WO2022158954A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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박명기
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module having improved insulation performance and a battery pack including the same.
  • secondary batteries are of great interest not only as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, notebooks, and wearable devices, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • the mid-to-large-sized battery module be manufactured as small as possible in size and weight, a prismatic battery, a pouch-type battery, etc. that can be stacked with a high degree of integration and have a small weight to capacity are mainly used as battery cells of the mid- to large-sized battery module.
  • the battery module in order to protect the battery cell stack from external shock, heat, or vibration, the front and rear are opened may include a module frame for accommodating the battery cell stack in an internal space.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of components included in the battery module of FIG. 1 .
  • the conventional battery module 10 is a battery cell stack 12 in which a plurality of battery cells 11 are stacked in one direction, and to accommodate the battery cell stack 12.
  • Module frames 30 and 40, an end plate 15 covering the front and rear surfaces of the battery cell stack, and a bus bar frame 13 formed between the front and rear surfaces of the end plate 15 and the battery cell stack 12 include
  • the module frames 30 and 40 include a lower frame 30 covering the lower and both sides of the battery cell stack 12 and an upper plate 40 covering the upper surface of the battery cell stack 12 .
  • the battery module 10 has a thermally conductive resin layer 31 applied to the lower surface covering the lower portion of the battery cell stack 120 in the lower frame 30 to cool the heat generated by the battery cell stack 12 . have.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state before the battery cell stack of FIG. 2 is mounted to the bus bar frame is coupled to the module frame.
  • 4 is a cross-sectional view illustrating a state in which the battery cell stack to which the bus bar frame of FIG. 2 is mounted is coupled to the module frame.
  • step portions 30s are formed at both ends of the lower frame 30 .
  • an insulating member 33 is attached to at least a portion of the stepped portion 30s, and a blocking pad 35 is attached adjacent to the stepped portion 30s at the center of the lower frame 30 .
  • the boundary portion 30A positioned at the boundary between the central portion of the lower frame 30 and the stepped portion 30s has a step formed by the stepped portion 30s.
  • the insulating member 33 is not positioned at the portion corresponding to the boundary portion 30A, insulation between the battery cell 11 and the boundary portion 30A may not be sufficiently performed. Accordingly, since the insulating member 33 is formed at an appropriate position, it is necessary to develop a battery module in which insulation performance between the lower frame 30 and the battery cell 11 is improved.
  • An object of the present invention is to provide a battery module having improved insulation performance and a battery pack including the same.
  • a battery module includes: a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked; a bus bar frame respectively connected to the front and rear surfaces of the battery cell stack; and a module frame accommodating the battery cell stack to which the bus bar frame is mounted, wherein the bus bar frame includes a support part surrounding an end of the battery cell stack, and from the lower surface of the support part to the outside of the support part It further includes an insulating member extending toward the.
  • the end of the battery cell includes a protrusion formed in the width direction of the battery cell, the protrusion is located on the support, and the support is located between the protrusion and the step formed at one end of the module frame.
  • a portion of the insulating member may be positioned between the support part and the protrusion, and the other part of the insulating member may be positioned between the battery cell stack and a lower surface of the module frame.
  • the insulating member may cover a boundary line between the central portion of the lower surface of the module frame and the step portion.
  • the insulating member may extend along a longitudinal direction of the step portion.
  • a blocking pad may be located on a lower surface of the module frame, and the blocking pad may be located adjacent to the step portion.
  • the remaining portion of the insulating member may be positioned between the battery cell stack and the blocking pad.
  • the blocking pad may extend along a width direction of the module frame.
  • the blocking pad may include a resin material.
  • the insulating member may include at least one of polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyimide (PI), and polyamide (PA).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PC polycarbonate
  • PI polyimide
  • PA polyamide
  • the module frame may include a lower frame that covers the lower and both sides of the battery cell stack, and an upper plate that covers the upper surface of the battery cell stack.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above.
  • the present invention includes an insulating member extending from the support portion of the bus bar frame toward the lower surface of the module frame, the insulation performance of the battery module may be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of components included in the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state before the battery cell stack of FIG. 2 is mounted to the bus bar frame is coupled to the module frame.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a state in which the battery cell stack to which the bus bar frame of FIG. 2 is mounted is coupled to the module frame.
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of components included in the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a state before the battery cell stack of FIG. 5 mounted on the bus bar frame is coupled to the module frame.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a cross-section taken along the A-A′ axis of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a state in which the battery cell stack on which the bus bar frame of FIG. 9 is mounted is coupled to the module frame.
  • planar view it means when the target part is viewed from above
  • cross-sectional view means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention. 6 is an exploded perspective view of components included in the battery module of FIG. 5 .
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked in one direction, and module frames 300 and 400 accommodating the battery cell stack 120 . ), an end plate 150 covering the front and rear surfaces of the battery cell stack, and a bus bar frame 130 formed between the end plate 150 and the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 .
  • a bus bar electrically connected to the battery cell stack 120 may be positioned on the bus bar frame 130 .
  • the module frames 300 and 400 include a lower frame 300 having an upper surface, an open front and a rear surface, and an upper plate 400 covering the upper portion of the battery cell stack 120 .
  • the module frames 300 and 400 are not limited thereto, and one side is coupled to the upper portion of the L-shaped frame, or the central portion of the lower portion of the mono frame surrounding the battery cell stack 120 except for the front and rear surfaces is open. It can be replaced with a frame such as Hereinafter, the lower frame 300 will be mainly described, but when replaced with the other frames described above, the lower surfaces of the module frames 300 and 400 may be described in the same manner.
  • a thermally conductive resin layer 310 may be positioned between the battery cell stack 120 and the lower frame 300 .
  • the thermally conductive resin layer 310 may be formed as the thermally conductive resin is applied and then cured on the lower frame 300 before the battery cell stack 120 is mounted on the lower frame 300 . Accordingly, the thermally conductive resin layer 310 may transfer heat generated in the battery cell 110 to the bottom of the battery module 100 to cool the battery cell 110 .
  • a plurality of battery cells 110 are stacked in one direction (y-axis direction), and the battery cells 110 are pouch-type battery cells.
  • the battery cell 110 may be manufactured by accommodating the electrode assembly in a pouch case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and then thermally sealing a sealing part of the pouch case.
  • the battery cells 110 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 110 form a stacked battery cell stack 120 to be electrically connected to each other.
  • FIG. 7 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 5 .
  • the battery cell 110 is preferably a pouch-type battery cell.
  • the battery cell 110 according to an embodiment has a structure in which two electrode leads 115 are opposed to each other and protrude from both ends of the battery body 113 , respectively.
  • the battery cell 110 may be manufactured in the form of a pouch in which an electrode assembly (not shown) is accommodated in the battery case 117 including the battery body 113 .
  • the battery cell 110 includes a connection part 119 that is a region extending along the edge, and at an end of the connection part 119, a protrusion 110p of the battery cell 110 called a bat-ear. can be formed.
  • the protrusion 110p may be formed on at least one of both ends of the connection part 119 , and may protrude in a direction perpendicular to the direction in which the connection part 119 extends.
  • the protrusion 110p is caught on the step portion 300s formed on one side of the lower surface of the lower frame 300, which will be described later, to prevent the battery cell 110 from flowing due to an external impact.
  • the battery cell 110 is a pouch-type battery cell, and the thickness of the battery body 113 may be greater than the thickness of the protrusion 110p.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a state before the battery cell stack of FIG. 5 mounted on the bus bar frame is coupled to the module frame.
  • 9 is a perspective view illustrating a cross-section taken along the A-A′ axis of FIG. 8 .
  • the battery module 100 in the present embodiment, it includes step portions 300s formed on both sides of lower surfaces of the module frames 300 and 400 .
  • step portions 300s are formed on both sides of the lower frame 300 .
  • the step portion 300s may extend along the stacking direction (y-axis direction) of the battery cells 110 of the battery cell stack 120 .
  • the step portion 300s is formed at one end of the bottom portion of the module frame 300 , and the bottom portion of the module frame 300 includes a first portion 300s-1 and a second portion 300s-2. do.
  • the first part 300s-1 is positioned at the edge with respect to the longitudinal direction of the battery cell 110, and the second part 300s-2 is positioned inside the first part 300s-1.
  • the thickness of the first part 300s-1 is preferably thinner than the thickness of the second part 300s-2.
  • the longitudinal direction of the battery cell 110 may be the x-axis direction of FIG. 6 .
  • the bus bar frame 130 includes a support portion 130s surrounding the end of the battery cell stack 120 .
  • the support part 130s surrounds the end of the battery cell 110 .
  • the bus bar frame 130 has a support portion 130s that can wrap the lower ends of the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 .
  • the battery cells 110 of the battery cell stack 120 may include a protrusion 110p facing the lower frame 300
  • the support portion 130s is the battery cell stack 120 .
  • the protrusion 110p may be positioned on the support part 130s, and the support part 130s may be positioned between the protrusion part 110p and the step part 300s of the battery cell.
  • the lower surface of the support portion 130s may be in contact with the step portion 300s.
  • the bus bar frames 130 are mounted on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120, respectively, the lower surface of the protrusion 110p of the battery cell 110 is wrapped by the support portion 130s, The lower surface of the support portion 130s may be in contact with the step portion 300s.
  • the support part 130s may protect the protrusion part 110p from external impact.
  • the support part 130s prevents direct contact between the battery cell 110 and the lower frame 300 , thereby improving insulation performance.
  • the insulating member 330 and the blocking pad 350 will be described in more detail based on one end of the lower frame 300 .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a state in which the battery cell stack on which the bus bar frame of FIG. 9 is mounted is coupled to the module frame.
  • Figure 10 (a) is a cross-sectional view showing a state in which the battery cell stack of Figure 9 is mounted to the bus bar frame is coupled to the module frame
  • Figure 10 (b) is a rotation of the cross-sectional view of Figure 10 (a). This is a view from one state.
  • the battery module 100 further includes an insulating member 330 extending from the lower surface of the support part 130s toward the center of the lower surface of the battery cell stack.
  • the central portion of the lower surface of the battery cell laminate may point to a central portion of the lower surface of the battery cell laminate corresponding to the region in which the thermally conductive resin layer 310 shown in FIG. 6 is formed.
  • the insulating member 330 may extend toward the outside of the support part 130s.
  • a part of the insulating member 330 is positioned between the support part 130s and the step part 300s, and the other part of the insulating member 330 is positioned between the battery cell stack 120 and the lower frame 300 .
  • the insulating member 330 may cover the boundary line between the central portion of the lower frame 300 and the stepped portion 300s.
  • the insulating member 300 may cover the stepped portion formed in the boundary portion 300A positioned at the boundary between the central portion of the lower frame 300 and the stepped portion 300s.
  • the insulating member 330 may extend along the longitudinal direction of the step portion 300s.
  • the insulating member 330 may extend along the width direction of the step portion 300s.
  • the width of the insulating member 330 is a portion where the protrusion 110p and the boundary portion 300A contact each other in consideration of the protruding length of the protruding portion 110p of the battery cell 110 and the step difference of the boundary portion 300A. It can be adjusted so that there is no
  • the area of the insulating member 330 in this embodiment is further increased, so that the insulating performance can be further improved.
  • the above-described protrusion 110p of the battery cell 110 may not be exposed to the stepped portion formed at the boundary portion 300A, insulation performance between the battery cell 110 and the lower frame 300 may be sufficiently secured.
  • the insulating member 330 may be made of a material having moldability and ductility. More specifically, the insulating member 330 is made of a material that can be molded through 3D forming and has sufficient ductility, so that the insulating member 330 considers the shape of the step portion 300s of the lower frame 300 . can be molded.
  • the insulating member 330 may be manufactured in the form of a film including at least one of polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyimide (PI), and polyamide (PA), but is not limited thereto. .
  • the insulating member 330 may be integrated with a portion of the lower surface of the support part 130s. Also, the insulating member 330 may be attached to a portion of the lower surface of the support unit 130s.
  • an adhesive layer may be positioned between the insulating member 330 and the support part 130s.
  • the adhesive layer may extend along the width and length directions of the insulating member 330 .
  • Each of the adhesive layers may be formed of a tape or coated with an adhesive binder. More preferably, the adhesive layer is coated with an adhesive binder or made of a double-sided tape, so that the insulating member 330 and the supporting part 130s can be easily fixed.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having adhesive performance capable of fixing the insulating member 330 and the supporting part 130s to each other may be applied without being limited thereto. Accordingly, the insulating member 330 may be stably fixed to the support unit 130s.
  • a blocking pad 350 may be positioned on the lower frame 300 . More specifically, in the lower frame 300, it may be located adjacent to the step portion (300s). Also, the blocking pad 350 may extend along the width direction of the lower frame 300 .
  • the blocking pad 350 may include an insulating material.
  • it may include at least one of polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyimide (PI), and polyamide (PA).
  • the blocking pad 350 prevents the lower frame 300 and the battery cell stack 120 from coming into contact with each other, while improving the insulation performance between the battery cell stack 120 and the lower frame 300 . have.
  • an adhesive layer may be positioned between the lower frame 300 and the blocking pad 350 .
  • the adhesive layer may extend along the width and length directions of the blocking pad 350 .
  • Each of the adhesive layers may be formed of a tape or coated with an adhesive binder. More preferably, the adhesive layer is coated with an adhesive binder or made of a double-sided tape, so that the space between the lower frame 300 and the blocking pad 350 can be easily fixed.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having adhesive performance capable of fixing the space between the lower frame 300 and the blocking pad 350 to each other is not limited and may be applied. Accordingly, the blocking pad 350 may be stably fixed on the lower frame 300 .
  • a part of the insulating member 330 is positioned between the support part 130s and the step part 300s, and the other part of the insulating member 330 is located between the battery cell stack 120 and the lower frame 300 . can be located More specifically, the remaining portion of the insulating member 330 may be positioned between the battery cell stack 120 and the blocking pad 350 .
  • the insulating member 330 extends from the support part 130s to a part of the blocking pad 350 , so that the insulating performance between the battery cell 110 and the lower frame 300 is sufficiently secured.
  • the insulating member 330 may be positioned between the blocking pad 350 and the protrusion 110p as well as between the step portion formed in the protruding portion 110p and the boundary portion 300A of the battery cell 110 described above. , the insulation performance between the battery cell 110 and the lower frame 300 may be further improved.
  • the thermally conductive resin layer 310 may be positioned between the blocking pads 350 formed on both sides of the lower frame 300 .
  • the blocking pad 350 may be used without limitation as long as it is a material capable of blocking the thermal conductive resin layer 310 from the outside.
  • the blocking pad 350 may include a resin material, but is not limited thereto.
  • the blocking pad 350 may adjust an area in which the thermally conductive resin layer 310 may be formed, and the blocking pad 350 may prevent the thermally conductive resin from being injected to an unnecessary region.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above. Meanwhile, one or more battery modules according to the present embodiment may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the above-described battery module and battery pack including the same 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 is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same, and this belong to the scope of the invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 전후면에 각각 연결된 버스바 프레임; 및 상기 버스바 프레임이 장착된 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 버스바 프레임은 상기 전지셀 적층체의 단부를 감싸는 받침부를 포함하고, 상기 받침부의 하면에서부터 상기 받침부 외부를 향해 연장되어 있는 절연 부재를 더 포함할 수 있다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 01월 19일자 한국 특허 출원 제10-2021-0007656호 및 2022년 1월 13일자 한국 특허 출원 제10-2022-0005292호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 절연 성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 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.
도 1은 종래 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈에 포함되는 구성 요소들의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(12), 전지셀 적층체(12)를 수용하는 모듈 프레임(30, 40), 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(15) 및 엔드 플레이트(15)와 전지셀 적층체(12)의 전후면 사이에 형성된 버스바 프레임(13)을 포함한다. 모듈 프레임(30, 40)은 전지셀 적층체(12)의 하부 및 양측면을 덮는 하부 프레임(30)과 전지셀 적층체(12)의 상면을 덮는 상부 플레이트(40)를 포함한다. 전지 모듈(10)은 하부 프레임(30)에서 전지셀 적층체(120)의 하부를 덮는 하면에 열전도성 수지층(31)이 도포되어, 전지셀 적층체(12)의 발생한 열을 냉각할 수 있다.
도 3은 도 2의 버스바 프레임이 장착된 전지셀 적층체가 모듈 프레임에 결합되기 전 상태를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 2의 버스바 프레임이 장착된 전지셀 적층체가 모듈 프레임에 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 하부 프레임(30)의 양 단부에 단차부(30s)가 형성되어 있다. 여기서, 단차부(30s)의 적어도 일부에는 절연 부재(33)가 부착되어 있고, 하부 프레임(30)의 중심부에서 단차부(30s)와 인접하게 차단 패드(35)가 부착되어 있다.
최근에 들어, 전지 모듈 및 전지 팩이 고성능 차량에 적용됨에 따라, 고전압 모듈 및 팩에 대한 수요가 증대되고 있다. 그러나, 도 4를 참조하면, 하부 프레임(30)의 중심부와 단차부(30s) 사이의 경계에 위치하는 경계부(30A)는 단차부(30s)에 의해 형성된 단차가 형성되어 있다. 여기서, 경계부(30A)에 해당되는 부분에 절연 부재(33)가 위치하지 않아, 전지셀(11)과 경계부(30A) 사이에 절연이 충분히 수행되지 않을 수 있다. 이에 따라, 절연 부재(33)가 적절한 위치에 형성되어 있어, 하부 프레임(30)과 전지셀(11) 사이의 절연 성능이 향상되는 전지 모듈을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 절연 성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 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 적층체의 전후면에 각각 연결된 버스바 프레임; 및 상기 버스바 프레임이 장착된 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 버스바 프레임은 상기 전지셀 적층체의 단부를 감싸는 받침부를 포함하고, 상기 받침부의 하면에서부터 상기 받침부 외부를 향해 연장되어 있는 절연 부재를 더 포함한다.
상기 전지셀의 단부는 상기 전지셀의 폭 방향으로 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 받침부 상에 위치하며, 상기 받침부는 상기 돌출부와 상기 모듈 프레임의 일단부에 형성된 단차부 사이에 위치할 수 있다.
상기 절연 부재의 일부는 상기 받침부와 상기 돌출부 사이에 위치하고, 상기 절연 부재의 나머지 일부는 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임의 하면 사이에 위치할 수 있다.
상기 절연 부재는 상기 모듈 프레임의 하면의 중심부와 상기 단차부 사이의 경계선을 커버할 수 있다.
상기 절연 부재는 상기 단차부의 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 모듈 프레임의 하면에 차단 패드가 위치하고, 상기 차단 패드는 상기 단차부에 인접하게 위치할 수 있다.
상기 절연 부재의 나머지 일부는 상기 전지셀 적층체와 상기 차단 패드 사이에 위치할 수 있다.
상기 차단 패드는 상기 모듈 프레임의 폭 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 차단 패드는 레진 물질을 포함할 수 있다.
상기 절연 부재는 PET(polyethylene terephthalate), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), 및 PA(Polyamide) 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상기 전지셀 적층체의 하부 및 양 측면을 덮는 하부 프레임과, 상기 전지셀 적층체의 상면을 덮는 상부 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 버스바 프레임의 받침부로부터 모듈 프레임의 하면을 향해 연장되어 있는 절연 부재를 포함하여, 전지 모듈의 절연 성능이 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 종래 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈에 포함되는 구성 요소들의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 버스바 프레임이 장착된 전지셀 적층체가 모듈 프레임에 결합되기 전 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 버스바 프레임이 장착된 전지셀 적층체가 모듈 프레임에 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈에 포함되는 구성 요소들의 분해 사시도이다.
도 7은 도 5의 전지 모듈에 포함되는 전지셀의 사시도이다.
도 8은 도 5의 버스바 프레임이 장착된 전지셀 적층체가 모듈 프레임에 결합되기 전 상태를 나타내는 사시도이다.
도 9은 도 8의 A-A’축을 따라 자른 단면을 나타내는 사시도이다.
도 10는 도 9의 버스바 프레임이 장착된 전지셀 적층체가 모듈 프레임에 결합된 상태를 나타내는 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, 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 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 6은 도 5의 따른 전지 모듈에 포함되는 구성 요소들의 분해 사시도이다.
도 5를 참조하면, 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(120), 및 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(300,400), 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(150) 및 엔드 플레이트(150)와 전지셀 적층체(120)의 전후면 사이에 형성된 버스바 프레임(130)을 포함한다. 여기서, 버스바 프레임(130)에는 상기 전지셀 적층체(120)와 전기적으로 연결되어 있는 버스바가 위치할 수 있다.
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. 다만, 모듈 프레임(300, 400)은 이에 한정된 것이 아니며, L자형 프레임의 상부에 일측부가 결합되어 있거나, 전후면을 제외하고 전지셀 적층체(120)를 둘러싸는 모노 프레임의 하부의 중심부가 개방되어 있는 등의 프레임으로 대체될 수 있다. 이하에서는 하부 프레임(300)을 중심으로 설명될 것이나, 상술한 다른 프레임으로 대체되는 경우 모듈 프레임(300, 400)의 하면으로 동일하게 설명될 수 있다.
또한, 전지셀 적층체(120)와 하부 프레임(300) 사이에 열전도성 수지층(310)이 위치할 수 있다. 열전도성 수지층(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. 이에 따라, 열전도성 수지층(310)은 전지셀(110)에서 발생되는 열을 전지 모듈(100)의 바닥으로 전달하여, 전지셀(110)을 냉각시킬 수 있다.
또한, 하부 프레임(300)에 수용되어 있는 전지셀 적층체(120)는 복수의 전지셀(110)이 일 방향(y축 방향)으로 적층되어 있되, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 전지셀(110)은 전극 조립체를 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 수납한 뒤 상기 파우치 케이스의 실링부를 열융착하여 제조될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있고, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층된 전지셀 적층체(120)를 형성한다.
도 7은 도 5의 전지 모듈에 포함되는 전지셀의 사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 일 실시예에 따른 전지셀(110)은 두개의 전극 리드(115)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 양측 단부에 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 또한, 전지셀(110)은 전극 조립체(미도시)가 전지 본체(113)를 포함하는 전지 케이스(117)에 수납되어 파우치형으로 제조될 수 있다.
여기서, 전지셀(110)은 테두리를 따라 길게 뻗어 있는 영역인 연결부(119)를 포함하고, 연결부(119)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리는 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 돌출부(110p)는 연결부(119)의 양 단부 중 적어도 하나에 형성될 수 있고, 연결부(119)가 뻗는 방향에 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(110p)는 후술하는 하부 프레임(300) 하면의 일측에 형성된 단차부(300s)에 걸려, 전지셀(110)이 외부 충격에 유동하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀로서, 전지 본체(113)의 두께가 돌출부(110p)의 두께보다 크게 형성될 수 있다.
도 8은 도 5의 버스바 프레임이 장착된 전지셀 적층체가 모듈 프레임에 결합되기 전 상태를 나타내는 사시도이다. 도 9은 도 8의 A-A’축을 따라 자른 단면을 나타내는 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서, 모듈 프레임(300, 400)의 하면 양측에 형성되어 있는 단차부(300s)를 포함한다. 일 예로, 모듈 프레임(300, 400)이 하부 프레임(300) 및 상부 플레이트(400)를 포함하는 경우, 하부 프레임(300)의 양측에 단차부(300s)가 형성되어 있다. 여기서, 단차부(300s)는 전지셀 적층체(120)의 전지셀(110)의 적층 방향(y축 방향)을 따라 연장되어 있을 수 있다. 구체적으로, 단차부(300s)는 모듈 프레임(300)의 바닥부의 일단부에 형성되고, 모듈 프레임(300)의 바닥부는 제1 부분(300s-1)과 제2 부분(300s-2)을 포함한다. 제1 부분(300s-1)은 전지셀(110)의 길이 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 제2 부분(300s-2)은 제1 부분(300s-1) 안쪽에 위치한다. 이때, 제1 부분(300s-1)의 두께는 제2 부분(300s-2)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 여기서, 전지셀(110)의 길이 방향이란 도 6의 x축 방향일 수 있다.
이에 따라, 하부 프레임(300)에서, 앞서 설명한 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 단차부(300s)에 걸림에 따라, 전지셀(110)이 외부 충격에 유동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 버스바 프레임(130)은 전지셀 적층체(120)의 단부를 감싸는 받침부(130s)를 포함한다. 다시 말해, 받침부(130s)는 전지셀(110)의 단부를 감싸고 있다. 보다 구체적으로, 버스바 프레임(130)은 전지셀 적층체(120)의 전후면의 하단을 감쌀 수 있는 받침부(130s)가 형성되어 있다. 특히, 상술한 바와 같이, 전지셀 적층체(120)의 전지셀(110)은 하부 프레임(300)을 향하는 돌출부(110p)를 포함할 수 있고, 받침부(130s)는 전지셀 적층체(120)의 전지셀(110)에 형성된 각각의 돌출부(110p)를 감쌀 수 있다.
또한, 돌출부(110p)는 받침부(130s) 상에 위치하고, 받침부(130s)는 전지셀의 돌출부(110p)와 단차부(300s) 사이에 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 받침부(130s)의 하면은 단차부(300s)와 서로 접할 수 있다. 보다 구체적으로, 전지셀 적층체(120)의 전후면에 버스바 프레임(130)이 각각 장착됨에 따라, 전지셀(110)의 돌출부(110p)의 하면이 받침부(130s)에 의해 감싸져, 받침부(130s)의 하면이 단차부(300s)와 서로 접할 수 있다.
이에 따라 받침부(130s)는 돌출부(110p)를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다. 또한, 받침부(130s)는 전지셀(110)과 하부 프레임(300)이 직접 접촉하는 것을 방지하여, 절연 성능을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 하부 프레임(300)의 일 단부를 중심으로, 절연 부재(330) 및 차단 패드(350)에 대해 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 10는 도 9의 버스바 프레임이 장착된 전지셀 적층체가 모듈 프레임에 결합된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 10(a)는 도 9의 버스바 프레임이 장착된 전지셀 적층체가 모듈 프레임에 결합된 상태를 나타내는 단면도를 정면에서 바라본 모습이고, 도 10(b)는 도 10(a)의 단면도를 회전한 상태에서 바라본 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에서, 전지 모듈(100)은 받침부(130s)의 하면에서부터 전지셀 적층체의 하면의 중심부를 향해 연장되는 절연 부재(330)를 더 포함한다. 전지셀 적층체의 하면의 중심부는, 도 6에 도시한 열전도성 수지층(310)이 형성되는 영역에 대응하는 전지셀 적층체 하면의 가운데 부분을 가리킬 수 있다. 절연 부재(330)는 받침부(130s)의 외부를 향해 연장될 수 있다.
여기서, 절연 부재(330)의 일부는 받침부(130s)와 단차부(300s) 사이에 위치하고, 절연 부재(330)의 나머지 일부는 전지셀 적층체(120)와 하부 프레임(300) 사이에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 절연 부재(330)는 하부 프레임(300)의 중심부와 단차부(300s) 사이의 경계선을 커버할 수 있다. 또한, 절연 부재(300)는 하부 프레임(300)의 중심부와 단차부(300s) 사이의 경계에 위치하는 경계부(300A)에 형성된 단차 부분을 커버할 수 있다.
보다 구체적으로, 절연 부재(330)는 단차부(300s)의 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 또한, 절연 부재(330)는 단차부(300s)의 폭 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 다만, 절연 부재(330)의 폭은 설명한 전지셀(110)의 돌출부(110p)의 돌출된 길이 및 경계부(300A)의 단차를 고려하여, 돌출부(110p)와 경계부(300A)가 서로 접촉되는 부분이 없도록 조절될 수 있다.
이에 따라, 단차부(30s)에만 절연 부재(33)가 부착되어 있는 종래의 전지 모듈(10)에 비해, 본 실시예에서 절연 부재(330)의 면적이 더욱 증가되어, 절연 성능이 보다 향상될 수 있다. 또한, 앞서 설명한 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 경계부(300A)에 형성된 단차 부분에 대해 노출되지 않을 수 있어, 전지셀(110)과 하부 프레임(300) 사이의 절연 성능이 충분히 확보될 수 있다.
이와 더불어, 본 실시예에서, 종래의 전지 모듈(10)의 단차부(30s)에 절연 부재(33)를 부착하는 공정과 달리, 받침부(130s)에 절연 부재(330)가 부착됨에 따라 공정이 더욱 간소화되고, 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 절연 부재(330)는 성형성 및 연성을 가지는 재질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 절연 부재(330)는 3D 포밍(forming)을 통해 성형이 가능하고 충분한 연성을 가진 재질로 이루어져, 절연 부재(330)가 하부 프레임(300)의 단차부(300s)의 형상을 고려하여 성형될 수 있다. 일 예로, 절연 부재(330)는 PET(polyethylene terephthalate), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), 및 PA(Polyamide) 물질 중 적어도 하나를 포함하는 필름 형태로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
절연 부재(330)는 받침부(130s)의 하면 중 일부와 일체화되어 있을 수 있다. 또한, 절연 부재(330)는 받침부(130s)의 하면 중 일부에 부착되어 있을 수 있다.
일 예로, 절연 부재(330)와 받침부(130s) 사이에 접착층이 위치할 수 있다. 또한, 상기 접착층은 절연 부재(330)의 폭 및 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 상기 접착층은 각각 테이프로 이루어지거나, 접착성 바인더가 코팅되어 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 접착층은 접착성 바인더로 코팅되거나 양면 테이프로 이루어져, 절연 부재(330)와 받침부(130s) 사이가 용이하게 고정될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 절연 부재(330)와 받침부(130s) 사이를 서로 고정시킬 수 있는 접착 성능을 가진 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다. 이에 따라, 절연 부재(330)는 받침부(130s)에 안정적으로 고정되어 있을 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 하부 프레임(300) 상에 차단 패드(350)가 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 하부 프레임(300)에서, 단차부(300s)에 인접하게 위치할 수 있다. 또한, 차단 패드(350)는 하부 프레임(300)의 폭 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다.
여기서, 차단 패드(350)는 절연성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, PET(polyethylene terephthalate), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), 및 PA(Polyamide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이에 따라, 차단 패드(350)는 하부 프레임(300)과 전지셀 적층체(120)이 서로 접하는 것을 방지하면서도, 전지셀 적층체(120)와 하부 프레임(300) 사이의 절연 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 하부 프레임(300)과 차단 패드(350) 사이에 접착층이 위치할 수 있다. 상기 접착층은 차단 패드(350)의 폭 및 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 상기 접착층은 각각 테이프로 이루어지거나, 접착성 바인더가 코팅되어 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 접착층은 접착성 바인더로 코팅되거나 양면 테이프로 이루어져, 하부 프레임(300)과 차단 패드(350) 사이가 용이하게 고정될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 프레임(300)과 차단 패드(350)의 사이를 서로 고정시킬 수 있는 접착 성능을 가진 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다. 이에 따라, 차단 패드(350)는 하부 프레임(300) 상에 안정적으로 고정되어 있을 수 있다. 또한, 절연 부재(330)의 일부는 받침부(130s)와 단차부(300s) 사이에 위치하고, 절연 부재(330)의 나머지 일부는 전지셀 적층체(120)와 하부 프레임(300)의 사이에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 절연 부재(330)의 나머지 일부는 전지셀 적층체(120)와 차단 패드(350) 사이에 위치할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 절연 부재(330)는 받침부(130s)에서부터 차단 패드(350)의 일부까지 연장되어 있어, 전지셀(110)과 하부 프레임(300) 사이의 절연 성능이 충분히 확보될 수 있다. 또한, 앞서 설명한 전지셀(110)의 돌출부(110p)와 경계부(300A)에 형성된 단차 부분의 사이뿐 아니라 차단 패드(350)와 돌출부(110p) 사이에 대해서도 절연 부재(330)가 위치할 수 있어, 전지셀(110)과 하부 프레임(300) 사이의 절연 성능이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 도 6, 도 9, 및 도 10을 참조하면, 하부 프레임(300)의 양측에 형성된 차단 패드(350)들 사이에 열전도성 수지층(310)이 위치할 수 있다. 여기서, 차단 패드(350)는 열전도성 수지층(310)을 외부와 차단할 수 있는 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 일 예로, 차단 패드(350)는 레진 물질을 포함할 수 있되, 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라, 차단 패드(350)는 열전도성 수지층(310)이 형성될 수 있는 영역을 조정할 수 있고, 차단 패드(350)는 열전도성 수지가 불필요한 영역까지 주입되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다. 한편, 본 실시 예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 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 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.
[부호의 설명]
100: 전지 모듈
110: 전지셀
120: 전지셀 적층체
130: 버스바 프레임
130s: 받침부
150: 엔드 플레이트
300: 하부 프레임
300A: 경계부
300s: 단차부
310: 열전도성 수지층
330: 절연 부재
350: 차단 패드
400: 상부 플레이트

Claims (12)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 전후면에 각각 연결된 버스바 프레임; 및
    상기 버스바 프레임이 장착된 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함하고,
    상기 버스바 프레임은 상기 전지셀의 단부를 감싸는 받침부를 포함하고,
    상기 받침부의 하면에서부터 상기 받침부 외부를 향해 연장되어 있는 절연 부재를 더 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 전지셀의 단부는 상기 전지셀의 폭 방향으로 형성된 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부는 상기 받침부 상에 위치하며,
    상기 받침부는 상기 돌출부와 상기 모듈 프레임의 일단부에 형성된 단차부 사이에 위치하는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 절연 부재의 일부는 상기 받침부와 상기 돌출부 사이에 위치하고,
    상기 절연 부재의 나머지 일부는 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임의 하면 사이에 위치하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 절연 부재는 상기 모듈 프레임의 하면의 중심부와 상기 단차부 사이의 경계선을 커버하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 절연 부재는 상기 단차부의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 전지 모듈.
  6. 제4항에서,
    상기 모듈 프레임의 하면에 차단 패드가 위치하고,
    상기 차단 패드는 상기 단차부에 인접하게 위치하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 절연 부재의 나머지 일부는 상기 전지셀 적층체와 상기 차단 패드 사이에 위치하는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 차단 패드는 상기 모듈 프레임의 폭 방향을 따라 연장되어 있는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 차단 패드는 레진 물질을 포함하는 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 절연 부재는 PET(polyethylene terephthalate), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), 및 PA(Polyamide) 물질 중 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 상기 전지셀 적층체의 하부 및 양 측면을 덮는 하부 프레임과, 상기 전지셀 적층체의 상면을 덮는 상부 플레이트를 포함하는 전지 모듈.
  12. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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