WO2023172106A1 - 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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WO2023172106A1
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battery
cell stack
battery cell
heat sink
module
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서성원
윤현기
주은아
탄넨베르거귄테르
하라슈토시우베
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a device including the same, and more specifically, to a battery pack with improved cooling performance and a device including the same.
  • secondary batteries that can be charged and discharged are a way to solve air pollution from existing gasoline vehicles that use fossil fuels, and are used in electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and plug-in hybrid electric vehicles ( As it is used as a power source for batteries such as P-HEV), the need for development of secondary batteries is increasing.
  • EV electric vehicles
  • HEV hybrid electric vehicles
  • P-HEV plug-in hybrid electric vehicles
  • lithium secondary batteries rarely have a memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so they can be freely charged and discharged. , it is in the spotlight for its very low self-discharge rate and high energy density.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which positive and negative electrode plates each coated with the positive and negative electrode active materials are disposed with a separator in between, and a battery case that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte.
  • lithium secondary batteries can be classified into can-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type secondary batteries in which the electrode assembly is built in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • a battery module is made by electrically connecting multiple battery cells. This is used.
  • These battery modules have improved capacity and output by connecting multiple battery cells in series or parallel to each other to form a battery cell stack.
  • one or more battery modules may be mounted together with various control and protection systems such as a battery disconnect unit (BDU), battery management system (BMS), and cooling system to form a battery pack.
  • BDU battery disconnect unit
  • BMS battery management system
  • cooling system to form a battery pack.
  • battery modules When configuring a battery pack, battery modules are first configured, and various control and protection systems such as BDU (Battery Disconnect Unit), BMS (Battery Management System), and cooling system are added to these battery modules to configure the battery pack.
  • BDU Battery Disconnect Unit
  • BMS Battery Management System
  • cooling system are added to these battery modules to configure the battery pack.
  • the method is common.
  • battery modules are manufactured by placing them in a housing structure such as a pack tray, and these battery packs are mounted on automobiles, etc.
  • the temperature of a secondary battery rises higher than the appropriate temperature, the performance of the secondary battery may deteriorate, and in severe cases, there is a risk of explosion or ignition.
  • the temperature of a battery module or battery pack having multiple secondary batteries that is, battery cells
  • the temperature of a battery module or battery pack having multiple secondary batteries can increase rapidly and severely due to the addition of heat from the multiple battery cells in a small space.
  • high output can be obtained, but it is not easy to remove heat generated from the battery cells during charging and discharging. If the heat dissipation of the battery cell is not performed properly, the battery cell deteriorates faster, its lifespan is shortened, and the possibility of explosion or ignition increases.
  • Cooling methods for battery modules or battery packs can be broadly divided into water-cooling methods using refrigerants such as coolant and air-cooling methods using cooling wind. Among them, water cooling has excellent cooling performance and can effectively cool the high heat generated from large-capacity battery modules or battery packs.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery pack and a device including the same that can increase energy density, reduce weight, and increase cooling performance in a limited space.
  • a battery pack includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, first and second side plates located on both sides of the battery cell stack, and an upper part of the battery cell stack.
  • a battery module including a connecting member disposed below and connecting the first and second side plates; a pack tray storing the battery module; and a heat sink including at least one cooling unit through which refrigerant flows.
  • the heat sink includes at least one of an upper heat sink located above the battery module and a lower heat sink located below the battery module.
  • the first and second side plates are fixed to the pack tray.
  • the cooling part of the upper heat sink is located on one side of the connecting member at the top of the battery module, and the cooling part of the lower heat sink is located on one side of the connecting member at the bottom of the battery module.
  • a plurality of connecting members may be provided on at least one of the upper and lower sides of the battery cell stack.
  • the connecting members may be positioned to be spaced apart from each other along a direction perpendicular to the stacking direction in which the battery cells are stacked.
  • the cooling unit may be disposed in a space between the connecting members that are spaced apart from each other.
  • the connecting member may be provided alone on at least one of the upper or lower side of the battery cell stack.
  • the battery module may be comprised of a plurality, and at least two battery modules may be arranged along a stacking direction in which the battery cells are stacked.
  • the cooling unit may pass one side of the connecting member of one battery module and may pass one side of the connecting member of another battery module adjacent to the one battery module.
  • the cooling unit may include a first cooling unit and a second cooling unit extending along one direction.
  • Each of the upper heat sink and the lower heat sink includes an inlet part connected to the first cooling unit and through which refrigerant flows, an outlet part connected to the second cooling part and through which refrigerant is discharged, and the first cooling part and the first cooling part. 2 It may further include a connection part connecting the cooling unit.
  • the refrigerant may flow along the inlet, the first cooling part, the connection part, the second cooling part, and the discharge part, forming a circulation structure.
  • the one direction may be parallel to the stacking direction in which the battery cells are stacked.
  • the inlet and the outlet may be located on the same side, and the connection part may be located on the opposite side from the inlet and the outlet.
  • the battery module may further include a thermal resin layer located between the cooling unit and the battery cell stack.
  • the thermal resin layer is either an upper thermal resin layer located between the cooling part of the upper heat sink and the battery cell stack or a lower thermal resin layer located between the cooling part of the lower heat sink and the battery cell stack. It can contain at least one.
  • Each of the first and second side plates supports the outermost battery cell of the battery cell stack and has a support portion disposed perpendicular to the bottom of the pack tray and protruding in a direction perpendicular to one surface of the support portion. It may include a fixing part. The fixing part may be fixed to the pack tray.
  • the pack tray may include a mounting beam disposed on an upper surface of the bottom portion of the pack tray, and the fixing part may be fixed to the mounting beam.
  • the battery cell stack may include a first battery cell stack and a second battery cell stack, and the first battery cell stack and the second battery cell stack may be a stack in which the battery cells are stacked. It may be arranged to be spaced apart along a direction perpendicular to the direction.
  • the first side plate may extend to cover both one side of the first battery cell stack and one side of the second battery cell stack.
  • the second side plate may extend to cover both the other side of the first battery cell stack and the other side of the second battery cell stack.
  • the battery module may further include an insulating plate positioned between the first battery cell stack and the second battery cell stack.
  • the upper heat sink and the lower heat sink may each include a plurality of cooling units.
  • the cooling units of the upper heat sink may be disposed on one or both sides of the connection member at the top of the first battery cell stack and the top of the second battery cell stack.
  • the cooling units of the lower heat sink may be disposed on one or both sides of the connection member at the lower part of the first battery cell stack and the lower part of the second battery cell stack.
  • the battery cells may be stacked along one direction from the first side plate to the second side plate.
  • a compression pad may be interposed at least one of the neighboring battery cells, between one of the outermost battery cells and the first side plate, or between the other one of the outermost battery cells and the second side plate. You can. In the EOL (End of Life) state, the strain in the direction in which the battery cells are stacked may be 12% or less, and the surface pressure applied to the battery cells may be 0.9 MPa or less.
  • the module stiffness curve of the battery module is calculated in a slope (MPa/%) range of 0.00417 or more and 0.225 or less, and the module stiffness curve of the battery module is the strain rate of the first and second side plates and the first and It can correspond to the relationship between surface pressures applied to the second side plate.
  • the module rigidity curve of the battery module can be derived by reflecting the degree to which the compression pad is compressed compared to the surface pressure applied to the compression pad and the number of the compression pads in the frame rigidity curves of the first and second side plates. there is.
  • a device may include at least one of the battery modules.
  • a battery pack and a device including the same can be provided by simplifying the module structure, improving energy density per weight and enabling lighter weight.
  • cooling performance can be improved by arranging the upper and lower heat sinks in limited upper and lower spaces.
  • Figure 1 is a perspective view showing a battery module included in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the battery module of Figure 1.
  • Figure 3 is a side view showing one of the battery cells included in the battery module of Figure 2.
  • Figure 4 is a perspective view showing a side plate included in the battery module of Figure 2.
  • Figure 5 is a perspective view showing a battery module, a thermal resin layer, an upper heat sink, and a lower heat sink included in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a cross-sectional view schematically showing a cross-section taken along the cutting line A-A' of Figure 5.
  • Figure 7 is a perspective view showing an upper heat sink according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a plan view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a perspective view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a partial perspective view showing a method of fixing the battery module to the pack tray in the battery pack according to this embodiment.
  • Figure 11 is a perspective view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • Figures 12 and 13 are exploded perspective views of the battery module of Figure 11.
  • Figure 14 is a perspective view showing a heat sink disposed in battery modules according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 15 is an exploded perspective view of the battery modules of Figure 14.
  • Figure 16 is a perspective view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • Figures 17 to 19 are graphs showing the module stiffness curve for the battery module and the P-D curve of the battery cell stack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 20 is a graph showing the range of the module stiffness curve of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 21 is a graph showing the P-D curve for a single battery cell.
  • Figure 22 is a graph showing the P-D curve for a single battery cell and the P-D curve for a battery cell stack.
  • Figure 23 is a graph showing module stiffness curves for Examples 1 to 4 according to the present invention.
  • Figure 1 is a perspective view showing a battery module included in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the battery module of Figure 1.
  • Figure 3 is a side view showing one of the battery cells included in the battery module of Figure 2.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes a battery module 100; A pack tray that stores the battery module; and a heat sink including at least one cooling unit through which refrigerant flows.
  • the heat sink includes at least one of an upper heat sink located above the battery module or a lower heat sink located below the battery module.
  • the pack tray will be described later with FIGS. 8 and 9, and the upper heat sink and lower heat sink will be described later with FIGS. 5 to 7.
  • the battery module 100 included in the battery pack includes a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked, and both sides of the battery cell stack 120.
  • the first and second side plates 210, 220 located in and the connection member 600 disposed on the upper and lower parts of the battery cell stack 120 and connecting the first and second side plates 210, 220. Includes.
  • the battery cell 110 may be a pouch-type battery cell.
  • a pouch-type battery cell can be formed by storing an electrode assembly in a pouch case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and then bonding the outer periphery of the pouch case.
  • These battery cells 110 may be formed in a rectangular sheet structure.
  • the battery cell 110 according to this embodiment has two electrode leads 111 and 112 facing each other and protruding from one end 114a and the other end 114b of the battery body 113, respectively. It has a structure.
  • the battery cell 110 is manufactured by storing the electrode assembly (not shown) in the battery case 114 and adhering both ends 114a and 114b of the battery case 114 and one side 114c connecting them.
  • the battery cell 110 has a total of three sealing parts, and the sealing parts have a structure that is sealed by a method such as fusion, and the other side may be made of a connection part 115.
  • the battery cell 110 described above is an exemplary structure, and of course, a unidirectional battery cell with two electrode leads protruding in the same direction is also possible.
  • These battery cells 110 may be composed of a plurality, and the plurality of battery cells 110 are stacked so as to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 120.
  • a plurality of battery cells 110 may be stacked along a direction parallel to the y-axis.
  • the battery case 114 generally has a laminate structure of a resin layer/metal thin film layer/resin layer.
  • the battery case surface is made of an O (oriented)-nylon layer
  • multiple battery cells are stacked to form a medium to large-sized battery module, it tends to slip easily due to external impact.
  • an adhesive member such as an adhesive such as a double-sided tape or a chemical adhesive that is bonded through a chemical reaction during adhesion is attached to the surface of the battery case to form a battery cell stack. (120) can be formed.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the first side plate included in the battery module of FIG. 2.
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 are located on both sides of the battery cell stack 120, respectively, so as to support the battery cell stack 120. It is located in More specifically, the first side plate 210 and the second side plate 220 are located on both sides of the direction in which the plurality of battery cells 110 are stacked, that is, the direction parallel to the y-axis in FIG. 2. You can. Although only the first side plate 210 is shown in FIG. 4, the first side plate 210 and the second side plate 220 may have the same but symmetrical configuration.
  • the battery module 100 is located on the upper and lower sides of the battery cell stack 120, respectively, and connects the first side plate 210 and the second side plate 220 with a connecting member ( 600).
  • the battery module 100 according to this embodiment is not in a form in which the battery cell stack 120 is stored and sealed in a module housing, but is provided with a first side plate 210 and a first side plate 210 on both sides of the battery cell stack 120. It may have a configuration in which the second side plate 220 is disposed and the first side plate 210 and the second side plate 220 are fixed through the connection member 600. That is, the battery module 100 according to this embodiment has a module housing structure that is simplified compared to the conventional one, and can be directly mounted on the battery pack without a sealed module housing. The form in which the battery pack is mounted will be described later with reference to FIGS. 8 and 9. Ultimately, in this embodiment, the module housing structure is omitted to increase space utilization in the battery pack unit, which will be described later, and to improve overall energy density and reduce weight.
  • the connecting member 600 may be a metal band-shaped member. More specifically, the connecting member 600 may be in the form of a band made of an elastic metal material.
  • the connecting members 600 may be provided in plural or singly.
  • a plurality of connection members 600 may be provided on at least one of the upper and lower sides of the battery cell stack 120.
  • Figure 2 shows that a plurality of connection members 600 are provided on both the upper and lower sides of the battery cell stack 120. These connection members 600 may be spaced apart from each other at regular intervals and may be located at the top and bottom of the battery cell stack 120, respectively.
  • Figure 2 shows three connection members 600 arranged on the upper and lower sides of the battery cell stack 120, respectively.
  • the connecting member 600 is a member that connects the first side plate 210 and the second side plate 220, and thus connects the first side plate 210 to the second side plate 220. It may be in a form that continues along the direction, that is, the stacking direction of the battery cells 110. In other words, the connecting member 600 may extend along a direction parallel to the y-axis direction, so that one end may be connected to the first side plate 210 and the other end may be connected to the second side plate 220. This connecting member 600 may be fixed to the first side plate 210 and the second side plate 220 by welding.
  • the connecting member may be a long bolt member fastened to the first side plate 210 and the second side plate 220. That is, the connecting member may be fastened to the first side plate 210 and the second side plate 220 by bolting rather than welding.
  • the battery module 100 includes a first end plate 310 and a second end plate 320 located on one side and the other side of the battery cell stack 120, respectively; A first bus bar frame 410 located between the battery cell stack 120 and the first end plate 310; and a second bus bar frame 420 located between the battery cell stack 120 and the second end plate 320.
  • a first bus bar frame 410 and a first end plate 310 are placed on one side of the direction (x-axis direction) in which one electrode lead 111 (see FIG. 3) of the battery cell 110 protrudes. can be positioned in sequence, and the second bus bar frame 420 and the second end plate are on the other side of the direction (-x-axis direction) in which the other electrode lead 112 (see FIG. 3) of the battery cell 110 protrudes. (320) may be located sequentially.
  • the first bus bar frame 410 and the second bus bar frame 420 are connected to the front surface of the battery cell stack corresponding to the direction in which the electrode leads 111 and 112 protrude (x-axis direction and -x-axis direction). It can be arranged to cover each rear side.
  • the first end plate 310 and the second end plate 320 may be arranged to cover one side of the first bus bar frame 410 and one side of the second bus bar frame 420, respectively.
  • the first end plate 310 and the second end plate 320 may be plastic insulating covers with electrical insulation, and the bus located on the first bus bar frame 410 and the second bus bar frame 420 It is possible to protect other electrical components, including the bar 500 and electrode leads 111 and 112, from the outside and at the same time block the possibility of short circuits with the outside. Meanwhile, there is no particular limitation on the coupling method between the first and second end plates 310 and 320 and the first and second side plates 210 and 220, and for example, mechanical coupling or bolting coupling may be applied.
  • the first end plate 310 and the second end plate 320 may be made of a metal material such as aluminum and may have high rigidity.
  • a separate insulating cover is added between the first end plate 310 and the first bus bar frame 410 and between the second end plate 320 and the second bus bar frame 420. do.
  • the battery module 100 may further include bus bars 500 mounted on the first bus bar frame 410 and the second bus bar frame 420.
  • the second bus bar frame 420 and the bus bar 500 mounted thereon are not shown, but may have a structure similar to the first bus bar frame 410 shown in FIG. 2.
  • the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 may pass through lead slits formed in the first bus bar frame 410 or the second bus bar frame 420 and then be bent to connect to the bus bar 500. . More specifically, one electrode lead 111 may be connected to the bus bar 500 after passing through the lead slit of the first bus bar frame 410, and the other electrode lead 112 may be connected to the second bus bar frame ( After passing through the lead slit of 420, it can be connected to the bus bar 500. There is no particular limitation on the connection method between the electrode leads 111 and 112 and the bus bar 500, but for example, welding may be performed.
  • the battery cells 110 constituting the battery cell stack 120 may be connected to each other in series or parallel.
  • the first bus bar frame 410 or the second bus bar frame 420 includes a terminal bus bar for connecting external power of the battery module 100 and a terminal bus bar for transmitting sensing information of voltage and temperature.
  • a module connector can be installed.
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 may be arranged to cover the side of the first bus bar frame 410 and the side of the second bus bar frame 420. .
  • the connecting member 600 may be located on the upper or lower side of the battery cell stack 120.
  • a heat sink may be disposed on one side of the connection member 600.
  • a heat sink can be placed in the space between the spaced apart connecting members 600.
  • the cooling member in the module unit and the cooling member in the pack unit are integrated, leading to the advantage that only one cooling member can be provided.
  • the cooling path of the battery module 100 within the battery pack can be integrated and shortened, thereby realizing the effects of weight reduction and cost reduction.
  • Figure 5 is a perspective view showing a battery module, a thermal resin layer, an upper heat sink, and a lower heat sink included in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a cross-sectional view schematically showing a cross-section taken along the cutting line A-A' of Figure 5.
  • Figure 7 is a perspective view showing an upper heat sink according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack according to this embodiment includes, as described above, a heat sink 700A including at least one cooling unit 710 through which refrigerant flows, 700B), and the heat sinks 700A and 700B are at least one of an upper heat sink 700A located at the top of the battery module 100 or a lower heat sink 700B located at the bottom of the battery module 100.
  • the drawings show an embodiment including both the upper heat sink (700A) and the lower heat sink (700B), but a battery pack in which only the upper heat sink (700A) is disposed or a battery pack in which only the lower heat sink (700B) is disposed. All correspond to embodiments of the present invention.
  • the upper heat sink 700A and the lower heat sink 700B may each include at least one cooling unit 710 through which refrigerant flows.
  • the cooling unit 710 of the upper heat sink 700A is located on one side of the connecting member 600 at the top of the battery module 100, and the cooling unit 710 of the lower heat sink 700B is located on the battery module 100. ) is located on one side of the connection member 600 at the bottom.
  • a plurality of connection members 600 may be provided on at least one of the upper or lower side of the battery cell stack 120. More specifically, at least one of the upper or lower side of the battery cell stack 120, the connecting members 600 may be positioned spaced apart from each other along a direction perpendicular to the stacking direction in which the battery cells 110 are stacked.
  • the cooling unit 710 of the upper heat sink 700A and the cooling unit 710 of the lower heat sink 700B may be disposed in the space between the connecting members 600 spaced apart from each other.
  • the cooling unit 710 may be a tube member in which an internal space (S) is formed, and this internal space (S) may be a space in which refrigerant flows.
  • the refrigerant may be cooling water, and the upper heat sink (700A) and lower heat sink (700B) according to this embodiment may be water-cooled cooling structures.
  • the battery module 100 may further include a thermal resin layer (900) located between the cooling unit 710 and the battery cell stack 120.
  • the thermal resin layer 900 cools the upper thermal resin layer 900A or the lower heat sink 700B located between the cooling unit 710 of the upper heat sink 700A and the battery cell stack 120. It may include at least one of the lower thermal resin layers 900B located between the portion 710 and the battery cell stack 120.
  • the thermal resin layer 900 may be formed by curing the applied or injected thermal resin.
  • the thermal resin may include a thermally conductive adhesive material, and specifically may include at least one of silicone material, urethane material, and acrylic material.
  • the thermal resin may be in a liquid state when applied, but may be cured after application to serve to fix one or more battery cells 110 constituting the battery cell stack 120. In addition, it has excellent heat conduction characteristics and can quickly transfer heat generated from the battery cell 110 to the upper heat sink 700A and the lower heat sink 700B.
  • the battery module according to this embodiment has a module housing structure that is simplified compared to the prior art, and includes first and second side plates 210 and 220 and a connecting member 600 connecting them, and connecting them.
  • An upper heat sink (700A) and a lower heat sink (700B) were placed in a space on one side of the member 600.
  • the thermal resin layer 900 may be disposed in an area adjacent to the upper heat sink 700A and the lower heat sink 700B.
  • the adjacent space on one side of the connecting member 600 connecting the first and second side plates 210 and 220 is utilized as a space where the heat sink and thermal resin layer can be located, The height of the battery module can be reduced. This leads to improved energy density and weight reduction of the battery pack containing the battery module.
  • the heat sink and thermal resin layer are not disposed on the outside of a separate module housing, but are located adjacent to the top and bottom of the battery cell stack 120 on one side of the connection member 600, so there is a heat transfer path. Cooling performance can be improved by simplifying.
  • an upper heat sink (700A) and a lower heat sink (700B) are provided at the upper and lower portions of the battery module, respectively, Since it forms a dual cooling path in both directions, cooling performance can be maximized.
  • the cooling unit 710 includes a first cooling unit 711 and a second cooling unit extending along one direction. It may include part 712.
  • the upper heat sink 700A and the lower heat sink 700B each have an inlet 720 connected to the first cooling unit 710 and through which the refrigerant flows, and a second cooling unit 712 connected to the refrigerant. It may further include a discharge unit 730 that is discharged and a connection unit 740 connecting the first cooling unit 711 and the second cooling unit 712.
  • the refrigerant flows along the inlet 720, the first cooling part 711, the connection part 740, the second cooling part 712, and the discharge part 730, and may form a circulation structure.
  • Figure 8 is a plan view schematically showing a battery pack according to an embodiment of the present invention. Specifically, it is a plane as seen along the -z axis direction on the xy plane with respect to the battery pack 1000 in which the battery modules 100 are placed on the pack tray 1100.
  • the battery pack 1000 includes a battery module 100, a pack tray 1100 for storing the battery module 100, and a refrigerant therein, as described above. It includes heat sinks 700A and 700B including at least one cooling unit through which . Although only the upper heat sink 700A is shown in FIG. 8, the lower heat sink may also have the same or similar shape as the upper heat sink 700A shown at the bottom of the battery module 100.
  • a plurality of battery modules 100 may be configured, and at least two battery modules 100 may be arranged along a stacking direction in which battery cells are stacked.
  • the stacking direction in which battery cells are stacked refers to a direction parallel to the y-axis in the drawing.
  • the cooling unit 710 passes through one side of the connecting member 600 of one battery module 100 and connects one side of the connecting member 600 of the other battery module 100 adjacent to the one battery module 100. You can pass by.
  • the cooling unit 710 passes between the connecting members 600 of one battery module 100, and connects one battery module 100 with another neighboring battery module 100. It is possible to pass between the members 600. That is, at least two battery modules 100 may share the cooling unit 710.
  • the cooling unit 710 may include a first cooling unit 711 and a second cooling unit 712 extending along one direction, and the refrigerant C is supplied to the inlet 720, It flows along the first cooling part 711, the connection part 740, the second cooling part 712, and the discharge part 730, and may form a circulation structure.
  • the direction in which the first cooling unit 711 and the second cooling unit 712 extend may be parallel to the stacking direction in which the battery cells are stacked. At least two battery modules 100 may share the first cooling unit 711 and the second cooling unit 712.
  • the inlet 720 and the outlet 730 may be located on the same side, and the connection part 740 is located on the opposite side of the inlet 720 and the outlet 730. It can be located on the side. That is, in forming the refrigerant circulation structure, the first cooling unit 711, the second cooling unit 712, and the connection part 740 connecting the first cooling unit 711 and the second cooling unit 712 are provided. Thus, the inlet 720 and the outlet 730 can be located together in one area A1 of the battery module 100.
  • the refrigerant circulation system (not shown) connected to the inlet 720 and the outlet 730 needs to be provided only on one side of the battery pack 1000, the space inside the battery pack 1000 can be efficiently used. It can be utilized, and the area where there is a risk of refrigerant leakage can be limited to the vicinity of one area (A1).
  • first cooling units 711 and second cooling units 712 there is no limit to the number of first cooling units 711 and second cooling units 712 disposed in one battery module 100.
  • three connecting members 600 may be located on each of the upper and lower parts of the battery cell stack 120, and between the three connecting members 600, two first cooling units 711 and 2
  • the second cooling units 712 may be divided and arranged.
  • Figure 9 is a perspective view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a partial perspective view showing a method of fixing the battery module to the pack tray in the battery pack according to this embodiment.
  • the upper heat sink and upper thermal resin layer are omitted from Figure 9. That is, an embodiment in which only the lower heat sink is disposed as shown may be applied, and as another embodiment, an upper heat sink and an upper thermal resin layer added as shown in FIG. 9 may be applied.
  • the first and second side plates 210 and 220 are formed into a pack tray ( 1100).
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 are the support portion 200S and the support portion 200S, respectively, supporting the outermost battery cell of the battery cell stack 120. It may include a fixing part (200F) protruding in a direction perpendicular to one surface. A fixing portion 200F may be formed on the side of both the first side plate 210 and the second side plate 220 opposite to the direction in which the battery cell stack is located.
  • a through hole 200FH for mounting fixation may be formed in the fixing part 200F.
  • Figure 4 shows a plurality of fixing parts 200F arranged at predetermined intervals.
  • the pack tray 1100 is a structure with an internal space, and one or more battery modules 100 can be stored in the internal space.
  • One or more battery modules 100 are disposed on the bottom 1100F of the pack tray 1100.
  • a pack cover may be placed to cover the open top of the pack tray 1100.
  • the first side plate 210 and the first side plate 210 of the battery module 100 according to this embodiment are required. 2 The side plate 220 is fixed to the pack tray 1100.
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 support the outermost battery cells of the battery cell stack and are perpendicular to the bottom 1100F of the pack tray 1100. It may include a support part 200S arranged in one shape and a fixing part 200F protruding in a direction perpendicular to one surface of the support part 200S. At this time, the fixing part 200F may be fixed to the pack tray 1100.
  • the pack tray 1100 may further include a mounting beam 1200 disposed on the upper surface of the bottom 1100F of the pack tray 1100, and the fixing part 200F may be It can be fixed to the mounting beam 1200.
  • the mounting beam 1200 has a shape extending along one direction from the upper surface of the bottom portion 1100F of the pack tray 1100. Although not specifically shown, when a plurality of battery modules 100 are disposed, a mounting beam 1200 may be positioned between the battery modules 100. This mounting beam 1200 can fix the battery module 100 and buffer shock transmitted to the battery module 100 from external shocks, etc.
  • a through hole 200FH for mounting fixation may be formed in the fixing portion 200F.
  • the fixing part 200F may be positioned higher than the height of the mounting beam 1200.
  • the height direction refers to a direction perpendicular to one side of the bottom 1100F of the pack tray 1100.
  • the fixing part 200F may be fixed to the upper surface of the mounting beam 1200, and as shown in FIG. 10, bolting may be performed. That is, a mounting hole 1200H having a thread formed on the inside may be formed on the upper surface of the mounting beam 1200, and the bolt-shaped fastening member 1300 may pass through the through hole 200FH of the fixing portion 200F. It can be inserted and fastened into the rear mounting hole (1200H).
  • the battery module 100 can be fixed to the pack tray 1100 through the first side plate 210 and the second side plate 220 to form the battery pack 1000. there is.
  • the electrolyte inside them decomposes and gas is generated, which may cause the battery cells 110 to swell, that is, a swelling phenomenon. If the swelling of the battery cells 110 is not controlled, structural deformation of the battery module 100 in which multiple battery cells 110 are stacked may occur, and the durability and performance of the battery module 100 may be adversely affected. may have an impact.
  • the battery module 100 is not a module housing that integrally surrounds the battery cell stack, but rather includes a first side plate 210 and a second side plate 220 and a connecting member connecting them ( 600) and has a simplified housing structure. Accordingly, it may be difficult to achieve sufficient lateral rigidity and durability to control swelling of the battery cells 110.
  • the battery module 100 of a simplified housing structure is disposed, so that the first side plate 210 and the second side plate 220 are directly connected to the pack tray 1100. While coupled and fixed to the upper mounting beam 1200, the mounting beam 1200 is designed to support the first side plate 210 or the second side plate 220 from the side and control swelling.
  • the mounting is fixed through the first side plate 210 and the second side plate 220, and at the same time, the mounting beam 1200 can supplement the rigidity and durability of the battery module 100 for swelling control. It was allowed to happen.
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 are directly attached to the mounting beam 1200 on the pack tray 1100 in the battery module 100 with a simplified housing structure. It can be fixed and perform the function of fixing the mounting, and can also perform the function of supplementing the rigidity for controlling the swelling of the battery module 100.
  • the upper and lower heat sinks 700A and 700B in the space on one side of the connecting member 600 connecting the first side plate 210 and the second side plate 220, the height increase is minimized. A cooling structure was placed. We attempted to increase the energy density of the battery pack by reducing space loss in the height direction.
  • the battery module 100 has an insulating device located between the battery cell stack 120 and the connection member 600 located on the upper side of the battery cell stack 120. It may further include a sheet 800.
  • the insulating sheet 800 is a thin, electrically insulating sheet, and may be arranged to cover the entire upper surface of the battery cell stack 120 to ensure electrical insulation of the upper side of the battery cell stack 120.
  • This insulating sheet 800 may be an insulating film or an insulating tape, and may have a thickness of 0.1 mm or less.
  • the insulating sheet not to be disposed between the battery cell stack 120 and the connecting member 600. That is, the upper surface of the battery cell stack 120 is exposed to the outside between the connecting members 600 or between the connecting member 600 and the first and second end plates 310 and 320, forming an upper thermal resin.
  • Embodiments in direct contact with layer 900A are also possible.
  • the battery cell stack 120 may also directly contact the lower thermal resin layer 900B.
  • Figure 11 is a perspective view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • Figures 12 and 13 are exploded perspective views of the battery module of Figure 11. Specifically, Figure 12 shows the battery cell stack 120, the first and second side plates 210 and 220, and the first and second end plates 310 and 320 in a separated form, and Figure 13 shows the separated form. In addition to FIG. 12 , the first and second bus bar frames 410 and 420 and the connecting members 600 are shown in a separated form.
  • a battery module 100t includes a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked, and a battery cell stack 120.
  • First and second side plates 210, 220 located on both sides of and a connecting member disposed on the top and bottom of the battery cell stack 120 to connect the first and second side plates 210, 220.
  • Includes (600) At the top and bottom of the battery cell stack 120, a plurality of connection members 600 may be provided or may be provided individually.
  • the battery cell stack 120 may include a first battery cell stack 120a and a second battery cell stack 120b.
  • the first battery cell stack 120a and the second battery cell stack 120b may be arranged to be spaced apart along a direction perpendicular to the stacking direction in which the battery cells 110 are stacked.
  • Each of the first battery cell stack 120a and the second battery cell stack 120b is similar to the structure of the battery cell stack described above in that the battery cells 110 are stacked in one direction.
  • the battery cells 110 are stacked along a direction parallel to the y-axis, and the first battery cell stack 120a and The second battery cell stack 120b may be arranged to be spaced apart along a direction parallel to the x-axis.
  • the first battery cell stack 120a and the second battery cell stack 120b are arranged in one battery module 100t. In other words, it may correspond to a type of twin model battery module.
  • the first side plate 210 may extend to cover both one side of the first battery cell stack 120a and one side of the second battery cell stack 120b, and the second side plate 220 may be extended to cover both the other side of the first battery cell stack 120a and the other side of the second battery cell stack 120b.
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 may be positioned to cover both sides of the first and second battery cell stacks 120a and 120b in the direction in which the battery cells 110 are stacked. there is.
  • first side plate 210 and the second side plate 220 protrude in a direction perpendicular to the support portion 200S supporting the outermost battery cell of the battery cell stack 120 and one surface of the support portion 200S. It may include a fixing part (200F).
  • the connecting member 600 may connect the first side plate 210 and the second side plate 220.
  • a plurality of connecting members 600 are located on the upper and lower sides of the first battery cell stack 120a and the second battery cell stack 120b, and one end of the connecting member 600 is connected to the first side. It is connected to the plate 210 and the other end of the connecting member 600 may be connected to the second side plate 220. The description for this is redundant with the description in the previous embodiment, so it is omitted.
  • the battery module 100t includes a first end plate 310 located on one side of the first battery cell stack 120a and a second end located on one side of the second battery cell stack 120b. It may further include a plate 320. The first end plate 310 and the second end plate 320 may be located on opposite sides of the first battery cell stack 120a and the second battery cell stack 120b.
  • the battery module 100t may further include an insulating plate 330 located between the first battery cell stack 120a and the second battery cell stack 120b.
  • the first end plate 310, the second end plate 320, and the insulating plate 330 may be plastic insulating covers having electrical insulation.
  • the battery module 100t includes a first bus bar frame 410 located between the first battery cell stack 120a and the first end plate 310, the first battery cell stack 120a, and an insulating plate 330. ) may include a second bus bar frame 420 located between them. In addition, the battery module 100t includes a third bus bar frame 430 located between the second battery cell stack 120b and the insulating plate 330, the second battery cell stack 120b, and a second end plate. It may include a fourth bus bar frame 440 located between (320).
  • the first to fourth bus bar frames 410, 420, 430, and 440 may have the same or similar structure to the structure of the bus bar frame described above.
  • bus bars 500 may be mounted on the first to fourth bus bar frames 410, 420, 430, and 440.
  • the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 may pass through lead slits formed in the first to fourth bus bar frames 410, 420, 430, and 440 and then be bent to connect to the bus bar 500. Detailed information about this is omitted as it is redundant to what was explained previously.
  • the insulating plate 330 may be positioned between the second bus bar frame 420 and the third bus bar frame 430. One side of the insulating plate 330 may cover the second bus bar frame 420, and the other side of the insulating plate 330 may cover the third bus bar frame 430. Since the insulating plate 330 contains an electrical insulating material, it is possible to prevent short circuits between electrical components mounted on each of the second bus bar frame 420 and the third bus bar frame 430.
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 may be arranged to cover the side of the first bus bar frame 410 and the side of the fourth bus bar frame 420. .
  • one battery module 100t and two battery modules 100 should be compared. This is because the battery module 100t shown in FIGS. 11 to 13 includes first and second battery cell stacks 120a and 120b.
  • one battery module 100t includes a first end plate 310, a second end plate 320, and an insulator. Plate 330 is disposed. That is, a total of three members are arranged. On the other hand, in the two battery modules 100, two first end plates 310 and two second end plates 320 are disposed. That is, a total of 4 members are arranged.
  • the battery module 100t has the advantage of increasing space utilization in the longitudinal direction of the module and reducing the number of parts compared to the battery module 100 described above.
  • first and second side plates 210 and 220 only one battery module 100t is required each, whereas the battery module 100 described above requires two batteries, so the first and second side plates (210, 220) also require 2 each. In other words, it has the advantage of reducing the number of parts.
  • Figure 14 is a perspective view showing a heat sink disposed in battery modules according to another embodiment of the present invention. Specifically, Figure 14 shows a plurality of battery modules of Figures 11 to 13 arranged, and heat sinks arranged in these battery modules.
  • Figure 15 is an exploded perspective view of the battery modules of Figure 14.
  • the battery pack may include a battery module 100t. As described above, the battery module 100t may be placed on a pack tray, but the pack tray is not shown. At this time, the battery pack includes heat sinks 700A and 700B including at least one cooling unit 710 through which refrigerant flows.
  • the heat sinks 700A and 700B may include at least one of an upper heat sink 700A located above the battery module 100t or a lower heat sink 700B located below the battery module 100t.
  • the drawings show an embodiment including both the upper heat sink (700A) and the lower heat sink (700B), but both the battery pack with only the upper heat sink (700A) and the battery pack with only the lower heat sink (700B) are shown. It corresponds to an embodiment of the invention.
  • the upper heat sink 700A and the lower heat sink 700B may include a plurality of cooling units 710.
  • the cooling units 710 of the upper heat sink 700A are disposed on one or both sides of the connection member 600 at the top of the first battery cell stack 120a and the top of the second battery cell stack 120b. It can be.
  • the cooling units 710 of the lower heat sink 700B are disposed on one or both sides of the connection member 600 at the lower part of the first battery cell stack 120a and the lower part of the second battery cell stack 120b. It can be.
  • the connecting members 600 are stacked with the battery cells 110 on the upper or lower side of the first battery cell stack 120a and the second battery cell stack 120b. They may be positioned spaced apart from each other along a direction perpendicular to the stacking direction, and the cooling portion 710 of the upper heat sink 700A and the cooling portion 710 of the lower heat sink 700B may be spaced apart from each other by connecting members ( 600) can be placed in the space between them.
  • the cooling unit 710 may be a tube member in which an internal space (S) is formed, and this internal space (S) may be a space through which refrigerant flows.
  • the battery module 100t may further include a thermal resin layer 900 located between the cooling unit 710 and the battery cell stack 120.
  • the thermal resin layer 900 cools the upper thermal resin layer 900A or the lower heat sink 700B located between the cooling unit 710 of the upper heat sink 700A and the battery cell stack 120. It may include at least one of the lower thermal resin layers 900B located between the portion 710 and the battery cell stack 120.
  • the height of the battery module can be reduced by utilizing the space on one side of the connecting member 600 as a space where the heat sink and thermal resin layer can be located. Additionally, cooling performance can be improved by simplifying the heat transfer path.
  • the cooling unit 710 may include a first cooling unit 711 and a second cooling unit 712 extending along one direction.
  • the upper heat sink 700A and the lower heat sink 700B each have an inlet 720 connected to the first cooling unit 710 and through which the refrigerant flows, and a second cooling unit 712 connected to the refrigerant. It may further include a discharge unit 730 that is discharged and a connection unit 740 connecting the first cooling unit 711 and the second cooling unit 712.
  • the refrigerant flows along the inlet 720, the first cooling part 711, the connection part 740, the second cooling part 712, and the discharge part 730, and may form a circulation structure.
  • the plurality of battery modules 100t may be configured in plurality, and at least two battery modules 100t may be arranged along the stacking direction in which the battery cells are stacked.
  • the stacking direction in which battery cells are stacked refers to a direction parallel to the y-axis in the drawing.
  • Figures 14 and 15 show three battery modules 100t arranged along the stacking direction in which battery cells are stacked.
  • the cooling unit 710 passes through one side of the connecting member 600 of one battery module 100t and connects one side of the connecting member 600 of the other battery module 100t adjacent to the one battery module 100t. You can pass by. That is, at least two battery modules 100t may share the cooling unit 710. Since the battery module 100t according to this embodiment has a shape in which the first and second battery cell stacks are arranged in the longitudinal direction of the module, the cooling portion 710 between the battery modules 100t arranged along the stacking direction of the battery cells ) A shared form is possible.
  • the cooling unit 710 may include a first cooling unit 711 and a second cooling unit 712 extending along one direction, and the first cooling unit 711 and the second cooling unit The direction in which 712 extends may be parallel to the stacking direction in which battery cells are stacked. At least two battery modules 100t may share the first cooling unit 711 and the second cooling unit 712.
  • the inlet 720 and the outlet 730 may be located on the same side, and the connection part 740 is opposite to the inlet 720 and the outlet 730. It can be located on the side. Accordingly, since the refrigerant circulation system (not shown) connected to the inlet 720 and the outlet 730 needs to be provided only on one side of the battery pack 1000, the space inside the battery pack 1000 can be efficiently used. It can be utilized, and the area where there is a risk of refrigerant leakage can be limited to one area nearby.
  • first cooling units 711 and second cooling units 712 there is no limit to the number of first cooling units 711 and second cooling units 712 disposed in one battery module 100t.
  • the battery module 100t has a shape in which the first and second battery cell stacks are arranged in the longitudinal direction of the module, an increased number of first cooling units 711 and second cooling units 712 may be required.
  • Figure 16 is a perspective view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 100s includes a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells are stacked, and a battery cell stack located on both sides of the battery cell stack 120. It includes 1 side plate 210 and a second side plate (not shown).
  • the same or similar structures as the previously described embodiment may be applied to the battery cell stack 120, the first side plate 210, and the second side plate (not shown). A detailed explanation of this is omitted as it is redundant to the previously mentioned content.
  • the battery module 100s includes a connecting member 600 disposed at the top and bottom of the battery cell stack 120 and connecting the first side plate 210 and the second side plate (not shown). Includes.
  • the connecting member 600 may be provided separately at the top and bottom of the battery cell stack 120. That is, a single connection member 600 may be located at the top of the battery cell stack 120, and a single connection member 600 may be located at the bottom of the battery cell stack 120.
  • the connection member 600 may extend along a direction parallel to the y-axis direction, so that one end may be connected to the first side plate 210 and the other end may be connected to the second side plate (not shown). This connecting member 600 may be fixed to the first side plate 210 and the second side plate (not shown) by welding.
  • the battery module 100s according to the present embodiment is provided on the upper part of the battery cell stack 120. It includes a connecting member 600 disposed one at each of the and lower portions.
  • the heat sink may be disposed on one or both sides of the connection member 600. That is, the upper heat sink may be placed on one or both sides of the connecting member 600 located at the top of the battery cell stack 120, and the lower heat sink may be placed on the connecting member 600 located at the bottom of the battery cell stack 120. It may be placed on one or both sides of (600).
  • the upper thermal resin is applied to the area between the connection member 600 and the first end plate 310 and the area between the connection member 600 and the second end plate 320 among the upper areas of the battery cell stack 120.
  • Layer 900A may be formed.
  • An upper heat sink (not shown) may be located on the upper thermal resin layer 900A.
  • the lower thermal resin layer ( 900B) may be formed in the lower region of the battery cell stack 120.
  • a lower heat sink (not shown) may be located below the lower thermal resin layer 900B.
  • Figures 17 to 19 are graphs showing the module stiffness curve for the battery module and the P-D curve of the battery cell stack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 20 is a graph showing the range of the module stiffness curve of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cells 110 are arranged from the first side plate 210 to the second side plate 220. Can be stacked along one direction. Additionally, between neighboring battery cells 110, between one of the outermost battery cells 110 and the first side plate 210, or between another one of the outermost battery cells 110 and the second side plate. A compression pad may be interposed at least one of the positions (220).
  • Each curve C3 is calculated and fitted into one graph.
  • the swelling behavior of the battery module can be predicted by finding the equilibrium point (intersection) between the two curves.
  • the P-D curve (C3) of the battery cell stack is the surface pressure that the battery cells 110 receive according to the degree of change as the thickness of the battery cells 110 changes according to the swelling of the battery cells 110. This is a graph showing the relationship between .
  • the P-D curve (C3) of this battery cell stack can be measured in the EOL (End of Life) state of the battery cells 110.
  • EOL refers to a state when the ratio of the current capacity of the battery to the initial capacity of the battery reaches a predetermined ratio, and the ratio may be 80%.
  • EOL may refer to the state of the battery when the capacity of the battery reaches 80% of the initial state, and may correspond to a state in which the life of the battery has ended or replacement is required.
  • the module stiffness curves (C1, C1', C") are the degree to which the width (W) between the first and second side plates (210, 220) changes according to the direction in which the battery cells (110) are stacked, and This is a graph showing the relationship between loads applied to the first and second side plates 210 and 220.
  • the direction in which the battery cells 110 are stacked corresponds to the direction from the first side plate 210 to the second side plate 220, and hereinafter, the direction in which the battery cells 110 are stacked is referred to as the width direction.
  • the width W of the first and second side plates 210 and 220 refers to the distance between the first side plate 210 and the second side plate 220 along the width direction.
  • the module stiffness curve (C1) and the P-D curve (C3) of the battery cell stack will be explained in detail below.
  • the The unit may be MPa.
  • the intersection points (P, P', P") between the module stiffness curve (C1, C1', C") and the P-D curve (C3) of the battery cell stack are related to the behavior and swelling of the battery cell stack (120). This corresponds to a point where the behavior of the first and second side plates 210 and 220 due to deformation is in equilibrium.
  • the battery cell stack 120 showing a specific P-D curve (C3) in the EOL (End of Life) state is connected to the first and second side plates 210 and 220 showing a specific module stiffness curve (C1).
  • the battery module can be predicted to have strain and surface pressure corresponding to the intersection points (P, P', P”) in the EOL state.
  • the battery module is deformed in the width direction by an amount corresponding to the The battery cells 110 and the first and second side plates 210 and 220 receive surface pressure as much as this.
  • the intersection point (P) is preferably located within the deformation limit point (x1) and the pressure limit point (y1).
  • the strain threshold (x1) is 12% and the pressure threshold (y1) is 0.9 MPa. In other words, it is desirable that the That is, in the battery module according to this embodiment, in the EOL state, the strain rate in the direction in which the battery cells 110 are stacked may be 12% or less, and the surface pressure applied to the battery cells 110 may be 0.9 MPa or less.
  • the module stiffness curve C1 can be calculated in a slope range of 0.00417 or more and 0.225 or less (MPa/%). That is, the module stiffness curve (C1) of the battery module according to this embodiment has a lower limit module stiffness curve (C1b) with a slope (Sb) value of 0.00417 MPa/% and an upper limit with a slope (Sa) value of 0.225 MPa/%.
  • the module may be formed in a range between the stiffness curves (C1a).
  • the module stiffness curve (C1) is 0.00417 It is desirable to calculate the slope (MPa/%) between 0.225 and 0.225.
  • the module rigidity curve C1 is the degree to which the width between the first and second side plates 210 and 220 changes according to the direction in which the battery cells 110 are stacked and the first and second side plates This is a graph showing the relationship between the loads applied to (210, 220).
  • the X-axis corresponds to the strain (%) along the width direction between the first and second side plates 210 and 220.
  • the strain rate can be calculated based on the width between the first and second side plates 210 and 220 deformed along the width direction compared to the width between the first and second side plates 210 and 220 before deformation. there is.
  • the strain rate is calculated as the ratio of the degree to which the width between the first and second side plates 210 and 220 is deformed compared to the width between the first and second side plates 210 and 220 before deformation. It can be.
  • the Y axis corresponds to the surface pressure (MPa) applied to the first and second side plates 210 and 220 according to the strain rate of the first and second side plates 210 and 220. You can.
  • the frame stiffness curve can first be calculated.
  • the frame stiffness curve is a graph showing the relationship between the strain rate of the first and second side plates 210 and 220 and the surface pressure applied to the first and second module side plates 210 and 220.
  • These frame stiffness curves can be obtained through multiple actual tests or simulations. For example, applying actual force to the first and second side plates 210 and 220 connected by the connecting member 600 and measuring the degree of width direction deformation between the first and second side plates 210 and 220 accordingly.
  • the frame stiffness curve can be derived by repeatedly changing the applied force.
  • a module stiffness curve (C1) can be derived by considering the effect of the compression pad on this frame stiffness curve. Specifically, the module stiffness curve C1 can be finally derived by reflecting the degree to which the compression pad is compressed and the number of compression pads compared to the surface pressure applied to the compression pad in the frame rigidity curve.
  • the P-D curve (C3) of the battery cell stack is a graph showing the relationship between the surface pressure received by the battery cells 110 according to the degree of change as the thickness of the battery cells 110 changes due to swelling, am.
  • the This may correspond to the surface pressure (MPa) applied to the battery cells 110.
  • Figure 21 is a graph showing the P-D curve for a single battery cell.
  • the thickness change and surface pressure of a single battery cell 110 can be measured according to the charge and discharge cycle. Specifically, a single battery cell 110 is placed in a fixing jig where thickness changes are limited, and then the charging and discharging cycle is repeated. Afterwards, the surface pressure value of a0 is measured through a load cell placed on the corresponding fixed jig. The measured a0 is displayed as P0 on the Y axis. Next, a single battery cell 110 is placed in a variable jig whose thickness can be changed by a spring, etc., and then the charging and discharging cycle is repeated.
  • the surface pressure value of a1 is measured through a load cell placed in the corresponding variable jig, and the increased thickness of the battery cell 110 is measured to calculate the thickness strain of b1.
  • the corresponding a1 and b1 are indicated as point P1.
  • the spring constant of the variable jig is varied and the above measurement process is repeated to measure the surface pressure values of a2, a3, and a4 and the strain values of b2, b3, and b4, respectively. Based on these values, coordinate points P2, P3, and P4 can be displayed and one curve C2 can be derived. And, the curve C2 derived in this way corresponds to the P-D (Pressure-Displacement) curve of a single battery cell.
  • Figure 22 is a graph showing the P-D curve for a single battery cell and the P-D curve for a battery cell stack.
  • the number of battery cells 110 included in the battery cell stack 120 is reflected in the P-D curve (C2) of a single battery cell obtained through the process described in FIG. 21.
  • the P-D curve (C3) of the battery cell stack 120 can be obtained.
  • the P-D curve (C3) of the battery cell stack 120 is naturally higher than the P-D curve (C2) of a single battery cell. It is located in the part.
  • Figure 23 is a graph showing module stiffness curves for Examples 1 to 4 according to the present invention.
  • module stiffness curves for each of Examples 1 to 4 are shown.
  • the P-D curves of the battery cell stack are not shown, but the equilibrium point (intersection point) where the module stiffness curve of each of Examples 1 to 4 meets the P-D curve of each of the battery cell stack of Examples 1 to 4 is indicated. there is.
  • the battery module of Example 1 in the EOL state, the battery module of Example 1 is deformed in the width direction by 5.4%, and the internal battery cells and the first and second side plates are It is predicted to receive a surface pressure of 0.8MPa. Additionally, in the EOL state, the battery module of Example 2 is predicted to be deformed in the width direction by 6.7%, and the internal battery cells and the first and second side plates are expected to receive a surface pressure of 0.71 MPa. Additionally, in the EOL state, the battery module of Example 3 is predicted to be deformed in the width direction by 6.1%, and the internal battery cells and the first and second side plates are expected to receive a surface pressure of 0.29 MPa. Finally, in the EOL state, the battery module of Example 4 is predicted to be deformed in the width direction by 9.3%, and the internal battery cells and the first and second side plates are expected to receive a surface pressure of 0.44 MPa.
  • the strain in the direction in which the battery cells are stacked is 12% or less, and the surface pressure applied to the battery cells is 0.9 MPa or less.
  • the module stiffness curve was calculated in a slope (MPa/%) range of 0.00417 or more and 0.225 or less. That is, the module stiffness curves of the battery modules of Examples 1 to 4 have a lower limit module stiffness curve (C1b) with a slope (Sb) value of 0.00417 MPa/% and an upper limit module stiffness curve with a slope (Sa) value of 0.225 MPa/%. It can be formed in the range between curves C1a.
  • One or more battery modules according to this embodiment described above may be mounted together with various control and protection systems such as a Battery Management System (BMS), Battery Disconnect Unit (BDU), and a cooling system to form a battery pack.
  • BMS Battery Management System
  • BDU Battery Disconnect Unit
  • the battery pack can be applied to various devices. Specifically, it can be applied to transportation means such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrids, or ESS (Energy Storage System), but is not limited to this and can be applied to various devices that can use secondary batteries.
  • transportation means such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrids, or ESS (Energy Storage System), but is not limited to this and can be applied to various devices that can use secondary batteries.
  • ESS Electronicgy Storage System

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 양 측면에 위치한 제1 및 제2 사이드 플레이트들 및 상기 전지셀 적층체의 상부와 하부에 배치되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트를 연결하는 연결 부재를 포함하는 전지 모듈; 상기 전지 모듈을 수납하는 팩 트레이; 및 내부에 냉매가 흐르는 적어도 하나의 냉각부를 포함하는 히트 싱크를 포함한다. 상기 히트 싱크는, 상기 전지 모듈의 상부에 위치하는 상부 히트 싱크 또는 상기 전지 모듈의 하부에 위치하는 하부 히트 싱크 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트는 상기 팩 트레이에 고정된다. 상기 상부 히트 싱크의 상기 냉각부는 상기 전지 모듈의 상부에서 상기 연결 부재의 일측에 위치하고, 상기 하부 히트 싱크의 상기 냉각부는, 상기 전지 모듈의 하부에서 상기 연결 부재의 일측에 위치한다.

Description

전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 3월 10일자 한국 특허 출원 제10-2022-0030046호 및 2023년 3월 9일자 한국 특허 출원 제10-2023-0031250호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉각 성능이 향상된 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 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. 또한, 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.
전지팩을 구성할 때, 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 전지 모듈에 BDU(Battery Disconnect Unit), BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템을 추가하여, 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 종래의 전지팩의 경우 전지 모듈을 팩 트레이와 같은 하우징 구조물에 배치하여 제조되고, 이러한 전지팩을 자동차 등에 장착한다.
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 놓일 수 있다. 따라서, 전지 모듈이나 전지팩을 구성하는 경우, 안정적이면서도 효과적인 냉각 성능을 확보하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다. 전지 모듈이나 전지팩의 냉각 방법은 크게 냉각수 등의 냉매를 활용한 수냉식 방법과 냉각풍을 활용한 공랭식 방법으로 구분될 수 있다. 그 중 수냉식 냉각은, 냉각 성능이 우수해 대용량의 전지 모듈이나 전지팩에서 발생하는 높은 열을 효과적으로 냉각할 수 있다.
근래에는, 에너지 밀도를 높이고 경량화를 통해 전체 무게를 줄일 수 있으면서, 동시에 수냉식 냉각 구조를 효과적으로 배치하여 냉각 성능을 극대화할 수 있는 전지팩 구조에 대한 필요성이 증가하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 에너지 밀도를 높이고 경량화가 가능하며, 제한된 공간에서 냉각 성능을 높일 수 있는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스를 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 전지팩은, 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 양 측면에 위치한 제1 및 제2 사이드 플레이트들 및 상기 전지셀 적층체의 상부와 하부에 배치되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트를 연결하는 연결 부재를 포함하는 전지 모듈; 상기 전지 모듈을 수납하는 팩 트레이; 및 내부에 냉매가 흐르는 적어도 하나의 냉각부를 포함하는 히트 싱크를 포함한다. 상기 히트 싱크는, 상기 전지 모듈의 상부에 위치하는 상부 히트 싱크 또는 상기 전지 모듈의 하부에 위치하는 하부 히트 싱크 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트는 상기 팩 트레이에 고정된다. 상기 상부 히트 싱크의 상기 냉각부는, 상기 전지 모듈의 상부에서 상기 연결 부재의 일측에 위치하고, 상기 하부 히트 싱크의 상기 냉각부는, 상기 전지 모듈의 하부에서 상기 연결 부재의 일측에 위치한다.
상기 전지셀 적층체의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에서, 상기 연결 부재는 복수로 구비될 수 있다. 상기 연결 부재들은 상기 전지셀들이 적층되는 적층 방향과 수직한 방향을 따라 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 냉각부는, 서로 이격된 상기 연결 부재들 사이의 공간에 배치될 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에서, 상기 연결 부재는 단독으로 구비될 수 있다.
상기 전지 모듈은 복수로 구성될 수 있고, 적어도 2개의 전지 모듈들은, 상기 전지셀들이 적층되는 적층 방향을 따라 배치될 수 있다.
상기 냉각부는, 어느 한 전지 모듈의 상기 연결 부재의 일측을 지나쳐, 상기 어느 한 전지 모듈과 이웃한 다른 전지 모듈의 상기 연결 부재의 일측을 지나갈 수 있다.
상기 냉각부는, 일 방향을 따라 연장되는 제1 냉각부 및 제2 냉각부를 포함할 수 있다. 상기 상부 히트 싱크 및 상기 하부 히트 싱크 각각은, 상기 제1 냉각부와 연결되고 냉매가 유입되는 유입부, 상기 제2 냉각부와 연결되고 냉매가 배출되는 배출부 및 상기 제1 냉각부와 상기 제2 냉각부를 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
상기 냉매는, 상기 유입부, 상기 제1 냉각부, 상기 연결부, 상기 제2 냉각부 및 상기 배출부를 따라 흐르며, 순환 구조를 형성할 수 있다.
상기 일 방향은, 상기 전지셀들이 적층되는 적층 방향과 평행한 방향일 수 있다.
상기 전지 모듈을 기준으로, 상기 유입부와 상기 배출부가 같은 편에 위치할 수 있고, 상기 연결부는 상기 유입부 및 상기 배출부와 반대 편에 위치할 수 있다.
상기 전지 모듈은, 상기 냉각부와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치한 써멀 레진층을 더 포함할 수 있다.
상기 써멀 레진층은, 상기 상부 히트 싱크의 상기 냉각부와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치한 상부 써멀 레진층 또는 상기 하부 히트 싱크의 상기 냉각부와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치한 하부 써멀 레진층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 사이드 플레이트 각각은, 상기 전지셀 적층체의 최외측 전지셀을 지지하며 상기 팩 트레이의 바닥부와 수직한 형태로 배치되는 지지부 및 상기 지지부의 일면과 수직한 방향으로 돌출되는 고정부를 포함할 수 있다. 상기 고정부가 상기 팩 트레이에 고정될 수 있다.
상기 팩 트레이는, 상기 팩 트레이의 상기 바닥부의 상면에 배치된 마운팅 빔을 포함할 수 있고, 상기 고정부가 상기 마운팅 빔에 고정될 수 있다.
상기 전지셀 적층체는, 제1 전지셀 적층체 및 제2 전지셀 적층체를 포함할 수 있고, 상기 제1 전지셀 적층체와 상기 제2 전지셀 적층체는, 상기 전지셀들이 적층되는 적층 방향과 수직한 방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 사이드 플레이트는, 상기 제1 전지셀 적층체의 일 측면과 상기 제2 전지셀 적층체의 일 측면을 모두 커버하도록 연장될 수 있다. 상기 제2 사이드 플레이트는, 상기 제1 전지셀 적층체의 타 측면과 상기 제2 전지셀 적층체의 타 측면을 모두 커버하도록 연장될 수 있다.
상기 전지 모듈은, 상기 제1 전지셀 적층체와 상기 제2 전지셀 적층체 사이에 위치한 절연 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 히트 싱크와 상기 하부 히트 싱크는, 각각 복수의 냉각부들을 포함할 수 있다. 상기 상부 히트 싱크의 상기 냉각부들은, 상기 제1 전지셀 적층체의 상부와 상기 제2 전지셀 적층체의 상부에서 상기 연결 부재의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다. 상기 하부 히트 싱크의 상기 냉각부들은, 상기 제1 전지셀 적층체의 하부와 상기 제2 전지셀 적층체의 하부에서 상기 연결 부재의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다.
상기 전지셀들이 상기 제1 사이드 플레이트에서 상기 제2 사이드 플레이트까지 일 방향을 따라 적층될 수 있다. 이웃한 상기 전지셀들 사이, 최외측의 상기 전지셀들 중 하나와 상기 제1 사이드 플레이트 사이 또는 최외측의 상기 전지셀들 중 다른 하나와 상기 제2 사이드 플레이트 사이 중 적어도 한곳에 압축 패드가 개재될 수 있다. EOL(End of Life) 상태에서, 상기 전지셀들이 적층되는 방향의 변형률이 12% 이하이고, 상기 전지셀들에 인가되는 면압이 0.9MPa 이하일 수 있다.
상기 전지 모듈의 모듈 강성 곡선이, 0.00417 이상 및 0.225 이하의 기울기(MPa/%) 범위에서 산출되고, 상기 전지 모듈의 모듈 강성 곡선은, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 변형률과 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 인가되는 면압 간의 관계에 대응할 수 있다.
상기 전지 모듈의 모듈 강성 곡선은, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 프레임 강성 곡선에, 상기 압축 패드에 인가되는 면압 대비 상기 압축 패드가 압축되는 정도 및 상기 압축 패드의 개수를 반영하여 도출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스는 상기 전지 모듈을 적어도 하나 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 모듈 구조가 간소화되어 무게 당 에너지 밀도가 향상되고 경량화가 가능한 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 간소화된 모듈 구조에 맞추어, 제한된 상, 하 공간에 상부 히트 싱크 및 하부 히트 싱크를 배치하여 냉각 성능을 높일 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 전지팩에 포함되는 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀들 중 하나를 나타낸 측면도이다.
도 4는 도 2의 전지 모듈에 포함된 사이드 플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 포함되는 전지 모듈, 써멀 레진층, 상부 히트 싱크 및 하부 히트 싱크를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 히트 싱크를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 실시예에 따른 전지팩에서, 전지 모듈을 팩 트레이에 고정하는 방식을 나타내는 부분 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 12 및 도 13은 도 11의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈들에 히트 싱크가 배치된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 15는 도 14의 전지 모듈들에 대한 분해 사시도이다.
도 16은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대한 모듈 강성 곡선과 전지셀 적층체의 P-D 곡선을 나타낸 그래프들이다.
도 20은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 모듈 강성 곡선의 범위를 나타낸 그래프이다.
도 21은 단일의 전지셀에 대한 P-D 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 22는 단일의 전지셀에 대한 P-D 곡선과 전지셀 적층체의 P-D 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 23은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4에 대한 모듈 강성 곡선을 나타낸 그래프이다.
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 전지팩에 포함되는 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀들 중 하나를 나타낸 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 전지 모듈(100); 전지 모듈을 수납하는 팩 트레이; 및 내부에 냉매가 흐르는 적어도 하나의 냉각부를 포함하는 히트 싱크;를 포함한다. 히트 싱크는, 전지 모듈의 상부에 위치하는 상부 히트 싱크 또는 상기 전지 모듈의 하부에 위치하는 하부 히트 싱크 중 적어도 하나를 포함한다. 팩 트레이에 대해서는 도 8 및 도 9와 함께 후술하고, 상부 히트 싱크와 하부 히트 싱크에 대해서는 도 5 내지 7과 함께 후술하도록 한다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 전지팩에 포함되는 전지 모듈(100)은, 복수의 전지셀(110)들이 적층된 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)의 양 측면에 위치한 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)들 및 전지셀 적층체(120)의 상부와 하부에 배치되어 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)를 연결하는 연결 부재(600)를 포함한다.
우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀일 수 있다. 이러한 파우치형 전지셀은, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 전극 조립체를 수납한 뒤, 상기 파우치 케이스의 외주부를 접착하여 형성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 장방형 시트 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 전지셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부를 갖고, 실링부는 융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다.
다만, 위에서 설명한 전지셀(110)은 예시적 구조이며, 2개의 전극 리드가 동일한 방향으로 돌출된 단방향 전지셀도 가능함은 물론이다.
이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)들은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성한다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이 y축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)들이 적층될 수 있다. 전지 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 전지 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지 셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지 셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다.
도 4는 도 2의 전지 모듈에 포함된 제1 사이드 플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 4를 참고하면, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는, 전지셀 적층체(120)를 지지할 수 있도록, 각각 전지셀 적층체(120)의 양 측면에 위치한다. 보다 구체적으로, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는, 복수의 전지셀(110)들이 적층되는 방향, 즉 도 2에서 y축과 평행한 방향의 양 측면에 각각 위치할 수 있다. 도 4에는 제1 사이드 플레이트(210)만을 도시하였으나, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는 서로 동일하나 대칭인 형태의 구성일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)의 상측 및 하측에 각각 위치하고 제1 사이드 플레이트(210)와 상기 제2 사이드 플레이트(220)를 연결하는 연결 부재(600)를 포함한다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)가 모듈 하우징에 수납 및 밀폐되는 형태가 아니라, 전지셀 적층체(120)의 양 측면에 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 배치하고 연결 부재(600)를 통해 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 고정하는 구성을 가질 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 모듈 하우징 구조가 종래에 비해 간소화된 형태로써, 밀폐된 모듈 하우징 없이 바로 전지팩에 장착될 수 있다. 전지팩에 장착되는 형태는 도 8 및 도 9와 함께 후술하도록 한다. 결국 본 실시예에서는, 모듈 하우징 구조를 생략하여 후술하는 전지팩 단위에서의 공간 활용성을 높이고 전체의 에너지 밀도 향상과 경량화가 가능하다.
본 실시예에 따른 연결 부재(600)는, 금속 밴드 형태의 부재일 수 있다. 보다 구체적으로, 연결 부재(600)는 탄성 재질의 금속 소재를 포함하는 밴드 형태일 수 있다.
전지셀 적층체(120)의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에서, 연결 부재(600)는 복수 또는 단독으로 구비될 수 있다. 일례로, 전지셀 적층체(120)의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에서, 연결 부재(600)가 복수로 구비될 수 있다. 도 2에는 전지셀 적층체(120)의 상측과 하측 모두에서 연결 부재(600)가 복수로 구비되는 것이 도시되어 있다. 이러한, 연결 부재(600)들이 일정 간격으로 서로 이격되어, 전지셀 적층체(120)의 상부 및 하부 각각에 위치할 수 있다. 일례로, 도 2에는 전지셀 적층체(120)의 상측과 하측 각각에 3개의 연결 부재(600)들이 배치된 것이 도시되어 있다.
연결 부재(600)는, 상술한 것처럼, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 연결하는 부재이기 때문에, 제1 사이드 플레이트(210)에서 제2 사이드 플레이트(220)까지의 방향, 즉 전지셀(110)들의 적층 방향을 따라 이어지는 형태일 수 있다. 다시 말해, 연결 부재(600)는 y축 방향과 평행한 방향을 따라 연장되어, 일 단부는 제1 사이드 플레이트(210)와 연결되고, 타 단부는 제2 사이드 플레이트(220)와 연결될 수 있다. 이러한 연결 부재(600)는, 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)에 용접의 방법으로 고정될 수 있다.
구체적으로 도시하지 않았으나, 본 발명의 다른 일 실시예로써, 연결 부재는, 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)와 체결되는 롱볼트 부재일 수 있다. 즉, 연결 부재가 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)와 용접이 아닌 볼팅 결합으로 체결될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)의 일측과 타측에 각각 위치하는 제1 엔드 플레이트(310)와 제2 엔드 플레이트(320); 전지셀 적층체(120)와 제1 엔드 플레이트(310) 사이에 위치한 제1 버스바 프레임(410); 및 전지셀 적층체(120)와 제2 엔드 플레이트(320) 사이에 위치한 제2 버스바 프레임(420);을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 전지셀(110)의 어느 한 전극 리드(111, 도 3 참조)가 돌출되는 방향(x축 방향)의 일 측에 제1 버스바 프레임(410)과 제1 엔드 플레이트(310)가 차례로 위치할 수 있고, 전지셀(110)의 다른 전극 리드(112, 도 3 참조)가 돌출되는 방향(-x축 방향)의 타 측에 제2 버스바 프레임(420)과 제2 엔드 플레이트(320)가 차례로 위치할 수 있다.
제1 버스바 프레임(410)과 제2 버스바 프레임(420)은, 전극 리드(111, 112)들이 돌출되는 방향(x축 방향과 -x축 방향)에 해당하는 전지셀 적층체의 전면과 후면을 각각 커버하도록 배치될 수 있다.
제1 엔드 플레이트(310)와 제2 엔드 플레이트(320)는 각각 제1 버스바 프레임(410)의 일면과 제2 버스바 프레임(420)의 일면을 커버하도록 배치될 수 있다. 이러한 제1 엔드 플레이트(310)와 제2 엔드 플레이트(320)는, 전기적 절연을 갖는 플라스틱 절연 커버일 수 있고, 제1 버스바 프레임(410)과 제2 버스바 프레임(420) 상에 위치한 버스바(500)나 전극 리드(111, 112) 등을 비롯한 기타 전장품을 외부로부터 보호함과 동시에 외부와의 쇼트 가능성을 차단할 수 있다. 한편, 제1 및 제2 엔드 플레이트(310, 320)와 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 간의 결합 방식에 특별한 제한은 없고, 일례로, 기계적 결합 방식이나 볼팅 결합이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 제1 엔드 플레이트(310)와 제2 엔드 플레이트(320)가, 알루미늄과 같은 금속 소재를 포함하여 높은 강성을 가질 수 있다. 다만, 이 경우, 제1 엔드 플레이트(310)와 제1 버스바 프레임(410) 사이 및 제2 엔드 플레이트(320)와 제2 버스바 프레임(420) 사이에 별도의 절연 커버가 추가되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 제1 버스바 프레임(410)과 제2 버스바 프레임(420)에 장착되는 버스바(500)들을 더 포함할 수 있다. 제2 버스바 프레임(420)과 그에 장착된 버스바(500)는 도시를 생략하였으나, 도 2에 도시된 제1 버스바 프레임(410)과 유사한 구조를 가질 수 있다.
전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)들은, 제1 버스바 프레임(410) 또는 제2 버스바 프레임(420)에 형성된 리드 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 버스바(500)와 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 어느 한 전극 리드(111)는 제1 버스바 프레임(410)의 리드 슬릿을 통과한 뒤 버스바(500)와 연결될 수 있고, 다른 전극 리드(112)는 제2 버스바 프레임(420)의 리드 슬릿을 통과한 뒤 버스바(500)와 연결될 수 있다. 전극 리드(111, 112)와 버스바(500) 간의 연결 방식에 특별한 제한은 없으나, 일례로 용접 접합이 이루어질 수 있다.
상기와 같은 방식으로, 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)들이 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 제1 버스바 프레임(410) 또는 제2 버스바 프레임(420)에는, 전지 모듈(100)의 외부 전력 연결을 위한 터미널 버스바나 전압과 온도의 센싱 정보 전달을 위한 모듈 커넥터가 장착될 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는, 제1 버스바 프레임(410)의 측면과 제2 버스바 프레임(420)의 측면까지 커버하도록 배치될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 것과 같이, 전지셀 적층체(120)의 상측 또는 하측에서, 연결 부재(600)가 위치할 수 있다. 연결 부재(600)의 일측에 히트 싱크가 배치될 수 있다. 연결 부재(600)가 전지셀 적층체(120)의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에서 복수로 구비될 때, 이격된 연결 부재(600)들 사이의 공간에 히트 싱크를 배치할 수 있다.
상기와 같은 구조에서는, 모듈 단위에서의 냉각 부재와 팩 단위에서의 냉각 부재를 통합하여 하나의 냉각 부재만 마련할 수 있다는 이점으로 이어진다. 즉, 전지팩 내부에서 전지 모듈(100)의 냉각 경로를 통합 및 단축할 수 있어, 경량화 및 비용 절감의 효과를 구현할 수 있다. 이하에서는 도 5 내지 도 7 등을 참고하여, 연결 부재(600)의 일측에 위치한 상부 히트 싱크 및 하부 히트 싱크에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 포함되는 전지 모듈, 써멀 레진층, 상부 히트 싱크 및 하부 히트 싱크를 나타낸 사시도이다. 도 6은 도 5의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 히트 싱크를 나타낸 사시도이다.
도 2, 도 5, 도 6 및 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지팩은, 상술한 바 대로, 내부에 냉매가 흐르는 적어도 하나의 냉각부(710)를 포함하는 히트 싱크(700A, 700B)를 포함하고, 히트 싱크(700A, 700B)는 전지 모듈(100)의 상부에 위치하는 상부 히트 싱크(700A) 또는 전지 모듈(100)의 하부에 위치하는 하부 히트 싱크(700B) 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 도면들에는 상부 히트 싱크(700A)와 하부 히트 싱크(700B)를 모두 포함한 실시예가 도시되어 있으나, 상부 히트 싱크(700A)만 배치된 전지팩이나 하부 히트 싱크(700B)만 배치된 전지팩 모두 본 발명의 실시예에 해당한다. 이하에서는 상부 히트 싱크(700A)와 하부 히트 싱크(700B)를 모두 포함한 실시예를 기준으로 설명하나, 해당 구조적 내용은, 상부 히트 싱크(700A)만 배치된 실시예와 하부 히트 싱크(700B)만 배치된 실시예에도 모두 적용될 수 있다.
상부 히트 싱크(700A)와 하부 히트 싱크(700B)는, 각각 내부에 냉매가 흐르는 적어도 하나의 냉각부(710)를 포함할 수 있다. 상부 히트 싱크(700A)의 냉각부(710)는, 전지 모듈(100)의 상부에서 연결 부재(600)의 일측에 위치하고, 하부 히트 싱크(700B)의 냉각부(710)는, 전지 모듈(100)의 하부에서 연결 부재(600)의 일측에 위치한다.
구체적으로, 상술한 것처럼, 전지셀 적층체(120)의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에서, 연결 부재(600)는 복수로 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 전지셀 적층체(120)의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에서, 연결 부재(600)들이 전지셀(110)들이 적층되는 적층 방향과 수직한 방향을 따라 서로 이격되어 위치할 수 있고, 상부 히트 싱크(700A)의 냉각부(710)와 하부 히트 싱크(700B)의 냉각부(710)는, 서로 이격된 연결 부재(600)들 사이의 공간에 배치될 수 있다. 냉각부(710)는 내부 공간(S)이 형성된 튜브 부재일 수 있고, 이러한 내부 공간(S)이 냉매가 흐르는 공간일 수 있다. 상기 냉매는 냉각수일 수 있으며, 본 실시예에 따른 상부 히트 싱크(700A)와 하부 히트 싱크(700B)는 수냉식 냉각 구조물일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 냉각부(710)와 전지셀 적층체(120) 사이에 위치한 써멀 레진층(900, Thermal resin layer)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 써멀 레진층(900)은, 상부 히트 싱크(700A)의 냉각부(710)와 전지셀 적층체(120) 사이에 위치한 상부 써멀 레진층(900A) 또는 하부 히트 싱크(700B)의 냉각부(710)와 전지셀 적층체(120) 사이에 위치한 하부 써멀 레진층(900B) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
써멀 레진층(900)은, 도포되거나 주입된 써멀 레진(Thermal resin)이 경화되어 형성될 수 있다. 이러한, 써멀 레진은 열전도성 접착 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로 실리콘(Silicone) 소재, 우레탄(Urethan) 소재 및 아크릴(Acrylic) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 써멀 레진은, 도포 시에는 액상이나 도포 후에 경화되어 전지셀 적층체(120)를 구성하는 하나 이상의 전지셀(110)을 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 열전도 특성이 뛰어나 전지셀(110)에서 발생한 열을 신속히 상부 히트 싱크(700A)와 하부 히트 싱크(700B)에 전달할 수 있다.
종합하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 모듈 하우징 구조가 종래에 비해 간소화된 형태로써, 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)와 이들을 연결하는 연결 부재(600)를 구비하고, 연결 부재(600)의 일측의 공간에 상부 히트 싱크(700A) 및 하부 히트 싱크(700B)를 배치하였다. 나아가, 상부 히트 싱크(700A) 및 하부 히트 싱크(700B)와 인접한 영역에 써멀 레진층(900)을 배치할 수 있다.
상기와 같은 구조를 통해, 전지 모듈(100) 및 이를 포함하는 전지팩의 관점에서 높이 방향에 따른 공간 손실을 최소화할 수 있다. 별도의 모듈 하우징 구조가 아니라, 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)들 연결하는 연결 부재(600)의 일측의 인접 공간을 히트 싱크 및 써멀 레진층이 위치할 수 있는 공간으로 활용하여, 전지 모듈의 높이를 줄일 수 있다. 이는 전지 모듈을 포함하는 전지팩의 에너지 밀도가 향상되고 경량화되는 것을 이어진다.
또한, 히트 싱크 및 써멀 레진층이, 별도의 모듈 하우징의 외측에 배치되는 것이 아니라, 연결 부재(600)의 일측에서 전지셀 적층체(120)의 상부와 하부에 인접하여 위치하는 것이기 때문에 열전달 경로를 단순화하여 냉각 성능을 높일 수 있다.
또한, 상부 히트 싱크(700A)와 하부 히트 싱크(700B)를 모두 포함한 실시예의 경우, 전지 모듈의 상부와 하부 각각에 상부 히트 싱크(700A)와 하부 히트 싱크(700B)를 마련하여, 상, 하 방향 모두, 즉 듀얼 냉각 경로를 형성한 것이기 때문에 냉각 성능을 극대화할 수 있다.
한편, 도 6 및 도 7을 참고하면, 상부 히트 싱크(700A) 또는 하부 히트 싱크(700B)에 있어서, 냉각부(710)는 일 방향을 따라 연장되는 제1 냉각부(711) 및 제2 냉각부(712)를 포함할 수 있다. 또한, 상부 히트 싱크(700A) 및 하부 히트 싱크(700B) 각각은, 제1 냉각부(710)와 연결되고 냉매가 유입되는 유입부(720), 제2 냉각부(712)와 연결되고 냉매가 배출되는 배출부(730) 및 제1 냉각부(711)와 제2 냉각부(712)를 연결하는 연결부(740)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 냉매는, 유입부(720), 제1 냉각부(711), 연결부(740), 제2 냉각부(712) 및 배출부(730)를 따라 흐르며, 순환 구조를 형성할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)에서 전지 모듈(100)들의 배치 형태와 히트 싱크의 관계에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 구체적으로, 전지 모듈(100)들이 팩 트레이(1100)에 배치된 전지팩(1000)에 대해 xy평면 상에서 -z축 방향을 따라 바라본 모습의 평면이다.
도 6 내지 도 8을 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 상술한 바 대로, 전지 모듈(100), 전지 모듈(100)을 수납하는 팩 트레이(1100) 및 내부에 냉매가 흐르는 적어도 하나의 냉각부를 포함하는 히트 싱크(700A, 700B)를 포함한다. 도 8에는 상부 히트 싱크(700A)만 도시하였으나, 하부 히트 싱크 역시 전지 모듈(100)의 하부에서 도시된 상부 히트 싱크(700A)와 상호 동일 내지 유사한 형태를 가질 수 있다.
팩 트레이(1100) 상에서, 전지 모듈(100)은 복수로 구성될 수 있고, 적어도 2개의 전지 모듈(100)들이 전지셀들이 적층되는 적층 방향을 따라 배치될 수 있다. 전지셀들이 적층되는 상기 적층 방향은, 도면상 y축과 평향한 방향을 의미한다.
냉각부(710)는, 어느 한 전지 모듈(100)의 연결 부재(600)의 일측을 지나쳐, 상기 어느 한 전지 모듈(100)과 이웃한 다른 전지 모듈(100)의 연결 부재(600)의 일측을 지나갈 수 있다.
보다 구체적으로는, 냉각부(710)는, 어느 한 전지 모듈(100)의 연결 부재(600)들 사이를 통과하여, 상기 어느 한 전지 모듈(100)과 이웃한 다른 전지 모듈(100)의 연결 부재(600)들 사이를 지나갈 수 있다. 즉, 적어도 2개의 전지 모듈(100)들이 냉각부(710)를 함께 공유할 수 있다.
상술한 바 대로, 냉각부(710)는 일 방향을 따라 연장되는 제1 냉각부(711) 및 제2 냉각부(712)를 포함할 수 있고, 냉매(C)는, 유입부(720), 제1 냉각부(711), 연결부(740), 제2 냉각부(712) 및 배출부(730)를 따라 흐르며, 순환 구조를 형성할 수 있다. 이때 제1 냉각부(711)와 제2 냉각부(712)가 연장되는 상기 일 방향은, 전지셀들이 적층되는 적층 방향과 평행한 방향일 수 있다. 적어도 2개의 전지 모듈(100)들이 제1 냉각부(711)와 제2 냉각부(712)를 공유할 수 있다.
이 때, 전지 모듈(100)을 기준으로, 유입부(720)와 배출부(730)가 같은 편에 위치할 수 있고, 연결부(740)는 유입부(720) 및 배출부(730)의 반대 편에 위치할 수 있다. 즉, 냉매 순환 구조를 형성함에 있어, 제1 냉각부(711), 제2 냉각부(712) 및 제1 냉각부(711)와 제2 냉각부(712)를 연결하는 연결부(740)를 마련하여, 유입부(720)와 배출부(730)가 전지 모듈(100)의 일 구역(A1)에 함께 위치시킬 수 있다.
이에 따라, 유입부(720)와 배출부(730)와 연결되는 냉매 순환 시스템(미도시)을 전지팩(1000)의 어느 한쪽에만 마련하면 되기 때문에, 전지팩(1000) 내부의 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 냉매의 누설 우려가 있는 영역을 일 구역(A1) 인근으로 제한할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6을 다시 참고하면, 하나의 전지 모듈(100)에 배치되는 제1 냉각부(711)와 제2 냉각부(712)의 개수에 제한은 없다. 일례로, 전지셀 적층체(120)의 상부 및 하부 각각에 3개의 연결 부재(600)가 위치할 수 있고, 3개의 연결 부재(600)들 사이에 2개의 제1 냉각부(711)와 2개의 제2 냉각부(712)가 나누어 배치될 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 케이스에 고정되는 형태에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 사시도이다. 도 10은 본 실시예에 따른 전지팩에서, 전지 모듈을 팩 트레이에 고정하는 방식을 나타내는 부분 사시도이다. 설명의 편의를 위해 도 9에서는, 상부 히트 싱크와 상부 써멀 레진층이 도시를 생략하였다. 즉, 도시된 대로 하부 히트 싱크만 배치된 실시예가 적용될 수 있고, 다른 실시예로써 도 9에 상부 히트 싱크 및 상부 써멀 레진층이 추가된 형태가 적용될 수 있다.
도 4, 도 9 및 도 10을 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)이 팩 트레이(1100)에 수납됨에 있어, 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)는 팩 트레이(1100)에 고정된다.
우선, 본 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)는 각각, 전지셀 적층체(120)의 최외측 전지셀을 지지하는 지지부(200S) 및 지지부(200S)의 일면과 수직한 방향으로 돌출되는 고정부(200F)를 포함할 수 있다. 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220) 모두 전지셀 적층체가 위치한 방향의 면의 반대면에 고정부(200F)가 형성될 수 있다.
고정부(200F)에는 마운팅 고정을 위한 관통홀(200FH)이 형성될 수 있다. 고정부(200F)의 개수에 특별한 제한은 없고, 하나 또는 복수로 구비될 수 있다. 도 4에는 복수의 고정부(200F)들이 소정의 간격으로 배치된 모습이 나타나 있다.
팩 트레이(1100)는 내부 공간을 갖는 구조물로써, 그 내부 공간에 하나 또는 그 이상의 전지 모듈(100)이 수납될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 전지 모듈(100)은, 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F) 상에 배치된다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 팩 트레이(1100)의 개방된 상부를 덮는 팩 커버가 배치될 수 있다.
이 때, 외부 진동이나 충격에 대비하여, 전지 모듈(100)을 팩 트레이(1100)에 고정시키는 마운팅 고정이 필요한데, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)가 팩 트레이(1100)에 고정된다.
구체적으로, 상술한 바 대로, 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)는, 전지셀 적층체의 최외측 전지셀을 지지하며 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F)와 수직한 형태로 배치되는 지지부(200S) 및 지지부(200S)의 일면과 수직한 방향으로 돌출되는 고정부(200F)를 포함할 수 있다. 이 때, 고정부(200F)가 팩 트레이(1100)에 고정될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 팩 트레이(1100)는, 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F)의 상면에 배치되는 마운팅 빔(1200)을 더 포함할 수 있고, 고정부(200F)가 마운팅 빔(1200)에 고정될 수 있다.
마운팅 빔(1200)은, 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F)의 상면에서 일 방향을 따라 연장되는 형태를 갖는다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 복수의 전지 모듈(100)들이 배치되는 경우, 그 전지 모듈(100)들 사이에 마운팅 빔(1200)이 위치할 수 있다. 이러한 마운팅 빔(1200)은, 전지 모듈(100)을 고정하고, 외부 충격 등으로부터 전지 모듈(100)로 전달되는 충격 등을 완충시킬 수 있다.
도 10에 도시된 것처럼, 고정부(200F)에는 마운팅 고정을 위한 관통홀(200FH)이 형성될 수 있다. 한편, 높이 방향에 대해, 고정부(200F)는, 마운팅 빔(1200)의 높이보다 높게 위치할 수 있다. 여기서 높이 방향이라 함은, 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F) 일면과 수직한 방향을 의미한다.
고정부(200F)가 마운팅 빔(1200)의 상면에 고정될 수 있는데, 도 10에 도시된 것처럼, 볼팅 결합이 이루어질 수 있다. 즉, 마운팅 빔(1200)의 상면에는, 내측에 나사산이 형성된 마운팅 홀(1200H)이 형성될 수 있고, 볼트 형상의 체결 부재(1300)가 고정부(200F)의 관통홀(200FH)을 통과한 뒤 마운팅 홀(1200H)에 삽입 및 체결될 수 있다.
상기와 같이, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 통해 팩 트레이(1100)에 고정되어 전지팩(1000)을 구성할 수 있다.
한편, 전지셀(110)들은 충, 방전이 반복되는 과정에서 그 내부 전해질이 분해되고 가스가 발생하여 전지셀(110)이 부풀어 오르는 현상, 즉 스웰링(Swelling) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 전지셀(110)의 스웰링을 제어하지 못할 경우, 다수의 전지셀(110)이 적층된 전지 모듈(100)의 구조적 변형을 일으킬 수 있고, 또 전지 모듈(100)의 내구성과 성능에 악영항을 미칠 수 있다.
특히, 최근에는 고용량 전지 모듈과 전지팩을 제조하기 위해 전지셀로, Pure Si 셀, 전고체 전지, SiO 고함량 셀들을 이용하는데, 상기 셀들의 경우, 스웰링의 정도가 더 크다. 즉, 고용량 전지 모듈과 전지팩을 제조하기 위해서는 전지 모듈이나 전지팩 내부의 전지셀(110)들의 스웰링을 효과적으로 제어하는 것이 필수적이다. 도 2을 다시 참고하면, 파우치형 전지셀(110)들은 보통 두께 방향으로 스웰링의 정도가 크기 때문에 스웰링 제어와 직접적으로 연관되는 구조물은, 전지셀 적층체(120)의 양 측면에 배치된 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)이다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 일체로 전지셀 적층체를 둘러싸는 형태였던 모듈 하우징이 아닌, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220) 및 이를 연결하는 연결 부재(600)를 통해 간소화된 하우징 구조를 갖는다. 이에 따라, 전지셀(110)들의 스웰링을 제어할 수 있을 만큼의 측면 강성과 내구성을 갖추기 어려울 수 있다.
이에 본 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 간소화된 하우징 구조의 전지 모듈(100)이 배치됨에 있어, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)가 직접 팩 트레이(1100) 상의 마운팅 빔(1200)에 결합 및 고정되면서, 마운팅 빔(1200)이 제1 사이드 플레이트(210)나 제2 사이드 플레이트(220)를 측면에서 지지하고 스웰링을 제어하도록 설계되었다.
즉, 마운팅 고정을 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 통해 실시하면서, 동시에 마운팅 빔(1200)이 스웰링 제어를 위해 전지 모듈(100)의 강성과 내구성을 보완할 수 있도록 하였다.
종합하면 본 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는, 간소화된 하우징 구조의 전지 모듈(100)에 있어서, 팩 트레이(1100) 상의 마운팅 빔(1200)에 직접 고정되어 마운팅 고정의 기능을 수행할 수 있으며, 전지 모듈(100)의 스웰링 제어를 위한 강성 보완의 기능도 수행할 수 있다. 또한, 이러한 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 연결하는 연결 부재(600)의 일측의 공간에 상부 및 하부 히트 싱크(700A, 700B)를 배치함으로써, 높이 증가를 최소화하면서 냉각 구조를 배치하였다. 높이 방향에 대한 공간 손실을 줄여 전지팩의 에너지 밀도를 높이고자 하였다.
한편, 도 2를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)와 전지셀 적층체(120)의 상측에 위치한 연결 부재(600) 사이에 위치하는 절연 시트(800)를 더 포함할 수 있다. 절연 시트(800)는 전기적으로 절연인 얇은 시트로써, 전지셀 적층체(120)의 상측에 대한 전기적 절연을 확보하기 위해 전지셀 적층체(120)의 상면 전체를 커버하도록 배치될 수 있다. 이러한 절연 시트(800)는, 절연 필름 또는 절연 테이프일 수 있고, 두께는 0.1mm 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로써, 전지셀 적층체(120)와 연결 부재(600) 사이에 절연 시트가 배치되지 않는 것도 가능하다. 즉, 전지셀 적층체(120)의 상면이, 연결 부재(600)들 사이 또는 연결 부재(600)와 제1 및 제2 엔드 플레이트(310, 320) 사이를 통해 외측으로 노출되어, 상부 써멀 레진층(900A)과 직접 접촉하는 실시예도 가능하다. 마찬가지로, 전지셀 적층체(120)가 하부 써멀 레진층(900B)과도 직접 접촉할 수 있다.
이하에서는 도 11 내지 도 15 등을 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈과 이를 포함하는 전지팩에 대해 자세히 설명하도록 한다. 다만, 앞서 설명한 실시예에 대한 내용과 중복되는 부분은 편의를 위해 생략하도록 한다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 12 및 도 13은 도 11의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 구체적으로, 도 12는 전지셀 적층체(120), 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220), 제1 및 제2 엔드 플레이트(310, 320)가 분리된 형태를 도시하였고, 도 13은 도 12에 더해 제1 및 제2 버스바 프레임(410, 420)과 연결 부재(600)들이 분리된 형태를 도시하였다.
도 11 내지 도 13을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈(100t)은, 복수의 전지셀(110)들이 적층된 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)의 양 측면에 위치한 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)들 및 전지셀 적층체(120)의 상부와 하부에 배치되어 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)를 연결하는 연결 부재(600)를 포함한다. 전지셀 적층체(120)의 상부와 하부에서, 연결 부재(600)는 복수 또는 단독으로 구비될 수 있다.
이 때, 본 실시예에 따른 전지셀 적층체(120)는, 제1 전지셀 적층체(120a) 및 제2 전지셀 적층체(120b)를 포함할 수 있다. 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)는, 전지셀(110)들이 적층되는 적층 방향과 수직한 방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 제1 전지셀 적층체(120a) 및 제2 전지셀 적층체(120b) 각각은, 전지셀(110)들이 일 방향으로 적층되는 형태에 있어, 앞서 설명한 전지셀 적층체의 구조와 유사하다. 즉, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 내에서 전지셀(110)들이 y축과 평행한 방향을 따라 적층되고, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)는 x축과 평행한 방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다.
본 실시예는, 하나의 전지 모듈(100t)에서, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)가 배치되는 형태이다. 즉, 일종의 트윈(twin) 모델의 전지 모듈에 해당할 수 있다.
제1 사이드 플레이트(210)는, 제1 전지셀 적층체(120a)의 일 측면과 제2 전지셀 적층체(120b)의 일 측면을 모두 커버하도록 연장될 수 있고, 제2 사이드 플레이트(220)는, 제1 전지셀 적층체(120a)의 타 측면과 제2 전지셀 적층체(120b)의 타 측면을 모두 커버하도록 연장될 수 있다.
제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는, 전지셀(110)들이 적층되는 방향의 제1 및 제2 전지셀 적층체(120a, 120b)의 양 측면을 커버하도록 위치할 수 있다.
또한, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는 전지셀 적층체(120)의 최외측 전지셀을 지지하는 지지부(200S) 및 지지부(200S)의 일면과 수직한 방향으로 돌출되는 고정부(200F)를 포함할 수 있다. 또한, 연결 부재(600)는 제1 사이드 플레이트(210)와 상기 제2 사이드 플레이트(220)를 연결할 수 있다. 일례로, 복수의 연결 부재(600)들이 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)의 상측과 하측에 위치한 채, 연결 부재(600)의 일 단부는 제1 사이드 플레이트(210)와 연결되고 연결 부재(600)의 타 단부는 제2 사이드 플레이트(220)와 연결될 수 있다. 이에 대한 설명은 앞선 실시예에서의 설명과 중복이므로 생략한다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100t)은 제1 전지셀 적층체(120a)의 일측에 위치한 제1 엔드 플레이트(310)와 제2 전지셀 적층체(120b)의 일측에 위치한 제2 엔드 플레이트(320)를 더 포함할 수 있다. 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)를 기준으로 제1 엔드 플레이트(310)와 제2 엔드 플레이트(320)는 서로 반대 편에 위치할 수 있다.
또한, 전지 모듈(100t)은, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이에 위치한 절연 플레이트(330)를 더 포함할 수 있다. 제1 엔드 플레이트(310), 제2 엔드 플레이트(320) 및 절연 플레이트(330)는, 전기적 절연을 갖는 플라스틱 절연 커버일 수 있다. 한편, 제1 및 제2 엔드 플레이트(310, 320), 절연 플레이트(330) 및 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 간의 결합 방식에 특별한 제한은 없고, 일례로, 기계적 결합 방식이나 볼팅 결합이 적용될 수 있다.
전지 모듈(100t)은, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제1 엔드 플레이트(310) 사이에 위치한 제1 버스바 프레임(410) 및 제1 전지셀 적층체(120a)와 절연 플레이트(330) 사이에 위치한 제2 버스바 프레임(420)을 포함할 수 있다. 또한, 전지 모듈(100t)은, 제2 전지셀 적층체(120b)와 절연 플레이트(330) 사이에 위치한 제3 버스바 프레임(430) 및 제2 전지셀 적층체(120b)와 제2 엔드 플레이트(320) 사이에 위치한 제4 버스바 프레임(440)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 버스바 프레임(410, 420, 430, 440)은, 앞서 설명한 버스바 프레임의 구조와 상호 동일 내지 유사한 구조를 가질 수 있다. 일례로, 제1 내지 제4 버스바 프레임(410, 420, 430, 440)에 버스바(500)들이 장착될 수 있다. 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)들은 제1 내지 제4 버스바 프레임(410, 420, 430, 440)에 형성된 리드 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 버스바(500)와 연결될 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 앞서 설명한 내용과 중복이므로 생략한다.
절연 플레이트(330)는, 제2 버스바 프레임(420)과 제3 버스바 프레임(430) 사이에 위치할 수 있다. 절연 플레이트(330)의 일 면이 제2 버스바 프레임(420)을 커버하며, 절연 플레이트(330)의 타 면이 제3 버스바 프레임(430)을 커버할 수 있다. 절연 플레이트(330)가 전기적 절연 소재를 포함하고 있기 때문에 제2 버스바 프레임(420)과 제3 버스바 프레임(430) 각각에 장착된 전장품들 사이에 쇼트가 발생하는 것을 차단할 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는, 제1 버스바 프레임(410)의 측면과 제4 버스바 프레임(420)의 측면까지 커버하도록 배치될 수 있다.
도 11 내지 도 13에 도시된 전지 모듈(100t)과 도 1 및 도 2에 도시된 전지 모듈(100)에 대해 동일한 전지 용량을 구현하려면, 1개의 전지 모듈(100t)와 2개의 전지 모듈(100)을 비교해야 한다. 도 11 내지 도 13에 도시된 전지 모듈(100t)이 제1 및 제2 전지셀 적층체(120a, 120b)를 포함하고 있기 때문이다.
전지셀(110)들의 적층 방향과 수직한 방향, 즉, x축과 평행한 방향을 따라서, 1개의 전지 모듈(100t)은, 제1 엔드 플레이트(310), 제2 엔드 플레이트(320) 및 절연 플레이트(330)가 배치된다. 즉, 총 3개의 부재가 배치된다. 반면 2개의 전지 모듈(100)은, 제1 엔드 플레이트(310)와 제2 엔드 플레이트(320)가 각각 2개씩 배치된다. 즉, 총 4개의 부재가 배치된다.
따라서, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100t)은, 앞서 설명한 전지 모듈(100)에 비해 모듈의 길이 방향에 대한 공간 활용률이 증대되고, 부품 수가 절감된다는 장점을 갖는다.
또한, 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)의 경우도, 전지 모듈(100t)은 각각 1개씩만 필요한 반면, 앞서 설명한 전지 모듈(100)은 2개가 배치되므로 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)도 각각 2개씩 필요하다. 즉, 부품 수 절감의 장점을 갖는다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈들에 히트 싱크가 배치된 모습을 나타낸 사시도이다. 구체적으로 도 14는 도 11 내지 도 13의 전지 모듈이 복수로 배치되고, 이러한 전지 모듈들에 히트 싱크가 배치된 모습을 도시하였다. 도 15는 도 14의 전지 모듈들에 대한 분해 사시도이다.
도 13 내지 도 15를 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 전지팩은, 전지 모듈(100t)을 포함할 수 있다. 상술한 것처럼, 전지 모듈(100t)이 팩 트레이에 배치될 수 있는데, 팩 트레이의 도시는 생략하였다. 이 때, 전지팩은, 내부에 냉매가 흐르는 적어도 하나의 냉각부(710)를 포함하는 히트 싱크(700A, 700B)를 포함한다. 히트 싱크(700A, 700B)는 전지 모듈(100t)의 상부에 위치하는 상부 히트 싱크(700A) 또는 전지 모듈(100t)의 하부에 위치하는 하부 히트 싱크(700B) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도면들에는 상부 히트 싱크(700A)와 하부 히트 싱크(700B)를 모두 포함한 실시예가 도시되어 있으나, 상부 히트 싱크(700A)만 배치된 전지팩과 하부 히트 싱크(700B)만 배치된 전지팩 모두 본 발명의 실시예에 해당한다.
상부 히트 싱크(700A)와 하부 히트 싱크(700B)는, 복수의 냉각부(710)들을 포함할 수 있다. 상부 히트 싱크(700A)의 냉각부(710)들은, 제1 전지셀 적층체(120a)의 상부와 제2 전지셀 적층체(120b)의 상부에서, 연결 부재(600)의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다. 하부 히트 싱크(700B)의 냉각부(710)들은, 제1 전지셀 적층체(120a)의 하부와 제2 전지셀 적층체(120b)의 하부에서, 연결 부재(600)의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다.
연결 부재(600)가 복수로 구비될 경우, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)의 상측 또는 하측에서, 연결 부재(600)들이 전지셀(110)들이 적층되는 적층 방향과 수직한 방향을 따라 서로 이격되어 위치할 수 있고, 상부 히트 싱크(700A)의 냉각부(710)와 하부 히트 싱크(700B)의 냉각부(710)는, 서로 이격된 연결 부재(600)들 사이의 공간에 배치될 수 있다. 냉각부(710)는 내부 공간(S)이 형성된 튜브 부재일 수 있고, 이러한 내부 공간(S)이 냉매가 흐르는 공간일 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100t)은, 냉각부(710)와 전지셀 적층체(120) 사이에 위치한 써멀 레진층(900, Thermal resin layer)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 써멀 레진층(900)은, 상부 히트 싱크(700A)의 냉각부(710)와 전지셀 적층체(120) 사이에 위치한 상부 써멀 레진층(900A) 또는 하부 히트 싱크(700B)의 냉각부(710)와 전지셀 적층체(120) 사이에 위치한 하부 써멀 레진층(900B) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상술한 바 대로, 상기와 같은 구조를 통해, 연결 부재(600)의 일측의 공간을 히트 싱크 및 써멀 레진층이 위치할 수 있는 공간으로 활용하여 전지 모듈의 높이를 줄일 수 있다. 또한 열전달 경로를 단순화하여 냉각 성능을 높일 수 있다.
한편, 상부 히트 싱크(700A) 또는 하부 히트 싱크(700B)에 있어서, 냉각부(710)는 일 방향을 따라 연장되는 제1 냉각부(711) 및 제2 냉각부(712)를 포함할 수 있다. 또한, 상부 히트 싱크(700A) 및 하부 히트 싱크(700B) 각각은, 제1 냉각부(710)와 연결되고 냉매가 유입되는 유입부(720), 제2 냉각부(712)와 연결되고 냉매가 배출되는 배출부(730) 및 제1 냉각부(711)와 제2 냉각부(712)를 연결하는 연결부(740)를 더 포함할 수 있다. 냉매는, 유입부(720), 제1 냉각부(711), 연결부(740), 제2 냉각부(712) 및 배출부(730)를 따라 흐르며, 순환 구조를 형성할 수 있다.
한편, 복수의 전지 모듈(100t)은 복수로 구성될 수 있고, 적어도 2개의 전지 모듈(100t)들이 전지셀들이 적층되는 적층 방향을 따라 배치될 수 있다. 전지셀들이 적층되는 상기 적층 방향은, 도면상 y축과 평향한 방향을 의미한다. 일례로 도 14 및 도 15에는 3개의 전지 모듈(100t)이 전지셀들이 적층되는 적층 방향을 따라 배치되는 것이 도시되어 있다.
냉각부(710)는, 어느 한 전지 모듈(100t)의 연결 부재(600)의 일측을 지나쳐, 상기 어느 한 전지 모듈(100t)과 이웃한 다른 전지 모듈(100t)의 연결 부재(600)의 일측을 지나갈 수 있다. 즉, 적어도 2개의 전지 모듈(100t)들이 냉각부(710)를 공유할 수 있다. 본 실시예에 따른 전지 모듈(100t)은 모듈 길이 방향으로 제1 및 제2 전지셀 적층체가 배치되는 형태를 갖기 때문에 전지셀들의 적층 방향을 따라 배치된 전지 모듈(100t)들 간의 냉각부(710) 공유 형태가 가능하다.
상술한 바 대로, 냉각부(710)는 일 방향을 따라 연장되는 제1 냉각부(711) 및 제2 냉각부(712)를 포함할 수 있고, 제1 냉각부(711)와 제2 냉각부(712)가 연장되는 상기 일 방향은, 전지셀들이 적층되는 적층 방향과 평행한 방향일 수 있다. 적어도 2개의 전지 모듈(100t)들이 제1 냉각부(711)와 제2 냉각부(712)를 공유할 수 있다.
이 때, 전지 모듈(100t)을 기준으로, 유입부(720)와 배출부(730)가 같은 편에 위치할 수 있고, 연결부(740)는 유입부(720) 및 배출부(730)와 반대 편에 위치할 수 있다. 이에 따라, 유입부(720)와 배출부(730)와 연결되는 냉매 순환 시스템(미도시)을 전지팩(1000)의 어느 한쪽에만 마련하면 되기 때문에, 전지팩(1000) 내부의 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 냉매의 누설 우려가 있는 영역을 일 구역 인근으로 제한할 수 있다.
한편, 하나의 전지 모듈(100t)에 배치되는 제1 냉각부(711)와 제2 냉각부(712)의 개수에 제한은 없다. 특히, 전지 모듈(100t)은 모듈 길이 방향으로 제1 및 제2 전지셀 적층체가 배치되는 형태를 갖기 때문에 제1 냉각부(711)와 제2 냉각부(712)의 개수가 더 필요할 수 있다.
이하에서는 도 16을 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 자세히 설명하도록 한다. 다만, 앞서 설명한 실시예에 대한 내용과 중복되는 부분은 편의를 위해 생략하도록 한다.
도 16은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 16을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈(100s)은, 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)의 양 측면에 위치한 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(미표시)를 포함한다. 전지셀 적층체(120), 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(미표시)에 대해서는 앞서 설명한 실시예와 상호 동일 내지 유사한 구조가 적용될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 앞서 언급한 내용과 중복이므로 생략한다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100s)은, 전지셀 적층체(120)의 상부와 하부에 배치되어 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(미표시)를 연결하는 연결 부재(600)를 포함한다. 이때, 전지셀 적층체(120)의 상부와 하부에서, 연결 부재(600)는 단독으로 구비될 수 있다. 즉, 전지셀 적층체(120)의 상부에 단일의 연결 부재(600)가 위치할 수 있고, 전지셀 적층체(120)의 하부에서도 단일의 연결 부재가 위치할 수 있다. 연결 부재(600)는 y축 방향과 평행한 방향을 따라 연장되어, 일 단부는 제1 사이드 플레이트(210)와 연결되고, 타 단부는 제2 사이드 플레이트(미표시)와 연결될 수 있다. 이러한 연결 부재(600)는, 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(미표시)에 용접의 방법으로 고정될 수 있다.
즉, 앞서 설명한 실시예에서 전지셀 적층체(120)의 상부와 하부 각각에 복수의 연결 부재가 구비된 것과 달리, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100s)은 전지셀 적층체(120)의 상부와 하부 각각에 하나씩 배치되는 연결 부재(600)를 포함한다.
구체적으로 도시하지 않았으나, 히트 싱크는, 이러한 연결 부재(600)의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다. 즉, 상부 히트 싱크는, 전지셀 적층체(120)의 상부에 위치한 연결 부재(600)의 일측 또는 양측에 배치될 수 있고, 하부 히트 싱크는 전지셀 적층체(120)의 하부에 위치한 연결 부재(600)의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 전지셀 적층체(120)의 상부 영역 중 연결 부재(600)와 제1 엔드 플레이트(310) 사이 영역 및 연결 부재(600)와 제2 엔드 플레이트(320) 사이 영역에 상부 써멀 레진층(900A)이 형성될 수 있다. 이러한 상부 써멀 레진층(900A)의 위에 상부 히트 싱크(미도시)가 위치할 수 있다.
마찬가지로, 전지셀 적층체(120)의 하부 영역 중 연결 부재(600)와 제1 엔드 플레이트(310) 사이 영역 및 연결 부재(600)와 제2 엔드 플레이트(320) 사이 영역에 하부 써멀 레진층(900B)이 형성될 수 있다. 이러한 하부 써멀 레진층(900B)의 아래에 하부 히트 싱크(미도시)가 위치할 수 있다.
이하에서는, 도 17 내지 도 23을 참고하여, 본 실시예에 따른 전지 모듈의 설계 방안에 대해 설명하도록 한다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대한 모듈 강성 곡선과 전지셀 적층체의 P-D 곡선을 나타낸 그래프들이다. 도 20은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 모듈 강성 곡선의 범위를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 17 내지 도 20을 함께 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서, 전지셀(110)들이 제1 사이드 플레이트(210)에서 제2 사이드 플레이트(220)까지 일 방향을 따라 적층될 수 있다. 또한, 이웃한 전지셀(110)들 사이, 최외측의 전지셀(110)들 중 하나와 제1 사이드 플레이트(210) 사이 또는 최외측의 전지셀(110)들 중 다른 하나와 제2 사이드 플레이트(220) 사이 중 적어도 한곳에 압축 패드가 개재될 수 있다.
이 때, 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)에 기인한 모듈 강성 곡선(C1)과 전지셀(110)들이 스웰링 특성을 나타내는 전지셀 적층체(120)의 P-D(Pressure-Displacement) 곡선(C3)을 각각 산출하고, 이들을 하나의 그래프에 피팅(fitting)한다. 이후, 양 곡선들 간의 평형점(교점)을 찾는 방식으로 전지 모듈의 스웰링 거동을 예측할 수 있다.
도 17 내지 도 19에는 모듈 강성 곡선(C1, C1’, C”)과 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3) 간의 교점(P, P’, P”)들이 도시되어 있다. 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3)은, 전지셀(110)들의 스웰링에 따라 전지셀(110)의 두께가 변화함에 있어, 변화 정도에 따라 전지셀(110)들이 받는 면압(Surface pressure)의 관계를 도시한 그래프이다. 이러한 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3)은 전지셀(110)들의 EOL(End of Life) 상태에서 측정될 수 있다. 여기서, EOL이란 전지의 초기 용량(initial capacity) 대비 전지의 현재 용량의 비율이 미리 정한 비율에 도달했을 때의 상태를 지칭하는 것으로, 상기 비율은 80%일 수 있다. 즉, EOL은, 전지의 용량이 초기의 80%에 도달했을 때의 배터리 상태를 가리킬 수 있으며, 해당 전지의 수명이 종료되거나 교체가 필요한 상태에 해당할 수 있다. 한편, 모듈 강성 곡선(C1, C1’, C”)은, 전지셀(110)들이 적층되는 방향에 따른 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 사이의 폭(W)이 변화하는 정도와 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)에 가해지는 하중의 관계를 도시한 그래프이다. 전지셀(110)들이 적층되는 방향은 제1 사이드 플레이트(210)에서 제2 사이드 플레이트(220)까지의 방향에 해당하며, 이하에서 전지셀(110)들이 적층되는 방향은 폭 방향이라고 지칭한다. 또한, 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)의 폭(W)은, 상기 폭 방향에 따른 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220) 사이의 거리를 의미한다. 모듈 강성 곡선(C1)과 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3) 각각에 대해서는 아래에서 다시 자세히 설명하도록 한다.
모듈 강성 곡선(C1, C1’, C”)과 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3)의 각각에서, X축은 변형률에 해당하고 단위는 %일 수 있고, Y축은 인가되는 면압(Surface pressure)에 해당하고 단위는 MPa일 수 있다.
모듈 강성 곡선(C1, C1’, C”)과 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3) 간의 교점(P, P’, P”)들은, 전지셀 적층체(120)의 스웰링에 따른 거동과 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)의 변형에 따른 거동이 평형을 이루는 지점에 해당한다. 바꾸어 말하면, EOL(End of Life) 상태에서 특정 P-D 곡선(C3)을 보이는 전지셀 적층체(120)가 특정 모듈 강성 곡선(C1)을 보이는 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)와 연결 부재(600)가 형성하는 공간에 수납된 전지 모듈의 경우, 해당 전지 모듈은 EOL 상태에서 교점(P, P’, P”)에 해당하는 변형률과 면압을 갖는 것으로 예측할 수 있다. 즉, 해당 전지 모듈은 EOL 상태에서 폭 방향으로 교점(P, P’, P”)의 X축 값에 해당하는 만큼 변형되고, 교점(P, P’, P”)의 Y축 값에 해당하는 만큼 전지셀(110)들과 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)들이 면압을 받는다.
이 때, 도 17에 도시된 것처럼 상기 교점(P)은, 변형 한계점(x1)과 압력 한계점(y1) 내에 위치하는 것이 바람직하다. 변형 한계점(x1)은 12%이고, 압력 한계점(y1)은 0.9MPa이다. 즉, 해당 교점(P)의 X축 값이 변형 한계점(x1)인 12% 이하이고, 해당 교점(P)의 Y축 값이 압력 한계점(y1)인 0.9MPa이하인 것이 바람직하다. 즉, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, EOL 상태에서, 전지셀(110)들이 적층되는 방향의 변형률이 12% 이하이고, 전지셀(110)들에 인가되는 면압이 0.9MPa 이하일 수 있다.
도 18에 도시된 것처럼, 교점(P’)의 Y축 값이 압력 한계점(y1)을 넘어선 경우, EOL 상태에서 해당 전지 모듈의 전지셀(110)들과 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)에 압력 한계점(y1)을 넘어선 면압이 인가될 것으로 예측된다. 전지셀(110)들에 압력 한계점(y1)인 0.9MPa를 넘은 압력이 인가될 경우, sudden drop과 같은 전지셀(110)들의 수명 성능 저하의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)에 압력 한계점(y1)인 0.9MPa를 넘은 압력이 인가될 경우, 항복 강도를 넘어선 면압이 인가되어 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)이 손상 및 변형될 수 있다.
도 19에 도시된 것처럼, 교점(P”)의 X축 값이 변형 한계점(x1)을 넘어선 경우, EOL 상태에서 해당 전지 모듈이 폭 방향으로 변형 한계점(x1)보다 더 변형될 것으로 예측된다. 이는, 전지셀(110)들의 팽창에 따른 두께 변화가 과도하게 허용되는 것을 의미하고, 전지셀(110)내에서 전극 리드와 탭 간의 단선, 전지셀(110)의 파우치형 전지 케이스에 크랙 발생 등의 문제를 일으킬 수 있다. 또한, 변형 한계점(x1)인 12% 보다 더 전지 모듈이 변형될 것으로 예측되기 때문에 전지팩 내부에서 전지 모듈이 차지하는 공간이 과도하게 증가되고, 이는 전지 모듈과 전지팩의 에너지 밀도가 저하되는 것에 원인이 된다.
한편, 도 20을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈의 경우, 모듈 강성 곡선(C1)이, 0.00417 이상 및 0.225 이하의 기울기(MPa/%)의 기울기 범위에서 산출될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지 모듈의 모듈 강성 곡선(C1)이, 기울기(Sb) 값이 0.00417 MPa/%인 하한 모듈 강성 곡선(C1b)과, 기울기(Sa) 값이 0.225 MPa/%인 상한 모듈 강성 곡선(C1a) 사이의 범위에 형성될 수 있다. 모듈 강성 곡선(C1)과 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3) 간의 교점(P)이 변형 한계점(x1)과 압력 한계점(y1) 내의 범위에 위치하기 위해서, 모듈 강성 곡선(C1)이, 0.00417 이상 및 0.225 이하의 기울기(MPa/%) 범위에서 산출되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 모듈 강성 곡선(C1)에 대해 구체적으로 설명하도록 한다. 모듈 강성 곡선(C1)은, 상술한 것처럼, 전지셀(110)들이 적층되는 방향에 따른 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 사이의 폭이 변화하는 정도와 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)에 가해지는 하중의 관계를 도시한 그래프이다. 모듈 강성 곡선(C1)의 관점에서 X축은 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 사이의 폭 방향을 따른 변형률(%)에 해당한다. 상기 변형률은, 변형되기 전의 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 사이의 폭 대비, 폭 방향을 따라 변형된 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 사이의 폭을 토대로 계산될 수 있다. 예를 들어, 변형되기 전의 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 사이의 폭 대비, 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 사이의 폭이 변형된 정도의 비율로 상기 변형률이 계산될 수 있다. 모듈 강성 곡선(C1)의 관점에서 Y축은, 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)의 변형률에 따라 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)에 인가되는 면압(MPa)에 해당할 수 있다.
모듈 강성 곡선(C1)을 산출하기 위해 우선 프레임 강성 곡선을 산출할 수 있다. 프레임 강성 곡선은, 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)의 변형률과 모듈 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)에 인가되는 면압의 관계에 대한 그래프이다. 이러한 프레임 강성 곡선은, 수회의 실제 테스트 또는 시뮬레이션을 통해 얻을 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(600)로 연결된 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220)에 실제 힘을 인가하고 이에 따른 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 간의 폭 방향 변형 정도를 측정하는데, 인가되는 힘을 변화시켜가면서 반복 수행함으로써 프레임 강성 곡선을 도출해낼 수 있다. 이러한 프레임 강성 곡선에 압축 패드에 따른 영향을 고려하여 모듈 강성 곡선(C1)이 도출될 수 있다. 구체적으로, 압축 패드에 인가되는 면압 대비 압축 패드가 압축되는 정도 및 압축 패드의 개수를 프레임 강성 곡선에 반영하여 최종적으로 모듈 강성 곡선(C1)이 도출될 수 있다.
이하에서는 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3)에 대해 자세히 설명하도록 한다. 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3)은, 상술한 것처럼, 스웰링에 따라 전지셀(110)의 두께가 변화함에 있어, 변화 정도에 따라 전지셀(110)들이 받는 면압의 관계를 도시한 그래프이다. 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3)의 관점에서, X축은, 전지셀 적층체(120)의 폭 방향에 따른 변형률(%)에 해당할 수 있고, Y축은 전지셀 적층체(120)에 포함되는 전지셀(110)들에 인가되는 면압(MPa)에 해당할 수 있다.
이하에서는 도 21 및 도 22를 참고하여, 이러한 전지셀 적층체의 P-D 곡선(C3)을 산출하는 과정에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 21은 단일의 전지셀에 대한 P-D 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 21을 참고하면, 단일의 전지셀(110)의 충, 방전 싸이클에 따른 두께 변화량과 면압을 측정할 수 있다. 구체적으로, 두께 변화가 제한되는 고정 지그 내에 단일의 전지셀(110)을 위치시킨 뒤 충, 방전 싸이클을 반복한다. 이후, 해당 고정 지그에 배치된 로드셀을 통해 a0의 면압 값을 측정한다. 측정된 a0는 Y축 상의 P0로 표시된다. 다음 스프링 등에 의해 두께 변화가 가능한 가변 지그 내에 단일의 전지셀(110)을 위치시킨 뒤, 충, 방전 싸이클을 반복한다. 이후, 해당 가변 지그에 배치된 로드셀을 통해 a1의 면압 값을 측정하고, 전지셀(110)의 증가된 두께를 측정하여 b1의 두께 변형률을 계산한다. 해당 a1과 b1은 P1 지점으로 표시된다. 가변 지그의 스프링 상수를 달리하고 상기 측정 과정을 반복하여 a2, a3, a4의 면압 값들과 b2, b3, b4의 변형률 값들 각각 측정한다. 이러한 값들을 바탕으로 좌표 점 P2, P3, P4를 표시하고, 하나의 곡선 C2를 도출할 수 있다. 그리고, 이와 같이 도출된 곡선(C2)이 단일의 전지셀의 P-D(Pressure-Displacement) 곡선에 해당한다.
도 22는, 단일의 전지셀에 대한 P-D 곡선과 전지셀 적층체의 P-D 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 21과 도 22를 함께 참고하면, 도 21에서 설명한 과정을 통해 얻어진 단일의 전지셀의 P-D 곡선(C2)에, 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)들의 개수를 반영하여 전지셀 적층체(120)의 P-D 곡선(C3)를 얻을 수 있다. 전지셀(110)들의 개수가 많아질수록 변형 정도에 따라 요구되는 면압이 증가하기 때문에 전지셀 적층체(120)의 P-D 곡선(C3)은 단일의 전지셀의 P-D 곡선(C2)에 비해 당연히 위쪽 부분에 위치하게 된다.
도 23은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4에 대한 모듈 강성 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 23을 참고하면, 실시예 1 내지 4 각각의 모듈 강성 곡선이 도시되어 있다. 전지셀 적층체의 P-D 곡선들은 도시되어 있지 않으나, 실시예 1 내지 4 각각의 모듈 강성 곡선이, 실시예 1 내지 4 각각의 전지셀 적층체의 P-D 곡선과 만나는 평형점(교점)은 표시가 되어 있다.
상술한 방식에 따라 예측되는 전지 모듈의 스웰링 거동을 살펴보면, EOL 상태에서 실시예 1의 전지 모듈은, 5.4% 만큼 폭 방향으로 변형되고, 내부의 전지셀들과 제1 및 제2 사이드 플레이트들은 0.8MPa의 면압을 받을 것으로 예측된다. 또한, EOL 상태에서 실시예 2의 전지 모듈은, 6.7% 만큼 폭 방향으로 변형되고, 내부의 전지셀들과 제1 및 제2 사이드 플레이트들은 0.71MPa의 면압을 받을 것으로 예측된다. 또한, EOL 상태에서 실시예 3의 전지 모듈은, 6.1% 만큼 폭 방향으로 변형되고, 내부의 전지셀들과 제1 및 제2 사이드 플레이트들은 0.29MPa의 면압을 받을 것으로 예측된다. 마지막으로, EOL 상태에서 실시예 4의 전지 모듈은, 9.3% 만큼 폭 방향으로 변형되고, 내부의 전지셀들과 제1 및 제2 사이드 플레이트들은 0.44MPa 만큼 면압을 받을 것으로 예측된다.
실시예 1 내지 4의 전지 모듈 모두, EOL(End of Life) 상태에서, 전지셀들이 적층되는 방향의 변형률이 12% 이하이고, 상기 전지셀들에 인가되는 면압이 0.9MPa 이하이다. 또한, 실시예 1 내지 4의 전지 모듈은, 모듈 강성 곡선이, 0.00417 이상 및 0.225 이하의 기울기(MPa/%) 범위에서 산출된다. 즉, 실시예 1 내지 4의 전지 모듈의 모듈 강성 곡선은, 기울기(Sb) 값이 0.00417 MPa/%인 하한 모듈 강성 곡선(C1b)과, 기울기(Sa) 값이 0.225 MPa/%인 상한 모듈 강성 곡선(C1a) 사이의 범위에 형성될 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), BDU(Battery Disconnect Unit), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단이나 ESS(Energy Storage System)에 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, 100t, 100s: 전지 모듈
110: 전지셀
210: 제1 사이드 플레이트
220: 제2 사이드 플레이트
600: 연결 부재
700A: 상부 히트 싱크
700B: 하부 히트 싱크
1000: 전지팩
1100: 팩 트레이

Claims (22)

  1. 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 양 측면에 위치한 제1 및 제2 사이드 플레이트들 및 상기 전지셀 적층체의 상부와 하부에 배치되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트를 연결하는 연결 부재를 포함하는 전지 모듈;
    상기 전지 모듈을 수납하는 팩 트레이; 및
    내부에 냉매가 흐르는 적어도 하나의 냉각부를 포함하는 히트 싱크를 포함하고,
    상기 히트 싱크는, 상기 전지 모듈의 상부에 위치하는 상부 히트 싱크 또는상기 전지 모듈의 하부에 위치하는 하부 히트 싱크 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 사이드 플레이트는 상기 팩 트레이에 고정되고,
    상기 상부 히트 싱크의 상기 냉각부는, 상기 전지 모듈의 상부에서 상기 연결 부재의 일측에 위치하고, 상기 하부 히트 싱크의 상기 냉각부는, 상기 전지 모듈의 하부에서 상기 연결 부재의 일측에 위치하는 전지팩.
  2. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에서, 상기 연결 부재는 복수로 구비되고,
    상기 연결 부재들은 상기 전지셀들이 적층되는 적층 방향과 수직한 방향을 따라 서로 이격되어 위치하는 전지팩.
  3. 제2항에서,
    상기 냉각부는, 서로 이격된 상기 연결 부재들 사이의 공간에 배치되는 전지팩.
  4. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에서, 상기 연결 부재는 단독으로 구비되는 전지팩.
  5. 제1항에서,
    상기 전지 모듈은 복수로 구성되고,
    적어도 2개의 전지 모듈들은, 상기 전지셀들이 적층되는 적층 방향을 따라 배치되는 전지팩.
  6. 제5항에서,
    상기 냉각부는, 어느 한 전지 모듈의 상기 연결 부재의 일측을 지나쳐, 상기 어느 한 전지 모듈과 이웃한 다른 전지 모듈의 상기 연결 부재의 일측을 지나가는 전지팩.
  7. 제1항에서,
    상기 냉각부는, 일 방향을 따라 연장되는 제1 냉각부 및 제2 냉각부를 포함하고,
    상기 상부 히트 싱크 및 상기 하부 히트 싱크 각각은, 상기 제1 냉각부와 연결되고 냉매가 유입되는 유입부, 상기 제2 냉각부와 연결되고 냉매가 배출되는 배출부 및 상기 제1 냉각부와 상기 제2 냉각부를 연결하는 연결부를 더 포함하는 전지팩.
  8. 제7항에서,
    상기 냉매는, 상기 유입부, 상기 제1 냉각부, 상기 연결부, 상기 제2 냉각부 및 상기 배출부를 따라 흐르며, 순환 구조를 형성하는 전지팩.
  9. 제7항에서,
    상기 일 방향은, 상기 전지셀들이 적층되는 적층 방향과 평행한 방향인 전지팩.
  10. 제7항에서,
    상기 전지 모듈을 기준으로, 상기 유입부와 상기 배출부가 같은 편에 위치하고, 상기 연결부는 상기 유입부 및 상기 배출부와 반대 편에 위치하는 전지팩.
  11. 제1항에서,
    상기 전지 모듈은, 상기 냉각부와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치한 써멀 레진층을 더 포함하는 전지팩.
  12. 제11항에서,
    상기 써멀 레진층은, 상기 상부 히트 싱크의 상기 냉각부와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치한 상부 써멀 레진층 또는 상기 하부 히트 싱크의 상기 냉각부와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치한 하부 써멀 레진층 중 적어도 하나를 포함하는 전지팩.
  13. 제1항에서,
    상기 제1 및 제2 사이드 플레이트 각각은, 상기 전지셀 적층체의 최외측 전지셀을 지지하며 상기 팩 트레이의 바닥부와 수직한 형태로 배치되는 지지부 및 상기 지지부의 일면과 수직한 방향으로 돌출되는 고정부를 포함하고,
    상기 고정부가 상기 팩 트레이에 고정되는 전지팩.
  14. 제13항에서,
    상기 팩 트레이는, 상기 팩 트레이의 상기 바닥부의 상면에 배치된 마운팅 빔을 포함하고,
    상기 고정부가 상기 마운팅 빔에 고정되는 전지팩.
  15. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체는, 제1 전지셀 적층체 및 제2 전지셀 적층체를 포함하고,
    상기 제1 전지셀 적층체와 상기 제2 전지셀 적층체는, 상기 전지셀들이 적층되는 적층 방향과 수직한 방향을 따라 이격되어 배치되는 전지팩.
  16. 제15항에서,
    상기 제1 사이드 플레이트는, 상기 제1 전지셀 적층체의 일 측면과 상기 제2 전지셀 적층체의 일 측면을 모두 커버하도록 연장되고
    상기 제2 사이드 플레이트는, 상기 제1 전지셀 적층체의 타 측면과 상기 제2 전지셀 적층체의 타 측면을 모두 커버하도록 연장되는 전지팩.
  17. 제15항에서,
    상기 제1 전지셀 적층체와 상기 제2 전지셀 적층체 사이에 위치한 절연 플레이트를 더 포함하는 전지팩.
  18. 제15항에서,
    상기 상부 히트 싱크와 상기 하부 히트 싱크는, 각각 복수의 냉각부들을 포함하고,
    상기 상부 히트 싱크의 상기 냉각부들은, 상기 제1 전지셀 적층체의 상부와 상기 제2 전지셀 적층체의 상부에서 상기 연결 부재의 일측 또는 양측에 배치되며,
    상기 하부 히트 싱크의 상기 냉각부들은, 상기 제1 전지셀 적층체의 하부와 상기 제2 전지셀 적층체의 하부에서 상기 연결 부재의 일측 또는 양측에 배치되는 전지팩.
  19. 제1항에서,
    상기 전지셀들이 상기 제1 사이드 플레이트에서 상기 제2 사이드 플레이트까지 일 방향을 따라 적층되고,
    이웃한 상기 전지셀들 사이, 최외측의 상기 전지셀들 중 하나와 상기 제1 사이드 플레이트 사이 또는 최외측의 상기 전지셀들 중 다른 하나와 상기 제2 사이드 플레이트 사이 중 적어도 한곳에 압축 패드가 개재되며,
    EOL(End of Life) 상태에서, 상기 전지셀들이 적층되는 방향의 변형률이 12% 이하이고, 상기 전지셀들에 인가되는 면압이 0.9MPa 이하인 전지팩
  20. 제19항에서,
    상기 전지 모듈의 모듈 강성 곡선이, 0.00417 이상 및 0.225 이하의 기울기(MPa/%) 범위에서 산출되고,
    상기 전지 모듈의 모듈 강성 곡선은, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 변형률과 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 인가되는 면압 간의 관계에 대응하는 전지팩.
  21. 제1항에서,
    상기 전지 모듈의 모듈 강성 곡선은, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 프레임 강성 곡선에, 상기 압축 패드에 인가되는 면압 대비 상기 압축 패드가 압축되는 정도 및 상기 압축 패드의 개수를 반영하여 도출되는 전지팩.
  22. 제1항에 따른 전지팩을 적어도 하나 포함하는 디바이스.
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