WO2022086075A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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박원경
성준엽
윤현섭
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module having an expandable structure and a battery pack including the same.
  • Secondary batteries are receiving a lot of attention as an energy source in various product groups such as mobile devices and electric vehicles.
  • Such a secondary battery is a powerful energy resource that can replace the use of conventional products using fossil fuels, and is in the spotlight as an eco-friendly energy source because by-products due to energy use do not occur.
  • a battery module including at least one battery cell is configured, and other components are added using the at least one battery module to form a battery pack.
  • Such a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a module frame for accommodating the battery cell stack, and an insulating cover and an end plate covering both sides of the battery cell stack.
  • a bus bar frame was mounted on the front and rear surfaces of the battery cell stack positioned in a direction perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack constituting the battery module.
  • an insulating cover was attached to the outer surface of the bus bar frame to block the electrical connection between the battery cell stack and the bus bar frame and the outside.
  • an end plate was mounted on the outer surface of the insulating cover to physically protect the battery cell stack and the electrical components connected thereto.
  • the structure of the battery module may be complicated.
  • An object of the present invention is to provide a battery module in which the structure of an expandable battery module is simplified and a battery pack including the same.
  • a battery module for realizing the above object includes: first and second cell block assemblies including a battery cell stack and bus bar frames mounted on front and rear surfaces of the battery cell stack; a module frame accommodating the first and second cell block assemblies, the front and rear open modules; an upper plate covering upper and front surfaces of the first cell block assembly and upper and front surfaces of the second cell block assembly, wherein the first and second cell block assemblies include the first and second cells
  • the bus bar frames mounted on the block assembly are disposed to be spaced apart from each other in a direction facing each other, and the upper plate is disposed between the first and second cell block assemblies and front and rear of the entire first and second cell block assemblies. coupled to the bottom of the frame.
  • An insulating film formed on the inner surface of the upper plate may be further included.
  • the first and second cell block assemblies may be disposed along a direction perpendicular to a stacking direction of the battery cell stack.
  • a cooling plate may be positioned below the bottom of the module frame.
  • a thermally conductive resin layer is formed between the first and second cell block assemblies and the bottom of the module frame, and the thermally conductive resin layer is at the front and rear lower ends of the first cell block assembly and the front and rear lower ends of the second cell block assembly each can be formed.
  • a first coupling member is positioned between the first and second cell block assemblies, second and third coupling members are positioned in front and rear of the entire first and second cell block assemblies, and the coupling members are formed between the upper plate and the module frame. can be combined.
  • the upper plate includes a bottom portion formed between the first and second cell block assemblies, and front and rear bottom portions formed in front and rear of the entire first and second cell block assemblies, and the bottom portion between the first and second cell block assemblies is a bottom portion of the module frame. It is spaced apart, and the first coupling member may connect and couple the bottom part between the bottom part and the bottom part of the module frame.
  • the front and rear end bottom portions may be in contact with the bottom portion of the module frame, and may be coupled to each other by the second and third coupling members.
  • An insulating film formed on the inner surface of the upper plate may be further included, wherein the insulating film is spaced apart from the bottom part between the first and second cell block assemblies and is formed to be in contact with the bottom part of the module frame. .
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module.
  • the battery module is lightened, assembling is improved, the manufacturing cost of the battery module can be reduced, and the number of parts is reduced through It can provide the effect of reducing the parts management cost.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which the battery module of FIG. 1 is assembled.
  • FIG. 3 is a top view of FIG. 2 viewed from above.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an upper plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a battery module according to an embodiment of the present invention, taken along a portion A-A of FIG. 2 .
  • FIG. 6 is a view showing a structure including an end plate in a conventional battery module as a comparative example.
  • the first and second terms used in the present application may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • FIGS. 1 to 5 a structure of a battery module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 .
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which the battery module of FIG. 1 is assembled.
  • 3 is a top view of FIG. 2 viewed from above.
  • 4 is a perspective view showing an upper plate according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view of a battery module according to an embodiment of the present invention, taken along a portion A-A of FIG. 2 .
  • the battery module includes a battery cell stack 110 and a bus bar frame 120 mounted on front and rear surfaces of the battery cell stack 110 .
  • the first and second cell block assemblies 100 and 200 , the first and second cell block assemblies 100 and 200 are accommodated, and the front and rear surfaces of the module frame 300 and the first cell block assembly 100 are opened. and an upper plate 400 covering the front and rear surfaces and the upper and front surfaces of the second cell block assembly 200 .
  • the module frame 300 may be U-shaped.
  • the bus bar frames 120 mounted on the first and second cell block assemblies 100 and 200 are spaced apart in a direction facing each other, and the upper plate ( 400 is coupled to the bottom of the module frame 300 between the first and second cell block assemblies 100 and 200 and at the front and rear of the entire first and second cell block assemblies 100 and 200 .
  • the battery cell according to the present embodiments is a secondary battery, and may be configured as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cells may be configured in plurality, and the plurality of battery cells may be stacked to each other to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 110 .
  • Each of the plurality of battery cells may include an electrode assembly, a cell case, and an electrode lead protruding from the electrode assembly.
  • the number of stacked battery cells can be formed as a large-area cell block is greatly increased compared to the prior art.
  • a large-area cell block about 32 to 48 battery cells are stacked in one cell block to prepare a battery cell stack ( 110) may be included.
  • the module frame 300 may accommodate the first and second cell block assemblies 100 and 200 .
  • the module frame 300 is formed of a bottom portion 310 and both side surface portions 320 , and may cover the entire lower surface portion and both side surface portions of the first and second cell block assemblies 100 and 200 .
  • the first and second cell block assemblies 100 and 200 are disposed to be spaced apart from each other in a direction in which bus bar frames face each other, and the module frame 300 includes the first and second cell block assemblies 100 and 200 . ) and a size to accommodate up to a space therebetween to accommodate the first and second cell block assemblies 100 and 200 .
  • the first and second cell block assemblies 100 and 200 may be disposed along a direction perpendicular to the stacking direction of the battery cell stack 110 .
  • the upper plate 400 has a plurality of concavo-convex portions to integrally cover the upper and front surfaces of the first cell block assembly 100 and the upper and front surfaces of the second cell block assembly 200 . It may have a formed shape.
  • the upper plate 400 may be formed to cover all portions where the bus bar frames 120 are located, and may be formed to cover the upper surfaces of the first and second cell block assemblies 100 and 200 at the same time.
  • FIG. 6 is a view showing a structure including an end plate in a conventional battery module as a comparative example.
  • the conventional battery module includes a battery cell stack 10 formed in a large area, a module frame 20 for accommodating the battery cell stack 10 , and an upper plate 30 covering the upper surface of the battery cell stack 10 . , an end plate 40 covering the front and rear surfaces of the battery cell stack 10 and a heat sink 50 formed below the bottom surface of the module frame 20 .
  • an upper plate 30 covering the upper surface and an end plate 40 covering the front and rear surfaces are separately provided to provide the battery cell stack 10 .
  • the frame structure was formed.
  • the module is formed in a size to cover all one side of the battery cell stack 10 formed in a large area, and is mounted on one side of the battery pack. Since it includes an accessory structure that requires a certain level of strength, such as the mounting part 41 , the weight of the end plate 40 may occupy a significant portion of the total weight of the battery module.
  • the upper plate 30 and the end plate 40 must be separately installed in addition to the module frame 20, the assembly process is complicated.
  • the weight of the battery module becomes significant compared to the battery module including a single cell block shown in FIG. 6 and the structure of the battery module becomes relatively complicated.
  • a compact structure for reducing the weight and simplifying the structure of the battery module is essential.
  • the portions provided with the bus bar frame 120 of the first and second cell block assemblies 100 and 200 may be covered by using the integrally formed upper plate 400 .
  • the integrally formed upper plate 400 it is possible to remove the end plate provided in the conventional battery module, and it is possible to cover both the top and front and rear surfaces of the two cell block assemblies with one top plate 400, thereby reducing the weight occupied by the conventional end plate.
  • the structure of the expandable large area battery module can be simplified.
  • an insulating film 500 may be formed on the inner surface of the upper plate 400 .
  • an insulating cover is additionally disposed between the end plate and the bus bar frame, a separate process for assembling the insulating cover between the bus bar frame and the end plate is required.
  • the insulating film 500 can be simultaneously mounted on the battery module when the upper plate 400 is assembled, so that the battery can be assembled with only a simple assembly process. The insulation of the module can be secured.
  • a thermally conductive resin layer 700 may be formed between the first and second cell block assemblies 100 and 200 and the bottom 310 of the module frame 300 .
  • the thermally conductive resin layer 700 may be formed on the front and rear lower ends of the first cell block assembly 100 and the front and rear lower ends of the second cell block assembly 200 , respectively.
  • the thermally conductive resin layer 700 may perform a function of transferring heat generated from the first and second cell block assemblies 100 and 200 to the outside.
  • the thermally conductive resin layer may include a thermal resin.
  • the cooling plate 600 may be positioned below the bottom 310 of the module frame 300 .
  • a coolant flows inside the cooling plate 600 to cool the battery module.
  • the refrigerant flow path may be formed between the cooling plate 600 and the bottom part 310 .
  • the upper plate 400 may be coupled to the bottom 310 of the module frame 300 .
  • a first coupling member 410 is positioned between the first and second cell block assemblies 100 and 200, and second, Three coupling members 420 and 430 are positioned, and the coupling members 410 , 420 and 430 may couple the upper plate 400 and the module frame 300 to each other.
  • the upper plate 400 includes a bottom portion 401 and a second portion formed between the first and second cell block assemblies 100 and 200 .
  • 1 and 2 may include front and rear bottom bottom portions 402 and 403 formed on the entire front and rear of the cell block assemblies 100 and 200 .
  • the bottom part 401 between the module frame 300 is spaced apart from the bottom part 310
  • the first coupling member 410 is between the bottom part 401 and the module frame 300 .
  • the bottom part 310 of the can be connected and combined.
  • the insulating film 500 may be spaced apart from the bottom part 401 between the first and second cell block assemblies 100 and 200 and may be formed to be in contact with the bottom part 310 of the module frame 300 .
  • the front and rear end bottom portions 402 and 403 may be in contact with the bottom portion 310 of the module frame 300 , and may be coupled to each other by the second and third coupling members 420 and 430 .
  • Bottom portions that can be coupled to the module frame 300 are formed on both ends and the middle portion of the upper plate 400, and the portion where the bottom portions and the bottom of the module frame 300 meet is coupled through the coupling members to the top plate ( 400) and the module frame 300 may be firmly coupled. At the same time, it is possible to physically protect the two cell block assemblies located between the upper plate 400 and the module frame 300 .
  • the battery module described above may be included in the battery pack.
  • the battery pack may have a structure in which one or more battery modules according to the present embodiment are collected and a battery management system (BMS) that manages the temperature, voltage, etc. of the battery and a cooling device are added and packed.
  • BMS battery management system
  • the battery pack may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and can be applied to various devices that can use a battery module, which also falls within the scope of the present invention .

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 전지셀 적층체 및 상기 전지셀 적층체의 전후면에 장착된 버스바 프레임을 포함하는 제1,2 셀 블록 어셈블리; 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리를 수용하고, 전후방이 개방된 모듈 프레임; 상기 제1 셀 블록 어셈블리의 상측면 및 전후면, 상기 제2 셀 블록 어셈블리의 상측면 및 전후면을 커버하는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리는, 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리에 장착된 상기 버스바 프레임들이 서로 마주보는 방향으로 이격되게 배치되고, 상기 상부 플레이트는, 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리의 사이 및 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리 전체의 전후방에서 상기 모듈 프레임의 바닥부와 결합된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 10월 19일자 한국 특허 출원 제10-2020-0135446호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 확장형 구조를 가지는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임 및 전지셀 적층체의 양측면을 커버하는 절연 커버 및 엔드 플레이트를 포함한다.
종래에는 전지 모듈을 구성하는 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직인 방향에 위치한 상기 전지셀 적층체의 전후면에 버스바 프레임을 장착하였다. 또한 버스바 프레임의 외측면에는 절연 커버를 부착하여 전지셀 적층체 및 버스바 프레임과 외부와의 전기적 연결을 차단시켰다. 또한 절연 커버의 외측면에는 엔드 플레이트를 장착하여 전지셀 적층체 및 이와 연결된 전장품들을 물리적으로 보호하였다. 다만 이와 같이 절연 커버 및 엔드 플레이트를 별도로 구비하여 전지 모듈을 제조함에 있어서 전지 모듈의 구조가 복잡해 질 수 있다.
한편, 최근 전기자동차에 장착되는 전지 모듈의 경우 자동차 내부에서의 공간을 효율적으로 활용하기 위해 다양한 형태의 전지 모듈 구조가 출시되고 있으며, 셀 블록의 갯수가 증가됨으로써 자동차 내부의 공간 활용이 가능한 확장형 전지 모듈 구조에 대한 수요가 발생하고 있다.
이때 적어도 2개 이상의 셀 블록을 포함하는 확장형 전지 모듈 구조의 경우 종래 엔드 플레이트와 절연 커버의 구조를 적용할 경우 각각의 전지셀 적층체마다 절연 커버 및 엔드 플레이트를 별도로 구비해야 할 수 있어 전지 모듈의 중량이 증가하고 제조 공정이 길어지며 전지 모듈 구조 자체가 복잡해질 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 확장형 전지 모듈의 구조가 단순화되는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 전지셀 적층체 및 상기 전지셀 적층체의 전후면에 장착된 버스바 프레임을 포함하는 제1,2 셀 블록 어셈블리; 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리를 수용하고, 전후방이 개방된 모듈 프레임; 상기 제1 셀 블록 어셈블리의 상측면 및 전후면, 상기 제2 셀 블록 어셈블리의 상측면 및 전후면을 커버하는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리는, 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리에 장착된 상기 버스바 프레임들이 서로 마주보는 방향으로 이격되게 배치되고, 상기 상부 플레이트는, 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리의 사이 및 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리 전체의 전후방에서 상기 모듈 프레임의 바닥부와 결합된다.
상기 상부 플레이트의 내측면에 형성된 절연 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 제1,2 셀 블록 어셈블리는 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직인 방향을 따라 배치될 수 있다.
상기 모듈 프레임 바닥부의 하측에는 냉각 플레이트가 위치할 수 있다.
상기 제1,2 셀 블록 어셈블리와 상기 모듈 프레임 바닥부 사이에는 열전도성 수지층이 형성되고, 상기 열전도성 수지층은 제1 셀 블록 어셈블리의 전후측 하단 및 제2 셀 블록 어셈블리의 전후측 하단에 각각 형성될 수 있다.
상기 제1,2 셀 블록 어셈블리의 사이에는 제1 결합 부재가 위치하고, 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리 전체의 전후방에는 제2,3 결합 부재가 위치하고, 상기 결합 부재들은 상기 상부 플레이트와 상기 모듈 프레임을 결합시킬 수 있다.
상기 상부 플레이트는 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리의 사이에 형성된 사이 바닥부 및 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리 전체의 전후방에 형성된 전후단 바닥부를 포함하고, 상기 사이 바닥부는 상기 모듈 프레임의 바닥부와 이격되고, 상기 제1 결합 부재는 상기 사이 바닥부와 상기 모듈 프레임의 바닥부를 연결하며 결합시킬 수 있다.
상기 전후단 바닥부는 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접하고, 상기 제2,3 결합 부재에 의해 서로 결합될 수 있다.
상기 상부 플레이트의 내측면에 형성된 절연 필름을 더 포함하고, 상기 절연 필름은 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리의 사이에서 상기 사이 바닥부와 이격되고 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, 확장형 전지 모듈 구조에서 종래 사용되었던 엔드 플레이트 및 절연 커버 구조를 제거함으로써 전지 모듈을 경량화시키고, 조립성이 향상되며, 전지 모듈의 제조 단가를 줄일 수 있고, 부품 수량 축소를 통한 부품 관리 비용을 절감할 수 있는 효과를 제공할 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 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈이 조립된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2를 상측에서 바라본 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 2의 A-A 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 6은 비교예로, 종래 전지 모듈에서 엔드 플레이트가 포함된 구조를 나타낸 도면이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 구조에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈이 조립된 모습을 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2를 상측에서 바라본 상면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 플레이트를 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 2의 A-A 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 전지셀 적층체(110) 및 전지셀 적층체(110)의 전후면에 장착된 버스바 프레임(120)을 포함하는 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200), 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)를 수용하고 전후방이 개방된 모듈 프레임(300) 및 제1 셀 블록 어셈블리(100)의 상측면 및 전후면, 제2 셀 블록 어셈블리(200)의 상측면 및 전후면을 커버하는 상부 플레이트(400)를 포함한다. 모듈 프레임(300)은 U자형일 수 있다.
이때, 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)는 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)에 장착된 버스바 프레임(120)들이 서로 마주보는 방향으로 이격되게 배치되고, 상부 플레이트(400)는 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)의 사이 및 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200) 전체의 전후방에서 모듈 프레임(300)의 바닥부와 결합된다.
본 실시예들에 따른 전지셀은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수개의 전지셀은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(110)를 형성할 수 있다. 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 셀 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 적층되는 전지셀의 개수가 종래 대비 많이 늘어나는 대면적 셀 블록으로 형성될 수 있다. 대면적 셀 블록은, 기존에 하나의 셀 블록 내에 대략 12개 내지 24개의 전지셀이 적층된 경우에 대비하여, 대략 32개 내지 48개의 전지셀이 하나의 셀 블록 내에 적층되어 전지셀 적층체(110)를 구성하는 경우를 포함할 수 있다.
모듈 프레임(300)은 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)를 수용할 수 있다. 모듈 프레임(300)은 바닥부(310) 및 양측면부(320)로 형성되고, 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200) 전체의 하면부 및 양측면부를 커버할 수 있다. 보다 상세하게는, 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)는 버스바 프레임들이 서로 마주보는 방향으로 서로 이격되게 배치되고, 모듈 프레임(300)은 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200) 및 그 사이의 이격 공간까지 수용하는 크기로 형성되어 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)를 수용할 수 있다. 이때, 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)는 전지셀 적층체(110)의 적층 방향과 수직인 방향을 따라 배치될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상부 플레이트(400)는 제1 셀 블록 어셈블리(100)의 상측면 및 전후면, 제2 셀 블록 어셈블리(200)의 상측면 및 전후면을 일체로 커버하도록 복수의 요철부가 형성된 형상을 가질 수 있다. 상부 플레이트(400)는 버스바 프레임(120)들이 위치한 부분을 모두 커버하도록 형성되며, 동시에 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)의 상면부를 커버하도록 형성될 수 있다.
도 6은 비교예로, 종래 전지 모듈에서 엔드 플레이트가 포함된 구조를 나타낸 도면이다.
종래 전지 모듈은, 대면적으로 형성된 전지셀 적층체(10), 전지셀 적층체(10)를 수용하는 모듈 프레임(20), 전지셀 적층체(10)의 상면부를 커버하는 상부 플레이트(30), 전지셀 적층체(10)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(40) 및 모듈 프레임(20)의 바닥면 하측에 형성된 히트 싱크(50)를 포함한다.
이때, 전지셀 적층체(10)를 수용하는 모듈 프레임(20) 이외에도 상부면을 커버하는 상부 플레이트(30) 및 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(40)가 별도로 구비되어 전지셀 적층체(10)의 프레임 구조를 형성하였다. 다만 엔드 플레이트(40) 구조의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 대면적으로 형성된 전지셀 적층체(10)의 일측면 모두를 커버하는 크기로 형성되고, 일측에 전지팩에 마운팅 하기 위한 모듈 마운팅부(41)가 형성되어 있는 등 일정 수준 이상의 강도가 필요한 부속 구조를 포함하고 있어 엔드 플레이트(40)의 중량이 전지 모듈의 총 중량 중 상당 부분을 차지할 수 있다. 또한 모듈 프레임(20) 이외에도 상부 플레이트(30) 및 엔드 플레이트(40)를 별도로 설치해야 하므로 조립 과정이 복잡한 문제가 있었다.
또한 본 발명과 같이 두 개의 셀 블록이 배치된 확장형 전지 모듈 구조의 경우 도 6에 도시된 단일 셀 블록을 포함하는 전지 모듈에 비해 전지 모듈의 중량이 상당해 지고 전지 모듈의 구조가 상대적으로 복잡해지므로 전지 모듈의 중량 감소 및 구조 단순화를 위한 컴팩트화된 구조가 필수적으로 요구되는 실정이다.
이에 본 실시예에 따르면 일체로 형성된 상부 플레이트(400)를 이용하여 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)의 버스바 프레임(120)이 구비된 부분들을 커버할 수 있다. 이를 통해 종래 전지 모듈에 구비되었던 엔드 플레이트를 제거할 수 있으며, 두개의 셀 블록 어셈블리의 상면부 및 전후면부 모두를 상부 플레이트(400) 하나로 커버할 수 있게 되어 종래 엔드 플레이트가 차지하였던 중량을 감소시키고 확장형 대면적 전지 모듈의 구조를 단순화시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 상부 플레이트(400)의 내측면에는 절연 필름(500)이 형성될 수 있다. 종래에는 엔드 플레이트와 버스바 프레임 사이에 절연 커버를 추가 배치하는 구조를 채용하여, 절연 커버를 버스바 프레임과 엔드 플레이트 사이에 조립하는 공정이 별도로 필요하였다. 이에 본 실시예에 따르면 상부 플레이트(400)의 내측면에 절연 필름(500)을 부착시킴으로써 상부 플레이트(400)의 조립시 절연 필름(500)도 동시에 전지 모듈에 장착될 수 있어 간단한 조립 과정 만으로도 전지 모듈의 절연성을 확보할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)와 모듈 프레임(300)의 바닥부(310) 사이에는 열전도성 수지층(700)이 형성될 수 있다. 열전도성 수지층(700)은 제1 셀 블록 어셈블리(100)의 전후측 하단 및 제2 셀 블록 어셈블리(200)의 전후측 하단에 각각 형성될 수 있다. 열전도성 수지층(700)은 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)로부터 발생하는 열을 외부로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 열전도성 수지층은 써말레진(Thermal Resin)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 모듈 프레임(300)의 바닥부(310)의 하측에는 냉각 플레이트(600)가 위치할 수 있다. 냉각 플레이트(600) 내부에는 냉매가 유동함으로써 전지 모듈을 냉각시킬 수 있다. 냉매의 유로는 냉각 플레이트(600)와 바닥부(310)의 사이에 형성될 수 있다. 이를 통해 종래 별도의 히트 싱크가 마련된 냉각 구조와 달리 바닥부(310)가 냉매 유동 통로의 일부가 되도록 냉매가 유동하는 구조를 채용함으로써 전지 모듈의 냉각 성능이 개선되고 전지 모듈의 경량화가 도모될 수 있다.
상부 플레이트(400)는 모듈 프레임(300)의 바닥부(310)와 결합될 수 있다. 보다 상세하게는, 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)의 사이에는 제1 결합 부재(410)가 위치하고, 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)의 전체의 전후방에는 제2,3 결합 부재(420, 430)가 위치하고, 결합 부재(410, 420, 430)들은 상부 플레이트(400)와 모듈 프레임(300)을 결합시킬 수 있다.
상부 플레이트(400)와 모듈 프레임(300)의 결합 구조에 대해 자세히 들여다보면, 상부 플레이트(400)는 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)의 사이에 형성된 사이 바닥부(401) 및 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)의 전체의 전후방에 형성된 전후단 바닥부(402, 403)를 포함할 수 있다. 이때, 도 5를 참조하면, 사이 바닥부(401)는 모듈 프레임(300)의 바닥부(310)와 이격되고, 제1 결합 부재(410)는 사이 바닥부(401)와 모듈 프레임(300)의 바닥부(310)를 연결하며 결합시킬 수 있다.
절연 필름(500)은 제1,2 셀 블록 어셈블리(100, 200)의 사이에서 사이 바닥부(401)와 이격되고 모듈 프레임(300)의 바닥부(310)와 접하도록 형성될 수 있다. 전후단 바닥부(402, 403)는 모듈 프레임(300)의 바닥부(310)와 접하고, 제2,3 결합 부재(420, 430)에 의해 서로 결합될 수 있다.
상부 플레이트(400)의 양단 및 가운데 부분에는 모듈 프레임(300)과 결합될 수 있는 바닥부들이 형성되고, 바닥부들과 모듈 프레임(300)의 바닥부가 만나는 부분은 결합 부재들을 통해 결합됨으로써 상부 플레이트(400)와 모듈 프레임(300)이 단단하게 체결될 수 있다. 동시에 상부 플레이트(400) 및 모듈 프레임(300) 사이에 위치한 두 셀 블록 어셈블리를 물리적으로 보호할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 전지팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 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 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 제1 셀 블록 어셈블리
110: 전지셀 적층체
120: 버스바 프레임
200: 제2 셀 블록 어셈블리
210: 전지셀 적층체
220: 버스바 프레임
300: 모듈 프레임
310: 모듈 프레임 바닥부
320: 모듈 프레임 양측면부
400: 상부 플레이트
401: 사이 바닥부
402: 전단 바닥부
403: 후단 바닥부
410: 제1 결합 부재
420: 제2 결합 부재
430: 제3 결합 부재
500: 절연 필름
600: 냉각 플레이트
700: 열전도성 수지층

Claims (10)

  1. 전지셀 적층체 및 상기 전지셀 적층체의 전후면에 장착된 버스바 프레임을 포함하는 제1,2 셀 블록 어셈블리;
    상기 제1,2 셀 블록 어셈블리를 수용하고, 전후방이 개방된 모듈 프레임;
    상기 제1 셀 블록 어셈블리의 상측면 및 전후면, 상기 제2 셀 블록 어셈블리의 상측면 및 전후면을 커버하는 상부 플레이트를 포함하고,
    상기 제1,2 셀 블록 어셈블리는, 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리에 장착된 상기 버스바 프레임들이 서로 마주보는 방향으로 이격되게 배치되고,
    상기 상부 플레이트는, 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리의 사이 및 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리 전체의 전후방에서 상기 모듈 프레임의 바닥부와 결합되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 상부 플레이트의 내측면에 형성된 절연 필름을 더 포함하는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 제1,2 셀 블록 어셈블리는 상기 전지셀 적층체의 적층 방향과 수직인 방향을 따라 배치되는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임 바닥부의 하측에는 냉각 플레이트가 위치하는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 제1,2 셀 블록 어셈블리와 상기 모듈 프레임 바닥부 사이에는 열전도성 수지층이 형성되고, 상기 열전도성 수지층은 제1 셀 블록 어셈블리의 전후측 하단 및 제2 셀 블록 어셈블리의 전후측 하단에 각각 형성되는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 제1,2 셀 블록 어셈블리의 사이에는 제1 결합 부재가 위치하고, 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리 전체의 전후방에는 제2,3 결합 부재가 위치하고, 상기 결합 부재들은 상기 상부 플레이트와 상기 모듈 프레임을 결합시키는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 상부 플레이트는 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리의 사이에 형성된 사이 바닥부 및 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리 전체의 전후방에 형성된 전후단 바닥부를 포함하고,
    상기 사이 바닥부는 상기 모듈 프레임의 바닥부와 이격되고, 상기 제1 결합 부재는 상기 사이 바닥부와 상기 모듈 프레임의 바닥부를 연결하며 결합시키는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 전후단 바닥부는 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접하고, 상기 제2,3 결합 부재에 의해 서로 결합되는 전지 모듈.
  9. 제7항에서,
    상기 상부 플레이트의 내측면에 형성된 절연 필름을 더 포함하고,
    상기 절연 필름은 상기 제1,2 셀 블록 어셈블리의 사이에서 상기 사이 바닥부와 이격되고 상기 모듈 프레임의 바닥부와 접하도록 형성된 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
PCT/KR2021/014441 2020-10-19 2021-10-18 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 Ceased WO2022086075A1 (ko)

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