WO2022149899A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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WO2022149899A1
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cell stack
battery cell
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module
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박수빈
성준엽
박원경
한홍구
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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 having improved cooling performance and improved swelling of a 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, notebooks, 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 back of the open front and rear 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 a view showing a cross-section taken along the cutting line A-A of FIG. 1 .
  • 3 is an enlarged view illustrating a part of FIG. 3 . 1 to 3
  • 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 .
  • the module frames 30 and 40 include a lower frame 30 and an upper plate 40 having front and rear surfaces and an open upper surface, and mounting parts 35 may be formed on both sides of the lower frame 30 .
  • the battery module 10 is fixed to the pack frame of the battery pack through a mounting bolt inserted into the mounting part 35 , which is disadvantageous in price in that it requires a separate fixing member, and the space occupied by the fixing member There is a problem such as a decrease in battery density due to this.
  • the battery module 10 After attaching compression pads 15 to both sides of the battery cell stack 12 , the battery module 10 is mounted on the lower frame 30 in a state where both sides of the battery cell stack 12 are pressed. Accordingly, the conventional battery module 10 requires a separate pressurizing process for pressurizing the battery cell stack 12 , thereby complicating the process and the production line.
  • the battery cell 11 swells due to deformation 11A in the width direction during the charging and discharging process.
  • the compression pad 15 is limited in absorbing deformation in the width direction of the battery module 10 .
  • the battery cell 11 repeats the process of expansion and contraction during charging and discharging. There is a problem in that the deformation of the frame occurs.
  • An object of the present invention is to provide a battery module with improved cooling performance and a battery pack including the same by 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; an exterior member surrounding the front and rear surfaces and both sides of the battery cell stack; and a sensing block positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack, wherein the sensing block is positioned between the exterior member and the front and rear surfaces of the battery cell stack, and upper and lower surfaces of the battery cell stack are exposed.
  • An outer surface of the exterior member of the battery module may be exposed.
  • the exterior member may have a width equal to or smaller than the width of the battery cell.
  • the exterior member may be positioned adjacent to a lower portion of the battery cell stack.
  • the exterior member may be made of an elastic material.
  • the exterior member may be formed by wrapping the front and back surfaces and both sides of the battery cell stack by the film of the elastic material.
  • the exterior member may be formed of a heat-shrinkable tube, and upper and lower surfaces of the heat-shrinkable tube may be open.
  • a compression pad may be positioned between the exterior member and both side surfaces of the battery cell stack.
  • the compression pad may extend along a side surface of the battery cell stack.
  • the above-described battery module is mounted on a pack frame, and the pack frame covers a lower pack frame on which at least two of the battery modules are mounted and an upper portion of the at least two battery modules. Includes an upper pack frame.
  • the lower pack frame may include a plurality of module areas to which the battery module is mounted, and the plurality of module areas may be divided into a plurality of beams extending from one side of the lower pack frame toward the other side.
  • An outer surface of the exterior member surrounding both sides of the battery cell stack may be in contact with the beam.
  • a thermally conductive resin layer may be respectively formed on the module region.
  • a lower surface of the battery cell laminate may be in contact with the thermally conductive resin layer.
  • the present invention provides a battery module and a battery pack including the same to improve the swelling phenomenon of the battery cell by including an exterior member surrounding the front and rear and both sides of the battery cell stack, and the cooling performance is improved can do.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a view showing a cross-section taken along the cutting line A-A of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is an enlarged view illustrating a part of FIG. 3 .
  • 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 view showing a cross-section taken along the cutting line B-B of FIG. 4 .
  • FIG. 7 is a perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of an upper pack frame in the battery pack of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of components of the battery pack of FIG. 7 .
  • FIG. 10 is a view showing a part of a cross-section taken along the cutting line C-C of FIG. 7 .
  • FIG. 11 is an enlarged view showing a part of FIG. 10 .
  • 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. 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 .
  • FIG. 6 is a view showing a cross-section taken along the cutting line B-B of FIG. 4 .
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 including a plurality of battery cells 110 stacked in a first direction; an exterior member 150 surrounding the front and rear surfaces and both sides of the battery cell stack 120 ; and a sensing block 170 positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 .
  • a plurality of battery cells 110 are stacked in the battery cell stack 120 wrapped in the exterior member 150 , and the battery cell 110 is preferably a pouch-type battery cell.
  • 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.
  • the sensing block 170 may be positioned between the exterior member 150 and the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 .
  • the sensing block 170 covers the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 from which electrode leads (not shown) protrude, respectively.
  • the sensing block 170 may have a kind of basket shape, and may be configured to cover the front surface and the rear surface of the battery cell stack 200 , respectively.
  • at least one slit is formed in the sensing block 170, and when the sensing block 170 is disposed, the electrode leads (not shown) of the battery cell 110 pass through the slit, An electrode lead assembly may be formed.
  • the exterior member 150 surrounds the sensing block 170 located on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 , and the battery module 100 according to this embodiment is the slit of the sensing block 170 . It is possible to secure insulation performance for the electrode lead assembly formed by passing through.
  • the sensing block 170 may include a material having electrical insulation, for example, a plastic material, a polymer material, or a composite material.
  • a material having electrical insulation for example, a plastic material, a polymer material, or a composite material.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having electrical insulation properties while ensuring rigidity in which at least one slit can be formed may be applied without limitation.
  • the exterior member 150 may surround the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • the exterior member 150 is a member composed of both sides and front and rear surfaces, and may have upper and lower surfaces open. That is, the battery cell stack 120 may have both sides and front and rear surfaces covered by the exterior member 150 , and the upper and lower surfaces may be open. In other words, upper and lower surfaces of the battery cell stack 120 may be exposed.
  • the exterior member 150 may be made of an elastic material.
  • the elastic material may be made of at least one of a material such as polyethylene (PE, Polyethylene) and polytetrafluoroethylene (PTFE, Polytetrafluoroethylene).
  • the exterior member 150 may be formed by wrapping the outer surface of the battery cell stack by the film of the elastic material or the heat-shrinkable tube.
  • the heat-shrinkable tube may have an open top and bottom.
  • 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 150 may prevent swelling of the battery cell and improve dimensional stability of the battery module.
  • the exterior member 150 since the exterior member 150 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.
  • both sides and front and rear surfaces of the exterior member 150 may have a size corresponding to the size of the outer surface of the battery cell stack, respectively, before wrapping the battery cell stack 120 .
  • both side surfaces of the exterior member 150 may have the same size as the side surface of the battery cell stack 120 or have a size smaller than this.
  • the front and rear surfaces of the exterior member 150 may have the same size as the upper and lower surfaces of the battery cell stack 120 or have a size smaller than this.
  • the exterior member 150 may press the battery cell stack 120 in a predetermined direction and surround the battery cell stack 120 . That is, the exterior member 150 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 150 may have a width equal to or smaller than the width of the battery cell 120 .
  • the exterior member 150 may be located adjacent to the lower portion of the battery cell stack 120 . Accordingly, in the present embodiment, while minimizing the area of the exterior member 150, it is possible to prevent the swelling of the battery cell and improve the dimensional stability of the battery module.
  • the outer surface of the exterior member 150 may be exposed while the battery cell stack 120 is wrapped around the exterior member 150 . That is, when the battery module 100 is mounted on the pack frames 1200 and 1300 of the battery pack 1000 in a process to be described later, the exterior member 150 may contact the pack frames 1200 and 1300 .
  • the exterior member 150 can replace the module frames 30 and 40 in the conventional battery module 10, there is an advantage that can increase the efficiency of the process and cost.
  • the outer surface of the battery cell stack 120 may be attached to the inner surface of the exterior member 150, respectively.
  • the elastic material included in the exterior member 150 may have an adhesive force by itself.
  • the exterior member 150 and the battery cell stack 120 may be fixed through a frictional force between the inner surface of the exterior member 150 and the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • a separate adhesive layer may be formed between the exterior member 150 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 150 can be easily fixed.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having adhesive performance capable of fixing the battery cells 110 or between the battery cells 110 and the exterior member 150 to each other may be applied without limitation.
  • the battery cell stack 120 may be stably accommodated in the exterior member 150 .
  • a compression pad 115 may be positioned between the exterior member 150 and the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • the compression pad 115 may extend along the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • the compression pad 115 may have the same or smaller size than the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • the compression pad 115 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 115 easily absorbs the expansion generated in the battery cells 110 included in the battery cell stack 120 , so that the exterior member 150 protects the outer surface of the battery cell stack 120 . It can help pressurize.
  • the compression pad 115 and the battery cell 110 may be fixed to each other by a surface pressure applied from the exterior member 150 . Accordingly, the compression pad 115 and the battery cell 110 may be stably fixed to each other without a separate adhesive layer.
  • an adhesive layer may be positioned between the compression pad 115 and the battery cell 110 .
  • the adhesive layer may be formed by an adhesive member such as a double-sided tape or an adhesive.
  • the adhesive layer is not limited to the above, and is not limited as long as it is a material having adhesive performance capable of fixing the battery cell 110 and the compression pad 115 to each other.
  • the battery cell stack 120 is rigid in the first direction (stacking direction). and energy density may be further improved.
  • FIG. 7 is a perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • 8 is an exploded perspective view of an upper pack frame in the battery pack of FIG. 7 .
  • 9 is an exploded perspective view of components of the battery pack of FIG. 7 .
  • the battery pack 1000 according to another embodiment of the present invention includes the battery module 100 described above. Meanwhile, one or more of the battery modules 100 may be packaged in the pack frames 1200 and 1300 to form the battery pack 1000 .
  • the lower pack frame 1300 includes a plurality of module areas in which the battery module 100 is mounted, and the plurality of module areas are different from one side of the lower pack frame 1300 . It may be divided into a plurality of beams 1310 extending toward the side.
  • the plurality of beams 1310 may extend in a vertical or horizontal direction based on a traveling direction of a device on which the battery pack 1000 is mounted.
  • the device may be a vehicle, and the plurality of beams 1310 may extend in a vertical or horizontal direction based on a traveling direction of the vehicle in which the battery pack 1000 is mounted.
  • a thermally conductive resin layer 1340 may be formed on the module area divided by a plurality of beams 1310 , respectively. have.
  • the thermally conductive resin layer 1340 may be formed at a position corresponding to the battery module 100 mounted in the module region divided by a plurality of beams 1310 .
  • the thermally conductive resin layer 1340 may be formed by coating a thermally conductive resin on the lower pack frame 1300 . That is, before the battery module 100 is mounted on the module region, the thermally conductive resin layer 1340 may be formed as the previously applied thermally conductive resin is cured. Accordingly, as the thermal conductive resin is cured, the lower surface of the battery module 100 and the lower pack frame 1300 may be stably fixed to each other. In addition, since a separate fixing member is not required, price competitiveness is improved, and battery density is increased.
  • FIG. 10 is a view showing a part of a cross-section taken along the cutting line C-C of FIG. 7 .
  • FIG. 11 is an enlarged view showing a part of FIG. 10 .
  • the lower surface of the battery cell stack 120 of the battery module 100 is exposed, so that the lower surface of the battery cell stack 120 is exposed.
  • the overheat conductive resin layer 1340 may be in contact with each other. Accordingly, heat generated inside the battery cell stack 120 can be directly transferred to the thermal conductive resin layer 1340 , so that the cooling performance of the battery module 100 can be further improved, and the battery cell 110 . lifespan can also be improved.
  • the outer surface of the exterior member 150 of the battery module 100 may contact the beam 1310 . More specifically, the outer surface of the exterior member 150 surrounding both sides of the battery cell stack 120 may be in contact with the beam 1310 .
  • the beam 1310 may press the outer surface of the exterior member 150 in contact with the beam 1310 with respect to the deformation 110A in the width direction generated during the charging and discharging process of the battery pack 1000 .
  • the beam 1310 may be made of an elastic material.
  • the elastic material may be made of at least one of a steel material such as a leaf spring or a plastic injection molding material.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having elasticity capable of sufficiently pressing the outer surface of the exterior member 150 of the battery module 100 while effectively absorbing an external shock may be applied without limitation.
  • both sides of the battery module 100 are directed in the width direction of the battery module 100 by the beam 1310 , in other words, in the stacking direction of the battery cell stack 120 . Having elastic force, it is possible to prevent swelling of the battery cells occurring in the battery module 100 and improve the dimensional stability of the battery module.
  • 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. belong to the scope of the invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 전후면 및 양측면을 감싸는 외장 부재; 및 상기 전지셀 적층체의 전후면에 위치하는 센싱 블록을 포함하고, 상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 전후면 사이에 상기 센싱 블록이 위치하고, 상기 전지셀 적층체의 상하면이 노출되어 있다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 1월 11일자 한국 특허 출원 제10-2021-0003182호에 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 개선하고, 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 절단선 A-A를 따라 자른 단면을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 3의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(12), 및 전지셀 적층체(12)를 수용하는 모듈 프레임(30, 40), 전지셀 적층체(12)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(50) 및 엔드 플레이트(50)와 전지셀 적층체(12)의 전후면 사이에 형성된 버스바 프레임(미도시됨)을 포함한다.
모듈 프레임(30, 40)은 전후면과 상면이 개방되어 있는 하부 프레임(30) 및 상부 플레이트(40)를 포함하고, 하부 프레임(30)의 양측면에 마운팅부(35)가 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 전지 모듈(10)은 마운팅부(35)에 삽입되는 마운팅 볼트를 통해 전지 팩의 팩 프레임에 고정되나, 이는 별도의 고정 부재를 요구하는 점에서 가격적으로 불리하고, 고정 부재가 차지하는 공간으로 인한 전지 밀도의 감소 등의 문제가 있다.
전지 모듈(10)은 전지셀 적층체(12)의 양측면에 압축 패드(15)를 부착한 후, 전지셀 적층체(12)의 양측면을 가압한 상태에서 하부 프레임(30)에 장착된다. 이에 따라, 종래의 전지 모듈(10)은 전지셀 적층체(12)를 가압하는 별도의 가압 공정이 요구되는 점에서, 공정 및 생산 라인이 복잡해지는 문제가 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 전지셀(11)은 충방전 과정에서 폭 방향의 변형(11A)이 발생되어 부풀어 오르게 된다. 그러나, 일반적으로 압축 패드(15)는 전지 모듈(10)의 폭 방향의 변형을 흡수하기에는 제한적이라는 문제가 있다. 특히, 전지셀(11)은 충방전 과정에서 팽창 및 수축되는 과정을 반복하게 되고, 이러한 과정 속에서 전지 모듈(10)의 폭 방향의 변형이 충분히 흡수되지 않으면, 전지 모듈의 스웰링 현상 및 모듈 프레임의 변형이 발생되는 문제가 있다.
이에 따라, 전지 모듈의 공정을 비교적 간이하게 하면서도, 전지셀의 팽창 및 수축에 따른 변형이 충분히 흡수하고, 냉각 성능이 향상된 전지 모듈을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지셀의 스웰링 현상을 개선하고, 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; 상기 전지셀 적층체의 전후면 및 양측면을 감싸는 외장 부재; 및 상기 전지셀 적층체의 전후면에 위치하는 센싱 블록을 포함하고, 상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 전후면 사이에 상기 센싱 블록이 위치하고, 상기 전지셀 적층체의 상하면이 노출되어 있다.
상기 전지 모듈의 상기 외장 부재의 외면이 노출되어 있을 수 있다.
상기 외장 부재는 상기 전지셀의 폭과 동일한 폭을 가지거나, 이보다 작은 폭을 가질 수 있다.
상기 외장 부재는 상기 전지셀 적층체의 하부에 인접하게 위치할 수 있다.
상기 외장 부재는 탄성 소재로 이루어질 수 있다.
상기 외장 부재는 상기 탄성 소재의 필름이 상기 전지셀 적층체의 전후면및 양측면을 랩핑하여 형성될 수 있다.
상기 외장 부재는 열수축 튜브로 이루어지고, 상기 열수축 튜브의 상하면이 개방되어 있을 수 있다.
상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 양측면 사이에 압축 패드가 위치할 수 있다.
상기 압축 패드는 상기 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상술한 전지 모듈이 팩 프레임에 장착되고, 상기 팩 프레임은 적어도 두 개의 상기 전지 모듈이 장착되는 하부 팩프레임 및 상기 적어도 두 개의 전지 모듈의 상부를 덮는 상부 팩 프레임을 포함한다.
상기 하부 팩 프레임은 상기 전지 모듈이 장착되는 복수의 모듈 영역을 포함하고, 상기 복수의 모듈 영역은 상기 하부 팩 프레임의 일측면에서 타측면을 향해 연장되어 있는 복수의 빔으로 구획될 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 양측면을 감싸는 상기 외장 부재의 외면은 상기 빔과 서로 접할 수 있다.
상기 모듈 영역 상에 열전도성 수지층이 각각 형성되어 있을 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 하면은 상기 열전도성 수지층과 접할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 전지셀 적층체의 전후면 및 양측면을 감싸는 외장 부재를 포함하여, 전지셀의 스웰링 현상을 개선하고, 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 절단선 A-A를 따라 자른 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 3의 일부를 확대하여 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 단면을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다.
도 8은 도 7의 전지 팩에서 상부 팩 프레임을 분해한 사시도이다.
도 9는 도 7의 전지 팩의 구성 요소를 분해한 사시도이다.
도 10은 도 7의 절단선 C-C를 따라 자른 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 일부를 확대하여 나타내는 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 6은 도 4의 절단선 B-B를 따라 자른 단면을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀(110)을 포함하는 전지셀 적층체(120); 전지셀 적층체(120)의 전후면 및 양측면을 감싸는 외장 부재(150); 및 전지셀 적층체(120)의 전후면에 위치하는 센싱 블록(170)을 포함한다.
외장 부재(150)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.
도 5 및 도 6을 참조하면, 외장 부재(150)와 전지셀 적층체(120)의 전후면 사이에 센싱 블록(170)이 위치할 수 있다. 여기서, 센싱 블록(170)은 전극 리드(미도시됨)들이 돌출된 전지셀 적층체(120)의 전후면을 각각 덮는다. 또한, 센싱 블록(170)은 일종의 바스켓 형태를 가지고, 전지셀 적층체(200) 상기 전면 및 상기 후면을 각각 덮도록 구성될 수 있다. 여기서, 센싱 블록(170)에는 적어도 하나의 슬릿(미도시됨)이 형성되고, 센싱 블록(170)이 배치될 때 전지셀(110)의 전극 리드(미도시됨)들이 상기 슬릿을 통과하여, 전극 리드 접합체가 형성될 수 있다.
이에 따라, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)의 전후면에 위치한 센싱 블록(170)을 함께 감싸게 되어, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 센싱 블록(170)의 상기 슬릿을 통과하여 형성된 전극 리드 접합체 등에 대한 절연 성능을 확보할 수 있다.
일 예로, 센싱 블록(170)은 전기적 절연을 띄는 소재를 포함할 수 있으며, 일례로 플라스틱 소재, 고분자 소재 또는 복합 소재를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 하나의 슬릿이 형성될 수 있는 강성을 확보하면서도, 전기 절연성을 가지는 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)의 외면을 감쌀 수 있다. 여기서, 외장 부재(150)는 양측면 및 전후면으로 이루어지는 부재로서, 상하면이 개방되어 있을 수 있다. 즉, 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(150)에 의해 양측면 및 전후면이 감싸지고, 상하면이 개방되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 전지셀 적층체(120)의 상하면은 노출되어 있을 수 있다.
일 예로, 외장 부재(150)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(150)는 상기 탄성 소재의 필름 혹은 열수축 튜브가 상기 전지셀 적층체의 외면을 랩핑(wrapping)하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 열수축 튜브는 상하면이 개방되어 있을 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(150)는 전지셀의 스웰링 현상을 방지하고, 전지 모듈의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다. 이와 더불어, 외장 부재(150)는 자체적으로 탄성을 가지고 있어, 전지셀(110)의 부피 변화에 따라 변형되는 것이 최소화될 수 있는 이점이 있다.
또한, 외장 부재(150)의 양측면 및 전후면은 전지셀 적층체(120)를 감싸기이전에, 각각 전지셀 적층체의 외면의 크기와 대응되는 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 외장 부재(150)의 양측면은 전지셀 적층체(120)의 측면과 동일한 크기를 가지거나 이보다 작은 크기를 가질 수 있다. 또한, 외장 부재(150)의 전후면은 전지셀 적층체(120)의 상하면과 동일한 크기를 가지거나 이보다 작은 크기를 가질 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)를 일정한 방향으로 가압하며, 전지셀 적층체(120)를 감쌀 수 있다. 즉, 외장 부재(150)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(150)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.
또한, 외장 부재(150)는 전지셀(120)의 폭과 동일한 폭을 가지거나, 이보다 작은 폭을 가질 수 있다. 일 예로, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)의 하부에 인접하게 위치할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(150)의 면적을 최소화하면서도, 전지셀의 스웰링 현상을 방지하고, 전지 모듈의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)를 감싼 상태에서, 외장 부재(150)의 외면이 노출되어 있을 수 있다. 즉, 후술될 공정에서 전지 모듈(100)이 전지 팩(1000)의 팩 프레임(1200, 1300)에 장착되는 경우, 외장 부재(150)가 팩 프레임(1200, 1300)과 접할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(150)가 종래의 전지 모듈(10)에서의 모듈 프레임(30, 40)을 대체할 수 있어, 공정 및 비용의 효율성을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 외장 부재(150)의 내면에 전지셀 적층체(120)의 외면이 각각 부착되어 있을 수 있다. 여기서, 외장 부재(150)에 포함된 탄성 소재가 자체적으로 접착력을 가질 수 있다. 또한, 외장 부재(150)와 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(150)의 내면과 전지셀 적층체(120)의 외면 사이의 마찰력을 통해 고정되어 있을 수 있다. 또한, 외장 부재(150)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(150)가 용이하게 고정될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지셀(110) 간 혹은 전지셀(110)과 외장 부재(150) 사이를 서로 고정시킬 수 있는 접착 성능을 가진 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
이에 따라, 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(150) 내에 안정적으로 수용되어 있을 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 외장 부재(150)와 전지셀 적층체(120)의 외측면 사이에 압축 패드(115)가 위치할 수 있다. 여기서, 압축 패드(115)는 전지셀 적층체(120)의 외측면을 따라 연장되어 있을 수 있다. 또한, 압축 패드(115)는 전지셀 적층체(120)의 외측면에 비해 동일하거나 작은 크기를 가질 수 있다.
일 예로, 압축 패드(115)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(115)는 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)에서 발생되는 팽창을 용이하게 흡수하여, 외장 부재(150)가 전지셀 적층체(120)의 외면을 가압하는 것을 보조할 수 있다.
또한, 압축 패드(115)와 전지셀(110)은 외장 부재(150)으로부터 가해지는 면압에 의해 서로 고정될 수 있다. 이에 따라, 압축 패드(115)와 전지셀(110)은 별도의 접착층 없이도 서로 안정적으로 고정되어 있을 수 있다.
또한, 압축 패드(115)와 전지셀(110) 사이에 접착층이 위치할 수 있다. 일 예로, 상기 접착층은 양면 테이프 또는 접착제와 같은 접착 부재에 의해 형성될 수 있다. 다만, 상기 접착층은 상술한 내용에 한정되지 아니하고, 전지셀(110) 및 압축 패드(115)를 서로 고정시킬 수 있는 접착 성능을 가진 물질이라면 제한되지 않는다.
이에 따라, 본 실시예의 전지 모듈(100)은 전지셀(110)과 압축 패드(115) 사이가 상호 접착될 수 있어, 전지셀 적층체(120)의 상기 제1 방향(적층 방향)으로의 강성 및 에너지 밀도가 더욱 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다. 도 8은 도 7의 전지 팩에서 상부 팩 프레임을 분해한 사시도이다. 도 9는 도 7의 전지 팩의 구성 요소를 분해한 사시도이다.
도 7 내지 도 8을 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 프레임(1200, 1300) 내에 패키징되어, 전지 팩(1000)을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 8을 참조하면, 하부 팩 프레임(1300)은 전지 모듈(100)이 장착되는 복수의 모듈 영역을 포함하고, 상기 복수의 모듈 영역은 하부 팩 프레임(1300)의 일측면에서 타측면을 향해 연장되어 있는 복수의 빔(1310)으로 구획될 수 있다. 복수의 빔(1310)은 전지 팩(1000)이 장착되는 디바이스의 진행 방향을 기준으로 수직 혹은 수평 방향으로 연장되어 있을 수 있다. 일 예로, 상기 디바이스는 자동차일 수 있고, 복수의 빔(1310)은 전지 팩(1000)이 장착되는 자동차의 진ㅌ행 방향을 기준으로 수직 혹은 수평 방향으로 연장되어 있을 수 있다.
또한, 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지팩(1000)에서, 복수의 빔(1310)으로 구분되는 상기 모듈 영역 상에 열전도성 수지층(1340)이 각각 형성되어 있을 수 있다. 일 예로, 열전도성 수지층(1340)은 복수의 빔(1310)으로 구분되는 상기 모듈 영역에 장착되는 전지 모듈(100)과 대응되는 위치에 각각 형성되어 있을 수 있다.
일 예로, 열전도성 수지층(1340)은 하부 팩 프레임(1300) 상에 열전도성 수지가 도포되어 형성될 수 있다. 즉, 전지 모듈(100)이 상기 모듈 영역 상에 장착되기 전에, 미리 도포되어 있는 상기 열전도성 수지가 경화됨에 따라 열전도성 수지층(1340)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전도성 수지가 경화됨에 따라, 전지 모듈(100)의 하면과 하부 팩 프레임(1300)이 서로 안정적으로 고정될 수 있다. 또한, 별도의 고정 부재가 요구되지 않는 점에서, 가격 경쟁력이 향상되고, 전지 밀도가 증가되는 이점이 있다.
도 10은 도 7의 절단선 C-C를 따라 자른 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에서, 전지 모듈(100)의 전지셀 적층체(120)의 하면이 노출되어 있어, 전지셀 적층체(120)의 하면과 열전도성 수지층(1340)은 서로 접할 수 있다. 이에 따라, 전지셀 적층체(120) 내부에서 발생된 열이 열전도성 수지층(1340)으로 직접 전달될 수 있어, 전지 모듈(100)의 냉각 성능이 보다 향상될 수 있고, 전지셀(110)의 수명 또한 향상될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에서, 전지 모듈(100)의 외장 부재(150)의 외면이 빔(1310)과 서로 접할 수 있다. 보다 구체적으로, 전지셀 적층체(120)의 양측면을 감싸는 외장 부재(150)의 외면이 빔(1310)과 서로 접할 수 있다. 여기서, 전지 팩(1000) 충방전 과정에서 발생되는 폭 방향의 변형(110A)에 대해, 빔(1310)은 빔(1310)과 접하는 외장 부재(150)의 외면을 가압할 수 있다.
일 예로, 빔(1310)은 탄성 소재로 이루어질 수 있다. 상기 탄성 소재는 판 스프링과 같은 스틸 소재이거나 플라스틱 사출물 재질 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 외부 충격을 효과적으로 흡수하면서도, 전지 모듈(100)의 외장 부재(150)의 외면을 충분히 가압할 수 있는 탄성을 가지는 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 전지 모듈(100)의 양측면을 빔(1310)에 의해 전지 모듈(100)의 폭 방향, 다르게 말하면 전지셀 적층체(120)의 적층 방향으로 탄성력을 가져, 전지 모듈(100)에서 발생되는 전지셀의 스웰링 현상을 방지하고, 전지 모듈의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 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 전지팩을 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
115: 압축 패드
120: 전지셀 적층체
150: 외장 부재
170: 센싱 블록
1000: 전지 팩
1200: 상부 팩 프레임
1300: 하부 팩 프레임
1310: 빔
1340: 열전도성 수지층

Claims (14)

  1. 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 전후면 및 양측면을 감싸는 외장 부재; 및
    상기 전지셀 적층체의 전후면에 위치하는 센싱 블록을 포함하고,
    상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 전후면 사이에 상기 센싱 블록이 위치하고,
    상기 전지셀 적층체의 상하면이 노출되어 있는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 전지 모듈의 상기 외장 부재의 외면이 노출되어 있는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 외장 부재는 상기 전지셀의 폭과 동일한 폭을 가지거나, 이보다 작은 폭을 가지는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 외장 부재는 상기 전지셀 적층체의 하부에 인접하게 위치하는 전지 모듈.
  5. 제3항에서,
    상기 외장 부재는 탄성 소재로 이루어지는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 외장 부재는 상기 탄성 소재의 필름이 상기 전지셀 적층체의 전후면 및 양측면을 랩핑하여 형성되는 전지 모듈.
  7. 제5항에서,
    상기 외장 부재는 열수축 튜브로 이루어지고,
    상기 열수축 튜브의 상하면이 개방되어 있는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 양측면 사이에 압축 패드가 위치하는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 압축 패드는 상기 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있는 전지 모듈.
  10. 제1항의 전지 모듈이 팩 프레임에 장착되고,
    상기 팩 프레임은 적어도 두 개의 상기 전지 모듈이 장착되는 하부 팩프레임 및 상기 적어도 두 개의 전지 모듈의 상부를 덮는 상부 팩 프레임을 포함하는 전지 팩.
  11. 제10항에서,
    상기 하부 팩 프레임은 상기 전지 모듈이 장착되는 복수의 모듈 영역을 포함하고,
    상기 복수의 모듈 영역은 상기 하부 팩 프레임의 일측면에서 타측면을 향해 연장되어 있는 복수의 빔으로 구획되는 전지 팩.
  12. 제11항에서,
    상기 전지셀 적층체의 양측면을 감싸는 상기 외장 부재의 외면은 상기 빔과 서로 접하는 전지 팩.
  13. 제11항에서,
    상기 모듈 영역 상에 열전도성 수지층이 각각 형성되어 있는 전지 팩.
  14. 제13항에서,
    상기 전지셀 적층체의 하면은 상기 열전도성 수지층과 접하는 전지 팩.
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