KR20240000975A - 전지 모듈 - Google Patents

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박준규
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은, 내부에 수용 공간을 형성하는 케이스, 상기 수용 공간에 위치하는 복수의 전지셀, 상기 케이스의 내측 하면에 구비되어 상기 복수의 전지셀과 연결되는 하측 열전도층, 상기 케이스의 내측 상면에 구비되는 상측 열전도층, 상기 복수의 전지셀 사이에 삽입되며 상기 상측 열전도층에 연결되는 연결부를 포함할 수 있다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은, 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해질 주입 후 실링한다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 유연한 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
일반적으로 파우치형 전지 케이스는 유연성을 가지는 파우치 필름에 프레스 가공을 수행하여 컵부를 형성함으로써 제조된다. 그리고, 컵부가 형성되면 상기 컵부의 내부에 전극 조립체를 수납하고 사이드를 실링하여 이차 전지를 제조한다.
더 나아가, 이와 같은 이차전지를 복수개로 결합하여 케이스에 담아 전지 모듈을 제조한다. 이차 전지, 즉, 전지셀은 케이스 내부에 수용되고 수지 성분의 접착체를 통해 케이스 내면과 연결 및 고정된다.
이와 같은 전지 모듈의 구조에서, 외부 충격이나 내부 결함 등과 같은 요인으로 전지셀 내부의 기화현상이 발생하여, 전지셀이 고온의 열을 방출하는 경우, 고온의 열은 접착제를 따라 외부로 배출된다. 다만, 전지 모듈의 공간적 및 구조적 한계에 의해 열을 효과적으로 배출하지 못하는 경우가 있어, 전지 모듈이 용융되거나 폭발하는 등과 같은 문제가 발생되곤 한다. 따라서, 이와 같은 문제를 방지하기 위해, 열을 보다 효과적으로 배출할 수 있는 구조를 가진 전지 모듈이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 전지셀에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 배출하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은, 내부에 수용 공간을 형성하는 케이스, 상기 수용 공간에 위치하는 복수의 전지셀, 상기 케이스의 내측 하면에 구비되어 상기 복수의 전지셀과 연결되는 하측 열전도층, 상기 케이스의 내측 상면에 구비되는 상측 열전도층, 상기 복수의 전지셀 사이에 삽입되며 상기 상측 열전도층에 연결되는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 연결부는, 상기 복수의 전지셀 사이에 위치한 셀 접착부 및 상기 셀 접착부와 연결되고 상기 상측 열전도층에 연결되는 고정 접착부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 전지셀은 상기 케이스의 상면 및 하면과 나란한 방향으로 적층되고, 상기 셀 접착부는 상기 복수의 전지셀의 적층 방향과 수직할 수 있다.
상기 고정 접착부는 상기 전지셀의 상 측에 위치하고, 상기 상측 열전도층은 상기 고정 접착부 및 상기 케이스의 내측 상면 사이에 위치할 수 있다.
상기 고정 접착부의 길이방향은 상기 셀 접착부의 길이방향과 수직할 수 있다.
상기 연결부는 복수개로 구비될 수 있다.
상기 상측 열전도층은 상기 복수의 연결부 각각에 연결되도록 복수개로 구비될 수 있다.
상기 복수의 전지셀의 적층 방향에 따라 상기 복수의 전지셀을 접착시키는 접착 패드를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 전지셀의 적층 방향에 대해 상기 접착 패드 및 셀 접착부는 서로 교대로 적층될 수 있다.
상기 상측 열전도층 및 하측 열전도층은 접착 재질을 포함할 수 있다.
상기 연결부의 열전도율는 상기 전지셀의 열전도율보다 클 수 있다.
상기 상측 열전도층 및 하측 열전도층의 열전도율은 상기 전지셀의 열전도율보다 클 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전지셀에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 배출함으로써, 전지 모듈의 성능을 향상시킬 수 있고, 열에 의한 전지 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 비교예에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 비교에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 비교예에 따른 전지 모듈은 케이스(C1)와 케이스(C1) 내부에 구비된 전지셀(C2)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비교예에 따른 전지 모듈은 케이스(C1) 내측 하면에 접착층(C3)을 구비하고, 접착층(C3)을 통해 복수의 전지셀(C2)을 접착 및 고정할 수 있다.
외부 충격이나 내부 결함과 같은 요인으로 전지셀(C2)이 손상되어 고온의 열을 발생시키는 경우, 전지셀(C2)에서 발생한 열은 접착층(C3)을 따라 이동하여 케이스(C1)를 통해 외부로 방출될 수 있다. 즉, 전지셀(C2)의 열은 전지셀(C2)을 따라 전지셀(C2)의 하면으로 이동하고, 케이스(C1)의 내측 하면에 구비된 접착층(C3)을 통해 케이스(C1)의 하면으로 이동하여 외부로 배출될 수 있다.
다만, 이와 같은 비교예에 따른 전지 모듈은 전지셀(C2)에서 발생한 열을 케이스(C1)의 하면으로 통해서만 외부로 배출하므로, 전지셀(C2)의 상부의 열을 효과적으로 배출시키지 못한다는 문제를 가질 수 있다. 또한, 전지셀(C2)의 상부 및 하부의 열배출 효율이 차이나므로, 전지셀(C2)의 상부와 하부 사이의 온도 편쳐가 커지고, 이에 따라 전지셀(C2)의 성능이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 위와 같은 문제들을 극복하기 위해 아래와 같은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈(1)에 대해 개시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 전지 모듈(1)의 단면도이다.
도 2를 참고하면, 전지 모듈(1)은 케이스(10) 내부에 복수의 전지셀(11)을 수용하여 전기 에너지를 축척할 수 있고, 외부 단자와 연결되어 축적된 전기 에너지를 외부로 출력할 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(1)은 내부에 수용 공간을 형성하는 케이스(10)를 포함하고, 복수의 전지셀(11)은 서로 적층되어 수용 공간 내에 위치 및 고정될 수 있다. 이 경우, 전지셀(11)은 컵부 및 코너부로 구성된 파우치와, 파우치 내부에 수용되는 전극 조립체를 포함할 수 있다. 컵부는 파우치의 프레스 성형 과정을 통해 파우치의 중앙 부분에 함몰 형성된 부분을 의미하고, 코너부는 컵부의 둘레를 따라 형성되는 사이드 실링부를 의미할 수 있다.
전지 모듈(1)은 복수의 전지셀(11)이 케이스(10)의 내측면과 연결되는 연결구조를 통해, 전지셀(11)에서 발생하는 열을 케이스(10)의 외면을 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 구체적으로, 전지 모듈(1)은 후술하는 복수의 열전도층을 통해 전지셀(11)과 케이스(10)를 서로 연결시키고, 전지셀(10)에서 발생한 열은 복수의 열전도층을 통해 케이스(10)로 전달될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 열전도층은 케이스(10)의 내측 상면 및 하면에 각각 구비될 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 전지 모듈(1)을 전지셀(11)에서 발생한 열을 상측 및 하측으로 각각 분리 배출함으로써, 보다 효과적을 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
전지 모듈(1)은 하측 열전도층(12), 상측 열전도층(13) 및 연결부(14)를 더 포함할 수 있다.
하측 열전도층(12)은 복수의 전지셀(11)에서 발생한 열을 전달받아 케이스(10)의 하면으로 전달할 수 있다. 예를 들어, 하측 열전도층(12)은 케이스(10)의 내측 하면에 구비되어 복수의 전지셀(11)과 연결될 수 있다. 다시 말해, 하측 열전도층(12)의 하면은 케이스(10)의 내측 하면과 연결되고, 하측 열전도층(12)의 상면은 복수의 전지셀(11)의 하면과 연결될 수 있다. 이와 같은 연결관계에서, 하측 열전도층(12)의 열전도율이 전지셀(11)의 열전도율보다 크므로, 전지셀(11)의 열이 하측 열전도층(12)을 따라 이동되어 외부로 배출될 수 있다.
이와 같은 연결 구조를 위해, 하측 열전도층(12)은 접착 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하측 열전도층(12)은 수지 재질을 포함하여, 케이스(10)의 내측 하면에 도포된 후 복수의 전지셀(11)과 접착된 상태에서 응고됨으로써, 케이스(10) 내측 하면과 복수의 전지셀(11)을 서로 연결시킬 수 있다.
상측 열전도층(13)은 복수의 전지셀(11)에서 발생한 열을 전달받아 케이스(10)의 상면으로 전달할 수 있다. 예를 들어, 상측 열전도층(13)은 케이스(10)의 내측 상면에 구비되어 복수의 전지셀(11)과 연결될 수 있다. 다시 말해, 상측 열전도층(13)은 케이스(10)의 내측 상면과 복수의 전지셀(11) 사이에 위치할 수 있다. 구체적으로, 상측 열전도층(13)은 후술하는 연결부(14)를 통해 복수의 전지셀(11)과 연결될 수 있고, 전지셀(11)에서 발생한 열은 연결부(14)를 지나 상측 열전도층(13)으로 도달할 수 있다. 여기서, 상측 열전도층(13)은, 하측 열전도층(12)과 마찬가지로, 전지셀(11)의 열전도율보다 높은 열전도율은 가질 수 있다.
또한, 상측 열전도층(13)은 접착 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상측 열전도층(13)은 수지 재질을 포함하여, 케이스(10)의 내측 상면에 도포된 후 후술하는 연결부(14)와 접착된 상태 응고됨으로써, 케이스(10) 내측 상면과 복수의 전지셀(11)을 서로 연결시킬 수 있다.
연결부(14)는 복수의 전지셀(11)과 상측 열전도층(13)을 서로 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 연결부(14)는 복수의 전지셀(11) 사이에 삽입되어 복수의 전지셀(11)과 결합된 상태에서 복수의 전지셀(11)로부터 일 측으로 돌출되어 상측 열전도층(13)과 연결됨으로써, 복수의 전지셀(11)과 상측 열전도층(13)을 연결시킬 수 있다.
연결부(14)의 열전도율은 전지셀(11)의 열전도율보다 클 수 있다. 예를 들어, 연결부(14)는 전지셀(11)의 열전도율보다 큰 열전도율을 가진 금속 재질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 연결부(14)는 알루미늄, 구리 등과 같은 금속판의 형태를 포함할 수 있다. 열전도율의 특징을 통해, 전지셀(11)의 열은 연결부(14)를 통해 보다 신속하게 전달 및 배출될 수 있다.
연결부(14)는 셀 접착부(140) 및 고정 접착부(141)를 포함할 수 있다.
셀 접착부(140)는 복수의 전지셀(11) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 셀 접착부(140)는 복수의 전지셀(11)이 적층되는 방향에 따라, 복수의 전지셀(11) 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 복수의 전지셀(11)은 케이스(10)의 하면과 나란한 방향으로 적층될 수 있다. 즉, 복수의 전지셀(11)이 적층되는 사이 공간에 셀 접착부(140)가 위치함으로써, 셀 접착부(140)는 양 측에 전지셀(11)이 결합 및 연결되는 구조를 포함할 수 있다.
구체적으로, 셀 접착부(140)의 길이방향은 케이스(10)의 상면 및 하면과 수직할 수 있다. 다시 말해, 측면에서 바라본 기준으로, 셀 접착부(140)는 케이스(10)의 상면 및 하면을 향해 연장되는 구조를 포함할 수 있다. 셀 접착부(140)(130)는 복수의 전지셀(11) 사이에 위치하고 연결된 상태에서, 복수의 전지셀(11)로부터 케이스(10)의 상면으로 돌출되어 고정 접착부(141)와 연결될 수 있다.
고정 접착부(141)는 셀 접착부(140)와 연결되고 상측 열전도층(13)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 고정 접착부(141)의 상면은 상측 열전도층(13)과 연결되고, 고정 접착부(141)의 하면은 셀 접착부(140)와 연결될 수 있다. 즉, 고정 접착부(141)는 복수의 전지셀(11)과 상측 열전도층(13) 사이에 위치하여, 셀 접착부(140) 및 상측 열전도층(13)을 서로 연결시킬 수 있다.
고정 접착부(141)의 길이방향은 셀 접착부(140)의 길이방향과 수직할 수 있다. 다시 말해, 고정 접착부(141)는 셀 접착부(140)와 수직 연결되어 케이스(10)의 상면과 나란하도록 배치될 수 있다.
이와 같은 연결부(14)의 구조에 의하면, 측면에서 바라본 기준으로, 연결부(14)의 상면, 즉, 고정 접착부(141)의 상면은 보다 넓은 면적으로 상측 열전도층(13)과 접촉 및 연결될 수 있다. 다시 말해, 연결부(14)는 셀 접착부(140)를 통해 보다 넓은 면적으로 전지셀(11)과 결합되고, 고정 접착부(141)를 통해 보다 넓은 면적으로 고정부와 연결됨으로써, 복수의 전지셀(11)에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 전달 및 배출할 수 있다.
추가적으로, 연결부(14) 및 상측 열전도층(13)의 열 배출 효과를 증대시키기 위해, 연결부(14)는 복수의 전지셀(11) 사이에 각각 배치되도록 복수개로 구성될 수 있다. 하측 열전도층(12)은 일체로 형성되는 반면에, 연결부(14)는 복수개로 구비되어 복수의 전지셀(11)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상측 열전도층(13)은 복수의 연결부(14) 각각에 연결되도록 복수개로 구비될 수 있다.
결과적으로, 전지 모듈(1)은 일 방향 열배출이 아닌, 상측 및 하측으로 열을 배출하는 쌍 방향 열배출을 통해, 전지셀(11)에서 발생하는 고온의 열을 보다 효과적으로 배출하여, 고온에 따른 전지 모듈(1)의 성능 약화 및 전지 모듈(1)의 손상을 보다 방지할 수 있다.
전지 모듈(1)은 복수의 전지셀(11)의 적층 방향에 따라 복수의 전지셀(11)을 접착시키는 접착 패드(15)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착 패드(15)는 적층되는 전지셀(11) 사이에 위치하여 복수의 전지셀(11)을 서로 접촉 및 결합시킬 수 있다. 즉, 접착 패드(15)는 셀 접착부(140)와 마찬가지로, 케이스(10)의 상면 및 하면과 수직한 길이방향을 가질 수 있다. 구체적으로, 셀 접착부(140)와 접착 패드(15) 사이에 전지셀(11)이 구비된 상태에서, 복수의 전지셀(11)의 적층 방향에 대해 접착 패드(15) 및 셀 접착부(140)는 서로 교대로 적층될 수 있다. 다시 말해, 전지셀(11), 셀 접착부(140), 전지셀(11) 및 접착패드의 순서로 반복적으로 적층될 수 있다.
이와 같은 접착 패드(15)의 기능에 의해, 복수의 전지셀(11) 사이의 결합력이 증대되어, 복수의 전지셀(11)이 케이스(10)의 내부에 보다 고정될 수 있다.
이하에서는, 상측 열전도층의 구조를 일부 변형한 다른 실시예에 따른 전지 모듈(2)에 대해 개시한다. 앞서 설명한 전지 모듈의 구성 및 기능과 동일한 내용에 대해서는 이하 생략한다.
도 3은 다른 실시예에 따른 전지 모듈(2)의 단면도이다.
도 3을 참고하면, 다른 실시예에 따른 상측 열전도층(23)은 복수개가 아닌, 일체로 형성되는 형상을 포함할 수 있다.
이와 같은 상측 열전도층(23)의 형상에 의하면, 동일한 공간에, 열전도율이 높은 상측 열전도층(23)을 보다 구비시킴으로써, 전지셀(21)에서 발생한 열이 보다 신속하게 외부로 배출될 수 있다. 또한, 상측 열전도층(23)은 접착 재질을 포함하므로, 고정 접착부(241) 및 케이스(20) 내측 상면 사이의 결합력이 더욱 증대되어, 복수의 전지셀(21)의 고정력이 보다 증대될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 전지 모듈
10: 케이스
11: 전지셀
12: 하측 열전도층
13: 상측 열전도층
14: 연결부
15: 접착 패드
140: 셀 접착부
141: 고정 접착부

Claims (12)

  1. 내부에 수용 공간을 형성하는 케이스;
    상기 수용 공간에 위치하는 복수의 전지셀;
    상기 케이스의 내측 하면에 구비되어 상기 복수의 전지셀과 연결되는 하측 열전도층;
    상기 케이스의 내측 상면에 구비되는 상측 열전도층;
    상기 복수의 전지셀 사이에 삽입되며 상기 상측 열전도층에 연결되는 연결부를 포함하는, 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서
    상기 연결부는,
    상기 복수의 전지셀 사이에 위치한 셀 접착부; 및
    상기 셀 접착부와 연결되고 상기 상측 열전도층에 연결되는 고정 접착부를 포함하는, 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서
    상기 복수의 전지셀은 상기 케이스의 상면 및 하면과 나란한 방향으로 적층되고,
    상기 셀 접착부는 상기 복수의 전지셀의 적층 방향과 수직한, 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서
    상기 고정 접착부는 상기 전지셀의 상 측에 위치하고,
    상기 상측 열전도층은 상기 고정 접착부 및 상기 케이스의 내측 상면 사이에 위치하는, 전지 모듈.
  5. 제3항에 있어서
    상기 고정 접착부의 길이방향은 상기 셀 접착부의 길이방향과 수직한, 전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서
    상기 연결부는 복수개로 구비되는, 전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서
    상기 상측 열전도층은 상기 복수의 연결부 각각에 연결되도록 복수개로 구비되는, 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서
    상기 복수의 전지셀의 적층 방향에 따라 상기 복수의 전지셀을 접착시키는 접착 패드를 더 포함하는, 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서
    상기 복수의 전지셀의 적층 방향에 대해 상기 접착 패드 및 셀 접착부는 서로 교대로 적층되는, 전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서
    상기 상측 열전도층 및 하측 열전도층은 접착 재질을 포함하는, 전지 모듈.
  11. 제1항에 있어서
    상기 연결부의 열전도율는 상기 전지셀의 열전도율보다 큰, 전지 모듈.
  12. 제1항에 있어서
    상기 상측 열전도층 및 하측 열전도층의 열전도율은 상기 전지셀의 열전도율보다 큰, 전지 모듈.

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