KR20120102694A

KR20120102694A - 전지블록, 전지모듈 및 전지 팩 배치구조

Info

Publication number: KR20120102694A
Application number: KR1020127015001A
Authority: KR
Inventors: ？스케 야스이; 신야 게시; 가즈타카 시미즈
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-09-18
Also published as: WO2012073439A1; JPWO2012073439A1; US20120261206A1; CN102696134A

Abstract

전체의 크기를 늘리는 일없이 충돌 시의 충격력을 흡수하는 충격흡수 부재를 구비한 차량 탑재용 전지블록을 제공한다.
이차전지인 복수의 소(素)전지를 수용하는 수용부와, 상기 소전지로부터 발생하는 가스를 통과시키는 공간을 구비한 배기경로를 구비한 차량 탑재용 전지블록에 있어서, 차량의 충돌에 의한 충격이 부여된 경우에, 상기 배기경로의 공간이 작아지도록 변형됨으로써 이 충격을 흡수하는 충격흡수 부재를 갖는 전지블록으로 한다.

Description

전지블록, 전지모듈 및 전지 팩 배치구조{BATTERY BLOCK, BATTERY MODULE, AND BATTERY PACK ARRANGEMENT STRUCTURE}

본 발명은 전지블록, 전지모듈 및 전지 팩 배치구조에 관한 것이다.

복수의 전지를 케이스에 수용하여, 소정의 전압 및 용량을 출력할 수 있도록 한 전지모듈은, 여러 가지 기기, 차량 등의 전원 및 가정용 전원으로써 널리 사용되고 있다. 그 중에서도, 범용적(汎用的)인 전지를 병렬·직렬로 접속하여, 소정의 전압 및 용량을 출력할 수 있음과 동시에 충전을 할 수 있도록 모듈화하여, 이 전지블록을 여러 가지로 조합함으로써, 다종 다양한 용도에 대응 가능하게 하는 기술이 채용되기 시작했다. 이 모듈화 기술은, 전지블록에 수용하는 전지를 고성능화함으로써, 전지블록 자체의 소형·경량화를 도모할 수 있으므로, 전지모듈을 조립할 시의 작업성이 향상됨과 동시에, 차량 등 한정된 공간으로 탑재할 시의 자유도가 향상되는 등, 여러 가지 이점도 갖는다.

한편, 전기자동차의 전원으로써 이와 같은 전지블록을 이용하는 경우, 통상의 사용조건 외에 긴급사태에 대해서도 미리 대책을 취해 두는 것이 필요해진다. 이와 같은 긴급사태의 하나로써 자동차 사고를 생각할 수 있다.

자동차가 충돌했을 때의 충격력은 크고, 이 충격력으로부터 승원(乘員)을 지키기 위해 에어백이 탑재되도록 되어 있다. 한편, 자동차에 구동용 전원으로써 전지모듈을 탑재하도록 된지 그리 오래되지 않았고, 전지모듈 충돌 시의 안전대책에 대해서는 그다지 검토가 이루어지지 않았다. 특히, 차량 탑재용 이차전지로써, 고전압이며 에너지 밀도가 높은 리튬이온 이차전지가 주목되고 있으므로, 리튬이온 이차전지를 이용한 전지모듈 충돌 시의 안전대책이 필요해진다. 리튬이온 이차전지는 외부로부터의 충격으로 인해 내부 단락(短絡)되어 버리면, 전지 내부가 고온이 되어 다량의 가스가 발생해 버리므로, 내부 단락을 막을 필요가 있다.

특허문헌 1에는, 전지의 종류는 특정되지 않으나, 차량용 전지유닛으로써, 전지 셀이 배열되어 형성된 전지블록과, 전지블록을 수용하는 수용케이스와, 수용케이스 주면(周面) 상에 배치된 보호부재와, 보호부재에 형성되어, 바깥쪽을 향해 돌출되는 공동상(空洞狀)의 팽출부(膨出部)를 구비한 것이 기재되어 있다. 이와 같은 전지유닛에서는, 전지유닛의 주면측으로부터 충격력이 가해졌다 하더라도 주면 상에 형성된 중공상(中空狀)의 팽출부가 소성(塑性)변형됨으로써 내부에 수용된 전지유닛으로 전파(傳播)되는 충격력을 저감시킬 수 있다고 기재되어 있다.

일본 특허공개 2008-269895호 공보

그러나, 차량 탑재용 전지모듈은, 승원실 바닥 밑이나 후부(後部) 좌석 뒤 또는 전부(前部) 엔진룸 등에 놓여지는 것이며, 승원실의 공간을 가능한 한 넓게 하기 위해, 전지모듈 자체는 조금이라도 작게 하는 것이 요구되고 있다. 특허문헌 1에 기재되어 있는 기술에 대해서도, 전지모듈 외측에 팽출부를 구비한 보호부재를 일부러 장착할 필요가 있다. 이 때문에, 전지모듈의 크기가 보호부재의 분만큼 크게 되어 버리는 것과 보호부재 분의 원가가 증가한다는 문제가 있었다.

또, 충돌 시의 충격흡수에 에어백을 이용하고자 하더라도 에어백이 부풀 공간을 확보하는 것이 매우 어려움과 동시에, 에어백을 장착함으로써 전지모듈 자체가 대형이 되고, 원가도 증가하는 문제가 있었다.

본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 전체의 크기를 늘리는 일없이 충돌 시의 충격력을 흡수하는 충격흡수 부재를 구비한 차량 탑재용 전지모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명의 전지블록은, 이차전지인 복수의 소(素)전지를 수용하는 수용부와, 상기 소전지로부터 발생하는 가스를 통과시키는 공간을 구비한 배기경로를 구비한 차량 탑재용 전지블록에 있어서, 차량의 충돌에 의한 충격이 부여된 때에, 상기 배기경로의 공간이 작아지도록 변형됨으로써 이 충격을 흡수하는 충격흡수 부재를 갖는 구성을 구비한다. 충격흡수 부재는, 충격을 받아 이를 감쇠(減衰)시킴으로써 전지블록 중의 다른 부분에 부여되는 충격을 감소시키거나 또는 소멸시키는 부재이다.

본 발명의 전지모듈은, 이차전지인 복수의 소전지를 수용하는 수용부와, 상기 소전지로부터 발생하는 가스를 통과시키는 공간을 구비한 배기통로를 구비한 차량 탑재용 전지모듈에 있어서, 차량의 충돌에 의한 충격이 부여된 때에, 상기 배기경로의 공간이 작아지도록 변형됨으로써 이 충격을 흡수하는 충격흡수 부재를 갖는 구성을 갖는다. 그리고, 복수의 소전지를 하나로 한 최소의 단위가 전지블록이며, 전지모듈은 복수의 전지블록을 접속한 구조를 갖는다.

본 발명의 전지 팩 배치구조는, 상기 전지모듈을 차대(chassis)에 배치하고, 상기 배기경로가 연장되는 방향은 차량 폭방향에 대해 거의 수직 방향인 구성을 갖는다.

본 발명의 전지모듈은, 배기경로의 공간을 작게 함으로써 충격을 흡수하므로, 충격을 흡수하는 공간을 새로 추가할 필요가 없고, 전지모듈의 크기를 거의 변경하는 일없이 충격흡수 부재를 추가할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관한 전지블록에 사용하는 소전지의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 실시형태에 관한 전지블록의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 실시형태의 전지모듈 구성을 나타낸 도이다.
도 4는 도 3의 전지모듈에 덮개를 씌운 상태의 모식적인 A-A선 단면도이다.
도 5는 실시형태의 다른 예에 관한 전지모듈의 모식적인 단면도이다.
도 6은 실시형태의 다른 예에 관한 전지모듈의 모식적인 단면도이다.
도 7은 실시형태의 또 다른 예에 관한 전지모듈의 모식적인 단면도이다.
도 8은 실시형태에서 전지모듈의 차대(chassis)로의 배치구성을 나타낸 도이다.
도 9는 실시형태의 다른 예에 관한 전지모듈의 모식적인 단면도이다.
도 10은 실시형태의 다른 예에 관한 전지모듈의 모식적인 단면도이다.
도 11은 실시형태의 또 다른 예에 관한 전지모듈의 모식적인 단면도이다
도 12는 다른 실시형태의 전지모듈의 차대로의 배치구성을 나타낸 도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 이하의 도면에서는, 설명의 간결화를 위해, 실질적으로 동일한 기능을 갖는 구성요소를 동일한 참조부호로 나타낸다.

(제 1 실시형태)

<소전지>

도 1은, 제 1 실시형태의 전지블록에 사용하는 전지(100)의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 그리고, 본 실시형태의 전지블록에 사용하는 전지는, 노트형 PC 등의 휴대용 전자기기의 전원으로써 단체(單體)로 사용할 수 있는 전지라도 된다(이하, 전지블록에 사용하는 전지를, "소전지"라 부름). 이 경우, 고성능 범용(汎用)전지를, 전지블록의 소전지로써 사용할 수 있으므로, 전지블록의 고성능화, 저원가화를 보다 용이하게 도모할 수 있다. 본 실시형태의 전지는, 원통형 전지, 각형 전지, 또는 라미네이트형 전지라도 된다.

본 실시형태의 전지블록에 사용하는 소전지(100)는, 예를 들어, 도 1에 나타내는, 원통형 리튬이온 이차전지를 채용할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 각형 전지라도 된다. 이 리튬이온 이차전지는, 통상의 구성을 이루는 것으로, 내부 단락 등의 발생에 의해 전지 내의 압력이 상승했을 때, 가스를 전지 밖으로 방출하는 안전기구를 구비한다. 이하, 도 1을 참조하면서, 소전지(100)의 구체적인 구성을 설명한다.

도 1에 나타내듯이, 양극(2)과 음극(1)이 세퍼레이터(3)를 개재하고 권회(捲回)된 전극군(4)이, 비수전해액과 함께, 전지케이스(7)에 수용된다. 발전(發電)요소인 양극(2)과 음극(1)으로 이루어지는 전극군(4)이 전지케이스(7)에 수용되어 있는 부분을 소전지 본체부라 할 수 있다. 전극군(4)의 상하에는, 절연판(9, 10)이 배치되고, 양극(2)은, 양극리드(5)를 개재하고 필터(12)에 접합되며, 음극(1)은, 음극리드(6)를 개재하고 음극단자를 겸하는 전지케이스(7)의 저부(底部)에 접합된다.

필터(12)는, 이너캡(inner cap)(13)에 접속되며, 이너캡(13)의 돌기부는, 금속제 밸브체(14)에 접합된다. 또한, 밸브체(14)는 양극단자(제 1 전극단자)를 겸하는 단자판(8)에 접속된다. 그리고, 단자판(8), 밸브체(14), 이너캡(13), 및 필터(12)가 일체가 되어, 가스켓(11)을 개재하고 전지케이스(7)의 개구부를 밀봉한다.

소전지(100)에 내부 단락 등이 발생하여, 소전지(100) 내의 압력이 상승하면, 밸브체(14)가 단자판(8)을 향해 팽창되고, 이너캡(13)과 밸브체(14)와의 접합이 어긋나면, 전류경로가 차단된다. 또한 소전지(100) 내의 압력이 상승하면, 밸브체(14)가 파단(破斷)된다. 이에 따라, 소전지(100) 내에 발생한 가스는, 필터(12)의 관통공(12a), 이너캡(13)의 관통공(13a), 밸브체(14)의 균열, 그리고 단자판(8)의 개방부(8a)를 개재하고, 외부로 배출된다.

그리고, 소전지(100) 내에 발생한 가스를 외부로 배출하는 안전기구는, 도 1에 나타낸 구조에 한정되지 않으며, 다른 구조의 것이라도 된다.

<전지블록>

도 2는, 본 실시형태의 전지블록(200)의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시형태에서는, 전지블록(200)은 복수의 소전지(100) 집합체의 최소단위이며, 1개의 전지블록(200) 중 소전지(100)끼리는 서로 병렬로 접속된다. 여기서, 소전지(100)끼리를 전기적으로 접속하는 부재 등은 생략하여 도면을 보기 쉽게 한다.

도 2에 나타내는 것은, 복수의 소전지(100)가 배열되어 병렬로 접속되어 있는 모식적인 단면(斷面)(소전지의 단면은 해칭(hatching)을 하지 않고 도면을 보기 쉽게 함)이며, 전지블록(200)은 복수의 소전지(100)가 용기(20) 내에 수용되는 구성을 갖는다.

각 소전지(100)의 본체부는, 용기(20) 내에 수납된 냉각블록(24)(수용부)에 형성된 원통형 관통공으로 삽입되어, 소전지(100)의 본체부끼리가 서로 인접하도록 나열된다. 또, 소전지(100)는, 도 1에 나타내듯이, 소전지(100) 내에 발생한 가스를 전지 밖으로 배출하는 개방부(8a)를 구비하고, 이들 개방부(8a)는 전지블록(200) 내에서 동일 측을 향하도록 소전지(100)가 나열된다.

용기(20)는, 복수의 소전지(100) 일단(一端)측(본 실시형태에서는, 양극단자(8)측)에 배치된 평판(판형부재)(30)에 의해, 복수의 소전지(100)를 수용하는 수납공간(31)과, 소전지(100)의 개방부(8a)로부터 배출되는 가스를 통과시켜 용기(20) 밖으로 배기하는 배기경로(32)로 구획된다. 그리고, 소전지(100)의 개방부(8a)는, 평판(30)에 형성된 개구부(30a)를 개재하고 배기경로(32)에 연통한다.

배기경로(32)는, 평판(30)과 용기(20)의 덮개를 겸하고 있는 외장판(外裝板)인 홈통(gutter)형 부재(21)와의 사이의 공간을 구비한다. 각 소전지(100)의 개방부(8a)는 도 2에서 모두 상측에 존재하며, 그 상방에 홈통형 부재(21)가 놓여지고 홈통형 부재(21)로 피복된 상태가 된다. 그리고 소전지(100)의 개방부(8a)로부터 배출되는 가스는, 평판(30)에 형성된 개구부(30a)를 개재하고 배기경로(32)로 배출되어 이 배기경로(32)를 통과해 가며, 용기(20)에 형성된 배출구(22)로부터 용기(20) 밖으로 배출된다.

그리고, 평판(30)은, 소전지(100)의 일단부(一端部)(본 실시형태에서는, 양극단자(8)측의 단부)에 밀착되어 배치되므로, 수납공간(31)은, 평판(30)에 의해 밀폐상태가 된다. 때문에, 소전지(100)의 개방부(8a)로부터 평판(30)의 개구(開口)부(30a)를 개재하고 배기경로(32)로 배출된 가스가 수납공간(31)으로 들어가 버리는 일은 없다.

<전지모듈>

도 3은, 본 실시형태에 관한 전지모듈(300)을, 케이스(40)의 상측 덮개를 떼어내고 위에서 본 상태를 모식적으로 나타낸 것이다. 전지모듈(300)은 짝수개의 전지블록(200, 200, …)(여기서는 6개)을 케이스(40)에 수납하고 있으며, 가스배출 덕트(42)가 장착된다. 이 도면에서는 상하로 2개의 전지블록(200)이 하나의 쌍을 이루며, 3개의 쌍이 가로로 나열된다. 여기서 이하, 3개의 쌍이 나열되는 방향, 즉 도면의 좌우방향을 전지모듈(300)의 길이방향이라 한다. 하나의 쌍에서는, 배기경로(32)를 서로 외측으로 향하게, 내측끼리를 인접시킨 전지블록 배치로 구성된다. 또, 전지모듈(300) 자체는 거의 직방체 형상이다. 전지블록(200)이 배기경로(32)와, 배기경로 이외의 본체부로 이루어진다고 생각하면, 하나의 쌍을 이루는 2개의 전지블록(200, 200)은 각각의 배기경로(32, 32)에 의해 인접하는 본체부가 끼여있는 구성으로 된다. 또는, 하나의 쌍을 이루는 전지블록(200, 200)끼리가 인접하는 부분과 배기경로(32)는, 전지블록(200)의 양단부(兩端部)에 놓여져 있다고도 할 수 있다.

전지모듈(300)에서는, 각 전지블록(200, 200, …)의 배기경로(32)가 전지모듈(300)의 대향하는 2면측에 각각 배치되고, 각각 배출구(22)를 경유한 후, 버퍼(buffer)적 공간인 가스실(41)에 도달한다. 가스실(41)은 가스배출 덕트(42)에 연결되며, 어느 하나의 소전지(100)로부터 발생하는 가스는, 배기경로(32)로부터 배출구(22), 가스실(41) 및 가스배출 덕트(42)를 지나 전지모듈(300)의 외부로 배출된다.

가스실(41)은, 전지블록(200)의 일측면과 케이스(40)의 일측면 내측 사이에 설치되며, 전지모듈(300) 내 배기경로(32)의 열(列)이 연장되어 나열되는 방향(전지모듈(300)의 길이방향)에 대해 거의 수직이며 또 케이스(40)의 일측면의 전면(全面)에 대응하도록 확대되는 공간을 구비한다.

가스배출 덕트(42)의 출구(44)는, 가스가 배출되어도 안전한 위치에 배치된다. 전지모듈(300)이 전기자동차에 탑재되는 경우는, 승무원실과 외판(外板)과의 사이에 배치되거나, 차체 밑에 배치되어 지면으로 출구(44)가 향하도록 설치되거나 한다. 이와 같이 배치됨으로써, 승무원이나 차량 가까이에 있는 사람이 안전함과 동시에 차내의 가연물(可燃物)에 가스가 닿는 것을 피할 수 있다. 그리고, 자동차의 구조 및 전지모듈(300)의 설치장소에 따라 가스배출 덕트(42)의 출구(44) 설치위치는 달라진다.

도 4는 도 3의 전지모듈(300)에 덮개를 씌운 상태의 모식적인 A-A선 단면도이다. 여기서 소전지(100)의 해칭은 생략한다. 상하의 전지블록(200, 200)의 배기경로(32, 32)는, 전지모듈(300)의 상면과 하면에 배치되며, 그 사이에 상하의 전지블록(200, 200)의 본체부(소전지(100)가 나열되는 부분)가 배치된다.

도 8에는, 차대(60)에 복수의 전지모듈(300, 300, …)이 탑재된 본 실시형태의 전지 팩 배치를 나타낸다. 여기서는 복수개의 전지모듈을 조합시킨 것을 전지 팩이라 한다. 전지모듈(300, 300, …)은, 뒷바퀴(62, 62) 사이에 3개, 앞바퀴(61, 61)와 뒷바퀴(62, 62) 사이의 부분에 5개 배치되며, 어느 전지모듈(300, 300, …)에서도, 배기경로(32)가 차량의 전후방향으로 연장되어 확대된다. 즉, 배기경로(32)의 확대방향은 차량 폭방향에 대해 거의 수직이다. 거의 수직이란, 설계 사정이나 전지모듈의 차대(chassis)로의 조립 공차(公差) 등이 존재하므로 수학적으로 엄밀한 의미에서의 수직에서 다소 어긋나는 경우도 있다라는 것이다. 그리고, 각 전지모듈(300)에서는 배기경로(32)가, 차량 전후방향으로 연장되는 측면을 따라 배치되며, 인접하는 전지모듈(300)과의 사이에는 틈새를 형성한다.

다음에 본 실시형태의 전지모듈(300)을 탑재한 차량의 사고로 인한 충돌에 관해 설명한다.

자동차에 있어서는 승원의 안전을 확보하는 안전대책은 장년에 걸쳐 검토되어, 여러 가지 기술이 채용되고 있으나, 전지 자동차에 대한 안전대책은 그다지 검토되지 않았다. 일반적으로, 차량의 앞 또는 뒤로부터의 충돌에 대해서는, 엔진룸이나 트렁크 룸이 크러셔블 존(crushable zone)이 되어 승원에게 충돌에 의한 충격이 전달되지 않는 개량이 이루어지고 있어, 전지모듈도 그 은혜를 입는다. 그러나, 옆으로부터의 충돌, 즉 차량 폭방향의 충돌에 대해서는 크러셔블 존이 없어, 충돌의 충격이 거의 저감되지 않으므로 전지모듈(300)로 전달되어 버린다.

전술과 같이, 전지모듈 탑재차량이 옆으로부터 충돌된 경우에는, 전지모듈(300)의 횡방향(전지모듈(300)의 길이방향에 거의 직교하는 방향)으로 큰 충격이 가해지며, 케이스(40)만으로 충격을 모두 흡수할 수 없으므로, 큰 충격이 내부의 소전지(100)로도 가해져 버리는 것을 생각할 수 있다. 이와 같이 큰 충격이 소전지(100)에 가해지면, 소전지(100)가 변형되어 내부 단락이 발생할 우려가 있다. 내부 단락이 발생하면 소전지(100) 내부로부터 고온 가스가 뿜어져 나와 이 소전지(100)는 사용불가가 되어 버림과 동시에, 주위의 소전지(100)에도 열로 인한 내부 단락의 연쇄가 일어나 버릴 가능성도 있다.

도 8에 나타내는 복수의 전지모듈(300)로 이루어지는 전지 팩의 배치에서는, 차량 횡방향으로부터의 충돌이 발생하면, 도 4에 나타내는 F라는 충격력이 도 4에 나타낸 방향으로 전지모듈(300)에 가해지게 된다. 케이스(40)의 강성(剛性)으로는 이 충격력(F)의 전부를 흡수할 수 없으므로, 전지블록(200)에도 충격이 가해진다. 여기서, 충격력(F)의 방향은 소전지(100)에 있어서는 기둥형 형상의 중심 축을 따른 방향이 되며, 가령 그대로 충격력이 소전지(100)에 가해져 버리면, 소전지(100)의 상부가 배기경로(32)로 들어가 버리거나, 중심 축방향으로 압축 압력이 가해져 버릴 우려가 있다.

그러나 본 실시형태에 있어서는, 홈통형 부재(21)는 금속판을 굽혀서 만들어지므로, 충격력이 가해진 때에, 충격력이 작으면 탄성변형되고, 충격력이 크면 소성(塑性)변형됨으로써, 충격력을 흡수한다. 홈통형 부재(21)의 변형에 의해 배기경로(32)는 찌그러지고 가스가 통과하는 공간은 작아진다.

이와 같이 충격흡수 부재인 홈통형 부재(21)가 변형됨으로써 차량 횡방향으로부터의 충돌에 의한 충격을 흡수하고, 소전지(100)에 가해지는 충격이 "0" 또는 내부 단락 등이 발생하지 않는 정도로 작아지도록 하여, 소전지(100)로의 영향을 억제할 수 있다. 이에 따라, 충돌이 일어나도 소전지(100)에 내부 단락 등의 이상이 발생하는 것은 방지할 수 있고, 충돌사고가 있더라도 전지모듈(300)에는 안전상의 문제는 발생하지 않는다. 홈통형 부재(21)가 변형되어, 배기경로(32)가 찌그러지면 전지모듈(300)은 사용불능이 될 경우가 있으나, 충돌사고로 인해 전지모듈(300)이 손상된 가능성이 있다고 생각될 때는, 안전면을 고려하여 전지모듈(300)을 새로운 것으로 교환하므로, 전지모듈(300)이 사용불능이 되는 것은 특별히 문제가 되지 않는다.

또, 차량 전후방향의 충돌이 일어난 경우는, 범퍼나 크러셔블 존 등에 의해 충돌의 충격이 저감되나, 추가로 본 실시형태에서는 가스실(41) 옆에 있는 케이스(40)가 변형되어 가스실(41)의 공간을 작게 함으로써 충격을 흡수하므로, 본 실시형태의 전지모듈은 차량 전후방향의 충돌에 대해서도 높은 안전성을 갖는다. 즉, 전지모듈(300)의 길이방향에 충격이 가해졌다하더라도, 케이스(40) 중 가스실(41) 옆에 있는 부분이, 다른 하나의 충격흡수 부재가 되어 충격을 흡수할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 전지모듈(300)은 홈통형 부재(21)를 개량하여, 그 변형과 배기경로(32)의 공간이 작아지는 것을 이용함으로써 충돌에 의한 충격을 흡수하고, 소전지(100)에 커다란 충격이 가해지는 것을 방지한다. 따라서, 충격을 흡수하는 부재를 별도 전지모듈(300)에 삽입할 필요가 없고, 전지모듈(300)의 크기를 작게 유지할 수 있음과 동시에, 제조원가도 낮게 억제할 수 있다.

그리고, 전지모듈(300)에 충격이 가해진다는 점에서는, 차량의 통상 사용 시의 진동에 의한 충격력도 고려할 필요가 있으나, 이 충격은 5G 정도까지이며, 이 정도의 충격력은 케이스(40)의 강성(剛性) 등으로 흡수할 수 있다. 그러나 충돌에 의한 충격은 한자리수 큰 15~50G 정도이고, 케이스(40) 등으로 흡수하도록 설계하면, 전지모듈의 크기 및 중량이 충격흡수 부재에 의해 크게 되어 버리고, 원가도 증대한다. 또, 진동에 의한 충격력은, 통상의 차량사용에 의해 항상 전지모듈(300)에 가해지는 것이므로, 이 충격으로 인해 전지모듈(300)의 사용에 지장이 생기는 것은 곤란하다. 그러나 사고로 인한 충돌에서는 비상사태이므로, 안전이 우선되어 전지모듈(300)을 사용 가능하게 유지하는 것은 우선도가 낮고, 전술과 같이 홈통형 부재(21)의 변형과 배기경로(32)가 찌그러짐으로써 충돌에 의한 충격이 흡수되면 된다.

-변형예 1-

변형예 1은 상기 실시형태와는 충돌에 의한 충격을 흡수하는 구조가 다르며, 그 외의 부분은 동일하다. 따라서, 상기의 구조와 다른 부분만을 이하에 설명하고, 설명은 생략하는 소전지, 전지블록, 전지모듈의 구성, 구조 및 차대 상의 배치는 상기의 구성, 구조 및 배치와 동일하다.

변형예 1에 관한 전지모듈(301)은, 도 5에 나타내듯이, 상기 실시형태의 구성과는 홈통형 부재(50)의 형상이 다르다. 본 변형예에서도 홈통형 부재(50)가 충격흡수 부재가 된다.

홈통형 부재(50)는 여기서는 횡단면이 원호(圓弧)형의 금속판(인청동(燐靑銅)등 스프링성을 갖는 부재)으로 이루어진다. 충돌에 의한 충격력(F)이 본 변형예의 전지모듈(301)에 가해지면, 홈통형 부재(50)가 변형되어 배기경로(32)의 공간이 작아짐에 따라 충격을 흡수하고, 소전지(100)에 가해지는 충격이 "0" 또는 내부 단락 등이 발생하지 않는 정도로 작아지도록 한다.

변형예 1에서는, 충격력(F)의 방향에 힘이 가해지면 홈통형 부재(50) 전체가 판(板)스프링으로써 충격을 흡수하므로, 상기의 실시형태보다 더 큰 충격을 흡수할 수 있다. 그 밖의 효과는 상기 실시형태와 동일하다.

-변형예 2-

변형예 2는 상기 실시형태와는 충돌에 의한 충격을 흡수하는 구조가 다르며, 그 외의 부분은 동일하다. 따라서, 상기 구조와 다른 부분만을 이하에 설명하고, 설명을 생략하는 소전지, 전지블록, 전지모듈의 구성, 구조 및 차대 상의 배치는 상기의 구성, 구조 및 배치와 동일하다.

도 6에 나타내듯이, 변형예 2에 관한 전지모듈(302)은, 상기 실시형태의 구성에 추가로, 배기경로(32)의 공간에 보강부재(52)가 배치되며, 홈통형 부재(21)와 보강부재(52)가 충격흡수 부재가 된다.

보강부재(52)는 기둥형 탄성부재로 이루어지며, 전지블록(202)에서 배기경로(32)의 폭방향 중앙부에 설치됨과 동시에, 배기경로(32)가 연장되는 방향으로 복수개 설치된다. 또 배기경로(32)를 형성하는 외장판(21b)은 평판 형상이며, 중앙부분을 보강부재(52)에 의해 지지된다.

충돌에 의한 충격력(F)이 본 변형예의 전지모듈(302)에 가해지면, 보강부재(52)가 변형되어 배기경로(32)의 공간이 작아짐으로써 충격을 흡수하고, 소전지(100)에 가해지는 충격이 "0" 또는 내부 단락 등이 발생하지 않는 정도로 작아지도록 한다.

변형예 2에서는, 홈통형 부재(21)보다 큰 충격흡수 능력을 갖는 보강부재(52)가 충격흡수 부재의 일부로써 배치되므로, 상기 실시형태보다 더 큰 충격을 흡수할 수 있다. 그 밖의 효과는 상기 실시형태와 동일하다.

-변형예 3-

변형예 3은 상기 실시형태와는 충돌에 의한 충격을 흡수하는 구조가 다르며, 그 외의 부분은 동일하다. 따라서, 상기 구조와 다른 부분만을 이하에 설명하고, 설명을 생략하는 소전지, 전지블록, 전지모듈의 구성, 구조 및 차대 상의 배치는 상기의 구성, 구조 및 배치와 동일하다.

도 7에 나타내듯이, 변형예 3에 관한 전지모듈(303)은, 상기 실시형태의 구성에 추가로, 용기(20) 및 케이스(40) 중 배기경로(32) 옆에 위치하는 부분이, 다른 소재 및／또는 다른 형상으로 이루어지는 제 1 충격흡수 벨트부(54) 및 제 2 충격흡수 벨트부(56)가 배치됨과 동시에 홈통형 부재(21a)의 형상이 다르다. 그리고, 홈통형 부재(21a)와 제 1 충격흡수 벨트부(54)와 제 2 충격흡수 벨트부(56)가 충격흡수 부재로 된다.

제 1 충격흡수 벨트부(54) 및 제 2 충격흡수 벨트부(56)는 각각 용기(20) 및 케이스(40)의 그 외 부분의 구성재료보다 충격흡수 능력이 높은 소재 및／또는 충격흡수 능력이 높은 형상으로 이루어지며, 전지블록(203)의 배기경로(32)의 주위를 벨트형상으로 한바퀴 둘러싼다.

홈통형 부재(21a)는 상기 변형예 1의 홈통형 부재(50)와 유사한 횡단면 형상을 갖는다. 변형예 1과의 차이는, 횡단면 원호형의 양단부(兩端部)가 제 1 충격흡수 벨트부(54)로까지 연장되나, 이 양단부에서 원호의 내측으로 접혀지는 접힘부가 형성되는 점이다. 원호의 내측으로 접혀진 부분은 짧고, 접혀진 코너부가 제 1 충격흡수 벨트부(54)의 내측에 닿아 제 1 충격흡수 벨트부(54)를 외측으로 누른다.

제 1 충격흡수 벨트부(54) 및 제 2 충격흡수 벨트부(56)의 구성으로써는, 예를 들어 탄성계수가 큰 탄성부재와 소성변형 부재를 조합한 소성변형 부재는, 압축력이 가해지면 전지모듈(303) 외측으로 쓰러지는 구성으로 한 것을 예시할 수 있다. 이 경우, 충격이 가해지면 먼저 탄성부재가 변형됨과 동시에 홈통형 부재(21a)가 찌그러져 배기경로(32)의 높이가 작아지고, 그 후 소성변형 부재가 변형되어 간다. 소성변형 부재는, 어느 정도 압축변형된 후는 홈통형 부재(21a)의 코너부에 눌려 전지모듈(303) 바깥쪽으로 쓰러지도록 변형되므로, 이 시점에서 탄성부재는 압축력으로부터 해방되어 원래로 돌아간다. 또한 배기경로(32)의 공간이 작아지도록 충격이 계속된 경우는, 탄성부재가 다시 압축되어 변형됨으로써 충격을 흡수한다.

이와 같이, 충돌에 의한 충격력(F)이 본 변형예의 전지모듈(303)에 가해지면, 홈통형 부재(21a)와 제 1 충격흡수 벨트부(54)와 제 2 충격흡수 벨트부(56)와의 양쪽이 변형되어 배기경로(32)의 공간이 작아짐에 따라 충격을 흡수하고, 소전지(100)에 가해지는 충격이 "0" 또는 내부 단락 등이 발생하지 않는 정도로 작아지도록 한다.

변형예 3에서는 제 1 충격흡수 벨트부(54) 및 제 2 충격흡수 벨트부(56)가 충격흡수 부재의 일부로써 배치되므로, 상기 실시형태보다 더 큰 충격을 흡수할 수 있다. 그 밖의 효과는 상기 실시형태와 동일하다.

그리고, 제 1 충격흡수 벨트부(54) 및 제 2 충격흡수 벨트부(56)의 구성 및 구조는 상기의 예시에 한정되지 않으며, 각각 용기(20) 및 케이스(40)의 그 밖의 구성재료보다 충격흡수 능력이 높은 소재 및／또는 충격흡수 능력이 높은 형상이라면 어떠한 것이라도 상관없다.

-변형예 4-

변형예 4는 상기 실시형태와는 충돌에 의한 충격을 흡수하는 구조가 다르며, 그 외의 부분은 동일하다. 따라서, 상기 구조와 다른 부분만을 이하에 설명하고, 설명을 생략하는 소전지, 전지블록, 전지모듈의 구성, 구조, 및 차대 상의 배치는 상기의 구성, 구조 및 배치와 동일하다.

도 9에 나타내듯이, 변형예 4에 관한 전지모듈(304)은, 상기 실시형태의 구성에 추가로 전지블록(204)의 용기(20')에 내측으로 돌출된 볼록부(23, 23, 23)가 형성된다. 냉각블록(24')의 볼록부(23)에 대응하는 부분에도 오목부가 형성된다

본 변형예에 관한 전지모듈(304)에 충돌에 의한 충격력(F)이 가해지면, 수지로 이루어진 용기(20')의 볼록부(23, 23, 23)가 변형됨으로써 충격력을 흡수한다. 변형에 의해 흡수할 수 있는 힘보다 충격력이 큰 경우는, 볼록부(23, 23, 23)가 부러져 상측의 홈통형 부재(21)를 변형시켜 충격력을 흡수하게 된다.

변형예 4에서는, 홈통형 부재(21)에 추가로 볼록부(23, 23, 23)가 충격흡수 부재로써 배치되므로, 상기 실시형태보다 더 큰 충격을 흡수할 수 있다. 그 밖의 효과는 상기 실시형태와 동일하다.

-변형예 5-

변형예 5는, 상기 실시형태와는 충돌에 의한 충격을 흡수하는 구조가 다르고, 그 외의 부분은 동일하다. 따라서, 상기 구조와 다른 부분만을 이하에 설명하고, 설명을 생략하는 소전지, 전지블록, 전지모듈의 구성, 구조 및 차대 상의 배치는 상기의 구성, 구조 및 배치와 동일하다.

변형예 5에 관한 전지모듈(305)은, 도 10에 나타내듯이 상기 실시형태의 구성과는 홈통형 부재(50) 대신에 관 형상의 중공부재(121)를 이용하는 것이 다르다. 본 변형예에서는 관 형상의 중공부재(121)가 충격흡수 부재가 된다.

관 형상의 중공부재(121)는 여기서는 철제의 각파이프로 이루어지고, 중공부분이 배기경로(32)가 된다. 또, 소전지(100)의 개방부(8a)와 마주보는 부분에는, 중공부재(121)에 구멍이 뚫려 있고, 소전지(100)로부터 배출되는 가스를 배기경로(32)로 빠르게 공급할 수 있다. 충돌에 의한 충격력(F)이 본 변형예의 전지모듈(305)에 가해지면, 중공부재(121)가 변형되어 배기경로(32)의 공간이 작아짐으로써 충격을 흡수하고, 소전지(100)에 가해지는 충격이 "0" 또는 내부 단락 등이 발생하지 않는 정도로 작아지도록 한다.

변형예 5에서는, 충격력(F)의 방향에 힘이 가해지면 관 형상의 중공부재(121)가 변형됨에 의해 충격이 흡수되므로, 상기 실시형태보다 큰 충격을 흡수할 수 있다. 그 밖의 효과는 상기 실시형태와 동일하다.

-변형예 6-

변형예 6은 상기 실시형태와는 전지모듈의 구조가 다르며, 그 외의 부분은 동일하다. 따라서, 상기 구조와는 다른 부분만을 이하에 설명하고, 설명을 생략하는 소전지, 전지블록의 구성, 구조 및 차대 상의 배치는 상기의 구성, 구조 및 배치와 동일하다.

변형예 6에 관한 전지모듈(306)은, 도 11에 나타내듯이 상기 실시형태의 구성과는 쌍이 되는 전지블록(200, 200)이 배기경로(32)끼리를 맞대어 배치하는 것이 다르다. 본 변형예에서는, 충돌에 의한 충격을 흡수하는 부재는 상기 실시형태와 동일 홈통형 부재(21, 21)이다. 전지모듈(306) 중앙부에 2개의 홈통형 부재(21, 21)가 그 상면끼리를 접촉시켜 놓아지며, 충돌에 의한 충격을 전지모듈(306)의 중앙부에서 흡수하는 구조가 된다. 충돌에 의한 충격력은, 전지모듈(306) 중에서 가장 약한 부분이 변형됨으로써 흡수되므로, 충격흡수 부재를 전지모듈의 중앙부에 배치하여도 상기 실시형태와 동일 효과를 발휘한다.

(그 밖의 실시형태)

상기의 실시형태는 본 발명의 예이며, 본 발명은 이들의 예에 한정되지 않는다. 홈통형 부재(21)의 소재나 두께를 검토하거나, 형상을 변경하여도 상관없다. 예를 들어 홈통형 부재(21)의 상면이나 측면 부분에 보강용 리브(rib)를 설치하거나, 금속판에 요철(凹凸)을 형성하여 강성(剛性)이나 탄성을 크게 하여도 된다.

전지모듈의 차대로의 배치구성은, 도 8에 나타낸 구성 이외라도 상관없다. 배기경로가 차량 폭방향으로 연장되도록 배치되어도 상관없고, 배기경로가 차량 폭방향으로 연장되는 전지모듈과 차량 전후방향으로 연장되는 전지모듈을 혼재시켜도 된다. 또, 전지모듈을 복수 단으로 쌓아 올려도 된다.

변형예 2의 보강부재는 소성변형되어 충격을 흡수하는 부재로 이루어져도 된다.

상기 실시형태 및 변형예의 충격흡수 부재끼리를 조합하여도 된다.

변형예 4에서 볼록부를 냉각블록에 형성하고, 용기쪽에는 이에 대응한 오목부를 형성해도 된다.

변형예 1 내지 5에서 변형예 6과 마찬가지로, 중앙부분에 충격흡수 부재를 배치하는 전지모듈 구조를 채용하여도 상관없다.

또, 전지 팩 배치로써 도 12에 나타내는 배치를 채용하여도 된다. 도 12에 나타내는 전지 팩 배치가 도 8에 나타내는 전지 팩 배치와 다른 주요한 점은, 복수의 전지모듈(300, 300, …)을 이너 케이스(72)에 수납하고, 이 이너 케이스(72)의 외측에 충격흡수용의 가스배출통로(71)를 형성하는 점이다. 또, 전지모듈(300)의 가스배출 덕트(43)는 각 전지모듈(300) 사이에서 연결되어 있지 않고 각각의 전지모듈(300)의 가스배출 덕트(43)는, 가스배출 통로(71)에 출구를 연결하는 점도 상이점이다. 이너 케이스(72) 내에는 6개의 전지모듈(300, 300, …)이 수납되고, 어느 전지모듈(300, 300, …)도, 배기경로(32)가 차량의 전후방향으로 연장되어 확대되며, 배기경로(32)의 확대방향은 차량 폭방향에 대해 거의 수직이다.

도 12에 나타내는 전지 팩 배치에서는, 평면에서 보아 전지모듈(300, 300, …)의 집합체 주위에 가스배출 통로(71)가 형성되며, 가스배출 통로(71)의 가스출구(45)는 차량 후측에 형성된다. 이와 같은 전지 팩 배치이면, 도 8의 전지 팩 배치의 효과에 추가로, 가스배출 통로(71)가 변형됨에 따른 충격흡수 효과가 발휘된다. 예를 들어 다른 차량에 충돌된 때에는, 가스배출 통로(71) 외벽이 내측으로 패임으로써, 충돌의 충격이 흡수된다. 도 12에 나타내는 구조에서는, 차량의 전후방향으로부터의 충격도 가스배출 통로(71)의 변형에 의해 흡수하는 것이 가능하다. 도 12에 나타내는 전지 팩 배치에 있어서, 변형예 1 내지 6의 전지모듈을 채용하여도 된다. 또, 이너 케이스(72)를 없애고, 전지모듈(300)의 집합체와 전지 팩 외측 케이스와의 사이의 공간을 가스배출 통로로 하는 구조라도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 전지모듈은, 우수한 충격흡수 성능을 가지며, 차량 탑재용의 전원 등으로써 유용하다.

1 : 음극 2 : 양극
4 : 전극군 7 : 전지케이스(음극단자)
8 : 단자판(양극단자) 8a : 개방부
21, 21a : 외장판(홈통형 부재) 24 : 냉각블록(수용부)
32 : 배기경로 40 : 케이스
41 : 가스실
50 : 홈통형 부재(충격흡수 부재)
52 : 보강부재(충격흡수 부재)
54 : 제 1 충격흡수 벨트부 56 : 제 2 충격흡수 벨트부
60 : 차대 100 : 소전지
121 : 관 형상 중공부재(충격흡수 부재)
200, 201, 202, 203, 204, 205 : 전지블록
300, 301, 302, 303, 304, 305, 306 : 전지모듈

Claims

이차전지인 복수의 소(素)전지를 수용하는 수용부와,
상기 소전지로부터 발생하는 가스를 통과시키는 공간을 구비한 배기경로를 구비한 차량 탑재용의 전지블록에 있어서,
차량의 충돌에 의한 충격이 부여된 때에, 상기 배기경로의 공간이 작아지도록 변형됨으로써 이 충격을 흡수하는 충격흡수 부재를 갖는
전지블록.
제 1 항에 있어서,
차량의 충돌에 의한 상기 충격은 15G 이상의 충격인
전지블록.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 상기 소전지는, 발전(發電)요소를 구비한 소전지 본체부와 이 소전지 본체부에서 발생하는 가스를 소전지 밖으로 배출하는 개방부를 구비하고, 상기 소전지 본체부끼리가 인접하며 또 상기 개방부가 동일 측을 향하도록 상기 수용부에 수용되는
전지블록.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기경로의 적어도 일부를 상기 충격흡수 부재에 의해 구성하는 것을 특징으로 하는
전지블록.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충격흡수 부재의 적어도 일부는 홈통(gutter)형 부재인
전지블록.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충격흡수 부재는 탄성부재로 이루어지는
전지블록.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충격흡수 부재는 상기 충격에 의해 소성(塑性)변형되는 부재로 이루어지는
전지블록.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충격흡수 부재는 관 형상의 중공부재로 이루어지는
전지블록.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수용부와 상기 배기경로를 수납하는 케이스를 추가로 구비하고,
상기 수용부는, 상기 충격흡수 부재인 볼록부을 가지며,
상기 케이스는 상기 볼록부를 수납하는 오목부를 가지고,
상기 볼록부는 상기 충격에 의해 부러지는 것을 특징으로 하는
전지블록.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수용부와 상기 배기경로를 수납하는 케이스를 추가로 구비하고,
상기 케이스는, 상기 충격흡수 부재인 볼록부를 가지며,
상기 수용부는, 상기 볼록부를 수납하는 오목부를 가지고,
상기 볼록부는 상기 충격으로 인해 부러지는 것을 특징으로 하는
전지블록.
이차전지인 복수의 소전지를 수용하는 수용부와,
상기 소전지로부터 발생하는 가스를 통과시키는 공간을 구비한 배기경로를 구비한 차량 탑재용의 전지모듈에 있어서,
차량의 충돌에 의한 충격이 부여된 때에, 상기 배기경로의 공간이 작아지도록 변형됨으로써 이 충격을 흡수하는 충격흡수 부재를 갖는
전지모듈.
제 11 항에 있어서,
차량의 충돌에 의한 상기 충격은 15G 이상의 충격인
전지모듈.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
복수의 상기 소전지는, 발전(發電)요소를 구비한 소전지 본체부와 이 소전지 본체부에서 발생하는 가스를 소전지 밖으로 배출하는 개방부를 구비하고, 상기 소전지 본체부끼리가 인접하며 또 상기 개방부가 동일 측을 향하도록 상기 수용부에 수용되는
전지모듈.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기경로의 적어도 일부를 상기 충격흡수 부재에 의해 구성하는 것을 특징으로 하는
전지모듈.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충격흡수 부재의 적어도 일부는 홈통형 부재인
전지모듈.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충격흡수 부재는 탄성부재로 이루어지는
전지모듈.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충격흡수 부재는 상기 충격에 의해 소성변형되는 부재로 이루어지는
전지모듈.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충격흡수 부재는, 관 형상 중공부재로 이루어지는
전지모듈.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수용부와 상기 배기경로를 수납하는 케이스를 추가로 구비하고,
상기 수용부는, 상기 충격흡수 부재인 볼록부를 가지며,
상기 케이스는 상기 볼록부를 수납하는 오목부를 가지고,
상기 볼록부는 상기 충격에 의해 부러지는 것을 특징으로 하는
전지모듈.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수용부는 상기 배기경로를 수납하는 케이스를 추가로 구비하고,
상기 케이스는, 상기 충격흡수 부재인 볼록부를 가지며,
상기 수용부는, 상기 볼록부를 수납하는 오목부를 가지고,
상기 볼록부는 상기 충격에 의해 부러지는 것을 특징으로 하는
전지모듈.
제 1 항 내지 제 10 항에 기재한 전지블록을 짝수개 가지며,
임의의 1개의 상기 전지블록은, 다른 하나의 상기 전지블록과 쌍이 되어 인접하여 배치되며,
상기 전지블록은, 상기 쌍을 이루는 다른 하나의 전지블록에 인접하는 부분과 상기 배기경로가 양단부(兩端部)에 위치하는 구성을 가지고,
상기 전지블록에는, 상기 쌍을 이루는 전지블록 이외에 인접하는 전지블록이 존재하며,
상기 쌍을 이루는 전지블록 이외이며 인접하는 상기 전지블록끼리는, 상기 배기경로를 서로 연결시켜 일렬로 연장하는
전지모듈.
제 21 항에 있어서,
일단부(一端部)에 상기 배기경로의 열(列)에 거의 직교하는 형상의 가스실을 추가로 구비하는
전지모듈.
제 21 항 또는 제 22 항에 기재된 전지모듈을 차대(chassis)에 배치한 전지 팩 배치구조에 있어서,
상기 배기경로가 연장되는 방향은 차량 폭방향에 대해 거의 수직의 방향인
전지 팩 배치구조.