KR20210120558A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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KR20210120558A
KR20210120558A KR1020200037424A KR20200037424A KR20210120558A KR 20210120558 A KR20210120558 A KR 20210120558A KR 1020200037424 A KR1020200037424 A KR 1020200037424A KR 20200037424 A KR20200037424 A KR 20200037424A KR 20210120558 A KR20210120558 A KR 20210120558A
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이영호
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박수빈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 절연 성능을 확보하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 바닥부와 상기 전지셀 적층체 사이에서 서로 이격 형성되는 제1 및 제2 열전도성 수지층을 포함하고, 상기 제1 열전도성 수지층과 상기 제2 열전도성 수지층 사이에는 제1 절연 코팅층이 형성된다.

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 절연 성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 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 모듈에 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 프레임, 프레임의 바닥부와 전지셀 적층체 사이에 형성되는 열전도성 수지층을 포함한다.
도 1은 종래 열전도성 수지층이 형성된 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전지 모듈은, 복수의 전지셀(11)이 적층 형성된 전지셀 적층체(10), 전지셀 적층체(10)를 수용하고 상부가 개방된 모듈 프레임(20), 모듈 프레임(20)의 개방된 상부를 커버하는 상부 플레이트(30), 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(40) 및 전지셀 적층체(10)의 하측과 모듈 프레임(20)의 바닥부 사이에 도포된 열전도성 수지층(50)을 포함할 수 있다.
종래에는 열전도성 수지층(50)이 모듈 프레임(20)의 바닥부 전체에 도포되었으나, 바닥부 전체에 열전도성 수지층(50)이 도포된 경우, 열전도성 수지층(50)에서 발생하는 열저항이 과도해 질 우려가 있다. 열전도성 수지층(50)의 열저항을 고려해 열전도성 수지층(50)을 모듈 프레임(20)의 바닥부 일부에만 도포할 경우, 열전도성 수지층(50)을 통한 열전달 성능이 저하될 우려가 있고, 미도포된 모듈 프레임(20)의 바닥부 부분과 전지셀 적층체(10) 사이에 통전의 위험이 있다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 전지셀 적층체와 모듈 프레임 사이의 절연 성능을 확보할 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 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 바닥부와 상기 전지셀 적층체 사이에서 서로 이격 형성되는 제1 및 제2 열전도성 수지층을 포함하고, 상기 제1 열전도성 수지층과 상기 제2 열전도성 수지층 사이에는 제1 절연 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 제1 열전도성 수지층과 상기 바닥부의 일단 모서리 사이에 제2 절연 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 제2 열전도성 수지층과 상기 바닥부의 타단 모서리 사이에 제3 절연 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 바닥부 전체는 상기 제1 및 제2 열전도성 수지층과 상기 제1 내지 제3 절연 코팅층에 의해 덮여 있을 수 있다.
상기 제2 및 제3 절연 코팅층은 상기 복수의 전지셀의 돌출부들과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 바닥부 중앙을 기준으로, 상기 제1 및 제2 열전도성 수지층이 각각 대칭으로 배치되고, 상기 제2 및 제3 절연 코팅층이 각각 대칭으로 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2 열전도성 수지층은 상기 전지셀들이 적층되는 방향에 수직한 방향을 따라 배열될 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상기 바닥부 및 상기 바닥부와 연결된 적어도 2개의 측면부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 열전도성 수지층은 상기 측면부와 접촉하도록 형성될 수 있다.
상기 제1 절연 코팅층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에폭시 및 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 절연 코팅층의 두께는, 상기 제1 열전도성 수지층 또는 상기 제2 열전도성 수지층의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 제1 및 제2 열전도성 수지층이 각각 상기 제1 절연 코팅층과 접촉할 수 있다.
상기 제1 절연 코팅층 상에 상기 제1 열전도성 수지층의 제1 확장부 및 상기 제2 열전도성 수지층의 제2 확장부가 위치할 수 있다.
상기 제1 절연 코팅층은 절연 필름 형태일 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상기 바닥부 및 상기 바닥부와 연결된 적어도 2개의 측면부를 포함하고, 상기 제1 절연 코팅층은, 상기 바닥부를 덮는 본체부 및 상기 본체부에서 상기 측면부 방향으로 연장된 연장부를 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임은, 상기 바닥부와 상기 측면부 사이에 형성된 곡면부를 포함하고, 상기 연장부는 상기 곡면부와 접할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 모듈 프레임의 바닥부에 형성된 열전도성 수지층 및 열전도성 수지가 미도포된 부분에 형성된 절연 코팅층을 통해 복수의 전지셀과 모듈 프레임 간의 절연 성능 및 전지 모듈의 가격 경쟁력을 확보할 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 열전도성 수지층이 형성된 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 프레임에 형성된 열전도성 수지층 및 절연 코팅층을 자세히 나타낸 사이도이다.
도 6는 도 5의 A-A’ 부분으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 절연 코팅층의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7a은 도 5의 B-B’ 부분으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 열전도성 수지층과 제1 절연 코팅층의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7b는 도 5의 B-B’ 부분으로써, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제1 및 제2 열전도성 수지층과 제1 절연 코팅층의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모듈 프레임과 절연 코팅층을 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 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.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀을 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 2의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 프레임에 형성된 열전도성 수지층 및 절연 코팅층을 자세히 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하는 모듈 프레임(200) 및 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)와 전지셀 적층체(100) 사이에서 서로 이격 형성되는 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)을 포함한다.
본 실시예에 따른 모듈 프레임(200)은 바닥부(210) 및 바닥부(210)와 연결된 적어도 2개의 측면부(220)를 포함할 수 있다. 특히, 적어도 2개의 측면부(220)는 바닥부(210)의 양 단부에서 구부러질 수 있다. 이때 모듈 프레임(200)은 U자형일 수 있다. 제1 열전도성 수지층(510)과 제2 열전도성 수지층(520) 사이에는 제1 절연 코팅층(610)이 형성된다.
또한, 제1 열전도성 수지층(510)과 바닥부(210)의 일단 모서리 사이에 제2 절연 코팅층(620)이 형성될 수 있다. 제2 열전도성 수지층(520)과 바닥부(210)의 타단 모서리 사이에 제3 절연 코팅층(630)이 형성될 수 있다.
한편, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 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. 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 발명의 일 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. 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이가 전지셀(110)의 길이 방향으로 정의하고, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)와 연결부(115) 사이를 전지셀(110)의 폭 방향으로 정의할 수 있다.
연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗어 있는 영역이며, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(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 전지셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 화학 반응에 의해 접합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체(100)를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전지셀(110)이 y축 방향으로 적층되어 전지셀 적층체(100)를 형성하고, 전지셀 적층체(100)가 z축 반대 방향으로 모듈 프레임(200) 내부에 수용되어 열전도성 수지층(500)에 의해 냉각이 진행될 수 있다. 여기서 열전도성 수지층(500)은 상술한 제1 열전도성 수지층(510) 및 제2 열전도성 수지층(520)을 포함하는 구성을 지칭한다. 이에 대한 비교예로서 전지셀이 카트리지 형태의 부품으로 형성되어 전지셀 간의 고정이 전지 모듈 프레임으로 조립으로 이루어지는 경우가 있다. 이러한 비교예에서는 카트리지 형태의 부품의 존재로 인해 냉각 작용이 거의 없거나 전지셀의 면 방향으로 진행될 수 있고, 전지 모듈의 높이 방향으로는 냉각이 잘 되지 않는다.
모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(100)를 수용한다. 모듈 프레임(200)의 개방된 양측을 각각 제1 측(x축 방향)과 제2 측(x축 반대 방향)이라고 할 때, 모듈 프레임(200)은 상기 제1 측과 상기 제2 측에 대응하는 전지셀 적층체(100)의 외면을 제외한 나머지 외면들 중에서, 하면 및 상기 하면과 인접한 양측면을 연속적으로 커버하도록 구부러진 판상형 구조로 형성될 수 있다. 이때 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)는 전지셀 적층체(100)의 상기 하면을 커버하도록 형성되고, 모듈 프레임(200)의 2개의 측면부(220)는 전지셀 적층체(100)의 상기 양측면을 커버하도록 형성될 수 있다.
상부 플레이트(300)는 모듈 프레임(200)에 의해 감싸지는 상기 하면과 상기 양측면을 제외한 나머지 상면을 감싸는 하나의 판상형 구조로 형성될 수 있다. 모듈 프레임(200)과 상부 플레이트(300)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등에 의해 결합됨으로써 전지셀 적층체(100)를 상하좌우로 커버하는 구조를 형성할 수 있다. 모듈 프레임(200) 및 상부 플레이트(300)를 통해 전지셀 적층체(100)를 물리적으로 보호할 수 있다.
상기 제1 측과 상기 제2 측에 대응하는 전지셀 적층체(100)의 외면에 버스바 프레임(410)이 장착될 수 있다. 버스바 프레임(410)에는 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)와 연결되는 버스바 등이 배치되어, 전지셀 적층체(100)를 커버함과 동시에 전지셀 적층체(100)와 외부 전원과의 연결을 안내할 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 전지셀 적층체(100) 기준으로 버스바 프레임(410)의 외곽에 형성되어 전지셀 적층체(100) 및 버스바 프레임(410)을 커버하도록 형성될 수 있다. 엔드 플레이트(400)는 외부의 충격으로부터 전지셀 적층체(100) 및 버스바 프레임(410)과 연결된 여러 전장품을 물리적으로 보호할 수 있다. 또한, 프레임의 구성 요소로서 전지 모듈 마운팅 구조가 형성되어 전지 모듈을 팩 프레임에 장착 및 고정시킬 수 있다.
열전도성 수지층(500)은 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)에 형성된다. 열전도성 수지층(500)은, 전지셀 적층체(100)가 모듈 프레임(200)에 수용되기 전에 열전도성 수지(Thermal resin)를 바닥부(210)에 도포하고, 도포된 열전도성 수지가 경화되어 형성될 수 있다.
전지셀 적층체(100)는 열전도성 수지가 도포된 후 경화되기 전에 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)에 수직한 방향(z축 반대 방향)을 따라 이동하면서 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)에 장착될 수 있다. 이후 열전도성 수지가 경화되어 형성된 열전도성 수지층(500)은 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)와 전지셀 적층체(100) 사이에 위치할 수 있다.
구체적으로, 상기 열전도성 수지는 열전도성 접착 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로 실리콘(Silicone) 소재, 우레탄(Urethan) 소재 및 아크릴(Acrylic) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 열전도성 수지는, 도포 시에는 액상이나 도포 후에 경화되어 전지셀 적층체(100)를 구성하는 하나 이상의 전지셀(110)을 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 열전도 특성이 뛰어나 전지셀(110)에서 발생한 열을 신속히 전지 모듈의 하측으로 전달하여 전지 모듈의 과열을 방지할 수 있다.
절연 코팅층(600)은, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210) 상에서 열전도성 수지가 미도포되어 열전도성 수지층(500)이 형성되지 않은 부분에 형성될 수 있다. 이를 통해 미도포된 부분에서 전지셀 적층체(100)와 모듈 프레임(200) 사이를 절연시킬 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도성 수지층 및 절연 코팅층의 구성에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 6는 도 5의 A-A’ 부분으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 절연 코팅층의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)와 전지셀 적층체(100) 사이에서 서로 이격 형성되는 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)은 전지셀(110)들이 적층되는 방향에 수직한 방향으로 배열될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 전지셀(110)의 길이방향이 긴 장방형이므로, 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)은 전지셀(110)들의 길이방향과 평행한 방향으로 배열될 수 있다. 도 5에서, 전지셀(110)이 적층되는 방향은 y축과 평행한 방향이며, 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)이 배열되는 방향은 x축과 평행한 방향이다.
이러한 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)을 통해 전지셀(110)들에서 발생하는 열을 전지셀(110)들마다 균등하게 외부로 전달할 수 있다.
제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)은 적어도 2개의 측면부(220)와 접촉하도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 전지셀 적층체(100)의 가장 바깥쪽에 위치한 전지셀(110)에서 발생하는 열도 전지셀 적층체(100)의 중앙에 위치한 전지셀(110)에서 발생하는 열과 함께 균등하게 외부로 전달될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)은 바닥부(210) 면적의 80%를 차지할 수 있다. 종래에는 열전도성 수지가 바닥부 전체에 도포되었으나, 도포 면적이 100%일 경우 과도한 열저항이 발생할 우려가 있었는바, 열저항을 감소시키면서 동시에 열전달이 효과적으로 수행될 수 있는 도포 면적의 최적값이 바닥부(210) 면적의 80%가 될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)이 바닥부(210) 면적의 80%만 도포되고, 나머지 20%의 미도포 영역은 절연 코팅층(600)이 형성될 수 있도록 함으로써, 바닥부(210) 전체는 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)과 제1 내지 제3 절연 코팅층(610, 620, 630)에 의해 덮일 수 있다.
절연 코팅층(600)은 제1 절연 코팅층(610), 제2 절연 코팅층(620) 및 제3 절연 코팅층(630)으로 형성될 수 있다. 제1 절연 코팅층(610)은 제1 열전도성 수지층(510)과 제2 열전도성 수지층(520) 사이에 형성된다. 제2 절연 코팅층(620)은 제1 열전도성 수지층(510)과 바닥부(210)의 일단 모서리 사이에 형성되고, 제3 절연 코팅층(630)은 제2 열전도성 수지층(520)과 바닥부(210)의 타단 모서리 사이에 형형성될 수 있다. 바닥부(210)의 상기 일단 모서리와 상기 타단 모서리는 서로 대향하여 위치할 수 있다.
이때, 제1 내지 제3 절연 코팅층(610, 620, 630)의 두께는 50 내지 300 마이크로미터로 형성되어, 열전도성 수지층(500)보다 더 얇게 형성될 수 있다. 이러한 제1 내지 제3 절연 코팅층(610, 620, 630) 중 적어도 하나는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에폭시 및 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 제1 내지 제3 절연 코팅층(610, 620, 630)은 필름 형태의 절연 부재일 수 있다. 구체적으로는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에폭시 및 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함하는 절연 필름일 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210) 중앙을 기준으로 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)이 각각 대칭으로 배치되고, 제2 및 제3 절연 코팅층(620, 630)이 각각 대칭으로 배치될 수 있다. 또한, 제1 절연 코팅층(610)이 바닥부(210) 중앙에서 대칭을 이루도록 위치할 수 있다.
이를 통해 복수의 전지셀(110)의 전후측에서 발생하는 열을 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)을 통해 균등하게 배출할 수 있고, 미도포 부분에서의 절연 성능도 복수의 전지셀(110) 기준으로 대칭적으로 확보할 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바에 따르면, 제2 절연 코팅층(620)은 복수의 전지셀(110)의 돌출부(110p)들과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 제3 절연 코팅층(630)도, 구체적으로 도시하지 않았으나, 제2 절연 코팅층(620)과 마찬가지로 복수의 전지셀(110)의 돌출부(110p)들과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
바닥부(210)의 상기 일단 모서리와 상기 타단 모서리는 2개의 측면부(220)와 수직일 수 있다. 즉, 2개의 측면부(220)가 형성되지 않은 곳에 서로 대향하여 위치할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 전지셀(110)들의 양측 하단에 형성된 돌출부(110p)들은 전지 본체(113)보다 하측으로 더 돌출되어, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)와 접촉하기 쉬우므로, 돌출부(110p)를 통한 전지셀(110)들과 바닥부(210)와의 전기적 연결이 일어날 가능성이 크다. 또한 돌출부(110p)가 형성된 부분은 종래에도 전지셀(110)의 다른 부분보다 돌출 형성되어, 공간 확보를 위해 열전도성 수지가 미도포될 수 밖에 없었다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열전도성 수지층(500)보다 두께가 얇은 제2 및 제3 절연 코팅층(620, 630)을 돌출부(110p)들이 위치하는 바닥부(210)의 양단부에 배치하여, 돌출부(110p)를 바닥부(210) 상에 안착시킬 수 있다. 또한, 제2 및 제3 절연 코팅층(620, 630)을 통하여 돌출부(110p)와 바닥부(210) 간의 전기적 연결을 차단시켜 전지 모듈의 절연 성능을 확보할 수 있다.
도 7a은 도 5의 B-B’ 부분으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 열전도성 수지층과 제1 절연 코팅층의 모습을 나타낸 단면도이다. 도 7b는 도 5의 B-B’ 부분으로써, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제1 및 제2 열전도성 수지층과 제1 절연 코팅층의 모습을 나타낸 단면도이다.
우선 도 7a를 참고하면, 상술한 바대로, 제1 열전도성 수지층(510)과 제2 열전도성 수지층(520) 사이에 제1 절연 코팅층(610)이 형성될 수 있다. 이 때, 바닥부(210) 전체가 덮일 수 있도록, 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)이 각각 제1 절연 코팅층(610)과 접촉하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제1 열전도성 수지층(510)은 제1 절연 코팅층(610)의 일측과 접촉하고, 제2 열전도성 수지층(520)은 제1 절연 코팅층(610)의 상기 일측과 대향하는 타측과 접촉할 수 있다.
도 7b를 참고하면, 마찬가지로, 제1 열전도성 수지층(510)과 제2 열전도성 수지층(520) 사이에 제1 절연 코팅층(610)이 형성될 수 있고, 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)이 각각 제1 절연 코팅층(610)과 접촉할 수 있다. 나아가, 제1 절연 코팅층(610) 상에 제1 열전도성 수지층(510)의 제1 확장부(511) 및 제2 열전도성 수지층(520)의 제2 확장부(521)가 위치할 수 있다.
바닥부(210) 상에 제1 절연 코팅층(610)을 위치시킨 후 제1 및 제2 열전도성 수지층(510, 520)을 형성하기 위해 열전도성 수지를 도포할 수 있다. 이때, 도포된 상기 열전도성 수지가 경화되기 전에 바닥부(210)에 수직한 방향(z축 반대 방향)을 따라 전지셀 적층체(100, 도 4 참조)가 바닥부(210) 상에 장착될 수 있다.
도포된 상기 열전도성 수지의 양에 따라, 전지셀 적층체(100)의 장착에 의해 일부 열전도성 수지가 제1 절연 코팅층(610) 위로 이동할 수 있다. 이를 통해, 제1 절연 코팅층(610) 상에 제1 확장부(511) 및 제2 확장부(521)가 형성될 수 있다. 이러한 제1 확장부(511)는 제1 열전도성 수지층(510)과 제1 절연 코팅층(610)의 경계를 덮고, 제2 확장부(521)는 제2 열전도성 수지층(520)과 제1 절연 코팅층(610)의 경계를 덮을 수 있다. 이를 통해 전지셀 적층체(100)와 바닥부(210) 사이의 전류 경로를 더 철저하게 차단할 수 있어 열전도성 수지의 미도포 부분에서의 절연 성능 보다 향상 시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모듈 프레임과 절연 코팅층을 나타내는 사시도이다. 도 9는 도 8의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 단면도이다. 다만, 설명의 편의를 위해 도 8은 전지셀(110)을 도시하지 않았고, 도 9는 모듈 프레임에 수용된 전지셀(110)을 도시하였다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210) 상에 제1 열전도성 수지층(510)과 제2 열전도성 수지층(520)이 위치하고, 제1 열전도성 수지층(510)과 제2 열전도성 수지층(520)은 서로 이격 형성된다.
모듈 프레임(200)은 바닥부(210) 및 바닥부(210)와 연결된 적어도 2개의 측면부(220)를 포함할 수 있다. 적어도 2개의 측면부(220)는 바닥부(210)의 양 단부에서 구부러져 형성될 수 있다. 구체적으로, 측면부(220)와 바닥부(210)는 일체화된 구성이며, 측면부(220)가 바닥부(210)의 양 단부에서 구부러져 형성되기 때문에 바닥부(210)와 측면부(220) 사이에 곡면부(230)가 형성될 수 있다.
제1 열전도성 수지층(510)과 제2 열전도성 수지층(520) 사이에는 제1 절연 코팅층(610a)이 형성된다.
제1 절연 코팅층(610a)은 바닥부(210)를 덮는 본체부(611a) 및 본체부(611a)에서 모듈 프레임(200)의 측면부(220) 방향으로 연장된 연장부(612a)를 포함할 수 있다. 연장부(612a)는 곡면부(230)와 접할 수 있으며, 나아가 측면부(220)의 일부와도 접할 수 있다.
연장부(612a)는 도시된 바와 같이, 본체부(611a)의 양 끝에 형성될 수 있으나, 어느 한쪽 끝에만 형성될 수도 있다.
한편, 가장 바깥쪽에 위치한 전지셀(110)과 측면부(220) 사이에 전지셀(110)의 스웰링을 흡수하기 위한 압축 패드(120)가 개재될 수 있다. 이때, 연장부(612a)는 압축 패드(120)와 곡면부(230) 사이로 연장될 수 있다. 한편, 압축 패드(120)가 개재되지 않거나, 길이가 다소 짧은 경우, 연장부(612a)는 가장 바깥쪽에 위치한 전지셀(110)과 측면부(220) 사이로 연장될 수 있다.
전지모듈에 외부 충격이나 진동 등이 가해질 경우, 전지셀 적층체에 있어서 가장 바깥쪽에 위치한 전지셀(110)의 연결부(115, 도 3 참조)나 전지 본체(113, 도 3 참조)의 하단부가 측면부(220) 또는 곡면부(230)와 접촉이 일어날 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제1 절연 코팅층(610a)이 연장부(612a)를 포함함으로써, 상기와 같은 접촉을 차단하여 모듈 프레임(200)과 전지셀(110) 간의 절연 성능을 추가적으로 확보할 수 있다.
연장부(612a)의 연장 길이에 제한은 없으나, 연장부(612a)의 양 단에 대한 수직방향 높이(d1)은 1mm 내지 3mm일 수 있다. 상기 수직방향 높이(d1)가 1mm 미만인 경우, 곡면부(230)를 통한 절연 성능 확보가 충분하지 못할 수 있다. 반면, 상기 수직방향 높이(d1)가 3mm 초과인 경우, 전지셀 적층체를 모듈 프레임(200)에 수용함에 있어, 제1 절연 코팅층(610a)이 구겨지는 등의 제조 불량이 발생할 가능성이 높아질 수 있다.
한편, 제1 열전도성 수지층(510)과 바닥부(210)의 일단 모서리 사이에 제2 절연 코팅층(620a)이 형성될 수 있고, 제2 열전도성 수지층(520)과 바닥부(210)의 타단 모서리 사이에 제3 절연 코팅층(630a)이 형성될 수 있다.
제2 절연 코팅층(620a)과 제3 절연 코팅층(630a)도, 제1 절연 코팅층(610a)과 유사하게, 각각 본체부 및 본체부에서 모듈 프레임(200)의 측면부(220) 방향으로 연장된 연장부를 포함할 수 있다. 제2 절연 코팅층(620a)의 연장부와 제3 절연 코팅층(630a)의 연장부도 앞서 설명한 제1 절연 코팅층(610a)의 연장부(612a)와 상호 동일 내지 유사한 구성을 가질 수 있다. 제2 절연 코팅층(620a)의 연장부와 제3 절연 코팅층(630a)의 연장부를 통해 전지셀(110)의 돌출부(110p, 도3 및 도6 참조)가 측면부(220) 또는 곡면부(230)와 접촉하는 것을 차단할 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
110: 전지셀
110p: 돌출부
200: 모듈 프레임
210: 바닥부
220: 측면부
300: 상부 플레이트
400: 엔드 플레이트
500: 열전도성 수지층
600: 절연 코팅층

Claims (16)

  1. 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및
    상기 모듈 프레임의 바닥부와 상기 전지셀 적층체 사이에서 서로 이격 형성되는 제1 및 제2 열전도성 수지층을 포함하고,
    상기 제1 열전도성 수지층과 상기 제2 열전도성 수지층 사이에는 제1 절연 코팅층이 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 열전도성 수지층과 상기 바닥부의 일단 모서리 사이에 제2 절연 코팅층이 형성되는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 열전도성 수지층과 상기 바닥부의 타단 모서리 사이에 제3 절연 코팅층이 형성되는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 바닥부 전체는 상기 제1 및 제2 열전도성 수지층과 상기 제1 내지 제3 절연 코팅층에 의해 덮여 있는 전지 모듈.
  5. 제3항에서,
    상기 제2 및 제3 절연 코팅층은 상기 복수의 전지셀의 돌출부들과 대응되는 위치에 형성되는 전지 모듈.
  6. 제3항에서,
    상기 바닥부 중앙을 기준으로, 상기 제1 및 제2 열전도성 수지층이 각각 대칭으로 배치되고, 상기 제2 및 제3 절연 코팅층이 각각 대칭으로 배치되는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 및 제2 열전도성 수지층은 상기 전지셀들이 적층되는 방향에 수직한 방향을 따라 배열되는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 상기 바닥부 및 상기 바닥부와 연결된 적어도 2개의 측면부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 열전도성 수지층은 상기 측면부와 접촉하도록 형성되는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 절연 코팅층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에폭시 및 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 절연 코팅층의 두께는, 상기 제1 열전도성 수지층 또는 상기 제2 열전도성 수지층의 두께보다 얇은 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 및 제2 열전도성 수지층이 각각 상기 제1 절연 코팅층과 접촉하는 전지 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 절연 코팅층 상에 상기 제1 열전도성 수지층의 제1 확장부 및 상기 제2 열전도성 수지층의 제2 확장부가 위치하는 전지 모듈.
  13. 제1항에서,
    상기 제1 절연 코팅층은 절연 필름 형태인 전지 모듈.
  14. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 상기 바닥부 및 상기 바닥부와 연결된 적어도 2개의 측면부를 포함하고,
    상기 제1 절연 코팅층은, 상기 바닥부를 덮는 본체부 및 상기 본체부에서 상기 측면부 방향으로 연장된 연장부를 포함하는 전지 모듈.
  15. 제14항에서,
    상기 모듈 프레임은, 상기 바닥부와 상기 측면부 사이에 형성된 곡면부를 포함하고,
    상기 연장부는 상기 곡면부와 접하는 전지 모듈.
  16. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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