JP2023520642A - 電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
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、複数の板状型電池セルが、並んで互いに隣接して積層された電池セル積層体を製造する段階、前記電池セル積層体の少なくとも四つの面を囲む四つのプレートを含むモジュールフレーム内に前記電池セル積層体を収容する段階、前記四つのプレートのうち下部プレートに形成された注入ホールの周囲および観察ホールの周囲に接着テープを付着する段階、前記注入ホールを通じて熱伝導性樹脂液を注入する段階、および前記接着テープの少なくとも一部に前記熱伝導性樹脂液の注入情報を記載する段階を含む。
Description
（関連出願との相互引用）
本出願は２０２０年７月２９日付韓国特許出願第１０－２０２０－００９４３３６号および２０２１年７月２１日付韓国特許出願第１０－２０２１－００９５７７３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含まれる。
本出願は２０２０年７月２９日付韓国特許出願第１０－２０２０－００９４３３６号および２０２１年７月２１日付韓国特許出願第１０－２０２１－００９５７７３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含まれる。
本発明は電池モジュールの製造方法に関し、より詳しくは電池モジュールの製造工程中の作業者によるエラーを最少化することができる電池モジュールの製造方法に関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれてエネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。これにより、多様な要求に応えられる二次電池に対する研究が多く行われている。
二次電池は、携帯電話機、デジタルカメラ、ノートパソコンなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても多くの関心を集めている。
携帯電話機、カメラなどの小型デバイスには一つの電池セルがパッキングされている小型電池パックが使用されるが、ノートパソコン、電気自動車などの中大型デバイスには二つまたはそれ以上の電池セルを並列および／または直列に連結した電池パックがパッキングされている中型または大型電池パックが使用されている。したがって、前記電池パックに含まれる電池セルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
一方、複数の電池セルを直列／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を含む電池モジュールを先に構成し、このような少なくとも一つの電池モジュールを用い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。
このような電池モジュールの場合、要求される電池容量増加により電池セルから発生する熱を効率的に冷却させることができる技術の重要性が次第に大きくなっている。このために、電池モジュールにおいて放熱のための樹脂をケース内部に塗布して熱伝導性を向上させることができる構造が導入された。
しかし、このような電池モジュールにおいてケース内部に注入口を通じて樹脂を注入する場合、電池モジュールの下部面が上部にくるようにひっくり返された状態で工程が行われるため、上部面に含まれている電池モジュールの条件などを確認しにくく、このため時々樹脂の硬化が十分に行われていない状態で製造工程を終了することによって不良が発生するなどの問題が発生している。
本発明は、このような問題点を解決するためのものであって、樹脂をモジュール内に注入して硬化する工程中にも、注入された樹脂の工程条件などを容易に確認することができるようにすることによって作業者による工程エラーを最少化した電池モジュールの製造方法を提供するためのものである。
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は前述の課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張することができる。
本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法は、複数の板状型電池セルが、並んで互いに隣接して積層された電池セル積層体を製造する段階、前記電池セル積層体の少なくとも四つの面を囲む四つのプレートを含むモジュールフレーム内に前記電池セル積層体を収容する段階、前記四つのプレートのうち下部プレートに形成された注入ホールの周囲および観察ホールの周囲に接着テープを付着する段階、前記注入ホールを通じて熱伝導性樹脂液を注入する段階、および前記接着テープの少なくとも一部に前記熱伝導性樹脂液の注入情報を記載する段階を含む。
前記熱伝導性樹脂液を注入した後、前記注入情報に基づいて前記熱伝導性樹脂液を硬化させた後、前記接着テープを除去する段階をさらに含むことができる。
前記熱伝導性樹脂液の硬化時間は、１時間～２時間であってもよい。
前記注入ホールは、前記下部プレートの長さ方向の中央部に少なくとも二つ以上含むことができる。
前記観察ホールは、前記注入ホールから前記下部プレートの長さ方向に離隔して前記下部プレートの長さ方向の両端部に配置することができる。
前記熱伝導性樹脂液は、サーマルレジン（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）であってもよい。
前記熱伝導性樹脂液は、硬化して前記電池セル積層体と前記下部プレートの間で熱伝導性樹脂層を形成することができる。
前記熱伝導性樹脂液の注入は、前記観察ホールに前記熱伝導性樹脂液が観察されるまで行うことができる。
前記接着テープは前記観察ホールおよび前記注入ホールに対応するホールを有し、前記接着テープを除去することによって前記注入ホールおよび前記観察ホールの外部に溢れ出た熱伝導性樹脂液の過剰液を共に除去することができる。
前記熱伝導性樹脂液の注入情報は、前記熱伝導性樹脂液が注入された時間を含むことができる。
前記接着テープは透明テープであり、前記観察ホールを塞ぐように付着することができる。
前記接着テープは、温度変化および時間経過のうちのいずれか一つによって該接着テープの特性が変わるテープであってもよい。
前記特性は、前記接着テープの色および透明度のうちの少なくとも一つであってもよい。
前記注入情報を記載する段階はインクを通じて行われ、前記インクは温度変化および時間経過のうちのいずれか一つによって該インクの特性が変わるインクであってもよい。
前記特性は前記インクの色および透明度のうちの少なくとも一つであってもよい。
実施形態によれば、樹脂をモジュール内に注入し硬化する工程中にも、注入された樹脂の工程条件などを容易に確認することができるようにすることによって作業者による工程エラーを最少化することができる電池モジュールおよびその製造方法を提供することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。本発明は様々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付けるようにする。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示されたところに限定されるのではない。図面において様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして図面において、説明の便宜のために、一部層および領域の厚さを誇張して示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分“の上に”または“上に”あるという時、これは他の部分“の直上に”ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分“の直上に”あるという時には中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分“の上に”または“上に”あるというのは基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって“の上に”または“上に”位置することを意味するのではない。
また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を“含む”という時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。
また、明細書全体で、“平面上”という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、“断面上”という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
図１～図６は本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法を示した図であり、図７は図５でＡ－Ａ’による断面の一部を示した図である。
図１を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００を製造するために、先ず、複数の板状型電池セル１１２を並んで互いに隣接するように積層することによって電池セル積層体１１０を製造し、前記電池セル積層体１１０の少なくとも四つの面を囲む四つのプレートを含むモジュールフレーム１２０内に前記電池セル積層体１１０を収容する。
前記電池セル積層体１１０は、複数の電池セル１１２を含む二次電池の集合体である。電池セル積層体１１０は複数の電池セル１１２を含むことができ、それぞれの電池セルは電極リード１１４を含む。複数の電池セル１１２を積層し電極リード１１４で連結して電池セル積層体１１０を形成することができる。電池セル１１２は板状形態を有するパウチ型電池セルであってもよいが、これに限定されるのではない。前記電極リード１１４は正極リードまたは負極リードであり、各電池セル１１２の電極リード１１４は端部が一側方向に曲げられ、これによって隣接した他の電池セル１１２が有する電極リードの端部と当接することになる。互いに当接した二つの電極リード１１４は互いに溶接などを通じて固定され、これによって電池セル積層体１１０内部の電池セル１１２間の電気的連結が成される。
複数の電池セル１１２は電極リード１１４が一側方向に整列するように垂直積層されて電池セル積層体１１０を形成する。前記電池セル積層体１１０は電池セル積層体１１０の長さ方向に開放された少なくとも一つの開口１２８を有し、前記電池セル積層体１１０の少なくとも四つの面を囲む四つのプレートを含むモジュールフレーム１２０内に収容される。例えば、前記モジュールフレーム１２０は前記電池セル積層体１１０の積層面に垂直な上部プレート１２１および下部プレート１２６と前記電池セル積層体１１０の積層面と平行な一対の側面プレート１２４を含むことができる。あわせて本実施形態では、上部プレート１２１、下部プレート１２６、および一対の側面プレート１２４が一体に形成された四角管形態のモジュールフレーム１２０を例として説明したが、これに限定されるのではなく、三つの面がＵ字型フレームを形成し、残り一つの面を成すプレートがこのようなＵ字型フレームの開放面を覆うように形成されたモジュールフレーム１２０にも適用可能である。
モジュールフレーム１２０の下部プレート１２６には後述の放熱のための熱伝導性樹脂層１２２’（図８ａおよび図８ｂに図示）を形成するための熱伝導性樹脂液１２２（図７に図示）を注入するための複数の注入ホール１２５（図３に図示）が形成されている。
その次に、図２を参照すれば、モジュールフレーム１２０の開口１２８にエンドプレート１３０を結合する。エンドプレート１３０は前記電極リード１１４を、外部と電気的に連結する構成を含むことができる。
その次に、図３を参照すれば、モジュールフレーム１２０の下部プレート１２６が上部に向かうように、電池モジュール１００を反転させる。
下部プレート１２６には少なくとも一つの注入ホール１２５と少なくとも一つの観察ホール１２３を形成することができる。注入ホール１２５は下部プレート１２６の中央部に少なくとも一つ以上形成することができ、中央部に形成された注入ホール１２５を通じて熱伝導性樹脂液１２２が注入されて両側に流れることによって、下部プレート１２６と電池セル積層体１１０の間全体に拡散して塗布される。この時、下部プレート１２６の長さ方向両端部で、熱伝導性樹脂液１２２が十分に注入されたか確認するための用途として、観察ホール１２３を形成することができる。図３では両端部側にそれぞれ一つの観察ホール１２３が形成されているが、これに限定されず、下部プレート１２６の幅方向に沿って二つ以上の観察ホール１２３が形成されてもよく、電池モジュール１００の大きさによって適切に選択することができる。
その次に、図４を参照すれば、下部プレート１２６の注入ホール１２５の周辺および観察ホール１２３の周辺に接着テープ２１０、２２０を付着する。
注入ホール１２５の周辺および観察ホール１２３の周辺に付着された接着テープ２１０、２２０はそれぞれ注入ホール１２５と観察ホール１２３に対応して形成されたホールを含む。このような接着テープ２１０、２２０は以後の注液工程および硬化工程が終わった後に除去される構成であって、この時、ホール外部に溢れ出た過剰の熱可塑性樹脂液１２２を共に除去することができる。即ち、接着テープ２１０、２２０が一種のマスキングテープの役割を果たすことができる。
その次に、図５および図７を参照すれば、注入ホール１２５を通じて熱伝導性樹脂液１２２を注入し、あわせて接着テープ２１０、２２０の少なくとも一部に熱伝導性樹脂液１２２の注入情報を記載する。
熱伝導性樹脂液１２２は、電池セル積層体１１０から発生する熱を外部に放出することができるように熱伝導物質を含む熱伝導性樹脂層１２２’を形成するためのものであって、例えば、サーマルレジンから構成することができる。このようなサーマルレジンの例としては、シリコン、ウレタン、エポキシなどが挙げられる。
熱伝導性樹脂液１２２は注入ホール１２５を通じて注入され、注入量が十分なのかどうかは観察ホール１２３を通じて熱伝導性樹脂液１２２の到達有無を観察することによって決定することができる。
液状で注入された熱伝導性樹脂液１２２が注入完了後に自然硬化して熱伝導性樹脂層１２２’が形成される。この時、硬化時間が十分に経過していない状態で接着テープ２１０、２２０を除去する場合、熱伝導性樹脂液１２２が下部プレート１２６と電池セル積層体１１０の間の空間を十分に満たしていない未充填現象が発生することがある。即ち、図７に示したように、熱伝導性樹脂液１２２の一部は観察ホール１２３のようなホール外部に流れ出てから硬化工程で再び内側に入り込んで硬化することによって、ホール内部まで完全に満たすようになるが、硬化時間を十分に持たずに接着テープを除去する場合、未充填現象が発生することになる。
したがって、このように硬化時間が十分に経過する前に接着テープ２１０、２２０を除去するエラーを防止するために、図５に示したように接着テープ２１０、２２０の少なくとも一部、例えば、観察ホール１２３のうちのいずれか一つの周辺に付着された接着テープ２１０上に注入された熱伝導性樹脂液１２２の注入情報を記載する。この時、注入情報としては、例えば、注入日時と注入時点の時間を記載することができる。注入情報は注入ホール１２５周辺の接着テープ２２０に記載することもできるが、より広い領域を確保することができる観察ホール１２３周辺の接着テープ２１０に記載することがより好ましい。このような段階を通じて、記載された注入情報を確認した後、硬化時間が十分に経過したかどうかを確認した後にその次の段階を行うことができ、したがって作業者のエラーによる未充填などを防止することができる。
特に、図５に示したように熱伝導性樹脂液１２２の注入および硬化は、下部プレート１２６が上部に向かって反転された状態で行われるため、このようにひっくり返されている間に電池モジュール１００の情報を確認することができるため、半製品状態での分類および管理、識別がさらに容易になり得る。
硬化時間は熱伝導性樹脂液１２２この自然硬化によって完全に硬化されるように１時間～２時間経過させることができ、これに限定されるのではなく、熱伝導性樹脂の種類および注液量によって適切に調節することができる。したがって、接着テープ２１０には、単に注入時間だけでなく、注入された樹脂の種類および量を記載することができ、特に限定されるのではない。
また、接着テープ２１０、２２０はそれ自体として経時によって色または透明度などが変化する特性を有するテープであってもよく、または温度によって色または透明度などが変化する特性を有するテープであってもよい。これによれば、作業者のミスで注入情報を記載しない場合でも、接着テープ２１０、２２０の色または透明度変化によってどの程度時間が経過したか、または内側の熱伝導性樹脂液１２２の硬化がどの程度進行したか類推することができるため、工程上エラーを二重で防止する効果を得ることができる。この時、接着テープ２１０、２２０の時間による色変化をより正確に確認することができるように、作業者は接着テープ２１０、２２０の接着後時間による色変化表などを確認することもできる。また、熱伝導性樹脂液１２２は、ノズルを通じてモジュール内側に注入されながら混合が行われ、混合時反応が起こることによって若干の温度上昇が発生することがあり、その後、硬化が完了すると元の温度に戻るようになるので、このような温度差に感応する接着テープ２１０、２２０を用いることによって硬化時間を類推することもできる。
また、接着テープ２１０、２２０以外にも、接着テープ２１０、２２０上にマーキングを行うインクが経時または温度変化による色変化特性を有するインクであってもよく、このようなインクを使用することによって二重で工程情報を確認することができる効果を得ることができる。
その次に、図６、図８ａおよび図８ｂを参照すれば、熱伝導性樹脂液１２２の硬化が完了した後、接着テープ２１０、２２０を除去することによって、熱伝導性樹脂層１２２’を含む電池モジュール１００を完成する。
この時、観察ホール１２３および注入ホール１２５を通じて一部外部に流れ出て固まった樹脂液も、接着テープ２１０、２２０と共に除去されるため、外観上きれいな状態の電池モジュール１００を完成することができる。特に、接着テープ２１０に記載された注入情報を活用して十分な硬化時間が経過した後に接着テープ２１０、２２０を除去した本発明の一実施形態の場合、図８ａに示したように、熱伝導性樹脂層１２２’が下部プレート１２６と電池セル積層体１１０の間の空間を十分に満たした状態で形成され未充填現象を防止することができる。反面、本発明の一実施形態とは異なり、注入情報を確認しなくて硬化が完全に行われる前に接着テープ２１０、２２０を除去する場合、図８ｂに示したように、下部プレート１２６と電池セル積層体１１０の間の空間を十分に満たすことができなくて熱伝導性樹脂層１２２’に一部陥没部ができるなどの不良が発生することがある。このような場合、該当部分に熱伝導性樹脂を満たすための再作業が難しく、分類および検査にも過度な時間がかかることになる。本発明の一実施形態によれば、このような不良の発生を未然に防止することができるので、熱伝導性樹脂液の注入工程の管理および識別を容易且つ正確に行うことができる。
以下、図９を参照して本発明の他の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。
本発明の他の実施形態において、先に説明した一実施形態による電池モジュールの製造方法と同一な部分の説明は省略し、差がある部分のみについて説明する。
図９は、本発明の他の実施形態で、図６のＢ－Ｂ’による断面の一部を示した断面図である。
図９を参照すれば、本発明の他の実施形態では、観察ホール１２３に付着された接着テープ２１０’が観察ホール１２３を塞ぐ透明テープという点を除いては、先に説明した一実施形態と同一である。観察ホール１２３には透明な接着テープ２１０’が付着されるため樹脂液の注入有無を観察することができる。あわせて接着テープ２１０’によって観察ホール１２３が外部で塞がれているため、熱可塑性樹脂液１２２が他部に漏出されず、接着テープ２１０’の接着圧力によって再び下部プレート１２６の内側に移動する。これにより、下部プレート１２６の終端部まで樹脂組成物が均等に拡散することになる。
あわせて、このような透明な接着テープ２１０’にも注入される熱可塑性樹脂液１２２の情報を記載しこれを確認して硬化時間を制御することによって、十分な硬化が行われた後に接着テープ２１０’を除去することができるようになる。本実施形態でも、硬化時間が十分に経過する前に接着テープ２１０’を除去する場合、未硬化の部分がホールを通じて接着テープ２１０’に付着されて除去されることがあって未充填問題が発生するようになる。しかし、透明な接着テープ２１０’に注入される熱可塑性樹脂液１２２の情報を記載しこれを確認して硬化時間を十分に確保することによって、未充填による不良発生を防止することができる。
以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。
１００：電池モジュール
１１０：電池セル積層体
１２０：モジュールフレーム
１２２：熱硬化性樹脂液
１２３：観察ホール
１２５：注入ホール
２１０、２２０：接着テープ
１１０：電池セル積層体
１２０：モジュールフレーム
１２２：熱硬化性樹脂液
１２３：観察ホール
１２５：注入ホール
２１０、２２０：接着テープ
Claims (15)
- 複数の板状型電池セルが、並んで互いに隣接して積層された電池セル積層体を製造する段階；
前記電池セル積層体の少なくとも四つの面を囲む四つのプレートを含むモジュールフレーム内に前記電池セル積層体を収容する段階；
前記四つのプレートのうち下部プレートに形成された注入ホールの周囲および観察ホールの周囲に接着テープを付着する段階；
前記注入ホールを通じて熱伝導性樹脂液を注入する段階；および
前記接着テープの少なくとも一部に前記熱伝導性樹脂液の注入情報を記載する段階を含む電池モジュールの製造方法。 - 前記熱伝導性樹脂液を注入した後、前記注入情報に基づいて前記熱伝導性樹脂液を硬化させた後、前記接着テープを除去する段階をさらに含む、請求項１に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記熱伝導性樹脂液の硬化時間は１時間～２時間である、請求項２に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記注入ホールは前記下部プレートの長さ方向の中央部に少なくとも二つ以上含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記観察ホールは前記注入ホールから前記下部プレートの長さ方向に離隔して前記下部プレートの長さ方向の両端部に位置する、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記熱伝導性樹脂液はサーマルレジン（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）である、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記熱伝導性樹脂液は硬化して前記電池セル積層体と前記下部プレートの間で熱伝導性樹脂層を形成する、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記熱伝導性樹脂液の注入は、前記観察ホールに前記熱伝導性樹脂液が観察されるまで行われる、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記接着テープは前記観察ホールおよび前記注入ホールに対応するホールを有し、
前記接着テープを除去することによって前記注入ホールおよび前記観察ホールの外部に溢れ出た熱伝導性樹脂液の過剰液が共に除去される、請求項２～８のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。 - 前記熱伝導性樹脂液の注入情報は、前記熱伝導性樹脂液が注入された時間を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記接着テープは透明テープであり、前記観察ホールを塞ぐように付着される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記接着テープは温度変化および時間経過のうちのいずれか一つによって該接着テープの特性が変わるテープである、請求項１～１１のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記特性は前記接着テープの色および透明度のうちの少なくとも一つである、請求項１２に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記注入情報を記載する段階はインクを通じて行われ、前記インクは温度変化および時間経過のうちのいずれか一つによって該インクの特性が変わるインクである、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
- 前記特性は前記インクの色および透明度のうちの少なくとも一つである、請求項１４に記載の電池モジュールの製造方法。
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