KR20120052189A - 전지 접속부재, 이를 이용한 전지 모듈 - Google Patents

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순스케 야스이
히로시 다카사키
도시키 이토이
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파나소닉 주식회사
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Abstract

복수의 전지(29)를 병렬로 접속하는 전지 접속부재(25)는, 주 도전경로부(25a)와, 주 도전경로부(25a)와 복수의 전지(29)의 한쪽 극을 개개로 접속하는 복수의 접속단자(25b)를 가지며, 접속단자(25b)는 소정값 이상의 전류가 흘렀을 때에 용단되는 퓨즈부(25c)를 갖는다. 전지 접속부재(25)에 의해 복수의 전지(29)를 병렬로 접속했을 때, 퓨즈부(25c)는 전지(29)와 주 도전경로부(25)와의 공간에 배치된다.

Description

전지 접속부재, 이를 이용한 전지 모듈{BATTERY CONNECTING MEMBER AND BATTERY MODULE USING SAME}
본 발명은, 복수의 전지를 병렬로 접속하는 전지 접속부재와, 이를 이용한 전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 자원 절약이나 에너지 절약의 관점에서 반복 사용이 가능한 니켈수소, 니켈카드뮴이나 라튬이온 등, 이차전지에 대한 수요가 높아지고 있다. 그 중에서도, 리튬이온 이차전지는 경량이면서 기전력이 높고, 고 에너지 밀도라는 특징을 갖는다. 따라서, 휴대전화기나 디지털카메라, 비디오카메라, 노트북 컴퓨터 등 여러 종류의 휴대형 전자기기나 이동통신 기기의 구동용 전원으로서 수요가 확대되고 있다.
한편, 화석연료의 사용량 저감이나 CO2 배출량을 삭감시키기 위해, 자동차 등의 모터 구동용 전원으로서 전지 모듈에 대한 기대가 커지고 있다. 이 전지 모듈은, 원하는 전압이나 용량을 얻기 위해 2개 이상의 복수의 전지로 구성된다.
상기 전지 모듈의 개발에 있어서, 전지 자체의 안전성과 더불어 그들의 집합체인 전지 모듈의 안전성이 보다 중요해지고 있다. 즉, 전지는 과충전, 과방전 혹은 내부 단락이나 외부 단락으로 인해 전지로서의 역할을 수행하지 못할 가능성이 있다. 또 전지는, 과충전, 과방전 혹은 내부 단락이나 외부 단락으로 인해 발생하는 가스에 의해 내압의 상승이 발생하며, 경우에 따라서는 전지의 외장케이스가 파열될 가능성이 있다. 따라서, 복수의 전지를 일체화시킨 전지 모듈에서는, 1개의 전지의 이상으로 인한 전지 모듈 전체의 성능 저하를 방지하는 것이 중요하다.
상기와 같은 문제에 대처하는 수단으로서, 예를 들어 전지간의 접속부에 규정값 이상의 전류가 흘렀을 때에 접속을 절단하는 감온소자를 배치한 전지 모듈이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1). 또, 절연기판 상에 프린트된 금속배선에 의해, 직렬로 접속된 전지간에 퓨즈를 형성한 전지 모듈이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2).
일본 특허공개 평성 10-50281호 공보 일본 특허공개 2002-25510호 공보
그러나 특허문헌 1 및 2의 구성에 따르면, 직렬로 접속된 복수의 전지 사이에 감온소자나 퓨즈가 배치되며, 어느 하나의 전지에 이상이 발생한 경우에는 즉시 전지 모듈 전체의 기능이 정지된다. 이 때문에, 아무런 문제가 없는 전지가 사용 불가능해진다는 문제가 있다. 또, 감온소자나 퓨즈 자체가 크기 때문에, 전지 모듈에 내장시킨 경우에 점유면적이 커지므로, 전지 모듈의 소형화가 어려워진다는 문제가 있다.
또, 복수의 전지를 병렬로 접속한 전지 모듈에서는, 1개의 전지가 내부 단락 등으로 인해 발전하지 않게 되면 저항체가 되고, 그 전지로 과전류가 흐르며, 전지 모듈 전체로서의 성능 저하를 일으켜 버린다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하려는 것이며, 복수의 전지를 병렬로 접속한 전지 모듈에 있어서, 내부 단락 등의 문제가 발생한 전지로 인해 전지 모듈 전체의 성능이 크게 저하되는 것을 방지할 수 있는 전지 접속부재와, 이를 이용한 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 전지 접속부재는, 복수의 전지를 병렬로 접속하는 전지 접속부재에 있어서, 주 도전경로부와, 주 도전경로부와 복수의 전지의 한쪽 극을 개개로 접속하는 복수의 접속단자를 가지며, 접속단자는 소정값 이상의 전류가 흘렀을 때에 용단되는 퓨즈부를 갖는 구성을 채용한다. 그리고, 본 발명에 관한 전지 접속부재에 의해 복수의 전지를 병렬로 접속했을 때, 퓨즈부는 전지와 주 도전경로부와의 공간에 배치된다.
이 구성에 의해, 내부 단락 등으로 인한 문제를 일으킨 전지가 있는 경우라도, 문제를 일으킨 전지와의 접속단자만을 절단할 수 있으므로, 그 밖의 접속된 복수의 전지 성능에는 전혀 영향을 미치지 않게 할 수 있다. 또, 전지 접속부재에 의해 복수의 전지를 병렬로 접속했을 때, 퓨즈부는 전지와 주 도전경로부와의 공간에 배치되므로, 퓨즈부에 과전류가 흘렀을 때에 발생하는 쥴 열의 방열을 억제할 수 있다. 따라서, 쥴 열에 의한 온도 상승에 의해 용단되는 퓨즈부의 설계가 용이해짐과 더불어, 설계 상의 편차도 저감시킬 수 있다. 또한, 쥴 열에 의한 온도 상승에 따라, 다른 전지나 접속부재에 미치는 열적 영향도 억제할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 전지 모듈은 복수의 전지가 수납부에 수납된 전지 모듈에 있어서, 복수의 전지는 전지 접속부재에 의해 병렬로 접속되고, 전지 접속부재는 주 도전경로부와, 주 도전경로부와 복수의 전지의 한쪽 극을 개개로 접속하는 복수의 접속단자를 가지며, 접속단자는 소정값 이상의 전류가 흘렀을 때에 용단되는 퓨즈부를 가지고, 퓨즈부는 전지와 주 도전경로부와의 공간에 배치된 구성을 채용한다.
이 구성에 의해, 내부 단락 등으로 인한 문제를 일으킨 전지가 있는 경우라도, 문제를 일으킨 전지와의 접속만을 절단할 수 있으므로, 복수의 전지를 병렬로 접속한 전지 모듈에 있어서, 전지 모듈 전체로서의 성능 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 내부 단락 등의 문제를 일으킨 전지가 있는 경우라도, 문제를 일으킨 전지와의 접속만을 절단할 수 있는 전지 접속부재, 및 이를 이용한 전지 모듈을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈을 구성하는 전지의 횡단면도이다.
도 2(a)는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 외관 상면도이며, (b)는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 외관 횡면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 도 3의 A-A’선 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 주요부 단면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태의 전지 모듈에 있어서, 전지에 문제가 발생했을 때의 동작을 설명하는 도 3의 A-A’선 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 그 밖의 실시형태에서의 전지 모듈 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 그 밖의 실시형태에서의 전지 모듈 평면도이다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서 전지 접속부재는, 복수의 전지를 병렬로 접속하는 전지 접속부재이며, 주 도전경로부와, 주 도전경로부와 복수의 전지의 한쪽 극을 개개로 접속하는 복수의 접속단자를 가지며, 접속단자는 소정값 이상의 전류가 흘렀을 때에 용단되는 퓨즈부를 갖는다. 그리고, 전지 접속부재에 의해 복수의 전지를 병렬로 접속했을 때, 퓨즈부는 전지와 주 도전경로부와의 공간에 배치된다.
이 구성에 의해, 내부 단락 등으로 인한 문제를 일으킨 전지가 있는 경우라도, 문제를 일으킨 전지와의 접속단자만을 절단할 수 있으므로, 그 밖의 접속된 복수의 전지 성능에는 전혀 영향을 미치지 않게 할 수 있다. 또, 전지 접속부재에 의해 복수의 전지를 병렬로 접속했을 때, 퓨즈부는 전지와 주 도전경로부와의 공간에 배치되므로, 퓨즈부에 과전류가 흘렀을 때에 발생하는 쥴 열의 방열을 억제할 수 있다. 이에 의해, 쥴 열에 의한 온도 상승에 따라 용단되는 퓨즈부의 설계가 용이해짐과 더불어, 설계 상의 편차도 저감시킬 수 있다. 또한, 쥴 열에 의한 온도 상승에 따라, 그 밖의 전지나 접속부재에 미치는 열적 영향도 억제할 수 있다.
여기서 퓨즈부는, 접속단자와 동일 부재로 일체적으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 접속단자는 주 도전경로부와 동일 부재로 일체적으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 접속단자에서 퓨즈부의 단면적을, 접속단자의 다른 부분의 단면적보다 작게 하면 된다. 예를 들어, 접속단자가 균일한 폭을 갖는 경우, 접속단자의 퓨즈부 두께를 접속단자의 다른 부분의 두께보다 얇게 하면 된다. 이와 같은 구성에 의해, 간단한 구성으로 퓨즈부를 구성할 수 있으므로, 저가이며 소형인 전지 접속부재를 실현할 수 있다.
또, 그 밖의 실시형태에 있어서, 접속단자에서 퓨즈부의 부재 저항을, 접속단자의 다른 부분의 부재 저항보다 크게 하여도 된다. 혹은 퓨즈부를 칩 퓨즈로 구성하여도 된다. 이로써, 저가이며 소형인 전지 접속부재를 실현할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서 전지 모듈은, 복수의 전지가 수납부에 수납된 전지 모듈이며, 복수의 전지는 전지 접속부재에 의해 병렬로 접속되고, 전지 접속부재는 주 도전경로부와, 주 도전경로부와 복수의 전지의 한쪽 극을 개개로 접속하는 복수의 접속단자를 가지며, 접속단자는 소정값 이상의 전류가 흘렀을 때에 용단되는 퓨즈부를 가지고, 퓨즈부는 전지와 주 도전경로부와의 공간에 배치된다.
이 구성에 의해, 내부 단락 등으로 인한 문제를 일으킨 전지가 있는 경우라도, 문제를 일으킨 전지와의 접속만을 절단할 수 있으므로, 복수의 전지를 병렬로 접속한 전지 모듈에 있어서, 전지 모듈 전체로서의 성능 저하를 방지할 수 있다.
여기서 퓨즈부는, 접속단자와 동일 부재로 일체적으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 접속단자는, 주 도전경로부와 동일 부재로 일체적으로 형성되는 것이 바람직하다.
또, 접속단자에서 퓨즈부의 단면적은, 접속단자의 다른 부분의 단면적보다 작은 것이 바람직하다. 예를 들어, 접속단자는 균일한 폭을 가지며, 접속단자의 상기 퓨즈부의 두께를, 접속단자의 다른 부분의 두께보다 얇게 하면 된다.
또, 접속단자에서 퓨즈부의 부재 저항을, 접속단자의 다른 부분의 부재 저항보다 크게 하여도 된다. 또한, 퓨즈부를 칩 퓨즈로 구성하여도 된다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 여기서, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 또, 본 발명의 효과를 나타내는 범위를 일탈하지 않는 범위에서 적절한 변경은 가능하다. 또한, 다른 실시형태와의 조합도 가능하다.
[제 1 실시형태]
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈을 구성하는 전지의 횡단면도이다.
도 1에 있어서 원통형의 전지는, 예를 들어 알루미늄제 양극 리드(8)를 구비한 양극(1)과, 예를 들어 구리제 음극 리드(9)를 일단에 구비한 음극(2)을 세퍼레이터를 개재하여 감긴 전극군(4)을 갖는다. 그리고, 전극군(4)의 상하에 절연판(10a, 10b)을 장착하여 전지케이스(5)로 삽입하고, 양극 리드(8)의 다른 쪽 단부를 밀봉판(6)에, 음극 리드(9)의 다른 쪽 단부를 전지케이스(5)의 바닥부에 용접한다. 또한, 리튬이온을 전도하는 비수성 전해질(도시 생략)을 전지케이스(5) 내로 주입하고, 전지케이스(5)의 개방부를 가스켓(7)을 개재시켜 양극 캡(16), PTC소자 등의 전류차단부재(18) 및 밀봉판(6)을 크림핑하여 밀봉한다. 또, 양극 캡(16)에는, 전극군(4)의 문제로 인한 안전밸브 등 벤트 기구(19)의 개방에 따라 발생하는 가스를 빼기 위한 배기구멍(17)을 형성한다. 그리고, 양극(1)은 양극집전체(1a)와 양극활물질을 포함한 양극층(1b)으로 구성된다.
여기서 양극층(1b)은, 예를 들어 LiCoO2나 LiNiO2, Li2MnO4, 또는 이들의 혼합 혹은 복합 화학물 등의 리튬함유 복합 산화물을 양극활물질로서 포함한다. 또 양극층(1b)은, 추가로 도전제와 결착제를 포함한다. 도전제로서, 예를 들어 천연흑연이나 인조흑연인 그라파이트류, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙 및 서머 블랙 등의 카본블랙류를 포함하며, 또 결착제로서, 예를 들어 PVDF, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아라미드 수지, 폴리아미드, 폴리이미드 등을 포함한다.
또, 양극(1)에 이용되는 양극집전체(1a)로서는 알루미늄(Al), 탄소(C), 도전성 수지 등이 사용 가능하다.
비수성 전해질로는 유기용매에 용질을 용해시킨 전해질 용액이나, 이들을 포함하며 고분자로 비유동화된, 이른바 폴리마 전해질층이 적용 가능하다. 비수성 전해질의 용질로는, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAlCl4, LiSbF6, LiSCN, LiCF3SO3, LiN(CF3CO2), LiN(CF3SO2)2 등을 이용할 수 있다. 또한 유기용매로는, 예를 들어 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC) 등을 이용할 수 있다.
또, 음극(2)의 음극집전체(11)는, 스테인리스 스틸, 니켈, 구리, 티타늄 등의 금속박, 탄소나 도전성 수지의 박막 등이 이용된다.
또한, 음극(2)의 음극층(15)으로는 흑연 등의 탄소재료나 규소(Si), 주석(Sn) 등과 같이 리튬이온을 가역적으로 흡장 및 방출하는 이론 용량 밀도가 833mAh／㎤를 초과하는 음극활물질을 이용할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에서의 전지 모듈에 대해, 도 2(a), 도 2(b) 및 도 3을 이용하여 설명한다.
도 2(a)는, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈(100)의 외관 상면도이며, (b)는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈(100)의 외관 횡면도이다. 도 3은, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2(a), 도 2(b)와 도 3에 있어서, 전지 모듈(100)은, 예를 들어 폴리 카보네이트 수지 등의 절연성 수지재료로 된 수납부(30) 및 이와 끼움 결합되는 덮개체(20)로 구성된다. 수납부(30)는, 한쪽 면(도 3에서는 상면)에 개구단을 갖는다. 덮개체(20)는, 수납부(30)의 개구단을 덮도록 설치된다. 수납부(30)와 덮개체(20)에 의해 구성되는 공간 내에는, 격벽(31)이 구비된다. 격벽(31)에 의해 구분된 수납부(30)에는 각각 전지(29)가 삽입된다. 여기서, 격벽(31)은 열전도를 향상시키며, 균열화를 도모하기 위해 금속 또는 그를 대신하는 고열전도부재가 바람직하다.
전지 모듈(100)은, 복수의 전지(29)를 병렬로 접속하는 전지 접속부재인 양극측 접속부재(25)와 음극측 접속부재(26)를 갖는다. 양극측 접속부재(25) 및 음극측 접속부재(26)는, 예를 들어 Ni이나 Fe-Ni도금 등의 금속판에 의해 형성된다. 양극측 접속부재(25)는, 수납부(30) 내에 수납된 전지(29)의 양극측 면(도 3에서는 상면)을 덮도록 배치된다. 한편, 음극측 접속부재(26)는 전지(29)의 음극측 면(도 3에서는 하면)을 덮도록 배치된다. 즉, 전지(29)는 격벽(31)과 양극측 접속부재(25) 및 음극측 접속부재(26)에 의해 밀폐된 공간에 개개로 배치된다.
양극측 접속부재(25)에는 양극측 단자(27)가 접속되며, 음극측 접속부재(26)에는 음극측 단자(28)가 접속된다. 양극측 단자(27) 및 음극측 단자(28)는 덮개체(20) 상면에 형성된 구멍(21)으로부터 노출되도록 배치된다.
이하, 도 4 및 도 5를 이용하여 전지 모듈(100)에 있어서 전지의 접속구조에 대해 상세하게 설명한다. 도 4는, 도 3에 있어서 A-A’선 종단면도이다. 도 5는 전지 모듈(100) 접속부분의 주요부 단면 사시도이다.
도 4에서, 전지(29)는 격벽(31)과 양극측 접속부재(25) 및 음극측 접속부재(26)에 의해 둘러싸인 공간에 배치된다. 양극측 접속부재(25)는 평판형의 금속판으로 구성되며, 주 도전경로부(25a)와 접속단자(25b)를 갖는다. 접속단자(25b)는 개별의 전지(29)와 양극측 접속부재(25)가 각각 접속되도록 복수 배치된다. 전지(29)의 양극(29a)과 양극측 접속부재(25)와의 사이에는 공간부를 갖는다. 접속단자(25b)는, 주 도전경로부(25a)에서부터 이 공간부로 돌출하도록 배치된다. 접속단자(25b)는 퓨즈부(25c)를 갖는다. 퓨즈부(25c)는, 접속단자(25b)의 일부가 다른 부분보다 단면적이 작게 형성된다. 예를 들어 접속단자(25b)가 균일한 두께를 갖는 경우, 접속단자(25b) 퓨즈부(25c)의 폭은 접속단자(25b)의 다른 부분의 폭보다 좁다. 이에 의해, 퓨즈부(25c)는 다른 부분보다 저항이 높아지며, 규정값 이상의 전류가 흘렀을 때에 절단되는 전류퓨즈를 구성한다.
가령 퓨즈부(25c)의 단면적을 A, 길이를 L로 하면, 퓨즈부(25c)로 전류(I)가 흘렀을 때의 시간(t) 후의 쥴 열(E)에 의한 온도 상승(ΔT)은 이하의 식(1)으로부터 산출된다.
ΔT＝E／(Cp?M)
＝(I2?R?t)／(Cp?ρ?A?L)
＝(I2?r?L／A?t)／(Cp?ρ?A?L)
＝(I2?r?t)／(Cp?ρ?A2) ………식(1)
여기서 Cp는 비열용량, M은 질량, R은 저항, ρ는 밀도, L은 길이, r은 전기 저항율이다. 여기서, 식(1)에서 알 수 있는 바와 같이, 온도 상승(ΔT)은 퓨즈부(25c)의 길이(L)에 의존하지 않는다.
한편, 내부 단락이 발생한 경우에 전지로 유입되는 전류는, 전지의 내부 저항을 50mΩ으로 하면 약 70A 정도가 된다. 실제로는 주위의 전지로부터도 단락전류가 유입되기 때문에, 내부 단락이 발생한 전지로 유입되는 전류는 그 수 배로 된다. 가령 통상 사용시의 전류 10? 50A에 대해 내부 단락이 발생한 전지로 유입되는 전류를 300A로 하면, 양극측 접속부재(25)를 Ni로 구성한 경우, 퓨즈부(25c)의 단면적(A)을 1㎟로 하면, 식(1)으로부터, 1초 후의 퓨즈부(25c)에서의 줄 열에 의한 온도 상승은 약 1600℃가 되며, Ni의 융점은 1455℃이므로 퓨즈부(25)는 용단된다. 즉, 퓨즈부(25c)의 단면적(A)을 1㎟ 이하로 함으로써, 통상 전류의 10배 이상의 이상전류가 발생했을 때에 퓨즈부(25c)는 용단된다. 또, 주 도전경로부(25a)나 접속단자(25b)의 단면적은 2㎟ 이상으로, 퓨즈부(25c) 단면적의 2배 이상으로 함으로써, 식(1)으로부터, 쥴 열에 의한 온도 상승은 1／4 이하인 약 400℃ 이하가 된다.
이하, 도 4 및 도 6을 이용하여, 본 실시형태에 있어서 전지 모듈의 동작 및 전지에 문제가 발생했을 때의 전지 모듈 동작에 대해 설명한다.
먼저, 도 4를 이용하여, 전지 모듈에서의 통상 전류의 흐름에 대해 설명한다. 외부회로(도시 생략)에 접속된 양극측 단자(27)와 접속되는 양극측 접속부재(25)로 흐르는 전류는, 전지(29)에 비해 저항이 낮은 주 도전경로부(25a)로 균일하게 유입되며, 이어서 접속단자(25b)를 지나 복수의 전지(29)로 흐른다. 다음에, 음극측 접속부재(26)로 전류는 흐르며, 음극측 단자(28)로부터 외부회로로 흘러간다.
그러나, 이러한 구성에 있어서, 병렬로 접속된 복수의 전지(29) 중, 1개의 전지가 내부 단락 등의 문제를 일으켜 버린 경우, 내부 단락을 일으킨 전지로 규정값 이상의 전류가 유입되어, 전지 모듈 전체로서의 성능을 저하시키는 등, 큰 문제가 된다.
도 6을 이용하여, 전지에 문제가 발생한 경우의 본 실시형태의 전지 모듈 동작에 대해 설명한다. 도 6은, 도 3에 있어서 A-A’선 종단면도이며, 전지에 문제가 발생한 경우를 나타낸다. 또, 도 6 내 화살표는 전류의 흐름을 나타낸다.
도 6에 있어서, 내부 단락 등의 문제를 일으킨 전지(A)에는, 상기한 바와 같이 규정값 이상의 전류가 주 도전경로부(25a)로부터 접속단자(25b)를 지나 유입되게 된다. 이러한 경우, 본 실시형태에서는 접속단자(25b)에 배치된 퓨즈부(25c)가 절단되도록 구성된다.
상세하게 설명하면, 퓨즈부(25c)는 전지(29)의 양극(29a)과 양극측 접속부재(25)와의 사이에 존재하는 공간부에 노출되도록 배치된 접속단자(25b)의 일부에, 다른 부분보다 고저항이 되도록 형성된다. 본 실시형태에서는, 접속단자(25b)의 일부를 다른 부분보다 폭을 좁게 함으로써 퓨즈부(25c)를 형성한다. 이에 따라, 퓨즈부(25c)에 규정값 이상의 전류가 유입되면 발열하고, 고온이 되어, 퓨즈부(25c)가 용단된다. 이로써, 양극측 접속부재(25)와 문제를 일으킨 전지(A)간의 접속을 절단한다. 따라서, 병렬로 접속된 복수의 전지(29)에서 전지(A)가 문제를 일으킨 경우라도, 전지(A)와 양극측 접속부재(25)와의 접속만을 절단할 수 있으므로, 그 밖의 정상인 전지(29)는 문제를 일으킨 전지(A)의 영향을 받지 않고 동작을 계속할 수 있다. 따라서, 전지 모듈 전체로서의 성능 저하를 방지할 수 있다.
또, 접속단자(25b)는 전지(29)의 양극(29a)과 양극측 접속부재(25) 사이에 존재하는 공간부에 배치되므로, 접속단자(25b)에 퓨즈부(25c)를 배치할 시의 설계 편차에 대해 용이하게 대응할 수 있다. 또, 퓨즈부(25c)가 용단되는 경우에 고열로 되나, 퓨즈부(25c)가 공간부에 노출되어 있으므로 다른 전지나 양극측 접속부재(25) 등으로의 발열의 영향을 작게 할 수 있다.
또 퓨즈부(25c)를 접속단자(25b)의 일부에 형성함으로써, 퓨즈부(25c)를 소형화할 수 있음과 더불어 재료 원가의 삭감도 가능하다. 따라서, 전지 모듈 자체의 소형화도 가능하다.
그리고, 본 실시형태에서 퓨즈부(25c)는 접속단자(25b)의 일부를 다른 부분보다 폭을 좁게 함으로써 형성하나, 그 이외에도, 예를 들어 접속단자(25b)의 일부 두께를 다른 부분보다 얇게 함으로써 형성하여도 된다. 또 퓨즈부(25c)는, 접속단자(25b)의 일부분을 다른 부분보다 저항이 높은 부재로 구성함으로써 형성하여도 된다. 또, 접속단자(25b) 자체가 퓨즈부(25c)를 구성하여도 된다. 또한 퓨즈부(25c)는, 기판에 실장 가능한 칩 퓨즈이라도 된다.
또, 본 실시형태에서 양극측 접속부재(25)는 Ni이나 Fe-Ni도금 등의 금속판에 의해 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 Cu나 Al 등도 이용할 수 있다. 또 기판 상에, 이들 금속의 배선을 배치함으로써, 주 도전경로부(25a), 접속단자(25b)를 배치하도록 구성하여도 된다. 또한, 예를 들어 퓨즈부(25c)에, 기판에 실장 가능한 칩 퓨즈를 이용하여, 기판에 실장함으로써 양극측 접속부재(25)를 구성하여도 된다.
도 7 및 도 8은, 본 발명의 그 밖의 실시형태에 있어서 전지 모듈(200)의 구성을 나태낸 도이며, 도 7은 단면도, 도 8은 덮개부가 없는 상태에서의 평면도이다.
도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 복수의 전지(29)가 수납부(30) 내에 수납되며, 각 전지(29)는 양극측 접속부재(25)에 의해 병렬로 접속된다. 여기서, 양극측 접속부재(25)는 복수의 관통구멍(40)을 갖는 주 도전경로부(25a)와, 주 도전경로부(25a)와 복수의 전지(29)의 양극(29a)을 개개로 접속하는 복수의 접속단자(25b)를 갖는다. 주 도전경로부(25a)는 각 전지(29)의 어깨부에 접촉되게 배치되며, 각 전지(29)의 양극(29a)은, 각각 주 도전경로부(25a)에 형성된 관통구멍(40) 내로 삽입된다. 이로써, 전지 모듈(200)은 주 도전경로부(25a)에 의해, 전지(29)가 수납된 수납부(30)와, 주 도전경로부(25a)와 덮개체(20) 사이에 형성된 공간(50)으로 구획된다. 또, 전지(29)가 수납된 수납부(30)는, 주 도전경로부(25a)에 의해 밀폐상태가 된다.
각 접속단자(25b)의 일단은, 각각 전지(29)의 양극(29a)에 접속되며, 접속단자(25b)의 타단은 관통구멍(40)을 통하여 주 도전경로부(25a) 상방에 형성된 공간(50)으로 연장되어, 주 도전경로부(25a)의 표면에 접속된다.
본 실시형태에서 전지(29)에 내부 단락이 발생하면, 그 전지에 접속된 접속단자(25b)가 쥴 열에 의해 용단되도록 구성된다. 즉, 본 실시형태에서는 접속단자(25b) 자체가 퓨즈부(25c)를 겸하도록 구성된다. 여기서, 접속단자(25b)의 재료는 특히 제한하지 않으나, 예를 들어 Ni이나 Al 등 금속 세선이나 금속 리본을 이용할 수 있다. 이때, 식(1)에서 기재한 관계식에 따라 단면적을 1㎟로 함으로써, 내부 단락이 발생한 전지로 유입되는 전류를 300A로 하면, 1초 후의 퓨즈부(25c)에서의 쥴 열에 의한 온도 상승은 약 1600℃로 되며, Ni의 융점은 1455℃이므로 퓨즈부(25c)는 용단된다. 또, 양극(29a)이나 주 도전경로부(25a)에의 접속은, 와이어 본딩이나 레이저 용접 등에 의해 실시할 수 있다.
한편, 전지(29)에 내부 단락이 발생하면, 전지(29) 내에서 고온가스가 발생하고, 전지(29) 내의 압력이 상승하면, 도 1에 나타내는 바와 같이 전지(29)의 벤트 기구(19)가 작동하여 배기구멍(17)으로부터 고온가스가 배출된다. 배기구멍(17)은 양극 캡(16)에 형성되므로, 도 7에 나타내는 바와 같이 배기구멍(도시 생략)(17)으로부터 배출된 고온가스는, 관통구멍(40)을 통하여 주 도전경로부(25a) 상의 공간(50)으로 배출된다. 이에 의해 관통구멍(40) 상방에 배치된 접속단자(25b)는, 배기구멍(17)으로부터 배출된 고온가스로 노출되게 된다. 그 결과, 내부 단락이 발생한 전지(29)에 접속된 접속단자(25b)는, 단락 전류로 인한 쥴 열과 더불어, 배기구멍(17)으로부터 배출된 고온가스에 의해 온도 상승을 가속시킬 수 있다. 또, 고온가스의 온도는 통상 1000℃ 이상으로 되므로, 접속단자(25b)의 쥴 열에 의한 온도 상승이 불충분하여도 고온가스의 폭로에 의해 접속단자(25b)를 확실하게 용단시킬 수 있다.
또 본 실시형태에서는, 내부 단락이 발생한 전지(29)의 배기구멍(17)으로부터 배출된 고온가스는, 관통구멍(40)을 통하여 주 도전경로부(25a) 상의 공간(50)으로 배출되므로, 주변의 정상 전지(29)가 고온가스로 노출되는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명을 적합한 실시형태에 의해 설명해왔으나, 이러한 서술은 한정사항이 아니며, 물론 여러 가지 개변이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는 복수의 전지(29)를 수납부(30) 내에서 구분하도록 격벽(31)을 형성하나, 이 격벽(31)이 없어도 본 발명의 전지 접속부재 및 전지 모듈은 효과를 발휘할 수 있다. 또, 상기 실시형태에서 수납부(30)는 한쪽 면에만 개구단을 갖도록 구성되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 양 면 모두 개구단이 되는 구성이라도 된다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명은, 자동차, 자전거나 전동공구 등, 높은 신뢰성과 안전성이 요구되는 전지 모듈이나 전지 모듈에서의 전지 접속부재로서 유용하다.
1 : 양극 1a : 양극집전체
1b : 양극층 2 : 음극
3 : 세퍼레이터 4 : 전극군
5 : 전지케이스 6 : 밀봉판
7 : 가스켓 8 : 양극 리드
9 : 음극 리드 10a, 10b : 절연판
11 : 음극집전체 15 : 음극층
16 : 양극 캡 17 : 배기구멍
18 : 전류차단부재 19 : 벤트 기구
20 : 덮개체 21 : 구멍
25 : 양극측 접속부재 25a : 주 도전경로부
25b : 접속단자 25c : 퓨즈부
26 : 음극측 접속부재 27 : 양극측 단자
28 : 음극측 단자 29 : 전지
29a : 양극 30 : 수납부
31 : 격벽 40 : 관통구멍
50 : 공간 100, 200 : 전지 모듈

Claims (14)

  1. 복수의 전지를 병렬로 접속하는 전지 접속부재에 있어서,
    주 도전경로부와,
    상기 주 도전경로부와 상기 복수의 전지의 한쪽 극을 개개로 접속하는 복수의 접속단자를 가지며,
    상기 접속단자는, 소정값 이상의 전류가 흘렀을 때에 용단되는 퓨즈부를 가지고,
    상기 전지 접속부재에 의해 상기 복수의 전지를 병렬로 접속했을 때, 상기 퓨즈부는 상기 전지와 상기 주 도전경로부와의 공간에 배치되는
    전지 접속부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨즈부는 상기 접속단자와 동일 부재로 일체적으로 형성된
    전지 접속부재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접속단자는 상기 주 도전경로부와 동일 부재로 일체적으로 형성되는
    전지 접속부재.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 접속단자의 상기 퓨즈부에서의 단면적은 상기 접속단자의 다른 부분에서의 단면적보다 작은
    전지 접속부재.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 접속단자는 균일한 폭을 가지며, 상기 접속단자의 상기 퓨즈부에서의 두께는 상기 접속단자의 다른 부분에서의 두께보다 얇은
    전지 접속부재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접속단자의 상기 퓨즈부에서의 부재 저항은 상기 접속단자의 다른 부분에서의 부재 저항보다 큰
    전지 접속부재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 퓨즈부는 칩 퓨즈로 구성되는
    전지 접속부재.
  8. 복수의 전지가 수납부에 수납된 전지 모듈에 있어서,
    상기 복수의 전지는 전지 접속부재에 의해 병렬로 접속되며,
    상기 전지 접속부재는 주 도전경로부와, 이 주 도전경로부와 상기 복수의 전지의 한쪽 극을 개개로 접속하는 복수의 접속단자를 가지며,
    상기 접속단자는 소정값 이상의 전류가 흘렀을 때에 용단되는 퓨즈부를 가지며,
    상기 퓨즈부는 상기 전지와 상기 주 도전경로부와의 공간에 배치되는
    전지 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 퓨즈부는 상기 접속단자와 동일 부재로 일체적으로 형성되는
    전지 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 접속단자는 상기 주 도전경로부와 동일 부재로 일체적으로 형성되는
    전지 모듈.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 접속단자의 상기 퓨즈부에서의 단면적은 상기 접속단자의 다른 부분에서의 단면적보다 작은
    전지 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 접속단자는 균일한 폭을 가지며, 상기 접속단자의 상기 퓨즈부에서의 두께는 상기 접속단자의 다른 부분에서의 두께보다 얇은
    전지 모듈.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 접속단자의 상기 퓨즈부에서의 부재 저항은 상기 접속단자의 다른 부분에서의 부재 저항보다 큰
    전지 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 퓨즈부는 칩 퓨즈로 이루어진
    전지 모듈.
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