KR20110069122A - 전지 모듈 및 그의 제조방법, 그리고 온도조정 시스템 - Google Patents

전지 모듈 및 그의 제조방법, 그리고 온도조정 시스템 Download PDF

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도시키 이토이
šœ스케 야스이
히로시 다카사키
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파나소닉 주식회사
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Abstract

온도조정용 유닛(5)은, 제 1 평면부(73)와 제 2 평면부(75)와 측벽부(77)가 일체적으로 형성된 수지 성형체로 이루어지며, 측벽부(77)에 의해 유지부(81)와 유로(85)로 구획된다. 소전지(21)는, 측벽부(77)에 의해 구획된 유지부(81)에 밀착되어 유지된다.

Description

전지 모듈 및 그의 제조방법, 그리고 온도조정 시스템{BATTERY MODULE, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND TEMPERATURE ADJUSTMENT SYSTEM}
본 발명은 전지 모듈 및 그 제조방법, 그리고 온도조정 시스템에 관한 것이다.
최근, 자원절약 또는 에너지절약의 관점에서, 반복하여 사용할 수 있는 이차전지를 휴대형 전자기기 또는 이동 통신기기 등의 구동용 전원으로서 사용하고 있다. 또, 화석연료의 사용량 삭감 또는 이산화탄소의 배출량 삭감 등의 관점에서, 이와 같은 이차전지를 차량 등의 구동용 전원으로서 사용하는 것이 검토되고 있다.
그 중에서도, 범용 전지를 병렬 및 직렬로 접속하여 전지 모듈을 구성하고, 이 전지 모듈을 조합하여 다종 다양한 용도에 대응시키는 기술이 채용되기 시작했다. 이 기술에서는, 전지 모듈을 구성하는 전지(소(素)전지)를 고성능화 시킴으로써, 전지 모듈의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다. 이에 따라, 전지 모듈을 조합할 시의 작업성 향상 및, 차량 등 한정된 공간으로 탑재할 시의 자유도 향상 등의 이점을 얻을 수 있다.
그런데, 전지의 성능 및 수명은 환경온도에 의존한다. 따라서, 전지 모듈에 있어서 소전지의 온도차가 생기면, 전지 모듈에 있어서 소전지의 성능 및 수명의 차가 생긴다. 이에 따라, 온도조정용 유닛을 이용하여 전지 모듈을 구성하는 소전지의 온도를 조정하는 것이 제안된다(특허문헌 1-3).
[선행기술문헌]
[특허문헌]
특허문헌 1 : 일본 특허공개 2003-291656호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허공개 2000-251951호 공보
특허문헌 3 : 일본 특허공개 평성 11-54157호 공보
그러나, 종래의 전지 모듈에서는 소전지가 온도조정용 유닛에 밀착되지 않으므로, 소전지의 온도차를 저감시키는 것이 어렵다.
전지 모듈에서의 소전지 온도차를 저감시키기 위해서는, 소전지를 온도조정용 유닛에 밀착시켜 유지하며, 온도조정용 유닛에 밀착된 소전지 바깥쪽에 액체(소전지 온도를 조정하는 액체)를 흘리면 된다. 소전지를 온도조정용 유닛에 밀착시켜 유지하기 위해서는, 온도조정용 유닛을 수지제로 하면 된다.
수지로 이루어지는 온도조정용 유닛의 제작방법으로는, 예를 들어, 유지부(유지부에는 소전지가 밀착되어 유지된다)와 유로(유로에는 상기 액체가 흐른다)를 각각 성형한 후, 유지부와 유로를 서로 밀착시키는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이 제작방법으로는, 유지부와 유로의 접착강도가 충분하지 않으면 충격 등에 의해 유지부와 유로가 서로 분리된다는 문제가 생긴다. 따라서, 유지부와 유로를 일체로 성형하는 것이 바람직하다.
수지 성형품을 일체로 성형하는 방법으로는, 일반적으로 블로우 성형법과 사출 성형법이 알려져 있다.
블로우 성형법은, 중공부를 갖는 수지 성형품의 성형에 적합하다. 블로우 성형법에서는, 일반적으로 중공부를 갖는 수지재를 용융시켜 이 용융 수지재를 금형에 끼운 상태에서, 이 용융 수지재의 중공부에 공기를 공급한다. 이에 따라, 공기를 공급하는 방향에 대해 수직인 방향에서 수지 성형품의 중공부 깊이가 깊어짐에 따라, 수지 성형품의 성형이 어려워진다.
한편, 사출 성형법에서는, 용융된 수지를 금형으로 사출한다. 따라서, 사출 성형법은 복잡한 형상을 갖는 수지 성형품의 성형에 적합하다.
본 발명자들은, 사출 성형법 및 블로우 성형법 각각의 특징을 기초로 하여, 본 발명을 완성시켰다.
본 발명에 관한 전지 모듈은, 예를 들어 다음에 나타내는 온도조정용 유닛을 구비한다. 본 발명에 있어서 온도조정용 유닛은, 제 1 평면부, 제 2 평면부, 및 측벽부가 일체적으로 형성된 수지 성형체로 이루어지며, 측벽부에 의해 유지부와 유로로 구획된다. 측벽부에 의해 구획된 유지부에는, 소전지가 밀착되어 유지된다. 이 온도조정용 유닛은, 사출 성형법에 의해 성형되어도 되고, 블로우 성형법에 의해 성형되어도 된다.
여기서, 「온도를 조정한다」란, 온도를 높이거나 낮추는 것이다.
「제 1 평면부」 및 「제 2 평면부」에는, 표면이 평평하지 않은 경우도 포함된다. 예를 들어, 「제 1 평면부」 및 「제 2 평면부」 각각의 표면은 구부러져도 되고, 오목 볼록해도 된다.
「소전지가 유지부에 밀착되어 유지된다」란, 소전지가 유지부를 규정하는 측벽부에 밀착되어 그 유지부에 유지되는 것이며, 예를 들어 소전지가 유지부에 압입되는 것이다.
본 발명에서는 전지 모듈에 있어서 소전지의 온도차를 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 소전지의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 조전지의 분해 사시도이다.
도 4의 (a)는 도 3에 나타내는 ⅣA영역의 확대도이며, 도 4의 (b)는 도 3에 나타내는 ⅣB영역의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 조전지를 구성하는 음극 접속판, 절연판 및 양극 접속판의 평면도이다.
도 6은 도 1에 나타내는 Ⅵ-Ⅵ선의 단면도이다.
도 7은 도 1에 나타내는 Ⅶ-Ⅶ선의 단면도이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛의 사시도이며, 도 8의 (b)는 그 평면도이다.
도 9의 (a)는 도 8에 나타내는 ⅨA-ⅨA선의 단면도이며, 도 9의 (b)는 도 8에 나타내는 ⅨB-ⅨB선의 단면도이다.
도 10의 (a)는 도 8에 나타내는 ⅩA-ⅩA선의 단면도이며, 도 10의 (b)는 도 8에 나타내는 ⅩB-ⅩB선의 단면도이다.
도 11의 (a)는 도 9의 (a)에 나타내는 구조에 소전지가 밀착되어 유지되며, 또 액체가 공급된 상태를 나타내는 단면도이며, 도 11의 (b)는 도 9의 (b)에 나타내는 구조에 액체가 공급된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 12의 (a)는 도 10의 (a)에 나타내는 구조에 소전지가 밀착되어 유지되며, 또 액체가 공급된 상태를 나타내는 단면도이며, 도 12의 (b)는 도 10의 (b)에 나타내는 구조에 액체가 공급된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 온도조정 시스템의 블록도이다.
도 14는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 전지 모듈의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 있어서 온도조정용 유닛에 소전지가 밀착되어 유지된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제 1 실시형태의 제 2 변형예에 있어서 온도조정용 유닛에 소전지가 밀착되어 유지된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 17의 (a)는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛의 사시도이며, 도 17의 (b)는 그 평면도이다.
도 18은 도 17의 (b)에 나타내는 XⅧ-XⅧ선의 단면도이다.
도 19는 도 18에 나타내는 구조에 소전지가 밀착되어 유지되며, 또 액체가 공급된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 전지 모듈의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 21은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛의 사시도이다.
도 22는 도 21에 나타내는 ⅩⅩⅡ-ⅩⅩⅡ선의 단면도이다.
도 23은 도 22에 나타내는 구조에 소전지가 밀착되어 유지되며, 또 액체가 공급된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서 온도조정 시스템의 블록도이다.
도 25는 조전지의 다른 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 여기서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태에 한정되지 않는다. 이하에서는, 동일 부재에 동일 부호를 부여하는 경우가 있다. 이하의 「상」, 「하」, 「앞」, 「앞쪽」 및 「안쪽」은, 각각, 도면의 「상」, 「하」, 「앞」, 「앞쪽」, 및 「안쪽」이다.
<제 1 실시형태>
도 1은, 제 1 실시형태에 관한 전지 모듈(1)의 분해 사시도이다.
본 실시형태에 관한 전지 모듈(1)에서는, 수지제 케이스(3)의 수용부(3a) 내에 온도조정용 유닛(5)과 조전지의 집합체(7)가 수용된다. 수용부(3a)의 상면은 금속제(예를 들어 알루미늄제) 덮개(9)에 의해 막혀 있으며, 수용부(3a)의 앞면은 수지제 앞면 패널(11)로 막혀 있다.
조전지의 집합체(7)는, 7개의 조전지(43, 43, …)가 서로 직렬로 접속되어 구성되며, 각 조전지(43)는, 20개의 소전지(21, 21, …)가 서로 병렬로 접속되어 구성된다. 본 명세서에서는, 소전지(21, 21, …)가 서로 병렬로 접속된 방향을 「병렬방향(V1)」로 기재하며, 조전지(43, 43, …)가 서로 직렬로 접속된 방향을 「직렬방향(V2)」로 기재한다. 조전지 집합체(7)의 양극단자(13)에는, 조전지(43)를 구성하는 양극 접속판(57)(도 3 참조)이 접속되며, 이 양극단자(13)는, 앞면 패널(11)에 장착된 외부 접속용 양극단자(17)에 접속된다. 조전지 집합체(7)의 음극단자(15)에는, 조전지(43)를 구성하는 음극 접속판(45)(도 3 참조)이 접속되며, 이 음극단자(15)는 앞면 패널(11)에 장착된 외부 접속용 음극단자(19)에 접속된다.
온도조정용 유닛(5)에는, 조전지의 집합체(7)를 구성하는 소전지(21, 21, …)가 밀착되어 유지된다. 이 온도조정용 유닛(5)에서는, 소전지(21, 21, …) 바깥쪽에 액체(예를 들어 물)를 흘림으로써, 소전지(21, 21, …)의 온도를 조정한다. 이 액체는, 제 1 관(91) 내를 지나 온도조정용 유닛(5)의 유로(85)(도 9의 (a) 및 (b) 참조)로 공급되며, 제 2 관(93) 내를 지나 유로(85)로부터 배출된다. 제 1 관(91)은 앞면 패널(11)에 형성된 제 1 관통공(11의 (a))에 삽입 관통되며, 제 2 관(93)은 앞면 패널(11)에 형성된 제 2 관통공(11b)에 삽입 관통된다.
이와 같은 전지 모듈(1)은, 예를 들어 전기 자동차(자동차 구동에 필요한 에너지의 전부 또는 일부분을 전기 에너지로 공급하는 자동차)에 탑재되어, 전기 자동차의 주행 및 가속, 전기 자동차에 탑재된 냉난방 장치의 운전, 그리고 온도조정 시스템(101)에서 액체를 순환시킬 시에 사용되는 펌프(103)(도 13 참조)의 운전 등에 필요한 전기 에너지를 공급한다. 이하에서는, 조전지의 집합체(7) 및 온도조정용 유닛(5)을 차례로 설명한다.
전술과 같이, 본 실시형태에 있어서 조전지 집합체(7)는 7개의 조전지(43, 43, …)가 서로 직렬로 접속되어 구성되며, 각 조전지(43)는 20개의 소전지(21, 21, …)가 서로 병렬로 접속되어 구성된다. 따라서, 복수의 소전지를 서로 직렬로 접속하여 조전지 집합체를 구성하는 경우와는 달리, 일부의 소전지(21, 21, …)에서 충방전을 실시할 수 없는 상태가 되어도 남은 소전지(21, 21, …)를 이용하여 조전지 집합체(7)를 충방전시킬 수 있다. 이하에서는, 소전지(21)의 구성을 설명한 후, 조전지(43) 및 조전지 집합체(7)의 각 구성을 설명한다.
도 2는, 본 실시형태에 있어서 소전지(21)의 종단면도이다.
본 실시형태에 있어서 소전지(21)는, 리튬이온 이차전지 등의 이차전지이며, 원통형이다. 전지 케이스(23) 내에는, 양극(27), 음극(25), 다공질 절연층(29) 및 전해질(도시 생략)이 수납된다. 양극(27)과 음극(25)은 다공질 절연층(29)을 개재하고 감기며, 이와 같이 하여 형성된 전극군은 상측 절연판(31)과 하측 절연판(33) 사이에 끼여있다. 양극(27)은, 양극리드(35)를 개재하고 밀봉판(37)에 접속되며, 밀봉판(37)은 수지제 가스켓(39)을 개재하고 전지 케이스(23)의 개구(23a)에 크림핑된다. 음극(25)은, 음극리드(41)를 개재하고 전지 케이스(23)의 밑면에 접속된다.
본 실시형태의 소전지(21)에서는, 전지 케이스(23) 외측면에는 절연필름이 형성되지 않는다. 이에 따라, 소전지(21)에서는, 전지 케이스(23)의 외측면(22) 및 상면(24)을 음극단자로 할 수 있다.
도 3은 본 실시형태에 있어서 소전지(43)의 분해 사시도이며, 도 4의 (a) 및 (b)는 각각 도 3에 나타내는 ⅣA영역 및 ⅣB영역의 확대도이다. 도 5는 소전지(43)를 구성하는 음극 접속판(45), 절연판(55) 및 양극 접속판(57)의 각 평면도이다. 도 6은 도 1에 나타내는 Ⅵ-Ⅵ선의 단면도이며, 도 7은 도 1에 나타내는 Ⅶ-Ⅶ선의 단면도이다.
여기서, 도 6에는 2개의 소전지(21, 21)를 병렬로 접속한 경우의 단면도를 나타내며, 도 7에는 조전지(43A)와 조전지(43B)를 직렬로 접속한 경우의 단면도를 나타낸다. 또, 도 7에서는, 조전지(43A)(좌측 조전지)의 구성요소에는 「숫자+A」를 부여하고, 조전지(43B)(우측 조전지)의 구성요소에는 「숫자+B」를 부여하며, 조전지(43B) 우측에 배치되는 조전지의 구성요소에는 「숫자+C」를 부여한다.
본 실시형태의 각 조전지(43)에서는, 소전지(21, 21, …)의 음극단자(전지 케이스(23)의 외측면(22) 및 상면(24))는 음극 접속판(45)을 개재하고 서로 전기적으로 접속되며, 소전지(21, 21, …)의 양극단자(밀봉판(37))는 양극 접속판(57) 및 20개의 양극 접속편(61, 61, …)을 개재하고 서로 전기적으로 접속된다. 이하에서는, 각 조전지(43)를 구성하는 부재를 설명하면서, 각 조전지(43)의 구성을 설명한다.
음극 접속판(음극 버스바)(45)은, 예를 들어 0.2㎜의 두께를 갖는 니켈판이며, 조전지(43)를 구성하는 소전지(21, 21, …)의 밀봉판(37, 37, …)측에 배치된다. 이 음극 접속판(45)은 병렬방향(V1)으로 이어지며, 단차부(47)를 갖는다. 이에 따라, 제 1 접속판(49)과 제 2 접속판(51)은 서로 다른 평면 위에 존재한다.
제 1 접속판(49)은, 조전지(43)를 구성하는 소전지(21, 21, …)의 전지 케이스(23, 23, …) 상면(24, 24, …)에 접속된다. 제 1 접속판(49)의 길이방향에는 20개의 관통공(49a, 49a, …)이 서로 간격을 두고 형성되며, 각 관통공(49a)으로부터는 소전지(21)의 밀봉판(37)이 노출된다(도 6 참조). 이에 따라, 각 소전지(21)의 밀봉판(37)과 음극 접속판(45)과의 접촉을 회피할 수 있다. 또, 제 1 접속판(49)의 길이방향에는, 20개의 음극 접속편(53, 53, …)이 서로 간격을 두고 형성된다. 각 음극 접속편(53)은 제 1 접속판(49)의 짧은 길이방향의 일단에 접속되며, 소전지(21)의 전지 케이스(23) 외측면(22)에 용접되어 있다(도 7 참조). 이와 같이 조전지(43)를 구성하는 소전지(21, 21, …)의 음극단자는, 음극 접속편(53, 53, …) 및 제 1 접속판(49)을 개재하고 서로 전기적으로 접속된다.
양극 접속판(양극 버스바)(57)은, 예를 들어 1㎜의 두께를 갖는 동판이며, 절연판(55)을 개재하고 제 1 접속판(49) 위에 배치된다. 절연판(55) 및 양극 접속판(57) 각각의 길이방향에는 20개의 관통공(55a, 55a, …) 및 20개의 관통공(57a, 57a, …)이 서로 간격을 두고 형성되며, 각 관통공(55a) 및 각 관통공(57a)은 관통공(49a)에 연통된다(도 6 참조). 이에 따라, 밀봉판(37) 상면이 노출된다.
이와 같은 양극 접속판(57)은, 각 양극 접속편(61)을 개재하고, 조전지(43)를 구성하는 소전지(21)의 밀봉판(37)에 접속된다(도 6 참조). 각 양극 접속편(61)은, 예를 들어 0.2㎜의 두께를 갖는 니켈판이며, 단차부(63)를 갖는다. 이에 따라, 각 양극 접속편(61)에서는, 제 1 접속편(65)과 제 2 접속편(67)은 서로 다른 평면 위에 존재한다. 각 제 1 접속편(65)은 조전지(43)를 구성하는 소전지(21)의 밀봉판(37) 상면에 접속되며, 각 제 2 접속편(67)은 양극 접속판(57) 상면에 접속된다(도 6 참조). 이와 같이 각 조전지(43)를 구성하는 소전지(21, 21, …)의 양극단자는, 양극 접속편(61, 61, …) 및 양극 접속판(57)을 개재하고 서로 전기적으로 접속된다.
또, 도 5에 나타내듯이, 양극 접속판(57)의 짧은 길이방향 일단에는, 접속부(59)가 형성된다. 조전지(43)에서 접속부(59)는, 관통공(49a, 49a, …), 관통공(55a, 55a, …) 및 관통공(57a, 57a, …)의 중심을 잇는 중심선(L1)에 대해, 음극 접속판(45)의 제 2 접속판(51)과는 반대측에 존재한다. 여기서, 양극 접속판(57)은 1㎜의 두께를 갖는 동판이라고 했으나, 표면에 패턴 개구부를 가진 기판이라도 된다.
본 실시형태에 있어서 조전지의 집합체(7)는, 이와 같은 조전지(43, 43, …)가 서로 직렬로 접속된 것이다. 각 조전지(43)에서는, 음극 접속판(45)의 제 2 접속판(51)과 양극 접속판(57)의 접속부(59)는 중심선(L1)에 대해 서로 반대측에 존재한다. 또, 각 음극 접속판(45)에서는, 제 1 접속판(49)과 제 2 접속판(51)은 서로 다른 평면 위에 존재한다. 따라서, 도 7에 나타내듯이 조전지(43A)의 양극 접속판(57A) 접속부(59A) 위에 조전지(43B) 음극 접속판(45B)의 제 2 접속판(51B)을 배치하면, 조전지(43A)와 조전지(43B)가 서로 직렬로 접속된다. 이와 같이 하여 본 실시형태에 있어서 조전지의 집합체(7)가 제작된다. 따라서, 본 실시형태에 있어서 조전지의 집합체(7)에서는, 리드 등을 개재하는 일없이 조전지(43, 43, …)를 서로 직렬로 접속할 수 있다.
여기서, 도 3에 나타내듯이, 각 조전지(43)를 구성하는 소전지(21, 21, …)는 음극 전극판(69) 상면 위에 고정된다. 음극 전극판(69)은, 예를 들어 0.2㎜의 두께를 갖는 니켈판이다.
그럼, 본 실시형태의 온도조정용 유닛(5)을 설명한다. 도 8의 (a)는, 본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛(5)의 사시도이며, 도 8의 (b)는 그 평면도이다. 도 9의 (a)∼도 10의 (b)는, 각각, 도 8의 (b)에 나타내는 ⅨA-ⅨA선, ⅨB-ⅨB선, ⅩA-ⅩA선 및 ⅩB-ⅩB선의 단면도이다. 도 11의 (a)∼도 12의 (b)는, 각각, 도 9의 (a)∼도 10의 (b)에 나타내는 구조에, 각 소전지(21)가 유지부(81)에 밀착되어 유지되고, 액체가 유로(85)로 공급된 상태를 나타내는 단면도이다. 여기서, 도 11의 (a)∼도 12의 (b)에는, 소전지(21, 21, …)의 측면도를 기재한다.
본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛(5)은, 유닛 본체(71)와 덮개체(87)를 구비한다. 유닛 본체(71)는, 예를 들어 폴리프로필렌으로 이루어지며, 사출 성형법에 의해 성형된다. 직렬방향(V2)에 착안하면, 유닛 본체(71)는, 제 1 평면부(73), 측벽부(77), 제 2 평면부(75) 및 측벽부(77)의 차례로 접속되어 형성된 수지 성형체(79)를 반복 단위로 하여, 연속하여 형성된다.
제 1 평면부(73)는, 유닛 본체(71)의 상면을 구성한다. 수지 성형체(79, 79, …)를 구성하는 제 1 평면부(73, 73, …)는 병렬방향(V1)의 양단에서 서로 접속되며, 이에 따라, 유닛 본체(71)에는 1개의 제 1 평면부(73)가 존재한다.
제 2 평면부(75)는, 제 1 평면부(73)와는 반대측에 위치하며, 유닛 본체(71)의 하면을 구성한다. 수지 성형체(79, 79, …)를 구성하는 제 2 평면부(75, 75, …)는 서로 접속되지 않으며, 이에 따라, 유닛 본체(71)에는 7개의 제 2 평면부(75, 75, …)가 존재한다. 이 각 제 2 평면부(75) 위에는, 조전지(43)가 배치된다.
측벽부(77)는 유닛 본체(71)의 두께방향으로 이어지며, 제 1 평면부(73)와 제 2 평면부(75)에 접속된다. 각 수지 성형체(79)를 구성하는 2개의 측벽부(77, 77)는 병렬방향(V1)의 양단에서 서로 접속된다.
이와 같은 온도조정용 유닛(5)에는, 유지부(81, 81, …)와 유로(85)가 형성된다. 각 유지부(81)에는 소전지(21)가 밀착되어 유지되며, 유로(85) 내에는 소전지(21, 21, …)의 온도를 조정하는 액체(단지, 「액체」로 기재하는 경우가 있다)가 흐른다. 각 유지부(81)는 제 2 평면부(75)와 2개의 측벽부(77, 77)에 의해 규정되며, 유로(85)는 제 1 평면부(73)와 2개의 측벽부(77, 77)와 덮개체(87)에 의해 규정된다. 여기서, 덮개체(87)는, 유닛 본체(71)의 제 2 평면부(75)측에 고정된다.
예를 들어 도 11의 (a)에 나타내는 유지부(81S)에 착안하면, 유지부(81S)는 제 2 평면부(75S)와 측벽부(77S)(1)와 측벽부(77S)(2)에 의해 규정된다. 측벽부(77S)(1)는 제 1 평면부(73S)와 측벽부(77R)(2)와 덮개체(87)에 의해 유로(85)를 구성하며, 측벽부(77S)(2)는 제 1 평면부(73T)와 측벽부(77T)(1)와 덮개체(87)에 의해 유로(85)를 구성한다. 이에 따라, 소전지(21S)는, 측벽부(77S)(1) 및 측벽부(77S)(2) 각각에 밀착되며, 액체에 대해, 측벽부(77S)(1) 및 측벽부(77S)(2) 각각을 사이에 둔 위치에 유지된다. 여기서, 본 명세서에서는, 각 소전지(21)가 유지부(81)를 규정하는 2개의 측벽부(77, 77)에 밀착되는 것을 「각 소전지(21)가 유지부(81)에 밀착되어 있다」로 기재하는 경우가 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 온도조정용 유닛(5)에서는, 유지부(81, 81, …)와 유로(85)는 측벽부(77)에 의해 구획된다. 이에 따라, 각 소전지(21)는, 유지부(81)를 규정하는 2개의 측벽부(77, 77) 각각에 밀착되며, 액체에 대해, 이 2개의 측벽부(77, 77) 각각을 사이에 둔 위치에 유지된다. 따라서, 조전지의 집합체(7)를 구성하는 모든 소전지(21, 21, …)와 유로(85) 내의 액체 사이에서 열 에너지를 주고받을 수 있다. 유지부(81), 유로(85) 및 덮개체(87)의 각 구성을 추가로 나타낸다.
유지부(81, 81, …)는, 병렬방향(V1) 및 직렬방향(V2) 각각에서 서로 간격을 두고 형성된다. 직렬방향(V2)에서 서로 인접하는 유지부(81, 81)는, 제 1 평면부(73)를 사이에 두고 존재한다. 병렬방향(V1)에서 서로 인접하는 유지부(81, 81)는 연통부(83)에 의해 서로 연통된다. 이와 같이 유지부(81, 81, …)가 병렬방향(V1)에서 서로 연통되면, 병렬방향(V1)에서의 유지부(81, 81)의 간격을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 조전지(43)에 있어서 소전지(21, 21)의 간격을 예를 들어 1㎜ 정도로 할 수 있다. 또한, 유지부(81, 81, …)가 병렬방향(V1)에서 서로 연통하면, 직렬방향(V2)에서의 온도조정용 유닛(5)의 강성(剛性)이 약해지므로, 온도조정용 유닛(5)에 탄력성을 가지게 할 수 있다. 이로써, 조전지(43)를 구성하는 각 소전지(21, 21, …)를 유지부(81)에 밀착시킬 수 있다.
유닛 본체(71)에는 1개의 유로(85)가 형성된다. 이 유로(85)에는, 제 1 관(91) 및 제 2 관(93)이 연통된다. 본 실시형태에서, 제 1 관(91)은 공급용관(공급부)이며, 제 2 관(93)은 배출용관(배출부)이다.
덮개체(87)는, 예를 들어 폴리프로필렌으로 이루어진다. 덮개체(87)의 피복면(유닛 본체(71)의 제 2 평면부(75)측에 위치하는 면)(88) 둘레는, 유닛 본체(71)의 제 2 평면부(75)측 둘레에 레이저 용착 또는 열 압착된다. 또, 덮개체(87)의 피복면(88)에는, 리브(89, 89, …)가 병렬방향(V1)으로 이어지며, 각 리브(89)는 직렬방향(V2)에서 서로 인접하는 유지부(81, 81)에 의해 협지(挾持)된다.
본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛(5)의 소전지(21, 21, …) 온도를 조정하기 위해서는, 도 13에 나타내는 온도조정 시스템(101)을 이용하면 된다. 도 13은, 본 실시형태에 있어서 온도조정 시스템(101)의 블록도이다.
본 실시형태에 있어서 온도조정 시스템(101)은, 본 실시형태의 온도조정 유닛(5)과, 펌프(103)와, 열교환기(105)를 구비한다. 펌프(103)를 운전시키면, 액체는 온조조정 시스템(101) 내를 순환한다. 구체적으로, 액체는 열교환기(105)로부터 제 1 관(91) 내를 지나 유로(85) 내로 공급되며, 제 2 관(93) 내를 지나 유로(85) 밖으로 배출되어 열교환기(105)로 되돌아온다. 액체는, 열교환기(105)에 있어서, 각 소전지(21)를 냉각시킬 경우에는 냉각되며, 각 소전지(21)를 따뜻하게 할 경우에는 따뜻해진다.
그럼, 본 실시형태에 관한 전지 모듈(1)의 제조방법을 설명한다. 도 14는, 본 실시형태에 관한 전지 모듈(1)의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 단계(S101)에서, 예를 들어 사출 성형법에 의해 유닛 본체(71)를 제작한다(공정(a)).
다음은, 단계(S102)에서, 유닛 본체(71)와 덮개체(87)를 레이저 용착 또는 열 압착시킨다(공정(b)). 구체적으로는, 먼저 유닛 본체(71)의 제 2 평면부(75)측과 덮개체(87)의 피복면(88)을 대향시킨 후, 덮개체(87)의 각 리브(89)를 직렬방향(V2)에서 서로 인접하는 유지부(81, 81)에 의해 협지한다. 그 후, 덮개체(87)의 피복면(88) 둘레와 유닛 본체(71)의 제 2 평면부(75)측 둘레를 레이저 용착 또는 열 압착시킨다.
이어서, 단계(S103)에서, 소전지(21, 21, …)를 서로 병렬로 접속하여, 조전지(43)를 제작한다(공정(c)).
계속해서, 도시는 생략하나, 온도조정용 유닛(5)을 케이스(3) 수용부(3a) 내에 수용시킨다.
이어서, 단계(S104)에서, 조전지(43)를 온도조정용 유닛(5)으로 삽입한다. 예를 들어, 조전지(43)를 구성하는 소전지(21, 21, …) 각각을 온도조정용 유닛(5)의 유지부(81)에 압입시킨다. 이에 따라, 조전지(43)를 구성하는 소전지(21, 21, …)는, 각각, 유지부(81, 81, …)에 밀착되어 유지된다(공정(d)).
계속해서, 단계(S105)에서, 조전지(43, 43, …)를 서로 직렬로 접속시켜, 조전지의 집합체(7)를 제작한다(공정(c)).
이어서, 도시는 생략하나, 양극단자(13)를 조전지 집합체(7)의 양극 접속판(57)에 접속시키고, 음극단자(15)를 조전지 집합체(7)의 음극 접속판(45)에 접속시킨다. 그 후, 케이스(3) 수용부(3a)의 앞면을 앞면 패널(11)로 덮는다. 그 후, 양극단자(13)를 앞면 패널(11)에 장착된 외부 접속용 양극단자(17)에 접속시키고, 음극단자(15)를 앞면 패널(11)에 장착된 외부 접속용 음극단자(19)에 접속한다. 그리고, 케이스(3) 수용부(3a)의 상면을 덮개(9)로 덮는다. 이와 같이 하여 본 실시형태에 관한 전지 모듈(1)을 제조할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 온도조정용 유닛(5)에서 각 소전지(21)는, 유지부(81)를 규정하는 2개의 측벽부(77, 77) 각각에 밀착되며, 액체에 대해 이 2개의 측벽부(77, 77) 각각을 사이에 둔 위치에 유지된다. 이로써, 조전지의 집합체(7)를 구성하는 모든 소전지(21, 21, …)와 액체 사이에서, 열 에너지를 주고받을 수 있다. 따라서, 전지 모듈(1)에서의 소전지(21, 21, …) 온도차를, 예를 들어 3℃ 정도로 억제할 수 있다. 이로써, 전지 모듈(1)에서의 소전지(21, 21, …)의 수명 차의 저감을 도모할 수 있으므로, 성능이 우수한 전지 모듈(1)을 제공할 수 있다.
또, 본 실시형태의 온도조정 유닛(5)에서, 각 소전지(21)는 유지부(81)에 밀착되어 유지된다. 따라서, 본 실시형태에 관한 전지 모듈(1)이 진동한 경우라도, 온도조정용 유닛(5)에 있어서 소전지(21, 21, …)의 덜컹거림을 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 관한 전지 모듈(1)을, 예를 들어, 진동차단용 플로팅을 개재하는 일없이 전기 자동차의 차체에 직접 장착할 수 있다. 이에 따라, 배치장소에 제한되는 일없이 전지 모듈(1)을 배치할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛(5)에서는, 각 소전지(21)와 액체 사이에서 열 에너지를 주고받을 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 관한 전지 모듈(1)을 구성하는 소전지(21, 21, …)가 일시적인 고부하에 의해 고전류 레이트 방전으로 발열한 경우라도, 온도조정용 유닛(5) 내 액체(예를 들어 물)의 열 용량이 크기 때문에, 공랭식에 비해 소전지(21, 21, …)의 급격한 온도 상승을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 실시형태에서는 일시적인 고부하에 견딜 수 있는 편리성이 우수한 전지 모듈(1)을 제공할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛(5)은 수지로 이루어진다. 따라서, 차량화재 등에 의해 전지 모듈(1)이 외부에서부터 고온에 접하는 경우에는, 그 열에 의해 온도조정용 유닛(5)이 녹는다. 이로써, 액체가 유로(85) 내로부터 유출되므로, 진화를 도모할 수 있다. 이에 따라, 본 실시형태에서는, 안전성이 확보된 전지 모듈(1)을 제공할 수 있다.
본 실시형태에서 온도조정용 유닛(5)을 냉각용 유닛으로서 사용한 경우에는, 소전지(21, 21, …)를 냉각시킬 수 있다. 이로써, 대전류 충전 또는 대전류 방전에 의한 소전지(21)의 승온을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서 온도조정용 유닛(5)을 승온용 유닛으로서 사용한 경우에는, 소전지(21, 21, …)를 따뜻하게 할 수 있다. 이로써, 한냉지에서도 전지 모듈(1)을 사용할 수 있다. 따라서, 환경온도에 제한되는 일없이 충방전 가능한 전지 모듈(1)을 제공할 수 있다.
일반적으로, 리튬이온 이차전지에서 충전 가능한 온도범위는 0℃∼60℃이며, 급속 충전 가능한 온도범위는 10℃∼45℃이고, 실용적인 방전 가능 온도범위는 －20℃∼60℃이다. 이에 따라, 소전지(21)로서 리튬이온 이차전지를 사용한 경우에는, 각 소전지(21)의 온도가 이 온도범위 내에 들어가도록 소전지(21)의 온도를 조정하면 된다.
또, 본 실시형태의 온도조정용 유닛(5)에서 유닛 본체(71)와 덮개체(87)는, 둘레에서 서로 레이저 용착 또는 열 압착되며, 또, 리브(89, 89, …)가 직렬방향(V2)에서 서로 인접하는 유지부(81, 81)에 의해 협지된다. 이에 따라, 온도조정용 유닛(5)에 충격이 가해진 경우라도, 유닛 본체(71)와 덮개체(87)의 고정상태를 유지할 수 있다. 따라서, 유로(85)로부터의 액체 누출을 방지할 수 있다.
또, 본 실시형태의 유닛 본체(17)에서 유지부(81, 81, …)는, 병렬방향(V1)에서 서로 연통된다. 이에 따라, 유지부가 병렬방향(V1)에서 서로 연통되지 않은 경우에 비해, 병렬방향(V1)에서 유지부(81, 81)의 간격을 작게 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 소형인 유닛 본체(71)를 제공할 수 있으므로, 소형인 전지 모듈(1)을 제공할 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 실시형태에서는, 전지 모듈(1)에 있어서 소전지(21, 21, …)를 고밀도로 배치할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 조전지(43)를 구성하는 소전지(21, 21, …)의 각각을 유지부(81)에 밀착시킬 수 있다.
그 뿐만 아니라, 본 실시형태에서는 온도조정 시스템(101)에 있어서 펌프(103)의 소형화를 도모할 수 있다.
상세하게는, 자동차 등의 모터를 구동하기 위해서는, 대전류를 방전시킬 필요가 있다. 대전류를 방전시키는 방법으로서는, 충방전 전류가 큰 소전지를 이용하여 전지 모듈을 구성하는 방법과, 충방전 전류가 그다지 크지 않은 소전지를 복수개 이용하여 전지 모듈을 구성하는 방법을 생각할 수 있다.
전자의 방법에서는, 소전지의 활물질 함유량이 많기 때문에 소전지의 대형화가 발생한다. 대형 소전지의 온도를 조정하기 위해서는, 액체의 순환속도를 빠르게 할 필요가 있다. 이에 따라, 펌프의 대형화가 발생한다.
한편, 후자의 방법에서는(본 실시형태에서 개시한 방법이나), 각 소전지(21)의 활물질 함유량은 그다지 많지 않다. 예를 들어, 각 소전지(21)는, 휴대전화 또는 노트형 PC의 구동용 전원으로서 사용되는 전지와 거의 동일 양의 활물질을 포함하면 된다. 이에 따라, 소전지(21, 21, …)의 대형화를 방지할 수 있다. 따라서, 전자의 방법에 비해, 전지 모듈(1)에 있어서 소전지(21, 21, …)의 표면적이 커지므로, 소전지(21, 21, …)와 액체와의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 액체의 순환속도를 그다지 빠르게 하지 않아도 소전지(21, 21, …)의 온도를 조정할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 펌프(103)의 대형화를 억제할 수 있다.
펌프(103)의 소형화를 도모할 수 있다면, 전지 모듈(1)이 공급하는 전기 에너지 중 소전지(21, 21, …)의 온도를 조정하기 위해 사용하는 전기 에너지가 차지하는 비율을 낮게 억제할 수 있다. 이로써, 본 실시형태에서는, 에너지 절약이 우수한 전지 모듈(1)을 제공할 수 있다.
여기서, 본 실시형태에서는 제 1 평면부, 제 2 평면부 및 측벽부를 이용하여 유닛 본체의 형상을 설명하나, 본 실시형태에서의 유닛 본체의 형성을 다음에 나타내듯이 설명할 수도 있다. 본 실시형태의 유닛 본체에서, 유지부는 수지제 판상부재에서 매트릭스상으로 배치된다. 각 유지부는, 수지제 판상부재의 하면을 밑면으로 하는 오목형으로 형성되며, 병렬방향(V1)에서 서로 연통된다. 수지제 판상부재 중 유지부 이외의 부분은, 수지제 판상부재의 상면을 밑면으로 하는 오목부이며, 유로는 이 오목부와 덮개체에 의해 구성된다.
본 실시형태는, 이하에 나타내는 구성을 가져도 된다.
유지부는, 병렬방향(V1)에서 서로 연통되지 않아도 된다. 이 경우유닛 본체는, 직렬방향(V2)만이 아니라 병렬방향(V1)에서도 수지 성형체(79)를 반복 단위로 하여 연속적으로 형성된다. 그러나, 유지부가 병렬방향(V1)에서 서로 연통되면, 전지 모듈에 있어서 소전지를 고밀도로 배치할 수 있으며, 또, 전지 모듈의 소형화를 도모할 수 있다. 그 뿐만 아니라, 유지부가 병렬방향(V1)에서 서로 연통되면, 직렬방향(V2)에서의 온도조정용 유닛(5)의 강성을 약하게 할 수 있으므로, 온도조정용 유닛(5)에 탄력성을 가지게 할 수 있다. 이에 따라, 조전지를 구성하는 소전지를 유지부에 밀착시킬 수 있다. 이상으로부터, 유지부는 병렬방향(V1)에서 서로 연통되는 것이 바람직하다. 여기서, 직렬방향(V2)에서 온도조정용 유닛(5)의 강성이 너무 약해서 유지부에 의한 소전지의 유지력이 저하되는 경우에는, 병렬방향(V1)에서 일부 유지부를 서로 연통시키면 된다.
제 2 평면부의 개수는, 조전지의 집합체를 구성하는 조전지의 개수와 동일하면 되고, 조전지의 집합체를 구성하는 조전지의 개수보다 많아도 된다.
덮개체는, 유닛 본체의 제 2 평면부측에서 유로를 규정하는 2개의 측벽부 사이만을 막고 있어도 된다. 리브는, 병렬방향(V1)의 일부분에만 형성되어도 되고, 직렬방향(V2)에서 서로 인접하는 연통부에 의해 협지되어도 된다.
제 1 관 및 제 2 관의 한쪽이 배출용 관이며, 다른쪽이 공급용 관이면 된다.
유지부는, 이하의 제 1 및 제 2 변형예의 구조를 가져도 된다. 또, 온도조정용 유닛은, 후술하는 제 2 및 제 3 실시형태의 구조를 가져도 된다.
(제 1 변형예)
도 15는, 제 1 변형예에 있어서, 각 소전지(21)가 유지부(81)에 밀착되고 유지되며 액체가 유로(85)에 공급된 상태를 나타내는 단면도이다. 여기서, 도 15에는 소전지(21, 21, …)의 측면도를 기재한다. 이하에는, 상기 제 1 실시형태(1)와는 다른 점을 주로 설명한다.
본 변형예에서는, 유지부(81)를 규정하는 2개의 측벽부(277, 277) 폭은, 제 1 평면부(73)측에 있어서, 소전지(21)의 폭보다 크다. 구체적으로, 제 1 평면부(73)측에서는, 유지부(81)를 규정하는 2개 측벽부(277, 277)의 에지에는 R면 또는 C면 가공이 실시된다. 이에 따라, 상기 제 1 실시형태에 비해 각 소전지(21)를 유지부(81)에 삽입시키기 쉽다는 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 유지부를 규정하는 2개 측벽부의 에지에 실시하는 R면의 R(지름)을 충분히 크게 하여 제 1 평면부를 R면으로 구성해도 된다.
(제 2 변형예)
도 16은, 제 2 변형예에 있어서, 각 소전지(21)가 유지부(81)에 밀착되어 유지되며 액체가 유로(85)에 공급된 상태를 나타내는 단면도이다. 여기서, 도 16에는 소전지(21, 21, …)의 측면도를 기재한다. 이하에는, 상기 제 1 실시형태와 다른 점을 주로 설명한다.
본 변형예에서는, 유지부(81)를 규정하는 2개의 측벽부(377, 377) 폭은, 제 2 평면부(75)에서 제 1 평면부(73)측을 향함에 따라 크다. 구체적으로는, 유지부(81)를 규정하는 2개의 측벽부(377, 377) 폭은, 제 2 평면부(75)에서는 소전지(21)의 바깥 지름과 거의 동일하나, 제 1 평면부(73)측에서는 소전지(21)의 바깥 지름보다 크다. 이에 따라, 상기 제 1 변형예에 비해 각 소전지(21)를 유지부(81)에 삽입시키기 쉽다는 효과를 얻을 수 있다.
유지부(81)를 규정하는 2개의 측벽부(377, 377) 폭이 제 1 평면부(73)측에서 소전지(21)의 바깥 지름보다 크면 클수록, 각 소전지(21)를 유지부(81)에 삽입시키기 쉽다. 그러나, 유지부(81)를 규정하는 2개의 측벽부(377, 377) 폭이 제 1 평면부(73)측에 있어서 소전지(21)의 바깥 지름보다 너무 크면, 온도조정용 유닛에 의한 소전지(21, 21, …)의 온도조정이 어려워진다. 이들 점에서, 각 유지부(81)를 규정하는 2개의 측벽부(377, 377)는, 각각, 제 2 평면부(75)에 대해 수직인 방향에서(바꾸어 말하면 각 유지부(81)에 밀착되어 유지된 소전지(21)의 축방향에서), 1∼5도 정도 경사지면 된다.
<제 2 실시형태>
상기 제 1 실시형태와 제 2 실시형태에서는, 온도조정용 유닛의 구조가 서로 다르다. 이하에서는, 상기 제 1 실시형태와 다른 부분을 중점적으로 설명한다.
도 17은, 본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛(405)의 사시도이며, 도 17의 (b)는 그 평면도이다. 도 18은 도17의 (b)에 나타내는 ⅩⅧ-ⅩⅧ선의 단면도이며, 도 19는 도 18에 나타내는 단면도에서 각 소전지(21)가 유지부(81)에 밀착되어 유지되며, 액체가 유로(85)에 공급된 상태를 나타내는 단면도이다. 여기서, 도 19에는 소전지(21, 21, …)의 측면도를 기재한다.
본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛(405)은, 블로우 성형법에 의해 성형되며, 제 1 평면부(473)와 제 2 평면부(475)와 측벽부(477)가 일체로 성형된 수지 성형체로 이루어진다. 제 1 평면부(473) 및 측벽부(477)는 각각 상기 제 1 실시형태에서의 제 1 평면부(73) 및 측벽부(77)와 동일하나, 제 2 평면부(475)는 제 1 평면부(473)에 대향한다. 즉, 온도조정용 유닛(405)에는 1개의 제 2 평면부(475)가 존재한다.
본 실시형태의 온도조정용 유닛(405)에서, 각 유지부(81)는, 2개의 측벽부(477, 477)에 의해 규정된다. 또, 유로(85)는, 제 1 평면부(473)와 제 2 평면부(475)와 2개의 측벽부(477, 477)에 의해 둘러싸여 규정된다.
예를 들어 도 19에 나타내는 유지부(81S)에 착안하면, 유지부(81S)는 측벽부(477S)(2)와 측벽부(477T)(1)에 의해 규정된다. 측벽부(477S)(2)는, 제 1 평면부(473S)와 측벽부(477S)(1) 및 제 2 평면부(475S)에 의해 유로(85)를 구성하며, 측벽부(477T)(1)는, 제 1 평면부(473T)와 측벽부(477T)(2)와 제 2 평면부(475T)에 의해 유로(85)를 구성한다. 이에 따라, 소전지(21S)는 측벽부(477S)(2) 및 측벽부(477T)(1) 각각에 밀착되며, 액체에 대해 측벽부(477S)(2) 및 측벽부(477T)(1) 각각을 사이에 둔 위치에 유지된다.
본 실시형태의 온도조정용 유닛(405)에서 소전지(21)의 온도를 조정하기 위해서는, 상기 제 1 실시형태의 온도조정 시스템(101)을 이용하면 된다.
그럼, 본 실시형태에 관한 전지 모듈의 제조방법을 설명한다. 도 20은 본 실시형태에 관한 전지 모듈의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 단계(S201)에서, 예를 들어 블로우 성형에 의해 온도조정용 유닛(405)을 제작한다(공정(e)).
다음에, 단계(S202)에서, 소전지(21, 21, …)를 서로 병렬로 접속하고, 조전지(43)를 제작한다(공정(f)).
이어서, 단계(S203)에서, 조전지(43)를 온도조정용 유닛(405)으로 삽입한다. 예를 들어, 조전지(43)를 구성하는 조전지(21, 21, …) 각각을 온도조정용 유닛(405)의 유지부(81)로 압입한다. 이에 따라, 조전지(43)를 구성하는 소전지(21, 21, …)는, 각각, 유지부(81, 81, …)에 밀착되고 유지된다(공정(g)).
계속해서, 단계(S204)에서, 조전지(43, 43, …)를 서로 직렬로 접속하고, 조전지의 집합체(7)를 제작한다(공정(f)).
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태와 상기 제 1 실시형태에서는 온도조정용 유닛의 구조가 서로 다르다. 그러나, 본 실시형태에서도, 온도조정용 유닛(405)은 수지 성형체로 이루어지며, 각 유지부(81)와 유로(85)는 측벽부(477)를 개재하고 구획된다. 이로써, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 유로(85)는, 제 1 평면부(473)와 제 2 평면부(475)와 2개 측벽부(477, 477)에 의해 둘러싸여 규정된다. 이로써, 본 실시형태에서는, 상기 제 1 실시형태에서의 덮개체(87)가 불필요하므로, 상기 제 1 실시형태에 비해 부품수를 줄일 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는 전지 모듈의 원가를 억제할 수 있으며, 또 전지 모듈의 제조시간을 단축시킬 수 있다.
그 뿐만 아니라, 본 실시형태에서 유로(85)는, 제 1 평면부(473)와 제 2 평면부(475)와 2개의 측벽부(477, 477)에 의해 둘러싸여 규정되므로, 유로(85)로부터의 액체 누출을 상기 제 1 실시형태보다 더 억제할 수 있다. 이에 따라, 소전지(21)로서 물을 싫어하는 전지(예를 들어 리튬이온 이차전지)를 사용한 경우에 효과적이다.
여기서, 본 실시형태에서는 제 1 평면부와 제 2 평면부와 측벽부를 이용하여 온도조정용 유닛의 형상을 설명하나, 본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛의 형상을 다음에 나타내듯이 설명할 수도 있다. 본 실시형태의 온도조정용 유닛에서, 유지부는 수지제 판상부재에서 매트릭스상으로 배치된다. 각 유지부는, 수지제 판상부재의 두께방향으로 관통되며, 병렬방향(V1)에서 서로 연통된다. 수지제 판상부재 중 유지부 이외의 부분은 중공이며, 유로이다.
여기서, 본 실시형태는, 이하에 나타내는 구성을 가져도 된다.
본 실시형태에서는 상세한 것은 생략하나, 유지부는 병렬방향(V1)에서 서로 연통되지 않아도 된다. 그러나, 상기 제 1 실시형태에서 설명한 이유로, 유지부는 병렬방향(V1)에서 서로 연통되는 것이 바람직하다.
유지부는, 상기 제 1 변형예의 유지부라도 되고, 상기 제 2 변형예의 유지부라도 된다.
<제 3 실시형태>
상기 제 2 실시형태에 관한 전지 모듈은, 블로우 성형법에 의해 성형된 온도조정용 유닛을 1개 구비한다. 그런데, 블로우 성형법에서는, 일반적으로 공기를 공급하는 방향에 대해 수직인 방향에 있어서 수지 성형품의 중공부 깊이가 깊어짐에 따라, 수지 성형품의 성형이 어려워진다. 이에 따라, 소전지(21)의 높이가 높아지면, 소전지(21)가 온도조정용 유닛(405)의 상면 또는 하면으로부터 돌출되는 경우가 있다.
그래서, 제 3 실시형태의 온도조정용 유닛(505)에서는, 상기 제 2 실시형태의 온도조정용 유닛(405, 405)을 소전지(21)의 높이방향으로 적층시킨다. 도 21은, 본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛(505)의 사시도이며, 도 22는 도 21에 나타내는 ⅩⅩⅡ-ⅩⅩⅡ선의 단면도이며, 도 23은 도 22에 나타내는 단면도에 있어서 각 소전지(21)가 유지부(81)에 밀착되어 유지되며, 액체가 유로(85)에 공급된 상태를 나타내는 단면도이다. 여기서, 도 23에는 소전지(21, 21, …)의 측면도를 기재한다.
도 22에 나타내듯이, 본 실시형태의 온도조정용 유닛(505)에서는, 상단의 온도조정용 유닛(405)의 제 2 평면부(475)와 하단의 온도조정용 유닛(405)의 제 1 평면부(473)가 서로 대향하며, 상단의 온도조정용 유닛(405)의 유지부(81)와 하단의 온도조정용 유닛(405)의 유지부(81)가 서로 연통된다. 서로 연통된 유지부(81, 81)에는, 소전지(21)가 밀착되고 유지된다.
본 실시형태의 온도조정용 유닛(505)에서 소전지(21)의 온도를 조정하기 위해서는, 도 24에 나타내는 온도조정 시스템(601)을 이용하면 된다. 도 24는, 본 실시형태에 있어서 온도조정 시스템(601)의 블록도이다.
본 실시형태에 있어서 온도조정 시스템(601)은, 상단의 온도조정용 유닛(405), 펌프(603), 및 열교환기(605), 하단의 온도조정용 유닛(405), 펌프(613), 열교환기(615), 및 펌프 제어부(621)를 구비한다. 펌프(603)는, 상단의 온도조정용 유닛(405) 유로(85)의 액체의 순환방향을 제어하고, 펌프(613)는, 하단의 온도조정용 유닛(405) 유로(85)의 액체 순환방향을 제어한다. 펌프 제어부(621)는, 펌프(603)에 의한 액체 순환방향과 펌프(613)에 의한 액체의 순환방향이 서로 역방향이 되도록, 펌프(603)와 펌프(613)를 제어한다.
펌프(603) 및 펌프(613)를 운전시키면, 액체는 상단의 온도조정용 유닛(405)에서는 제 1 관(91)으로부터 공급되어 제 2 관(93)으로부터 배출되는 한편, 하단의 온도조정용 유닛(405)에서는 제 2 관(93)으로부터 공급되어 제 1 관(91)으로부터 배출된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛의 구조는 상기 제 2 실시형태에서의 온도조정용 유닛의 구조와 거의 동일하므로, 상기 제 2 실시형태와 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서 온도조정 시스템(601)에서는, 상단의 온도조정용 유닛(405)과 하단의 온도조정용 유닛(405)에서는 액체의 순환방향이 서로 다르다. 이에 따라, 본 실시형태에서는, 전지 모듈에서의 소전지 온도차를 상기 제 1 및 제 2 실시형태보다 저감시킬 수 있다.
상세하게는, 상기 제 1 및 제 2 실시형태에서, 제 2 관(93)(배출용 관) 근방에 위치하는 소전지(21)는, 제 1 관(91)(공급용 관) 근방에 위치하는 소전지(21)보다 온도조정 되기 어렵다(냉각시키기 어렵거나 따뜻하게 하기 어렵다).
한편, 본 실시형태에서는, 상단 및 하단의 온도조정용 유닛(405, 405)의 제 1 관(91, 91) 근방에 위치하는 소전지(21)는, 상단의 온도조정용 유닛(405)에서는 열교환기(605)에서 온도조정 된 직후의 액체로 온도조정 되나, 하단의 온도조정용 유닛(405)에서는 유로(85)를 흘러 열교환기(615)로 되돌아오기 직전의 액체로 온도조정 된다. 마찬가지로, 상단 및 하단의 온도조정용 유닛(405, 405)의 제 2 관(93, 93) 근방에 위치하는 소전지(21)는, 상단의 온도조정용 유닛(405)에서는 유로(85)를 흘러 열교환기(615)로 되돌아오기 직전의 액체로 온도조정 되나, 하단의 온도조정용 유닛(405)에서는 열교환기(605)에서 온도조정 된 직후의 액체로 온도조정 된다. 이에 따라, 본 실시형태에서는, 전지 모듈에서의 소전지 온도차를 상기 제 1 및 제 2 실시형태보다 더욱 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 액체의 유속(流速)을 그다지 빠르게 하지 않아도 전지 모듈에서의 소전지(21) 온도차를 상기 제 1 및 제 2 실시형태보다 더욱 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 본 실시형태에서 전지 모듈이 공급하는 전기 에너지 중 액체 순환에 필요한 전지 에너지의 비율을, 예를 들어 0.5％ 이하로 억제할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 실시형태보다 에너지 절약이 우수한 전지 모듈을 제공할 수 있다.
여기서, 본 실시형태는, 이하에 나타내는 구성을 가져도 된다.
상단의 온도조정용 유닛과 하단의 온도조정용 유닛이 소전지의 높이 방향에서 서로 간격을 두고 배치되어도 된다.
본 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛은, 상기 제 2 실시형태에서의 온도조정용 유닛을 3개 이상 구비해도 된다. 소전지의 높이와 상기 제 2 실시형태에서의 온도조정용 유닛의 두께로부터, 상기 제 2 실시형태에서의 온도조정용 유닛의 개수를 결정하면 된다.
1개의 펌프에 의해, 상단의 온도조정용 유닛의 유로에서의 액체 순환과 하단의 온도조정용 유닛의 유로에서의 액체 순환을 실행해도 된다. 이 경우에는, 액체를 분기시켜, 제 1 분류(分流)를 상단의 온도조정용 유닛의 유로로 공급하고, 제 2 분류를 하단의 온도조정용 유닛의 유로로 공급하면 된다.
온도조정 시스템에서는, 액체가 순환되는 방향을 상단의 온도조정용 유닛과 하단의 온도조정용 유닛에서 동일하게 해도 된다. 그러나, 상단의 온도조정용 유닛과 하단의 온도조정용 유닛에서 액체가 순환되는 방향을 서로 역으로 하면, 상기 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 상단의 온도조정용 유닛과 하단의 온도조정용 유닛에 의해 액체가 순환되는 방향을 서로 역으로 하는 것이 바람직하다.
제 1 관 및 제 2 관이 앞쪽에 위치하도록 하단의 온도조정용 유닛을 배치하고, 제 1 관 및 제 2 관이 안쪽에 위치하도록 상단의 온도조정용 유닛을 배치해도 된다. 이 온도조정용 유닛에서는, 액체가 순환되는 방향을 상단의 온도조정용 유닛과 하단의 온도조정용 유닛에 의해 동일하게 해도, 전지 모듈에서의 소전지 온도차를 상기 제 1 및 제 2 실시형태보다 더욱 저감시킬 수 있다. 그러나, 이 온도조정용 유닛보다 본 실시형태에서의 온도조정용 유닛이 전지 모듈에서의 소전지 온도차를 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 이 온도조정용 유닛보다 본 실시형태에서의 온도조정용 유닛이 바람직하다.
<그 밖의 실시형태>
상기 제 1∼제 3 실시형태에 있어서 온도조정용 유닛은, 다음에 나타내는 구성이라도 된다.
온도조정용 유닛에 있어서 유지부의 개수는, 조전지의 집합체를 구성하는 소전지의 개수와 동일 개수이면 된다. 그리고, 조전지 집합체를 구성하는 조전지의 개수는 7개에 한정되지 않음은 물론이다. 각 조전지를 구성하는 소전지의 개수는 20개에 한정되지 않는다.
온도조정용 유닛에 있어서 유지부의 횡단면 형상은, 소전지의 외형과 거의 동일하면 된다. 여기서, 소전지는 각형이라도 된다.
상기 제 1∼제 3 실시형태에 있어서 온도조정 시스템은, 다음에 나타내는 구성이라도 된다.
소전지의 온도를 조정하는 액체는, 맹물 이외에, 예를 들어, 에틸렌글리콜과 방청제(anticorrosive)와 물과의 혼합액이라도 되며, 물에 방부제 또는 방곰팡이제가 혼입된 액체라도 된다.
온도조정용 유닛을 승온용 유닛으로서 사용할 경우에는, 히트 펌프를 이용하여 액체를 순환시켜도 된다.
상기 제 1∼제 3 실시형태에 있어서 전지 모듈은, 다음에 나타내는 구성이라도 된다.
전지 모듈은 전동 바이크 또는 전동 놀이기구의 구동용 전원으로서도 사용 가능하다.
전지 모듈의 배치장소는 특별히 한정되지 않는다. 전지 모듈을 전기 자동차의 구동용 전원으로서 사용하는 경우, 전지 모듈을 전기 자동차의 바닥 하부, 자동차의 진행방향 앞쪽(예를 들어 보닛(bonnet) 내), 또는 자동차의 진행방향 뒤쪽(짐칸 내) 등에 배치하면 된다.
케이스, 앞면 패널 및 덮개의 각 재료는 상기 제 1 실시형태에 기재한 재료에 한정되지 않는다.
전지 모듈은, 케이스, 덮개 및 앞면 패널을 구비하지 않아도 된다. 그러나, 전지 모듈이 케이스, 덮개 및 앞면 패널을 구비하고 있으면, 외부로부터의 충격으로 인한 온도조정용 유닛의 파손을 방지할 수 있다. 또, 방향에 신경을 쓰지 않고 전지 모듈을 자동차 등에 탑재시킬 수 있다. 이에 따라, 전지 모듈은 케이스, 덮개 및 앞면 패널을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제 1∼ 제 3 실시형태에 있어서 소전지는, 다음에 나타내는 구성이라도 된다.
소전지는, 리튬이온 이차전지 이외의 이차전지(예를 들어 니켈수소 전지)라도 된다.
양극 및 음극은, 각각, 공지의 구성을 가지면 된다. 또, 양극 활물질, 음극 활물질, 다공질 절연층 및 전해질로는, 각각, 공지의 재료를 사용할 수 있다.
상기 제 1∼제 3 실시형태에 있어서 조전지는, 다음에 나타내는 구성이라도 된다.
전지 케이스의 밑면을 소전지의 음극단자로 해도 된다. 도 25는, 조전지(843)의 분해 사시도이다.
도 25에 나타내는 조전지에서는, 각 소전지(821)의 양극단자(837)는, 배선기판(860)의 양극 접속부(857)에 형성된 관통공(857a)에 삽입 관통되며, 이에 따라 배선기판(860)의 양극 접속부(857)에 접속된다. 또, 각 소전지(821)의 음극단자는, 음극 접속판(869) 및 도통부(870)를 개재하고 배선기판(860)의 음극 접속부(845)에 접속된다.
이와 같이 도 25에 나타내는 조전지(843)에는, 도통부(870)가 소전지(821)의 외측면을 따르도록 설치된다. 이에 따라, 온도조정용 유닛에는, 소전지(821)가 밀착되어 유지되는 유지부뿐만 아니라, 도통부(870)를 수용하기 위한 수용부도 형성하면 된다.
여기서, 도 25에 나타내는 조전지(843)는 도통부(870, 870)를 가진다. 이에 따라, 조전지(843)를 구성하는 소전지(821, 821, …)를 유지하는 온도조정용 유닛에서는, 유지부에 대한 소전지(821)의 밀착도가 상기 제 1∼제 3 실시형태보다 저하된다. 그 뿐만 아니라, 도통부(870, 870)는, 조전지(843)를 구성하는 일부 소전지(821)의 외측면을 따르도록 장착된다. 이에 따라, 도통부(870)가 외측면을 따르도록 배치된 소전지(821, 821)는 도통부(870)가 장착되지 않은 소전지(821, 821, …)에 비해 온도조정 되기 어렵다. 이들 점에서, 조전지에서는 전지 케이스의 외측면 및 상면을 소지의 음극단자로 하는 것이 바람직하다.
음극 전극판, 음극 접속판, 양극 접속판 및 양극 접속편의 각 재료는 상기 제 1 실시형태의 재료에 한정되지 않으며, 이들의 두께는 각각 상기 제 1 실시형태에 기재한 수치에 한정되지 않는다.
음극 전극판은, 소전지를 고정하고 있는 것에 지나지 않으므로, 도전성을 갖지 않아도 된다.
절연판의 상면 및 하면의 각각에는, 양면 테이프가 붙여져 있어도 된다.
음극 접속판, 절연판 및 양극 접속판의 각각에 형성된 관통공의 개수, 그리고, 양극 접속편의 개수는, 조전지를 구성하는 소전지의 개수와 동일 개수이면 된다.
[산업상 이용 가능성]
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 자동차, 전동 바이크 또는 전동 놀이기구 등의 구동용 전원으로서 유용하다.
1 : 전지 모듈 5, 405, 505 : 온도조정용 유닛
7 : 집합체 21 : 소전지
43 : 조전지 71 : 유닛 본체
73, 473 : 제 1 평면부 75, 475 : 제 2 평면부
77, 277, 377, 477 : 측벽부 79 : 수지 성형체
81 : 유지부 85 : 유로
87 : 덮개체 88 : 피복면
89 : 리브 91 : 제 1 관
93 : 제 2 관 101, 601 : 온도조정 시스템
103, 603, 613 : 펌프 621 : 펌프 제어부
L1 : 중심선 V1 : 병렬방향
V2 : 직렬방향

Claims (14)

  1. 서로 전기적으로 접속된 복수의 소전지와,
    상기 소전지의 온도를 조정하는 온도조정용 유닛을 구비하며,
    상기 온도조정용 유닛은,
    제 1 평면부와, 상기 제 1 평면부와는 반대측에 위치하는 제 2 평면부와, 상기 제 1 평면부와 상기 제 2 평면부에 접속된 측벽부가 일체적으로 형성된 수지 성형체로 이루어지고,
    상기 측벽부에 의해, 상기 소전지의 각각을 유지하는 유지부와 상기 소전지의 온도를 조정하는 액체가 흐르는 유로로 구획되며,
    상기 소전지는 상기 측벽부에 의해 구획된 상기 유지부에 밀착되어 유지되는
    전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도조정용 유닛은 유닛 본체와, 덮개체를 가지며,
    상기 유닛 본체는,
    상기 제 1 평면부, 상기 측벽부, 상기 제 2 평면부 및 상기 측벽부가 이 순서로 접속되어 형성된 수지 성형체를 반복 단위로 하여, 연속적으로 형성되고,
    상기 덮개체는 상기 유닛 본체의 상기 제 2 평면부측에 배치되며,
    상기 유로는 상기 제 1 평면부와, 2개의 상기 측벽부와, 상기 덮개체에 의해 규정되고,
    상기 유지부는 2개의 상기 측벽부와, 상기 제 2 평면부에 의해 규정되는
    전지 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 덮개체는 상기 제 2 평면부측에 대향하여 배치되는 피복면과, 상기 피복면에 형성된 리브를 가지며,
    상기 리브는 상기 유로를 규정하는 상기 2개의 측벽부에 의해 협지(挾持)되고,
    상기 피복면의 둘레가 상기 유닛 본체의 둘레에 레이저 용착 또는 열 압착되는
    전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지부는 2개의 상기 측벽에 의해 규정되며,
    상기 유로는 상기 제 1 평면부와 상기 제 2 평면부와 2개의 상기 측벽부에 의해 둘러싸여 규정되는
    전지 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    서로 동일 형상으로 형성된 2개의 상기 온도조정용 유닛을 구비하며,
    상기 2개의 온도조정용 유닛에서는,
    한쪽의 상기 온도조정용 유닛의 상기 제 1 평면부와 다른쪽의 상기 온도조정용 유닛의 상기 제 2 평면부가 서로 대향하며,
    한쪽의 온도조정용 유닛의 상기 유지부와 다른쪽의 상기 온도조정용 유닛의 상기 유지부가 서로 연통되는
    전지 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지부를 규정하는 2개의 상기 측벽부의 폭은 상기 제 1 평면부측에 있어서, 상기 소전지의 폭보다 큰
    전지 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유지부를 규정하는 2개의 상기 측벽부의 폭은 상기 제 2 평면부측에서 상기 제 1 평면부측으로 향함에 따라 큰
    전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소전지는 금속 캔으로 된 전지 케이스를 가지는
    전지 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도조정용 유닛은 상기 액체를 상기 유로에 공급하는 공급부와, 상기 액체를 상기 유로로부터 배출하는 배출부를 추가로 갖는
    전지 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도조정용 유닛은 상기 소전지를 냉각시키는 냉각용 유닛이며,
    상기 액체는 상기 소전지를 냉각시키는 냉매인
    전지 모듈.
  11. 제 2 항에 기재한 전지 모듈의 제조 방법에 있어서,
    사출 성형에 의해 상기 유닛 본체를 형성하는 공정(a)과,
    상기 유닛 본체의 상기 제 2 평면부측에 상기 덮개체를 배치하는 공정(b)과,
    상기 복수의 소전지를 전기적으로 접속시키는 공정(c)과,
    상기 유닛 본체의 상기 유지부 각각에 상기 소전지를 밀착시켜 유지시키는 공정(d)을 구비하는
    전지 모듈의 제조방법.
  12. 제 4 항에 기재한 전지 모듈의 제조 방법에 있어서,
    블로우 성형에 의해 상기 온도조정용 유닛을 형성하는 공정(e)과,
    상기 복수의 소전지를 전기적으로 접속하는 공정(f)과,
    상기 온도조정용 유닛의 상기 유지부 각각에 상기 소전지를 밀착시켜 유지시키는 공정(g)을 구비하는
    전지 모듈의 제조방법.
  13. 제 1 항에 기재한 상기 전지 모듈과,
    상기 유로 내에서 상기 액체를 순환시키는 펌프를 구비한
    온도조정 시스템.
  14. 제 5 항에 기재한 상기 전지 모듈과,
    펌프 제어부를 구비하며,
    상기 펌프 제어부는, 상기 한쪽의 온도조정용 유닛에 형성된 상기 유로 내에서 상기 액체가 순환되는 방향과 상기 다른쪽의 온도조정용 유닛에 형성된 상기 유로 내에서 상기 액체가 순환되는 방향을 서로 역으로 하는
    온도조정 시스템.
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