KR20100055477A - 전지 팩 - Google Patents

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KR20100055477A
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마사히로 세키노
나가아키 무로
노리오 시미즈
유우사쿠 하타
츠토무 가네츠나
겐지 사토
겐지 시게히사
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

복수의 셀을 직렬 접속한 모듈에서 외부 접속용의 단자가 동일 방향이 되어 모듈을 횡단하는 바와 같은 배선이 발생하지 않고, 모듈 작성시에 있어서는 유닛 사이의 버스 바의 접속만을 실시함으로써, 작업성의 향상과 접속 미스의 삭감을 가능하게 한 전지 팩을 제공한다. 3개의 평판 형상의 셀(2a ~ 2c)을 평행하게 배치하여 3개 유닛(1)을 구성하고, 각 셀(2a ~ 2c)의 상부에 정극 단자(3)와 부극 단자(4)를 설치한다. 제 1 셀(2a)의 부극 단자(4)와 제 2 셀(2b)의 정극 단자(3) 사이를 경사 방향으로 배치된 제 1 버스 바(5)에 의해, 또한, 제 2 셀(2b)의 부극 단자(4)와 제 3 셀(2c)의 정극 단자 사이는 셀의 길이 방향과 직교하는 방향으로 배치된 제 2 버스 바(6)에 의해 접속한다. 2개의 평판 형상의 셀(12a, 12b)을 평행하게 배치해서 2개 유닛(11)을 구성하고, 각 셀(12a, 12b)의 정극 단자(13)와 부극 단자(14)를 제 2 버스 바(16)에 의해 접속한다.

Description

전지 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 복수의 셀을 직렬로 접속해서 이루어지는 전지 팩에 관한 것으로서, 특히 직렬 접속시에 형성되는 모듈 단자를 외부에 취출할 때의 배선의 단축화를 가능하게 한 기술에 관한 것이다.
종래로부터, 복수의 셀을 직렬로 접속함으로써 고전압의 전지 팩을 구성하는 것은 예를 들면, 특허 문헌 1에 도시하는 바와 같이 공지되어 있다. 그러나, 종래의 산업용 전지 팩이나 자동차용 전지 팩에서는, 체적 효율을 생각해서 입방체에 가까운 구성으로 하기 때문에, 직렬 시에 발생하는 모듈 단자를 외부에 취출하기 위해 긴 배선이 발생하거나, 직렬 수를 제품에 따라 변경할 때에는, 그때마다 모듈 구성을 다시 볼 필요가 생긴다.
예를 들면, 도 7은 전체를 입방체에 가까운 구성으로 한 직렬 접속의 일예이며, 복수의 셀(51)을 평행하게 배치하고, 각 셀(51) 사이를 버스 바(bus bar)(52)에 의해 접속한 것이다. 이러한 종래 기술에서는, 모듈의 양 단에 정극(正極) 단자(53)와 부극(負極) 단자(54)가 위치하기 때문에 양 극으로부터의 배선의 인출 방향이 다르고, 양 극의 배선을 정리하기 위해서는 모듈을 가로지른 배선이 필요해지는 동시에, 배선 길이(L)도 길어진다.
게다가, 전동 어시스트 자전거 등과 같이 전지 팩의 배치 스페이스에 제한이 있는 경우에는, 팩 설치의 형편상, 직방체에 의해 평평한 모듈이 요구되기 때문에, 긴 배선은 입방체에 가까운 구조에 비해, 체적 효율을 현저하게 저하시킨다. 예를 들면, 도 8에 도시하는 전동 어시스트 자전거에 사용되는 전지 팩에서는, 10개의 박형(薄型)의 셀(51)이 버스 바(52)를 이용해서 직렬로 접속되고, 게다가 그 두께도 3셀 정도까지 제한되어 있다.
그 결과, 직렬 접속된 모듈의 단자로부터 외부에 전력을 취출하기 위해서는, 모듈의 단부에 위치하는 정극 단자(53)와 부극 단자(54)에 배선을 접속하게 되어, 모듈을 횡단하도록 긴 배선 길이(L)가 필요하다. 또한, 각 셀 사이의 접속 저항을 저감하기 위해서는 강성이 높은 버스 바 등의 도전 부재를 사용하는 것이 바람직하지만, 복수의 버스 바를 1개씩 교차하는 일이 없도록, 게다가, 뿔뿔이 준비된 개개의 셀에 대하여 접속하는 것은 번거로운 작업이며, 접속 미스도 발생하는 문제가 있었다.
일본국특개2004-200017호공보
이상과 같이, 종래 기술에서는, 개개의 전지 셀을 1개씩 버스 바에 의해 직렬 접속하기 때문에, 접속의 작업성이 낮고, 접속 미스도 생기기 쉬운 동시에, 직렬 접속한 모듈 양 단의 단자로부터 외부에 전력을 인출하고 있었기 때문에, 배선 길이가 길어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 그 목적은 버스 바에 의해 접속된 복수의 셀을 유닛화하고, 이 유닛을 다른 유닛 혹은 셀과 조합시켜서 접속해서 전지 모듈을 구성함으로써, 복수의 셀을 직렬 접속한 모듈에서도 외부 접속용의 단자가 동일한 방향이 되어 모듈을 횡단하는 바와 같은 배선이 발생하지 않고, 또한 모듈 작성시에 있어서는 유닛 사이의 버스 바의 접속만을 실시함으로써, 작업성의 향상과 접속 미스의 삭감을 가능하게 한 전지 팩을 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 각각 정극 단자와 부극 단자를 갖는 3개의 셀을 평행하게 배치하고, 또한 전기적으로 직렬 접속해서 이루어지는 전지 팩에서, 상기 3개의 셀 중 2개의 셀에 관해서는 정극 단자와 부극 단자가 동일 방향으로 배치되고, 남은 1개의 셀에 대해서는 다른 2개의 셀과 반대 방향으로 정극 단자와 부극 단자가 배치되고, 직렬 접속하는 2개의 셀 중 정극과 부극을 동일 방향으로 배치한 2개의 셀에 대해서는, 경사 방향의 버스 바에 의해 인접하는 셀의 정극 단자와 부극 단자가 접속되고, 직렬 접속하는 2개의 셀 중 정극과 부극을 반대 방향으로 배치한 2개의 셀에 대해서는, 셀의 길이 방향과 직교하는 버스 바에 의해 인접하는 셀의 정극 단자와 부극 단자가 접속되고, 외부 배선 접속용의 정극 단자와 부극 단자가 평행하게 배치한 3개의 셀의 동일 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 3개 유닛을 2개의 셀을 직렬로 접속해서 이루어지는 2개 유닛과 조합시키고, 배선 접속용의 단자를 동일 방향으로 배치한 것도, 본 발명의 일 태양이다. 또한, 이들 3개 유닛과 2개 유닛에 더해, 다른 유닛을 직렬 접속함으로써, 보다 많은 셀을 직렬 접속하고, 게다가 배선 접속용의 단자를 동일 방향으로 근접 배치한 것도, 본 발명의 일 태양이다.
본 발명에 의하면, 전지 모듈의 배선 접속용 단자를 동일 방향으로 근접 배치할 수 있으므로, 모듈을 가로지르는 배선이 불필요해진다. 또한, 복수의 셀을 구비한 3개 유닛이나 2개 유닛을 사용해서, 보다 다수의 셀을 갖는 모듈을 제작하므로, 다수의 셀의 접속 작업이 효율화된다.
도 1은 본 발명에서의 3개 유닛의 일예를 도시하는 평면도.
도 2는 본 발명에서의 2개 유닛의 일예를 도시하는 평면도.
도 3은 본 발명의 3개 유닛과 2개 유닛에 의해 구성한 전지 모듈의 일예를 도시하는 평면도.
도 4는 본 발명의 3개 유닛과 2개 유닛에, 다른 3개 유닛과 2개 유닛을 조합시켜서 10셀을 직렬 접속한 모듈의 일예를 도시하는 평면도.
도 5는 2개의 3개 유닛과, 3개의 2개 유닛을 접속해서 이루어지는 전지 모듈의 일예를 도시하는 평면도.
도 6은 4개의 3개 유닛을 접속해서 이루어지는 전지 모듈의 일예를 도시하는 평면도.
도 7은 종래의 전지 모듈의 일예를 도시하는 평면도.
도 8은 종래의 전지 모듈의 다른 예를 도시하는 평면도.
(1) 제 1 실시 형태
이하, 본 발명의 제 1 실시 형태를 도 1 내지 도 3에 따라서 구체적으로 설명한다.
도 1의 (A)는 본 실시 형태의 전지 팩에서의 3개 유닛(1)을 도시하는 것이다. 이 3개 유닛(1)은 3개의 평판 형상의 셀(2a ~ 2c)을 그 길이 방향을 따라 평행하게 배치한 것이며, 각 셀(2a ~ 2c)의 상부에는, 각각 정극 단자(3)와 부극 단자(4)가 설치되어 있다. 이 경우, 제 1과 제 2 셀(2a, 2b)에 대해서는 그 정극 단자(3)와 부극 단자(4)가 동일한 방향으로 배치되고, 제 3 셀에 관해서는 정극 단자(3)와 부극 단자(4)가 반대 방향으로 배치되어 있다.
제 1 셀(2a)의 부극 단자(4)와 제 2 셀(2b)의 정극 단자(3) 사이는 경사 방향으로 배치된 경사 방향의 내부 접속용 버스 바(5)에 의해, 또한 제 2 셀(2b)의 부극 단자(4)와 제 3 셀(2c)의 정극 단자 사이는 셀의 길이 방향과 직교하는 방향으로 배치된 직교 방향의 내부 접속용 버스 바(6)에 의해 접속되어 있다. 이에 의해, 제 1 셀(2a)로부터 제 3 셀(2c)이 직렬로 접속되고, 게다가 제 1 셀(2a)의 정극 단자(3)와 제 3 셀(2c)의 부극 단자(4)가 동일한 방향으로 배치되어 있다.
도 2의 (A)는 본 실시 형태의 전지 팩에서의 2개 유닛(11)을 도시하는 것이다. 이 2개 유닛(11)은 2개의 평판 형상의 셀(12a, 12b)을 그 길이 방향을 따라 평행하게 배치한 것이며, 각 셀(12a, 12b)의 상부에는, 각각 정극 단자(13)와 부극 단자(14)가 설치되어 있다. 이 경우, 제 1과 제 2 셀(2a, 12b)의 정극 단자(13)와 부극 단자(14)는 반대 방향으로 배치되어 있다.
제 1 셀(12a)의 부극 단자(14)와 제 2 셀(12b)의 정극 단자(13) 사이는, 셀의 길이 방향과 직교하는 방향으로 배치된 직교 방향의 내부 접속용 버스 바(16)에 의해 접속되어 있다. 이에 의해, 제 1 셀(12a)과 제 2 셀(12b)이 직렬로 접속되고, 게다가 제 1 셀(12a)의 정극 단자(13)와 제 2 셀(12b)의 부극 단자(14)가 동일한 방향으로 배치되어 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시하는 3개 유닛(1)과 2개 유닛(11)에 대해서는, 각 셀의 정극과 부극을 반전시킴으로써, 외부 배선을 접속하는 정극 단자와 부극 단자의 위치를 반전시킨 것도, 본 실시 형태의 일 태양이다. 그 구성을, 각각 도 1의 (B)와, 도 2의 (B)에 도시한다. 또한, 2개 유닛(11)에 대해서는, 도 2의 (A), (B)의 실시 형태에서는, 상기 3개 유닛(1)과 동일한 외형 치수를 얻기 위해, 2개의 셀(12a, 12b)을 셀 1개 분(分)의 간격을 유지해서 배치했지만, 도 2의 (C)와 같이 2개의 셀을 근접 배치하고, 3개 유닛(1)의 2/3의 폭 치수로 하는 것도 가능하다. 또한, 도시하지 않았지만, 도 2의 (C)의 각 셀의 정극과 부극을 반전시킴으로써, 외부 배선을 접속하는 정극 단자와 부극 단자의 위치를 반전시킨 것도, 본 실시 형태의 일 태양이다.
또한, 이들 도 1의 (A), (B) 및 도 2의 (A), (B)에 도시하는 각 유닛에 대해서는, 도면 중 일점 쇄선으로 도시하는 바와 같이, 케이싱(30) 내에 수용해 두는 것이 바람직하다. 그 경우, 케이싱(30)으로부터는, 외부 배선 접속용의 정극 단자 및 부극 단자만을 노출시키고, 다른 단자나 셀 사이를 접속하는 버스 바에 대해서는, 케이싱 내에 수용해 두는 것이 바람직하다. 또한, 도시하지 않았지만, 이 케이싱(30)의 외부에는, 접속용의 결합부(클로(claw)와 그것을 걸리게 하는 오목부 등)을 설치해 둘 수도 있다.
본 실시 형태의 전지 팩은 상기와 같은 3개 유닛(1) 및 2개 유닛(11)을 조합시켜서 이루어지는 것이다. 도 3은 3개 유닛(1)을 1개, 2개 유닛(11)을 2개 조합시킴으로써 7개의 셀을 직렬 접속한 것이다. 이 경우, 도 1의 (A)에 도시하는 3개 유닛(1)과, 도 2의 (A) 및 (B)에 도시하는 2개 유닛(11)을 인접해서 배치하고, 이들 각 유닛(1, 11)의 정극 단자와 부극 단자를 외부 접속용 버스 바(31)에 의해 접속함으로써, 7개의 전지 셀이 직렬로 접속된 전지 모듈을 얻을 수 있다.
이 도 3의 전지 모듈에서는, 7개의 전지 셀이 체적이 작은 입방체 형상으로 집약해서 배치되어 있지만, 모듈의 양 단에 설치된 외부 배선 접속용의 정극 단자와 부극 단자는 모듈의 동일 방향으로 배치되어 있다. 그 결과, 상기 도 7에 도시한 종래 기술과 같이, 모듈을 가로질러서 배선을 행할 필요가 없는 이점이 있다. 게다가, 7개의 셀을 직렬로 접속할 경우에, 미리 준비된 3개의 유닛을 2개의 외부 배선용의 버스 바(31, 32)에 의해 접속하면 되므로, 접속 작업이 용이해지고, 미스도 방지할 수 있다. 또한, 상기와 같이 케이싱(30)에 접속용의 결합부를 설치해 두면, 유닛 사이의 위치 어긋남도 없고, 외부 접속용 버스 바의 설치 작업도 정밀도 좋게 실시할 수 있다.
(2) 제 2 실시 형태
도 4는 상기 도 1 및 도 2에 도시하는 3개 유닛(1)과 2개 유닛(11)에 더해, 동일한 3개 혹은 2개의 셀을 케이싱(30) 내에 수납해서 이루어지는 이종(異種)의 3개 유닛(1')과 2개 유닛(11')을 사용하여, 10개의 셀을 직렬로 접속한 것이다.
이 실시 형태에서, 이종의 3개 유닛(1')은 도 1의 3개 유닛(1)과 동일하게, 인접하는 셀의 정극 단자와 부극 단자를 접속하는 경사 방향의 버스 바(32)를 구비하고 있지만, 이 버스 바(32)는 유닛 내의 셀끼리를 미리 접속하는 내부 접속용 버스 바는 아니고, 케이싱(30)으로부터 노출시킨 셀의 정극 단자와 부극 단자를 케이싱(30) 외부로부터 접속하는 외부 접속용 버스 바이다. 이 이종의 3개 유닛(1')에서, 3개의 셀의 정극 단자와 부극 단자는 모두 케이싱(30)으로부터 노출해 있지만, 인접하는 셀의 정극 단자와 부극 단자를 접속하는 직교 방향의 버스 바는 존재하지 않는다. 즉, 이 이종의 3개 유닛(1')에서, 경사 방향의 외부 접속용 버스 바(32)에 의해 접속된 단자 이외의 다른 정극 단자 및 부극 단자는 모두 유닛 내의 셀끼리를 접속하는 것은 아니고, 다른 유닛의 단자에 대하여 외부 접속용 버스 바(31)에 의해 접속되는 것이다.
동일하게, 이종의 2개 유닛(11')은 케이싱(30) 내에 2개의 셀을 수납한 것이며, 2개의 셀의 정극 단자와 부극 단자는 모두 케이싱(30)으로부터 노출해 있지만, 유닛 내의 인접하는 셀끼리를 접속하는 직교 방향의 버스 바는 존재하지 않고, 다른 유닛의 단자에 대하여 외부 접속용 버스 바(31)에 의해 접속되는 것이다.
본 실시 형태에서는, 상기와 같은 4종류의 유닛을, 2개 유닛(11), 2개 유닛(11'), 3개 유닛(1') 및 3개 유닛(1)의 순(順)으로, 셀 3개 분의 두께가 최대 폭이 되도록 가늘고 길게 배치하고, 인접하는 유닛 사이의 정극 단자와 부극 단자를 외부 접속용 버스 바(33)에 의해 접속함으로써, 전지 모듈을 형성하고 있다.
이러한 구성의 제 2 실시 형태에 의하면, 모듈의 단부에 도 1에 도시하는 3개 유닛(1)과 도 2에 도시하는 2개 유닛(11)을 배치하는 동시에, 그 사이에 배치하는 다른 3개 유닛(1') 및 2개 유닛(11')의 셀의 방향과 외부 접속용 버스 바(31, 32)의 접속 구조를 연구함으로써, 전지 모듈에 접속하는 정극 측과 부극 측의 배선의 위치를 근접하는 것이 가능하고, 배선 길이의 단축 및 배선이 모듈을 가로지르는 것과 같은 부적당의 해소가 가능해진다. 또한, 미리 준비된 3개 유닛(1) 및 2개 유닛(11)을 사용함으로써, 접속 작업의 간이화, 접속 미스의 삭감도 상기 도 3의 실시 형태와 동일하게 기대할 수 있다.
(3) 다른 실시 형태
본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다음과 같은 다른 실시 형태도 포함하는 것이다.
(1) 3개 유닛과 2개 유닛을 반드시 조합시켜서 사용할 필요는 없고, 모듈이 필요로 하는 셀 수에 따라서는, 복수의 3개 유닛만을 조합시켜서 모듈을 형성한다. 예를 들면, 도 4의 실시 형태에서, 가장 좌측에 위치하는 2개 유닛(11)을 제거하면, 8개의 셀에 의해 배선용의 단자를 근접 배치한 모듈을 얻을 수 있고, 3개 유닛(1)과 3개 유닛(1')만을 조합시키면, 6개의 셀에서 동일한 작용 효과를 기대할 수 있다.
(2) 도 4의 실시 형태에서의 이종의 3개 유닛(1')에서는, 인접하는 셀을 경사 방향의 외부 접속용 버스 바(32)에 의해 접속했지만, 이 경사 방향의 외부 접속용 버스 바(32)의 대신에, 도 1의 3개 유닛(1)과 동일하게, 미리 경사 방향의 내부 접속용 버스 바(5)에 의해 접속해 둘 수도 있다. 그 경우, 모듈의 제작 시에, 케이싱(30) 내에 수납되어 있는 셀끼리의 단자를 접속하는 작업이 불필요해져서, 작업 효율이 향상한다.
(3) 도 1의 (C)에 도시하는 바와 같이, 경사 방향의 내부 접속용 버스 바(5)에 의해, 3개의 셀의 양측에 위치하는 셀끼리를 접속해도 된다. 이 실시 형태에서는, 내부 접속용 버스 바(5)가 길어지지만, 3개 유닛(1)에 접속하는 배선을 보다 근접시킬 수 있다.
(4) 도 5에 도시하는 바와 같이, 2개의 3개 유닛(1)과 3개의 2개 유닛(11)을 접속해서 전지 모듈을 구성하거나, 도 6에 도시하는 바와 같이, 4개의 3개 유닛(1)을 접속해서 전지 모듈을 구성할 수도 있다. 또한, 도 6의 접속 구성은 4개의 2개 유닛을 접속해서 전지 모듈을 구성할 경우에도, 동일하게 채용할 수 있다.
1, 1' : 3개 유닛
2a ~ 2c : 셀
3 : 정극 단자
4 : 부극 단자
5, 6 : 내부 접속용 버스 바
11, 11' : 2개 유닛
12a, 12b : 셀
13 : 정극 단자
14 : 부극 단자
16 : 내부 접속용 버스 바
30 : 케이싱
31, 32 : 외부 접속용 버스 바

Claims (4)

  1. 각각 정극(正極) 단자와 부극(負極) 단자를 갖는 3개의 셀을 평행하게 배치하고, 또한 전기적으로 직렬 접속해서 이루어지는 전지 팩에 있어서,
    상기 3개의 셀 중 2개의 셀에 대해서는 정극 단자와 부극 단자가 동일 방향으로 배치되고, 남은 1개의 셀에 대해서는 다른 2개의 셀과 반대 방향으로 정극 단자와 부극 단자가 배치되고,
    직렬 접속하는 2개의 셀 중 정극과 부극을 동일 방향으로 배치한 2개의 셀에 대해서는, 경사 방향의 버스 바(bus bar)에 의해 인접하는 셀의 정극 단자와 부극 단자가 접속되고,
    직렬 접속하는 2개의 셀 중 정극과 부극을 반대 방향으로 배치한 2개의 셀에 대해서는, 셀의 길이 방향과 직교하는 버스 바에 의해 인접하는 셀의 정극 단자와 부극 단자가 접속되고,
    외부 배선 접속용의 정극 단자와 부극 단자가 평행하게 배치한 3개의 셀의 동일 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  2. 각각 정극 단자와 부극 단자를 갖는 2개의 셀이 정극과 부극을 반대 방향이 되도록 배치되고, 이들 2개의 셀의 정극 단자와 부극 단자가 셀의 길이 방향과 직교하는 버스 바에 의해 접속되어서, 2개의 셀이 전기적으로 직렬로 접속되어 이루어지는 2개 유닛이 구성되고,
    이 2개 유닛에서의 외부 배선 접속용의 정극 단자와 부극 단자가 평행하게 배치한 2개의 셀의 동일 방향으로 배치되고,
    이 2개 유닛과 제 1 항에 기재된 3개 유닛이 버스 바에 의해 직렬로 접속되고, 이 직렬로 접속된 2개 유닛과 3개 유닛으로 이루어지는 전지 모듈의 외부 배선 접속용의 정극 단자와 부극 단자가 전지 모듈의 동일 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유닛을 구성하는 셀이 유닛마다 케이싱 내에 수납되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  4. 제 1 항에 기재된 3개 유닛과 제 2 항에 기재된 2개 유닛, 및 3개의 셀을 평행하게 배치해서 이루어지는 다른 3개 유닛과, 2개의 셀을 평행하게 배치해서 이루어지는 다른 2개 유닛으로 구성된 10개의 셀을 직렬 접속한 전지 팩에 있어서,
    모듈의 양 단에 제 1 항의 3개 유닛과 2개 유닛이 위치하도록, 2개의 2개 유닛끼리와 2개의 3개 유닛끼리가 인접해서 배치되고,
    각 유닛의 단자 사이, 및 제 1 항의 3개 유닛을 구성하는 셀의 단자 사이가 버스 바에 의해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
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