KR20200145414A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체에 포함된 복수의 전지셀의 적층 방향에 수직한 방향에 위치하는 상기 전지셀 적층체 측면에서 상기 복수의 전지셀과 접하도록 배치된 플레이트 및 상기 플레이트에 도포되어 상기 전지셀 적층체와 상기 플레이트가 밀착되도록 하는 접착층을 포함한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전도 패드를 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은 전지셀 적층체가 수용되는 프레임 하측에 플레이트를 마련하여, 복수의 전지셀을 프레임에 고정시키고, 외부의 충격으로부터 전지셀을 보호하며, 동시에 열 전도성을 이용하여 전지셀로부터 발생하는 열을 배출하도록 하였다.
도 1은 종래의 전지셀 및 플레이트의 단면을 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 종래의 전지 모듈은 복수의 전지셀(10), 복수의 전지셀의 하측에서 복수의 전지셀과 접촉하는 플레이트(20)를 포함한다. 종래에는 플레이트(20)의 경도가 높아, 비대칭으로 형성된 복수의 전지셀(10)이 적층될 경우 적층된 전지셀들의 측면에 형성되는 불규칙면에 플레이트(20)의 평평한면이 제대로 밀착 접촉되지 못하여, 전지셀(10) 적층체와 플레이트 간에 비접촉구간(S)이 발생하였다.
이러한 비접촉구간(S)이 발생할 경우, 비접촉 구간에 위치한 전지셀이 플레이트를 통해 고정되지 않아 외부의 충격으로부터 물리적 결함이 발생할 수 있으며, 전지셀과 플레이트 사이에 소정의 공기층이 형성되어 공기층을 통한 열 저항이 높아지고, 열 저항이 높아짐으로 인해 그 주변 온도가 상승하여 전지 모듈 성능 저하 우려가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 복수의 전지셀과 플레이트 간의 접촉성을 향상시키는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체에 포함된 복수의 전지셀의 적층 방향에 수직한 방향에 위치하는 상기 전지셀 적층체 측면에서 상기 복수의 전지셀과 접하도록 배치된 플레이트 및 상기 플레이트에 도포되어 상기 전지셀 적층체와 상기 플레이트가 밀착되도록 하는 접착층을 포함한다.
상기 플레이트는 열전도 부재(TIM, Thermal interface material)로 형성될 수 있다.
상기 플레이트는 연질로 형성될 수 있고, 상기 접착층은 열전도성 접착제로 형성될 수 있다.
상기 프레임은, 상기 전지셀 적층체의 상측을 커버하는 상부 프레임 및 상기 전지셀 적층체의 양측 및 하측을 커버하는 하부 프레임을 포함할 수 있다.
상기 복수의 전지셀의 적층 방향 두께는, 상기 플레이트가 위치한 방향으로 갈수록 두꺼워질 수 있다.
상기 플레이트를 고정하고, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 전지셀 사이에는 전지셀 접착제가 삽입되고, 상기 복수의 전지셀은 상기 전지셀 접착제를 통해 서로 접합될 수 있다.
상기 플레이트는 상기 전지셀 적층체의 측면 형상과 대응되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 연질의 플레이트 및 플레이트에 도포된 접착층을 통해 플레이트가 복수의 전지셀과 밀착 접촉하도록 하여, 복수의 전지셀을 플레이트에 고정시켜 내구성을 강화하고, 전지셀과 플레이트 간의 열저항을 감소시켜 전지 모듈 내부의 열 발생을 적정 수준으로 유지하는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지셀 및 플레이트의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체, 프레임, 플레이트 및 이에 도포되는 접착층을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 두께를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 A-A' 부분으로서, 전지셀 적층체의 일 배열 형상 및 이에 접하는 플레이트와 접착층을 나타낸 단면이다.
도 5는 도 2의 A-A' 부분으로서, 전지셀 적층체의 다른 배열 형상 및 이에 접하는 플레이트와 접착층을 나타낸 단면이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시에에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체, 프레임, 플레이트 및 이에 도포되는 접착층을 나타낸 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 두께를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 2의 A-A' 부분으로서, 전지셀 적층체의 일 배열 형상 및 이에 접하는 플레이트와 접착층을 나타낸 단면이다. 도 5는 도 2의 A-A' 부분으로서, 전지셀 적층체의 다른 배열 형상 및 이에 접하는 플레이트와 접착층을 나타낸 단면이다.
도 2 내지 도 5을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(100)이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체에 포함된 복수의 전지셀의 적층 방향에 수직한 방향에 위치하는 전지셀 적층체의 측면에서 복수의 전지셀과 접하도록 배치된 플레이트(200), 플레이트(200)에 도포되어 전지셀 적층체와 플레이트가 밀착되도록 하는 접착층(300)을 포함하며, 상기 접착층(300)이 형성된 플레이트(200)는 프레임(400) 내부에 수용될 수 있다. 상기 프레임(400)은, 전지셀 적층체의 상측을 커버하는 상부 프레임(410), 전지셀 적층체의 양측 및 하측을 커버하는 하부 프레임(420)을 포함할 수 있다.
전지셀(100)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(100)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체를 형성할 수 있다. 복수의 전지셀(100) 사이에는 전지셀 접착제(110)가 삽입되고, 전지셀 적층체의 복수의 전지셀들은 전지셀 접착제(110)를 통해 서로 접합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 전지셀 상측의 두께(a) 보다 플레이트(200)가 위치한 방향인 전지셀 하측의 두께(b)가 더 두꺼울 수 있다. 보다 상세하게는, 전지셀(100)의 적층 방향으로 형성된 두께는, 플레이트(200)가 위치하는 방향으로 갈수록 두꺼워질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플레이트(200)는 열전도 부재(TIM, Thermal interface material)로 형성될 수 있다. 따라서 전지셀(100)에서 발생한 열은 플레이트(200)를 통해 냉각 부재(미도시)로 전달될 수 있다. 냉각 부재는 전달받은 열을 외부로 배출하여 전지셀의 온도를 적정 수준으로 조절할 수 있다.
종래에는 전지셀에서 발생한 열의 배출이 쉽도록 열 전도율이 높은 플레이트를 사용하였다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전지셀(100)은, 적층될 경우 전지셀의 상하단의 두께차로 인하여 전지셀이 수직 방향으로 적층되기 어려울 수 있고, 그에 따라 전지셀 측단 라인이 불규칙하게 형성될 수 있는데, 여기에 종래 열 전도율이 높은 플레이트를 사용할 경우 플레이트 자체의 경도가 높아 잘 휘어지지 않으므로, 전지셀과 플레이트 간의 비접촉 구간이 발생하는 문제점이 존재하였다.
또한 상술한 바와 같이 전지셀과 플레이트 간의 접촉성이 떨어지는 경우, 비접촉 구간의 공기층 형성으로 인한 열 저항이 증가하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 플레이트(200)는 연질의 재료로 형성되어, 상하단 두께가 다른 복수의 전지셀(100)이 적층되어 전지셀 적층체의 측면이 불규칙면을 형성한다 하더라도 플레이트(200)가 불규칙 측면을 가진 전지셀 적층체의 측면 형상과 대응되도록 형성되어 전지셀(100)과 플레이트(200)간의 접촉성을 향상시키고, 그로 인한 열 저항을 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 전지셀(100)의 측면과 플레이트(200) 간의 접촉성을 강화하기 위하여, 플레이트(200)의 상면에 접착층(300)이 형성될 수 있다. 따라서 전지셀 적층체가 접착층(300)이 형성된 플레이트(200)의 상면에 안착됨으로써, 플레이트(200)와 전지셀 적층체가 접착층(300)을 통해 비접촉 구간 없이 상호간에 보다 더 밀착될 수 있다.
접착층(300)은 열전도성 접착제로 형성되어, 플레이트(200)에 도포된 접착층(300)이 경화되면서 전지셀(100)과 플레이트(200)를 밀착시키는 동시에, 전지셀(100)로부터 발생하는 열의 열전도 효율을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 접착층(300)은 우레탄 계열의 열전도성 접착제가 사용될 수 있다.
도 4 및 도 5에는 본 발명의 실시예에 따른 전지셀 적층체의 적층 형태에 따른 플레이트와의 접촉 형상이 도시되어 있다. 복수의 전지셀은 상하단의 두께 차이로 인해 도 4와 같이 복수의 전지셀이 각각 낱개로 분리되어 위치할 수도 있으며, 도 5와 같이 일련의 전지셀 적층 묶음이 여러개 형성될 수도 있다. 또한 도면에 도시되어 있지는 않으나, 모든 전지셀이 분리되지 않을 수도 있으며, 일련의 묶음 및 낱개의 전지셀이 공존하여 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 플레이트(200)와 같이 복수의 전지셀 하측에 형성될 수 있는 측면 형상에 따라 연질의 플레이트(200)가 유동적으로 대응하여 복수의 전지셀 하측면과 밀착할 수 있다. 또한 접착층(300)이 플레이트(200) 상측에 형성되어 플레이트(200)와 전지셀(100)의 접촉성을 강화할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 전지팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 전지셀
200: 플레이트
300: 접착제
400: 프레임
410: 상부 프레임
420: 하부 프레임

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체에 포함된 복수의 전지셀의 적층 방향에 수직한 방향에 위치하는 상기 전지셀 적층체 측면에서 상기 복수의 전지셀과 접하도록 배치된 플레이트; 및
    상기 플레이트에 도포되어 상기 전지셀 적층체와 상기 플레이트가 밀착되도록 하는 접착층을 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 플레이트는 열전도 부재(TIM, Thermal interface material)로 형성된 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 플레이트는 연질로 형성되는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 접착층은 열전도성 접착제로 형성되는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 복수의 전지셀의 적층 방향 두께는, 상기 플레이트가 위치한 방향으로 갈수록 두꺼워지는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 플레이트를 고정하고, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임을 더 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 프레임은, 상기 전지셀 적층체의 상측을 커버하는 상부 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체의 양측 및 하측을 커버하는 하부 프레임을 포함하는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 복수의 전지셀 사이에는 전지셀 접착제가 삽입되고, 상기 복수의 전지셀은 상기 전지셀 접착제를 통해 서로 접합되는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 플레이트는 상기 전지셀 적층체의 측면 형상과 대응되도록 형성되는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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