KR20210066528A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 포함하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지 셀 적층체 부분을 덮는 버스 바 프레임, 상기 버스 바 프레임에 형성된 슬롯을 통해 상기 전지 셀 적층체에서 돌출된 전극 리드와 연결된 버스 바, 및 상기 버스 바와 연결된 열전달 부재를 포함하고, 상기 열전달 부재는 상기 모듈 프레임과 접촉한다.

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 신규한 냉각 구조를 갖는 전지 모듈 및 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. 이러한 전지 모듈은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 전지 셀을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 전지 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
도 1은 종래의 전지 모듈에 따른 사시도 일부를 나타낸다. 도 2는 도 1의 절단선 A-A'를 기준으로 XZ 평면을 따라 자른 단면도 일부이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 전지 모듈은 상호 적층되는 복수개의 전지 셀(11)로 구성된 전지 셀 어셈블리(12) 및 복수개의 전지 셀(11)의 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스 바 어셈블리, 전지 셀 어셈블리(12)를 감싸는 모듈 프레임(13), 버스 바 어셈블리를 덮는 외부 프레임(14)을 포함하여 구성된다. 여기서, 버스 바 어셈블리는, 각각의 전지 셀(11)의 전극 리드들을 개별적으로 통과시키는 리드 슬롯들을 구비하는 버스 바 프레임(15) 및 버스 바 프레임(15)에 장착되고, 리드 슬롯들 개수에 대응되도록 구비되는 버스 바 슬롯들을 구비하며, 버스 바 슬롯들을 통과한 전극 리드들과 용접 등으로 연결되는 버스 바(16)를 포함하여 구성된다.
최근 고용량, 고에너지, 급속 충전 등의 필요가 지속적으로 증가하여 버스 바(16)에 흐르는 전류의 양도 증가하는 추세이다. 버스 바에 흐르는 고전류로 인해 버스 바에 발열이 발생하며, 이러한 발열을 줄이기 위해 버스 바(16)의 단면적 증가가 필요하다, 하지만, 이러한 구조 변경의 경우 비용 및 무게가 증가하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 버스 바의 단면적 증가 없이 발열 문제를 해결하기 위한 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, 상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지 셀 적층체 부분을 덮는 버스 바 프레임, 상기 버스 바 프레임에 형성된 슬롯을 통해 상기 전지 셀 적층체에서 돌출된 전극 리드와 연결된 버스 바, 및 상기 버스 바와 연결된 열전달 부재를 포함하고, 상기 열전달 부재는 상기 모듈 프레임과 접촉한다.
상기 열전달 부재는 전기적으로 절연성을 갖고, 열전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
상기 열전달 부재는 열전달 패드 및 열전도성 수지층 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 열전달 부재와 상기 버스 바는 면접합할 수 있다.
상기 열전달 부재와 상기 버스 바 사이에 접착 부재가 위치할 수 있다.
상기 열전달 부재는 상기 버스 바와 상기 버스 바 프레임 사이에 위치할 수 있다.
상기 버스 바는 상기 열전달 부재와 상기 버스 바 프레임 사이에 위치할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 버스 바와 상기 버스 바 프레임을 덮는 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 열전달 부재는 상기 엔드 플레이트와 상기 버스 바 사이에 위치할 수 있다.
상기 열전달 부재는 상기 버스 바와 면접합하는 제1 부분과 상기 제1 부분에서 벤딩되어 연장되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접촉할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 버스 바와 상기 버스 바 프레임을 덮는 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 엔드 플레이트는 상기 제1 부분과 접촉할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 엔드 플레이트와 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 절연 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 금속 물질로 형성될 수 있다.
상기 제2 부분과 상기 모듈 프레임의 바닥부는 일직선 상에 위치하고, 상기 제2 부분의 단부와 상기 모듈 프레임의 바닥부 단부가 서로 접촉할 수 있다.
상기 버스 바는 복수개 형성되고, 상기 복수의 버스 바 각각에 대응하도록 열전달 부재가 복수개 형성되며, 상기 복수의 열전달 부재는 서로 이격될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈, 상기 전지 모듈의 바닥부 아래 위치하는 팩 프레임, 및 상기 전지 모듈의 바닥부와 상기 팩 프레임 사이에 위치하는 열 전달 페이스트층을 포함한다.
실시예들에 따르면, 신규한 형태의 버스 바 냉각 구조에 의해 고 전류 환경에서 발열 문제를 해결할 수 있다. 전지 셀 냉각을 위한 냉각 시스템을 이용하여 버스 바 냉각을 위해 별도의 냉각 시스템이 필요하지 않기 때문에 비용 및 무게 증가를 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈에 따른 사시도 일부를 나타낸다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A'를 기준으로 xz 평면을 따라 자른 단면도 일부이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 3의 전지 셀 적층체에 포함된 하나의 전지 셀을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4의 절단선 P를 기준으로 xz 평면을 따라 잘라서 바라본 일부 사시도이다.
도 7은 도 4의 전지 모듈에서 외곽 구성 요소 일부를 제거하고 바라본 사시도이다.
도 8은 도 7에서 버스 바 프레임, 및 버스 바와 전극 리드의 연결 구조 하나를 제거하고 나타낸 부분 확대 사시도이다.
도 9는 도 4에서 전지 셀 적층체의 길이 방향인 xz 평면을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 12는 도 11의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩 구조를 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 3의 전지 셀 적층체에 포함된 하나의 전지 셀을 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 4의 절단선 P를 기준으로 xz 평면을 따라 잘라서 바라본 일부 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)을 포함하는 전지 셀 적층체(120), 상부면, 전면 및 후면이 개방된 U자형 프레임(300), 전지 셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트(400), 전지 셀 적층체(120)의 전면과 후면에 각각 위치하는 엔드 플레이트(150) 및 전지 셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(150) 사이에 위치하는 버스 바 프레임(130)을 포함한다. 또, 전지 모듈(100)은 U자형 프레임(300)과 전지 셀 적층체(120) 사이에 위치하는 열전도성 수지층(310)을 포함한다. 열전도성 수지층(310)은 일종의 방열층으로서, 방열 기능을 갖는 물질을 도포하여 형성할 수 있다. 엔드 플레이트(150)는 금속 물질로 형성될 수 있다.
U자형 프레임(300)의 개방된 양측을 각각 제1 측과 제2 측이라고 할 때, U자형 프레임(300)은 상기 제1 측과 상기 제2 측에 대응하는 전지 셀 적층체(120)의 면을 제외하고 나머지 외면들 중에서, 서로 인접한 전면, 하면 및 후면을 연속적으로 감싸도록 벤딩된 판상형 구조로 이루어져 있다. U자형 프레임(300)의 하면에 대응하는 상면은 개방되어 있다.
상부 플레이트(400)는 U자형 프레임(300)에 의해 감싸지는 전면, 하면 및 후면을 제외한 나머지 상면을 감싸는 하나의 판상형 구조로 이루어져 있다. U자형 프레임(300)과 상부 플레이트(400)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등에 의해 결합됨으로써 전지 셀 적층체(120)를 감싸는 구조를 형성할 수 있다. 즉, U자형 프레임(300)과 상부 플레이트(400)는 서로 대응하는 모서리 부위에 용접 등의 결합 방법으로 형성된 결합부(CP)가 형성될 수 있다.
전지 셀 적층체(120)는 일방향으로 적층된 복수의 전지 셀(110)을 포함하고, 복수의 전지 셀(110)은 도 3에 도시한 바와 같이 Y축 방향으로 적층될 수 있다. 다시 말해, 복수의 전지 셀(110)이 적층되는 방향은 U자형 프레임(300)의 2개의 측면부가 서로 마주보는 방향과 동일할 수 있다.
전지 셀(110)은 파우치형 전지 셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 5를 참고하면 본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 전지 셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 양 측면(114c)을 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이가 전지 셀(110)의 길이 방향으로 정의하고, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)와 연결부(115) 사이를 전지 셀(110)의 폭 방향으로 정의할 수 있다.
연결부(115)는 전지 셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗어 있는 영역이며, 연결부(115)의 단부에 전지 셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 돌출부(110p)는 연결부(115)의 양 단부 중 적어도 하나에 형성될 수 있고, 연결부(115)가 뻗는 방향에 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(110p)는 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)의 실링부(114sa, 114sb) 중 하나와 연결부(115) 사이에 위치할 수 있다.
전지 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 전지 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지 셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지 셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지 셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 전지 셀 적층체(120)는 Y축 방향으로 적층되고, Z축 방향으로 U자형 프레임(300) 내부에 수용되어 후술하는 열전도성 수지층에 의해 냉각이 진행될 수 있다. 이에 대한 비교예로서 전지 셀이 카트리지 형태의 부품으로 형성되어 전지 셀 간의 고정이 전지 모듈 프레임으로 조립으로 이루어지는 경우가 있다. 이러한 비교예에서는 카트리지 형태의 부품의 존재로 인해 냉각 작용이 거의 없거나 전지 셀의 면 방향으로 진행될 수 있고, 전지 모듈의 높이 방향으로는 냉각이 잘 되지 않는다.
도 3을 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 U자형 프레임(300)은 바닥부 및 상기 바닥부에 의해 연결되는 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함한다. 전지 셀 적층체(120)가 U자형 프레임(300)의 바닥부에 장착되기 전에, U자형 프레임(300)의 바닥부에 열전도성 수지를 도포하고, 열전도성 수지를 경화하여 열전도성 수지층(310)을 형성할 수 있다. 열전도성 수지층(310)은 U자형 프레임(300)의 바닥부와 전지 셀 적층체 사이에 위치하며, 전지 셀(110)에서 발생하는 열을, 전지 모듈(100) 바닥으로 전달하고 전지 셀 적층체(120)를 고정하는 역할을 할 수 있다.
도 4 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 U자형 프레임(300)과 상부 플레이트(400)로 이루어진 모듈 프레임으로부터 노출되는 전지 셀 적층체(120) 부분을 덮는 버스 바 프레임(130), 버스 바 프레임(130)에 형성된 슬롯을 통해 전지 셀 적층체(120)에서 돌출된 전극 리드(111)와 연결된 버스 바(170), 및 버스 바(170)와 연결된 열전달 부재(180)를 포함한다. 이때, 열전달 부재(180)는 상기 모듈 프레임과 접촉한다. 구체적으로, 상기 모듈 프레임에 포함된 U자형 프레임(300)과 열전달 부재(180)가 접촉할 수 있다.
본 실시예에 따른 열전달 부재(180)는 전기적으로 절연성을 갖고, 열전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 구체적으로, 열전달 부재(180)는 열전달 패드 및 열전도성 수지층 중 하나를 포함할 수 있다. 열전달 부재(180)는 버스 바(170)와 면접합할 수 있고, 이러한 면접합은 열전달 부재(180)와 버스 바(170) 사이에 위치하는 접착 부재(190)에 의해 형성될 수 있다. 접착 부재(190)는 양면 테이프일 수 있다. 열전달 부재(180)는 버스 바(170)와 버스 바 프레임(130) 사이에 위치할 수 있다. 엔드 플레이트(150)와 전지 셀 적층체(120) 사이에는 절연 커버(160)가 형성될 수 있다.
도 7은 도 4의 전지 모듈에서 외곽 구성 요소 일부를 제거하고 바라본 사시도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 버스 바(170)는 복수개 형성되고, 복수의 버스 바(170) 각각에 대응하도록 열전달 부재(180)가 복수개 형성될 수 있다. 이때며, 복수의 열전달 부재(180)는 서로 이격될 수 있다. 하지만, 이에 제한되지 않고, 복수의 열전달 부재(180)가 도 3의 y축 방향을 따라 서로 연결되어 일체로 형성될 수도 있다.
도 8은 도 7에서 버스 바 프레임, 및 버스 바와 전극 리드의 연결 구조 하나를 제거하고 나타낸 부분 확대 사시도이다. 도 9는 도 4에서 전지 셀 적층체의 길이 방향인 xz 평면을 따라 자른 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 전지 셀(110)로부터 돌출된 전극 리드(111, 112)는 버스 바(170)에 형성된 슬롯을 통과한 후 버스 바(170) 상으로 벤딩되어 용접 등으로 전극 리드(111, 112)와 버스 바(170)가 결합될 수 있다. 뿐만 아니라 전극 리드(111, 112)는 이웃하는 버스 바(170) 사이의 공간을 통과한 후 버스 바(170) 상으로 벤딩되어 용접 등으로 전극 리드(111, 112)와 버스 바(170)가 결합될 수 있다.
본 실시예에 따른 버스 바 프레임(130)은 도 5에서 설명한 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메임 프레임(130a)과, 메인 프레임(130a)의 하부에서 연장된 벤딩부(130b)를 포함한다. 버스 바 프레임(130)은 도 3에서 설명한 바와 같이 전지 셀 적층체(120)와 연결된다. 벤딩부(130b)는 메인 프레임(130a) 기준으로 대략 90도로 구부러져서 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a) 상에 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 폭 방향으로 형성된 돌출부(110p)를 포함하고, 돌출부(110p)는 벤딩부(130b) 상에 위치한다. 여기서, 전지 셀(110)의 폭 방향이란 도 9의 Z축 방향일 수 있다. 본 실시예에 따른 U자형 프레임의 바닥부(300a)는 전지 셀 적층체(120)의 길이 방향으로 제1 부분(300a1)보다 더 바깥에 위치하는 제2 부분(300a2)을 더 포함한다. 다시 말해, 제2 부분(300a2)은 전지 셀(110)의 길이 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 제1 부분(300a1)은 제2 부분(300a2) 안쪽에 위치한다. 이때, 제2 부분(300a2)의 두께는 제1 부분(300a1)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 여기서, 전지 셀(110)의 길이 방향이란 도 9의 X축 방향일 수 있다.
본 실시예에서 버스 바 프레임(130)의 벤딩부(130b)는 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a) 중에서 제2 부분(300a2) 상에 위치한다. 이때, 벤딩부(130b)의 두께와 제2 부분(300a2)의 두께를 합한 두께는 제1 부분(300a1)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 전지 셀(110)의 돌출부(110p)가 제2 부분(300a2)과 제1 부분(300a1)의 단차에 걸려 외부 충격에 유동하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라, 이러한 U자형 프레임 바닥부(300a)의 가공을 통해 전지 셀(110)과 프레임 사이의 갭을 줄일 수 있고, 이러한 갭 줄임 효과는 높이 방향 조립을 통해 얻을 수 있는 갭 줄임 효과와 상승 작용을 일으켜서 전체적인 공간 효율성을 최대화할 수 있다. U자형 프레임 바닥부(300a)의 가공은 U자형 프레임 구조를 형성하면서 바닥부(300a)의 단차도 동시에 형성할 수 있다. 이러한 단차 형성을 위해 프레스 성형 또는 NC(numerical control work) 가공 등을 사용할 수 있다.
바닥부(300a)의 제1 부분(300a1)과 전지 셀(110) 사이에 패드부(320)가 위치하고, 패드부(320) 안쪽에 열전도성 수지층(310)이 위치한다. 즉, 패드부(320)는 열전도성 수지층(310)과 바닥부(300a)의 제2 부분(300a2) 사이에 위치하여 열전도성 수지의 도포 위치를 가이드하거나 열전도성 수지가 바닥부(300a) 외부로 넘치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 패드부(320)가 없다면 열전도성 수지가 과하게 넘치게 되어 불필요한 부분까지 열전도성 수지가 형성된 후 굳게 되면 의도하지 않은 불량 모드가 형성될 수도 있다.
본 실시예에서 열전달 부재(180)는 버스 바(170)와 면접합하는 제1 부분(180a)과 제1 부분(180a)에서 벤딩되어 연장되는 제2 부분(180b)을 포함한다. 이때, 제2 부분(180b)은 모듈 프레임에 포함된 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a)와 접촉할 수 있다. 열전달 부재(180)의 제2 부분(180b)과 모듈 프레임에 포함되는 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a)는 일직선 상에 위치하고, 열전달 부재(180)의 제2 부분(180b)의 단부와 상기 모듈 프레임의 바닥부(300a) 단부가 서로 접촉할 수 있다. 이러한 구조에 의해 전지 셀 적층체(120)가 모듈 프레임 내 장착될 때 발생하는 공차를 최소화할 수 있다. 또한, 버스 바(170)와 버스 바 프레임(130)을 덮고 있는 엔드 플레이트(150)가 열전달 부재(180)의 제1 부분(180a)과 접촉할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 전지 모듈 구조에 의해, 도 6에 도시한 열전달 경로(HP)에 따르면, 버스 바(170)에서 발생한 열은 버스 바(170)에 연결되어 있는 열전달 부재(180)로 전달되고, 열전달 부재(180)의 열이 금속 물질로 형성된 U자형 프레임(300)으로 냉각을 위해 전달될 수 있다. 이후 본 실시예에 따른 전지 모듈의 냉각 시스템에 의해 버스 바(170) 발열에 따른 냉각 기능이 수행될 수 있다. 냉각 시스템에 대해서는 도 10을 참고하여 추가 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타내는 단면도이다.
도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 팩은 앞에서 설명한 전지 모듈, 상기 전지 모듈의 바닥부 아래 위치하는 팩 프레임(600), 및 상기 전지 모듈의 바닥부와 팩 프레임(600) 사이에 위치하는 열 전달 페이스트층(500)을 포함한다. 팩 프레임(600)에는 히트 싱크와 같은 기존에 잘 알려진 냉각 시스템이 포함되어 있거나, 팩 프레임(600)과 별개로 배치되어 있는 냉각 시스템을 포함할 수 있다.
상기 냉각 시스템은 전지 모듈의 전지 셀(110)에서 발생한 열을 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 전지 셀(110)에서 발생한 열을 냉각시킬 뿐만 아니라, 버스 바(170)에서 발생한 열도 냉각시킬 수 있는 구조를 가지므로, 버스 바(170) 냉각을 위한 별도의 냉각 시스템을 필요로 하지 않는다. 종래에 버스 바(170)의 발열 문제 해소를 위해 버스 바(170) 단면적을 크게 하여 중량 증가 및 비용 증가 문제가 있었으나, 본 발명에 따르면 버스 바(170)의 단면적 감소도 가능하다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 9에서 설명한 실시예와 대부분의 구성 요소가 동일하며, 이하에서는 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈에 포함된 버스 바(170)는 열전달 부재(180)와 버스 바 프레임(130) 사이에 위치한다. 다시 말해, 버스 바(170)와 버스 바 프레임(130)을 덮는 엔드 플레이트(150)와 버스 바(170) 사이에 열전달 부재(180)가 위치할 수 있다.
이상에서 설명한 차이점 외에 도 9에서 설명한 전지 모듈에 관한 설명은 모두 본 실시예에 적용 가능하다.
도 12는 도 11의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩 구조를 나타내는 단면도이다.
도 12를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 팩은 도 10에서 설명한 전지 모듈과, 상기 전지 모듈의 바닥부 아래 위치하는 팩 프레임(600), 및 상기 전지 모듈의 바닥부와 팩 프레임(600) 사이에 위치하는 열 전달 페이스트층(500)을 포함한다. 팩 프레임(600)에는 히트 싱크와 같은 기존에 잘 알려진 냉각 시스템이 포함되어 있거나, 팩 프레임(600)과 별개로 배치되어 있는 냉각 시스템을 포함할 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: 전지 모듈
170: 버스 바
180: 열전달 부재
190: 접착 부재
300: U자형 프레임
400: 상부 플레이트

Claims (15)

  1. 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체,
    상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임,
    상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지 셀 적층체 부분을 덮는 버스 바 프레임,
    상기 버스 바 프레임에 형성된 슬롯을 통해 상기 전지 셀 적층체에서 돌출된 전극 리드와 연결된 버스 바, 및
    상기 버스 바와 연결된 열전달 부재를 포함하고,
    상기 열전달 부재는 상기 모듈 프레임과 접촉하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 열전달 부재는 전기적으로 절연성을 갖고, 열전도성을 갖는 재질로 형성된 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 열전달 부재는 열전달 패드 및 열전도성 수지층 중 하나를 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 열전달 부재와 상기 버스 바는 면접합하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 열전달 부재와 상기 버스 바 사이에 접착 부재가 위치하는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 열전달 부재는 상기 버스 바와 상기 버스 바 프레임 사이에 위치하는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 버스 바는 상기 열전달 부재와 상기 버스 바 프레임 사이에 위치하는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 버스 바와 상기 버스 바 프레임을 덮는 엔드 플레이트를 더 포함하고,
    상기 열전달 부재는 상기 엔드 플레이트와 상기 버스 바 사이에 위치하는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 열전달 부재는 상기 버스 바와 면접합하는 제1 부분과 상기 제1 부분에서 벤딩되어 연장되는 제2 부분을 포함하고,
    상기 제2 부분은 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접촉하는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 버스 바와 상기 버스 바 프레임을 덮는 엔드 플레이트를 더 포함하고,
    상기 엔드 플레이트는 상기 제1 부분과 접촉하는 전지 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 엔드 플레이트와 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 절연 커버를 더 포함하는 전지 모듈.
  12. 제10항에서,
    상기 엔드 플레이트는 금속 물질로 형성된 전지 모듈.
  13. 제9항에서,
    상기 제2 부분과 상기 모듈 프레임의 바닥부는 일직선 상에 위치하고, 상기 제2 부분의 단부와 상기 모듈 프레임의 바닥부 단부가 서로 접촉하는 전지 모듈.
  14. 제1항에서,
    상기 버스 바는 복수개 형성되고, 상기 복수의 버스 바 각각에 대응하도록 열전달 부재가 복수개 형성되며, 상기 복수의 열전달 부재는 서로 이격되어 있는 전지 모듈.
  15. 제1항에 따른 전지 모듈,
    상기 전지 모듈의 바닥부 아래 위치하는 팩 프레임, 및
    상기 전지 모듈의 바닥부와 상기 팩 프레임 사이에 위치하는 열 전달 페이스트층을 포함하는 전지 팩.
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