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KR20220105062A - 전지 모듈, 이를 포함하는 전지팩 및 전지 모듈의 제조 방법 - Google Patents

전지 모듈, 이를 포함하는 전지팩 및 전지 모듈의 제조 방법 Download PDF

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KR20220105062A
KR20220105062A KR1020210007655A KR20210007655A KR20220105062A KR 20220105062 A KR20220105062 A KR 20220105062A KR 1020210007655 A KR1020210007655 A KR 1020210007655A KR 20210007655 A KR20210007655 A KR 20210007655A KR 20220105062 A KR20220105062 A KR 20220105062A
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KR
South Korea
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battery
battery cell
cell stack
module
module frame
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Pending
Application number
KR1020210007655A
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English (en)
Inventor
윤석은
이정훈
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
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Priority to US17/918,848 priority patent/US20230139477A1/en
Priority to EP21921491.3A priority patent/EP4117099A4/en
Priority to JP2022565912A priority patent/JP7616517B2/ja
Priority to CN202180030375.0A priority patent/CN115461918A/zh
Priority to PCT/KR2021/019807 priority patent/WO2022158734A1/ko
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Abstract

본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 포함하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임, 및 상기 모듈 프레임의 하부면과 상기 전지셀 적층체의 제1 단부 사이에 위치하는 열전도성 수지층을 포함하고, 상기 전지셀 적층체의 제1 단부는, 이중 접힘 실링부를 갖는다.

Description

전지 모듈, 이를 포함하는 전지팩 및 전지 모듈의 제조 방법{BATTERY MODULE, BATTERY PACK INCLUDING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING BATTERY MODULE}
본 발명은 전지 모듈, 이를 포함하는 전지팩 및 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 안전성이 개선된 전지 모듈, 이를 포함하는 전지팩 및 전지 모듈의 제조 방법에 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 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 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.
전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임, 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함한다.
도 1은 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 모습을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 A-A 부분으로, 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 인접한 전지 모듈에 영향을 미치는 화염의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈은 복수의 전지셀(10)이 적층 형성된 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 프레임(20), 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 엔드 플레이트(30), 엔드 플레이트 밖으로 돌출 형성된 터미널 버스바(40) 등을 포함한다.
프레임(20)과 엔드 플레이트(30)는 용접을 통해 밀봉되도록 결합할 수 있다. 이와 같이 전지셀 적층체를 수용하는 프레임(20)과 엔드 플레이트(30)가 결합되면, 전지 모듈의 과충전시 전지셀(10)의 내부 압력이 증가하여 전지셀(10)의 융착 강도 한계치를 넘는 경우, 전지셀(10)에서 발생한 고온의 열, 가스 및 화염이 전지셀(10)의 외부로 배출될 수 있다.
이때 고온의 열, 가스 및 화염은 엔드 플레이트(30)에 형성된 개구부들을 통해 배출될 수 있는데, 엔드 플레이트(30)끼리 서로 마주보도록 복수의 전지 모듈을 배치하는 전지팩 구조에서, 고온의 열, 가스 및 화염을 분출하는 전지 모듈에 이웃하는 전지 모듈에 영향을 미칠 수 있다. 이를 통해 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트(30)에 형성된 터미널 버스바(40)가 손상될 수 있으며, 고온의 열, 가스 및 화염이 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트(30)에 형성된 개구부를 통해 전지 모듈의 내부로 들어가 복수의 전지셀(10)들에 손상을 입힐 수 있다.
상기와 같은 문제 발생을 줄이기 위해 화염이 배출되는 구멍을 별도 형성하려는 시도가 있고, 이와 같은 벤팅홀을 형성함으로써 전지 모듈의 안전성을 증가시키려면 화염 배출 세기를 조절할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 안전성이 개선된 전지 모듈, 이를 포함하는 전지팩 및 전지 모듈의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임, 및 상기 모듈 프레임의 하부면과 상기 전지셀 적층체의 제1 단부 사이에 위치하는 열전도성 수지층을 포함하고, 상기 전지셀 적층체의 제1 단부는, 이중 접힘 실링부를 갖는다.
상기 모듈 프레임의 하부면에는 열전도성 수지를 주입하기 위한 주액홀이 형성될 수 있다.
상기 주액홀은 복수개 형성되며, 상기 복수개 형성된 주액홀은 상기 모듈 프레임의 하부면의 가운데 부분 및 길이 방향을 따라 양 단부에 형성될 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 전지셀 적층체의 제1 단부 반대편에 위치하는 제2 단부와 인접한 상기 모듈 프레임의 상부면에 형성된 벤팅홀을 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 벤팅홀을 덮는 소염망을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은 복수의 전지셀을 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계, 상기 전지셀 적층체를 모듈 프레임 내에 수용하는 단계, 상기 모듈 프레임의 하부면이 위를 향하도록 상하 반전하는 단계, 및 상기 모듈 프레임의 하부면에 형성된 주액홀을 통해 열전도성 수지를 주액하는 단계를 포함하고, 상기 열전도성 수지는 이중 접힘 실링부를 갖는 상기 전지셀 적층체의 제1 단부를 덮는다.
상기 전지 모듈의 제조 방법은, 상기 열전도성 수지를 주액하는 단계 이후에, 상기 모듈 프레임의 하부면이 아래를 향하도록 상하 반전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈의 제조 방법은, 상기 전지셀 적층체를 모듈 프레임 내에 수용하는 단계 이전에, 상기 전지셀 적층체의 제1 단부가 상기 모듈 프레임의 하부면에 배치되도록 상기 전지셀 적층체를 상하 반전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈의 제조 방법은, 상기 모듈 프레임의 상부면에 벤팅홀을 형성하는 단계, 및 상기 벤팅홀을 덮는 소염망을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지팩은 상기에서 설명한 전지 모듈, 및 상기 모듈 프레임 하부면 아래 위치하는 냉각 플레이트를 포함한다.
실시예들에 따르면, 전지셀의 접합부에 열전도성 수지를 도포함으로써, 전지 모듈의 견고함을 향상시킬 수 있다.
또한, 전지셀의 접합부와 반대편에 위치하는 모듈 프레임 상단부에 소염망을 설치함으로써, 소염망이 화염 방출 세기를 약화시켜 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A를 따라 절단한 부분으로, 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 인접한 전지 모듈에 영향을 미치는 화염의 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈 구성 요소들이 결합된 모양을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4의 전지 모듈을 상하로 뒤집은 모습을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 7의 A부분을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 실시예에 따른 열전도성 수지층 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 열전도성 수지층이 형성된 전지 모듈을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 12는 비교예에 따른 전지 모듈에서 화염 발생 시 가스 및 화염이 분출되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 yz 평면의 절단면 C-C를 따라 자른 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 화염 발생 시 가스 및 화염이 분출되는 모습을 나타내는 도면이다.
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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈 구성 요소들이 결합된 모양을 나타내는 도면이다. 도 5는 도 3의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 4의 전지 모듈을 상하로 뒤집은 모습을 나타내는 사시도이다. 도 7은 도 6의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다. 도 8은 도 7의 A부분을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀(110)이 적층되어 있는 전지셀 적층체(120), 및 전지셀 적층체(120)를 수용하고, 서로 대응하는 하부면(101)과 상부면(102)을 갖는 모듈 프레임(100)을 포함하고, 모듈 프레임(100)의 하부면(101)에는 열전도성 수지를 주입하기 위한 주액홀(135) 및/또는 체킹 홀(130)이 형성된다. 주액홀(135)은 복수개 형성되며, 복수개 형성된 주액홀(135)은 모듈 프레임(100)의 하부면(101) 가운데 부분 및 길이 방향을 따라 양 단부에 형성될 수 있다. 여기서, 길이 방향은 전지셀 적층체(120)가 모듈 프레임(100)에 삽입되는 방향과 동일한 방향일 수 있다.
본 실시예에 따른 모듈 프레임(100)은 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면을 제외한 나머지 외면들을 둘러싸고 있고, 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면에 각각 엔드 플레이트(150)가 위치하며, 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(150) 사이에 버스바 프레임(145)이 위치한다. 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면을 제외한 나머지 외면들은 전지셀 적층체의 상하좌우면일 수 있다. 모듈 프레임(100)의 상부면(102) 및 하부면(101)은 전지셀 적층체(120)의 적층 방향과 수직한 방향을 따라 서로 마주볼 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 적층 방향은 도 3의 y축 방향이고, 이에 수직한 방향은 z축 방향일 수 있다.
도 3 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 모듈 프레임(100)의 하부면(101)과 전지셀 적층체(120) 사이에 열전도성 수지층(400)이 위치한다. 열전도성 수지층(400)은 주액홀(135)을 통해 주입된 열전도성 수지가 경화하여 형성될 수 있고, 전지셀 적층체(120)에서 발생한 열을 전지 모듈 바깥으로 전달하고, 전지셀 적층체(120)를 전지 모듈 내에 고정하는 역할을 할 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 최외각에 위치하는 전지 셀(110)과 모듈 프레임(100)의 측면부 사이에 위치하는 압축 패드(116)를 더 포함할 수 있다. 압축 패드(116)는 폴리 우레탄 계열의 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 압축 패드(116)는 전지 셀(110)의 스웰링에 의한 두께 변형 및 외부 충격에 의한 전지 셀(110)의 변화를 흡수할 수 있다. 압축 패드(116)는 최외각 전지 셀(110)과 모듈 프레임(100)의 측면부 사이뿐만 아니라 이웃하는 전지 셀(110) 사이에도 적어도 하나 형성될 수 있다.
전지셀 적층체(120)는 일방향으로 적층된 복수의 전지셀(110)을 포함하고, 복수의 전지셀(110)은 도 3에 도시한 바와 같이 y축 방향으로 적층될 수 있다. 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 5를 참고하면 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 반대 방향을 향해 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 가질 수 있다. 전지셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 양 측면(114c)을 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. 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이를 전지셀(110)의 길이 방향으로 정의하고, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)와 연결부(115) 사이를 전지셀(110)의 폭 방향으로 정의할 수 있다.
연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗어 있는 영역이며, 연결부(115)의 단부에 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 돌출부(110p)는 연결부(115)의 양 단부 중 적어도 하나에 형성될 수 있고, 연결부(115)가 뻗는 방향에 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(110p)는 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)의 실링부(114sa, 114sb) 중 하나와 연결부(115) 사이에 위치할 수 있다.
셀 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 셀 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 셀 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 전지셀 적층체(120)는 y축 방향으로 적층되고, z축 방향으로 모듈 프레임(100) 내부에 수용되어 후술하는 열전도성 수지층에 의해 냉각이 진행될 수 있다. 이에 대한 비교예로서 전지셀이 카트리지 형태의 부품으로 형성되어 전지셀 간의 고정이 전지 모듈 프레임으로 조립으로 이루어지는 경우가 있다. 이러한 비교예에서는 카트리지 형태의 부품의 존재로 인해 냉각 작용이 거의 없거나 전지셀의 면 방향으로 진행될 수 있고, 전지 모듈의 높이 방향으로는 냉각이 잘 되지 않는다.
도 3을 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 전지셀 적층체(120)의 제1 단부 반대편에 위치하는 제2 단부와 인접한 모듈 프레임의 상부면(102)에 형성된 벤팅홀(105)을 더 포함할 수 있다. 벤팅홀(105)에는 이를 덮는 소염망(107)이 형성되어, 전지 모듈 내부에서 발생한 화염이 외부로 배출되는 세기를 줄일 수 있다.
도 8을 참고하면, 모듈 프레임의 하부면(101)과 전지셀 적층체(120) 사이에 에어 갭(Air Gap)이 존재할 수 있다. 에어 갭은 열전도 특성을 저하시킬 수 있고, 전지셀(110) 상단부 특히 이중 접힘 실링부(DSF)에 인접한 전지셀(110) 부분의 열에 의해 냉각 효율이 떨어질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 도 7의 주액홀(135)을 통해 열전도성 수지가 주액되어 형성된 열전도성 수지층(400)이 이중 접힘 실링부(DSF)를 갖는 전지셀 적층체(120)의 제1 단부를 덮을 수 있다.
도 9는 본 실시예에 따른 열전도성 수지층 구조를 나타내는 도면이다. 도 10은 도 9의 열전도성 수지층이 형성된 전지 모듈을 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 열전도성 수지층(400)은 모듈 프레임의 하부면(101)과 전지셀 적층체(120) 사이에 위치한다. 열전도성 수지층(400)은 전지셀 적층체(120)와 마주보는 면에 형성된 함몰 패턴(400DP)을 가진다. 함몰 패턴(400DP)은 톱니 형상을 가질 수 있다. 함몰 패턴(400DP)은 전지셀(110)의 제1 단부와 대응하는 구조이며, 전지셀(110)의 제1 단부는 이중면 접힘 모양(Double Side Folded Shape)을 가질 수 있다. 이러한 이중면 접힘 모양은, 셀 케이스의 실링부가 적어도 2번 접혀서 형성된 이중 접힘 실링부(DSF)의 모양이다. 구체적으로, 전지셀(110)의 제1 단부는, 도 5에서 설명한 바와 같이 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 셀 케이스(114)의 양 측면(114c)을 접착한 부분(114sc)일 수 있다. 도 5에서, 전극 리드(111, 112)는, 전지셀(110)의 제1 단부와 수직한 방향을 따라 위치하는 전지셀(110)의 양 단부에 위치할 수 있으며, 전지셀(110)은 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향으로 길게 형성된 장방형 구조일 수 있다.
다시 도 9 및 도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 열전도성 수지층(400)의 함몰 패턴(400DP)은, 복수의 전지셀(110) 각각의 이중 접힘 실링부(DSF)에 대응하는 복수의 함몰부(401DP)를 포함한다.
전지셀(110)의 제1 단부는 서로 다른 2개의 경사면을 갖고, 이에 대응하도록 열전도성 수지층(400) 역시 제1 경사면(SP1)과 제2 경사면(SP2)을 갖는다. 열전도성 수지층(400)의 제1 경사면(SP1)은 전지셀(110)의 제1 단부와 맞닿을 수 있고, 열전도성 수지층(400)의 제2 경사면(SP2)은 이중 접힘 실링부(DSF)의 경사면과 맞닿을 수 있다. 이러한 구조를 형성하기 위해, 이중 접힘 실링부(DSF)는, 열전도성 수지층(400)의 함몰부(401DP)에 밀착될 수 있다. 이러한 구조를 구현함으로써, 전지셀 적층체(120)와 열전도성 수지층(400)의 접촉 면적을 극대화하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
이중 접힘 실링부(DSF) 구조에 의해 전지셀(110)과 이중 접힘 실링부(DSF) 사이에는 에어 갭(Air Gap)이 형성될 수 있다. 이로 인해, 열전도성 수지층(400)의 제1 경사면(SP1)이 전지셀(110)의 제1 단부와 맞닿는 부분 대비하여 열전도성 수지층(400)의 제2 경사면(SP2)과 이중 접힘 실링부(DSF)의 경사면이 맞닿는 부분은 접착력이 약할 수 있다. 따라서, 도 9에 도시한 바와 같이 제1 경사면(SP1)을 통과하는 화살표 방향으로 이동하는 열 대비하여, 제2 경사면(SP2)을 통과하는 화살표 방향으로 이동하는 열이 상대적으로 적을 수 있다. 구체적으로, 이중 접힘 실링부(DSF)가 두번 접어서 실링부를 마감하기 때문에 그 사이에 존재하는 사공간(die sealing gap)의 열효율을 열전도성 수지층(400)를 통해 보완할 수 있다.
이하에서는 도 11을 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 11를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은, 복수의 전지셀을 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계(a), 전지셀 적층체의 제1 단부가 모듈 프레임의 하부면에 배치되도록 전지셀 적층체를 상하 반전하는 단계(b), 전지셀 적층체의 전후면에 버스바 프레임을 결합하는 단계(c), 전지셀 적층체를 모듈 프레임 내에 수용하고, 모듈 프레임의 개방된 전후단에 엔드 플레이트를 결합하는 단계(d), 모듈 프레임의 하부면이 위를 향하도록 상하 반전하는 단계(e), 및 모듈 프레임의 하부면에 형성된 주액홀을 통해 열전도성 수지를 주액하는 단계(e)를 포함할 수 있다.
복수의 전지셀을 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계(a)는, 도 3에 도시한 바와 같이 y축 방향을 따라 전지셀(110)을 순차적으로 적층할 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 제1 단부가 모듈 프레임의 하부면에 배치되도록 전지셀 적층체를 상하 반전하는 단계(b)는, 이중 접힘 실링부를 갖는 제1 단부가 아래 방향을 향하도록 할 수 있다.
상기 모듈 프레임의 하부면이 위를 향하도록 상하 반전하는 단계(e)는, 도 7에 도시한 바와 같이 열전도성 수지를 주입하기 위해, 주입홀(135)이 형성된 모듈 프레임 하부면(101)이 위를 향하도록 할 수 있다.
상기 모듈 프레임의 하부면에 형성된 주액홀을 통해 열전도성 수지를 주액하는 단계(e)는, 도 10에 도시한 바와 같이 열전도성 수지가 이중 접힘 실링부(DSF)를 갖는 전지셀 적층체의 제1 단부를 덮도록 할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은, 도 4에 도시한 바와 같이, 모듈 프레임(100)의 상부면(102)에 벤팅홀(105)을 형성하는 단계, 및 벤팅홀(105)을 덮는 소염망(107)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 12는 비교예에 따른 전지 모듈에서 화염 발생 시 가스 및 화염이 분출되는 모습을 나타내는 도면이다. 도 13은 도 12의 yz 평면의 절단면 C-C를 따라 자른 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈과 다르게 이중 접힘 실링부를 갖는 전지셀 적층체의 단부가 열전도성 수지층이 형성되어 있는 모듈 프레임 하부면 반대편에 배치되어 있다. 이러한 구조에 따르면, 전지 모듈 내 화염 발생 시, 전지셀의 취약부에 해당하는 3군데의 접합부를 통해 가스 및 화염이 분출될 수 있는데, 전지 모듈의 상단부에 형성된 벤팅홀 및 소염망을 통해 화염이 매우 세게 분출되어 소염망이 제 기능을 하기 어려울 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 화염 발생 시 가스 및 화염이 분출되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 14를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈에서 이중 접힘 실링부를 갖는 전지셀 적층체의 제1 단부를 열전도성 수지층으로 덮음으로써, 셀 스택을 견고하게 하면서, 전지셀 적층체의 제1 단부를 통해 화염이 차단되며, 전지셀 적층체의 제1 단부 반대편에 위치하는 전지 모듈 상단부에서의 화염 분출을 최소화할 수 있다. 따라서, 전지 모듈 상단부에 형성된 소염망을 통해 전지 모듈의 리드단에서만 주로 화염이 분출되기 때문에, 소염망을 통해 배출되는 화염 세기를 약화시켜, 소염망의 기능을 극대화시키는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수 있다. 도시하지 않았으나, 모듈 프레임 하부면 아래에는 냉각 플레이트가 위치할 수 있고, 냉각 플레이트와 인접한 모듈 프레임 하부면 상에 이중 접힘 실링부가 배치되도록 전지셀 적층체가 모듈 프레임 내에 수납될 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
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: 모듈 프레임
105: 벤팅홀
107: 소염망
135: 주액홀
140: 열전도성 수지층
DSF: 이중 접힘 실링부

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체,
    상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임, 및
    상기 모듈 프레임의 하부면과 상기 전지셀 적층체의 제1 단부 사이에 위치하는 열전도성 수지층을 포함하고,
    상기 전지셀 적층체의 제1 단부는, 이중 접힘 실링부를 갖는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임의 하부면에는 열전도성 수지를 주입하기 위한 주액홀이 형성되어 있는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 주액홀은 복수개 형성되며, 상기 복수개 형성된 주액홀은 상기 모듈 프레임의 하부면의 가운데 부분 및 길이 방향을 따라 양 단부에 형성되는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 제1 단부 반대편에 위치하는 제2 단부와 인접한 상기 모듈 프레임의 상부면에 형성된 벤팅홀을 더 포함하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 벤팅홀을 덮는 소염망을 더 포함하는 전지 모듈.
  6. 복수의 전지셀을 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계,
    상기 전지셀 적층체를 모듈 프레임 내에 수용하는 단계,
    상기 모듈 프레임의 하부면이 위를 향하도록 상하 반전하는 단계, 및
    상기 모듈 프레임의 하부면에 형성된 주액홀을 통해 열전도성 수지를 주액하는 단계를 포함하고,
    상기 열전도성 수지는 이중 접힘 실링부를 갖는 상기 전지셀 적층체의 제1 단부를 덮는 전지 모듈의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 열전도성 수지를 주액하는 단계 이후에, 상기 모듈 프레임의 하부면이 아래를 향하도록 상하 반전하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 전지셀 적층체를 모듈 프레임 내에 수용하는 단계 이전에, 상기 전지셀 적층체의 제1 단부가 상기 모듈 프레임의 하부면에 배치되도록 상기 전지셀 적층체를 상하 반전하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  9. 제6항에서,
    상기 모듈 프레임의 상부면에 벤팅홀을 형성하는 단계, 및
    상기 벤팅홀을 덮는 소염망을 형성하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈, 및
    상기 모듈 프레임 하부면 아래 위치하는 냉각 플레이트를 포함하는 전지팩.

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