WO2025178331A1 - 전지셀 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지셀 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 팩

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WO2025178331A1
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cell stack
assembly
battery
frame member
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이정훈
엄태기
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LG Energy Solution Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell assembly and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery cell assembly and a battery pack including the same, which have improved cooling efficiency and safety, suppress displacement with respect to the central portion of a frame member, and simplify the fixing structure of a battery cell stack within a frame member.
  • Secondary batteries are attracting much attention not only as an energy source for mobile devices such as cell phones, digital cameras, and laptops, but also as a power source for power devices such as electric bicycles, electric cars, and hybrid electric vehicles.
  • the battery cells that make up these medium- to large-sized battery modules are composed of rechargeable secondary batteries. Therefore, these high-output, large-capacity secondary batteries generate a large amount of heat during the charging and discharging process. In this case, the heat from multiple battery cells accumulates in a small space, which can cause the temperature to rise rapidly and severely.
  • battery modules with multiple battery cells stacked on top of each other and battery packs equipped with such battery modules can achieve high output, but it is difficult to remove the heat generated from the battery cells during charging and discharging. If the heat dissipation of the battery cells is not properly performed, the deterioration of the battery cells will be accelerated, shortening their lifespan and increasing the risk of explosion or fire.
  • battery modules included in vehicle battery packs are frequently exposed to direct sunlight and may be subjected to high-temperature conditions, such as summer or desert environments. Furthermore, because multiple battery modules are densely packed together to increase vehicle range, flames or heat generated in one battery module can easily spread to neighboring modules, ultimately leading to ignition or explosion of the battery pack itself.
  • the battery pack is composed of a structure in which multiple battery modules are combined, it is heavy and unsuitable for loading multiple batteries into a vehicle such as an automobile, so there is a need to improve the energy density.
  • Fig. 1 is a perspective view showing a conventional battery pack.
  • Fig. 2 is an exploded perspective view of the battery pack of Fig. 1.
  • a conventional battery pack (10) includes a lower pack frame (11) on which a plurality of battery modules (1) are mounted, an upper pack frame (12) positioned above the battery modules (1), and an internal beam (13) that defines a location where the battery modules (1) are mounted within the battery pack (10).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross-section of one of the battery modules included in the battery pack of FIG. 2.
  • a conventional battery module (1) includes a battery cell stack (3) including battery cells (2) stacked in a preset direction, and a module frame (4) that accommodates the battery cell stack (3), and the battery cell stack (3) is fixedly positioned on a thermally conductive resin layer (5) positioned on the lower surface of the module frame (4).
  • a heat sink (6) positioned below the bottom of the module frame (4) may be provided to cool the heat generated in the battery cell stack (3).
  • the heat sink (6) has a disadvantage in that its cooling efficiency is not very high because it does not directly contact the battery cell stack (3) and receives heat.
  • an air gap may be formed between the bottom of the module frame (4) and the thermally conductive resin layer (5), which is a factor that hinders heat transfer.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery cell assembly and a battery pack including the same, which improves cooling efficiency and thus enhances cooling performance, suppresses displacement of the central portion of a frame member, and further simplifies the fixing structure of a battery cell stack within a frame member.
  • a battery cell assembly comprises: a battery cell stack including a first battery cell stack and a second battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked; a frame member accommodating the battery cell stack; and an inlet and an outlet for circulating a coolant into the interior of the frame member, wherein the coolant flows into the interior of the frame member through the inlet and is discharged through the outlet, and the frame member includes an intermediate plate disposed between the first battery cell stack and the second battery cell stack, and the intermediate plate has at least one opening formed therein through which the coolant passes.
  • An adhesive layer is formed on each of the front and back surfaces of the intermediate plate, and the first battery cell stack and the second battery cell stack can be fixed to the inside of the frame member through the adhesive layer.
  • a first busbar assembly is disposed on each of the front and rear surfaces of the first battery cell stack, and a second busbar assembly is disposed on each of the front and rear surfaces of the second battery cell stack, and the first busbar assembly and the second busbar assembly facing the intermediate plate may each be in contact with the adhesive layer.
  • the above intermediate plate may be integrated with the frame member.
  • the above intermediate plate may be formed at the center of the frame member.
  • the at least one opening may be formed in the center of the intermediate plate.
  • the above adhesive layer is made of an adhesive composition having insulating properties, and the adhesive composition may include epoxy resin or polyurethane.
  • the inlet and the outlet may be positioned on opposite sides, the first battery cell stack may be positioned between the inlet and the intermediate plate, and the second battery cell stack may be positioned between the outlet and the intermediate plate.
  • the inlet may be positioned lower than the center based on the height of the battery cell stack, and the outlet may be positioned higher than the center based on the height of the battery cell stack.
  • the frame member may further include a first sealing assembly and a second sealing assembly covering each of the open sides, wherein the inlet may be formed in the first sealing assembly and the outlet may be formed in the second sealing assembly.
  • the inlet may be positioned lower than the center based on the height of the first sealing assembly, and the outlet may be positioned higher than the center based on the height of the second sealing assembly.
  • the above battery cell includes electrode leads protruding in both directions, and when the direction between the electrode leads is referred to as the longitudinal direction, the first sealing assembly, the first battery cell stack, the intermediate plate, the second battery cell stack, and the second sealing assembly may be sequentially positioned along the longitudinal direction.
  • the middle plate is positioned within the frame member to effectively suppress the displacement of the central portion of the battery cell assembly, the structure of fixing the battery cell stack within the frame member can be further simplified as the battery cell stack is fixed to the adhesive layer formed on the middle plate.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross-section of one of the battery modules included in the battery pack of FIG. 2.
  • Figure 4 is a perspective view of a battery cell assembly according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a frame member included in the battery cell assembly of FIG. 5.
  • Fig. 7 is a cross-sectional view taken along the a-a’ axis of Fig. 6, showing the middle plate located inside the frame member of Fig. 5.
  • Fig. 8 is a cross-sectional view showing an adhesive layer formed on one surface of the middle plate of Fig. 7.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a battery cell stack, a first busbar assembly, and a second busbar assembly included in the battery cell assembly of FIG. 5.
  • FIG. 10 is a plan view showing one of the battery cells included in the battery cell stack of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a first battery cell stack and a first bus bar assembly included in the battery cell assembly of FIG. 5.
  • Figure 12 is an exploded perspective view of the first battery cell stack and the first bus bar assembly of Figure 11.
  • Fig. 13 is a perspective view showing a battery cell stack of Fig. 9, with side plates further arranged on the first busbar assembly and the second busbar assembly.
  • a battery cell assembly (100) includes a battery cell stack (120) including a first battery cell stack (120a) and a second battery cell stack (120b); a module frame (200) that accommodates the battery cell stack (120); and an inlet (421) and an outlet (461) for circulating a coolant into the interior of the frame member (200).
  • the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) are formed by stacking a plurality of battery cells (110).
  • the coolant, inlet (421), and outlet (461) will be described later.
  • the structure of the frame member (200) may vary.
  • the structure of the frame member (200) may be a monoframe structure.
  • the monoframe may have an integrated upper surface, lower surface, and both sides.
  • the monoframe may be manufactured by injection molding.
  • the frame member (200) may be open on both sides. More specifically, the frame member (200) may be provided in an open form along the longitudinal direction of the battery cell (110). In this case, the front and rear sides of the battery cell stack (120) may not be covered by the frame member (200). The front and rear sides of the battery cell stack (120) may be covered by the first and second bus bar assemblies (300a, 300b), the sealing assembly (400), or the end plate (500) described below, through which the front and rear sides of the battery cell stack (120) may be protected from external physical impacts, etc.
  • the intermediate plate (201) may be positioned between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) within the frame member (200). That is, the intermediate plate (201) may partition between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) within the frame member (200). In other words, the intermediate plate (201) may be formed at the center of the frame member (200).
  • the intermediate plate (201) is integrated into the inside of the frame member (200), there is no need to additionally insert a separate plate to partition between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b), thereby providing advantages such as simplified assembly and reduced cost.
  • the middle plate (201) can supplement the rigidity of the central portion of the frame member (200), thereby suppressing displacement due to internal hydraulic pressure generated by insulating oil circulating inside the frame member (200).
  • the battery cell assembly (100) since the battery cell assembly (100) according to the present embodiment has a structure in which a plurality of battery cell stacks (120a, 120b) are arranged along the longitudinal direction of the battery cell assembly (100), as the length of the battery cell assembly (100) becomes relatively longer, the amount of displacement in the central portion of the battery cell assembly (100) may also relatively increase.
  • the battery cell assembly (100) of the present embodiment has a structure in which the middle plate (201) is integrated into the central portion of the frame member (200), and thus, while not requiring additional space to place a separate component for suppressing displacement in the central portion of the battery cell assembly (100), it is possible to suppress the increased displacement in the central portion of the battery cell assembly (100), and effectively prevent damage to components and leakage of insulating oil due to the increased displacement.
  • the intermediate plate (201) is manufactured to be integrated into the frame member (200) by the injection molding method as described above, so that the intermediate plate (201) can have sufficient rigidity while also having insulation properties on its own.
  • the battery cell assembly (100) has an intermediate plate (201) positioned between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b), so that electrical insulation and creepage distance can be secured between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b), or between the first busbar assembly (300a, FIG. 9) and the second busbar assembly (300b, FIG. 9).
  • the battery cell assembly (100) according to the present embodiment does not include a separate through hole for electrical connection between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) in the middle plate (201), and there may be no electrical connection between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b). That is, in the battery cell assembly (100) according to the present embodiment, the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) may be individually electrically connected to external electrical components.
  • the HV connection and LV connection in the first battery cell stack (120a) can be formed independently of the second battery cell stack (120b), and similarly, the HV connection and LV connection in the second battery cell stack (120b) can be formed independently of the first battery cell stack (120a).
  • an adhesive layer (205) may be formed on each of the front and back surfaces of the intermediate plate (201).
  • the adhesive layer (205) may be formed on the entire front and back surfaces of the intermediate plate (201). More specifically, the adhesive layer (205) may be formed on the entire surface of the intermediate plate (201) except for the opening (201h) described below.
  • the adhesive layer (205) may be formed of an adhesive composition having insulating properties.
  • the adhesive layer (205) may be formed of a composition including an epoxy resin or polyurethane (PUR, PU).
  • an adhesive layer (205) having insulation is formed on the front and rear surfaces of the intermediate plate (201), so that electrical insulation and creepage distance can be additionally secured between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b), or between the first bus bar assembly (300a, FIG. 9) and the second bus bar assembly (300b, FIG. 9).
  • the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) may be fixed to the inside of the frame member (200) via an adhesive layer (205), respectively.
  • a first bus bar assembly (300a, FIG. 9) may be arranged on the front and back surfaces of the first battery cell stack (120a), respectively
  • a second bus bar assembly (300b, FIG. 9) may be arranged on the front and back surfaces of the second battery cell stack (120b), respectively.
  • the first bus bar assembly (300a) and the second bus bar assembly (300b) facing the middle plate (201) may be in contact with the adhesive layer (205), respectively.
  • the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) can be stably fixed inside the frame member (200), and since there is no need to include a separate bolting joint or other joint structure for fixing the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) inside the frame member (200), it can have advantages such as simplified assembly and reduced cost.
  • Fig. 9 is a perspective view showing a battery cell stack, a first busbar assembly, and a second busbar assembly included in the battery cell assembly of Fig. 5.
  • Fig. 10 is a plan view showing one of the battery cells included in the battery cell stack of Fig. 9.
  • the battery cell (110) is a pouch-type battery cell and may include electrode leads (130) protruding in both directions.
  • This pouch-type battery cell may be formed by housing 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.
  • This battery cell (110) may have a rectangular sheet structure.
  • the battery cell (110) according to the present embodiment has a structure in which two electrode leads (130) protrude from one end (114a) and the other end (114b) of the battery body (113), respectively.
  • the electrode leads (130) may protrude in opposite directions, and one of these electrode leads (130) may be a positive electrode lead and the other may be a negative electrode lead.
  • the direction between the electrode leads (130) protruding in both directions of the battery cell (110) is referred to as the longitudinal direction of the battery cell (110).
  • a direction parallel to the x-axis may correspond to the longitudinal direction of the battery cell (110).
  • the battery cell (110) can be manufactured by accommodating an electrode assembly (not shown) in the battery case (114) and bonding the two ends (114a, 114b) of the battery case (114) and one side (114c) connecting them.
  • the battery cell (110) according to one embodiment of the present invention has a total of three sealing portions, and the sealing portions have a structure in which they are sealed by a method such as fusion, and the remaining other side portion can be formed as a folding portion (115).
  • the battery cells (110) may be configured in multiple units, and the multiple battery cells (110) are stacked so as to be electrically connected to each other to form a battery cell stack (120).
  • the battery cell stack (120) includes a first battery cell stack (120a) and a second battery cell stack (120b).
  • the battery cells (110) may be stacked in one direction while standing upright, with one side of the battery body (113) of the battery cells (110) facing each other. More specifically, as illustrated in FIGS. 5, 9, and 10, the battery cells (110) may be stacked in a direction from one side of the side surface of the frame member (200) to the other side while standing upright, such that one side of the battery body (113) of the battery cells (110) is parallel to the side surface of the frame member (200).
  • a plurality of battery cells (110) may be stacked along a direction parallel to the y-axis to form a first battery cell stack (120a), and in another area, a plurality of battery cells (110) may be stacked along a direction parallel to the y-axis to form a second battery cell stack (120b).
  • the battery case (114) is generally composed of a laminate structure of a resin layer/metal film layer/resin layer.
  • the surface of the battery case is composed of an O(oriented)-nylon layer
  • an adhesive material such as a pressure-sensitive adhesive such as a double-sided tape or a chemical adhesive that is bonded by a chemical reaction during bonding may be attached to the surface of the battery case to form a first battery cell laminate (120a) and a second battery cell laminate (120b).
  • the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) are arranged along a direction perpendicular to the direction in which the battery cells (110) in the first battery cell stack (120a) or the second battery cell stack (120b) are stacked.
  • the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) may be arranged along the direction in which the electrode leads (130) protrude based on the battery cells (110). That is, the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) are arranged along the longitudinal direction of the battery cells (110). For example, as illustrated in FIG.
  • the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) can be positioned along a direction parallel to the x-axis.
  • the battery cell assembly (100) may include first busbar assemblies (300a) positioned on the front and rear surfaces of the first battery cell stack (120a), respectively, and second busbar assemblies (300b) positioned on the front and rear surfaces of the second battery cell stack (120b), respectively.
  • the first busbar assemblies (300a) may be positioned in the direction in which the electrode leads (130) of the battery cells (110) included in the first battery cell stack (120a) protrude.
  • the second busbar assemblies (300b) may be positioned in the direction in which the electrode leads (130) of the battery cells (110) included in the second battery cell stack (120b) protrude.
  • the first busbar assembly (300a) and the second busbar assembly (300b) may each include a busbar frame, a busbar, and a terminal busbar, which will be described later.
  • the battery cell assembly (100) may include a sealing assembly (400).
  • the sealing assembly (400) may be formed to be positioned on both open sides of the frame member (200) and cover the battery cell stack (120).
  • the sealing assembly (400) positioned on one open side of the frame member (200) may be a first sealing assembly (410), and the sealing assembly (400) positioned on the other open side of the frame member (200) may be a second sealing assembly (450). That is, the battery cell assembly (100) according to the present embodiment may further include a first sealing assembly (410) and a second sealing assembly (450) that cover both open sides of the frame member (200), respectively.
  • the sealing assembly (400) can isolate the open sides of the frame member (200) from the external environment. Specifically, the sealing assembly (400) can perform a function of sealing the inside of the frame member (200) to prevent the refrigerant from leaking to the outside when the refrigerant is injected into the inside of the frame member (200).
  • the battery cell assembly (100) may include an end plate (500).
  • the end plate (500) may be formed to be positioned on both open sides of the frame member (200) and cover the sealing assembly (400).
  • the end plate (500) positioned on one open side of the frame member (200) may be a first end plate (510), and the end plate (500) positioned on the other open side of the frame member (200) may be a second end plate (550).
  • end plates (500) can physically protect the battery cell stack (120) and other electrical components from external impact.
  • Fig. 11 is a perspective view showing a first battery cell stack and a first busbar assembly included in the battery cell assembly of Fig. 5.
  • Fig. 12 is an exploded perspective view of the first battery cell stack and the first busbar assembly of Fig. 11.
  • Fig. 13 is a perspective view showing a state in which side plates are further arranged on the battery cell stack and the first busbar assembly and the second busbar assembly of Fig. 9.
  • Fig. 14 is an exploded perspective view showing the first battery cell stack and the second battery cell stack included in the battery cell stack of Fig. 13 in a separated state.
  • the battery cell stack (120) may include a first battery cell stack (120a) and a second battery cell stack (120b) arranged along the longitudinal direction of the battery cells (110).
  • first bus bar assemblies (300a) may be positioned on each of the front and rear surfaces of the first battery cell stack (120a)
  • second bus bar assemblies (300b) may be positioned on each of the front and rear surfaces of the second battery cell stack (120b).
  • the first battery cell stack (120a) and the first bus bar assembly (300a) may be collectively referred to as a first sub-assembly (100a), and the second battery cell stack (120b) and the second bus bar assembly (300b) may be collectively referred to as a second sub-assembly (100b).
  • the battery cell assembly (100) according to the present embodiment may be one in which the first sub-assembly (100a) and the second sub-assembly (100b) are electrically coupled to each other and disposed inside the frame member (200), or may be individually mounted inside the frame member (200). That is, the battery cell assembly (100) according to the present embodiment corresponds to a twin model battery cell assembly having the first sub-assembly (100a) and the second sub-assembly (100b).
  • the first cooling fin (210a) may be positioned between a plurality of battery cells (110).
  • the first cooling fin (210a) may be positioned between two battery cells (110).
  • one first cooling fin (210a) and another adjacent first cooling fin (210a) may be positioned with two battery cells (110) interposed therebetween.
  • the first cooling fin (210a) may include a first plate (211a) that is in contact with one side of the battery cell (110).
  • the one side of the battery cell (110) may be one side of the battery body (113, FIG. 10) of the battery cell (110), which may be one side of the battery cell (110) that extends along the longitudinal direction (x-axis direction).
  • One side of the first plate (211a) can be in contact with one side of a battery cell (110) facing the one side of the first plate (211a).
  • the other side of the first plate (211a) can be in contact with one side of another adjacent battery cell (110) facing the other side of the first plate (211a).
  • an adhesive member is interposed between the side of the battery cell (110) and the first plate (211a), so that the battery cell (110) and the first plate (211a) can be adhesively fixed.
  • the adhesive member can be an insulating tape.
  • the upper surface (z-axis direction) of the first plate (211a) can be in contact with the upper surface of the frame member (200), and the lower surface of the first plate (211a) can be in contact with the lower surface of the frame member (200). Accordingly, the first cooling fin (210a) can be fixedly positioned within the frame member (200), and thereby the battery cell (110) attached to the first cooling fin (210a) can also be fixedly positioned within the frame member (200).
  • the upper and lower portions of the battery cell (110) can be positioned at a constant distance from the upper and lower surfaces of the frame member (200).
  • the battery cell (110) can be positioned at the center of the first plate (211a) and be adhesively fixed.
  • the upper and lower portions of the battery cell (110) can be positioned at a constant distance from the upper and lower surfaces of the frame member (200).
  • the heights of the battery cell (110) and the first plate (211a) refer to the lengths in the z-axis direction.
  • the first cooling fin (210a) may further include a first plate (211a) and a first protrusion (213a) protruding from one end of the first plate (211a).
  • the first cooling fin (210a) may have an L shape.
  • the first cooling fin (210a) may include a first plate (211a) having a surface corresponding to or larger than one side of the battery cell (110), and a first protrusion (213a) protruding from one end of the first plate (211a) so as to be parallel to the stacking direction (y-axis direction) of the first battery cell stack (120a).
  • the first protrusion (213a) is an area that protrudes in a direction perpendicular to the first plate (211a) and can be in contact with at least one of the upper or lower surface of the frame member (200). Specifically, one surface of the first protrusion (213a) can be positioned to face the upper or lower surface of the battery cell (110), and the other surface of the first protrusion (213a) can be in contact with the lower or upper surface of the frame member (200).
  • one side of the first protrusion (213a) may be positioned facing the lower surface of the battery cell (110), and the upper and lower surfaces of the battery cell (110) may be positioned while being adhesively fixed to the first plate (211a) at a predetermined height from the upper and lower surfaces of the frame member (200). That is, a predetermined space may be provided between one side of the first protrusion (213a) and the lower surface of the battery cell (110) and between the upper surface of the frame member (200) and the upper surface of the battery cell (110), so that a coolant, which will be described later, may move between these spaces.
  • the distance between one side of the first protrusion (213a) and the lower surface of the battery cell (110) may correspond to the distance between the upper surface of the frame member (200) and the upper surface of the battery cell (110).
  • the other surface of the first protrusion (213a) can be in contact with the bottom of the frame member (200). Specifically, the other surface of the first protrusion (213a) can be bonded and fixed while in contact with the bottom of the frame member (200), thereby allowing the first cooling fin (210a) to be fixed and positioned within the frame member (200).
  • the first cooling fin (210a) may be made of metal. Specifically, the first cooling fin (210a) may be made of a metal having high thermal conductivity. Therefore, the first cooling fin (210a) can directly receive heat generated from the battery cell (110) by charging and discharging the battery. When heat is generated, the heat is primarily cooled as it is transferred to the first cooling fin (210a) in contact with the side surface of the battery cell (110), and a coolant, which will be described later, can directly contact the upper and lower portions of the battery cell (110) to perform secondary cooling. Accordingly, direct cooling is possible even for the upper and lower portions of the battery cell, which were relatively difficult to cool in the past, thereby improving cooling efficiency.
  • the first compression pad (250a) is not limited to being located only on the outermost side of the first battery cell stack (120a), but may also be located between the battery cells (110) constituting the first battery cell stack (120a).
  • the first busbar assembly (300a) may include a first busbar frame (310a) and a first busbar (330a) mounted on the first busbar frame (310a).
  • the first busbar frame (310a) may be positioned on one surface of the first battery cell stack (120a), and may cover one surface of the first battery cell stack (120a) while simultaneously guiding the connection between the first battery cell stack (120a) and an external device.
  • the first busbar frame (310a) may be positioned on one surface and the other surface of the first battery cell stack (120a).
  • a first busbar (330a) may be mounted on the first busbar frame (310a).
  • the inner surface of the first busbar frame (310a) may face the first battery cell stack (120a), and the first busbar (330a) may be mounted on the outer surface of the first busbar frame (310a).
  • the first bus bar (330a) can be electrically connected to the first battery cell stack (120a) through the electrode lead (130) of the battery cell (110). Specifically, the electrode lead (130) of the battery cell (110) can be bent after passing through a slit formed in the first bus bar frame (310a) to be connected to the first bus bar (330a).
  • the battery cells (110) included in the first battery cell stack (120a) can be electrically connected in series or parallel by the first bus bar (330a). There is no particular limitation on the connection method between the electrode lead (130) and the first bus bar (330a), and for example, welding may be applied.
  • the first flexible printed circuit board (350a) is configured to extend in the longitudinal direction of the battery cells (110) and be mounted to sense the battery cells (110). That is, as shown in FIGS. 11 and 12, the first flexible printed circuit board (350a) is positioned on the upper surface of the first battery cell stack (120a) and senses voltage data or thermal data of the battery cells (110). In particular, the first flexible printed circuit board (350a) can be electrically connected to the first bus bar (330a) while being bent toward the first bus bar frame (310a) at one end. Accordingly, the voltage data of each battery cell (110) can be sensed and transmitted to the outside.
  • the second sub-assembly (100b) may include a second battery cell stack (120b) and a second busbar assembly (300b), and the second busbar assembly (300b) may include a second busbar frame (310b) and a second busbar (330b).
  • a second flexible printed circuit board (350b) connecting the second busbar assemblies (300b) may be provided.
  • the second busbar frame (310b) may be positioned on one surface of the second battery cell stack (120b) to cover one surface of the second battery cell stack (120b) and simultaneously guide the connection between the second battery cell stack (120b) and an external device.
  • the second busbar frame (310b) may be positioned on one surface and the other surface of the second battery cell stack (120b).
  • the components included in the second sub-assembly (100b) may have structures identical or similar to those of the components included in the first sub-assembly (100a) described above. Therefore, to avoid duplication of explanation, a detailed description of the components included in the second sub-assembly (100b) is omitted.
  • side plates (270) may be provided on both sides of the first sub-assembly (100a) and the second sub-assembly (100b), respectively.
  • the side plate (270) may be a plate extending along the length of the battery cell (110).
  • the side plate (270) may be a metal having rigidity.
  • the side plate (270) may include a first side plate (270a) provided on each of the opposite sides of the first sub-assembly (100a) and a second side plate (270b) provided on each of the opposite sides of the second sub-assembly (100b).
  • the length of the first side plate (270a) may correspond to the length of the first sub-assembly (100a)
  • the length of the second side plate (270b) may correspond to the length of the second sub-assembly (100b).
  • the first side plate (270a) can be positioned to face the outermost battery cell (110) among the battery cells (110) included in the first sub-assembly (100a), and the second side plate (270b) can be positioned to face the outermost battery cell (110) among the battery cells (110) included in the second sub-assembly (100b).
  • first side plate (270a) can be positioned facing the first compression pad (250a) included in the first sub-assembly (100a), and the second side plate (270b) can be positioned facing the second compression pad (250b) included in the second sub-assembly (100b).
  • the side plate (270) can play a role in protecting the outermost battery cells (110) or compression pads (250a, 250b) of the first sub-assembly (100a) and the second sub-assembly (100b) when the first sub-assembly (100a) and the second sub-assembly (100b) are each inserted and mounted in the frame member (200) with the middle plate (201) therebetween.
  • the battery cell assembly (100) of the present embodiment is a twin model having a first battery cell stack (120a) and a second battery cell stack (120b), and the battery cell stack (120) is longer than a typical battery cell stack, it may not be easy to assemble by inserting it into the frame member (200).
  • the side plate (270) guides the insertion of the battery cell stack (120) into the frame member (200), thereby enabling the battery cell assembly to be easily assembled without damage to the battery cells (110) and the compression pads (250a, 250b).
  • the battery cell assembly (100) includes an inlet (421) and an outlet (461) for circulating a coolant into the interior of the frame member (200).
  • the coolant is introduced into the interior of the frame member (200) through the inlet (421) and then discharged to the exterior of the battery cell assembly (100) through the outlet (461).
  • the above refrigerant can directly contact the battery cell stack (120), the first and second bus bar assemblies (300a, 300b) and other electrical components stored inside the frame member (200) and receive heat generated from them.
  • the coolant can directly cool the battery cell stack (120), the first and second bus bar assemblies (300a, 300b), and other electrical components that generate heat within the battery cell assembly (100) by directly contacting them and receiving heat therefrom. Therefore, compared to indirectly cooling the battery module (1) using a heat sink (6), etc. in a conventional battery module (1, see FIG. 3), the battery cell assembly (100) according to the present embodiment can improve cooling efficiency through direct cooling, thereby extending the life of the battery.
  • an intermediate plate (201) is placed between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b), and at least one opening (201h) through which the coolant passes is formed in the intermediate plate (201).
  • At least one opening (201h) may be formed in the center of the middle plate (201), and more specifically, at least one opening (201h) may be opened in a rectangular shape in which the upper and lower sides are longer than the two side sides. That is, the opening (201h) may be opened so as to extend along the direction in which the battery cells (110) are stacked.
  • the inlet (421) and the outlet (461) may be positioned on opposite sides.
  • the first battery cell stack (120a) may be positioned between the inlet (421) and the middle plate (201), and the second battery cell stack (120b) may be positioned between the outlet (461) and the middle plate (201).
  • the refrigerant introduced through the inlet (421) can sequentially pass through the first battery cell stack (120a), the opening (201h) of the middle plate (201), and the second battery cell stack (120b), and be discharged through the outlet (461).
  • the battery cell assembly (100) has a shape extending in the longitudinal direction, including the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b).
  • a section where the flow of the coolant stagnates may occur between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b).
  • an intermediate plate (201) having an adhesive layer (205) having electrical insulation formed on the front and back surfaces thereof is arranged between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b).
  • the intermediate plate (201) electrical insulation and creepage distance between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b) or between the first bus bar assembly (300a) and the second bus bar assembly (300b) were secured.
  • the intermediate plate (201) by designing the intermediate plate (201) so that an opening (201h) through which the coolant passes is formed in the center of the intermediate plate (201), the flow of the coolant is prevented from stagnating in the space between the first battery cell stack (120a) and the second battery cell stack (120b). In other words, the flow of the coolant is secured to increase the cooling performance.
  • the battery cell assembly (100) may include a first sealing assembly (410) and a second sealing assembly (450) that cover the open sides of the frame member (200), respectively.
  • the inlet (421) may be formed in the first sealing assembly (410), and the outlet (461) may be formed in the second sealing assembly (450).
  • the battery cell (110) is a pouch-type battery cell and may include electrode leads (130) protruding in both directions.
  • the direction between the electrode leads (130) protruding in both directions may be referred to as the longitudinal direction of the battery cell (110).
  • a direction parallel to the x-axis may correspond to the longitudinal direction of the battery cell (110).
  • the first sealing assembly (410), the first battery cell stack (120a), the middle plate (201), the second battery cell stack (120b), and the second sealing assembly (450) may be sequentially positioned.
  • the refrigerant introduced through the inlet (421) formed in the first sealing assembly (410) can sequentially pass through the first battery cell stack (120a), the opening (201h) of the middle plate (201), and the second battery cell stack (120b), and be discharged through the outlet (461) formed in the second sealing assembly (450).
  • the inlet (421) may be positioned lower than the center based on the height of the battery cell stack (120).
  • the inlet (421) may be positioned close to the lower end of the first sealing assembly (410).
  • the inlet (421) may be positioned lower than the center based on the height of the first sealing assembly (410).
  • the height of the battery cell stack (120) or the first sealing assembly (410) refers to the length in the z-axis direction in the drawing.
  • the position of the inlet (421) and the position of the outlet (461) described above can be positioned lower than the center based on the height of the battery cell stack (120), and the outlet (461) can be positioned higher than the center based on the height of the battery cell stack (120). That is, the inlet (421) can be positioned close to the lower end of the first sealing assembly (410), and the outlet (461) can be positioned close to the upper end of the second sealing assembly (450).
  • the inlet (421) is located above the center based on the height of the battery cell stack (120), there is a possibility that bubbles may form inside the coolant because the coolant flows into the inside of the battery cell assembly (100) as if it were falling from a high position. These bubbles become a factor that hinders the cooling effect.
  • the inlet (421) be positioned lower than the center based on the height of the battery cell stack (120), and the outlet (461) be positioned higher than the center based on the height of the battery cell stack (120).
  • the above-mentioned battery cell assembly or battery pack can be applied to various devices. Specifically, it can be applied to transportation vehicles such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid vehicles, as well as ESS (Energy Storage Systems), but is not limited thereto. It can also be applied to various devices that can use secondary batteries.
  • transportation vehicles such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid vehicles, as well as ESS (Energy Storage Systems), but is not limited thereto. It can also be applied to various devices that can use secondary batteries.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리는, 복수의 전지셀들이 적층된 제1 전지셀 적층체와 제2 전지셀 적층체를 포함하는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임 부재; 및 상기 프레임 부재의 내부로 냉매를 순환시키기 위한 인렛과 아웃렛을 포함하고, 상기 냉매가 상기 인렛을 통해 상기 프레임 부재 내부로 유입되고, 상기 아웃렛을 통해 배출되며, 상기 프레임 부재는 상기 제1 전지셀 적층체와 상기 제2 전지셀 적층체 사이에 배치되는 중간 플레이트를 포함하고, 상기 중간 플레이트는 상기 냉매가 통과하는 적어도 하나의 개구부가 형성되어 있다.

Description

전지셀 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2024년 2월 20일자 한국 특허 출원 제10-2024-0024297호 및 2025년 2월 14일자 한국 특허 출원 제10-2025-0019169호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지셀 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉각 효율 및 안전성이 향상되고, 프레임 부재의 중앙부에 대한 변위량을 억제하고, 프레임 부재 내 전지셀 적층체의 고정 구조를 보다 단순화시킨 전지셀 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 중대형 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 중대형 전지 모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차 전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차 전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 이 경우, 다수의 전지셀로부터 나오는 열이 좁은 공간에서 합산되어 온도가 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 다시 말해서, 다수의 전지셀이 적층된 전지 모듈들과 이러한 전지 모듈들이 장착된 전지 팩의 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 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 경우, 직사광선에 자주 노출되고, 여름철이나 사막 지역과 같은 고온 조건에 놓일 수 있다. 또한, 차량의 주행거리를 늘리기 위해 다수의 전지 모듈들을 집약적으로 배치하기 때문에 어느 하나의 전지 모듈에서 발생한 화염이나 열이 이웃한 전지 모듈로 쉽게 전파되어, 종국적으로 전지 팩 자체의 발화나 폭발로 이어질 수 있다.
또한, 전지 팩은 다수의 전지 모듈들이 조합된 구조로 이루어져 있어 무겁고, 다수의 전지를 자동차 등의 이동수단에 적재하기에 부적합하여 에너지 밀도를 향상시킬 필요가 있다.
도 1은 종래의 전지 팩을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 팩에 대한 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 전지 팩(10)은, 복수의 전지 모듈(1)이 장착되어 있는 하부 팩 프레임(11), 전지 모듈(1)의 상부에 위치하는 상부 팩 프레임(12) 및 전지 팩(10) 내에서 전지 모듈(1)이 장착되는 위치를 구획하는 내부 빔(13)을 포함한다.
이와 같이, 전지 팩(10) 내에 전지 모듈(1)이 장착되는 경우, 전지 모듈(1) 사이를 구획하는 내부 빔(13)으로 인해 전지 팩(10)의 에너지 밀도가 감소하므로, 디바이스 등에서 필요한 효율을 충족시키기 위해서는 더 많은 수의 전지 팩(10)을 구비해야 한다는 문제점이 있었다. 또한, 전지 팩(10)의 무게로 인해 디바이스에 구비될 수 있는 전지 팩(10)의 개수에 한계가 있었다. 따라서, 전지 팩(10)의 경량화와 동시에 전지 팩(10)의 에너지 밀도를 높이기 위해, 더 많은 수의 전지 모듈(1)을 전지 팩(10) 내에 장착시켜야 할 필요성이 있었다.
도 3은 도 2의 전지 팩에 포함된 전지 모듈들 중 하나의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3을 참고하면, 종래의 전지 모듈(1)은 기설정된 방향으로 적층되는 전지셀(2)을 포함한 전지셀 적층체(3), 전지셀 적층체(3)를 수납하는 모듈 프레임(4)을 포함하고, 전지셀 적층체(3)는 모듈 프레임(4)의 하면에 위치하는 열전도성 수지층(5) 상에 고정되어 위치한다. 이 경우, 전지셀 적층체(3)에서 발생되는 열을 냉각하기 위해, 모듈 프레임(4)의 바닥부 아래에 위치하는 히트 싱크(6)가 구비될 수 있다.
다만, 히트 싱크(6)는 전지셀 적층체(3)와 직접적으로 접하면서 열을 전달받는 것이 아니므로 냉각 효율이 별로 높지 않다는 단점이 있다. 특히, 모듈 프레임(4)의 바닥부와 열전도성 수지층(5) 사이에 에어갭(air gap)이 형성될 수 있고, 이는 열 전달에 방해가 되는 요인이다. 보다 효과적으로 전지 모듈(1)을 냉각해야 할 방법이 필요한 실정이다.
상기 내용들을 종합하면, 전지 모듈의 냉각 효율을 향상시키기 위한 보다 효과적인 방법이 필요하다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 냉각 효율을 개선하여 냉각 성능이 향상되고, 프레임 부재의 중앙부에 대한 변위량을 억제하고, 프레임 부재 내 전지셀 적층체의 고정 구조를 보다 단순화시킨 전지셀 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리는, 복수의 전지셀들이 적층된 제1 전지셀 적층체와 제2 전지셀 적층체를 포함하는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임 부재; 및 상기 프레임 부재의 내부로 냉매를 순환시키기 위한 인렛과 아웃렛을 포함하고, 상기 냉매가 상기 인렛을 통해 상기 프레임 부재 내부로 유입되고, 상기 아웃렛을 통해 배출되며, 상기 프레임 부재는 상기 제1 전지셀 적층체와 상기 제2 전지셀 적층체 사이에 배치되는 중간 플레이트를 포함하고, 상기 중간 플레이트는 상기 냉매가 통과하는 적어도 하나의 개구부가 형성되어 있다.
상기 중간 플레이트의 전후면에는 각각 접착층이 형성되어 있고, 상기 제1 전지셀 적층체 및 상기 제2 전지셀 적층체는 각각 상기 접착층을 통해 상기 프레임 부재 내부에 고정되어 있을 수 있다.
상기 제1 전지셀 적층체의 전후면에는 제1 버스바 조립체가 각각 배치되어 있고, 상기 제2 전지셀 적층체의 전후면에는 제2 버스바 조립체가 각각 배치되어 있고, 상기 중간 플레이트와 대면하는 상기 제1 버스바 조립체 및 상기 제2 버스바 조립체는 각각 상기 접착층에 접하고 있을 수 있다.
상기 중간 플레이트는 상기 프레임 부재와 일체화되어 있을 수 있다.
상기 중간 플레이트는 상기 프레임 부재의 중앙에 형성되어 있을 수 있다.
상기 적어도 하나의 개구부는 상기 중간 플레이트의 중앙에 형성되어 있을 수 있다.
상기 접착층은 절연성을 가지는 접착 조성물로 이루어지고, 상기 접착 조성물은 에폭시 수지 혹은 폴리우레탄을 포함할 수 있다.
상기 중간 플레이트를 기준으로, 상기 인렛과 상기 아웃렛은 서로 반대편에 위치하고, 상기 인렛과 상기 중간 플레이트 사이에 상기 제1 전지셀 적층체가 위치하고, 상기 아웃렛과 상기 중간 플레이트 사이에 상기 제2 전지셀 적층체가 위치할 수 있다.
상기 인렛를 통해 유입된 상기 냉매는, 상기 제1 전지셀 적층체, 상기 중간 플레이트의 상기 개구부 및 상기 제2 전지셀 적층체를 차례로 통과하여, 상기 아웃렛을 통해 배출될 수 있다.
상기 인렛은 상기 전지셀 적층체의 높이를 기준으로 중심부보다 아래에 위치하고, 상기 아웃렛은 상기 전지셀 적층체의 높이를 기준으로 중심부보다 위에 위치할 수 있다.
상기 제1 전지셀 적층체나 상기 제2 전지셀 적층체에서의 상기 전지셀들이 적층되는 방향과 수직한 방향을 따라, 상기 제1 전지셀 적층체와 상기 제2 전지셀 적층체가 배치될 수 있다.
상기 프레임 부재의 개방된 양 측을 각각 덮는 제1 실링 조립체와 제2 실링 조립체를 더 포함하고, 상기 인렛은 상기 제1 실링 조립체에 형성되고, 상기 아웃렛은 상기 제2 실링 조립체에 형성될 수 있다.
상기 인렛은 상기 제1 실링 조립체의 높이를 기준으로, 중심부보다 아래에 위치하고, 상기 아웃렛은 상기 제2 실링 조립체의 높이를 기준으로, 중심부보다 위에 위치할 수 있다.
상기 전지셀은 양 방향으로 돌출된 전극 리드들을 포함하고, 상기 전극 리드들 사이의 방향을 길이 방향이라 했을 때, 상기 길이 방향을 따라 상기 제1 실링 조립체, 상기 제1 전지셀 적층체, 상기 중간 플레이트, 상기 제2 전지셀 적층체 및 상기 제2 실링 조립체가 차례로 위치할 수 있다.
상기 냉매는 절연유이고, 상기 냉매가 상기 프레임 부재 내부에 수납되는 상기 전지셀 적층체와 직접 접촉할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상술한 전지셀 어셈블리를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명의 전지셀 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 팩은, 전지셀에 대한 냉매의 직접 냉각을 통해 전지셀 어셈블리 및 이를 포함하는 전지 팩의 냉각 효율을 높일 수 있다.
또한, 전지셀 어셈블리 내에서 복수의 전지셀 적층체를 길이 방향을 따라 배치함으로써 에너지 밀도를 높일 수 있고, 복수의 전지셀 적층체 사이에 개구부가 형성된 중간 프레이트를 배치하여 냉매의 유동성을 개선할 수 있다.
이와 더불어, 프레임 부재 내 중간 플레이트가 위치하여 전지셀 어셈블리의 중앙부에 대한 변위량을 효과적으로 억제하면서도, 중간 플레이트에 형성된 접착층에 전지셀 적층체가 고정됨에 따라 프레임 부재 내 전지셀 적층체의 고정 구조를 보다 단순화시킬 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 팩을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 팩에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 팩에 포함된 전지 모듈들 중 하나의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리의 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지셀 어셈블리에 대한 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지셀 어셈블리에 포함된 프레임 부재를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6의 a-a’축을 따라 자른 단면으로, 도 5의 프레임 부재 내부에 위치하는 중간 플레이트를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 중간 플레이트의 일면에 형성된 접착층을 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 5의 전지셀 어셈블리에 포함된 전지셀 적층체와 제1 버스바 조립체 및 제2 버스바 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 전지셀 적층체에 포함된 전지셀들 중 하나를 나타낸 평면도이다.
도 11은 도 5의 전지셀 어셈블리에 포함된 제1 전지셀 적층체와 제1 버스바 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 11의 제1 전지셀 적층체와 제1 버스바 조립체에 대한 분해 사시도이다.
도 13은 도 9의 전지셀 적층체와 제1 버스바 조립체 및 제2 버스바 조립체에 사이드 플레이트를 더 배치한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 14는 도 13의 전지셀 적층체에 포함된 제1 전지셀 적층체와 제2 전지셀 적층체를 분리하여 나타낸 분해 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에 대해 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리의 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지셀 어셈블리에 대한 분해 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지셀 어셈블리에 포함된 프레임 부재를 나타낸 사시도이다. 도 7은 도 6의 a-a’축을 따라 자른 단면으로, 도 5의 프레임 부재 내부에 위치하는 중간 플레이트를 나타낸 단면도이다. 도 8은 도 7의 중간 플레이트의 일면에 형성된 접착층을 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)를 포함하는 전지셀 적층체(120); 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(200); 및 프레임 부재(200)의 내부로 냉매(Coolant)를 순환시키기 위한 인렛(421)과 아웃렛(461)을 포함한다. 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)는 복수의 전지셀(110)들이 적층되어 형성된다. 상기 냉매, 인렛(421)과 아웃렛(461)에 대해서는 후술하도록 한다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 프레임 부재(200)는 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호하기 위한 것일 수 있다. 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품은 프레임 부재(200)의 내부 공간에 수용될 수 있다.
프레임 부재(200)의 구조는 다양할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레임 부재(200)의 구조는 모노 프레임의 구조일 수 있다. 여기서, 모노 프레임은 상면, 하면 및 양측면이 일체화된 형태일 수 있다. 일 예로, 모노 프레임은 사출 성형으로 제조될 수 있다.
프레임 부재(200)는 양 측이 개방된 형태일 수 있다. 보다 구체적으로, 프레임 부재(200)는 전지셀(110)의 길이 방향을 따라 개방된 형태로 제공될 수 있다. 이 경우, 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 프레임 부재(200)에 의해 가려지지 않을 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 후술하는 제1 및 제2 버스바 조립체(300a, 300b), 실링 조립체(400) 또는 엔드 플레이트(500) 등에 의해 가려질 수 있으며, 이를 통해 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 외부의 물리적 충격 등으로부터 보호될 수 있을 것이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에서, 프레임 부재(200)는 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이에 배치되는 중간 플레이트(201)를 포함할 수 있다. 중간 플레이트(201)는 냉매가 통과하는 적어도 하나의 개구부(201h)가 형성되어 있다. 중간 플레이트(201)의 개구부(201h)에 대해서는 상기 냉매, 인렛(421)과 아웃렛(461)과 함께 후술하도록 한다.
중간 플레이트(201)는 프레임 부재(200)의 내부에서 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 중간 플레이트(201)는 프레임 부재(200) 내부에서 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이를 구획할 수 있다. 다르게 말하면, 중간 플레이트(201)는 프레임 부재(200)의 중앙에 형성되어 있을 수 있다.
중간 플레이트(201)는 프레임 부재(200)와 일체화되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 중간 플레이트(201)는 프레임 부재(200)의 상면, 하면 및 양측면과 일체화된 형태일 수 있다. 즉, 중간 플레이트(201)는 프레임 부재(200)의 상면, 하면, 및 양측면과 함께 사출 성형되는 방식으로 제조될 수 있다. 일 예로, 프레임 부재(200)와 중간 플레이트(201)는 모두 레진(resin) 소재로 이루어질 수 있다. 다만, 프레임 부재(200) 및 중간 플레이트(201)의 소재가 이에 한정되는 것은 아니며, 충분한 강성을 가지면서 사출 성형 방식으로 제조될 수 있는 소재라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에서, 프레임 부재(200) 내부에 중간 플레이트(201)가 일체화되어 있어, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이를 구획하는 별도의 플레이트를 추가 삽입할 필요가 없는 점에서, 조립 간소화 및 비용 절감과 같은 이점을 가질 수 있다.
이와 더불어, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에서, 중간 플레이트(201)는 프레임 부재(200) 중앙부의 강성을 보완할 수 있어, 프레임 부재(200) 내부에 순환되는 절연유에 의해 발생되는 내부 유압에 따른 변위를 억제할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는, 전지셀 어셈블리(100)의 길이 방향을 따라 복수의 전지셀 적층체(120a, 120b)가 배치되는 구조인 점에서, 전지셀 어셈블리(100)의 길이가 상대적으로 길어지면서, 전지셀 어셈블리(100)의 중앙부에서의 변위량 또한 상대적으로 증가하게 될 수 있다.
이 때, 본 실시예의 전지셀 어셈블리(100)는, 중간 플레이트(201)가 프레임 부재(200) 중앙부에 일체화되어 있는 구조로, 전지셀 어셈블리(100)의 중앙부에 변위량 억제를 위한 별도의 구성 요소를 배치하기 위한 추가 공간이 요구되지 않으면서도, 전지셀 어셈블리(100)의 중앙부에서 증가된 변위량을 억제할 수 있고, 변위량 증가에 따른 구성 요소들의 손상 및 절연유 누수(leak)를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 중간 플레이트(201)는 상술한 바와 같이 사출 성형 방식에 따라 프레임 부재(200)에 일체화되도록 제조되어, 중간 플레이트(201)는 충분한 강성을 가지면서도 자체적으로 절연성을 가질 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는 제1 전지셀 적층체(120a) 와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이에 중간 플레이트(201)가 위치하여, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이, 또는 제1 버스바 조립체(300a, 도 9)와 제2 버스바 조립체(300b, 도 9)사이의 전기적 절연성 및 연면거리를 확보할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는 중간 플레이트(201)에 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이의 전기적 연결을 위한 별도의 관통홀을 포함하고 있지 않으며, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 간의 전기적 연결이 없을 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에서, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)가 서로 개별적으로 외부 전장품과 전기적으로 연결될 수 있다. 다르게 말하면, 본 실시예의 전지셀 어셈블리(100)에서는, 제1 전지셀 적층체(120a)에서의 HV 연결과 LV 연결이 제2 전지셀 적층체(120b)과 무관하게 형성될 수 있고, 마찬가지로 제2 전지셀 적층체(120b)에서의 HV 연결과 LV 연결이 제1 전지셀 적층체(120a)와 무관하게 형성될 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 7 및 도 8과 달리, 중간 플레이트(201)에 별도의 관통홀이 형성됨에 따라, 상기 관통홀을 통해 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이의 이러한 전기적 연결이 이루어질 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에서, 중간 플레이트(201)의 전후면에는 각각 접착층(205)이 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 접착층(205)은 중간 플레이트(201)의 전후면 전체에 형성되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 접착층(205)은 후술되는 중간 플레이트(201)의 개구부(201h)를 제외한 나머지 면 전체에 형성되어 있을 수 있다.
일 예로, 접착층(205)과 제1 전지셀 적층체(120a) 및 제2 전지셀 적층체(120b)가 각각 접착된 상태 혹은 상기 접착층(205)과 제1 버스바 조립체(300a) 및 제2 버스바 조립체(300b)가 각각 접착된 상태에서, 중간 플레이트(201)의 전후면에 형성된 접착층(205)의 두께는 0.1T 이상 내지 0.2T 이하 혹은 0.1mm 이상 내지 0.2mm 이하일 수 있다.
다만, 접착층(205)의 두께가 이에 한정되는 것은 아니며, 접착층(205)과 제1 전지셀 적층체(120a) 및 제2 전지셀 적층체(120b)가 각각 접착된 상태 혹은 상기 접착층(205)과 제1 버스바 조립체(300a) 및 제2 버스바 조립체(300b)가 각각 접착된 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 두께라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
여기서, 접착층(205)은 절연성을 가지는 접착 조성물로 이루어질 수 있다. 일 예로, 접착층(205)는 에폭시(Epoxy) 수지 혹은 폴리우레탄(polyurethane, PUR, PU)을 포함하는 조성물로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에서, 중간 플레이트(201)의 전후면에 절연성을 가지는 접착층(205)이 형성되어 있어, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이, 또는 제1 버스바 조립체(300a, 도 9)와 제2 버스바 조립체(300b, 도 9) 사이의 전기적 절연성 및 연면거리를 추가적으로 확보할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에서, 제1 전지셀 적층체(120a) 및 제2 전지셀 적층체(120b)는 각각 접착층(205)을 통해 프레임 부재(200) 내부에 고정되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 후술되는 바와 같이, 제1 전지셀 적층체(120a)의 전후면에는 제1 버스바 조립체(300a, 도 9)가 각각 배치되어 있고, 제2 전지셀 적층체(120b)의 전후면에는 제2 버스바 조립체(300b, 도 9)가 각각 배치되어 있을 수 있다. 여기서, 중간 플레이트(201)와 대면하는 제1 버스바 조립체(300a) 및 제2 버스바 조립체(300b)은 각각 접착층(205)에 접하고 있을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에서, 프레임 부재(200) 내부에서 제1 전지셀 적층체(120a) 및 제2 전지셀 적층체(120b)가 안정적으로 고정될 수 있으며, 제1 전지셀 적층체(120a) 및 제2 전지셀 적층체(120b)를 프레임 부재(200) 내부에 고정시키기 위한 별도의 볼팅 결합과 같은 결합 구조를 포함할 필요가 없는 점에서, 조립 간소화 및 비용 절감과 같은 이점을 가질 수 있다.
도 9는 도 5의 전지셀 어셈블리에 포함된 전지셀 적층체와 제1 버스바 조립체 및 제2 버스바 조립체를 나타낸 사시도이다. 도 10은 도 9의 전지셀 적층체에 포함된 전지셀들 중 하나를 나타낸 평면도이다.
도 4, 도 5, 도 9, 및 도 10을 참조하면, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀이고 양 방향으로 돌출된 전극 리드(130)들을 포함할 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 장방형의 시트 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(130)가 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 보다 구체적으로 전극 리드(130)가 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있고, 이러한 전극 리드(130)들 중 하나는 양극 리드이고 다른 하나는 음극 리드일 수 있다. 본 실시예에서, 전지셀(110)의 양 방향으로 돌출된 전극 리드(130)들 사이의 방향을 전지셀(110)의 길이 방향이라 지칭한다. 일례로, 도 9 및 도 10을 참고하면, x축과 평행한 방향이 전지셀(110)의 길이 방향에 해당할 수 있다.
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 폴딩부(115)로 이루어질 수 있다.
이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)들은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성한다. 전지셀 적층체(120)는 제1 전지셀 적층체(120a) 및 제2 전지셀 적층체(120b)를 포함한다. 특히, 전지셀(110)들이 직립한 채, 전지셀(110)의 전지 본체(113)의 일면끼리 마주하는 상태로, 전지셀(110)들이 일 방향을 따라 적층될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5, 도 9, 및 도 10에 도시된 것처럼, 전지셀(110)의 전지 본체(113)의 일면이 프레임 부재(200)의 측면부들과 평행하도록, 전지셀(110)이 직립한 채 프레임 부재(200)의 측면부들 중 하나에서 다른 하나까지의 방향으로 적층될 수 있다. 일례로, y축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)들이 적층된 모습이 도시되어 있다. 이와 같이 y축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)들이 적층될 경우, 한 전지셀(110)에서 전극 리드(130)들은 x축 방향과 -x축 방향을 따라 각각 돌출될 수 있다.
어느 한 영역에서 복수의 전지셀(110)들이 y축과 평행한 방향을 따라 적층되어 제1 전지셀 적층체(120a)를 형성하고, 다른 영역에서 복수의 전지셀(110)들이 y축과 평행한 방향을 따라 적층되어 제2 전지셀 적층체(120b)를 형성할 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 전지셀 어셈블리를 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 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)를 형성할 수 있다.
한편, 제1 전지셀 적층체(120a)나 제2 전지셀 적층체(120b)에서의 전지셀(110)들이 적층되는 방향과 수직한 방향을 따라, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)가 배치된다. 다르게 설명하면, 전지셀(110)을 기준으로 전극 리드(130)들이 돌출되는 방향을 따라 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)가 배치될 수 있다. 즉, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)는 전지셀(110)의 길이 방향을 따라 배치된다. 예를 들어, 도 10에 도시된 것처럼, 복수의 전지셀(110)들이 y축과 평행한 방향을 따라 적층되어 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)를 형성할 때, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)는 x축과 평행한 방향을 따라 위치할 수 있다.
도 5 및 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는, 제1 전지셀 적층체(120a)의 전후면 각각에 위치하는 제1 버스바 조립체(300a)들과 제2 전지셀 적층체(120b)의 전후면 각각에 위치하는 제2 버스바 조립체(300b)들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 전지셀 적층체(120a)에 포함된 전지셀(110)들의 전극 리드(130)가 돌출되는 방향에 제1 버스바 조립체(300a)들이 위치할 수 있다. 또한, 제2 전지셀 적층체(120b)에 포함된 전지셀(110)들의 전극 리드(130)가 돌출되는 방향에 제2 버스바 조립체(300b)들이 위치할 수 있다. 제1 버스바 조립체(300a)와 제2 버스바 조립체(300b)는 각각 버스바 프레임, 버스바 및 터미널 버스바를 포함할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
도 5 및 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는 실링 조립체(400)를 포함할 수 있다. 실링 조립체(400)는 프레임 부재(200)의 개방된 양 측에 위치하여 전지셀 적층체(120)를 커버하도록 형성될 수 있다. 프레임 부재(200)의 개방된 일 측에 위치하는 실링 조립체(400)는 제1 실링 조립체(410)이고, 프레임 부재(200)의 개방된 타 측에 위치하는 실링 조립체(400)는 제2 실링 조립체(450)일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는 프레임 부재(200)의 개방된 양 측을 각각 덮는 제1 실링 조립체(410)와 제2 실링 조립체(450)를 더 포함할 수 있다.
실링 조립체(400)는 프레임 부재(200)의 개방된 양 측을 외부 환경과 분리할 수 있다. 구체적으로, 실링 조립체(400)는 프레임 부재(200) 내부로 냉매가 주입되는 경우, 상기 냉매가 외부로 누액되지 않도록 밀봉하는 역할을 수행할 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는 엔드 플레이트(500)를 포함할 수 있다. 엔드 플레이트(500)는 프레임 부재(200)의 개방된 양 측에 위치하여 실링 조립체(400)를 커버하도록 형성될 수 있다. 프레임 부재(200)의 개방된 일 측에 위치하는 엔드 플레이트(500)는 제1 엔드 플레이트(510)이고, 프레임 부재(200)의 개방된 타 측에 위치하는 엔드 플레이트(500)는 제2 엔드 플레이트(550)일 수 있다.
이러한 엔드 플레이트(500)는 외부의 충격으로부터 전지셀 적층체(120) 및 기타 전장품을 물리적으로 보호할 수 있다.
이하에서는, 본 실시예의 전지셀 어셈블리(100)에 포함된 구성들에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 11은 도 5의 전지셀 어셈블리에 포함된 제1 전지셀 적층체와 제1 버스바 조립체를 나타낸 사시도이다. 도 12는 도 11의 제1 전지셀 적층체와 제1 버스바 조립체에 대한 분해 사시도이다. 도 13은 도 9의 전지셀 적층체와 제1 버스바 조립체 및 제2 버스바 조립체에 사이드 플레이트를 더 배치한 모습을 나타낸 사시도이다. 도 14는 도 13의 전지셀 적층체에 포함된 제1 전지셀 적층체와 제2 전지셀 적층체를 분리하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 5, 도 9, 도 13, 및 도 14를 함께 참고하면, 상술한 것처럼, 전지셀 적층체(120)는, 전지셀(110)의 길이 방향을 따라 배치되는 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 전지셀 적층체(120a)의 전후면 각각에 제1 버스바 조립체(300a)들이 위치할 수 있고, 제2 전지셀 적층체(120b)의 전후면 각각에 제2 버스바 조립체(300b)들이 위치할 수 있다.
이 때, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제1 버스바 조립체(300a)를 포괄하여 제1 서브 어셈블리(100a)라 지칭할 수 있고, 제2 전지셀 적층체(120b)와 제2 버스바 조립체(300b)를 포괄하여 제2 서브 어셈블리(100b)라 지칭할 수 있다. 구체적으로 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는, 프레임 부재(200) 내부에 배치된 제1 서브 어셈블리(100a) 및 제2 서브 어셈블리(100b)가 전기적으로 결합되거나, 서로 개별적으로 프레임 부재(200) 내부에 장착된 것일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는, 제1 서브 어셈블리(100a) 및 제2 서브 어셈블리(100b)를 갖는 트윈 모델의 전지셀 어셈블리에 해당한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 제1 서브 어셈블리(100a)는 제1 전지셀 적층체(120a)와 제1 버스바 조립체(300a)를 포함할 수 있다. 제1 전지셀 적층체(120a)의 전후면 각각에 제1 버스바 조립체(300a)들이 위치할 수 있다. 제1 전지셀 적층체(120a)에 포함된 전지셀(110)들의 전극 리드(130)가 돌출되는 방향에 제1 버스바 조립체(300a)들이 위치할 수 있다. 또한, 제1 버스바 조립체(300a)들과 전기적으로 연결되는 제1 연성 인쇄 회로 기판(350a, Flexible Printed Circuit Board, FPCB)이 구비될 수 있다.
제1 전지셀 적층체(120a)는 복수의 전지셀(110)들, 복수의 전지셀(110)들 사이에 위치하는 적어도 하나의 제1 쿨링 핀(210a) 및 전지셀(110)들 중 최외측에 위치하는 전지셀(110)의 일면에 구비되는 제1 압축 패드(250a)를 포함할 수 있다.
제1 쿨링 핀(210a)은 복수의 전지셀(110)들 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 쿨링 핀(210a)은 2개의 전지셀(110)들 사이에 위치할 수 있다. 구체적으로, 하나의 제1 쿨링 핀(210a)과 인접한 다른 제1 쿨링 핀(210a)은, 2개의 전지셀(110)을 사이에 두고 위치할 수 있다.
제1 쿨링 핀(210a)은 전지셀(110)의 일측면과 접하는 제1 플레이트(211a)를 포함할 수 있다. 여기서 전지셀(110)의 일측면은, 전지셀(110)의 전지 본체(113, 도 10)의 일면으로, 길이 방향(x축 방향)을 따라 연장되는 전지셀(110)의 일면일 수 있다.
제1 플레이트(211a)의 일면은, 제1 플레이트(211a)의 일면과 마주보는 전지셀(110)의 일측면과 접할 수 있다. 제1 플레이트(211a)의 타면은, 제1 플레이트(211a)의 타면과 마주보는 인접한 다른 전지셀(110)의 일면과 접할 수 있다. 이 경우, 구체적으로 도시되어 있지는 않지만, 전지셀(110)의 측면과 제1 플레이트(211a) 사이에는 접착 부재가 개재되어 있어, 전지셀(110)과 제1 플레이트(211a)는 접착 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 접착 부재는 절연 테이프일 수 있다.
제1 플레이트(211a)의 상면(z축 방향)은 프레임 부재(200)의 상면과 접촉할 수 있고, 제1 플레이트(211a)의 하면은 프레임 부재(200)의 하면과 접촉할 수 있다. 이에 의해, 제1 쿨링 핀(210a)은 프레임 부재(200) 내에서 고정되어 위치할 수 있고, 이에 의해 제1 쿨링 핀(210a)에 접착된 전지셀(110)도 프레임 부재(200) 내에서 고정되어 위치할 수 있다.
제1 플레이트(211a)의 크기가 전지셀(110)의 크기보다 큰 경우, 전지셀(110)의 상부 및 하부는 프레임 부재(200)의 상면 및 하면으로부터 일정한 간격을 가지면서 위치할 수 있다. 구체적으로, 제1 플레이트(211a)의 높이가 전지셀(110)의 높이보다 긴 경우, 전지셀(110)은 제1 플레이트(211a)의 중심부에 위치하면서 접착 고정될 수 있다. 이 경우, 전지셀(110)의 상부 및 하부는 프레임 부재(200)의 상면 및 하면으로부터 일정한 간격을 가지면서 위치할 수 있다. 여기서 전지셀(110)과 제1 플레이트(211a)의 높이는 z축 방향의 길이를 의미한다.
제1 쿨링 핀(210a)은, 제1 플레이트(211a) 및 제1 플레이트(211a)의 일단부가 돌출된 제1 돌출부(213a)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 쿨링 핀(210a)은 L 형상일 수 있다. 구체적으로, 도 9를 참고하면, 제1 쿨링 핀(210a)은 전지셀(110)의 일측면과 대응되거나 이보다 큰 면을 가지는 제1 플레이트(211a)와, 제1 플레이트(211a)의 일단부로부터 제1 전지셀 적층체(120a)의 적층 방향(y축 방향)과 평행하도록 돌출된 제1 돌출부(213a)를 포함할 수 있다.
제1 돌출부(213a)는 제1 플레이트(211a)와 수직한 방향으로 돌출된 일 영역으로, 프레임 부재(200)의 상면 또는 하면 중 적어도 하나와 접할 수 있다. 구체적으로, 제1 돌출부(213a)의 일면은 전지셀(110)의 상면 또는 하면과 마주보며 위치할 수 있고, 제1 돌출부(213a)의 타면은 프레임 부재(200)의 하면 또는 상면과 접할 수 있다.
예를 들어, 제1 돌출부(213a)의 일면은 전지셀(110)의 하면과 마주보면서 위치하고, 전지셀(110)의 상면 및 하면은 프레임 부재(200)의 상면 및 하면으로부터 일정한 높이를 가지면서 제1 플레이트(211a)와 접착 고정되어 위치할 수 있다. 즉, 제1 돌출부(213a)의 일면과 전지셀(110)의 하면 사이 및 프레임 부재(200)의 상면과 전지셀(110)의 상면 사이에는 일정한 공간이 구비될 수 있어, 후술하는 냉매가 이 사이들로 이동할 수 있다. 이 경우, 제1 돌출부(213a)의 일면과 전지셀(110)의 하면 사이의 거리는, 프레임 부재(200)의 상면과 전지셀(110)의 상면 사이의 거리와 대응될 수 있다.
제1 돌출부(213a)의 타면은 프레임 부재(200)의 바닥부와 접할 수 있다. 구체적으로, 제1 돌출부(213a)의 타면은 프레임 부재(200)의 바닥부와 접하면서 접착 고정될 수 있고, 이에 의해 제1 쿨링 핀(210a)은 프레임 부재(200) 내에서 고정되어 위치할 수 있다.
다만, 제1 쿨링 핀(210a)의 형상은 본 도면에 한정되는 것은 아니고, 평평한 판 형상일 수도 있으며, 전지셀(110)과 접하면서 전지셀(110)을 고정할 수 있다면 어떠한 형상이든 가능하다.
제1 쿨링 핀(210a)은 금속일 수 있다. 구체적으로, 제1 쿨링 핀(210a)은 열전도성이 높은 금속일 수 있다. 따라서, 제1 쿨링 핀(210a)는 전지의 충방전에 의해 전지셀(110)에서 발생하는 열을 직접적으로 전달받을 수 있다. 열이 발생하면, 전지셀(110)의 측면과 접하는 제1 쿨링 핀(210a)으로 열이 전달되면서 1차적으로 냉각되고, 후술하는 냉매가 전지셀(110)의 상부 및 하부와 직접 접촉하여 2차적으로 냉각이 수행될 수 있다. 이에 의해, 종래에 상대적으로 냉각이 용이하지 않았던 전지셀의 상부 및 하부 영역에 대하여도 직접적인 냉각이 가능하여, 냉각 효율이 향상될 수 있다.
제1 압축 패드(250a)는 제1 전지셀 적층체(120a)의 최외측에 위치할 수 있다. 이러한 제1 압축 패드(250a)는 충방전에 의해 전지셀(110)들이 스웰링되는 경우, 이를 흡수하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 제1 압축 패드(250a)는 전지셀(110)들이 스웰링되면서 프레임 부재(200)의 측면부를 밀어냄으로써 전지셀(110)의 전지 케이스(114, 도 10)가 깨지는 것을 방지하여, 전지셀 어셈블리(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
다만, 제1 압축 패드(250a)는 제1 전지셀 적층체(120a)의 최외측에만 위치하는 것으로 제한되지 않고, 제1 전지셀 적층체(120a)를 구성하는 전지셀(110)들의 사이에도 위치할 수 있다.
제1 버스바 조립체(300a)는 제1 버스바 프레임(310a) 및 제1 버스바 프레임(310a)에 장착되는 제1 버스바(330a)를 포함할 수 있다.
제1 버스바 프레임(310a)은 제1 전지셀 적층체(120a)의 일면 상에 위치하여, 제1 전지셀 적층체(120a)의 일면을 커버함과 동시에 제1 전지셀 적층체(120a)와 외부 기기와의 연결을 안내하기 위한 것일 수 있다. 제1 버스바 프레임(310a)은 제1 전지셀 적층체(120a)의 일면과 타면 상에 위치할 수 있다.
제1 버스바 프레임(310a)에는 제1 버스바(330a)가 장착될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제1 버스바 프레임(310a)의 내면은 제1 전지셀 적층체(120a)와 마주할 수 있고, 제1 버스바 프레임(310a)의 외면에는 제1 버스바(330a)가 장착될 수 있다.
제1 버스바 프레임(310a)은 전기적으로 절연인 소재를 포함할 수 있다. 제1 버스바 프레임(310a)은, 제1 버스바(330a)가 전극 리드(미도시)와 접합된 부분 외에 전지셀(110)들의 다른 부분과 접촉하는 것을 제한할 수 있으며, 전기적 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제1 버스바(330a)는 제1 버스바 프레임(310a)의 외면 상에 장착되고, 제1 전지셀 적층체(120a)에 포함된 전지셀(110)들을 전기적으로 연결하고, 제1 전지셀 적층체(120a)와 외부 기기 회로를 전기적으로 연결하기 위한 것일 수 있다. 제1 버스바(330a)는 제1 버스바 프레임(310a) 상에 위치하고, 이러한 제1 버스바 조립체(300a)는 후술하는 실링 조립체(400) 및 엔드 플레이트(500)로부터 커버되므로, 외부의 충격 등으로부터 보호될 수 있고, 외부의 수분 등에 의한 내구성 저하가 최소화될 수 있다.
제1 버스바(330a)는 전지셀(110)의 전극 리드(130)를 통해 제1 전지셀 적층체(120a)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로 전지셀(110)의 전극 리드(130)는 제1 버스바 프레임(310a)에 형성된 슬릿을 통과한 후 구부러져 제1 버스바(330a)와 연결될 수 있다. 제1 버스바(330a)에 의해 제1 전지셀 적층체(120a)에 포함된 전지셀(110)들이 전기적 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 전극 리드(130)와 제1 버스바(330a) 간의 연결 방식에 특별한 제한은 없고, 일례로 용접 접합이 적용될 수 있다.
제1 연성 인쇄 회로 기판(350a)은 전지셀(110)들의 길이 방향으로 연장되고 장착되어 전지셀(110)을 센싱하도록 구성된다. 즉, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 연성 인쇄 회로 기판(350a)은 제1 전지셀 적층체(120a)의 상면에 위치하면서 전지셀(110)들의 전압 데이터나 열적 데이터를 센싱한다. 특히, 제1 연성 인쇄 회로 기판(350a)은 일 단부에서 제1 버스바 프레임(310a)을 향해 굴곡되면서 제1 버스바(330a)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 각 전지셀(110)들의 전압 데이터를 센싱하고, 이를 외부로 전달할 수 있다.
제2 서브 어셈블리(100b)는 제2 전지셀 적층체(120b)와 제2 버스바 조립체(300b)를 포함할 수 있고, 제2 버스바 조립체(300b)는 제2 버스바 프레임(310b) 및 제2 버스바(330b)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 버스바 조립체(300b)들을 연결하는 제2 연성 인쇄 회로 기판(350b)이 구비될 수 있다.
제2 버스바 프레임(310b)은 제2 전지셀 적층체(120b)의 일면 상에 위치하여, 제2 전지셀 적층체(120b)의 일면을 커버함과 동시에 제2 전지셀 적층체(120b)와 외부 기기와의 연결을 안내하기 위한 것일 수 있다. 제2 버스바 프레임(310b)은 제2 전지셀 적층체(120b)의 일면과 타면 상에 위치할 수 있다.
제2 서브 어셈블리(100b)에 포함되는 상기 구성요소들은, 앞서 설명한 제1 서브 어셈블리(100a)에 포함되는 구성요소들과 동일 내지 유사한 구조가 적용될 수 있다. 따라서, 설명의 중복을 피하기 위해, 제2 서브 어셈블리(100b)에 포함되는 상기 구성요소들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 13 및 도 14를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에서, 제1 서브 어셈블리(100a) 및 제2 서브 어셈블리(100b)의 양측면에는 각각 사이드 플레이트(270)가 구비될 수 있다.
사이드 플레이트(270)는 전지셀(110)의 길이 방향을 따라 연장된 판일 수 있다. 일 예로, 사이드 플레이트(270)는 강성을 가지는 금속일 수 있다.
보다 구체적으로, 사이드 플레이트(270)는 제1 서브 어셈블리(100a)의 양측면에 각각 구비되는 제1 사이드 플레이트(270a) 및 제2 서브 어셈블리(100b)의 양측면에 각각 구비되는 제2 사이드 플레이트(270b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 사이드 플레이트(270a)의 길이는 제1 서브 어셈블리(100a)의 길이와 대응될 수 있으며, 제2 사이드 플레이트(270b)의 길이는 제2 서브 어셈블리(100b)의 길이와 대응될 수 있다.
제1 사이드 플레이트(270a)는 제1 서브 어셈블리(100a)에 포함된 전지셀(110)들 중 최외측에 위치한 전지셀(110)과 마주보면서 위치할 수 있고, 제2 사이드 플레이트(270b)는 제2 서브 어셈블리(100b)에 포함된 전지셀(110)들 중 최외측에 위치한 전지셀(110)과 마주보면서 위치할 수 있다.
또한, 제1 사이드 플레이트(270a)는 제1 서브 어셈블리(100a)에 포함된 제1 압축 패드(250a)와 마주보면서 위치할 수 있고, 제2 사이드 플레이트(270b)는 제2 서브 어셈블리(100b)에 포함된 제2 압축 패드(250b)와 마주보면서 위치할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에서, 사이드 플레이트(270)는 제1 서브 어셈블리(100a) 및 제2 서브 어셈블리(100b)가 중간 플레이트(201)를 사이에 둔 채로 프레임 부재(200)에 각각 삽입 장착될 때, 제1 서브 어셈블리(100a) 및 제2 서브 어셈블리(100b)의 최외측 전지셀(110)이나 압축 패드(250a, 250b)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 본 실시예의 전지셀 어셈블리(100)는 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)를 갖는 트윈 모델로써, 전지셀 적층체(120)가 일반적인 전지셀 적층체보다 길기 때문에, 프레임 부재(200)에 삽입하여 조립하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 이 경우, 도 13 및 도 14에 도시된 것처럼, 사이드 플레이트(270)는, 전지셀 적층체(120)가 프레임 부재(200)에 삽입되는 것을 가이드하여, 전지셀(110)들 및 압축 패드(250a, 250b)의 손상 없이 손쉽게 전지셀 어셈블리를 조립할 수 있도록 할 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리 내부에 냉매를 순환시키는 구조에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 4, 도 5, 및 도 7 내지 도 9를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는, 프레임 부재(200)의 내부로 냉매를 순환시키기 위한 인렛(421)과 아웃렛(461)을 포함한다. 상기 냉매는 인렛(421)을 통해 프레임 부재(200) 내부로 유입된 후, 아웃렛(461)을 통해 전지셀 어셈블리(100)의 외부로 배출된다.
상기 냉매는, 프레임 부재(200) 내부에 수납된 전지셀 적층체(120), 제1 및 제2 버스바 조립체(300a, 300b) 및 기타 전장품들과 직접적으로 접촉하면서, 이들로부터 발생된 열을 전달받을 수 있다.
상기 냉매는 유체일 수 있다. 다만, 전지셀 어셈블리(100) 내에서 상기 냉매가 전지셀 적층체(120), 제1 및 제2 버스바 조립체(300a, 300b) 및 기타 전장품들과 직접적으로 접촉하므로, 상기 냉매는 전기적으로 절연되어야 할 필요가 있다. 따라서, 상기 냉매는 절연성을 가지는 소재일 수 있다. 일 예로, 냉매는 절연유일 수 있다.
즉, 본 실시예의 경우, 냉매가 전지셀 어셈블리(100) 내에서 발열하는 전지셀 적층체(120), 제1 및 제2 버스바 조립체(300a, 300b) 및 기타 전장품들에 직접적으로 접촉하여 열을 전달받으면서, 직접적으로 이들을 냉각할 수 있다. 따라서, 종래의 전지 모듈(1, 도 3 참고)에서 히트 싱크(6) 등을 이용해 간접적으로 전지 모듈(1)을 냉각하는 것에 비해, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는 직접 냉각을 통해 냉각 효율이 향상될 수 있고, 이로 인해 전지의 수명이 연장될 수 있다.
이 때, 본 실시예에서, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이에 중간 플레이트(201)가 배치되고, 중간 플레이트(201)에 상기 냉매가 통과하는 적어도 하나의 개구부(201h)가 형성된다.
일례로, 적어도 하나의 개구부(201h)는 중간 플레이트(201)의 중앙에 형성될 수 있고, 보다 구체적으로 적어도 하나의 개구부(201h)는 상변과 하변이 양 측변보다 긴 직사각형 형태로 개구될 수 있다. 즉, 개구부(201h)는 전지셀(110)들이 적층되는 방향을 따라 길게 이어지도록 개구될 수 있다.
보다 구체적으로, 중간 플레이트(201)를 기준으로, 인렛(421)과 아웃렛(461)은 서로 반대편에 위치할 수 있다. 인렛(421)과 중간 플레이트(201) 사이에 제1 전지셀 적층체(120a)가 위치할 수 있고, 아웃렛(461)과 중간 플레이트(201) 사이에 제2 전지셀 적층체(120b)가 위치할 수 있다.
인렛(421)를 통해 유입된 상기 냉매는, 제1 전지셀 적층체(120a), 중간 플레이트(201)의 개구부(201h) 및 제2 전지셀 적층체(120b)를 차례로 통과하여, 아웃렛(461)을 통해 배출될 수 있다.
하나의 프레임 부재(200) 내부에 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)가 모두 포함되다 보니, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 간의 접촉이나 제1 전지셀 적층체(120a)의 타측에 위치한 제1 버스바 조립체(300a)와 제2 전지셀 적층체(120b)의 일측에 위치한 제2 버스바 조립체(300b)간의 접촉으로 인해 쇼트가 발생할 위험이 있다.
또한, 상술한 것처럼, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b)를 포함하여 길이 방향을 따라 연장된 형태를 갖는다. 프레임 부재(200) 내부에서 상기 냉매가 순환할 때, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이에서 상기 냉매의 흐름이 정체되는 구간이 발생할 수 있다.
이에 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)는, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이에, 전기적 절연성을 가지는 접착층(205)이 전후면에 형성되어 있는 중간 플레이트(201)가 배치하였다. 중간 플레이트(201)를 이용해, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이, 또는 제1 버스바 조립체(300a)와 제2 버스바 조립체(300b) 사이에서의 전기적 절연성 및 연면거리를 확보하고자 하였다.
또한, 중간 플레이트(201)의 중앙에 상기 냉매가 통과하는 개구부(201h)가 형성되도록 중간 플레이트(201)를 설계함으로써, 제1 전지셀 적층체(120a)와 제2 전지셀 적층체(120b) 사이의 공간에서 상기 냉매의 흐름 정체가 발생하지 않도록 하였다. 즉, 냉매의 흐름성을 확보해 냉각 성능을 높이고자 하였다.
도 5 및 도 9를 참고하면, 앞서 설명한 것처럼, 전지셀 어셈블리(100)는 프레임 부재(200)의 개방된 양 측을 각각 덮는 제1 실링 조립체(410)와 제2 실링 조립체(450)를 포함할 수 있다. 인렛(421)은 제1 실링 조립체(410)에 형성될 수 있고, 아웃렛(461)은 제2 실링 조립체(450)에 형성될 수 있다.
상술한 것처럼, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은, 파우치형 전지셀이고, 양 방향으로 돌출된 전극 리드(130)들을 포함할 수 있다. 양 방향으로 돌출된 전극 리드(130)들 사이의 방향을 전지셀(110)의 길이 방향이라 할 수 있다. x축과 평행한 방향이 전지셀(110)의 길이 방향에 해당할 수 있다. 이러한 길이 방향을 따라, 제1 실링 조립체(410), 제1 전지셀 적층체(120a), 중간 플레이트(201), 제2 전지셀 적층체(120b) 및 제2 실링 조립체(450)가 차례로 위치할 수 있다. 즉, 제1 실링 조립체(410)에 형성된 인렛(421)를 통해 유입된 상기 냉매는, 제1 전지셀 적층체(120a), 중간 플레이트(201)의 개구부(201h) 및 제2 전지셀 적층체(120b)를 차례로 통과하여, 제2 실링 조립체(450)에 형성된 아웃렛(461)을 통해 배출될 수 있다.
본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100)에 있어서, 전지셀 적층체와 전기적으로 연결된 제1 버스바 조립체(300a)는 프레임 부재(200)의 개방된 일면에 위치할 수 있고, 제1 실링 조립체(410)는 제1 버스바 조립체(300a)를 덮으면서 장착될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 실링 조립체(410)는 제1 전지셀 적층체(120a)의 일측에 위치한 제1 버스바 조립체(300a)를 덮을 수 있다.
인렛(421)은 전지셀 적층체(120)의 높이를 기준으로 중심부보다 아래에 위치할 수 있다. 인렛(421)은, 제1 실링 조립체(410)의 하단부에 가깝게 위치할 수 있다. 구체적으로, 인렛(421)은 제1 실링 조립체(410)의 높이를 기준으로 중심부보다 아래에 위치할 수 있다. 여기서 전지셀 적층체(120)나 제1 실링 조립체(410)의 높이는, 도면상 z축 방향의 길이를 의미한다.
앞서 설명한 인렛(421)의 위치와 아웃렛(461)의 위치를 종합해보면, 인렛(421)은 전지셀 적층체(120)의 높이를 기준으로 중심부보다 아래에 위치하고, 아웃렛(461)은 전지셀 적층체(120)의 높이를 기준으로 중심부보다 위에 위치할 수 있다. 즉, 인렛(421)은, 제1 실링 조립체(410)의 하단부에 가깝게 위치할 수 있고, 아웃렛(461)은 제2 실링 조립체(450)의 상단부에 가깝게 위치할 수 있다.
만일, 인렛(421)이 전지셀 적층체(120)의 높이를 기준으로 중심부보다 위에 위치할 경우, 냉매가 높은 위치에서 떨어지듯이 전지셀 어셈블리(100)의 내부로 유입되기 때문에 냉매의 내부에 기포가 발생할 가능성이 있다. 이러한 기포는 냉각 효과를 저해하는 요인이 된다.
또한, 만일 아웃렛(461)이 전지셀 적층체(120)의 높이를 기준으로 중심부보다 아래에 위치할 경우, 전지셀 어셈블리(100)의 내부로 유입된 냉매가 아웃렛(461)의 높이까지만 채워지고 외부로 빠져나가기 때문에 전지셀 어셈블리(100)의 내부가 충분한 양의 냉매로 채워지지 못하여 냉각 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 유입되는 냉매에 기포가 발생하는 것을 방지하고, 전지셀 어셈블리(100)의 내부가 냉매로 가득 채워지기 위해서는, 인렛(421)은 전지셀 적층체(120)의 높이를 기준으로 중심부보다 아래에 위치하고, 아웃렛(461)은 전지셀 적층체(120)의 높이를 기준으로 중심부보다 위에 위치하는 것이 바람직하다.
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 전지셀 어셈블리는, BMS(Battery Management System), BDU(Battery Disconnect Unit), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 전지셀 어셈블리나 전지 팩은 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 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 전지셀 어셈블리
110: 전지셀
120: 전지셀 적층체
120a: 제1 전지셀 적층체
120b: 제2 전지셀 적층체
200: 프레임 부재
201: 중간 플레이트
205: 접착층
210: 쿨링 핀
250: 압축 패드
270: 사이드 플레이트
300a: 제1 버스바 조립체
300b: 제2 버스바 조립체
400: 실링 조립체
500: 엔드 플레이트
700: 절연 플레이트
700H: 개구부

Claims (16)

  1. 복수의 전지셀들이 적층된 제1 전지셀 적층체와 제2 전지셀 적층체를 포함하는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임 부재; 및
    상기 프레임 부재의 내부로 냉매를 순환시키기 위한 인렛과 아웃렛을 포함하고,
    상기 냉매가 상기 인렛을 통해 상기 프레임 부재 내부로 유입되고, 상기 아웃렛을 통해 배출되며,
    상기 프레임 부재는 상기 제1 전지셀 적층체와 상기 제2 전지셀 적층체 사이에 배치되는 중간 플레이트를 포함하고,
    상기 중간 플레이트는 상기 냉매가 통과하는 적어도 하나의 개구부가 형성되어 있는 전지셀 어셈블리.
  2. 제1항에서,
    상기 중간 플레이트의 전후면에는 각각 접착층이 형성되어 있고,
    상기 제1 전지셀 적층체 및 상기 제2 전지셀 적층체는 각각 상기 접착층을 통해 상기 프레임 부재 내부에 고정되는 전지셀 어셈블리.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 전지셀 적층체의 전후면에는 제1 버스바 조립체가 각각 배치되어 있고,
    상기 제2 전지셀 적층체의 전후면에는 제2 버스바 조립체가 각각 배치되어 있고,
    상기 중간 플레이트와 대면하는 상기 제1 버스바 조립체 및 상기 제2 버스바 조립체는 각각 상기 접착층에 접하고 있는 전지셀 어셈블리.
  4. 제1항에서,
    상기 중간 플레이트는 상기 프레임 부재와 일체화되어 있는 전지셀 어셈블리.
  5. 제1항에서,
    상기 중간 플레이트는 상기 프레임 부재의 중앙에 형성되는 전지셀 어셈블리.
  6. 제1항에서,
    상기 적어도 하나의 개구부는 상기 중간 플레이트의 중앙에 형성되는 전지셀 어셈블리.
  7. 제1항에서,
    상기 접착층은 절연성을 가지는 접착 조성물로 이루어지고,
    상기 접착 조성물은 에폭시 수지 혹은 폴리우레탄을 포함하는 전지셀 어셈블리.
  8. 제1항에서,
    상기 중간 플레이트를 기준으로, 상기 인렛과 상기 아웃렛은 서로 반대편에 위치하고,
    상기 인렛과 상기 중간 플레이트 사이에 상기 제1 전지셀 적층체가 위치하고,
    상기 아웃렛과 상기 중간 플레이트 사이에 상기 제2 전지셀 적층체가 위치하는 전지셀 어셈블리.
  9. 제8항에서,
    상기 인렛를 통해 유입된 상기 냉매는, 상기 제1 전지셀 적층체, 상기 중간 플레이트의 상기 개구부 및 상기 제2 전지셀 적층체를 차례로 통과하여, 상기 아웃렛을 통해 배출되는 전지셀 어셈블리.
  10. 제1항에서,
    상기 인렛은 상기 전지셀 적층체의 높이를 기준으로 중심부보다 아래에 위치하고,
    상기 아웃렛은 상기 전지셀 적층체의 높이를 기준으로 중심부보다 위에 위치하는 전지셀 어셈블리.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 전지셀 적층체나 상기 제2 전지셀 적층체에서의 상기 전지셀들이 적층되는 방향과 수직한 방향을 따라, 상기 제1 전지셀 적층체와 상기 제2 전지셀 적층체가 배치되는 전지셀 어셈블리.
  12. 제1항에서,
    상기 프레임 부재의 개방된 양 측을 각각 덮는 제1 실링 조립체와 제2 실링 조립체를 더 포함하고,
    상기 인렛은 상기 제1 실링 조립체에 형성되고, 상기 아웃렛은 상기 제2 실링 조립체에 형성되는 전지셀 어셈블리.
  13. 제12항에서,
    상기 인렛은 상기 제1 실링 조립체의 높이를 기준으로, 중심부보다 아래에 위치하고,
    상기 아웃렛은 상기 제2 실링 조립체의 높이를 기준으로, 중심부보다 위에 위치하는 전지셀 어셈블리.
  14. 제12항에서,
    상기 전지셀은 양 방향으로 돌출된 전극 리드들을 포함하고,
    상기 전극 리드들 사이의 방향을 길이 방향이라 했을 때, 상기 길이 방향을 따라 상기 제1 실링 조립체, 상기 제1 전지셀 적층체, 상기 중간 플레이트, 상기 제2 전지셀 적층체 및 상기 제2 실링 조립체가 차례로 위치하는 전지셀 어셈블리.
  15. 제1항에서,
    상기 냉매는 절연유이고,
    상기 냉매가 상기 프레임 부재 내부에 수납되는 상기 전지셀 적층체와 직접 접촉하는 전지셀 어셈블리.
  16. 제1항에 따른 전지셀 어셈블리를 포함하는 전지 팩.
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