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KR102395232B1 - 전지 모듈, 그 제조 방법 및 전지 모듈을 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 모듈, 그 제조 방법 및 전지 모듈을 포함하는 전지 팩 Download PDF

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KR102395232B1
KR102395232B1 KR1020200011329A KR20200011329A KR102395232B1 KR 102395232 B1 KR102395232 B1 KR 102395232B1 KR 1020200011329 A KR1020200011329 A KR 1020200011329A KR 20200011329 A KR20200011329 A KR 20200011329A KR 102395232 B1 KR102395232 B1 KR 102395232B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀을 포함하는 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 모듈 프레임의 바닥부는, 열전도성 수지층이 형성된 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 포함하며, 상기 제1 영역의 열전도성 수지층 및 상기 제2 영역의 열전도성 수지층은 상기 제3 영역의 열전도성 수지층보다 두껍다.

Description

전지 모듈, 그 제조 방법 및 전지 모듈을 포함하는 전지 팩{BATTERY MODULE, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈, 그 제조 방법 및 전지 모듈을 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 구체적으로는 열전도성 수지의 정량 도포가 가능한 전지 모듈의 제조 방법, 상기 방법으로 제조된 전지 모듈 및 상기 전지 모듈을 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 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 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 전지 셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지 셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 셀 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.
도 1은 종래의 전지 모듈(10)에 대한 분해 사시도이다.
도 1을 참고하면, 전지 모듈(10)은, 전면과 후면이 개방되어 셀 적층체(20)를 내부 공간에 수납하는 모노 프레임(30) 및 모노 프레임(30)의 전면과 후면을 덮는 엔드 플레이트(60)를 포함한다.
이러한 모노 프레임(30)의 경우, 셀 적층체(20)가 도 1에 도시한 화살표와 같이 X축 방향을 따라 모노 프레임(30)의 개방된 전면 또는 후면으로 수평 조립되는 형태이다. 다만, 모노 프레임(30)의 높이는 셀 적층제(20)의 최대 높이와 삽입 과정에서의 조립 공차(clearance) 등을 고려해 높게 설계되어야 하며, 그로 인해 불필요하게 낭비되는 공간이 발생할 수 밖에 없다. 여기서, 공차(clearance)란 끼워 맞춤 등에 의해 발생하는 틈을 말한다.
한편, 셀 적층체(20)의 하부와 모노 프레임(30) 사이에, 열 전달 및 셀 적층체의 고정을 위한 열전도성 수지층을 형성할 수 있다. 일반적으로, 셀 적층체(20)를 모노 프레임(30)에 삽입한 이후에, 모노 프레임(30)에 형성된 주입구를 통해 열전도성 수지를 삽입함으로써, 열전도성 수지층을 형성한다.
다만, 상기와 같은 주입 방법의 경우, 각 전지 모듈에서의 부품의 공차로 인해 열전도성 수지의 정량 주입이 어려워, 필요 이상의 열전도성 수지가 소비되는 단점이 있다.
본 발명의 실시예들은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 내부 공간을 더 효율적으로 활용할 수 있고, 열전도성 수지를 정량 주입할 수 있는 전지 모듈의 제조 방법, 상기 방법으로 제조된 전지 모듈 및 상기 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 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 전지 셀을 포함하는 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 모듈 프레임의 바닥부는, 열전도성 수지층이 형성된 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 포함하며, 상기 제1 영역의 열전도성 수지층 및 상기 제2 영역의 열전도성 수지층은 상기 제3 영역의 열전도성 수지층보다 두껍다.
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 모듈 프레임의 상기 바닥부에서 서로 이격된 양 단부에 위치하고, 상기 제3 영역은 서로 이격된 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치할 수 있다.
상기 제3 영역의 열전도성 수지층은, 상기 제1 영역의 열전도성 수지층과 인접한 제1 열전도성 수지층 및 상기 제2 영역의 열전도성 수지층과 인접한 제2 열전도성 수지층을 포함할 수 있고, 상기 제3 영역은, 상기 제1 열전도성 수지층과 상기 제2 열전도성 수지층 사이에 위치한 열전도성 수지 미도포부를 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 열전도성 수지 미도포부를 덮는 절연 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 제1 열전도성 수지층 및 상기 제2 열전도성 수지층 중 적어도 하나와 상기 바닥부 사이에 위치한 절연 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 제1 열전도성 수지층 및 상기 제2 열전도성 수지층 사이에 위치한 절연 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임의 전면과 후면이 각각 개방되고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은, 상기 전면 및 상기 후면과 각각 인접한 상기 바닥부의 양 단부에 각각 위치할 수 있다.
상기 복수의 전지 셀의 전극 리드는, 상기 전면 및 상기 후면을 향해 돌출될 수 있다.
상기 제3 영역의 열전도성 수지층과 상기 바닥부 사이에 위치하는 절연 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 전지 셀의 적층 방향은 상기 모듈 프레임의 상기 바닥부와 평행하고, 상기 복수의 전지 셀 각각이 상기 열전도성 수지층과 접촉할 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상부가 개방된 U자형일 수 있고, 상기 전지 모듈은 상기 모듈 프레임의 상기 상부에서 상기 셀 적층체를 덮는 상부 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상기 바닥부의 마주보는 양 측면에서 상부 방향으로 연장된 2개의 측면부를 더 포함하고, 상기 2개의 측면부 사이의 거리는 상기 상부 플레이트의 폭과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은 상부가 개방된 모듈 프레임의 바닥부에 열전도성 수지를 도포하여 열전도성 수지 도포층을 형성하는 단계; 복수의 전지 셀을 포함하는 셀 적층체가, 상부가 개방된 상기 모듈 프레임의 바닥부를 향해 수직하게 이동하는 단계; 상기 셀 적층체가 상기 열전도성 수지 도포층을 압축하면서 열전도성 수지층을 형성하는 단계; 및 상기 개방된 모듈 프레임의 상부에서 상기 셀 적층체를 덮도록 상부 플레이트를 장착하는 단계를 포함하고, 상기 모듈 프레임의 바닥부는 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 포함하며, 상기 열전도성 수지 도포층을 형성하는 단계에서 상기 열전도성 수지가 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 도포되고, 상기 열전도성 수지층을 형성하는 단계에서 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 도포된 상기 열전도성 수지가 상기 제3 영역으로 이동한다.
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 모듈 프레임의 상기 바닥부에서 서로 이격된 양 단부에 위치하고, 상기 제3 영역은 서로 이격된 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치할 수 있다.
상기 모듈 프레임의 전면과 후면이 각각 개방되고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은, 상기 전면 및 상기 후면과 각각 인접한 상기 바닥부의 양 단부에 위치할 수 있다.
상기 복수의 전지 셀의 전극 리드는, 상기 전면 및 상기 후면을 향해 돌출될 수 있다.
상기 전지 모듈의 제조 방법은 상기 제3 영역 상에 절연 필름을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 모듈 프레임에 대한 셀 적층체의 수직 조립을 통해, 전지 모듈 내 불필요한 공간을 줄일 수 있어 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
또한, 기존의 주입 방식 대신, 열전도성 수지를 도포하여 열전도성 수지층을 형성하는 것이므로, 열전도성 수지를 필요한 만큼만 정량 도포하기 용이하다.
도 1은 종래의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 모듈 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 셀 적층체에 포함된 하나의 전지 셀을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 3의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도의 일부를 나타낸다.
도 6은 셀 적층체가 열전도성 수지 도포층을 압축한 이후를 나타내는 단면도이다.
도 7 내지 도 10은 각각 본 발명의 다른 변형 실시예들을 설명하기 위한 단면도이다.
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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)과 그 제조 방법을 설명하기 위한 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 모듈 프레임(300)을 나타내는 사시도이다
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예의 전지 모듈(100)은, 복수의 전지 셀(210)을 포함하는 셀 적층체(200) 및 셀 적층체(200)를 수용하는 모듈 프레임(300)을 포함한다.
모듈 프레임(300)은 상부가 개방된 U자형일 수 있으며, 전지 모듈(100)은 모듈 프레임(300)의 상기 상부에서 셀 적층체(200)를 덮는 상부 플레이트(500)를 더 포함할 수 있다.
모듈 프레임(300)은 바닥부(310) 및 바닥부(310)의 마주보는 양 측면에서 상부 방향(Z축 방향)으로 연장된 2개의 측면부(320)를 포함하고, 전면(330)과 후면(340)이 개방된 형태일 수 있다. 이 때, 2개의 측면부(320) 사이의 거리는 상부 플레이트(500)의 폭과 동일한 것이 바람직하다.
셀 적층체(200)는 일정한 방향을 따라 적층된 복수의 전지 셀(210)을 포함하고, 각 전지 셀(210)의 전극 리드(211)를 연결하는 버스 바(710) 및 버스 바(710)가 장착되는 버스 바 프레임(700)을 더 포함할 수 있다. 이때, 복수의 전지 셀(210)의 적층 방향은 모듈 프레임(300)의 바닥부(310)와 평행할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 Y축 방향과 나란할 수 있다.
이러한 셀 적층체(200)가 모듈 프레임(300)의 바닥부(310) 상에 장착되어, 복수의 전지 셀(210) 각각이 모듈 프레임(300)의 바닥부(310)에 도포된 열전도성 수지층과 접촉될 수 있다. 상기 열전도성 수지층에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 도 2의 셀 적층체(200)에 포함된 하나의 전지 셀(210)을 나타내는 사시도이다. 도 2 및 도 4를 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 셀(210)은 두 개의 전극 리드(211, 212)가 서로 대향하여 전지 본체(213)의 일단부(214a)와 다른 일단부(214b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 전지 셀(210)은, 전지 케이스(214)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 전지 케이스(214)의 양 단부(214a, 214b)와 이들을 연결하는 양 측면(214c)을 접착함으로써 제조될 수 있다. 이러한 전지 셀(210)들을 구비한 셀 적층체(200)는, 모듈 프레임(300)에 장착되었을 때, 전극 리드(211, 212)들이 전면(330) 또는 후면(340)을 향해 돌출될 수 있다.
한편, 전지 모듈(100)은 전면(330)과 후면(340)을 덮는 엔드 플레이트(600)를 더 포함할 수 있다. 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(600)는 용접 등의 방법에 의해 접합될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 실시예가 적용될 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 변형된 실시예로써, 모듈 프레임은 전면과 후면이 개방되지 않고 일체화된 구조를 형성하여 엔드 플레이트가 불필요한 구조일 수 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 제조 방법은 상부가 개방된 모듈 프레임(300)의 바닥부(310)에 열전도성 수지를 도포하여 열전도성 수지 도포층을 형성하는 단계, 복수의 전지 셀(210)을 포함하는 셀 적층체(200)가 상부가 개방된 모듈 프레임(300)의 바닥부(310)를 향해 수직하게 이동하는 단계 및 셀 적층체(200)가 상기 열전도성 수지 도포층을 압축하면서 열전도성 수지층을 형성하는 단계를 포함한다.
이 때, 셀 적층체(200)가 바닥부(310)를 향해 수직하게 이동하는 것은, 도 2에 도시한 화살표와 같이, Z축 방향의 반대방향을 따라 셀 적층체(200)가 바닥부(310) 상으로 배치되는 것을 의미한다.
모듈 프레임(300)의 바닥부(310)는 제1 영역(311), 제2 영역(312) 및 제3 영역(313)을 포함하고, 상기 열전도성 수지 도포층을 형성하는 단계에서 열전도성 수지가 제1 영역(311) 및 제2 영역(312)에 도포된다.
제1 영역(311)과 제2 영역(312)은 바닥부(310)에서 서로 이격된 양 단부에 위치할 수 있다. 구체적으로는, 측면부(320)와 인접한 단부가 아닌, 개방된 전면(330) 및 후면(340)과 각각 인접한 바닥부(310)의 양 단부에 제1 영역(311)과 제2 영역(312)이 위치할 수 있다. 한편, 제3 영역(313)은 서로 이격된 제1 영역(311)과 제2 영역(312) 사이에 위치할 수 있다.
즉, 제1 영역(311)과 제2 영역(312)의 위치에 특별한 제한이 있는 것은 아니나, 전면(330) 및 후면(340)과 각각 인접한 바닥부(310)의 양 단부에 위치하는 것이 바람직하다. 전극 리드(211)가 다른 부분에 비해 발열량이 많아, 전극 리드(211)와 대응하는 곳에 제1 영역(311)과 제2 영역(312)이 위치하는 것이 셀 적층체(200)의 냉각에 더 효율적이기 때문이다.
이후, 모듈 프레임(300)의 개방된 상부를 상부 플레이트(500)로 덮고, 모듈 프레임(300)의 전면(330)과 후면(340) 각각을 엔드 플레이트(600)로 덮는 단계가 이어질 수 있다.
앞서 설명한대로, 도 1의 모노 프레임(30)은, 수평 삽입에 따른 조립 공차를 고려하여 모노 프레임(30)의 높이를 여유 있게 설계할 필요가 있으나, 본 실시예에서는 셀 적층체(200)를 수직 방향을 따라서 조립할 수 있기 때문에, 측면부(320)의 높이를 더 낮게 설정하여, 더 컴팩트한 전지 모듈을 구성할 수 있다. 즉, 용량 및 출력이 우수한 전지 모듈을 제조할 수 있다.
도 5는 도 3의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도의 일부를 나타낸다. 특히, 제1 영역(311) 내지 제3 영역(313) 사이의 경계를 확대하여 나타낸다. 도 5를 도 2와 함께 다시 참고하면, 앞서 설명한대로, 바닥부(310) 중 제1 영역(311)과 제2 여역(312)에 열전도성 수지를 도포하여 열전도성 수지 도포층(400)을 형성할 수 있다. 이후, 셀 적층체(200)가 수직 방향(도 2의 Z축과 반대 방향)에 따라 이동하여 열전도성 수지 도포층(400)을 압축할 수 있다. 이에 따라, 제1 영역(311)과 제2 영역(312)의 열전도성 수지 도포층(400)의 일부가 제3 영역(313)로 이동한다. 즉, 제3 영역(313)의 좌측에 위치한 제1 영역(311)의 열전도성 수지 도포층(400)은 C방향으로, 제3 영역(313)의 우측에 위치한 제2 영역(312)의 열전도성 수지 도포층(400)는 C’방향으로 이동한다.
앞서 설명한대로, 도 1의 모노 프레임(30)은, 셀 적층체(20)를 삽입한 후에 모노 프레임(30)의 주입구를 통해 열전도성 수지를 주입하기 때문에, 필요 이상의 열전도성 수지가 주입되는 문제가 있었다.
본 실시예에서는, 열전도성 수지를 미리 도포하므로 종래와 같은 필요 이상의 과량 주입을 방지할 수 있다. 또한, 셀 적층체(200)의 압축에 의해 열전도성 수지 도포층(400)의 일부가 이동하여 채워지는 형태이므로 열전도성 수지의 정량 도포가 더 용이한 장점이 있다.
한편, 열전도성 수지 도포층(400)의 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 셀 적층체(200)를 구성하는 하나 이상의 전지 셀(210)을 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 열전도 특성이 뛰어나 전지 셀(210)에서 발생한 열을 신속히 전지 모듈의 외부로 전달하여 전지 모듈의 과열을 방지할 수 있다.
도 6은 셀 적층체가 열전도성 수지 도포층을 압축하여 열전도성 수지층(410a, 420a, 430a)을 형성한 이후를 나타내는 단면도이다.
즉, 셀 적층체(미도시)의 압축에 따라, 도 5에 도시된 것처럼 제1 영역(311)과 제2 영역(312)의 열전도성 수지 도포층(400)의 일부가 제3 영역(313)로 이동하고, 도 6에 도시된 것처럼 제1 영역(311)의 열전도성 수지층(410a), 제2 영역(312)의 열전도성 수지층(420a) 및 제3 영역(313)의 열전도성 수지층(430a)을 형성한다.
상기와 같이, 압축에 의한 열전도성 수지의 이동에 의해 열전도성 수지층(410a, 420a, 430a)이 형성되는 것이므로, 제1 영역(311)의 열전도성 수지층(410a) 및 제2 영역(312)의 열전도성 수지층(420a)은 제3 영역(313)의 열전도성 수지층(430a)보다 두꺼울 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 영역(311)의 열전도성 수지층(410a)과 제2 영역(312)의 열전도성 수지층(420a)은 각각 제3 영역(313)의 열전도성 수지층(430a) 방향으로 갈수록 그 두께가 감소할 수 있다.
여기서 열전도성 수지층(410a, 420a, 430a)의 두께는 바닥부(310)를 기준으로 바닥부(310)의 수직 방향에 대한 길이를 의미한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 영역(311)의 열전도성 수지층(410a)의 최저점과 바닥부(310) 사이의 길이가 제3 영역(313)의 열전도성 수지층(430a)의 최고점과 바닥부(310) 사이의 길이보다 길 수 있다. 마찬가지로, 제2 영역(312)의 열전도성 수지층(420a)의 최저점과 바닥부(310) 사이의 길이가 제3 영역(313)의 열전도성 수지층(430a)의 최고점과 바닥부(310) 사이의 길이보다 길 수 있다.
도 7 내지 도 10은 각각 본 발명의 다른 변형 실시예들을 설명하기 위한 단면도이다. 우선, 도 7은 절연 필름(440)을 더 포함하는 전지 모듈에 대한 단면도이다.
도 7을 참고하면, 바닥부(310)와 제3 영역(313)의 열전도성 수지층(430b) 사이에, 전기적 절연을 위한 절연 필름(440)이 더 위치할 수 있다.
즉, 도 3 및 도 5에서의 제3 영역(313) 상에 절연 필름(440)을 더 배치하고, 제1 영역(311)과 제2 영역(312)에 도포된 열전도성 수지 도포층(400)이 절연 필름 위로 이동하면서 도 7에서와 같은 열전도성 수지층(410b, 420b, 430b) 및 절연 필름(440)의 구조를 형성할 수 있다.
절연 필름(440)은, 제3 영역(313)에 열전도성 수지가 완전히 도포되지 않은 부분이 생겼을 경우, 그 부분을 통해 전지 셀(미도시)과 바닥부(310) 사이로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 것이며, 전기적 절연성을 띄는 얇은 막이라면 그 형태와 소재에 제한은 없다.
다음, 도 8은 본 발명의 변형 실시예로써, 제3 영역(313)에 형성된 열전도성 수지 미도포부(431c)를 포함하는 전지 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
상술한 바 대로, 셀 적층체(미도시)의 압축에 따라, 도 5에 도시된 것처럼 제1 영역(311)과 제2 영역(312)의 열전도성 수지 도포층(400)의 일부가 제3 영역(313)로 이동한다.
이때, 도 8을 참조하면, 제1 영역(311)의 열전도성 수지 도포층(400, 도 5참조)의 일부가 제3 영역(313)으로 이동하여 제1 열전도성 수지층(430ca)을 형성할 수 있고, 제2 영역(312)의 열전도성 수지 도포층(400, 도 5 참조)의 일부가 제3 영역(313)으로 이동하여 제2 열전도성 수지층(430cb)을 형성할 수 있다. 다만, 제1 열전도성 수지층(430ca)과 제2 열전도성 수지층(430cb)은 서로 맞닿지 않고 이격되어 열전도성 수지 미도포부(431c)가 형성될 수 있다.
압축에 의한 열전도성 수지의 이동에 의해 열전도성 수지층(410c, 420c, 430ca, 430cb)이 형성되는 것은 동일하나, 제1 영역(311)과 제2 영역(312)의 열전도성 수지 도포층(400, 도 5참조)에서부터 이동한 열전도성 수지가 서로 맞닿지 않아 열전도성 수지 미도포부(431c)가 마련될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따르면, 제3 영역(313)의 열전도성 수지층(430ca, 430cb)은, 제1 영역(311)의 열전도성 수지층(410c)과 인접한 제1 열전도성 수지층(430ca) 및 제2 영역(312)의 열전도성 수지층(420c)과 인접한 제2 열전도성 수지층(430cb)을 포함할 수 있다. 또한, 제3 영역(313)은 제1 열전도성 수지층(430ca)과 제2 열전도성 수지층(430cb) 사이에 위치한 열전도성 수지 미도포부(431c)를 포함할 수 있다.
다음, 도 9와 도 10은 본 발명의 변형 실시예로써, 제3 영역(313)에 형성된 열전도성 수지 미도포부(431d, 431e)를 덮는 절연 필름(440d, 440e)을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저 도 9를 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 제1 열전도성 수지층(430da) 및 제2 열전도성 수지층(430db) 중 적어도 하나와 바닥부(310) 사이에 위치한 절연 필름(440d)을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 9에 절연 필름(440d)이 제1 및 제2 열전도성 수지층(430da, 430db) 모두의 아래에 위치한 것만 도시되어 있으나, 제1 열전도성 수지층(430da)과 제2 열전도성 수지층(430db) 중 하나의 아래에 위치하는 것도 변형된 형태로써 가능하다.
다음, 도 10을 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 제1 열전도성 수지층(430ea) 및 제2 열전도성 수지층(430eb) 사이에 위치한 절연 필름(440e)을 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 열전도성 수지층(430ea)의 일 단부와 절연 필름(440e)의 왼쪽 단부가 맞닿고, 제2 열전도성 수지층(430eb)의 일 단부와 절연 필름(440e)의 오른쪽 단부가 맞닿을 수 있다.
도 3 및 도 5에서의 제3 영역(313) 상에 절연 필름(440d, 440e)을 더 배치하고, 제1 영역(311)과 제2 영역(312)에 도포된 열전도성 수지 도포층(400)이 절연 필름 위 또는 양 옆으로 이동하면서, 도 9에서와 같은 열전도성 수지층(410d, 420d, 430da, 430db) 및 절연 필름(440d)의 구조나 도 10에서와 같은 열전도성 수지층(410e, 420e, 430ea, 430eb) 및 절연 필름(440e)의 구조를 형성할 수 있다.
구체적으로, 도 9에서 도시된 구조의 경우, 제1 영역(311)의 열전도성 수지 도포층(400, 도 5 참조)의 일부가 제3 영역(313)으로 이동하여 절연 필름(440d) 상에 제1 열전도성 수지층(430da)을 형성할 수 있고, 제2 영역(312)의 열전도성 수지 도포층(400, 도 5 참조)의 일부가 제3 영역(313)으로 이동하여 절연 필름(440d) 상에 제2 열전도성 수지층(430db)을 형성할 수 있다. 제1 열전도성 수지층(430da)과 제2 열전도성 수지층(430db)은 서로 맞닿지 않고 이격될 수 있다.
즉, 제3 영역(313)의 열전도성 수지층(430da, 430db)은, 제1 영역(311)의 열전도성 수지층(410d)과 인접한 제1 열전도성 수지층(430da) 및 제2 영역(312)의 열전도성 수지층(420d)과 인접한 제2 열전도성 수지층(430db)을 포함할 수 있다. 또한, 절연 필름(440d) 상에 서로 이격된 제1 열전도성 수지층(430da)과 제2 열전도성 수지층(430db) 중 적어도 하나가 위치할 수 있다.
이와 달리, 도 10에서 도시된 구조의 경우, 열전도성 수지 도포층(400, 도 5 참조)의 이동 정도 및 이동량 등을 계산하여, 절연 필름(440e)의 가로 폭을 상대적으로 좁게 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 영역(311)의 열전도성 수지 도포층(400, 도 5참조)의 일부와 제2 영역(312)의 열전도성 수지 도포층(400, 도 5 참조)의 일부가 제3 영역(313)으로 이동할 때 절연 필름(440e)의 위까지 이동하는 것이 아니라 각각 절연 필름(440e)의 왼쪽 단부와 오른쪽 단부까지 이동할 수 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 절연 필름(440d, 440e)은, 제3 영역(313)에 형성된 열전도성 수지 미도포부(431d, 431e)를 덮을 수 있다. 이러한 절연 필름(440d, 440e)에 의해 열전도성 수지 미도포부(431d, 431e)를 통해 전지 셀(미도시)과 바닥부(310) 사이로 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이러한 절연 필름(440d, 440e)은, 상술한 바와 같이, 전기적 절연성을 띄는 얇은 막이라면 그 형태와 소재에 제한은 없다.
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.
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.
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.
100: 전지 모듈
200: 셀 적층체
300: 모듈 프레임
310: 바닥부
311: 제1 영역
312: 제2 영역
313: 제3 영역
400: 열전도성 수지 도포층

Claims (18)

  1. 복수의 전지 셀을 포함하는 셀 적층체; 및
    상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함하고,
    상기 모듈 프레임의 바닥부는, 열전도성 수지층이 형성된 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 포함하며,
    상기 제1 영역의 열전도성 수지층 및 상기 제2 영역의 열전도성 수지층은 상기 제3 영역의 열전도성 수지층보다 두꺼운 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 모듈 프레임의 상기 바닥부에서 서로 이격된 양 단부에 위치하고,
    상기 제3 영역은 서로 이격된 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 제3 영역의 열전도성 수지층은, 상기 제1 영역의 열전도성 수지층과 인접한 제1 열전도성 수지층 및 상기 제2 영역의 열전도성 수지층과 인접한 제2 열전도성 수지층을 포함하고,
    상기 제3 영역은, 상기 제1 열전도성 수지층과 상기 제2 열전도성 수지층 사이에 위치한 열전도성 수지 미도포부를 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 열전도성 수지 미도포부를 덮는 절연 필름을 더 포함하는 전지 모듈.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 열전도성 수지층 및 상기 제2 열전도성 수지층 중 적어도 하나와 상기 바닥부 사이에 위치한 절연 필름을 더 포함하는 전지 모듈.
  6. 제3항에서,
    상기 제1 열전도성 수지층 및 상기 제2 열전도성 수지층 사이에 위치한 절연 필름을 더 포함하는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임의 전면과 후면이 각각 개방되고,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은, 상기 전면 및 상기 후면과 각각 인접한 상기 바닥부의 양 단부에 위치하는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 복수의 전지 셀의 전극 리드는, 상기 전면 및 상기 후면을 향해 돌출된 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 제3 영역의 열전도성 수지층과 상기 바닥부 사이에 위치하는 절연 필름을 더 포함하는 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 복수의 전지 셀의 적층 방향은 상기 모듈 프레임의 상기 바닥부와 평행하고,
    상기 복수의 전지 셀 각각이 상기 열전도성 수지층과 접촉하는 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 상부가 개방된 U자형이며,
    상기 모듈 프레임의 상기 상부에서 상기 셀 적층체를 덮는 상부 플레이트를 더 포함하는 전지 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 모듈 프레임은 상기 바닥부의 마주보는 양 측면에서 상부 방향으로 연장된 2개의 측면부를 더 포함하고,
    상기 2개의 측면부 사이의 거리는 상기 상부 플레이트의 폭과 동일한 전지 모듈.
  13. 제1항에 따른 전지 모듈을 하나 이상 포함하는 전지 팩.
  14. 상부가 개방된 모듈 프레임의 바닥부에 열전도성 수지를 도포하여 열전도성 수지 도포층을 형성하는 단계;
    복수의 전지 셀을 포함하는 셀 적층체가, 상부가 개방된 상기 모듈 프레임의 바닥부를 향해 수직하게 이동하는 단계;
    상기 셀 적층체가 상기 열전도성 수지 도포층을 압축하면서 열전도성 수지층을 형성하는 단계; 및
    상기 개방된 모듈 프레임의 상부에서 상기 셀 적층체를 덮도록 상부 플레이트를 장착하는 단계를 포함하고,
    상기 모듈 프레임의 바닥부는 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 포함하며,
    상기 열전도성 수지 도포층을 형성하는 단계에서 상기 열전도성 수지가 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 도포되고,
    상기 열전도성 수지층을 형성하는 단계에서 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 도포된 상기 열전도성 수지가 상기 제3 영역으로 이동하는 전지 모듈의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 모듈 프레임의 상기 바닥부에서 서로 이격된 양 단부에 위치하고,
    상기 제3 영역은 서로 이격된 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하는 전지 모듈의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 모듈 프레임의 전면과 후면이 각각 개방되고,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은, 상기 전면 및 상기 후면과 각각 인접한 상기 바닥부의 양 단부에 위치하는 전지 모듈의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 복수의 전지 셀의 전극 리드는, 상기 전면 및 상기 후면을 향해 돌출된 전지 모듈의 제조 방법.
  18. 제14항에서,
    상기 제3 영역 상에 절연 필름을 배치하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
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