WO2021107312A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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WO2021107312A1
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battery cell
battery
cell stack
module
frame
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이영호
김수열
백승률
윤한기
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module that improves space utilization and minimizes the amount of thermal conductive resin used, and a battery pack including the same.
  • Secondary batteries which are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density, are universally applied to electric vehicles or hybrid vehicles driven by an electric drive source, as well as portable devices, and power storage devices. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels but also the fact that no by-products are generated from the use of energy.
  • the battery module may include a frame member having front and rear surfaces open to accommodate the battery cell stack in an internal space.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module having a conventional mono frame.
  • the battery module includes a battery cell stack 12 formed by stacking a plurality of battery cells 11 , a mono frame 20 with front and rear surfaces open to cover the battery cell stack 12 , and It may include an end plate 60 covering the front and rear surfaces of the mono frame 20 .
  • a battery cell stack 12 formed by stacking a plurality of battery cells 11 , a mono frame 20 with front and rear surfaces open to cover the battery cell stack 12 , and It may include an end plate 60 covering the front and rear surfaces of the mono frame 20 .
  • horizontal assembly is required so that the battery cell stack 12 is inserted into the open front or rear surface of the mono frame 20 along the X-axis direction as shown by the arrow shown in FIG. 1 .
  • sufficient clearance must be secured between the battery cell stack 12 and the mono frame 20 so that the horizontal assembly can be stably performed.
  • the clearance refers to a gap generated by fitting or the like.
  • a thermally conductive resin layer (not shown) may be formed between the battery cell stack 12 and the mono frame 20 .
  • the thermally conductive resin layer may serve to transfer heat generated from the battery cell stack to the outside of the battery module, and to fix the battery cell stack in the battery module. If the tolerance increases, the amount of the thermally conductive resin layer may be increased more than necessary.
  • the height of the mono frame 20 should be designed to be large in consideration of the maximum height of the battery cell stack 12 and the assembly tolerance during the insertion process, and thus an unnecessary wasted space may occur.
  • An object of the present invention is to provide a battery module and a battery pack including the same, which improve the space utilization rate and minimize the amount of thermal conductive resin used by modifying the structure of a frame member surrounding the battery cell stack.
  • a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a module frame accommodating the battery cell stack and an open upper part, and the battery cell on the open module frame upper part an upper plate covering the laminate, the module frame including a bottom and two side surfaces facing each other, the bottom including a first part and a second part, and the first part of the battery cell A thickness of the second portion positioned along the thickness direction of the battery cell is smaller than a thickness of the first portion.
  • the battery module may further include a pad part positioned between the bottom part and the battery cell stack, and the pad part may be in close contact with the connection part between the side part and the first part of the bottom part.
  • the second portion in the longitudinal direction of the battery cell stack is positioned further outside the first portion, and the thickness of the second portion positioned along the longitudinal direction of the battery cell stack is the first It may be thinner than the thickness of the part.
  • the battery module further includes a bus bar frame connected to the battery cell stack, wherein opposite sides of the module frame are opened based on a direction in which the electrode leads of the battery cell stack protrude, and the module frame
  • the bus bar frame is connected to the battery cell stack at both open sides, and the bus bar frame includes a main frame disposed perpendicular to a direction in which the electrode leads protrude and a bent portion extending from a lower portion of the main frame. and the bent part may be located on the second part of the bottom part.
  • the sum of the thickness of the bent portion and the thickness of the second portion may be thinner than the thickness of the second portion.
  • the battery cell may include a protrusion formed in a width direction, and the protrusion may be positioned on the bent portion.
  • the pad part may be positioned between the first part and the battery cell stack.
  • the battery module may further include a thermally conductive resin layer positioned between the first part and the battery cell stack, and the pad part may be positioned between the thermally conductive resin layer and the second part.
  • the battery module may further include end plates coupled to both open sides of the module frame, and the open sides of the module frame may face each other based on a direction in which the electrode leads of the battery cell stack protrude. .
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above.
  • the overflow prevention structure it is possible to prevent the thermal conductive resin from flowing into an unintended space when the battery cell stack is inserted.
  • the overflow prevention structure on the module frame, the formability of the bus bar frame itself can be increased compared to the case where the overflow prevention structure is formed on the bus bar frame.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a battery module having a conventional mono frame.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a state in which the components of the battery module of FIG. 2 are combined.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a U-shaped frame in the battery module of FIG. 2 .
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a bus bar frame in the battery module of FIG. 2 .
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the YZ plane in the width direction of the battery cell stack in FIG. 3 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a battery module corresponding to the comparative example of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the XZ plane in the longitudinal direction of the battery cell stack in FIG. 3 .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a battery module corresponding to the comparative example of FIG. 9 .
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to the gravitational force. no.
  • planar view it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a perspective view illustrating a state in which the components of the battery module of FIG. 2 are combined.
  • 4 is a perspective view illustrating one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 2 .
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 including a plurality of battery cells 110 , and a U-shaped frame with an open top, front, and back surfaces. 300 , the upper plate 400 covering the upper portion of the battery cell stack 120 , the end plate 150 and the battery cell stack 120 respectively positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 , and and a bus bar frame 130 positioned between the end plates 150 .
  • the battery module 100 includes a thermally conductive resin layer 310 positioned between the U-shaped frame 300 and the battery cell stack 120 .
  • the thermally conductive resin layer 310 is a kind of heat dissipation layer, and may be formed by coating a material having a heat dissipation function.
  • the U-shaped frame 300 When the open sides of the U-shaped frame 300 are referred to as the first side and the second side, respectively, the U-shaped frame 300 is the battery cell stack 120 corresponding to the first side and the second side. Among the remaining outer surfaces except for the surface, it has a bent plate-shaped structure so as to continuously cover the front, lower and rear surfaces adjacent to each other. The upper surface corresponding to the lower surface of the U-shaped frame 300 is open.
  • the upper plate 400 has a single plate-shaped structure that covers the remaining upper surfaces except for the front, lower and rear surfaces covered by the U-shaped frame 300 .
  • the U-shaped frame 300 and the upper plate 400 may form a structure surrounding the battery cell stack 120 by being coupled by welding or the like in a state in which corresponding corner portions are in contact with each other. That is, the U-shaped frame 300 and the upper plate 400 may be formed with a coupling portion CP formed by a coupling method such as welding at the corner portions corresponding to each other.
  • the battery cell stack 120 includes a plurality of battery cells 110 stacked in one direction, and the plurality of battery cells 110 may be stacked in the Y-axis direction as shown in FIG. 2 .
  • the direction in which the plurality of battery cells 110 are stacked may be the same as the direction in which the two side portions of the U-shaped frame 300 face each other.
  • the battery cell 110 is preferably a pouch-type battery cell.
  • two electrode leads 111 and 112 face each other, so that one end 114a and the other end 114b of the battery body 113 are opposite to each other.
  • the battery cell 110 is to be manufactured by adhering both ends 114a and 114b of the case 114 and both side surfaces 114c connecting them in a state in which an electrode assembly (not shown) is accommodated in the battery case 114 .
  • the battery cell 110 has a total of three sealing portions 114sa, 114sb, 114sc, and the sealing portions 114sa, 114sb, 114sc are sealed by a method such as thermal fusion.
  • the other one side may be formed of a connection part 115 .
  • Between both ends 114a and 114b of the battery case 114 is defined in the longitudinal direction of the battery cell 110 , and one side portion 114c and a connecting portion connecting both ends 114a and 114b of the battery case 114 .
  • a space between 115 may be defined in the width direction of the battery cell 110 .
  • connection part 115 is a region extending along one edge of the battery cell 110 , and a protrusion 110p of the battery cell 110 may be formed at an end of the connection part 115 .
  • the protrusion 110p may be formed on at least one of both ends of the connection part 115 , and may protrude in a direction perpendicular to the direction in which the connection part 115 extends.
  • the protrusion 110p may be positioned between one of the sealing parts 114sa and 114sb of both ends 114a and 114b of the battery case 114 and the connection part 115 .
  • the battery case 114 generally has a laminate structure of a resin layer/metal thin film layer/resin layer.
  • the battery case surface is made of an O (oriented)-nylon layer
  • an adhesive member such as an adhesive adhesive such as a double-sided tape or a chemical adhesive bonded by a chemical reaction during adhesion is attached to the surface of the battery case to form a battery cell laminate (120) can be formed.
  • the battery cell stack 120 is stacked in the Y-axis direction, is accommodated in the U-shaped frame 300 in the Z-axis direction, and may be cooled by a thermally conductive resin layer to be described later.
  • a thermally conductive resin layer to be described later.
  • the battery cells are formed as cartridge-shaped parts, and the fixing between the battery cells is made by assembling the battery module frame.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a U-shaped frame in the battery module of FIG. 2 .
  • the U-shaped frame 300 includes a bottom portion 300a and two side portions 300b facing each other.
  • a thermal conductive resin is applied to the bottom part 300a of the U-shaped frame 300 , and thermoelectric The conductive resin may be cured to form the thermally conductive resin layer 310 .
  • the battery cell stack 120 Before forming the thermally conductive resin layer 310 , that is, before the applied thermally conductive resin is cured, the battery cell stack 120 is in a direction perpendicular to the bottom portion 300a of the U-shaped frame 300 . It may be mounted on the bottom portion 300a of the U-shaped frame 300 while moving. Thereafter, the thermally conductive resin layer 310 formed by curing the thermally conductive resin is positioned between the bottom portion 300a of the U-shaped frame 300 and the battery cell stack 120 . The thermally conductive resin layer 310 may serve to transfer heat generated in the battery cell 110 to the bottom of the battery module 100 and to fix the battery cell stack 120 .
  • the battery module according to the present embodiment may further include a pad part 320 formed on the bottom part 300a of the U-shaped frame 300 .
  • the pad part 320 may guide the application position of the thermal conductive resin or prevent the thermal conductive resin from overflowing to the outside of the bottom part 300a, and at least one may be formed.
  • the thermal conductive resin overflows excessively, and if the thermal conductive resin is formed to an unnecessary portion and then hardens, an unintended failure mode may be formed.
  • one pad part 320 is formed at both ends of the bottom part 300a based on the X-axis direction.
  • the pad part 320 may be formed of an insulating film.
  • the pad part 320 may be formed of a material such as polyurethane foam or rubber so that the thermal conductive resin can be compressed by contacting the battery cell 110 on the bottom part 300a.
  • the thermally conductive resin layer 310 includes a plurality of application lines extending long in a direction perpendicular to the direction in which the plurality of battery cells 110 are stacked.
  • the plurality of application lines may form two groups, and an insulating film 330 may be formed between the two groups.
  • the insulating film 330 may function to maintain insulating performance between the battery cell 110 and the U-shaped frame 300 , and at least a portion of a thermally conductive resin may be applied on the insulating film 330 .
  • the width of the side portion 300b and the upper plate 400 of the U-shaped frame 300 according to the present embodiment may be the same as each other.
  • the edge portion along the X-axis direction of the upper plate 400 and the edge portion along the X-axis direction of the side portion 300b of the U-shaped frame 300 may directly meet and be coupled by a method such as welding.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a bus bar frame in the battery module of FIG. 2 .
  • the bus bar frame 130 includes a main frame 130a disposed perpendicular to the direction in which the electrode leads 111 and 112 described with reference to FIG. 4 protrude, and the main frame 130a. It includes a bent portion 130b extending from the lower portion of the.
  • the bus bar frame 130 is connected to the battery cell stack 120 as described with reference to FIGS. 2 and 3 .
  • an electrode lead may pass through a slit to form a structure coupled with a bus bar.
  • the bent portion 130b may be bent at approximately 90 degrees with respect to the main frame 130a and positioned on the bottom portion 300a of the U-shaped frame 300 .
  • the bent portion 130b and the peripheral configuration will be further described with reference to FIGS. 7 and 9 .
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the YZ plane in the width direction of the battery cell stack in FIG. 3 .
  • 8 is a cross-sectional view of a battery module corresponding to the comparative example of FIG. 7 .
  • the bottom part 300a of the U-shaped frame 300 includes a first part 300a1 and a second part 300a2, and a first part 300a1.
  • Silver is positioned at an edge of the battery cell 110 in the thickness direction, and the second part 300a2 is positioned inside the first part 300a1 .
  • the thickness direction of the battery cell 110 is the same as the Y-axis direction shown in FIG. 2 . In this case, the thickness of the second part 300a2 is thinner than the thickness of the first part 300a1 .
  • the rigidity of the portion where the bottom part 300a and the side part 300b are connected is improved, and at the same time, the size of the battery module 100 according to this embodiment can be reduced, thus increasing the energy density.
  • the U-shaped frame 300 includes a connection part 300c where the side part 300b and the first part 300a1 of the bottom part 300a meet.
  • the pad part 320 positioned between the bottom part 300a and the battery cell stack 120 may be in close contact with the connection part 300c.
  • the thermally conductive resin forming the thermally conductive resin layer 310 described in FIG. 5 by the close-contact structure of the pad part 320 and the U-shaped frame 300 is applied even though the pad part 320 is formed. Possibility of spreading to other areas can be prevented.
  • the battery module according to the present embodiment may further include a compression pad 160 positioned between the outermost battery cell 110 and the side portion 300b of the U-shaped frame 300 .
  • the compression pad 160 may be formed using a polyurethane-based material.
  • the compression pad 160 may absorb a thickness deformation due to swelling of the battery cell 110 and a change in the battery cell 110 due to an external impact.
  • At least one compression pad 160 may be formed not only between the outermost battery cell 110 and the side surface of the module frame 300 , but also between the neighboring battery cells 110 .
  • the pad part 320 ′ is formed on the bent part 130b ′ of the bus bar frame 130 .
  • the pad part 320' is difficult to adhere to the module frame 300', and a hole H is formed between the bent part 130b', the module frame 300, and the pad part 320'.
  • the porous resin may overflow.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the XZ plane in the longitudinal direction of the battery cell stack in FIG. 3 .
  • 10 is a cross-sectional view of a battery module corresponding to the comparative example of FIG. 9 .
  • the battery cell 110 includes a protrusion 110p formed in the width direction, and the protrusion 110p is positioned on the bent portion 130b.
  • the width direction of the battery cell 110 may be the Z-axis direction of FIG. 9 .
  • the bottom portion 300a of the U-shaped frame according to the present embodiment further includes a second portion 300a2 positioned outside the first portion 300a1 in the longitudinal direction of the battery cell stack 120 .
  • the second part 300a2 is positioned at an edge in the longitudinal direction of the battery cell 110
  • the first part 300a1 is positioned inside the second part 300a2 .
  • the thickness of the second part 300a2 is preferably thinner than the thickness of the first part 300a1 .
  • the longitudinal direction of the battery cell 110 may be the X-axis direction of FIG. 9 .
  • the bent portion 130b of the bus bar frame 130 is located on the second portion 300a2 of the bottom portion 300a of the U-shaped frame.
  • the sum of the thickness of the bent portion 130b and the thickness of the second portion 300a2 is thinner than the thickness of the first portion 300a1 . This is because the protrusion 110p of the battery cell 110 is caught by the step difference between the second portion 300a2 and the first portion 300a1 and may prevent the battery cell from flowing due to an external shock.
  • the processing of the U-shaped frame bottom portion 300a may simultaneously form a step difference between the bottom portion 300a while forming the U-shaped frame structure. Press molding or NC (numerical control work) processing may be used to form such a step.
  • the pad part 320 is positioned between the first part 300a1 of the bottom part 300a and the battery cell 110 , and the thermal conductive resin layer 310 is positioned inside the pad part 320 . That is, the pad part 320 may be positioned between the heat conductive resin layer 310 and the second part 300a2 of the bottom part 300a to define a position where the heat conductive resin layer 310 is formed.
  • the thickness of the bottom portion 300a ′ of the module frame is uniform compared to the embodiment of FIG. 9 .
  • the same step as the bottom part 300a of FIG. 9 the same step as the bottom part 300a of FIG. 9 .
  • the height of the thermally conductive resin layer 310 ′ and the pad part 320 ′ may be increased as much as there is no gap. Therefore, compared to the comparative example of FIG. 10 , as in the embodiment of FIG. 9 , it is possible to reduce the tolerance between the battery cell 110 and the frame to improve the space utilization rate, and to lower the thickness of the thermal conductive resin layer 310 . Therefore, it is possible to reduce the amount of the thermally conductive resin used to form the thermally conductive resin layer 310 .
  • one or more battery modules according to an embodiment of the present invention may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the above-described battery module and battery pack including the same may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same. It belongs to the scope of the invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 모듈 프레임, 및 상기 개방된 모듈 프레임 상부에서 상기 전지 셀 적층체를 덮는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임은 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고, 상기 바닥부는 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 전지 셀의 두께 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분 안쪽에 위치하며, 상기 제2 부분의 두께는 상기 제1 부분의 두께보다 얇다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 11월 25일자 한국 특허 출원 제10-2019-0152654호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 공간 활용률을 향상시키고, 열전도성 수지의 사용량을 최소화하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 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. 한편, 전지 모듈은, 셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지 셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 프레임 부재를 포함할 수 있다.
도 1은 종래의 모노 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 1을 참고하면, 전지 모듈은 복수의 전지 셀(11)이 적층되어 형성된 전지 셀 적층체(12), 전지 셀 적층체(12)를 덮도록 전면과 후면이 개방된 모노 프레임(20) 및 모노 프레임(20)의 전면과 후면을 덮는 엔드 플레이트(60)를 포함할 수 있다. 이러한 전지 모듈을 형성하기 위해, 도 1에 도시한 화살표와 같이 X축 방향을 따라 모노 프레임(20)의 개방된 전면 또는 후면으로 전지 셀 적층체(12)가 삽입되도록 수평 조립이 필요하다. 다만, 이러한 수평 조립이 안정적으로 될 수 있도록 전지 셀 적층체(12)와 모노 프레임(20) 사이에 충분한 여유 공간(clearance)을 확보해야 한다. 여기서, 여유 공간(clearance)이란 끼워 맞춤 등에 의해 발생하는 틈을 말한다.
전지 셀 적층체(12)와 모노 프레임(20) 사이에 열전도성 수지층(미도시)을 형성할 수 있다. 열전도성 수지층은 전지 셀 적층체로부터 발생한 열을 전지 모듈 바깥으로 전달하고, 전지 셀 적층체를 전지 모듈 내에 고정하는 역할을 할 수 있다. 공차가 커지게 되면 열전도성 수지층의 사용량이 필요 이상으로 많아질 수 있다.
뿐만 아니라, 모노 프레임(20)의 높이는 전지 셀 적층체(12)의 최대 높이와 삽입 과정에서의 조립 공차 등을 고려해 크게 설계되어야 하며, 그로 인해 불필요하게 낭비되는 공간이 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지 셀 적층체를 감싸는 프레임 부재의 구조를 변형함으로써 공간 활용률을 향상시키고, 열전도성 수지의 사용량을 최소화하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 모듈 프레임, 및 상기 개방된 모듈 프레임 상부에서 상기 전지 셀 적층체를 덮는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임은 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고, 상기 바닥부는 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 전지 셀의 두께 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분 안쪽에 위치하며, 상기 전지 셀의 두께 방향을 따라 위치하는 상기 제2 부분의 두께는 상기 제1 부분의 두께보다 얇다.
상기 전지 모듈은 상기 바닥부와 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 패드부를 더 포함하고, 상기 측면부와 상기 바닥부의 제1 부분의 연결부에, 상기 패드부가 밀착될 수 있다.
상기 바닥부에서 상기 전지 셀 적층체의 길이 방향으로 상기 제2 부분은 상기 제1 부분보다 더 바깥에 위치하고, 상기 전지 셀 적층체의 길이 방향을 따라 위치하는 상기 제2 부분의 두께는 상기 제1 부분의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 전지 셀 적층체와 연결되는 버스 바 프레임을 더 포함하고, 상기 모듈 프레임은 상기 전지 셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향하는 양측이 개방되고, 상기 모듈 프레임의 개방된 양측에서 상기 버스 바 프레임은 상기 전지 셀 적층체와 연결되며, 상기 버스 바 프레임은 상기 전극 리드가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메인 프레임과 상기 메인 프레임의 하부에서 연장된 절곡부를 포함하고, 상기 절곡부는 상기 바닥부의 제2 부분 상에 위치할 수 있다.
상기 절곡부의 두께와 상기 제2 부분의 두께를 합한 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 전지 셀은 폭 방향으로 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 절곡부 상에 위치할 수 있다.
상기 패드부는 상기 제1 부분과 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 제1 부분과 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 열전도성 수지층을 더 포함하고, 상기 패드부는 상기 열전도성 수지층과 상기 제2 부분 사이에 위치할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 모듈 프레임의 개방된 양측에 각각 결합된 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 모듈 프레임의 개방된 양측은 상기 전지 셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, U자형 프레임을 구현하여 종래 기술 대비하여 전지 셀 적층체와 프레임 사이의 공차를 줄여 공간 활용률을 향상시킬 수 있다.
또한, 넘침 방지 구조를 활용함으로써 전지 셀 적층체 삽입 시 열전도성 수지가 의도하지 않은 공간으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
또한, 넘침 방지 구조를 모듈 프레임에 형성함으로써 기존에 버스 바 프레임에 넘침 방지 구조를 형성한 경우 대비하여 버스 바 프레임 자체의 성형성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래의 모노 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 전지 셀 적층체에 포함된 하나의 전지 셀을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 2의 전지 모듈에서 U자형 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 2의 전지 모듈에서 버스 바 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 3에서 전지 셀 적층체의 폭 방향인 YZ 평면을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 7의 비교예에 해당하는 전지 모듈의 단면도이다.
도 9는 도 3에서 전지 셀 적층체의 길이 방향인 XZ 평면을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 도 9의 비교예에 해당하는 전지 모듈의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 2의 전지 셀 적층체에 포함된 하나의 전지 셀을 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)을 포함하는 전지 셀 적층체(120), 상부면, 전면 및 후면이 개방된 U자형 프레임(300), 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. 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.
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 절곡된 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. 즉, U자형 프레임(300)과 상부 플레이트(400)는 서로 대응하는 모서리 부위에 용접 등의 결합 방법으로 형성된 결합부(CP)가 형성될 수 있다.
전지 셀 적층체(120)는 일방향으로 적층된 복수의 전지 셀(110)을 포함하고, 복수의 전지 셀(110)은 도 2에 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 4를 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 수용되어 후술하는 열전도성 수지층에 의해 냉각이 진행될 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 5는 도 2의 전지 모듈에서 U자형 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 U자형 프레임(300)은 바닥부(300a) 및 서로 마주보는 2개의 측면부(300b)를 포함한다. 도 2에서 설명한 전지 셀 적층체(120)가 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a)에 장착되기 전에, U자형 프레임(300)의 바닥부(300a)에 열전도성 수지를 도포하고, 열전도성 수지를 경화하여 열전도성 수지층(310)을 형성할 수 있다.
열전도성 수지층(310)을 형성하기 이전에, 즉 상기 도포한 열전도성 수지가 경화되기 전에 전지 셀 적층체(120)가 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a)에 수직한 방향을 따라 이동하면서 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a)에 장착될 수 있다. 이후 열전도성 수지가 경화되어 형성된 열전도성 수지층(310)은 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a)와 전지 셀 적층체(120) 사이에 위치한다. 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.
본 실시예에 따른 전지 모듈은 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a)에 형성된 패드부(320)를 더 포함할 수 있다. 패드부(320)는 열전도성 수지의 도포 위치를 가이드하거나 열전도성 수지가 바닥부(300a) 외부로 넘치는 것을 방지할 수 있고, 적어도 하나 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 패드부(320)가 없다면 열전도성 수지가 과하게 넘치게 되어 불필요한 부분까지 열전도성 수지가 형성된 후 굳게 되면 의도하지 않은 불량 모드가 형성될 수도 있다. 도 5에서는 X축 방향을 기준으로 바닥부(300a)의 양 단부에 각각 하나씩 패드부(320)가 형성된 것으로 도시하였으나, 열전도성 수지의 도포량 등을 고려하여 패드부(320)의 크기, 위치 및 개수 등을 변형 설계할 수 있다. 패드부(320)는 절연 필름으로 형성될 수 있다. 이때, 열전도성 수지가 바닥부(300a) 상부에 전지 셀(110)이 닿아 압축될 수 있도록 패드부(320)가 폴리 우레탄 폼(PU foam) 또는 고무 등의 재료로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 열전도성 수지층(310)은 복수의 전지 셀(110)이 적층되는 방향에 수직한 방향을 따라 길게 뻗는 복수의 도포 라인을 포함한다. 복수의 도포 라인은 2개의 그룹을 형성할 수 있으며, 2개의 그룹 사이에는 절연 필름(330)이 형성될 수 있다. 절연 필름(330)은 전지 셀(110)과 U자형 프레임(300) 간의 절연 성능을 유지하도록 하는 기능을 할 수 있고, 절연 필름(330) 상에는 열전도성 수지가 적어도 일부 도포될 수도 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 본 실시예에 따른 U자형 프레임(300)의 측면부(300b)와 상부 플레이트(400)의 폭은 서로 동일할 수 있다. 다시 말해, 상부 플레이트(400)의 X축 방향에 따른 모서리 부분과 U자형 프레임(300)의 측면부(300b)의 X축 방향에 따른 모서리 부분이 직접 만나서 용접 등의 방법에 의해 결합될 수 있다.
도 6은 도 2의 전지 모듈에서 버스 바 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 버스 바 프레임(130)은 도 4에서 설명한 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메임 프레임(130a)과, 메인 프레임(130a)의 하부에서 연장된 절곡부(130b)를 포함한다. 버스 바 프레임(130)은 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같이 전지 셀 적층체(120)와 연결된다. 메인 프레임(130a)에서는 전극 리드가 슬릿을 통과하여 버스 바와 결합한 구조를 형성할 수 있다. 절곡부(130b)는 메인 프레임(130a) 기준으로 대략 90도로 구부러져서 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a) 상에 위치할 수 있다. 절곡부(130b) 및 주변 구성에 대해서는 도 7 및 도 9를 참고하여 추가 설명하기로 한다.
도 7은 도 3에서 전지 셀 적층체의 폭 방향인 YZ 평면을 따라 자른 단면도이다. 도 8은 도 7의 비교예에 해당하는 전지 모듈의 단면도이다.
도 5 및 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a)는 제1 부분(300a1)과 제2 부분(300a2)을 포함하고, 제1 부분(300a1)은 전지 셀(110)의 두께 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 제2 부분(300a2)은 제1 부분(300a1) 안쪽에 위치한다. 전지 셀(110)의 두께 방향은 도 2에 도시한 Y축 방향과 동일하다. 이때, 제2 부분(300a2)의 두께는 제1 부분(300a1)의 두께보다 얇다. Y축 방향으로 U자형 프레임(300)의 두께를 다르게 형성함으로써, 바닥부(300a)와 측면부(300b)가 연결되는 부분의 강성은 개선하면서, 동시에 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 크기를 감소시킬 수 있으므로 에너지 밀도를 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 U자형 프레임(300)은, 측면부(300b)와 바닥부(300a)의 제1 부분(300a1)이 만나는 연결부(300c)를 포함한다. 바닥부(300a)와 전지 셀 적층체(120) 사이에 위치하는 패드부(320)는, 연결부(300c)에 밀착될 수 있다. 이처럼 패드부(320)와 U자형 프레임(300)의 밀착된 구조에 의해 도 5에서 설명한 열전도성 수지층(310)을 형성하는 열전도성 수지가 패드부(320)가 형성되어 있음에도 불구하고 도포 부위 이외로 확산될 가능성을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈은, 최외각에 위치하는 전지 셀(110)과 U자형 프레임(300)의 측면부(300b) 사이에 위치하는 압축 패드(160)를 더 포함할 수 있다. 압축 패드(160)는 폴리 우레탄 계열의 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 압축 패드(160)는 전지 셀(110)의 스웰링에 의한 두께 변형 및 외부 충격에 의한 전지 셀(110)의 변화를 흡수할 수 있다. 압축 패드(160)는 최외각 전지 셀(110)과 모듈 프레임(300)의 측면부 사이뿐만 아니라 이웃하는 전지 셀(110) 사이에도 적어도 하나 형성될 수 있다.
도 8을 참고하면, 도 7의 실시예와 다르게 패드부(320’)가 버스 바 프레임(130)의 절곡부(130b’) 상에 형성된다. 이러한 구조에서 패드부(320’)는 모듈 프레임(300’)에 밀착되기 어렵고, 절곡부(130b’), 모듈 프레임(300) 및 패드부(320’) 상이에 홀(H)이 형성되어 열전도성 수지가 넘칠 수 있다.
도 9는 도 3에서 전지 셀 적층체의 길이 방향인 XZ 평면을 따라 자른 단면도이다. 도 10은 도 9의 비교예에 해당하는 전지 모듈의 단면도이다.
도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 폭 방향으로 형성된 돌출부(110p)를 포함하고, 돌출부(110p)는 절곡부(130b) 상에 위치한다. 여기서, 전지 셀(110)의 폭 방향이란 도 9의 Z축 방향일 수 있다. 본 실시예에 따른 U자형 프레임의 바닥부(300a)는 전지 셀 적층체(120)의 길이 방향으로 제1 부분(300a1)보다 더 바깥에 위치하는 제2 부분(300a2)을 더 포함한다. 다시 말해, 제2 부분(300a2)은 전지 셀(110)의 길이 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 제1 부분(300a1)은 제2 부분(300a2) 안쪽에 위치한다. 이때, 제2 부분(300a2)의 두께는 제1 부분(300a1)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 여기서, 전지 셀(110)의 길이 방향이란 도 9의 X축 방향일 수 있다.
도 6 및 도 9를 참고하면, 본 실시예에서 버스 바 프레임(130)의 절곡부(130b)는 U자형 프레임의 바닥부(300a) 중에서 제2 부분(300a2) 상에 위치한다. 이때, 절곡부(130b)의 두께와 제2 부분(300a2)의 두께를 합한 두께는 제1 부분(300a1)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 전지 셀(110)의 돌출부(110p)가 제2 부분(300a2)과 제1 부분(300a1)의 단차에 걸려 외부 충격에 유동하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라, 이러한 U자형 프레임 바닥부(300a)의 가공을 통해 전지 셀(110)과 프레임 사이의 갭을 줄일 수 있고, 이러한 갭 줄임 효과는 높이 방향 조립을 통해 얻을 수 있는 갭 줄임 효과와 상승 작용을 일으켜서 전체적인 공간 효율성을 최대화할 수 있다. U자형 프레임 바닥부(300a)의 가공은 U자형 프레임 구조를 형성하면서 바닥부(300a)의 단차도 동시에 형성할 수 있다. 이러한 단차 형성을 위해 프레스 성형 또는 NC(numerical control work) 가공 등을 사용할 수 있다.
바닥부(300a)의 제1 부분(300a1)과 전지 셀(110) 사이에 패드부(320)가 위치하고, 패드부(320) 안쪽에 열전도성 수지층(310)이 위치한다. 즉, 패드부(320)는 열전도성 수지층(310)과 바닥부(300a)의 제2 부분(300a2) 사이에 위치하여 열전도성 수지층(310)이 형성되는 위치를 정의할 수 있다.
도 10을 참고하면, 도 9의 실시예와 비교할 때 모듈 프레임의 바닥부(300a’)의 두께는 균일하다. 도 9에서 설명한 전지 셀(110)과 동일한 크기의 전지 셀(110’) 및 돌출부(110p’)를 모듈 프레임의 바닥부(300a’)에 장착하게 되면 도 9의 바닥부(300a)와 같은 단차가 없는 만큼 열전도성 수지층(310’)과 패드부(320’)의 높이가 높아질 수 있다. 따라서, 도 10의 비교예 대비하여 도 9의 실시예와 같이 전지 셀(110)과 프레임 사이의 공차를 줄여 공간 활용률을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 열전도성 수지층(310)의 두께를 낮출 수 있어 열전도성 수지층(310)을 형성하기 위한 열전도성 수지의 사용량을 줄일 수 있다.
뿐만 아니라, 도 10의 비교예의 경우 버스 바 프레임의 절곡부(130b’) 상에 패드부(320’)가 부착되므로 버스 바 프레임 형성 시 얇은 사출물을 도 9의 실시예 대비하여 길게 형성해야 한다. 따라서, 버스 바 프레임 형성 시 성형성이 나빠질 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 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 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
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.
부호의 설명
110p: 돌출부
130a: 메인 프레임
130b: 절곡부
150: 엔드 플레이트
160: 압축 패드
300: U자형 프레임
310: 열전도성 수지층
320: 패드부
400: 상부 플레이트

Claims (10)

  1. 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체,
    상기 전지 셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 모듈 프레임, 및
    상기 개방된 모듈 프레임 상부에서 상기 전지 셀 적층체를 덮는 상부 플레이트를 포함하고,
    상기 모듈 프레임은 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고,
    상기 바닥부는 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 전지 셀의 두께 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분 안쪽에 위치하며, 상기 전지 셀의 두께 방향을 따라 위치하는 상기 제2 부분의 두께는 상기 제1 부분의 두께보다 얇은 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 바닥부와 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 패드부를 더 포함하고,
    상기 측면부와 상기 바닥부의 제1 부분의 연결부에, 상기 패드부가 밀착되어 있는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 바닥부에서 상기 전지 셀 적층체의 길이 방향으로 상기 제2 부분은 상기 제1 부분보다 더 바깥에 위치하고,
    상기 전지 셀 적층체의 길이 방향을 따라 위치하는 상기 제2 부분의 두께는 상기 제1 부분의 두께보다 얇은 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 전지 셀 적층체와 연결되는 버스 바 프레임을 더 포함하고,
    상기 모듈 프레임은 상기 전지 셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향하는 양측이 개방되고, 상기 모듈 프레임의 개방된 양측에서 상기 버스 바 프레임은 상기 전지 셀 적층체와 연결되며,
    상기 버스 바 프레임은 상기 전극 리드가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메인 프레임과 상기 메인 프레임의 하부에서 연장된 절곡부를 포함하고,
    상기 절곡부는 상기 바닥부의 제2 부분 상에 위치하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 절곡부의 두께와 상기 제2 부분의 두께를 합한 두께는 상기 제1 부분의 두께보다 얇은 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 전지 셀은 폭 방향으로 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 절곡부 상에 위치하는 전지 모듈.
  7. 제2항에서,
    상기 패드부는 상기 제1 부분과 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 부분과 상기 전지 셀 적층체 사이에 위치하는 열전도성 수지층을 더 포함하고, 상기 패드부는 상기 열전도성 수지층과 상기 제2 부분 사이에 위치하는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임의 개방된 양측에 각각 결합된 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 모듈 프레임의 개방된 양측은 상기 전지 셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향하는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230037161A (ko) * 2021-09-09 2023-03-16 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130126159A (ko) * 2012-05-11 2013-11-20 에스케이이노베이션 주식회사 냉각 유로 관통형 이차전지모듈
WO2015151884A1 (ja) * 2014-03-31 2015-10-08 日本電気株式会社 蓄電池装置
WO2018022907A1 (en) * 2016-07-27 2018-02-01 Johnson Controls Technology Company Cell assembly for a battery module
WO2019088625A1 (ko) * 2017-10-30 2019-05-09 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 배터리 모듈을 조립하는 방법
KR20190078521A (ko) * 2017-12-26 2019-07-04 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈 및 이의 제조 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120225339A1 (en) 2010-03-15 2012-09-06 Panasonic Corporation Battery pack
US9520587B2 (en) * 2014-09-30 2016-12-13 Johnson Controls Technology Company Bus bar assembly carrier
US10734618B2 (en) * 2017-12-05 2020-08-04 Robert Bosch Battery Systems Llc Prismatic-pouch hybrid battery module
CN109994798A (zh) * 2017-12-26 2019-07-09 Sk新技术株式会社 电池模块及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130126159A (ko) * 2012-05-11 2013-11-20 에스케이이노베이션 주식회사 냉각 유로 관통형 이차전지모듈
WO2015151884A1 (ja) * 2014-03-31 2015-10-08 日本電気株式会社 蓄電池装置
WO2018022907A1 (en) * 2016-07-27 2018-02-01 Johnson Controls Technology Company Cell assembly for a battery module
WO2019088625A1 (ko) * 2017-10-30 2019-05-09 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 배터리 모듈을 조립하는 방법
KR20190078521A (ko) * 2017-12-26 2019-07-04 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈 및 이의 제조 방법

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