KR20180053418A - 전지 팩 및 그 제조 방법 - Google Patents

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

배선을 전지 모듈에 설치하기 위한 작업 스페이스를 효율화한 전지 팩 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 편평하게 형성된 단전지(110)를 두께 방향으로 복수 적층하여 구비함과 함께 전력의 입출력을 행하는 정부의 터미널(133, 134)을 구비한 복수의 전지 모듈(100A, 100B)과, 복수의 전지 모듈을 설치하는 베이스 부재(310)를 갖는다. 복수의 전지 모듈의 터미널은, 베이스 부재측과는 반대측의 단부에 배치하고, 복수의 전지 모듈은, 베이스 부재에 있어서의 복수의 전지 모듈의 설치면을 따라, 설치면 상에 배열하여 구성되어 있다.

Description

전지 팩 및 그 제조 방법
본 발명은, 전지 팩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 업계에서는 근년, 환경 보호나 연비 등의 관점에서 이차 전지나 연료 전지의 개발이 주로 행해지고 있다. 이차 전지는 전지 하나하나의 출력이 그다지 크지 않기 때문에, 자동차의 항속을 가능하게 하기 위해, 소정의 수 적층되어 전지 모듈이 된다. 또한, 전지 모듈은 소정 개수 모아져 전지 팩(조전지라고도 불림)이 되는 경우도 있다. 전지 팩에 관한 종래의 기술로서, 특허문헌 1에는 셀(단전지라고도 불림)을 소정 개수 적층한 전지 모듈을 높이 방향으로 적층하여 구성되고 있다.
일본 특허 공개 제2015-5361호 공보
전지 팩은, 소정의 전력을 발생시키기 위해 많은 수의 전지 셀이나 전지 모듈을 필요로 한다. 그 때문에, 전지 팩으로부터 전력을 취출하기 위한 배선도 많이 필요해진다. 이와 같이 전지 팩에는 많은 배선이 필요해지기 때문에, 배선의 설치 태양에 따라서는 전지 팩의 레이아웃도 크게 바뀌어, 전지 팩을 제조할 때의 작업 스페이스에 영향을 미칠 우려가 있다.
본 발명은, 배선을 전지 모듈에 설치하기 위한 작업 스페이스를 효율화한 전지 팩 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명은, 편평하게 형성된 단전지를 두께 방향으로 복수 적층하여 구비함과 함께 전력의 입출력을 행하는 정부의 터미널을 구비한 복수의 전지 모듈과, 복수의 전지 모듈을 설치하는 베이스 부재를 갖는다. 복수의 전지 모듈의 터미널은, 베이스 부재측과는 반대측의 단부에 배치하고, 복수의 전지 모듈은, 베이스 부재에 있어서의 복수의 전지 모듈의 설치면을 따라, 설치면 상에 배열하여 구성되어 있다.
상기 목적을 달성하는 본 발명은, 편평하게 형성된 단전지를 두께 방향으로 복수 적층하여 구비함과 함께 전력의 입출력을 행하는 정부의 터미널을 구비한 전지 모듈을 복수 포함하는 전지 팩의 제조 방법이다. 당해 제조 방법에서는, 복수의 전지 모듈을, 터미널이 베이스 부재가 위치하는 측과 반대측의 단부에 위치하도록 베이스 부재 상에 배치하고, 복수의 전지 모듈을, 베이스 부재에 있어서의 복수의 전지 모듈의 설치면을 따라, 당해 설치면 상에 배열한다.
도 1의 (A), 도 1의 (B), 도 1의 (C)는 제1 실시 형태에 관한 전지 팩을 나타내는 사시도, 평면도 및 정면도이다.
도 2는 전지 팩에 있어서의 전지 모듈끼리의 전기적인 접속을 나타내는 개념도이다.
도 3의 (A), 도 3의 (B)는 전지 모듈을 설치하는 베이스 부재를 나타내는 사시도 및 평면도이다.
도 4는 전지 팩을 구성하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 5의 (A), 도 5의 (B)는 도 4의 전지 모듈을 나타내는 평면도, 측면도이다.
도 6은 전지 모듈을 볼트와 브래킷에 의해 베이스부에 설치하는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 7은 전지 모듈로부터 상부 가압판과 하부 가압판 및 좌우의 측판을 분해하여 보호 커버를 설치한 상태의 적층체 전체를 노출시킨 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7에 나타낸 적층체로부터 보호 커버를 떼어내고, 또한 적층체를 전지 군과 버스 바 유닛으로 분해하여 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8에 나타낸 버스 바 유닛을 분해하여 나타내는 사시도이다.
도 10은 제1 셀 서브어셈블리(3세트마다 병렬 접속되는 단전지)의 애노드측 전극 탭과 제2 셀 서브어셈블리(3세트마다 병렬 접속되는 단전지)의 캐소드측 전극 탭을 버스 바에 의해 접합하는 상태를 모식적으로 분해하여 나타내는 사시도이다.
도 11의 (A)는 단전지에 한 쌍의 스페이서(제1 스페이서 및 제2 스페이서)를 설치한 상태를 나타내는 사시도, 도 11의 (B)는 단전지로부터 한 쌍의 스페이서(제1 스페이서 및 제2 스페이서)를 떼어낸 상태를 나타내는 사시도이다.
도 12는 한 쌍의 스페이서(제1 스페이서 및 제2 스페이서)를 나타내는 사시도이다.
도 13의 (A)는 적층된 단전지의 전극 탭에 버스 바를 접합한 상태의 주요부를 단면으로 나타내는 사시도, 도 13의 (B)는 도 13의 (A)를 측방으로부터 나타내는 측면도이다.
도 14는 전지 모듈에 있어서 모듈간 버스 바의 설치 위치를 설명하기 위한 비교예를 나타내는 도면이다.
도 15는 제1 실시 형태에 관한 전지 팩의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 16은 제1 실시 형태에 관한 전지 팩의 제조 방법을 나타내는 도면이며, 전지 모듈을 구성하는 부재를 적재대에 대해 차례로 적층하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 17은 도 16에 이어서, 전지 모듈의 구성 부재를 상방으로부터 압박하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 18은 도 17에 이어서, 측판을 상부 가압판 및 하부 가압판에 대해 레이저 용접하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 19는 도 18에 이어서, 전지 군에 버스 바 유닛의 일부의 부재를 설치하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 19에 이어서, 버스 바 유닛의 버스 바를 단전지의 전극 탭에 대해 레이저 용접하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 21은 적층된 단전지의 전극 탭에 버스 바를 레이저 접합하고 있는 상태의 주요부를 단면으로 나타내는 측면도이다.
도 22는 도 20 및 도 21에 이어서, 버스 바 유닛에 보호 커버를 설치하고, 애노드측 터미널 및 캐소드측 터미널을 애노드측 버스 바 및 캐소드측 버스 바에 대해 레이저 용접하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 23은 제2 실시 형태에 관한 전지 팩을 구성하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 24는 제2 실시 형태에 관한 전지 팩에 있어서 전지 모듈의 내부를 나타내는 부분 단면도이다.
도 25의 (A), 도 25의 (B)는 도 1의 (A), 도 1의 (B)의 변형예를 나타내는 개략 사시도, 개략 평면도이다.
도 26은 전지 모듈을 적층 방향을 따라 절단한 단면도이며, 제1 실시 형태의 변형예를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 도면에 있어서의 각 부재의 크기나 비율은, 설명의 편의상 과장되어 실제의 크기나 비율과는 상이한 경우가 있다. 도면 중에 있어서, X, Y 및 Z로 나타내는 화살표를 사용하여 방위를 나타내고 있다. X에 의해 나타내는 화살표의 방향은, 단전지(110)의 적층 방향과 교차하고, 또한 단전지(110)의 긴 변 방향을 따른 방향을 나타내고 있다. Y에 의해 나타내는 화살표의 방향은, 단전지(110)의 적층 방향과 교차하고, 또한 단전지(110)의 짧은 변 방향을 따른 방향을 나타내고 있다. Z에 의해 나타내는 화살표의 방향은, 단전지(110)의 적층 방향을 나타내고 있다.
(제1 실시 형태)
먼저, 제1 실시 형태의 전지 팩(10)을 도 1 내지 도 14를 참조하면서 설명한다.
도 1의 (A), 도 1의 (B), 도 1의 (C)는 제1 실시 형태에 관한 전지 팩을 나타내는 사시도, 평면도 및 정면도이다. 도 2는 전지 팩에 있어서의 전지 모듈끼리의 전기적인 접속을 나타내는 개념도이다. 도 3의 (A), 도 3의 (B)는 전지 모듈을 설치하는 베이스 부재를 나타내는 사시도 및 평면도이다. 도 4는 전지 팩(10)을 구성하는 전지 모듈(100)을 나타내는 사시도이다. 도 5의 (A), 도 5의 (B)는 도 4의 전지 모듈을 나타내는 평면도, 측면도이다. 도 6은 전지 모듈을 볼트와 브래킷에 의해 베이스 부재에 설치하는 모습을 나타내는 단면도이다. 도 7은 전지 모듈로부터 상부 가압판과 하부 가압판 및 좌우의 측판을 분해하여 보호 커버를 설치한 상태의 적층체 전체를 노출시킨 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7에 나타낸 적층체로부터 보호 커버를 떼어내고, 또한 적층체를 전지 군과 버스 바 유닛으로 분해하여 나타내는 사시도이다. 도 9는 도 8에 나타낸 버스 바 유닛을 분해하여 나타내는 사시도이다. 도 10은 제1 셀 서브어셈블리(3세트마다 병렬 접속되는 단전지)의 애노드측 전극 탭과 제2 셀 서브어셈블리(3세트마다 병렬 접속되는 단전지)의 캐소드측 전극 탭을 버스 바에 의해 접합하는 상태를 모식적으로 분해하여 나타내는 사시도이다.
도 11의 (A)는, 단전지에 한 쌍의 스페이서(제1 스페이서 및 제2 스페이서)를 설치한 상태를 나타내는 사시도, 도 11의 (B)는 단전지로부터 한 쌍의 스페이서(제1 스페이서 및 제2 스페이서)를 떼어낸 상태를 나타내는 사시도이다. 도 12는 한 쌍의 스페이서(제1 스페이서 및 제2 스페이서)를 나타내는 사시도이다. 도 13의 (A)는 적층된 단전지의 전극 탭에 버스 바를 접합한 상태의 주요부를 단면으로 나타내는 사시도, 도 13의 (B)는 도 12의 (A)를 측방으로부터 나타내는 측면도이다. 도 14는 전지 모듈에 있어서 모듈간 버스 바의 설치 위치를 설명하기 위한 비교예를 나타내는 도면이다.
또한, 도 1에 나타낸 상태에서, 좌측 앞쪽을 전지 모듈(100) 전체 및 각 구성 부품의 「전방면측」이라고 하고, 우측 안쪽을 전지 모듈(100) 전체 및 각 구성 부품의 「배면측」이라고 하고, 우측 앞쪽 및 좌측 안쪽을 전지 모듈(100) 전체 및 각 구성 부품의 좌우의 「측방측」이라고 한다.
(전지 팩)
먼저, 전지 팩에 대해 설명한다. 전지 팩(10)은, 도 1의 (A) 내지 도 1의 (C), 도 7, 도 11을 참조하여 개략적으로 설명하면, 편평하게 형성된 단전지(110)를 두께 방향으로 복수 적층하여 구비함과 함께, 전력의 입출력을 행하는 애노드측 터미널(133)과 캐소드측 터미널(134)을 구비한 복수의 전지 모듈(100A, 100B)과, 복수의 전지 모듈(100A, 100B)을 설치하고 베이스부(300)를 구성하는 베이스 부재(310)를 갖는다. 전지 모듈(100A, 100B)은, 애노드측 터미널(133) 및 캐소드측 터미널(134)은 베이스 부재(310)의 측과는 반대측의 단부에 배치하고, 전지 모듈(100A, 100B)은 베이스 부재(310)의 설치부(311)를 따라 설치부(311) 상에 배열하고 있다. 또한, 전지 팩(10)은 인접하는 전지 모듈끼리를 전기적으로 접속하는 모듈간 버스 바(410, 420, 430)와, 전기적으로 접속된 복수의 전지 모듈(100A, 100B)의 전기적인 종단부의 위치에 배치되는 배선(440)을 갖는다. 전지 모듈(100A, 100B)은, 단전지(110)를 적층한 전지 군(100G)의 적층 방향(Z)에 있어서의 단부에 있어서 상부 가압판(151)과 하부 가압판(152)(한 쌍의 제1 커버 부재에 상당)을 배치하고, 적층 방향(Z)과 교차하고, 전극 탭(113)을 도출하는 긴 변 방향(X)과 교차하는 짧은 변 방향(Y)에 있어서의 양단부에 측판(153)(한 쌍의 제2 커버 부재에 상당)을 배치하고 있다.
전지 팩(10)은, 단전지(110)의 적층 수가 상이한 전지 모듈(100A)과 전지 모듈(100B)을 갖는다. 전지 모듈(100A, 100B)은 베이스 부재(310)에 있어서 적층하지 않고 1단으로 설치하고 있다. 전지 모듈(100A, 100B)은, 도 1의 (A), 도 1의 (C) 등에 나타낸 바와 같이, 전력의 입출력을 행하는 터미널이 위치하는 면이 대향하도록 배치되어 있다. 한편, 도 1의 (B)에 있어서 동일한 행에 있어서의 전지 모듈은 모두, 동일한 방향을 향하도록 구성되어 있다. 전지 모듈(100A)은, 단전지(110)를 27 적층하여 구성되고, 전지 모듈(100B)은 단전지(110)를 21 적층하여 구성되어 있다. 그러나, 적층 수는 어디까지나 예시이며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 전지 모듈(100A)과 전지 모듈(100B)은 단전지(110)의 적층 수가 상이하기 때문에, 전지 군(100G)을 짧은 변 방향(Y)으로부터 덮는 측판(153)의 사양이 상이하다.
구체적으로 말하면, 전지 모듈(100A)은 전지 모듈(100B)보다 단전지(110)의 적층 수가 많기 때문에, 그것에 맞추어 측판(153)의 높이가 전지 모듈(100B)보다 전지 모듈(100A)의 쪽이 높아지도록 구성되어 있다. 한편, 전지 군(100G)을 적층 방향(Z)에 있어서의 외측으로부터 덮는 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)은 단전지(110)의 적층 수의 영향을 받지 않는다. 따라서, 전지 모듈(100A)과 전지 모듈(100B)이 부품을 공용할 수 있다. 상부 가압판(151), 하부 가압판(152) 및 측판(153)의 상세에 대해서는 후술한다.
베이스부(300)는, 도 3, 도 4, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(100A, 100B)을 설치하는 베이스 부재(310)와, 전지 모듈(100A, 100B)을 베이스 부재(310)에 설치하기 위한 브래킷(320)과, 볼트(330) 및 너트(340)를 갖는다. 베이스 부재(310)는, 도 3의 (A), 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(100A, 100B)을 설치하는 설치부(311)와, 설치부(311)보다 외측에 설치되는 플랜지부(312)를 갖는다. 설치부(311)는, 평탄하게 구성되어 있지만, 전지 모듈(100A, 100B)을 설치할 수 있으면, 평탄 이외의 형상이어도 된다. 플랜지부(312)는, 전지 팩(10)을 예를 들어 차량에 탑재할 때 등에 브래킷을 설치할 수 있도록 평탄한 판재를 구부리거나 하여 구성되어 있다.
또한, 전지 모듈(100A, 100B)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 단전지(110)가 적층되는 부위에 해당되는 적층부(100C)와, 전지 모듈(100A, 100B)을 베이스 부재(310)에 설치하는 볼트(330)를 삽입 관통시키는 삽입 관통부(100D)를 갖는다. 전지 모듈(100A)을 정면(X 방향) 또는 측면(Y 방향)으로부터 본 경우, 삽입 관통부(100D)는 적층부(100C)보다 적층 방향(Z)에 있어서의 길이를 짧게 구성하고 있다. 또한, 적층부(100C)로부터 삽입 관통부(100D)에 걸쳐서는, 단차로서 오목부(100F)가 형성되어 있다.
브래킷(320)은, 전지 모듈(100A, 100B)을 베이스 부재(310)에 설치하기 위해 준비된다. 브래킷(320)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(100A) 또는 전지 모듈(100B)과 베이스 부재(310)의 사이이며, 전지 모듈(100A, 100B)의 적층부(100C)로부터 삽입 관통부(100D)에 걸친 오목부(100F)의 형상에 끼워 맞추어져 배치된다. 이에 의해, 전지 모듈(100A, 100B)을 베이스 부재(310)에 설치하였을 때에 설치 개소의 보강재로서 기능시킬 수 있다. 브래킷(320)은, 본 실시 형태에 있어서 베이스 부재(310)와 용접에 의해 접합하고 있지만, 전지 모듈(100A, 100B)을 설치할 수 있으면, 용접 이외의 방법에 의해 접합해도 된다.
볼트(330)는, 베이스 부재(310)의 설치부(311)와 교차하는 방향에 있어서 전지 모듈(100A, 100B)을 구성하는 복수의 단전지(110)에 삽입 관통되어, 전지 모듈(100A, 100B)을 너트(340)와 함께 브래킷(320)에 설치한다. 브래킷(320)은, 베이스 부재(310)에 접합되어 있기 때문에, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(100A, 100B)을 브래킷(320)에 설치함으로써, 전지 모듈(100A, 100B)이 베이스부(300)에 설치된다. 전지 모듈(100A, 100B)은, 단전지(110)를 적층 방향(Z)으로 적층한 상태에서 베이스 부재(310)에 설치하고 있다. 볼트(330)는, 단전지(110)의 적층 태양에 따라서 전지 모듈(100A, 100B)의 적층 방향, 본 실시 형태에서는 적층 방향(Z)으로 삽입 관통되어, 너트(340)와 체결되어 있다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 볼트(330)의 헤드부는 적층부(100C)의 상부에 위치하는 상부 가압판(151)을 넘지 않도록 구성되어 있다.
모듈간 버스 바(410, 420, 430)는, 도 1의 (B), 도 2에 나타낸 바와 같이 전지 팩(10)에 있어서의 인접하는 전지 모듈을 접속하기 위해 사용된다. 모듈간 버스 바(410)는, 도 1의 (B)에 있어서 동일한 열에 있어서 인접하는 전지 모듈끼리를 전기적으로 접속한다(예를 들어, 도 2에 있어서의 (1)과 (2)의 전지 모듈 참조). 모듈간 버스 바(420)는, 인접하는 열 사이이며, 행의 위치가 상이한 전지 모듈끼리, 이른바 대각선의 위치 관계에 있는 전지 모듈끼리를 전기적으로 접속한다(예를 들어, 도 2에 있어서의 (2)와 (3)의 전지 모듈 참조). 모듈간 버스 바(430)는, 인접하는 열 사이이며, 동일한 행의 위치에 있는 전지 모듈끼리를 전기적으로 접속한다(예를 들어, 도 2에 있어서의 (4)와 (5)의 전지 모듈 참조). 전지 팩(10)은, 도 1의 (A), 도 1의 (B)와 같이 모듈간 버스 바(410, 420, 430)를 배치함으로써, 도 2의 (1) 내지 (16)의 순서로 전지 모듈을 전기적으로 접속하고 있다. 그러나, 도 2는 어디까지나 예시이며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 모듈간 버스 바(410, 420, 430)는, 전지 모듈(100A, 100B)의 상면에 있어서 볼트(450)에 의해 전지 모듈(100A, 100B)에 체결되어 있다. 이에 의해, 도 14에 나타낸 바와 같이, 모듈간 버스 바를 체결하는 볼트의 설치 위치가 대향하는 전지 모듈의 사이에 위치하는 경우와 비교하여, 전지 팩의 부품이 존재하지 않는 공간을 작업 스페이스로서 이용할 수 있다. 따라서, 인접하는 전지 모듈을 보다 근접시켜 배치할 수 있다. 또한, 긴 변 방향(X)에 있어서의 전지 모듈(100A, 100B)은 터미널의 부분을 대향하고 있다. 그 때문에, 모듈간 버스 바(420)의 길이를 비교적 짧게 할 수 있다. 배선(440)은, 도 1의 (B), 도 2에 있어서의 좌측에 위치하고, 복수의 전지 모듈(100A, 100B)로부터 발생하는 전력의 취출구가 되는 도시하지 않은 단자 부분에 접속된다.
(전지 모듈)
다음으로, 전지 모듈에 대해 설명한다. 여기서는 특별히 언급하지 않는 한, 전지 모듈(100A, 100B)은, 단전지(110)의 적층 수와 측판(153)의 적층 방향(Z)의 치수만이 상이하기 때문에, 전지 모듈(100)이라고 총칭하여 설명한다. 도 4 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(100)은, 편평 형상을 갖는 단전지(110)를 두께 방향으로 복수 매 적층한 전지 군(100G)을 포함하는 적층체(100S)를 갖는다. 전지 모듈(100)은 또한, 적층체(100S)의 전방면측에 설치되는 보호 커버(140)와, 단전지(110)의 적층 방향을 따라 각각의 단전지(110)를 가압한 상태에서 적층체(100S)를 수용하는 하우징(150)을 갖는다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 적층체(100S)는, 전지 군(100G)과, 전지 군(100G)의 전방면측에 설치되고 복수 개의 버스 바(131)를 일체적으로 보유 지지하는 버스 바 유닛(130)을 갖는다. 보호 커버(140)는, 버스 바 유닛(130)을 피복하여 보호한다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 버스 바 유닛(130)은, 복수 개의 버스 바(131)와, 복수 개의 버스 바(131)를 매트릭스 형상으로 일체적으로 설치하는 버스 바 홀더(132)를 갖는다. 복수의 버스 바(131) 중, 애노드측의 종단부에는 애노드측 터미널(133)을 설치하고, 캐소드측의 종단부에는 캐소드측 터미널(134)을 설치하고 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 전지 군(100G)은, 전기적으로 병렬 접속된 3개의 단전지(110)로 이루어지는 제1 셀 서브어셈블리(100M)와, 전기적으로 병렬 접속된 다른 3개의 단전지(110)로 이루어지는 제2 셀 서브어셈블리(100N)를 버스 바(131)에 의해 직렬로 접속하여 구성되어 있다.
제1 셀 서브어셈블리(100M) 및 제2 셀 서브어셈블리(100N)는, 단전지(110)의 전극 탭(113)의 선단부(113d)의 굴절 방향을 제외하고 동일한 구성이다. 구체적으로는, 제2 셀 서브어셈블리(100N)는, 제1 셀 서브어셈블리(100M)에 포함되는 단전지(110)의 상하를 역전시킨 것이다. 단, 제2 셀 서브어셈블리(100N)의 전극 탭(113)의 선단부(113d)의 굴절 방향은, 제1 셀 서브어셈블리(100M)의 전극 탭(113)의 선단부(113d)의 굴절 방향과 동일해지도록 적층 방향(Z)의 하방의 측에 맞추어져 있다. 각각의 단전지(110)는, 한 쌍의 스페이서(120)(제1 스페이서(121) 및 제2 스페이서(122))를 설치하고 있다.
단전지(110)는, 예를 들어 편평한 리튬 이온 이차 전지에 상당한다. 단전지(110)는, 도 13의 (A) 및 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이, 발전 요소(111)를 한 쌍의 라미네이트 필름(112)(외장체에 상당)에 의해 밀봉한 전지 본체(110H)와, 발전 요소(111)에 전기적으로 접속되고 전지 본체(110H)로부터 외부로 도출된 박판형의 전극 탭(113)을 구비하고 있다. 라미네이트 필름(112)은, 예를 들어 폴리에틸렌이나 니켈을 라미네이트하여 구성되어 있다.
발전 요소(111)는, 정극과 부극을 세퍼레이터 사이에 끼움 지지한 것을 복수 매 적층하여 구성되어 있다. 발전 요소(111)는, 외부로부터 전력의 공급을 받아 충전한 후, 외부의 전기 디바이스에 대해 방전하면서 전력을 공급한다.
라미네이트 필름(112)은, 절연성을 구비한 시트에 의해 금속박의 양측을 덮어 구성되어 있다. 한 쌍의 라미네이트 필름(112)은, 발전 요소(111)를 적층 방향(Z)을 따른 양측으로부터 피복하여, 그 4변을 밀봉하고 있다. 한 쌍의 라미네이트 필름(112)은, 도 11의 (B)에 나타낸 바와 같이, 짧은 변 방향(Y)을 따른 일단부(112a)의 사이로부터 외부를 향해, 애노드측 전극 탭(113A) 및 캐소드측 전극 탭(113K)을 도출시키고 있다.
라미네이트 필름(112)은, 도 11의 (B) 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 짧은 변 방향(Y)을 따른 일단부(112a)의 양단부에 각각 구비한 한 쌍의 연결 구멍(112e)에, 제1 스페이서(121)의 한 쌍의 연결 핀(121i)을 각각 삽입 관통시키고 있다. 한편, 라미네이트 필름(112)은, 짧은 변 방향(Y)을 따른 타단부(112b)의 양단부에 각각 구비한 한 쌍의 연결 구멍(112e)에, 한 쌍의 연결 핀(122i)을 각각 삽입 관통시키고 있다. 라미네이트 필름(112)은, 긴 변 방향(X)을 따른 양단부(112c 및 112d)를 적층 방향(Z)의 상방을 향해 구부려 형성하고 있다.
전극 탭(113)은, 도 11의 (B), 도 13의 (A) 및 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이, 애노드측 전극 탭(113A) 및 캐소드측 전극 탭(113K)으로 구성되고, 각각 한 쌍의 라미네이트 필름(112)의 일단부(112a)의 사이로부터 서로 이간된 상태에서 외부를 향해 연장되어 있다. 애노드측 전극 탭(113A)은, 발전 요소(111) 중의 애노드측의 구성 부재의 특성에 맞추어 알루미늄으로 이루어진다. 캐소드측 전극 탭(113K)은, 발전 요소(111) 중의 캐소드측의 구성 부재의 특성에 맞추어 구리로 이루어진다.
전극 탭(113)은, 도 13의 (A) 및 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이, 전지 본체(110H)와 인접하는 기단부(113c)로부터 선단부(113d)에 걸쳐 L자 형상으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 전극 탭(113)은, 그 기단부(113c)로부터 긴 변 방향(X)의 한쪽을 따라 연장되어 있다. 한편, 전극 탭(113)의 선단부(113d)는, 적층 방향(Z)의 하방을 따라 굴절되어 형성되어 있다. 전극 탭(113)의 선단부(113d)의 형상은, L자 형상에 한정되지 않는다. 전극 탭(113)의 선단부(113d)는, 버스 바(131)와 대면하도록 면 형상으로 형성되어 있다. 전극 탭(113)은, 선단부(113d)를 더욱 연장시키고, 그 연장 부분을 기단부(113c)를 따라 전지 본체(110H)측으로 접듯이 하여, U자 형상으로 형성해도 된다. 한편, 전극 탭(113)의 기단부(113c)는, 파형으로 형성하거나 만곡 형상으로 형성하거나 해도 된다. 또한, 전극 탭(113)의 면은, 애노드측 전극 탭(113A) 및 캐소드측 전극 탭(113K)의 면과 동일한 측에 배치되어 있다.
각각의 전극 탭(113)의 선단부(113d)는, 복수 매 적층된 단전지(110)에 있어서, 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이, 적층 방향(Z)의 하방에 맞추어 굴절시키고 있다. 여기서, 전지 모듈(100)은, 도 10에 도시한 바와 같이, 전기적으로 병렬 접속된 3개의 단전지(110)(제1 셀 서브어셈블리(100M))와, 전기적으로 병렬 접속된 다른 3개의 단전지(110)(제2 셀 서브어셈블리(100N))를 직렬로 접속하고 있다. 따라서, 3개의 단전지(110)마다, 그 단전지(110)의 상하를 바꾸어, 단전지(110)의 애노드측 전극 탭(113A)과 캐소드측 전극 탭(113K)의 위치를, 적층 방향(Z)을 따라 교차시키도록 하고 있다.
단, 3개의 단전지(110)마다 상하를 단순히 바꾸는 것만으로는, 전극 탭(113)의 선단부(113d)의 위치가 적층 방향(Z)을 따른 상하 방향으로 변동되어 버리기 때문에, 모든 단전지(110)의 전극 탭(113)의 선단부(113d)의 위치가 맞추어지도록 조정하여 굴절시키고 있다.
도 10의 하방에 도시한 제1 셀 서브어셈블리(100M)는, 도면 중의 우측에 애노드측 전극 탭(113A)을 배치하고, 도면 중의 좌측에 캐소드측 전극 탭(113K)을 배치하고 있다. 한편, 도 10의 상방에 도시한 제2 셀 서브어셈블리(100N)는, 도면 중의 우측에 캐소드측 전극 탭(113K)을 배치하고, 도면 중의 좌측에 애노드측 전극 탭(113A)을 배치하고 있다.
이와 같이, 애노드측 전극 탭(113A)과 캐소드측 전극 탭(113K)의 배치가 상이해도, 단전지(110)의 전극 탭(113)의 선단부(113d)는 적층 방향(Z)을 따른 하방으로 굴절되어 있다. 또한, 각각의 전극 탭(113)의 선단부(113d)는, 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이, 적층체(100S)의 동일면의 측에 배치되어 있다. 제1 셀 서브어셈블리(100M) 및 제2 셀 서브어셈블리(100N)의 상면에 위치하는 단전지(110)에는, 상방으로 적층되는 적층 부재와 접착되는 양면 테이프(160)를 부착하고 있다.
한 쌍의 스페이서(120)(제1 스페이서(121) 및 제2 스페이서(122))는, 도 13의 (A), 도 13의 (B) 등에 나타낸 바와 같이, 적층된 단전지(110) 사이에 배치되어 있다. 제1 스페이서(121)는, 도 11의 (A)에 나타낸 바와 같이, 단전지(110)의 전극 탭(113)을 돌출시킨 라미네이트 필름(112)의 일단부(112a)를 따라 배치되어 있다. 제2 스페이서(122)는, 도 11의 (A)에 나타낸 바와 같이, 라미네이트 필름(112)의 타단부(112b)를 따라 배치되어 있다. 제2 스페이서(122)는, 제1 스페이서(121)의 형상을 간략화한 구성으로 이루어진다. 각각의 단전지(110)는, 한 쌍의 스페이서(120)(제1 스페이서(121) 및 제2 스페이서(122))를 설치한 후, 적층 방향(Z)을 따라 복수 매 적층한다. 한 쌍의 스페이서(120)(제1 스페이서(121) 및 제2 스페이서(122))는, 절연성을 구비한 강화 플라스틱으로 이루어진다. 이하, 제1 스페이서(121)의 구성에 대해 설명한 후에, 제2 스페이서(122)의 구성에 대해 제1 스페이서(121)의 구성과 비교하면서 설명한다.
제1 스페이서(121)는, 도 11의 (B) 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 짧은 변 방향(Y)을 따라 긴 직육면체 형상으로 형성되어 있다. 제1 스페이서(121)는, 그 긴 변 방향(짧은 변 방향(Y))의 양단부에 적재부(121M 및 121N)를 구비하고 있다.
제1 스페이서(121)는, 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이, 단전지(110)에 설치한 상태로 적층하였을 때, 하나의 제1 스페이서(121)의 적재부(121M 및 121N)의 상면(121a)과, 당해 하나의 제1 스페이서(121)의 상방에 배치된 다른 제1 스페이서(121)의 적재부(121M 및 121N)의 하면(121b)이 맞닿는다.
제1 스페이서(121)는, 도 12 및 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이, 복수 매 적층되는 단전지(110)의 상대적인 위치 결정을 행하기 위해, 하나의 제1 스페이서(121)의 상면(121a)에 구비된 위치 결정 핀(121c)과, 다른 제1 스페이서(121)의 하면(121b)에 개구되고 위치 결정 핀(121c)의 위치에 대응한 위치 결정 구멍(121d)을 끼워 맞춘다.
제1 스페이서(121)는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 적층 방향(Z)을 따라 연결되는 복수의 단전지(110)끼리를 연결하는 볼트를 삽입 관통하기 위해 로케이트 구멍(121e)을, 적층 방향(Z)을 따라 적재부(121M 및 121N)에 각각 개구하고 있다.
제1 스페이서(121)는, 도 11의 (B) 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 적재부(121M 및 121N) 사이의 영역을 적층 방향(Z)의 상측으로부터 절결하도록 형성하고 있다. 당해 절결된 부분은, 제1 스페이서(121)의 긴 변 방향(단전지(110)의 짧은 변 방향(Y))을 따라 제1 지지면(121g) 및 제2 지지면(121h)을 구비하고 있다. 제1 지지면(121g)은, 제2 지지면(121h)보다 적층 방향(Z)을 따라 높게 형성하고, 또한 단전지(110)측에 위치하고 있다.
제1 스페이서(121)는, 도 10의 (B)에 나타낸 바와 같이, 제1 지지면(121g)에 의해, 전극 탭(113)을 돌출시킨 라미네이트 필름(112)의 일단부(112a)를 적재하여 지지하고 있다. 제1 스페이서(121)는, 제1 지지면(121g)의 양단부로부터 상방으로 돌출된 한 쌍의 연결 핀(121i)을 구비하고 있다.
제1 스페이서(121)는, 도 11의 (B) 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 전극 탭(113)에 버스 바(131)와 반대측으로부터 맞닿아 단전지(110)의 전극 탭(113)의 선단부(113d)를 지지하는 지지부(121j)를, 제2 지지면(121h)과 인접하고, 적층 방향(Z)을 따른 측면에 구비하고 있다. 제1 스페이서(121)의 지지부(121j)는, 버스 바(131)와 함께 전극 탭(113)의 선단부(113d)를 끼움 지지하여, 선단부(113d)와 버스 바(131)가 서로 충분히 맞닿도록 하고 있다.
제2 스페이서(122)는, 도 11의 (B) 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 스페이서(121)의 형상을 간략화한 구성으로 이루어진다. 제2 스페이서(122)는, 제1 스페이서(121)의 일부를 단전지(110)의 짧은 변 방향(Y)을 따라 삭제한 구성에 상당한다. 구체적으로는, 제2 스페이서(122)는, 제1 스페이서(121)의 제2 지지면(121h) 및 제1 지지면(121g)을 지지면(122k)으로 치환하여 구성하고 있다. 구체적으로, 제2 스페이서(122)는, 제1 스페이서(121)와 마찬가지로, 적재부(122M 및 122N)를 구비하고 있다. 제2 스페이서(122)는, 적재부(122M 및 122N) 사이의 영역을 적층 방향(Z)의 상측으로부터 절결한 부분에 지지면(122k)을 구비하고 있다. 지지면(122k)은, 라미네이트 필름(112)의 타단부(112b)를 적재하여 지지하고 있다. 제2 스페이서(122)는, 제1 스페이서(121)와 마찬가지로, 위치 결정 핀(122c), 위치 결정 구멍, 로케이트 구멍(122e) 및 연결 핀(122i)을 구비하고 있다.
버스 바 유닛(130)은, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 버스 바(131)를 일체적으로 복수 구비하고 있다. 버스 바(131)는, 도전성을 구비한 금속으로 이루어지고, 서로 다른 단전지(110)의 전극 탭(113)의 선단부(113d)끼리를 전기적으로 접속한다. 버스 바(131)는 평판형으로 형성되고, 적층 방향(Z)을 따라 기립되어 있다.
버스 바(131)는, 하나의 단전지(110)의 애노드측 전극 탭(113A)과 레이저 용접하는 애노드측 버스 바(131A)와, 적층 방향(Z)을 따라 인접하는 다른 단전지(110)의 캐소드측 전극 탭(113K)과 레이저 용접하는 캐소드측 버스 바(131K)를 접합하여 일체적으로 구성되어 있다.
애노드측 버스 바(131A)와 캐소드측 버스 바(131K)는, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 동일한 형상으로 이루어지고, 각각 L자 형상으로 형성되어 있다. 애노드측 버스 바(131A)와 캐소드측 버스 바(131K)는, 상하를 반전시켜 겹쳐져 있다. 구체적으로는, 버스 바(131)는 애노드측 버스 바(131A)의 적층 방향(Z)을 따른 일단부의 굴절된 부분과, 캐소드측 버스 바(131K)의 적층 방향(Z)을 따른 일단부의 굴절된 부분을 접합하여 일체화되어 있다. 애노드측 버스 바(131A)와 캐소드측 버스 바(131K)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 짧은 변 방향(Y)의 일단부로부터 긴 변 방향(X)을 따라 측부(131c)를 구비하고 있다. 측부(131c)는, 버스 바 홀더(132)에 접합한다.
애노드측 버스 바(131A)는, 애노드측 전극 탭(113A)과 마찬가지로, 알루미늄으로 이루어진다. 캐소드측 버스 바(131K)는, 캐소드측 전극 탭(113K)과 마찬가지로, 구리로 이루어진다. 서로 다른 금속으로 이루어지는 애노드측 버스 바(131A)와 캐소드측 버스 바(131K)는, 초음파 접합에 의해 서로 접합하고 있다.
버스 바(131)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(100)이 예를 들어 3개인 단전지(110)를 병렬 접속한 것을 복수 세트에 걸쳐 직렬 접속하여 구성된 것인 경우, 애노드측 버스 바(131A)의 부분을, 적층 방향(Z)을 따라 서로 인접하고 있는 3개의 단전지(110)의 애노드측 전극 탭(113A)에 대해 레이저 용접한다. 마찬가지로, 버스 바(131)는, 캐소드측 버스 바(131K)의 부분을, 적층 방향(Z)을 따라 서로 인접하고 있는 3개의 단전지(110)의 캐소드측 전극 탭(113K)에 대해 레이저 용접한다.
단, 매트릭스 형상으로 배치한 버스 바(131) 중, 도 8 및 도 9의 도면 중 우측 상방에 위치하는 버스 바(131)는, 21개의 단전지(110)(3 병렬 7 직렬)의 애노드측의 종단부에 상당하고, 애노드측 버스 바(131A)만으로 구성되어 있다. 이 애노드측 버스 바(131A)는, 전지 군(100G)의 최상부의 3개의 단전지(110)의 애노드측 전극 탭(113A)에 대해 레이저 접합한다. 마찬가지로, 매트릭스 형상으로 배치한 버스 바(131) 중, 도 8 및 도 9의 도면 중 좌측 하방에 위치하는 버스 바(131)는, 21개의 단전지(110)(3 병렬 7 직렬)의 캐소드측의 종단부에 상당하고, 캐소드측 버스 바(131K)만으로 구성되어 있다. 이 캐소드측 버스 바(131K)는, 전지 군(100G)의 최하부의 3개의 단전지(110)의 캐소드측 전극 탭(113K)에 대해 레이저 접합한다.
버스 바 홀더(132)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 복수의 버스 바(131)를, 복수 매 적층한 각각의 단전지(110)의 전극 탭(113)에 대면하도록 매트릭스 형상으로 일체적으로 보유 지지하고 있다. 버스 바 홀더(132)는, 절연성을 구비한 수지로 이루어지고, 프레임 형상으로 형성되어 있다.
버스 바 홀더(132)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 단전지(110)의 전극 탭(113)을 지지하고 있는 쪽의 제1 스페이서(121)의 긴 변 방향의 양측에 위치하도록, 적층 방향(Z)을 따라 기립된 한 쌍의 지주부(132a)를 각각 구비하고 있다. 한 쌍의 지주부(132a)는, 제1 스페이서(121)의 적재부(121M 및 121N)의 측면에 끼워 맞추어진다. 한 쌍의 지주부(132a)는, 적층 방향(Z)을 따라 본 경우에 L자형이며, 적층 방향(Z)을 따라 연장된 판형으로 형성되어 있다. 버스 바 홀더(132)는, 제1 스페이서(121)의 긴 변 방향의 중앙 부근에 위치하도록, 적층 방향(Z)을 따라 기립된 한 쌍의 보조 지주부(132b)를 이간시켜 구비하고 있다. 한 쌍의 보조 지주부(132b)는, 적층 방향(Z)을 따라 연장된 판형으로 형성되어 있다.
버스 바 홀더(132)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 적층 방향(Z)을 따라 인접하는 버스 바(131)의 사이에 각각 돌출되는 절연부(132c)를 구비하고 있다. 절연부(132c)는, 짧은 변 방향(Y)을 따라 연장된 판형으로 형성되어 있다. 각각의 절연부(132c)는, 지주부(132a)와 보조 지주부(132b) 사이에 수평으로 구비하고 있다. 절연부(132c)는, 적층 방향(Z)을 따라 인접하는 단전지(110)의 버스 바(131)의 사이를 절연함으로써 방전을 방지한다.
버스 바 홀더(132)는, 각각 독립적으로 형성한 지주부(132a)와 보조 지주부(132b) 및 절연부(132c)를 서로 접합하여 구성해도 되고, 지주부(132a)와 보조 지주부(132b) 및 절연부(132c)를 일체적으로 성형하여 구성해도 된다.
애노드측 터미널(133)은, 도 7 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 셀 서브어셈블리(100M)와 제2 셀 서브어셈블리(100N)를 교대로 적층하여 구성한 전지 군(100G)의 애노드측의 종단부에 상당한다.
애노드측 터미널(133)은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 매트릭스 형상으로 배치한 버스 바(131) 중, 도면 중 우측 상방에 위치하는 애노드측 버스 바(131A)에 접합한다. 애노드측 터미널(133)은, 도전성을 구비한 금속판으로 이루어지고, 짧은 변 방향(Y)을 따라 평면에서 본 경우, 평판형의 부재를 구부림 개소(133a, 133b, 133c)에 있어서 대략 90도 또는 L자형으로 구부린 형상으로 이루어진다. 구부림 개소(133a)로부터 단부까지의 면은, 애노드측 버스 바(131A)에 레이저 접합한다. 구부림 개소(133c)로부터 단부까지의 면은, 전지 모듈(100)의 상면에 면하여 모듈간 버스 바(410, 420, 430) 중 어느 것을 접속시키고, 그 중앙에 개구된 구멍(133d)(나사 홈을 포함함)을 구비한다. 구멍(133d)에는, 볼트(450)를 설치하여, 모듈간 버스 바(410, 420, 430) 중 어느 것을 접속시킨다.
캐소드측 터미널(134)은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 셀 서브어셈블리(100M)와 제2 셀 서브어셈블리(100N)를 교대로 적층하여 구성한 전지 군(100G)의 캐소드측의 종단부에 상당한다. 캐소드측 터미널(134)은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 매트릭스 형상으로 배치한 버스 바(131) 중, 도면 중 좌측 하방에 위치하는 캐소드측 버스 바(131K)에 접합한다. 캐소드측 터미널(134)은, 애노드측 터미널(133)과 마찬가지로 모듈간 버스 바(410, 420, 430) 중 어느 것을 전지 모듈(100)의 상면에서 접속할 수 있도록 구성되어 있다. 캐소드측 터미널(134)은, 애노드측 터미널(133)과 마찬가지로, 도 9에 나타낸 바와 같이 평탄한 판재를 대략 90도 또는 L자형으로 구부린 구부림 개소(134a, 134b, 134c)를 형성하고 있다. 구부림 개소(134a)보다 하방의 면은, 캐소드측 버스 바(131K)에 레이저 등에 의해 접합된다. 구부림 개소(134c)로부터 단부까지의 면은, 애노드측 터미널(133)과 마찬가지로, 그 중앙에 개구된 구멍(134d)(나사 홈을 포함함)을 구비한다. 구멍(134d)에는, 모듈간 버스 바(410, 420, 430) 중 어느 것을 접속시킨다.
보호 커버(140)는, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 버스 바 유닛(130)을 피복함으로써, 버스 바(131)끼리가 단락되거나, 버스 바(131)가 외부의 부재에 접촉하여 단락되거나 누전되거나 하는 것을 방지한다. 또한, 보호 커버(140)는, 애노드측 터미널(133) 및 캐소드측 터미널(134)을 외부에 면하게 하여, 각각의 단전지(110)의 발전 요소(111)에 충방전시킨다. 보호 커버(140)는, 절연성을 구비한 플라스틱으로 이루어진다.
보호 커버(140)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 평판형으로 형성되고, 적층 방향(Z)을 따라 기립되어 있다. 보호 커버(140)는, 그 측면(140a)의 상단부(140b)와 하단부(140c)를 긴 변 방향(X)을 따라 굴절한 형상으로 이루어지고, 버스 바 유닛(130)에 끼워 맞춤시킨다.
보호 커버(140)의 측면(140a)은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 버스 바 유닛(130)에 구비된 애노드측 터미널(133)을 애노드측 버스 바(131A)에 접합하기 위해, 당해 애노드측 터미널(133)보다 약간 큰 직사각 형상의 구멍으로 이루어지는 제1 개구(140d)를 구비하고 있다. 마찬가지로, 보호 커버(140)의 측면(140a)은, 버스 바 유닛(130)에 구비된 캐소드측 터미널(134)을 캐소드측 버스 바(131K)에 접합하기 위해, 당해 캐소드측 터미널(134)보다 약간 큰 직사각 형상의 구멍으로 이루어지는 제2 개구(140e)를 구비하고 있다.
하우징(150)은, 도 4 및 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 전지 군(100G)을 적층 방향(Z)을 따라 가압한 상태에서 수용하고 있다. 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)은, 전지 군(100G)에 구비된 각각의 단전지(110)의 발전 요소(111)를 끼움 지지하면서 가압함으로써, 발전 요소(111)에 적정한 면압을 부여한다. 달리 말하면, 전지 모듈(100)에 있어서의 전지 군(100G)의 높이는, 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)에 의해 단전지(110)를 무부하 상태에서 전지 군(100G)과 동일한 수만큼 적층하였을 때의 높이보다 높이가 낮아지도록 구성하고 있다.
상부 가압판(151)은, 도 4 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 전지 군(100G)의 적층 방향(Z)을 따른 상방에 배치하고 있다. 상부 가압판(151)은, 적층 방향(Z)을 따라 하방으로 돌출된 가압면(151a)을 중앙에 구비하고 있다. 가압면(151a)에 의해, 각각의 단전지(110)의 발전 요소(111)를 하방으로 압박한다. 상부 가압판(151)은, 짧은 변 방향(Y)을 따른 양측으로부터, 긴 변 방향(X)을 따라 연장된 보유 지지부(151b)를 구비하고 있다. 보유 지지부(151b)는, 제1 스페이서(121)의 적재부(121M 및 121N) 또는 제2 스페이서(122)의 적재부(122M 및 122N)를 피복한다. 보유 지지부(151b)의 중앙에는, 제1 스페이서(121)의 위치 결정 구멍(121d) 또는 제2 스페이서(122)의 위치 결정 구멍(122d)과 적층 방향(Z)을 따라 연통되는 로케이트 구멍(151c)이 개구되어 있다. 로케이트 구멍(151c)에는, 단전지(110)끼리를 연결하는 볼트(330)가 삽입 관통된다. 상부 가압판(151)은, 충분한 두께를 구비한 금속판으로 이루어진다. 상부 가압판(151)은 또한, 도 7에 나타낸 바와 같이 측판(153)과의 접합부로서 적층 방향(Z)과 교차하는 짧은 변 방향(Y)에 있어서의 양단부를 구부린 구부림부(151d)를 갖고 있다.
하부 가압판(152)은, 도 4 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 상부 가압판(151)과 동일한 구성으로 이루어지고, 상부 가압판(151)의 상하가 역전된 상태로 배치되어 있다. 하부 가압판(152)은, 전지 군(100G)의 적층 방향(Z)을 따른 하방에 배치되어 있다. 하부 가압판(152)은 적층 방향(Z)을 따라 상방으로 돌출된 가압면(152a)에 의해, 각각의 단전지(110)의 발전 요소(111)를 상방으로 압박한다. 하부 가압판(152)은 또한, 도 7에 나타낸 바와 같이 측판(153)과의 접합부로서 적층 방향(Z)에 교차하는 짧은 변 방향(Y)에 있어서의 양단부를 구부린 구부림부(152d)를 갖고 있다.
한 쌍의 측판(153)은 도 4 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 전지 군(100G)을 적층 방향(Z)의 상하로부터 끼움 지지하면서 가압하고 있는 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)이 서로 이간되지 않도록, 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)의 상대 위치를 고정한다. 측판(153)은, 직사각형의 금속판으로 이루어지고, 적층 방향(Z)을 따라 기립되어 있다. 한 쌍의 측판(153)은, 도 4에 나타낸 바와 같이 상부 가압판(151)의 구부림부(151d) 및 하부 가압판(152)의 구부림부(152d)보다 외측에 배치되어 있다. 한 쌍의 측판(153)은, 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)에 대해, 전지 군(100G)의 짧은 변 방향(Y)의 양측으로부터 레이저 용접에 의해 접합된다. 각각의 측판(153)은, 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 상부 가압판(151)과 맞닿아 있는 상단부(153a)의 부분에 대해, 긴 변 방향(X)을 따라, 시임 용접 등에 의해 선형의 용접부(153c)(접합부에 상당)를 형성하고 있다. 마찬가지로, 각각의 측판(153)은, 하부 가압판(152)과 맞닿아 있는 하단부(153b)의 부분에 대해, 긴 변 방향(X)을 따라, 시임 용접 등에 의해 선형의 용접부(153d)(접합부에 상당)를 형성하고 있다. 한 쌍의 측판(153)은, 전지 군(100G)의 짧은 변 방향(Y)의 양측을 피복하여 보호한다.
(전지 팩의 제조 방법)
다음으로, 전지 팩(10)의 제조 방법에 대해 도 15 내지 도 22를 참조하면서 설명한다. 도 15는 제1 실시 형태에 관한 전지 팩(10)의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 15를 참조하여 전지 팩(10)의 제조 방법에 대해 개략적으로 설명하면, 하부 가압판(152)의 배치(스텝 ST1)와, 단전지(110)의 적층(스텝 ST2)과, 상부 가압판(151)의 배치(스텝 ST3)와, 가압(스텝 ST4)과, 측판(153)의 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)에의 접합(스텝 ST5)과, 전극 탭(113), 버스 바(131)의 접합(스텝 ST6)과, 애노드측 터미널(133) 및 캐소드측 터미널(134)의 접합(스텝 ST7)과, 전지 모듈(100A, 100B)의 베이스 부재(310)에의 설치(스텝 ST9)와, 모듈간 버스 바(410, 420, 430)의 설치(스텝 ST10)를 갖는다. 또한, 편의상, 스텝 ST1로부터 스텝 ST3까지를 적층 공정, 스텝 ST4를 가압 공정, 스텝 ST5를 제1 접합 공정, 스텝 ST6, 스텝 ST7을 제2 접합 공정, 스텝 ST9, 10을 설치 공정이라고 칭한다. 또한, 상기 공정은 설명의 편의상 호칭하고 있는 것이며, 이하에 설명하는 각각의 동작이 마찬가지이면, 공정이 상기와 마찬가지로 호칭되거나, 구분되거나 하지 않아도 된다.
먼저, 전지 모듈(100A, 100B)을 구성하는 부재를 적층하는 적층 공정(스텝 ST1 내지 스텝 ST3)에 대해 도 16을 참조하면서 설명한다.
도 16은, 제1 실시 형태에 관한 전지 팩(10)의 제조 방법을 나타내는 도면이며, 전지 모듈(100)을 구성하는 부재를 적재대(701)에 대해 차례로 적층하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
적층 공정에 사용하는 적재대(701)는 판형으로 형성되고, 수평면을 따라 설치되어 있다. 적재대(701)는, 차례로 적층되는 하부 가압판(152), 제1 셀 서브어셈블리(100M), 제2 셀 서브어셈블리(100N) 및 상부 가압판(151)의 긴 변 방향(X) 및 짧은 변 방향(Y)을 따른 상대적인 위치를 맞추는 위치 결정용 로케이트 핀(702)을 구비하고 있다. 로케이트 핀(702)은, 적재대(701)의 상면(701a)에, 소정의 간격을 두고 4개 기립되어 있다. 4개의 로케이트 핀(702)의 서로의 간격은, 예를 들어 상부 가압판(151)의 4 코너에 구비된 로케이트 구멍(152c)의 서로의 간격에 대응하고 있다. 로봇 아암, 핸드 리프터 및 진공 흡착 타입의 콜릿 등을 사용하여, 전지 모듈(100)을 구성하는 부재를 적층한다.
적층 공정에서는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 로봇 아암에 의해, 하부 가압판(152)을, 그 4 코너에 형성된 로케이트 구멍(152c)이 로케이트 핀(702)에 삽입된 상태에서, 적층 방향(Z)을 따라 강하시키면서, 적재대(701)의 상면(701a)에 적재한다(스텝 ST1). 다음으로, 로봇 아암에 의해, 단전지(110)를 갖는 제1 셀 서브어셈블리(100M)를, 그 구성 부재의 제1 스페이서(121) 및 제2 스페이서(122)에 구비한 로케이트 구멍이 로케이트 핀(702)에 삽입된 상태에서, 적층 방향(Z)을 따라 강하시킨다. 그리고, 제1 셀 서브어셈블리(100M)를 하부 가압판(152)에 적층한다. 마찬가지로, 로봇 아암에 의해, 단전지(110)를 갖는 제2 셀 서브어셈블리(100N)와 제1 셀 서브어셈블리(100M)를, 교대로 3세트씩 적층한다(스텝 ST2). 제1 셀 서브어셈블리(100M) 및 제2 셀 서브어셈블리(100N)의 상면에는, 상방으로 적층되는 적층 부재와 접착되는 양면 테이프(160)를 부착하고 있다. 그 후, 로봇 아암에 의해, 상부 가압판(151)을, 그 4 코너에 형성된 로케이트 구멍(151c)이 로케이트 핀(702)에 삽입된 상태에서, 적층 방향(Z)을 따라 강하시키면서, 제1 셀 서브어셈블리(100M)에 적층한다(스텝 ST3).
다음으로, 전지 모듈(100)의 전지 군(100G)을 가압하는 가압 공정에 대해 도 17을 참조하면서 설명한다.
도 17은 도 16에 이어서, 전지 모듈(100)의 구성 부재를 상방으로부터 압박하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
가압 공정에 사용하는 가압 지그(703)는, 판형으로 형성되고 수평면을 따라 설치한 가압부(703a)와, 원기둥 형상으로 형성되고 가압부(703a)의 상면에 기립시켜 접합한 지지부(703b)를 구비하고 있다. 지지부(703b)는, 적층 방향(Z)을 따라 구동되는 전동 스테이지나 유압 실린더를 연결하고 있다. 가압부(703a)는 지지부(703b)를 통해, 적층 방향(Z)을 따라 하방 및 상방으로 이동한다. 가압부(703a)는 맞닿은 적층 부재를 가압한다(스텝 ST4).
가압 공정에서는, 도 17에 나타낸 바와 같이, 가압 지그(703)의 가압부(703a)는 지지부(703b)에 연결된 전동 스테이지가 구동됨으로써, 상부 가압판(151)에 맞닿으면서 적층 방향(Z)의 하방을 따라 강하한다. 하방을 따라 압박된 상부 가압판(151)과, 적재대(701)에 적재된 하부 가압판(152)에 의해, 전지 군(100G)을 끼움 지지하면서 가압한다. 전지 군(100G)에 구비된 각각의 단전지(110)의 발전 요소(111)는 적정한 면압이 부여된다. 가압 공정은, 다음의 제1 접합 공정이 완료될 때까지 계속한다.
다음으로, 측판(153)을, 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)에 접합하는 제1 접합 공정에 대해 도 18을 참조하면서 설명한다.
도 18은, 도 17에 이어서, 측판(153)을 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)에 대해 레이저 용접하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
제1 접합 공정에 사용하는 누름판(704)은, 측판(153)을 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)에 대해 각각 압박하여, 측판(153)을 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)에 각각 밀착시킨다. 누름판(704)은 금속으로 이루어지고, 긴 판 형상으로 형성되어 있다. 누름판(704)은 본체(704a)에 긴 변 방향을 따라 직선형의 슬릿(704b)을 개구하고 있다. 누름판(704)은, 적층 방향(Z)을 따라, 그 짧은 변 방향을 기립시키고 있다. 누름판(704)은, 본체(704a)에 의해 측판(153)을 압박하면서, 슬릿(704b)에 의해 용접용 레이저광(L1)을 통과시킨다.
레이저 발진기(705)는, 측판(153)을 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)에 접합하는 광원이다. 레이저 발진기(705)는, 예를 들어 YAG(이트륨·알루미늄·가닛) 레이저로 구성된다. 레이저 발진기(705)로부터 도출된 레이저광(L1)은, 예를 들어 광 파이버나 미러에 의해 광로를 조정하고, 집광 렌즈에 의해 집광한 상태에서, 측판(153)의 상단부(153a)와 하단부(153b)에 대해 조사한다. 레이저 발진기(705)로부터 도출된 레이저광(L1)은, 예를 들어 하프 미러에 의해 분기시켜, 측판(153)의 상단부(153a) 및 하단부(153b)에 대해 동시에 조사하는 구성으로 해도 된다.
제1 접합 공정에서는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 레이저 발진기(705)가, 누름판(704)에 의해 압박된 측판(153)의 상단부(153a)에 대해, 누름판(704)의 슬릿(704b)을 통해 레이저광(L1)을 수평으로 주사하고, 측판(153)과 상부 가압판(151)을 복수 개소에 걸쳐 시임 용접하여 접합한다. 마찬가지로, 레이저 발진기(705)는, 누름판(704)에 의해 압박된 측판(153)의 하단부(153b)에 대해 누름판(704)의 슬릿(704b)을 통해 레이저광(L1)을 수평으로 주사하고, 측판(153)과 하부 가압판(152)을 복수 개소에 걸쳐 시임 용접하여 접합한다(스텝 ST5).
다음으로, 제2 접합 공정 중, 버스 바(131)를 단전지(110)의 전극 탭(113)에 접합할 때에 대해 도 19 내지 도 21을 참조하면서 설명한다.
도 19는 도 18에 이어서, 전지 군(100G)에 버스 바 유닛(130)의 일부의 부재를 설치하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 20은, 도 19에 이어서, 버스 바 유닛(130)의 버스 바(131)를 단전지(110)의 전극 탭(113)에 대해 레이저 용접하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 21은, 적층된 단전지(110)의 전극 탭(113)에 버스 바(131)를 레이저 접합하고 있는 상태의 주요부를 단면으로 나타내는 측면도이다.
제2 접합 공정에서는, 도 19 내지 도 20에 나타낸 바와 같이, 적재대(701)가, 도면 중의 반시계 방향으로 90°회전하여, 전지 군(100G)의 전극 탭(113)과 레이저 발진기(705)를 대면시킨다. 또한, 각각의 버스 바(131)가 일체적으로 보유 지지된 버스 바 홀더(132)를, 로봇 아암에 의해, 전지 군(100G)의 대응하는 전극 탭(113)에 맞닿게 하면서 계속 압박한다. 또한, 도 20 및 도 21에 나타낸 바와 같이, 레이저 발진기(705)는, 버스 바(131)에 레이저광(L1)을 조사하여, 버스 바(131)와 전극 탭(113)의 선단부(113d)를 시임 용접 또는 스폿 용접하여 접합한다. 그 후, 도 21에 나타낸 바와 같이, 애노드측 터미널(133)을 매트릭스 형상으로 배치한 버스 바(131) 중, 애노드측의 종단부에 상당하는 애노드측 버스 바(131A)(도 9중 우측 상단)에 접합한다. 마찬가지로, 캐소드측 터미널(134)을 매트릭스 형상으로 배치한 버스 바(131) 중, 캐소드측의 종단부에 상당하는 캐소드측 버스 바(131K)(도 9중 좌측 하방)에 접합한다(스텝 ST6).
다음으로, 제2 접합 공정 중, 보호 커버(140)를 버스 바(131)에 대해 설치하고, 애노드측 터미널(133) 및 캐소드측 터미널(134)을 버스 바(131)에 접합할 때에 대해 도 22를 참조하면서 설명한다.
도 22는, 도 20 및 도 21에 이어서, 버스 바 유닛에 보호 커버를 설치하고, 애노드측 터미널 및 캐소드측 터미널을 애노드측 버스 바 및 캐소드측 버스 바에 대해 레이저 용접하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
여기서는, 로봇 아암을 사용하여, 보호 커버(140)의 상단부(140b)와 하단부(140c)를 버스 바 유닛(130)에 끼워 맞추면서, 보호 커버(140)를 버스 바 유닛(130)에 설치한다. 보호 커버(140)의 상단부(140b)와 하단부(140c)는 버스 바 유닛(130)에 대해 접착제에 의해 접합해도 된다. 그리고, 도 22에 나타낸 바와 같이, 제1 개구(140d)로부터 레이저를 조사하여 애노드측 터미널(133)을 애노드측 버스 바(131A)에 용접한다. 마찬가지로, 제2 개구(140e)로부터 레이저를 조사하여 캐소드측 터미널(134)을 캐소드측 버스 바(131K)에 용접한다(스텝 ST7). 보호 커버(140)에 의해 버스 바 유닛(130)을 피복하여, 버스 바(131)끼리가 단락되거나, 버스 바(131)가 외부의 부재에 접촉하여 단락되거나 누전되거나 하는 것을 방지한다. 이 후, 전지 모듈(100)은 적재대(701)로부터 떼어내어, 전지 성능 등을 검사하는 검사 공정으로 반출한다.
도 1의 (A), 도 1의 (B) 등에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전지 팩(10)은 전지 모듈을 16개 사용하고 있다. 현 시점에서는 전지 모듈이 1개밖에 형성되어 있지 않다(스텝 ST8: "아니오"). 그 때문에, 전지 모듈(100A, 100B)이 합쳐서 16개 준비될 때까지, 스텝 ST1 내지 스텝 ST7을 반복한다. 또한, 상기한 바와 같이 전지 모듈(100A)과 전지 모듈(100B)은, 단전지(110)의 적층 수나 측판(153)의 사양이 상이하다. 그 때문에, 스텝 ST2는 전지 모듈의 사양에 따라서 단전지(110)의 적층 수를 변경한다. 마찬가지로, 스텝 ST5에서는 전지 모듈의 사양에 따라서 사용하는 측판(153)의 사양을 변경한다.
전지 모듈(100A, 100B)이 합쳐서 16개 준비되면(스텝 ST8: "예"), 설치 공정에 있어서 브래킷(320), 볼트(330) 및 너트(340)를 사용하여 베이스 부재(310)에 전지 모듈(100A, 100B)을 설치한다(스텝 ST9). 전지 모듈(100A, 100B)은 베이스부(300)에 대해 교차하는 방향으로는 적층되지 않고, 1단으로 설치된다. 그리고, 전지 모듈(100A, 100B)에 모듈간 버스 바(410, 420, 430) 또는 배선(440) 중 어느 것을 설치한다(스텝 ST10).
또한, 스텝 ST1로부터 스텝 ST10까지의 작업은, 공정 전반을 컨트롤러에 의해 제어하는 자동기, 공정의 일부를 작업자가 담당하는 반자동기, 또는 공정 전반을 작업자가 담당하는 매뉴얼기 중 어느 형태에 의해 구현화해도 된다.
(작용 효과)
상술한 제1 실시 형태에 관한 전지 팩(10) 및 그 전지 팩(10)의 제조 방법에 의하면, 이하의 작용 효과를 발휘한다.
제1 실시 형태에서는 전지 모듈(100A, 100B)의 애노드측 터미널(133)과 캐소드측 터미널(134) 각각에 설치되는 모듈간 버스 바(410, 420, 430), 또는 배선(440)의 설치부를 베이스 부재(310)와는 반대측의 단부에 배치하고, 전지 모듈(100A, 100B)을 베이스 부재(310)의 설치부(311)의 설치면을 따라, 설치면 상에 배열하고 있다. 단전지(110)나 전지 모듈(100)의 수는 많아질 수 있기 때문에, 상기한 바와 같이 구성함으로써, 모듈간 버스 바(410) 등을 베이스부(300)에 가까운 하부까지 배치할 필요가 없어진다. 그리고, 모듈간 버스 바(410) 등에 있어서 베이스 부재(310)와 반대측에는 전지 팩의 부품은 배치되어 있지 않다. 그 때문에, 전지 팩의 부품이 존재하지 않는 공간을 모듈간 버스 바(410) 등을 설치할 때의 작업 스페이스로 할 수 있다. 따라서, 인접하는 전지 모듈끼리의 사이에 작업 스페이스를 형성하지 않거나, 또는 설치하기 어렵게 할 수 있다. 이에 의해, 전지 모듈끼리의 사이의 간격이 비교적 작아도 조립이 가능한 전지 팩으로 할 수 있다. 또한, 전지 모듈끼리의 간격을 비교적 작게 할 수 있음으로써, 전지 팩 전체의 용적 중, 전지 모듈이 차지하는 공간의 비율을 크게 할 수 있어, 전지 팩의 소형화로도 이어질 수 있다. 또한, 상기한 바와 같은 효과는, 전지 모듈(100A, 100B)을 베이스 부재(100A, 100B)에 있어서 적층하지 않고 1단으로 배치함으로써도 발휘할 수 있다.
또한, 도 1의 (C)에 있어서 인접하는 열, 바꾸어 말하면 긴 변 방향(X)에 있어서 인접하는 전지 모듈(100A)의 애노드측 터미널(133)과 캐소드측 터미널(134)은 전지 모듈(100B)의 애노드측 터미널(133)과 캐소드측 터미널(134)과 대향하도록 구성되어 있다. 그 때문에, 당해 부위에서는 모듈간 버스 바(420)를 짧게 할 수 있어, 버스 바의 처리를 콤팩트하게 할 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)에 있어서 전극 탭(113)의 면은 애노드측 터미널(133) 및 캐소드측 터미널(134)의 면과 동일한 측에 배치되어 있다. 그 때문에, 전지 모듈간뿐만 아니라, 전극 탭으로부터 터미널까지의 사이의 전기적 접속에 필요한 부품의 길이를 비교적 짧게 할 수 있다.
또한, 도 1의 (C)에서는 볼트(450)를 적층 방향(Z)으로 삽입 관통시키고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 인접하는 전지 모듈끼리의 사이에 볼트(450) 등을 위한 작업 스페이스를 적게 할 수 있으면, 볼트(450)는 전지 모듈(100)의 측면에 설치해도 된다. 이 경우, 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같이, 대향하는 전지 모듈(100A)의 애노드측 터미널(133) 및 캐소드측 터미널(134)의 베이스 부재(310)로부터의 높이와 전지 모듈(100B)의 애노드측 터미널(133) 및 캐소드측 터미널(134)의 베이스 부재(310)로부터의 높이는, 상이하도록 구성하는 것이 바람직하다. 인접하는 전지 모듈끼리의 모듈간 버스 바의 볼트 설치 위치의 높이가 동일하면, 도 14에 나타낸 바와 같이, 볼트 설치 위치의 높이가 상이한 경우와 비교하여 2배 정도의 작업 스페이스가 필요해질 우려가 있다. 그 때문에, 상기한 바와 같이 구성함으로써, 전지 모듈끼리의 간격을 비교적 작게 할 수 있다. 또한, 도 1의 (C)와 같이 인접하는 전지 모듈에 있어서 단전지의 적층 수가 상이한 경우, 적층 수가 많은 전지 모듈의 모듈간 버스 바의 볼트 설치 위치는, 작업 스페이스의 관점에서 적층 수가 적은 전지 모듈의 상부보다 높은 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 전지 모듈(100A, 100B)은, 볼트(330)를 베이스부(300)와 교차하는 방향에 있어서 복수의 단전지(110)에 삽입 관통시켜, 너트(340)와 함께 체결함으로써, 브래킷(320)을 통해 베이스 부재(310)에 고정하고 있다. 전지 모듈에 있어서 단전지에 삽입 관통하는 볼트의 작업 스페이스는 전지 모듈의 베이스부에 대한 배치 방식에 따라 바뀐다. 가령 전지 모듈을 단전지가 베이스부에 평행하게 적층하도록 배치한 경우에는, 공구 등이 전지 모듈끼리의 간극의 방향을 따라 침입할 수 있기 때문에, 더 많은 작업 스페이스가 필요하게 되어 버린다. 이에 대해, 베이스부(300)와 교차하는 방향으로 볼트(330)를 삽입 관통시킴으로써 전지 팩의 부품이 존재하지 않는 스페이스를 유효 활용하여, 전지 모듈끼리의 사이에 필요한 작업 스페이스를 적게 할 수 있다.
또한, 브래킷(320)은, 적층부(100C)로부터 당해 적층부(100C)보다 적층 방향(Z)에 있어서의 길이가 짧은 삽입 관통부(100D)에 걸쳐 형성된 오목부(100F)의 형상에 끼워 맞추어져 전지 모듈(100A, 100B)에 접속하고 있다. 그 때문에, 전지 팩(10)에 외력이 작용하였을 때에도, 브래킷(320)을 삽입 관통부(100D)의 부위의 강성을 강화하도록 기능시킬 수 있다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 삽입 관통부(100D)에 있어서 볼트(330)를 배치한 부위 중에서도 볼트 헤드부의 부위는, 적층부(100C)의 단부에 위치하는 상부 가압판(151)을 넘지 않는 길이를 갖도록 구성되어 있다. 그 때문에, 볼트가 적층부보다 돌출되어 있는 경우에 비해 전지 팩 전체의 용적을 작게 할 수 있다. 따라서, 전지 팩(10)을 예를 들어 차량에 탑재하는 경우에도, 근접하는 부품 등과의 클리어런스에 있어서 유리해져, 전지 팩(10)의 적용 가능성을 향상시킬 수 있다.
또한, 한 쌍의 측판(153)은, 전지 군(100G)을 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)에 의해 적층 방향(Z)으로 가압한 상태에서 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)과 용접에 의해 접합하고 있다. 그 때문에, 상부 가압판(151), 하부 가압판(152) 및 측판(153)에 의해 전지 군(100G)을 확실하게 고정할 수 있어, 충격에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 전지 모듈(100A, 100B)은, 단전지(110)의 적층 수에 관계없이 동일한 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)을 사용하도록 구성되어 있다. 달리 말하면, 적층 수에 따라서 적층 방향(Z)에 관계되는 측판(153) 등의 부재는 단전지(110)의 적층 수에 따라서 변경한다. 그 때문에, 하나의 전지 모듈에 탑재하는 단전지의 수를 유연하게 조정할 수 있다. 따라서, 전지 팩으로서의 레이아웃이나 성능 등을 유연하게 조정할 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 제2 실시 형태에 관한 전지 팩 및 그 제조 방법에 대해 설명한다. 도 23은 제2 실시 형태에 관한 전지 팩을 나타내는 사시도, 도 24는 제2 실시 형태에 관한 전지 팩에 있어서 전지 모듈의 내부를 나타내는 부분 단면도이다.
제1 실시 형태에서는 상부 가압판(151)과 하부 가압판(152) 사이에, 단전지(110)를 3개 적층한 제1 셀 서브어셈블리(100M)와 제2 셀 서브어셈블리(100N)를 적층하는 실시 형태에 대해 설명하였다. 그러나, 이하와 같이 구성할 수도 있다.
제2 실시 형태에 관한 전지 모듈(200)은, 도 23, 도 24에 나타낸 바와 같이, 제1 셀 서브어셈블리(100M) 및 제2 셀 서브어셈블리(100N)의 사이에 전지 팩의 사용 시에 발생할 수 있는 열을 외부로 방열하는 방열 부재(270)(전열 부재에 상당)를 배치하고 있다. 방열 부재(270)는, 제1 셀 서브어셈블리(100M) 또는 제2 셀 서브어셈블리(100N)와 접촉하는 셀 접촉부(271)와, 셀 접촉부(271)로부터 얻은 열을 외부로 방열하기 위해 외벽인 측판(253)과 접촉하는 방열부(272)를 갖는다. 또한, 측판(153)은 절연 부재(280)를 통해 방열 부재(270)와 접촉하고 있다.
방열 부재(270)는, 전극 탭(113)을 제외하고 단전지(110)의 발전 요소(111)를 덮는 라미네이트 필름(112)보다 열전도율이 높은 알루미늄 등의 재료에 의해 구성되어 있다. 방열 부재(270)는, 예를 들어 알루미늄 등의 평판을 단부에서 구부려, 비교적 중앙 부근을 셀 접촉부(271), 구부린 단부를 방열부(272)로 할 수 있다. 그러나, 제1 셀 서브어셈블리(100M) 등으로부터 발생한 열을 외부로 방열할 수 있으면, 상기에 한정되지 않는다. 측판(253)의 외부에는 절연 부재(280)를 배치하고, 또한 그 외측에는 워터 재킷(290) 등을 배치하여 방열 등을 행할 수 있다. 또한, 도 24에 있어서 방열 부재(230)는, 아래부터 4개째와 5개째의 단전지(110)의 사이에 1개 배치되어 있다. 그러나, 방열 부재(270)의 개수나 위치는 상기에 한정되지 않고, 적절하게 변경해도 된다. 또한, 전지 군(100G)과 측판(153) 사이에는 간극을 형성하고, 당해 간극 부분에 외기를 도입해도 된다. 또한, 제2 실시 형태에서는 방열 부재(270), 절연 부재(280) 및 워터 재킷(290)의 구성이 제1 실시 형태와 상이하고, 그 밖의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 그 밖의 구성의 설명을 생략한다.
(작용 효과)
다음으로, 제2 실시 형태에 관한 작용 효과에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는 제1 셀 서브어셈블리(100M) 및 제2 셀 서브어셈블리(100N)를 적층한 전지 군(100G)의 적층 방향(Z)에 있어서의 어느 위치에 라미네이트 필름(112)보다 열전도율이 높은 방열 부재(270)를 배치하도록 구성하고 있다. 전지 모듈(200)은, 제1 실시 형태와 마찬가지로 단전지(110)의 적층 수에 관계없이 상부 가압판(151), 하부 가압판(152) 및 단전지(110)의 적층 수에 의해 치수를 변경한 측판(153)에 의해 하우징을 구성하고 있다. 본 실시 형태에 있어서의 방열 부재(270)는 단전지(110)를 직렬이나 병렬 등으로 접속하는 태양, 바꾸어 말하면 단위 체적당 방열량에 따라서, 배치하는 위치나 수를 임의로 조정할 수 있다. 따라서, 전지 팩(10)의 냉각을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에만 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 있어서 다양한 변경이 가능하다. 도 25의 (A), 도 25의 (B)는 도 1의 (A), 도 1의 (B)의 변형예를 나타내는 개략 사시도, 개략 평면도이다. 또한, 도 25의 (A), 도 25의 (B)에서는 설명의 편의상, 모듈간 버스 바 및 배선의 도시를 생략하고 있다.
제1 실시 형태에서는, 도 1의 (B), 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같이 전지 모듈(100A, 100B)을 베이스 부재(310)의 설치부(311)에 수직인 방향과 단전지(110)의 적층 방향이 일치하도록 설치하는 구성에 대해 설명하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 전지 팩(10a)은, 도 25의 (A), 도 25의 (B)에 나타낸 바와 같이, 베이스 부재(310)의 설치부(311)에 수직인 방향으로 단전지(110)를 적층한 전지 모듈(100A)과, 설치부(311)에 평행한 방향으로 단전지(110)를 적층한 전지 모듈(100E)에 의해 구성해도 된다.
여기서, 전지 모듈(100A)과 같이 단전지(110)를 베이스부(300)에 대해 수직으로 적층한 경우를 세로 배치, 전지 모듈(100E)과 같이 단전지(110)를 베이스부(300)에 평행하게 배치한 경우를 가로 배치라고 칭한다. 전지 모듈(100E)과 같이 베이스 부재(310)에 가로 배치로 배치함으로써, 전지 모듈(100)을 적층 방향으로부터 평면에서 보았을 때의 폭 치수에 구속되지 않고 전지 모듈을 배치할 수 있다. 제1, 제2 실시 형태에 의한 전지 모듈(100)은 상술한 바와 같이 단전지의 적층 수를 임의로 조정할 수 있기 때문에, 가로 배치로 배치함으로써, 적은 스페이스에 효율적으로 전지 모듈을 배치할 수 있다.
또한, 전지 팩을 구성하는 전지 모듈은, 전지 모듈(100A, 100B)이 2종류인 실시 형태에 대해 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 전지 모듈의 종류는 2종류 이상이어도 되고, 1종이어도 된다. 또한, 전지 팩(10)에 배치하는 전지 모듈의 수는 16개로 설명하였지만 예시이며, 16개에 한정되지 않는다.
또한, 상기에서는 버스 바끼리를 초음파 접합, 전극 탭과 버스 바를 레이저 용접에 의해 접합하는 실시 형태에 대해 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 버스 바끼리 또는 전극 탭과 버스 바는 용접에 의해 접합해도 된다. 또한, 상기에서는 인접하는 전극 탭끼리를 버스 바에 접합하는 실시 형태에 대해 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 상기 이외에도 전극 탭끼리를 초음파 접합 또는 용접에 의해 접합해도 된다.
도 26은 전지 모듈을 적층 방향을 따라 절단한 단면도이며, 제1 실시 형태의 변형예를 나타내는 단면도이다. 제1 실시 형태에서는 하우징(150)을 구성하는 상부 가압판(151) 및 하부 가압판(152)의 사이에 단전지(110)를 복수 적층한 전지 군(100G)을 배치하는 실시 형태에 대해 설명하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 복수의 단전지(110) 외에, 적층 방향(Z)에 있어서 탄성력을 발생시키는 탄성 부재(370)를 설치하도록 구성해도 된다. 탄성 부재(370)는, 적층 방향(Z)에 있어서의 어느 위치에 배치된다. 탄성 부재(370)는, 도 26에 있어서의 대략 중앙의 위치에 있어서 주로 탄성 변형되는 탄성 부재(371, 372)를 갖고, 인접하는 부재와 개소 a1에서 접합된다. 탄성 부재(370)는, 인접하는 부재와 접합되지만, 도 26에 나타낸 바와 같이, 판형의 중간 부재(280)에 접합되는 것이 바람직하다. 탄성 부재(371)와 탄성 부재(372)는, 개소 a1보다 외측의 개소 b1에서 접합된다.
이와 같이 구성함으로써, 전지 팩의 사용 시에 충방전 등에 의해 경시적으로 단전지(110)의 적층 방향(Z)의 두께가 변화되어도, 탄성 부재(370)가 두께 방향의 변화를 흡수하여, 외력이 입력되었을 때의 단전지(110) 등의 이동을 방지할 수 있다.
10 : 전지 팩
100, 100A, 100B, 100E : 전지 모듈
100G : 전지 군
110 : 단전지
113 : 전극 탭
121 : 제1 스페이서
122 : 제2 스페이서
151 : 상부 가압판
152 : 하부 가압판
153 : 측판
270 : 방열 부재
300 : 베이스 부재
310 : 베이스
311 : 적재부
312 : 플랜지부
320 : 브래킷
330 : 볼트
340 : 너트
410, 420, 430 : 모듈간 버스 바
440 : 배선
X : 긴 변 방향
Y : 짧은 변 방향
Z : 적층 방향

Claims (14)

  1. 편평하게 형성된 단전지를 두께 방향으로 복수 적층하여 구비함과 함께 전력의 입출력을 행하는 정부의 터미널을 구비한 복수의 전지 모듈과,
    상기 복수의 전지 모듈을 설치하는 베이스 부재를 갖고,
    상기 복수의 전지 모듈의 상기 터미널을, 전지 모듈에 있어서의 상기 베이스 부재측과는 반대측의 단부에 배치하고, 상기 복수의 전지 모듈을, 상기 베이스 부재에 있어서의 상기 복수의 전지 모듈의 설치면을 따라, 상기 설치면 상에 배열하고,
    상기 단전지는, 발전 요소를 포함하는 전지 본체와, 상기 전지 본체로부터 도출된 전극 탭을 구비하고,
    상기 전지 모듈은, 상기 단전지의 적층 방향에 있어서의 양측으로부터 적층된 상기 단전지를 덮는 한 쌍의 제1 커버 부재와, 상기 단전지의 적층 방향과 교차하고, 또한 상기 전극 탭이 연장되는 방향과 교차하는 방향에 있어서의 양측으로부터 적층된 상기 단전지를 덮는 한 쌍의 제2 커버 부재를 구비하고,
    상기 한 쌍의 제2 커버 부재는, 적층된 상기 단전지를 상기 한 쌍의 제1 커버 부재에 의해 상기 단전지의 적층 방향으로 가압한 상태에서 상기 한 쌍의 제1 커버 부재와 접합되어 있는, 전지 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전지 모듈은, 적층되지 않고 1단으로 상기 베이스 부재 상에 설치되어 있는, 전지 팩.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하나의 전지 모듈은, 그 상기 터미널을 구비하는 면이, 인접하는 다른 전지 모듈에 있어서 상기 터미널을 구비하는 면과 대향하여 배치되어 있는, 전지 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 터미널을 구비하는 면은, 상기 전지 모듈에 있어서 상기 전극 탭을 구비하는 면과 동일한 측에 위치하는, 전지 팩.
  5. 제3항에 있어서,
    서로 대향하는 상기 하나의 전지 모듈의 상기 터미널과 상기 다른 전지 모듈의 상기 터미널은, 상기 베이스 부재로부터의 높이가 상이한, 전지 팩.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전지 모듈에 있어서의 적어도 하나의 전지 모듈은, 복수의 상기 단전지에, 상기 베이스 부재에 대해 교차하는 방향으로 볼트를 삽입 관통시킨 상태에서 상기 베이스 부재에 설치되어 있는, 전지 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전지 모듈을 상기 베이스 부재에 설치하는 브래킷을 더 갖고,
    상기 전지 모듈은, 상기 단전지를 적층한 적층부와, 상기 볼트가 삽입 관통되고 상기 적층부보다 상기 단전지의 적층 방향의 길이가 짧은 삽입 관통부를 구비하고,
    상기 적층부와 상기 삽입 관통부 사이에 걸쳐 오목부가 형성되고,
    상기 브래킷은, 상기 오목부의 형상에 끼워 맞추어져 상기 전지 모듈에 접속되어 있는, 전지 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 볼트는, 당해 볼트의 헤드부가 상기 적층부를 넘지 않는 길이를 갖는, 전지 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전지 모듈에 있어서의 하나의 전지 모듈은, 상기 단전지의 적층 방향을 상기 베이스 부재에 대해 수직인 방향에 따르게 한 상태에서 상기 베이스 부재에 배치되고,
    상기 복수의 전지 모듈에 있어서의 다른 전지 모듈은, 상기 단전지의 적층 방향을 상기 베이스 부재와 평행한 방향에 따르게 한 상태에서 상기 베이스 부재에 배치되어 있는, 전지 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전지 모듈은, 적층된 상기 단전지의 복수의 상기 전극 탭에 있어서의 각각과 접합되는 버스 바를 복수 구비하고,
    전극 탭과 버스 바 사이, 인접하는 전극 탭끼리의 사이, 또는 인접하는 버스 바끼리의 사이는 초음파 접합되어 있거나, 또는 용접되어 있는, 전지 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단전지는, 발전 요소를 덮는 외장체를 구비하고,
    상기 전지 모듈은, 상기 단전지의 적층 방향에 있어서의 어느 위치에 배치되고 상기 외장체보다 열전도율이 높은 부재를 포함하는 전열 부재를 더 갖는, 전지 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전지 모듈 각각은, 상기 단전지의 적층 수에 관계없이 동일한 상기 한 쌍의 제1 커버 부재가 사용되는, 전지 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전지 모듈은, 상기 단전지의 적층 방향에 있어서의 어느 위치에 배치되고 상기 적층 방향을 따라 탄발력을 발생시키는 탄성 부재를 더 갖는, 전지 팩.
  14. 발전 요소를 포함하는 전지 본체와, 상기 전지 본체로부터 도출된 전극 탭을 구비하고 편평하게 형성된 단전지가 두께 방향으로 복수 적층됨과 함께 전력의 입출력을 행하는 정부의 터미널을 구비한 전지 모듈을 복수 포함하는 전지 팩의 제조 방법이며,
    상기 단전지를 적층하고,
    상기 단전지의 적층 방향에 있어서 적층된 상기 단전지의 양측에 한 쌍의 제1 커버 부재를 배치하여 적층된 상기 단전지를 상기 적층 방향으로 가압하고,
    상기 적층 방향과 교차하고, 또한 상기 전극 탭이 연장되는 방향과 교차하는 방향에 있어서 적층된 상기 단전지의 양측에 한 쌍의 제2 커버 부재를 배치하여 상기 한 쌍의 제2 커버 부재를 상기 한 쌍의 제1 커버 부재와 접합하고,
    상기 복수의 전지 모듈을, 상기 터미널이 베이스 부재가 위치하는 측과 반대측의 단부에 위치하도록 상기 베이스 부재 상에 배치하고,
    상기 복수의 전지 모듈을, 상기 베이스 부재에 있어서의 상기 복수의 전지 모듈의 설치면을 따라, 상기 설치면 상에 배열하는, 전지 팩의 제조 방법.
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