KR20110060960A

KR20110060960A - 전지 모듈과 이를 이용한 전지 팩

Info

Publication number: KR20110060960A
Application number: KR1020117009651A
Authority: KR
Inventors: 스케 야스이; 히로시 다카사키; 도시키 이토이; 신야 게시; 다이스케 기시이
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2011-06-08
Also published as: EP2352186B1; JPWO2011007533A1; WO2011007533A1; EP2352186A1; KR101202542B1; US20110212348A1; CN102203981B; JP4749513B2; CN102203981A; EP2352186A4; US8399112B2

Abstract

복수의 전지가 배열되어 하우징(20) 내에 수납된 전지 모듈(100)에 있어서, 전지는, 전지의 전극부(16)에 전지 내에서 발생한 가스를 전지 밖으로 배출하는 개방부(17)를 가지며, 하우징(20)은, 전지의 전극부(16) 주위의 전지 케이스(5)에 접촉하여 배치된 배선 기판(30)에 의해, 복수의 전지를 수용하는 수납부(54)와, 전극부(16)의 개방부(17)로부터 배출되는 가스를 하우징(20) 밖으로 배기하는 배기실(24)로 구획되며, 전지의 전극부(16)는, 배선 기판(30)에 형성된 접속체(32)에 접속되며, 전극부(16)의 개방부(17)는, 배선 기판(30)에 형성된 관통공(36)을 개재하고 배기실(24)로 연통된다.

Description

전지 모듈과 이를 이용한 전지 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK USING THE SAME}

본 발명은, 전지에 발열 등의 이상이 생겨도 다른 전지에 영향을 주지 않는, 특히 복수의 전지를 구비하는 전지 모듈과 이를 이용한 전지 팩에 관한 것이다.

최근, 자원절약이나 에너지절약의 관점에서, 반복해서 사용할 수 있는 니켈수소, 니켈카드뮴이나 리튬이온 등의 이차전지로의 수요가 높아지고 있다. 그 중에서도 리튬이온 이차전지는, 경량이면서, 기전력이 높고, 고 에너지 밀도라는 특징을 갖는다. 이에 따라, 휴대전화나 디지털 카메라, 비디오 카메라, 노트형 컴퓨터 등 다양한 종류의 휴대형 전자기기나 이동 통신기기의 구동용 전원으로서 수요가 확대되고 있다.

한편, 화석연료의 사용량 저감이나 CO₂ 배출량을 삭감하기 위해, 자동차 등의 모터 구동용 전원으로서, 전지 팩으로의 기대가 커지고 있다. 이 전지 팩은, 원하는 전압이나 용량을 얻기 위해, 1개 이상의 전지로 이루어지는 전지 모듈을 복수개 탑재하여 구성된다.

상기 전지 모듈의 개발에 있어서, 자동차 등 한정된 공간에 소정의 전력을 축적하는 전지 모듈을 수납하기 위해, 전지 모듈의 소형화가 큰 과제가 되고 있다.

그래서, 복수의 전지로 이루어지는 조(組)전지(전지 모듈)에 있어서, 각 전지 사이의 접속이나 전압 또는 온도 등을 검출하는 배선을 프린트 기판에 형성한 패턴배선에 의해 접속하는 구성이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 마찬가지로, 복수의 전원 모듈을 홀더 케이스에 수납하고, 엔드 플레이트를 개재하고 연결시키는 전원장치(전지 팩)가 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 그리고, 엔드 플레이트에, 각 전원 모듈 사이를 접속하는 센서 리드나 전원 리드를 장착함으로써, 접속불량의 저감과 소형화를 도모할 수 있다.

또, 전지 모듈에 수납하는 전지의 고용량화가 진행됨에 따라, 이용 형태에 따라서는, 전지 자체가 발열하여 고온이 되는 경우가 있다. 따라서, 전지 자체의 안전성과 함께, 이들을 집합시킨 전지 모듈의 안전성이 더욱 중요해지고 있다. 즉, 전지는 과충전, 과방전 또는 내부 단락이나 외부 단락으로 인해 발생되는 가스에 의해 내압 상승을 일으켜, 경우에 따라서는 전지의 외장 케이스가 파열될 가능성이 있다. 그래서, 일반적으로 전지에는 가스 배출을 위한 벤트기구나 안전밸브 등을 설치하여, 내부의 가스를 방출하고 있다. 이 때, 배출되는 가스로의 인화 등으로 인해 발연되거나, 드물게 발화되는 경우가 있어, 신뢰성과 안전성에 과제가 있었다.

그래서, 복수의 전지를 케이스 내의 전지실에 수납하고, 각 전지의 안전밸브와 대향하는 구획벽에 개구부를 형성함으로써, 이상상태 시에 전지로부터 분사되는 가스를 배기실을 통해 배출구로부터 배출시키는 구성의 전원장치(전지 모듈)가 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3 참조).

[선행기술문헌]

[특허문헌]

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2000-208118호 공보

특허문헌 2 : 일본 특허공개 2000-223166호 공보

특허문헌 3 : 일본 특허공개 2007-27011호 공보

그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 나타내는 전지 모듈은, 1개의 전지가 이상 발열하여 안전밸브가 작동한 경우, 발열한 전지의 열량이나, 분출되는 가스로의 인화로 인한 주위 전지로의 영향을 억제하지 못하고, 연쇄적으로 각 전지가 열화된다는 과제가 있다. 즉, 복수의 전지를 탑재하는 전지 모듈에서는, 이상이 생긴 전지의 영향을, 어떻게 주위의 전지로의 확대를 억제하고 영향을 최소한으로 하는지가 과제가 되고 있다.

또, 특허문헌 3에 나타내는 전지 모듈은, 케이스 구획벽에 전지의 안전밸브에 대향하여 개구부를 형성하고, 분출된 가스를 전지실 내에 충만시키지 않고 외부로 배출시키는 것이다. 그러나, 수지 중에 내장된 회로기판은 개시되어 있으나, 전지와의 접속방법 등은, 아무런 개시도 시사도 되어 있지 않다. 따라서, 전지의 안전밸브측 면을 접속단자로 접속하는 경우, 구획벽과의 기밀을 어떻게 유지할지가 분명하지 않다. 또, 전지의 안전밸브와 구획벽 개방부와의 위치조정이 어렵고, 오목부에서 위치를 정하면 전지 사이에 공간이 생겨 소형화할 수 없다는 과제가 있었다. 또, 전지나 회로기판을 수지로 고정하여 내장시키므로, 전지 모듈의 소형화에 과제가 있었다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하는 것이며, 소형, 박형화를 실현함과 더불어, 이상이 생긴 전지의 이상 발열로 인한 주위 전지로의 영향을 최소한으로 억제할 수 있는 전지 모듈과 이를 이용한 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전지 모듈은, 복수의 전지가 배열되어 하우징 내에 수납된 전지 모듈에 있어서, 전지는, 전지의 전극부에 전지 내에서 발생한 가스를 전지 밖으로 배출하는 개방부를 가지며, 하우징은, 전지의 전극부 주위의 전지 케이스에 접촉하여 배치된 배선 기판에 의해, 복수의 전지를 수용하는 수납부와, 전극부 개방부로부터 배출되는 가스를 하우징 밖으로 배기하는 배기실로 구획되고, 전지의 전극부는 배선 기판에 형성된 접속체에 접속되며, 전극부의 개방부는 배선 기판에 형성된 관통공을 통해 배기실로 연통되는 구성을 채용한다.

이 구성에 의해, 배선 기판을 전지의 전극부 주위의 전지 케이스에 접촉하여 함과 더불어, 전극부의 개방부를, 배선 기판에 형성된 관통공을 통해 배기실로 연통시킴으로써, 전지의 벤트기구 개방에 의해 분출되는 가스의 배출공간을 관통공 내로 제한할 수 있다. 따라서, 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스는, 관통공을 통해 배기실로 배출되며, 또 하우징 밖으로 배출되므로, 인접하는 전지로의 가스 침입을 방지할 수 있다. 또, 전원배선이나 제어배선 등의 배선배치에 필요한 공간을, 배선 기판에 의해 대폭으로 삭감할 수 있다. 그 결과, 전지와 동일 정도 높이의 박형·소형이며, 안전성이 높고 신뢰성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.

또, 본 발명의 전지 팩은, 상기 전지 모듈이 복수개, 직렬 접속 및/또는 병렬 접속된다. 이 구성에 의해, 용도에 따라 임의의 전압이나 용량을 구비한 전지 팩을 실현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 소형, 박형화를 실현함과 더불어, 이상이 생긴 전지의 이상 발열로 인한 주위 전지로의 영향을 최소한으로 억제할 수 있는 전지 모듈 및 전지 팩을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈을 구성하는 전지의 단면도.
도 2의 (a)는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 사시도, (b)는 도 2의 (a)의 2B-2B선 단면도, (c)는 도 2의 (b)의 2C부 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 분해 사시도.
도 4의 (a)는 본 발명의 제 1 실시형태의 전지 모듈에 있어서, 전지 모듈 내 1개의 전지에 이상 발열 등이 생긴 경우에 분출되는 가스의 배기 상황을 설명하는 단면도, (b)는 도 4의 (a)의 4B부의 확대 단면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 다른 예를 설명하는 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 덮개체의 다른 예를 설명하는 사시도.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 하우징의 다른 예를 설명하는 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 하우징의 또 다른 예를 설명하는 분해 사시도.
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 배선 기판의 다른 예를 설명하는 부분 확대 단면도.
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 전지 모듈을 구성하는 전지의 단면도.
도 11의 (a)는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 전지 모듈의 사시도, (b)는 도 11의 (a)의 11B-11B선 단면도, (c)는 도 11의 (b)의 11C부의 확대 단면도.
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 전지 모듈의 분해 사시도.
도 13의 (a)는 본 발명의 제 2 실시형태의 전지 모듈에 있어서, 전지 모듈 내 1개의 전지에 이상 발열 등이 생긴 경우에 분출되는 가스의 배기 상태를 설명하는 단면도, (b)는 도 13의 (a)의 13B부의 확대 단면도.
도 14의 (a)는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 전지 모듈의 다른 예의 사시도, (b)는 도 14의 (a)의 14B-14B선 단면도, (c)는 도 14의 (b)의 14C부의 확대 단면도.
도 15의 (a)는 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서 전지 팩의 조립 사시도, (b)는 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서 전지 팩의 다른 조립 사시도.
도 16은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서 전지 모듈을 설명하는 분해 사시도.
도 17은 본 발명의 각 실시형태의 전지 모듈을 구성하는 다른 전지의 형상을 설명하는 단면도.
도 18의 (a)는 도 17의 전지를 이용한 본 발명의 각 실시형태에 있어서 전지 모듈의 단면도, (b)는 도 18의 (a)의 18B부의 확대 단면도.

본 발명에 관한 전지 모듈은, 복수의 전지가 배열되어 하우징 내에 수납된 전지 모듈에 있어서, 전지는, 전지의 전극부에 전지 내에서 발생한 가스를 전지 밖으로 배출하는 개방부를 가지며, 하우징은, 전지의 전극부 주위의 전지 케이스에 접촉하여 배치된 배선 기판에 의해, 복수의 전지를 수용하는 수납부와, 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스를 하우징 밖으로 배기하는 배기실로 구획되고, 전지의 전극부는 배선 기판에 형성된 접속체에 접속되며, 전극부의 개방부는 배선 기판에 형성된 관통공을 통해 배기실로 연통되는 구성을 갖는다.

이 구성에 의해, 배선 기판을 전지의 전극부 주위의 전지 케이스에 접촉하여 함과 더불어, 전극부의 개방부를, 배선 기판에 형성된 관통공을 통해 배기실로 연통시킴으로써, 전지의 벤트기구 개방에 의해 분출되는 가스의 배출공간을 관통공 내로 제한할 수 있다. 이에 따라, 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스는, 관통공을 통해 배기실로 배출되며, 또 하우징 밖으로 배출되므로, 인접하는 전지로의 가스 침입을 방지할 수 있다. 또, 전원배선이나 제어배선 등의 배선배치에 필요한 공간을, 배선 기판에 의해 대폭으로 삭감할 수 있다. 그 결과, 전지와 동일 정도 높이의 박형·소형이며, 안정성이 높고, 신뢰성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.

여기서, 전지의 전극부는 배선 기판의 관통공에 삽입되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스를 관통공을 통해 효율적으로 하우징 밖으로 배출할 수 있다.

또, 배선 기판은 내열성 부재와 탄성 부재의 적층 구조를 가지며, 탄성 부재의 하면은, 전지 케이스에 접하는 것이 바람직하다. 이로써, 배선 기판을 전지 케이스에 밀착시킬 수 있으므로, 수납부의 밀폐 상태를 더욱 높일 수 있다.

또, 접속체는 배선 기판의 상면에 형성되며, 배선 기판의 하면은, 전지 케이스에 접하는 것이 바람직하다. 이로써, 배선 기판의 관통공에 삽입된 전극부를 용이하게 접속체에 접속할 수 있다.

또, 전극부의 높이는 배선 기판의 두께와 거의 동일한 것이 바람직하다. 이로써, 배선 기판의 관통공에 삽입된 전극부를 보다 용이하게 접속체에 접속할 수 있다.

또, 배선 기판에 형성된 관통공은, 전지 케이스와 접하는 측의 크기가, 접속체 측의 크기보다 작은 것이 바람직하다. 이로써, 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스를, 효율적으로 하우징 밖으로 배출할 수 있다.

또, 전극부의 개방부는 전극부 상면에 형성되며, 전극부에 접속된 접속체는, 적어도 개방부가 형성된 부위에 관통공이 형성되어도 된다. 이로써, 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스가, 관통공을 통해 직접 배기실로 배출되므로, 효율적으로 하우징 밖으로 배출할 수 있다.

또, 전극부에 접속된 접속체는, 배선 기판에 형성된 복수의 관통공에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 관통공에서 전극부를 접속체에 용이하게 접속할 수 있다.

또, 전극부의 개방부는 전극부의 측면에 형성되고, 배선 기판에 형성된 관통공과 전극부 사이에 틈새가 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스가, 상기 틈새를 통해 상기 배기실로 배출되므로, 효율적으로 하우징 밖으로 배출할 수 있다.

또, 복수의 전지는, 각 전지의 전극부에 접속된 접속체에 의해 병렬 접속되는 것이 바람직하다. 이로써, 용량이 큰 전지 모듈을 소형으로 형성할 수 있다.

또, 수납부는 배선 기판에 의해 밀폐 상태로 된다. 이로써, 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스를, 다른 전지에 영향을 주는 일없이 관통공 및 배기실을 통해 하우징 밖으로 확실하게 배출할 수 있다. 여기서, 「밀폐 상태」는, 반드시 완전히 밀폐된 상태를 의미하는 것이 아니라, 영향을 주지 않을 정도의 가스가 배기실로부터 수납부로 되돌아가는 것 같은 밀폐 상태도 포함한다.

또, 하우징은 표면에 절연가공을 한 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이로써, 분출하는 고온의 가스로 인해 하우징이 용융되어 구멍 등이 생기고, 이 구멍으로부터 산소가 공급됨에 따른 인화 등을 방지할 수 있으며, 배기실을 통해 확실하게 가스를 배기할 수 있다.

또, 하우징은 수납부와 덮개체를 가지며, 수납부에 전지를 개별로 수납하는 격벽부를 설치하고, 덮개체에 하우징의 상기 격벽부와 대향하는 위치에 리브부를 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 인접하는 전지로의 열 전달이나 방열을 대폭으로 억제할 수 있음과 더불어, 격벽부와 리브부에 의해 배선 기판을 확실하게 끼워 수용부와 배기실의 밀폐성이 더욱 향상된다.

또, 하우징은 수납부와 덮개체를 가지며, 덮개체와 배선 기판 사이에, 배선 기판을 유지하는 지지부재를 더 구비해도 된다. 이로써, 수용부와 배기실의 밀폐성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 전지 팩은, 상기 전지 모듈이 복수개, 직렬 접속 및/또는 병렬 접속된다. 이 구성에 의해, 용도에 따라 임의의 전압이나 용량을 구비한 전지 팩을 실현할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서, 동일 부분에는 동일 부호를 부여하여 설명한다. 여기서, 본 발명은, 본 명세서에 기재된 기본적인 특징에 기초하는 한, 이하에 기재한 내용에 한정되는 것은 아니다. 또, 이하에서는 전지로서, 원통형 리튬이온 전지 등의 비수전해질 이차전지(이하, 「전지」라 기재함)를 예로 설명하나, 물론 이에 한정되지 않는다.

(제 1 실시형태)

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈을 구성하는 전지의 단면도이다. 여기서, 이하에서는 복수의 전지를 병렬로 접속한 전지 모듈을 예로 설명하나, 전지 모듈로서 직렬 접속이라도 된다.

도 1에 나타내듯이, 원통형 전지는, 예를 들어 알루미늄제 양극 리드(8)를 구비한 양극(1)과, 이 양극(1)과 대향하는, 예를 들어 구리제의 음극 리드(9)를 일단에 구비한 음극(2)을 세퍼레이터(3)를 개재하고 감은 전극군(4)을 갖는다. 그리고, 전극군(4)의 상하에 절연판(10a, 10b)을 장착하여 전지 케이스(5)에 삽입하고, 양극 리드(8)의 다른 쪽 단부를 밀봉판(6)에, 음극 리드(9)의 다른 쪽 단부를 전지 케이스(5) 바닥부에 용접한다. 또한, 리튬이온을 전도하는 비수전해질(도시 생략)을 전지 케이스(5) 내에 주입하고, 전지 케이스(5)의 개방단부를 가스켓(7)을 개재하여, 한쪽 전극부를 구성하는 양극 캡(16), PTC 소자 등의 전류차단부재(18) 및 밀봉판(6)을 크림핑한 구성을 갖는다. 그리고, 양극(1)은 양극 집전체(1a)와 양극 활물질을 포함하는 양극층(1b)으로 구성된다.

이 때, 양극 캡(16)은, 전지 케이스(5)의 개방단부의 상면(5A)에서 돌출되어 형성되며, 전극군(4)의 이상으로 인한 안전밸브 등 벤트기구(19)의 개방에 의해 생기는 가스를 배출시키기 위한 개방부(17)가, 양극 캡(16)의 측면에 형성된다. 여기서, 양극 캡(16)의 상면(5A)으로부터의 돌출량은, 예를 들어 후술하는 배선 기판의 두께 정도이다. 또, 이하에서는 양극 캡(16)을 전지 케이스(5)의 상면(5A)으로부터 돌출되게 형성한 예로 설명하나, 전지 케이스(5)의 상면(5A)과 거의 동일 면에 배치한 전지라도 된다.

여기서 양극층(1b)은, 예를 들어 LiCoO₂나 LiNiO₂, Li₂MnO₄, 또는 이들의 혼합 혹은 복합화합물 등의 리튬함유 복합산화물을 양극활물질로서 포함한다. 또 양극층(1b)은, 추가로 도전제와 결착제를 포함한다. 도전제로서, 예를 들어 천연흑연이나 인조흑연 등의 그라파이트류, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙 및 서머 블랙 등의 카본블랙류를 포함하며, 또 결착제로서, 예를 들어 PVDF, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아라미드 수지, 폴리아미드, 폴리이미드 등을 포함한다.

또, 양극(1)에 이용하는 양극집전체(1a)로서는, 알루미늄(Al), 탄소(C), 도전성 수지 등이 사용 가능하다.

비수 전해질로는, 유기용매에 용질을 용해한 전해질 용액이나, 이들을 포함하며 고분자로 비유동화된, 이른바 폴리머 전해질층이 적용 가능하다. 비수 전해질의 용질로는, LiPF₆, LiBF₄, LiClO₄, LiAlCl₄, LiSbF₆, LiSCN, LiCF₃SO₃, LiN(CF₃CO₂), LiN(CF₃SO₂)₂ 등을 이용할 수 있다. 또한 유기용매로는, 예를 들어 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC) 등을 이용할 수 있다.

또, 음극(2)의 음극집전체(11)는, 스테인리스강, 니켈, 구리, 티타늄 등의 금속박, 탄소나 도전성 수지의 박막 등이 이용된다.

또한, 음극(2)의 음극층(15)으로는 흑연 등의 탄소재료나 규소(Si), 주석(Sn) 등과 같이 리튬이온을 가역적으로 흡장 및 방출하는 이론 용량밀도가 833mAh／㎤를 초과하는 음극활물질을 이용할 수 있다.

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈에 대해, 도 2에서 도 5를 이용하여 상세히 설명한다.

도 2의 (a)는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 사시도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 2B-2B선 단면도이며, 도 2의 (c)는 도 2의 (b)의 2C부의 확대 단면도이다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 분해 사시도이다.

도 2의 (a)와 도 3에 나타내듯이, 전지 모듈(100)은 예를 들어 폴리카보네이트 수지 등의 절연성 수지재료로 이루어지는 하우징(50) 및, 이와 결합하는 덮개체(20)를 갖는다.

그리고, 도 2의 (b)와 도 3에 나타내듯이, 하우징(50) 내부에, 복수 전지의 양극 캡(16)을 동일 방향으로 나열한 전지유닛(40)을, 배선 기판(30)의 접속체(32, 34)에 의해 전기적으로 병렬 접속하여 구성한 복수의 전지가 수납된다. 또한, 전지 한쪽의 전극부(음극측)인 바닥부를 병렬 접속한 접속판(33)의 일부로부터 연장시킨 연장부(33A)를 개재하고, 배선 기판(30)에 형성한 접속체(34)와 접속된다.

또, 도 2의 (c)에 나타내듯이, 전지 케이스(5)로부터 돌출된 양극 캡(16)은 배선 기판(30)의 각 전지에 대응하여 형성된 관통공(36) 내에 삽입되어, 배선 기판(30)의 접속체(32)와 접속된다. 이 때, 배선 기판(30)은, 전지 케이스(5)와 접하게 밀착되며, 관통공(36)은 양극 캡(16)의 측면에 형성된 개방부(17)를 막지 않도록 틈새(36A)를 갖는다. 이 틈새(36A)에 의해, 전지에 이상이 발생하여, 양극 캡(16)의 개방부(17)로부터 분출되는 가스가 배출되는 공간을 형성한다.

그리고, 분출된 가스는, 도 2의 (b)와 도 3에 나타내듯이, 배선 기판(30)의 접속체(32)와 관통공(36)의 틈새(36A)를 통해, 또 덮개체(20)의 배기실(24) 공간을 통해, 외부와 연통되는 개구부(26)로부터 배출된다.

이하, 도면을 이용하여 전지 모듈(100)을 구성하는 각 구성요소에 대해 설명한다.

먼저, 하우징(50)은 도 3에 나타내듯이, 덮개체(20)와 결합되는 측에 개구단을 구비하고, 개구단측에서 복수의 전지를 수납하는 수납부(54)를 갖는다. 이 때, 전지가, 예를 들어 바깥 지름 18㎜, 높이 65㎜의 경우, 수납부(54)의 높이는, 65㎜에 접속판(33)의 두께를 더한 정도가 된다.

또, 덮개체(20)는 도 2의 (b)와 도 3에 나타내듯이, 외주벽(22)에 의해 형성되는 배기실(24)과 외주벽(22) 일부에 형성된 개구부(26)를 구비한다.

또, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 배선 기판(30)은 예를 들어, 유리-에폭시 기판이나 폴리이미드로 이루어지는 내열성 부재(30a)와, 예를 들어 고무 탄성을 갖는 탄성 부재(30b)의 적어도 2층 적층 구조를 갖는다. 그리고, 탄성 부재(30b)는 전지 케이스(5)의 상면(5A)과 탄성변형하여 밀착되어 접하므로, 높은 기밀성을 확보할 수 있다. 여기서, 높은 기밀성을 확보할 수 있는 경우에는, 특별히 적층 구조의 배선 기판(30)으로 할 필요는 없다. 또한, 배선 기판(30)은, 관통공(36)에 삽입된 각 전지의 양극 캡(16)과 접속하는 접속체(32)와, 각 전지의 다른 쪽 전극(예를 들어, 음극)을 병렬로 접속하는 접속판(33)의 연장부(33A)와 접속되는 접속체(34)를 가지며, 접속체(32)는 관통공(36)을 완전히 막지 않도록, 관통공(36)에 걸쳐 형성된다. 여기서, 접속체(32)나 접속판(33)은, 예를 들어 니켈판이나 Cu판, Al판, 리드선 등으로 구성되며, 구리박 등으로 형성된 접속체(34)와, 예를 들어 납땜을 개재하고 접속된다. 또, 양극 캡(16)과 접속체(32), 음극과 접속판(33)은 예를 들어, 전기 용접이나 스폿 용접 등에 의해 접속된다.

이로써, 전지 모듈을 구성하는 각 전지를, 배선 기판을 개재하여 접속할 수 있으므로, 전원배선이나 제어배선 등의 배선배치에 필요한 공간을 대폭으로 삭감할 수 있다. 또, 각 전지의 양극 캡의 개방부가, 배선 기판의 관통공에 수납된다. 그 결과, 이상 시 전지에서 분출된 가스가, 인접하는 전지 케이스로 침입할 수 없으므로, 만약 가스가 인화로 인해 발화되어도, 불꽃의 침입을 방지하여, 그 영향을 확실하게 저지할 수 있다.

이하, 본 실시형태의 전지 모듈(100)에 있어서, 병렬로 접속된 전지 모듈 내 1개의 전지에 이상 발열 등이 생긴 경우 전지 모듈(100)의 작용효과에 대해, 도 4를 이용하여 설명한다.

도 4의 (a)는 본 실시형태의 전지 모듈(100)에 있어서, 전지 모듈 내 1개의 전지에 이상 발열 등이 생긴 경우에 분출되는 가스의 배기 상태를 설명하는 단면도이며, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 4B부의 확대 단면도이다.

먼저, 도 4의 (b)에 나타내듯이, 전지 모듈(100)의 1개의 전지가 이상 발열하여, 전지 케이스 내에 발생한 가스의 가스압 상승으로 인해 벤트 기구인, 예를 들어 안전밸브가 작동하고, 전지 케이스로부터 가스(45)가 분출된다. 그리고, 분출된 가스(45)는 양극 캡(16)의 개방부(17)로부터, 양극 캡(16)이 삽입된 관통공(36)의 틈새(36A)로 분출된다.

다음에, 도 4의 (a)에 나타내듯이, 가스(45)는 틈새(36A)를 충만시키는 일없이, 배선 기판(30)의 접속체(32)에 의해 막히지 않은 관통공(36) 사이로부터 덮개체(20)의 배기실(24)로 배기된다. 그리고, 최종적으로 덮개체(20)에 형성된 개구부(26)로부터, 전지 모듈(100) 외부로 배출된다.

이 때, 전지 모듈(100)의 이상 전지로부터 가스(45)가 급격하게 분출되는 경우, 일반적으로 인화 등으로 인해 발화될 위험성이 높아진다.

그러나, 본 발명의 상기 구성의 전지 모듈(100)에 의하면, 관통공(36) 내의 틈새(36A) 내 산소량은 한정되며, 또한 외부로부터 산소가 공급되지 않으므로, 가스에 인화될 가능성은 매우 낮아진다. 그 결과, 배선 기판(30)의 관통공(36)으로부터 가스(45)의 상태로 배기된다. 이로써, 가스의 인화로 인한 폭발적인 팽창이 생기지 않으므로, 전지 모듈이 파열되는 일은 전혀 없다.

본 실시형태에 의하면, 적어도 배선 기판과 하우징에 의해 전지 모듈을 하우징 수납부 내에 밀폐 상태로 수납하며, 이상 전지로부터 분출되는 가스는, 배선 기판의 관통공 틈새로부터, 가스 상태로 전지 모듈의 외부로 배출할 수 있다. 그 결과, 가스로의 인화로 인한 발화나 발연 등이 발생하지 않는 안전성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.

또, 적어도 배선 기판과 하우징에 의해 전지 모듈을 구성하는 전지를 하우징 수납부 내에 밀폐 상태로 수납할 수 있으므로, 전지를 개별로 수납할 필요는 없다. 그 결과, 전지 모듈을 용이하게 소형화할 수 있다. 또한, 전원배선이나 제어배선 등의 배선배치에 필요한 공간을, 배선 기판에 의해 대폭으로 삭감할 수 있다. 그 결과, 보다 소형이며, 안전성이 높고 신뢰성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.

여기서, 본 실시형태에서는, 하우징(20)을 폴리카보네이트 수지 등의 절연성 재료로 구성한 예로 설명하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 알루미늄 등의 금속 재료나, 이를 절연성 수지로 피복한 구성으로 해도 된다. 이로써, 기계적 강도를 향상시켜 보다 박형인 덮개체로 하고, 전지 모듈을 보다 소형화할 수 있다. 또, 금속 재료의 높은 열전도성에 의해 분출되는 가스의 냉각성을 높여, 더욱 인화 등을 일으키기 어려운 신뢰성 높은 전지 모듈이 얻어진다. 또한 분출되는 고온의 가스로 인한 덮개체의 용융으로 인한 구멍 발생을 방지하고, 구멍으로부터의 산소 공급으로 인한 인화 등을 방지하고, 배기실을 개재하여 확실히 가스를 배기할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 하우징(50)과 덮개체(20)의 결합에 의해, 덮개체(20)의 외주벽(22)과 하우징(50) 및 각 전지 케이스(5)의 상면(5A)에 의해 배선 기판(30)을 유지하는 구조를 예로 설명하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 5의 전지 모듈의 분해 사시도에 나타내듯이, 덮개체(20)와 배선 기판(30) 사이에, 배선 기판(30)을 지지하는 지지부재(65)를 개재시켜도 된다. 이 때, 지지부재(65)는 적어도 배선 기판(30)의 외주부를 지지하는 외주 프레임(66)과, 하우징(50) 및 각 전지 케이스(5)의 상면(5A)과의 접촉위치와 대향하는 위치에 형성된 지지부(68)로 구성된다. 이 때, 지지부재(65)의 지지부(68)에 의해 덮개체(20)의 배기실 공간이 좁아질 경우에는, 지지부(68) 일부에 덮개체(20)의 개구부에 연통되도록 오목부 또는 구멍 등을 형성해도 된다. 이로써, 하우징(50) 및 각 전지 케이스(5) 상면(5A)과 지지부재(65)의 지지부(68)에 의해 배선 기판(30)을 확실하게 고정할 수 있다. 그 결과, 분출하는 가스의 압력으로 인한 배선 기판의 변형을 억제하고, 인접하는 전지의 전지 케이스로의 열이나 가스 침입을 더 효율적으로 억제하여, 신뢰성 및 안전성을 더욱 향상시킨 전지 모듈을 실현할 수 있다.

또, 상기 지지부재(65)를 배치하는 대신에 도 6에 나타내듯이, 덮개체(20)의 배기실(24)에, 하우징(50) 및 각 전지 케이스(5)의 상면(5A)과 대향하는 위치에, 개구공(28A)을 갖는 리브부(28)를 형성해도 된다. 이로써, 하우징 및 각 전지 케이스(5) 상면(5A)과 덮개체(20) 리브부(28)에 의해 배선 기판(30)을 고정할 수 있음과 더불어, 전지 모듈을 보다 소형 또는 박형으로 할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 배선 기판에 접속체 등의 전원배선을 형성한 예로 설명하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 각 전지의 전압을 검출하는 전압검출 배선이나, 온도를 검출하는 온도검출 배선을 배선 기판에 배치해도 된다. 이 때, 온도검출 배선에는 예를 들어 서미스터(thermistor) 등의 온도검출 소자가 접속되고, 온도검출 소자를 각 전지와 접촉시켜 온도를 검출할 수 있다. 이에 따라, 복수 전지의 전압 및 온도를 개별로 검출하여 제어할 수 있다. 그 결과, 전지의 특성차나 경시변화 등을 고려하여 제어할 수 있으므로, 신뢰성이나 안전성을 더욱 높일 수 있다. 여기서, 전압검출 배선이나 온도검출 배선의 배선 기판 상에서의 패턴 폭은, 전원배선의 패턴 폭에 비해 대폭으로 좁게 할 수 있다. 이는, 전원배선은 큰 전류가 흐르므로 배선저항에 의한 전력손실을 저감시킬 필요가 있으나, 전압검출 배선이나 온도검출 배선은 미세한 전류로 검출할 수 있기 때문이다. 따라서, 전원배선과 복수 쌍의 전압검출 배선과 온도검출 배선을 효율적으로 배치하여 배선 기판에 형성할 수 있으므로, 배선에 필요한 공간을 대폭으로 삭감할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 하우징 한쪽에 개구단을 갖는 예로 설명하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 7에 나타내듯이, 하우징(50)으로서, 복수의 전지를 수납하는 양단에 개구단을 갖는 프레임체(50A)와, 그 한쪽의 개구단을 막는 폐색부재(50B)로 구성해도 된다. 이로써, 각 전지와 배선 기판이나 접속판과의 접속 등의 조립성이나 작업성을 향상시켜, 생산성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다. 또한, 도 7에 나타내는 프레임체(50A) 대신에, 도 8에 나타내듯이 각 전지를 개별로 수납하는 격벽부(52)를 갖는 프레임체(50C)로 해도 된다. 이로써, 이상 전지의 이상 발열 시 인접하는 전지로의 열 전달이나 방열을 격벽부(52)에 의해 더욱 억제할 수 있으므로, 보다 신뢰성과 안전성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 배선 기판에 형성한 관통공 형상으로서, 두께방향에서 동일 형상인 경우를 예로 설명하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 9에 나타내듯이, 전지 케이스 상면과 밀착하는 관통공의 크기를, 접속체(32)측 관통공 크기보다 작게 해도 된다. 이로써, 전지의 양극 캡 개방부로부터 분출하는 가스의 덮개체 배기실로의 배출효율을 높일(배출저항을 저감할) 수 있다. 또한, 전지 케이스의 상면과의 밀착면적을 확대하여, 전지 케이스측으로의 가스 침입을 대폭으로 억제하여, 신뢰성과 안전성을 향상시킬 수 있다.

(제 2 실시형태)

도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 전지 모듈을 구성하는 전지의 단면도이다.

도 10에 나타내듯이, 전지의 전극부인 양극 캡(16) 상면에 개방부(77)를 형성하여 전지를 구성한 점에서, 제 1 실시형태의 전지와는 다르다. 여기서, 전지 이외의 구성요소는, 제 1 실시형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략하는 경우가 있다.

이하, 본 실시형태의 전지를 이용하여 구성한 전지 모듈에 대해, 도 11과 도 12를 이용하여, 상세하게 설명한다.

도 11의 (a)는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 전지 모듈의 사시도이며, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 11B-11B선 단면도이고, 도 11의 (c)는 도 11의 (b)의 11C부의 확대 단면도이다. 도 12는, 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 전지 모듈의 분해 사시도이다.

도 11의 (a)와 도 12에 나타내듯이, 전지 모듈(200)은, 절연성 수지 재료 또는 표면을 수지로 피복하여 절연가공을 한 금속 재료로 이루어지는 하우징(50) 및, 이와 결합되는 덮개체(20)를 가진다.

그리고, 도 11의 (b)와 도 12에 나타내듯이, 하우징(50)의 수납부(54)에, 복수 전지의 양극 캡을 동일 방향으로 나열하고, 배선 기판(30)의 접속체(32)에 의해 전기적으로 병렬로 접속하여 구성한 복수의 전지가 수납된다. 또한 전지 한쪽의 전극부(음극측)인 바닥부를 병렬로 접속한 접속판(33)의 일부로부터 연장된 연장부(33A)를 개재하고, 배선 기판(30)에 형성된 접속체(34)와 접속된다.

또, 도 11의 (c)에 나타내듯이, 전지 케이스(5)로부터 돌출된 양극 캡(16)은, 배선 기판(30)의 각 전지에 대응하여 형성된 관통공(36) 내에 삽입되어, 배선 기판(30)의 접속체(32)와 접속된다. 그리고, 배선 기판(30)은 전지 케이스(5)와 접하게 밀착되고, 관통공(36)은 양극 캡(16)과의 사이에 틈새(36A)를 갖는다. 이 때, 접속체(32)는 양극 캡(16) 상면에 형성된 개방부(77)를 막지 않도록, 개방부(77)와 대응하는 위치에 관통공(32a)을 가지며, 이 관통공(32a)에 의해, 전지에 이상이 발생하여 양극 캡(16) 개방부(77)로부터 분출하는 가스가 배출한다.

그리고, 분출한 가스는, 도 11의 (b)와 도 12에 나타내듯이 배선 기판(30)의 접속체(32)의 관통공(32a)으로부터, 덮개체(20)의 배기실(도시 생략)을 개재하고 외부와 연통되는 개구부(26)로부터 배출된다.

이하, 도면을 이용하여, 전지 모듈(200)을 구성하는 각 구성요소에 대해 설명한다. 여기서, 전지 모듈(200)의 하우징(50) 및 덮개체(20)의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이므로 설명을 생략하며, 다른 배선 기판을 주로 설명한다.

도 11의 (c)와 도 12에 나타내듯이, 배선 기판(30)은 예를 들어 유리-에폭시 기판이나 폴리이미드로 이루어지는 내열성 부재(30a)와, 예를 들어 고무탄성을 갖는 탄성 부재(30b)의 적어도 2층 적층 구조를 갖는다. 그리고, 탄성 부재(30b)는 전지 케이스(5)의 상면(5A)과 탄성변형하여 밀착되어 접하여, 높은 기밀성을 확보한다.

또, 배선 기판(30)은, 관통공(36)에 삽입된 전지 모듈의 각 전지의 양극 캡(16)과 접속되는 접속체(32)와, 각 전지의 다른 쪽 전극(예를 들어, 음극)을 병렬로 접속하는 접속판(33)의 연장부(33A)와 접속되는 접속체(34)를 가지며, 접속체(32)에는 양극 캡(16)의 개방부(77)를 막지 않도록 관통공(32a)이 형성된다.

이로써, 전지 모듈의 각 전지를, 배선 기판을 개재하고 접속할 수 있으므로, 전원배선이나 제어배선 등의 배선배치에 필요한 공간을 대폭으로 삭감할 수 있다. 또, 각 전지 양극 캡의 개방부가, 접속체(32)의 관통공(32a)을 통해 직접 덮개체(20)의 배기실(24)과 통기된다. 따라서, 이상 상태의 전지로부터 분출된 가스가, 직접 배선 기판(30)에 분출되지 않으므로, 배선 기판(30)의 변형을 대폭으로 억제할 수 있다. 그 결과, 만일 가스가 인화로 인해 발화되어도, 인접하는 전지 케이스로의 가스나 불꽃 등의 침입을 대폭으로 저감할 수 있다.

이하, 본 실시형태의 전지 모듈(200)에 있어서, 병렬로 접속된 전지 모듈 내 1개의 전지에 이상발열 등이 생긴 경우의 전지 모듈(200)의 작용효과에 대해, 도 13을 이용하여 설명한다.

도 13의 (a)는, 본 실시형태의 전지 모듈(200)에 있어서, 전지 모듈 내 1개의 전지에 이상발열 등을 일으킨 경우에 분출하는 가스의 배기 상황을 설명하는 단면도이고, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)의 13B부의 확대 단면도이다.

먼저, 도 13의 (b)에 나타내듯이, 전지 모듈(200)의 1개의 전지가 이상 발열하여, 전지 케이스 내에 발생한 가스의 가스압 상승에 의해 벤트기구인, 예를 들어, 안전밸브가 작동하고, 전지 케이스(5)로부터 가스(45)가 분출한다.

그리고, 도 13의 (a)에 나타내듯이, 분출한 가스(45)는 양극 캡(16)의 개방부(77)로부터, 접속체(32)의 관통공(32a)을 개재하고, 덮개체(20)의 배기실(24)로 분출된다. 그리고, 최종적으로 덮개체(20)에 형성된 개구부(26)로부터 전지 모듈(200)의 외부로 배출된다.

본 발명의 전지 모듈(200)에 의하면, 배선 기판(30)의 접속체(32)의 관통공(32a)으로부터 가스(45)의 상태로 배기된다. 이로써, 가스 인화로 인한 폭발적인 팽창을 일으키지 않으므로, 전지 모듈이 파열하는 일은 전혀 없다.

본 실시형태에 의하면, 적어도 배선 기판과 하우징에 의해 복수의 전지를 하우징 수납부 내에 밀폐 상태로 수납하며, 이상 전지로부터 분출되는 가스는, 배선 기판의 접속체의 관통공으로부터, 덮개체의 배기실을 통해, 가스의 상태로 전지 모듈의 외부로 배출할 수 있다. 그 결과, 가스로의 인화로 인한 발화나 발연 등이 발생하지 않는 안전성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.

또, 적어도 배선 기판과 하우징에 의해 복수 전지를 하우징의 수납부 내에 밀폐 상태로 수납할 수 있으므로, 전지를 개별로 수납할 필요가 없다. 그 결과, 전지 모듈을 용이하게 소형화 할 수 있다. 또한, 전원배선이나 제어배선 등의 배선배치에 필요한 공간을 배선 기판에 의해 대폭으로 삭감할 수 있다. 이 결과, 보다 소형이며, 안정성이 높고 신뢰성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.

여기서 본 실시형태에서는, 전지의 양극 캡(16)이 삽입되는 배선 기판의 관통공(36)에 있어서, 양극 캡(16)과의 사이에 틈새(36A)를 갖는 구성을 예로 설명하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 14에 나타내듯이, 양극 캡(16)과 거의 동일 형상의 관통공으로 해도 된다. 이에 따라, 각 전지의 개방부(77)와 접속체 관통공(32a)과의 위치결정이 용이하며, 또 위치 어긋남에 의한 관통공(32a)의 개구 면적의 차를 억제할 수 있다. 그 결과, 더욱 신뢰성과 안전성이 우수한 전지 모듈을 실현할 수 있다.

또, 제 1 실시형태에 있어서, 도 5에서 도 8을 이용하여 설명한 구성을 제 2 실시형태의 전지 모듈에 적용할 수 있음은 물론이고, 마찬가지의 효과가 얻어진다.

(제 3 실시형태)

이하, 본 발명의 제 3 실시형태에서의 전지 팩에 대해, 도 15를 이용하여 상세하게 설명한다.

도 15는, 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서 전지 팩의 조립 사시도이다.

도 15의 (a)는, 상기 각 실시형태의 전지 모듈을 4개 나열 배치하고, 접속부재(450)에 의해 접속하여 전지 팩(400)을 구성한 것이다. 또, 도 15의 (b)는 상기 각 실시형태의 전지 모듈을 2개 나열 배치함과 더불어, 이를 세로로 2단으로 겹쳐 접속부재(550)에 의해 접속하여 전지 팩(500)을 구성한 것이다. 이 때, 각 전지 모듈은, 병렬 접속 또는 직렬 접속, 혹는 직렬 접속과 병렬 접속을 조합하여 접속부재를 개재하고 접속함으로써, 전지 팩이 구성된다.

본 실시형태에 의하면, 용도에 따라 필요한 전압이나 전기 용량을 갖는 범용성 높은 전지 팩을, 배치 공간을 고려하여 임의로 조합함으로써, 용이하게 실현할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 상기 각 실시형태와 마찬가지로, 어느 하나의 전지 모듈에 이상이 생겨도, 분출하는 가스가 인화되는 일없이, 가스 상태로 외부에 배기시킬 수 있다. 그 결과, 가스의 인화로 인한 폭발적인 팽창이 생기지 않으므로, 전지 모듈이 파열되는 일이 전혀 없는, 안전하고 신뢰성이 우수한 전지 팩을 실현할 수 있다.

(다른 실시형태)

이하에, 본 발명의 전지 모듈의 다른 실시형태에 대해, 도 16을 이용하여 설명한다.

도 16은 본 발명의 다른 실시형태에서의 전지 모듈(600)을 설명하는 분해 사시도이다. 이 때, 전지 모듈(600)은, 복수의 병렬로 접속된 전지유닛(640)을 2차원으로 배치하고 직렬로 접속하여 일체적으로 수납하는 점에서, 상기 실시형태와 다르다. 여기서, 도 16에서는, 11 병렬의 전지유닛(640)을 7 직렬로 접속하여 구성한 전지 모듈(600)을 예로 설명한다. 예를 들어, 용량 2500㎃h이며, 평균전압 3.6V의 리튬이온 전지로 구성한 경우, 25.2V(3.6V×7)이고 27.5Ah(2.5Ah×11)의 용량을 갖는 집합 전지유닛(645)이 얻어진다.

즉, 도 16에 나타내듯이, 전지 모듈(600)은, 수납부(664)를 갖는 하우징(660)과, 수납부(664)에 수납되는 복수의 11 병렬이며 7직렬로 이루어지는 전지 유닛(645)과, 전지 유닛(640)을 직렬로 접속하는 배선 기판(630)과 접속판(650)과, 이들을 밀폐 상태로 수납하는 하우징(660)과 결합되는 덮개체(620)로 구성된다.

그리고, 배선 기판(630)에는 집합전지 유닛(645)의 각 전지의 양극 캡과 대응하는 위치에 관통공(636)을 가지며, 각 관통공(636)을 완전히 막지 않게 집합전지 유닛(640)을 직렬로 접속하는 접속체(632)가 배치된다. 그리고, 배선 기판(630)은, 상기 각 실시형태와 마찬가지로 전지 케이스 상면과 밀착되어 접하게 배치된다.

또, 접속판(650)은, 각 전지유닛(640)의 한쪽 전극부인 음극부를 병렬로 접속함과 더불어, 인접한 전지유닛(640)의 접속체(632)와 접속되는 접속판(650)의 일부에 형성한 연장부(650A)를 개재하고 배선 기판(630)의 접속부(635)와 접속하여, 각 전지유닛(640)을 직렬로 접속한다.

또, 덮개체(620)에는 배기실(도시 생략)을 개재하고, 분출하는 가스를 외부로 배출하는 개구부(도시 생략)가 형성된다. 이 때, 개구부는, 각 전지유닛(640)에 대응시켜 개별로 형성해도, 일체화하여 형성해도 된다.

상기 실시형태에 의하면, 제 1, 제 2 실시형태와 마찬가지 효과가 얻어짐과 더불어, 하우징을 일체화함으로써, 더욱 소형화된 전지 모듈을 실현할 수 있다.

여기서, 각 실시형태에서는 전극부인 양극 캡(16)이 전지 케이스(5) 상면(5A)으로부터 돌출된 전지 형상을 예로 설명하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이하에 도 17과 도 18을 이용하여 설명하듯이, 양극 캡(16)을 전지 케이스 상면(5A)과 거의 동일 면에 형성한 전지로 전지 모듈을 구성해도 된다.

도 17은 본 발명의 각 실시형태의 전지 모듈을 구성하는 다른 전지의 형상을 설명하는 단면도이다. 도 18의 (a)는 도 17의 전지를 이용한 본 발명의 각 실시형태에 있어서 전지 모듈의 단면도이고, 도 18의 (b)는 도 18의 (a)의 18B부의 확대 단면도이다.

즉, 도 18에 나타내듯이, 전지 케이스(5) 상면(5A)과 거의 동일 면에 형성한 양극 캡(16)과, 양극 캡(16)과 대응하는 위치에 관통공(36)을 형성한 배선 기판(30)의, 하측방향으로 볼록부(32C)의 형상을 갖는 접속체(32)를 접속시킨 점에서, 상기 각 실시형태와는 다르다. 다른 구성이나 각 실시형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.

이로써, 상기 각 실시형태와 마찬가지 효과가 얻어진다. 또, 전지의 전극부 양극 캡의 위치관계에 상관없이, 박형이며 소형인 전지 모듈(300)을 실현할 수 있다. 그리고, 각 실시형태에서 설명한 다른 예를 적용할 수 있는 것은 물론이다.

또, 각 실시형태에서는, 전지 모듈의 충방전이나, 온도 또는 전압을 검출하고 제어하는 제어회로에 대해서는, 특별히 설명이나 도시를 하지 않으나, 제어회로를 전지 모듈의 외부나 내부에 배치해도 되는 것은 물론이다.

또, 각 실시형태에서는, 전지 모듈로서 원통형 전지를 예로 설명하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 각형의 전지라도 된다.

또, 각 실시형태에서는, 서로 그 구성을 적용할 수 있는 것은 물론이다.

[산업상 이용 가능성]

본 발명은, 자동차, 자전거나 전동공구 등의, 특히 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등 고용량, 고전압이 필요하고, 게다가 높은 신뢰성과 안전성이 요구되는 전지 모듈이나 전지 팩으로서 유용하다.

1 : 양극 1a : 양극 집전체
1b : 양극층 2 : 음극
3 : 세퍼레이터 4 : 전극군
5 : 전지 케이스 5A : 상면
6 : 밀봉판 7 : 가스켓
8 : 양극 리드 9 : 음극 리드
10a, 10b : 절연판 11 : 음극 집전체
15 : 음극층 16 : 양극 캡(전극부)
17, 77 : 개방부 18 : 전류차단 부재
19 : 벤트기구 20, 620 : 덮개체
22 : 외주벽 24 : 배기실
26 : 개구부 28 : 리브부
28A : 개구공 30, 630 : 배선 기판
30a : 내열성 부재 30b : 탄성 부재
32, 34, 632 : 접속체 32a : 관통공
32C : 볼록 형상부 33, 650 : 접속판
33A, 650A : 연장부 36, 636 : 관통공
36A : 틈새 40, 640 : 전지유닛
45 : 가스 50, 660 : 하우징
50A, 50C : 프레임체 50B : 폐색부재
52 : 격벽부 54, 664 : 수납부
65 : 지지부재 66 : 외주 프레임
68 : 지지부
100, 200, 300, 600 : 전지 모듈
400, 500 : 전지 팩 450, 550 : 접속부재
635 : 접속부 645 : 집합전지 유닛

Claims

복수의 전지가 배열되며 하우징 내에 수납된 전지 모듈에 있어서,
상기 전지는, 이 전지의 전극부에, 상기 전지 내에서 발생한 가스를 전지 밖으로 배출하는 개방부를 가지며,
상기 하우징은, 상기 전지의 전극부 주위의 전지 케이스에 접촉하여 배치된 배선 기판에 의해, 상기 복수의 전지를 수용하는 수납부와, 상기 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스를 상기 하우징 밖으로 배기하는 배기실로 구획되며,
상기 전지의 전극부는 상기 배선 기판에 형성된 접속체에 접속되며,
상기 전극부의 개방부는 상기 배선 기판에 형성된 관통공을 통해 상기 배기실로 연통되는
전지 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 전지의 전극부는 상기 배선 기판의 관통공으로 삽입되는
전지 모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 배선 기판은 내열성 부재와 탄성 부재의 적층 구조를 가지며, 이 탄성 부재의 하면은 상기 전지 케이스에 접하는
전지 모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 접속체는 상기 배선 기판 상면에 형성되며, 상기 배선 기판 하면은 상기 전지 케이스에 접하는
전지 모듈.
제 4 항에 있어서,
상기 전극부 높이는 상기 배선 기판의 두께와 동일한
전지 모듈.
제 4 항에 있어서,
상기 배선 기판에 형성된 상기 관통공은, 상기 전지 케이스와 접하는 측의 크기가, 상기 접속체측 크기보다 작은
전지 모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 전극부의 개방부는 이 전극부 상면에 형성되며,
상기 전극부에 접속된 상기 접속체는 적어도 상기 개방부가 형성된 부위에 관통공이 형성되는
전지 모듈.
제 7 항에 있어서,
상기 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스는 상기 관통공을 통해 상기 배기실로 배출되는
전지 모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 전극부에 접속된 상기 접속체는 상기 배선 기판에 형성된 복수의 관통공에 걸쳐 형성되는
전지 모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 전극부의 개방부는 이 전극부의 측면에 형성되며,
상기 배선 기판에 형성된 관통공과 상기 전극부와의 사이에 틈새가 형성되는
전지 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 전극부의 개방부로부터 배출되는 가스는 상기 틈새를 통해 상기 배기실로 배출되는
전지 모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 복수의 전지는 각 전지의 전극부에 접속된 상기 접속체에 의해 병렬 접속되는
전지 모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 수납부는 상기 배선 기판에 의해 밀폐 상태가 되는
전지 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 표면에 절연가공을 한 금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는
전지 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 수납부와 덮개체를 가지며,
상기 수납부에, 상기 전지를 개별로 수납하는 격벽부를 형성하고,
상기 덮개체에, 상기 하우징의 상기 격벽부와 대향하는 위치에 리브부를 형성하는 것을 특징으로 하는
전지 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 수납부와 덮개체를 가지며,
상기 덮개체와 상기 배선 기판 사이에, 상기 배선 기판을 유지하는 지지부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
전지 모듈.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재한 전지 모듈이 복수개 배열된 전지 팩에 있어서, 각 전지 모듈은 직렬 접속 및／또는 병렬 접속되는
전지 팩.