JP2022547926A - 電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、および前記モジュールフレームの下面と前記電池セル積層体との間に形成された熱伝導性樹脂層を含み、前記複数の電池セルは、電極組立体を収容するセルケース本体から下側に延長形成されたシーリング部を含み、前記シーリング部は、前記熱伝導性樹脂層内部に位置し、前記セルケース本体の底面へそれぞれ折り畳まれるように形成され、前記シーリング部の折り畳まれた部分と前記セルケース本体の底面との間には粘着層が形成される。

Description

関連出願（ら）との相互引用
本出願は、２０２０年４月２２日付韓国特許出願第１０－２０２０－００４８９１６号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。

本発明は、電池モジュールおよびその製造方法に関し、より詳しくは、冷却性能を向上させる電池セルおよびその製造方法に関する。

二次電池は、モバイル機器および電気自動車などの多様な製品群においてエネルギー源として大きな関心を受けている。このような二次電池は、化石燃料を使用する既存製品の使用を代替できる有力なエネルギー資源であって、エネルギー使用による副産物が発生せず、環境にやさしいエネルギー源として脚光を浴びている。

最近、二次電池のエネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量の二次電池構造に対する必要性が高まり、多数の二次電池が直列／並列に連結された電池モジュールを集合させたマルチモジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。

一方、複数個の電池セルを直列／並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも一つの電池セルからなる電池モジュールを構成し、このような少なくとも一つの電池モジュールを利用してその他の構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。

このような電池セルは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、およびモジュールフレームの下面と電池セル積層体との間に形成された熱伝導性樹脂層を含むことができる。

図１は従来の電池モジュールにおいて、電池セルのシーリング部と電池セルの底面との間に空気層が形成された様子を示す図面である。

図１を参照すると、従来の電池モジュールは、複数の電池セル１０が積層形成された電池セル積層体とモジュールフレーム２０との間に熱伝導性樹脂層３０が形成され、電池セル１０のセルケース本体から延長形成されたシーリング部１１は熱伝導性樹脂層３０と接触するようになるが、この時、シーリング部１１を電池セルの底面１０ａ方向に折り畳んだ状態で熱伝導性樹脂層３０と接触するようにして電池セル積層体１００の下側空間を活用することができるようにした。

ただし、図１に示されているように、シーリング部１１を折り畳む場合、シーリング部１１の折り畳まれた部分と、シーリング部１１の折り畳まれた部分に対応する電池セル底面１０ａ部分との間に空気層が形成されることがあり、空気層により熱伝導性樹脂層３０と電池セル１０との間のギャップ（ｇａｐ）が発生して電池モジュールの冷却性能が低下するという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、電池セルの冷却性能を向上させる電池モジュールおよびその製造方法を提供することにある。

本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。

前記課題を実現するための本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、および前記モジュールフレームの下面と前記電池セル積層体との間に形成された熱伝導性樹脂層を含み、前記複数の電池セルは、電極組立体を収容するセルケース本体の底面から下側に延長形成されたシーリング部を含み、前記シーリング部は、前記熱伝導性樹脂層内部に位置し、前記セルケース本体の底面に向かってそれぞれ折り畳まれるように形成され、前記シーリング部の折り畳まれた部分と前記セルケース本体の底面との間には粘着層が形成される。

前記シーリング部の折り畳まれた部分を覆うように形成される固定部材をさらに含むことができる。
前記固定部材は、前記シーリング部の終端を覆うように形成され得る。

前記固定部材は、前記シーリング部の折り畳まれた部分の外側面、前記シーリング部の終端、前記セルケース本体の底面および前記セルケース本体の本体面の一部を覆うように形成され得る。

前記固定部材は、絶縁物質で形成され得る。

前記粘着層は、両面テープまたは粘着剤で形成され得る。

前記粘着層は、熱伝導部材（Ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）で形成され得る。

前記粘着層は、前記シーリング部の折り畳まれた部分と前記セルケース本体の底面との間を固定させることができる。

前記課題を実現するための本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法は、電池セル積層体に含まれている複数の電池セルから下側に延長形成されたシーリング部と複数の電池セルの底面との間に粘着物質を挿入する段階、前記シーリング部を前記粘着物質が位置した方向に折り畳んで前記シーリング部と前記底面との間をそれぞれ固定する段階、および前記電池セル積層体の下側とモジュールフレームの下面部との間に熱伝導性樹脂を前記シーリング部と接触するように注入して熱伝導性樹脂層を形成する段階を含む。

前記シーリング部と前記底面との間をそれぞれ固定する段階後、固定部材を前記折り畳まれたシーリング部をそれぞれ覆うように付着する段階をさらに含むことができる。

本発明の他の一実施形態による電池パックは、前記電池モジュールを含むことができる。

本発明の一実施形態による電池モジュールおよびその製造方法は、電池モジュールの冷却性能および絶縁性能を向上させる効果を提供する。

本発明の効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。

従来の電池モジュールにおいて、電池セルのシーリング部と電池セルの底面との間に空気層が形成された様子を示す図面である。 本発明の一実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電池セルを示す図面である。 図２のＡ－Ａ部分であり、本発明の一実施形態による粘着層が形成された様子を示す図面である。 図２のＡ－Ａ部分であり、本発明の他の一実施形態による固定部材が形成された様子を示す図面である。 図４のＢ部分であり、本発明の一実施形態による粘着物質がシーリング部と電池セル底面との間に挿入された様子を示す図面である。 図４のＢ部分であり、本発明の一実施形態によるシーリング部が電池セルの底面に向かって折り畳まれた様子を示す図面である。 図４のＢ部分であり、本発明の一実施形態による熱伝導性樹脂がシーリング部が位置した部分に注入された様子を示す図面である。

以下で説明される実施形態は、発明の理解のために例示として示したものであって、本発明はここで説明される実施形態とは異なるように多様に変形して実施され得ることが理解されるべきである。ただし、本発明を説明するに当たり、関連した公知の機能あるいは構成要素に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明および具体的な図示を省略する。また、添付した図面は、発明の理解のために実際の縮尺のとおり図示されたものでなく、一部の構成要素の寸法が誇張して図示され得る。

本出願で使用される第１、第２用語は、多様な構成要素を説明することに使用され得るが、構成要素は用語により限定されてはならない。用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。

また、本出願で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたものであって、権利範囲を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で「含む」、「なる」または「構成される」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

以下、図２および図３を参照して本発明の一実施形態による電池セルが含まれている電池モジュールについて説明する。

図２は本発明の一実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図である。図３は本発明の一実施形態による電池セルを示す図面である。

図２および図３を参照すると、本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体１００、電池セル積層体１００を収容するモジュールフレーム２００、モジュールフレーム２００の下面と電池セル積層体１００との間に形成された熱伝導性樹脂層５００を含む。

電池セル１１０は、二次電池であって、パウチ型二次電池で構成され得る。このような電池セル１１０は、複数個で構成され得、複数個の電池セル１１０は互いに電気的に連結され得るように互いに積層されて電池セル積層体１００を形成することができる。図３に示されているように、複数個の電池セル１１０は、電極組立体から突出した電極リード１１１、１１２、および電極組立体を収容するセルケース本体１１３を含むことができる。

電極組立体は、正極板、負極板およびセパレータなどで構成され得る。セルケース本体１１３は、電極組立体をパッケージングするためのものであって、樹脂層及び金属層を含むラミネートシートからなることができる。

セルケース本体１１３は、第１、２電極リード１１１、１１２が位置した方向にそれぞれ延長形成された第１、２シーリング部１１４、１１５、および第１、２シーリング部１１４、１１５と連結され、第１、２電極リード１１１、１１２が形成されていないセルケース本体の縁部分からセルケース本体の外側に延長形成された第３、４シーリング部１１６、１１７を含む。シーリング部１１４、１１５、１１６、１１７は、セルケース本体１１３から外側にそれぞれ延長形成されると同時に、電極組立体が収容されたセルケース本体１１３を密封できる４面シーリング構造を形成することができる。

第１、２電極リード１１１、１１２は、互いに対向してセルケース本体１１３の第１シーリング部１１４と第２シーリング部１１５からそれぞれ突出している構造を有する。第１シーリング部１１４と第２シーリング部１１５とは、第１、２電極リード１１１、１１２をそれぞれ囲むように形成される。電池セル積層体１００において、第１、２シーリング部１１４、１１５は電池セル積層体１００の前後面部分に形成され、第３、４シーリング部１１６、１１７は電池セル積層体の上下面部分に形成される。第３シーリング部１１６は電池セル積層体１００の上面部分に形成され、第４シーリング部１１７は電池セル積層体１００の下面部分に形成される。電池セル積層体１００の下面部分に形成された第４シーリング部１１７は、熱伝導性樹脂層５００と接触することができる。

モジュールフレーム２００は、電池セル積層体１００の上下左右面で電池セル積層体１００、およびこれと結合されたバスバーフレーム３１０および上部プレート３２０を収容することができる。本発明の一実施形態によると、モジュールフレーム２００は、上下左右面が一体に形成されたモノフレーム構造で形成され得るが、これに限定されず、Ｕ字型フレームおよび前記Ｕ字型フレームの上側を覆う上部プレートで形成された構造も採用することができる。

上部プレート３２０は、電池セル積層体１００の上面に形成されて電池セル積層体１００を覆うように形成され得る。上部プレート３２０の前後端にはバスバーフレーム３１０が形成され得る。バスバーフレーム３１０は、電池セル積層体１００の前後面と結合してバスバーフレーム３１０に形成されたバスバーを通過して電極リードとバスバーとの間の電気的連結を案内することができる。

上部プレート３２０とバスバーフレーム３１０とは、ヒンジ結合することができる。上部プレート３２０およびバスバーフレーム３１０を電池セル積層体１００に結合する時は、上部プレート３２０を電池セル積層体１００の上面に安着させた後、両端のバスバーフレーム３１０を上部プレート３２０とのヒンジ結合を通じて形成された回転軸を中心に回転させて、電池セル積層体１００の前後面上でそれぞれを覆うように装着することができる。本発明の一実施形態によると、バスバーフレーム３１０は、上部プレート３２０に対して垂直になるように電池セル積層体１００の前後面に装着され得る。

エンドプレート４００は、電池セル積層体１００を基準としてバスバーフレーム３１０の外郭に形成されて電池セル積層体１００およびバスバーフレーム３１０を覆うように形成され得る。エンドプレート４００は、外部の衝撃からバスバーフレーム３１０およびこれと連結された多数の電装品を保護し、フレームの構成要素として電池モジュールマウンティング構造を有することができる。

熱伝導性樹脂は、電池セル積層体１００の下側面とモジュールフレーム２００の下面部との間に注入されて熱伝導性樹脂層５００を形成することができる。熱伝導性樹脂は、熱伝導性接着物質を含むことができ、具体的にシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材のうちの少なくとも一つを含むことができる。前記熱伝導性樹脂は、塗布時には液状であるが、塗布後に固化して電池セル積層体１００を構成する一つ以上の電池セル１１０を固定する役割を果たすことができる。また、熱伝導特性に優れて電池セル１１０で発生した熱を迅速に電池モジュールの外部に伝達して電池モジュールの冷却機能を果たすことができる。

以下、図２および図４を参照して本発明の一実施形態によるシーリング部とセルケース本体の底面との間に粘着層が形成された電池モジュールについて説明する。

図４は図２のＡ－Ａ部分であり、本発明の一実施形態による粘着層が形成された様子を示す図面である。

本実施形態によると、複数の電池セル１１０は、電極組立体を収容するセルケース本体１１３から下側に延長形成された第４シーリング部１１７を含み、第４シーリング部１１７は、熱伝導性樹脂層５００内部に位置し、セルケース本体１１３の底面へそれぞれ折り畳まれるように形成され、第４シーリング部１１７の折り畳まれた部分とセルケース本体１１３の底面１１３ｂとの間には粘着層６００が形成される。

従来はシーリング部１１７の折り畳まれた部分と、第４シーリング部１１７の折り畳まれた部分に対応するセルケース本体の底面１１３ｂ部分との間の空間には空気層が形成されることがあり、空気層により熱伝導性樹脂層３０と電池セル１０との間のギャップ（ｇａｐ）が発生して電池モジュールの冷却性能が低下するという問題があった。

しかし、本実施形態によると、第４シーリング部１１７の折り畳まれた部分とセルケース本体の底面１１３ｂとの間に粘着層６００が形成されるようにして、第４シーリング部１１７の折り畳まれた部分を粘着層６００を通じてセルケース本体の底面１１３ｂに固定させ、同時に第４シーリング部１１７の折り畳まれた部分とセルケース本体の底面１１３ｂとの間に形成され得る空気層の発生を最小化し、これによって熱伝導性樹脂層５００と複数の電池セル１１０との間の熱伝達が円滑に行われるようにして電池モジュールの冷却性能を向上させることができる。

本実施形態によると、粘着層６００は、両面テープ、粘着剤などの粘着物質で形成され得る。これによって第４シーリング部１１７とセルケース本体の底面１１３ｂとの間隔を最大に減らした状態で第４シーリング部１１７とセルケース本体の底面１１３ｂを固定させることによって電池セル１１０本体と熱伝導性樹脂層５００との間隔を減らすことによって熱伝達による冷却性能を向上させることができる。

粘着層６００は、熱伝導部材（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ、ＴＩＭ）で形成され得る。粘着層６００が熱伝導部材で形成されることによって、粘着層６００が第４シーリング部１１７とセルケース本体の底面１１３ｂとの間を固定させる機能以外にも、熱伝導部材で形成された粘着層６００自体を通じて熱伝達が円滑に行われることによって電池モジュールの冷却性能を向上させることができる。

以下、図２および図５を参照して本発明の他の一実施形態による固定部材が形成された電池モジュールについて説明する。

図５は図２のＡ－Ａ部分であり、本発明の他の一実施形態による固定部材が形成された様子を示す図面である。

本実施形態によると、第４シーリング部１１７の折り畳まれた部分を覆うように形成される固定部材７００をさらに含むことができる。固定部材７００は、第４シーリング部１１７の終端１１７ｅを覆うように形成され得る。第４シーリング部１１７の終端１１７ｅは、シーリング面が切断された部分であって、絶縁処理が必要であるため、固定部材７００が第４シーリング部１１７の終端１１７ｅを覆うように形成されて、第４シーリング部１１７の終端１１７ｅを通じた外部との電気的連結を遮断させることができる。絶縁機能を果たすために固定部材７００は絶縁物質で形成され得る。

また、固定部材７００は、図５に示されているように、シーリング部１１７の折り畳まれた部分の外側面、第４シーリング部１１７の終端１１７ｅ、セルケース本体１１３の底面１１３ｂ、およびセルケース本体面１１３ａ一部を覆うように形成され得る。これによって固定部材７００がシーリング部１１７の折り畳まれた部分とセルケース本体の底面１１３ｂを粘着層６００と共に固定させて、第４シーリング部１１７とセルケース本体の底面１１３ｂとの間の固定力を一層強化させることができる。また固定部材７００の一端が第４シーリング部１１７の折り畳まれた部分の外側面でセルケース本体面１１３ａ一部まで付着されることによって、固定部材７００が第４シーリング部１１７の底面１１３ｂを完全に覆うことができ、固定部材７００と電池セル１１０との間の接触面積が広くなることによって固定部材７００が電池セル１１０の下部に完全に密着することができる。

以下、図６乃至図８を参照して本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法について説明する。

図６は図４のＢ部分であり、本発明の一実施形態による粘着物質がシーリング部と電池セル底面との間に挿入された様子を示す図面である。図７は図４のＢ部分であり、本発明の一実施形態によるシーリング部が電池セルの底面に向かって折り畳まれた様子を示す図面である。図８は図４のＢ部分であり、本発明の一実施形態による熱伝導性樹脂が、シーリング部が位置した部分に注入された様子を示す図面である。

本実施形態による電池モジュールの製造方法は、電池セル積層体１００の複数の電池セル１１０から下側に延長形成された第４シーリング部１１７と複数の電池セル１１０の底面１１３ｂとの間に粘着物質６００を挿入する段階（図６）、第４シーリング部１１７を粘着物質６００が位置した方向に折り畳んで第４シーリング部１１７と底面１１３ｂとの間をそれぞれ固定する段階（図７）、および電池セル積層体１００の下側とモジュールフレーム２００の下面部との間に熱伝導性樹脂を第４シーリング部１１７と接触するように注入して熱伝導性樹脂層５００を形成する段階（図８）を順次に行うことができる。

第４シーリング部１１７と電池セル１１０の底面１１３ｂとの間に粘着物質６００を挿入する段階は、粘着物質６００を第４シーリング部１１７の内側面に付着する段階を含むことができる。また変形例として、粘着物質６００を第４シーリング部１１７が折り畳まれる部分と対応する底面１１３ｂに付着する段階を含むこともできる。

第４シーリング部１１７と底面１１３ｂとの間をそれぞれ固定する段階後、固定部材７００をシーリング部１１７の折り畳まれた部分をそれぞれ覆うように付着する段階をさらに含むことができる。

前述した電池セルは電池モジュールに含まれ、このような電池モジュールは電池パックに含まれ得る。電池パックは、本実施形態による電池モジュールを一つ以上集めて電池の温度や電圧などを管理する電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）と冷却装置などを追加してパッキングした構造であり得る。

前記電池パックは、多様なデバイスに適用され得る。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用され得るが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールを使用することができる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。

以上では本発明の好ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は前述した特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せずに当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により多様な変形実施が可能であることはもちろん、このような変形実施は本発明の技術的な思想や展望から個別的に理解されてはならない。

２００：モジュールフレーム
３１０：バスバーフレーム
３２０：上部プレート
４００：エンドプレート
５００：熱伝導性樹脂層
１１７：シーリング部
１１７ｅ：シーリング部終端
１１３ａ：セルケース本体面
１１３ｂ：底面
６００：粘着層（粘着物質）
７００：固定部材

Claims (11)

1. 複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、
   前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、および
   前記モジュールフレームの下面と前記電池セル積層体との間に形成された熱伝導性樹脂層
   を含み、
   前記複数の電池セルは、電極組立体を収容するセルケース本体の底面から下側に延長形成されたシーリング部を含み、
   前記シーリング部は、前記熱伝導性樹脂層内部に位置し、前記セルケース本体の底面に向かってそれぞれ折り畳まれるように形成され、
   前記シーリング部の折り畳まれた部分と前記セルケース本体の底面との間には、粘着層が形成される電池モジュール。
2. 前記シーリング部の折り畳まれた部分を覆うように形成される固定部材をさらに含む、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記固定部材は、前記シーリング部の終端を覆うように形成される、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記固定部材は、前記シーリング部の折り畳まれた部分の外側面、前記シーリング部の終端、前記セルケース本体の底面、および前記セルケース本体の本体面の一部を覆うように形成される、請求項２又は３に記載の電池モジュール。
5. 前記固定部材は、絶縁物質で形成される、請求項２～４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
6. 前記粘着層は、両面テープまたは粘着剤で形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
7. 前記粘着層は、熱伝導部材で形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
8. 前記粘着層は、前記シーリング部の折り畳まれた部分と前記セルケース本体の底面との間を固定させる、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
9. 電池セル積層体に含まれている複数の電池セルから下側に延長形成されたシーリング部と複数の電池セルの底面との間に粘着物質を挿入する段階、
   前記シーリング部を前記粘着物質が位置した方向に折り畳んで前記シーリング部と前記底面との間をそれぞれ固定する段階、および
   前記電池セル積層体の下側とモジュールフレームの下面部との間に熱伝導性樹脂を前記シーリング部と接触するように注入して熱伝導性樹脂層を形成する段階
   を含む電池モジュールの製造方法。
10. 前記シーリング部と前記底面との間をそれぞれ固定する段階後、固定部材を前記折り畳まれたシーリング部をそれぞれ覆うように付着する段階をさらに含む、請求項９に記載の電池モジュールの製造方法。
11. 請求項１～８のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む電池パック。

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