KR20120091260A - 전지 시스템 - Google Patents

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KR20120091260A
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cooling
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아키오 구리타
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 전지 시스템은, 2차원적으로 복수 배열된 단전지(2)와, 복수 배열된 단전지(2)를 수용하는 전지 수용 케이스(3)와, 전지 수용 케이스(3)의 아래쪽에 마련되어 전지 수용 케이스(3) 내로 위쪽을 향해 냉각풍 A1을 공급하는 냉각 팬(4)을 구비한다. 전지 수용 케이스(3)의 수용부(9)의 바닥부(9a)에는, 이웃하는 단전지(2)의 간격 d1의 아래쪽에 대응하는 위치에 냉각풍 A1을 도입하는 냉각용 유체 도입구(11)가 마련되어 있고, 전지 수용 케이스(3)의 덮개부(10)의 측부측 및 수용부(9)의 측부(9b)의 상부측 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두에는, 전지 수용 케이스(3) 내의 공기 A2를 배출하는 냉각용 유체 배출구(제 1 냉각용 유체 배출구)(9)가 마련되어 있다. 또, 덮개부(10) 중 수용부(9)측에는, 냉각풍 A1을 실질적으로 균질하게 각 단전지(2)의 단자면(2a)으로 가이드하는 냉각풍 가이드부가 형성되어 있다.

Description

전지 시스템{BATTERY SYSTEM}
본 발명은 전지 수용 케이스 내에 단전지(單電池)가 복수 배열된 전지 팩을 구비한 전지 시스템에 관한 것이다.
본원은 2010년 11월 9일에 일본에 출원된 특허 출원 제2010-251124호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
전기 자동차 등의 전지 시스템에 탑재되는 전지 팩은 전지 수용 케이스 등의 케이스에 복수의 단전지가 조전지(組電池)로서 수용되어 구성되어 있다. 그리고, 전지 수용 케이스 내에서는, 복수의 단전지가 소정의 간격을 두고 버스바(busbar)에 의해 서로의 전극 단자가 접속됨과 아울러, 단전지 사이에는 공기가 유통하는 공간이 형성되어 있다(이하, 이 소정의 간격에 의해서 형성되는 공간을 「측방(側方) 공간」이라고 칭함). 조전지를 구성하는 각 단전지는 충방전에 의해서 발열하기 때문에, 이 전지 수용 케이스 내 혹은 전지 수용 케이스에 접속되고, 단전지로부터 발생한 열을 전지 수용 케이스외에 배출하기 위한 냉각 장치가 마련되어 있다.
이 냉각 장치의 적용예로서, 예컨대 특허문헌 1에는, 인접하는 단전지 상호간의 상기 측방 공간에 냉각풍을 한쪽으로부터 공급함과 아울러 팬이나 블로어 등의 공기 제어 장치에 의해 다른쪽으로부터 흡인함으로써, 상기 측방 공간에 존재하는 공기를 전지 수용 케이스 밖으로 배출하는 장치를 구비한 축전지 시스템(「전지 시스템」에 대응)이 개시되어 있다. 이 축전지 시스템에서는, 쿨러용의 열교환기를 통과한 냉각풍이 단전지간의 측방 공간의 아래쪽으로부터 위쪽으로 향해 공급되고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 제2903913호 공보
일반적으로 단전지는, 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 전지관(電池缶) 내에 수용되고, 이들 양극과 음극은 각각 상기 전극 단자와 접속되어 있다. 그리고, 상기 충방전에 의해 생긴 전류는 전극 단자를 거쳐서 단전지 외부에 공급되기 때문에, 단전지는 전극 단자에서의 발열량이 크고, 전극 단자의 위쪽의 공간에 열이 모이기 쉬운 구조로 되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에 따른 축전지 시스템에서는, 그 도 14 혹은 도 15에 나타내는 바와 같이, 단전지 사이의 측방 공간에 공급된 냉각풍은, 이 측방 공간을 전지 수용 케이스 아래로부터 위로 향해 이동하고, 그대로 상부에 마련된 배출구나 팬 등에 의해서 전지 수용 케이스의 밖으로 배출된다. 즉, 특허문헌 1에 나타내는 구조의 냉각 장치에서는, 발열량이 큰 단전지의 전극 단자 위쪽에 냉각풍이 충분히 공급되지 않고, 발열된 단전지와의 열교환이 불충분한 채 단전지의 측방 공간을 통과하여 전지 수용 케이스의 밖으로 배출되어 버리고 있었다. 이 때문에, 전극 단자를 포함하는 단전지의 단자면을 효율적으로 냉각할 수 없어, 단전지의 열화나 전지 시스템의 성능 저하로 이어지는 한 요인으로 되어 있었다.
본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 수용하는 단전지의 각각을 냉각용 유체에 의해서 효율 좋게 냉각할 수 있는 전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전지 시스템은, 전극 단자가 나란히 배열된 복수의 단전지와, 상기 복수의 단전지를 수용하는 수용부 및 상기 수용부의 개구를 덮는 덮개부를 포함하는 전지 수용 케이스와, 상기 전극 단자가 설치된 면과는 반대측으로부터, 상기 수용부에 수용된 상기 복수의 단전지 사이에 냉각용 유체를 공급하는 냉각 장치를 구비하고, 상기 전지 수용 케이스에는, 상기 냉각용 유체를 상기 수용부에 도입하는 냉각용 유체 도입구와, 상기 수용부로부터 상기 냉각용 유체를 외부로 배출하는 제 1 냉각용 유체 배출구가 형성되고, 상기 덮개부 중 상기 수용부와 대향하는 측에는, 상기 복수의 단전지 각각의 상기 전극 단자를 향해 실질적으로 균질하게 상기 냉각용 유체를 가이드하는 냉각용 유체 가이드부가 형성되게 된다.
본 발명의 전지 시스템에서는, 이웃하는 단전지 사이(「측방 공간」)로 단전지의 아래쪽(전극 단자가 마련된 면과는 반대쪽)으로부터 냉각용 유체를 도입하기 위한 냉각용 유체 도입구와, 덮개부 중 수용부와 대향하는 쪽에서 상기 냉각용 유체를 전극 단자쪽으로 가이드하는 냉각용 유체 가이드부와, 냉각용 유체 가이드부에 의해서 전극 단자쪽으로 가이드된 냉각용 유체를 전지 수용 케이스의 외부로 배출하는 제 1 냉각용 유체 배출구가 전지 수용 케이스에 형성되어 있다.
이것에 의해, 전지 수용 케이스 내에서, 단전지 사이를 통과한 냉각용 유체는, 냉각용 유체 가이드부에 의해서 단전지의 전극 단자가 마련된 단자면을 경유하여 제 1 냉각용 유체 배출구로 향하는 흐름으로 되어, 각 단전지의 전극 단자를 포함하는 단자면을 충분히 냉각할 수 있다.
본 발명의 전지 시스템에 의하면, 각 단전지의 전극 단자를 포함하는 단자면을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 있어서의 전지 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2(a)는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 전지 시스템 중, 전지 팩의 일례를 나타내는 도면으로서 (b)의 A-A선 단면도이고, (b)는(a)의 B-B선 단면도이다.
도 3(a)는 도 2(a)의 C-C선 단면도이고, (b)는 도 2(b)의 D-D선 단면도이다.
도 4는 제 1 실시 형태에 따른 전지 시스템 중, 전지 팩의 덮개부의 수용부측을 나타내는 도면이다.
도 5는 제 1 실시 형태에 따른 전지 시스템 중, 전지 팩을 구성하는 전지 수용 케이스 내의 기류를 설명하는 도면이다.
도 6a의 (a)는 제 2 실시 형태에 따른 전지 시스템 중, 전지 팩의 일례를 나타내는 평면도이고, (b)는 제 2 실시 형태에 따른 전지 시스템 중, 전지 팩의 덮개부의 일례를 나타내는 하면도이다.
도 6b의 (c)는 제 2 실시 형태에 따른 전지 시스템 중, 전지 팩의 덮개부의 다른 일례를 나타내는 상면도이고, (d)는 제 2 실시 형태에 따른 전지 시스템 중, 전지 팩의 다른 일례를 나타내는 평면도이다.
도 7(a)는 제 3 실시 형태에 따른 전지 시스템 중, 전지 팩의 일례를 나타내는 도면으로서 (b)의 E-E선 단면도이고, (b)는 (a)의 F-F선 단면도이다.
도 8(a)는 제 3 실시 형태에 따른 전지 시스템 중, 전지 팩의 덮개부의 수용부측을 나타내는 도면이고, (b)는 덮개부의 수용부측의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 9는 제 4 실시 형태에 따른 전지 시스템을 구성하는 전지 팩의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10(a)는 도 9의 측면도이고, (b)는 도 9의 G-G선 단면도이다.
도 11(a)은 제 5 실시 형태에 따른 전지 시스템 중, 전지 팩의 일례를 나타내는 도면으로서 (b)의 H-H선 단면도이며, (b)는(a)의 상면도이다.
도 12(a)는 제 1 실시 형태의 변형예를 나타내는 도면이고, (b)는 (a)의 상면도이다.
(제 1 실시 형태)
이하, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 전지 시스템, 및 이 전지 시스템에 포함되는 전지 팩에 대해 도 1 내지 도 4에 근거하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서 나타내는 전지 시스템(1)은 복수의 단전지(單電池)(2)로 구성되는 조전지(組電池)(20), CMU와 BMU로 구성되는 제어부(17), 전력 부하(1b), 상위 제어 장치(1c), 입력 장치(1d), 및 출력 장치(1e)를 포함한다.
전지 시스템(1)은, 예컨대 산업 차량이나 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전차, 선박, 비행기, 정치(定置)용 축전 장치 등이며, 하나 또는 복수의 단전지로부터 전력을 공급받아 구동하는 시스템을 총칭하는 것이다. 이하에서는, 전지 시스템(1)으로서 전기 자동차를 예로 하여 설명한다.
단전지(2)는, 대략 사각형 형상으로 형성된 전지관의 내부에, 도시를 생략한 전극판(양극판 및 음극판)이 세퍼레이터를 사이에 두고 수용된 구조로 되어 있다. 단전지(2)로서는, 예컨대 리튬 이온 2차 전지를 예시할 수 있다. 본 발명이 적용 가능한 리튬 이온 2차 전지로서는, 세퍼레이터를 사이에 두고 양극판과 음극판이 복수 적층된 적층형 전지에 한정되지 않고, 1쌍의 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 전지관 내에서 감겨진 권회(捲回)형 전지에도 적용이 가능하다.
이 단전지(2)가 복수 조합되어 조전지(20)를 구성하고 있다. 각 단전지(2)는, 각각이 전기 접속 부재(후술하는 배선이나 버스바 등)에 의해서 직렬 또는 병렬로 접속되고, 전지 수용 케이스(3)(도 2를 이용하여 이후에 상술함) 내에 수용되어 있다. 또, 조전지(20)에서의 각 단전지(2)의 접속은, 직렬 접속, 병렬 접속, 직렬 접속과 병렬 접속을 조합한 접속 중 어느 하나라도 좋지만, 본 실시 형태에서 각 단전지(2)는 서로 직렬로 접속되어 있다. 또한, 각 단전지(2)에는, 단전지(2)의 단자간 전압이나 전지관 전위, 온도 등의 계측값을 계측하는 복수 종류의 계측 센서가 마련되어 있다.
또한, 조전지(20)를 흐르는 전류값은, 예컨대 조전지(20)와 전력 부하(1b) 사이에 마련된 전류계에 의해서 계측된다. 전류계는, 도시하지 않은 ADC(Analog Digital Converter)를 구비하고, 조전지(20)로부터 전력 부하(1b)(후술)로 출력되는 전류 등을 계측하기 위한 전기 계기이다.
전력 부하(1b)는, 제어부(17) 및 상위 제어 장치(1c)(후술)의 제어 하에서, 조전지(20)로부터 전력을 공급받아 동작하는 시스템이나 장치이다. 예컨대 전기 자동차의 경우에는, 조전지(20)로부터 전력을 공급받아 동작하는 전동기(전동 모터 등)가 예시된다.
제어부(17)는, 예컨대, 전류계로부터 취득되는 조전지(20)를 흐르는 전류의 값이나, 각 단전지(2)로부터 상기 계측 센서에 의해 취득되는 계측값을 감시하는 CMU(Cell Monitor Unit)와, 이 CMU로부터 얻어지는 상기 계측값에 근거하여 각 단전지(2)를 관리하는 BMU(Battery Management Unit)를 포함해서 구성되어 있다.
CMU는 도시하지 않은 ADC를 구비하고 있다. ADC는, 상기 복수 종류의 계측 센서(후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 서미스터(8))가 검지하여 출력하는 상기 계측값을 아날로그 신호로서 수신하고, 이들 아날로그 신호를 각각에 대응하는 디지털 신호로 변환한다.
CMU는 ADC에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 계측값에 근거하는 계측 정보를 BMU에 출력한다. 또, 본 실시 형태에서는, CMU는, 복수의 단전지(2)마다(본 실시 형태에서는 4개의 단전지(2)마다) 하나 마련되어 있지만, 단전지(2)와 1대1의 대응으로 마련되더라도 좋고, 또는, BMU에 그 기능을 부가하는 것에 의해 당해 BMU와 일체화하더라도 좋다.
BMU는, 상기 계측 정보를 CMU로부터 수신함과 아울러, 수신한 계측 정보에 근거하여, 충전율 SOC(State of Charge)나 열화도 SOH(State of Health) 등의 연산을 행한다. 이들 CMU와 BMU는 데이터를 송수신하는 버스를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 또한, BMU는 전지 시스템(1)에 탑재되는 상위 제어 장치(1c)와 데이터를 송수신하는 버스를 거쳐서 접속된다.
상위 제어 장치(1c)는 전지 시스템(1)으로서의 전기 자동차에 탑재되는 ECU(Electronic Control Unit) 등의 제어 장치이다. 이 상위 제어 장치(1c)는, 버스를 거쳐서 전력 부하(1b), 후술하는 입력 장치(1d), 출력 장치(1e)와도 접속되고, 전력 부하(1b)의 제어를 포함한 전지 시스템(1)의 전체적인 제어를 행한다.
또한, 상위 제어 장치(1c)는, 전기 자동차의 이용자로부터 입력 장치(1d)를 거쳐서 입력된 명령에 근거하여, 예컨대 조전지(20)의 전류값이나 전압값, 혹은 상기 SOC나 상기 SOH에 근거하는 전지 정보를 출력 장치(1e)로부터 출력하는 제어를 행한다.
입력 장치(1d)는 조전지(20)의 상기 전지 정보를 출력하는 취지의 명령의 입력을 이용자로부터 받아들이는 장치이다. 입력 장치(1d)는, 예컨대 전기 자동차의 계기 패널의 주변에 마련된 스위치류나 터치 패널 등이 적용 가능하다.
출력 장치(1e)는, 조전지(20)의 상기 전지 정보를 시각적으로 또는 음성으로서 출력하는 장치이며, 전기 자동차의 경우에는 계기 패널이나 카 내비게이션(car navigation)용의 모니터, 스피커 등을 들 수 있다. 또한, 출력 장치(1e)에 출력되는 정보는, 상기 전지 정보에 한정되지 않고, 후술하는 냉각 팬(4)의 구동 상태나 풍량의 강도가 출력되어라도 좋다.
본 실시 형태에서는, 이상 설명한 조전지(20) 및 제어부(17)를 포함하고, 전지 팩(1a)이 구성되어 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)에 포함되는 전지 팩(1a)의 상세에 대해 설명한다. 이하에서는, 설명의 편의상, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 이용하여, 단전지(2)의 전극 단자(6)(양극 단자 및 음극 단자)가 직선 상으로 나열되는 방향을 X방향, 단전지(2)의 높이 방향을 Z방향으로 하고, 이들 X방향 및 Z방향과 각각 직교하는 방향을 Y방향으로 하여 설명한다.
도 2(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 전지 팩(1a)은, 조전지(20)를 구성하는 복수의 단전지(2)와, 이러한 단전지(2)를 수용하는 전지 수용 케이스(3)와, 전지 수용 케이스(3) 내에 수용된 단전지(2)에 냉각용 유체 A1을 공급하는 냉각 장치로서의 냉각 팬(4)과, 냉각 팬(4)의 구동을 제어함과 아울러 각 단전지(2)의 온도나 단자간 전압 등을 감시하는 제어부(17)를 포함하여 구성되어 있다. 또, 설명의 편의상, 각 단전지(2) 사이에서의 배선, 및 각 단전지(2)와 제어부(17) 사이에 형성되는 배선은 각각 생략되어 있다.
각 단전지(2)의 단자면(2a)에는, 전극 단자(6)(양극 단자 또는 음극 단자)가 전지관으로부터 Z방향의 양의 측으로 돌출하여 마련되어 있다. 이와 같이, 전지 수용 케이스(3)는 적어도 임의의 일면(一面)에 전극 단자(6)가 형성되는 단자면(2a)을 갖고 있다.
이들 단전지(2)는, 이후에 상술하는 전지 수용 케이스(3) 내에서, 각각 전극 단자(6)의 돌출 방향이 동일 방향으로 되도록 하여 2차원적으로 복수 배열되어 있다. 본 실시 형태에서는, 전지 수용 케이스(3) 내에서 2행 2열로 되도록 4개의 단전지(2)가 배열되어 있고, 이웃하는 단전지(2) 사이에는, 소정의 간격 d1이 마련되어 있다. 이들 복수의 단전지(2)는, 예컨대 전극 단자(6)끼리가 도시하지 않은 배선으로 접속되어 있다. 또, 후술하는 제 4 실시 형태에서 설명하는 버스바에 의해서, 복수의 단전지(2)의 전극 단자(6)끼리가 접속되어 있더라도 좋다.
이하에서, 조전지(20)는, 각 단전지(2)의 단자면(2a)이 위쪽(Z축 상에서 음으로부터 양의 측으로 향하는 방향이며, 이하의 설명에서도 마찬가지임)을 향하도록, 즉 전극 단자(6)가 위쪽으로 돌출하도록 배치되어 있는 것으로 하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 각 단전지(2)에는 복수 종류의 상기 계측 센서가 마련되어 있지만, 제 1 실시 형태에서는, 상기 계측 센서의 일례로서 각 단전지(2)의 온도를 계측하는 서미스터(8)가 이용되고 있다. 각 단전지(2)에서의 서미스터(8)의 설치 위치로서는 특별히 제한은 없지만, 전지 수용 케이스(3) 내에 배열된 복수의 단전지(2)에서의 중앙에 근접하도록, 각 단전지(2)에서의 전지관 표면 중 상기 중앙측에 가까운 위치에 편재하여 마련되는 것이 바람직하다. 전지 수용 케이스(3) 내에서는, 복수의 단전지(2)의 중심측의 온도가 상승하기 쉽기 때문에, 이 부분의 온도를 효과적으로 검출할 수 있기 때문이다.
서미스터(8)는, 도시는 생략하지만, 예컨대, 온도에 의해서 저항값이 변화하는 서미스터 소자를 포함한 감온부(感溫部)와, 전원 및 검출 저항을 갖는 외부 부착 회로부로 이루어진다. 그리고, 서미스터 소자의 저항값(아날로그 신호)의 변화에 의해서 변화되는 검출 저항의 단자 전압으로부터 감온부의 온도를 검출하고, 검출한 온도 정보를 제어부(17)에 송신한다.
제어부(17)는, 서미스터(8)로부터 취득되는 온도 정보에 근거하여, 후술하는 냉각 팬(4)을 구동시키는 제어를 행한다. 구체적으로 제어부(17)는, 각 단전지(2)에 마련된 각각의 서미스터(8)로부터 소정의 주기로 온도 정보를 취득하고 있으며, 취득한 온도 정보 중 어느 하나가 임의로 설정된 설정 온도 이상으로 된 것을 검출하면, 냉각 팬(4)을 구동시켜 복수의 단전지(2)의 냉각을 행한다. 이 경우, 제어부(17)는, 각 서미스터(8)로부터 취득한 온도 정보 중 최저의 온도에 근거하여 냉각 팬(4)을 구동시키더라도 좋고, 각 서미스터(8)로부터 취득된 온도 정보의 평균값에 근거하여 냉각 팬(4)을 구동시키더라도 좋다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 제어부(17)는, 전지 수용 케이스(3)의 외부에 배치되어 있으며, 도시를 생략한 고정 부재를 거쳐서 전지 수용 케이스(3)와 고정되어 있다. 또, 이 제어부(17)의 배치 형태에 특별히 제한은 없으며, 예컨대 전지 수용 케이스(3)와는 별체(別體)로 형성된 수용 케이스 내에 제어부(17)가 배치되더라도 좋고, 전지 수용 케이스(3)를 구성하는 수용부(9)(후술)의 측부(9b)에 고정되어 있더라도 좋다.
제어부(17)에 의해서 구동이 제어되는 냉각 팬(4)은, 상기 수용부(9) 내에 배열된 4개의 단전지(2)의 하부(Z축 상에서 양으로부터 음의 측으로 향하는 방향이며, 이하의 설명에서 마찬가지임)에 배치되는 수용 케이스(18) 내에 수용되어 있다. 수용 케이스(18)는, 통로를 갖는 오목 형상의 케이스이며, Z방향으로부터 평면을 본 경우의 형상이 전지 수용 케이스(3)와 대략 동일하게 되어 있다. 수용 케이스(18)는 상술한 통로가 수용부(9)의 바닥부(9a)와 맞춰지도록, 전지 수용 케이스(3)와 공지의 고정 수단(접착제나 볼트 등)으로 접속되어 있다.
냉각 팬(4)은 상술한 개구를 거쳐서 위쪽에 존재하는 복수의 단전지(2)를 향해 냉각용 유체 A1을 공급한다. 냉각용 유체로서 특별히 한정은 없지만, 예컨대 공기나, 탄산 가스나 질소 가스 등의 불활성 가스 등을 예시할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 냉각용 유체 A1로서 공기(이하, 「냉각풍 A1」이라고 칭함)가 냉각 팬(4)으로부터 송풍된다.
이 냉각 팬(4)은, 수용 케이스(18) 내에서, 제어부(17)와 도시를 생략한 배선을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 냉각 팬(4)은, 단전지(2)로부터 구동에 필요한 동력이 공급되고, 상기한 제어부(17)에 의해서 그 구동이 제어된다.
또, 본 발명에 있어서, 전지 팩(1a)에 냉각 팬(4)은 반드시 구비될 필요는 없으며, 예컨대 전지 팩(1a)이 내장되는 전기 자동차 전지 시스템에 구비된 다른 송풍 기구로부터 냉각풍을 전지 팩(1a) 내에 공급하도록 하더라도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, 수용 케이스(18)와 전지 수용 케이스(3)는 별체로 구성했지만, 이들을 일체화하여 전지 수용 케이스(3)의 아래쪽에 냉각 팬(4)을 수용하는 형태로 하더라도 좋다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 전지 수용 케이스(3)의 외측에 제어부(17)를 배치하는 형태로 했지만, 이것에 한정되지 않고 전지 수용 케이스(3) 내나 수용 케이스(18) 내에 제어부(17)를 배치하더라도 좋다.
다음으로, 본 실시 형태의 전지 팩(1a)에서의 전지 수용 케이스(3)의 상세한 구조에 대해 설명한다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 전지 수용 케이스(3)는, 상부가 개구된 대략 사각형 형상의 용기로서 복수의 단전지(2)가 수용되는 수용부(9)와, 수용부(9)의 상기한 개구를 덮는 덮개부(10)로 이루어진다. 이들 수용부(9)와 덮개부(10)는, 각각 예컨대 알루미늄 등의 금속, 혹은 플라스틱 등의 수지 등으로 형성되어 있다.
수용부(9)는, 바닥부(9a)와 측부(9b)로 구성되어 있고, 바닥부(9a) 중 이웃하는 단전지(2) 사이에는 단부(段部)(12)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 수용부(9) 내에 4개의 단전지(2)가 수용되어 있기 때문에, 이 단부(12)는 Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에 +자형의 형상(도 2(b) 참조)으로 되어 있다.
이 단부(12)에는, 냉각 팬(4)으로부터의 냉각풍 A1을 도입하는 구멍부인 냉각용 유체 도입구(11)가 형성되어 있다. 구체적으로, 냉각용 유체 도입구(11)는, 단부(12)를 따라 +자를 그리도록 소정의 간격을 두고 복수 형성되어 있고, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 수용부(9)의 바닥부(9a)의 외연(外緣)측(단전지(2)의 측면과 수용부(9)의 측부(9b) 사이)에는 마련되어 있지 않다. 즉, 복수의 냉각용 유체 도입구(11)는, Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에, 단부(12) 중 이웃하는 단전지(2)의 측면에 의해 끼이는 영역에 마련되어 있다. 후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 전지 수용 케이스(3)의 중앙으로부터 외연측으로 향해 냉각풍이 흘러가므로, 이 냉각풍의 흐름을 저해하지 않도록 할 필요가 있기 때문이다.
도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 단부(12)의 꼭대기면(12a)은 단전지(2)가 설치되어 있는 바닥부(9a)보다 Z방향에서의 위치가 높아지도록 형성되어 있다. 이것에 의해, 단부(12)는 수용부(9) 내에 복수의 단전지(2)가 수용되어 배치될 때의 위치 결정용 가이드로서도 기능한다. 한편, 단부(12)의 내부는 중공(中空) 형상으로 되어 있으며, 냉각 팬(4)측(Z방향의 음측)에서 보면 오목부 형상으로 형성되어 있다. 이 단부(12)의 꼭대기면(12a)에, 상술한 냉각용 유체 도입구(11)가 복수 마련되어 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 냉각용 유체 도입구(11)는, 원 형상의 구멍으로서 복수 마련되어 있지만, 타원 형상으로서 복수 마련되더라도 좋고, 타원 형상의 슬릿으로서 이웃하는 단전지(2)의 측면 사이에 각각 1개 마련되더라도 좋다.
한편, 수용부(9)의 각 측부(9b)에는, 전지 수용 케이스(3) 내의 공기 A2를 배출하는 냉각용 유체 배출구(제 1 냉각용 유체 배출구)(13)가 복수 마련되어 있다. 이 공기 A2는, 예컨대 수용부(9) 내에 존재하는 공기나, 단전지(2)의 각 부위와 열교환을 행한 후의 냉각풍 A1이다. 즉, 제어부(17)의 제어 하에서 냉각 팬(4)이 구동을 개시한 당초는 수용부(9) 내에 존재하는 공기가 우선 냉각용 유체 배출구(13)로부터 배출되게 된다. 그리고, 냉각 팬(4)이 구동하여 어느 정도 시간이 경과한 후에는, 냉각 팬(4)에 의해서 수용부(9) 내에 도입된 냉각풍 A1이 냉각용 유체 배출구(13)로부터 배출되게 된다.
냉각용 유체 배출구(13)는, 각 측부(9b)를 관통하는 원 형상의 구멍이며, 수용부(9)의 각 측부(9b)에 예컨대 2개소씩 균등하게 마련되어 있다. 그리고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 이 냉각용 유체 배출구(13)의 Z방향에서의 위치는, 단전지(2)의 높이(바닥부(9a)를 기준으로 한 Z방향 양측에서의 위치는 전극 단자(6)의 꼭대기면에서의 위치)의 1/2에 상당하는 위치보다 위쪽이며, 단전지(2)의 단자면(2a)보다 약간 아래쪽에 위치하고 있다.
냉각용 유체 배출구(13)는, 수용부(9)의 측부(9b)에 마련되어 있기 때문에, 냉각용 유체 도입구(11)와는 연직(鉛直)(Z) 방향과 겹쳐지 않도록 되어 있다. 이 때문에, 냉각 팬(4)으로부터 송풍 되는 냉각풍 A1은, 냉각용 유체 도입구(11)를 통해 수용부(9) 내에 들어간 후에, 그대로 전지 수용 케이스(3) 밖으로 배출되는 일이 없다. 환언하면, 냉각용 유체 도입구(11)로부터 전지 수용 케이스(3) 내에 들어간 냉각풍 A1은, 덮개부(10)에서 그 방향을 바꾸고, 각 단전지(2)의 전극 단자(6) 및 그 위쪽으로 도입되게 된다. 이것에 의해, 발열량이 큰 각 단전지(2)의 전극 단자 및 게다가 분을 효율적으로 냉각할 수 있다.
또, 냉각용 유체 배출구(13)는, 수용부(9)의 모든 측부(9b)에 마련되지 않더라도 좋고, 대향하는 1쌍의 측부(9b)에만 마련되더라도 좋다. 예컨대, 복수의 전지 팩(1a)이 일렬로 배열되어 설치되는 경우에는, 이웃하는 전지 팩(1a)의 냉각용 유체 배출구(13)끼리가 대향하면, 각 전지 팩(1a)으로부터 배출된 공기 A2끼리가 충돌하여, 효율 좋게 공기 A2를 전지 팩(1a) 내로부터 배출할 수 없다. 따라서, 이러한 경우에는, 다른 전지 팩(1a)과 인접하지 않는 쪽에서의 1쌍의 측부(9b)에 냉각용 유체 배출구(13)를 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 배열된 전지 팩(1a) 사이의 간격 등을 고려하여 냉각용 유체 배출구(13)의 위치를 설정하면 좋다. 즉, 복수의 전지 팩(1a) 사이의 간격이 충분히 넓고, 이웃하는 전지 팩(1a) 사이에 냉각용 유체 배출구(13)로부터 배출되는 공기 A2끼리가 간섭하지 않는 경우에는, 각각 수용부(9)의 각 측부(9b)에 냉각용 유체 배출구(13)를 마련하더라도 좋다.
도 3, 4에 나타내는 바와 같이, 덮개부(10)에는, 냉각용 유체 도입구(11)로부터 수용부(9) 내에 유입되는 냉각풍 A1을 단전지(2)의 전극 단자(6) 및 그 위쪽으로 가이드하는 냉각풍 가이드부(냉각용 유체 가이드부)가 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 냉각풍 가이드부로서 덮개부(10) 중 수용부(9)로 면하는 쪽에 돌기부(14)가 수용부(9) 측으로 돌출하여 마련되어 있다. 돌기부(14)는, 상기한 덮개부(10)의 수용부(9)측의 면 중 이웃하는 단전지(2) 사이의 간격 d1에 의해서 형성되는 측방 공간의 위쪽에 대응하는 위치에 형성되어 있다.
돌기부(14)는, 그 선단(14a)으로부터 덮개부(10)측으로 향해 서서히 단면(斷面)(XY 평면과 평행한 면을 기준으로 한 단면)의 폭이 넓어진 측면(14b)을 갖고 있다. 보다 구체적으로는, 돌기부(14)의 측면(14b)은, 도 3(a)에서는 선단(14a)으로부터 덮개부(10)측의 기슭부(14c)로 향해 X방향에서의 단면의 폭이 서서히 넓어지고 있는 한편, 도 3(b)에서는 선단(14a)으로부터 덮개부(10)측으로 향해 Y방향에서의 단면의 폭이 서서히 넓어진 형상으로 된다.
돌기부(14)의 선단(14a)의 Z방향에서의 높이에 특별히 한정은 없지만, Z방향에서 단전지(2)의 전극 단자(6)보다 위쪽에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 돌기부(14)의 측면(14b)이 전극 단자(6) 혹은 도시를 생략한 버스바와 간섭하여 버리는 것을 회피할 수 있기 때문이다.
또, 덮개부(10) 상에 형성되는 돌기부(14)는, 덮개부(10)와 일체로 형성되고 있어도 좋고, 덮개부(10)과는 다른 부재로 형성되고 있어도 좋다. 돌기부(14)가 덮개부(10)와 일체로 형성되는 경우에는, 예컨대 사출 성형에 의해서 형성된다.
돌기부(14)의 측면(14b)은, 선단(14a)으로부터 덮개부(10)측으로 향해 만곡되어 있어도 좋고, 평면 형상이어도 좋다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 돌기부(14)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에 덮개부(10) 내에서 +자 형상으로 되어 있다. 또, 돌기부(14)의 기슭부(14c) 사이를 규정하는 길이 T는 이웃하는 단전지(2)의 간격 d1보다 큰 것이 바람직하다. 이것에 의해, 돌기부(14)의 측면(14b)에서 가이드되는 냉각풍 A1이 덮개부(10)에서 반사되어 단전지(2)의 측방 공간으로 역류하게 되는 것을 억제할 수 있기 때문이다.
다음으로, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)에 포함되는 전지 팩(1a)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
전지 시스템(1)이 가동하여 전지 팩(1a) 내의 조전지(20)가 충방전을 행하고 있을 때에, 제어부(17)는 조전지(20)를 구성하는 각 단전지(2)에 설치된 각 서미스터(8)로부터 온도 정보를 소정의 기간마다 취득하고 있다.
제어부(17)는, 예컨대 하나 이상의 서미스터(8)로부터 취득한 온도 정보가, 상술한 설정 온도(예컨대 40℃) 이상인 것을 검출하면, 냉각 팬(4)을 구동하는 구동 신호를 당해 냉각 팬(4)에 송신한다.
그리고, 구동 신호를 수신한 냉각 팬(4)이 구동하는 것에 의해, 냉각 팬(4)으로부터 냉각용 유체 도입구(11)를 통해 전지 수용 케이스(3) 내로 냉각풍 A1이 도입된다. 이 때, 상위 제어 장치(1c)는, 제어부(17)로부터, 냉각 팬(4)의 구동 상태(예컨대 냉각 팬의 풍량이나 ON/OFF에 관한 냉각 팬(4) 상태)에 관한 정보를 취득하는 제어를 행함과 아울러, 이들 냉각 팬(4)의 구동 상태를 출력 장치(1e)에 출력하는 제어를 행하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 사용자(예컨대 전기 자동차의 드라이버)는 전지 팩(1a) 내의 각 단전지(2)의 상태를 보다 적절히 파악할 수 있다.
이하, 냉각용 유체 도입구(11)로부터 전지 수용 케이스(3) 내로 도입된 냉각풍 A1의 흐름을 상세히 설명한다.
우선 냉각 팬(4)으로부터 송풍된 냉각풍 A1은 단부(12)에 가이드되어 냉각용 유체 도입구(11)를 통과해서 전지 수용 케이스(3) 내로 위쪽을 향해 도입된다.
한편, 전지 수용 케이스(3) 내에 도입된 냉각풍 A1은 이웃하는 단전지(2) 사이에 존재하는 측방 공간을 빠져나가 수용부(9)의 위쪽으로 이동한다. 또, 냉각풍 A1이 측방 공간을 통과할 때에, 단전지(2)의 측면과의 사이에서 열교환이 행해지고, 이것에 의해 단전지(2)의 측면이 냉각된다.
계속해서, 측방 공간을 통과한 냉각풍 A1은 전지 수용 케이스(3)의 덮개부(10)에 도달한다.
본 실시 형태에서는, 덮개부(10) 중 수용부(9)측에는 냉각풍 가이드부로서의 돌기부(14)가 마련되어 있다. 따라서, 덮개부(10)에 도달한 냉각풍 A1은, 이 돌기부(14)의 측면(14b)으로 가이드되어 단전지(2)의 전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a) 및 그 위쪽을 향해 그 흐름을 바꾼다. 상술한 바와 같이, 덮개부(10)에 형성되는 돌기부(14)는, Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에 +자 형상으로 되어 있기 때문에, 냉각풍 A1은 각 단전지(2)의 위쪽을 향해 실질적으로 균질하게 분산되게 된다.
그 후, 냉각풍 A1은, 각 단전지(2)의 전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a) 및 그 위쪽을 통과할 때에, 전극 단자(6) 및 단자면(2a) 사이에서 열교환을 행하고, 이것에 의해 단전지(2)의 전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a)이 냉각된다.
전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a) 및 그 위쪽을 통과한 냉각풍 A1은, 계속해서 수용부(9)의 측부(9b)에 형성된 냉각용 유체 배출구(13)로부터 전지 팩(1a)의 외부로 배출된다.
이와 같이, 냉각 팬(4)에 의해서 송풍 된 냉각풍 A1은, 냉각용 유체 도입구(11)로부터 전지 수용 케이스(3) 내의 수용부(9)로 도입되고, 단전지(2)의 각 부위(측면, 전극 단자(6)나 단자면(2a) 등) 사이에 열교환을 행한 후에, 냉각용 유체 배출구(13)로부터 전지 수용 케이스(3)의 외부로 배출된다. 이 때, 냉각풍 A1에 의해서 형성되는 기류는, 도 3 및 도 5 중의 화살표로 나타내는 바와 같이, 냉각용 유체 도입구(11)로부터 위쪽으로 향하고, 덮개부(10)에 마련된 돌기부(14)의 측면(14b)을 따라 대략 수평 방향으로 냉각용 유체 배출구(13)로 향하는 흐르게(이 때, 각 단전지(2)에 실질적으로 균질하게 냉각풍 A1이 흐르고 있는 것에 주목하고자 함) 된다.
또, 냉각용 유체 배출구(13)로부터 전지 수용 케이스(3) 밖으로 배출된 공기 A2(냉각풍 A1을 포함함)는, 예컨대 전지 수용 케이스(3) 밖에 별체로서 마련된 도시하지 않는 팬 등에 의해서 전지 시스템(1)의 외부로 배출되는 것이 바람직하다.
상술한 제 1 실시 형태에 의한 전지 팩(1a)을 포함하는 전지 시스템(1)에 의하면, 다음에 나타내는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 전지 팩(1a)에 포함되는 조전지(20)를 냉각하는 경우, 각 단전지(2)의 상면(전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a))을 어떻게 해야 균질하게 냉각시키는지가 중요해진다.
이 경우, 예컨대 냉각 팬(4)을 복수 마련하고, 하나의 냉각 팬(4)을 수용부(9)의 측부(9b) 위쪽에 마련하여 단전지(2)의 상면을 냉각하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 복수의 냉각 팬(4)을 단순히 마련하는 것만으로는, 비용 상승의 요인으로 될 뿐만 아니라 전지 팩(1a)이 대형화되어 버려, 한정된 스페이스에 단전지(2)를 아주 조밀하게 채워야된다고 하는 설계상 및 사양상의 요구를 만족시키는 것이 곤란하게 된다. 특히 전지 시스템(1)이 전기 자동차인 경우에는, 전지 팩(1a)을 탑재할 수 있는 스페이스는 유한하고, 상기 요구를 만족시킬 수 없는 경우에는 제품 가치의 향상을 방해하는 한 요인으로도 되게 된다.
또, 예컨대 수용부(9)의 측부(9b)에 어떠한 가이드 기구를 마련하여 측방 공간에서의 냉각풍 A1의 흐름을 조정하는 것도 생각할 수 있을지도 모른다. 분명히 단전지의 측방에서도 발열이 생기므로 일정한 효과는 기대할 수 있지만, 단전지의 측방 공간에 흐르는 냉각풍을 가이드하여 조정하는 것만으로는, 상기 각 단전지의 상면에 대한 균질인 냉각이라고 하는 관점에서는 효과적인 해결 수법으로는 될 수 없다.
한편, 제 1 실시 형태에 따른 전지 팩(1a)을 포함하는 전지 시스템(1)에 의하면, 냉각풍 가이드부로서의 돌기부(14)를 덮개부(10)에 구비하게 된다. 이것에 의해, 이웃하는 단전지(2) 사이에 존재하는 측방 공간을 통과하여 전지 수용 케이스(3) 내의 위쪽에 도달한 냉각풍 A1은, 각각의 단전지(2)의 단자면(2a)을 따라, 수용부(9)의 측부(9b)에 형성된 냉각용 유체 배출구(13)로 이동한다. 따라서, 단일의 냉각 팬(4)에 의해서, 마치 복수의 냉각 팬(4)을 배치한 바와 같이 냉각풍 A1의 흐름을 전지 수용 케이스(3) 내에 창출할 수 있기 때문에, 전극 단자(6)를 포함하는 단전지(2)의 단자면(2a)을 효율 좋게 냉각할 수 있다.
또한, 돌기부(14)에 의해서 가이드 된 냉각풍 A1은 균질(실질적으로 균등)하게 수용부(9) 내에 배치된 복수의 단전지(2)로 향하는 흐름으로 된다.
이것에 의해, 전지 팩(1a)의 대형화 및 비용 상승을 회피하면서, 각 단전지(2)의 전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a)으로부터 발생한 열을 보다 균질하게 냉각할 수 있는 전지 시스템을 실현할 수 있다.
상기 구성에 부가하여, 수용부(9)의 측부(9b)에 형성되는 각 냉각용 유체 배출구(13)의 Z방향에서의 위치를, 단전지(2)의 높이의 1/2보다 위쪽이고, 단전지(2)의 단자면(2a)보다 약간 아래쪽인 높이에 위치시키는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 적어도 단자면(2a)보다 아래쪽에 냉각용 유체 배출구(13)가 있기 때문에, 냉각용 유체 도입구(11)로부터 도입된 냉각풍 A1은, 직접 냉각용 유체 배출구(13)로 향하지 않고, 전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a)에서 열교환을 행한 후에 냉각용 유체 배출구(13)로 향할 수 있다. 또, 냉각용 유체 배출구(13)가 단전지(2)의 높이의 1/2보다 위쪽에 위치하고 있기 때문에, 상기 열교환을 행한 냉각풍 A1에 의해서 단전지(2)의 아래쪽이 가열되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
또한, 덮개부(10)에 형성되는 냉각풍 가이드부(이하의 실시 형태에 있어서도 마찬가지임)는 덮개부(10)를 보강하는 기능도 얻을 수 있다. 즉, 전지 수용 케이스(3)를 구조적인 관점에서 본 경우, 상대적으로 덮개부(10)는 그 구조적인 강도가 부족한 경우가 있다. 예컨대 전지 시스템으로서 전기 자동차에 전지 팩(1a)이 탑재되는 경우, 사용 환경에 따라서는 외부로부터 가해지는 진동이나 열 등에 의해 덮개부(10)에 변형이 생겨 버리는 것도 상정된다. 이 때, 덮개부(10)에 형성된 냉각풍 가이드부는 리브로서도 기능하여, 상술한 진동이나 열에 의한 덮개부(10)의 변형을 유효하게 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 매우 적합한 다른 실시 형태에 대해 첨부 도면을 이용하여 설명하지만, 상술한 제 1 실시 형태와 동일 또는 마찬가지의 부재, 부분에는 동일한 부호를 이용하여 설명을 생략하고, 제 1 실시 형태와 다른 구성에 대해 중점적으로 설명한다.
(제 2 실시 형태)
이하에 나타내는 제 2 실시 형태와 제 1 실시 형태가 상위한 점은, 전지 팩에 있어서, 전지 수용 케이스(3) 내에 배열되는 단전지(2)의 수가 다른 점, 냉각 팬(4), 냉각용 유체 도입구(11) 및 냉각용 유체 배출구(13)의 구성이 다른 점이며, 그 나머지의 구성은 제 1 실시 형태와 동일하다.
도 6A의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시 형태에 따른 전지 팩(30)은 단전지(2)가 전지 수용 케이스(3) 내에 3행 3열로 배열되어 있다. 그리고, 수용부(9)의 바닥부(9a) 중, 이웃하는 단전지(2) 사이의 간격 d1에 의해서 형성되는 측방 공간의 아래쪽에 상당하는 위치에는, 냉각용 유체 도입구(11)가 복수 마련되어 있다. 냉각용 유체 도입구(11)는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 수용부(9)의 바닥부(9a)의 외연측(단전지(2)의 측면과 수용부(9)의 측부(9b)가 대향하는 영역)에는 마련되어 있지 않다.
냉각 팬(4)은 복수의 냉각용 유체 도입구(11)에 의해서 형성되는 각각의 열이 교차하는 위치의 아래쪽에 4개소 마련되어 있다. 환언하면, Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에, 근접하는 4개의 단전지(2)에서의 중앙에 대응하는 위치에 냉각 팬(4)이 각각 배치되어 있다.
냉각용 유체 배출구(13)는, 각 단전지(2)에 대해 적어도 하나는 대응하도록, 수용부(9)의 각 측부(9b)에 복수 마련되어 있다. 또, 냉각풍 A1이 각 단전지(2)의 단자면(2a)을 향해 실질적으로 균질하게 분산된 후에 전지 팩 밖으로 배출되는 상태가 유지되면, 각 측부(9b)에 각각 형성되는 냉각용 유체 배출구(13)의 위치나 개수는 특별히 한정되지 않는다(다른 각 실시 형태에 대해서도 마찬가지임). 즉, 냉각풍 가이드부에 의해 각 단전지(2)를 향해 분산되는 냉각풍 A1의 풍량 등에 대응하여, (각 단전지(2)에 대해 실질적으로 균질하게 분배된 냉각풍 A1이 저해되지 않게) 측부(9b)에 냉각용 유체 배출구(13)가 형성되어 있으면 된다. 따라서, 냉각용 유체 배출구(13)는, 측부(9b)의 주위(Z축 주위)를 따라 등간격으로 형성되어 있어도 좋고, 등간격으로 형성되어 있지 않아도 좋다.
한편, 제 1 실시 형태와 마찬가지로 덮개부(10)측에는 돌기부(14)가 마련되어 있지만, 본 실시 형태에서는 특별히 돌기부(14)에는 절결부(14d)가 형성되어 있다. 도 6A의 (b)에, 본 실시 형태에서 이용되는 덮개부(10)가 도시되어 있다. 또, 설명의 편의상, 냉각 팬(4)과 돌기부(14)의 위치 관계를 명확하게 하기 위해, 냉각 팬(4)도 도 6A의 (b)에 도시하고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 덮개부(10)의 수용부(9)측에는, Z방향 아래쪽으로부터 평면적으로 본 경우에, 냉각용 유체 도입구(11)에 대응하여 돌기부(14)가 형성되어 있다. 이 돌기부(14) 중, Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에 냉각 팬(4)을 둘러싸는 영역의 일부에, 절결부(14d)가 형성되어 있다. 또한, 도 6A의 (a)에 나타내는 바와 같이, 단부(12)의 꼭대기면(12a) 중에서 절결부(14d)에 대응하는 위치에는, 냉각용 유체 도입구(11)가 형성되어 있지 않다.
이와 같이, 냉각용 유체 도입구(11)가 일부 형성되지 않고, 돌기부(14)에 절결부(14d)가 형성되는 이유는 다음과 같다.
즉, 제 2 실시 형태에서는, 전지 팩(30)은 냉각 팬(4)을 복수(4개) 구비하고 있다. 따라서, 각각의 냉각 팬(4)에 의해 전지 수용 케이스(3) 내에 도입된 냉각풍 A1이 덮개부(10)에 도달했을 때에는, Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에 복수의 냉각 팬(4)으로 둘러싸이는 영역에, 단전지(2)의 측면과의 사이에 열교환을 행한 냉각풍 A1이 체류하여 버리는 일이 있다.
이에 대해서 본 실시 형태에서는, 돌기부(14)는 상술한 절결부(14d)가 형성됨과 아울러, 이 절결부(14d)에 대응한 위치에는 냉각용 유체 도입구(11)가 형성되지 않기 때문에, Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에 복수의 냉각 팬(4)으로 둘러싸인 영역에 냉각풍 A1이 체류하여 버리는 일은 없다. 즉, 덮개부(10) 중 냉각 팬(4)으로 둘러싸이는 영역 내에 도달한 냉각풍 A1은, 절결부(14d)를 통과하고, 최종적으로는 측부(9b)에 형성된 냉각용 유체 배출구(13)로부터 전지 수용 케이스(3)의 외부로 배출된다. 이 때, 절결부(14d)에 대응한 위치에는 냉각용 유체 도입구(11)가 형성되어 있지 않기 때문에, 냉각 팬(4)으로 둘러싸이는 영역 내에 도달한 냉각풍 A1의 흐름이 저해되는 것이 억제된다.
이와 같이, Z방향 아래쪽으로부터 평면적으로 본 경우에, 덮개부(10)의 수용부(9)측에서는, 돌기부(14)에 의해서 구획되는 영역의 모두에 적어도 하나의 냉각용 유체 배출구(13)가 존재하게 되어, 어느 구획에서도 냉각풍 A1이 체류하는 일이 없어진다.
또, 도 6A의 (b)에 나타낸 절결부(14d) 대신에, 도 6B의 (c)에 나타내는 바와 같이, 덮개부(10) 중, Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에 4개의 팬(16)에 의해서 둘러싸이는 위치에는, 덮개부(10)를 관통하는 덮개부측 냉각용 유체 배출구(제 2 냉각용 유체 배출구)(22)를 마련하더라도 좋다. 이 경우에는, 도 6B의 (d)에 나타내는 바와 같이, 절결부(14d)와 대응시켜 생략한 냉각용 유체 도입구(11)를 형성하더라도 좋다.
이 덮개부측 냉각용 유체 배출구(22)를 덮개부(10)에 마련하는 것에 의해서도, 상기 체류한 냉각풍 A1을 이 덮개부측 냉각용 유체 배출구(22)로부터 전지 팩(30)의 외부로 배출할 수 있다.
이상 설명한 제 2 실시 형태에 따른 전지 팩(30)을 포함하는 전지 시스템에 의하면, 단전지(2)의 배열에 따라 냉각 팬(4), 냉각용 유체 도입구(11), 및 절결부(14d)를 마련함으로써, 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 절결부(14d)로 바꾸고, 덮개부(10)에 제 2 냉각용 유체 배출구(22)를 마련하는 것에 의해서도, 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이에 부가하여, 덮개부(10)에는, 4개의 냉각 팬(4)으로 둘러싸이는 영역에 대응하는 위치에, 절결부(14d) 또는 덮개부측 냉각용 유체 배출구(22)가 마련되어 있는 것에 의해, 전지 수용 케이스(3) 내에서 4개의 냉각 팬(4)으로 둘러싸이는 영역에 냉각풍 A1이 체류하여 버리는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 당해 영역에 열이 발생하여 버리는 것을 방지할 수 있어, 방열성이 우수한 전지 시스템을 실현할 수 있다.
(제 3 실시 형태)
다음에, 제 3 실시 형태에 대해 도면에 근거하여 설명한다.
제 3 실시 형태는, 제 1 실시 형태에서 나타낸 냉각풍 가이드부의 변형예를 나타내는 것이다. 도 7, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 제 3 실시 형태에 따른 전지 팩(31)에서는, 덮개부(10)의 수용부(9)측의 면에, 냉각풍 가이드부로서, 복수의 동심 타원 형상의 돌기부(32)가 마련되어 있다. 각 돌기부(32)는, Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에 각 돌기부(32)의 중심이 대략 동심으로 되도록 하고, 수용부(9)측을 향해 덮개부(10)로부터 돌출하도록 형성되어 있다. 또한, 각각의 돌기부(32)에서의 중심은, Z방향으로부터 평면적으로 본 경우에, 배열된 복수의 단전지(2)의 중앙과 대략 일치하도록 설정되어 있다.
각 돌기부(32)는, 직경 방향(XY 평면과 평행한 방향)의 단면이 선단(32a)으로부터 덮개부(10)측으로 향함에 따라 넓어지는 형상으로 형성되어 있다. 돌기부(32)의 측면(32b)은 만곡되어 있고, 이웃하는 돌기부(32) 사이에는 직경 방향의 단면이 대략 원호 형상의 오목부(33)가 형성되어 있다.
이러한 돌기부(32)는 상술한 냉각풍 A1을 가이드하는 기능에 부가하여, 난류 발생 기능을 구비하고 있다. 즉, 냉각용 유체 도입구(11)로부터 수용부(9) 내로 도입된 냉각풍 A1은, 우선 덮개부(10) 중 중앙에 위치하는 돌기부(32)에 의해서 단전지(2)의 단자면(2a)측으로 가이드된다. 그 후, 냉각풍 A1은, 단자면(2a)에서 단전지(2)의 위쪽으로 향해 반사되고, 다시 돌기부(32)(상기 중앙에 위치하는 돌기부(32)보다 외측의 돌기부(32))로 흘러 접촉된다.
이 때, 상기 반사된 냉각풍 A1의 대부분은 상기 중앙에 위치하는 돌기부(32) 근처에 위치하는 돌기부(32)에 흘러 접촉된다고 생각할 수 있다. 그리고, 복수의 돌기부(32)에는 각각 오목부(33)가 형성되어 있기 때문에, 돌기부(32)에 흘러 접촉된 냉각풍 A1은 다시 단자면(2a)을 향해 가이드된다. 이와 같이, 본 실시 형태의 냉각풍 A1은, 돌기부(32)와 단전지(2) 사이에서 반사를 반복하는 난류로 되는 한편, 냉각 팬(4)에 의해서 차례차례로 송풍되는 냉각풍 A1의 흐름에 따라 냉각용 유체 배출구(13)로 점차 인도되어 간다. 이 때, 냉각풍 A1은, 단전지(2)의 전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a)과의 사이에서 열교환을 행하여 단전지(2)를 냉각한 후에, 냉각용 유체 배출구(13)로부터 전지 팩(31)의 외부로 배출된다.
제 3 실시 형태에 따른 전지 팩(31)에 의하면, 덮개부(10)에 복수의 동심 타원 형사의 돌기부(32)가 마련되어 있는 것에 의해, 덮개부(10)에 흘러 접촉된 냉각풍 A1은, 특히 돌기부(32)를 구성하는 오목부(33)에 가이드되고, 아래쪽으로 향해 흘러 단전지(2)의 단자면(2a)에 도달한다. 따라서, 단전지(2)의 전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a)을 효율 좋게 냉각할 수 있어, 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이러한 효과에 부가하여, 냉각풍 A1은, 돌기부(32)와 단자면(2a) 사이에서 반사를 반복해서 난류로 되면서 냉각용 유체 배출구(13)를 향해 확산하기 때문에, 각 단전지(2)의 상면(전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a))과의 충분한 열교환이 가능하게 됨과 아울러, 보다 광범위하게 상기한 단전지(2)의 상면을 냉각할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 덮개부(10)에 복수의 동심 타원 형상의 돌기부(32)를 마련하고 있지만, 복수의 동심 타원 형상의 돌기부(32) 대신에, 복수의 동심원 형상의 돌기부나 복수의 동심 다각형 형상(삼각형이나 사각형 등)의 돌기부 등을 마련하더라도 좋다. 또한, 각 돌기부(32)는, 반드시 연속하여 형성될 필요는 없고, 기둥 형상의 돌기가 단속적으로 나란히 돌기부(32)가 형성되어 있어도 좋다. 즉, 본 실시 형태에서는, 복수의 돌기부(32)는, 대략 동심으로 대략 원 형상(상술한 동심 타원 형상 및 동심원 형상을 포함함)으로 되어 덮개부(10)에 마련되어 있으면 좋다.
도 8(b)는 본 실시 형태에서 나타낸 복수의 돌기부(32)의 변형예이다. 본 변형예에 나타내는 바와 같이, 각각 대략 동심으로 대략 원 형상의 복수의 돌기부(32)는 높이 방향(Z방향)에서의 돌기부(32)의 위치가 상이하다. 본 예에서는, 덮개부(10)의 중심 C로부터 외측으로 향함에 따라, 돌기부(32)의 높이가 높아지도록(즉 단전지(2)의 단자면(2a)에 가까워지도록), 복수의 돌기부(32)가 덮개부(10)의 수용부(9)측에 형성되어 있다. 또, 이웃하는 2개의 돌기부(32)의 선단(32a) 사이의 피치 P는, 복수의 돌기부(32)에서 대략 동일한 것이 바람직하지만, 예컨대 덮개부(10)의 중심 C 부근과 외측 부근에서 상기 피치 P를 다르게 하더라도 좋다.
본 변형예에 의해서도, 냉각풍 A1을 단전지(2)의 단자면(2a)으로 가이드함과 아울러, 보다 효율적으로 냉각풍 A1을 냉각용 유체 배출구(13)로 인도할 수 있다.
(제 4 실시 형태)
다음으로, 제 4 실시 형태에 대해 도면에 근거하여 설명한다.
도 9, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 4 실시 형태에 따른 전지 팩(41)은, 일부의 전극 단자(6)가 도시하지 않은 다른 전지 팩(41)에 수용된 단전지(2)의 전극 단자(6)와 버스바(42)로 접속되어 있다.
본 실시 형태가 제 1 실시 형태와 다른 점은, 전지 수용 케이스(3)에 형성되는 버스바 삽입구(43)가 냉각용 유체 배출구를 겸하는 점이며, 그 나머지의 구성은 제 1 실시 형태와 동일하다.
즉, 본 실시 형태에서 나타내는 전지 수용 케이스(3)에서는, 덮개부(10)와 수용부(9)가 조합되었을 때에, 덮개부(10) 중 측부(10a)의 하부(수용부(9))측에 마련된 절결부와, 수용부(9)의 측부(9b)의 상단에 의해서 버스바 삽입구(43)가 형성된다.
제 4 실시 형태에서는, 적어도 일부의 냉각용 유체 배출구(13)가 이 버스바 삽입구(43)에 대응하고 있다. 버스바 삽입구(43)는, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 버스바(42)의 단면 형상보다 크게 형성되어 있고, 그 내주면(43a)과 버스바(42) 사이에는 간극이 마련되어 있다.
따라서, 도 10(b)에 나타내는 바와 같이, 냉각 팬(4)이 구동되어 냉각풍 A1이 전지 수용 케이스(3) 내에 도입되면, 전지 수용 케이스(3) 내의 공기 A2는 냉각용 유체 배출구(13)로부터 전지 수용 케이스(3) 밖으로 배출됨과 아울러, 버스바 삽입구(43)로부터도 전지 수용 케이스(3)의 외부로 배출된다. 이와 같이, 수용부(9)의 측부(9b) 중 버스바 삽입구(43)가 형성되는 쪽에서는, 버스바 삽입구(43)가 냉각용 유체 배출구(13)를 겸하는 구성으로 되어 있다.
제 4 실시 형태에 따른 전지 팩(41)에 의하면, 냉각용 유체 도입구(11)로부터 수용부(9) 내로 도입된 냉각풍 A1은, 전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a)에 흘러 접촉된 후에 냉각용 유체 배출구(13) 및 버스바 삽입구(43)로부터 전지 수용 케이스(3) 밖으로 배출되기 때문에, 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻는다.
이러한 효과에 부가하여, 본 실시 형태에서는, 버스바 삽입구(43)로부터 공기 A2가 배출되는 것에 의해, 이 버스바 삽입구(43)에 삽입되어 있는 버스바(42)를 냉각할 수 있다.
또, 버스바 삽입구(43)는, 덮개부(10)의 측부(10a)에 마련되는 상기 절결부와, 수용부(9)의 측부(9b)의 상단에 의해 형성되어 있지만, 버스바(42)가 설치되는 높이에 따라 덮개부(10)의 측부(10a)에 마련되더라도 좋고, 혹은 수용부(9)의 측부(9b)에 마련되더라도 좋다. 또한, 덮개부(10)의 측부(10a)의 하부측과 수용부(9)의 측부(9b)의 상부측의 양쪽 모두에 대응하는 절결부를 각각 형성하고, 이들 절결부를 모두 형성하는 개구부를 버스바 삽입구(43)로 하더라도 좋다.
(제 5 실시 형태)
다음에, 제 5 실시 형태에 대해 도면에 근거하여 설명한다.
이하에 설명하는 제 5 실시 형태가 제 1 실시 형태와 다른 점은, 전극 단자(6)가 삽입되는 전극 단자 삽입구가 덮개부(10)에 형성되고 있는 점이며, 그 나머지의 점은 제 1 실시 형태와 동일하다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 제 5 실시 형태에 따른 전지 팩(51)은, 일부의 전극 단자(6)가 도시하지 않은 다른 전지 팩(51)에 수용되는 조전지의 전극 단자와 버스바(42)로 접속되어 있다. 이 전극 단자(6)는, 전지 수용 케이스(3)의 덮개부(10)를 관통하여 전지 수용 케이스(3)의 외부에 노출되어 있으며, 전지 수용 케이스(3)의 외부측에 버스바(42)가 설치되어 있다.
덮개부(10)에는, 전극 단자(6)를 삽입하는 전극 단자 삽입구(52)가 마련되어 있다. 전극 단자 삽입구(52)는, 전극 단자(6)의 외형보다 크게 형성되어 있고, 그 내주면(52a)과 전극 단자(6) 사이에는 간극이 마련되어 있다.
제 5 실시 형태에서는, 제어부(17)에 의해서 냉각 팬(4)이 구동되어 냉각풍 A1이 수용부(9) 내로 도입되면, 전지 수용 케이스(3) 내의 공기 A2는 냉각용 유체 배출구(13)로부터 전지 수용 케이스(3) 밖으로 배출됨과 아울러, 전극 단자 삽입구(52)로부터도 전지 수용 케이스(3) 밖으로 배출된다.
제 5 실시 형태에 따른 전지 팩(51)에 의하면, 냉각용 유체 도입구(11)로부터 수용부(9) 내로 도입된 냉각풍 A1은, 단전지(2)의 전극 단자(6)를 포함하는 단자면(2a)을 통과하여 냉각용 유체 배출구(13) 및 전극 단자 삽입구(52)로부터 전지 수용 케이스(3) 밖으로 배출되기 때문에, 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻는다.
이상, 본 발명에 따른 전지 시스템의 각 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.
예컨대, 상술한 제 1 실시 형태에서는, 냉각용 유체 배출구(13)를 수용부(9)의 측부(9b)에 마련했지만, 수용부(9)의 측부(9b) 대신에, 도 12에 나타내는 바와 같이, 덮개부(10)의 측부(10a)나 주면(主面)(10b)의 주연(周緣)에 마련하더라도 좋다. 특히 덮개부(10)의 주면(10b)에 냉각용 유체 배출구(13)를 마련하면, 조전지(20)가 복수 배열되어 있고 이웃하는 조전지(20)와의 간격이 없거나 또는 좁은 경우에, 전지 수용 케이스(3) 밖으로 수용부(9) 내의 공기 A2를 배출하기 쉽다.
또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 각 단전지(2)에 서미스터(8)를 마련했지만, 이 서미스터(8)는 반드시 필수는 아니다. 예컨대, 서미스터(8) 대신에 다른 계측값(전지관 전위나 단자관 전압 등)에 근거하여 냉각 팬(4)을 구동시키더라도 좋고, 입력 장치(1d)를 거쳐서 입력된 명령에 근거하여 냉각 팬(4)을 구동시키더라도 좋다. 또한, 서미스터(8)를 마련하지 않고 냉각 팬(4)을 상시 구동시키더라도 좋고, 소정의 기간마다 단속적으로 냉각 팬(4)을 구동시키더라도 좋다.
상술한 제 1 실시 형태에서는, 단전지(2)가 소정 이상의 온도로 된 경우에 냉각 팬(4)을 구동시키고 있지만, 다른 계측 정보의 어느 하나 이상이 소정의 수치 이상 혹은 이하로 된 경우(예컨대 전류의 절대값이 소정의 값 이상으로 된 경우)에, 제어부(17)에 의해 냉각 팬(4)을 구동시키는 구성으로 하더라도 좋다.
상술한 실시 형태에서는, 냉각용 유체 도입구(11)를 단부(段部)(12)에 마련했지만, 단부(12)를 마련하지 않고, 수용부(9)의 바닥부(9a)의 단전지(2)가 설치되어 있는 면과 동일한 면에 냉각용 유체 도입구(11)를 마련하더라도 좋다.
상술한 실시 형태에서는, 덮개부(10)의 수용부(9)측에 단면 형상이 선단으로부터 덮개부(10)측으로 향해 넓어지는 돌기부(14, 32)를 형성했지만, 이 예에 한정되지 않는다. 예컨대, 돌기부(14, 32) 대신에, 덮개부(10)의 수용부(9)측의 면을 요철 형상으로 하더라도 좋고, 혹은, 덮개부(10)의 수용부(9)측의 면을 따라 망 형상의 부재(금속 울 등)를 부착하더라도 좋다. 이러한 구성에 의해서도, 냉각용 유체 도입구(11)로부터 수용부(9) 내로 도입된 냉각풍 A1을, 단전지(2)의 전극 단자를 포함하는 단자면(2a)을 향해 가이드할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 단전지(2)를 2차원적으로 배열하여 조전지를 구성했지만, 이 2차원적으로 배열된 조전지를 중합(重合)하여 3차원으로 전지 수용 케이스(3) 내에 수용하고, 이 조전지의 아래쪽으로부터 냉각 팬(4)에 의해서 냉각풍 A1을 송풍하더라도 좋다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은, 전극 단자가 나란히 배열된 복수의 단전지와, 상기 복수의 단전지를 수용하는 수용부 및 상기 수용부의 개구를 덮는 덮개부를 포함한 전지 수용 케이스와, 상기 전극 단자가 마련된 면과는 반대측으로부터, 상기 수용부에 수용된 상기 복수의 단전지 사이에 냉각용 유체를 공급하는 냉각 장치를 구비하며, 상기 전지 수용 케이스에는, 상기 냉각용 유체를 상기 수용부에 도입하는 냉각용 유체 도입구와, 상기 수용부로부터 상기 냉각용 유체를 외부로 배출하는 제 1 냉각용 유체 배출구가 형성되고, 상기 덮개부 중 상기 수용부와 대향하는 쪽에는, 상기 복수의 단전지 각각의 상기 전극 단자를 향해 실질적으로 균질하게 상기 냉각용 유체를 가이드하는 냉각용 유체 가이드부가 형성되어 이루어지는 전지 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 각 단전지의 전극 단자를 포함하는 단자면을 충분히 냉각할 수 있다.
1: 전지 시스템
1a, 30, 31, 41, 51: 전지 팩
2: 단전지
3: 전지 수용 케이스
4: 냉각 팬
6: 전극 단자
11: 냉각용 유체 도입구
13: 냉각용 유체 배출구(제 1 냉각용 유체 배출구)
14, 32: 돌기부
22: 덮개부측 냉각용 유체 배출구(제 2 냉각용 유체 배출구)
A1: 냉각풍
A2: 공기
d1: 간격

Claims (6)

  1. 전극 단자가 나란히 배열된 복수의 단전지(單電池)와,
    상기 복수의 단전지를 수용하는 수용부 및 상기 수용부의 개구를 덮는 덮개부를 포함하는 전지 수용 케이스와,
    상기 전극 단자가 마련된 면과는 반대측으로부터, 상기 수용부에 수용된 상기 복수의 단전지 사이에 냉각용 유체를 공급하는 냉각 장치
    를 구비하되,
    상기 전지 수용 케이스에는, 상기 냉각용 유체를 상기 수용부에 도입하는 냉각용 유체 도입구와, 상기 수용부로부터 상기 냉각용 유체를 외부로 배출하는 제 1 냉각용 유체 배출구가 형성되고,
    상기 덮개부 중 상기 수용부와 대향하는 쪽에는, 상기 복수의 단전지 각각의 상기 전극 단자를 향해 실질적으로 균질하게 상기 냉각용 유체를 가이드하는 냉각용 유체 가이드부가 형성되어 이루어지는
    전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각용 유체 가이드부는 상기 덮개부로부터 상기 단전지의 전극 단자로 향해 돌출되는 돌기부인
    전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌기부는, 상기 덮개부 중 상기 냉각용 유체 도입구와 대향하는 위치에 마련됨과 아울러, 직경 방향의 단면(斷面)이, 상기 돌기부를 구성하는 선단(先端)으로부터 상기 덮개부로 향함에 따라 넓어지는 형상인
    전지 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 돌기부는 동심(同心)으로 대략 원 형상으로 복수 마련되고,
    각각의 상기 돌기부에서의 중심이, 상기 단전지의 높이 방향으로부터 평면적으로 본 경우에, 배열된 복수의 상기 단전지의 중앙과 대략 일치하고 있는
    전지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    복수의 냉각 팬을 구비하고,
    상기 덮개부 중, 상기 단전지의 높이 방향으로부터 평면적으로 본 경우에 상기 복수의 냉각 팬에 의해서 둘러싸이는 영역에는, 상기 냉각용 유체를 상기 전지 수용 케이스의 외부로 배출하는 제 2 냉각용 유체 배출구가 마련되어 있는
    전지 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 장치의 구동 상태에 관한 정보를 취득하는 제어를 행하는 상위 제어 장치와,
    상기 구동 상태에 관한 정보를 표시하는 표시부를 더 포함하는
    전지 시스템.
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