WO2022149896A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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battery
battery cell
cell stack
battery module
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한홍구
성준엽
박원경
박수빈
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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 with improved cooling performance and a battery pack including the same.
  • a rechargeable battery capable of charging and discharging is a measure to solve air pollution such as conventional gasoline vehicles using fossil fuels, and electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles ( P-HEV) is being used as a power source, and the need for the development of secondary batteries is increasing.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • P-HEV plug-in hybrid electric vehicles
  • lithium secondary batteries have little memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so they can be charged and discharged freely. , the self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • Such a lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate to which the positive electrode active material and the negative electrode active material are respectively applied with a separator interposed therebetween, and a battery case for sealingly accommodating the electrode assembly together with an electrolyte.
  • a lithium secondary battery may be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet according to the shape of the exterior material.
  • a battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected this is used In such a battery module, a plurality of battery cells are connected in series or parallel to each other to form a battery cell stack, thereby improving capacity and output.
  • One or more battery modules may be mounted together with various control and protection systems such as a Battery Disconnect Unit (BDU), a Battery Management System (BMS), and a cooling system to form a battery pack.
  • BDU Battery Disconnect Unit
  • BMS Battery Management System
  • a cooling system to form a battery pack.
  • a battery pack must satisfy various functions. First, structural durability against various environments, vibrations, and shocks must be satisfied. Second, HV (High voltage) connection for electrical connection and LV (Low voltage) connection with sensors for diagnosing the internal state of the battery module are required. Finally, the battery cells inside the battery pack generate electrical energy and radiate heat, and a cooling system is essential to cool it.
  • HV High voltage
  • LV Low voltage
  • the performance of the secondary battery may deteriorate, and in severe cases, there is also a risk of explosion or ignition.
  • a plurality of secondary batteries that is, a battery module or battery pack having battery cells
  • heat emitted from the plurality of battery cells is added up in a narrow space, so that the temperature may rise more rapidly and severely.
  • high output can be obtained, but it is not easy to remove heat generated from the battery cells during charging and discharging.
  • the battery cell deteriorates rapidly and the lifespan is shortened, and the possibility of explosion or ignition increases.
  • a battery module included in a battery pack for a vehicle it is frequently exposed to direct sunlight and may be placed in high temperature conditions such as summer or desert areas.
  • the problem to be solved by the present invention is a battery module having a novel structure in which cooling performance and heat transfer performance are improved, and a sensing block capable of guiding HV (High voltage) connection and LV (Low voltage) connection is provided, and the same It is to provide a battery pack that does.
  • a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells including electrode leads are stacked; a first sensing block and a second sensing block respectively covering the front and rear surfaces of the battery cell stack from which the electrode leads protrude; and an elastic member covering both sides of the first sensing block, the second sensing block, and the battery cell stack.
  • Each of the first sensing block and the second sensing block includes outer protrusions protruding in a direction opposite to a direction in which the battery cell stack is located.
  • the elastic member may surround the outer protrusions of the first sensing block and the outer protrusions of the second sensing block.
  • the first sensing block may include first outer protrusions protruding from both ends of the first sensing block in a direction opposite to a direction in which the battery cell stack is located, and the second sensing block may include the second sensing block.
  • the block may include second outer protrusions protruding in a direction opposite to the direction in which the battery cell stack is located at both ends.
  • the elastic member may be connected while surrounding the first outer protrusions and the second outer protrusions.
  • the elastic member may be continuously connected along both sides of the first sensing block, the second sensing block, and the battery cell stack.
  • the electrode lead may include a first electrode lead and a second electrode lead protruding in opposite directions from the battery cell.
  • At least two of the electrode leads may be connected to each other on the front surface and the rear surface of the battery cell stack to form an electrode lead assembly.
  • a low voltage (LV) sensing assembly may be located in at least one of the first sensing block and the second sensing block, and the LV sensing assembly may be connected to the electrode lead assembly.
  • a slit may be formed in the first sensing block and the second sensing block, and the electrode leads may pass through the slit and be bent to form the electrode lead assembly.
  • the elastic member may be spaced apart from the electrode lead assembly.
  • the battery module may further include a cooling fin positioned between the battery cells. At least one of the first sensing block and the second sensing block may include an inner protrusion protruding in a direction in which the battery cell stack is located. The cooling fin may be in contact with the inner protrusion.
  • the sum of the protrusion length of the inner protrusion and the length of the cooling fin in contact with the inner protrusion may be equal to or greater than the length of the cell body of the battery cell.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes the battery module; a pack frame for accommodating the battery module; and a thermally conductive resin layer positioned between the battery module and the bottom of the pack frame. The lower portion of the elastic member is opened, so that the lower surface of the battery cell stack is exposed.
  • the lower surface of the battery cell laminate may be in contact with the thermally conductive resin layer.
  • the elastic member surrounds the battery cell stack and continues continuously, swelling of the battery cells can be suppressed, and deformation of the battery module in the stacking direction of the battery cells can be prevented.
  • a sensing block capable of guiding a high voltage (HV) connection and a low voltage (LV) connection and protecting the battery cell may be fixed by the elastic member.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a battery cell included in the battery module of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a partial perspective view showing an enlarged front part of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a view of the front part of the battery module of FIG. 4 as viewed from the front.
  • FIG. 6 is a perspective view of a cross-section taken along the cutting line A-A' of FIG. 1 .
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a state in which an elastic member is removed from the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cross-section taken along the cutting line B-B' of FIG.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a cross-sectional view showing a cross-section taken along the cutting line C-C' of FIG.
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it 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 it means to be located “on” or “on” in the direction opposite to the gravity. not.
  • planar view it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-section”, it means when the cross-section obtained by cutting the target part vertically is viewed from the side.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1 .
  • 3 is a perspective view illustrating a battery cell included in the battery module of FIG. 2 .
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 200 in which a plurality of battery cells 110 including electrode leads 111 and 112 are stacked. ); a first sensing block 410 and a second sensing block 420 covering the front and rear surfaces of the battery cell stack 200 from which the electrode leads 111 and 112 protrude, respectively; and an elastic member 700 covering both sides of the first sensing block 410 , the second sensing block 420 , and the battery cell stack 200 .
  • the front side means the surface of the battery cell stack 200 in the y-axis direction
  • the back side means the surface of the battery cell stack 200 in the -y-axis direction
  • both sides are each of the battery cell stack 200 .
  • the lower surface means a surface in the -z-axis direction of the battery cell stack 200
  • the upper surface means a surface in the z-axis direction of the battery cell stack 200 .
  • the front and rear surfaces of the battery cell stack 200 may be surfaces on which the protruding electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 are located.
  • the battery cell 110 is preferably a pouch-type battery cell, and may be formed in a rectangular sheet-like structure.
  • the electrode lead of the battery cell 110 according to the present embodiment includes protruding first and second electrode leads 111 and 112 .
  • the first and second electrode leads 111 and 112 face each other with respect to the cell body 113 from one end 114a and the other end 114b. Each has a protruding structure.
  • the first and second electrode leads 111 and 112 are connected to an electrode assembly (not shown) and protrude from the electrode assembly (not shown) to the outside of the battery cell 110 .
  • the first and second electrode leads 111 and 112 have different polarities, and for example, one of them may be the positive lead 111 and the other may be the negative lead 112 . That is, the positive lead 111 and the negative lead 112 may protrude in opposite directions with respect to one battery cell 110 .
  • both ends 114a and 114b of the cell case 114 and one side 114c connecting them are adhered in a state in which an electrode assembly (not shown) is accommodated in the cell case 114 .
  • the battery cell 110 according to the present embodiment has a total of three sealing parts, the sealing part has a structure in which the sealing part is sealed by a method such as thermal fusion, and the other side part may be formed of a connection part 115 .
  • the cell case 114 may be formed of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • the battery cells 110 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 110 are stacked to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 200 .
  • a plurality of battery cells 110 may be stacked in a direction parallel to the x-axis.
  • the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may protrude in the y-axis direction and the -y-axis direction, respectively. That is, the first electrode lead 111 and the second electrode lead 112 may be positioned on the front surface and the rear surface of the battery cell stack 200 .
  • FIG. 4 is a partial perspective view showing an enlarged front part of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a view of the front part of the battery module of FIG. 4 as viewed from the front.
  • FIGS. 4 and 5 show a state in which the elastic member 700 is omitted from the battery module 100 of FIG. 1 for convenience of explanation.
  • the first sensing block 410 and the second sensing block 420 are the front and rear surfaces of the battery cell stack 200 from which the electrode leads 111 and 112 protrude, respectively. cover More specifically, the first sensing block 410 may be positioned between the front surface of the battery cell stack 200 and the elastic member 700 , and the second sensing block 420 is the battery cell stack 200 . It may be located between the rear surface of the and the elastic member 700 .
  • the elastic member 700 will be described later.
  • the first sensing block 410 and the second sensing block 420 may include an electrically insulating material, for example, a plastic material, a polymer material, or a composite material.
  • the first sensing block 410 and the second sensing block 420 may have a kind of basket shape, and may be configured to cover the front and rear surfaces of the battery cell stack 200 , respectively.
  • the first sensing block 410 shown in FIGS. 4 and 5 will be described based on the description, but the same or similar structure may be applied to the second sensing block 420 .
  • electrode leads 111 and 112 may be positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack 200 .
  • a slit 410S may be formed in the first sensing block 410 , and the electrode leads 111 and 112 may pass through the slit 410S when the first sensing block 410 is disposed.
  • at least two electrode leads 111 and 112 may be bent and joined to form an electrode lead assembly 110L.
  • the electrode leads 111 and 112 protruding in the same direction with respect to the adjacent battery cells 110 are bent in a direction perpendicular to the protrusion direction of the electrode leads 111 and 112, and are bonded to each other to form an electrode lead assembly. (110L) can be formed.
  • one surface of the electrode lead assembly 110L may be perpendicular to a direction (y-axis direction) in which the electrode leads 111 and 112 protrude from the battery cell 110 .
  • electrode leads having the same polarity may be bonded to each other, or electrode leads having different polarities may be bonded to each other.
  • electrode leads of the same polarity may be bonded to each other in order to realize a parallel connection between the battery cells 110
  • electrode leads of different polarities may be bonded to each other in order to realize a series connection between the battery cells 110 . have. This may vary depending on the design of the battery module.
  • the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 positioned outside the battery cell stack 200 may be connected to the terminal bus bar 500 .
  • the electrode leads 111 and 112 according to this embodiment are directly bonded to each other, and some of them are connected to the terminal bus bar 500 , so that HV (High Voltage) connection can be formed.
  • the HV connection is a connection that serves as a power source for supplying power, and refers to a connection between battery cells or a connection between battery modules.
  • the electrode leads 111 and 112 according to the present embodiment are directly bonded to each other, and some of them are connected to the terminal bus bar 500 , so that HV connection can be formed. Accordingly, in the HV connection structure according to the present embodiment, the bus bar and the bus bar frame to which the bus bar is mounted can be removed.
  • the battery module 100 may include a low voltage (LV) sensing assembly 900 for transmitting voltage information of a battery cell.
  • the LV sensing assembly 900 may be located in at least one of the first sensing block 410 and the second sensing block 420 .
  • the LV sensing assembly 900 may be located on a surface opposite to the surface of the first sensing block 410 facing the battery cell stack 200 .
  • the LV sensing assembly 900 may be located on a surface opposite to the surface of the second sensing block 420 facing the battery cell stack 200 .
  • the LV sensing assembly 900 is for a low voltage (LV) connection, where the LV connection means a sensing connection for sensing and controlling a voltage of a battery cell. Voltage information and temperature information of the battery cell 110 may be transmitted to an external Battery Management System (BMS) through the LV sensing assembly 900 .
  • BMS Battery Management System
  • the LV sensing assembly 900 may be connected to the electrode lead assembly 110L.
  • the LV sensing assembly 900 is located at one end of the LV connector 910, the connection member 920 connecting the LV connector 910 and the electrode leads 111 and 112, and the connection member 920 to the electrode lead ( A bonding plate 930 bonded to 111 and 112 may be included.
  • the LV connector 910 may be configured to transmit and receive signals to and from an external control device to control the plurality of battery cells 110 .
  • the connection member 920 may be a flexible printed circuit board (FPCB) or a flexible flat cable (FFC). Voltage and temperature information measured from the plurality of battery cells 110 may be transmitted to an external battery management system (BMS) through the connection member 920 and the LV connector 910 . That is, the LV sensing assembly 900 including the LV connector 910 and the connection member 920 can detect and control phenomena such as overvoltage, overcurrent, and overheating of each battery cell 110 .
  • the bonding plate 930 is located at one end of the connection member 920 and may be made of a metal material having electrical conductivity.
  • the connecting member 920 and the electrode lead 111 may be electrically and physically connected. Specifically, one side of the bonding plate 930 passes through the connection member 920 and is then bent to be coupled to the connection member 920 , and the other side of the bonding plate 930 is formed in a plate shape to form electrode leads 111 and 112 . ) and joint, in particular weld joint.
  • the battery cells 110 may be stacked along the x-axis direction to form the battery cell stack 200 , and accordingly, the electrode leads 111 and 112 are respectively disposed in the y-axis direction and the -y direction. It may protrude in the axial direction.
  • at least two electrode leads 111 and 112 are bent and bonded to each other to form the electrode lead assembly 110L.
  • the bonding plate 930 of the LV sensing assembly 900 may be directly bonded to the electrode lead assembly 110L, so that the LV sensing assembly 900 and the electrode leads 111 and 112 may be connected to each other.
  • the battery module 100 according to the present embodiment can proceed at once without HV connection and LV connection, respectively, productivity improvement can be expected, and the configuration of the bus bar frame can be removed, so that the battery of a more compact configuration It has the advantage of being able to manufacture the module 100 .
  • the first sensing block 410 and the second sensing block 420 guide the HV connection and the LV connection of the battery module 100 and, at the same time, have a predetermined strength, so that the battery cells 110 are controlled. may play a protective role.
  • the bonding method is not particularly limited. , for example, a welding joint may be made.
  • the description has been made based on the electrode leads 111 and 112 protruding in the y-axis direction, the structure of the electrode lead assembly and the LV sensing assembly 900 also for the electrode leads 111 and 112 protruding in the -y-axis direction. can be formed.
  • the elastic member 700 may cover the electrode leads 111 and 112 , that is, the electrode lead assembly 110L.
  • the electrode lead assembly 110L is located on the outside of the first sensing block 410 or the second sensing block 420, and the elastic member 700 covers the electrode lead assembly 110L, so that the electrode is protected from the external environment. It is possible to protect the lead assembly 110L.
  • the elastic member 700 may be continuously connected along the front surface, the rear surface, and both sides of the battery cell stack 200 . More specifically, the elastic member 700 may be continuously connected along both sides of the first sensing block 410 , the second sensing block 420 , and the battery cell stack 200 .
  • the internal electrolyte is decomposed and gas is generated so that the battery cells 110 swell, that is, a swelling phenomenon may occur.
  • swelling may occur in the stacking direction of the battery cells 110 (a direction parallel to the x-axis).
  • the elastic member 700 having elasticity is continuously connected along the front surface, the rear surface, and both sides of the battery cell stack 200 , it is possible to suppress the swelling of the battery cell 110 . And, it is possible to minimize the deformation of the battery module 100 in the stacking direction of the battery cells (110).
  • the battery module according to the present embodiment may form a module-less structure in which the module frame and the end plate are removed.
  • the battery module 100 according to the present embodiment may be maintained and fixed in its shape by the elastic member 700 .
  • the first sensing block 410 , the battery cell stack 200 , and the second sensing block 420 may be fixed together by the elastic member 700 .
  • the weight of the battery module 100 can be greatly reduced by the removed module frame and end plate.
  • the battery module 100 according to this embodiment has the advantage that reworkability is advantageous during the battery pack assembly process according to the removal of the module frame. Even if a defect occurs, it can be compared to that it is impossible to rework.
  • the upper and lower portions of the elastic member 700 are opened so that the upper and lower surfaces of the battery cell stack 200 are exposed to the outside.
  • the upper surface means a surface of the battery cell stack 200 in the z-axis direction
  • the lower surface means a surface of the battery cell stack 200 in the -z-axis direction.
  • the elastic member 700 has a predetermined elastic force, there is no particular limitation on the material thereof.
  • the material thereof may include at least one of a composite material such as a high molecular polymer composite material, a fiber-reinforced plastic (FRB), and a metal alloy.
  • a composite material such as a high molecular polymer composite material, a fiber-reinforced plastic (FRB), and a metal alloy.
  • FIGS. 6 and 7 are perspective views of a cross-section taken along the cutting line A-A' of FIG. 1 .
  • 7 is a perspective view illustrating a state in which an elastic member is removed from the battery module of FIG. 1 .
  • each of the first sensing block 410 and the second sensing block 420 protrudes in a direction opposite to the direction in which the battery cell stack 200 is located. and outer protrusions 410a and 420a.
  • the elastic member 700 surrounds the outer protrusions 410a of the first sensing block 410 and the outer protrusions 420a of the second sensing block 420, the first sensing block 410, the second sensing It may be continuously continued along both sides of the block 420 and the battery cell stack 200 .
  • the first sensing block 410 may include first outer protrusions 410a protruding from both ends of the first sensing block 410 in a direction opposite to the direction in which the battery cell stack 200 is positioned.
  • the both ends mean both ends in the width direction, not both ends in the height direction.
  • a direction opposite to the direction in which the battery cell stack 200 is positioned with respect to the first sensing block 410 refers to the y-axis direction.
  • the second sensing block 420 may include second outer protrusions 420a protruding from both ends of the second sensing block 420 in a direction opposite to the direction in which the battery cell stack 200 is located.
  • second outer protrusion 420a is shown in FIG. 7 , like the first outer protrusion 410a, two second outer protrusions 420a are located at both ends of the second sensing block 420, respectively.
  • the both ends mean both ends in the width direction, not both ends in the height direction.
  • a direction opposite to the direction in which the battery cell stack 200 is positioned with respect to the second sensing block 420 refers to the -y-axis direction.
  • the first outer protrusions 410a and the second outer protrusions 420a protrude in opposite directions.
  • the elastic member 700 surrounds the first outer protrusions 410a and the second outer protrusions 420a, and the first sensing block 410, the second It may be continuously connected along both sides of the sensing block 420 and the battery cell stack 200 .
  • the elastic member 700 is a battery It can be pulled taut by the outer protrusions 410a and 420a formed at the corners of the module 100 at four places. Accordingly, as shown in FIG. 6 , the elastic member 700 may be spaced apart from the electrode lead assembly 110L by a predetermined distance due to the outer protrusions 410a and 420a.
  • the elastic member 700 covers the electrode lead assembly 110L, it is possible to protect the electrode lead assembly 110L from the external environment. However, there is a risk that the electrode lead assembly 110L may be damaged by the elastic member 700 by the elastic force and pressing force of the elastic member 700 . Accordingly, by providing the first sensing block 410 and the second sensing block 420 with the outer protrusions 410a and 420a protruding in the direction opposite to the direction in which the battery cell stack 200 is located, the elastic member 700 . It was intended to prevent direct contact with the electrode leads 111 and 112, that is, the electrode lead assembly 110L. That is, by setting the elastic member 700 to be spaced apart at a predetermined interval while covering the electrode lead assembly 110L, damage to the electrode lead assembly 110L can be prevented.
  • the battery module 100 may further include a cooling fin 300 positioned between the battery cells 110 .
  • a cooling fin 300 positioned between the battery cells 110 .
  • the cooling fins 300 according to the present embodiment are all located between the battery cells 110 , or the two battery cells 110 are spaced apart therebetween.
  • the cooling fins 300 may be arranged one by one.
  • the cooling fin 300 may include a metal material having high thermal conductivity. There is no specific material limitation, and for example, aluminum (Al) may be included.
  • the cooling fins 300 having high thermal conductivity may be disposed between the battery cells 110 and directly attached to increase the cooling area. This improves cooling performance.
  • the cooling fin 300 according to the present embodiment is the battery cell stack 200 . may protrude from the lower surface of the Accordingly, the cooling fins 300 according to the present embodiment may be in direct contact with the thermally conductive resin layer to be described later. By directly contacting the cooling fins 300 disposed between the battery cells 110 with the thermal conductive resin layer, the heat dissipation performance of the battery module can be maximized.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cross-section taken along the cutting line B-B' of FIG. In particular, in FIG. 8 , illustration of the middle part is omitted to show the first sensing block 410 and the second sensing block 420 .
  • At least one of the first sensing block 410 and the second sensing block 420 protrudes in the direction in which the battery cell stack 200 is located. It may include inner protrusions 410b and 420b.
  • the cooling fin 300 may be in contact with the inner protrusions 410b and 420b.
  • the first sensing block 410 may include a first inner protrusion 410b protruding in a direction in which the battery cell stack 200 is located. 7 and 8 , the direction in which the battery cell stack 200 is positioned with respect to the first sensing block 410 refers to the -y-axis direction.
  • the second sensing block 420 may include a second inner protrusion 420b protruding in a direction in which the battery cell stack 200 is located. 7 and 8 , the direction in which the battery cell stack 200 is positioned with respect to the second sensing block 420 means the y-axis direction.
  • the first inner protrusion 410b and the second inner protrusion 420b protrude in a direction in which they are located.
  • the sum of the protrusion length d1 of the first inner protrusion 410b and the length d2 of the cooling fin 300 in contact with the first inner protrusion 410b is the cell body 113 of the battery cell 110 .
  • the protrusion length d1 of the first inner protrusion 410b means a length at which the first inner protrusion 410b protrudes from the first sensing block 410 .
  • the sum of the protrusion length of the second inner protrusion 420b and the length of the cooling fin 300 in contact with the second inner protrusion 420b is the cell body 113 of the battery cell 110 . It may be equal to or greater than the length d3.
  • the elastic force of the elastic member 700 pressure may be applied to the first sensing block 410 and the second sensing block 420 in a direction in which they are located. .
  • this pressure is excessive, damage may be applied to the battery cells 110 positioned between the first sensing block 410 and the second sensing block 420 .
  • the inner protrusions 410b and 420b protruding in the direction in which the battery cell stack 200 is located are provided in at least one of the first sensing block 410 and the second sensing block 420 , and the cooling fins 300 are provided. ) to secure the area of the battery cell 110 to prevent damage to the battery cell 110 .
  • the cooling fin 300 and the inner protrusions 410b and 420b are configured to support the first sensing block 410 and the second sensing block 420 to which the elastic force acts from the elastic member 700 , It is possible to set a limit of contraction of the member 700 and secure a space in which the battery cells 110 can be located without damage.
  • the cooling fin 300 is designed to perform a support function as well as a cooling function.
  • the cooling fin 300 may be a metal plate having an air layer AL formed therein.
  • a metal plate such as aluminum (Al) may have a two-layer structure and an air layer (AL) formed therebetween.
  • the air layer AL may function as a heat insulating layer. Even if a fire occurs due to heat generation in any one of the battery cells 110 , it is possible to delay the propagation of fire or heat to the neighboring battery cells 110 due to the air layer AL provided between the battery cells 110 . can That is, the safety of the battery module 100 can be improved by securing a time for the fire to propagate to the surrounding battery cells 110 .
  • the cooling fin 300 according to the present embodiment is a metal plate having a two-layer structure, an elastic restoring force is easily applied to the swelling of the battery cell 110 . Due to this elastic restoring force, when the battery cell 110 swells, the pressure transferred to the battery cell 110 located on the opposite side can be reduced. That is, it is easier to control swelling.
  • the battery module 100 has a plate-shaped side pad 600 positioned between the both sides of the battery cell stack 200 and the elastic member 700 .
  • a plate-shaped side pad 600 may be further included.
  • side pads 600 are disposed on both sides of the battery cell stack 200 , thereby supplementing the rigidity of the battery module 100 .
  • the side pad 600 may supplement the rigidity of the battery module 100 and perform a buffer function between the battery cell 110 and the elastic member 700 .
  • a pad made of a foam material may be applied to the side pad 600 .
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a cross-sectional view showing a cross-section taken along the cutting line C-C' of FIG. At this time, FIG. 10 assumes that the battery module 100 of FIG. 9 , the thermal conductive resin layer 1300 , and the bottom 1110 of the pack frame 1100 are in contact with each other unlike FIG. it has been shown
  • the battery pack 1000 includes a battery module 100 , a pack frame 1100 accommodating the battery module 100 , and the battery module 100 and the pack.
  • a thermally conductive resin layer 1300 positioned between the bottom portions 1110 of the frame 1100 is included.
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 200 , a first sensing block 410 , a second sensing block 420 , and an elastic member 700 . Since the description of the battery module 100 is redundant with the above-mentioned content, it will be omitted.
  • the battery pack 1000 may further include an upper cover 1200 covering the pack frame 1100 . That is, a plurality of battery modules 100 may be accommodated between the pack frame 1100 and the upper cover 1200 .
  • the thermally conductive resin layer 1300 may be formed by applying a thermally conductive resin to the bottom 1110 . Specifically, the thermally conductive resin is applied on the bottom 1110, the battery module 100 according to the present embodiment is placed thereon, and then the thermally conductive resin is cured to form the thermally conductive resin layer 1300. can be formed.
  • the thermally conductive resin may include a thermally conductive adhesive material, and specifically, may include at least one of a silicone material, a urethane material, and an acrylic material.
  • the thermally conductive resin may serve to fix the plurality of battery cells 110 constituting the battery cell stack 200 by being liquid during application or curing after application. In addition, it is possible to prevent overheating of the battery pack 1000 by quickly transferring heat generated from the battery module 100 to the bottom 1110 due to its excellent thermal conductivity.
  • the battery module 100 may form a module-less structure in which the module frame and the end plate are removed, and , the lower portion of the elastic member 700 is opened to expose the lower surface of the battery cell stack 200 .
  • the lower surface of the battery cell stack 200 is in contact with the thermally conductive resin layer 1300 . Accordingly, heat generated in the battery cell 110 may be directly transferred to the bottom 1110 of the pack frame 1100 through the thermally conductive resin layer 1300 .
  • the heat transfer path is complicated because the heat generated in the battery cell is discharged to the outside of the battery module through several layers.
  • the battery cell 110 since the battery cell 110 according to this embodiment is in direct contact with the thermal conductive resin layer 1300 as shown in FIG. 10 , the heat transfer path in the downward direction of the battery module 100 is simplified, and the air The possibility of generating an air layer such as a gap can be reduced. Accordingly, it is possible to increase the cooling performance of the battery module 100 and the battery pack 1000 including the same.
  • the cooling fins 300 extend from the lower surface of the battery cell stack 200 to contact the thermally conductive resin layer 1300 . Since the lower surface of the battery cell stack 200 is exposed, the cooling fins 300 located between the battery cells 110 may directly contact the thermally conductive resin layer 1300 on the bottom portion 1110 . By configuring the cooling fins 300 facing the battery cells 110 to directly contact the thermally conductive resin layer 1300 , heat dissipation performance can be maximized.
  • One or more battery modules according to the present embodiment described above may be mounted together with various control and protection systems such as a battery management system (BMS) and a cooling system to form a battery pack.
  • BMS battery management system
  • a cooling system to form a battery pack.
  • the battery module or battery pack may be applied to various devices. Specifically, it may be applied to transportation means such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, etc., but is not limited thereto and may be applied to various devices that can use secondary batteries.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 전극 리드들을 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전극 리드들이 돌출된 상기 전지셀 적층체의 전면과 후면을 각각 덮는 제1 센싱 블록과 제2 센싱 블록; 및 상기 제1 센싱 블록, 상기 제2 센싱 블록 및 상기 전지셀 적층체의 양 측면을 커버하는 탄성부재를 포함한다. 상기 제1 센싱 블록 및 상기 제2 센싱 블록 각각은, 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출된 외측 돌출부들을 포함한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 1월 11일자 한국 특허 출원 제10-2021-0003189호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉각 성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 하나 이상의 전지 모듈은 BDU(Battery Disconnect Unit), BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
전지팩은 다양한 기능을 만족해야 한다. 첫 번째로 다양한 환경, 진동, 충격 등에 대한 구조적 내구성을 만족시켜야 한다. 두 번째로 전기적 연결을 위한 HV(High voltage) 연결과 전지 모듈의 내부 상태를 진단하기 위한 센서들이 연결 된 LV(Low voltage) 연결이 요구된다. 마지막으로 전지팩 내부의 전지셀은 전기에너지를 만들어내며 열을 발산하는데 이를 냉각하기 위한 냉각시스템이 필수적이다.
냉각 시스템과 관련하여, 이차 전지는, 적정 온도보다 높아지는 경우 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 특히, 다수의 이차 전지, 즉 전지셀을 구비한 전지 모듈이나 전지팩은 좁은 공간에서 다수의 전지셀로부터 나오는 열이 합산되어 온도가 더욱 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 다시 말해서, 다수의 전지셀이 적층된 전지 모듈과 이러한 전지 모듈이 장착된 전지팩의 경우, 높은 출력을 얻을 수 있지만, 충전 및 방전 시 전지셀에서 발생하는 열을 제거하는 것이 용이하지 않다. 전지셀의 방열이 제대로 이루어지지 않을 경우 전지셀의 열화가 빨라지면서 수명이 짧아지게 되고, 폭발이나 발화의 가능성이 커지게 된다. 더욱이, 차량용 전지팩에 포함되는 전지 모듈의 경우, 직사광선에 자주 노출되고, 여름철이나 사막 지역과 같은 고온 조건에 놓여질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 냉각 성능 및 열 전달 성능이 향상되고, HV(High voltage) 연결과 LV(Low voltage) 연결을 안내할 수 있는 센싱 블록이 마련된 신규한 구조의 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 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, 전극 리드들을 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전극 리드들이 돌출된 상기 전지셀 적층체의 전면과 후면을 각각 덮는 제1 센싱 블록과 제2 센싱 블록; 및 상기 제1 센싱 블록, 상기 제2 센싱 블록 및 상기 전지셀 적층체의 양 측면을 커버하는 탄성부재를 포함한다. 상기 제1 센싱 블록 및 상기 제2 센싱 블록 각각은, 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출된 외측 돌출부들을 포함한다.
상기 탄성 부재가 상기 제1 센싱 블록의 외측 돌출부들과 상기 제2 센싱 블록의 외측 돌출부들을 감쌀 수 있다.
상기 제1 센싱 블록은, 상기 제1 센싱 블록의 양 단부에서 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출된 제1 외측 돌출부들을 포함할 수 있고, 상기 제2 센싱 블록은, 상기 제2 센싱 블록의 양 단부에서 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출된 제2 외측 돌출부들을 포함할 수 있다.
상기 탄성부재는, 상기 제1 외측 돌출부들 및 상기 제2 외측 돌출부들을 감싸면서 이어질 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 제1 센싱 블록, 상기 제2 센싱 블록 및 상기 전지셀 적층체의 상기 양 측면을 따라 연속적으로 이어질 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 상면과 하면이 노출될 수 있다.
상기 전극 리드는, 상기 전지셀로부터 서로 대향하는 방향으로 돌출된 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 포함할 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 상기 전면 및 상기 후면에서, 상기 전극 리드들 중 적어도 2개의 전극 리드들끼리 연결되어 전극 리드 접합체를 형성할 수 있다.
상기 제1 센싱 블록 및 상기 제2 센싱 블록 중 적어도 하나에 LV(Low Voltage) 센싱 조립체가 위치할 수 있고, 상기 LV 센싱 조립체가 상기 전극 리드 접합체와 연결될 수 있다.
상기 제1 센싱 블록 및 상기 제2 센싱 블록에 슬릿이 형성될 수 있고, 상기 전극 리드들은, 상기 슬릿을 통과하고 구부러져, 상기 전극 리드 접합체를 형성할 수 있다.
상기 외측 돌출부들로 인해, 상기 탄성부재가 상기 전극 리드 접합체와 이격될 수 있다.
상기 전지 모듈은, 상기 전지셀들 사이에 위치하는 냉각핀을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 센싱 블록 및 상기 제2 센싱 블록 중 적어도 하나는, 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향으로 돌출된 내측 돌출부를 포함할 수 있다. 상기 냉각핀이 상기 내측 돌출부와 접할 수 있다.
상기 내측 돌출부의 돌출 길이와 상기 내측 돌출부와 접하는 상기 냉각핀의 길이의 합이, 상기 전지셀의 셀 본체의 길이와 같거나 더 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 상기 전지 모듈; 상기 전지 모듈을 수납하는 팩 프레임; 및 상기 전지 모듈과 상기 팩 프레임의 바닥부 사이에 위치하는 열전도성 수지(Thermal resin)층을 포함한다. 상기 탄성부재는 하부가 개방되어, 상기 전지셀 적층체의 하면이 노출된다.
상기 전지셀 적층체의 상기 하면은 상기 열전도성 수지층과 접촉할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전지셀 적층체의 하면을 노출시키는 구조로, 열전달 경로를 단순화하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 탄성부재가 전지셀 적층체를 감싸며 연속적으로 이어지는 구조를 형성하여, 전지셀의 스웰링을 억제할 수 있고, 전지셀의 적층 방향에서의 전지 모듈의 변형을 방지할 수 있다.
또한, HV(High voltage) 연결과 LV(Low voltage) 연결을 안내하고, 전지셀을 보호할 수 있는 센싱 블록이 상기 탄성부재에 의해 고정될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1의 전지 모듈의 전면 부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈의 전면 부분을 정면에서 바라본 도면이다.
도 6은 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면에 대한 사시도이다.
도 7은 도 1의 전지 모듈에서 탄성부재를 제거한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
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, 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전극 리드(111, 112)들을 포함하는 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(200); 전극 리드(111, 112)들이 돌출된 전지셀 적층체(200)의 전면과 후면을 각각 덮는 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420); 및 제1 센싱 블록(410), 제2 센싱 블록(420) 및 전지셀 적층체(200)의 양 측면을 커버하는 탄성부재(700)를 포함한다. 여기서 전면은 전지셀 적층체(200)의 y축 방향의 면을 의미하고, 후면은 전지셀 적층체(200)의 -y축 방향의 면을 의미하며, 양 측면은 각각 전지셀 적층체(200)의 x축 및 -x축 방향의 면을 의미한다. 또한, 하면은 전지셀 적층체(200)의 -z축 방향의 면을 의미하고, 상면은 전지셀 적층체(200)의 z축 방향의 면을 의미한다. 다만 이는 설명의 편의를 위해 지칭한 면들이며, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다. 상술한 바 대로, 전지셀 적층체(200)의 전면 및 후면은 전지셀(110)의 돌출된 전극 리드(111, 112)들이 위치한 면일 수 있다.
우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하며, 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 전지셀(110)의 전극 리드는 돌출된 제1 및 제2 전극 리드(111, 112)를 포함한다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 제1 및 제2 전극 리드(111, 112)가 셀 본체(113)를 기준으로 서로 대향하여 일 단부(114a)와 타 단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 보다 상세하게는 제1 및 제2 전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 상기 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다. 제1 및 제2 전극 리드(111, 112)는 서로 다른 극성으로써, 일례로, 그 중 하나는 양극 리드(111)일 수 있고, 다른 하나는 음극 리드(112)일 수 있다. 즉, 하나의 전지셀(110)을 기준으로 양극 리드(111)와 음극 리드(112)가 서로 대향하는 방향으로 돌출될 수 있다.
한편, 전지셀(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 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부를 갖고, 실링부는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(200)를 형성한다. 특히, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 x축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)이 적층될 수 있다. 이에 따라 제1 전극 리드(111) 및 제2 전극 리드(112)는 각각 y축 방향과 -y축 방향으로 돌출될 수 있다. 즉, 제1 전극 리드(111) 및 제2 전극 리드(112)는 전지셀 적층체(200)의 상기 전면 및 상기 후면에 위치할 수 있다.
이하에서는, 도 4 및 도 5 등을 참고하여 본 실시예에 따른 제1 센싱 블록과 제2 센싱 블록에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 도 1의 전지 모듈의 전면 부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈의 전면 부분을 정면에서 바라본 도면이다. 다만, 도 4 및 도 5는 설명의 편의를 위해 도 1의 전지 모듈(100)에서 탄성부재(700)가 생략된 모습을 나타내었다.
도 2 내지 도 5를 함께 참고하면, 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420)은, 전극 리드(111, 112)들이 돌출된 전지셀 적층체(200)의 전면과 후면을 각각 덮는다. 보다 구체적으로, 제1 센싱 블록(410)은 전지셀 적층체(200)의 상기 전면과 탄성부재(700) 사이에 위치할 수 있고, 제2 센싱 블록(420)은 전지셀 적층체(200)의 상기 후면과 탄성부재(700) 사이에 위치할 수 있다. 탄성부재(700)에 대해서는 후술하도록 한다.
이러한 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420)은 전기적 절연을 띄는 소재를 포함할 수 있으며, 일례로 플라스틱 소재, 고분자 소재 또는 복합 소재를 포함할 수 있다. 또한, 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420)은 일종의 바스켓 형태를 가지고, 전지셀 적층체(200) 상기 전면 및 상기 후면을 각각 덮도록 구성될 수 있다.
이하에서는, 설명의 반복을 피하기 위해 도 4와 도 5에 도시된 제1 센싱 블록(410)을 기준으로 설명하나, 제2 센싱 블록(420)에도 동일 내지 유사한 구조가 적용될 수 있다.
상술한 바 대로, 전극 리드(111, 112)들이 전지셀 적층체(200)의 상기 전면과 상기 후면에 위치할 수 있다. 제1 센싱 블록(410)에는 슬릿(410S)이 형성될 수 있고, 제1 센싱 블록(410)이 배치될 때 전극 리드(111, 112)들이 이러한 슬릿(410S)을 통과할 수 있다. 다음, 적어도 2개의 전극 리드(111, 112)끼리 구부러지고 접합되어 전극 리드 접합체(110L)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 인접한 전지셀(110)들에 대해 같은 방향으로 돌출된 전극 리드(111, 112)들이 그 전극 리드(111, 112)의 돌출 방향과 수직한 방향으로 구부러지고, 서로 접합되어 전극 리드 접합체(110L)를 형성할 수 있다. 이에 따라 전극 리드 접합체(110L)의 일면은, 전지셀(110)로부터 전극 리드(111, 112)가 돌출되는 방향(y축 방향)과 수직일 수 있다. 이때, 서로 같은 극성의 전극 리드끼리 접합될 수도 있고, 서로 다른 극성의 전극 리드끼리 접합될 수도 있다. 다시 말해, 전지셀(110)간의 병렬 연결을 구현하기 위해 서로 같은 극성의 전극 리드끼리 접합할 수 있고, 또 전지셀(110)간의 직렬 연결을 구현하기 위해 서로 다른 극성의 전극 리드끼리 접합할 수 있다. 이는 전지 모듈의 설계에 따라 달라질 수 있다.
한편, 전지셀 적층체(200)의 바깥쪽에 위치한 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)는 단자 버스바(500)와 연결될 수 있다. 종래의 전지 모듈이 버스바를 통해 전극 리드를 서로 연결한 것과 달리, 본 실시예에 따른 전극 리드(111, 112)들은 서로 직접 접합되고, 그 중 일부가 단자 버스바(500)와 연결됨으로써, HV(High Voltage) 연결을 형성할 수 있다. 여기서 HV 연결은 전력을 공급하기 위한 전원 역할의 연결로써, 전지셀 간의 연결이나 전지 모듈 간의 연결을 의미한다. 종래의 전지 모듈이 버스바를 통해 전극 리드를 서로 연결한 것과 달리, 본 실시예에 따른 전극 리드(111, 112)끼리 서로 직접 접합되고, 그 중 일부가 단자 버스바(500)와 연결됨으로써, HV 연결을 형성할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 HV 연결 구조에서, 버스바 및 버스바가 장착되는 버스바 프레임은 제거될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지셀의 전압 정보 전달을 위한 LV(Low Voltage) 센싱 조립체(900)를 포함할 수 있다. LV 센싱 조립체(900)는, 제1 센싱 블록(410) 및 제2 센싱 블록(420) 중 적어도 하나에 위치할 수 있다. 구체적으로는, 제1 센싱 블록(410) 중 전지셀 적층체(200)와 마주하는 면의 반대 면에 LV 센싱 조립체(900)가 위치할 수 있다. 마찬가지로, 구체적으로 도시하지 않았으나, 경우에 따라서, 제2 센싱 블록(420) 중 전지셀 적층체(200)와 마주하는 면의 반대 면에 LV 센싱 조립체(900)가 위치할 수 있다.
LV 센싱 조립체(900)는 LV(Low voltage) 연결을 위한 것으로, 여기서 LV 연결은 전지셀의 전압 등을 감지하고 제어하기 위한 센싱 연결을 의미한다. LV 센싱 조립체(900)를 통해 전지셀(110)의 전압 정보와 온도 정보가 외부 BMS(Battery Management System)에 전달될 수 있다. 이러한 LV 센싱 조립체(900)는 전극 리드 접합체(110L)와 연결될 수 있다.
이러한 LV 센싱 조립체(900)는, LV 커넥터(910), LV 커넥터(910)와 전극 리드(111, 112)를 연결하는 연결부재(920) 및 연결부재(920)의 일단에 위치하여 전극 리드(111, 112)에 접합되는 접합 플레이트(930)를 포함할 수 있다.
LV 커넥터(910)는 복수의 전지셀(110)을 제어하기 위해 외부의 제어 장치와 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다. 연결부재(920)는 연성인쇄회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board) 또는 연성평판케이블(FFC: Flexible Flat Cable)일 수 있다. 복수의 전지셀(110)들로부터 측정된 전압 및 온도 정보가, 연결부재(920)와 LV 커넥터(910)를 통해 외부의 BMS(Battery Mamagement System)로 전달될 수 있다. 즉, LV 커넥터(910)와 연결부재(920)를 포함하는 LV 센싱 조립체(900)는 각 전지셀(110)의 과전압, 과전류, 과발열 등의 현상을 검출하고, 제어할 수 있다. 접합 플레이트(930)는 연결부재(920)의 일단에 위치하고, 전기 전도성을 갖는 금속 소재로 구성될 수 있다. 이러한 접합 플레이트(930)를 전극 리드(111, 112)에 접합함으로써, 연결부재(920)와 전극 리드(111)를 전기적, 물리적으로 연결할 수 있다. 구체적으로, 접합 플레이트(930)의 일측은 연결부재(920)를 관통한 후 구부러짐으로써 연결부재(920)와 결합되고, 접합 플레이트(930)의 타측은 판상형태로 구성되어 전극 리드(111, 112)와 접합, 특히 용접 접합될 수 있다.
한편, 상술한 바 대로, 전지셀(110)은 x축 방향을 따라 적층되어 전지셀 적층체(200)를 형성할 수 있고, 이에 따라 전극 리드(111, 112)는 각각 y축 방향과 -y축 방향으로 돌출될 수 있다. 이때, 상술한 바 대로, 적어도 2개의 전극 리드(111, 112)끼리 구부러지고 접합되어 전극 리드 접합체(110L)를 형성할 수 있다. 이러한 전극 리드 접합체(110L)에 LV 센싱 조립체(900)의 접합 플레이트(930)가 직접 접합되어, LV 센싱 조립체(900)와 전극 리드(111, 112)가 서로 연결될 수 있다. 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 HV 연결과 LV 연결이 각각 이루어지지 않고 한번에 진행될 수 있으므로, 생산성 향상을 기대할 수 있고, 버스바 프레임 등의 구성을 제거할 수 있어 보다 컴팩트한 구성의 전지 모듈(100)을 제조할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 실시예에 따른 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420)은 전지 모듈(100)의 HV 연결 및 LV 연결을 안내함과 동시에, 소정의 강도를 갖추고 있어 전지셀(110)들을 보호하는 역할을 담당할 수 있다.
전극 리드 접합체(110L)를 형성하기 위한 전극 리드(111, 112) 간의 접합이나 전극 리드 접합체(110L)와 접합 플레이트(930) 간의 접합에 있어, 전기적 연결이 가능하다면 그 접합 방식에 특별한 제한은 없으며, 일례로 용접 접합이 이루어질 수 있다. 또한, y축 방향으로 돌출된 전극 리드(111, 112)를 기준으로 설명하였으나, -y축 방향으로 돌출된 전극 리드(111, 112)에 대해서도 마찬가지로 전극 리드 접합체 및 LV 센싱 조립체(900)의 구조가 형성될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 탄성부재(700)는 전극 리드(111, 112)들, 즉 전극 리드 접합체(110L)를 커버할 수 있다. 구조상 전극 리드 접합체(110L)가 제1 센싱 블록(410)이나 제2 센싱 블록(420)의 외측에 위치하는데, 이러한 전극 리드 접합체(110L)를 탄성부재(700)가 커버함으로써, 외부 환경으로부터 전극 리드 접합체(110L)에 대한 보호가 가능하다.
이하에서는, 이러한 탄성부재(700)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 탄성부재(700)는 전지셀 적층체(200)의 상기 전면, 상기 후면 및 상기 양 측면을 따라 연속적으로 이어질 수 있다. 보다 구체적으로는, 탄성부재(700)가 제1 센싱 블록(410), 제2 센싱 블록(420) 및 전지셀 적층체(200)의 양 측면을 따라 연속적으로 이어질 수 있다. 복수의 전지셀(110)이 반복적으로 충, 방전되는 과정에서, 그 내부 전해질이 분해되고 가스가 발생하여 전지셀(110)이 부풀어오르는 현상, 즉 스웰링(Swelling) 현상이 발생할 수 있다. 특히, 각 전지셀(110)은 전지셀(110)의 적층 방향(x축과 평행한 방향)으로 스웰링이 일어날 수 있다. 본 실시예에서는, 탄성을 갖는 탄성부재(700)가 전지셀 적층체(200)의 상기 전면, 상기 후면 및 상기 양 측면을 따라 연속적으로 이어지기 때문에 전지셀(110)의 스웰링을 억제할 수 있고, 전지셀(110)의 적층 방향에서의 전지 모듈(100)의 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 모듈 프레임과 엔드 플레이트가 제거된 모듈-리스(module-less) 구조를 형성할 수 있다. 모듈 프레임이나 엔드 플레이트를 대신하여, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 탄성부재(700)에 의해 그 형태가 유지 및 고정될 수 있다. 특히, 제1 센싱 블록(410), 전지셀 적층체(200) 및 제2 센싱 블록(420)이 함께 탄성부재(700)에 의해 고정될 수 있다. 모듈 프레임과 엔드 플레이트가 제거됨에 따라, 전지셀 적층체(200)를 모듈 프레임 내부에 수납하는 공정이나 모듈 프레임과 엔드 플레이트를 조립하는 공정과 같이 정밀한 컨트롤이 요구되는 복잡한 공정이 불필요하다. 또한, 제거된 모듈 프레임과 엔드 플레이트만큼 전지 모듈(100)의 무게를 크게 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 모듈 프레임의 제거에 따라, 전지팩 조립 공정 시 재작업성이 유리하다는 장점을 갖는데, 종래의 모듈 프레임을 갖는 전지 모듈이 모듈 프레임의 용접 구조로 불량이 발생하여도 재작업이 불가능한 것과 비교될 수 있다.
또한, 탄성부재(700)의 상부와 하부가 개방되어 전지셀 적층체(200)의 상면 및 하면이 외부에 노출되는데, 모듈 프레임에 의해 둘러 쌓이는 것보다 열 발산에 효과적이기 때문에 냉각 성능이 향상될 수 있다. 여기서, 상면은 전지셀 적층체(200)의 z축 방향의 면을 의미하고, 하면은 전지셀 적층체(200)의 -z축 방향의 면을 의미한다.
한편, 이러한 탄성부재(700)는 소정의 탄성력을 가진다면 그 소재에 특별한 제한은 없으나, 일례로 고분자 폴리머 합성소재, FRB(Fiber-reinforced plastic) 등의 복합 재료 및 금속 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 6 및 도 7 등을 참고하여 본 실시예에 따른 외측 돌출부들에 대해 자세히 설명하도록 한다. 도 6은 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면에 대한 사시도이다. 도 7은 도 1의 전지 모듈에서 탄성부재를 제거한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2, 도 5 내지 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 제1 센싱 블록(410) 및 제2 센싱 블록(420) 각각은, 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출된 외측 돌출부(410a, 420a)들을 포함한다. 탄성부재(700)가, 제1 센싱 블록(410)의 외측 돌출부(410a)들과 제2 센싱 블록(420)의 외측 돌출부(420a)들을 감싸면서, 제1 센싱 블록(410), 제2 센싱 블록(420) 및 전지셀 적층체(200)의 양 측면을 따라 연속적으로 이어질 수 있다.
제1 센싱 블록(410)은, 제1 센싱 블록(410)의 양 단부에서 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출된 제1 외측 돌출부(410a)들을 포함할 수 있다. 상기 양 단부는 높이 방향의 양 단부가 아닌 너비 방향의 양 단부를 의미한다. 도 7에서, 제1 센싱 블록(410)을 기준으로 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향과 반대 방향은 y축 방향을 의미한다.
한편, 제2 센싱 블록(420)은, 제2 센싱 블록(420)의 양 단부에서 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출된 제2 외측 돌출부(420a)들을 포함할 수 있다. 도 7에는 하나의 제2 외측 돌출부(420a)만 도시되어 있으나, 제1 외측 돌출부(410a)와 마찬가지로, 2개의 제2 외측 돌출부(420a)가 제2 센싱 블록(420)의 양 단부 각각 위치할 수 있다. 상기 양 단부는 높이 방향의 양 단부가 아닌 너비 방향의 양 단부를 의미한다. 도 7에서, 제2 센싱 블록(420)을 기준으로 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향과 반대 방향은 -y축 방향을 의미한다.
제1 외측 돌출부(410a)들과 제2 외측 돌출부(420a)들은 서로 대향하는 방향으로 돌출된다.
즉, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서, 탄성부재(700)는 제1 외측 돌출부(410a)들과 제2 외측 돌출부(420a)들을 감싸면서, 제1 센싱 블록(410), 제2 센싱 블록(420) 및 전지셀 적층체(200)의 양 측면을 따라 연속적으로 이어질 수 있다. 특히, 제1 외측 돌출부(410a)들과 제2 외측 돌출부(420a)들이 각각 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420)의 양 단부에 위치할 때, 탄성부재(700)는 전지 모듈(100)의 네 곳의 모서리들에 형성된 외측 돌출부(410a, 420a)들에 팽팽하게 당겨질 수 있다. 이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 외측 돌출부(410a, 420a)들로 인해, 탄성부재(700)가 전극 리드 접합체(110L)와 소정의 간격으로 이격될 수 있다.
상술한 바 대로, 전극 리드 접합체(110L)를 탄성부재(700)가 커버함으로써, 외부 환경으로부터 전극 리드 접합체(110L)에 대한 보호가 가능하다. 그러나, 탄성부재(700)의 탄성력, 가압력에 의해 전극 리드 접합체(110L)가 오히려 탄성부재(700)에 의해 손상을 입을 우려가 있다. 따라서, 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출되는 외측 돌출부(410a, 420a)들을 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420)에 마련함으로써, 탄성부재(700)가 직접 전극 리드(111, 112)들, 즉 전극 리드 접합체(110L)와 접촉하는 것을 방지하고자 하였다. 즉, 탄성부재(700)가 전극 리드 접합체(110L)를 커버하면서 동시에 소정의 간격으로 이격되도록 설정하여, 전극 리드 접합체(110L)의 손상을 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 다른 냉각핀과 내측 돌출부에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 2를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지셀(110)들 사이에 위치한 냉각핀(300)을 더 포함할 수 있다. 도 2에서는 하나의 냉각핀(300)만을 도시하였으나, 전지셀(110)들 사이 각각에 본 실시예에 따른 냉각핀(300)이 모두 위치하거나, 2개의 전지셀(110)들을 간격으로 그 사이에 하나씩 냉각핀(300)이 배치될 수도 있다.
냉각핀(300)은 열전도도가 높은 금속 소재를 포함할 수 있다. 구체적인 소재의 제한은 없고, 일례로 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 열전도도가 높은 냉각핀(300)을 전지셀(110)들 사이에 배치하고 직접 부착하여 냉각 면적을 넓힐 수 있다. 이에 따라 냉각 성능이 향상된다.
한편, 상술한 바 대로, 탄성부재(700)의 하부가 개방되어 전지셀 적층체(200)의 하면이 외부로 노출되는데, 본 실시예에 따른 냉각핀(300)은 전지셀 적층체(200)의 하면으로부터 돌출될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 냉각핀(300)은 후술하는 열전도성 수지층과 직접 접촉할 수 있다. 전지셀(110)들 사이에 배치된 냉각핀(300)을 직접 열전도성 수지층과 접촉시킴으로써, 전지 모듈의 열 배출 성능을 극대화시킬 수 있다.
도 8은 도 7의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다. 특히, 도 8은 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420)을 나타내기 위해 중간 부분의 도시를 생략하였다.
도 2, 도 7 및 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 제1 센싱 블록(410) 및 제2 센싱 블록(420) 중 적어도 하나는, 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향으로 돌출된 내측 돌출부(410b, 420b)를 포함할 수 있다. 냉각핀(300)이 내측 돌출부(410b, 420b)와 접할 수 있다.
제1 센싱 블록(410)은, 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향으로 돌출된 제1 내측 돌출부(410b)를 포함할 수 있다. 도 7 및 도 8에서, 제1 센싱 블록(410)을 기준으로 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향은 -y축방향을 의미한다.
한편, 제2 센싱 블록(420)은, 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향으로 돌출된 제2 내측 돌출부(420b)를 포함할 수 있다. 도 7 및 도 8에서, 제2 센싱 블록(420)을 기준으로 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향은 y축 방향을 의미한다.
제1 내측 돌출부(410b)와 제2 내측 돌출부(420b)는 서로가 위치한 방향으로 돌출된다.
이 때, 제1 내측 돌출부(410b)의 돌출 길이(d1)와 제1 내측 돌출부(410b)와접하는 냉각핀(300)의 길이(d2)의 합이, 전지셀(110)의 셀 본체(113)의 길이(d3)와 같거나 더 클 수 있다. 제1 내측 돌출부(410b)의 돌출 길이(d1)는 제1 내측 돌출부(410b)가 제1 센싱 블록(410)으로부터 돌출된 길이를 의미한다. 마찬가지로, 구체적으로 표시하지는 않았으나, 제2 내측 돌출부(420b)의 돌출 길이와 제2 내측 돌출부(420b)와 접하는 냉각핀(300)의 길이의 합이 전지셀(110)의 셀 본체(113)의 길이(d3)와 같거나 더 클 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서, 탄성부재(700)의 탄성력으로 인해, 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420)에 대해 서로가 위치한 방향으로 압력이 인가될 수 있다. 이러한 압력이 과도해지면, 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420) 사이에 위치한 전지셀(110)들에 손상이 가해질 수 있다. 따라서, 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향으로 돌출되는 내측 돌출부(410b, 420b)들을 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420) 중 적어도 하나에 마련하고, 이를 냉각핀(300)과 접촉하도록 구성함으로써, 전지셀(110)의 영역을 확보하여 전지셀(110)에 가해지는 손상을 방지하고자 하였다. 다시 말해, 냉각핀(300) 및 내측 돌출부(410b, 420b)들이, 탄성부재(700)로부터 탄성력이 작용하는 제1 센싱 블록(410)과 제2 센싱 블록(420)을 받치도록 구성하여, 탄성부재(700)의 수축 한계를 설정하고, 전지셀(110)들이 손상 없이 위치할 수 있는 공간을 확보할 수 있다. 냉각핀(300)이 냉각 기능뿐만 아니라 지지 기능을 수행하도록 설계하였다.
한편, 본 실시예에 따른 냉각핀(300)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 내부에 공기층(AL)이 형성된 금속 판재일 수 있다. 일례로, 알루미늄(Al)과 같은 금속 판재가 2층 구조를 이루고 그 사이에 공기층(AL)이 형성된 구조일 수 있다. 이러한 공기층(AL)은 단열층으로 기능할 수 있다. 어느 한 전지셀(110)에 발열로 인한 화재가 발생하더라도, 전지셀(110)들 사이에 구비된 공기층(AL)으로 인해 이웃한 전지셀(110)들로 화재나 열이 전파되는 것을 지연시킬 수 있다. 즉, 주변 전지셀(110)로 화재가 전파되는 시간을 확보하여 전지 모듈(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 냉각핀(300)이 2층 구조의 금속 판재이기 때문에 전지셀(110)의 스웰링에 대하여 탄성 복원력이 작용하기 용이하다. 이러한 탄성 복원력에 의해 전지셀(110)의 스웰링 시 반대편에 위치한 전지셀(110)에 전달 되는 압력을 축소할 수 있다. 즉, 스웰링 제어에 보다 용이하다.
한편, 도 1 및 도 2를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지셀 적층체(200)의 상기 양 측면과 탄성부재(700) 사이에 위치하는 판상형의 측면 패드(600)를 더 포함할 수 있다. 모듈 프레임과 엔드 플레이트가 제거되는 대신 측면 패드(600)가 전지셀 적층체(200)의 상기 양 측면에 배치되어, 전지 모듈(100)의 강성을 보완할 수 있다. 이러한 측면 패드(600)는 전지 모듈(100)의 강성을 보완하고, 전지셀(110)과 탄성부재(700) 사이의 완충 기능을 수행할 수 있다. 이러한 측면 패드(600)에는 폼 소재의 패드가 적용될 수 있다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 사시도이다. 도 10은 도 9의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다. 이 때, 도 10은, 도 9의 전지 모듈(100), 열전도성 수지층(1300) 및 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)가 도 9와 달리 서로 접촉한 상태임을 가정하고 그 단면을 나타낸 것이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)은 전지 모듈(100), 전지 모듈(100)을 수납하는 팩 프레임(1100) 및 전지 모듈(100)과 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110) 사이에 위치하는 열전도성 수지(Thermal resin)층(1300)을 포함한다.
전지 모듈(100)은 앞서 설명한 바 대로, 전지셀 적층체(200), 제1 센싱 블록(410), 제2 센싱 블록(420) 및 탄성부재(700)를 포함한다. 전지 모듈(100)에 대한 설명은 앞서 언급한 내용과 중복이므로 생략하도록 한다.
전지팩(1000)은 팩 프레임(1100)을 덮는 상부 커버(1200)를 더 포함할 수 있다. 즉, 다수의 전지 모듈(100)이 팩 프레임(1100)와 상부 커버(1200) 사이에 수납될 수 있다.
열전도성 수지층(1300)은, 바닥부(1110)에 열전도성 수지(Thermal resin)를 도포하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 열전도성 수지를 바닥부(1110) 상에 도포하고, 그 위에 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)을 위치시킨 다음, 상기 열전도성 수지가 경화되어 열전도성 수지층(1300)이 형성될 수 있다.
상기 열전도성 수지는 열전도성 접착 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로 실리콘(Silicone) 소재, 우레탄(Urethan) 소재 및 아크릴(Acrylic) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 열전도성 수지는, 도포 시에는 액상이나 도포 후에 경화되어 전지셀 적층체(200)를 구성하는 복수의 전지셀(110)을 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 열전도 특성이 뛰어나 전지 모듈(100)에서 발생한 열을 신속히 바닥부(1110)로 전달하여 전지팩(1000)의 과열을 방지할 수 있다.
도 2, 도 9 및 도 10을 참고하면, 상술한 바 대로, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 모듈 프레임과 엔드 플레이트가 제거된 모듈-리스(module-less) 구조를 형성할 수 있고, 탄성부재(700)의 하부가 개방되어 전지셀 적층체(200)의 하면이 노출된다. 전지팩(1000)에서 전지셀 적층체(200)의 하면은 열전도성 수지층(1300)과 접촉한다. 이에, 전지셀(110)에서 발생한 열이 열전도성 수지층(1300)을 거쳐 바로 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)로 전달될 수 있다. 모듈 프레임이 있는 종래의 모델의 경우, 전지셀에서 발생한 열이 여러 층을 거쳐 전지 모듈 외부로 배출되기 때문에 열 전달 경로가 복잡하다. 즉, 전지셀로부터 발생한 열이 효과적으로 전달되기 어렵고, 각 층 사이에 형성될 수 있는 에어 갭(Air gap) 등의 미세한 공기층이 열 전달을 방해할 수 있다. 이와 달리 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 도 10에 도시된 바와 같이 열전도성 수지층(1300)과 직접 접촉하기 때문에 전지 모듈(100)의 하측 방향으로의 열 전달 경로가 단순화되고, 에어 갭 등의 공기층의 발생 가능성을 줄일 수 있다. 따라서, 전지 모듈(100) 및 이를 포함하는 전지팩(1000)의 냉각 성능을 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 냉각핀(300)은 전지셀 적층체(200)의 하면으로부터 연장되어 열전도성 수지층(1300)과 접촉한다. 전지셀 적층체(200)의 하면이 노출되어 있기 때문에 전지셀(110)들 사이에 위치한 냉각핀(300)이 바로 바닥부(1110) 상의 열전도성 수지층(1300)과 접촉할 수 있다. 전지셀(110)과 대면하는 냉각핀(300)을 직접 열전도성 수지층(1300)과 접촉하도록 구성함으로써, 열 배출 성능을 극대화시킬 수 있다.
한편, 모듈 프레임이 제거된 모듈-리스(module-less) 구조에 있어서, 구조적 안전성을 위해 노출되는 전지셀(110)을 고정하는 것이 필수적이다. 이에, 본 실시예에 따른 전지팩(1000)은 전지 모듈(100)을 구성하는 각각의 전지셀(110)이 열전도성 수지층(1300)에 접촉한 채 고정되므로, 구조적 안전성을 보완할 수 있다.
또한, 불필요한 냉각 구조를 제거하여 원가 절감이 가능하다. 또한, 전지팩(1000)의 높이 방향에 대한 부품의 개수가 줄어 들기 때문에 공간 활용도를 높일 수 있어 전지 모듈의 용량이나 출력을 증대시킬 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 전지 모듈이나 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
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
100: 전지 모듈
200: 전지셀 적층체
410: 제1 센싱 블록
420: 제2 센싱 블록
700: 탄성부재

Claims (15)

  1. 전극 리드들을 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전극 리드들이 돌출된 상기 전지셀 적층체의 전면과 후면을 각각 덮는 제1 센싱 블록과 제2 센싱 블록; 및
    상기 제1 센싱 블록, 상기 제2 센싱 블록 및 상기 전지셀 적층체의 양 측면을 커버하는 탄성부재를 포함하고,
    상기 제1 센싱 블록 및 상기 제2 센싱 블록 각각은, 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출된 외측 돌출부들을 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 탄성 부재가 상기 제1 센싱 블록의 외측 돌출부들과 상기 제2 센싱 블록의 외측 돌출부들을 감싸는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 센싱 블록은, 상기 제1 센싱 블록의 양 단부에서 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출된 제1 외측 돌출부들을 포함하고,
    상기 제2 센싱 블록은, 상기 제2 센싱 블록의 양 단부에서 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출된 제2 외측 돌출부들을 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 탄성부재는, 상기 제1 외측 돌출부들 및 상기 제2 외측 돌출부들을 감싸면서 이어지는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 탄성부재는 상기 제1 센싱 블록, 상기 제2 센싱 블록 및 상기 전지셀 적층체의 상기 양 측면을 따라 연속적으로 이어지는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 상면과 하면이 노출되는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 전극 리드는, 상기 전지셀로부터 서로 대향하는 방향으로 돌출된 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 포함하는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 상기 전면 및 상기 후면에서, 상기 전극 리드들 중 적어도 2개의 전극 리드들끼리 연결되어 전극 리드 접합체를 형성하는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 센싱 블록 및 상기 제2 센싱 블록 중 적어도 하나에 LV(Low Voltage) 센싱 조립체가 위치하고,
    상기 LV 센싱 조립체가 상기 전극 리드 접합체와 연결되는 전지 모듈.
  10. 제8항에서,
    상기 제1 센싱 블록 및 상기 제2 센싱 블록에 슬릿이 형성되고,
    상기 전극 리드들은, 상기 슬릿을 통과하고 구부러져, 상기 전극 리드 접합체를 형성하는 전지 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 외측 돌출부들로 인해, 상기 탄성부재가 상기 전극 리드 접합체와 이격되는 전지 모듈.
  12. 제1항에서,
    상기 전지셀들 사이에 위치하는 냉각핀을 더 포함하고,
    상기 제1 센싱 블록 및 상기 제2 센싱 블록 중 적어도 하나는, 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향으로 돌출된 내측 돌출부를 포함하며,
    상기 냉각핀이 상기 내측 돌출부와 접하는 전지 모듈.
  13. 제12항에서,
    상기 내측 돌출부의 돌출 길이와 상기 내측 돌출부와 접하는 상기 냉각핀의 길이의 합이, 상기 전지셀의 셀 본체의 길이와 같거나 더 큰 전지 모듈.
  14. 제1항에 따른 전지 모듈;
    상기 전지 모듈을 수납하는 팩 프레임; 및
    상기 전지 모듈과 상기 팩 프레임의 바닥부 사이에 위치하는 열전도성 수지(Thermal resin)층을 포함하고,
    상기 탄성부재는 하부가 개방되어, 상기 전지셀 적층체의 하면이 노출되는 전지팩.
  15. 제14항에서,
    상기 전지셀 적층체의 상기 하면은 상기 열전도성 수지층과 접촉하는 전지팩.
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