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KR20230059532A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 Download PDF

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KR20230059532A
KR20230059532A KR1020210143812A KR20210143812A KR20230059532A KR 20230059532 A KR20230059532 A KR 20230059532A KR 1020210143812 A KR1020210143812 A KR 1020210143812A KR 20210143812 A KR20210143812 A KR 20210143812A KR 20230059532 A KR20230059532 A KR 20230059532A
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KR
South Korea
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battery
battery cell
module
conductive material
material layer
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Pending
Application number
KR1020210143812A
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English (en)
Inventor
김민섭
성준엽
박명기
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
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Priority to PCT/KR2022/013943 priority patent/WO2023075147A1/ko
Priority to EP22887351.9A priority patent/EP4258424A4/en
Priority to JP2023538146A priority patent/JP2024500468A/ja
Priority to CN202280009419.6A priority patent/CN116724444A/zh
Priority to US18/267,086 priority patent/US20240021908A1/en
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 상면과 상기 모듈 프레임의 상부 사이에 위치하는 상부 열전도성 물질층을 포함하고, 상기 전지셀은 상기 전지셀의 외주면 중 일부가 실링되어 있는 실링부를 포함하며, 상기 전지셀은 상기 실링부가 상기 모듈 프레임의 상부를 향하는 방향으로 배치되어 있고, 상기 상부 열전도성 물질층은 상기 실링부의 외면을 감싸고, 상기 실링부는 상기 모듈 프레임의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 상기 전지 셀의 상부를 따라 연장되어 있는 길이와 동일하거나 이보다 크다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 냉각 성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것일 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 전지셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임을 포함할 수 있다.
또한, 이차 전지는, 적정 온도보다 높아지는 경우 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 특히, 다수의 이차 전지, 즉 전지셀을 구비한 전지 모듈이나 전지팩은 좁은 공간에서 다수의 전지셀로부터 나오는 열이 합산되어 온도가 더욱 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 즉, 다수의 전지셀이 적층된 전지 모듈과 이러한 전지 모듈이 장착된 전지팩의 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.
또한, 전지 모듈은 보다 많은 전지셀을 포함하기 위한 필요성이 증대됨에 따라, 전지 모듈의 방열과 관련하여서도 안정적이면서 효과적인 냉각 성능을 확보하는 것이 매우 중요해지고 있다. 이와 더불어, 최근에는 전지 모듈을 비교적 빠른 시간 내에 충전하기 위해 시간당 전류량을 증가시킴에 따라, 전지 셀의 발열 문제를 해결해야 할 필요성은 보다 증대되고 있다.
따라서, 전지 모듈에 대한 용량 증대, 급속 충전과 같은 요구가 계속되고 있는 추세에서, 냉각 성능을 높일 수 있는 전지 모듈을 개발하는 것이 실질적으로 필요하다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 냉각 성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 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 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 상면과 상기 모듈 프레임의 상부 사이에 위치하는 상부 열전도성 물질층을 포함하고, 상기 전지셀은 상기 전지셀의 외주면 중 일부가 실링되어 있는 실링부를 포함하며, 상기 전지셀은 상기 실링부가 상기 모듈 프레임의 상부를 향하는 방향으로 배치되어 있고, 상기 상부 열전도성 물질층은 상기 실링부의 외면을 감싸고, 상기 실링부는 상기 모듈 프레임의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 상기 전지 셀의 상부를 따라 연장되어 있는 길이와 동일하거나 이보다 크다.
상기 실링부는 상기 모듈 프레임의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 상기 전지 셀의 상부를 따라 연장되어 있는 길이보다 클 수 있다.
상기 실링부는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 적어도 1회 폴딩되어 있을 수 있다.
상기 실링부의 폴딩되어 있는 면에 내부 열전도성 물질층이 위치할 수 있다.
상기 실링부의 폴딩되어 있는 면은 서로 접하고 있을 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상기 모듈 프레임 상부 중 일부가 관통되어 있는 관통부를 포함하고, 상기 관통부는 상기 실링부의 상부에 위치할 수 있다.
상기 상부 열전도성 물질층은 상기 관통부까지 연장되어 있을 수 있다.
상기 관통부는 상기 실링부가 상기 전지 셀의 상부를 따라 연장되어 있는 길이보다 크게 형성되어 있을 수 있다.
상기 모듈 프레임 상부의 하면에 함몰부가 형성되어 있고, 상기 함몰부는 상기 모듈 프레임 상부의 하면을 기준으로 상기 모듈 프레임 상부의 상면을 향해 함몰되어 있고, 상기 함몰부는 상기 실링부의 상부에 위치할 수 있다.
상기 상부 열전도성 물질층은 상기 함몰부 내부까지 연장되어 있을 수 있다.
상기 함몰부는 상기 실링부가 상기 전지 셀의 상부를 따라 연장되어 있는 길이보다 크게 형성되어 있을 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 하면과 상기 모듈 프레임의 하부 사이에 위치하는 하부 열전도성 물질층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 상부 열전도성 물질층에 의해 감싸지는 전지 셀의 실링부가 모듈 프레임의 상부를 향하는 방향으로 배치되어 있고, 상기 실링부는 상기 모듈 프레임의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 상기 전지 셀의 상부를 따라 연장되어 있는 길이와 동일하거나 이보다 작은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 모듈로서, 상기 실링부의 열저항을 최소화함에 따라 냉각 성능이 보다 향상될 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 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A’축을 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 실링부를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모듈 프레임 상부를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 비교예에 따른 실링부를 나타낸 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, 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 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전지 모듈의 전후면 중 전면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 후면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 복수의 전지 셀(110)이 적층되어 있는 전지셀 적층체(120) 및 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(300, 400)을 포함한다.
여기서, 모듈 프레임(300,400)에 수용되어 있는 전지셀 적층체(120)는 복수의 전지 셀(110)이 일 방향으로 적층되어 있되, 전지 셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 전지 셀(110)은 전극 조립체를 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 수납한 뒤 상기 파우치 케이스의 실링부를 열융착하여 제조될 수 있다. 이러한 전지 셀(110)은 복수개로 구성될 수 있고, 복수의 전지 셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층된 전지셀 적층체(120)를 형성한다.
또한, 모듈 프레임(300, 400)은 상부면, 전면 및 후면이 개방된 하부 프레임(300), 전지셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트(400)를 포함한다. 여기서, 모듈 프레임(300, 400) 상부는 상부 플레이트(400)를 의미할 수 있다. 또한, 하부 프레임(300)은 전지셀 적층체(120)의 하면을 덮는 바닥부와 전지셀 적층체(120)의 측면을 덮는 측면부를 포함한다. 다만, 모듈 프레임(300, 400)은 이에 한정된 것이 아니며, L자형 프레임의 상부에 일측부가 결합되어 있거나, 전후면을 제외하고 전지셀 적층체(120)를 둘러싸는 모노 프레임으로 대체될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 전지셀 적층체(120)의 전후면에 각각 엔드 플레이트(150)들이 위치한다. 즉, 모듈 프레임(300, 400)의 개방된 양 면에는 엔드 플레이트(150)들이 위치할 수 있다.
모듈 프레임(300, 400)과 엔드 플레이트(150)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접의 방법으로 접합될 수 있다. 다만, 이는 예시적 방법이며, 기구적 결합 형태로써, 볼트 체결, 후크(Hook) 체결 등이 적용될 수 있다. 이러한 모듈 프레임(300, 400)과 엔드 플레이트(150)들이 형성하는 공간에 전지셀 적층체(120)가 수납됨으로써, 전지셀 적층체(120)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이를 위해 모듈 프레임(300, 400)과 엔드 플레이트(150)는 알루미늄과 같이 소정의 강도를 갖는 금속 재질이나 플라스틱 소재를 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(150) 사이에 위치한 버스바 프레임(130)을 포함한다. 보다 구체적으로 버스바 프레임(130)은 제1 버스바 프레임 및 제2 버스바 프레임을 포함하며, 상기 제1 버스바 프레임은 전지셀 적층체(120)의 전면에 위치하고, 상기 제2 버스바 프레임은 전지셀 적층체(120)의 후면에 위치한다.
또한, 전지 모듈(100)은 버스바 프레임(130)과 엔드 플레이트(150) 사이에 위치한 절연 커버(미도시됨)를 포함할 수 있다. 즉, 전지셀 적층체(120)로부터 외측으로 버스바 프레임(130), 절연 커버(미도시됨) 및 엔드 플레이트(150)가 차례로 위치할 수 있다.
또한, 전지셀 적층체(120)와 하부 프레임(300) 사이에 하부 열전도성 물질층(310)이 위치할 수 있다. 일 예로, 하부 열전도성 물질층(310)은 전지셀 적층체(120)가 하부 프레임(300) 상에 장착되기 전에, 하부 프레임(300) 상에 열전도성 수지가 도포된 후 경화됨에 따라 형성될 수 있다. 다른 일 예로, 하부 열전도성 물질층(310)은 열전도성 수지 이외에, 열전도성 필름 또는 열전도성 패드와 같은 소재로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 열전도성 물질을 포함하는 소재라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
이에 따라, 하부 열전도성 물질층(310)은 전지 셀(110)에서 발생되는 열을 전지 모듈(100)의 바닥으로 전달하여, 전지 셀(110)을 냉각시킬 수 있다.
이하에서는, 모듈 프레임(300, 400)의 상부를 중심으로, 전지 셀(110)의 실실링부(110s) 및 상부 열전도성 물질층(320)에 대해 자세히 설명한다.
도 3은 도 1의 A-A’축을 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예의 전지 모듈(100)에서, 전지 셀(110)은 전지 셀(110)의 외주면 중 일부가 실링되어 있는 실링부(110s)를 포함한다. 일 예로, 실링부(110s)는 전지 셀(110)의 외주면 중 일부가 프레스 융착 또는 열융착되어 형성될 수 있다.
여기서, 전지 셀(110)은 도 3과 같이 실링부(110s)가 모듈 프레임(300, 400)의 상부를 향하는 방향으로 배치되어 있을 수 있다. 일 예로, 전지 셀(110)은 실링부(110s)가 상부 플레이트(400)를 향하는 방향으로 배치되어 있을 수 있다.
이에 따라, 전지 셀(110)의 하부는 실링부(110s)가 형성되어 있지 않아, 전지 셀(110)과 하부 열전도성 물질층(310) 사이의 열 전달이 비교적 용이하게 수행될 수 있고, 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)의 상면과 모듈 프레임(300, 400) 상부 사이에 위치하는 상부 열전도성 물질층(320)을 포함한다. 여기서, 상부 열전도성 물질층(320)은 실링부(110s)의 외면을 감싸고 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 상부 열전도성 물질층(320)은 실링부(110s)의 외면과 접하고 있을 수 있다.
일 예로, 상부 열전도성 물질층(320)은 하부 프레임(300)에 전지셀 적층체(120)가 장착된 후에, 전지셀 적층체(120) 상에 열전도성 수지가 도포된 후 경화됨에 따라 형성될 수 있다. 다른 일 예로, 상부 열전도성 물질층(320)은 열전도성 수지 이외에, 열전도성 필름 또는 열전도성 패드와 같은 소재로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 열전도성 물질을 포함하는 소재라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
이에 따라, 상부 열전도성 물질층(320)은 전지 셀(110)에서 발생되는 열을 전지 모듈(100)의 상부로 전달하여, 전지 셀(110)을 냉각시킬 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 실링부(110s)는 모듈 프레임(300, 400)의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 전지 셀(110)의 상부를 따라 연장되어 있는 길이와 동일하거나 이보다 클 수 있다. 일 예로, 도 3 및 도 4와 같이, 실링부(110s)는 모듈 프레임(300, 400)의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 전지 셀(110)의 상부를 따라 연장되어 있는 길이보다 클 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 전지 셀(110)의 상부에서 상부 열전도성 물질층(320)를 향하는 열전달 경로에서, 실링부(110s)가 차지하고 있는 면적을 최소화할 수 있다. 즉, 전지 셀(110) 상부와 상부 열전도성 물질층(320) 사이의 접촉 면적을 최대화하여, 전지 셀(110)과 상부 열전도성 물질층(320) 사이의 열 전달 면적을 최대화할 수 있고, 전지 셀(110)에 대한 상부 열전도성 물질층(320)에 의한 냉각 성능이 향상될 수 있다.
실링부(110s)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 적어도 1회 폴딩되어 있을 수 있다. 일 예로, 도 3 및 도 4와 같이, 실링부(110s)는 반시계 방향으로 2회 폴딩되어 있을 수 있다.
여기서, 실링부(110s)가 전지 셀(110)의 상부를 따라 연장되어 있는 길이는, 적어도 1회 폴딩되어 있는 실링부(110s) 전체를 기준으로 전지 셀(110)의 상부를 따라 연장된 부분을 의미할 수 있다. 또한, 실링부(110s)가 모듈 프레임(300, 400)의 상부를 향해 연장되어 있는 길이는, 적어도 1회 폴딩되어 있는 실링부(110s) 전체를 기준으로 모듈 프레임(300, 400) 상부를 향해 연장된 부분을 의미할 수 있다.
또한, 실링부(110s)의 폴딩되어 있는 면은 서로 접하고 있을 수 있다. 다르게 말하면, 실링부(110s)는 적어도 1회 폴딩됨에 따라, 폴딩되어 있는 면은 서로 접촉하고 있을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 실링부(110s)의 면적이 상대적으로 큰 경우, 전지 셀(110)의 밀봉성을 향상시키면서도, 실링부(110s)가 적어도 1회 폴딩되어 있어, 전지 모듈(100) 내 공간 활용성을 극대화할 수 있다. 이와 더불어, 실링부(110s)가 적어도 1회 폴딩된 경우에도, 실링부(110s)가 전지 셀(110) 상부에서 차지하고 있는 면적을 최소화할 수 있다.
일 예로, 실링부(110s)의 폴딩되어 있는 면 사이에 상부 열전도성 물질층(320) 중 일부가 위치할 수 있다. 상부 열전도성 물질층(320)이 전지셀 적층체(120) 상부에 열전도성 물질이 도포되어 형성되는 경우, 상기 열전도성 물질 중 일부가 실링부(110s)의 폴딩되어 있는 면 사이로 유입될 수 있다.
다른 일 예로, 실링부(110s)의 폴딩되어 있는 면에 내부 열전도성 물질층이 위치할 수 있다. 여기서, 상기 내부 열전도성 물질층을 구성하는 열전도성 물질은 상부 열전도성 물질층(320)을 구성하는 열전도성 물질보다 열전도도가 높거나 이와 동일할 수 있다.
보다 구체적으로, 상부 열전도성 물질층(320) 및 상기 내부 열전도성 물질층은 각각 아크릴 및 실리콘 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 열전도 성능을 가지는 물질이라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예의 전지 셀(100)에서, 실링부(110s) 내부에 열전도성 물질이 포함되어 있어, 실링부(110s)와 상부 열전도성 물질층(320) 사이의 열전달 정도를 높일 수 있고, 전지 셀(110)에 대한 상부 열전도성 물질층(320)의 냉각 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예예 따른 전지 셀(100)에서, 실링부(110s)의 외면에 고정 부재(미도시됨)가 부착되어 있을 수 있다. 일 예로, 고정 부재(미도시됨)는 테이프 혹은 일반적인 접착 물질 등과 같은 소재로 이루어질 수 있다. 다른 일 예로, 고정 부재(미도시됨)는 열전도 성능을 가지는 접착 물질로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정된 것은 아니며, 실링부(110s)의 외면을 고정시킬 수 있는 소재라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
이에 따라, 고정 부재(미도시됨)는 실링부(110s)가 전지 셀(110)이 모듈 프레임(300, 400) 내에 장착되는 과정에서 접히거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 실링부를 나타낸 도면이다.
도 1, 도 2, 및 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서, 실링부(110s)는 모듈 프레임(300, 400)의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 전지 셀(110)의 상부를 따라 연장되어 있는 길이와 동일하거나 이보다 길면서도, 실링부(110s)는 도 3 및 도 4의 실링부(110s) 이외에 다양한 형상을 가질 수 있다.
일 예로, 도 5와 같이, 실링부(110s)는 전지 셀(110)의 상부에서 모듈 프레임(300, 400)의 상부를 향해 연장되어 있는 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 실링부(110s)가 전지 셀(110) 상부에서 차지하는 면적이 최소화될 수 있다. 이와 더불어, 실링부(110s)의 외면 전체가 상부 열전도성 물질층(320)에 의해 감싸질 수 있다.
이에 따라, 전지 셀(110) 상부와 상부 열전도성 물질층(320) 사이의 접촉 면적을 최대화하여, 전지 셀(110)과 상부 열전도성 물질층(320) 사이의 열 전달 면적을 최대화할 수 있고, 전지 셀(110)에 대한 상부 열전도성 물질층(320)에 의한 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
다른 일 예로, 도 6과 같이, 실링부(110s)는 반시계 방향으로 1회 폴딩되어 있는 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 실링부(110s)의 면적을 도 5에 비해 증가시켜, 전지 셀(110)의 밀봉성을 향상시키면서도, 전지 모듈(100) 내 공간 활용성을 극대화할 수 있다.
이에 따라, 이와 더불어, 실링부(110s)가 적어도 1회 폴딩된 경우에도, 실링부(110s)가 전지 셀(110) 상부에서 차지하고 있는 면적을 최소화할 수 있다.
다른 일 예로, 도 7과 같이, 실링부(110s)는 복수 회 폴딩되어 있는 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 실링부(110s)는 모듈 프레임(300, 400)의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 전지 셀(110)의 상부를 따라 연장되어 있는 길이가 서로 동일하거나 유사할 수 있다. 이 경우, 실링부(110s)가 모듈 프레임(300, 400)의 상부를 향해 연장되어 있는 길이는 도 4 내지 도 6에 비해 작아져, 실링부(110s)의 상부에 위치한 상부 열전도성 물질층(320)의 면적을 최대화할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예의 전지 셀(100)에서, 실링부(110s)의 상부와 상부 열전도성 물질층(320) 사이의 열전달 정도를 높일 수 있고, 전지 셀(110)에 대한 상부 열전도성 물질층(320)의 냉각 성능이 향상될 수 있다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모듈 프레임 상부를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서, 모듈 프레임(300, 400)은 모듈 프레임(300, 400)의 상부 중 일부가 관통되어 있는 관통부(400p)를 포함할 수 있다. 여기서, 관통부(400p)는 실링부(110s)의 상부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 관통부(400p)는 실링부(110s)가 전지 셀(110)의 상부를 따라 연장되어 있는 길이보다 크게 형성되어 있을 수 있다.
일 예로, 관통부(400p)는 슬릿 형태로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 모듈 프레임(300, 400)의 상부에서 관통되어 있는 부분은 다양한 형상을 가질 수 있다.
또한, 상부 열전도성 물질층(320)은 모듈 프레임(300, 400)의 상부에서 관통부(400p)까지 연장되어 있을 수 있다. 이 경우, 실링부(110s)의 상부에 위치한 상부 열전도성 물질층(320)의 면적을 상대적으로 증가시킬 수 있다.
이에 따라, 본 실시예의 전지 셀(100)에서, 모듈 프레임(300, 400)은 관통부(400p)를 포함하여, 실링부(110s)의 상부와 상부 열전도성 물질층(320) 사이의 열전달 정도를 높일 수 있고, 전지 셀(110)에 대한 상부 열전도성 물질층(320)의 냉각 성능이 효과적으로 향상될 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서, 모듈 프레임(300, 400) 상부의 하면에 함몰부(400h)가 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 함몰부(400h)는 모듈 프레임(300, 400) 상부의 하면을 기준으로 모듈 프레임(300, 400) 상부의 상면을 향해 함몰되어 있는 부분을 의미할 수 있다. 또한, 함몰부(400h)는 실링부(110s)의 상부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 함몰부(400h)는 실링부(110s)가 전지 셀(110)의 상부를 따라 연장되어 있는 길이보다 크게 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상부 열전도성 물질층(320)은 함몰부(400h)의 내부까지 연장되어 있을 수 있다. 이 경우, 실링부(110s)의 상부에 위치한 상부 열전도성 물질층(320)의 면적을 상대적으로 증가시킬 수 있다.
이에 따라, 본 실시예의 전지 셀(100)에서, 실링부(110s)의 상부와 상부 열전도성 물질층(320) 사이의 열전달 정도를 높일 수 있고, 전지 셀(110)에 대한 상부 열전도성 물질층(320)의 냉각 성능이 향상될 수 있다. 이와 더불어, 실링부(110s)의 상부가 모듈 프레임(300, 400) 상부에 의해 커버될 수 있어, 외부 충격으로부터 전지 셀(110)을 보호할 수 있다.
이하에서는 비교예에 따른 전지 모듈을 설명하고자 하며, 비교예에 따른 전지 모듈은 도 1 내지 도 4에서 설명한 전지 모듈(100)과 대부분 동일하게 설명될 수 있으며, 상이한 부분을 중심으로 설명하고자 한다.
도 10 및 도 11은 비교예에 따른 실링부를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 비교예에 따른 전지 모듈에 포함된 전지 셀(11)에서, 실링부(11s)는 전지 셀(11) 상부를 향해 폴딩되어 있다. 보다 구체적으로, 비교예에서, 실링부(11s)는 상부 플레이트(40)를 향해 연장되어 있는 길이가 전지 셀(11)의 상부를 따라 연장되어 있는 길이보다 작다. 이 경우, 실링부(11s)가 전지 셀(11) 상부에서 차지하고 있는 면적이 지나치게 커서, 실링부(11s)는 상부 열전도성 물질층(32)과 전지 셀(11) 상부 사이의 열전달을 방해할 수 있다. 특히, 실링부(11s)는 상부 열전도성 물질층(32)과 전지 셀(11) 상부 사이의 열전달 경로에서 높은 열저항으로 작용할 수 있다. 이에 따라, 비교예의 전지 모듈에서, 실링부(11s)는 전지 셀(11)에 대한 상부 열전도성 물질층(32)의 냉각 성능을 저하시키는 문제가 있다.
이에 비해, 도 1 내지 도 9을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서, 실링부(110s)는 모듈 프레임(300, 400)의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 전지 셀(110)의 상부를 따라 연장되어 있는 길이와 동일하거나 이보다 작아, 실링부(110s)가 전지 셀(110) 상부에서 차지하고 있는 면적이 최소화될 수 있고, 전지 셀(110)에 대한 상부 열전도성 물질층(320)의 냉각 성능 또한 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 실시 예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 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 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
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.
100: 전지 모듈
11, 110: 전지 셀
11s, 110s: 실링부
120: 전지 셀 적층체
130: 버스바 프레임
150: 엔드 플레이트
300: 하부 프레임
310: 하부 열전도성 물질층
32, 320: 상부 열전도성 물질층
40, 400: 상부 플레이트

Claims (13)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체의 상면과 상기 모듈 프레임의 상부 사이에 위치하는 상부 열전도성 물질층을 포함하고,
    상기 전지셀은 상기 전지셀의 외주면 중 일부가 실링되어 있는 실링부를 포함하며, 상기 전지셀은 상기 실링부가 상기 모듈 프레임의 상부를 향하는 방향으로 배치되어 있고,
    상기 상부 열전도성 물질층은 상기 실링부의 외면을 감싸고,
    상기 실링부는 상기 모듈 프레임의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 상기 전지 셀의 상부를 따라 연장되어 있는 길이와 동일하거나 이보다 큰 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 실링부는 상기 모듈 프레임의 상부를 향해 연장되어 있는 길이가 상기 전지 셀의 상부를 따라 연장되어 있는 길이보다 큰 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 실링부는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 적어도 1회 폴딩되어 있는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 실링부의 폴딩되어 있는 면에 내부 열전도성 물질층이 위치하는 전지 모듈.
  5. 제3항에서,
    상기 실링부의 폴딩되어 있는 면은 서로 접하고 있는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 상기 모듈 프레임 상부 중 일부가 관통되어 있는 관통부를 포함하고,
    상기 관통부는 상기 실링부의 상부에 위치하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 상부 열전도성 물질층은 상기 관통부까지 연장되어 있는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 관통부는 상기 실링부가 상기 전지 셀의 상부를 따라 연장되어 있는 길이보다 크게 형성되어 있는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임 상부의 하면에 함몰부가 형성되어 있고,
    상기 함몰부는 상기 모듈 프레임 상부의 하면을 기준으로 상기 모듈 프레임 상부의 상면을 향해 함몰되어 있고,
    상기 함몰부는 상기 실링부의 상부에 위치하는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 상부 열전도성 물질층은 상기 함몰부 내부까지 연장되어 있는 전지 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 함몰부는 상기 실링부가 상기 전지 셀의 상부를 따라 연장되어 있는 길이보다 크게 형성되어 있는 전지 모듈.
  12. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 하면과 상기 모듈 프레임의 하부 사이에 위치하는 하부 열전도성 물질층을 더 포함하는 전지 모듈.
  13. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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