KR20100021527A

KR20100021527A - 조전지

Info

Publication number: KR20100021527A
Application number: KR1020107001162A
Authority: KR
Inventors: 게이이찌로오 고바야시
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-02-24
Also published as: WO2009014070A1; KR101036052B1; EP2169741B1; CN101689620A; CN101689620B; JP4182451B1; US20100196751A1; JP2009026702A; EP2169741A1; EP2169741A4; US9065110B2

Abstract

본 발명에 의해 제공되는 조전지는, 복수의 충방전 가능한 원통형의 단전지(10)와, 당해 복수의 원통형 단전지를 보유 지지하는 보유 지지 부재를 구비한 조전지이며, 상기 원통형 단전지의 외주면(32)에는, 주위 방향으로 병렬된 요철이며 전지 장축 방향으로 밭이랑 형상으로 연장되는 요철(34)이 형성되어 있고, 상기 보유 지지 부재는 요철(34)에 맞물리는 홈부(28)가 내주면(29)에 형성된 복수의 전지 장착 구멍을 구비한다. 여기서 복수의 원통형 단전지(10)는 각각, 보유 지지 부재의 전지 장착 구멍에 삽입된 상태에서 보유 지지되어 있고, 그 상태에 있어서 단전지 외주면(32)의 요철(34)과 전지 장착 구멍의 홈부(28)가 서로 끼워 맞춤되도록 구성되어 있다.

Description

조전지{BATTERY ASSEMBLY}

본 발명은, 조전지에 관한 것이다. 상세하게는 복수의 원통형 단전지를 구비한 조전지에 관한 것이다.

또한, 본 국제 출원은 2007년 7월 23일에 출원된 일본 특허 출원 제2007-191443호에 기초하는 우선권을 주장하고 있고, 그 출원의 전체 내용은 본 명세서 중에 참조로서 포함되어 있다.

리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지 그 밖의 2차 전지 혹은 캐패시터 등의 축전 소자(물리 전지)를 단전지로 하고, 상기 단전지를 복수 직렬 접속하여 이루어지는 조전지는 고출력이 얻어지는 전원으로서, 차량 탑재용 전원, 혹은 퍼스널 컴퓨터 및 휴대 단말의 전원으로서 중요성이 높아지고 있다. 특히, 경량이며 고에너지 밀도가 얻어지는 리튬 이온 전지를 단전지로 하여 복수 직렬로 접속한 조전지는, 차량 탑재용 고출력 전원으로서 바람직하게 이용되는 것으로서 기대되고 있다.

그런데, 이러한 종류의 조전지 중에는 단전지로서 원통형 단전지를 사용한 것이 있다. 원통형 단전지를 조전지로서 사용하는 경우, 그 대표적인 기본 구조의 하나로서 원통형 단전지(원통형 단전지 케이스)의 양단부 또는 한쪽 단부에 외부 단자(전형적으로는 나사 구조)를 체결한 전지 구조가 알려져 있다. 이 외부 단자(전형적으로는 나사 구조)에는, 각 단전지 사이를 접속하는 접속용 부재[예를 들어, 부스 바(bus bar)]나 각 단전지를 고정하기 위한 고정 부재(소위, 홀더)가 각각 체결되어 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에는 차량 탑재 용도의 원통형 단전지의 일례가 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는 복수의 원통형 단전지를 구비한 조전지의 일례가 개시되어 있다.

이러한 원통형 단전지를 조전지에 조립 부착할 때에는, 외부 단자(전형적으로는 나사 구조의 단자)를 체결할 때에 발생하는 체결 토크에 의해 전지 본체(원통형 단전지의 본체 부분)가 함께 회전하지 않도록 회전 방지 기구를 설치할 필요가 있다. 종래, 이러한 종류의 회전 방지 기구로서는, 전지의 회전을 방지하기 위한 지그를 사용하여 고정하는 기구가 채용되어 있다. 혹은, 전지 자체에 회전 방지 기능을 부여하는 방법도 있다. 구체적으로는 외부 단자 및 그 부속 부품에 회전 방지 기능을 부여하는 기구가 채용되어 있다.

특허문헌1:일본특허출원공개제2005-78805호공보 특허문헌2:일본특허출원공개제2000-173676호공보

그러나 전자의 회전 방지 기구(전지의 회전을 방지하기 위한 지그를 사용하여 고정하는 기구)에서는, 별도 전용 지그의 설계 및 제작이 필요해지는 것에 부가하여, 조전지의 조립 부착시에 있어서의 작업 공정이 증가하여, 비용 상승의 요인으로도 될 수 있다. 또한, 지그를 장착하는 공간을 조전지 내에 확보할 필요가 있어, 조전지의 소형화에 대한 폐해로도 될 수 있다. 또한, 후자의 회전 방지 기구(외부 단자 및 그 부속 부품에 회전 방지 기능을 부여하는 기구)에서는, 외부 단자 및 그 부속 부품에 회전 방지 기능을 부여하는 분만큼 부품 개수나 부품 가공수가 증가하므로, 역시 비용 상승의 요인으로도 될 수 있다. 이와 같이, 종래의 회전 방지 기구에서는, 조전지의 조립 부착시에 있어서의 작업 공정수나 제조 비용의 점에서, 또한 개선의 여지가 있는 것이었다.

본 발명은 이러한 점에 비추어 이루어진 것이며, 그 주 목적은 원통형 단전지를 보유 지지 부재에 조립 부착할 때의 예측하지 못한 회전을 방지하여, 조립 부착 작업 효율을 향상시킬 수 있는 구조의 조전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 의해 제공되는 조전지는, 복수의 충방전 가능한 단전지가 전기적으로 접속되어 구성된 조전지이다.

본 발명의 조전지는, 복수의 원통형의 단전지와, 복수의 원통형 단전지를 보유 지지하는 보유 지지 부재를 구비하고 있다. 원통형 단전지의 외주면에는, 그 주위 방향으로 병렬된 요철이며 전지 장축(길이) 방향으로 밭이랑 형상으로 연장되는 요철이 형성되어 있다. 또한, 보유 지지 부재는, 상기 단전지 외주면의 요철에 맞물리는 홈부(즉, 요철)가 내주면에 형성된 복수의 전지 장착 구멍(즉, 단전지의 상기 외주면 요철을 포함하는 직경과 대략 동일한 사이즈의 개구 형상의 장착 구멍)을 구비하고 있다. 여기서, 상기 복수의 원통형 단전지는 각각, 상기 보유 지지 부재의 전지 장착 구멍에 삽입된 상태에서 보유 지지되어 있고, 그 상태에 있어서 단전지 외주면의 요철과 전지 장착 구멍의 홈부가 서로 끼워 맞춤되도록(양자의 형상을 맞추어 맞물리게 하도록) 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에 있어서「단전지」라 함은, 조전지를 구성하기 위해 서로 직렬 접속될 수 있는 개개의 축전 소자를 가리키는 용어이며, 특별히 한정하지 않는 한 다양한 조성의 전지, 캐패시터를 포함한다. 또한,「2차 전지」라 함은, 반복 충전 가능한 전지 일반을 말하고, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지 등의 이른바 축전지를 포함한다.

리튬 이온 전지를 구성하는 축전 소자는, 여기서 말하는「단전지」에 포함되는 전형예이며, 그러한 단전지를 복수 구비하여 이루어지는 리튬 이온 전지 모듈(전지 팩이라고도 함)은 , 여기서 개시되는「조전지」의 전형예이다.

이러한 구성의 조전지에 따르면, 원통형 단전지의 주위 방향의 회전을 규제할 수 있다. 즉, 원통형 단전지의 외주면에 소정 형상의 장축 방향으로 밭이랑 형상으로 연장되는 요철을 설치하고, 보유 지지 부재측에는 상기 요철과 대응하는 내주면 형상의 전지 장착 구멍을 형성하고, 양자의 형상을 맞추어 단전지를 보유 지지 부재에 조립 부착하고 있으므로, 보유 지지 부재에 대한 원통형 단전지의 상대적인 회전을 저지할 수 있다.

이에 의해, 원통형 단전지의 회전에 의해 발생할 수 있는 문제(예를 들어, 원통형 단전지를 보유 지지 부재에 나사 고정할 때에 원통형 단전지가 회전하여 원하는 체결 토크가 얻어지지 않는 등)를 회피할 수 있다. 그 결과, 고품질이며 신뢰성이 높은 조전지를 제공할 수 있다.

또한, 상기 구성에서는, 조전지의 보유 지지 부재에 단전지의 회전 방지로서의 기능을 부여할 수 있으므로, 다른 부품[예를 들어, 단전지를 보유 지지 부재에 체결하기 위한 나사나 그 부속 부품(예를 들어, 와셔) 등]에 별도 회전 방지 기구를 설치하지 않아도 돼, 부품 개수의 삭감이나 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다. 또한, 단전지의 조립 부착에 관한 작업 효율도 향상된다. 그 결과, 제조 비용을 저렴하게 하는 것이 가능해져, 저비용으로 조전지를 제공할 수 있다.

여기서 개시되는 조전지의 적합한 일 형태에 있어서, 상기 단전지 외주면의 요철은, 원통형 단전지의 직경 방향의 중심축에 대해 비대칭인 형상[즉, 단전지의 횡단면으로부터 보아 외주부(외주면)의 적어도 일부가 다른 외주부(외주면)와는 불규칙하게 상이한 형상]으로 형성되어 있다. 이와 같이 단전지 외주면의 요철 형상으로 비대칭성을 갖게 함으로써, 조립 부착시의 보유 지지 부재에 대한 단전지의 방향을 소정의 방향으로 정렬시킬 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 작업자가 특별한 주의를 기울이지 않아도 각 단전지를 주위 방향의 미리 설정된 정확한 위치나 방향(예를 들어, 구성 단전지 전부가 동일한 방향)으로 조립 부착할 수 있어, 그 위치 결정 작업이 용이해진다. 그 결과, 조전지를 조립 부착할 때의 작업 효율이 향상된다.

여기서 개시되는 조전지의 적합한 일 형태에 있어서, 원통형 단전지는 정극(正極) 및 부극(負極)을 구성하는 전극체를 수용하는 금속제의 외장 케이스를 구비하고 있다. 이때, 상기 단전지 외주면의 요철은, 외장 케이스의 외주면에 소성 가공을 실시함으로써 당해 외장 케이스와 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 소성 가공은, 외장 케이스의 제조시(예를 들어, 드로잉·아이어닝 가공시)에 부대적으로 실시하는 것이 가능하고, 그러므로 단전지 외주면의 요철을 제작할 때의 특별한 비용 상승은 불필요해진다.

또한, 단전지 외주면의 요철은, 외주면 전역에 형성되어도 좋고, 혹은 보유 지지 부재와 접촉하는 부분(전형적으로는, 전지 장착 구멍에 삽입되어 당해 구멍의 내주면과 대향하는 표면 부분)의 외주면에 선택적으로 형성되어도 좋다. 단, 단전지 외주면의 전역에 요철을 형성한 경우에는, 당해 요철로 이루어지는 표면부를 냉각 필러로서 활용할 수 있어, 원통형 단전지(나아가서는, 조전지)의 냉각 효율이 향상된다.

본 발명에 따르면, 원통형 단전지를 보유 지지 부재에 조립 부착할 때의 예측하지 못한 회전을 방지하여, 조립 부착 작업 효율을 향상시킬 수 있는 구조의 조전지를 제공할 수 있다.

도 1a는 조전지의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 주요부 확대도이다.
도 2a는 일 실시 형태에 관한 원통형 단전지의 선단 부분을 확대한 주요부 확대도이다.
도 2b는 도 2a의 정면 모식도이다.
도 3은 일 실시 형태의 보유 지지판의 전지 장착 구멍의 주변 부분을 확대한 정면 모식도이다.
도 4는 일 실시 형태의 단전지 외주면의 요철과 전지 장착 구멍의 홈부의 위치 관계를 설명하기 위한 정면 모식도이다.
도 5a는 일 실시 형태에 관한 원통형 단전지의 선단 부분을 확대한 주요부 확대도이다.
도 5b는 도 5a의 정면 모식도이다.
도 6은 일 실시 형태의 보유 지지판의 전지 장착 구멍의 주변 부분을 확대한 정면 모식도이다.
도 7은 일 실시 형태의 단전지 외주면의 요철과 전지 장착 구멍의 홈부의 위치 관계를 설명하기 위한 정면 모식도이다.
도 8은 본 발명의 조전지를 구비한 차량(자동차)을 모식적으로 도시하는 측면도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 적합한 일 실시 형태를 설명한다. 이하의 도면에 있어서는, 동일한 작용을 발휘하는 부재·부위에는 동일한 부호를 부여하여 설명하고 있다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되지 않는다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다.

도 1a, 도 1b를 참조하면서 본 실시 형태의 조전지(100)의 구성에 대해 설명한다. 도 1a는 조전지(100)의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 주요부 확대도이다.

조전지(100)는, 도 1a에 도시하는 바와 같이, 복수의 충방전 가능한 원통형의 단전지(10)가 전기적으로 직렬 접속되어 구성되어 있다. 복수의 원통형 단전지(10)는, 서로 평행한 자세로 병렬로(도시한 예에서는, 지그재그 형상으로) 배열되어 있다.

원통형 단전지(10)는, 전형적인 원통형의 단전지에서 사용되는 것과 동일하면 좋고, 단전지(10)의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 본 실시 형태에 관한 원통형 단전지(10)의 구성은 리튬 이온 전지이다. 리튬 이온 전지는 고에너지 밀도로 고출력을 실현할 수 있는 2차 전지이므로, 고성능의 조전지, 특히 차량 탑재용 조전지(전지 모듈)를 구축할 수 있다.

원통형 단전지(10)의 양단부(원통형 단전지의 길이 방향의 일단부 및 타단부)에는, 후술하는 권회 전극체의 정극과 전기적으로 접속하는 정극 단자(40) 및 부극과 전기적으로 접속하는 부극 단자(42)가 설치되어 있다. 복수의 단전지(10)는, 각각의 정극 단자(40) 및 부극 단자(42)가 교대로 배치되도록 1개씩 반전시켜 배치되어 있고, 인접하는 단전지(10) 사이에 있어서 한쪽의 정극 단자(40)와 다른 쪽의 부극 단자(42)가 도전성 접속구(48)(예를 들어, 부스 바)에 의해 전기적으로 접속된다. 이와 같이 각 단전지(10)를, 도전성 접속구(48)를 통해 전기적으로 직렬 접속함으로써, 원하는 전압의 조전지(100)가 구축된다.

이와 같이 배열시킨 원통형 단전지(10)의 주위에는, 복수의 원통형 단전지(10)를 통합하여 보유 지지하는 보유 지지 부재(20)가 배치된다. 본 실시 형태에 관한 보유 지지 부재(20)는, 단전지(10)의 길이 방향의 외측에 배치된 한 쌍의 보유 지지판(22A, 22B)과, 당해 한 쌍의 보유 지지판(22A, 22B)을 가교하도록 장착된 가교 부재(24)로 구성되어 있다.

보유 지지판(22A, 22B)은 복수의 전지 장착 구멍(26)(도 3)을 구비하고 있다. 이들 복수의 전지 장착 구멍(관통 구멍)(26)에는, 원통형 단전지(10)의 선단 부분이 삽입되고, 정극 단자(40) 및 부극 단자(42)가 보유 지지판(22A, 22B)의 외면으로부터 외측으로 돌출되도록 배치된다. 그리고 보유 지지판(22A, 22B)의 외면으로 돌출된 정극 단자(40) 및 부극 단자(42)를 너트(44, 46)로 조임으로써, 원통형 단전지(10)를 보유 지지판(22A, 22B)에 고정할 수 있다. 구체적으로는, 정극 단자(40) 및 부극 단자(42)의 선단에 너트(44, 46)를 끼워 넣고, 너트 회전 드라이버 등의 공구를 너트(44, 46)에 결합하고, 공구로부터의 회전력을 전달함으로써 너트(44, 46)를 조인다. 이때, 너트(44, 46)의 체결력에 의해 원통형 단전지(10)를 보유 지지판(22A, 22B)에 고정할 수 있다. 이와 같이 하여, 복수의 원통형 단전지(10)는 각각, 보유 지지판(22A, 22B)의 전지 장착 구멍(관통 구멍)(26)에 삽입된 상태에서 보유 지지되어 있다.

또한, 원통형 단전지(10)를 보유 지지판(22A, 22B)에 고정할 때에, 동시에 도전성 접속구(48)를 보유 지지판(22A, 22B)에 고정해도 좋다. 즉, 보유 지지판(22A, 22B)과 너트(44, 46)의 사이에 도전성 접속구(48)를 개재시켜 너트(44, 46)를 조일 수 있다. 혹은, 너트(44, 46) 상으로부터 도전성 접속구(48)를 통해 다른 너트가 체결되어도 좋다. 또한, 본 실시 형태의 너트(44, 46)는 금속제 재료로 구성되어 있고, 정극 외부 단자 및 부극 외부 단자로서의 기능도 갖고 있다.

또한, 도 2a 내지 도 4를 부가하여, 조전지(100)의 구성, 특히 원통형 단전지(10)의 구성과, 보유 지지판(22A)의 구성에 대해 설명한다. 도 2a는 원통형 단전지(10)의 선단 부분을 확대한 주요부 확대도이고, 도 2b는 도 2a의 정면 모식도이다. 도 3은 보유 지지판(22A)의 전지 장착 구멍(26) 주변을 확대한 정면 모식도이다. 도 4는 외장 케이스(30)의 요철(34)과 전지 장착 구멍(26)의 홈부(28)의 위치 관계를 설명하기 위한 정면 모식도이고, 부재의 일부[예를 들어 너트(44, 46) 등]는 생략화하여 도시하고 있다.

원통형 단전지(10)는, 도 2에 도시하는 바와 같이 정극 및 부극을 구비하는 전극체(도시하지 않음)와, 상기 전극체 및 전해질을 수용하는 외장 케이스(30)와, 외장 케이스(30)의 한쪽의 선단 부분으로부터 외측으로 돌출된 정극 단자(40) 및 다른 쪽의 선단 부분부터 외측으로 돌출된 부극 단자(도 2에는 도시하지 않음)를 구비한다.

본 실시 형태의 전극체는, 전형적인 조전지에 장비되는 단전지와 마찬가지로, 소정의 전지 구성 재료(정부극 각각의 활물질, 정부극 각각의 집전체, 세퍼레이터 등)로 구성되어 있다. 여기서는 전극체로서 후술하는 권회 전극체가 이용되고 있다.

외장 케이스(30)는, 상술한 권회 전극체를 수용할 수 있는 원통 형상을 갖고 있다. 또한, 외장 케이스(30)는 그 외주면(32)에 주위 방향으로 병렬된 요철(34)이며 각 요철이 전지 장축 방향으로 밭이랑 형상으로 연장되는 요철(34)을 갖고 있다. 즉, 외장 케이스(30)의 외주면(32)에는, 주위 방향으로 볼록부(34a)와 오목부(34b)가 교대로 연속해서 형성된 요철(34)이 설치되어 있다. 본 실시 형태에 관한 볼록부(34a)와 오목부(34b)로 이루어지는 요철은, 원통형 단전지(10)의 장축(길이) 방향으로 한쪽의 단부로부터 다른 쪽의 단부까지 연장되는 밭이랑 형상(직선 형상)의 요철이다.

외장 케이스(30)의 재질은, 전형적인 전지에서 사용되는 것과 동일하면 좋고 특별히 제한은 없지만, 조전지 자체의 경량화의 관점에서 얇은 금속제 케이스가 사용될 수 있다. 또한, 외장 케이스(30)가 금속 재료(특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금)인 경우에는, 외장 케이스(30)의 외형을 금속판의 드로잉·아이어닝 가공에 의해 용이하게 형성할 수 있다. 그때, 상술한 요철(34)은 소성 가공에 의해 당해 외장 케이스(30)와 일체적으로 형성할 수 있다.

한 쌍의 보유 지지판(22A, 22B)은, 그 한쪽(22A)에 대해 도 3에 도시하는 바와 같이, 상술한 단전지 외주면의 요철(34)(도 2b)에 대응하여 맞물리도록 홈부(28)가 내주면(29)에 형성된 전지 장착 구멍(관통 구멍)(26)을 복수 구비한다. 즉, 보유 지지판(22A)의 전지 장착 구멍(26)은, 그 개구 형상이 단전지 외주면의 요철 형상[볼록부(34a) 및 오목부(34b)(도 2b)]과 대략 동일해지도록 형성되어 있다. 본 실시 형태의 홈부(28)는, 원통형 단전지(10)의 길이 방향을 따른 직선 형상의 세로 홈이다.

상기 구성의 보유 지지판(22A, 22B)에 원통형 단전지(10)를 고정할 때에는, 단전지 외주면의 요철(34)과 전지 장착 구멍(26)의 홈부(28)의 형상을 맞추어 삽입할 필요가 있다. 즉, 도 4에 도시하는 바와 같이, 요철(34)의 볼록부(34a)가 전지 장착 구멍(26)의 홈부(28)에 대향할 수 있는 위치 관계가 되도록 원통형 단전지(10)의 주위 방향의 방향을 적절하게 조정하면서, 원통형 단전지(10)는 전지 장착 구멍(26)에 삽입된다. 상기 구성에서는, 원통형 단전지(10)를 전지 장착 구멍(26)에 삽입한 상태에 있어서, 단전지 외주면의 요철(34)과 전지 장착 구멍의 내주면(29)[홈부(28)]이 서로 끼워 맞춤되므로, 보유 지지판(22A)에 대한 원통형 단전지(10)의 상대적인 회전[원통형 단전지(10)의 주위 방향의 회전]을 저지할 수 있다.

이에 의해, 예를 들어 원통형 단전지(10)를, 너트(44, 46)를 통해 보유 지지판(22A, 22B)에 고정할 때에, 원통형 단전지(10)가 회전하여 원하는 체결 토크가 얻어지지 않는 사태를 회피할 수 있다. 혹은, 각 단전지 사이의 도전성 접속구(48)를, 너트(44, 46)를 통해 원통형 단전지(10)에 장착할 때에, 원통형 단전지가 회전하여 도전성 접속구(48)가 손상되는 사태를 회피할 수 있다. 그 결과, 고품질이며 신뢰성이 높은 조전지를 제공할 수 있다.

또한, 상기 구성에서는, 조전지(100)의 보유 지지판(22A, 22B)에 당해 단전지의 회전 방지로서의 기능을 부여할 수 있으므로, 다른 부품[예를 들어, 보유 지지판(22A, 22B)에 단전지(10)를 체결하기 위한 너트(44, 46)나 그 부속 부품(예를 들어, 와셔) 등]에 별도 회전 방지 기구를 설치하지 않아도 돼, 부품 개수의 삭감이나 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다. 그로 인해, 작업 효율의 향상과 제조 비용의 저감이 실현되고, 결과적으로 보다 저렴하게 조전지를 제공하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 단전지 외주면의 요철(34)은 금속제 외장 케이스(30)의 외주면에 소성 가공을 실시함으로써 당해 외장 케이스(30)와 일체로 형성되어 있다. 이러한 소성 가공은, 외장 케이스(30)의 제조시(예를 들어, 드로잉·아이어닝 가공시)에 부대적으로 실시하는 것이 가능하고, 그러므로 요철(34)을 제작할 때의 특별한 비용 상승은 불필요해진다.

또한, 직선 형상으로 형성된 요철(34)의 치수를 예시하면, 볼록부(34a)의 폭은 0.5㎜ 내지 5.0㎜ 정도이고, 오목부(34b)의 폭은 0.5㎜ 내지 5.0㎜ 정도, 깊이는 0.2㎜ 내지 3.0㎜ 정도로 할 수 있지만, 이들 요철 형상의 치수는 조전지(100)의 규격이나 용도, 사용 조건 등에 맞추어 적절하게 변경할 수 있다. 또한, 단전지 외주면의 요철(34)의 수는 1개라도 좋고, 2 내지 10 이하의 요철의 반복이라도 좋다. 본 실시 형태와 같이, 복수의 반복된 요철(34)을 단전지의 외주면 전체에 형성하는 것이 바람직하다. 요철(34)을 복수 설치함으로써, 단전지 외주면의 요철(34)과 전지 장착 구멍의 홈부(28)의 끼워 맞춤이 한층 강고한 것으로 되어, 원통형 단전지(10)의 주위 방향의 회전을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 단전지 외주면의 요철(34)은, 원통형 단전지(10)를 전지 장착 구멍(26)에 삽입한 상태에 있어서, 전지 장착 구멍(26)의 내주면과 접촉할 수 있는 단전지의 일부(전형적으로는, 본 실시 형태와 같은 장축 방향의 단부)의 외주면에 형성되어 있으면 좋고, 그러므로 단전지의 외주면의 전역에 요철을 설치해도 좋고, 혹은 단전지의 양단부 부분에 선택적으로 형성하는 것도 가능하다. 단, 단전지의 외주면 전역에 요철을 형성한 경우에는, 당해 요철을 냉각 필러로서 활용할 수 있어, 원통형 단전지(나아가서는, 조전지)의 냉각 효율이 향상된다.

계속해서, 도 5a 내지 도 7을 참조하면서, 본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다. 당해 실시 형태의 조전지에서는, 단전지 외주면의 요철(34)이 비대칭인 형상이 되도록 형성되어 있는 점에 있어서 상술한 조전지(100)와는 상이하다. 조전지(100)와 동일한 구성 부재에는 동일한 번호를 부여하고, 그 중복된 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 단전지(110)의 외장 케이스(130)의 외주면(132)에 형성된 요철(134)에서는, 도 5a 및 도 5b에 도시하는 바와 같이, 다른 볼록부(134a)보다도 불규칙적으로 높이가 높은(즉, 직경 방향 외측으로 돌출된) 돌출 볼록부(135)를 1개만 포함하고 있다. 그로 인해, 요철(134)은 원통형 단전지(110)의 직경 방향의 중심축(A)에 대해(즉, 전지 횡단면에 있어서) 비대칭인 형상으로 되어 있다. 한편, 도 6에 도시하는 바와 같이, 보유 지지판(122A)의 전지 장착 구멍(126)의 내주면(129)에는, 상술한 비대칭인 요철(134)(도 5b)에 맞물리도록, 다른 홈부(128)보다도 홈의 깊이가 깊게 된 심홈부(127)가 1개만 형성되어 있다.

상기 구성의 보유 지지판(122A)에 원통형 단전지(110)를 고정할 때에는, 요철(134) 중의 돌출 볼록부(135)와 전지 장착 구멍(26) 내주면(129)의 심홈부(127)의 형상을 특히 맞추어 삽입할 필요가 있다. 즉, 도 7에 도시하는 바와 같이, 돌출 볼록부(135)가 전지 장착 구멍(26)의 심홈부(127)에 대향할 수 있는 위치 관계가 되도록 원통형 단전지(110)의 주위 방향의 방향을 적절하게 조정하면서, 원통형 단전지(110)는 보유 지지판(122A)의 전지 장착 구멍(126)에 삽입되게 된다.

이와 같이 단전지 외장 케이스(130)의 외주면(132)의 요철(134)에 비대칭성을 갖게 함으로써, 조립 부착시의 보유 지지판(122A)에 대한 각 단전지(110)의 방향을 일방향으로 정렬시킬 수 있다. 이 구성은, 도 5에 도시하는 바와 같이 정극 단자(140)의 형성 위치가, 원통형 단전지(110)의 직경 방향의 중심축(A)에 대해 치우쳐 있는 경우(즉, 특히 장착시의 전지의 방향에 주의를 기울일 필요가 있는 경우)에 특히 유용하다. 즉, 정극 단자(140)의 형성 위치가 중심으로부터 어긋나 있는 경우에는, 보유 지지판(122A)에 대한 각 단전지(110)의 장착 방향을 일방향으로 정렬시킬 필요가 있지만, 상기 구성에서는, 예를 들어 작업자가 특별한 주의를 기울이지 않고도 각 단전지(110)를 주위 방향의 동일한 위치에 조립 부착할 수 있어, 그 위치 결정 작업이 용이해진다. 그 결과, 조전지를 조립 부착할 때의 작업 효율이 향상된다.

또한, 단전지 외주면의 요철이 비대칭인 형상으로 되는 것이면, 보유 지지판(122A)에 대한 각 단전지(110)의 방향을 균일하게 정렬시킬 수 있고, 그러므로 상술한 요철(134)의 형상에만 한정되지 않는다. 예를 들어, 높이가 높은 돌출 볼록부를 비대칭이 되도록 설치하는 대신에, 단면 형상이 다른 볼록부와는 상이한 볼록부(불규칙 형상부)를 비대칭이 되도록 형성해도 좋다.

또한, 상술한 예에서는, 주로 단전지의 정극측의 구성에 대해 설명해 왔지만, 부극측의 구성에 대해서도 동일하다.

계속해서 상기 실시 형태에서 사용될 수 있는 원통형 단전지(10, 110)의 구성 및 단전지(10, 110)를 구성하는 각 재료 등에 대해 상세하게 서술한다. 본 실시 형태에 관한 조전지(100)는, 충방전 가능한 2차 전지를 단전지(10, 110)로 하고, 그러한 단전지(10, 110)를 복수개 직렬로 접속하여 이루어지는 조전지(100)이면 좋고, 단전지(10, 110)의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 단전지의 종류는 상술한 리튬 이온 전지에 한정되지 않고, 니켈 수소 전지, 전기 이중층 캐패시터 등이 본 발명의 실시에 적합한 단전지의 구성으로서 들 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 원통형 단전지(10, 110)는 정극 및 부극을 구비하는 전극체와, 상기 전극체 및 전해질을 수용하는 외장 케이스(30, 130)를 구비한다. 외장 케이스(30, 130) 내에 수용되는 권회 전극체의 구성에 대해 상세하게 서술한다. 본 실시 형태에 관한 권회 전극체는, 통상의 리튬 이온 전지의 권회 전극체와 마찬가지로, 시트 형상 정극(이하,「정극 시트」라 함)과 시트 형상 부극(이하,「부극 시트」라 함)을 합계 2매의 시트 형상 세퍼레이터(이하,「세퍼레이터 시트」라 함)와 함께 적층하고, 또한 당해 정극 시트와 부극 시트를 약간 어긋나게 하면서 권회한 권회 전극체이다.

이러한 권회 전극체의 권회 방향에 대한 횡방향에 있어서, 상기한 바와 같이 약간 어긋나게 하면서 권회된 결과로서, 정극 시트 및 부극 시트의 단부의 일부가 각각 권회 코어 부분(즉, 정극 시트의 정극 활물질층 형성 부분과 부극 시트의 부극 활물질층 형성 부분과 세퍼레이터 시트가 밀하게 권회된 부분)으로부터 외측으로 비어져 나와 있다. 이러한 정극측 비어져 나옴 부분(즉, 정극 활물질층의 비형성 부분) 및 부극측 비어져 나옴 부분(즉, 부극 활물질층의 비형성 부분)에는, 정극 리드 단자 및 부극 리드 단자가 각각 부설되어 있고, 각각 상술한 정극 단자(40) 및 부극 단자(42)와 전기적으로 접속된다.

또한, 이러한 권회 전극체를 구성하는 재료 및 부재 자체는, 종래의 리튬 이온 전지의 전극체와 동일하면 좋고, 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 정극 시트는 장척(長尺) 형상의 정극 집전체 상에 리튬 이온 전지용 정극 활물질층이 부여되어 형성될 수 있다. 정극 집전체에는 알루미늄박(본 실시 형태) 그 밖의 정극에 적합한 금속박이 적절하게 사용된다. 정극 활물질은 종래부터 리튬 이온 전지에 이용되는 물질의 1종 또는 2종 이상을 특별히 한정하는 일 없이 사용할 수 있다. 적합예로서, LiMn₂O₄, LiCoO₂, LiNiO₂ 등을 들 수 있다. 예를 들어, 길이 2 내지 10m, 폭 8 내지 30㎝, 두께 5 내지 20㎛(예를 들어, 15㎛) 정도의 알루미늄박을 집전체로서 사용하고, 그 표면의 소정 영역에 통상 방법에 의해 니켈산 리튬을 주체로 하는 리튬 이온 전지용 정극 활물질층(예를 들어, 니켈산 리튬 88질량％, 아세틸렌블랙 10질량％, 폴리테트라플루오로에틸렌 1질량％, 카르복시메틸셀룰로오스 1질량％)을 형성함으로써 적합한 정극 시트가 얻어진다.

한편, 부극 시트는 장척 형상의 부극 집전체 상에 리튬 이온 전지용 부극 활물질층이 부여되어 형성될 수 있다. 부극 집전체에는 구리박(본 실시 형태) 그 밖의 부극에 적합한 금속박이 적절하게 사용된다. 부극 활물질은 종래부터 리튬 이온 전지에 이용되는 물질의 1종 또는 2종 이상을 특별히 한정하는 일 없이 사용할 수 있다. 적합예로서, 그라파이트 카본, 아몰퍼스 카본 등의 탄소계 재료, 리튬 함유 천이 금속 산화물이나 천이 금속 질화물 등을 들 수 있다. 예를 들어, 길이 2 내지 10m, 폭 8 내지 30㎝, 두께 5 내지 20㎛(예를 들어, 10㎛) 정도의 구리박을 사용하고, 그 표면의 소정 영역에 통상법에 의해 흑연을 주체로 하는 리튬 이온 전지용 부극 활물질층(예를 들어, 흑연 98질량％, 스티렌 부타디엔 러버 1질량％, 카르복시메틸셀룰로오스 1질량％)을 형성함으로써 적합한 부극 시트가 얻어진다.

또한, 정부극 시트 사이에 사용되는 적합한 세퍼레이터 시트로서는 다공질 폴리올레핀계 수지로 구성된 것을 들 수 있다. 예를 들어, 길이 2 내지 10m, 폭 8 내지 30㎝, 두께 5 내지 30㎛(예를 들어, 25㎛) 정도의 합성 수지제(예를 들어, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀제) 다공질 세퍼레이터 시트를 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 전해질로서 고체 전해질 혹은 겔상 전해질을 사용하는 경우에는, 세퍼레이터가 불필요한 경우(즉, 이 경우에는 전해질 자체가 세퍼레이터로서 기능할 수 있음)가 있을 수 있다.

계속해서, 외장 케이스(30, 130) 내에 상기 권회 전극체와 함께 수용되는 전해질의 구성에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 전해질은, 예를 들어 LiPF₆ 등의 리튬염이다. 본 실시 형태에서는, 적당량(예를 들어, 농도 1M)의 LiPF₆ 등의 리튬염을 디에틸카보네이트와 에틸렌카보네이트의 혼합 용매(예를 들어, 질량비 1:1)와 같은 비수 전해액에 용해하여 전해액으로서 사용하고 있다.

권회 전극체를 외장 케이스(30, 130)에 수용하는 동시에, 상기 전해액을 주입하여 밀봉함으로써 본 실시 형태의 원통형 단전지(10, 110)는 구축된다. 그리고 단전지(10, 110)를 소정의 방향(본 실시 형태에서는, 병렬)으로 배열하고, 당해 단전지(10, 110)를 보유 지지 부재(20)로 고정한 후, 또한 수용 케이스(도시하지 않음)에 수용함으로써 본 실시 형태의 조전지(100)는 구축된다.

이상, 본 발명을 적합한 실시 형태에 의해 설명해 왔지만, 이러한 서술은 한정 사항은 아니며, 물론 다양한 개변이 가능하다. 예를 들어, 자동차 등의 차량에 탑재하는 경우, 보다 많은 단전지가 직렬로 접속될 수 있는 동시에, 조전지의 주요부(단전지군, 등)를 보호하기 위한 외장 커버, 차량의 소정 부위에 당해 조전지를 고정하기 위한 부품, 복수의 조전지(전지 모듈)를 서로 연결하기 위한 부품 등이 장비될 수 있지만, 이러한 장비의 유무는 본 발명의 기술적 범위를 좌우하는 것은 아니다.

또한, 여기서 개시되는 조전지(100)는, 특히 자동차 등의 차량에 탑재되는 모터(전동기)용 전원으로서 적합하게 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 도 8에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 여기서 개시되는 조전지(100)를 전원으로서 구비하는 차량(전형적으로는 자동차, 특히 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 연료 전지 자동차와 같은 전동기를 구비하는 자동차)(1)을 제공할 수 있다.

Claims

복수의 충방전 가능한 원통형의 단전지와,
상기 복수의 원통형 단전지를 보유 지지하는 보유 지지 부재를 구비한 조전지이며,
상기 원통형 단전지의 외주면에는, 그 주위 방향으로 병렬된 요철이며 전지 장축 방향으로 밭이랑 형상으로 연장되는 요철이 형성되어 있고,
상기 보유 지지 부재는, 상기 단전지 외주면의 요철에 맞물리는 홈부가 내주면에 형성된 복수의 전지 장착 구멍을 구비하고 있고,
여기서, 상기 복수의 원통형 단전지는 각각, 상기 보유 지지 부재의 전지 장착 구멍에 삽입된 상태에서 보유 지지되어 있고, 그 상태에 있어서, 상기 단전지 외주면의 요철과 상기 전지 장착 구멍의 홈부가 서로 끼워 맞춤되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조전지.
제1항에 있어서, 상기 단전지 외주면의 요철은, 상기 원통형 단전지의 직경 방향의 중심축에 대해 비대칭인 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조전지.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원통형 단전지는, 정극 및 부극을 구성하는 전극체를 수용하는 금속제의 외장 케이스를 구비하고 있고,
상기 단전지 외주면의 요철은, 상기 외장 케이스의 외주면에 소성 가공을 실시함으로써 당해 외장 케이스와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조전지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단전지 외주면의 요철은, 상기 원통형 단전지의 외주면 전역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조전지.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 조전지를 구비하는, 차량.