KR20210090917A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축 패드가 형성된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임; 및 상기 프레임과 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀 사이에 형성된 히팅 필름을 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 전지셀간 성능 편차를 줄인 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 저장원 으로서의 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 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 프레임, 프레임과 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀 사이 또는 복수의 전지셀 사이에 형성된 압축 패드를 포함한다.

도 1은 종래 압축 패드가 형성된 전지 모듈을 나타낸 도면이다. 도 2는 종래 압축 패드가 형성되지 않은 전지 모듈을 나타낸 도면이다.

종래의 전지 모듈은 복수의 전지셀(11)이 적층 형성된 전지셀 적층체(10)의 최외곽 전지셀과 프레임(20) 사이에 압축 패드(30)만이 배치된 구조를 형성하였다. 이때 전지 모듈을 구성하는 복수의 전지셀(11)의 개수가 증가함에 따라 전지 모듈 내에 배치된 전지셀(11)들 각각에 따른 성능 편차가 발생하게 되었고, 궁극적으로 전지 모듈들이 병렬 또는 직렬로 연결되어 형성된 전지팩의 성능에 영향을 줄 수 밖에 없다.

전지셀(11)은 발열체이기 때문에 출력, 급속층전, 수명 등의 시험을 진행할 때 온도가 상승한다. 하지만 전지 모듈 내의 최외각에 위치한 전지셀은 한쪽면이 셀이 아닌 전지 모듈의 프레임(20)이나 압축 패드(30)와 닿아있기 때문에 중앙에 위치한 전지셀에 비해 온도에 의한 효과가 작아 전지셀의 성능이 감소하게 되며 최외각 셀에 의해 전지 모듈의 성능이 결정될 수 있다. 이로 인해 전지 모듈의 성능이 전반적으로 감소할 수 있다. 또한 전지 모듈의 성능 검사시 중앙에 위치한 전지셀을 기준으로 전지 모듈의 성능을 검사할 경우 전지 모듈의 성능 예측시 문제가 발생할 확률이 높아지는 문제가 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내부에서 위치에 따른 전지셀들 간의 성능 및 온도 편차를 최소화하는 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 전지 팩은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임; 및 상기 프레임과 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀 사이에 형성된 히팅 필름을 포함한다.

상기 히팅 필름은 상기 최외곽 전지셀의 가운데에 부착될 수 있다.

상기 히팅 필름은 상기 복수의 전지셀의 양단에 형성된 전극 리드와 이격되도록 부착될 수 있다.

상기 히팅 필름은 상기 최외곽 전지셀의 전지셀면 넓이 중 절반 이상을 커버하도록 상기 최외곽 전지셀의 가운데에 부착될 수 있다.

상기 히팅 필름은, 상기 프레임과 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀 사이에 형성되는 제1 히팅 필름; 및 상기 전지셀 적층체의 상기 전지셀들 사이에 형성되는 제2 히팅 필름을 포함할 수 있다.

상기 제1 히팅 필름의 넓이는 상기 제2 히팅 필름의 넓이보다 더 넓을 수 있다.

상기 프레임과 상기 최외곽 전지셀 사이에 형성된 압축 패드를 더 포함하고, 상기 히팅 필름은 상기 압축 패드와 상기 최외곽 전지셀 사이에 형성될 수 있다.

상기 히팅 필름은 발열체인 카본, 동박부스바, 실버부스바, 베이스 PET 필름 및 라미넥스 필름으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은, 전지셀에서 상대적으로 온도가 낮은 최외곽 전지셀의 전지셀면 중앙에 히팅 필름을 국부적으로 위치시켜 전지셀들 간의 온도 및 성능 편차를 최소화할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 압축 패드가 형성된 전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 압축 패드가 형성되지 않은 전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅 필름이 위치한 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀면에 히팅 필름이 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 A-A' 부분을 나타낸 도면으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅 필름이 전지 모듈에 형성된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 3의 A-A' 부분을 나타낸 도면으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히팅 필름이 전지 모듈에 형성된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1,2 히팅 필름간의 면적 차이를 나타낸 개념도이다.

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 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅 필름이 구비된 전지 모듈에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅 필름이 위치한 모습을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀면에 히팅 필름이 형성된 모습을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 3의 A-A' 부분을 나타낸 도면으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅 필름이 전지 모듈에 형성된 모습을 나타낸 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 전지셀(110)들이 적층되어 있는 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하는 프레임(200). 프레임(200)과 최외곽 전지셀 사이에 형성된 압축 패드(300) 및 프레임(200)과 전지셀 적층체(100)의 최외곽 전지셀 사이에 형성된 히팅 필름(400)을 포함한다.

전지셀(110)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 전지셀면(112), 실링부(113) 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드(111)들을 포함할 수 있다.

전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 전지셀면(112)은 전극 조립체를 수용하고, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.

실링부(113)는 전지셀면(112)의 테두리에서 편평하게 형성될 수 있다. 실링부(113)는 전지셀면(112)의 앞뒷면이 열융착 등의 방법으로 실링될 수 있다. 이를 통해, 실링부(113) 내부에 수납된 전극 조립체와 외부와의 전기적 연결이 차단될 수 있다.

전극 리드(111)는 실링부(113)로부터 돌출 형성되고, 전극 조립체와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 전극 리드(111)는 전지셀면(112)의 양단에 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 두개의 전극 리드(111)가 서로 대향하여 전지셀면(112)의 양단부로부터 돌출되어 있는 구조를 갖는다.

프레임(200)은, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지셀 적층체를 수용할 수 있도록 상하좌우면으로 형성된다. 다만 프레임(200)은 U자형 프레임 및 U자형 프레임의 개방된 상부를 커버하는 상부 플레이트로 형성될 수도 있다. 이러한 프레임(200)을 통해, 전지셀(110)들 및 전지셀(110)들과 연결된 부품들을 외부의 물리적 충격으로부터 보호할 수 있다.

압축 패드(300)는, 프레임(200)과 전지셀 적층체(100)의 최외곽 전지셀(110) 사이에 형성된다. 압축 패드(300)를 통해 전지셀(110)들의 스웰링 현상 발생시 전지셀(110)들의 부피 증가를 흡수하는 완충 기능을 수행할 수 있다.

히팅 필름(400)은 프레임(200)과 전지셀 적층체(100)의 최외곽 전지셀 사이에 형성된다. 보다 상세하게는, 히팅 필름은 압축 패드(300)와 전지셀 적층체(100)의 최외곽 전지셀 사이에 형성되어, 히팅 필름이 부착된 전지셀(110) 부분의 온도를 상승시킬 수 있다.

전지 모듈에서 위치에 따른 전지셀(110)들의 성능 편차를 최소화하기 위해 최외각 전지셀에서 프레임(200) 방향으로 형성된 전지셀면(112)에 히팅 필름(400)을 부착하여 전지셀 적층체(100)의 중앙부에 위치한 전지셀(110)들과 전지셀 적층체(100)의 최외곽 전지셀의 온도 편차를 최소화할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 히팅 필름(400)은 최외곽 전지셀(110)의 가운데에 부착될 수 있다. 히팅 필름(400)은 복수의 전지셀(110)의 양단에 형성된 전극 리드(111)들과 이격되도록 부착될 수 있다.

히팅 필름(400)은 최외곽 전지셀의 전지셀면(112) 넓이 중 절반 이상을 커버하도록 전지셀면(112)에 부착될 수 있다. 도 5에 도시된 바에 따르면, 전지셀(110)의 전체 길이(L)의 절반 길이(L/2) 이상의 폭으로 형성된 히팅 필름이 전지셀면(112)의 가운데 부분에 부착될 수 있다.

히팅 필름(400)의 적용에 따른 전지 모듈 제조 원가 상승 및 히팅 필름(400)의 발열 현상으로 인한 안전성을 고려하여, 본 발명의 일 실시예와 같이 전지셀면(112)의 일부에만 히팅 필름(400)이 적용될 수 있도록 하였다.

이때, 전극 리드(111)들이 위치한 부분은 전지셀(110)에서 온도가 가장 높은 부분으로서, 전지셀면(112) 중앙부와 전극 리드(111)들이 위치한 전지셀(110)의 양단 부분 사이에 온도 구배가 발생하고, 전지셀에 흐르는 전류값이 클수록 이러한 온도 편차는 증가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 히팅 필름(400)을 전지셀면(112)의 가운데 부분에 배치하고, 전극 리드(111)들과 이격되도록 배치시켜, 전극 리드(111)들이 위치한 전지셀(110)의 양단에 비해 상대적으로 온도가 낮은 전지셀(110)의 가운데 부분의 온도를 상승시키도록 함으로써, 전지셀면(112) 전체를 히팅 필름으로 덮지 않고서도 전지 모듈의 온도 편차를 최소화하고 동시에 전지 모듈의 제조 원가를 절감하며 전지 모듈의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 히팅 필름(400)은 발열체인 카본, 동박부스바, 실버부스바, 베이스 PET 필름 및 라미넥스 필름으로 형성될 수 있다. 이와 같은 구조의 필름은 난방 효율을 높이기 위한 시공을 할 때 사용되기도 한다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1,2 히팅 필름이 부착된 전지 모듈에 대해 설명한다.

도 7은 도 2의 A-A' 부분을 나타낸 도면으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히팅 필름이 전지 모듈에 형성된 모습을 나타낸 단면도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1,2 히팅 필름간의 면적 차이를 나타낸 개념도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈은, 프레임(200)과 전지셀 적층체(100)의 최외곽 전지셀 사이에 형성되는 제1 히팅 필름(410) 및 전지셀 적층체(100)의 전지셀(110)들 사이에 형성되는 제2 히팅 필름(420)을 포함할 수 있다. 제1 히팅 필름(410) 및 제2 히팅 필름(420)은 전지셀(110) 들의 전지셀면 가운데에 부착될 수 있다. 제1 히팅 필름(410)은 프레임(200) 내부에 형성된 압축 패드(300)와 최외곽 전지셀 사이에 형성될 수 있다.

이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 히팅 필름(410)의 넓이는 제2 히팅 필름(420)의 넓이보다 더 넓을 수 있다. 제1 히팅 필름(410)은 최외곽 전지셀(110)과 프레임(200) 사이에 형성되어, 전지셀(110)들 사이에 형성된 제2 히팅 필름(420)보다 온도를 더 많이 상승시켜야 한다.

보다 상세하게는, 최외곽 전지셀(110)은 일면이 프레임(200)과 마주하므로 양면이 전지셀(110)들과 마주하는 전지셀(110)들보다 온도의 영향을 덜 받기 때문에 최외곽 전지셀이 다른 전지셀들보다 성능이 감소될 수 있다. 따라서 최외곽 전지셀에 부착되는 제1 히팅 필름(410)의 넓이(A1)를 전지셀들 사이에 부착되는 제2 히팅 필름(420)의 넓이(A2)보다 더 넓게 함으로써 최외곽 전지셀과 다른 전지셀들 간의 온도 편차를 최소화할 수 있다.

다만 전지셀 적층체(100)의 가운데에 위치한 전지셀들 이라도 전지셀(110) 중앙과 전지셀(110) 양단과의 온도 편차가 존재하므로, 최외곽 전지셀들을 제외한 전지셀들 사이 전지셀 중앙 부분들에도 제2 히팅 필름(420)을 부착하여 각각의 전지셀들의 양단과 중앙 부분의 온도 편차를 최소화시킬 수 있다.

앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 전지 팩은, 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 적층체
110: 전지셀
111: 전극 리드
112: 전지셀면
113: 실링부
200: 프레임
300: 압축 패드
400: 히팅 필름
410: 제1 히팅 필름
420: 제2 히팅 필름

Claims (10)

1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
   상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임; 및
   상기 프레임과 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀 사이에 형성된 히팅 필름을 포함하는 전지 모듈.
2. 제1항에서,
   상기 히팅 필름은 상기 최외곽 전지셀의 가운데에 부착되는 전지 모듈.
3. 제2항에서,
   상기 히팅 필름은 상기 복수의 전지셀의 양단에 형성된 전극 리드와 이격되도록 부착되는 전지 모듈.
4. 제2항에서,
   상기 히팅 필름은 상기 최외곽 전지셀의 전지셀면 넓이 중 절반 이상을 커버하는 전지 모듈.
5. 제1항에서,
   상기 히팅 필름은,
   상기 프레임과 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀 사이에 형성되는 제1 히팅 필름; 및
   상기 전지셀 적층체의 상기 전지셀들 사이에 형성되는 제2 히팅 필름을 포함하는 전지 모듈.
6. 제5항에서,
   상기 제1 히팅 필름의 넓이는 상기 제2 히팅 필름의 넓이보다 더 넓은 전지 모듈.
7. 제1항에서,
   상기 프레임과 상기 최외곽 전지셀 사이에 형성된 압축 패드를 더 포함하는 전지 모듈.
8. 제7항에서,
   상기 히팅 필름은 상기 압축 패드와 상기 최외곽 전지셀 사이에 형성되는 전지 모듈.
9. 제1항에서,
   상기 히팅 필름은 발열체인 카본, 동박부스바, 실버부스바, 베이스 PET 필름 및 라미넥스 필름으로 형성되는 전지 모듈.
10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.

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