KR20240036977A - 냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 구체적으로 복수개의 전지 셀; 복수개의 측면 플레이트 및 상기 측면 플레이트 하측 가장자리를 연결하는 바닥 플레이트로 이루어져, 상기 전지 셀을 수납할 수 있도록 공간부가 형성된 셀 프레임; 및 상기 공간부에 위치하면서 수납된 전지 셀의 외측면 일부를 감싸는 형상으로 배치된 냉각부재;를 포함하되, 상기 냉각부재는 전지 셀의 길이 방향을 따라 위치하는 제1 부재, 및 상기 제1 부재의 일측 단부와 연결된 제2 부재로 구성되며, 상기 제2 부재 일부는 상기 바닥 플레이트에 함몰된 상태인 것을 특징으로 하는 냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.

Description

냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{Battery Module Having Cooling Function And Battery Pack with The Same}
본 발명은 냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 구체적으로 전지 셀에서 발생한 열을 방열하고 또 외부 충격에 강한 구조를 갖는 냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차, 산업용 로봇 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
한편, 전지 셀의 과열이나 과충전 등 외부 충격을 받아 전지 셀 내부에서 화재가 발생하는 이슈로 인해 안전에 관한 중요성이 갈수록 증가하고 있다. 전지 셀에서 발생한 열을 적절하게 냉각시키지 않으면 전지 셀의 수명이 줄어 들고 극단적인 상황에서는 화재나 폭발까지 이어질 수 있기 때문에 전지 셀의 냉각은 필수적이다.
이와 관련하여 선행문헌에는 인접한 복수의 원통형 셀에서 발생된 열을 분산하는 열 분산 튜브부를 포함하는 열 분산 구조를 갖는 배터리 모듈이 개시되어 있다.
상기 선행문헌에 의하면 배터리 모듈 내의 일부 영역에서 고온의 열이 집중되는 것을 방지하고, 또 열 분산 튜브에 의해 배터리의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
하지만, 열 분산 튜브(11)는 환형 단면의 원형 튜브인 제1 열 분산 튜브부, 제1 열 분산 튜브부를 둘러 감싸는 환형 단면의 원형 튜브 및 제1 열 분산 튜브부와 제2 열 분산 튜브부를 연결하는 프레임부로 이루어져 있어, 복잡한 구조로 인해 제조가 용이하지 않다. 또 원통형 셀을 감싸 고정하기 위하여, 케이스(10) 내측에 홀더부(12)가 구비되어야 하고, 게다가 케이스 내벽에는 그라파이트 소재의 열 분산부 그리고 케이스 외측에는 전달된 열을 방열하기 위한 방열부(13)가 구비되어야 한다.
따라서 선행문헌의 배터리 모듈은 구조가 매우 복잡하여 제조 비용이 많이 들고, 특히 외부 충격 시 원통형 셀은 홀더부에만 의존하기 때문에 물리적으로 취약할 수밖에 없다는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제2252334호(2021.05.14.공고)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에서는 구조가 간단하면서도 전지 셀에서 발생한 열을 외부로 신속하게 방열할 수 있는 냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 외부 충격이 가해지더라도 전지 셀의 파손이나 유동을 최소화할 수 있는 내충격성이 우수한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전지 모듈은 복수개의 전지 셀(B); 복수개의 측면 플레이트(110) 및 상기 측면 플레이트(110) 하측 가장자리를 연결하는 바닥 플레이트(120)로 이루어져, 상기 전지 셀(B)을 수납할 수 있도록 공간부(S)가 형성된 셀 프레임(100); 및 상기 공간부(S)에 위치하면서 수납된 전지 셀(B)의 외측면 일부를 감싸는 형상으로 배치된 냉각부재(200);를 포함하되, 상기 냉각부재(200)는 전지 셀(B)의 길이 방향을 따라 위치하는 제1 부재(210), 및 상기 제1 부재(210)의 일측 단부와 연결된 제2 부재(220)로 구성되며, 상기 제2 부재(220) 일부는 상기 바닥 플레이트(120)에 함몰된 상태인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 부재(210)는 인근하여 위치하는 복수개의 전지 셀(B) 외측면 일부를 감쌀 수 있도록 일정 곡률반경을 갖는 만곡진 형상을 갖는 복수개의 제1 면(211), 및 인근하여 위치하는 제1 면(211)을 연결하는 복수개의 제2 면(212)으로 구성되고, 상기 제2 부재(220)는 일정 두께를 갖는 평판으로, 상기 제1 부재(210)와 직각을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 부재(210)와 제2 부재(220)는 금속으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 부재(220)의 가장 자리 외측면에는 요철부가 구비되며, 상기 요철부는 상기 바닥 플레이트(120)에 함몰된 상태인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 바닥 플레이트(120)에는 복수개의 방열구(121)가 구비되며, 상기 제2 부재(220)의 가운데 부분이 상기 방열구(121)를 통해 외부로 노출되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 부재(210)의 일측 단부는 상기 제2 부재(220)의 중심에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 전지 셀(B) 외면과 셀 프레임 내측면 사이, 및 상기 전지 셀(B) 외면과 냉각부재 사이에는 수지층(300)이 개재되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 수지층은 열전도성 수지인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 하나의 전지 셀(B) 외측면에는 3개 이상의 냉각부재(200)가 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 냉각부재(200)는 복수개의 제1 부재(210)가 하나의 제2 부재(220)에 고정되며, 상기 제2 부재(220)에는 복수개의 개방구(221)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 전술한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈 제조방법은, 전지 셀(B)의 길이 방향을 따라 위치하는 제1 부재, 및 상기 제1 부재 일측 단부와 연결된 제2 부재로 구성된 금속재질의 냉각부재를 준비하는 제1 단계; 복수개의 측면 플레이트와 바닥 플레이트로 구성되며, 상기 전지 셀(B)을 수납할 수 있도록 공간부(S), 및 상기 냉각부재가 공간부(S)에 구비된 셀 프레임을 준비하는 제2 단계; 및 상기 셀 프레임의 공간부(S)에 전지 셀(B)을 수납하는 제3 단계;를 포함하되, 상기 제2 단계에서는, 상기 제2 부재 일부가 상기 바닥 플레이트에 함몰된 상태가 되도록, 인서트 사출방식으로 셀 프레임을 준비하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈 제조방법에서, 상기 제2 단계 이후에는 상기 전지 셀(B) 외측면과 셀 프레임 내측면 사이, 및 상기 전지 셀(B) 외측면과 냉각부재 사이에 열전도성 수지층이 개재되도록, 상기 공간부(S)에 열전도성 수지를 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈 제조방법에서, 상기 제2 단계에서는, 상기 제2 부재 일부가 외부로 노출될 수 있도록, 상기 바닥 플레이트에는 복수개의 방열구를 형성시키는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 셀 프레임에 고정된 금속 소재의 냉각부재가 전지 셀을 감싸는 형상으로 위치하기 때문에 전지 셀에서 발생한 열의 방열이 용이하고 또 구조적으로 간단하여 공정 간소화에 기여할 수 있다는 장점이 있다.
또 본 발명에 따른 냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 전지 셀 외측면에는 열전도성 수지층이 마련됨으로써 냉각부재로의 열전달이 용이할 뿐만 아니라 외부 충격 시 전지 셀이 흔들리는 것을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
또 본 발명에 따른 냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 냉각부재의 일부가 인서트 사출 방식에 의해 셀 프레임과 결합되기 때문에, 셀 프레임에 냉각부재를 고정시키는 것이 용이할 뿐만 아니라 견고하게 고정될 수 있다는 장점이 있다.
게다가 본 발명에 냉각기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 냉각부재의 일부가 셀 프레임의 방열구를 통해 외부로 노출되기 때문에 방열 효과를 높일 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전지 모듈의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전지 모듈의 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 전지 모듈을 구성하는 셀 프레임을 상부 일측 방향에서 바라본 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시한 전지 모듈을 구성하는 셀 프레임을 하부 일측 방향에서 바라본 사시도이다.
도 6은 도 4의 셀 프레임에 구비된 냉각부재를 확대한 사시도이다.
도 7은 도 3의 A-A 방향을 따라 절단한 일부 단면도이다.
도 8는 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각부재의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈을 구성하는 셀 프레임을 하부 일측 방향에서 바라본 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시한 전지 모듈을 구성하는 냉각부재의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 냉각부재의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 제조방법을 설명하는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 냉각기능이 구비된 전지 모듈에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 전지 모듈의 평면도이다. 또 도 4는 도 2에 도시한 전지 모듈을 구성하는 셀 프레임을 상부 일측 방향에서 바라본 사시도이고, 도 5는 도 2에 도시한 전지 모듈을 구성하는 셀 프레임을 하부 일측 방향에서 바라본 사시도이다.
도 2 내지 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각기능이 구비된 전지 모듈은, 복수개의 전지 셀(B), 이들 전지 셀(B)들을 수납하기 위한 셀 프레임(100), 전지 셀(B)에서 발생한 열을 방출하는 한편 전지 셀(B)을 지지 및 고정하기 위한 냉각부재(200)를 포함하여 구성된다. 물론, 전지 셀(B)들을 전기적으로 연결하기 위한 와이어, 및 버스바 등이 구비될 수 있음은 자명하다.
본 발명에 따른 전지 셀(B)은 원통형 전지 셀, 또는 각형 전지 셀일 수 있고, 바람직하게는 원통형 전지 셀이다. 원통형 전지 셀(B)은 전극조립체, 절연부재, 양극 리드선, 캡 조립체 및 이들을 수용하는 전지 캔을 포함하여 이루어진다. 전극조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 전극조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 전극조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 전극조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 전극조립체 등으로 이루어질 수 있다.
일반적으로 전극조립체 상단에 부착되는 양극 리드선은 캡 조립체에 전기적으로 연결되고 전극조립체 하단에 부착되는 음극 리드선은 전지 캔의 바닥에 연결된다. 한편 전극조립체 상부에는 절연부재가 위치할 수 있고, 이러한 절연부재는 전극조립체와 캡 조립체 사이를 절연시키는 역할을 한다.
캡 조립체는 절연부재 상부에 위치하여 전극조립체 상단에 부착된 양극 리드선과 전기적으로 연결되고, 전지 캔의 상부 개방단에 결합되어 전지 캔 내부에 수납되는 전극 조립체를 밀봉한다.
구체적으로 캡 조립체는, 전류차단부재, 전류차단 가스켓, 안전벤트 및 탑 캡이 아래에서부터 순차적으로 적층되고, 안전벤트와 탑 캡의 외부 테두리에는 클림핑 가스켓과 용접용 홀더가 위치할 수 있다.
셀 프레임(100)은 전지 셀(B)을 수납할 수 있도록 공간부(S)가 마련된 대략 육면체 형상이며, 보다 상세하게는 4개의 측면 플레이트(110)와 이들 측면 플레이트(110) 하측 가장자리를 연결하는 하나의 바닥 플레이트(120)로 구성될 수 있다.
여기서, 바닥 플레이트(120)에는 복수개의 방열구(121)가 구비되는 것이 바람직하며, 이와 관련한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
한편, 4개의 측면 플레이트(110)와 하나의 바닥 플레이트(120)로 이루어진 셀 프레임(100)의 소재로는 플라스틱으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
냉각부재(200)는 공간부(S)에 위치하면서 수납된 전지 셀(B)의 외측면 일부를 감싸는 형상으로 배치되는데, 이때 냉각부재(200)는 바닥 플레이트(120)에 고정되어 있다.
도 2 및 3에서와 같이, 6개의 냉각부재(200)가 하나의 전지 셀(B)을 감싸는 형상으로 배치되어 있고, 이때 하나의 냉각부재(200)는 인근하여 수납된 총 3개의 전지 셀(B) 외측면 사이에 위치하게 된다.
비록 도면에서는 하나의 전지 셀(B) 외측면에 6개의 냉각부재(200)가 배치된 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과하며 3개 이상의 냉각부재(200)가 하나의 전지 셀(B) 외측면에 배치되는 것도 가능하다.
도 6은 도 4의 셀 프레임에 구비된 냉각부재를 확대한 사시도이고, 도 7은 도 3의 A-A 방향을 따라 절단한 일부 단면도이다.
먼저 도 6을 참조하면, 냉각부재(200)는 전지 셀(B)의 길이 방향을 따라 위치하는 제1 부재(210), 및 제1 부재(210)의 일측 단부와 연결되어 있어 제2 부재(220)로 구성될 수 있다.
제1 부재(210)는 3개의 제1 면(211)과, 서로 인근하여 위치하는 제1 면(211)을 연결하는 3개의 제2 면(212)으로 구성될 수 있다. 여기서, 제1 면(211)은 전지 셀(B) 외측면을 감쌀 수 있도록 전지 셀(B) 외측면과 동일하거나 유사한 곡률반경을 갖는 만곡진 형상인 것이 바람직하다. 그리고 제2 면(212)은 서로 인근하여 수납되는 전지 셀(B)들을 소정 간격 이격시키기 위한 것이다. 이러한 냉각부재(200)는 열전도성이 우수한 금속소재, 바람직하게는 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
한편, 전지 셀(B)을 안정적으로 지지하고 또 발생한 열이 신속하게 방출될 수 있도록 제1 부재(210)의 길이는 전지 셀(B)의 길이 대비 0.5배 이상인 것이 바람직하지만 이에 제한하지 않는다.
제2 부재(220)는 일정 두께를 갖는 평판으로, 무게 중심에 해당되는 가운데에는 제1 부재(210)의 일측 단부가 고정되며, 이때 제1 부재(210)와 제2 부재(220)는 서로 직각을 이루고 있다.
전술한 바와 같이 제1 부재(210)와 제2 부재(220)로 이루어진 냉각부재(200)는 바닥 플레이트(120)에 고정된다. 도 7에 도시한 바와 같이, 제2 부재(220)의 가장자리 일부가 바닥 플레이트(120)에 함몰된 상태로 위치함으로써, 냉각부재(200)가 바닥 플레이트(120)에 고정되는 것이다.
여기서, 바닥 플레이트(120)와 제2 부재(220)가 더욱 견고하게 밀착 고정될 수 있도록 제2 부재(220) 가장 자리 외측면에는 요철부가 구비되는 것이 더욱 좋다.
제2 부재(220)는 바닥 플레이트(120)의 방열구(121)를 가로 지르도록 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 제2 부재(220)의 가운데 부분은 방열구(121)를 통해 외부로 노출되는 한편, 가장자리 부분은 방열구(121) 인근의 바닥 플레이트(120)에 함몰된 상태로 고정된다.
한편, 전지 셀(B) 외면, 즉 전지 셀(B) 측면과 바닥면에는 전지 셀(B)에서 발생한 열을 배출시키고 또 전지 셀(B)을 확실하게 고정할 목적으로 수지층(300)이 위치한다. 구체적으로, 전지 셀(B) 측면과 제1 부재(210) 사이, 전지 셀(B) 바닥면 가운데 부분과 바닥 플레이트(120) 사이, 또 전지 셀(B) 바닥면 가장자리 부분과 제2 부재(220) 사이에 수지층(300)이 개재된다.
여기서, 수지층(300)을 구성하는 물질로는 열전도성 물질((TIM: Thermal Interface Material), 즉 열전도성을 가지면서 접착성을 갖는 물질로서, 예를 들어 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 또는 실리콘계 수지일 수 있고, 물론 이들과 유사한 물리적 성질을 갖는 수지라도 무방하다.
전지 모듈이 상기와 같은 구조로 이루어질 경우, 전지 셀(B)로부터 발생한 열은 수지층(300)으로 이동한 후 냉각부재(200)를 통해 외부로 방열된다. 상세하게는, 전지 셀(B) 측면의 열은 수지층(300), 제1 부재(210) 및 제2 부재(220)를 순차적으로 경유하며, 특히 제2 부재(220)는 외부로 노출된 상태인 방열구(121)에 위치하기 때문에 방열이 신속하게 진행될 수 있다. 물론 일부의 열은 제1 부재(210) 상부로 방열될 수 있음은 자명하다.
또 전지 셀(B) 바닥면의 열은 수지층(300)으로 이동한 후 제2 부재(220)를 통해 방열된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전지 모듈에서는 전지 셀(B) 측면뿐만 아니라 전지 셀(B) 바닥면에서 발생한 열도 신속하게 방열될 수 있는 구조이다. 게다가 냉각부재(200)를 구성하는 제1 부재(210)와 제2 부재(220)가 서로 직각을 이루면서 제2 부재(220)가 바닥 플레이트(120)에 함몰된 상태로 위치하기 때문에, 냉각부재(200)가 셀 프레임(100)에 견고하게 고정된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각부재의 사시도이다. 도 6을 참조하면서 설명한 제1 실시예에서의 냉각부재는 하나의 제2 부재에 하나의 제1 부재가 대응되도록 연결되어 냉각부재를 구성한 반면, 제2 실시예에서는 하나의 제2 부재에 복수개의 제1 부재가 구비된다.
구체적으로, 편평한 하나의 제2 부재(220)에는 복수개의 개방구(221)가 마련되어 있으며, 개방구(221) 주위로는 복수개의 제1 부재(210)가 수직하게 연결되어 있다.
여기서, 개방구(221)에는 바닥 플레이트(120)가 채워지며 또 개방구(221) 가장자리 인근의 상면과 하면에도 바닥 플레이트(120)가 위치함으로써, 냉각부재(200)가 바닥 플레이트(120)에 견고하게 고정된다.
한편 제1 부재(210)는 전술한 제1 실시예와 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈을 구성하는 셀 프레임을 하부 일측 방향에서 바라본 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시한 전지 모듈을 구성하는 냉각부재의 사시도이다.
도 9 및 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈에서는, 하나의 제2 부재에 복수개의 제1 부재가 구비된다. 이때 제2 부재(210)에는 개방구가 구비되어 있지 않으며, 또 바닥 플레이트(120)에도 방열구가 구비되어 있지 않은 것을 제외하고 나머지는 제2 실시예와 동일하다.
이와 같은 제3 실시예에 의하면, 냉각부재(200)가 구조적으로 한층 견고하며, 또 제조가 상대적으로 용이하다는 이점이 있다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 냉각부재의 사시도이다.
제4 실시예에 따른 냉각부재(200)는 제1 부재(210)와 제2 부재(220)로 구성되며, 이때 제1 부재(210)는 4개의 제1 면(211)과, 서로 인근하여 위치하는 제1 면(211)을 연결하는 4개의 제2 면(212)으로 구성될 수 있다.
제1 실시예와 마찬가지로 제1 면(211)은 전지 셀 외측면을 감쌀 수 있도록 전지 셀 외측면과 동일하거나 유사한 곡률반경을 갖는 만곡진 형상인 것이 바람직하다.
제2 부재(220)는 일정 두께를 갖는 평판이며, 무게 중심에 해당되는 가운데에는 제1 부재(210)의 일측 단부가 제2 부재(220)와 직각을 이루면서 고정되어 있다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예 따른 전지 모듈의 제조방법을 설명하는 흐름도이다. 도 12를 참조하면서 제1 실시예의 전지 모듈을 예로 들어 제조방법에 관해 설명하기로 한다.
냉각부재를 준비하는 제1 단계, 냉각부재가 고정된 상태의 셀 프레임을 준비하는 제2 단계, 및 셀 프레임에 전지 셀을 수납하는 제3 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 제1 단계에서는, 전지 셀의 길이 방향을 따라 위치하는 제1 부재, 및 제1 부재 일측 단부와 연결된 제2 부재로 구성된 금속재질의 냉각부재를 준비하는 단계로서, 제조방법은 특별히 제한하지 않는다.
제2 단계에서는, 복수개의 측면 플레이트와 바닥 플레이트로 구성되어 전지 셀을 수납할 수 있는 공간부가 마련되며, 또 공간부에는 제1 단계에서 준비된 복수개의 냉각부재가 고정되어 있는 셀 프레임을 준비하는 단계이다. 여기서, 셀 프레임 사출 시, 냉각부재를 인서트 사출함으로써 셀 프레임과 냉각부재가 일체형 구조로 제조되는 것이 바람직하다.
한편 바닥 플레이트의 방열구는 셀 프레임 사출 시 형성될 수 있지만, 반드시 이에 제한하는 것은 아니며, 셀 프레임이 제조된 후 추가적으로 타공하는 것도 가능하다.
제3 단계는 셀 프레임의 공간부, 보다 상세하게는 냉각부재들이 전지 셀 외측면에 위치하도록 수납하는 단계이다.
또 전지 셀을 고정하는 한편 발생한 열의 이동을 위한 열전도성 수지층은 제2 단계 이후, 즉 셀 프레임에 전지 셀을 수납하기 전에 공간부에 소정량 충진하는 것이 바람직하지만, 전지 셀을 수납한 이후에 충진하는 것도 가능하다.
본 발명은 전술한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공할 수 있다. 또 전지 모듈 또는 전지 팩은 디바이스에 장착될 수 있는데, 예를 들어 디바이스는 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등과 같이 대용량의 전지를 포함하는 전자기기일 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
100: 셀 프레임
110: 측면 플레이트
120: 바닥 플레이트
121: 방열구
200: 냉각부재
210: 제1 부재
211: 제1 면 212: 제2 면
220: 제2 부재
221: 개방구
300: 수지층
B: 전지 셀
S: 공간부

Claims (14)

  1. 복수개의 전지 셀;
    복수개의 측면 플레이트 및 상기 측면 플레이트 하측 가장자리를 연결하는 바닥 플레이트로 이루어져, 상기 전지 셀을 수납할 수 있도록 공간부가 형성된 셀 프레임; 및
    상기 공간부에 위치하면서 수납된 전지 셀의 외측면 일부를 감싸는 형상으로 배치된 냉각부재;를 포함하되,
    상기 냉각부재는 전지 셀의 길이 방향을 따라 위치하는 제1 부재, 및 상기 제1 부재의 일측 단부와 연결된 제2 부재로 구성되며, 상기 제2 부재 일부는 상기 바닥 플레이트에 함몰된 상태인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재는 인근하여 위치하는 복수개의 전지 셀 외측면 일부를 감쌀 수 있도록 일정 곡률반경을 갖는 만곡진 형상을 갖는 복수개의 제1 면, 및 인근하여 위치하는 제1 면을 연결하는 복수개의 제2 면으로 구성되고,
    상기 제2 부재는 일정 두께를 갖는 평판으로, 상기 제1 부재와 직각을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 부재와 제2 부재는 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 부재의 가장 자리 외측면에는 요철부가 구비되며, 상기 요철부는 상기 바닥 플레이트에 함몰된 상태인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 바닥 플레이트에는 복수개의 방열구가 구비되며, 상기 제2 부재의 가운데 부분이 상기 방열구를 통해 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 부재의 일측 단부는 상기 제2 부재의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전지 셀 외면과 셀 프레임 내측면 사이, 및 상기 전지 셀 외면과 냉각부재 사이에는 수지층이 개재되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수지층은 열전도성 수지인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제3항에 있어서,
    하나의 전지 셀 외측면에는 3개 이상의 냉각부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 냉각부재는 복수개의 제1 부재가 하나의 제2 부재에 고정되며, 상기 제2 부재에는 복수개의 개방구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
  12. 전지 셀의 길이 방향을 따라 위치하는 제1 부재, 및 상기 제1 부재 일측 단부와 연결된 제2 부재로 구성된 금속재질의 냉각부재를 준비하는 제1 단계;
    복수개의 측면 플레이트와 바닥 플레이트로 구성되며, 상기 전지 셀을 수납할 수 있도록 공간부, 및 상기 냉각부재가 상기 공간부에 구비된 셀 프레임을 준비하는 제2 단계; 및
    상기 셀 프레임의 공간부에 전지 셀을 수납하는 제3 단계;를 포함하되,
    상기 제2 단계에서는, 상기 제2 부재 일부가 상기 바닥 플레이트에 함몰된 상태가 되도록, 인서트 사출방식으로 셀 프레임을 준비하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 단계 이후에는 상기 전지 셀 외측면과 셀 프레임 내측면 사이, 및 상기 전지 셀 외측면과 냉각부재 사이에 열전도성 수지층이 개재되도록, 상기 공간부에 열전도성 수지를 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 단계에서는, 상기 제2 부재 일부가 외부로 노출될 수 있도록, 상기 바닥 플레이트에는 복수개의 방열구를 형성시키는 것을 특징으로 하는 전지 모듈 제조방법.
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