KR20230050093A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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KR20230050093A
KR20230050093A KR1020210133373A KR20210133373A KR20230050093A KR 20230050093 A KR20230050093 A KR 20230050093A KR 1020210133373 A KR1020210133373 A KR 1020210133373A KR 20210133373 A KR20210133373 A KR 20210133373A KR 20230050093 A KR20230050093 A KR 20230050093A
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김민섭
성준엽
전종필
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 및 상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 전지 셀은 상기 전지 셀의 길이 방향을 따라 형성된 실링부를 포함하며, 상기 실링부는 일 방향으로 복수 회 절곡되고, 복수 회 절곡된 상기 실링부는 상기 전지 셀의 폭 방향과 나란하게 배열된다.

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 냉각 성능이 향상된 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 주목을 받고 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 모듈 및 상기 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 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.
일반적으로, 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 전지 팩은 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 전지 팩의 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 모듈 및 전지 팩은 내부에서 발생한 열의 효과적인 냉각이 중요 요소이다.
도 1은 종래 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지 셀(11)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지 셀 적층체(12), 전지 셀 적층체(12)를 수용하는 모듈 프레임(25) 및 전지 셀 적층체(12)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(15)를 포함한다. 모듈 프레임(25)은 전지 셀 적층체(12)의 하부 및 양 측면을 덮는 하부 프레임(30)과 전지 셀 적층체(12)의 상면을 덮는 상부 플레이트(40)를 포함한다. 추가적으로, 전지 셀 적층체(12)의 하부와 모듈 프레임(25)의 바닥부 사이에 위치하는 열전도성 수지층(31)이 형성될 수 있다.
이때, 도 3을 참조하면, 종래 전지 모듈(10)의 전지 셀(11)은 실링부(11a)를 접거나, 그대로 유지하여 구성하였다. 이때, 실링부(11a)가 도 3에서 도시한 바와 같이 배치될 경우, 실링부(11a)로 인해 상부 플레이트(40)와 전지 셀 적층체(12) 간의 공간 활용에 어려움이 있었다. 특히, 상부 냉각 방식의 경우, 실링부(11a)의 배치에 의해 효과적인 냉각 효과 달성이 어려울 뿐만 아니라, 실링부(11a)와 전지 셀(10)의 몸체 사이의 공간 등 실링부(11a)와 인접하도록 형성되는 공기층에 의해 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
그러므로, 전지 모듈 및 전지 팩에서의 냉각 성능을 향상시키기 위한 실링부의 신규 배치 및 실링부의 배치를 고정시킬 수 있는 신규 구조의 필요성이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 냉각 성능이 향상된 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, 및 상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 전지 셀은 상기 전지 셀의 길이 방향을 따라 형성된 실링부를 포함하며, 상기 실링부는 일 방향으로 복수 회 절곡되고, 복수 회 절곡된 상기 실링부는 상기 전지 셀의 폭 방향과 나란하게 배열된다.
상기 실링부는 복수의 절곡부를 갖는 스크롤(scroll) 형상으로 형성되고, 상기 절곡을 통해 상기 실링부의 최외각 테두리부는 상기 스크롤의 중심에 위치할 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상기 전지 셀 적층체의 하부 및 양 측면부를 덮는 프레임 부재 및 상기 전지 셀 적층체의 상부를 덮는 상부 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 상부 플레이트의 내측면에 형성되는 가이드 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 프레임은 상기 실링부를 고정하도록 형성되는 가이드부를 포함할 수 있다.
상기 가이드부는 상기 가이드 프레임 상에 복수개 형성될 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 전지 셀 적층체와 상기 상부 플레이트 사이에 형성되는 열전도성 수지층을 더 포함하고, 상기 가이드 프레임은 상기 열전도성 수지층의 넘침을 방지하는 넘침 방지부를 포함할 수 있다.
상기 넘침 방지부는 상기 상부 플레이트의 내측 테두리부에 형성되고, 상기 열전도성 수지층의 일부 또는 전체를 감싸는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 상부 플레이트는 상기 실링부를 따라 형성되는 실링 가이드 구조를 포함할 수 있다.
상기 실링 가이드 구조는 상기 실링부의 측면과 인접한 부분이 돌출되는 것을 포함할 수 있다.
상기 실링 가이드 구조는 상기 실링부의 상부와 인접한 부분이 만입되는 구조를 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 상부 플레이트의 내면에 형성되는 절연 필름; 및 상기 절연 필름과 인접하도록 형성되고, 상기 실링 가이드 구조 및 상기 전지 셀 적층체 사이에 형성되는 열전도성 수지층을 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 상부 플레이트에 형성되고, 상기 열전도성 수지층의 넘침을 방지하는 넘침 방지 블록을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 상기 실링 가이드 구조는 상기 실링부의 측면과 인접한 부분에 형성되는 볼록부, 및 상기 실링부의 상부와 인접한 부분에 형성되는 함몰부를 포함하고, 상기 볼록부는 상기 상부 플레이트의 외측면으로부터 상기 상부 플레이트의 일부가 만입되어 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기 전지 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 실링부가 일 방향으로 복수회 절곡되고, 스크롤 형상으로 형성됨으로써 실링부를 상하 방향으로 배열하여 실링부가 차지하는 공간을 최소화할 수 있다.
이에, 실링부의 열 전달 저항을 최소화함으로써, 고 전류 및 급속 충전 환경에서의 냉각 성능을 확보할 수 있다. 또한 상기와 같이 냉각 성능을 확보하여 전지 모듈의 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 상부 플레이트는 가이드 프레임을 포함함으로써, 실링부를 고정하고 열전도성 수지층의 넘침을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 상부 플레이트는 실링부를 따라 형성되는 실링 가이드 구조를 포함함으로써 실링부를 고정하고 열전도성 수지층의 형성을 위해 주액되는 열전도성 수지의 양을 최소화하여 생산성을 향상시키고 재료비를 절감할 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 종래 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 전지 모듈에 포함되는 전지 셀을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 단면의 일부를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 C 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 상부 플레이트 및 상기 상부 플레이트에 형성된 가이드 프레임의 일부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 상부 플레이트 및 가이드 프레임을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 가이드 프레임을 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 상부 플레이트의 배면을 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 단면의 일부를 도시한 도면이다.
도 14는 도 12의 상부 플레이트의 단면의 일부를 나타낸 도면이다.
도 15는 도 12의 상부 플레이트의 배면을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 상부 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 18은 도 16의 상부 플레이트의 단면의 일부를 나타낸 도면이다.
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 전지 모듈의 분해사시도이다. 도 5는 본 발명의 전지 모듈에 포함되는 전지 셀을 나타낸 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 단면의 일부를 나타낸 도면이다. 도 7은 도 6의 C 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 8은 도 4의 전지 모듈에 포함되는 상부 플레이트 및 상기 상부 플레이트에 형성된 가이드 프레임의 일부를 나타낸 도면이다. 도 9는 도 8의 상부 플레이트 및 가이드 프레임의 사시도이다. 도 10은 도 8의 구성 중 가이드 프레임만을 도시한 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)이 적층되어 있는 전지 셀 적층체(120) 및 전지 셀 적층체(120)를 감싸는 모듈 프레임(200)을 포함한다.
우선, 전지 셀(110)은 파우치형 전지 셀인 것이 바람직하며, 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 셀(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, 전지 셀(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 전지 셀(110)의 외부로 돌출된다.
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 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. 특히, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 전지 셀의 길이 방향으로 형성되는 실링부(114sc)와 전지 셀의 폭 방향으로 형성되는 실링부(114sa, 114sb)를 포함할 수 있다. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 이때, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이를 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.
또한, 연결부(115)는 전지 셀(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, 전지 셀(110)은, 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향으로 셀 케이스(114)로부터 연장 형성된 테라스부(116)를 포함할 수 있다.
이러한 전지 셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지 셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지 셀 적층체(120)를 형성한다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이 y축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지 셀(110)이 적층될 수 있다. 이에 따라 전극 리드(111, 112)들은 x축 방향과 -x축 방향으로 각각 돌출될 수 있다.
한편, 전지 셀(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, 전극 리드(111, 112)에 가까워질수록 충, 방전에 따라 많은 열이 발생할 수 있으므로, 해당 부분의 냉각을 위한 구조가 필요할 수 있다.
이때, 종래의 전지 모듈은 전지 셀의 실링부가 차지하는 공간으로 인해 냉각 효율이 감소하고, 상부에 열전도성 수지층을 도포함에 있어 공간 활용이 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 도 6 및 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 전지 셀(110)의 길이 방향을 따라 형성된 실링부(114sc)를 포함하고, 실링부(114sc)는 일 방향으로 복수 회 절곡되고, 복수 회 절곡된 실링부(114sc)는 전지 셀(110)의 폭 방향과 나란하게 배열된다. 이때, 도 5 및 도 6을 참고하면, 전지 셀(100)의 폭 방향은 실링부(114sc)와 연결부(115) 사이, 또는 실링부(114sc)와 프레임 부재(300)의 바닥부(300a) 사이의 방향을 의미하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 실링부(114sc)는 복수 회 절곡됨으로써 복수의 절곡부를 갖는 스크롤(scroll) 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 스크롤(scroll) 형상이라는 것은, 실링부(114sc)가 복수 회 절곡되는 방향이 일 방향으로 형성됨으로써, 실링부(114sc)의 단면이 절곡부를 갖는 두루마리 또는 소용돌이 형상임을 의미할 수 있다.
또한, 상기와 같이 절곡됨을 통해 실링부(114sc)의 최외각에 위치했던 테두리부는 상기 스크롤 형상의 중심에 위치할 수 있다. 이때, 최외각에 위치하는 테두리부는 실링부(114sc)가 절곡되기 전의 최외각 테두리 영역을 의미하는 것일 수 있다. 상기와 같이 스크롤 형상을 갖도록 형성됨으로써, 상기 최외각에 위치했던 테두리부는 스크롤 형상의 중심에 위치하도록 복수회 절곡될 수 있다.
상기와 같이 일방향으로 복수회 절곡됨으로써, 실링부(114sc)는 종래 실링부에 비해 차지하는 공간이 최소화될 수 있다. 특히, 실링부가 차지하는 공간이 최소화됨으로써 열 전달 저항이 최소화될 수 있다. 따라서, 도 7에서 나타낸 화살표와 같이 전지 셀(110)로부터 발생한 열이 전달되는 경로의 방해를 최소화할 수 있다.
한편, 모듈 프레임(200)은 상부면, 전면 및 후면이 개방되어 전지 셀 적층체(120)의 하부 및 양측부를 덮는 프레임 부재(300), 및 전지 셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트(400)를 포함한다. 다만, 모듈 프레임(200)은 이에 한정된 것이 아니며, L자형 프레임 또는 전후면을 제외하고 전지 셀 적층체(120)를 둘러싸는 모노 프레임과 같은 다른 형상의 프레임으로 대체될 수 있다. 모듈 프레임(200)을 통해 모듈 프레임(200)의 내부에 수용된 전지 셀 적층체(120)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이때, 프레임 부재(300)는 전지 셀 적층체(120)의 하부를 받치는 바닥부(300a)와 바닥부(300a)의 양단부에서 각각 상향 연장된 측면부(300b)를 포함할 수 있다.
상부 플레이트(400)는 모듈 프레임(200)의 개방된 상측면을 커버할 수 있다. 엔드 플레이트(150)는 모듈 프레임(200)에서 개방되어 있는 전지 셀 적층체(120)의 전후면을 덮을 수 있다. 엔드 플레이트(150)는 상부 플레이트(400)의 전후단 모서리 및 모듈 프레임(200)의 전후단 모서리와 용접을 통해 결합될 수 있다.
엔드 플레이트(150)와 전지 셀 적층체(120)의 전후면 사이에는 버스 바 프레임(130)이 형성될 수 있다. 버스 바 프레임(130)에 장착된 복수의 버스 바(160)는 전지 셀(110)들로부터 돌출 형성되어 버스 바 프레임(130) 상에 장착된 전극 리드(111, 112)들과 접촉될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지 셀 적층체(120)의 하면과 모듈 프레임(200)의 바닥부, 즉, 프레임 부재(300)의 바닥부(300a) 사이에 위치하는 제1 열전도성 수지층(310)을 더 포함하고, 제1 열전도성 수지층(310)은 전지 셀(110)에서 발생하는 열을, 전지 모듈(100) 바닥으로 전달하고 전지 셀 적층체(120)를 고정하는 역할을 할 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 전지 셀(110)의 실링부(114sc)가 복수 회 절곡되고, 실링부(114sc)가 전지 셀(110)의 폭 방향과 나란하게 배열되기 위해서는 실링부(114sc)의 고정을 위한 구조가 필요할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 전지 모듈(110)은 전지 셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트(400)를 포함하고, 상부 플레이트(400)의 내측면에 형성되는 가이드 프레임(500)을 포함할 수 있다.
이때, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 가이드 프레임(500)은 실링부(114sc)를 고정하도록 형성되는 가이드부(510)를 포함할 수 있다. 가이드부(510)는 가이드 프레임(500) 상에 복수개 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로 가이드부(510)는 가이드부(510)를 구성하는 한 쌍의 가이드 부재가 실링부를 중심으로 양 측에 배치되어 형성되는 것일 수 있다.
이때, 가이드부(510)는 전지 셀(110)의 길이 방향을 따라 복수개의 가이드부(510)가 형성되도록, 가이드 프레임(500) 상에 복수개의 층을 따라 형성될 수 있다. 또한, 전지 셀(110)의 적층 방향을 따라 형성되는 가이드부(510)의 수는 전지 모듈(100) 내에 형성되는 전지 셀(110)의 수와 대응되도록 형성될 수 있다.
하나의 전지 셀(110)에 형성된 실링부(114sc)를 고정하는 가이드부(510)가 전지 셀(110)의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상 형성됨으로써, 실링부(114sc)가 전지 셀(110)의 폭 방향을 따라 전지 모듈(100)의 전고 방향으로 배치되도록 견고한 고정이 가능할 수 있다.
가이드 프레임(500)은 절연 성능을 갖도록 형성될 수 있으며, 특히 상부 플레이트(400)와 일정 간격을 유지하도록 형성하는 것도 가능하다. 따라서, 가이드 프레임(500)에 의해 상부 플레이트(400)와 전지 셀 적층체(120) 사이의 추가적인 절연 성능의 확보가 가능하다.
한편, 실링부(114sc)를 고정함으로써 전지 셀 적층체(120)와 상부 플레이트(400) 사이의 공간의 활용성이 높아지므로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 전지 셀 적층체(120)와 상부 플레이트(400) 사이 공간에 제2 열전도성 수지층(320)을 형성할 수 있다.
이때, 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 가이드 프레임(500)은 제2 열전도성 수지층(320)의 넘침을 방지하는 넘침 방지부(520)를 포함할 수 있다. 넘침 방지부(520)는 상부 플레이트(400)의 내측 테두리부에 형성될 수 있다. 따라서, 넘침 방지부(520)는 제2 열전도성 수지층(320)의 일부 또는 전체를 감싸는 것을 포함할 수 있다.
열전도성 수지층(310, 320)의 형성을 위해서는 다양한 방법이 사용될 수 있으며, 구체적으로, 제1 열전도성 수지층(310)은 프레임 부재(300)의 바닥부(300a)에 열전도성 수지를 도포하고, 제2 열전도성 수지층(320)은 전지 셀 적층체(120)와 상부 플레이트(400) 사이에 열전도성 수지를 도포하고, 상기 도포된 열전도성 수지를 경화하여 열전도성 수지층을 형성한 것을 포함할 수 있다. 다만, 상기 열전도성 수지를 도포하는 과정에서 상기 열전도성 수지가 원하는 위치에 도포되지 못하거나, 넘쳐 흐를경우 생산성 저하는 물론 재료비 손실을 가져올 수 있다. 그러므로, 본 실시예에 따른 가이드 프레임(500)에 형성된 넘침 방지부(520)는 제2 열전도성 수지층(320)이 전지 셀 적층체(120), 실링부(114sc) 및 상부 플레이트(400) 사이에 형성되고, 외부로 넘치지 않도록 방지하는 효과를 달성할 수 있다.
특히, 제2 열전도성 수지층(320)은 상부 플레이트(400)와 전지 셀 적층체(120) 사이에 형성됨으로써, 상부 플레이트(400)의 절연 성능을 확보하는 역할을 할 수 있다.
이하에서는, 도 12 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다. 상기에서 서술한 내용과 중복되는 내용이 있으므로, 상기 내용과 상이한 내용을 중심으로 서술하도록 한다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 상부 플레이트의 배면을 나타낸 사시도이다. 도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 단면의 일부를 도시한 도면이다. 도 14는 도 12의 상부 플레이트의 단면의 일부를 나타낸 도면이다. 도 15는 도 12의 상부 플레이트의 배면을 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 상부 플레이트(400)는 실링부(114sc)를 따라 형성되는 실링 가이드 구조(410, 420)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 13을 참조하면, 실링 가이드 구조(410, 420)는 실링부(114sc)의 측면과 인접한 부분이 돌출되는 것을 포함할 수 있다. 즉, 실링부(114sc)의 측면과 인접한 부분이 돌출되어 돌출부(410)가 형성될 수 있다.
또한, 실링 가이드 구조(410, 420)는 실링부(114sc)의 상부와 인접한 부분이 만입되는 구조를 포함할 수 있다. 즉, 실링 가이드 구조(410, 420)는 실링부(114sc)가 상부 플레이트(400)와 인접하는 부분으로 정의되는 실링부(114sc)의 상부와 인접한 부분이 만입되도록 제1 만입부(420a)가 형성될 수 있다.
더불어, 실링부(114sc)와 인접하지 않는 부분에 형성되는 제2 만입부(420b)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 만입부(420a)는 실링부(114sc)의 상부를 수용하기 위해 실링부(114sc)의 상부와 대응되는 형상으로 형성될 수 있으나, 제2 만입부(420b)의 형상은 자유롭게 선택될 수 있다.
이때, 돌출부(410)와 만입부(420)는 교대로 형성될 수 있으며, 특히, 만입부(420)는 인접하는 돌출부(410) 사이에 제1 만입부(420a)와 제2 만입부(420b)가 교대로 위치하도록 형성될 수 있다.
상기와 같은 실링 가이드 구조(410, 420)를 형성함으로써, 실링부(114sc)가 전지 모듈(100)의 전고 방향으로 배치되도록 고정할 수 있다. 또한, 실링 가이드 구조(410, 420)와 전지 셀 적층체(120) 사이에 도포되어 형성되는 열전도성 수지의 주액량을 최소화하고 제2 열전도성 수지층(320)과의 접촉 면적을 최대화하여 전지 모듈의 냉각 성능을 최대화할 수 있다.
따라서, 도 12 및 도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 상부 플레이트(400)의 배면, 즉 내면에 형성되는 절연 필름(600) 및 절연 필름(600)과 인접하도록 형성되고, 실링 가이드 구조(410, 420) 및 전지 셀 적층체(120) 사이에 형성되는 제2 열전도성 수지층(320)을 포함한다. 이때, 도 15에서는 상부 플레이트(400)의 배면을 도시한 바, 제2 열전도성 수지층(320)이 실링 가이드 구조(410, 420)를 덮고 있도록 도시하였다.
이에, 제2 열전도성 수지층(320)은 상부 플레이트(400)의 실링 가이드 구조(410, 420)와 전지 셀 적층체(120) 사이에 형성되고, 제2 열전도성 수지층(320)이 형성되지 않는 상부 플레이트(400)의 부분에 절연 필름(600)이 형성됨으로써, 전지 모듈의 상부 영역의 절연 성능을 확보할 수 있다. 특히, 제2 열전도성 수지층(320)이 형성되지 않는 부분 또한 절연 필름(600)으로 절연 성능을 확보하고자 한 바, 전지 모듈(100)의 절연 성능이 보다 향상될 수 있다.
이때, 앞서서 설명한 바와 같이 제2 열전도성 수지층(320)의 넘침을 방지할 필요성이 있는 바, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 상부 플레이트(400)에 형성되고, 제2 열전도성 수지층(320)의 넘침을 방지하는 넘침 방지 블록(700)을 더 포함할 수 있다.
상부 플레이트(400)와 전지 셀 적층체(120) 사이에 형성되는 제2 열전도성 수지층(320)을 통해 추가적인 냉각 경로를 형성함은 물론, 제2 열전도성 수지층(320)이 형성되지 않는 부분인 상부 플레이트(400)의 중심에 인접한 부분에는 절연 필름(600)을 형성할 수 있다. 또한, 넘침 방지 블록(700)을 통해 열전도성 수지의 주액량을 조절함은 물론, 외부로의 수지 넘침을 방지함으로써 생산성 및 재료비 절감 효과를 달성할 수 있다. 또한, 제2 만입부(420b)는 실링부(114sc)가 인접하도록 위치되지 않더라도, 상부 플레이트(400)와 제2 열전도성 수지층(320) 간의 접촉 단면을 넓힘으로써 냉각 성능을 향상시키는 효과를 달성할 수 있다.
이하에서는, 도 16 내지 도 18을 참조하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, 상기에서 서술한 내용과 중복되는 내용이 있으므로, 상기 내용과 상이한 내용을 중심으로 서술하도록 한다.
도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 상부 플레이트를 도시한 사시도이다. 도 17은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 일부를 나타낸 사시도이다. 도 18은 도 16의 상부 플레이트의 단면의 일부를 나타낸 도면이다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 상부 플레이트(400)는 실링부(114sc)를 따라 형성되는 실링 가이드 구조(450, 460)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 실링 가이드 구조(450, 460)는 실링부(114sc)의 측면과 인접한 부분에 형성되는 볼록부(450), 및 실링부(114sc)의 상부와 인접한 부분에 형성되는 함몰부(460)를 포함할 수 있다. 이때, 볼록부(450) 및 함몰부(460)는 실링부(114sc)를 기준으로 명명한 것일 수 있다.
또한, 볼록부(450)는 상부 플레이트(400)의 외측면으로부터 내부 방향으로 상부 플레이트(400)의 일부가 만입되어 형성되는 것을 포함할 수 있으며, 함몰부(460)는 상부 플레이트(400)의 내측면으로부터 외부 방향으로 상부 플레이트(400)의 일부가 돌출되어 형성되는 것을 포함할 수 있다. 또한, 볼록부(450)와 함몰부(460)는 교대로 형성됨으로써 상부 플레이트(400) 상에 일정한 패턴의 단면을 형성하는 것일 수 있다. 한편, 전지 셀 적층체(120)와 상부 플레이트(400) 사이에 제2 열전도성 수지층(320)이 형성될 수 있다.
상기와 같이 볼록부(450)와 함몰부(460)가 교대로 형성되어 일정한 패턴의 단면을 형성함으로써, 실링부(114sc)가 전지 모듈(100)의 전고 방향으로 배치되도록 고정할 수 있다. 또한, 실링 가이드 구조(410, 420)와 전지 셀 적층체(120) 사이에 도포되어 형성되는 열전도성 수지의 주액량을 최소화하고 제2 열전도성 수지층(320)과의 접촉 면적을 최대화하여 전지 모듈의 냉각 성능을 최대화할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 팩에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 전지 팩은 앞에서 설명한 전지 모듈을 포함한다. 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
160: 버스 바
200: 모듈 프레임
300: 프레임 부재
400: 상부 플레이트
500: 가이드 프레임
600: 절연 필름
700: 넘침 방지 블록

Claims (15)

  1. 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 및
    상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임을 포함하고,
    상기 전지 셀은 상기 전지 셀의 길이 방향을 따라 형성된 실링부를 포함하며,
    상기 실링부는 일 방향으로 복수 회 절곡되고,
    복수 회 절곡된 상기 실링부는 상기 전지 셀의 폭 방향과 나란하게 배열되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 실링부는 복수의 절곡부를 갖는 스크롤(scroll) 형상으로 형성되고,
    상기 절곡을 통해 상기 실링부의 최외각 테두리부는 상기 스크롤의 중심에 위치하는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 상기 전지 셀 적층체의 하부 및 양 측면부를 덮는 프레임 부재 및 상기 전지 셀 적층체의 상부를 덮는 상부 플레이트를 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 상부 플레이트의 내측면에 형성되는 가이드 프레임을 더 포함하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 가이드 프레임은 상기 실링부를 고정하도록 형성되는 가이드부를 포함하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 가이드부는 상기 가이드 프레임 상에 복수개 형성되는 전지 모듈.
  7. 제4항에서,
    상기 전지 셀 적층체와 상기 상부 플레이트 사이에 형성되는 열전도성 수지층을 더 포함하고,
    상기 가이드 프레임은 상기 열전도성 수지층의 넘침을 방지하는 넘침 방지부를 포함하는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 넘침 방지부는 상기 상부 플레이트의 내측 테두리부에 형성되고,
    상기 열전도성 수지층의 일부 또는 전체를 감싸는 것을 포함하는 전지 모듈.
  9. 제3항에서,
    상기 상부 플레이트는 상기 실링부를 따라 형성되는 실링 가이드 구조를 포함하는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 실링 가이드 구조는 상기 실링부의 측면과 인접한 부분이 돌출되는 것을 포함하는 전지 모듈.
  11. 제9항에서,
    상기 실링 가이드 구조는 상기 실링부의 상부와 인접한 부분이 만입되는 구조를 포함하는 전지 모듈.
  12. 제9항에서,
    상기 상부 플레이트의 내면에 형성되는 절연 필름; 및
    상기 절연 필름과 인접하도록 형성되고, 상기 실링 가이드 구조 및 상기 전지 셀 적층체 사이에 형성되는 열전도성 수지층을 더 포함하는 전지 모듈.
  13. 제12항에서,
    상기 상부 플레이트에 형성되고, 상기 열전도성 수지층의 넘침을 방지하는 넘침 방지 블록을 더 포함하는 전지 모듈.
  14. 제9항에서,
    상기 실링 가이드 구조는 상기 실링부의 측면과 인접한 부분에 형성되는 볼록부, 및
    상기 실링부의 상부와 인접한 부분에 형성되는 함몰부를 포함하고,
    상기 볼록부는 상기 상부 플레이트의 외측면으로부터 상기 상부 플레이트의 일부가 만입되어 형성되는 것인 전지 모듈.
  15. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.

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