체(10)의 바깥쪽을 향하여 배치하고, 단자 반대 면(21)을 냉각 기판(12)에 근접시켰다.

Description

전지 집합체{BATTERY UNIT}
본 발명은, 냉각 기구를 구비한 차량용의 전지 집합체에 관한 것이다.
전기자동차나 하이브리드차 등에는, 비교적 용량이 큰 2차전지로 이루어지는 전지 장치가 탑재되어 있다. 통상 전지 장치는, 복수의 단전지를 집합시킨 전지 집합체를 몇개 조합하여서 구성하고, 붙임 작업이나 취급을 용이하게 함과 함께 소망하는 전압으로 하고 있다.
2차전지는, 보충전(補充電)이나 주행 등의 방전 작용에 의해 발열하고, 온도가 상승한다. 일반적으로 2차전지는, 온도가 높아지면 전지 성능은 향상하지만, 소정 온도를 초과하면 효율이 저하되거나, 전지의 열화를 초래할 우려가 있다.
종래로부터 전지 집합체나 각 단전지의 사이에 공기 통로를 형성하고, 공기 통로에 도입시킨 외기에 의해 전지를 냉각하는 공냉 방식이나, 냉매를 통과시킨 냉각 수단에 전지를 접촉시켜서, 전지를 냉각시키는 수냉 방식 등이 알려져 있다. 또한 특허 문헌 1에는, 펠티에 소자를 이용한 냉각 수단에 전지를 접촉시켜서, 전지를 냉각시키는 발명이 기재되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2010-192207호 공보
그러나, 공냉에서는 전지 사이에 공기 통로를 형성시키거나, 송풍 장치를 꾸며넣기 때문에, 전지 장치가 대형화하는 일이 있다. 또한 공간을 마련하여 전지를 고정시키기 때문에, 부품 개수가 증가하고, 비용이 상승하는 일이 있다.
또한 특허 문헌 1에 기재된 발명에서는, 냉각 수단 상면에 재치할 수 있는 전지의 수량이 한정되어 있고, 다수의 전지를 냉각하기 위해서는, 많은 냉각 수단을 필요로 하여 비용이 든다는 문제가 있다. 본 발명은, 소형화하고, 부품 개수를 삭감할 수 있고, 저비용의 전지 집합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 과제를 해결하기 위해, 전지 집합체를 다음과 같이 구성하였다.
평판형상의 냉각 기판을 끼우고, 냉각 기판의 양면에 각각 단전지를 붙여서(組付) 전지 집합체를 구성하였다. 냉각 기판은, 냉매에 의한 냉각 방식이 바람직하고, 냉각 기판의 양면에서 냉각 가능하게 되어 있다.
단전지는, 단전지의 일면에 정부 양단자가 마련되어 있고, 단자가 마련되어 있는 단자면에 대향한 면(단자 반대 면이라고 함)을, 냉각 기판과의 열전달면으로서 형성하고, 단자면을 전지 집합체의 바깥쪽을 향하여 배치하고, 단자 반대 면을 냉각 기판에 근접시켰다.
전지 집합체(a battery unit)에 있어서,
복수의 단전지(battery cell)를 조합시킨 전지 집합체이며,
냉각 기판을 구비하여 이루어지며,
상기 단전지는, 상기 냉각 기판을 끼도록 배치되며,
상기 단전지의 단자가 마련된 단자면 이외의 면을 상기 냉각 기판의 냉각면에, 해당 냉각면과의 사이에서 열전달 가능한 상태로 붙여져 있는 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
냉각 기판을 끼고 해당 냉각 기판의 양측에 각각 배치된 적어도 한 쌍의 단전지는, 해당 단전지의 단자가 마련된 상기 단자면을 상기 전지 집합체의 바깥쪽으로 하고, 상기 단자면에 대향한 단자 반대 면을 상기 냉각 기판의 냉각면에 열전달 가능한 상태로 붙여져 있는 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
냉각 기판은 평판형상으로서, 냉매를 출입시키는 접속관을 가지며, 상기 접속관에 연속하여 냉매를 통하는 통로가 내부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
단전지의 단자 반대 면측의 단부가 붙여지는 붙임부를 구비한 유지 부재를, 상기 냉각 기판과 상기 단전지의 사이에 배치하고,
열전달 부재가 상기 단자 반대 면과 상기 냉각 기판의 사이에 열전달 부재를 개재시킨 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
유지 부재는 유지편을 구비하고,
해당 유지편은, 상기 단자 반대 면과 연속하는 측면에 맞닿고, 해당 단전지의 상기 단자 반대 면측의 단부를 유지하는 바깥쪽으로 넓어지는 경사부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
전지 집합체에 있어서,
복수의 단전지를 조합시킨 전지 집합체이며,
표리 양면에 냉각면을 구비한 냉각 기판과,
일면에 정부 양단자를 가진 단자면과, 상기 단자면에 대향한 단자 반대 면을 구비한 적어도 한 쌍의 단전지와,
상기 단전지의 단자 반대 면측의 단부를 유지하는 유지 부재와, 상기 전지 집합체의 외곽을 둘러싸는 바깥 테두리체를 구비하고,
상기 냉각 기판을 끼우고, 그 냉각 기판의 냉각면의 양측에, 상기 유지 부재를 배치하고,
상기 단자면을 상기 전지 집합체의 바깥쪽으로 하고,
변형 가능한 열전달 부재가 상기 유지부에서 상기 단자 반대 면과 상기 냉각 기판의 사이에 변형 가능한 열전달 부재를 개재시키고, 상기 단자 반대 면과 상기 냉각 기판의 냉각면을 열전달 가능하게 하고,
단전지를 상기 유지 부재에 임의의 위치에서 유지 가능하게 하고, 상기 단자면을 동일면에 설정한 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
단전지는, 자동차의 구동용 전력을 축전하는 2차전지로 한 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
본 발명에 관한 전지 집합체는, 다음의 효과를 이룬다.
냉각 기판의 양면에 단전지를 마련함으로써, 냉각 기판의 냉각면을 유효하게 이용할 수 있고, 전지 집합체의 구조를 소형화하고, 부품 개수를 저감할 수 있다. 단전지의 단자를, 전지 집합체의 바깥쪽에 정돈할 수가 있어서, 취급이나 결선 작업 등이 용이하게 된다.
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 전지 집합체를 도시하는 일부 파단 사시도.
도 2는 동 전지 집합체를 도시하는 분해 사시도.
도 3은 전지 집합체를 도시하는 부분 단면도.
도 4는 전지 집합체를 도시하는 부분 단면도.
본 발명의 한 실시 형태에 관한 전지 집합체(10)에 관해 설명한다.
전지 집합체(10)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 직방체 형상으로, 내부에 냉각 기판(12)과, 유지체(14)와, 단전지(16)(도 2 참조) 등이 수납되어 있다. 전지 집합체(10)의 외측에는, 바깥테두리체(18)와, 덮개체(24) 등이 마련되고, 전지 집합체(10)의 외곽을 형성하고 있다. 덮개체(24)의 상부 좌우에는, 노치가 마련되어 있고, 노치를 통하여 단자(17)(출력 단자)가 노출하고 있다. 단자(17)는, 차량의 입력단이나 다른 전지 집합체(10) 등에 접속되고, 단독으로, 또는 복수의 전지 집합체(10)를 조합시켜서 차량용의 전지 장치를 구성한다.
전지 집합체(10)는, 도 2에 도시하는 바와 같이 냉각 기판(12)을 중앙에 구비하고, 냉각 기판(12)을 끼우고, 냉각 기판(12)의 양측에 거의 대칭으로 구성되어 있다. 냉각 기판(12)을 끼우고 양측에 마련된 유지체(14)와 단전지(16)와 바깥테두리체(18)와 절연판(20)과 고정부재(22)와 덮개체(24)는, 동일, 또는 대칭형을 이루고 있는 부재이다. 이하, 전지 집합체(10)의 냉각 기판(12)을 끼우고 한쪽에 관해 설명하고, 다른쪽 측의 상세한 설명은 생략한다.
냉각 기판(12)은, 평판형상으로, 냉매를 출입시키는 접속관(30)을 가지며, 접속관(30)에 연속하여 냉매를 통과시키는 통로(32)(도 3 참조)가 내부에 마련되어 있다. 냉각 기판(12)의 접속관(30)에는, 냉각 기구가 접속되어 있다. 냉각 기구는, 열교환기 등을 구비하고, 냉각한 냉매를 접속관(30)으로부터 통로(32) 내를 통과시켜서, 냉각 기판(12)을 냉각시킨다. 또한, 냉각 기구는 이것으로 한정하는 것이 아니다.
단전지(16)는, 거의 직방체로, 길이 방향의 단면(端面)의 한쪽에 정부의 양단자(17)가 마련되어 있다. 이하, 단자(17)가 마련되어 있는 면을 단자면(19)이라 하고, 단자면(19)에 대향한 역측의 면을 단자 반대 면(21)이라고 한다. 단자 반대 면(21)은, 금속 표면이 노출하고 있고, 단전지(16)의 내부의 열이 단자 반대 면(21)으로부터 외부에 전달되는 열전달면으로서 형성되어 있다.
유지체(14)는, 수지제로, 도 3, 도 4에도 도시하는 바와 같이 기판(40)과 지지재(42;holding piece) 등으로 형성되어 있다. 기판(40)에는, 전지 집합체(10)에 붙여지는 각 단전지(16)에 대응한 위치에 개구부(44)가 형성되어 있다. 개구부(44)는, 단전지(16)의 단자 반대 면(21)과 대충 같은 형상으로 형성되어 있다.
지지재(42)는, 개구부(44)의 주위에, 기판(40)으로부터 거의 직각에 세워져 있고, 복수의 지지재(42)로 단전지(16)의 단자 반대 면(21)과 단자 반대 면(21)에 연속한 측면(23)을 수납하는 테두리(46)를 형성하고 있다.
또한 지지재(42)에는, 도 4에 도시하는 바와 같이 단전지(16)를 테두리 내에 수납한 때 단전지(16)의 측면(23)에 맞닿는 경사면(48)이 형성되어 있다. 경사면(48)은, 단전지(16)를 테두리(46) 내에 수납시키면, 단전지(16)의 측면(23)에서 변형되어, 테두리(46) 내의 적절한 위치에서 단전지(16)를 유지하도록 형성되어 있다. 그리고, 테두리(46) 내의 임의의 위치에서 단전지(16)가 유지된다면, 지지재(42)에는 경사면(48)이 아니라, 다른 형상의 것을 마련하여도 좋다.
냉각 기판(12)과 단전지(16)의 사이에는, 열전달 부재(31)가 마련되어 있다. 열전달 부재(31)는, 열전도율이 높고, 또한 적당한 탄성을 갖고 있다, 예를 들면 젤상태의 물질 등이다. 물질은 특히 한정되지 않는다. 열전달 부재(31)는, 유지체(14)에 단전지(16)를 붙이면, 단전지(16)의 고정 위치에 의하지 않고 냉각 기판(12)과 단자 반대 면(21)의 사이에 간극 없이 충전되어, 냉각 기판(12)과 단자 반대 면(21)의 사이에서의 열을 효율적으로 전달시킨다.
바깥테두리체(18)는, 방형의 테두리로, 금속판으로 형성되어 있다. 바깥테두리체(18)의 한쪽의 단면에는, 주연의 4개소에 볼트(50)가 마련되어 있다. 또한, 이러한 바깥테두리체(18)에 대향하는 다른 바깥테두리체(18)의 맞추는 단면에는, 주연의 4개소에 볼트구멍(52)을 갖는 이편(耳片)(54)가 마련되어 있다. 볼트구멍(52)은, 볼트(50)에 대응하고 있고, 한 쌍의 바깥테두리체(18)를 조합시키면 볼트(50)가 볼트구멍(52)을 관통한다.
절연판(20)은, 수지제로, 상하 좌우 합쳐서 4장 있고, 단전지(16)의 외주면에 부착하면, 절연판(20)의 외주 형상이 바깥테두리체(18)의 내주 형상과 거의 동등하게 된다. 또한 절연판(20)에는 내측으로 돌출하는 단차가 마련되어 있고, 절연판(20)을 단전지(16)에 부착하면, 단차가 단전지(16)의 사이로 들어가, 단전지(16) 사이에 형성된 간극을 유지한다.
고정부재(22)는, 바깥테두리체(18)의 외측 단면에 나사 등으로 고정한다. 고정부재(22)는, 격자형상으로 형성되고, 바깥테두리체(18)에 부착하면 단전지(16)의 단자(17)를 노출시키며, 또한 단자면(19)을 누른다.
고정부재(22)로부터 노출한 각 단자(17)에는 버스 바(56)가 부착되고, 단전지(16)를 직렬, 또는 병렬의 소정의 순서로 접속시킨다. 덮개체(24)는, 고정부재(22)의 바깥쪽에 부착되고, 단자(17) 등을 덮는다.
상기 유지체(14)와 단전지(16)와 바깥테두리체(18)와 절연판(20)과 고정부재(22)와 덮개체(24)는, 상술한 바와 같이 냉각 기판(12)을 끼우고 거의 대칭으로 마련되어 있고, 한쪽의 바깥테두리체(18)의 볼트(50)를, 대향하는 볼트구멍(52)에 통과시켜서 나사체결함으로써, 전체를 고정하고 있다.
다음에, 전지 집합체(10)의 작용에 관해 설명한다.
냉각 기판(12)의 양면에 각각 유지체(14)를 배치한다. 각 단전지(16)의 단자 반대 면(21) 측의 단부를 유지체(14)의 테두리(46) 내에 꾸며넣는다. 유지체(14)는, 단전지(16)가 꾸며넣어지면, 경사면(48)이 소성 변형하여, 압입한 위치에서 단전지(16)를 유지한다. 이에 의해 각 단전지(16)의 단자면(19)을 동일면상에 정렬시킬 수 있다. 또한 유지체(14)와 냉각 기판(12)의 사이에 마련된 열전달 부재(31)가, 단전지(16)를 압입한 위치에 대응하여 적절히 변형하고, 냉각 기판(12)과 단전지(16)의 단자 반대 면(21)의 사이를 밀착시켜서, 높은 전열효율로 접속시킨다.
바깥테두리체(18)를 단전지(16)의 외주에 끼우고, 한 쌍의 바깥테두리체(18)를 볼트 고정한다. 고정부재(22)가 단전지(16)를 고정한다. 또한 고정부재(22)의 격자의 사이에서 노출한 각 단자(17)에 버스 바(56)를 부착하여, 전기적으로 연결시킨다. 단자(17)(출력 단자)에, 외부 전선을 연결시킨다.
냉매를 냉각 기판(12)에 보내여, 냉각면을 냉각한다. 단전지(16)에서 발생한 열은 단자 반대 면(21)으로부터 열전달 부재(31)를 통하여 냉각면에 전달되고, 단전지(16)가 냉각된다. 단전지(16)의 냉각은, 냉각 기판(12)의 양면에서 행하여지기 때문에, 전지 집합체(10)에 붙여진 모든 단전지(16)가 냉각 기판(12)에서 냉각된다.
또한 전지 집합체(10)는, 단자(17)가 전지 집합체(10)의 바깥쪽을 향하고, 게다가 단자면(19)이 동일한 평면 내에 정렬되기 때문에, 버스 바(56)의 단자(17)에의 부착 작업을 용이하며 정확하게 행할 수 있다. 냉각 기판(12)이 전지 집합체(10)의 중앙 부분에 마련되기 때문에, 단전지(16)를 대향시켜서 붙인 경우에 열이 축적되기 쉬운 전지 집합체(10)의 중심부분을 냉각할 수 있고, 전지 집합체(10)의 온도 상승을 효과적으로 방지할 수 있다.
냉각 기판(12)에 접속된 냉매의 접속관(30)을, 전지 집합체(10)의 측면에 따라서 배관함에 의해, 필요한 스페이스를 축소할 수 있고, 전지 집합체(10)를 작은 공간에 탑재할 수 있다. 또한 냉각 기판(12)이 전지 집합체(10)의 중앙에 배치되기 때문에, 접속관(30)의 선단이 전지 집합체(10)의 바깥쪽으로 돌출하지 않아, 접속관(30)을 포함한 전지 집합체(10)의 설치 스페이스를 작게 할 수 있다.
단자면(19)을 전지 집합체(10)의 바깥쪽을 향하여, 단전지(16)를 적층하고 있기 때문에, 전지 집합체(10)의 높이 폭을, 적층시키는 단전지(16)의 수에 의해 조정할 수 있고, 예를 들면 높이 폭이 작은 개소에 탑재 가능한, 냉각 기능을 갖는 전지 집합체를 제공할 수 있다. 또한, 단전지를 가로로 2열로 나열하였지만, 이것으로 한정하는 것이 아니다.
또한, 단전지(16)는, 단자 반대 면(21)이 아니라, 단자면(19)과 단자 반대 면(21)을 잇는 단전지(16)의 측면(23)을 열전달면으로서 형성하고, 이 측면(23)을 냉각 기판(12)에 근접시켜도 좋다.
또한, 정부 양단자는, 단전지(16)의 동일한 면이 아니라, 단전지(16)의 다른 면에 개별로 마련되어 있어도 좋다. 냉각 기판(12)은, 냉매가 아니라, 다른 냉각 수단에 의한 냉각 방법을 이용한 것이라도 좋다. 전지 집합체(10)는, 단독으로 차량 등에 조립하여도, 다른 전지 집합체(10)와 접속시켜서 복수의 전지 집합체(10)로 차량용의 전지 장치를 구성하여도 좋다. 또한 전지 집합체(10)는, 차량용으로 한정하지 않고, 다른 용도에 이용하는 것이라도 좋다. 또한, 단전지(16)는 전력 주행 가능한 전기자동차, 이른바 EV나 하이브리드차의 2차전지로 하여도 좋다.
이상, 본 발명에 의하면, 냉각기판의 양면에 단전지를 마련함으로서, 냉각기판의 냉각면을 유효하게 이용할 수 있으며, 전지 집합체의 구조를 소형화, 부품점수를 저감할 수 있다. 단전지의 단자를 전지 집합체의 바깥측으로 모을 수 있어서 취금이나 결선 작업등이 용이하게 된다.
10 : 전지 집합체 12 : 냉각 기판
14 : 유지체 16 : 단전지
17 : 단자 18 : 바깥테두리체
19 : 단자면 20 : 절연판
21 : 단자 반대 면 22 : 고정부재
23 : 측면 24 : 덮개체
30 : 접속관 31 : 열전달 부재
40 : 기판 42 : 지지재
44 : 개구부 46 : 테두리
48 : 경사면 50 : 볼트
52 : 볼트구멍 54 : 이편(lug)
56 : 버스 바

Claims (8)

  1. 전지 집합체(a battery unit)에 있어서,
    복수의 단전지(battery cell)를 조합시킨 전지 집합체이며,
    냉각 기판을 구비하여 이루어지며,
    상기 단전지는, 상기 냉각 기판을 끼도록 배치되며,
    상기 단전지의 단자가 마련된 단자면 이외의 면이 상기 냉각 기판의 냉각면에, 해당 냉각면과의 사이에서 열전달 가능한 상태로 붙여져(attached) 있고,
    상기 냉각 기판을 끼고 해당 냉각 기판의 양측에 각각 배치된 적어도 한 쌍의 단전지는, 해당 단전지의 단자가 마련된 상기 단자면을 상기 전지 집합체의 바깥쪽으로 하고, 상기 단자면에 대향한 단자 반대 면을 상기 냉각 기판의 냉각면에 열전달 가능한 상태로 붙여져 있고,
    상기 단전지의 단자 반대 면측의 단부가 붙여지는 붙임부를 구비한 유지 부재를, 상기 냉각 기판과 상기 단전지의 사이에 배치하고,
    상기 유지 부재는 유지편을 구비하고,
    해당 유지편은, 상기 단자 반대 면과 연속하는 측면에 맞닿고, 해당 단전지의 상기 단자 반대 면측의 단부를 유지하는 바깥쪽으로 넓어지는 경사부를 형성하고 있고,
    상기 경사부는, 단전지를 압입하여 단전지의 측면이 맞닿아 소성 변형되어 단전지를 유지하는 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 기판은 평판형상으로서, 냉매를 출입시키는 접속관을 가지며, 상기 접속관에 연속하여 냉매를 통하는 통로가 내부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 단자 반대 면과 상기 냉각 기판의 사이에 열전달 부재를 개재시킨 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 단전지는, 자동차의 구동용 전력을 축전하는 2차전지로 한 것을 특징으로 하는 전지 집합체.
  8. 삭제
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