KR20220120463A

KR20220120463A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩

Info

Publication number: KR20220120463A
Application number: KR1020220013634A
Authority: KR
Inventors: 장성환; 성준엽; 박명기; 김민섭
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2022-08-30

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 서로 대향하는 방향으로 돌출된 전극 리드들을 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 바닥부 아래에 위치하는 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크를 포함한다. 상기 제1 히트 싱크와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이 및 제2 히트 싱트와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이 각각에 냉매 유로가 형성된다. 상기 제1 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로와 상기 제2 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로가 서로 분리되어 있다.

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 구체적으로는 냉각 성능이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 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 있다. 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 전지팩은 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 전지팩의 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 전지팩을 구성하는 경우, 안정적이면서도 효과적인 냉각 성능을 확보하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다.

도 1은 종래의 전지 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다. 특히 도 2는 전지 모듈 아래에 위치한 열전달 부재 및 히트 싱크를 추가로 도시하였다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 적층되어 전지셀 적층체(20)를 형성하고, 전지셀 적층체(20)는 모듈 프레임(30)에 수납된다.

앞서 설명한대로, 복수의 전지셀(11)을 포함하기 때문에 전지 모듈(10)은 충, 방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 냉각 수단으로써, 전지 모듈(10)은 전지셀 적층체(20)와 모듈 프레임(30)의 바닥부(31) 사이에 위치한 열전도성 수지층(40)을 포함할 수 있다. 또한, 전지 모듈(10)이 팩 프레임에 장착되어 전지팩을 형성할 때, 전지 모듈(10) 아래에 열전달 부재(50) 및 히트 싱크(60)가 차례로 위치할 수 있다. 열전달 부재(50)는 방열 패드일 수 있다. 히트 싱크(60)는 내부에 냉매 유로가 형성될 수 있다.

전지셀(11)로부터 발생한 열이, 열전도성 수지층(40), 모듈 프레임(30)의 바닥부(31), 열전달 부재(50) 및 히트 싱크(60)를 차례로 거쳐 전지 모듈(10)의 외부로 전달된다.

그런데, 종래의 전지 모듈(10)의 경우, 상기와 같이 열 전달 경로가 복잡하여, 전지셀(11)로부터 발생한 열이 효과적으로 전달되기 어렵다. 모듈 프레임(30) 자체가 열 전도 특성을 저하시킬 수 있고, 모듈 프레임(30), 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.

전지 모듈에 대해서는 용량 증대와 같은 다른 요구가 계속되고 있으므로, 냉각 성능은 높이면서도 이러한 다양한 요구사항을 함께 만족할 수 있는 전지 모듈을 개발하는 것이 실질적으로 필요하다고 할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 냉각 성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.

그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

상기 제1 히트 싱크 및 상기 제2 히트 싱크는, 상기 전극 리드들이 돌출되는 방향과 평행한 방향을 따라 이격되어 위치할 수 있다.

상기 전지 모듈은, 상기 전지셀 적층체의 하면과 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이에 위치하는 제1 열전도성 수지층 및 제2 열전도성 수지층을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 열전도성 수지층 및 상기 제2 열전도성 수지층은, 상기 전극 리드들이 돌출되는 방향과 평행한 방향을 따라 이격되어 위치할 수 있다.

상기 모듈 프레임의 바닥부의 일면과 수직한 방향에 대해, 상기 제1 열전도성 수지층과 대응하는 부분에 상기 제1 히트 싱크가 위치할 수 있고, 상기 제2 열전도성 수지층과 대응하는 부분에 제2 히트 싱크가 위치할 수 있다.

상기 제1 히트 싱크는, 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접합되는 제1 하부 플레이트 및 상기 제1 하부 플레이트로부터 하부 방향으로 함몰된 제1 함몰부를 포함할 수 있다.

상기 전지 모듈은, 상기 전지셀 적층체의 하면과 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이에 위치하는 열전도성 수지층을 더 포함할 수 있다.

상기 모듈 프레임의 바닥부의 일면과 수직한 방향에 대해, 상기 열전도성 수지층은, 상기 제1 히트 싱크가 위치한 영역과 상기 제2 히트 싱크가 위치한 영역을 커버할 수 있다.

상기 모듈 프레임은, 상기 모듈 프레임의 바닥부 일부가 돌출되어 형성된 제1 모듈 프레임 돌출부들을 포함할 수 있고, 상기 제1 모듈 프레임 돌출부들 중 어느 하나에 냉매 주입 포트가 연결되고 다른 하나에 냉매 배출 포트가 연결될 수 있다.

상기 제1 히트 싱크는, 상기 제1 히트 싱크의 일 변으로부터 상기 제1 모듈 프레임 돌출부들이 위치한 부분으로 돌출된 제1 히트 싱크 돌출부들을 포함할 수 있다.

상기 제2 히트 싱크는, 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접합되는 제2 하부 플레이트 및 상기 제2 하부 플레이트로부터 하부 방향으로 함몰된 제2 함몰부를 포함할 수 있다.

상기 모듈 프레임은, 상기 모듈 프레임의 바닥부 일부가 돌출되어 형성된 제2 모듈 프레임 돌출부들을 포함할 수 있고, 상기 제2 모듈 프레임 돌출부들 중 어느 하나에 냉매 주입 포트가 연결되고 다른 하나에 냉매 배출 포트가 연결될 수 있다.

상기 제2 히트 싱크는, 상기 제2 히트 싱크의 일 변으로부터 상기 제2 모듈 프레임 돌출부들이 위치한 부분으로 돌출된 제2 히트 싱크 돌출부들을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 상기 전지 모듈; 상기 제1 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로에 냉매를 공급하는 제1 팩 냉매 공급관; 상기 제1 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로로부터 상기 냉매를 배출시키는 제1 팩 냉매 배출관; 상기 제2 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로에 냉매를 공급하는 제2 팩 냉매 공급관; 및 상기 제2 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로로부터 상기 냉매를 배출시키는 제2 팩 냉매 배출관을 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 전지셀의 발열이 심한 부분에 열전도성 수지층과 히트 싱크를 집중 배치하여, 냉각 성능의 향상과 함께 전지셀의 온도 편차를 줄일 수 있다.

또한, 전지 모듈의 냉각 면적 대비 히트 싱크의 냉매 유로의 길이를 단축할 수 있어, 냉매 유로의 압력 저하를 개선할 수 있다.

또한, 모듈 프레임과 히트 싱크의 일체화된 구조를 통해 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 불필요한 냉각 구조를 제거하여 원가 절감이 가능하고, 공간 활용도를 높일 수 있어 전지 모듈의 용량이나 출력을 증대시킬 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 종래의 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈에 포함된 전지셀들 중 하나를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 4의 전지 모듈에 포함된 제1 히트 싱크 및 제2 히트 싱크를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6의 절단선 I-I’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 8은, 도 3의 전지 모듈의 하면이 보이도록, 전지 모듈을 아래에서 위로 바라본 모습을 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 4의 전지 모듈에 포함된 하부 프레임, 제1 열전도성 수지층 및 제2 열전도성 수지층을 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 3의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 11은 도 3의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈, 팩 냉매 공급관 및 팩 냉매 배출관을 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 14는 도 13의 전지 모듈에 포함된 하부 프레임과 열전도성 수지층을 나타낸 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈에 포함된 전지셀들 중 하나를 나타낸 사시도이다.

도 3 내지 도 5를 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); 및 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 아래에 위치하는 제1 히트 싱크(300a)와 제2 히트 싱크(300b)를 포함한다.

우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하며, 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 셀 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 즉, 전지셀(110)은 서로 대향하는 방향으로 돌출된 전극 리드(111, 112)들을 포함한다. 보다 상세하게는 전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 상기 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다.

한편, 전지셀(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 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. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.

또한, 연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(110p)가 형성될 수 있다. 또한, 돌출된 전극 리드(111, 112)를 사이에 두고 셀 케이스(114)가 밀봉되면서, 전극 리드(111, 112)와 셀 본체(113) 사이에 테라스부(116)가 형성될 수 있다. 즉, 전지셀(110)은, 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향으로 셀 케이스(114)로부터 연장 형성된 테라스부(116)를 포함할 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 4에 도시된 바와 같이 x축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)들이 적층될 수 있다. 이에 따라 전극 리드(111, 112)들은 y축 방향과 -y축 방향으로 각각 돌출될 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 전지셀(110)들 사이에는 접착 부재가 위치할 수 있다. 이에 따라 전지셀(110)들끼리 서로 접착되어 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다.

본 실시예에 따른 전지셀 적층체(120)는 전지셀(110)의 개수가 종래 보다 많아지는 대면적 모듈일 수 있다. 구체적으로, 전지 모듈(100) 당 32개 내지 48개의 전지셀(110)이 포함될 수 있다. 이러한 대면적 모듈의 경우, 전지 모듈의 수평 방향 길이가 길어지게 된다. 여기서, 수평 방향 길이란, 전지셀(110)이 적층된 방향, 즉 x축과 평행한 방향으로의 길이를 의미할 수 있다.

한편, 전지셀(110)에 대한 충, 방전이 반복적으로 이루어지면 열이 발생하는데, 그 중에서도 전극 리드(111, 112)와 인접한 부분에서 열이 많이 발생한다. 즉, 셀 본체(113)의 중앙 부분 보다는, 테라스부(116)에 가까워질수록 충, 방전 시 많은 열이 발생한다.

전지셀 적층체(120)를 수납하는 모듈 프레임(200)은 하부 프레임(210) 및 상부 커버(220)를 포함할 수 있다.

하부 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 하면을 커버할 수 있고, 2개의 측면부(210b)는 전지셀 적층체(120)의 양 측면을 커버할 수 있다. 여기서, 전지셀 적층체(120)의 하면은 -z축 방향의 면을 지칭하고, 전지셀 적층체(120)의 양 측면은 x축 및 -x축 방향의 면을 지칭한다. 다만 이는 설명의 편의를 위해 지칭한 면들이며, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.

상부 커버(220)는 하부 프레임(210)에 의해 감싸지는 전지셀 적층체(120)의 상기 하면 및 상기 양 측면을 제외한 나머지 상면(z축 방향의 면)을 감싸는 하나의 판상형 구조일 수 있다. 상부 커버(220)와 하부 프레임(210)은 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접에 의해 접합됨으로써, 전지셀 적층체(120)를 상하좌우로 커버하는 구조를 형성할 수 있다. 상부 커버(220)와 하부 프레임(210)을 통해 전지셀 적층체(120)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이를 위해 상부 커버(220)와 하부 프레임(210)은 소정의 강도를 갖도록 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, 하부 프레임(210)과 상부 커버(220)가 상호 결합되는 구조가 아니라, 압출 성형으로 제조되어 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 구조일 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면을 각각 커버하는 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)를 포함할 수 있다. 여기서, 전지셀 적층체(120)의 전면은 y축 방향의 면을 지칭하고, 전지셀 적층체(120)의 후면은 -y축 방향의 면을 지칭한다.

제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)는 모듈 프레임(200)의 개방된 양측에 위치하여 전지셀 적층체(120)를 커버하도록 형성될 수 있다. 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420) 각각은 모듈 프레임(200)의 대응하는 모서리들과 접촉한 상태에서 용접에 의해 접합될 수 있다. 이러한 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)는 외부의 충격으로부터 전지셀 적층체(120) 및 기타 전장품을 물리적으로 보호할 수 있다.

한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(410, 420) 사이에는 버스바가 장착되는 버스바 프레임 및 전기적 절연을 위한 절연 커버 등의 위치할 수 있다.

이하에서는, 도 4, 도 6 내지 도 9를 참고하여 본 실시예에 따른 제1 및 제2 히트 싱크에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 6은 도 4의 전지 모듈에 포함된 제1 히트 싱크 및 제2 히트 싱크를 나타낸 사시도이다. 도 7은 도 6의 절단선 I-I’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다. 도 8은, 도 3의 전지 모듈의 하면이 보이도록, 전지 모듈을 아래에서 위로 바라본 모습을 나타낸 사시도이다. 도 9는 도 4의 전지 모듈에 포함된 하부 프레임, 제1 열전도성 수지층 및 제2 열전도성 수지층을 나타낸 사시도이다.

도 4, 도 6 내지 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 제1 히트 싱크(300a)와 제2 히트 싱크(300b)는 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 아래에 위치하고, 제1 히트 싱크(300a)와 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 사이 및 제2 히트 싱크(300b)와 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 사이 각각에 냉매 유로가 형성된다. 제1 히트 싱크(300a)가 형성하는 냉매 유로와 제2 히트 싱크(300b)가 형성하는 냉매 유로는 서로 분리되어 있다. 다시 말해, 제1 히트 싱크(300a) 내부를 흐르는 냉매와 제2 히트 싱크(300b) 내부를 흐르는 냉매는, 섞이지 않고 서로 별개의 경로를 따라 흐른다. 여기서, 상기 냉매는 냉각을 위한 매개물로써, 특별한 제한은 없으나, 냉각수일 수 있다.

제1 히트 싱크(300a)와 제2 히트 싱크(300b)는, 전극 리드(111, 112)들이 돌출되는 방향과 평행한 방향을 따라 이격되어 위치할 수 있다. 상술한 바 대로, 전지셀 적층체(120)에서 전극 리드(111, 112)들이 y축 방향과 -y축 방향으로 각각 돌출될 수 있다. 제1 히트 싱크(300a)와 제2 히트 싱크(300b)는 전극 리드(111, 112)들의 돌출 방향에 맞추어, y축과 평행한 방향을 따라 이격되어 위치할 수 있다. 특히, 제1 히트 싱크(300a)와 제2 히트 싱크(300b)는 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에서의 마주하는 양변에 각각 인접하도록 위치할 수 있다.

도 5를 참고하면, 상술한 바 대로, 전지셀(110)에서, 셀 본체(113)의 중앙 부분보다, 테라스부(116)에 가까운 부분이 충, 방전 시 많은 열이 발생한다. 전지셀 적층체(120)를 기준으로 하면 전극 리드(111, 112)들이 돌출된 부분과 인접한 부분에 많은 열이 발생한다. 충, 방전이 반복될수록 전지셀(110)의 각 부분 간 온도 편차가 심해진다. 이러한 온도 편차는 전지의 성능 저하로 이어지기 때문에 온도 편차를 해소하는 것이 중요하다.

도 4 및 도 6을 도 5와 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 제1 히트 싱크(300a)와 제2 히트 싱크(300b)를 전지셀(110) 중 발열이 심한 부분에 마련함으로써, 냉각 기능을 집중시키고, 전지셀(110)의 온도 편차를 해소하고자 하였다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서는 전지셀(110)의 발열이 심한 양 단 부분에서 열 발산이 효과적으로 이루어질 수 있고, 전지셀(110)에 대해 각 부분간 온도 편차를 최소화할 수 있다.

이하에서는, 제1 히트 싱크(300a) 및 제2 히트 싱크(300b) 각각의 구체적인 구조에 대해 설명한다.

제1 히트 싱크(300a)는 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)와 접합되는 제1 하부 플레이트(310a) 및 제1 하부 플레이트(310a)로부터 하부 방향으로 함몰된 제1 함몰부(320a)를 포함할 수 있다. 제1 하부 플레이트(310a)는 제1 히트 싱크(300a)의 골격을 형성하고, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에 용접의 방법으로 직접 접합될 수 있다. 구체적으로 도 7에 나타난 바와 같이 제1 함몰부(320a)는 하부 방향으로 함몰된 부분으로써, 그 내부에 냉매가 유동하는 경로가 형성될 수 있다.

제1 함몰부(320a)는 냉매 유로가 뻗는 방향과 수직하게 xz평면이나 yz평면으로 자른 단면이 U자형인 관일 수 있으며, 상기 U자형인 관의 개방된 상측에 바닥부(210a)가 위치할 수 있다. 즉, 도 7에 나타난 바와 같이, 제1 함몰부(320a)는 단면상 모습이 U자형인 관일 수 있다. 후술하는 제2 함몰부(320b)도 유사한 구조를 갖는다. 제1 하부 플레이트(310a)가 바닥부(210a)와 접하면서, 제1 함몰부(320a)와 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.

한편, 모듈 프레임(200)은 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 일부가 돌출되어 형성된 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)들은 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 일부가 연장되어 제1 엔드 플레이트(410)를 지나도록 형성될 수 있다. 특히, 적어도 2개의 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)들이 형성될 수 있으며, 그 중 하나에는 냉매 주입 포트(510a)가 연결되고, 다른 하나에는 냉매 배출 포트(520a)가 연결될 수 있다. 냉매 주입 포트(510a) 및 냉매 배출 포트(520a)는 각각 후술하는 제1 팩 냉매 공급관 및 제1 팩 냉매 배출관에 연결될 수 있다.

제1 히트 싱크(300a)는 제1 히트 싱크(300a)의 일 변으로부터 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)가 위치한 부분으로 돌출된 제1 히트 싱크 돌출부(300Pa)들을 포함할 수 있다. 적어도 2개의 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)들이 형성될 수 있는데, 제1 히트 싱크 돌출부(300Pa)들은 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)들 각각과 대응하도록 형성될 수 있다.

제1 함몰부(320a)는 제1 히트 싱크 돌출부(300Pa)들 중 하나로부터 다른 하나로 이어질 수 있다. 냉매 주입 포트(510a)를 통해 공급된 냉매는, 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)와 제1 히트 싱크 돌출부(300Pa) 사이를 거쳐 제1 함몰부(320a)와 바닥부(210a) 사이의 공간으로 처음 유입된다. 이후, 냉매는 제1 함몰부(320a)를 따라 이동하고, 다른 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)와 제1 히트 싱크 돌출부(300Pa) 사이를 거쳐 냉매 배출 포트(520a) 통해 배출된다.

한편, 제2 히트 싱크(300b)는 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)와 접합되는 제2 하부 플레이트(310b) 및 제2 하부 플레이트(310b)로부터 하부 방향으로 함몰된 제2 함몰부(320b)를 포함할 수 있다. 제2 하부 플레이트(310b)는 제2 히트 싱크(300b)의 골격을 형성하고, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에 용접의 방법으로 직접 접합될 수 있다. 제2 함몰부(320b)는 하부 방향으로 함몰된 부분으로써, 그 내부에 냉매가 유동하는 경로가 형성될 수 있다.

제2 함몰부(320b)는 냉매 유로가 뻗는 방향을 기준으로 수직하게 xz평면이나 yz평면으로 자른 단면이 U자형인 관일 수 있으며, 상기 U자형인 관의 개방된 상측에 바닥부(210a)가 위치할 수 있다. 제2 하부 플레이트(310b)가 바닥부(210a)와 접하면서, 제2 함몰부(320b)와 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.

한편, 모듈 프레임(200)은 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 일부가 돌출되어 형성된 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)들은 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 일부가 연장되어 제2 엔드 플레이트(420)를 지나도록 형성될 수 있다. 특히, 적어도 2개의 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)들이 형성될 수 있으며, 그 중 하나에는 냉매 주입 포트(510b)가 연결되고, 다른 하나에는 냉매 배출 포트(520b)가 연결될 수 있다. 냉매 주입 포트(510b) 및 냉매 배출 포트(520b)는 각각 후술하는 제2 팩 냉매 공급관 및 제2 팩 냉매 배출관에 연결될 수 있다. 이 때, 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)들은 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)들이 형성되지 않은 바닥부(210a)의 변에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)들이 형성된 바닥부(210a)의 변과 대향하는 변에 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)들이 형성될 수 있다.

제2 히트 싱크(300b)는 제2 히트 싱크(300b)의 일 변으로부터 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)가 위치한 부분으로 돌출된 제2 히트 싱크 돌출부(300Pb)들을 포함할 수 있다. 적어도 2개의 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)들이 형성될 수 있는데, 제2 히트 싱크 돌출부(300Pb)들은 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)들 각각과 대응하도록 형성될 수 있다.

제2 함몰부(320b)는 제2 히트 싱크 돌출부(300Pb)들 중 하나로부터 다른 하나로 이어질 수 있다. 냉매 주입 포트(510b)를 통해 공급된 냉매는, 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)와 제2 히트 싱크 돌출부(300Pb) 사이를 거쳐 제2 함몰부(320b)와 바닥부(210a) 사이의 공간으로 처음 유입된다. 이후, 냉매는 제2 함몰부(320b)를 따라 이동하고, 다른 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)와 제2 히트 싱크 돌출부(300Pb) 사이를 거쳐 냉매 배출 포트(520b) 통해 배출된다.

이와 같이, 제1 히트 싱크(300a)의 제1 함몰부(320a)가 형성하는 냉매 유로와 제2 히트 싱크(300b)의 제2 함몰부(320b)가 형성하는 냉매 유로는 서로 분리되어 있다. 특히, 도 8에 나타난 바와 같이, 바닥부(210a)의 하면 전체를 단일의 히트 싱크로 커버하는 것이 아니라 서로 분리된 제1 히트 싱크(300a)와 제2 히트 싱크(300b)가 나누어 커버한다. 단일의 히트 싱크만 배치되는 경우, 한번 유입된 냉매가 배출될 때까지의 경로가 길어진다. 경로가 길어지게 되면, 냉매 유로의 후반부에서의 압력이 저하되는 문제가 있다. 또한, 냉매 유로의 후반부에서는 이미 냉매를 통한 열 교환이 상당 부분 이루어진 이후이기 때문에 냉각 성능이 저하된 상태이다.

이에 반해, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 제1 및 제2 히트 싱크(300a, 300b)를 배치함으로써, 각 히트 싱크의 냉매 경로가 짧아진다. 따라서, 후반부에서의 압력 강하 문제를 해소할 수 있고, 각 히트 싱크가 갖는 냉각 성능을 발열이 심한 부분에 집중시킬 수 있어 보다 효과적인 방열이 가능하다. 특히, 본 실시예에서와 같이, 전지셀(110)의 개수가 종래보다 많은 대면적 모듈의 경우, 단일의 히트 싱크만 배치하는 경우보다 냉매 유로의 압력 유지 및 냉각 성능 측면에서 효과적이다.

또한, 단일의 히트 싱크를 포함한 대면적의 전지 모듈이 자동차와 같은 디바이스에 배치될 경우, 상기 단일의 히트 싱크 내부로 냉매를 공급 및 배출하기 위해 대용량의 냉매 펌프가 필요하다. 이러한 대용량의 냉매 펌프는 큰 공간을 차지하기 때문에 자동차와 같은 디바이스 내부의 공간 효율성이 떨어진다.

반면, 본 실시예에 따른 전지 모듈과 같이, 분리된 제1 및 제2 히트 싱크(300a, 300b)를 포함할 경우, 더 작은 용량의 냉매 펌프로도 동등한 열 교환 성능 및 냉각 성능을 구현할 수 있다. 즉, 더 작은 용량의 냉매 펌프를 이용할 수 있으므로, 자동차와 같은 디바이스 내부의 공간을 효율적으로 활용할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 제1 함몰부(320a) 및 제2 함몰부(320b) 중 적어도 하나는, 상부 방향으로 돌출된 돌출 패턴(P)이 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 전지셀 적층체(120)와 같이 적층되는 전지셀의 개수가 종래 대비 많이 늘어나는 대면적 전지 모듈의 경우, 냉매 유로의 폭이 더 넓게 형성될 수 있어 온도 편차가 더 심할 수 있다. 돌출 패턴(P)은 냉각 유로의 폭을 실질적으로 축소시키는 효과를 발생시켜 압력 강하를 최소화하고 동시에 냉매 유로 폭 간의 온도 편차를 줄일 수 있다. 따라서, 균일한 냉각 효과를 구현할 수 있다.

이하에서는, 도 9 내지 도 11을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 열전도성 수지층과 제2 열전도성 수지층에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 10은 도 3의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다. 도 11은 도 3의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.

도 3, 도 4 및 도 9 내지 도 11을 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)의 하면과 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 사이에 위치하는 제1 열전도성 수지층(600a) 및 제2 열전도성 수지층(600b)을 더 포함할 수 있다.

제1 열전도성 수지층(600a) 및 제2 열전도성 수지층(600b)은, 열전도성 수지(Thermal resin)를 포함할 수 있다. 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에 상기 열전도성 수지가 도포되어 제1 열전도성 수지층(600a) 및 제2 열전도성 수지층(600b)가 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. 이러한 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 모듈(100)의 외부로 전달하여 전지 모듈의 과열을 방지할 수 있다.

제1 열전도성 수지층(600a) 및 제2 열전도성 수지층(600b)은 전극 리드(111, 112)들이 돌출되는 방향과 평행한 방향을 따라 이격되어 위치할 수 있다. 상술한 바 대로, 전지셀 적층체(120)에서 전극 리드(111, 112)들이 y축 방향과 -y축 방향으로 각각 돌출될 수 있다. 제1 열전도성 수지층(600a) 및 제2 열전도성 수지층(600b)은 전극 리드(111, 112)들의 돌출 방향에 맞추어, y축과 평행한 방향을 따라 이격되어 위치할 수 있다. 특히, 제1 열전도성 수지층(600a) 및 제2 열전도성 수지층(600b)은 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에서의 마주하는 양변에 각각 인접하도록 위치할 수 있다. 아울러, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)의 일면과 수직한 방향에 대해, 제1 열전도성 수지층(600a)과 대응하는 부분에 제1 히트 싱크(300a)가 위치할 수 있고, 제2 열전도성 수지층(600b)과 대응하는 부분에 제2 히트 싱크(300b)가 위치할 수 있다.

제1 히트 싱크(300a) 및 제2 히트 싱크(300b)와 유사하게, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 제1 열전도성 수지층(600a) 및 제2 열전도성 수지층(600b)을 전지셀(110) 중 발열이 심한 부분에 마련함으로써, 냉각 기능을 집중시키고, 전지셀(110)의 온도 편차를 해소하고자 하였다. 이에 따라, 본 실시예에 다른 전지 모듈(100)에서는 전지셀(110)의 발열이 심한 양 단 부분에서 열 발산이 효과적으로 이루어질 수 있고, 전지셀(110)에 대해 각 부분간 온도 편차를 최소화할 수 있다.

구체적으로, 도 10에 나타난 바와 같이, 전지셀(110)의 발열이 심한 부분에서 발생한 열은, 제1 열전도성 수지층(600a), 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 및 제1 히트 싱크(300a)를 차례로 거쳐 외부로 배출된다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 반대편에서도 마찬가지로, 열이 제2 열전도성 수지층(600b), 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 및 제2 히트 싱크(300b)를 차례로 거쳐 외부로 배출된다.

한편, 도 11에 나타난 바와 같이, 전지셀(110)의 발열이 상대적으로 약한 부분에서는, 열전도성 수지가 도포되지 않아, 전지셀(110)과 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 사이에 일종의 공기층(AL)이 형성될 수 있다. 공기층(AL)이 단열층으로 기능하여, 열 배출을 상대적으로 제한할 수 있다. 또한, 해당 부분에는 별도의 히트 싱크가 배치되지 않는다.

위와 같이, 전지셀(110)의 발열이 심한 부분과 발열이 미비한 부분 각각에 대해 열 배출 정도를 다르게 설계함으로써, 전지셀(110)의 각 부분 간 온도 편차를 해소하고자 하였다.

종합하면, 제1 열전도성 수지층(600a) 및 제2 열전도성 수지층(600b)이 도포된 부분 각각과 대응하도록 제1 히트 싱크(300a) 및 제2 히트 싱크(300b)를 배치하여 전지셀 적층체(120)의 발열이 심한 부분에 대한 냉각 성능을 극대화할 수 있다. 또한, 전지셀 적층체(120)의 발열이 약한 부분에서는 냉각 성능을 상대적으로 제한하여 온도 편차 해소를 위한 균형을 맞추고자 하였다.

한편, 도 2, 도 6, 도 7 및 도 10을 다시 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)의 경우, 히트 싱크(60) 내부에 냉매 유로가 형성되는 것인 반면, 본 실시예에 따른 제1 히트 싱크(300a)와 제2 히트 싱크(300b)는 상부가 개방된 형태의 제1 함몰부(320a)와 제2 함몰부(320b)를 포함하기 때문에 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)가 상기 냉매와 직접 접촉한다. 즉, 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)가 제1 히트 싱크(300a)와 제2 히트 싱크(300b) 각각의 상부 플레이트로 구성되는 것이다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 종래의 히트 싱크(60)에 비해 보다 직접적인 열 전달이 가능하다는 장점이 있다.

이하에서는, 도 4, 도 8, 도 9 및 도 12를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈, 팩 냉매 공급관 및 팩 냉매 배출관을 나타낸 사시도이다.

도 4, 도 8, 도 9 및 도 12를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 전지 모듈(100), 제1 팩 냉매 공급관(1100a), 제1 팩 냉매 배출관(1200a), 제2 팩 냉매 공급관(1100b) 및 제2 팩 냉매 배출관(1200b)을 포함한다.

제1 팩 냉매 공급관(1100a)는 제1 히트 싱크(300a)가 형성하는 냉매 유로에 냉매를 공급한다. 구체적으로, 제1 팩 냉매 공급관(1100a)이 냉매 주입 포트(510a)와 연결될 수 있다. 제1 팩 냉매 공급관(1100a)을 통해 이동한 냉매는, 냉매 주입 포트(510a) 그리고 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)와 제1 히트 싱크 돌출부(300Pa) 사이를 차례로 거쳐 제1 히트 싱크(300a)로 유입된다.

제1 팩 냉매 배출관(1200a)은, 제1 히트 싱크(300a)가 형성하는 냉매 유로로부터 상기 냉매를 배출시킨다. 구체적으로, 제1 팩 냉매 배출관(1200a)이 냉매 배출 포트(520a)와 연결될 수 있다. 제1 히트 싱크(300a)에 유입되었던 냉매는, 다른 제1 모듈 프레임 돌출부(211a)와 제1 히트 싱크 돌출부(300Pa) 사이 그리고 냉매 배출 포트(520a)를 차례로 거쳐 제1 팩 냉매 배출관(1200a)으로 배출된다.

한편, 제2 팩 냉매 공급관(1100b)는 제2 히트 싱크(300b)가 형성하는 냉매 유로에 냉매를 공급한다. 구체적으로, 제2 팩 냉매 공급관(1100b)이 냉매 주입 포트(510b)와 연결될 수 있다. 제2 팩 냉매 공급관(1100b)을 통해 이동한 냉매는, 냉매 주입 포트(510b) 그리고 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)와 제2 히트 싱크 돌출부(300Pb) 사이를 차례로 거쳐 제2 히트 싱크(300b)로 유입된다.

제2 팩 냉매 배출관(1200b)은, 제2 히트 싱크(300b)가 형성하는 냉매 유로로부터 상기 냉매를 배출시킨다. 구체적으로, 제2 팩 냉매 배출관(1200b)이 냉매 배출 포트(520b)와 연결될 수 있다. 제2 히트 싱크(300b)에 유입되었던 냉매는, 다른 제2 모듈 프레임 돌출부(211b)와 제2 히트 싱크 돌출부(300Pb) 사이 그리고 냉매 배출 포트(520b)를 차례로 거쳐 제2 팩 냉매 배출관(1200b)으로 배출된다.

이하에서는, 도 13 및 도 14를 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명하도록 한다.

도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다. 도 14는 도 13의 전지 모듈에 포함된 하부 프레임과 열전도성 수지층을 나타낸 사시도이다.

도 13 및 도 14를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈(100’)은, 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(120); 전지셀 적층체(120)를 수납하는 모듈 프레임(200); 및 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 아래에 위치하는 제1 히트 싱크(300a)와 제2 히트 싱크(300b)를 포함한다. 모듈 프레임(200)은 하부 프레임(210) 및 상부 커버(220)를 포함할 수 있고, 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면을 각각에는 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)가 배치될 수 있다. 상기 각 구성에 대한 자세한 내용은 앞서 설명한 내용과 중복이므로 생략한다.

이 때, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100’)은, 전지셀 적층체(120)의 하면과 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a) 사이에 위치하는 열전도성 수지층(600c)을 더 포함할 수 있다. 모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)에 열전도성 수지가 도포되어 열전도성 수지층(600c)이 형성될 수 있다. 상기 열전도성 수지에 대한 자세한 내용은 앞서 설명한 내용과 중복이므로 생략한다.

앞서 설명한 전지 모듈(100)이, 제1 히트 싱크(300a) 및 제2 히트 싱크(300b)와 대응하는 제1 열전도성 수지층(600a) 및 제2 열전도성 수지층(600b)을 포함하는 것과 달리, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100’)은, 단일의 열전도성 수지층(600c)을 포함할 수 있다.

모듈 프레임(200)의 바닥부(210a)의 일면과 수직한 방향에 대해, 본 실시예에 따른 열전도성 수지층(600c)은 제1 히트 싱크(300a)가 위치한 영역과 제2 히트 싱크(300b)가 위치한 영역을 커버할 수 있다.

즉, 열전도성 수지층(600c)은 제1 히트 싱크(300a)가 위치한 영역과 제2 히트 싱크(300b)가 위치한 영역을 커버할 뿐만 아니라, 그 사이의 영역까지 커버할 수 있다. 이에 따라 전지셀(110)의 중앙 부분에서의 방열 성능을 보완할 수 있다.

적용되는 전지셀(110)의 종류, 개수, 크기 등을 토대로, 전지 모듈 단위에서의 방열 성능 향상과 온도 편차 최소화를 위해, 제1 및 제2 열전도성 수지층(600a, 600b)이나 단일의 열전도성 수지층(600c)을 선택하여 적용할 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), BDU(Battery Disconnect Unit), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.

상기 전지 모듈이나 전지팩은 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: 전지 모듈
200: 모듈 프레임
210a: 바닥부
300a: 제1 히트 싱크
300b: 제2 히트 싱크

Claims

서로 대향하는 방향으로 돌출된 전극 리드들을 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임; 및
상기 모듈 프레임의 바닥부 아래에 위치하는 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크를 포함하고,
상기 제1 히트 싱크와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이 및 제2 히트 싱트와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이 각각에 냉매 유로가 형성되며,
상기 제1 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로와 상기 제2 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로가 서로 분리되어 있는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 제1 히트 싱크 및 상기 제2 히트 싱크는, 상기 전극 리드들이 돌출되는 방향과 평행한 방향을 따라 이격되어 위치하는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 전지셀 적층체의 하면과 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이에 위치하는 제1 열전도성 수지층 및 제2 열전도성 수지층을 더 포함하는 전지 모듈.
제3항에서,
상기 제1 열전도성 수지층 및 상기 제2 열전도성 수지층은, 상기 전극 리드들이 돌출되는 방향과 평행한 방향을 따라 이격되어 위치하는 전지 모듈.
제3항에서,
상기 모듈 프레임의 바닥부의 일면과 수직한 방향에 대해, 상기 제1 열전도성 수지층과 대응하는 부분에 상기 제1 히트 싱크가 위치하고, 상기 제2 열전도성 수지층과 대응하는 부분에 제2 히트 싱크가 위치하는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 제1 히트 싱크는, 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접합되는 제1 하부 플레이트 및 상기 제1 하부 플레이트로부터 하부 방향으로 함몰된 제1 함몰부를 포함하는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 전지셀 적층체의 하면과 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이에 위치하는 열전도성 수지층을 더 포함하는 전지 모듈.
제7항에서,
상기 모듈 프레임의 바닥부의 일면과 수직한 방향에 대해, 상기 열전도성 수지층은 상기 제1 히트 싱크가 위치한 영역과 상기 제2 히트 싱크가 위치한 영역을 커버하는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 모듈 프레임은, 상기 모듈 프레임의 바닥부 일부가 돌출되어 형성된 제1 모듈 프레임 돌출부들을 포함하고,
상기 제1 모듈 프레임 돌출부들 중 어느 하나에 냉매 주입 포트가 연결되고 다른 하나에 냉매 배출 포트가 연결되는 전지 모듈.
제9항에서,
상기 제1 히트 싱크는, 상기 제1 히트 싱크의 일 변으로부터 상기 제1 모듈 프레임 돌출부들이 위치한 부분으로 돌출된 제1 히트 싱크 돌출부들을 포함하는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 제2 히트 싱크는, 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접합되는 제2 하부 플레이트 및 상기 제2 하부 플레이트로부터 하부 방향으로 함몰된 제2 함몰부를 포함하는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 모듈 프레임은, 상기 모듈 프레임의 바닥부 일부가 돌출되어 형성된 제2 모듈 프레임 돌출부들을 포함하고,
상기 제2 모듈 프레임 돌출부들 중 어느 하나에 냉매 주입 포트가 연결되고 다른 하나에 냉매 배출 포트가 연결되는 전지 모듈.
제12항에서,
상기 제2 히트 싱크는, 상기 제2 히트 싱크의 일 변으로부터 상기 제2 모듈 프레임 돌출부들이 위치한 부분으로 돌출된 제2 히트 싱크 돌출부들을 포함하는 전지 모듈.
제1항에 따른 전지 모듈;
상기 제1 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로에 냉매를 공급하는 제1 팩 냉매 공급관;
상기 제1 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로로부터 상기 냉매를 배출시키는 제1 팩 냉매 배출관;
상기 제2 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로에 냉매를 공급하는 제2 팩 냉매 공급관; 및
상기 제2 히트 싱크가 형성하는 냉매 유로로부터 상기 냉매를 배출시키는 제2 팩 냉매 배출관을 포함하는 전지팩.