WO2025178362A1 - 열전도성 수지를 구비하는 전지 팩 - Google Patents

열전도성 수지를 구비하는 전지 팩

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WO2025178362A1
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thermally conductive
anchor
conductive resin
battery
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손홍세
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to the structure of a battery pack comprising a thermally conductive resin. More specifically, the present invention relates to the structure of a battery pack having improved bonding strength and thermal conductivity between a thermally conductive resin provided between a battery module and a pack frame and a module frame.
  • Secondary batteries which boast high electrical properties such as high energy density and easy applicability across a wide range of product groups, are widely used not only in portable devices but also in electric or hybrid vehicles powered by electrical power sources, as well as in power storage devices. These batteries are attracting attention as a new energy source for environmental friendliness and energy efficiency, not only because they can dramatically reduce fossil fuel use, but also because they produce no byproducts from energy use.
  • While small mobile devices typically use one or two or three battery cells per device, medium- to large-sized devices, such as automobiles, require high output and large capacity. Therefore, medium- to large-sized battery modules, which electrically connect multiple battery cells, are used. Furthermore, these battery modules can be integrated into battery packs to achieve even higher output and capacity.
  • FIG. 1 illustrates a battery pack.
  • the battery pack (P) is configured to include a plurality of battery modules (M) and a pack frame (PF) that accommodates the battery modules.
  • the battery modules (M) are electrically connected to each other to form a single high-capacity, high-voltage battery.
  • the thermally conductive resin (3) also serves to adhesively fix the battery module (M) and the pack frame (PF).
  • this type of fixation relies solely on the adhesive strength between the module frame (20) and the pack frame (PF) and the thermally conductive resin (3), it is very vulnerable to loads that cause slippage.
  • the present invention was created under the background of the above-described prior art, and its purpose is to provide a structure of a battery pack in which heat generated from a battery module can be dissipated to the outside through a pack frame.
  • the present invention seeks to provide a structure of a battery pack in which the bonding force between the thermally conductive resin and the module frame is strengthened, so that the mechanical fixation between the module frame and the thermally conductive resin and/or the thermal connection between the battery module and the pack frame can be firmly maintained.
  • the present invention seeks to provide a structure of a battery pack in which horizontal and/or vertical detachment of a thermally conductive resin from a module frame is prevented.
  • the present invention provides a battery pack structure including: a battery module having a module frame; a pack frame having a bottom plate on which the battery module is mounted; and a thermally conductive resin interposed between the bottom plate of the battery module and the bottom plate of the pack frame; wherein a hole-shaped anchor portion is provided in the bottom plate of the module frame, and the thermally conductive resin has an extension portion that extends upward and fills the anchor portion.
  • the thermally conductive resin can resist a shear load occurring between the bottom plate of the module frame and the thermally conductive resin, and the thermally conductive resin can be prevented from horizontally detaching from the module frame.
  • the anchor portions may be arranged in a grid of three or more rows and three or more columns. Furthermore, the rows and columns of the anchor portions may be arranged at equal intervals. Accordingly, each anchor portion may evenly distribute shear stress, and heat may be evenly dissipated through the thermally conductive resin.
  • the anchor portion may include a first portion having a circular cross-section of a predetermined first inner diameter, and a second portion having a circular cross-section of a predetermined second inner diameter larger than the first inner diameter and positioned above the first portion.
  • the first part may have a rectangular cross-section extending along one horizontal direction with a predetermined width and length
  • the second part may have a rectangular cross-section extending along another horizontal direction intersecting the one horizontal direction with the predetermined width and length.
  • the above anchor portion may include a tapered portion whose cross-sectional area becomes narrower as it goes downward.
  • the tapered portion may prevent the thermally conductive resin from falling downward from the module frame by interfering with the extension portion from below.
  • the anchor portion may include a tapered portion having a circular cross-section whose inner diameter becomes smaller as it goes downward.
  • the anchor portion may include a tapered portion having an inner circumferential surface in the shape of a truncated cone whose inner diameter becomes smaller as it goes downward.
  • the thermally conductive resin may include: an upper resin layer connected to the upper portion of the bottom plate of the module frame; and a lower resin layer connected to the lower portion of the bottom plate of the module frame.
  • the extension portion may connect the upper resin layer and the lower resin layer via the anchor portion.
  • the upper resin layer may interfere with the bottom plate of the module frame from below, thereby preventing the entire thermally conductive resin from falling off downward from the bottom plate of the module frame.
  • the thermally conductive resin may connect the upper and lower portions of the bottom plate of the module frame, thereby more effectively dissipating heat generated from a battery cell mounted on the module frame to the outside of the module frame.
  • the present invention also provides a battery pack structure comprising: a battery module having a module frame; a pack frame having a bottom plate on which the battery module is mounted; and a thermally conductive resin interposed between the bottom plate of the battery module and the bottom plate of the pack frame; wherein the bottom plate of the battery module has an anchor portion in the shape of a groove sunken upward, and the thermally conductive resin has an extension portion that extends upward and fills the anchor portion.
  • the thermally conductive resin can resist a shear load occurring between the bottom plate of the module frame and the thermally conductive resin, and the thermally conductive resin can be prevented from horizontally detaching from the module frame.
  • the contact area between the thermally conductive resin and the module frame increases, the speed at which heat is conducted from the thermally conductive resin to the pack frame increases.
  • the anchor portions may be arranged in multiple rows that extend parallel to each other and are arranged in parallel. Furthermore, the multiple rows of anchor portions may be arranged at equal intervals. Accordingly, each anchor portion can evenly distribute shear stress, and heat dissipation through the thermally conductive resin can occur evenly.
  • the anchor portion may include a first portion having a predetermined first internal width along a horizontal direction, and a second portion having a predetermined second internal width greater than the first internal width along the horizontal direction and positioned above the first portion.
  • the anchor portion may include the first portion and a second portion positioned above the first portion, and the cross-sectional shape of the first portion may not completely include the cross-sectional shape of the second portion in a plan view. Accordingly, the extension portion may interfere from below between the first portion and the second portion, and the thermally conductive resin may be prevented from falling off downward from the floor plate.
  • the anchor portion may include a first portion having a rectangular cross-section extending along a longitudinal direction to a predetermined first inner width, and a second portion having a rectangular cross-section extending along a longitudinal direction to a predetermined second inner width greater than the first inner width, and positioned lower than the first portion.
  • the anchor portion may include a tapered portion whose cross-sectional area becomes narrower as it goes downward.
  • the tapered portion may prevent the thermally conductive resin from falling upward from the bottom plate of the module frame by interfering with the extension portion from below.
  • the anchor portion may include a tapered portion extending in the longitudinal direction and having a trapezoidal cross-section with an upper width greater than a lower width in the longitudinal direction.
  • the present invention also provides a structure of a vehicle including the battery pack.
  • the battery pack may be installed in the vehicle as a power source.
  • the vehicle may be an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the vehicle may be a two-wheeled vehicle or a four-wheeled vehicle.
  • the structure of the vehicle is not limited to the above, and the battery pack need not necessarily serve as the vehicle's power source.
  • the present invention can provide a structure of a battery pack in which heat generated from a battery module can be dissipated to the outside of the pack frame by thermally connecting the battery module and the pack frame by a thermally conductive resin.
  • the present invention can provide a structure of a battery pack in which the bonding force between the thermally conductive resin and the module frame is strengthened, so that the mechanical fixation between the module frame and the thermally conductive resin and the thermal connection between the battery module and the pack frame can be firmly maintained.
  • the present invention can provide a structure of a battery pack in which horizontal detachment of a thermally conductive resin from a module frame is prevented due to interference between a downward extension of the thermally conductive resin and an anchor portion, and a structure of a battery pack in which vertical detachment of the thermally conductive resin from the module frame is prevented due to a cross-sectional shape of the anchor portion.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each embodiment, or the description of effects that can be easily inferred by a person skilled in the art will be omitted.
  • Figure 1 shows a battery pack
  • Figures 2 and 3 show a battery module mounted on a pack frame together with a thermally conductive resin.
  • Figure 4 shows a cross-section of the battery pack of Figure 2.
  • Figure 7 shows a battery module according to a first embodiment of the present invention mounted on a pack frame together with a thermally conductive resin.
  • Figures 8 and 9 show a module frame and a thermally conductive resin layer according to a first embodiment of the present invention.
  • Figures 10 and 11 show a cross-section and its main parts of a battery pack according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 12 shows a battery module according to a second embodiment of the present invention mounted on a pack frame together with a thermally conductive resin.
  • Figures 13 and 14 show a module frame and a thermally conductive resin layer according to a second embodiment of the present invention.
  • Figures 15 and 16 show a cross-section and its main parts of a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 17 shows a battery module according to a third embodiment of the present invention mounted on a pack frame together with a thermally conductive resin.
  • Figures 20 and 21 show a cross-section and its main parts of a battery pack according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 22 illustrates a vehicle according to one embodiment of the present invention.
  • first and second are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are used solely to distinguish one component from another, and unless otherwise specified, a “first” component may also be a “second” component.
  • any configuration is placed on (or below)” a component or “on (or below)” a component may mean that any configuration is placed in contact with the upper surface (or lower surface) of said component, and that other configurations may be interposed between said component and any configuration placed on (or below) said component.
  • FIG. 5 illustrates a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • a battery pack (P) may include a plurality of battery modules (M) and a pack frame (PF) on which they are mounted.
  • the battery module may have a module frame constituting its exterior.
  • the module frame may include a material having high thermal conductivity and strength, such as metal.
  • the module frame according to one embodiment of the present invention may have a box shape manufactured by bending and/or welding an aluminum plate.
  • the module frame only needs to have a flat bottom surface that can be placed on the bottom plate of the pack frame (PF), and its shape and material are not particularly limited.
  • the battery module (M) may include a plurality of battery cells built into the module frame, but is not limited to this structure and may be a unit secondary battery of various shapes and structures.
  • Each of the above battery modules (M) may have a pair of positive and negative terminals exposed to the outside of the module frame.
  • the terminals of the battery modules (M) may be electrically connected in parallel and/or in series with each other.
  • the battery pack may have a conductive bus bar connected to the terminals. Accordingly, the battery pack may be configured with a high voltage and/or a high capacity.
  • the pack frame (PF) may include a material having high thermal conductivity and strength, such as metal.
  • the pack frame (PF) according to one embodiment of the present invention may have a box shape manufactured by bending and/or welding an aluminum plate.
  • the pack frame (PF) only needs to have a flat bottom surface on which the battery module (M) can be placed, and its shape and material are not specifically limited.
  • the battery pack can be configured so that such heat is conducted to the pack frame (PF) through the module frame and dissipated to the outside.
  • the thermally conductive resin (3) may include a synthetic resin having high thermal conductivity.
  • the battery module (M) and the pack frame (PF) may be adhesively fixed to each other by the thermally conductive resin (3) applied to the bottom surface of the pack frame (PF) being cured after the battery module (M) is placed. Accordingly, the thermally conductive resin (3) may structurally and thermally connect the battery module (M) and the pack frame (PF).
  • Fig. 7 illustrates a battery module according to a first embodiment of the present invention mounted on a pack frame together with a thermally conductive resin
  • Figs. 8 and 9 illustrate a module frame and a thermally conductive resin layer according to the first embodiment of the present invention.
  • the module frame (2) may include a bottom plate (20) connected to the thermally conductive resin (3).
  • the contact area between the module frame (2) and the thermally conductive resin (3) can increase. That is, compared to a case where the bottom surface of the module frame (2) is formed flat, the bottom surface of the module frame (2) having the anchor part (200) has a large surface area, and as a part of the thermally conductive resin (3) flows into the anchor part (200) and is cured, the contact area between the module frame (2) and the thermally conductive resin (3) can increase.
  • the anchor portion (200) may include a first portion (201) and a second portion (202) positioned above the first portion (201), and the cross-sectional shape of the first portion (201) may not completely include the cross-sectional shape of the second portion (202) in a plan view. Accordingly, the extension portion (30) may interfere from below between the first portion (201) and the second portion (202), and the thermally conductive resin (3) may be prevented from falling off downward from the module frame.
  • the anchor portion (200) may include a first portion (201) having a circular cross-section of a predetermined first inner diameter, and a second portion (202) having a circular cross-section of a predetermined second inner diameter larger than the first inner diameter and positioned above the first portion (201).
  • the thermally conductive resin (3) can more effectively dissipate heat generated from the battery cell (1) mounted on the module frame (2) to the outside of the module frame (2) by connecting the upper and lower portions of the bottom plate (20) of the module frame (2). That is, at this time, the thermally conductive resin (3) can very effectively absorb heat generated from the battery module (M) and release it to the pack frame (PF) by simultaneously contacting the bottom surface of the bottom plate (20), the upper surface of the bottom plate (20), and the bottom surface of the battery cell (1) mounted on the bottom plate (20).
  • Fig. 17 illustrates a battery module according to a third embodiment of the present invention mounted on a pack frame together with a thermally conductive resin
  • Figs. 18 and 19 illustrate a module frame and a thermally conductive resin layer according to a third embodiment of the present invention.
  • the module frame (2) may include a bottom plate (20) connected to the thermally conductive resin (3).
  • the above floor plate (20) may be provided with an anchor portion (200) in the shape of a groove extending upward from its bottom surface.
  • the thermally conductive resin (3) can be cured after flowing into the anchor portion (200), thereby forming an extension portion (30) in the shape of a protrusion that protrudes upward.
  • the anchor portion (200) may include a first portion having a predetermined first inner width along a horizontal direction, and a second portion having a predetermined second inner width greater than the first inner width along the horizontal direction and positioned above the first portion.
  • the anchor portion (200) may include a first portion and a second portion positioned above the first portion, and the cross-sectional shape of the first portion may not completely include the cross-sectional shape of the second portion in a plan view. Accordingly, the extension portion (30) may interfere from below between the first portion and the second portion, and may prevent the thermally conductive resin (3) from falling off downward from the floor plate (20).
  • the anchor portion (200) may include a first portion having a rectangular cross-section extending along the longitudinal direction to a predetermined first inner width, and a second portion having a rectangular cross-section extending along the longitudinal direction to a predetermined second inner width greater than the first inner width, and positioned lower than the first portion.
  • FIG 22 illustrates a vehicle according to one embodiment of the present invention.
  • the battery pack (P) according to one embodiment of the present invention may be installed in a vehicle (V) as a power source.
  • the vehicle (V) may be a hybrid vehicle or an electric vehicle, but is not limited thereto.
  • the vehicle (V) may be a two-wheeled vehicle or a four-wheeled vehicle, but is not limited thereto.

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Abstract

모듈 프레임을 구비하는 전지 모듈; 상기 전지 모듈이 재치되는 바닥판을 구비하는 팩 프레임; 및 상기 전지 모듈의 바닥판과 상기 팩 프레임의 바닥판 사이에 개재되는 열전도성 수지;를 포함하는 전지 팩에 있어서, 상기 모듈 프레임의 바닥판에는 홀 또는 홈 형상의 수용부가 마련되고, 상기 열전도성 수지는 상방으로 연장되어 상기 앵커부에 채워지는 연장부를 구비하는, 전지 팩의 구조를 제공한다.

Description

열전도성 수지를 구비하는 전지 팩
본 출원은 2024년 2월 22일자 대한민국 특허출원 제10-2024-0026080호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 열전도성 수지를 구비하는 전지 팩의 구조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전지 모듈과 팩 프레임 사이에 마련되는 열전도성 수지와 모듈 프레임 간의 결합력 및 열 전도성이 개선된 전지 팩의 구조에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지 셀 들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같은 중대형 기기들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다. 또한, 이러한 전지 모듈 역시 더욱 고출력 및 대용량을 갖기 위하여 다수 집적되어 전지 팩을 구성할 수 있다.
도 1은 전지 팩을 나타낸다. 이를 참조하면, 전지 팩(P)은 복수 개의 전지 모듈(M) 및 이를 수용하는 팩 프레임(PF)을 포함하여 구성된다. 상기 전지 모듈(M)은 서로 전기적으로 연결되어 하나의 고용량 고전압 전지를 구성한다.
도 2 및 3은 전지 모듈이 열전도성 수지와 함께 팩 프레임에 재치되는 모습을 나타내고, 도 4는 도 2의 전지 팩의 일 단면을 나타낸다. 이들 도면을 참조하면, 상기 전지 모듈(M)과 상기 팩 프레임(PF) 사이에는 열전도성 수지(3)가 개재된다.
이차전지는 충방전 시 열을 발생시키는데, 온도의 변화, 특히 고온의 열은 전지의 효율을 매우 크게 떨어뜨린다. 상기 열전도성 수지(3)는 상기 전지 모듈(M)의 열을 상기 팩 프레임(PF)으로 전도하여 방열시킨다. 그러나 전지는 점점 고용량 고전압화되어 발열량 역시 증가하는데, 열전도성 수지를 이용하는 이러한 방열 구조의 방열 효율이 좋지 못하기에 문제이다.
한편, 상기 열전도성 수지(3)는 상기 전지 모듈(M)과 상기 팩 프레임(PF) 사이를 점착 고정하는 역할도 한다. 그러나, 이러한 방식의 고정은 순전히 모듈 프레임(20)과 상기 팩 프레임(PF)이 상기 열전도성 수지(3)와 가지는 접착력에만 의존하기 때문에, 슬립을 일으키는 하중에 매우 취약하다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 배경하에서 창안된 것으로서, 전지 모듈로부터 발생한 열이 팩 프레임을 통하여 외부로 방열될 수 있는 전지 팩의 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 열전도성 수지와 모듈 프레임 간의 결합력이 강화되어, 모듈 프레임과 열전도성 수지 간의 역학적 고정 및/또는 전지 모듈과 팩 프레임 간의 열적 연결이 견고하게 유지될 수 있는 전지 팩의 구조를 제공하고자 한다.
구체적으로 본 발명은, 모듈 프레임으로부터의 열전도성 수지의 수평방향 및/또는 수직방향 탈락이 방지되는 전지 팩의 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 모듈 프레임을 구비하는 전지 모듈; 상기 전지 모듈이 재치되는 바닥판을 구비하는 팩 프레임; 및 상기 전지 모듈의 바닥판과 상기 팩 프레임의 바닥판 사이에 개재되는 열전도성 수지;를 포함하는 전지 팩에 있어서, 상기 모듈 프레임의 바닥판에는 홀 형상의 앵커부가 마련되고, 상기 열전도성 수지는 상방으로 연장되어 상기 앵커부에 채워지는 연장부를 구비하는, 전지 팩의 구조를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 연장부가 상기 앵커부와 수평방향으로 간섭함으로써, 상기 열전도성 수지는 상기 모듈 프레임의 바닥판과의 사이에 발생하는 전단 하중에 저항할 수 있고, 상기 열전도성 수지가 상기 모듈 프레임으로부터 수평방향으로 탈락하는 것이 방지될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 열전도성 수지와 상기 모듈 프레임 간의 접촉 면적이 커짐으로써, 상기 열전도성 수지로부터 상기 팩 프레임으로 열이 전도되는 속도가 빠르다.
바람직하게는, 상기 앵커부는 3행 이상 3열 이상의 격자로 배열될 수 있다. 또한, 상기 앵커부의 행과 열은 등간격으로 배열될 수 있다. 이에 따라 상기 앵커부 각각이 전단 응력을 균일하게 분담할 수 있고, 상기 열전도성 수지를 통한 방열이 골고루 일어날 수 있다.
상기 앵커부는, 일 수평방향을 따라 소정의 제1내폭을 갖는 제1부, 및 상기 일 수평방향을 따라 상기 제1내폭보다 큰 소정의 제2내폭을 갖고, 상기 제1부에 비하여 상방에 위치하는 제2부를 포함할 수 있다. 환언하면, 상기 앵커부는 제1부 및 상기 제1부의 상방에 위치하는 제2부를 포함할 수 있고, 상기 제1부의 단면 형상은 평면상 상기 제2부의 단면 형상을 전부 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 연장부는 상기 제1부와 상기 제2부 사이에서 하방으로부터 간섭될 수 있고, 상기 열전도성 수지가 상기 모듈 프레임으로부터 하방으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
일례로, 상기 앵커부는, 소정의 제1내경의 원형 단면을 갖는 제1부, 및 상기 제1내경보다 큰 소정의 제2내경의 원형 단면을 갖고, 상기 제1부에 비하여 상방에 위치하는 제2부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따르면, 상기 제1부는 소정의 폭과 길이를 갖고 일 수평방향을 따라 연장되는 직사각형 단면을 가지고, 상기 제2부는 상기 소정의 폭과 길이를 갖고 상기 일 수평방향과 교차하는 타 수평방향을 따라 연장되는 직사각형 단면을 가질 수 있다.
상기 앵커부는 하방으로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 테이퍼부를 포함할 수 있다. 상기 테이퍼부는 상기 연장부에 하방으로부터 간섭함으로써 상기 열전도성 수지가 상기 모듈 프레임으로부터 하방으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
일례로, 상기 앵커부는 하방으로 갈수록 그 내경이 작아지는 원형 단면을 갖는 테이퍼부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 앵커부는 하방으로 갈수록 그 내경이 작아지는 원뿔대 형상의 내주면을 갖는 테이퍼부를 포함할 수 있다.
상기 열전도성 수지는: 상기 모듈 프레임의 바닥판의 상부에 연결되는 상부 수지층; 및 상기 모듈 프레임의 바닥판의 저부에 연결되는 저부 수지층;을 포함할 수 있다. 이때, 상기 연장부는 상기 앵커부를 통하여 상기 상부 수지층과 상기 저부 수지층을 연결할 수 있다. 상기 상부 수지층은 상기 모듈 프레임의 바닥판에 하방으로부터 간섭됨으로써 상기 열전도성 수지 전체가 상기 모듈 프레임의 바닥판으로부터 하방으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이 경우, 상기 열전도성 수지는 상기 모듈 프레임의 바닥판의 상하를 연결함으로써, 상기 모듈 프레임에 탑재되는 전지 셀로부터 발생한 열을 보다 효과적으로 상기 모듈 프레임의 외부로 방열할 수 있다.
본 발명은 또한, 모듈 프레임을 구비하는 전지 모듈; 상기 전지 모듈이 재치되는 바닥판을 구비하는 팩 프레임; 및 상기 전지 모듈의 바닥판과 상기 팩 프레임의 바닥판 사이에 개재되는 열전도성 수지;를 포함하는 전지 팩에 있어서, 상기 전지 모듈의 바닥판에는 상방으로 함몰된 홈 형상의 앵커부가 마련되고, 상기 열전도성 수지는 상방으로 연장되어 상기 앵커부에 채워지는 연장부를 구비하는, 전지 팩의 구조를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 연장부가 상기 앵커부와 수평방향으로 간섭함으로써, 상기 열전도성 수지는 상기 모듈 프레임의 바닥판과의 사이에 발생하는 전단 하중에 저항할 수 있고, 상기 열전도성 수지가 상기 모듈 프레임으로부터 수평방향으로 탈락하는 것이 방지될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 열전도성 수지와 상기 모듈 프레임 간의 접촉 면적이 커짐으로써, 상기 열전도성 수지로부터 상기 팩 프레임으로 열이 전도되는 속도가 빠르다.
바람직하게는, 상기 앵커부는 서로 나란히 연장되며 병치된 복수 열로 배열될 수 있다. 또한, 상기 앵커부의 복수 열은 등간격으로 배열될 수 있다. 이에 따라 상기 앵커부 각각이 전단 응력을 균일하게 분담할 수 있고, 상기 열전도성 수지를 통한 방열이 골고루 일어날 수 있다.
상기 앵커부는, 일 수평방향을 따라 소정의 제1내폭을 갖는 제1부, 및 상기 일 수평방향을 따라 상기 제1내폭보다 큰 소정의 제2내폭을 갖고, 상기 제1부에 비하여 상방에 위치하는 제2부를 포함할 수 있다. 환언하면, 상기 앵커부는 제1부 및 상기 제1부의 상방에 위치하는 제2부를 포함할 수 있고, 상기 제1부의 단면 형상은 평면상 상기 제2부의 단면 형상을 전부 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 연장부는 상기 제1부와 상기 제2부 사이에서 하방으로부터 간섭될 수 있고, 상기 열전도성 수지가 상기 바닥판으로부터 하방으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
일례로, 상기 앵커부는, 길이방향을 따라 소정의 제1내폭으로 연장된 직사각형 단면을 갖는 제1부, 및 길이방향을 따라 상기 제1내폭보다 큰 소정의 제2내폭으로 연장된 직사각형 단면을 갖고, 상기 제1부에 비하여 하방에 위치하는 제2부를 포함할 수 있다.
또는, 상기 앵커부는 하방으로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 테이퍼부를 포함할 수 있다. 상기 테이퍼부는 상기 연장부에 하방으로부터 간섭함으로써 상기 열전도성 수지가 상기 모듈 프레임의 바닥판으로부터 상방으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
일례로, 상기 앵커부는 하방으로 갈수록 그 내폭이 작아지는 직사각형 단면을 갖는 테이퍼부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따르면, 상기 앵커부는, 길이방향으로 연장되고, 길이방향으로 위폭이 아래폭보다 큰 사다리꼴 형상의 단면을 갖는 테이퍼부를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지 팩을 포함하는 자동차의 구조를 제공한다. 상기 전지 팩은 상기 자동차에 동력원으로서 내장될 수 있다. 상기 자동차는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차일 수 있다. 상기 자동차는 이륜차 또는 사륜차일 수 있다. 그러나, 상기 자동차의 구조는 상기한 바에 제한되지 않으며, 상기 전지 팩이 반드시 상기 자동차의 동력원 역할을 할 필요도 없다.
본 발명은, 열전도성 수지에 의하여 전지 모듈과 팩 프레임이 열적으로 연결됨으로써, 전지 모듈로부터 발생한 열이 팩 프레임 외부로 방열될 수 있는 전지 팩의 구조를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 열전도성 수지와 모듈 프레임 간의 결합력이 강화되어, 모듈 프레임과 열전도성 수지 간의 역학적 고정 및 전지 모듈과 팩 프레임 간의 열적 연결이 견고하게 유지될 수 있는 전지 팩의 구조를 제공할 수 있다.
구체적으로 본 발명은, 열전도성 수지의 하방 연장부와 앵커부의 간섭으로 모듈 프레임으로부터의 열전도성 수지의 수평방향 탈락이 방지되는 전지 팩의 구조를 제공할 수 있고, 상기 앵커부의 단면 형상으로 인하여 모듈 프레임으로부터 열전도성 수지의 수직방향 탈락이 방지되는 전지 팩의 구조를 제공할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시예에서 설명하거나, 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
도 1은 전지 팩을 나타낸다.
도 2 및 3은 전지 모듈이 열전도성 수지와 함께 팩 프레임에 재치되는 모습을 나타낸다.
도 4는 도 2의 전지 팩의 일 단면을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 프레임에 전지 모듈이 재치된 모습을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 전지 모듈이 열전도성 수지와 함께 팩 프레임에 재치되는 모습을 나타낸다.
도 8 및 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 모듈 프레임과 열전도성 수지층을 나타낸다.
도 10 및 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 전지 팩의 일 단면 및 그 요부를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 전지 모듈이 열전도성 수지와 함께 팩 프레임에 재치되는 모습을 나타낸다.
도 13 및 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 모듈 프레임과 열전도성 수지층을 나타낸다.
도 15 및 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 전지 팩의 일 단면 및 그 요부를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 전지 모듈이 열전도성 수지와 함께 팩 프레임에 재치되는 모습을 나타낸다.
도 18 및 19는 본 발명의 제3실시예에 따른 모듈 프레임과 열전도성 수지층을 나타낸다.
도 20 및 21은 본 발명의 제3실시예에 따른 전지 팩의 일 단면 및 그 요부를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 나타낸다.
[부호의 설명]
1: 전지 셀
2: 모듈 프레임
20: 바닥판
200: 앵커부
201: 제1부
202: 제2부
203: 테이퍼부
3: 열전도성 수지
30: 연장부
31: 상부 수지층
32: 저부 수지층
M: 전지 모듈
P: 전지 팩
PF: 팩 프레임
V: 자동차
D1: 제1내폭(제1내경)
D2: 제1내폭(제1내경)
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1구성요소는 제2구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
본 발명은, 전지 모듈 및 이를 수용하는 팩 프레임을 구비하는 전지 팩에 있어서, 상기 전지 모듈과 상기 팩 프레임 간을 역학적 및 열적으로 연결하는 열전도성 수지를 구비하고, 상기 열전도성 수지가 상기 모듈 프레임으로부터 탈락되는 것이 방지되며, 상기 모듈 프레임과 넓은 면적에서 접하는 전지 팩의 구조에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 설명한다.
[전지 팩의 전체적인 구조]
이하, 도 5 및 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 전체적인 구조에 관하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타낸다. 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(P)은 복수 개의 전지 모듈(M) 및 이들이 재치되는 팩 프레임(PF)을 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 그 외관을 구성하는 모듈 프레임을 구비할 수 있다. 상기 모듈 프레임은 금속과 같이 높은 열전도성 및 강도를 가진 재질을 포함할 수 있다. 가령, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 모듈 프레임은 알루미늄 판재를 절곡 및/또는 용접하여 제조되는 상자 형상을 가질 수 있다. 그러나, 상기 모듈 프레임은 상기 팩 프레임(PF)의 바닥판 상에 재치될 수 있는 평탄한 저면을 구비하면 족하고, 그 형상 및 재질은 별도로 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전지 모듈(M)은 상기 모듈 프레임에 내장되는 복수 개의 전지 셀을 포함할 수 있으나, 이러한 구조에 한정되지 않고, 다양한 형태 및 구조의 단위 이차전지일 수 있다.
상기 전지 모듈(M) 각각은 상기 모듈 프레임의 외부로 노출되는 한 쌍의 양극 및 음극 터미널을 구비할 수 있다. 상기 전지 모듈(M)들은 서로 상기 터미널들이 서로 전기적으로 병렬 및/또는 직렬 연결될 수 있다. 이를 위하여 상기 전지 팩은 상기 터미널들과 연결되는 도전성의 버스바를 구비할 수 있다. 이에 따라, 상기 전지 팩은 고전압 및/또는 고용량으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 팩 프레임(PF)은 금속과 같이 높은 열전도성 및 강도를 가진 재질을 포함할 수 있다. 가령, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 팩 프레임(PF)은 알루미늄 판재를 절곡 및/또는 용접하여 제조되는 상자 형상을 가질 수 있다. 그러나, 상기 팩 프레임(PF)은 상기 전지 모듈(M)이 재치될 수 있는 평탄한 바닥면을 구비하면 족하고, 그 형상 및 재질은 별도로 한정되지 않는다.
상기 전지 모듈(M)은, 구체적으로는 상기 전지 모듈(M) 내에 내장되는 하나 이상의 전지 셀은, 충방전 시 또는 단락 등에 의한 열 폭주 시 열을 방출할 수 있다. 상기 전지 팩은 이러한 열이 상기 모듈 프레임을 통하여 상기 팩 프레임(PF)으로 전도되어 외부로 방열되도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 프레임에 전지 모듈이 재치된 모습을 나타낸다. 이를 참조하면, 상기 전지 팩(P)은 상기 전지 모듈(M)의 프레임과 상기 팩 프레임(PF) 사이에 개재되는 열전도성 수지(3)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 열전도성 수지(3)는 상기 모듈 프레임(2)의 저면과 상기 팩 프레임(PF)의 바닥면 사이에 개재될 수 있다.
상기 열전도성 수지(3)는 높은 열전도성을 갖는 합성수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전지 모듈(M)과 상기 팩 프레임(PF)은, 상기 팩 프레임(PF)의 바닥면에 도포된 상기 열전도성 수지(3)가 상기 전지 모듈(M)이 재치된 후 경화됨으로써 서로 점착 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 열전도성 수지(3)는 상기 전지 모듈(M)과 상기 팩 프레임(PF) 사이를 구조적 및 열적으로 연결할 수 있다.
[제1실시예]
이하, 도 7 내지 11을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 모듈 프레임 및 열전도성 수지의 형상 및 결합 구조에 관하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 전지 모듈이 열전도성 수지와 함께 팩 프레임에 재치되는 모습을 나타내고, 도 8 및 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 모듈 프레임과 열전도성 수지층을 나타낸다. 이들 도면을 참조하면, 상기 모듈 프레임(2)은 상기 열전도성 수지(3)에 연결되는 바닥판(20)을 포함할 수 있다.
상기 바닥판(20)에는 그 저면으로부터 상방으로 연장된 홀 형상의 앵커부(200)가 마련될 수 있다.
상기 전지 모듈(M)이 경화 전의 상기 열전도성 수지(3) 상에 재치될 때, 상기 열전도성 수지(3)는 상기 앵커부(200)에 유입된 후 경화됨으로써, 상방으로 돌출 연장된 돌기 형상의 연장부(30)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 앵커부(200)와 상기 연장부(30)는 서로 수평방향으로 중첩되기 때문에, 상기 열전도성 수지(3)와 상기 모듈 프레임(2)은 서로 수평방향으로 전단 연결될 수 있다. 즉, 상기 앵커부(200)와 상기 연장부(30) 간의 수평방향 간섭이 상기 열전도성 수지(3)에 대한 상기 모듈 프레임(2)의 이동을 제한할 수 있고, 상기 모듈 프레임(2)과 상기 열전도성 수지(3)는 점착력에 의해서뿐 아니라 서로 구조적 역학적으로 결합 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 전지 모듈(M)은 열전도성 수지(3) 및 상기 열전도성 수지(3)가 도포된 상기 팩 프레임(PF)의 바닥면에 보다 견고하게 고정될 수 있다.
또한 이때, 상기 앵커부(200)와 상기 연장부(30)가 서로 수평방향으로 접함에 따라, 상기 모듈 프레임(2)과 상기 열전도성 수지(3) 간의 접촉 면적이 커질 수 있다. 즉, 상기 모듈 프레임(2) 저면이 평탄하게 형성되는 경우에 비하여, 상기 앵커부(200)를 구비하는 상기 모듈 프레임(2)의 저면은 큰 표면적을 가지게 되고, 상기 열전도성 수지(3)는 그 일부가 상기 앵커부(200)에 유입되어 경화됨에 따라 상기 모듈 프레임(2)과 상기 열전도성 수지(3) 간의 접촉 면적이 커질 수 있다. 이에 따라, 상기 모듈 프레임(2)으로부터 상기 열전도성 수지(3)로 열이 전도될 수 있는 면적이 커지므로, 상기 전지 모듈(M)의 열이 보다 빠르게 상기 열전도성 수지(3) 및 상기 팩 프레임(PF)으로 전도되어 방열될 수 있다.
상기 앵커부(200)는 복수 개 마련되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 연장부(30) 역시 복수 개로 형성될 수 있고, 상기 복수 개의 연장부(30)가 상기 모듈 프레임(2)으로부터의 전단 응력을 분담할 수 있다.
가령, 상기 앵커부(200)는 3행 3열 이상의 격자로 배열될 수 있다. 이때, 상기 앵커부(200)의 행과 열은 등간격으로 배열되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 앵커부(200) 및 상기 연장부(30) 각각이 응력을 균일하게 분담할 수 있고, 상기 전지 모듈(M)에서 발생하는 열이 모든 부위에서 골고루 방열될 수 있다.
도 10 및 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 전지 팩의 일 단면 및 그 요부를 나타낸다. 이들 도면을 참조하면, 상기 앵커부(200)는, 일 수평방향을 따라 소정의 제1내폭(D1)을 갖는 제1부(201), 및 상기 일 수평방향을 따라 상기 제1내폭(D1)보다 큰 소정의 제2내폭(D2)을 갖고, 상기 제1부(201)에 비하여 상방에 위치하는 제2부(202)를 포함할 수 있다.
환언하면, 상기 앵커부(200)는 제1부(201) 및 상기 제1부(201)의 상방에 위치하는 제2부(202)를 포함할 수 있고, 상기 제1부(201)의 단면 형상은 평면상 상기 제2부(202)의 단면 형상을 전부 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 연장부(30)는 상기 제1부(201)와 상기 제2부(202) 사이에서 하방으로부터 간섭될 수 있고, 상기 열전도성 수지(3)가 상기 모듈 프레임으로부터 하방으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1부(201)는 소정의 폭과 길이를 갖고 일 수평방향을 따라 연장되는 직사각형 단면을 가지고, 상기 제2부(202)는 상기 소정의 폭과 길이를 갖고 상기 일 수평방향과 교차하는 타 수평방향을 따라 연장되는 직사각형 단면을 가질 수 있다.
일 변형예에서, 상기 앵커부(200)는, 소정의 제1내경의 원형 단면을 갖는 제1부(201), 및 상기 제1내경보다 큰 소정의 제2내경의 원형 단면을 갖고, 상기 제1부(201)에 비하여 상방에 위치하는 제2부(202)를 포함할 수 있다.
[제2실시예]
이하, 도 12 내지 16을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 모듈 프레임 및 열전도성 수지의 형상 및 결합 구조에 관하여 상세히 설명한다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 전지 모듈이 열전도성 수지와 함께 팩 프레임에 재치되는 모습을 나타내고, 도 13 및 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 모듈 프레임과 열전도성 수지층을 나타낸다. 이들 도면을 참조하면, 상기 모듈 프레임(2)은 상기 열전도성 수지(3)에 연결되는 바닥판(20)을 포함할 수 있다.
상기 바닥판(20)에는 그 저면으로부터 상방으로 연장된 홀 형상의 앵커부(200)가 마련될 수 있다.
상기 전지 모듈(M)이 경화 전의 상기 열전도성 수지(3) 상에 재치될 때, 상기 열전도성 수지(3)는 상기 앵커부(200)에 유입된 후 경화됨으로써, 상방으로 돌출 연장된 돌기 형상의 연장부(30)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 앵커부(200)와 상기 연장부(30)는 서로 수평방향으로 중첩되기 때문에, 상기 열전도성 수지(3)와 상기 모듈 프레임(2)은 서로 수평방향으로 전단 연결될 수 있다. 즉, 상기 앵커부(200)와 상기 연장부(30) 간의 수평방향 간섭이 상기 열전도성 수지(3)에 대한 상기 모듈 프레임(2)의 이동을 제한할 수 있고, 상기 모듈 프레임(2)과 상기 열전도성 수지(3)는 점착력에 의해서뿐 아니라 서로 구조적 역학적으로 결합 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 전지 모듈(M)은 열전도성 수지(3) 및 상기 열전도성 수지(3)가 도포된 상기 팩 프레임(PF)의 바닥면에 보다 견고하게 고정될 수 있다.
또한 이때, 상기 앵커부(200)와 상기 연장부(30)가 서로 수평방향으로 접함에 따라, 상기 모듈 프레임(2)과 상기 열전도성 수지(3) 간의 접촉 면적이 커질 수 있다. 즉, 상기 모듈 프레임(2) 저면이 평탄하게 형성되는 경우에 비하여, 상기 앵커부(200)를 구비하는 상기 모듈 프레임(2)의 저면은 큰 표면적을 가지게 되고, 상기 열전도성 수지(3)는 그 일부가 상기 앵커부(200)에 유입되어 경화됨에 따라 상기 모듈 프레임(2)과 상기 열전도성 수지(3) 간의 접촉 면적이 커질 수 있다. 이에 따라, 상기 모듈 프레임(2)으로부터 상기 열전도성 수지(3)로 열이 전도될 수 있는 면적이 커지므로, 상기 전지 모듈(M)의 열이 보다 빠르게 상기 열전도성 수지(3) 및 상기 팩 프레임(PF)으로 전도되어 방열될 수 있다.
상기 앵커부(200)는 복수 개 마련되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 연장부(30) 역시 복수 개로 형성될 수 있고, 상기 복수 개의 연장부(30)가 상기 모듈 프레임(2)으로부터의 전단 응력을 분담할 수 있다.
가령, 상기 앵커부(200)는 3행 3열 이상의 격자로 배열될 수 있다. 이때, 상기 앵커부(200)의 행과 열은 등간격으로 배열되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 앵커부(200) 및 상기 연장부(30) 각각이 응력을 균일하게 분담할 수 있고, 상기 전지 모듈(M)에서 발생하는 열이 모든 부위에서 골고루 방열될 수 있다.
도 15 및 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 전지 팩의 일 단면 및 그 요부를 나타낸다. 이들 도면을 참조하면, 상기 앵커부(200)는 하방으로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 테이퍼부(203)를 포함할 수 있다. 상기 테이퍼부(203)는 상기 연장부에 하방으로부터 간섭함으로써 상기 열전도성 수지(3)가 상기 모듈 프레임(2)으로부터 하방으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 따르면, 상기 앵커부(200)는 하방으로 갈수록 그 내경(D1, D2)이 작아지는 원뿔대 형상의 내주면을 갖는 테이퍼부(203)를 포함할 수 있다.
일 변형예에서, 상기 앵커부(200)는 하방으로 갈수록 그 내경이 작아지는 원형 단면을 갖는 테이퍼부(203)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 또다른 측면에 따르면, 상기 열전도성 수지(3)는: 상기 모듈 프레임(2)의 바닥판(20)의 상부에 연결되는 상부 수지층(31); 및 상기 모듈 프레임(2)의 바닥판(20)의 저부에 연결되는 저부 수지층(32);을 포함할 수 있다. 이때, 상기 연장부는 상기 앵커부(200)를 통하여 상기 상부 수지층(31)과 상기 저부 수지층(32)을 연결할 수 있다.
상기 상부 수지층(31)은 상기 모듈 프레임(2)의 바닥판(20)에 하방으로부터 간섭됨으로써 상기 열전도성 수지(3) 전체가 상기 모듈 프레임(2)의 바닥판(20)으로부터 하방으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이 경우, 상기 열전도성 수지(3)는 상기 모듈 프레임(2)의 바닥판(20)의 상하를 연결함으로써, 상기 모듈 프레임(2)에 탑재되는 전지 셀(1)로부터 발생한 열을 보다 효과적으로 상기 모듈 프레임(2)의 외부로 방열할 수 있다. 즉 이때, 상기 열전도성 수지(3)는 상기 바닥판(20)의 저면, 상기 바닥판(20)의 상면, 및 상기 바닥판(20) 상에 탑재되는 전지 셀(1)의 저면과 동시에 접촉함에 따라 상기 전지 모듈(M)로부터 발생하는 열을 매우 효과적으로 흡수하여 상기 팩 프레임(PF)으로 방출할 수 있다.
[제3실시예]
이하, 도 17 내지 21을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 모듈 프레임 및 열전도성 수지의 형상 및 결합 구조에 관하여 상세히 설명한다.
도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 전지 모듈이 열전도성 수지와 함께 팩 프레임에 재치되는 모습을 나타내고, 도 18 및 19는 본 발명의 제3실시예에 따른 모듈 프레임과 열전도성 수지층을 나타낸다. 이들 도면을 참조하면, 상기 모듈 프레임(2)은 상기 열전도성 수지(3)에 연결되는 바닥판(20)을 포함할 수 있다.
상기 바닥판(20)에는 그 저면으로부터 상방으로 연장된 홈 형상의 앵커부(200)가 마련될 수 있다.
상기 전지 모듈(M)이 경화 전의 상기 열전도성 수지(3) 상에 재치될 때, 상기 열전도성 수지(3)는 상기 앵커부(200)에 유입된 후 경화됨으로써, 상방으로 돌출 연장된 돌기 형상의 연장부(30)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 앵커부(200)와 상기 연장부(30)는 서로 수평방향으로 중첩되기 때문에, 상기 열전도성 수지(3)와 상기 모듈 프레임(2)은 서로 수평방향으로 전단 연결될 수 있다. 즉, 상기 앵커부(200)와 상기 연장부(30) 간의 수평방향 간섭이 상기 열전도성 수지(3)에 대한 상기 모듈 프레임(2)의 이동을 제한할 수 있고, 상기 모듈 프레임(2)과 상기 열전도성 수지(3)는 점착력에 의해서뿐 아니라 서로 구조적 역학적으로 결합 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 전지 모듈(M)은 열전도성 수지(3) 및 상기 열전도성 수지(3)가 도포된 상기 팩 프레임(PF)의 바닥면에 보다 견고하게 고정될 수 있다.
또한 이때, 상기 앵커부(200)와 상기 연장부(30)가 서로 수평방향으로 접함에 따라, 상기 모듈 프레임(2)과 상기 열전도성 수지(3) 간의 접촉 면적이 커질 수 있다. 즉, 상기 모듈 프레임(2) 저면이 평탄하게 형성되는 경우에 비하여, 상기 앵커부(200)를 구비하는 상기 모듈 프레임(2)의 저면은 큰 표면적을 가지게 되고, 상기 열전도성 수지(3)는 그 일부가 상기 앵커부(200)에 유입되어 경화됨에 따라 상기 모듈 프레임(2)과 상기 열전도성 수지(3) 간의 접촉 면적이 커질 수 있다. 이에 따라, 상기 모듈 프레임(2)으로부터 상기 열전도성 수지(3)로 열이 전도될 수 있는 면적이 커지므로, 상기 전지 모듈(M)의 열이 보다 빠르게 상기 열전도성 수지(3) 및 상기 팩 프레임(PF)으로 전도되어 방열될 수 있다.
상기 앵커부(200)는 복수 개 마련되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 연장부(30) 역시 복수 개로 형성될 수 있고, 상기 복수 개의 연장부(30)가 상기 모듈 프레임(2)으로부터의 전단 응력을 분담할 수 있다.
가령, 상기 앵커부(200)는 서로 나란히 연장되며 병치된 복수 열로 배열될 수 있다. 이때, 상기 앵커부(200)의 복수 열은 등간격으로 배열될 수 있다. 이에 따라 상기 앵커부(200) 각각이 전단 응력을 균일하게 분담할 수 있고, 상기 열전도성 수지(3)를 통한 방열이 골고루 일어날 수 있다.
도 20 및 21은 본 발명의 제3실시예에 따른 전지 팩의 일 단면 및 그 요부를 나타낸다. 이를 참조하면, 상기 앵커부(200)는 하방으로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 테이퍼부(203)를 포함할 수 있다. 상기 테이퍼부(203)는 상기 연장부(30)에 하방으로부터 간섭함으로써 상기 열전도성 수지(3)가 상기 모듈 프레임(2)의 바닥판(20)으로부터 상방으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 앵커부(200)는 하방으로 갈수록 그 내폭(D1, D2)이 작아지는 직사각형 단면을 갖는 테이퍼부(203)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 앵커부(200)는, 길이방향으로 연장되고, 길이방향으로 위폭이 아래폭보다 큰 사다리꼴 형상의 단면을 갖는 테이퍼부(203)를 포함할 수 있다.
일 변형예에서, 상기 앵커부(200)는, 일 수평방향을 따라 소정의 제1내폭을 갖는 제1부, 및 상기 일 수평방향을 따라 상기 제1내폭보다 큰 소정의 제2내폭을 갖고, 상기 제1부에 비하여 상방에 위치하는 제2부를 포함할 수 있다.
환언하면, 상기 앵커부(200)는 제1부 및 상기 제1부의 상방에 위치하는 제2부를 포함할 수 있고, 상기 제1부의 단면 형상은 평면상 상기 제2부의 단면 형상을 전부 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 연장부(30)는 상기 제1부와 상기 제2부 사이에서 하방으로부터 간섭될 수 있고, 상기 열전도성 수지(3)가 상기 바닥판(20)으로부터 하방으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
일례로, 상기 앵커부(200)는, 길이방향을 따라 소정의 제1내폭으로 연장된 직사각형 단면을 갖는 제1부, 및 길이방향을 따라 상기 제1내폭보다 큰 소정의 제2내폭으로 연장된 직사각형 단면을 갖고, 상기 제1부에 비하여 하방에 위치하는 제2부를 포함할 수 있다.
본 실시예에서와 같이, 상기 앵커부(200)를 홀 형상이 아닌 홈 형상으로 형성하는 경우, 상기 앵커부(200)는 상기 바닥판(20)의 상면으로부터 가공할 수 없고, 저면으로부터 가공해야만 하므로, 상기 앵커부(200)가 상술한 것과 같은 언터컷 형상을 구비하도록 가공하는 것은 매우 어렵다. 이때, 상기 앵커부(200)를 상기 바닥판(20)의 수평방향 일측 단부로부터 타측 단부에까지 연장되는 홈 형상으로 가공하는 경우, 상기 앵커부(200)를 측면으로부터 가공할 수 있으므로 언더컷 형상을 형성하기가 용이하다.
[전지 팩을 내장하는 자동차]
이하, 도 22를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 구조에 관하여 설명한다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 나타낸다. 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전지 팩(P)은 동력원으로써 자동차(V)에 내장될 수 있다. 상기 자동차(V)는 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 자동차(V)는 이륜차 또는 사륜차일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (18)

  1. 모듈 프레임을 구비하는 전지 모듈;
    상기 전지 모듈이 재치되는 바닥판을 구비하는 팩 프레임; 및
    상기 전지 모듈의 바닥판과 상기 팩 프레임의 바닥판 사이에 개재되는 열전도성 수지;를 포함하는 전지 팩에 있어서,
    상기 모듈 프레임의 바닥판에는 홀 형상의 앵커부가 마련되고,
    상기 열전도성 수지는 상방으로 연장되어 상기 앵커부에 채워지는 연장부를 구비하는, 전지 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 앵커부는 3행 이상 3열 이상의 격자로 배열되는, 전지 팩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 앵커부의 행과 열은 등간격으로 배열되는, 전지 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 앵커부는, 일 수평방향을 따라 소정의 제1내폭을 갖는 제1부, 및 상기 일 수평방향을 따라 상기 제1내폭보다 큰 소정의 제2내폭을 갖고, 상기 제1부에 비하여 상방에 위치하는 제2부를 포함하는, 전지 팩.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 앵커부는, 소정의 제1내경의 원형 단면을 갖는 제1부, 및 상기 제1내경보다 큰 소정의 제2내경의 원형 단면을 갖고, 상기 제1부에 비하여 상방에 위치하는 제2부를 포함하는, 전지 팩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 앵커부는 하방으로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 테이퍼부를 포함하는, 전지 팩.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 앵커부는 하방으로 갈수록 그 내경이 작아지는 원형 단면을 갖는 테이퍼부를 포함하는, 전지 팩.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 앵커부는 하방으로 갈수록 그 내경이 작아지는 원뿔대 형상의 내주면을 갖는 테이퍼부를 포함하는, 전지 팩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 수지는:
    상기 모듈 프레임의 바닥판의 상부에 연결되는 상부 수지층; 및
    상기 모듈 프레임의 바닥판의 저부에 연결되는 저부 수지층;을 포함하고,
    상기 연장부는 상기 앵커부를 통하여 상기 상부 수지층과 상기 저부 수지층을 연결하는, 전지 팩.
  10. 모듈 프레임을 구비하는 전지 모듈;
    상기 전지 모듈이 재치되는 바닥판을 구비하는 팩 프레임; 및
    상기 전지 모듈의 바닥판과 상기 팩 프레임의 바닥판 사이에 개재되는 열전도성 수지;를 포함하는 전지 팩에 있어서,
    상기 전지 모듈의 바닥판에는 상방으로 함몰된 홈 형상의 앵커부가 마련되고,
    상기 열전도성 수지는 상방으로 연장되어 상기 앵커부에 채워지는 연장부를 구비하는, 전지 팩.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 앵커부는 나란히 연장되며 병치된 복수 열로 마련되는, 전지 팩.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 앵커부의 복수 열은 등간격으로 배열되는, 전지 팩.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 앵커부는, 일 수평방향을 따라 소정의 제1내폭을 갖는 제1부, 및 상기 일 수평방향을 따라 상기 제1내폭보다 큰 소정의 제2내폭을 갖고, 상기 제1부에 비하여 상방에 위치하는 제2부를 포함하는, 전지 팩.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 앵커부는, 길이방향을 따라 소정의 제1내폭으로 연장된 직사각형 단면을 갖는 제1부, 및 길이방향을 따라 상기 제1내폭보다 큰 소정의 제2내폭으로 연장된 직사각형 단면을 갖고, 상기 제1부에 비하여 하방에 위치하는 제2부를 포함하는, 전지 팩.
    전지 팩.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 앵커부는 하방으로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 테이퍼부를 포함하는, 전지 팩.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 앵커부는 하방으로 갈수록 그 내폭이 작아지는 직사각형 단면을 갖는 테이퍼부를 포함하는, 전지 팩.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 앵커부는, 길이방향으로 연장되고, 길이방향으로 위폭이 아래폭보다 큰 사다리꼴 형상의 단면을 갖는 테이퍼부를 포함하는, 전지 팩.
  18. 청구항 1 내지 17 중 어느 하나의 전지 팩을 포함하는, 자동차.
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