KR20210058111A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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KR20210058111A KR1020190145145A KR20190145145A KR20210058111A KR 20210058111 A KR20210058111 A KR 20210058111A KR 1020190145145 A KR1020190145145 A KR 1020190145145A KR 20190145145 A KR20190145145 A KR 20190145145A KR 20210058111 A KR20210058111 A KR 20210058111A
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강다훈
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 및 상기 전지 셀 적층체를 수용하고, 서로 대응하는 상부면과 하부면을 갖는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임의 하부면과 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 열전도성 수지층, 및 상기 모듈 프레임의 상부면과 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 절연 커버를 포함하고, 상기 절연 커버는 상기 모듈 프레임의 내면을 향해 돌출되어 있는 돌출 리브(rib)를 포함한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 열전도성 수지가 주액되는 공간을 일정하게 유지하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지 셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지 셀로서 주로 사용되고 있다.
도 1은 종래 전지 모듈에서의 프레임 바닥부에 형성된 홀을 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈을 상하로 뒤집은 모습을 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 전지 모듈은 전지 셀 적층체(15)를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지 셀 적층체(15)를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임(10)을 포함할 수 있다. 모듈 프레임(10)은 상단부(12)와 바닥부(11)를 갖고, 도 2의 전지 모듈을 상하로 뒤집은 모습을 나타내는 도 1을 참고하면, 모듈 프레임(10)의 바닥부(11)에는 주액 홀(20)이 형성된다.
이러한 주액 홀(20)을 통해 열전도성 수지가 전지 셀 적층체(15)와 모듈 프레임(10) 사이에 주액되어 도 3에 도시한 바와 같은 열전도성 수지층(40)을 형성할 수 있다.
열전도성 수지층(40)은 전지 셀 적층체(15)에서 발생한 열을 전지 모듈 바깥으로 전달하고, 전지 셀 적층체(15)를 전지 모듈 내에 고정하는 역할을 할 수 있다. 모듈 프레임(10)의 바닥부(11)에는 체킹 홀(30)이 더 형성되며, 열전도성 수지를 주액할 때 필요 이상으로 주입된 열전도성 수지는 체킹 홀(30)을 통해 전지 모듈 바깥으로 토출될 수 있고, 이를 통해 주액량을 확인할 수 있다.
도 1은, 열전도성 수지를 주액하기 위해 전지 모듈을 180도 뒤집은 상태이며, 이때 도 3에 도시한 바와 같이 전지 모듈 내부의 부품들이 중력에 의해 아래로 이동할 수 있다. 전지 모듈 내부에는 복수의 전지 셀(14)가 적층되어 형성된 집합체인 전지 셀 적층체(15)가 장착되어 있고, 중력에 의해 전지 셀 적층체(15)가 아래로 이동하기 때문에, 열전도성 수지를 주액할 수 있는 공간이 원래 설계된 공간보다 넓어지고, 이때 열전도성 수지가 주액되어 프레임 바닥부(11)와 전지 셀 적층체(15) 사이의 공간을 채우는 열전도성 수지의 양이 필요 이상으로 증가할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 열전도성 수지가 주액되는 공간을 일정하게 유지하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 및 상기 전지 셀 적층체를 수용하고, 서로 대응하는 상부면과 하부면을 갖는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임의 하부면과 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 열전도성 수지층, 및 상기 모듈 프레임의 상부면과 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 절연 커버를 포함하고, 상기 절연 커버는 상기 모듈 프레임의 내면을 향해 돌출되어 있는 돌출 리브(rib)를 포함한다.
상기 돌출 리브는 상기 모듈 프레임과 접촉할 수 있다.
상기 모듈 프레임의 하부면에는 열전도성 수지를 주입하기 위한 주액 홀이 형성될 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 절연 커버의 외부면 상에 막대형으로 뻗은 가이드 부재를 더 포함하고, 상기 돌출 리브와 상기 가이드 부재는 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있다.
상기 모듈 프레임의 상부면은 볼록부를 포함할 수 있다.
상기 볼록부는 상기 가이드 부재와 대응하는 부분에 형성될 수 있다.
상기 볼록부와 상기 가이드 부재가 돌출된 방향은 서로 동일할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 모듈 프레임의 전후면을 덮는 버스바 프레임을 더 포함하고, 상기 모듈 프레임은 상기 전지 셀 적층체의 상하좌우면을 둘러쌀 수 있다.
상기 모듈 프레임의 상부면 및 하부면은 상기 전지 셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향을 따라 서로 마주볼 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, 절연 커버에 형성된 리브(rib)와 모노 프레임 내부 윗면이 접촉되는 구조를 가짐으로써, 셀 블록이 중력에 의해 아래로 이동하지 않도록 할 수 있다. 따라서, 열전도성 수지가 주액되는 공간이 항상 일정하도록 유지할 수 있다. 또한, 버스 바 단자(Bus-bar terminal)가 쏠리는 현상을 방지하여 전지 모듈을 전지 팩에 조립 시 조립 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 종래 전지 모듈에서의 프레임 바닥부에 형성된 홀을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈을 상하로 뒤집은 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈 구성 요소들이 결합된 모양을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈을 상하로 뒤집은 모습을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 7의 절연 커버를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 7의 P영역을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈 구성 요소들이 결합된 모양을 나타내는 도면이다. 도 6은 도 5의 전지 모듈을 상하로 뒤집은 모습을 나타내는 사시도이다. 도 7은 도 6의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다. 도 8은 도 7의 절연 커버를 나타내는 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀(110)이 적층되어 있는 전지 셀 적층체(120), 및 전지 셀 적층체(120)를 수용하고, 서로 대응하는 하부면(101)과 상부면(102)을 갖는 모듈 프레임(100)을 포함하고, 모듈 프레임(100)의 하부면(101)에는 열전도성 수지를 주입하기 위한 주액 홀(135) 및/또는 체킹 홀(130)이 형성된다.
본 실시예에 따른 모듈 프레임(100)은 전지 셀 적층체(120)의 전면과 후면을 제외한 나머지 외면들을 둘러싸고 있고, 전지 셀 적층체(120)의 전면과 후면에 각각 엔드 플레이트(150)가 위치하며, 전지 셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(150) 사이에 버스바 프레임(145)이 위치한다. 전지 셀 적층체(120)의 전면과 후면을 제외한 나머지 외면들은 전지 셀 적층체의 상하좌우면일 수 있다. 모듈 프레임(100)의 상부면(102) 및 하부면(101)은 전지 셀 적층체(120)의 적층 방향과 수직한 방향을 따라 서로 마주볼 수 있다. 전지 셀 적층체(120)의 적층 방향은 도 4의 y축 방향이고, 이에 수직한 방향은 z축 방향일 수 있다.
도 4 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 모듈 프레임(100)의 하부면(101)과 전지 셀 적층체(120) 사이에 열전도성 수지층(400)이 위치한다. 열전도성 수지층(400)은 주액 홀(135)을 통해 주입된 열전도성 수지가 경화하여 형성될 수 있고, 전지 셀 적층체(120)에서 발생한 열을 전지 모듈 바깥으로 전달하고, 전지 셀 적층체(120)를 전지 모듈 내에 고정하는 역할을 할 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 모듈 프레임(100)의 상부면(102)과 전지 셀 적층체(120) 사이에 위치하는 절연 커버(105)를 더 포함할 수 있다. 절연 커버(105)는 플라스틱 사출물로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 절연 커버(105)는 모듈 프레임(100)의 내면을 향해 돌출되어 있는 돌출 리브(rib; 105P)를 포함한다. 돌출 리브(105P)는 모듈 프레임(100)과 접촉할 수 있다. 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 절연 커버(105)의 외부면 상에 막대형으로 뻗은 가이드 부재(105D)를 더 포함할 수 있다. 가이드 부재(105D)와 돌출 리브(105P)는 서로 반대 방향으로 돌출되어 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 가이드 부재(105D)는 아래 방향으로 함몰되어 있으나, 돌출 리브(105P)는 위로 돌출되어 있다. 이때, 도 8의 절연 커버(105)가 뒤집어 진 상태로 도 7의 모듈 프레임(100) 내에 장착될 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 최외각에 위치하는 전지 셀(110)과 모듈 프레임(100)의 측면부 사이에 위치하는 압축 패드(115)를 더 포함할 수 있다. 압축 패드(115)는 폴리 우레탄 계열의 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 압축 패드(115)는 전지 셀(110)의 스웰링에 의한 두께 변형 및 외부 충격에 의한 전지 셀(110)의 변화를 흡수할 수 있다. 압축 패드(115)는 최외각 전지 셀(110)과 모듈 프레임(100)의 측면부 사이뿐만 아니라 이웃하는 전지 셀(110) 사이에도 적어도 하나 형성될 수 있다.
도 9는 도 7의 P영역을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 9를 참고하면, 돌출 리브(105P)는 절연 커버(105) 및 절연 커버(105)가 받치고 있는 전지 셀 적층체(120)가 이동하지 않도록 지지할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 전지 모듈에서는 모듈 프레임(100)의 상부면(102)과 절연 커버(105) 사이에는 이격 공간이 형성될 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 열전도성 수지를 도 4의 주액홀(135)을 통해 모듈 프레임(100) 내부로 주액하기 위해 도 6에 도시한 바와 같이 전지 모듈을 180도 뒤집을 수 있다. 이때, 중력에 의해 모듈 프레임(100) 내부에 장착된 셀 블록이 아래로 쏠릴 수 있다. 셀 블록은 전지 셀 적층체(120)에 버스 바 프레임(145)이 결합된 구조체일 수 있다. 도시하지 않았으나, 상기 셀 블록뿐만 아니라, 버스 바의 단자도 중력 방향으로 쏠림으로써, 전지 모듈을 전지 팩에 조립 시 정확도가 떨어질 수 있다. 하지만, 본 실시예에 따른 돌출 리브(105P)가 절연 커버(105)와 모듈 프레임(100)의 상부면(102) 사이에 발생할 수 있는 갭을 유지함으로써, 버스 바의 단자의 쏠림 현상을 방지할 수 있다.
더 나아가 따라서, 모듈 프레임(100)의 하부면(101)과 전지 셀 적층체(120) 사이의 공간이 늘어나지 않고 유지된 상태에서 열전도성 수지가 일정량 주액되기 때문에 비용 증가를 방지할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈에서 모듈 프레임(100)의 상부면(102)은 볼록부(102P)를 포함할 수 있다. 볼록부(102P)는 모듈 프레임(100)의 상부면(102)에서 돌출된 구조이고, 모듈 프레임(100)의 상부면(102)과 일체형으로 형성될 수 있다. 볼록부(102P)는 앞에서 설명한 가이드 부재(105D)와 대응하는 부분에 형성됨으로써, 셀 블록이 좌우로 유동하는 것을 방지하고, 돌출 리브(105P) 기능을 보조하여 중력에 의한 셀 블록 쏠림 현상을 방지할 수 있다. 이때, 볼록부(102P)와 가이드 부재(105D)가 돌출된 방향은 서로 동일할 수 있고, 이들이 돌출된 방향은 중력 반대 방향일 수 있다.
이상에서 설명한 차이점 외에 도 7의 실시예에서 설명한 내용은 본 실시예에 모두 적용 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 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 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 모듈 프레임
105: 절연 커버
105P: 돌출 리브
105D: 가이드 부재
120: 전지 셀 적층체
135: 주액 홀
400: 열전도성 수지층

Claims (10)

  1. 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 및
    상기 전지 셀 적층체를 수용하고, 서로 대응하는 상부면과 하부면을 갖는 모듈 프레임,
    상기 모듈 프레임의 하부면과 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 열전도성 수지층, 및
    상기 모듈 프레임의 상부면과 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 절연 커버를 포함하고,
    상기 절연 커버는 상기 모듈 프레임의 내면을 향해 돌출되어 있는 돌출 리브(rib)를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 돌출 리브는 상기 모듈 프레임과 접촉하고 있는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 모듈 프레임의 하부면에는 열전도성 수지를 주입하기 위한 주액 홀이 형성되는 전지 모듈.
  4. 제2항에서,
    상기 절연 커버의 외부면 상에 막대형으로 뻗은 가이드 부재를 더 포함하고,
    상기 돌출 리브와 상기 가이드 부재는 서로 반대 방향으로 돌출되어 있는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 모듈 프레임의 상부면은 볼록부를 포함하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 볼록부는 상기 가이드 부재와 대응하는 부분에 형성되는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 볼록부와 상기 가이드 부재가 돌출된 방향은 서로 동일한 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임의 전후면을 덮는 버스바 프레임을 더 포함하고,
    상기 모듈 프레임은 상기 전지 셀 적층체의 상하좌우면을 둘러싸는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임의 상부면 및 하부면은 상기 전지 셀 적층체의 적층 방향과 수직한 방향을 따라 서로 마주보는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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