KR20120023788A - 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

전지 팩은, 복수의 소전지(100)가 배열되어 케이스 내에 수용된 전지 모듈을 복수 개 구비하며, 전지 모듈은, 복수의 소전지(100)가 일렬로 배열된 조전지(200)를 단위로 하여, 조전지(200)가 복수 개 배열되어 구성된다. 전지 모듈은, 조전지(200)가 복수 개 병렬로 배열된 제 1 전지 모듈(300)과, 조전지(200)가 복수 개 직렬로 배열된 제 2 전지 모듈(400A, 400B)을 포함하며, 제 1 전지 모듈(300)과 제 2 전지 모듈(400A, 400B)이 조합되어 전지 팩이 구성된다.

Description

전지 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 복수의 전지로 구성된 전지 모듈을 복수 개 구비한 전지 팩에 관한 것이다.
복수의 전지를 케이스에 수용하여 소정의 전압 및 용량을 출력할 수 있도록 구성한 전지 팩은, 여러 가지 기기, 차량 등의 전원으로서 널리 사용되고 있다. 그 중에서도 범용 전지를 병렬?직렬 접속하여, 소정의 전압 및 용량을 출력하는 조전지를 모듈화하고, 이 전지 모듈을 여러 가지로 조합함으로써, 다양한 용도에 대응 가능하게 하는 기술이 채용되기 시작하고 있다. 이 모듈화 기술은, 전지 모듈에 수용하는 전지를 고성능화 함으로써 전지 모듈 자체의 소형?경량화를 도모할 수 있으므로, 전지 팩을 조립할 시의 작업성이 향상되는 동시에, 차량 등의 한정된 공간에 탑재할 시의 자유도가 향상되는 등, 여러 가지 이점을 갖는다.
그러나, 조전지를 구성하는 각각의 전지는 반드시 성능이 균일하지 않으므로, 예를 들어, 방전 중에는 최저 용량의 전지에 의해 조전지의 전류 용량이 제한되며, 또 충전 중에는 최저 용량의 전지에 의해 조전지 전체의 재충전이 제한된다. 따라서 이러한 제한을 넘어 조전지를 충방전 시킨 경우, 최저 용량 전지의 열화로 인해 조전지의 사이클 수명이 저하되는 등의 문제가 발생할 우려가 있다.
이와 같은 문제를 해결하는 방법으로서, 복수의 전지가 병렬?직렬 접속된 조전지에서, 인접하는 전지를 서로 복합적으로 상호 접속하여 네트워크를 구성하는 기술이 특허문헌 1에 기재되어 있다. 이와 같은 네트워크를 구성함으로써, 특성이 불균일한 전지가 자동 평형화되므로, 특정의 전지가 성능 열화되는 것을 억제할 수 있고, 그 결과 조전지의 사이클 수명을 증대시킬 수 있다.
일본 특허 공표 공보 제 2002-533042 호
전술한 바와 같이, 조전지를 모듈화하고, 이 전지 모듈을 차량 등 한정된 공간의 크기에 맞추어 적절하게 조합함으로써, 소정의 전압 및 용량을 출력하는 전지 팩을 유연하게 탑재할 수 있다.
예를 들어, 원통형 전지를 이차원 배열시켜 전지 모듈을 구성한 경우, 전지 모듈의 바깥치수는 이차원 배열된 원통형 전지의 행렬 수에 따라 정해지는데, 이 바깥치수를 기준으로, 전지 모듈을 나열시키는 개수나, 배치 방향(수직 설치 또는 수평 설치)을 바꿈으로써, 한정된 공간의 크기에 맞추어, 복수의 전지 모듈을 조합한 전지 팩을 탑재할 수 있다.
그러나, 전지 모듈의 바깥치수는, 원통형 전지의 높이나, 이차원으로 배열된 원통형 전지의 행렬 수로 규제되므로, 전지 모듈을 나열시키는 개수나 배치 방향을 바꾸어도 좁은 공간에 탑재할 수 없는 경우도 있어, 한정된 공간에 전지 모듈을 탑재할 시의 자유도는 반드시 충분하다고는 말할 수 없다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은 복수의 전지 모듈을 전지 팩에 있어서, 한정된 공간에 전지 모듈을 탑재할 시의 자유도를 향상시킨 전지 팩을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 복수의 소전지가 일렬로 배열된 조전지를 단위로 하여, 이 조전지를 복수 개 병렬로 배열한 제 1 전지 모듈과, 복수 개 직렬로 배열한 제 2 전지 모듈과의 2종류의 전지 모듈을 준비하고, 이 2 종류의 전지 모듈을 조합하여 전지 팩을 구성하는 것이다.
복수의 조전지를 직렬로 배열한 제 2 전지 모듈의 바깥치수 중 최소 폭은, 조전지를 구성하는 소전지의 최소 폭과 일치한다. 한편, 복수의 조전지를 병렬로 배열한 제 1 전지 모듈의 바깥치수 최소 폭은, 병렬로 배열하는 조전지의 개수에 따라 달라지나, 적어도 소전지의 최소 폭에 대하여 조전지의 개수 배가 된다. 이에 따라 제 1 전지 모듈과 제 2 전지 모듈과의 바깥치수 최소 폭 차를 크게 할 수 있다. 이로써 제 1 전지 모듈을 넓은 공간에, 제 2 전지 모듈을 좁은 공간에 탑재함으로써, 전지 팩을 한정된 공간에 탑재할 시의 자유도를 크게 할 수 있다. 또한, 제 1 전지 모듈 및 제 2 전지 모듈은 모두 복수의 소전지가 일렬로 배열된 조전지를 단위로 구성되므로, 각 전지 모듈을 용이하게 구축할 수 있다.
즉, 본 발명에 관한 전지 팩은, 복수의 소전지가 배열되어 케이스 내에 수용된 전지 모듈을 복수 개 구비한 전지 팩으로서, 전지 모듈은, 복수의 소전지가 일렬로 배열된 조전지를 단위로 하여, 조전지가 복수 개 배열되어 구성되며, 전지 모듈은, 조전지가 복수 개 병렬로 배열된 제 1 전지 모듈과, 조전지가 복수 개 직렬로 배열된 제 2 전지 모듈을 포함하며, 제 1 전지 모듈과 제 2 전지 모듈이 조합되어 전지 팩이 구성된다.
여기서 조전지는, 일렬로 배열된 복수의 소전지가 전기적으로 병렬로 접속되는 것이 바람직하다. 이로써 조전지를 단위로 구성된 제 1 전지 모듈 및 제 2 전지 모듈을 조합하여 구성한 전지 팩에 있어서, 만일 조전지를 구성하는 소전지의 하나가 고장나도, 전지 팩의 전류 공급을 확보할 수 있다.
또한, 조전지는 양극 및 음극의 전극 단자와, 소전지의 충방전을 제어하는 신호를 입출력하는 신호 단자를 구비하는 것이 바람직하다. 이로써 조전지로 구성되는 전지 모듈끼리의 전기적 접속이나 충방전 제어가 용이해진다.
또한 소전지는, 소전지 내에 발생한 가스를 전지 밖으로 배출하는 개방부(안전 밸브)를 구비하며, 조전지는, 소전지의 개방부와 연통된 배기 덕트를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 이로써, 조전지를 구성하는 소전지의 하나가 이상 발열로 인해 안전 밸브가 작동되어 고온 가스가 소전지 밖으로 방출되어도, 고온가스를 주변의 소전지에 노출하는 일없이, 배기 덕트를 거쳐서 조전지 밖으로 방출시킬 수 있다. 그 결과, 만일 조전지를 구성하는 소전지의 하나가 고장나도, 다른 정상인 소전지에 영향을 미치는 일이 없으므로, 안전성이 높은 전지 모듈을 구축할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전지 팩을 바깥치수의 최소 폭이 다른 2 종류의 전지 모듈로 구성하고, 또한, 이 2 종류의 전지 모듈을, 복수의 소전지가 일렬로 배열된 조전지를 단위로 구성함으로써, 한정된 공간에 탑재할 시의 자유도가 큰 전지 팩을 용이하게 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 있어서 전지 모듈에 사용하는 소전지의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 있어서 조전지의 구성을 모식적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3의 (a)는, 본 발명의 일 실시형태에 있어서 조전지의 사시도이고, (b)는 조전지의 단면도이며, (c)는 (b)의 A부의 부분 확대도이다.
도 4의 (a) 내지 (e)는, 본 발명의 일 실시형태에 있어서 제 1 전지 모듈의 구성을 모식적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 있어서 제 1 전지 모듈의 사시도이다.
도 6의 (a) 내지 (e)는, 본 발명의 일 실시형태에 있어서 제 2 전지 모듈의 구성을 모식적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 있어서 제 2 전지 모듈의 사시도이다.
도 8의 (a) 내지 (d)는, 다른 실시형태에 있어서 제 2 전지 모듈의 구성을 모식적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 9는 다른 실시형태에 있어서 제 2 전지 모듈의 사시도이다.
도 10은 복수의 전지 모듈을 구비한 전지 팩을 자동차에 탑재한 예를 나타내는 모식도이다.
도 11의 (a) 및 (b)는 제 1 전지 모듈과 제 2 전지 모듈을 조합한 일례를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위를 일탈하지 않은 범위에서 적절하게 변경 가능하다. 또한, 다른 실시형태와 조합하는 것도 가능하다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서 전지 모듈에 사용하는 전지(이하, "소전지"라 함)(100)의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다. 또한, 본 발명에 있어서 전지 팩은, 복수의 소전지(100)가 일렬로 배열된 조전지를 단위로 하여, 조전지를 복수 개 배열하여 구성되는 전지 모듈의 집합체로서 구성된다.
본 발명에 있어서 조전지를 구성하는 소전지(100)는, 예를 들어 도 1에 나타내는 바와 같이 원통형의 리튬 이온 이차전지를 채용할 수 있다. 이 리튬 이온 이차 전지는 노트북 PC 등 휴대용 전자 기기의 전원으로서 사용되는 범용 전지라도 된다. 이 경우, 고성능의 범용 전지를 전지 모듈의 소전지로서 사용할 수 있으므로, 전지 모듈의 고성능화, 저비용화를 보다 용이하게 도모할 수 있다. 또한, 소전지(100)는 내부 단락 등의 발생으로 인해 전지 내 압력이 상승했을 때, 가스를 전지 밖으로 방출하는 안전 기구를 구비한다. 이하, 도 1을 참조하면서 소전지(100)의 구체적인 구성을 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 양극(1)과 음극(2)이 세퍼레이터(3)를 거쳐서 권회된 전극군(4)이 비수(非水) 전해액과 함께 전지 케이스(7)에 수용된다. 전극군(4)의 상하에는 절연판(9, 10)이 배치되고, 양극(1)은 양극 리드(5)를 거쳐서 필터(12)에 접합되며, 음극(2)은 음극 리드(6)를 거쳐서 음극 단자를 겸한 전지 케이스(7)의 바닥부에 접합된다.
필터(12)는 내측 캡(13)에 접속되며, 내측 캡(13)의 돌기부는 금속제의 밸브체(14)에 접합된다. 또 밸브체(14)는 양극 단자를 겸한 단자판(8)에 접속된다. 그리고 단자판(8), 밸브체(14), 내측 캡(13) 및 필터(12)가 일체로 되어, 가스켓(11)을 거쳐서 전지 케이스(7)의 개구부가 밀봉된다.
소전지(100)에 내부 단락 등이 발생하여 소전지(100) 내 압력이 상승하면, 밸브체(14)가 단자판(8)을 향하여 팽창되어, 내측 캡(13)과 밸브체(14)와의 접합이 분리되면, 전류 경로가 차단된다. 또한, 소전지(100) 내 압력이 상승하면 밸브체(14)가 파단된다. 이로써 소전지(100) 내에 발생한 가스는, 필터(12)의 관통공(12a), 내측 캡(13)의 관통공, 밸브체(14)의 파단 부위, 그리고 단자판(8)의 개방부(8a)를 통하여 외부로 배출된다.
또한, 소전지(100) 내에서 발생한 가스를 외부로 배출하는 안전 기구는 도 1에 도시한 구조에 한정되지 않으며, 다른 구조의 것이라도 된다.
도 2는 본 실시형태에 있어서 조전지(200)의 구성을 모식적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 3의 (a)는 조전지(200)의 사시도이며, 도 3의 (b)는 조전지(200)의 단면도이고, 도 3의 (c)는 도 3의 (b)의 A부의 부분 확대도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 일렬로 배열된 복수(도면에서는 6개)의 소전지(통형 전지)(100)는 케이스(30) 내에 수용되며, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같은 조전지(200)를 구성한다. 여기서 소전지(100)의 양극 단자(8)는 동일방향으로 나란하게 배열되며, 일렬로 배열된 복수의 소전지(100)는 전기적으로 병렬로 접속된다. 이로써 조전지(200)를 단위로 구성된 전지 모듈을 조합하여 구성한 전지 팩에 있어서, 만일 조전지(200)를 구성하는 소전지(100)의 하나가 고장나도, 전지 팩의 전류 공급을 확보할 수 있다.
구체적으로는, 도 2에 나타내는 바와 같이 평판(20)의 표면에 양극 접속판(21)과 음극 접속판(22)이 형성되며, 양극 접속판(21)은 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 평판(20)에 형성된 개구부(20a)를 거쳐서 각 소전지(100)의 양극 단자(8)와 접속된다. 또한, 각 소전지(100)의 음극 단자(전지 케이스(7)의 바닥부)는 음극 버스바에 의해 접속되며, 음극 버스바(23)의 일부로부터 연장된 도통부(24, 24a)를 거쳐서, 평판(20)에 형성된 음극 접속판(22, 22b)에 접속된다. 이로써 각 소전지(100)는, 평판(20)에 형성된 양극 접속판(21) 및 음극 접속판(22)에 의해 전기적으로 병렬 접속된다.
또한, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 평판(20)은 소전지(100)의 일단부(본 실시형태에서는 양극 단자(8)측)에 밀착되어 배치되며, 소전지(100)의 개방부(8a)는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 양극 접속판(21)의 개구부(21b)를 거쳐서, 평판(20)과 덮개(40) 사이의 공간에 형성된 배기 덕트(50)로 연통된다. 이로써, 소전지(100)의 개방부(8a)로부터 배출되는 고온가스는, 평판(20)에 형성된 개구부(20a)를 통하여 배기 덕트(50)로 배출된다. 또한, 배기 덕트(50)는 복수의 소전지(100)에 대하여 거의 밀폐상태로 구획되므로, 배기 덕터(50)로 배출된 고온가스는 주변의 소전지(100)에 노출되는 일없이, 배기 덕트(50)를 통하여, 덮개(40)에 형성된 배출구(40a)로부터 조전지(200) 밖으로 방출시킬 수 있다.
또한, 평판(20)의 일단부는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이 덮개(40)의 배출구(40a)로부터 외부로 연장되며, 양극 접속판(21)의 단부에 배치된 양극 전극 단자(21a) 및 음극 접속판(22)의 단부에 배치된 음극 전극 단자(22a)가 외부로 노출된다. 이로써, 조전지(200)끼리의 전기적 접속이 용이해진다. 또한, 평판(20)은 양극 및 음극의 전극 단자(21a, 22a)나, 소전지(100)의 충방전을 제어하는 신호를 입출력하는 신호 단자(도시 생략)가 형성된 배선기판이라도 된다.
여기서 본 발명의 조전지(200)는, 복수의 소전지(100)가 일렬로 배열되면 되고, 소전지(100)의 양극 단자(8) 방향이나, 소전지(100) 사이의 전기적인 접속관계는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 서로 인접하는 소전지(100)의 양극 단자(8) 방향을 교대로 바꾸어 배열하고, 일렬로 배열된 소전지(100)를 전기적으로 직렬로 접속하도록 해도 된다. 또한, 양극 및 음극의 전극 단자(21a, 22a)나, 소전지(100)의 충방전을 제어하는 신호를 입출력하는 신호 단자는 반드시 조전지(200)에 내장되지 않아도 된다.
또한, 조전지(200)는 반드시 케이스(30)에 수용되지 않아도 된다. 이 경우, 조전지(200)에는 배기 덕트(50)가 형성되지 않으나, 후술하는 바와 같이 복수 개의 조전지(200)로 구성된 전지 모듈을 케이스에 수용함으로써, 전지 모듈에 대하여 배기 덕트를 형성할 수 있다.
본 발명의 전지 팩은 복수의 전지 모듈을 집합시켜 구성되며, 이 전지 모듈은 복수의 소전지(100)가 일렬로 배열된 조전지(200)를 단위로 하여, 조전지(200)를 복수 개 배열하여 구성된다. 그리고 전지 팩을 구성하는 전지 모듈은, 조전지(200)가 복수 개 병렬로 배열된 제 1 전지 모듈과, 조전지(200)가 복수 개 직렬로 배열된 제 2 전지 모듈의 2 종류의 전지 모듈로 이루어지며, 제 1 전지 모듈과 제 2 전지 모듈을 조합하여 전지 팩이 구성된다.
도 4의 (a) 내지 (e)는 본 실시형태에 있어서 제 1 전지 모듈(300)의 구성을 모식적으로 나타내는 분해 사시도이며, 도 5는 제 1 전지 모듈(300)의 사시도이다.
도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이 복수(도면에서는 6개)의 소전지가 일렬로 배열된 조전지(200)를 복수 개(도면에서는 4개) 병렬로 배열하여 제 1 전지 모듈(300)을 구성한다. 여기서 "병렬로 배열한다"란, 복수의 조전지(200)를, 복수의 소전지가 일렬로 배열하는 X방향(열방향)에 대하여 수직인 Y방향으로 배열하는 것을 말한다.
제 1 전지 모듈(300)은 복수 개 병렬로 배열된 조전지(200)의 양극 및 음극이 전기적으로 직렬로 접속된다. 구체적으로는 평판(20) 표면에 형성된 각 조전지(200)의 양극 전극 단자(21a) 및 음극 전극 단자(22a)가 서로 전기적으로 직렬로 접속된다. 또한, X방향으로 배열한 소전지(100)의 음극 단자(전지 케이스의 바닥부)는 음극 버스바(23)에 의해 접속되며, 음극 버스바(23)의 일부로부터 연장된 도통부(24)를 거쳐서, 평판(20)에 형성된 음극 접속판(22)에 접속된다.
여기서 평판(20)은, 도 2에 도시한 바와 같이 각 조전지(200) 마다 배치하는 대신, 제 1 전지 모듈(300) 전체로 하나의 평판(20)을 구성하여도 된다. 또한, 케이스(30)도 조전지(200) 마다 케이스에 수용하는 대신, 제 1 전지 모듈(300) 전체로 하나의 케이스(30)에 수용하고 덮개(40)로 덮어도 된다. 또한, 도 5에 나타내는 바와 같이 평판(20)의 일단부를 덮개(40)의 배출구로부터 외부로 연장시켜, 제 1 전지 모듈(300) 전체의 양극 및 음극의 전극 단자(21a, 22a)를 외부로 노출시켜도 된다. 이로써 제 1 전지 모듈(300)끼리, 혹은 후술하는 제 2 전지 모듈과의 전기적 접속이 용이해진다.
도 6의 (a) 내지 (e)는 본 실시형태에 있어서 제 2 전지 모듈(400A)의 구성을 모식적으로 나타내는 분해 사시도이며, 도 7은 제 2 전지 모듈(400A)의 사시도이다.
도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 복수(도면에서는 6개)의 소전지가 일렬로 배열된 조전지(200)를 복수 개(도면에서는 2개) 직렬로 배열하여 제 2 전지 모듈(400A)을 구성한다. 여기서 "직렬로 배열한다"란, 복수의 조전지(200)를, 복수의 소전지가 일렬로 배열되는 X방향(열방향)에 대하여 평행인 방향으로 배열하는 것을 말한다.
제 2 전지 모듈(400A)은 복수 개 직렬로 배열된 조전지(200)의 양극 및 음극이 전기적으로 직렬로 접속된다. 구체적으로는 평판(20) 표면에 형성된 각 조전지(200)의 양극 접속판(21) 및 음극 접속판(22)이 양극 및 음극의 전극 단자(21a, 22a)를 거쳐서, 서로 전기적으로 직렬로 접속된다. 또 각 조전지(200)의 소전지(100)의 음극 단자(전지 케이스(7)의 바닥부)는 음극 버스바(23)에 의해 접속되며, 음극 버스바(23)의 일부로부터 연장된 도통부(24, 24a)를 거쳐서, 평판(20)에 형성된 음극 접속판(22)에 접속된다.
여기서 평판(20)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 각 조전지(200) 마다 배치하는 대신, 제 2 전지 모듈(400A) 전체로 하나의 평판(20)을 구성하여도 된다. 또 케이스(30)도 조전지(200)별로 케이스에 수용하는 대신, 제 2 전지 모듈(400A) 전체로 하나의 케이스(30)에 수용하고 덮개(40)로 덮어도 된다. 또한, 도 7에 나타내는 바와 같이 평판(20)의 일단부를 덮개(40)의 배출구로부터 외부로 연장시켜, 제 2 전지 모듈(400A) 전체의 양극 및 음극의 전극 단자(21a, 22a)를 외부로 노출시켜도 된다. 이로써 제 2 전지 모듈(400A)끼리, 혹은 제 1 전지 모듈(300)과의 전기적 접속이 용이해진다.
도 8의 (a) 내지 (d)는 다른 실시형태에 있어서 제 2 전지 모듈의 구성을 모식적으로 나타내는 분해 사시도이며, 도 9는 다른 실시형태에 있어서 제 2 전지 모듈(400B)의 사시도이다.
본 발명에서 제 2 전지 모듈은 조전지(200)를 복수 개 직렬로 배열하여 구성되나, "직렬로 배열한다"에는, 도 6의 (a) 내지 (e)에 도시한 바와 같이 복수의 조전지(200)를, 복수의 소전지가 일렬로 배열되는 X방향(열방향)에 대하여 평행인 방향으로 배열되는 형태 외에, 도 8의 (a) 내지 (d)에 나타내는 바와 같이 복수(도면에서는 2개)의 조전지(200)를, 소전지(통형 전지)(100)의 축방향(Z방향)으로 배열하는 형태도 포함된다. 구체적으로는, 평판(20) 표면에 형성된 각 조전지(200)의 양극 접속판(21) 및 음극 접속판(22)이 서로 전기적으로 직렬로 접속된다.
여기서 케이스(30)는, 조전지(200) 마다 케이스에 수용하는 대신, 도 9에 나타내는 바와 같이 제 2 전지 모듈(400B) 전체로 하나의 케이스(30)에 수용하고 덮개(40)로 덮어도 된다. 또한, 평판(20)의 일단부를 덮개(40)의 배출구로부터 외부로 연장시켜, 제 2 전지 모듈(400B) 전체의 양극 및 음극의 전극 단자(21a, 22a)를 외부로 노출시켜도 된다. 이로써 제 2 전지 모듈(400B)끼리, 혹은 제 1 전지 모듈(300) 또는 제 2 전지 모듈(400A)과의 전기적 접속이 용이해진다.
여기서, 조전지(200)가 복수 개 병렬로 배열된 제 1 전지 모듈(300)의 바깥치수는, 도 5에 도시한 바와 같이, 길이(L1)는 소전지(통형 전지)의 지름과, 조전지(200)에서 일렬로 배열된 소전지 개수와의 곱에 의해, 높이(H1)는 소전지의 축방향 높이에 의해, 폭(W1)은 소전지의 지름과 제 1 전지 모듈(300)에서 병렬로 배열된 조전지(200) 개수와의 곱에 의해 각각 정해진다.
또한, 조전지(200)가 복수 개 직렬로 배열된 제 2 전지 모듈(400A)의 바깥치수는, 도 7에 도시한 바와 같이, 길이(L2)는 소전지(통형 전지)의 지름과, 조전지(200)에서 일렬로 배열된 소전지의 개수와, 제 2 전지 모듈(400A)에서 직렬로 배열된 조전지(200) 개수와의 곱에 의해, 높이(H2)는 소전지의 축방향 높이에 의해, 폭(W2)은 소전지의 지름에 의해 각각 정해진다.
또한 조전지(200)가 복수 개 직렬로 배열된 제 2 전지 모듈(400B)의 바깥치수는, 도 9에 도시한 바와 같이, 길이(L3)는 소전지(통형 전지)의 지름과 조전지(200)에서 일렬로 배열된 소전지 개수의 곱에 의해, 높이(H3)는 소전지의 축방향 높이와 제 2 전지 모듈(400B)에서 직렬로 배열된 조전지(200) 개수의 곱에 의해, 폭(W3)은 소전지의 지름에 의해 각각 정해진다.
즉, 복수의 조전지(200)를 직렬로 배열한 제 2 전지 모듈(400A, 400B)의 바깥치수 중 최소 폭(W2, W3)은, 조전지(200)를 구성하는 소전지(통형 전지)의 최소 폭(통형 전지의 지름)과 일치한다. 한편, 복수의 조전지(200)를 병렬로 배열한 제 1 전지 모듈(300)의 바깥치수 최소 폭(W1)은, 병렬로 배열된 조전지(200)의 개수에 따라 달라지나, 적어도 소전지의 최소 폭에 대하여 조전지(200)의 개수 배가 된다. 따라서 제 1 전지 모듈(300)과 제 2 전지 모듈(400A, 400B)의 바깥치수 최소 폭의 차를 크게 할 수 있다. 이로써 제 1 전지 모듈(300)을 넓은 공간에, 제 2 전지 모듈(400A, 400B)을 좁은 공간에 탑재함으로써, 한정된 공간에 전지 팩을 탑재할 시의 자유도를 크게 할 수 있다. 또한, 제 1 전지 모듈(300) 및 제 2 전지 모듈(400A, 400B)은 모두 복수의 소전지가 일렬로 배열된 조전지(200)를 단위로 구성되므로, 각 전지 모듈을 용이하게 구축할 수 있다.
도 10은 복수의 전지 모듈을 구비한 전지 팩을 자동차에 탑재한 예를 나타내는 모식도이다. 뒷좌석 밑에 있는 비교적 넓은 공간에는 제 1 전지 모듈(300)을 높이(H1)를 종방향으로 하여 배치하고, 앞뒤 좌석간의 바닥 밑에 있는 좁은 공간에는 제 2 전지 모듈(400A)을 최소 폭(W2)을 종방향으로 하여 배치함으로써, 한정된 공간에 전지 모듈을 효율적으로 배치할 수 있다.
여기서 본 발명의 전지 팩은, 소정의 전압 및 용량을 출력할 수 있도록, 바깥치수가 다른 2종류의 전지 모듈(제 1 전지 모듈(300)과 제 2 전지 모듈(400A, 400B)을 적절하게 조합하여 구성하면 되고, 각 전지 모듈(300, 400A, 400B)의 개수나 배열 방법은, 전지 팩을 탑재할 공간의 크기에 따라 적절하게 선택하면 된다.
도 11의 (a) 및 (b)는 제 1 전지 모듈(300)과 제 2 전지 모듈(400B)을 조합한 한 예를 나타내는 사시도이다. 도 11의 (a)는 비교적 넓은 공간에 대하여 제 1 전지 모듈(300)을 복수 개(도면에서는 8개) 병렬로 배치하고, 좁은 공간에 대하여 제 2 전지 모듈(400B)을 직렬과 병렬(도면에서는 3개×3개)로 배치한 것이다. 그리고 공간에 여유가 있으면, 제 2 전지 모듈(400B)의 일부를 2단으로 겹쳐도 된다.
또한 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 좁은 공간에 제 2 전지 모듈(400B)을 배치하는 것만이 아니라, 비교적 넓은 공간에 대하여 제 1 전지 모듈(300)을 복수 개(도면에서는 8개) 병렬로 배치하고, 더 남은 공간에 제 2 전지 모듈(400B)을 복수 개(도면에서는 3개) 배치하여도 된다.
여기서, 도 11의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이 제 1 전지 모듈(300)과 제 2 전지 모듈(400B)을 조합한 전지 팩은, 제 1 전지 모듈(300)을 구성하는 조전지(200)에 있어서 소전지의 축방향과, 제 2 전지 모듈(400B)을 구성하는 조전지에 있어서 소전지의 축방향이 서로 직교한다.
또한, 제 1 전지 모듈(300)은 병렬로 배열되는 조전지(200)의 개수에 제한이 없으므로, 제 1 전지 모듈(300)을 구성하는 조전지(200)의 개수는 제 2 전지 모듈(400B)을 구성하는 조전지(200)의 개수보다 많다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 설명했으나, 이러한 기재는 한정사항이 아니며, 물론 여러 가지 개변이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태에 있어서, 제 1 전지 모듈(300) 및 제 2 전지 모듈(400A, 400B)을 구성하는 조전지(200)가 전기적으로 직렬로 접속된 예를 설명했으나, 전기적으로 병렬로 접속되어도 된다. 또한, 소전지(100)로서 원통형 전지를 사용했으나, 각형 전지라도 된다. 또한 소전지의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지 등을 사용할 수 있다.
본 발명은, 자동차, 전동 바이크 또는 전동 놀이기구 등의 구동용 전원으로서 유용하다.
1 : 양극 2 : 음극
3 : 세퍼레이터 4 : 전극군
5 : 양극 리드 6 : 음극 리드
7 : 전지 케이스 8 : 단자판(양극 단자)
8a : 개방부 9, 10 : 절연판
11 : 가스켓 12 : 필터
12a, 13a : 관통공 13 : 내측 캡
14 : 밸브체 20 : 평판
20a, 21b : 개구부 21 : 양극 접속판
21a, 22a : 전극 단자 22 : 음극 접속판
23 : 음극 버스바 24 : 도통부
30 : 케이스 40 : 덮개
40a : 배출구 50 : 배기 덕트
100 : 소전지 200 : 조전지
300 : 제 1 전지 모듈 400A, 400B : 제 2 전지 모듈

Claims (11)

  1. 복수의 소전지가 배열되어 케이스 내에 수용된 전지 모듈을 복수 개 구비한 전지 팩에 있어서,
    상기 전지 모듈은, 상기 복수의 소전지가 일렬로 배열된 조전지를 단위로 하여, 이 조전지가 복수 개 배열되어 구성되며,
    상기 전지 모듈은 상기 조전지가 복수 개 병렬로 배열된 제 1 전지 모듈과, 상기 조전지가 복수 개 직렬로 배열된 제 2 전지 모듈을 포함하며,
    상기 제 1 전지 모듈과 상기 제 2 전지 모듈이 조합되어 상기 전지 팩이 구성되는
    전지 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조전지는 일렬로 배열된 상기 복수의 소전지가 전기적으로 병렬로 접속되는
    전지 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조전지는 양극 및 음극의 전극 단자와, 상기 소전지의 충방전을 제어하는 신호를 입출력하는 신호 단자를 구비하는
    전지 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전지 모듈은 복수 개 병렬로 배열된 상기 조전지의 상기 양극 및 음극의 전극 단자가 전기적으로 직렬로 접속되며,
    상기 제 2 전지 모듈은 복수개 직렬로 배열된 상기 조전지의 상기 양극 및 음극의 전극 단자가 전기적으로 직렬로 접속되는
    전지 팩.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 소전지는 상기 소전지 내에 발생한 가스를 전지 밖으로 배출하는 개방부를 구비하며,
    상기 조전지는 상기 소전지의 개방부와 연통된 배기 덕트를 추가로 구비하는
    전지 팩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배기 덕트는 상기 복수의 소전지의 일단측에 배치된 평판을 가지며,
    상기 소전지의 개방부는 상기 평판에 형성된 관통공을 거쳐서 상기 배기 덕트로 연통되는
    전지 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 평판은 상기 소전지의 일단부에 밀착되어 배치되며,
    상기 배기 덕트는 상기 복수의 소전지에 대하여 밀폐상태로 구획되는
    전지 팩.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 평판은 배선기판으로 구성되며,
    상기 배선기판에는 상기 조전지에 있어서 양극 및 음극의 전극 단자 및 상기 신호 단자에 각각 접속되는 배선이 형성되는
    전지 팩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 소전지는 통형 전지로 구성되며,
    상기 제 1 전지 모듈은 상기 조전지가 일렬로 배열된 상기 복수의 소전지의 열방향과 수직인 방향으로 복수 개 병렬로 배열되고,
    상기 제 2 전지 모듈은 상기 조전지가 상기 소전지의 열방향과 평행인 방향으로, 또는 상기 통형 전지로 구성된 소전지의 축방향으로, 복수 개 직렬로 배열되는
    전지 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전지 모듈을 구성하는 상기 조전지에 있어서 소전지의 축방향과, 상기 제 2 전지 모듈을 구성하는 상기 조전지에 있어서 소전지의 축방향은 서로 직교하는
    전지 팩.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전지 모듈을 구성하는 상기 조전지의 개수는 상기 제 2 전지 모듈을 구성하는 상기 조전지의 개수보다 많은
    전지 팩.
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