KR20220106377A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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KR20220106377A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하되, 하부가 개방되어 있는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 바닥면으로부터 상기 모듈 프레임의 측면까지 연장되어 있는 적어도 하나의 고정 부재를 포함하고, 상기 고정 부재의 양 단부는 각각 상기 모듈 프레임의 측면과 접한다.

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 것으로, 보다 구체적으로는 냉각 성능 및 생산성이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것일 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 전지셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임을 포함할 수 있다.
도 1은 종래 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈이 팩 프레임에 결합한 상태에서 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(12), 및 전지셀 적층체(12)를 수용하는 모듈 프레임(20), 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(30) 및 엔드 플레이트(30)와 전지셀 적층체(12)의 전후면 사이에 형성된 버스바 프레임(미도시됨)을 포함한다.
여기서, 전지 모듈(10)은 모듈 프레임(20)의 하부에 전지셀 적층체(120)의 하부와 모듈 프레임(20) 사이에 열전도성 수지층(25)가 위치한다. 이에 따라, 전지셀 적층체(12)의 발생한 열이 열전도성 수지층(25)을 거쳐, 모듈 프레임(20)의 하부를 통해 전지 모듈(10)의 외부로 전달될 수 있다.
다만, 종래와 같이, 전지셀 적층체(12)의 외면이 모듈 프레임(20) 및 엔드 플레이트(30)로 밀폐되는 구조를 가지는 경우, 공정 상으로 복잡하여 생산성이 저하되는 문제가 있다. 이와 더불어, 모듈 프레임(20) 내에 열전도성 수지층(25)을 형성시키는 공정 또한 공정 상으로 복잡하며, 이에 따른 비용 또한 증가한다는 문제가 있다.
또한, 전지 모듈(10)은 팩 프레임에 결합되되, 팩 프레임의 하부에 위치한 열전달 부재(50) 및 히트 싱크(60) 상에 위치한다. 이에 따라, 전지셀 적층체(12)에서 발생된 열은 열전도성 수지층(25), 모듈 프레임(20), 모듈 프레임(20)의 하면에 위치한 열전달 부재(50), 히트 싱크(60) 순으로 전달됨에 따라, 전지셀 적층체(12)는 간접적으로 냉각될 수 있다. 즉, 종래에는 전지 모듈(10) 내 전지셀 적층체(12)에 발생된 열의 열전달 경로가 복잡하여, 냉각 성능이 저하되는 문제가 있다.
이에 따라, 전지셀 적층체(12) 내에서 발생되는 열에 대한 냉각 성능을 향상시키면서도, 생산성이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 개발할 필요성이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 냉각 성능 및 생산성이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하되, 하부가 개방되어 있는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 바닥면으로부터 상기 모듈 프레임의 측면까지 연장되어 있는 적어도 하나의 고정 부재를 포함하고, 상기 고정 부재의 양 단부는 각각 상기 모듈 프레임의 측면과 접한다.
상기 고정 부재의 양 단부와 상기 모듈 프레임의 측면은 서로 용접되어 접합될 수 있다.
상기 고정 부재는 금속 소재로 이루어질 수 있다.
상기 고정 부재는 상기 전지셀 적층체의 바닥면과 상기 전지셀 적층체의 측면 중 일부를 감싸는 스트랩 구조를 가질 수 있다.
상기 모듈 프레임에 적어도 한 쌍의 만입부가 형성되어 있되, 상기 한 쌍의 만입부는 상기 모듈 프레임의 양측면에 각각 위치할 수 있다.
상기 고정 부재의 양 단부는 각각 상기 한 쌍의 만입부에 삽입될 수 있다.
상기 고정 부재는 제1 고정 부재 및 제2 고정 부재를 포함하고, 상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재는 상기 전지셀 적층체의 양 단부에 각각 인접하게 위치할 수 있다.
상기 한 쌍의 만입부는 한 쌍의 제1 만입부 및 한 쌍의 제2 만입부를 포함하고, 상기 한 쌍의 제1 만입부는 상기 모듈 프레임의 전면에 인접하게 위치하고, 상기 한 쌍의 제2 만입부는 상기 모듈 프레임의 후면에 인접하게 위치할 수 있다.
상기 제1 고정 부재의 양 단부는 각각 상기 한 쌍의 제1 만입부에 삽입되고, 상기 제2 고정 부재의 양 단부는 각각 상기 한 쌍의 제2 만입부에 삽입될 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 양측면과 상기 모듈 프레임의 내측면 사이에 접착층이 위치할 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 양측면에 압축 패드가 각각 위치하고, 상기 접착층은 상기 압축 패드 상에 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상술한 전지 모듈이 장착되는 하부 팩 프레임; 상기 전지 모듈의 상부를 덮는 상부 팩 프레임; 상기 하부 팩 프레임 상에 위치하는 열전달 부재; 및 상기 하부 팩 프레임의 하부에 위치하는 냉각 부재를 포함하고, 상기 고정 부재의 바닥면과 상기 열전달 부재가 접할 수 있다.
상기 열전달 부재 상에 열전도성 수지층이 형성되어 있고, 상기 전지셀 적층체의 하면과 상기 열전도성 수지층이 서로 접할 수 있다.
상기 열전도성 수지층은 상기 전지셀 적층체의 하면 중 상기 고정 부재가 접하는 면을 제외한 나머지 면과 서로 접할 수 있다.
상기 고정 부재는 제1 고정 부재 및 제2 고정 부재를 포함하고, 상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재는 상기 전지셀 적층체의 양 단부에 각각 인접하게 위치하고, 상기 열전도성 수지층은 상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재 사이에 위치할 수 있다.
상기 열전도성 수지층은 상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재 사이에 위치하는 상기 전지셀 적층체의 하면의 길이와 동일하거나, 이보다 작은 길이로 형성되어 있을 수 있다.
상기 열전도성 수지층은 상기 전지셀 적층체의 폭과 동일하거나 이보다 작은 폭으로 형성되어 있을 수 있다.
상기 열전달 부재는 열전달 패드로 이루어지거나 열전도성 수지가 코팅되어 형성될 수 있다.
상기 냉각 부재는 냉각 플레이트 또는 히트 싱크로 이루어질 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 전지 모듈에 포함된 모듈 프레임의 하부가 개방되어 있어, 생산성이 향상될 수 있고, 전지 모듈의 전지셀 적층체 하면이 팩 프레임의 열전달 부재와 접하여, 냉각 성능 및 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈이 팩 프레임에 결합한 상태에서 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈에서 고정 부재가 분해된 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 3의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 3의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다.
도 9는 도 8의 전지 팩의 분해 사시도이다.
도 10은 도 8의 절단선 D-D를 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 8의 절단선 E-E를 따라 자른 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 구성 요소에 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, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 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.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전지 모듈의 전후면 중 전면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 후면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈에서 고정 부재가 분해된 상태를 나타내는 분해 사시도이다. 도 5는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체를 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(120), 및 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(200), 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(300) 및 엔드 플레이트(300)와 전지셀 적층체(120)의 전후면 사이에 형성된 버스바 프레임(미도시됨)을 포함한다. 여기서, 버스바 프레임(미도시됨)에는 상기 전지셀 적층체(120)와 전기적으로 연결되어 있는 버스바가 위치할 수 있다.
도 5를 참조하면, 모듈 프레임(200)에 수용되어 있는 전지셀 적층체(120)는 복수의 전지셀(110)이 적층되어 있되, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 전지셀(110)은 전극 조립체를 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 수납한 뒤 상기 파우치 케이스의 실링부를 열융착하여 제조될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있고, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층된 전지셀 적층체(120)를 형성한다.
이하에서는, 모듈 프레임(200) 및 고정 부재(400)에 대해 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 6은 도 3의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다. 도 7은 도 3의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 모듈 프레임(200)은 하부가 개방되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 모듈 프레임(200)에 수용되어 있는 전지셀 적층체(120)의 하면은 외부로 노출되어 있을 수 있다. 일 예로, 하부면, 전면 및 후면이 개방되되, 상부 및 측부를 포함하는 U자형 프레임일 수 있다. 다만, 모듈 프레임(200)은 이에 한정된 것이 아니며, L자형 프레임의 상부에 일측부가 결합되어 있거나, 전후면을 제외하고 전지셀 적층체(120)를 둘러싸는 모노 프레임의 하부가 개방되어 있는 등의 프레임으로 대체될 수 있다.
이에 따라, 전지셀 적층체(120)에서 발생된 열의 열전달 경로에서 모듈 프레임(200)의 하부가 생략될 수 있어, 열전달 경로가 간소화되고 냉각 성능 또한 향상될 수 있다. 또한, 모듈 프레임(200)에서 생략되어 있는 하부 프레임의 두께만큼 전지셀(110)의 크기 또한 증가될 수 있어, 전지 모듈(100)의 용량이 증가될 수도 있다. 또한, 모듈 프레임(200)의 공정이 단순화됨에 따라 제조 단가 또한 절감되어, 생산성이 향상될 수 있다.
도 3, 도 4, 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시에 따른 전지 모듈(100)은 전지셀 적층체(120)의 바닥면으로부터 모듈 프레임(200)의 측면까지 연장되어 있는 적어도 하나의 고정 부재(400)를 포함한다.
여기서, 고정 부재(400)의 양 단부는 각각 모듈 프레임(200)의 측면과 접할 수 있다. 일 예로, 고정 부재(400)의 양 단부는 각각 모듈 프레임(200)의 외측면과 접할 수 있다. 이에 따라, 고정 부재(400)와 모듈 프레임(200)의 결합 시 요구되는 공정이 단순화되고, 공정 시간이 감소될 수 있다. 다른 일 예로, 고정 부재(400)의 양 단부는 각각 모듈 프레임(200)의 내측면과 접할 수 있다. 이에 따라, 고정 부재(400)가 외부로 노출되지 않아, 전지 모듈(100)과 다른 구성 요소와의 결합이 용이해질 수 있다.
또한, 고정 부재(400)의 양 단부가 모듈 프레임(200)의 측면에 접하는 상태에서, 고정 부재(400)의 하면은 모듈 프레임(200)의 양측면 단부와 동일한 수평면에 위치하거나, 이보다 높게 위치할 수 있다. 이에 따라, 고정 부재(400)가 모듈 프레임(200)에 결합되더라도, 전지 모듈(100)의 하면이 모듈 프레임(200)의 양측면 단부를 기준으로 높이차가 발생되지 않아, 전지 모듈(100)과 다른 구성 요소와의 결합이 용이해질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 모듈 프레임(200)에 적어도 한 쌍의 만입부(210, 250)가 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 한 쌍의 만입부(210, 250)는 모듈 프레임(200)의 양측면에 각각 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 한 쌍의 만입부(210, 250)는 모듈 프레임(200)의 양측면에 각각 위치하되, 한 쌍의 만입부(210, 250)는 서로 대면하는 위치에 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 고정 부재(400)의 양 단부는 각각 한 쌍의 만입부(210, 250)에 삽입될 수 있다.
또한, 고정 부재(400)가 각각 한 쌍의 만입부(210, 250)에 삽입된 상태에서, 고정 부재(400)의 하면은 모듈 프레임(200)의 양측면 단부와 동일한 수평면에 위치하거나, 이보다 높게 위치할 수 있다. 이에 따라, 고정 부재(400)가 모듈 프레임(200)에 결합되더라도, 전지 모듈(100)의 하면이 모듈 프레임(200)의 양측면 단부를 기준으로 높이차가 발생되지 않아, 전지 모듈(100)과 다른 구성 요소와의 결합이 용이해질 수 있다.
도 3을 참조하면, 고정 부재(400)는 전지셀 적층체(120)의 바닥면과 전지셀 적층체(120)의 측면 중 일부를 감싸는 스트랩(strap) 구조를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 고정 부재(400)는 전지셀 적층체(120)의 바닥면과 접하되, 전지셀 적층체(120)의 바닥면의 양 모서리에서 절곡되어, 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 측면 사이로 연장될 수 있다.
또한, 고정 부재(400)에서, 전지셀 적층체(120)의 바닥면과 접하는 부분의 두께가 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 측면 사이로 연장된 부분의 두께와 동일하거나, 이보다 두꺼울 수 있다. 이에 따라, 고정 부재(400)가 모듈 프레임(200)에 결합되더라도, 전지셀 적층체(120)의 하중을 충분히 지지하면서도 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 측면 사이의 공간이 지나치게 이격되지 않아, 전지 모듈(100)의 강성을 충분히 확보할 수 있다.
일 예로, 고정 부재(400)는 금속 소재로 이루어질 수 있다. 다만, 고정 부재(400)는 고정 부재(400)의 소재는 이에 한정되는 것은 아니며, 높은 열전도도를 가지면서도 소정의 강성이 확보될 수 있는 소재라면 적용 가능하다.
여기서, 고정 부재(400)의 양 단부와 모듈 프레임(200)의 측면은 서로 용접되어 접합될 수 있다. 일 실시예에 따른 모듈 프레임(200)이 한 쌍의 만입부(210, 250)를 포함하는 경우에는, 고정 부재(400)의 양 단부가 한 쌍의 만입부(210, 250)에 각각 용접되어 접합될 수 있다. 다만, 고정 부재(400)와 모듈 프레임(200) 사이의 고정 방식은 이에 한정되는 것은 아니며, 고정 부재(400)와 모듈 프레임(200) 측면 사이를 고정 시킬 수 있는 방법이라면 적용 가능하다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서, 고정 부재(400)는 전지셀 적층체(120)가 모듈 프레임(200)으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 이와 더불어, 고정 부재(400)는 모듈 프레임(200)의 하부가 개방됨에 따라 저하된 강성을 보강할 수 있다.
또한, 고정 부재(400)는 제1 고정 부재(410) 및 제2 고정 부재(450)를 포함하고, 제1 고정 부재(410)와 제2 고정 부재(450)는 전지셀 적층체(120)의 양 단부에 각각 인접하게 위치할 수 있다.
일 실시예에 따른 모듈 프레임(200)이 한 쌍의 만입부(210, 250)를 포함하는 경우에는, 한 쌍의 만입부(210, 250)는 한 쌍의 제1 만입부(210) 및 한 쌍의 제2 만입부(250)를 포함하고, 한 쌍의 제1 만입부(210)는 모듈 프레임(200)의 전면에 인접하게 위치하고, 한 쌍의 제2 만입부(250)는 모듈 프레임(200)의 후면에 인접하게 위치할 수 있다. 여기서, 제1 고정 부재(410)의 양 단부는 각각 한 쌍의 제1 만입부(210)에 삽입되고, 제2 고정 부재(450)의 양 단부는 각각 한 쌍의 제2 만입부(250)에 삽입될 수 있다.
다만, 제1 고정 부재(410) 및 제2 고정 부재(450)와 한 쌍의 제1 만입부(210) 및 한 쌍의 제2 만입부(250)에 대한 상술한 위치는 예시적인 것이며, 전지셀 적층체(120)가 모듈 프레임(200)으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있는 위치라면 적용 가능하다.
도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에서, 전지셀 적층체(120)의 하면은 고정 부재(400)가 접하는 면을 제외한 나머지 면이 외부에 노출되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 도 6 및 도 7을 비교할 때, 전지셀 적층체(120)의 하면 중 일부는 제1 고정 부재(410)가 접할 수 있고, 제1 고정 부재(410)가 접하는 면을 제외한 나머지 면은 외부에 노출되어 있을 수 있다. 여기서, 전지 모듈(100)의 전면을 기준으로 설명되었으나, 전지 모듈(100)의 후면을 기준으로도 동일하게 설명될 수 있다.
이에 따라, 모듈 프레임(200)의 하부가 개방되어 있음에도, 전지셀 적층체(120)는 고정 부재(400)에 의해 모듈 프레임(200) 내에 안정적으로 수용되어 있을 수 있다. 또한, 전지셀 적층체(120)의 하면 중 고정 부재(400)가 접하는 면을 제외한 나머지 면이 외부에 노출되어 있어, 전지셀 적층체(120)에 대한 냉각 성능 또한 향상될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 전지셀 적층체(120)의 양측면에 압축 패드(170)가 각각 위치하고, 압축 패드(170) 상에 접착층(150)이 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 압축 패드(170)는 전지셀 적층체(120)의 외측면을 따라 연장되어 있을 수 있다. 일 예로, 압축 패드(170)는 폴리우레탄 소재의 패드일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지셀(110)의 팽창 시 부피 변화를 흡수할 수 있을 정도의 소재라면 적용 가능하다.
이에 따라, 압축 패드(170)는 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)에서 발생되는 팽창을 용이하게 흡수하여, 전지셀 적층체(120)의 외면을 가압할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 압축 패드(170)가 생략되고, 전지셀 적층체(120)의 양측면과 모듈 프레임(200)의 내측면 사이에 접착층(150)이 각각 위치할 수 있다. 여기서, 전지셀 적층체(120)의 양측면은 최외곽에 위치한 전지셀(110)의 바깥면을 의미할 수 있다. 또한, 접착층(150)은 전지셀(110)의 일면에서 길이 및/또는 폭 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다.
또한, 접착층(150)은 각각 테이프로 이루어지거나, 접착성 바인더가 코팅되어 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 접착층(150)은 접착성 바인더로 코팅되거나 양면 테이프로 이루어져, 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)이 용이하게 고정될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지셀(110)과 모듈 프레임(200)의 측면 사이를 서로 고정시킬 수 있는 접착 성능을 가진 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
이에 따라, 모듈 프레임(200)의 하부가 개방되어 있음에도, 전지셀 적층체(120)는 모듈 프레임(200) 내에 보다 안정적으로 수용되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 앞서 설명한 전지 모듈을 포함할 수 있고, 하나 또는 그 이상의 전지 모듈이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전지 팩에 장착되어 있는 일부 전지 모듈의 단면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 전지 팩에 장착되어 있는 다른 전지 모듈의 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다. 도 9는 도 8의 전지 팩의 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 전지 모듈(100)이 장착되는 팩 프레임(1200, 1300)을 포함한다. 여기서, 팩 프레임(1200, 1300)은 복수의 전지 모듈(100)의 상부를 덮는 상부 팩 프레임(1200)과 복수의 전지 모듈(100)이 각각 장착되는 하부 팩 프레임(1300)을 포함할 수 있다. 여기서, 하부 팩 프레임(1300)의 하면 상에는 열전도성 수지층(1340)이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 하부 팩 프레임(1300)은 복수의 모듈 영역을 포함하고, 상기 모듈 영역에 전지 모듈(100)이 장착될 수 있다. 여기서, 상기 모듈 영역에 전지 모듈(100)이 장착됨에 따라, 전지셀 적층체(120)의 하면과 열전도성 수지층(1340)이 접촉할 수 있다.
이에 따라, 전지셀(110)에서 발생되는 열은 전지셀 적층체(120) 하면의 중심부와 직접 접하는 열전도성 수지층(1340)에 전달되어, 전지 모듈(100)의 냉각 성능이 향상되고, 전지셀(110) 간의 냉각편차 또한 감소될 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)의 수명도 더욱 개선될 수 있다.
일 예로, 열전도성 수지층(1340)은 전지 모듈(100)이 하부 팩 프레임(1300)의 모듈 영역 상에 장착되기 전에, 하부 팩 프레임(1300)의 각 모듈 영역 상에 열전도성 수지가 도포되어 있거나, 열전달 패드(Thermal pad)가 부착되어 있을 수 있다. 열전도성 수지가 도포되는 경우, 열전도성 수지가 경화됨에 따라 열전도성 수지층(1340)이 형성될 수 있다.
다른 일 예로, 열전도성 수지층(1340)은 전지 모듈(100)이 하부 팩 프레임(1300)의 모듈 영역 상에 장착되기 전에, 전지 모듈(100)의 하면 상에 열전도성 수지가 도포되어 있거나, 열전달 패드(Thermal pad)가 부착되어 있을 수 있다. 열전도성 수지가 도포되는 경우, 전지 모듈(100)의 하면에 도포된 열전도성 수지가 경화되기 전에 하부 팩 프레임(1300)의 상기 모듈 영역에 장착하고, 열전도성 수지가 경화됨에 따라 열전도성 수지층(1340)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 전지 모듈(100)의 하면은 열전도성 수지층(1340)에 안정적으로 고정될 수 있다. 이와 더불어, 전지 모듈(100)의 모듈 프레임(200)과 별도로 열전도성 수지층(1340)을 형성할 수 있어, 공정이 단순화됨에 따라 제조 단가 또한 절감되어, 생산성이 향상될 수 있다.
도 10은 도 8의 절단선 D-D를 따라 자른 단면도이다. 도 11은 도 8의 절단선 E-E를 따라 자른 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 실시예에서, 전지 팩(1000)은 하부 팩 프레임(1300) 상에 위치하는 열전달 부재(1350) 및 하부 팩 프레임(1300)의 하부에 위치하는 냉각 부재(1360)를 포함한다. 보다 구체적으로, 열전달 부재(1350) 상에 열전도성 수지층(1340)이 형성되어 있을 수 있다.
여기서, 본 실시예에 따른 고정 부재(400)의 바닥면과 열전달 부재(1350)가 접할 수 있고, 전지셀 적층체(120)의 하면 중 일부가 열전도성 수지층(1340)이 서로 접할 수 있다. 보다 구체적으로, 열전도성 수지층(1340)은 전지셀 적층체(120)의 하면 중 고정 부재(400)가 접하는 면을 제외한 나머지 면과 서로 접할 수 있다.
이에 따라, 고정 부재(400)에 의해 모듈 프레임(200) 내에 전지셀 적층체(120)가 안정적으로 수용되어 있으면서도, 전지셀 적층체(120)의 하면 중 고정 부재(400)가 접하는 면을 제외한 나머지 면이 열전도성 수지층(1340)과 직접 접하여, 전지셀 적층체(120)에 대한 냉각 성능 또한 향상될 수 있다.
전술하였듯이, 여기서, 고정 부재(400)는 제1 고정 부재(410) 및 제2 고정 부재(450)를 포함하고, 제1 고정 부재(410)와 제2 고정 부재(450)는 전지셀 적층체(120)의 양 단부에 각각 인접하게 위치할 수 있다.
일 예로, 열전도성 수지층(1340)은 제1 고정 부재(410)와 제2 고정 부재(450) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 열전도성 수지층(1340)은 제1 고정 부재(410)와 제2 고정 부재(450) 사이에 위치하는 전지셀 적층체(120)의 하면의 크기와 동일하거나, 이보다 작은 크기로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 10을 참조하면, 열전도성 수지층(1340)의 폭은 전지셀 적층체(120)의 폭과 동일하거나 이보다 작을 수 있다. 또한, 도 11을 참조하면, 열전도성 수지층(1340)의 길이는 제1 고정 부재(410)와 제2 고정 부재(450) 사이에 위치하는 전지셀 적층체(120) 하면의 길이와 동일하거나 이보다 작을 수 있다.
이에 따라, 고정 부재(400)에 의해 모듈 프레임(200) 내에 전지셀 적층체(120)가 안정적으로 수용되어 있으면서도, 전지셀 적층체(120)의 하면 중 열전도성 수지층(1340)과 직접 접하는 면을 최대화할 수 있어, 전지셀 적층체(120)에 대한 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다.
여기서, 열전달 부재(1350)는 하부 팩 프레임(1300)의 하부 상에 위치할 수 있다. 또한, 열전달 부재(1350)는 하부 팩 프레임(1300)의 하부를 따라 연장되어 있을 수 있다.
일 예로, 열전달 부재(1350)는 열전도성 파우더가 첨가된 열전달 패드(Thermal pad)로 이루어지거나 열전도성 수지가 코팅되어 형성된 열전도성 수지층일 수 있다. 또한, 열전달 부재(1350)는 판상형 구조체이고, 실리콘 수지 및 열전도 물질을 포함할 수 있다. 상기 열전도 물질에는 특별한 제한이 없으며, 금속 파우더, 그라파이트(graphite) 등을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 열전달 부재(1350)는 접착성이 강한 열전도성 수지로 코팅되어 있되, 열전달 부재(1350)의 열전도성 수지가 경화됨에 따라, 전지셀 적층체(120)의 하면이 열전달 부재(1350)에 고정될 수 있다.
이에 따라, 열전달 부재(1350)는 전지 모듈(100) 내 전지셀 적층체(120)에서 발생된 열을 직접적으로 전달받을 수 있어, 열전달 경로가 단순화될 수 있다. 또한, 열저항 또한 낮아지게 되어, 냉각 부재(1360)로의 열전달 효율이 높아지고, 냉각 성능 또한 향상될 수 있다.
냉각 부재(1360)는 팩 프레임(1200)의 하부에 위치할 수 있다. 또한, 냉각 부재(1360)는 팩 프레임(1200)의 하부를 따라 연장되어 있을 수 있다. 또한, 냉각 부재(1360)는 팩 프레임(1200)의 하부 상에 위치한 열전달 부재(1500)와 접할 수 있다.
일 예로, 냉각 부재(1360)는 냉각 플레이트 또는 히트 싱크로 이루어질 수 있다. 여기서, 냉각 부재(1360)는 냉각 유로를 포함할 수 있다. 상기 냉각 유로는 냉각 부재(1360)의 적어도 일 측면에 형성되어 있는 유입구 및 배출구를 포함할 수 있다. 또한, 냉각 부재(1360)는 상기 유입구로 냉각수가 주입되고, 상기 배출부로 상기 냉각수가 배출될 수 있다. 즉, 전지 팩(1000) 외부로부터 유입된 냉매가 전지 팩(1000) 내부의 각 부품들로부터 발생한 열을 흡수한 후, 다시 전지 팩(1000) 외부로 배출되는 순환 구조가 형성될 수 있다.
이에 따라, 냉각 부재(1360)는 전지 모듈(100) 내에 발생된 열을 열전달 부재(1350)를 통해 전달 받아 냉각시킬 수 있어, 열전달 경로가 단순화됨에 따라 냉각 성능 또한 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩이 적용될 수 있다.
상기 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 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
100: 전지 모듈
110: 전지셀
120: 전지셀 적층체
150: 접착층
200: 모듈 프레임
300: 엔드 플레이트
400: 고정 부재
1000: 전지 팩
1200: 상부 팩 프레임
1300: 하부 팩 프레임
1340: 열전도성 수지층
1350: 열전달 부재
1360: 냉각 부재

Claims (20)

  1. 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하되, 하부가 개방되어 있는 모듈 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체의 바닥면으로부터 상기 모듈 프레임의 측면까지 연장되어 있는 적어도 하나의 고정 부재를 포함하고,
    상기 고정 부재의 양 단부는 각각 상기 모듈 프레임의 측면과 접하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 고정 부재의 양 단부와 상기 모듈 프레임의 측면은 서로 용접되어 접합되는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 고정 부재는 금속 소재로 이루어지는 전지 모듈.
  4. 제2항에서,
    상기 고정 부재는 상기 전지셀 적층체의 바닥면과 상기 전지셀 적층체의 측면 중 일부를 감싸는 스트랩 구조를 가지는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 전지셀 적층체의 하면은 상기 고정 부재가 접하는 면을 제외한 나머지 면이 외부에 노출되어 있는 전지 모듈.
  6. 제2항에서,
    상기 모듈 프레임에 적어도 한 쌍의 만입부가 형성되어 있되, 상기 한 쌍의 만입부는 상기 모듈 프레임의 양측면에 각각 위치하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 고정 부재의 양 단부는 각각 상기 한 쌍의 만입부에 삽입되는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 고정 부재는 제1 고정 부재 및 제2 고정 부재를 포함하고,
    상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재는 상기 전지셀 적층체의 양 단부에 각각 인접하게 위치하는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 한 쌍의 만입부는 한 쌍의 제1 만입부 및 한 쌍의 제2 만입부를 포함하고,
    상기 한 쌍의 제1 만입부는 상기 모듈 프레임의 전면에 인접하게 위치하고,
    상기 한 쌍의 제2 만입부는 상기 모듈 프레임의 후면에 인접하게 위치하는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 고정 부재의 양 단부는 각각 상기 한 쌍의 제1 만입부에 삽입되고,
    상기 제2 고정 부재의 양 단부는 각각 상기 한 쌍의 제2 만입부에 삽입되는 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 양측면과 상기 모듈 프레임의 내측면 사이에 접착층이 위치하는 전지 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 전지셀 적층체의 양측면에 압축 패드가 각각 위치하고,
    상기 접착층은 상기 압축 패드 상에 형성되어 있는 전지 모듈.
  13. 제1항의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩으로서,
    상기 전지 모듈이 장착되는 하부 팩 프레임;
    상기 전지 모듈의 상부를 덮는 상부 팩 프레임;
    상기 하부 팩 프레임 상에 위치하는 열전달 부재; 및
    상기 하부 팩 프레임의 하부에 위치하는 냉각 부재를 포함하고,
    상기 고정 부재의 바닥면과 상기 열전달 부재가 접하는 전지 팩.
  14. 제13항에서,
    상기 열전달 부재 상에 열전도성 수지층이 형성되어 있고,
    상기 전지셀 적층체의 하면과 상기 열전도성 수지층이 서로 접하는 전지 팩.
  15. 제14항에서,
    상기 열전도성 수지층은 상기 전지셀 적층체의 하면 중 상기 고정 부재가 접하는 면을 제외한 나머지 면과 서로 접하는 전지 팩.
  16. 제15항에서,
    상기 고정 부재는 제1 고정 부재 및 제2 고정 부재를 포함하고,
    상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재는 상기 전지셀 적층체의 양 단부에 각각 인접하게 위치하고,
    상기 열전도성 수지층은 상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재 사이에 위치하는 전지 팩.
  17. 제16항에서,
    상기 열전도성 수지층은 상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재 사이에 위치하는 상기 전지셀 적층체의 하면의 길이와 동일하거나, 이보다 작은 길이로 형성되어 있는 전지 팩.
  18. 제17항에서,
    상기 열전도성 수지층은 상기 전지셀 적층체의 폭과 동일하거나 이보다 작은 폭으로 형성되어 있는 전지 팩.
  19. 제13항에서,
    상기 열전달 부재는 열전달 패드로 이루어지거나 열전도성 수지가 코팅되어 형성되는 전지 팩.
  20. 제13항에서,
    상기 냉각 부재는 냉각 플레이트 또는 히트 싱크로 이루어지는 전지 팩.
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