KR20210116062A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 하부를 덮는 제1 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 상부를 덮는 제2 프레임을 포함하고, 상기 제1 프레임은 상기 전지셀 적층체의 양 측면을 커버하는 제1 측면부들을 포함하며, 상기 제2 프레임은 상기 제1 측면부들을 커버하는 제2 측면부들을 포함하고, 상기 제1 측면부와 상기 제2 측면부 사이에 측면 부재가 위치한다.

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 구체적으로는 스웰링에 의한 모듈 구조 변형을 방지하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 전지 모듈은 복수의 전지셀(11)이 적층되어 형성된 전지셀 적층체(12), 전지셀 적층체(12)를 수용하도록 전면과 후면이 개방된 모노 프레임(20) 및 모노 프레임(20)의 전면과 후면을 덮는 엔드 플레이트(60)를 포함할 수 있다. 이러한 전지 모듈을 형성하기 위해, 도 1에 도시한 화살표와 같이 X축 방향을 따라 모노 프레임(20)의 개방된 전면 또는 후면으로 전지셀 적층체(12)가 삽입되는 수평 조립이 필요하다. 다만, 이러한 수평 조립이 안정적으로 될 수 있도록 전지셀 적층체(12)와 모노 프레임(20) 사이에 충분한 공차(clearance)를 확보해야 한다. 여기서, 공차(clearance)란 끼워 맞춤 등에 의해 발생하는 틈을 말한다.
이 때, 전지셀 적층체(12)의 최대 높이 및 삽입 과정에서의 조립 공차 등을 고려하여 모노 프레임(20)의 높이는 크게 설계되어야 하며, 그로 인해 불필요하게 낭비되는 공간이 발생할 수 있다.
한편, 복수의 전지셀(11)이 반복적으로 충, 방전되는 과정에서, 그 내부 전해질이 분해되고 가스가 발생하여 전지셀(11)이 부풀어오르는 현상, 즉 스웰링(Swelling) 현상이 발생할 수 있다. 높은 집적도로 적층되는 복수의 전지셀(11)이 부풀어오르게 되면, 모노 프레임(20)의 양 측면만으로 스웰링으로 인한 압력을 견뎌야 하는 문제가 있다.
다만, 모노 프레임(20)의 두께를 증가시킬 경우, 스웰링 현상에 대한 강성과 무관한 상면 및 하면의 두께도 증가하게 되므로, 전지 모듈의 중량이 필요 이상 증가하게 되고, 높이도 증가하여 에너지 용량의 측면에서 불이익이 있다.
한편, 전지셀 적층체(12)는 복수의 전지셀(11)들이 콤팩트하게 적층되어 형성되기 때문에 전지셀 적층체(12)의 전지셀(11)들 간에 온도 편차가 심화될 수 있다. 전지셀(11)들 간의 온도 불균일은 전지 모듈의 성능을 저하시키고 종국적으로는 수명을 낮추는 원인이 될 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 중량이나 높이의 증가를 최소화할 수 있으면서, 전지셀들의 스웰링 및 온도 편차를 제어할 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.
다만, 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 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 하부를 덮는 제1 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 상부를 덮는 제2 프레임을 포함하고, 상기 제1 프레임은 상기 전지셀 적층체의 양 측면을 커버하는 제1 측면부들을 포함하며, 상기 제2 프레임은 상기 제1 측면부들을 커버하는 제2 측면부들을 포함하고, 상기 제1 측면부와 상기 제2 측면부 사이에 측면 부재가 위치한다.
상기 제2 프레임은, 상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 각각 커버하는 전면부 및 후면부를 포함할 수 있다.
상기 측면 부재는, 폴리우레탄을 포함할 수 있다.
상기 전지셀의 전지 본체가 상기 제1 측면부들, 상기 제2 측면부들 및 상기 측면 부재와 평행하게 배치될 수 있다.
상기 측면 부재는 패드 형태인일 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임 중 적어도 하나와 용접 결합될 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 제1 측면부와 상기 측면 부재 사이 및 상기 제2 측면부와 상기 측면 부재 사이 중 적어도 하나에 형성된 고분자 수지층을 더 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지층은 상기 측면 부재에 고분자 수지가 도포되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은, 전지셀의 스웰링에 의한 힘이 작용하는 전지셀 적층체의 일면과 인접한 위치에 이중 프레임 구조를 채용함으로써 전지 모듈의 중량이나 높이의 증가를 최소화 하면서 스웰링에 의한 모듈 구조 변형을 방지할 수 있다.
또한, 측면 부재를 마련하여 전지 모듈 외부로의 열 전달을 차단함으로써, 전지셀 간의 온도 편차를 감소 시킬 수 있다. 이에 따라, 전지 모듈의 성능 및 수명을 증가시킬 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 종래의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 모듈이 조립된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 5는 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 전지 모듈이 조립된 모습을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 A-A 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)의 하부를 덮는 제1 프레임(200) 및 전지셀 적층체(100)의 상부를 덮는 제2 프레임(300)을 포함한다. 제1 프레임(200)은 전지셀 적층체(100)의 양 측면을 커버하는 제1 측면부(210)들을 포함하고, 제2 프레임(300)은 제1 측면부(210)들을 커버하는 제2 측면부(310)들을 포함하며, 제1 측면부(210)와 제2 측면부(310) 사이에 측면 부재(400)가 위치한다.
제1 프레임(200)은, 전지셀 적층체(100)의 하면을 커버하는 바닥부(220)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제1 프레임(200)이 전지셀 적층체(100)의 양 측면 및 하면을 커버하도록 형성될 수 있다. 이 때, 제1 프레임(200)의 제1 측면부(210)들 및 바닥부(220)는 일체로 형성될 수 있다.
제2 프레임(300)은, 전지셀 적층체(100)의 상면을 커버하는 천장부(320), 전지셀 적층체(100)의 전면을 커버하는 전면부(330) 및 전지셀 적층체(100)의 후면을 커버하는 후면부(340)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제2 프레임(300)이 전지셀 적층체(100)의 양 측면, 상면, 전면 및 후면을 커버하도록 형성될 수 있다. 이 때, 제2 측면부(310)들, 천장부(320), 전면부(330) 및 후면부(340)가 일체로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제2 프레임(300)의 제2 측면부(310)가 제1 프레임(200)의 제1 측면부(210)를 커버할 수 있도록, 제2 프레임의 천장부(320)가 제1 프레임(200)의 바닥부(220)보다 넓게 형성될 수 있다.
도 5는 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀을 나타낸 사시도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(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. 보다 상세하게는 전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다.
한편, 전지셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(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. 또한, 연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다.
이러한 전지셀(110)은, 도 2에서 도시된 대로, 제1 측면부(210)나 제2 측면부(310)와 수직한 방향을 따라 적층되어 전지셀 적층체(100)를 형성할 수 있다. 즉, 전지셀(110)의 전지 본체(113)가 제1 측면부(210)들, 제2 측면부(310)들 및 후술하는 측면 부재(400)와 평행하게 배치될 수 있다. 그에 따라 복수의 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)가 제2 프레임(300)의 전면부(330) 및 후면부(340)를 향해 각각 돌출될 수 있다.
이 때, 전지셀(110)은 반복적인 충방전 과정에서 전극이 팽창되거나, 부반응으로 내부 전해질이 분해되어 가스가 발생할 수 있다. 이 때 전극 팽창이나 발생한 가스에 의해 전지셀(110)이 부풀어 오르는 현상을 스웰링 현상이라고 한다. 전지셀(110)의 스웰링 현상이 심화될 경우 전지 모듈의 외형을 변화시켜 전지 모듈이나 이를 포함하는 전지팩의 구조적 안정성에 악영향을 미칠 수 있다.
특히, 전지 본체(113)와 평행한 방향보다는 수직한 방향으로 쉽게 부풀어 오른다. 따라서 전지셀 적층체(100)에 포함된 전지셀(110)들의 스웰링으로 인한 압력이 제1 측면부(210)와 제2 측면부(310) 방향으로 크게 작용할 수 있다.
종래에는 전지셀의 적층 방향을 따라 전지셀 적층체에 인접한 위치에 형성되는 프레임 구조가 단일 프레임 구조로 형성되어 스웰링 발생시 전지 모듈의 구조 변형을 방지하는데 어려움이 있었다. 그렇다고, 프레임의 두께를 증가시키면, 스웰링 현상에 대한 강성과 무관한 상면이나 하면의 두께도 증가하게 되므로, 전지 모듈의 중량이 필요 이상 증가하게 되고, 높이도 증가하여 에너지 용량의 측면에서 불이익이 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지셀 적층체(100)에 대하여, 제1 프레임(200)의 제1 측면부(210) 및 제2 프레임(300)의 제2 측면부(310)가 이중 프레임 구조를 형성하여, 전지셀(110)들의 스웰링 발생으로 인한 전지 모듈의 구조적 변화를 효과적으로 방지할 수 있다.
특히, 전지셀(110)의 스웰링 현상을 직접적으로 제어할 수 있도록 프레임의 양 측면부가 보다 두껍게 구현될 수 있으며, 이와 동시에 스웰링과 관련이 적은 바닥부 및 천장부는 상대적으로 얇게 구현되므로 전지 모듈의 부피나 무게가 불필요하게 증가되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 도 4에서와 같이 바닥부(220) 및 천장부(320)가 제1 두께(t)를 가질 때, 제1 측면부(210)와 제2 측면부(310)가 함께 위치하여 측면 방향에 대해 제2 두께(2t) 효과를 구현할 수 있다. 다시 말해, 전지셀(110) 스웰링 방향을 고려하여 제1 측면부(210)와 제2 측면부(310)를 통해 프레임의 측면 두께를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 제1 측면부(210)와 제2 측면부(310) 사이에 측면 부재(400)가 위치한다. 이러한 측면 부재(400)는 패드 형태일 수 있으며, 소정의 탄성력을 갖추고 있는 것이 바람직하다. 특히, 측면 부재(400)는 발포체(Foam)를 포함하는 패드 형태일 수 있다. 이러한 측면 부재(400)가 전지셀(110)의 스웰링을 효과적으로 흡수할 수 있으므로, 전지셀(110)들의 스웰링에 대한 전지 모듈의 구조적 안정성이 더욱 향상될 수 있다.
즉, 제1 측면부(210)와 제2 측면부(310)를 통해 전지셀(110)의 스웰링이 주로 문제되는 측면 방향에 대한 프레임의 강성을 증대시킬 수 있고, 동시에 측면 부재(400)가 위치하여 전지셀(110)의 스웰링을 효과적으로 흡수할 수 있다.
또한, 제1 측면부(210)와 제2 측면부(310)가 형성하는 공간은, 본 실시예에서와 같은 패드 형태의 측면 부재(400)가 배치되기 용이하다.
전지셀 적층체(100)는 다수개의 전지셀(110)들이 콤팩트하게 적층되어 형성된다. 그 중 가장 바깥쪽에 위치한 전지셀(110)이 외부 환경에 영향을 더 많이 받기 때문에 가장 바깥쪽에 위치한 전지셀(110)이 상대적으로 온도가 낮아질 수 있고, 이로 인해 전지셀 적층체(100)의 전지셀(110)들 간에 온도 편차가 심화될 수 있다. 전지셀(110)들 간의 온도 불균일은 전지 모듈의 성능 및 수명을 낮추는 원인이 될 수 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 측면 부재(400)는, 상술한 바 대로, 패드 형태일 수 있으며, 단열 성능을 갖출 수 있다. 이러한 측면 부재(400)가 전지 모듈 외부로의 열 전달을 차단함으로써, 전지셀(110) 간의 온도 편차를 감소 시킬 수 있다. 이에 따라, 전지 모듈의 성능 및 수명을 증가시킬 수 있다.
상기 설명한 측면 부재(400)는 폴리우레탄(Polyurethane) 및 실리콘 계열의 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 보다 상세하게는 폴리우레탄 발포체(Polyurethane Foam)를 포함할 수 있다. 또한, 이에 따라, 본 실시예에 따른 측면 부재(400)는 전지셀(110)의 스웰링을 효과적으로 흡수할 수 있음과 동시에, 전지 모듈 외부로의 열 전달을 차단하여 전지셀(110) 간의 온도 편차를 줄일 수 있다. 다만, 본 발명의 측면 부재(400)는 상술한 소재들로 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 일 실시예에 따르면, 두 개의 제1 및 제2 프레임(200, 300) 만으로 전지셀 적층체(100)를 커버하도록 전지 모듈 구조가 형성됨으로써, 프레임 구조를 일체화 및 단순화 시키고, 프레임 부품 수를 감소시킬 수 있다. 나아가, 프레임 부품의 조립 공정을 감소시킬 수 있어 복잡한 조립 공정에서 발생할 수 있는 품질 불량 문제를 획기적으로 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 프레임(200)과 제2 프레임(300)은 용접으로 결합될 수 있다. 구체적으로, 제2 프레임(300)의 제2 측면부(310), 전면부(330) 및 후면부(340)의 각 하단과 제1 프레임(200)이 만나는 부분을 용접하여 제 제1 프레임(200)과 제2 프레임(300)을 결합시킬 수 있다. 제1 프레임(200)과 제2 프레임(300)의 두께는 동일할 수 있다.
한편, 제1 프레임(200) 및 제2 프레임(300)은 프레스 공법으로 형성될 수 있으며, 동일 재질로 형성될 수 있다. 이를 통해 프레임 부품들 제조 시 단일 공법으로 제1 프레임(200)과 제2 프레임(300)의 제조가 가능하여 제조 공정을 단순화 할 수 있으며 품질 불량을 감소시킬 수 있다.
한편, 측면 부재(400)의 두께는 소정의 두께를 가질 수 있다. 여기서 측면 부재(400)의 두께는 도 4에서 전지셀(110) 스웰링 방향과 나란한 방향에서의 폭을 가리킨다.
이러한 측면 부재(400)의 두께는, 전지셀(110)의 개수, 측면 부재(400)의 개수, 프레임의 내측 및 측면 부재(400)의 최대 압축 정도 등을 고려하여 설계될 수 있으며, 일 실시예로써 2mm 내지 3mm의 두께를 가질 수 있다. 여기서 상한 값인 3mm는 BOL(Begin of Life)에서 전지셀(110)을 가압할 수 있는 두께이며, 하한 값인 2mm는 EOL(End of Life)에서 전지셀(110)의 스웰링 증가량을 흡수할 수 있는 두께이다.
이하, 도 6과 함께 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)의 하부를 덮는 제1 프레임(200a) 및 전지셀 적층체(100)의 상부를 덮는 제2 프레임(300a)을 포함한다.
제1 프레임(200a)은 전지셀 적층체(100)의 양 측면을 커버하는 제1 측면부(210a)들을 포함하고, 제2 프레임(300a)은 제1 측면부(210a)들을 커버하는 제2 측면부(310a)들을 포함하며, 제1 측면부(210a)와 제2 측면부(310a) 사이에 측면 부재(400a)가 위치한다.
제1 프레임(200a)은 전지셀 적층체(100)의 하면을 커버하는 바닥부(220a)를 더 포함할 수 있고, 제2 프레임(300a)은, 전지셀 적층체(100)의 상면을 커버하는 천장부(320a)를 더 포함할 수 있다.
제2 프레임(300a)의 제2 측면부(310a)가 제1 프레임(200a)의 제1 측면부(210a)를 커버할 수 있도록, 제2 프레임의 천장부(320a)가 제1 프레임(200)의 바닥부(220a)보다 넓게 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 전지셀 적층체(100)의 전면과 후면에 대해 제1 프레임(200a)과 제2 프레임(300a)은 모두 개방된 구조를 형성할 수 있다. 전지셀 적층체(100)에 포함된 전지셀(110)들의 전극 리드는 전지셀 적층체(100)의 상기 전면 및 상기 후면에 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈은, 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 커버하는 엔드 플레이트(500)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 엔드 플레이트(500)는 전지셀 적층체(100)의 상기 전면 및 상기 후면을 덮도록 위치할 수 있다.
제1 프레임(200a)과 제2 프레임(300a)은 용접으로 결합될 수 있다. 구체적으로, 제2 프레임(300a)의 제2 측면부(310a)의 하단과 제1 프레임(200a)이 만나는 부분을 용접하여 제 제1 프레임(200a)과 제2 프레임(300a)을 결합시킬 수 있다.
또한, 엔드 플레이트(500)는 제1 프레임(200a) 및 제2 프레임(300a) 중 적어도 하나와 용접 결합될 수 있다. 엔드 플레이트(500)의 각 모서리가 제1 프레임(200a) 및 제2 프레임(300a) 중 적어도 하나와 만나는 부분에서 용접이 이루어질 수 있다.
제1 프레임(200a), 제2 프레임(300a) 및 엔드 플레이트(500)는 전지셀 적층체(100)를 비롯한 기타 전장품을 외부 충격으로부터 보호하기 위해 소정의 강도를 갖는 것이 바람직하며, 이를 위해 금속 재질, 특히 알루미늄을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 측면 부재(400a)는 제1 측면부(210a)와 제2 측면부(310a) 사이에 위치한다. 이러한 측면 부재(400a)는 전지셀(110)의 스웰링을 흡수할 수 있음과 동시에 전지 모듈 외부로의 열 전달을 차단하여 전지셀(110) 간의 온도 편차를 감소 시킬 수 있다. 자세한 내용은 앞에서 설명한 내용과 중복이므로 생략하도록 한다.
이하, 도 7과 함께 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도이다. 상세하게는, 고분자 수지층(600)을 포함하는 전지 모듈의 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 전지셀 적층체(100), 제1 프레임(200) 및 제2 프레임(300)을 포함하고, 제1 프레임(200)의 제1 측면부(210)와 제2 프레임(300)의 제2 측면부(310) 사이에 측면 부재(400b)가 위치한다. 상기 구성에 대해서는 앞서 설명하였으므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이때, 본 실시예에 따르면, 제1 측면부(210)와 측면 부재(400b) 사이 및 제2 측면부(310)와 측면 부재(400b) 사이 중 적어도 하나에 고분자 수지층(600)이 형성될 수 있다. 도 7에는 제1 측면부(210)와 측면 부재(400b) 사이 및 제2 측면부(310)와 측면 부재(400b) 사이 모두 고분자 수지층(600)이 형성된 것이 도시되어 있으나, 제1 측면부(210)와 측면 부재(400b) 사이 및 제2 측면부(310)와 측면 부재(400b) 사이 중 한 곳에만 고분자 수지층(600)이 형성되는 것도 가능하다.
이러한 고분자 수지층(600)은 측면 부재(400b)에 고분자 수지가 도포되어 형성될 수 있으며, 보다 상세하게는 측면 부재(400b)의 양면 중 적어도 하나에 고분자 수지가 도포되어 형성될 수 있다. 이러한 고분자 수지는 소정의 접착력을 갖는 소재라면 특별한 제한은 없으나, 실리콘 계열의 수지일 수 있다.
고분자 수지층(600)이 형성됨으로써, 측면 부재(400b)가 제1 측면부(210)나 제2 측면부(310)에 고정되어 제1 측면부(210)와 제2 측면부(310) 사이에 안정적으로 견고하게 배치될 수 있다. 즉, 측면 부재(400b)에 대한 고정력이 향상될 수 있다. 또한, 상기 언급한 바와 같이, 측면 부재(400b)가 외부로의 열 전달을 차단하여 전지셀(110) 간의 온도 편차를 감소시킬 수 있는데, 측면 부재(400b)에 고분자 수지층(600)이 마련됨으로써, 열 전달 차단 및 전지셀(110) 간의 온도 편차 감소에 보다 효과적일 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 전지 모듈이나 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
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: 전지셀 적층체
200: 제1 프레임
210: 제1 측면부
220: 바닥부
300: 제2 프레임
310: 제2 측면부
320: 천장부
330: 전면부
340: 후면부
400, 400a, 400b: 측면 부재
500: 엔드 플레이트
600: 고분자 수지층

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 하부를 덮는 제1 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체의 상부를 덮는 제2 프레임을 포함하고,
    상기 제1 프레임은 상기 전지셀 적층체의 양 측면을 커버하는 제1 측면부들을 포함하며,
    상기 제2 프레임은 상기 제1 측면부들을 커버하는 제2 측면부들을 포함하고,
    상기 제1 측면부와 상기 제2 측면부 사이에 측면 부재가 위치하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 프레임은, 상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 각각 커버하는 전면부 및 후면부를 포함하는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 측면 부재는, 폴리우레탄을 포함하는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 전지셀의 전지 본체가 상기 제1 측면부들, 상기 제2 측면부들 및 상기 측면 부재와 평행하게 배치되는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 측면 부재는 패드 형태인 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 엔드 플레이트는 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임 중 적어도 하나와 용접 결합되는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 측면부와 상기 측면 부재 사이 및 상기 제2 측면부와 상기 측면 부재 사이 중 적어도 하나에 형성된 고분자 수지층을 더 포함하는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 고분자 수지층은 상기 측면 부재에 고분자 수지가 도포되어 형성된 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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