KR20230076450A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지 셀 적층체 부분을 덮는 버스 바 프레임, 및 상기 버스 바 프레임에 장착되어 상기 전지 셀 적층체에서 돌출된 전극 리드와 연결된 버스 바를 포함하고, 상기 버스 바에는 냉각 유로가 형성된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로 신규한 냉각 구조를 갖는 전지 모듈 및 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 주목을 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지 셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지 셀로서 주로 사용되고 있다. 이러한 전지 모듈은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 전지 셀을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 전지 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈 및 상기 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
일반적으로, 이차 전지는, 적정 온도보다 높아지는 경우 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 특히, 다수의 이차 전지, 즉 전지 셀을 구비한 전지 모듈이나 전지 팩은 좁은 공간에서 다수의 전지 셀로부터 나오는 열이 합산되어 온도가 더욱 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 다시 말해서, 다수의 전지 셀이 적층된 전지 모듈과 이러한 전지 모듈이 장착된 전지 팩의 경우, 높은 출력을 얻을 수 있지만, 충전 및 방전 시 전지 셀에서 발생하는 열을 제거하는 것이 용이하지 않다. 전지 셀의 방열이 제대로 이루어지지 않을 경우 전지 셀의 열화가 빨라지면서 수명이 짧아지게 되고, 폭발이나 발화의 가능성이 커지게 된다.
더욱이, 차량용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 경우, 직사광선에 자주 노출되고, 여름철이나 사막 지역과 같은 고온 조건에 놓여 질수 있다.
종래 전지 모듈의 전지 셀에서 발생하는 열은, 전지 셀 적층체의 하부에 형성되는 열전도성 수지층 및 모듈 프레임의 바닥부를 통한 일방향 경로를 통해서만 방출되었다. 그러나, 최근 고용량, 고에너지, 급속 충전 등의 필요가 지속적으로 증가하여 버스 바에 흐르는 전류의 양이 증가하고, 버스 바, 전지 셀 및 전극 리드에서 발생하는 발열도 증가하는 추세이다. 이러한 발열은 종래 냉각 구조 만으로는 효과적으로 냉각시키기 어렵다.
그러므로, 고용량, 고에너지 및 급속 충전 등의 필요에 따라 발생하는 버스 바 발열 문제를 해결하기 위한 신규 구조의 필요성이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 셀 및 버스 바의 온도를 낮추어 냉각 성능을 향상시키는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지 셀 적층체 부분을 덮는 버스 바 프레임, 및 상기 버스 바 프레임에 장착되어 상기 전지 셀 적층체에서 돌출된 전극 리드와 연결된 버스 바를 포함하고, 상기 버스 바에는 냉각 유로가 형성된다.
상기 냉각 유로는 상기 버스 바의 내부에 형성되어 냉매가 흐르는 통로가 될 수 있다.
상기 버스 바에는 상기 전극 리드가 통과하는 슬롯이 형성되고, 상기 냉각 유로는 상기 슬롯이 형성되는 방향과 수직하게 형성되는 제1 유로 및 제3 유로와, 상기 슬롯이 형성되는 방향과 평행하게 형성되는 제2 유로를 포함할 수 있다.
상기 버스 바는 상기 슬롯에 의해 2개 영역으로 구획되고, 상기 제1 유로 및 상기 제3 유로는 상기 버스 바의 2개 영역을 연결할 수 있다.
상기 제1 유로 및 제3 유로는 상기 버스 바 상단 및 하단에 각각 형성되고, 상기 제2 유로는 상기 버스 바의 상단 및 하단에 각각 형성된 상기 제1 유로 및 제3 유로를 연결할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈은 상기 버스 바의 일 단부에 형성되는 냉매 유입구와, 상기 버스 바의 다른 일 단부에 형성되는 냉매 유출구를 더 포함할 수 있다.
상기 냉매 유입구 및 상기 냉매 유출구는 비전도성 소재로 형성될 수 있다.
상기 냉매 유입구는 상기 버스 바의 상단에 형성되고, 상기 냉매 유출구는 상기 버스 바의 하단에 형성될 수 있다.
상기 냉매는 냉각수를 포함하고, 상기 냉각수는 절연 냉각수를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기 전지 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 버스 바 내부에 형성되는 냉각 유로를 포함함으로써 고 전류 및 급속 충전 환경에서 온도가 상승하는 전지 셀 및 버스 바를 냉각할 수 있다. 또한 전지 모듈의 내부 온도 편차를 최소화하여 전지 모듈의 안정성이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 전지 모듈의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 구성요소를 조립한 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 버스 바의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 버스 바에 형성되는 냉각 유로를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 3의 P2 면을 따라 자른 모습의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 P1 면을 따라 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 전지 모듈에 포함되는 전지 셀을 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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.
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.
이하, 도 1, 도 2 및 도 7을 참조하여 본 발명의 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 전지 모듈의 분해사시도이다. 도 2는 도 1의 구성요소를 조립한 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 7은 본 발명의 전지 모듈에 포함되는 전지 셀을 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)이 적층되어 있는 전지 셀 적층체(120) 및 전지 셀 적층체(120)를 감싸는 모듈 프레임(200)을 포함한다.
우선, 전지 셀(110)은 파우치형 전지 셀인 것이 바람직하며, 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 셀 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 즉, 전지 셀(110)은 서로 대향하는 방향으로 돌출된 전극 리드(111, 112)들을 포함한다. 보다 상세하게는 전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 상기 전극 조립체(미도시)로부터 전지 셀(110)의 외부로 돌출된다.
한편, 전지 셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지 셀(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)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
또한, 연결부(115)는 전지 셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(110p)가 형성될 수 있다. 또한, 돌출된 전극 리드(111, 112)를 사이에 두고 셀 케이스(114)가 밀봉되면서, 전극 리드(111, 112)와 셀 본체(113) 사이에 테라스부(116)가 형성될 수 있다. 즉, 전지 셀(110)은, 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향으로 셀 케이스(114)로부터 연장 형성된 테라스부(116)를 포함할 수 있다.
이러한 전지 셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지 셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지 셀 적층체(120)를 형성한다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같이 y축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지 셀(110)이 적층될 수 있다. 이에 따라 전극 리드(111, 112)들은 x축 방향과 -x축 방향으로 각각 돌출될 수 있다.
한편, 전지 셀(110)에 대한 충, 방전이 반복적으로 이루어지면 열이 발생하는데, 그 중에서도 전극 리드(111, 112)와 인접한 부분에서 열이 많이 발생한다. 즉, 셀 본체(113)의 중앙 부분 보다는, 전극 리드(111, 112)에 가까워질수록 충, 방전에 따라 많은 열이 발생할 수 있으므로, 해당 부분의 냉각을 위한 구조가 필요할 수 있다.
한편, 모듈 프레임(200)은 상부면, 전면 및 후면이 개방되어 전지 셀 적층체(120)의 하부 및 양측부를 덮는 U자형 프레임(300), 및 전지 셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트(400)를 포함한다. 이때, U자형 프레임(300)은 전지 셀 적층체(120)의 하부를 받치는 바닥부(300a)와 바닥부(300a)의 양단부에서 각각 상향 연장된 측면부를 포함할 수 있다. 다만, 모듈 프레임(200)은 이에 한정된 것이 아니며, L자형 프레임 또는 전후면을 제외하고 전지 셀 적층체(120)를 둘러싸는 모노 프레임과 같은 다른 형상의 프레임으로 대체될 수 있다. 모듈 프레임(200)을 통해 모듈 프레임(200)의 내부에 수용된 전지 셀 적층체(120)를 물리적으로 보호할 수 있다.
상부 플레이트(400)는 모듈 프레임(200)의 개방된 상측면을 커버할 수 있다. 엔드 플레이트(150)는 모듈 프레임(200)에서 개방되어 있는 전지 셀 적층체(120)의 전후면을 덮을 수 있다. 엔드 플레이트(150)는 상부 플레이트(400)의 전후단 모서리 및 모듈 프레임(200)의 전후단 모서리와 용접을 통해 결합될 수 있다.
엔드 플레이트(150)와 전지 셀 적층체(120)의 전후면 사이에는 버스 바 프레임(130)이 형성될 수 있다. 버스 바 프레임(130)은 모듈 프레임(200)으로부터 노출되는 전지 셀 적층체(120) 부분을 덮을 수 있다. 또한, 버스 바 프레임(130)에 장착된 복수의 버스 바(160)는 전지 셀(110)들로부터 돌출 형성되어 버스 바 프레임(130) 상에 장착된 전극 리드(111, 112)들과 연결될 수 있다. 이때, 버스 바(160)에는 전극 리드(111, 112)가 통과하는 슬롯(164)이 형성될 수 있다. 따라서, 버스 바(160)는 슬롯(164)에 의해 2개 영역으로 구획될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지 셀 적층체(120)의 하면과 모듈 프레임(200)의 바닥부, 즉, U자형 프레임(300)의 바닥부(300a) 사이에 위치하는 열전도성 수지층(310)을 더 포함하고, 열전도성 수지층(310)은 전지 셀(110)에서 발생하는 열을, 전지 모듈(100) 바닥으로 전달하고 전지 셀 적층체(120)를 고정하는 역할을 할 수 있다.
종래의 전지 모듈은 전지 셀의 하부에 형성되는 열전도성 수지층을 통해 전지 셀에서 발생한 열이 방출되었다. 그러나, 열전도성 수지층은 전지 셀의 전면 및 후면의 전극 리드 및 버스 바 프레임과 상기 버스 바 프레임에 장착되는 버스 바에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각할 수 없는 문제점이 있었다.
그러므로, 급속 충전과 같이 고 전류의 흐름에 의해 전지 셀의 전극 리드 및 버스 바에 단 시간 높은 발열을 발생시키는 상황에서는 상기 발열을 효과적으로 냉각할 수 있는 구조의 필요성이 있다.
이에 본 실시예에 따르면 버스 바(160)의 내부에 냉각 유로(165)를 마련하고, 냉각 유로(165)를 통해 냉매를 도입하여 버스 바(160) 및 버스 바(160)와 연결되는 전극 리드(111, 112)의 냉각을 가능하게 함으로써, 버스 바(160)와 전극 리드(111, 112)를 냉각할 수 있다. 이를 통해 전지 모듈의 온도 상승, 온도 편차 및 성능 저하를 방지하고, 전지 모듈의 안전성을 확보할 수 있다.
이하에서는, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 버스 바에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스 바의 모습을 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 3의 버스 바에 형성되는 냉각 유로를 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 3의 P2 면을 따라 자른 모습의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 6은 도 2의 P1 면을 따라 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 버스 바(160)에는 냉각 유로(165)가 형성된다. 이때, 냉각 유로(165)는 특별히 제한되는 것은 아니나, 버스 바(160) 및 버스 바(160)와 연결되는 전극 리드(111, 112)의 냉각을 위한 구조로 버스 바(160)에 형성되는 관 형상 일 수 있다.
냉각 유로(165)는 버스 바(160)의 내부에 형성될 수 있다. 따라서, 냉각 유로(165)는 버스 바(160)의 내부에 형성되어 냉매가 흐르는 통로가 될 수 있다. 냉각 유로(165)는 외부에 노출되지 않도록 버스 바(160)의 내부에 형성되어 안정적인 냉매 흐름을 형성할 수 있다.
냉각 유로(165)는 버스 바(160)의 슬롯(164)이 형성되는 방향과 수직하게 형성될 수 있으며, 버스 바(160)의 슬롯(164)이 형성되는 방향과 평행하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 냉각 유로(165)는 슬롯(164)이 형성되는 방향과 수직하게 형성되는 제1 유로(165a) 및 제3 유로(165c)와, 슬롯(164)이 형성되는 방향과 평행하게 형성되는 제2 유로(165b)를 포함할 수 있다.
유로(165)는 복수개 형성될 수 있다. 특히, 제2 유로(165b)는 버스 바(160) 내에 복수개 형성됨으로써 전극 리드(111, 112)와 접촉하는 버스 바(160)가 냉각되도록 함으로써 전지 모듈의 냉각 성능이 향상될 수 있다. 또한, 도 4에서는 제1 유로(165a) 및 제3 유로(165c)를 각각 단수개로 도시하였으나, 제2 유로(165b)와 연결되도록 제1 유로(165a) 및 제3 유로(165c)는 복수개 형성되는 경우도 포함할 수 있다.
이때, 제1 유로(165a)는 버스 바(160)의 상기 2개 영역을 연결할 수 있다. 따라서, 제3 유로(165c) 또한 버스 바(160)의 상기 2개 영역을 연결할 수 있다. 즉, 제1 유로(165a) 및 제3 유로(165c)는 버스 바(160)의 슬롯(164)에 의해 구획되는 버스 바(160)의 상기 2개 영역을 연결하여, 냉매 흐름이 일 구역으로부터 다른 구역으로 전달되도록 형성할 수 있다.
또한, 제1 유로(165a) 및 제3 유로(165c)는 버스 바(160)의 상단 및 하단에 각각 형성되고, 제2 유로(165b)는 버스 바(160)의 상단 및 하단에 각각 형성된 제1 유로(165a) 및 제3 유로(165c)를 연결할 수 있다. 따라서, 제1 유로(165a), 제2 유로(165b) 및 제3 유로(165c)를 통한 연속적인 냉매 흐름이 형성됨으로써 버스 바(160)를 냉각하여 전지 모듈(100)의 냉각 성능이 향상될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 버스 바(160)의 일 단부에 형성되는 냉매 유입구(161)와, 버스 바(160)의 다른 일 단부에 형성되는 냉매 유출구(162)를 더 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 냉매 유입구(161)는 제1 유로(165a)와 연결될 수 있다. 또한, 냉매 유출구(162)는 제3 유로(165c)와 연결될 수 있다. 따라서, 냉매 유입구(161)를 통해 전달되는 냉매는 제1 유로(165a)를 통해 냉각 유로(165) 내부로 흐를 수 있으며, 상기와 같이 전달된 냉매는 제3 유로(165c)를 통해 냉매 유출구(162)로 전달되어 외부로 유출될 수 있다.
이때, 냉매 유입구(161) 및 냉매 유출구(162)는 비전도성 소재로 형성될 수 있다. 상기 소재는 냉매 유입구(161) 및 냉매 유출구(162)로서의 성능을 만족하는 소재라면 제한 없이 선택될 수 있다. 따라서, 냉매 유입구(161) 및 냉매 유출구(162)가 형성되더라도 전지 모듈(100) 내의 절연성 확보가 가능할 수 있다. 이때, 상기 비전도성 소재는 특정 소재에 한정되는 것은 아니나 합성 수지 소재를 포함할 수 있다.
한편, 냉매 유입구(161)는 버스 바(160)의 상단에 형성될 수 있다. 또한, 냉매 유출구(162)는 버스 바(160)의 하단에 형성될 수 있다. 이에, 중력에 의한 냉매 흐름을 유도할 수 있다. 다만, 냉매 유입구(161)는 버스 바(160)의 하단에 형성되고, 냉매 유출구(162)는 버스 바(160)의 상단에 형성될 수도 있다. 이때, 냉매의 흐름을 형성하기 위해 펌프 등과 같은 추가적인 구성이 포함됨으로써 냉매 흐름을 형성할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 냉각 유로(165)를 따라 흐르는 냉매를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 냉매는 냉각수를 포함할 수 있다. 이때, 전지 모듈(100)내의 절연을 유지 및 확보하기 위해, 상기 냉각수는 절연 냉각수를 포함할 수 있다.
이에, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 복수개의 버스 바(160)를 포함할 수 있으며, 각각의 버스 바(160)에는 냉각 유로(165)가 형성될 수 있다. 그러므로, 도 6을 참조하면, 전지 셀(110)에서 발생하는 열은 기존의 전지 셀 적층체(120)의 하측에 위치한 열전도성 수지층(310)을 통해 배출되는 열전달 경로 이외에도, 추가적으로 냉각 유로(165) 및 냉매에 의해 외부로 배출되는 경로가 신설됨으로써, 열전달 경로가 다양화되고 이에 따라 전지 모듈의 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 전지 팩은 앞에서 설명한 전지 모듈을 포함한다. 더불어, 본 발명의 전지 팩은 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 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 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: 전지 모듈
110: 전지 셀
120: 전지 셀 적층체
130: 버스 바 프레임
150: 엔드 플레이트
160: 버스 바
165: 냉각 유로
200: 모듈 프레임
300: U자형 프레임
400: 상부 플레이트

Claims (10)

  1. 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체,
    상기 전지 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임,
    상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지 셀 적층체 부분을 덮는 버스 바 프레임, 및
    상기 버스 바 프레임에 장착되어 상기 전지 셀 적층체에서 돌출된 전극 리드와 연결된 버스 바를 포함하고,
    상기 버스 바에는 냉각 유로가 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 냉각 유로는 상기 버스 바의 내부에 형성되어 냉매가 흐르는 통로가 되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 버스 바에는 상기 전극 리드가 통과하는 슬롯이 형성되고,
    상기 냉각 유로는 상기 슬롯이 형성되는 방향과 수직하게 형성되는 제1 유로 및 제3 유로와, 상기 슬롯이 형성되는 방향과 평행하게 형성되는 제2 유로를 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 버스 바는 상기 슬롯에 의해 2개 영역으로 구획되고,
    상기 제1 유로 및 상기 제3 유로는 상기 버스 바의 2개 영역을 연결하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 유로 및 제3 유로는 상기 버스 바 상단 및 하단에 각각 형성되고, 상기 제2 유로는 상기 버스 바의 상단 및 하단에 각각 형성된 상기 제1 유로 및 제3 유로를 연결하는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 버스 바의 일 단부에 형성되는 냉매 유입구와, 상기 버스 바의 다른 일 단부에 형성되는 냉매 유출구를 더 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 냉매 유입구 및 상기 냉매 유출구는 비전도성 소재로 형성되는 전지 모듈.
  8. 제6항에서,
    상기 냉매 유입구는 상기 버스 바의 상단에 형성되고,
    상기 냉매 유출구는 상기 버스 바의 하단에 형성되는 전지 모듈.
  9. 제6항에서,
    상기 냉매는 냉각수를 포함하고,
    상기 냉각수는 절연 냉각수를 포함하는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.

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KR101431717B1 (ko) * 2012-02-06 2014-08-26 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 버스 바
JP5783465B2 (ja) * 2012-06-29 2015-09-24 三菱自動車工業株式会社 バスバー及び電気回路
JP2015122165A (ja) * 2013-12-20 2015-07-02 三菱重工業株式会社 電池モジュールおよびそれに用いられるバスバー
KR20210020413A (ko) * 2019-08-14 2021-02-24 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈
KR20210127318A (ko) * 2020-04-14 2021-10-22 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩

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