WO2022124584A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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WO2022124584A1
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battery
cell stack
battery cell
exterior member
module
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박수빈
성준엽
박원경
한홍구
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module having improved cooling performance while improving the swelling phenomenon of the battery cell, and a battery pack including the same.
  • secondary batteries are of great interest not only as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, laptops, and wearable devices, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • the mid-to-large-sized battery module be manufactured as small as possible in size and weight, a prismatic battery, a pouch-type battery, etc. that can be stacked with a high degree of integration and have a small weight to capacity are mainly used as battery cells of the mid- to large-sized battery module.
  • the battery module in order to protect the battery cell stack from external impact, heat, or vibration, the front and rear are opened may include a module frame for accommodating the battery cell stack in an internal space.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view showing a part of a cross-section taken along the cutting line A-A of FIG. 1 .
  • the conventional battery module 10 accommodates a battery cell stack 12 in which a plurality of battery cells 11 are stacked in one direction, and the battery cell stack 12 . and an exterior member 30 that does.
  • the front and rear surfaces of the exterior member 30 are open, and the front and rear surfaces of the battery cell stack 12 accommodated in the exterior member 30 are open.
  • the battery module 10 is mounted on the thermally conductive resin layer 14 formed on the pack frame member (not shown). Accordingly, in the conventional battery module 10 , the exterior member 30 is positioned between the battery cell stack 12 and the thermally conductive resin layer 14 .
  • the compression pad 50 is positioned between the battery cell stack 12 and the lower frame 30 , but in general, the compression pad 50 absorbs deformation in the width direction of the battery module 10 . There is a problem with being limited.
  • the conventional battery module 10 has a structure that indirectly cools the lower portion of the battery cell stack 12 through the thermally conductive resin layer 14 , and the heat generated in the battery cell 11 is It has a structure in which it flows to the thermal conductive resin layer 14 via the exterior member 30 .
  • heat transfer is inhibited due to an air layer formed between the exterior member 30 and the battery cell stack 12 or between the exterior member 30 and the thermally conductive resin layer 14 .
  • the temperature of the battery cell 11 is one of the factors limiting the output of the battery, the local temperature rise occurring within the battery cell 11 is highly likely to limit the output of the battery early, There is a need for improvement.
  • the number of battery cells 11 stacked in the module increases, and the cooling deviation between the battery cells 11 is further intensified.
  • An object of the present invention is to provide a battery module with improved cooling performance and a battery pack including the same while improving the swelling phenomenon of the battery cell.
  • a battery module includes: a battery cell stack including a plurality of battery cells stacked in a first direction; And the central portion of the lower surface of the battery cell stack is open, and includes an exterior member surrounding the outer surface of the battery cell stack, and one end of the exterior member is attached to one side of the lower surface of the battery cell stack, and the exterior The other end of the member is attached to the other side of the lower surface of the battery cell stack.
  • An outer surface of the exterior member of the battery module may be exposed to the outside, and a central portion of a lower surface of the battery cell stack positioned between one end of the exterior member and the other end of the exterior member may be exposed to the outside.
  • the exterior member may be made of an elastic material.
  • the exterior member may be formed by wrapping the outer surface of the battery cell stack from one side of the lower surface of the battery cell stack by the film of the elastic material to the other side of the lower surface of the battery cell stack.
  • a compression pad positioned on both sides of the battery cell stack, wherein the compression pad is positioned between the exterior member and the outer surface of the battery cell stack, and the exterior member moves the battery cell stack in the first direction can be pressurized.
  • the exterior member may press the upper surface of the battery cell stack in a second direction, and the second direction may be perpendicular to the first direction.
  • the second direction may be a width direction of the plurality of battery cells.
  • the compression pad may extend along a side surface of the battery cell stack.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above.
  • the battery pack includes a lower pack frame on which at least two battery modules are mounted, an upper pack frame covering upper portions of the at least two battery modules, and a thermally conductive resin layer formed on the lower pack frame, The central portion of the lower surface of the battery cell stack may be in contact with the thermally conductive resin layer.
  • the lower pack frame may include a plurality of module areas, and the battery module may be mounted in the module area.
  • the thermally conductive resin layer may be respectively formed on the module area.
  • the thermally conductive resin layer may have the same size as the central portion of the lower surface of the battery cell stack.
  • a side surface of one end of the exterior member may be in contact with one side of the thermally conductive resin layer, and a side surface of the other end of the exterior member may be in contact with the other side of the thermally conductive resin layer.
  • the present invention includes an exterior member that wraps the outer surface of the battery cell stack, the center of the lower surface of the battery cell stack is open, while improving the swelling phenomenon of the battery cell, while improving the cooling performance It is possible to provide a battery module and a battery pack including the same.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view showing a part of a cross-section taken along the cutting line A-A of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 4 .
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a battery cell stack included in the battery module of FIG. 4 .
  • FIG. 8 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 8 ;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG. 8 .
  • FIG. 11 is an enlarged view of a part of the cross-sectional view of FIG. 10 .
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "cross-sectional” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 4 .
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked in a first direction, and an exterior member surrounding the battery cell stack 120 . 300, a sensing member (not shown) covering the front and rear surfaces of the battery cell stack is included.
  • a plurality of battery cells 110 are stacked in the battery cell stack 120 wrapped in the exterior member 300 , and the battery cells 110 are preferably pouch-type battery cells.
  • the battery cell 110 may be manufactured by accommodating the electrode assembly in a pouch case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and then thermally sealing a sealing part of the pouch case.
  • the battery cells 110 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 110 form a stacked battery cell stack 120 to be electrically connected to each other.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 4 .
  • the exterior member 300 may surround the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • the exterior member 300 may have an open central portion of the lower surface of the battery cell stack 120 , and may wrap the outer surface of the battery cell stack 120 . That is, the exterior member 300 surrounds both sides and the upper surface of the battery cell stack 120 , and the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 are open, but the center of the lower surface may be open.
  • one end 300a of the exterior member 300 is attached to one side of the lower surface of the battery cell stack 120 , and the other end of the exterior member 300 .
  • Reference numeral 300b is attached to the other side of the lower surface of the battery cell stack 120 . That is, the exterior member extends from one end 300a of the exterior member 300 to the other end 300b of the exterior member 300 to wrap both sides of the battery cell stack 120 , the upper surface, and the lower surface.
  • the outer surface of the exterior member 300 may be exposed while the battery cell stack 120 is wrapped around the exterior member 300 . That is, when the battery module 100 is mounted on the lower pack frame 1200 of the battery pack in a process to be described later, the exterior member 300 may contact the lower pack frame 1200 . In addition, in the exterior member 300, the central portion of the lower surface of the battery cell stack 120 positioned between one end 300a of the exterior member 300 and the other end 300b of the exterior member 300 is exposed to the outside. there may be That is, when the battery module 100 is mounted on the lower pack frame 1200 of the battery pack in a process to be described later, the exterior member 300 is directly connected to the thermal conductive resin layer 1400 formed on the lower pack frame 1200 . can be reached
  • the central portion of the lower surface of the battery cell stack 120 is open to the outside, and the thermally conductive resin layer 1400 to be described later is the battery cell stack 120 .
  • the thermally conductive resin layer 1400 to be described later is the battery cell stack 120 .
  • In direct contact with the central portion of the battery cell stack 120 can directly cool the heat generated in the. That is, the cooling performance of the exterior member 300 according to the present embodiment may be further improved.
  • both side surfaces and upper and lower surfaces of the exterior member 300 may each have a size corresponding to the size of the outer surface of the battery cell stack.
  • both side surfaces of the exterior member 300 may have the same size as the side surface of the battery cell stack 120 or have a size smaller than this.
  • the upper surface of the exterior member 300 may have the same size as the upper surface of the battery cell stack 120 or have a size smaller than this.
  • one end 300a and the other end 300b of the exterior member 300 extend along the longitudinal direction of the lower surface of the battery cell stack 120 , the length of the lower surface of the battery cell stack 120 and the It may have the same length or may have a shorter length.
  • the exterior member 300 may press the battery cell stack 120 in a predetermined direction, and surround the battery cell stack 120 . That is, the exterior member 300 presses the battery cells 110 included in the battery cell stack 120 in a certain direction to prevent swelling of the battery cells and improve dimensional stability of the battery module. .
  • the battery cell stack 120 is simultaneously pressed, so there is no need for a process of separately pressing the battery cell stack 120 . , processes and production lines can be simplified.
  • the exterior member 300 may be made of an elastic material.
  • the elastic material may be made of at least one of materials such as polyethylene (PE, Polyethylene) and polytetrafluoroethylene (PTFE, Polytetrafluoroethylene).
  • PE polyethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the exterior member 300 wraps the outer surface of the battery cell stack 120 from one side of the lower surface of the battery cell stack 120 by the elastic material film or heat-shrinkable tube, but the battery cell stack 120 lower surface It may be formed by wrapping to the other side of the.
  • the exterior member 300 wraps the upper and lower surfaces and both sides of the battery cell stack 120 with the film or heat shrinkable tube of the elastic material, and then covers the lower surface of the battery cell stack 120 .
  • the present invention is not limited thereto, and any material having elasticity capable of sufficiently pressing the battery cells 110 included in the battery cell stack 120 while effectively absorbing external shocks may be applied without limitation.
  • the exterior member 300 may prevent swelling of the battery cell and improve dimensional stability of the battery module.
  • the exterior member 300 since the exterior member 300 has elasticity by itself, there is an advantage that deformation according to a change in the volume of the battery cell 110 can be minimized.
  • the outer surface of the battery cell stack 120 may be attached to the inner surface of the exterior member 300, respectively.
  • the elastic material included in the exterior member 300 may have an adhesive force by itself.
  • the exterior member 300 and the battery cell stack 120 may be fixed through a frictional force between the inner surface of the exterior member 300 and the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • a separate adhesive layer may be formed between the exterior member 300 and the battery cell stack 120 .
  • each of the adhesive layers may be formed of a tape or coated with an adhesive binder. More preferably, the adhesive layer is coated with an adhesive binder or made of a double-sided tape, so that the battery cell stack 120 and the exterior member 300 can be easily fixed.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having adhesive performance capable of fixing between the battery cells 110 or between the battery cells 110 and the exterior member 300 may be applied without limitation.
  • the battery cell stack 120 may be stably accommodated in the exterior member 300 .
  • the exterior member 300 presses the battery cell stack 120 in the first direction.
  • the first direction may be the width direction of the battery module 100 , which may be the same as the stacking direction of the plurality of battery cells 110 in the battery cell stack 120 .
  • the exterior member 300 presses the battery cell stack 120 in the same direction as the width direction of the battery module 100 or the stacking direction of the battery cells 110 to effectively prevent the swelling of the battery module. can do.
  • the compression pad 500 is positioned between the exterior member 300 and the battery cell stack 120 to effectively absorb deformation occurring in the width direction of the battery module 100 .
  • the lifespan of the battery module 100 may be improved.
  • the exterior member 300 may press the upper and lower surfaces of the battery cell stack in a second direction, and the second direction may be perpendicular to the first direction. More specifically, the second direction may be a width direction of the plurality of battery cells 110 .
  • the exterior member 300 can be pressed with a predetermined pressure in the width direction of the battery cell 110 perpendicular to the width direction of the battery module 100 , and also in the width direction of the battery cell 110 .
  • the swelling phenomenon can be effectively prevented.
  • the lifespan of the battery module 100 may be further improved.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a battery cell stack included in the battery module of FIG. 4 .
  • the compression pad 500 may be positioned between the exterior member 300 and the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • the compression pad 500 may extend along the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • the compression pad 500 may have the same or smaller size than the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • both ends of the compression pad 500 may be in contact with the exterior member 300 or may be surrounded by the exterior member 300 .
  • the battery cell stack 120 includes a first battery cell stack and a second battery cell stack, and the first battery A compression pad 500 may be positioned between the cell stack and the second battery cell stack.
  • the compression pad 500 may extend along side surfaces of the first battery cell stack and the second battery cell stack.
  • the compression pad 500 may be a pad made of a polyurethane material.
  • the present invention is not limited thereto, and any material capable of absorbing a change in volume during expansion of the battery cell 110 may be applied.
  • the compression pad 500 easily absorbs the expansion generated in the battery cells 110 included in the battery cell stack 120 , so that the exterior member 300 protects the outer surface of the battery cell stack 120 . It can help pressurize.
  • FIG. 8 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention. 9 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 8 ;
  • the battery pack 1000 includes the battery module 100 described above. Meanwhile, one or more of the battery modules 100 may be packaged in the pack cases 1200 and 1300 to form the battery pack 1000 .
  • the battery pack 1000 of this embodiment includes a lower pack frame 1200 in which at least two battery modules 100 are mounted, an upper pack frame 1300 covering the upper portions of the at least two battery modules 100, and a thermally conductive resin layer 1400 formed on the lower surface of the lower pack frame 1200 .
  • at least two battery modules 100 are arranged in one direction to form the battery module arrangement 1100 .
  • the lower pack frame 1200 may include a plurality of module areas, and the battery module 100 may be mounted in the module area.
  • the central portion of the lower surface of the battery cell stack 120 and the thermal conductive resin layer 1400 may contact each other.
  • the heat generated in the battery cell 110 is transferred to the thermal conductive resin layer 1400 in direct contact with the central portion of the lower surface of the battery cell stack 120 , so that the cooling performance of the battery module 100 is improved, and the battery The cooling deviation between the cells 110 may also be reduced. In addition, the lifespan of the battery module 100 may be further improved.
  • the thermally conductive resin layer 1400 may have a thermal conductive resin applied on each module region of the lower pack frame 1200 before the battery module 100 is mounted on the module region of the lower pack frame 1200 . can Thereafter, as the thermally conductive resin is cured, the thermally conductive resin layer 1400 may be formed.
  • the lower surface of the battery module 100 may be stably fixed to the thermal conductive resin layer 1400 .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG. 8 .
  • FIG. 11 is an enlarged view of a part of the cross-sectional view of FIG. 10 .
  • the thermally conductive resin layer 1400 may be formed in each of the module regions formed in the lower pack frame 1200 .
  • the thermally conductive resin layer 1400 may have the same size as the central portion of the lower surface of the battery cell stack 120 .
  • the heat generated from the battery cells 110 is in direct contact with the central portion of the lower surface of the battery cell stack 120 ( 1400), respectively. That is, without heat propagation between the battery modules 100, the cooling performance of each battery module 100 is improved, and the cooling deviation between the battery cells 110 in each battery module 100 can also be reduced. have. In addition, the lifespan of the battery module 100 may be further improved.
  • the side surface of the one end 300a of the exterior member 300 and one side of the thermally conductive resin layer 1400 are in contact, and the side surface of the other end 300b of the exterior member 300 and the thermally conductive resin layer 1400 . can be in contact with the other side of
  • one end 300a and the other end 300b of the exterior member 300 positioned on the lower surface of the battery module 100 are stably fixed to the thermal conductive resin layer 1400 .
  • 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, and this It belongs to the scope of the right of the invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체 하면의 중심부가 개방되되, 상기 전지셀 적층체의 외면을 감싸는 외장 부재를 포함하고, 상기 외장 부재의 일단부는 상기 전지셀 적층체 하면의 일측부에 부착되어 있고, 상기 외장 부재의 타단부는 상기 전지셀 적층체 하면의 타측부에 부착되어 있다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 12월 08일자 한국 특허 출원 제10-2020-0170442호에 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 것으로, 보다 구체적으로는 전지셀의 스웰링 현상을 개선하면서도, 냉각 성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 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 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것일 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 전지셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임을 포함할 수 있다.
도 1은 종래 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(12), 및 전지셀 적층체(12)를 수용하는 외장 부재(30)를 포함한다. 여기서, 외장 부재(30)는 전후면이 개방되어 있어, 외장 부재(30)에 수용된 전지셀 적층체(12)의 전후면이 개방되어 있다.
여기서, 전지 모듈(10)은 팩 프레임 부재(미도시됨)에 형성되어 있는 열전도성 수지층(14) 상에 장착된다. 이에 따라, 종래의 전지 모듈(10)은 전지셀 적층체(12)와 열전도성 수지층(14) 사이에 외장 부재(30)가 위치하게 된다.
도 3을 참조하면, 전지셀 적층체(12)와 하부 프레임(30) 사이에 압축 패드(50)가 위치하나, 일반적으로 압축 패드(50)는 전지 모듈(10)의 폭 방향의 변형을 흡수하기에는 제한적이라는 문제가 있다.
도 3을 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은 열전도성 수지층(14)을 통해 전지셀 적층체(12)의 하부를 간접적으로 냉각해주는 구조로, 전지셀(11)에서 발생된 열은 외장 부재(30)를 거쳐 열전도성 수지층(14)으로 흐르는 구조이다. 여기서, 종래의 전지 모듈(10)은 외장 부재(30)와 전지셀 적층체(12) 사이 혹은 외장 부재(30)와 열전도성 수지층(14) 사이에 형성되는 공기층으로 인해 열전달이 저해되는 문제가 있다. 전지셀(11)의 온도는 배터리의 출력을 제한하는 요인 중 하나인 점을 고려할 때, 전지셀(11) 내에서 발생되는 국부적인 온도 상승은 배터리의 출력을 조기에 제한할 가능성이 높아, 이를 개선할 필요성이 있다. 이와 더불어, 최근에 들어 전지 모듈(10)이 대형화됨에 따라, 모듈 내 적층되는 전지셀(11)의 개수가 증가되어, 전지셀(11) 간의 냉각 편차가 더욱 심화되고 있다.
이에 따라, 전지셀 적층체(12) 내 스웰링 현상을 방지하면서도, 전지셀 적층체(12) 내에서 발생되는 열에 대한 냉각 성능을 향상시키는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 개발할 필요성이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지셀의 스웰링 현상을 개선하면서도, 냉각 성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체 하면의 중심부가 개방되되, 상기 전지셀 적층체의 외면을 감싸는 외장 부재를 포함하고, 상기 외장 부재의 일단부는 상기 전지셀 적층체 하면의 일측부에 부착되어 있고, 상기 외장 부재의 타단부는 상기 전지셀 적층체 하면의 타측부에 부착되어 있다.
상기 전지 모듈의 상기 외장 부재의 외면이 외부로 노출되어 있고, 상기 외장 부재의 일단부와 상기 외장 부재의 타단부 사이에 위치하는 상기 전지셀 적층체 하면의 중심부가 외부로 노출되어 있을 수 있다.
상기 외장 부재는 탄성 소재로 이루어질 수 있다.
상기 외장 부재는 상기 탄성 소재의 필름이 상기 전지셀 적층체 하면의 일측부로부터 상기 전지셀 적층체의 외면을 랩핑하되, 상기 전지셀 적층체 하면의 타측부까지 랩핑하여 형성될 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 양측면에 위치하는 압축 패드를 포함하고, 상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 외측면 사이에 상기 압축 패드가 위치하고, 상기 외장 부재는 전지셀 적층체를 상기 제1 방향으로 가압할 수 있다.
상기 외장 부재는 상기 전지셀 적층체의 상면을 제2 방향으로 가압하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직일 수 있다.
상기 제2 방향은 상기 복수의 전지셀의 폭 방향일 수 있다.
상기 압축 패드는 상기 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
상기 전지 팩은, 적어도 두 개의 상기 전지 모듈이 장착되는 하부 팩프레임, 상기 적어도 두 개의 전지 모듈의 상부를 덮는 상부 팩 프레임, 및 상기 하부 팩 프레임 상에 형성되어 있는 열전도성 수지층을 포함하고, 상기 전지셀 적층체의 하면의 중심부와 상기 열전도성 수지층이 접촉할 수 있다.
상기 하부 팩 프레임은 복수의 모듈 영역을 포함하고, 상기 모듈 영역에 상기 전지 모듈이 장착될 수 있다.
상기 열전도성 수지층은 상기 모듈 영역 상에 각각 형성되어 있을 수 있다.
상기 열전도성 수지층은 상기 전지셀 적층체 하면의 중심부와 동일한 크기를 가질 수 있다.
상기 외장 부재의 일단부의 측면과 상기 열전도성 수지층의 일측면이 접하고, 상기 외장 부재의 타단부의 측면과 상기 열전도성 수지층의 타측면과 접할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 전지셀 적층체의 외면을 감싸되, 전지셀 적층체 하면의 중심부가 개방되어 있는 외장 부재를 포함하여, 전지셀의 스웰링 현상을 개선하면서도, 냉각 성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 4의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다.
도 9는 도 8의 전지 팩의 분해 사시도이다.
도 10은 도 8의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 10의 단면도의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
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, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 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.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전지 모듈의 전후면 중 전면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 후면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)이 제1 방향으로 적층되어 있는 전지셀 적층체(120), 및 전지셀 적층체(120)를 감싸는 외장 부재(300), 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 센싱 부재(미도시됨)이 포함된다.
외장 부재(300)에 감싸져 있는 전지셀 적층체(120)는 복수의 전지셀(110)이 적층되어 있되, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 전지셀(110)은 전극 조립체를 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 수납한 뒤 상기 파우치 케이스의 실링부를 열융착하여 제조될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있고, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층된 전지셀 적층체(120)를 형성한다.
이하에서는, 외장 부재(300)에 대해 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 6은 도 4의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)의 외면을 감쌀 수 있다. 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120) 하면의 중심부가 개방되되, 전지셀 적층체(120)의 외면을 감쌀 수 있다. 즉, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)의 양측면 및 상면을 감싸고, 전지셀 적층체(120)의 전후면이 개방되어 있되, 하면의 중심부가 개방되어 있을 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예의 전지 모듈(100)에서, 외장 부재(300)의 일단부(300a)는 전지셀 적층체(120) 하면의 일측부에 부착되어 있고, 외장 부재(300)의 타단부(300b)는 전지셀 적층체(120) 하면의 타측부에 부착되어 있다. 즉, 외장 부재는 외장 부재(300)의 일단부(300a)로부터 외장 부재(300)의 타단부(300b)까지 연장되어, 전지셀 적층체(120)의 양측면, 상면, 및 하면의 양측부를 감쌀 수 있다.
또한, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)를 감싼 상태에서, 외장 부재(300)의 외면이 노출되어 있을 수 있다. 즉, 후술될 공정에서 전지 모듈(100)이 전지 팩의 하부 팩 프레임(1200)에 장착되는 경우, 외장 부재(300)가 하부 팩 프레임(1200)과 접할 수 있다. 또한, 외장 부재(300)는 외장 부재(300)의 일단부(300a)와 외장 부재(300)의 타단부(300b) 사이에 위치하는 전지셀 적층체(120) 하면의 중심부가 외부로 노출되어 있을 수 있다. 즉, 후술될 공정에서 전지 모듈(100)이 전지 팩의 하부 팩 프레임(1200)에 장착되는 경우, 외장 부재(300)가 하부 팩 프레임(1200) 상에 형성된 열전도성 수지층(1400)과 직접 접할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)의 하면의 중심부가 외부로 개방되어 있고, 후술될 열전도성 수지층(1400)이 전지셀 적층체(120) 하면의 중심부와 직접 접하여, 전지셀 적층체(120) 내에서 발생되는 열을 직접적으로 냉각시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 외장 부재(300)는 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
또한, 외장 부재(300)의 양측면 및 상하면은 각각 전지셀 적층체의 외면의 크기와 대응되는 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 외장 부재(300)의 양측면은 전지셀 적층체(120)의 측면과 동일한 크기를 가지거나 이보다 작은 크기를 가질 수 있다. 또한, 외장 부재(300)의 상면은 전지셀 적층체(120)의 상면과 동일한 크기를 가지거나 이보다 작은 크기를 가질 수 있다. 또한, 외장 부재(300)의 일단부(300a) 및 타단부(300b)는 전지셀 적층체(120)의 하면의 길이 방향을 따라 연장되어 있되, 전지셀 적층체(120)의 하면의 길이와 동일한 길이를 가지거나 이보다 작은 길이를 가질 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)를 일정한 방향으로 가압하며, 전지셀 적층체(120)를 감쌀 수 있다. 즉, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)을 일정한 방향으로 가압하여, 전지셀의 스웰링 현상을 방지하고, 전지 모듈의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 전지셀 적층체(120)가 외장 부재(300)에 감싸지는 공정을 통해, 전지셀 적층체(120)가 동시에 가압되어, 별도로 전지셀 적층체(120)를 가압하는 공정이 필요하지 않아, 공정 및 생산 라인이 간이해질 수 있다.
일 예로, 외장 부재(300)는 탄성 소재로 이루어질 수 있다. 상기 탄성 소재는 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)와 같은 물질 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 여기서, 외장 부재(300)는 상기 탄성 소재의 필름 혹은 열수축 튜브가 전지셀 적층체(120) 하면의 일측부로부터 전지셀 적층체(120)의 외면을 랩핑하되, 전지셀 적층체(120) 하면의 타측부까지 랩핑하여 형성될 수 있다. 일 예로, 외장 부재(300)는 상기 탄성 소재의 필름 혹은 열수축 튜브를 전지셀 적층체(120)의 외면인 상하면 및 양측면을 랩핑한 후, 전지셀 적층체(120)의 하면을 덮는 상기 탄성 소재의 필름 혹은 열수축 튜브 중 일부를 제거하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 외부 충격을 효과적으로 흡수하면서도, 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)을 충분히 가압할 수 있는 탄성을 가지는 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(300)는 전지셀의 스웰링 현상을 방지하고, 전지 모듈의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다. 이와 더불어, 외장 부재(300)는 자체적으로 탄성을 가지고 있어, 전지셀(110)의 부피 변화에 따라 변형되는 것이 최소화될 수 있는 이점이 있다.
또한, 외장 부재(300)의 내면에 전지셀 적층체(120)의 외면이 각각 부착되어 있을 수 있다. 여기서, 외장 부재(300)에 포함된 탄성 소재가 자체적으로 접착력을 가질 수 있다. 또한, 외장 부재(300)와 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(300)의 내면과 전지셀 적층체(120)의 외면 사이의 마찰력을 통해 고정되어 있을 수 있다. 또한, 외장 부재(300)와 전지셀 적층체(120) 사이에 별도의 접착층이 형성되어 있을 수 있다.
일 예로, 상기 접착층은 각각 테이프로 이루어지거나, 접착성 바인더가 코팅되어 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 접착층은 접착성 바인더로 코팅되거나 양면 테이프로 이루어져, 전지셀 적층체(120)와 외장 부재(300)가 용이하게 고정될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지셀(110) 간 혹은 전지셀(110)과 외장 부재(300) 사이를 서로 고정시킬 수 있는 접착 성능을 가진 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
이에 따라, 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(300) 내에 안정적으로 수용되어 있을 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)를 상기 제1 방향으로 가압한다. 보다 구체적으로, 상기 제1 방향은 전지 모듈(100)의 폭 방향일 수 있고, 이는 전지셀 적층체(120)에서 복수의 전지셀(110)의 적층 방향과 동일할 수 있다.
이에 따라, 외장 부재(300)는 전지 모듈(100)의 폭 방향 혹은 전지셀(110)의 적층 방향과 동일한 방향으로 전지셀 적층체(120)를 가압하여, 전지 모듈의 스웰링 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 더불어, 외장 부재(300)와 전지셀 적층체(120) 사이에 압축 패드(500)가 위치하여, 전지 모듈(100)의 폭 방향으로 발생되는 변형을 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)의 수명도 개선될 수 있다.
또한, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체의 상하면을 제2 방향으로 가압하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 방향은 복수의 전지셀(110)의 폭 방향일 수 있다.
이에 따라, 외장 부재(300)는 전지 모듈(100)의 폭 방향과 수직인 전지셀(110)의 폭 방향에 대해서도, 소정의 압력으로 가압할 수 있어, 전지셀(110)의 폭 방향에 대해서도 스웰링 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)의 수명도 더욱 개선될 수 있다.
도 7은 도 4의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체의 분해 사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예예 따른 전지 모듈(100)은, 외장 부재(300)와 전지셀 적층체(120)의 외측면 사이에 압축 패드(500)가 위치할 수 있다. 여기서, 압축 패드(500)는 전지셀 적층체(120)의 외측면을 따라 연장되어 있을 수 있다. 또한, 압축 패드(500)는 전지셀 적층체(120)의 외측면에 비해 동일하거나 작은 크기를 가질 수 있다. 또한, 압축 패드(500)의 양단부는 외장 부재(300)와 접하거나, 외장 부재(300)에 의해 감싸져 있을 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 전지셀 적층체(120)는 제1 전지셀 적층체 및 제2 전지셀 적층체를 포함하고, 상기 제1 전지셀 적층체 및 상기 제2 전지셀 적층체 사이에 압축 패드(500)가 위치할 수 있다. 또한, 압축 패드(500)는 상기 제1 전지셀 적층체 및 상기 제2 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있을 수 있다.
일 예로, 압축 패드(500)는 폴리우레탄 소재의 패드일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지셀(110)의 팽창 시 부피 변화를 흡수할 수 있을 정도의 소재라면 적용 가능하다.
이에 따라, 압축 패드(500)는 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)에서 발생되는 팽창을 용이하게 흡수하여, 외장 부재(300)가 전지셀 적층체(120)의 외면을 가압하는 것을 보조할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다. 도 9는 도 8의 전지 팩의 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 상기에서 설명한 전지 모듈(100)을 포함한다. 한편, 전지 모듈(100)은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스(1200, 1300) 내에 패키징되어, 전지 팩(1000)을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예의 전지 팩(1000)은 적어도 두 개의 전지 모듈(100)이 장착되는 하부 팩 프레임(1200), 적어도 두 개의 전지 모듈(100)의 상부를 덮는 상부 팩 프레임(1300), 및 하부 팩 프레임(1200)의 하면에 형성되어 있는 열전도성 수지층(1400)을 포함한다. 여기서, 적어도 두 개의 전지 모듈(100)은 일방향으로 나열되어 전지 모듈 배열체(1100)를 형성한다. 또한, 하부 팩 프레임(1200)은 복수의 모듈 영역을 포함하고, 상기 모듈 영역에 전지 모듈(100)이 장착될 수 있다. 여기서, 상기 모듈 영역에 전지 모듈(100)이 장착됨에 따라, 전지셀 적층체(120)의 하면의 중심부와 열전도성 수지층(1400)이 접촉할 수 있다.
이에 따라, 전지셀(110)에서 발생되는 열은 전지셀 적층체(120) 하면의 중심부와 직접 접하는 열전도성 수지층(1400)에 전달되어, 전지 모듈(100)의 냉각 성능이 향상되고, 전지셀(110) 간의 냉각편차 또한 감소될 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)의 수명도 더욱 개선될 수 있다.
일 예로, 열전도성 수지층(1400)은 전지 모듈(100)이 하부 팩 프레임(1200)의 모듈 영역 상에 장착되기 전에, 하부 팩 프레임(1200)의 각 모듈 영역 상에 열전도성 수지가 도포될 수 있다. 이후, 열전도성 수지가 경화됨에 따라 열전도성 수지층(1400)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 열전도성 수지가 경화됨에 따라, 전지 모듈(100)의 하면은 열전도성 수지층(1400)에 안정적으로 고정될 수 있다.
도 10은 도 8의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다. 도 11은 도 10의 단면도의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로, 도 10 및 도 11을 참조하면, 열전도성 수지층(1400)은 하부 팩 프레임(1200)에 형성된 상기 모듈 영역에 각각 형성되어 있을 수 있다. 또한, 열전도성 수지층(1400)은 전지셀 적층체(120) 하면의 중심부와 동일한 크기를 가질 수 있다.
이에 따라, 하부 팩 프레임(1200)에 장착되어 있는 각각의 전지 모듈(100)에서, 전지셀(110)에서 발생되는 열이 전지셀 적층체(120) 하면의 중심부와 직접 접하는 열전도성 수지층(1400)에 각각 전달될 수 있다. 즉, 전지 모듈(100) 간의 열전파가 발생되지 않으면서도, 각각의 전지 모듈(100)의 냉각 성능이 향상되고, 각각의 전지 모듈(100) 내 전지셀(110) 간의 냉각편차 또한 감소될 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)의 수명도 더욱 개선될 수 있다.
또한, 외장 부재(300)의 일단부(300a)의 측면과 열전도성 수지층(1400)의 일측면이 접하고, 외장 부재(300)의 타단부(300b)의 측면과 열전도성 수지층(1400)의 타측면과 접할 수 있다.
이에 따라, 열전도성 수지가 경화됨에 따라, 전지 모듈(100)의 하면에 위치하는 외장 부재(300)의 일단부(300a) 및 타단부(300b)가 열전도성 수지층(1400)에 안정적으로 고정될 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 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
(부호의 설명)
100: 전지 모듈
110: 전지셀
120: 전지셀 적층체
300: 외장 부재
500: 압축 패드

Claims (14)

  1. 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체; 및
    상기 전지셀 적층체 하면의 중심부가 개방되되, 상기 전지셀 적층체의 외면을 감싸는 외장 부재를 포함하고,
    상기 외장 부재의 일단부는 상기 전지셀 적층체 하면의 일측부에 부착되어 있고,
    상기 외장 부재의 타단부는 상기 전지셀 적층체 하면의 타측부에 부착되어 있는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 전지 모듈의 상기 외장 부재의 외면이 외부로 노출되어 있고,
    상기 외장 부재의 일단부와 상기 외장 부재의 타단부 사이에 위치하는 상기 전지셀 적층체 하면의 중심부가 외부로 노출되어 있는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 외장 부재는 탄성 소재로 이루어지는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 외장 부재는 상기 탄성 소재의 필름이 상기 전지셀 적층체 하면의 일측부로부터 상기 전지셀 적층체의 외면을 랩핑하되, 상기 전지셀 적층체 하면의 타측부까지 랩핑하여 형성되는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 양측면에 위치하는 압축 패드를 포함하고,
    상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 외측면 사이에 상기 압축 패드가 위치하고,
    상기 외장 부재는 전지셀 적층체를 상기 제1 방향으로 가압하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 외장 부재는 상기 전지셀 적층체의 상면을 제2 방향으로 가압하고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 방향은 상기 복수의 전지셀의 폭 방향인 전지 모듈.
  8. 제5항에서,
    상기 압축 패드는 상기 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있는 전지 모듈.
  9. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
  10. 제9항에서,
    상기 전지 팩은,
    적어도 두 개의 상기 전지 모듈이 장착되는 하부 팩프레임,
    상기 적어도 두 개의 전지 모듈의 상부를 덮는 상부 팩 프레임, 및
    상기 하부 팩 프레임 상에 형성되어 있는 열전도성 수지층을 포함하고,
    상기 전지셀 적층체의 하면의 중심부와 상기 열전도성 수지층이 접촉하는 전지 팩.
  11. 제10항에서,
    상기 하부 팩 프레임은 복수의 모듈 영역을 포함하고,
    상기 모듈 영역에 상기 전지 모듈이 장착되는 전지 팩.
  12. 제11항에서,
    상기 열전도성 수지층은 상기 모듈 영역 상에 각각 형성되어 있는 전지 팩.
  13. 제12항에서,
    상기 열전도성 수지층은 상기 전지셀 적층체 하면의 중심부와 동일한 크기를 가지는 전지 팩.
  14. 제13항에서,
    상기 외장 부재의 일단부의 측면과 상기 열전도성 수지층의 일측면이 접하고,
    상기 외장 부재의 타단부의 측면과 상기 열전도성 수지층의 타측면과 접하는 전지 팩.
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