KR20220025419A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 상기 복수의 전지셀 사이에 배치된 압축 패드; 및 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이에 형성된 열전도성 수지층을 포함하고, 상기 압축 패드는 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접촉하도록 형성된다.

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 내구성이 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 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임, 상기 복수의 전지셀 사이에 배치된 압축 패드를 포함한다.
도 1은 종래 전지 모듈을 나타낸 단면도이다. 도 2는 도 1의 A부분을 확대한 도면이다. 도 3은 도 2의 압축 패드가 힘을 받는 부분을 표시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 전지 모듈은, 복수의 전지셀(10)이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임(20), 복수의 전지셀 사이에 배치된 압축 패드(30), 전지셀 적층체와 모듈 프레임 바닥부 사이에 형성된 열전도성 수지층(40)을 포함할 수 있다.
전지셀(10)들 내부의 전해액이 기화됨으로써 전지셀(10)들이 팽창하는 스웰링(Swelling) 현상이 발생할 수 있다. 스웰링 현상이 발생하면, 전지셀(10)들이 부풀어 올라 전지셀(10)들 사이에 형성된 압축 패드(30)를 가압할 수 있다.
이때 도 3에 도시된 바와 같이, 스웰링 현상으로 인해 압축 패드(30)의 양측 하단부에 응력이 집중되는 현상이 발생할 수 있다. 응력이 집중되는 압축 패드(30)의 양측 하단부는, 하측에 경화된 열전도성 수지층(40)이 자리잡고 있으며, 양측에는 전지셀(10)들이 위치할 수 있다. 이때 압축 패드(30)의 양측에 위치한 전지셀(10)들이 스웰링 되면서, 압축 패드(30)의 양측 하단부에 응력이 집중될 수 있다.
압축 패드(30)의 양측 하단부에 응력이 집중될 경우, 응력이 집중된 부위가 손상될 우려가 있으며, 전지 모듈의 장기적인 사용시 모듈 내부의 내구성이 악화될 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내부의 응력 집중 부위를 삭제함으로써, 전지 모듈의 내구성을 향상시키는 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 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 상기 복수의 전지셀 사이에 배치된 압축 패드; 및 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이에 형성된 열전도성 수지층을 포함하고, 상기 압축 패드는 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접촉하도록 형성된다.
상기 압축 패드는 상기 모듈 프레임 바닥부와 상기 전지셀 적층체 사이 공간을 분할하고, 상기 열전도성 수지층은 상기 압축 패드로부터 분할된 공간에 각각 분할 도포될 수 있다.
상기 압축 패드와 상기 복수의 전지셀은 접착 부재에 의해 고정될 수 있다.
열전도성 수지가 도포되어 형성된 상기 열전도성 수지층은 경화되어 상기 모듈 프레임과 상기 복수의 전지셀을 고정할 수 있다.
상기 압축 패드는 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀과 상기 모듈 프레임의 양측면 사이에 각각 배치될 수 있다.
상기 압축 패드는 상기 전지셀 적층체의 중앙에 배치될 수 있다.
상기 복수의 전지셀은 접착 부재를 통해 서로 고정될 수 있다.
상기 복수의 전지셀은, 상기 압축 패드를 중심으로 서로 마주보는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 압축 패드의 하단 가운데 부분은 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접착 부재를 통해 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기 전지 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 압축 패드를 모듈 프레임 바닥부에 닿도록 연장 형성함으로써 응력 집중 부위를 삭제하고 전지 모듈의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부분을 확대한 도면이다.
도 3은 도 2의 압축 패드가 힘을 받는 부분을 표시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 D-D 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 B 부분을 나타낸 확대도이다.
도 7은 도 6의 압축 패드가 전지셀들의 스웰링 현상에 의해 압축된 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 C 부분을 확대한 도면이다.
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 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 도면이다. 도 5는 도 4의 D-D 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(110)이 적층되어 있는 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하는 모듈 프레임(200), 복수의 전지셀(110) 사이에 배치된 압축 패드(300) 및 전지셀 적층체(100)와 모듈 프레임(200)의 바닥부(210) 사이에 형성된 열전도성 수지층(400)을 포함한다. 압축 패드(300)는 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)와 접촉하도록 형성된다.
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 적층체(100)를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀(110)은 각각 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
전지셀 적층체(100)는, 하부면 및 양측면을 커버하는 모듈 프레임(200) 및 상부 면을 커버하는 상부 플레이트(230)로 둘러싸여 형성된다. 이때 모듈 프레임(200) 상에 전지셀 적층체(100)가 삽입되고, 그 후 상부 플레이트(230)을 통해 전지셀 적층체의 상측면을 커버하는 방법으로 전지셀 적층체(100)가 모듈 프레임(200) 내부에 장착될 수 있다.
모듈 프레임(200) 및 상부 플레이트(230)은 서로 결합되어 모듈 프레임(200) 내부에 위치한 전지셀 적층체(100)를 수용한다. 이때 모듈 프레임(200)과 상부 플레이트(230)는 용접을 통해 서로 결합될 수 있다. 보다 상세하게는, 모듈 프레임(200)의 양측면 상부 모서리와 상부 플레이트(230)의 양측 하면이 용접을 통해 서로 결합될 수 있다.
전지셀 적층체(100)의 전후면에는 각각 버스바 프레임(미도시)이 형성된다. 버스바 프레임은 버스바 및 셀 연결 보드를 포함하며, 복수개의 전지셀(110)의 전극 리드들을 전기적으로 연결할 수 있도록 전지셀 적층체의 전후면을 커버하여 형성될 수 있다. 버스바 프레임의 외측에는 각각 엔드 플레이트(240)가 장착될 수 있다. 엔드 플레이트(240)는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임에 구비된 여러 전장품을 보호하고, 동시에 버스바 프레임과 외부 전원 간의 전기적 연결을 안내할 수 있다. 엔드 플레이트(240)와 버스바 프레임 사이에는 절연 부재(미도시)가 삽입되어, 버스바 프레임과 외부와의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 전지셀(110) 사이에는 압축 패드(300)가 형성된다. 압축 패드(300)는 전지셀(110)들의 스웰링을 흡수하여 전지 모듈 내부의 내구성을 확보할 수 있다. 복수의 전지셀(110)은 압축 패드(300)를 중심으로 서로 마주보는 방향으로 배치될 수 있다. 압축 패드(300)를 중심으로 복수의 전지셀(110)들이 대칭으로 형성됨에 따라, 압축 패드(300)의 양단에 동일한 응력이 가해질 수 있다.
전지셀 적층체(100)와 모듈 프레임(200)의 바닥부(210) 사이에는 열전도성 수지층(400)이 형성될 수 있다. 열전도성 수지층(400)은 전지셀 적층체(100)로부터 발생하는 열을 외부로 전달할 수 있다. 열전도성 수지층(400)은 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)에 열전도성 수지가 도포되어 형성될 수 있다. 도포된 열전도성 수지는 모듈 프레임(200)에 삽입된 전지셀 적층체(100)와 바닥부(210) 사이에서 경화되어 모듈 프레임(200)과 전지셀 적층체(100)를 고정시킬 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 패드를 포함하는 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 6은 도 5의 B 부분을 나타낸 확대도이다. 도 7은 도 6의 압축 패드가 전지셀들의 스웰링 현상에 의해 압축된 모습을 나타낸 도면이다. 도 8은 도 7의 C 부분을 확대한 도면이다.
본 실시예에 따르면, 압축 패드(300)는 모듈 프레임의 바닥부(210)와 접촉하도록 형성된다. 종래에는 도 3에 도시된 바와 같이 압축 패드의 하단부가 모듈 프레임의 바닥부와 이격되어 있어, 전지셀들의 스웰링에 의해 압축 패드의 양측 하단부가 스웰링되는 전지셀의 가장자리 및 열전도성 수지층과 맞닿게 되어 해당 부분에 응력이 집중되는 현상이 발생하였다. 특정 부위에 응력이 집중될 경우 전지 모듈의 내구성이 저하될 수 있다.
이에 본 실시예에 따르면, 압축 패드(300)의 하단부가 연장되어 모듈 프레임 바닥부(210)와 접촉하도록 형성됨으로써, 도 7에 도시된 바와 같이 압축 패드(300)의 하단부에 더이상 응력이 집중되지 않아 응력 집중에 따른 내구성 저하 문제를 해결할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 압축 패드(300)는 전지셀 적층체(100)의 중앙에 배치되어, 모듈 프레임 바닥부(210)와 전지셀 적층체(100) 사이 공간을 분할하고, 열전도성 수지는 압축 패드(300)로부터 분할된 공간에 각각 분할 도포되어 분리된 열전도성 수지층(400)이 형성될 수 있다. 열전도성 수지층(400)이 분할 도포된 모습은 도 4, 도 6 및 도 7에서 확인할 수 있다.
열전도성 수지층(400)이 분할 도포되어 형성됨으로써, 압축 패드(300)가 위치한 방향으로 도포된 열전도성 수지가 침투할 수 있어, 열전도성 수지층(400)이 형성될 수 있는 여유 공간이 확보될 수 있다.
도 6을 참조하면, 압축 패드(300)와 복수의 전지셀(110)은 접착 부재(500)에 의해 고정될 수 있다. 또한 복수의 전지셀(110)은 접착 부재(510)를 통해 서로 고정될 수 있다. 도 5를 참조하면, 압축 패드(310)는 전지셀 적층체(100)의 최외곽 전지셀과 모듈 프레임(200)의 양측면 사이에도 각각 배치될 수 있다.
도 8을 참조하면, 압축 패드(300)의 하단 가운데 부분은 모듈 프레임(200)의 바닥부(210)와 접착 부재(520)를 통해 결합될 수 있다. 이를 통해 압축 패드(300)와 모듈 프레임의 바닥부(210)가 결합됨으로써 열전도성 수지의 도포로 인해 압축 패드(300)의 하단부가 일측 방향으로 쏠리지 않고 중심을 잡을 수 있다. 또한 압축 패드(300)의 하단면이 모듈 프레임의 바닥부(210)와 면대면으로 접착됨으로써 압축 패드(300)의 하단부에 작용하는 응력을 면단위로 분산시킬 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 전지팩은, 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
200: 모듈 프레임
210: 모듈 프레임 바닥부
300, 310: 압축 패드
400: 열전도성 수지층
500, 510, 520: 접착 부재

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임;
    상기 복수의 전지셀 사이에 배치된 압축 패드; 및
    상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이에 형성된 열전도성 수지층을 포함하고,
    상기 압축 패드는 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접촉하도록 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 압축 패드는 상기 모듈 프레임 바닥부와 상기 전지셀 적층체 사이 공간을 분할하고,
    상기 열전도성 수지층은 상기 압축 패드로부터 분할된 공간에 각각 분할 도포되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 압축 패드와 상기 복수의 전지셀은 접착 부재에 의해 고정되는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    열전도성 수지가 도포되어 형성된 상기 열전도성 수지층은 경화되어 상기 모듈 프레임과 상기 복수의 전지셀을 고정하는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 압축 패드는 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀과 상기 모듈 프레임의 양측면 사이에 각각 배치되는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 압축 패드는 상기 전지셀 적층체의 중앙에 배치되는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 복수의 전지셀은 접착 부재를 통해 서로 고정되는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 복수의 전지셀은, 상기 압축 패드를 중심으로 서로 마주보는 방향으로 배치되는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 압축 패드의 하단 가운데 부분은 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접착 부재를 통해 결합되는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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