KR20210133540A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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KR20210133540A
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성준엽
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임, 상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 덮고 상기 모듈 프레임과 결합되는 엔드 플레이트, 상기 모듈 프레임의 바닥부 아래에 위치하는 히트 싱크, 및 상기 히트 싱크와 연결되어 상기 히트 싱크에 냉매를 공급하기 위한 적어도2개의 냉각 포트를 포함하고, 상기 엔드 플레이트는, 상기 엔드 플레이트의 측단부와 상기 적어도 2개의 냉각 포트 중 상기 측단부에 인접한 냉각 포트 사이에 위치하고, 상기 전지셀로부터 돌출되어 나오는 전극 리드의 돌출 방향으로 연장된 제1 마운팅부, 및 상기 적어도 2개의 냉각 포트 중 이웃하는 2개의 냉각 포트 사이에 위치하고, 상기 전지셀로부터 돌출되어 나오는 전극 리드의 돌출 방향으로 연장된 제2 마운팅부를 포함한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{BATTERY PACK AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 강도가 향상된 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.
이차 전지는, 적정 온도보다 높아지는 경우 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 특히, 다수의 이차 전지, 즉 전지 셀을 구비한 전지 모듈이나 전지 팩은 좁은 공간에서 다수의 전지 셀로부터 나오는 열이 합산되어 온도가 더욱 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 다시 말해서, 다수의 전지 셀이 적층된 전지 모듈과 이러한 전지 모듈이 장착된 전지 팩의 경우, 높은 출력을 얻을 수 있지만, 충전 및 방전 시 전지 셀에서 발생하는 열을 제거하는 것이 용이하지 않다. 전지 셀의 방열이 제대로 이루어지지 않을 경우 전지 셀의 열화가 빨라지면서 수명이 짧아지게 되고, 폭발이나 발화의 가능성이 커지게 된다.
더욱이, 차량용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 경우, 직사광선에 자주 노출되고, 여름철이나 사막 지역과 같은 고온 조건에 놓여질 수 있다. 따라서, 전지 모듈이나 전지 팩을 구성하는 경우, 안정적이면서도 효과적인 냉각 성능을 확보하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다.
이를 위해 냉각을 위한 히트 싱크가 전지 모듈과 일체로 형성될 수 있는데, 이 때 히트 싱크로의 냉매 주입 등을 위한 구성을 부가하는 경우 구조적으로 취약한 부분이 발생할 수 있다. 특히, 용량 증대를 위해 전지 모듈을 대면적으로 하는 경우, 진동이나 충격에 대해 취약한 부분이 발생할 여지가 더욱 높아지는바, 이를 보완할 수 있는 수단의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 대면적의 전지 모듈에 있어서 냉각 성능을 확보하면서도 구조적 안정성이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 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 전지셀이 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임, 상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 덮고 상기 모듈 프레임과 결합되는 엔드 플레이트, 상기 모듈 프레임의 바닥부 아래에 위치하는 히트 싱크, 및 상기 히트 싱크와 연결되어 상기 히트 싱크에 냉매를 공급하기 위한 적어도2개의 냉각 포트를 포함하고, 상기 엔드 플레이트는, 상기 엔드 플레이트의 측단부와 상기 적어도 2개의 냉각 포트 중 상기 측단부에 인접한 냉각 포트 사이에 위치하고, 상기 전지셀로부터 돌출되어 나오는 전극 리드의 돌출 방향으로 연장된 제1 마운팅부, 및 상기 적어도 2개의 냉각 포트 중 이웃하는 2개의 냉각 포트 사이에 위치하고, 상기 전지셀로부터 돌출되어 나오는 전극 리드의 돌출 방향으로 연장된 제2 마운팅부를 포함한다.
상기 제1 마운팅부 및 상기 제2 마운팅부는, 상기 돌출 방향에 수직한 방향으로 각각 상기 제1 마운팅부 및 상기 제2 마운팅부를 관통하도록 형성된 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 냉각 포트 중 어느 하나는 냉매 주입 포트이고, 다른 하나는 냉매 배출 포트일 수 있다.
상기 모듈 프레임은, 상기 적어도 2개의 냉각 포트에 대응하는 위치에서 상기 모듈 프레임의 바닥부 일부가 돌출되어 형성되는 적어도 2개의 모듈 프레임 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임의 바닥면은 상기 히트 싱크의 상부 플레이트을 구성하고, 상기 모듈 프레임의 바닥부가 상기 냉매와 접촉할 수 있다.
상기 히트 싱크는 판상형 본체로부터 함몰된 함몰부를 포함하고, 상기 함몰부와 상기 모듈 프레임의 바닥면이 구성하는 상부 플레이트가 결합하여 상기 냉매의 유로를 형성할 수 있다.
상기 함몰부는 U자형 관이며, 상기 U자형 관의 개방된 상측에 상기 바닥부가 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상기한 적어도 하나의 전지 모듈, 및 상기 히트 싱크 하부에 위치하여 상기 전지 모듈을 수납하는 팩 프레임을 포함하ㄹ 수 있다.
상기 제1 마운팅부 및 상기 제2 마운팅부는, 상기 돌출 방향에 수직한 방향으로 각각 상기 제1 마운팅부 및 상기 제2 마운팅부를 관통하도록 형성된 관통홀을 포함하고, 상기 팩 프레임은 상기 관통홀에 대응하는 위치에 체결홀을 포함하고, 상기 관통홀을 관통하여, 상기 팩 프레임의 체결홀에 결합되는 마운팅 볼트를 포함할 수 있다.
상기 제1 마운팅부는 2개이며, 상기 제1 및 제2 마운팅부와, 상기 체결홀이 결합하는 지점은 3개 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기한 적어도 하나의 전지 팩을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 모듈 프레임과 히트 싱크의 일체화된 전지 모듈 구조를 통해 대면적인 경우에도 냉각 성능을 향상시키는 동시에, 진동 및 충격에 대한 구조적 안정성을 향상시킨 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 전지 모듈을 z축 방향을 따라 전지 모듈의 아래에서 위로 바라본 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에 대한 부분 사시도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 전지 모듈을 z축 방향을 따라 전지 모듈의 아래에서 위로 바라본 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)를 수납하는 모듈 프레임(200), 모듈 프레임(200)의 개방된 서로 대응하는 양측(y축 방향과 그 반대 방향)에 위치하여 전지셀 적층체(120)를 커버하도록 형성된 엔드 플레이트(400) 및 전지 모듈(100)의 냉각을 위한 냉각 포트(500)를 포함한다. 또한, 전지 모듈(100)은 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에 아래에 위치하는 히트 싱크(300)를 포함할 수 있고, 냉각 포트(500)를 통해 히트 싱크(300)에 냉매를 공급하고, 히트 싱크(300)로부터 냉매를 배출할 수 있는 적어도 2개의 냉각 포트(500)를 포함할 수 있다.
전지셀(110)은 파우치형 전지셀일 수 있다. 이러한 파우치형 전지셀은, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시티의 파우치 케이스에 전극 조립체를 수납한 뒤, 상기 파우치 케이스의 외주부를 열융착하여 형성될 수 있다. 이때, 전지셀(110)은 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성한다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이 x축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)이 적층될 수 있다.
전지셀 적층체(120)를 수납하는 모듈 프레임(200)은 상부 커버(220) 및 U자형 프레임(210)을 포함할 수 있다.
U자형 프레임(210)은 바닥부(210a) 및 바닥부(210a)의 양 단부에서 상향 연장된 2개의 측면부(210b)를 포함할 수 있다. 바닥부(210a)는 전지셀 적층체(120)의 하면(z축 반대 방향)을 커버할 수 있고, 측면부(210b)는 전지셀 적층체(120)의 양 측면(x축 방향과 그 반대 방향)을 커버할 수 있다.
상부 커버(220)는 U자형 프레임(210)에 의해 감싸지는 상기 하면 및 상기 양 측면을 제외한 나머지 상면(z축 방향)을 감싸는 하나의 판상형 구조로 형성될 수 있다. 상부 커버(220)와 U자형 프레임(210)은 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등에 의해 결합됨으로써, 전지셀 적층체(120)를 상하좌우로 커버하는 구조를 형성할 수 있다. 상부 커버(220)와 U자형 프레임(210)을 통해 전지셀 적층체(120)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이를 위해 상부 커버(220)와 U자형 프레임(210)는 소정의 강도를 갖는 금속 재질을 포함할 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 변형예에 따른 모듈 프레임(200)은 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재 형태의 모노 프레임일 수 있다. 즉, U자형 프레임(210)과 상부 커버(220)가 상호 결합되는 구조가 아니라, 압출 성형으로 제조되어 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 구조일 수 있다.
본 실시예에 따른 모듈 프레임(200)은, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)가 연장되어 엔드 플레이트(400)를 지나도록 형성된 모듈 프레임 돌출부(211)를 포함할 수 있다. 이때, 모듈 프레임 돌출부(211)의 상면부와 연결되는 냉각 포트(500)에 의해 유입 및 배출되는 냉매가, 모듈 프레임 돌출부(211)를 통해 히트 싱크(300)로 공급 및 히트 싱크(300)로부터 배출될 수 있다.
모듈 프레임 돌출부(211) 및 여기에 연결된 냉각 포트(500)는 모듈 프레임(200)의 일변, 예를 들면 도면의 x축 방향에 나란한 일변을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)는 히트 싱크(300)의 상부 플레이트를 구성하며, 히트 싱크(300)의 함몰부(340)와 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)가 냉매의 유로를 형성할 수 있다.
구체적으로, 히트 싱크(300)는 모듈 프레임(200)의 하부에 형성되고, 히트 싱크(300)는, 히트 싱크(300)의 골격을 형성하고 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)와 용접 등으로 직접 결합하는 하부 플레이트(310) 및 냉매가 유동하는 경로인 함몰부(340)를 포함할 수 있다. 또한, 히트 싱크(300)는 히트 싱크(300)의 일 변으로부터 모듈 프레임 돌출부(211)가 위치한 부분으로 돌출된 히트 싱크 돌출부(300P)를 포함할 수 있다.
히트 싱크 돌출부(300P)와 모듈 프레임 돌출부(211)는 서로 용접 등의 방법으로 직접 결합될 수 있다. 히트 싱크(300)의 함몰부(340)는, 하부 플레이트(310)가 하측으로 함몰 형성된 부분에 해당한다. 함몰부(340)는 냉매 유로가 뻗는 방향 기준으로 수직하게 xy평면으로 자른 단면이 U자형 관일 수 있으며, 상기 U자형 관의 개방된 상측에 바닥부(210a)가 위치할 수 있다. 히트 싱크(300)가 바닥부(210a)와 접하면서, 함몰부(340)과 바닥부(210a) 사이의 공간이 냉매가 유동하는 영역, 즉 냉매의 유로가 된다. 이에 따라, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)가 상기 냉매와 직접 접촉할 수 있다.
히트 싱크(300)의 함몰부(340)의 제조 방법에 특별한 제한은 없으나, 판상형의 히트 싱크(300)에 대해 함몰 형성된 구조를 마련함으로써, 상측이 개방된 U자형 함몰부(340)를 형성할 수 있다. 또한 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)는 히트 싱크(300) 중 함몰부(340)가 형성되지 않은 하부 플레이트(310) 부분과 용접을 통해 접합될 수 있다. 이와 같이, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)와 히트 싱크(300)의 냉각 일체형 구조를 통해, 상술한 냉각 성능 향상뿐만 아니라 모듈 프레임(200)에 수용된 전지셀 적층체(120)의 하중을 지지하고 전지 모듈(100)의 강성을 보강하는 효과를 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 하부 플레이트(310)와 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)는 용접 결합 등을 통해 밀봉됨으로써, 하부 플레이트(310) 내측에 형성된 함몰부(340)에서 냉매가 누설 없이 유동할 수 있다. 한편, 상기 냉매는 냉각을 위한 매개물로써, 특별한 제한은 없으나, 냉각수일 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 도 4의 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)와 전지셀 적층체(120) 사이에 열전도성 수지(Thermal resin)를 포함하는 열전도성 수지층이 위치할 수 있다. 상기 열전도성 수지층은 열전도성 수지(Thermal resin)를 바닥부(210a)에 도포하고, 도포된 열전도성 수지가 경화되어 형성될 수 있다.
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(120)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 전달할 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 모듈 프레임(200)의 개방된 서로 대응하는 양측(y축 방향과 그 반대 방향)에 위치하여 전지셀 적층체(120)를 커버하도록 형성될 수 있다. 이러한 엔드 플레이트(400)는 외부의 충격으로부터 전지셀 적층체(120) 및 기타 전장품을 물리적으로 보호할 수 있다. 한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(400) 사이에는 버스바가 장착되는 버스바 프레임 및 전기적 절연을 위한 절연 커버 등의 위치할 수 있다.
또한, 엔드 플레이트(400)에는, 후술하는 전지 팩의 팩케이스에 전지 모듈(100)을 고정하기 위한 복수의 마운팅부(410, 420)을 포함할 수 있다. 복수의 마운팅부(410, 420)은, 엔드 플레이트(400)를 기준으로 전지셀 적층체(120)가 위치하는 일측면과 반대되는 다른 일측면으로부터 돌출되어 연장될 수 있다. 즉, 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(100)로부터 돌출되어 나오는 전극 리드의 돌출 방향(y축 방향)으로 연장되어 형성된다.
이 중 제1 마운팅부(410)은 엔드 플레이트(400)의 양쪽 측단부, 즉 도면에서 x축 방향의 양측 단부에 인접하여 위치할 수 있다. 제1 마운팅부(410)에 의해, 엔드 플레이트(400)의 양쪽 단부가 안정적으로 고정될 수 있다. 제1 마운팅부(410)는 모듈 프레임(200)의 양측 단부에 배치된 한 쌍의 엔드 플레이트(400) 모두에 구비될 수 있다.
제2 마운팅부(420)는, 적어도 2개의 냉각 포트(500) 중 이웃하는 2개의 냉각 포트(500) 사이에 대응하여 배치된다. 예를 들면, 도면에 도시한 바와 같이, 2개의 냉각 포트(500)를 구비하는 경우, 2개의 냉각 포트(500) 사이에 제2 마운팅부(420)가 배치될 수 있다.
종래에는, 이러한 제2 마운팅부(420) 없이, 단지 엔드 플레이트(400)의 단부만을 고정하도록 구성되었으나, 전지 모듈(100)의 면적이 넓어짐에 따라, 진동 및 충격에 취약성을 갖는 부분이 더욱 증가하여, 파손이 발생할 가능성이 높았다. 특히, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에 히트 싱크(300)를 일체로 형성함에 따라, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)로부터 돌출된 모듈 프레임 돌출부(211) 등의 구조적 변형이 수반되고, 이와 같이 구조가 변형된 부분에서는, 구조적 취약성이 더욱 문제가 될 수 있다. 냉각 포트(500)와 모듈 프레임 돌출부(211)의 연결부, 히트 싱크(300)의 하부 플레이트(310)와 모듈 프레임(200)의 결합부 등과 같이 부품간 연결 부위가 증가함에 따라 진동이나 충격에 의해 파손될 가능성이 더욱 높아지기 때문이다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에서는, 상술한 바와 같이 이웃하는 냉각 포트(500) 사이에, 제2 마운팅부(420)를 더욱 구비하기 때문에, 냉각 포트(500) 및 히트 싱크(300)가 일체로 형성되어 있는 구조 및 대면적의 구조에서도, 전지 모듈(100)을 안정적으로 고정하여 진동 및 충격에 대한 강도를 증대시킬 수 있으며, 냉각 포트(500)와 히트 싱크(300)가 모듈 프레임(200) 등과 연결된 부분의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 도면에서는, 냉각 포트(500)가 한 쌍의 엔드 플레이트(400) 중 어느 한쪽에만 대응하여 형성되어 있으나, 양측에 모두 형성되어 있어도 무방하며, 또한 냉각 포트(500)가 형성되지 않은 엔드 플레이트(400)에서도, 특히 대면적화에 따른 구조적 취약성을 보완하기 위하여 추가로 제2 마운팅부(420)를 구비하고 있어도 좋다. 아울러 제2 마운팅부(420)는 강도 증가의 필요에 따라 추가로 더욱 구비하고 있어도 좋으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지 모듈(100)은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩(1000)을 형성할 수 있다.
이하에서는, 도 4를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에 대한 부분 사시도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 전지 팩(1000)은 전지 모듈(100) 및 전지 모듈(100)을 수납하는 팩 프레임(1100)을 포함한다. 팩 프레임(1100)은 전지 모듈(100)의 히트 싱크(300) 하부에 위치할 수 있다.
전지 모듈(100)은, 엔드 플레이트(400)에 포함된 제1 및 제2 마운팅부(410, 420)에 의해 팩 프레임(1100)에 고정될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 마운팅부(410, 420)에는, 엔드 플레이트(400)로부터 돌출된 방향에 수직한 방향, 즉 도면에서 z축 방향으로 관통된 관통홀을 포함한다. 또한 팩 프레임(1100)은 이러한 관통홀에 대응하는 위치에 체결홀을 포함한다. 관통홀과 체결홀이 정렬된 상태에서, 이들을 관통하는 마운팅 볼트(700)를 체결하는 것에 의해, 전지 모듈(100)이 팩 프레임(1100)에 고정된다.
이 때, 제1 마운팅부(410)은 하나의 엔드 플레이트(400)에서 양 측단부에 대응하여 2개 존재할 수 있고, 제2 마운팅부(420)는 이웃하는 냉각 포트(500) 사이에 적어도 하나 존재할 수 있는바, 제1 및 제2 마운팅부(410, 420)와 팩 프레임(1100)의 체결홀이 결합하는 고정 지점은 하나의 엔드 플레이트(400)에서 3개 이상 존재할 수 있다. 이와 같이, 팩 프레임(1100)에 전지 모듈(100)을 고정할 때에, 구조적으로 취약점이 발생할 수 있는 부분에 대해 추가로 고정 지점을 포함하는 것에 의해, 진동이나 충격에 의해 전지 모듈(100)이 파손되거나, 대면적, 대용량 전지 모듈(100)에 있어서 전지 모듈(100) 자체의 무게에 의해 처지는 것을 방지할 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.
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.
200: 모듈 프레임
211: 모듈 프레임 돌출부
300: 히트 싱크
400: 엔드 플레이트
410: 제1 마운팅부
420: 제2 마운팅부
500: 냉각 포트
700: 마운팅 볼트

Claims (11)

  1. 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임;
    상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 덮고 상기 모듈 프레임과 결합되는 엔드 플레이트;
    상기 모듈 프레임의 바닥부 아래에 위치하는 히트 싱크; 및
    상기 히트 싱크와 연결되어 상기 히트 싱크에 냉매를 공급하기 위한 적어도2개의 냉각 포트를 포함하고,
    상기 엔드 플레이트는
    상기 엔드 플레이트의 측단부와, 상기 적어도 2개의 냉각 포트 중 상기 측단부에 인접한 냉각 포트 사이에 위치하고, 상기 전지셀로부터 돌출되어 나오는 전극 리드의 돌출 방향으로 연장된 제1 마운팅부, 및
    상기 적어도 2개의 냉각 포트 중 이웃하는 2개의 냉각 포트 사이에 위치하고, 상기 전지셀로부터 돌출되어 나오는 전극 리드의 돌출 방향으로 연장된 제2 마운팅부를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 마운팅부 및 상기 제2 마운팅부는, 상기 돌출 방향에 수직한 방향으로 각각 상기 제1 마운팅부 및 상기 제2 마운팅부를 관통하도록 형성된 관통홀을 포함하는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 냉각 포트 중 어느 하나는 냉매 주입 포트이고, 다른 하나는 냉매 배출 포트인 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은, 상기 적어도 2개의 냉각 포트에 대응하는 위치에서 상기 모듈 프레임의 바닥부 일부가 돌출되어 형성되는 적어도 2개의 모듈 프레임 돌출부를 포함하는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임의 바닥면은 상기 히트 싱크의 상부 플레이트을 구성하고,
    상기 모듈 프레임의 바닥부가 상기 냉매와 접촉하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 히트 싱크는 판상형 본체로부터 함몰된 함몰부를 포함하고, 상기 함몰부와 상기 모듈 프레임의 바닥면이 구성하는 상부 플레이트가 결합하여 상기 냉매의 유로를 형성하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 함몰부는 U자형 관이며, 상기 U자형 관의 개방된 상측에 상기 바닥부가 위치하는 전지 모듈.
  8. 제1항에 따른 적어도 하나의 전지 모듈; 및
    상기 히트 싱크 하부에 위치하여 상기 전지 모듈을 수납하는 팩 프레임을 포함하는 전지 팩.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 마운팅부 및 상기 제2 마운팅부는, 상기 돌출 방향에 수직한 방향으로 각각 상기 제1 마운팅부 및 상기 제2 마운팅부를 관통하도록 형성된 관통홀을 포함하고,
    상기 팩 프레임은 상기 관통홀에 대응하는 위치에 체결홀을 포함하고,
    상기 관통홀을 관통하여, 상기 팩 프레임의 체결홀에 결합되는 마운팅 볼트를 포함하는 전지 팩.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 마운팅부는 2개이며,
    상기 제1 및 제2 마운팅부와, 상기 체결홀이 결합하는 지점은 3개 이상인 전지 팩.
  11. 제8항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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