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KR20210092566A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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KR20210092566A
KR20210092566A KR1020200006113A KR20200006113A KR20210092566A KR 20210092566 A KR20210092566 A KR 20210092566A KR 1020200006113 A KR1020200006113 A KR 1020200006113A KR 20200006113 A KR20200006113 A KR 20200006113A KR 20210092566 A KR20210092566 A KR 20210092566A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이에 위치하는 제1 열전도성 수지층을 포함하고, 상기 바닥부는 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 포함하며, 상기 제3 영역은 서로 이격된 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 위에 상기 제1 열전도성 수지층이 형성되며, 상기 제3 영역에 적어도 하나의 관통구가 형성된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉각 성능을 효율적으로 개선한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
한편, 전지 모듈은, 전지셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임(Module frame) 및 엔드 플레이트(End plate)를 포함할 수 있다.
이때, 전지셀 적층체와 모듈 프레임 사이에 열전도성 수지를 주입하여 열전도성 수지층을 형성할 수 있고, 상기 열전도성 수지층은 전지셀 적층체로부터 발생한 열을 전지 모듈의 바닥으로 전달하는 역할을 할 수 있다.
다만, 열전도성 수지를 과량 주입하는 경우 전지 모듈의 제조 단가가 증가하여 수익성에 악영향을 끼치는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은, 열전도성 수지층을 형성하는 열전도성 수지의 최적의 도포량을 구현하면서, 동시에 각 전지셀 간의 온도를 균일하게 유지할 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩의 제공을 그 목적으로 한다.
다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이에 위치하는 제1 열전도성 수지층을 포함하고, 상기 바닥부는 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 포함하며, 상기 제3 영역은 서로 이격된 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 위에 상기 제1 열전도성 수지층이 형성되며, 상기 제3 영역에 적어도 하나의 관통구가 형성된다.
상기 전지 모듈은 상기 바닥부 아래에 위치하는 제2 열전도성 수지층을 더 포함할 수 있다.
상기 관통구를 통해, 상기 전지셀 적층체가 상기 제2 열전도성 수지층과 접촉할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 제2 열전도성 수지층 아래에 위치하는 히트 싱크(Heat sink)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 바닥부에서 서로 이격된 양 단부에 위치하고, 상기 제3 영역은 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치할 수 있다.
상기 모듈 프레임은 전면 및 후면이 개방되고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은, 상기 전면 및 상기 후면 각각과 인접한 상기 바닥부의 양 단부에 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 전지셀은 전극 리드를 포함하고, 상기 전극 리드는, 상기 모듈 프레임의 개방된 상기 전면 및 상기 후면을 향해 돌출될 수 있다.
상기 모듈 프레임은, 상면이 개방된 U자형 프레임 및 상기 U자형 프레임의 개방된 상기 상면을 덮는 상부 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임은, 상기 바닥부, 2개의 측면부 및 천장부가 일체화된 모노 프레임일 수 있다.
상기 바닥부는 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 각각 위치한 둘 이상의 주입구를 포함할 수 있다.
상기 제1 열전도성 수지층 및 상기 제2 열전도성 수지층 중 적어도 하나는, 열전도성 수지(Thermal resin)를 포함하고, 상기 열전도성 수지는, 실리콘(Silicone) 소재, 우레탄(Urethan) 소재 및 아크릴(Acrylic) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 모듈 프레임의 바닥부에 형성된 적어도 하나의 관통구를 통해, 상기 바닥부에 도포되는 열전도성 수지의 최적의 도포량을 구현하면서, 동시에 전지 모듈에 포함된 각 전지셀 간의 온도를 균일하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 모듈에 포함된 U자형 프레임을 위에서 바라본 평면도이다.
도 4는 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 5는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 1의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 전지 모듈에 포함된 모노 프레임을 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 7의 전지 모듈을 뒤집어 나타낸 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, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 전지 모듈에 포함된 U자형 프레임을 위에서 바라본 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100a)은 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(200), 전지셀 적층체(200)를 수납하는 모듈 프레임(300a) 및 전지셀 적층체(200)와 모듈 프레임(300a)의 바닥부(310a) 사이에 위치하는 제1 열전도성 수지층(810)을 포함한다. 이때, 바닥부(310a)는 제1 영역(311a), 제2 영역(312a) 및 제3 영역(313a)을 포함하고, 제3 영역(313a)은 서로 이격된 제1 영역(311a)과 제2 영역(312a) 사이에 위치한다. 또한, 제1 영역(311a)과 제2 영역(312a) 위에 제1 열전도성 수지층(810)이 형성되고, 제3 영역(313a)에 적어도 하나의 관통구(900a)가 형성된다.
모듈 프레임(300a)은 전면(x축 방향) 및 후면(x축 반대 방향)이 개방된 형태일 수 있으며, 모듈 프레임(300a)의 개방된 상기 전면 및 상기 후면을 각각 엔드 플레이트(600)가 덮을 수 있다. 이러한 모듈 프레임(300a) 및 엔드 플레이트(600)는 전지셀 적층체(200)를 비롯한 기타 전장품을 외부 충격으로부터 보호하기 위해 소정의 강도를 갖는 것이 바람직하며, 이를 위해 금속 재질, 특히 알루미늄을 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 모듈 프레임(300a)은 상면(z축 방향)이 개방된 U자형 프레임(400a) 및 U자형 프레임(400a)의 개방된 상기 상면을 덮는 상부 플레이트(500a)를 포함할 수 있다. U자형 프레임(400a)과 상부 플레이트(500a)는 서로 용접을 통해 접합될 수 있으나, 접합 방식은 이에 한정되지 않고, 다양한 실시예를 통해 구현될 수 있다.
U자형 프레임(400a)은 바닥부(310a) 및 바닥부(310a)의 마주보는 양 측면에서 상부 방향(Z축 방향)으로 연장된 2개의 측면부(320a)를 포함할 수 있고, 2개의 측면부(320a) 사이의 거리는 상부 플레이트(500a)의 폭과 동일한 것이 바람직하다.
본 실시예에서, 모듈 프레임(300a)의 바닥부(310a)는 U자형 프레임(400a)의 바닥부(310a)에 해당하고, 이러한 바닥부(310a)는 적어도 하나의 관통구(900a)가 형성된 제3 영역(313a) 및 제1 열전도성 수지층(810)이 형성된 제1 영역(311a)과 제2 영역(312a)을 포함한다.
제1 영역(311a)과 제2 영역(312a)에 위치하는 제1 열전도성 수지층(810)은 열전도성 수지(Thermal resin)가 바닥부(310a)에 도포되어 형성된 것으로, 상기 열전도성 수지는 열전도성 접착 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로 실리콘(Silicone) 소재, 우레탄(Urethan) 소재 및 아크릴(Acrylic) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 열전도성 수지는, 도포 시에는 액상이나 도포 후에 고화되어 전지셀 적층체(200)를 구성하는 하나 이상의 전지셀(110)을 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 열전도 특성이 뛰어나 전지셀(110)에서 발생한 열을 신속하게 전지 모듈(100a)의 하면 방향으로 전달하여 전지 모듈(100a)의 과열을 방지할 수 있다.
한편, 전지셀 적층체(200)에 포함된 전지셀(110)의 모습이 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 도 2의 전지 모듈에 포함된 전지셀(110)에 대한 사시도이다.
도 4를 참고하면, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(150)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 보다 상세하게는 전극 리드(150)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다.
한편, 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 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 또한, 연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다.
도 2를 다시 참고하면, 도 4의 전지셀(110)이 y축 방향을 따라 적층되어 전지셀 적층체(200)를 형성할 수 있다. 그에 따라 복수의 전지셀(110)의 전극 리드(150)가 전면(x축 방향)과 후면(x축 반대 방향)을 향해 각각 돌출될 수 있다.
한편, 제1 영역(311a) 및 제2 영역(312a)은 바닥부(310a)에서 서로 이격된 양 단부에 위치하고, 제3 영역(313a)은 제1 영역(311a)과 제2 영역(312a) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 제1 열전도성 수지층(810)이 바닥부(310a)에서 서로 이격된 양 단부에 위치할 수 있다.
보다 구체적으로, 전면(x축 방향) 및 후면(x축 반대 방향)이 개방된 모듈 프레임(300a)에 있어서, 제1 열전도성 수지층(810)이 형성된 제1 영역(311a)과 제2 영역(312a)은, 상기 전면 및 상기 후면 각각과 인접한 바닥부(310a)의 양 단부에 서로 이격되어 위치할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, U자형 프레임(400a)의 개방된 상면을 통해 전지셀 적층체(200)를 수직하게 내려오는 방향(z축 반대 방향)을 따라 바닥부(310a)에 위치시킬 수 있다. 전지셀 적층체(200)를 위치시키기 앞서, 바닥부(310a) 상에 열전도성 수지를 도포하여 제1 열전도성 수지층(810)을 형성할 수 있는데, 수직하게 내려오는 전지셀 적층체(200)에 의해 열전도성 수지가 압축되고 수평 방향으로 이동하게 된다. 이때, 바닥부(310a)의 모든 영역에 열전도성 수지를 도포한다면, 수직하게 내려오는 전지셀 적층체(200)로 인해 모듈 프레임(300a) 외부로 넘치는 열전도성 수지가 발생할 수 있다. 그렇다고 소량의 열전도성 수지만 도포할 경우, 열전도성 수지층의 열 전달 성능이 저하될 우려가 있다.
이에 본 실시예에 따른 전지 모듈(100a)은, 제1 영역(311a)과 제2 영역(312a)에만 제1 열전도성 수지층(810)을 형성한 다음 전지셀 적층체(200)를 그 위에 위치시켜, 하나의 전지 모듈(100a)을 제조할 때 필요 이상의 열전도성 수지가 사용되는 것을 방지하면서, 동시에 제1 열전도성 수지층(810)을 통한 열 전달 성능 저하가 일어나지 않도록 하였다.
앞서 상술한 바와 같이, 전지셀(110)의 전극 리드(150)는 모듈 프레임(300a)의 전면(x축 방향)과 후면(x축 반대 방향)을 향해 각각 돌출될 수 있다. 전지 모듈(100a)이 작동할 때, 전지셀(110) 중 전극 리드(150) 부분이 다른 부분에 비해 발열이 심할 수 있고, 이에 따라 전지셀 적층체(200)는 전면(x축 방향) 및 후면(x축 반대 방향) 각각과 인접한 부분에 발열이 집중될 수 있다.
이 때, 제1 열전도성 수지층(810)이 형성된 제1 영역(311a)과 제2 영역(312a)이, 상기 전면 및 상기 후면 각각과 인접한 바닥부(310a)의 양 단부에 서로 이격되어 위치하여, 상기 전면 및 상기 후면 각각과 인접한 부분에 집중된 열을 보다 신속하게 배출할 수 있다. 다시 말해, 전지셀(110)의 각 지점별로 온도를 균일하게 유지할 수 있어, 온도 편차로 인한 전지셀(110)의 성능 저하를 방지할 수 있다.
다만, 제3 영역(313a)에는 열전도성 수지층이 형성되지 않아, 이로 인해 오히려 전지셀(110)의 온도 편차가 발생할 수 있다. 이에 본 실시예에 따른 전지 모듈(100a)은 제3 영역(313a)에 적어도 하나의 관통구(900a)를 마련하여, 이러한 문제를 해결하고자 하였다. 이하 도 5 및 도 6과 함께 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이고, 도 6은 도 1의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다. 구체적으로, 절단선 A-A’는 제1 영역(311a)을 지나가고, 절단선 B-B’는 제3 영역(313a)을 지나간다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100a)은 모듈 프레임(300a)의 바닥부(310a) 아래에 위치하는 제2 열전도성 수지층(820)을 포함할 수 있다. 제2 열전도성 수지층(820)은 제1 열전도성 수지층(810)과 마찬가지로, 열전도성 접착 물질을 포함하는 열전도성 수지를 포함할 수 있다.
한편, 전지 모듈(100a)는 제2 열전도성 수지층(820) 아래에 위치하는 히트 싱크(830, Heat sink)를 더 포함할 수 있다. 히트 싱크(830)는 그 내부에 형성된 냉매 유로를 포함하여, 전지셀 적층체(200)에서 발생한 열을 외부로 배출하는 기능을 수행할 수 있다.
이에 도 5에서 도시된 바와 같이, 전지셀(110) 중 제1 영역(311a)에 대응하는 부분에서 발생한 열은, 차례로 제1 열전도성 수지층(810), 바닥부(310a)의 제1 영역(311a), 제2 열전도성 수지층(820) 및 히트 싱크(830)를 따라 외부로 이동할 수 있다. 이때, 제2 영역(312a)에 대응하는 부분에서의 열전달 경로는 상술한 제1 영역(311a)에 대응하는 부분에서의 열전달 경로와 유사함은 물론이다.
반면, 전지셀 적층체(200)와 바닥부(310a) 사이에 열전도성 수지층을 형성하지 않은 제3 영역(313a)에서는, 열전도성 수지층이 없는 빈 공간으로 인해 냉각 성능이 저하될 우려가 있다. 이에 본 실시예에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제3 영역(313a)에 적어도 하나의 관통구(900a)를 형성하였고, 관통구(900a)를 통해 전지셀 적층체(200)가 제2 열전도성 수지층(820)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 전지셀(110) 중 제3 영역(313a)에 대응하는 부분에서 발생한 열은, 차례로 제2 열전도성 수지층(820) 및 히트 싱크(830)를 따라 외부로 이동할 수 있다.
아울러, 관통구(900a)가 형성되어도, 제3 영역(313a)에서는 전지셀(110)과 제2 열전도성 수지층(820)이 접촉하지 않는 부분이 발생할 수 있다. 그러나 제3 영역(313a)이 전극 리드(150) 부분에 비해서는 상대적으로 열이 적게 발생하는 전지셀(110)의 중간 부분과 대응하기 때문에 전지셀(110)의 전체적인 온도를 균일하게 유지하는데 이러한 구성이 오히려 더 적합할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 관통구(900a)는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 복수개로 형성되어 전지셀(110)의 적층 방향(y축 방향)을 따라 이격되어 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 원형의 관통구(900a)의 형태만을 도시하였으나, 본 발명의 실시예들에 따른 관통구(900a)는 원형뿐만 아니라 다각형의 형태를 이룰 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 9와 함께, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈(100b)에 대해 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대한 분해 사시도이고, 도 8은 도 7의 전지 모듈에 포함된 모노 프레임을 나타낸 사시도이며, 도 9는 도 7의 전지 모듈을 뒤집어 나타낸 사시도이다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100b)은, 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(200), 모듈 프레임(300b) 및 제1 열전도성 수지층(810)을 포함한다. 또한, 전지 모듈(100b)은 엔드 플레이트(600) 및 모듈 프레임(300b)의 바닥부(310b) 아래에 위치하는 제2 열전도성 수지층(820)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 전지셀 적층체(200), 제1 열전도성 수지층(810), 제2 열전도성 수지층(820) 및 엔드 플레이트(600)에 대해서는 앞서 설명한 내용과 중복이므로 자세한 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 모듈 프레임(300b)은, 상면(z축 방향), 하면(z축 반대 방향 및 양 측면(y축 방향 및 y축 반대 방향)이 일체화된 모노 프레임일 수 있다. 다시 말해, 모노 프레임인 모듈 프레임(300b)은 바닥부(310b), 2개의 측면부(320b) 및 천장부(330b)를 포함할 수 있고, 바닥부(310b), 2개의 측면부(320b) 및 천장부(330b)는 일체화될 수 있다. 도 8에서는 단지 설명의 편의를 위해 2개의 측면부(320b)를 절단한 모습을 나타내었다.
모듈 프레임(300b)은 전면(x축 방향) 및 후면(x축 반대 방향)이 개방되고, 개방된 상기 전면 또는 상기 후면을 통해 전지셀 적층체(200)가 수납될 수 있다.
모듈 프레임(300b)의 바닥부(310b)는 제1 영역(311b), 제2 영역(312b) 및 제3 영역(313b)을 포함하고, 제3 영역(313b)은 서로 이격된 제1 영역(311b)과 제2 영역(312b) 사이에 위치한다. 제1 영역(311b)과 제2 영역(312b) 위에 제1 열전도성 수지층(810)이 형성되고, 제3 영역(313b)에 적어도 하나의 관통구(900b)가 형성된다.
제1 영역(311b)과 제2 영역(312b)은 바닥부(310b)에서 서로 이격된 양 단부에 위치하고, 제3 영역(313b)은 제1 영역(311b)과 제2 영역(312b) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 제1 열전도성 수지층(810)이 바닥부(310b)에서 서로 이격된 양 단부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 전면(x축 방향) 및 후면(x축 반대 방향)이 개방된 모듈 프레임(300b)에 있어서, 제1 열전도성 수지층(810)이 형성된 제1 영역(311b)과 제2 영역(312b)은, 상기 전면 및 상기 후면 각각과 인접한 바닥부(310b)의 양 단부에 서로 이격되어 위치할 수 있다.
한편, 제3 영역(313b)에는 적어도 하나의 관통구(900b)가 형성되어, 이러한 관통구(900b)를 통해 전지셀 적층체(200)가 제2 열전도성 수지층(820)과 접촉할 수 있다.
도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 모듈 프레임(300b)의 바닥부(310b)는 제1 영역(311b) 및 제2 영역(312b)에 각각 위치한 둘 이상의 주입구(910b)를 포함할 수 있다.
바닥부(310b), 2개의 측면부(320b) 및 천장부(330b)가 일체화된 모노 프레임인 모듈 프레임(300b)의 구조상, 전지셀 적층체(200)를 개방된 전면(x축 방향) 또는 후면(x축 반대 방향)을 통해 수납해야 되기 때문에 전지셀 적층체(200)의 수납 이전에 미리 열전도성 수지를 도포하지 않는 것이 바람직하다.
대신, 전지셀 적층체(200)를 수납한 이후에, 둘 이상의 주입구(910b)를 통해 열전도성 수지를 주입하여, 제1 영역(311b)과 제2 영역(312b)에 제1 열전도성 수지층(810)을 형성할 수 있다.
이러한 주입구(910b)는 그 개수에 특별한 제한은 없으나, 제1 영역(311b) 및 제2 영역(312b)에 복수로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 도 2 및 도 8을 참고하면, 도 4에 도시된 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 장착될 수 있도록, 제1 영역(311a, 311b)과 제2 영역(312a, 312b)에는 열전도성 수지가 도포되지 않은 채 만입된 홈부(340a, 340b)가 형성될 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전지 모듈(100a)은 각 전지셀(110)의 전극 리드(150)를 연결하는 버스바(710) 및 버스바(710)가 장착되는 버스바 프레임(700)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 버스바 프레임(700)은 전극 리드(150)의 돌출 방향에 따라 전지셀 적층체(200)의 전면(x축 방향) 및 후면(x축 반대 방향)에 각각 형성될 수 있다. 전지셀(110)의 전극 리드(150)들이 버스바 프레임(700)에 형성된 슬릿을 통과한 후 구부러져 버스바(710)와 연결될 수 있다. 엔드 플레이트(600)가 모듈 프레임(300a)과 접함됨으로써, 버스바(710)를 비롯한 버스바 프레임(700) 상에 장착된 여러 전장품을 외부 충격 등으로부터 보호할 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 전지 모듈이나 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100a, 100b: 전지 모듈
110: 전지셀
200: 전지셀 적층체
300a, 300b: 모듈 프레임
310a. 310b: 바닥부
311a, 311b: 제1 영역
312a, 312b: 제2 영역
313a, 313b: 제3 영역
600: 엔드 플레이트
700: 버스바 프레임
710: 버스바
810: 제1 열전도성 수지층
820: 제2 열전도성 수지층
830: 히트 싱크
900a, 900b: 관통구

Claims (12)

  1. 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임의 바닥부 사이에 위치하는 제1 열전도성 수지층을 포함하고,
    상기 바닥부는 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 포함하며,
    상기 제3 영역은 서로 이격된 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하고,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역 위에 상기 제1 열전도성 수지층이 형성되며,
    상기 제3 영역에 적어도 하나의 관통구가 형성된 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 바닥부 아래에 위치하는 제2 열전도성 수지층을 더 포함하는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 관통구를 통해, 상기 전지셀 적층체가 상기 제2 열전도성 수지층과 접촉하는 전지 모듈.
  4. 제2항에서,
    상기 제2 열전도성 수지층 아래에 위치하는 히트 싱크(Heat sink)를 더 포함하는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 바닥부에서 서로 이격된 양 단부에 위치하고, 상기 제3 영역은 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치한 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 전면 및 후면이 개방되고,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은, 상기 전면 및 상기 후면 각각과 인접한 상기 바닥부의 양 단부에 서로 이격되어 위치하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 전지셀은 전극 리드를 포함하고,
    상기 전극 리드는, 상기 모듈 프레임의 개방된 상기 전면 및 상기 후면을 향해 돌출된 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은, 상면이 개방된 U자형 프레임 및 상기 U자형 프레임의 개방된 상기 상면을 덮는 상부 플레이트를 포함하는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은, 상기 바닥부, 2개의 측면부 및 천장부가 일체화된 모노 프레임인 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 바닥부는 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 각각 위치한 둘 이상의 주입구를 포함하는 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 열전도성 수지층 및 상기 제2 열전도성 수지층 중 적어도 하나는, 열전도성 수지(Thermal resin)를 포함하고,
    상기 열전도성 수지는, 실리콘(Silicone) 소재, 우레탄(Urethan) 소재 및 아크릴(Acrylic) 소재 중 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈.
  12. 제1항에 따른 전지 모듈을 하나 이상 포함하는 전지 팩.
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