KR20220081029A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 양측면에 위치하는 제1 압축 패드; 및 상기 전지셀 적층체의 외면을 감싸는 외장 부재를 포함하고, 상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 외측면 사이에 상기 제1 압축 패드가 위치하고, 상기 외장 부재는 전지셀 적층체를 상기 제1 방향으로 가압한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지셀의 스웰링 현상을 개선하고, 전지셀의 치수 안정성을 향상시키는 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 모듈의 모듈 프레임에 전지셀 적층체를 장착하는 것을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 1은 종래 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(12), 및 전지셀 적층체(12)를 수용하는 모듈 프레임(30, 40), 전지셀 적층체(12)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(15) 및 엔드 플레이트(15)와 전지셀 적층체(12)의 전후면 사이에 형성된 버스바 프레임(미도시됨)을 포함한다. 여기서, 모듈 프레임(30, 40)은 전후면과 상면이 개방되어 있는 하부 프레임(30) 및 상부 플레이트(40)를 포함한다.
여기서, 전지 모듈(10)은 전지셀 적층체(12)의 양측면에 압축 패드(50)를 부착한 후, 전지셀 적층체(12)의 양측면을 가압한 상태에서 하부 프레임(30)에 장착된다. 이에 따라, 종래의 전지 모듈(10)은 전지셀 적층체(12)를 가압하는 별도으 가압 공정이 요구되는 점에서, 공정 및 생산 라인이 복잡해지는 문제가 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 전지셀 적층체(12)와 하부 프레임(30) 사이에 압축 패드(50)가 위치하나, 일반적으로 압축 패드(50)는 전지 모듈(10)의 폭 방향의 변형을 흡수하기에는 제한적이라는 문제가 있다. 특히, 전지 모듈(10) 내 전지셀 적층체에 포함된 각각의 전지셀은 충방전 과정에서 팽창 및 수축되는 과정을 반복하게 되고, 이러한 과정 속에서 전지 모듈(10)의 폭 방향의 변형이 충분히 흡수되지 않으면, 전지 모듈의 스웰링 현상 및 모듈 프레임의 변형이 발생되는 문제가 있다.
이에 따라, 전지 모듈(10)의 공정을 비교적 간이하게 하면서도, 전지셀의 팽창 및 수축에 따른 변형이 충분히 흡수될 수 있는 전지 모듈을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지셀의 스웰링 현상을 개선하고, 전지셀의 치수 안정성을 향상시키는 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, 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 양측면에 위치하는 제1 압축 패드; 및 상기 전지셀 적층체의 외면을 감싸는 외장 부재를 포함하고, 상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 외측면 사이에 상기 제1 압축 패드가 위치하고, 상기 외장 부재는 전지셀 적층체를 상기 제1 방향으로 가압한다.
상기 전지 모듈의 상기 외장 부재의 외면이 노출되어 있을 수 있다.
상기 외장 부재는 상기 전지셀 적층체의 상하면을 제2 방향으로 가압하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직일 수 있다.
상기 제2 방향은 상기 복수의 전지셀의 폭 방향일 수 있다.
상기 외장 부재는 탄성 소재로 이루어질 수 있다.
상기 외장 부재는 상기 탄성 소재의 필름이 상기 전지셀 적층체의 외면을 랩핑하여 형성될 수 있다.
상기 외장 부재는 열수축 튜브로 이루어지고, 상기 열수축 튜브의 전후면이 개방되어 있을 수 있다.
상기 제1 압축 패드는 상기 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 전지셀 적층체는 제1 전지셀 적층체 및 제2 전지셀 적층체를 포함하고, 상기 제1 전지셀 적층체 및 상기 제2 전지셀 적층체 사이에 제2 압축 패드가 위치할 수 있다.
상기 제2 압축 패드는 상기 제1 전지셀 적층체 및 상기 제2 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 전지셀 적층체의 외면을 감싸는 외장 부재를 포함하여, 전지셀의 스웰링 현상을 개선하고, 전지셀의 치수 안정성을 향상시키는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공할 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 모듈의 모듈 프레임에 전지셀 적층체를 장착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체의 분해 사시도이다.
도 7은 도 4의 절단선 B-B를 따라 자른 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 단면도의 일부를 확대하여 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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 6은 도 4의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체의 분해 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)이 제1 방향으로 적층되어 있는 전지셀 적층체(120), 및 전지셀 적층체(120)를 감싸는 외장 부재(300), 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 센싱 부재(미도시됨)이 포함된다.
외장 부재(300)에 감싸져 있는 전지셀 적층체(120)는 복수의 전지셀(110)이 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.
이하에서는, 외장 부재(300)에 대해 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)의 외면을 감쌀 수 있다. 여기서, 외장 부재(300)는 양측면 및 상하면으로 이루어지는 부재로서, 전후면이 개방되어 있을 수 있다. 이에 따라, 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(300)에 의해 양측면 및 상하면이 감싸지고, 전후면이 개방되어 있을 수 있다.
또한, 외장 부재(300)의 양측면 및 상하면은 각각 전지셀 적층체의 외면의 크기와 대응되는 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 외장 부재(300)의 양측면은 전지셀 적층체(120)의 측면과 동일한 크기를 가지거나 이보다 작은 크기를 가질 수 있다. 또한, 외장 부재(300)의 상하면은 전지셀 적층체(120)의 상하면과 동일한 크기를 가지거나 이보다 작은 크기를 가질 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)를 일정한 방향으로 가압하며, 전지셀 적층체(120)를 감쌀 수 있다. 즉, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)을 일정한 방향으로 가압하여, 전지셀의 스웰링 현상을 방지하고, 전지 모듈의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 전지셀 적층체(120)가 외장 부재(300)에 감싸지는 공정을 통해, 전지셀 적층체(120)가 동시에 가압되어, 별도로 전지셀 적층체(120)를 가압하는 공정이 필요하지 않아, 공정 및 생산 라인이 간이해질 수 있다.
또한, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)를 감싼 상태에서, 외장 부재(300)의 외면이 노출되어 있을 수 있다. 즉, 후술될 공정에서 전지 모듈(100)이 전지 팩의 팩 프레임(미도시됨)에 장착되는 경우, 외장 부재(300)가 상기 팩 프레임과 접할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(300)가 종래의 전지 모듈(10)에서의 모듈 프레임(30, 40)을 대체할 수 있어, 공정 및 비용의 효율성을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
일 예로, 외장 부재(300)는 탄성 소재로 이루어질 수 있다. 상기 탄성 소재는 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)와 같은 물질 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 여기서, 외장 부재(300)는 상기 탄성 소재의 필름 혹은 열수축 튜브가 상기 전지셀 적층체의 외면을 랩핑하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 열수축 튜브는 전후면이 개방되어 있을 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 외부 충격을 효과적으로 흡수하면서도, 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)을 충분히 가압할 수 있는 탄성을 가지는 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(300)는 전지셀의 스웰링 현상을 방지하고, 전지 모듈의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다. 이와 더불어, 외장 부재(300)는 자체적으로 탄성을 가지고 있어, 전지셀(110)의 부피 변화에 따라 변형되는 것이 최소화될 수 있는 이점이 있다.
또한, 외장 부재(300)의 내면에 전지셀 적층체(120)의 외면이 각각 부착되어 있을 수 있다. 여기서, 외장 부재(300)에 포함된 탄성 소재가 자체적으로 접착력을 가질 수 있다. 또한, 외장 부재(300)와 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(300)의 내면과 전지셀 적층체(120)의 외면 사이의 마찰력을 통해 고정되어 있을 수 있다. 또한, 외장 부재(300)와 전지셀 적층체(120) 사이에 별도의 접착층이 형성되어 있을 수 있다.
일 예로, 상기 접착층은 각각 테이프로 이루어지거나, 접착성 바인더가 코팅되어 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 접착층은 접착성 바인더로 코팅되거나 양면 테이프로 이루어져, 전지셀 적층체(120)와 외장 부재(300)가 용이하게 고정될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지셀(110) 간 혹은 전지셀(110)과 외장 부재(300) 사이를 서로 고정시킬 수 있는 접착 성능을 가진 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
이에 따라, 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(300) 내에 안정적으로 수용되어 있을 수 있다.
이하에서는, 압축 패드(500)에 대해 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예예 따른 전지 모듈(100)은, 외장 부재(300)와 전지셀 적층체(120)의 외측면 사이에 제1 압축 패드(500)가 위치할 수 있다. 여기서, 제1 압축 패드(500)는 전지셀 적층체(120)의 외측면을 따라 연장되어 있을 수 있다. 또한, 제1 압축 패드(500)는 전지셀 적층체(120)의 외측면에 비해 동일하거나 작은 크기를 가질 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 전지셀 적층체(120)는 제1 전지셀 적층체 및 제2 전지셀 적층체를 포함하고, 상기 제1 전지셀 적층체 및 상기 제2 전지셀 적층체 사이에 제2 압축 패드(500)가 위치할 수 있다. 또한, 제2 압축 패드(500)는 상기 제1 전지셀 적층체 및 상기 제2 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있을 수 있다.
일 예로, 제1 압축 패드 및 제2 압축 패드(500)는 폴리우레탄 소재의 패드일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지셀(110)의 팽창 시 부피 변화를 흡수할 수 있을 정도의 소재라면 적용 가능하다.
이에 따라, 제1 압축 패드 및 제2 압축 패드(500)는 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)에서 발생되는 팽창을 용이하게 흡수하여, 외장 부재(300)가 전지셀 적층체(120)의 외면을 가압하는 것을 보조할 수 있다.
도 7은 도 4의 절단선 B-B를 따라 자른 단면의 일부를 나타내는 도면이다. 도 8은 도 7의 단면도의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에서, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체(120)를 상기 제1 방향으로 가압한다. 보다 구체적으로, 상기 제1 방향은 전지 모듈(100)의 폭 방향일 수 있고, 이는 전지셀 적층체(120)에서 복수의 전지셀(110)의 적층 방향과 동일할 수 있다.
이에 따라, 외장 부재(300)는 전지 모듈(100)의 폭 방향 혹은 전지셀(110)의 적층 방향과 동일한 방향으로 전지셀 적층체(120)를 가압하여, 전지 모듈의 스웰링 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 더불어, 외장 부재(300)와 전지셀 적층체(120) 사이에 제1 압축 패드(500)가 위치하여, 전지 모듈(100)의 폭 방향으로 발생되는 변형을 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)의 수명도 개선될 수 있다.
또한, 외장 부재(300)는 전지셀 적층체의 상하면을 제2 방향으로 가압하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 방향은 복수의 전지셀(110)의 폭 방향일 수 있다.
이에 따라, 외장 부재(300)는 전지 모듈(100)의 폭 방향과 수직인 전지셀(110)의 폭 방향에 대해서도, 소정의 압력으로 가압할 수 있어, 전지셀(110)의 폭 방향에 대해서도 스웰링 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)의 수명도 더욱 개선될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다. 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
110: 전지셀
120: 전지셀 적층체
300: 외장 부재
500: 압축 패드

Claims (11)

  1. 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 양측면에 위치하는 제1 압축 패드; 및
    상기 전지셀 적층체의 외면을 감싸는 외장 부재를 포함하고,
    상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 외측면 사이에 상기 제1 압축 패드가 위치하고,
    상기 외장 부재는 전지셀 적층체를 상기 제1 방향으로 가압하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 전지 모듈의 상기 외장 부재의 외면이 노출되어 있는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 외장 부재는 상기 전지셀 적층체의 상하면을 제2 방향으로 가압하고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 방향은 상기 복수의 전지셀의 폭 방향인 전지 모듈.
  5. 제3항에서,
    상기 외장 부재는 탄성 소재로 이루어지는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 외장 부재는 상기 탄성 소재의 필름이 상기 전지셀 적층체의 외면을 랩핑하여 형성되는 전지 모듈.
  7. 제5항에서,
    상기 외장 부재는 열수축 튜브로 이루어지고,
    상기 열수축 튜브의 전후면이 개방되어 있는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 압축 패드는 상기 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체는 제1 전지셀 적층체 및 제2 전지셀 적층체를 포함하고,
    상기 제1 전지셀 적층체 및 상기 제2 전지셀 적층체 사이에 제2 압축 패드가 위치하는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 제2 압축 패드는 상기 제1 전지셀 적층체 및 상기 제2 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있는 전지 모듈.
  11. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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