KR20220122402A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지 셀 적층체 부분을 덮는 버스 바 프레임, 상기 버스 바 프레임에 형성된 슬롯을 통해 상기 전지 셀 적층체에서 돌출된 전극 리드와 연결된 버스 바, 상기 버스 바 프레임을 커버하는 엔드 플레이트, 및 상기 버스 바와 연결된 열 전달 부재를 포함하고, 상기 열 전달 부재는 상기 엔드 플레이트와 접촉한다.

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 구체적으로 신규한 냉각 구조를 갖는 전지 모듈 및 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 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. 이러한 전지 모듈은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 전지 셀을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 전지 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
도 1은 종래의 전지 모듈에 따른 사시도를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1 절단선 A-A’를 기준으로 xz 평면을 따라 자른 단면도 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 3은 종래의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩의 단면도 일부이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 상호 적층 되는 복수개의 전지 셀(11)로 구성된 전지 셀 어셈블리 및 복수개의 전지 셀(11)의 전극 리드(12)들을 전기적으로 연결하는 버스 바 어셈블리, 상기 전지 셀 어셈블리를 감싸는 모듈 프레임(13), 및 버스 바 어셈블리를 덮는 엔드 플레이트(14)를 포함하여 구성된다.
여기서, 버스 바 어셈블리는, 각각의 전지 셀(11)의 전극 리드(12)들을 개별적으로 통과시키는 리드 슬롯들을 구비하는 버스 바 프레임 및 상기 버스 바 프레임에 장착되고, 리드 슬롯들 개수에 대응되도록 구비되는 버스 바 슬롯들을 구비하며, 버스 바 슬롯들을 통과한 전극 리드들과 용접 등으로 연결되는 버스 바(16)를 포함하여 구성된다.
이때, 버스 바(16)에서 발생한 열은 직접적인 냉각 경로가 없기 때문에, 전극 리드(12)를 통해 전달되어, 전지 셀(11), 모듈 프레임(13) 바닥부 상에 형성되는 열전도성 수지층(17) 및 모듈 프레임(13) 바닥부를 통해 전달될 수 있다.
더불어, 도 3을 참조하면, 상기 전달된 열은 종래의 전지 모듈(10)을 포함하는 전지 팩 내부에 형성되는 열전달 부재(20) 및 냉각 플레이트(21)를 통해 추가적으로 전달될 수 있다.
최근 고용량, 고에너지, 급속 충전 등의 필요가 지속적으로 증가하여 버스바에 흐르는 전류의 양도 증가하는 추세이다. 버스 바에 흐르는 고전류로 인해 버스 바에 발열이 발생하며, 이러한 발열은 종래 냉각 구조 만으로는 효과적으로 냉각시키기 어렵다. 따라서, 상기 발열의 냉각을 위해 버스 바와 직접적으로 접촉하여 버스 바의 냉각이 가능한 구조의 필요성이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 버스 바의 발열 문제 해결이 가능한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지 셀 적층체 부분을 덮는 버스 바 프레임, 상기 버스 바 프레임에 형성된 슬롯을 통해 상기 전지 셀 적층체에서 돌출된 전극 리드와 연결된 버스 바, 상기 버스 바 프레임을 커버하는 엔드 플레이트, 및 상기 버스 바와 연결된 열 전달 부재를 포함하고, 상기 열 전달 부재는 상기 엔드 플레이트와 접촉한다.
상기 버스 바는 상기 열 전달 부재와 면 접촉하여 연결될 수 있다.
상기 열 전달 부재는 전기적으로 절연성을 갖고, 열전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 엔드 플레이트와 상기 버스 바 프레임 사이에 위치하는 절연 커버를 더 포함하고, 상기 절연 커버는 상기 열 전달 부재가 상기 엔드 플레이트 및 상기 버스 바와 접촉하는 부분을 제외하고 상기 열 전달 부재를 덮는 덮개부를 가질 수 있다.
상기 열 전달 부재는 상기 엔드 플레이트의 하단부에 인접하도록 위치할 수 있다.
상기 열 전달 부재는 상기 복수의 전지 셀이 적층되는 방향을 따라 서로 이격되어 배치되도록 복수개 형성될 수 있다.
상기 열 전달 부재는 구부러진 구조를 포함하고, 상기 구부러진 구조를 통해 상기 버스 바와 적어도 일 면에서 접촉할 수 있다.
상기 열 전달 부재는 상기 버스 바 하단부를 지지하는 돌출 바닥부를 포함하고, 상기 돌출 바닥부와 상기 버스바가 접촉할 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 상기 모듈 프레임과 접촉하고, 상기 버스 바에서 발생한 열은 상기 열 전달 부재, 상기 엔드 플레이트, 및 상기 모듈 프레임의 바닥부로 순차적으로 전달될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기 설명한 전지 모듈, 상기 전지 모듈의 바닥부 아래 위치하는 제2 열전도성 수지층, 및 상기 제2 열전도성 수지층 아래 위치하는 냉각 플레이트를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 신규한 형태의 버스 바 냉각 구조에 의해 고 전류 및 급속 충전 환경에서의 버스 바 발열 문제를 해결할 수 있다. 또한 상기 발열 문제를 해결함으로써 전지 모듈의 안정성이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 모듈에 따른 사시도이다.
도 2는 도 1 절단선 A-A’를 기준으로 xz 평면을 따라 자른 단면도 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩의 단면도 일부이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4의 전지 셀 적층체에 포함된 하나의 전지 셀을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 4의 전지 모듈에 포함되는 엔드 플레이트의 사시도이다.
도 8은 도 7의 C 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8 절단선 D-D’를 기준으로 yz 평면을 따라 자른 단면도 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 10은 도 5의 절단선 B-B’를 기준으로 xz 평면을 따라 자른 단면도 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 E 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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.
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.
이하, 도 4 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 4의 전지 셀 적층체에 포함된 하나의 전지 셀을 나타내는 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)이 적층되어 있는 전지 셀 적층체(120), 전지 셀 적층체(120)를 감싸는 모듈 프레임, 전지 셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트(400), 전지 셀 적층체(120)의 전면과 후면에 각각 위치하는 엔드 플레이트(150) 및 전지 셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(150) 사이에 위치하는 버스 바 프레임(130)을 포함한다. 버스 바 프레임(130)은 상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 전지 셀 적층체(120) 부분을 덮을 수 있다. 이때 상기 모듈 프레임은 상부면, 전면 및 후면이 개방된 U자형 프레임(300)을 포함할 수 있다. 또, 전지 모듈(100)은 U자형 프레임(300)과 전지 셀 적층체(120) 사이에 위치하는 열전도성 수지층(310)을 포함한다. 열전도성 수지층(310)은 일종의 방열층으로서, 방열 기능을 갖는 물질을 도포하여 형성할 수 있다. 엔드 플레이트(150)는 금속 물질로 형성될 수 있다.
U자형 프레임(300)의 개방된 양측을 각각 제1 측과 제2 측이라고 할 때, U자형 프레임(300)은 상기 제1 측과 상기 제2 측에 대응하는 전지 셀 적층체(120)의 면을 제외하고 나머지 외면들 중에서, 서로 인접한 전면, 하면 및 후면을 연속적으로 감싸도록 벤딩된 판상형 구조로 이루어져 있다. U자형 프레임(300)의 하면에 대응하는 상면은 개방되어 있다.
상부 플레이트(400)는 U자형 프레임(300)에 의해 감싸지는 전면, 하면 및 후면을 제외한 나머지 상면을 감싸는 하나의 판상형 구조로 이루어져 있다. U자형 프레임(300)과 상부 플레이트(400)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등에 의해 결합됨으로써 전지 셀 적층체(120)를 감싸는 구조를 형성할 수 있다.
전지 셀 적층체(120)는 일방향으로 적층된 복수의 전지 셀(110)을 포함하고, 복수의 전지 셀(110)은 도 4에 도시한 바와 같이 y축 방향으로 적층될 수 있다. 다시 말해, 복수의 전지 셀(110)이 적층되는 방향은 U자형 프레임(300)의 2개의 측면부가 서로 마주보는 방향과 동일할 수 있다.
전지 셀(110)은 파우치형 전지 셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 6을 참고하면 본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 전지 셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 양 측면(114c)을 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지 셀(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. 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이가 전지 셀(110)의 길이 방향으로 정의하고, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)와 연결부(115) 사이를 전지 셀(110)의 폭 방향으로 정의할 수 있다.
연결부(115)는 전지 셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗어 있는 영역이며, 연결부(115)의 단부에 전지 셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 돌출부(110p)는 연결부(115)의 양 단부 중 적어도 하나에 형성될 수 있고, 연결부(115)가 뻗는 방향에 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(110p)는 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)의 실링부(114sa, 114sb) 중 하나와 연결부(115) 사이에 위치할 수 있다.
전지 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 전지 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지 셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지 셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지 셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 전지 셀 적층체(120)는 y축 방향으로 적층되고, z축 방향으로 U자형 프레임(300) 내부에 수용될 수 있다. 이에 대한 비교예로서 전지 셀이 카트리지 형태의 부품으로 형성되어 전지 셀 간의 고정이 전지 모듈 프레임으로 조립으로 이루어지는 경우가 있다. 이러한 비교예에서는 카트리지 형태의 부품의 존재로 인해 냉각 작용이 거의 없거나 전지 셀의 면 방향으로 진행될 수 있고, 전지 모듈의 높이 방향으로는 냉각이 잘 되지 않는다.
도 4를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 U자형 프레임(300)은 바닥부 및 상기 바닥부에 의해 연결되는 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함한다. 전지 셀 적층체(120)가 U자형 프레임(300)의 바닥부에 장착되기 전에, U자형 프레임(300)의 바닥부에 열전도성 수지를 도포하고, 열전도성 수지를 경화하여 열전도성 수지층(310)을 형성할 수 있다. 열전도성 수지층(310)은 U자형 프레임(300)의 바닥부와 전지 셀 적층체 사이에 위치하며, 전지 셀(110)에서 발생하는 열을, 전지 모듈(100) 바닥으로 전달하고 전지 셀 적층체(120)를 고정하는 역할을 할 수 있다.
도 7은 도 4에 도시한 전지 모듈의 엔드 플레이트의 사시도이다. 도 8은 도 7의 C 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 9는 도 8 절단선 D-D’를 기준으로 yz 평면을 따라 자른 단면도 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 10은 도 5의 절단선 B-B’를 기준으로 xz 평면을 따라 자른 단면도 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 11은 도 10의 E 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
종래의 전지 모듈은 버스 바의 직접적인 냉각 경로가 존재하지 않아 버스바에서의 발열은 버스 바, 전극 리드, 전지 셀, 열전도성 수지층 및 모듈 프레임 바닥부로 이어지는 경로에 의해서만 방출되었다. 그러나, 급속 충전과 같이 고 전류의 흐름에 의해 버스 바의 단 시간 높은 발열을 발생시키는 상황에서는 버스 바의 온도 상승을 최소화할 수 있는 냉각 구조가 필요하다.
따라서, 도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 버스 바 프레임(130)에 형성된 슬롯을 통해 전지 셀 적층체(120)에서 돌출된 전극 리드(111)와 연결된 버스 바(170) 및 버스 바(170)와 연결된 열 전달 부재(180)를 포함한다. 이때, 열 전달 부재(180)는 엔드 플레이트(150)와 접촉한다.
본 실시예에 따른 버스 바(170)는 열 전달 부재(180)와 면 접촉하여 연결될 수 있다. 열 전달 부재(180)는 구부러진 구조를 포함하고, 상기 구부러진 구조를 통해 버스 바(170)와 적어도 일 면에서 접촉할 수 있다. 특히, 도 8을 참고하면, 열 전달 부재(180)는 버스 바(170) 하단부를 지지하는 돌출 바닥부(A)를 포함하고, 돌출 바닥부(A)와 버스 바(170)가 접촉할 수 있다. 상기 구부러진 구조는 상기 구조에 버스 바(170)가 맞춤 결합할 수 있도록 버스 바(170)의 형상과 동일하게 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 오히려, 버스 바(170)에 기구적인 스트레스를 부가하지 않도록 열 전달 부재(180)의 일부분은 버스 바(170)와 접촉이 없도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 접촉을 통해 버스 바(170)에서의 발열이 열 전달 부재(180)로 전달되고, 버스 바(170)의 냉각이 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 열 전달 부재(180)는 전기적으로 절연성을 갖고, 열전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 구체적으로 열 전달 부재(180)는 열전달 패드 및 열전도성 수지층 중 하나를 포함할 수 있다. 또한, 열 전달 부재(180)는 최초 액상으로 주액되어 이후 경화되는 방법을 통해 형성될 수 있다. 열 전달 부재(180)는 전기적으로는 절연성을 가지나, 열 전도성을 가짐으로써, 버스 바(170)의 절연성을 유지하면서, 열전도를 가능하게 할 수 있다.
버스 바(170)에서 발생한 열은 열 전달 부재(180), 엔드 플레이트(150), 상기 모듈 프레임, 특히, U자형 프레임(300)의 바닥부로 순차적으로 전달되어 방출될 수 있다. 상기와 같은 순차적으로 전달되어 방출되는 구조를 통해 급속 충전 등의 고 전류 상황에서 발생하는 버스 바에서의 열을 효과적으로 방출할 수 있으며, 전지 모듈의 안정성을 확보할 수 있다.
특히, 도 7을 참조하면, 본 발명의 열 전달 부재(180)는 엔드 플레이트(150)의 하단부에 인접하도록 위치할 수 있다. 구체적으로, 열 전달 부재(180)는 엔드 플레이트(150)의 상단부보다 하단부에 가깝게 위치할 수 있다.
또한, 열 전달 부재(180)는 복수의 전지 셀(110)이 적층되는 방향을 따라 서로 이격되어 배치되도록 복수개 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 4를 참고하면, 복수의 전지 셀(110)은 y축 방향으로 적층될 수 있다. 따라서, 열 전달 부재(180)는 엔드 플레이트(150) 상에 y축 방향을 따라 서로 이격되어 배치되도록 복수개 형성될 수 있다.
이때, 열 전달 부재(180)가 엔드 플레이트(150)와 접촉함으로써 급속 냉각을 가능하게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 열 전달 부재(180)가 엔드 플레이트(150)의 하단부에 인접하도록 위치함으로써, 버스 바(170)의 온도가 높을 경우 열 전달 부재(180)의 상 변화로 인해 열 전달 부재(180)의 냉각 성능이 약화되는 것을 방지할 수 있다.
열 전달 부재(180)는 열 전달 부재(180)와 접촉하는 버스 바(170)의 수를 고려하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 버스 바(170)의 냉각을 최대화할 수 있는 개수로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 엔드 플레이트(150)와 버스 바 프레임(130) 사이에 위치하는 절연 커버(200)를 더 포함할 수 있다. 절연 커버(200)는 열 전달 부재(180)가 엔드 플레이트(150) 및 버스 바(170)와 접촉하는 열 전달 부재(180)의 부분을 제외하고 열 전달 부재(180)를 덮는 덮개부(210)를 가질 수 있다. 절연 커버(200)는 열 전달 부재(180)의 형태를 구성할 수 있고, 모듈 조립 후 열 전달 부재(180)가 이탈되거나 부서지지 않도록 형태를 유지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 덮개부(210)를 통해 열 전달 부재(180)의 절연성을 확보할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 엔드 플레이트(150)는 상기 모듈 프레임과 접촉할 수 있다. 특히, 상기 모듈 프레임인 U자형 프레임(300)의 바닥부와 접촉할 수 있다. 따라서, 버스 바(170)에서 발생한 열은 버스 바(170), 열 전달 부재(180), 엔드 플레이트(150) 및 모듈 프레임, 특히 U자형 프레임(300)의 바닥부로 전달되어 방출될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전지 모듈에 포함된 모듈 프레임, 특히, U자형 프레임(300)의 바닥부 아래에는 팩 구성 요소로서 제2 열전도성 수지층(320) 및 냉각 플레이트(700)가 형성되거나, 전지 모듈에 일체로 형성된 냉각 플레이트(700)가 형성될 수 있다. 따라서, U자형 프레임(300) 바닥부로 전달된 열은 제2 열전도성 수지층(320) 및 냉각 플레이트(700)로 전달되어 방출될 수도 있다. 그러므로, 버스 바(170)에서 발생한 열은 상기 전달을 통해 효과적으로 냉각 및 방출될 수 있으며, 전지 모듈의 안정성을 확보할 수 있다.
이하에서는, 도 12를 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩에 대해 설명한다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타내는 단면도이다.
도 12를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 팩은 앞에서 설명한 전지 모듈, U자형 프레임(300)의 바닥부 아래 위치하는 제2 열전도성 수지층(320), 및 제2 열전도성 수지층(320) 아래 위치하는 냉각 플레이트(700)를 포함한다.
따라서 앞서 설명한 바와 같이, 버스 바(170), 열 전달 부재(180), 엔드 플레이트(150), U자형 프레임(300) 바닥부로 전달된 열은 제2 열전도성 수지층(320) 및 냉각 플레이트(700)로 추가적으로 전달될 수 있다. 버스 바(170)에서 발생한 열이 상기 경로를 통해 냉각됨으로써 효과적인 냉각이 가능하다.
더불어, 본 발명의 전지 팩은 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 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 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: 전지 모듈
110: 전지 셀
120: 전지 셀 적층체
130: 버스 바 프레임
150: 엔드 플레이트
170: 버스 바
180: 열 전달 부재
200: 절연 커버
210: 덮개부
300: U자형 프레임
310: 제1 열전도성 수지층
320: 제2 열전도성 수지층
700: 냉각 플레이트

Claims (10)

  1. 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체,
    상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임,
    상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지 셀 적층체 부분을 덮는 버스 바 프레임,
    상기 버스 바 프레임에 형성된 슬롯을 통해 상기 전지 셀 적층체에서 돌출된 전극 리드와 연결된 버스 바,
    상기 버스 바 프레임을 커버하는 엔드 플레이트, 및
    상기 버스 바와 연결된 열 전달 부재를 포함하고,
    상기 열 전달 부재는 상기 엔드 플레이트와 접촉하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 버스 바는 상기 열 전달 부재와 면 접촉하여 연결되는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 열 전달 부재는 전기적으로 절연성을 갖고, 열전도성을 갖는 재질로 형성된 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 엔드 플레이트와 상기 버스 바 프레임 사이에 위치하는 절연 커버를 더 포함하고,
    상기 절연 커버는 상기 열 전달 부재가 상기 엔드 플레이트 및 상기 버스 바와 접촉하는 부분을 제외하고 상기 열 전달 부재를 덮는 덮개부를 갖는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 열 전달 부재는 상기 엔드 플레이트의 하단부에 인접하도록 위치하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 열 전달 부재는 상기 복수의 전지 셀이 적층되는 방향을 따라 서로 이격되어 배치되도록 복수개 형성되는 전지 모듈.
  7. 제5항에서,
    상기 열 전달 부재는 구부러진 구조를 포함하고,
    상기 구부러진 구조를 통해 상기 버스 바와 적어도 일 면에서 접촉하는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 열 전달 부재는 상기 버스 바 하단부를 지지하는 돌출 바닥부를 포함하고,
    상기 돌출 바닥부와 상기 버스 바가 접촉하는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트는 상기 모듈 프레임과 접촉하고,
    상기 버스 바에서 발생한 열은 상기 열 전달 부재, 상기 엔드 플레이트, 및 상기 모듈 프레임의 바닥부로 순차적으로 전달되는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈,
    상기 전지 모듈의 바닥부 아래 위치하는 제2 열전도성 수지층, 및
    상기 제2 열전도성 수지층 아래 위치하는 냉각 플레이트를 포함하는 전지 팩.

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