KR20220008558A - 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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KR20220008558A
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박수빈
성준엽
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 복수의 모듈 영역을 갖는 하부 팩 하우징, 상기 모듈 영역 내에서 상기 하부 팩 하우징에 도포된 열전도성 수지층, 상기 열전도성 수지층 상의 상기 복수의 모듈 영역 각각에 장착되어 있는 복수의 전지 셀 적층체, 및 상기 복수의 전지 셀 적층체를 덮는 상부 팩 하우징을 포함한다.

Description

전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스{BATTERY PACK AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 생산성이 향상된 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 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. 한편, 전지 모듈은, 전지 셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지 셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임을 포함할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈에서 프레임 바닥부에 형성된 홀을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈을 상하로 뒤집은 모습을 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면도이다. 도 4는 도 2의 전지 모듈이 히트 싱크와 결합된 모습을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 전지 모듈은 전지 셀 적층체(15)를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지 셀 적층체(15)를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임(10)을 포함할 수 있다. 모듈 프레임(10)은 탑부(12)와 바텀부(11)를 갖고, 도 2의 전지 모듈을 상하로 뒤집은 모습을 나타내는 도 1을 참고하면, 모듈 프레임(10)의 바텀부(11)에는 주액 홀(20)이 형성될 수 있다.
이러한 주액 홀(20)을 통해 열전도성 수지가 전지 셀 적층체(15)와 모듈 프레임(10)의 바텀부(11) 사이에 주액되어 도 3에 도시한 바와 같은 열전도성 수지층(40)을 형성할 수 있다.
열전도성 수지층(40)은 전지 셀 적층체(15)에서 발생한 열을 전지 모듈 바깥으로 전달할 수 있다. 모듈 프레임(10)의 바텀부(11)에는 체킹 홀(30)이 더 형성되며, 열전도성 수지를 주액할 때 필요 이상으로 주입된 열전도성 수지는 체킹 홀(30)을 통해 전지 모듈 바깥으로 토출될 수 있고, 이를 통해 주액량을 확인할 수 있다.
도 1은, 열전도성 수지를 주액하기 위해 전지 모듈을 180도 뒤집은 상태이며, 이때 도 3에 도시한 바와 같이 전지 모듈 내부의 부품들이 중력에 의해 아래로 이동할 수 있다. 전지 모듈 내부에는 복수의 전지 셀(14)이 적층되어 형성된 집합체인 전지 셀 적층체(15)가 장착되어 있고, 중력에 의해 전지 셀 적층체(15)가 아래로 이동하기 때문에, 열전도성 수지를 주액할 수 있는 공간이 원래 설계된 공간보다 넓어지고, 이때 열전도성 수지가 주액되어 바텀부(11)와 전지 셀 적층체(15) 사이의 공간을 채우는 열전도성 수지의 양이 필요 이상으로 증가할 수 있다. 이에 따라 역토출이 일어나거나 미경화에 의해 전지 모듈의 품질 이슈를 발생시킬 수 있다.
도 4를 참고하면, 도 2의 전지 모듈은 전지 셀(14)에서 발생한 열을 냉각시키기 위해 히트 싱크(60)와 결합하여 전지 팩을 형성할 수 있다. 이때, 히트 싱크(60)는, 냉매가 유입되는 인렛, 냉매가 유출되는 아웃렛, 인렛과 아웃렛을 연결하는 냉각 유로가 형성된 하부 플레이트(62), 및 하부 플레이트(62)를 덮는 상부 플레이트(61)를 포함한다. 여기서, 전지 모듈의 바텀부(11)와 히트 싱크(60) 사이에 열전달 부재(50)가 더 형성될 수 있다.
전지 셀(14)로부터 발생한 열은, 열전도성 수지층(40), 모듈 프레임(10)의 바텀부(11), 열전달 부재(50) 및, 바텀부(11)의 하면에 위치한 히트 싱크(60)를 차례로 거쳐 전지 모듈 외부로 전달된다. 그런데, 이러한 경우 열 전달 경로가 복잡하여, 전지 셀(14)로부터 발생한 열이 효과적으로 전달되기 어렵다. 모듈 프레임(10) 자체가 열전도 특성을 저하시킬 수 있고, 모듈 프레임(10), 열전달 부재(50) 및 히트 싱크(60) 각각의 사이에 형성될 수 있는 에어 갭(Air gap) 등의 미세한 공기층도 열전도 특성을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
또한, 도 2를 다시 참고하면, 전지 셀 적층체(15)의 전면(x축 방향) 및 후면(x축 반대 방향)을 덮도록 엔드 플레이트(25)가 형성될 수 있다. 엔드 플레이트(25)는 외부의 충격으로부터 전지 셀 적층체(15) 및 기타 전장품을 물리적으로 보호하며, y축과 평행한 방향을 기준으로 엔드 플레이트(25)의 최외각에 위치하는 모듈 마운팅 구조(28)에 의해 전지 모듈을 팩 프레임과 고정하여 전지 팩을 형성할 수 있다. 이러한 모듈 마운팅 구조(28)는 볼트 등의 체결 부재를 필요로 하여 생산성이 떨어질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 제조 공정의 단순화를 통해 냉각 효율 및 생산성을 향상시키는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 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 팩은 복수의 모듈 영역을 갖는 하부 팩 하우징, 상기 모듈 영역 내에서 상기 하부 팩 하우징에 도포된 열전도성 수지층, 상기 열전도성 수지층 상의 상기 복수의 모듈 영역 각각에 장착되어 있는 복수의 전지 셀 적층체, 및 상기 복수의 전지 셀 적층체를 덮는 상부 팩 하우징을 포함한다.
상기 복수의 모듈 영역은 상기 하부 팩 하우징 내에 형성된 복수의 격벽으로 구획되고, 상기 격벽은 상기 복수의 전지 셀 적층체 중 이웃하는 전지 셀 적층체 사이에 위치할 수 있다.
상기 열전도성 수지층은 제1 열전도성 수지층과 제2 열전도성 수지층을 포함하고, 상기 복수의 모듈 영역은 상기 격벽에 의해 서로 구획되는 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 열전도성 수지층은 상기 제1 영역에 대응되도록 형성되고, 상기 제2 열전도성 수지층은 상기 제2 영역에 대응되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 열전도성 수지층과 상기 제2 열전도성 수지층은 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 전지 팩은 상기 복수의 전지 셀 적층체 상부에 도포된 써멀 페이스트층을 더 포함할 수 있다.
상기 써멀 페이스트층은 상기 상부 팩 하우징과 상기 전지 셀 적층체를 결합하는 접착 성분을 포함할 수 있다.
상기 복수의 모듈 영역의 제1 영역 및 제2 영역 각각에 제1 전지 셀 적층체 및 제2 전지 셀 적층체가 장착되어 있고, 상기 격벽의 높이는 상기 제1 전지 셀 적층체의 측면의 높이 및 상기 제2 전지 셀 적층체의 측면의 높이보다 높을 수 있다.
상기 전지 셀 적층체는 제1 방향을 따라 적층되어 있는 복수의 전지 셀을 포함하고, 상기 전지 셀 적층체는 상기 제1 방향을 따라 서로 이웃하는 전지 셀 사이에 위치하는 접착 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 열전도성 수지층은 상기 하부 팩 하우징과 상기 전지 셀 적층체를 결합하는 접착 성분을 포함할 수 있다.
상기 전지 팩은 상기 하부 팩 하우징과 상기 열전도성 수지층 사이에 위치하는 방열층을 더 포함할 수 있다.
상기 전지 팩은 상기 전지 셀 적층체에 포함된 전지 셀들로부터 각각 돌출된 전극 리드들, 및 상기 전극 리드들이 돌출된 상기 전지 셀 적층체의 전면 및 후면을 덮는 절연 커버를 더 포함하고, 상기 절연 커버는 상기 하부 팩 하우징과 마주볼 수 있다.
상기 절연 커버에는 단자 버스바 개구부가 형성되어 있고, 상기 단자 버스바 개구부를 통해 단자 버스바가 외부와 연결되며, 상기 단자 버스바 개구부는, 상기 전지 셀 적층체에 포함된 복수의 전지 셀의 적층 방향을 기준으로 상기 절연 커버의 최외각에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 앞에서 설명한 전지 팩을 포함한다.
실시예들에 따르면, 모듈 프레임 구조물 없이 팩 하우징에 전지 셀이 직접 조립됨으로써, 열전달 성능이 향상되고, 모듈 조립 후에 팩을 조립하는 방식을 대신하여 팩에 전지 셀을 바로 조립함으로써, 조립 간소화를 통해 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈에서 프레임 바닥부에 형성된 홀을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈을 상하로 뒤집은 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 2의 전지 모듈이 히트 싱크와 결합된 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 7은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 8은 도 5의 전지 모듈에 포함된 절연 커버를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩에 대한 분해 사시도이다.
도 10은 도 9의 x축 방향을 따라 xz 평면으로 자른 단면도 일부를 나타낸다.
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 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 7은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지 셀에 대한 사시도이다.
도 5 내지 도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)이 적층된 전지 셀 적층체(200)를 포함한다.
우선, 전지 셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하며, 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)를 포함하고, 전극 리드(111, 112)는 셀 본체(113)를 기준으로 서로 반대 방향을 향하고 있다. 전극 리드(111, 112)는 셀 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, 상기 전극 조립체(미도시)로부터 전지 셀(110)의 외부로 돌출된다. 두 개의 전극 리드(111, 112) 중 하나는 양극 리드(111)일 수 있고, 다른 하나는 음극 리드(112)일 수 있다. 즉, 하나의 전지 셀(110)을 기준으로 양극 리드(111)와 음극 리드(112)가 서로 반대 방향을 향하도록 돌출될 수 있다.
한편, 전지 셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 총 3군데의 실링부를 갖고, 실링부는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
이러한 전지 셀(110)은 복수개로 형성될 수 있으며, 복수의 전지 셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지 셀 적층체(200)를 형성한다. 특히, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 방향인 x축 방향을 따라 복수의 전지 셀(110)이 적층될 수 있다. 이에 따라 전극 리드(111, 112)는 각각 y축 방향과 -y축 방향으로 돌출될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 도 1 내지 도 4에서 설명한 종래의 전지 모듈과 달리, 모듈 프레임과 금속 재질의 엔드 플레이트가 제거된 모듈-리스(module-less) 구조를 형성할 수 있다. 모듈 프레임을 대신하여, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 측면 플레이트(600)와 홀딩 밴드(700)를 포함할 수 있다. 모듈 프레임과 엔드 플레이트가 제거됨에 따라, 전지 셀 적층체(200)를 모듈 프레임 내부에 수납하는 공정이나, 모듈 프레임과 엔드 플레이트를 조립하는 공정과 같이 정밀한 컨트롤이 요구되는 복잡한 공정이 불필요하다. 또한, 제거된 모듈 프레임과 엔드 플레이트만큼 전지 모듈(100)의 무게를 크게 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 모듈 프레임의 제거에 따라, 전지 팩 조립 공정 시 재작업성이 유리하다는 장점을 가질 수 있다. 이에 반해, 종래의 전지 모듈은 모듈 프레임의 용접 구조로 인해 불량이 발생하여도 재작업이 불가능하였다.
측면 플레이트(600)는 판상형 부재로써, 전지 셀 적층체(200)의 양 측면에 위치하여, 전지 모듈(100)의 강성을 보완할 수 있다. 이러한 측면 플레이트(600)는 탄성 성질을 가지며 사출 성형으로 제조되는 플라스틱 소재를 포함할 수 있고, 경우에 따라서 판 스프링 소재가 적용될 수 있다.
홀딩 밴드(700)는 전지 셀 적층체(200)의 양 단부에서 전지 셀 적층체(200)를 감싸는 부재로써, 전지 셀 적층체(200)를 구성하는 복수의 전지 셀(110)들과 측면 플레이트(600)를 고정하는 기능을 할 수 있다. 이와 같이, 홀딩 밴드(700)를 통해 전지 셀 적층체(200) 및 측면 플레이트(600)를 고정한 후, 전극 리드(111, 112)가 돌출되는 방향에 해당하는 전지 셀 적층체(200)의 전면과 후면에 절연 커버(400)를 위치시킬 수 있다. 이러한 홀딩 밴드(700)는 소정의 탄성력을 갖는 소재로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 판스프링의 구조가 적용될 수 있다.
도 8은 도 5의 전지 모듈에 포함된 절연 커버를 나타내는 사시도이다.
도 6 및 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전극 리드(111, 112)들이 돌출된 전지 셀 적층체(200)의 전면 및 후면을 덮는 절연 커버(400)를 포함할 수 있다. 이러한 절연 커버(400)는 전기적 절연을 띄는 소재를 포함할 수 있으며, 일례로 플라스틱 소재, 고분자 소재 또는 복합 소재를 포함할 수 있다. 또한, 절연 커버(400)는 전지 셀 적층체(200)의 전면 및 후면을 덮을 수 있도록 일종의 바스켓 모양으로 이루어질 수 있다.
앞서 설명한 바 대로, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 엔드 플레이트와 버스바 프레임이 제거될 수 있으며, 대신 절연 커버(400)가 마련될 수 있다. 한편, 전지 셀 적층체(200)의 바깥쪽에 위치한 전지 셀(110)의 전극 리드는 단자 버스바(500)와 전기적으로 연결될 수 있다. 종래의 전지 모듈이 버스바를 통해 전극 리드를 서로 연결한 것과 달리, 본 실시예에 따른 전극 리드(111, 112)는 서로 직접 접합되고, 그 중 일부가 단자 버스바(500)와 전기적으로 연결됨으로써, HV(High Voltage) 연결을 형성할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 HV 연결 구조에서, 버스바 및 버스바가 장착되는 버스바 프레임은 제거될 수 있다. 여기서 HV 연결은 전력을 공급하기 위한 전원 역할을 위한 것으로, 전지 셀 간의 연결이나 전지 모듈 간의 연결을 의미한다.
한편, 본 실시예에 따른 절연 커버(400)는 금속 재질의 엔드 플레이트 등의 구성을 대신하여, LV 커넥터(310)와 단자 버스바(500)의 외부 연결을 안내할 수 있다. 구체적으로, 절연 커버(400)에 LV 커넥터(310)의 외부 연결, 즉 LV(Low Voltage) 연결을 안내하기 위한 커넥터 개구부(440)가 형성될 수 있고, 단자 버스바(500)의 외부 연결, 즉 HV 연결을 안내하기 위한 단자 버스바 개구부(450)가 형성될 수 있다. 여기서 LV 연결은 전지 셀의 전압을 감지하고 제어하기 위한 센싱 연결을 의미한다.
절연 커버(400)는 LV 연결과 HV 연결 시 외부 전도성 물체와의 접촉을 차단하고 절연성을 확보할 수 있다. 또한, HV 연결 과정에서, 단자 버스바(500)에 형성된 관통홀을 통해 볼트 및 너트 체결이 이루어질 수 있는데, 절연 커버(400)에 형성된 단자 버스바 개구부(450)는 상기 볼트 및 너트 체결이 올바르게 이루어질 수 있는 일종의 가이드로써 기능할 수 있다.
본 실시예에 따른 단자 버스바 개구부(450)는, 전지 셀 적층체(200)에 포함된 복수의 전지 셀(110)의 적층 방향을 기준으로 절연 커버(400)의 최외각에 위치할 수 있다. 종래에는 절연 커버 또는 금속 재질의 엔드 플레이트의 최외각에 팩 프레임과 연결되기 위한 모듈 마운팅 구조가 형성되어 있기 때문에 단자 버스바 개구부(450)의 형성 위치에 제약이 있었다. 하지만, 본 실시예에 따르면, 모듈 마운팅 구조를 대신하여, 후술하는 바와 같이 하부 팩 하우징의 바닥부에 도포된 열전도성 수지층에 의해 전지 셀 적층체(200)가 고정될 수 있다. 따라서, 모듈 마운팅 구조를 생략함으로써, 단자 버스바 개구부(450)를 절연 커버(400)의 최외각에 형성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩에 대한 분해 사시도이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 전지 모듈(100), 전지 모듈(100)을 수납하는 팩 프레임(1100) 및 전지 모듈(100)과 팩 프레임(1100)의 바닥부(1111) 사이에 위치하는 열전도성 수지층(1200)을 포함할 수 있다.
먼저, 전지 모듈(100)은 앞서 설명한 바 대로, 절연 커버를 포함하며, 대신 모듈 프레임과 엔드 플레이트가 제거된 모듈-리스(module-less) 구조를 형성할 수 있다. 이러한 전지 모듈(100)이 복수개로 팩 프레임(1100)에 수납되어 전지 팩(1000)을 형성할 수 있다.
팩 프레임(1100)은, 하부 팩 하우징(1110) 및 하부 팩 하우징(1110)을 덮는 상부 팩 하우징(1120)을 포함할 수 있고, 하부 팩 하우징(1110)의 바닥부(1111)에 복수의 전지 모듈(100)이 위치할 수 있다. 하부 팩 하우징(1110)은 복수의 모듈 영역을 가지며, 복수의 모듈 영역은 하부 팩 하우징(1110) 내에 형성된 복수의 격벽(1350)으로 구획될 수 있다. 격벽(1350)은 복수의 전지 모듈(100) 중 서로 이웃하는 전지 모듈(100) 사이에 형성되어 있다. 예를 들어, 열전도성 수지층(1200)은 서로 이웃하는 제1 열전도성 수지층과 제2 열전도성 수지층을 포함하고, 복수의 모듈 영역은 격벽(1350)에 의해 서로 구획되는 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 열전도성 수지층은 상기 제1 영역에 대응되도록 형성되고, 상기 제2 열전도성 수지층은 상기 제2 영역에 대응되도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 열전도성 수지층과 상기 제2 열전도성 수지층은 격벽(1350)에 의해 서로 이격되어 위치할 수 있다.
한편, 열전도성 수지층(1200)은 하부 팩 하우징(1110)의 바닥부(1111)에 열전도성 수지(Thermal resin)가 도포되어 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 전지 모듈(100)을 하부 팩 하우징(1110)에 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 열전도 특성이 뛰어나 전지 모듈(100)에서 발생한 열을 신속히 바닥부(1111)로 전달하여 전지 팩(1000)의 과열을 방지할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 전지 모듈(100)은 모듈 프레임이 생략되기 때문에 도 6의 전지 셀 적층체(200)의 하부면이 하부 팩 하우징(1110)에 도포된 열전도성 수지층(1200) 상에 직접 장착될 수 있다. 이때, 접착 성능을 갖는 열전도성 수지층(1200)에 의해 전지 셀 적층체(200)는 하부 팩 하우징(1110)에 고정될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 모듈 프레임이 제거된 모듈-리스(module-less) 구조에 있어서, 전지 셀(110)의 일부가 외부로 노출될 수 있는데, 구조적 안정성을 위해 노출되는 전지 셀(110)을 고정하는 것이 필수적이다. 이에, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 바닥부(1111)에 전지 모듈(100), 특히 전지 모듈(100)을 구성하는 각각의 전지 셀(110)을 고정할 수 있는 열전도성 수지층(1200)을 형성함으로써, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 모듈 프레임을 생략하여, 전지 셀에서 발생한 열을 열전도성 수지층에서 팩 프레임으로 바로 전달하여 냉각 효율을 높일 수 있다. 팩 프레임에는 도시하지 않았으나 히트 싱크 구조가 형성될 수 있다.
도 10은 도 9의 x축 방향을 따라 xz 평면으로 자른 단면도 일부를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타내며, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 복수의 전지 셀 적층체(200) 상부에 도포된 써멀 페이스트층(1300)을 더 포함할 수 있다. 써멀 페이스트층(1300)은 상부 팩 하우징(1120)과 전지 셀 적층체(200)를 결합하기 위한 접착 성분을 포함할 수 있다. 이때 모듈-리스 구조에 해당하는 본 실시예에 따른 전지 모듈의 고정력을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 전지 모듈(100)과 격벽(1350) 사이에는 측면 플레이트(600)가 형성될 수 있다. 측면 플레이트(600)는 전지 셀 적층체(200)의 최외각 전지 셀(110)의 측면과 마주볼 수 있다. 측면 플레이트(600)는 전지 셀 적층체(200)의 최외각 전지 셀(110)의 측면 및 격벽(1350) 중 적어도 하나에 부착될 수 있다.
복수의 모듈 영역 중 제1 영역에 장착되어 있는 제1 전지 셀 적층체와, 제2 영역에 장착되어 있는 제2 전지 셀 적층체 사이에는 격벽(1350)이 위치할 수 있다. 이때, 격벽(1350)의 높이는 제1 전지 셀 적층체(200a)의 측면의 높이 및 제2 전지 셀 적층체(200b)의 측면의 높이보다 높을 수 있다. 이러한 높이 차이에 의해 써멀 페이스트를 전지 셀 적층체(200) 상부의 원하는 부위에 도포하여 써멀 페이스트층(1300)을 형성함으로써 접착력을 강화시킬 수 있다.
또한, 전지 셀 적층체(200)는 서로 이웃하는 전지 셀(110) 사이에 위치하는 접착 부재(120)를 더 포함할 수 있다. 이러한 접착 부재(120)에 의해 모듈 프레임이 생략됨에 따라 약해질 수 있는 전지 셀 적층체(200)의 고정력을 강화시킬 수 있다. 도시하지는 않았으나, 본 실시예에 따른 전지 팩은, 하부 팩 하우징(1110)과 열전도성 수지층(1200) 사이에 위치하는 방열층을 더 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
200: 전지 셀 적층체
400: 절연 커버
450: 버스바 개구부
700: 홀딩 밴드
1100: 팩 프레임
1110: 하부 팩 하우징
1120: 상부 팩 하우징

Claims (13)

  1. 복수의 모듈 영역을 갖는 하부 팩 하우징,
    상기 모듈 영역 내에서 상기 하부 팩 하우징에 도포된 열전도성 수지층,
    상기 열전도성 수지층 상의 상기 복수의 모듈 영역 각각에 장착되어 있는 복수의 전지 셀 적층체, 및
    상기 복수의 전지 셀 적층체를 덮는 상부 팩 하우징을 포함하는 전지 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 모듈 영역은 상기 하부 팩 하우징 내에 형성된 복수의 격벽으로 구획되고, 상기 격벽은 상기 복수의 전지 셀 적층체 중 이웃하는 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 전지 팩.
  3. 제2항에서,
    상기 열전도성 수지층은 제1 열전도성 수지층과 제2 열전도성 수지층을 포함하고,
    상기 복수의 모듈 영역은 상기 격벽에 의해 서로 구획되는 제1 영역과 제2 영역을 포함하며,
    상기 제1 열전도성 수지층은 상기 제1 영역에 대응되도록 형성되고, 상기 제2 열전도성 수지층은 상기 제2 영역에 대응되도록 형성되는 전지 팩.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 열전도성 수지층과 상기 제2 열전도성 수지층은 서로 이격되어 위치하는 전지 팩.
  5. 제3항에서,
    상기 복수의 전지 셀 적층체 상부에 도포된 써멀 페이스트층을 더 포함하는 전지 팩.
  6. 제5항에서,
    상기 써멀 페이스트층은 상기 상부 팩 하우징과 상기 전지 셀 적층체를 결합하는 접착 성분을 포함하는 전지 팩.
  7. 제6항에서,
    상기 복수의 모듈 영역의 제1 영역 및 제2 영역 각각에 제1 전지 셀 적층체 및 제2 전지 셀 적층체가 장착되어 있고,
    상기 격벽의 높이는 상기 제1 전지 셀 적층체의 측면의 높이 및 상기 제2 전지 셀 적층체의 측면의 높이보다 높은 전지 팩.
  8. 제1항에서,
    상기 전지 셀 적층체는 제1 방향을 따라 적층되어 있는 복수의 전지 셀을 포함하고,
    상기 전지 셀 적층체는 상기 제1 방향을 따라 서로 이웃하는 전지 셀 사이에 위치하는 접착 부재를 더 포함하는 전지 팩.
  9. 제1항에서,
    상기 열전도성 수지층은 상기 하부 팩 하우징과 상기 전지 셀 적층체를 결합하는 접착 성분을 포함하는 전지 팩.
  10. 제9항에서,
    상기 하부 팩 하우징과 상기 열전도성 수지층 사이에 위치하는 방열층을 더 포함하는 전지 팩.
  11. 제1항에서,
    상기 전지 셀 적층체에 포함된 전지 셀들로부터 각각 돌출된 전극 리드들, 및
    상기 전극 리드들이 돌출된 상기 전지 셀 적층체의 전면 및 후면을 덮는 절연 커버를 더 포함하고,
    상기 절연 커버는 상기 하부 팩 하우징과 마주보는 전지 팩.
  12. 제11항에서,
    상기 절연 커버에는 단자 버스바 개구부가 형성되어 있고, 상기 단자 버스바 개구부를 통해 단자 버스바가 외부와 연결되며,
    상기 단자 버스바 개구부는, 상기 전지 셀 적층체에 포함된 복수의 전지 셀의 적층 방향을 기준으로 상기 절연 커버의 최외각에 형성되는 전지 팩.
  13. 제1항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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