JP2023514287A - 連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法に関し、具体的には、所定の大きさの空間部を有する複数の収納部（１１４）が形成されたモジュールケース（１１０）を準備する第１段階と、前記収納部（１１４）に電池セル（１３０）を収納させる第２段階と、所定の温度に加熱して電池セル（１３０）を固定させる第３段階とを含み、前記モジュールケース（１１０）は、下板（１１１）、複数の側板（１１２）、及び前記収納部（１１４）を形成するための複数の隔壁（１１３）を含み、前記隔壁（１１３）は、前記下板（１１１）から所定の高さに延びた下部隔壁（１１３（ａ））、及び前記下部隔壁（１１３（ａ））から所定の高さに延びた上部隔壁（１１３（ｂ））を含むことを特徴とする連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法に関する。

Description

本出願は２０２０年０６月２９日付の韓国特許出願第２０２０－００７９３１０号に基づく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すべての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明は連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法に関し、具体的に隣接した電池セルに熱が移動することを抑制し、さらに重さを減らすことができる、連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法に関する。
最近、化石燃料の使用による大気汚染、エネルギー枯渇による代替エネルギーの開発によって生産された電気エネルギーを貯蔵することができる二次電池に対する需要が増加している。充放電の可能な二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車動車などに使われるなど、日常生活に密接に使われている。
現代社会で必要不可欠に使われている各種の電子機器のエネルギー源として使われている二次電池は、モバイル機器の使用量の増加及び複雑化、電気自動車などの開発によって所要容量が増加している。使用者の需要を満たすために、小型機器には多数の電池セルを配置しているが、自動車などには多数の電池セルを電気的に連結するバッテリーモジュールまたこのようなバッテリーモジュールを多数備えたバッテリーパックが使われる。
バッテリーモジュールまたはバッテリーパックは、容量及び出力を向上させるために、多数の電池セルを直列または並列に連結して使っている。多数の電池セルを連結して使用する場合、過負荷などの問題点が発生することがある。
このような問題を解決するために、特定の電池セルで発生する熱が隣接した電池セルに転移することを抑制することができるモジュールケースを含む電池モジュールが開発されている。
図１は従来技術による電池モジュールを示す斜視図である。図１に示すように、従来技術による電池モジュール１０は、複数の電池セル１１、複数の電池セル１１を収納するモジュールケース１２、及び複数の電池セル１１を取り囲んで電池セル１１の間を満たす充填材１３を含む。
このように、従来技術は、モジュールケース１２に収納される電池セル１１の間に充填材１３を形成することで、電池セル１１が所定の間隔で離隔するように配置され、よって特定の電池セル１１で発生した熱が隣接した電池セル１１に移動することを抑制して安全性を改善するという効果がある。
しかし、電池セル１１が非常に近接して配置されるので充填材１３を満たすことが容易でなく、さらに空間が発生するときには、熱転移を充分に抑制することができないだけでなく、確実に固定されなくて少しの外部衝撃にも電池セル１１が動くことがあるので、ややもすると大きな事故につながることがあるという問題点がある。
韓国公開特許第２０１９－０１３２６３１号公報
前記のような問題点を解決するために、本発明は、電池モジュールに収納された複数の電池セルで発生する熱が隣接した電池セルに移動することを遮断し、さらに確実に固定することができる連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、エネルギー密度が高く、軽量化が可能である、連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、製造時間を節減し、製品の不良率を低めることができる、連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
前記のような目的を達成するための本発明による連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法は、所定の大きさの空間部を有する複数の収納部（１１４）が形成されたモジュールケース（１１０）を準備する第１段階と、前記収納部（１１４）に電池セル（１３０）を収納させる第２段階と、所定の温度に加熱して電池セル（１３０）を固定させる第３段階とを含み、前記モジュールケース（１１０）は、下板（１１１）、複数の側板（１１２）、及び前記収納部（１１４）を形成するための複数の隔壁（１１３）を含み、前記隔壁（１１３）は、前記下板（１１１）から所定の高さに延びた下部隔壁（１１３（ａ））、及び前記下部隔壁（１１３（ａ））から所定の高さに延びた上部隔壁（１１３（ｂ））を含むことを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールの製造方法において、前記下部隔壁１１３（ａ）と上部隔壁１１３（ｂ）とは互いに異なる物質からなることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールの製造方法において、前記モジュールケース（１１０）の下板（１１１）、側板（１１２）、及び下部隔壁１１３（ａ）は熱可塑性樹脂からなり、上部隔壁（１１３（ｂ））は熱硬化性樹脂であることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールの製造方法において、前記熱可塑性樹脂はｍＰＰＥ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｅｔｈｅｒ）またはＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）であり、前記熱硬化性樹脂はシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）、及びポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）のいずれか１種以上であることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールの製造方法において、前記上部隔壁（１１３（ｂ））はガラスバブル（Ｇｌａｓｓ ｂｕｂｂｌｅ）をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールの製造方法において、前記モジュールケース（１１０）は射出成形によって形成されることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールの製造方法において、前記所定の大きさの空間部を有する複数の収納部（１１４）が形成されたモジュールケース（１１０）を準備する段階と収納部（１１４）に電池セル（１３０）を収納させる段階との間には、前記収納部（１１４）に接着部材（１２０）を注液する段階をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールの製造方法において、前記接着部材（１２０）は熱硬化性樹脂であることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールの製造方法において、前記電池セル（１３０）は円筒形または角形を有することを特徴とする。
また、本発明は前述した特徴のうちの一つ以上を含む製造方法によって製造された電池モジュール（１００）を収納した電池パックとすることができる。
また、本発明は前述した電池パックが装着されたデバイスとすることができる。
以上で説明したように、本発明による連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法によれば、モジュールケースに電池セル収納部を予め形成し、このように備えられた収納部に接着部材を注液した後、電池セルを収納して固定するので、製造時間を大きく縮めることができるという利点がある。
また、本発明による連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法によれば、収納部に予め注液された熱硬化性接着部材は電池セル収納過程で電池セルの外表面を均一に取り囲むので、電池セルを確実に固定することができ、よって電池モジュールの耐衝撃性に優れるという利点がある。
さらに、本発明による連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法によれば、電池セルを互いに区画する隔壁にはガラスバブル（Ｇｌａｓｓ ｂｕｂｂｌｅ）が含まれているので、軽量化が可能であるだけでなく、相対的に高価である熱硬化性樹脂を少なく使うことができるので、製造コストの節減にも寄与することができるという利点がある。
従来技術による電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の好適な実施例による電池モジュールの斜視図である。 図２のＡ－Ａ’線に沿って切断した断面図である。 本発明の好適な実施例による電池セルの断面図である。 本発明の好適な実施例による電池モジュールの製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の好適な実施例による電池モジュールの製造方法を説明するための概念図である。
以下、添付図面に基づき、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般にわたって、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
以下、本発明による連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法について添付図面を参照しながら説明する。
図２は本発明の好適な実施例による電池モジュールの斜視図であり、図３は図２のＡ－Ａ’線に沿って切断した断面図である。
図２及び図３を参照して説明すると、本発明による電池モジュール１００は、モジュールケース１１０、接着部材１２０、及びモジュールケース１１０に収納される複数の電池セル１３０を含んでなる。
まず、略六面体の外形を有するモジュールケース１１０は、所定の間隔で離隔したままで複数の電池セル１３０を収納する空間部を提供するように、平板状の下板１１１と、下板１１１の縁端から上方に垂直に延びた４枚の側板１１２とを含んでなる。
ここで、下板１１１と４枚の側板１１２とは、収納された電池セル１３０を外部衝撃から保護するように、所定の強度を有する熱可塑性樹脂、一例としてｍＰＰＥ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｅｔｈｅｒ）またはＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）であることができるが、同じ目的及び機能を達成することができれば特に限定されない。
そして、下板１１１及び側板１１２によって形成された空間部には、各電池セル１３０を個別的に収容する複数の収納部を形成するように、隔壁１１３が備えられる。隔壁１１３は、下板１１１から所定の高さに延びた下部隔壁１１３（ａ）、及び下部隔壁１１３（ａ）から所定の高さに延びた上部隔壁１１３（ｂ）からなることができる。
ここで、下部隔壁１１３（ａ）は下板１１１と同じ素材であるｍＰＰＥ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｅｔｈｅｒ）またはＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）のような熱可塑性樹脂である一方で、上部隔壁１１３（ｂ）は熱伝導が低く耐熱性が高い熱硬化性樹脂、例えばシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）、及びポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）のうちの１種以上からなることが好ましい。
したがって、収納された電池セル１３０は剛性に優れた下部隔壁１１３（ａ）によって下側一部が支持されるとともに、上部隔壁１１３（ｂ）によって隣接した電池セル１３０への熱移動を最小化することができる。もちろん、上部隔壁１１３（ｂ）によっても電池セル１３０を固定及び支持することができるというのは言うまでもない。
一方、上部隔壁１１３（ｂ）は内部が空いている所定の大きさのガラスバブル（Ｇｌａｓｓ ｂｕｂｂｌｅ）をさらに含むことができる。すなわち、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）、及びポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）のような熱硬化性樹脂にガラスバブル（Ｇｌａｓｓ ｂｕｂｂｌｅ）が混合されることで上部隔壁１１３（ｂ）が構成されれば、モジュールケース１１０の軽量化に有利であるだけでなく、相対的に高価の熱硬化性樹脂を少なく使うことができるので、製造コストの節減にも寄与することができるという利点がある。
そして、電池セル１３０の外側面と隔壁１１３との間には、接着部材１２０、一例として上部隔壁１１３（ｂ）と同じ素材である熱硬化性樹脂からなる接着部材１２０をさらに備えることができる。
たとえ図３には隔壁１１３と電池セル１３０の側面との間にのみ接着部材１２０が介在するものとして示されているが、下板１１１と電池セル１３０の底面との間にも介在することができるというのは言うまでもない。
特に限定しないが、電池モジュールのエネルギー密度を高めるために、隔壁１１３単独、または隔壁１１３及び接着部材１２０の厚さは２ｍｍ以下、好ましく１ｍｍ以下とすることができる。
図４は本発明の好適な実施例による電池セルの断面図である。本発明のモジュールケースに収納される電池セルは図４に示す円筒型電池セルに限定されず、角型電池セルであってもよい。
図４に示すような円筒型電池セルを例として説明すると、電池セル１３０は、巻取型構造の電極組立体１３１を金属缶１３２に収納し、金属缶１３２内に電解液を注入した後、金属缶１３２の開放上端に、電極端子が形成されたキャップアセンブリー１３３を結合することによって製作することができる。
ここで、電極組立体１３１は、正極１３１（ａ）、負極１３１（ｂ）、及び分離膜１３１（ｃ）を順に積層し、丸い形態に巻き取ることによって製造される。
電極組立体１３１の中央部位に形成された貫通型の巻心部１３４には円筒状のセンターピン１３５が挿入されている。センターピン１３５は一般的に所定の強度を有するために金属素材からなる。このようなセンターピン１３５は電極組立体１３１を固定及び支持するように作用するとともに充放電及び作動の際に内部反応によって発生するガスを放出する通路として作用する。
一方、キャップアセンブリー１３３の上端中央部位には突出した形態の正極端子１３３（ａ）が形成され、金属缶１３２の残りの部位は負極端子１３３（ｂ）をなす。
もちろん、二次電池に使用可能な電池セルであれば、前述した構成と同じ円筒型電池セル１３０に限定されない。
図５は本発明の好適な実施例による電池モジュールの製造方法を説明するためのフローチャートであり、図６は本発明の好適な実施例による電池モジュールの製造方法を説明するための概念図である。
図５及び図６を参照して説明すると、本発明の好適な実施例による電池モジュールの製造方法は、複数の収納部が形成されたモジュールケースを準備する段階（Ｓ１）、複数の収納部に接着部材を注液する段階（Ｓ２）、収納部に電池セルを収納させる段階（Ｓ３）、及び所定の温度に加熱して電池セルを固定する段階（Ｓ４）を含んでなる。
まず、複数の収納部が形成されたモジュールケースを準備する段階（Ｓ１）では、前述したような構成を有するモジュールケース１１０、すなわち下板１１１及び４枚の側板１１２によって空間部が備えられ、空間部には下部隔壁１１３（ａ）及び上部隔壁１１３（ｂ）からなる隔壁１１３によって収納部１１４が形成されたモジュールケース１１０を準備する段階である。
ここで、収納部１１４の内径は収納された円筒型電池セルの外径よりは少し大きくなければならないというのは言うまでもなく、上部隔壁１１３（ｂ）にはガラスバブル（Ｇｌａｓｓ ｂｕｂｂｌｅ）が混入されていることが好ましい。
一方、モジュールケース１１０は射出成形によって一体型に製作されることが好ましい。一例として、オーバーモールディング（Ｏｖｅｒ－Ｍｏｌｄｉｎｇ）、多重射出、及びブロック化射出成形であることができるが、異種素材を一体型に形成することができる成形方法であれば特に限定されない。前記のような成形方法を採用すれば、薄厚の隔壁１１３を形成することが可能であり、さらに隔壁１１３の厚さが均一であるという利点がある。
複数の収納部に接着部材を注液する段階（Ｓ２）は、注液部２００を介してシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）、及びポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）のような熱硬化性樹脂からなる接着部材１２０を所定量注入する段階である。
接着部材１２０は収納される電池セル１３０と隔壁１１３との間の隙間を埋めて電池セル１３０を確実に固定し、さらに隣接した電池セル１３０に熱が伝達されることを防止する。
収納部に電池セルを収納させる段階（Ｓ３）は、所定量の接着部材１２０が収納部１１４に充填された状態で電池セル１３０を収納部１１４に着座させる。このとき、充填された接着部材１２０は隔壁１１３と電池セル１３０との間の空間に押し上げられるので、電池セル１３０の外周面を取り囲む形状になる。
最後の段階である所定の温度に加熱して電池セルを固定する段階（Ｓ４）は、接着部材１２０である熱硬化性樹脂が硬化することができる程度の所定の温度で所定の時間加熱して電池セル１３０を隔壁１１３に固定する段階である。
従来においては、複数の電池セルをモジュールケースに収納させた後、電池セルの間の空間部に熱硬化性樹脂を注入及び硬化させる過程によって電池モジュールを製造してきた。したがって、電池セルの間の狭い隙間に熱硬化性樹脂を注入することが容易でないだけでなく、製品不良が多く及び製造時間が長くかかった。
しかし、本発明は、電池セルの収納部が形成されたモジュールケースを準備し、接着部材を収納部に注液した後、電池セルを収納して硬化させるので、電池セルを互いに区画する隔壁をとても容易に形成することができるという利点がある。
本発明は前述した特徴のうちでいずれか一つ以上の特徴を有している電池モジュールの製造方法によって製造された電池モジュールを収納した電池パックであることができる。
また、本発明は前述した電池パックが装着されたデバイスであることができ、前記デバイスは、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド電気自動車などのように大容量の電池を含む電子機器であることができる。
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。
１００ 電池モジュール
１１０ モジュールケース
１１１ 下板
１１２ 側板
１１３ 隔壁
１１３（ａ） 下部隔壁
１１３（ｂ） 上部隔壁
１１４ 収納部
１２０ 接着部材
１３０ 電池セル
１３１ 電極組立体
１３１（ａ） 正極
１３１（ｂ） 負極
１３１（ｃ） 分離膜
１３２ 金属缶
１３３ キャップアセンブリー
１３３（ａ） 正極端子
１３３（ｂ） 負極端子
１３４ 巻心部
１３５ センターピン
２００ 注液部

Claims (11)

  1. 所定の大きさの空間部を有する複数の収納部が形成されたモジュールケースを準備する段階と、
    前記収納部に電池セルを収納させる段階と、
    所定の温度に加熱して電池セルを固定させる段階と、
    を含み、
    前記モジュールケースは、下板、複数の側板、及び前記収納部を形成するための複数の隔壁を含み、
    前記隔壁は、前記下板から所定の高さに延びた下部隔壁と、前記下部隔壁から所定の高さに延びた上部隔壁と、
    を含む、連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法。
  2. 前記下部隔壁と前記上部隔壁とは、互いに異なる物質からなる、請求項１に記載の連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法。
  3. 前記モジュールケースの下板、側板、及び下部隔壁は熱可塑性樹脂からなり、上部隔壁は熱硬化性樹脂である、請求項２に記載の連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法。
  4. 前記熱可塑性樹脂はｍＰＰＥ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｅｔｈｅｒ）またはＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）であり、前記熱硬化性樹脂はシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）、及びポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）のうちのいずれか１種以上である、請求項３に記載の連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法。
  5. 前記上部隔壁はガラスバブル（Ｇｌａｓｓ ｂｕｂｂｌｅ）をさらに含む、請求項２に記載の連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法。
  6. 前記モジュールケースは射出成形によって形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法。
  7. 前記所定の大きさの空間部を有する複数の収納部が形成されたモジュールケースを準備する段階と前記収納部に電池セルを収納させる段階との間には、前記収納部に接着部材を注液する段階をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法。
  8. 前記接着部材は熱硬化性樹脂である、請求項７に記載の連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法。
  9. 前記電池セルは円筒形または角形を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の連鎖発火を防止する電池モジュールの製造方法。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法で製造された電池モジュールを収納した、電池パック。
  11. 請求項１０に記載の電池パックを含む、デバイス。
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