JP2023529117A - 二次電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の二次電池がハウジングに搭載される二次電池モジュールにおいて、平坦で互いに平行な２つの側面を有する二次電池と、横方向に沿って形成された底部、前記底部の両端から縦方向に互いに平行に垂直に立設された２つの側壁部、及び前記側壁部の上端から延びて底部と平行に配置される天井部を含み、複数の前記二次電池が厚さ方向に沿って積層されて搭載され、かつ両最外側に置かれた二次電池の側面がそれぞれの側壁部に対向するように搭載されるハウジングとを含み、前記ハウジングにおいて、底部と側壁部とを連結するエッジの内側には、他の個所よりさらに厚い厚さを有するようにリブ（ｒｉｂ）が形成されていることを特徴とする。

Description

本出願は、２０２０年１０月５日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－０１２８３５３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全ての内容が本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、複数の二次電池がハウジングに搭載されて構成される二次電池モジュール及びその製造方法に関し、より詳細には、ハウジングに搭載された二次電池のスウェリングが発生する際に、最外側に位置する二次電池の挙動量及び搭載された二次電池全体の下端の挙動量をより安定して制御することができる、二次電池モジュール及びその製造方法に関する。

高いエネルギー密度を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源により駆動する電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）又はハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに搭載されている。

このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な利点に加えて、エネルギーの使用による副生成物が全く発生しないという点で、環境配慮及びエネルギー効率性向上のための新たなエネルギー源として注目されており、活発な研究開発が行われている。

現在広く用いられている二次電池の種類には、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。また、このような単位二次電池セル、すなわち単位バッテリセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．２Ｖである。

よって、それよりさらに高い出力電圧が要求される場合、個別の二次電池を複数接続して二次電池モジュールを構成し、複数の二次電池モジュールが集まって二次電池パックを構成するように製造される。

ここで、二次電池モジュールは、円筒型二次電池が集まって構成されるか、又はパウチ型二次電池が集まって構成される。

これらのうち、パウチ型二次電池で構成された二次電池モジュールは、従来構造のハウジング２に複数の二次電池１が搭載された様子を示す図１ａに示すように、平坦で互いに平行な２つの側面を有する二次電池１が厚さ方向に沿って四角形断面を有するハウジング２に搭載される構造を有する。また、前記ハウジング２の内側壁と最外側との間には、外部の衝撃を緩衝できるように弾性材質のパッド３が装着される。

一方、パウチ型二次電池の場合、充電及び放電の繰り返しの副反応で内部の電解液が気化してガスが発生することにより体積が膨張するスウェリング現象が発生することがある。

ここで、ハウジング２は、材質の剛性により二次電池の膨張を制御する。しかし、それぞれの二次電池１の体積が膨張すると、最外側に置かれた二次電池１はより大きな変形が起こる。

また、通常、スウェリングは二次電池１の中央地点が膨らむ傾向があるので、従来の二次電池モジュールにおいてスウェリングが発生したときの様子を単純化して示す図１ｂに示すように、ハウジング２の内側壁は狭い地点でより大きな圧力を受けるようになって二次電池１のスウェリング制御効率が低下するという問題があった。

すなわち、最外側の二次電池１とハウジング２の内側壁との間に配置されたパッド３の断面形状に示されるように、ハウジング２の内側壁の中央部分にのみ圧力が集中して圧縮が発生し、それに対して、両端部分は圧力が作用しないので圧縮されない。

これは、ハウジング２に作用する圧力が分散しないことから発生する問題であって、前記ハウジング２の変形が相対的により大きく発生するという問題があった。また、二次電池も、中央に大きな変形が発生する間、両端（図１ａ、図１ｂにおける上端及び下端）は効率的に支持されないので損傷が発生する危険があった。特に、二次電池１がハウジング２に当接した場合、二次電池１がハウジング２に密着した状態で移動するので接触面に摩擦が生じ、それにより二次電池１のパウチが破れたり破損したりする危険があった。また、パウチが破れた場合は、当該二次電池１のみ故障するわけではなく、二次電池同士が電気的に接続された二次電池モジュール自体に不良が発生することもあった。

そこで、本発明は、二次電池のスウェリングが発生したとき、ハウジングに加わる圧力をより効率的に分散させることにより、前記ハウジングの変形を最小限に抑えることができ、二次電池の両端（図１ａ、図１ｂにおける上端及び下端）をより効率的に支持することができる、二次電池モジュール及びその製造方法を提供することを主目的とする。

上記のような目的を達成するための本発明は、二次電池モジュール及びその製造方法を提供する。

本発明による二次電池モジュールは、複数の二次電池がハウジングに搭載される二次電池モジュールであって、平坦で互いに平行な２つの側面を有する二次電池と、横方向に沿って形成された底部、前記底部の両端から縦方向に互いに平行に垂直に立設された２つの側壁部、及び前記側壁部の上端から延びて前記底部と平行に配置される天井部を含み、複数の前記二次電池が厚さ方向に沿って積層されて搭載され、かつ両最外側に置かれた二次電池の側面がそれぞれの側壁部に対向するように搭載されるハウジングとを含み、前記ハウジングにおいて、前記底部と前記側壁部とを連結するエッジの内側には、他の個所よりさらに厚い厚さを有するようにリブ（ｒｉｂ）が形成されることを特徴とする。

前記リブは、前記側壁部から前記底部に向かう方向に行くほど厚さが次第に増加するように傾斜した形状を有するように形成される。

また、弾性を有する材質で製造されたパッドであって、前記側壁部と最外側に置かれた二次電池の側面との間に配置されるパッドを含む。

前記パッドは、前記リブに当接する地点で圧縮された状態で前記側壁部と前記二次電池の側面との間に配置される。

本発明において、前記底部の一側端と一側の前記側壁部とを連結するエッジの内側及び前記底部の他側端と前記他側の側壁部とを連結するエッジの内側の両方にリブが形成されてもよい。

また、前記二次電池の両側辺に対向する前記底部の表面又は前記天井部の表面のうちいずれか１箇所以上には、前記二次電池を接着固定するレジンが塗布される。

前記底部の両側端と前記側壁部とを連結するエッジ及び前記天井部の両側端と前記側壁部とを連結するエッジの外側には、面取り（ｃｈａｍｆｅｒ）が形成される。

なお、本発明においては、上記のような構成を有する二次電池モジュールの製造方法をさらに提供する。

本発明で提供される製造方法は、複数の二次電池がハウジングに搭載される二次電池モジュールの製造方法であって、横方向に沿って形成された底部、前記底部の両端から縦方向に互いに平行に垂直に立設された２つの側壁部、及び前記側壁部の上端から延びて前記底部と平行に配置される天井部を含むハウジングにパッドを装着するステップ（Ｓ１０）と、前記パッドが前記側壁部に密着するように複数の二次電池を前記ハウジングに搭載するステップ（Ｓ２０）とを含み、前記二次電池を前記ハウジングに搭載するステップ（Ｓ２０）において、前記ハウジングの前記側壁部と前記二次電池の側面との間で前記パッドの少なくとも一部分が圧縮されるように前記二次電池の搭載が行われることを特徴とする。

前記底部と前記側壁部とを連結するエッジの内側には、他の個所よりさらに厚い厚さを有するようにリブ（ｒｉｂ）が形成され、前記二次電池の搭載が行われる間、前記リブにより前記パッドの圧縮が行われる。

前記底部の表面又は前記天井部の表面のうちいずれか１箇所以上には、前記二次電池を接着固定するレジンを塗布するステップをさらに含む。

本発明による二次電池モジュールは、ハウジングの底部及び側壁部の内側にはリブが形成され、二次電池の端部（図２における下端）をより効率的に支持することができる。よって、二次電池の端部（下端）の動きを阻止して損傷を抑制することができる。

より詳細には、二次電池とハウジングと間の摩擦によるパウチの損傷を防止することができる。また、ハウジングの底部の外側に冷却装置が結合されたとき、二次電池の下端の動きが固定されて原位置を維持するので、冷却効率が低下することを防止することができ、これにより二次電池の損傷発生の可能性をさらに低減することができる。

さらに、本発明において、前記パッドは、リブにより事前圧縮された状態で搭載されるので、相対的により強固に二次電池の下端の動きを支持することができ、前記ハウジングの底面には、レジンがさらに塗布されるので、二次電池の下端の動きの可能性をさらに低減することができる。

従来構造のハウジングに複数の二次電池が搭載された様子を示す図である。 従来の二次電池モジュールにおいてスウェリングが発生したときの様子を単純化して示す図である。 本発明の二次電池モジュールの断面形状を示す図である。 図２のＡ部分の拡大図である。 本発明によるハウジングの形状及び部分拡大形状を示す図である。 最外側の二次電池とハウジングの側壁部との間でパッドの下端のみ圧縮された形状を示す図である。 最外側の二次電池とハウジングの側壁部との間でパッドの上端及び下端の両方が圧縮された形状を示す図である。 本発明の二次電池モジュールにおいてスウェリングが発生したときの様子を単純化して示す図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明について、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現することができ、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一又は類似の構成要素には同一の参照符号を付す。

なお、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的又は辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に立脚して、本発明の技術的思想に合致する意味と概念で解釈されるべきである。

本発明は、複数の二次電池がハウジングに搭載されて構成される二次電池モジュール及びその製造方法に関するものであり、以下、添付図面を参照して、本発明による実施形態をより詳細に説明する。

第１実施形態
本発明においては、二次電池モジュールの製造方法を第１実施形態として提供する。図２は本発明の二次電池モジュールの断面形状を示す図であり、図３は図２のＡ部分の拡大図であり、図４は本発明によるハウジングの形状及び部分拡大形状を示す図である。

図面を参照すると、本発明で提供される二次電池モジュールの製造方法は、複数の二次電池１０がハウジング２０に搭載され、前記ハウジング２０にパッド３０を装着するステップ（Ｓ１０）と、二次電池１０をハウジング２０に搭載するステップ（Ｓ２０）とを含んで構成される。

この実施形態で提供されるハウジング２０は、横方向に沿って形成された底部２０ａと、前記底部２０ａの両端から縦方向に互いに平行に垂直に立設された２つの側壁部２０ｂ、２０ｃと、前記側壁部２０ｂ、２０ｃの上端から延びて底部２０ａと平行に配置される天井部２０ｄとを含んで構成される。

なお、ハウジング２０の両側の側壁部２０ｂ、２０ｃにパッド３０が当接するように、二次電池１０よりパッド３０の装着が先に行われる。

前記ハウジング２０にパッド３０を装着するステップ（Ｓ１０）において、前記パッド３０は、平坦な両面を有し、かつ両面のうち一面が側壁部２０ｂ、２０ｃに面接触するように装着が行われる。

前記パッド３０の装着が行われると、二次電池１０をハウジング２０に搭載するステップ（Ｓ２０）が行われる。両側のパッド３０を間に置いて予め定められた数だけの二次電池１０の搭載が行われる。前記二次電池１０は、ハウジング２０の開口した部分から１つずつ投入されて搭載されてもよく、複数積層された状態で搭載されてもよい。なお、このとき、二次電池１０において定められた個数毎に間隔をおいてその間にパッド３０がさらに搭載されてもよい。

特に、この実施形態で提供される最外側に配置されたパッド３０は、ハウジング２０の側壁部２０ｂ、２０ｃと二次電池１０の側面との間で前記パッド３０の少なくとも一部分が事前圧縮されるように搭載される。

すなわち、前記ハウジング２０の底部２０ａと側壁部２０ｂ、２０ｃとを連結するエッジの内側には、他の個所よりさらに厚い厚さを有するようにリブ（ｒｉｂ）２１が形成され、二次電池１０の搭載が行われる間、前記リブ２１によりパッド３０の事前圧縮が行われるようにしてもよい。

一方、ハウジング２０にパッド３０を装着するステップ（Ｓ１０）の前、又はハウジング２０にパッド３０を装着するステップ（Ｓ１０）と二次電池１０をハウジング２０に搭載するステップ（Ｓ２０）との間には、底部２０ａ又は天井部２０ｄの内面にレジン４０を塗布するステップが追加されてもよい。

すなわち、本発明の二次電池モジュールにおいてスウェリングが発生したときの様子を単純化して示す図６に示すように、ハウジングの底部２０ａ又は天井部２０ｄのうち二次電池１０が当接する側で前記二次電池１０の上端又は下端の挙動を制御するためにレジン４０が塗布されてもよい。

第２実施形態
本発明においては、第１実施形態による製造方法で製造される二次電池モジュールを第２実施形態として提供する。

この実施形態で提供される二次電池モジュールは、ハウジング２０に複数の二次電池１０が搭載され、かつ複数の前記二次電池１０のうち最外側の二次電池１０とハウジング２０の側壁部２０ｂ、２０ｃとの間にパッド３０が搭載される構造を有する。

前記二次電池１０は、通常のパウチ型二次電池であって、パウチ内に電極組立体が搭載された構造を有し、平坦で互いに平行な２つの側面を有する。

前記ハウジング２０は、横方向に沿って形成された底部２０ａと、前記底部２０ａの両端から縦方向に互いに平行に垂直に立設された２つの側壁部２０ｂ、２０ｃと、前記側壁部２０ｂ、２０ｃの上端から延びて底部２０ａと平行に配置される天井部２０ｄとを含んで構成される。

また、複数の前記二次電池１０が厚さ方向に沿って積層され、両最外側に置かれた二次電池１０の側面がそれぞれの側壁部２０ｂ、２０ｃに対向するようにハウジング２０内に搭載される。

一方、この実施形態で提供される前記ハウジング２０は、底部２０ａと側壁部２０ｂ、２０ｃとを連結するエッジの内側には、他の個所よりさらに厚い厚さを有するようにリブ（ｒｉｂ）２１が形成される。

前記リブ２１は、側壁部２０ｂ、２０ｃから底部２０ａに向かう方向に行くほど厚さが次第に増加するように傾斜した形状を有するように形成される。

この実施形態で提供されるハウジング２０は、図２及び図４に示すように、前記底部２０ａの一側端と一側の側壁部２０ｂとを連結するエッジの内側及び前記底部２０ａの他側端と他側の側壁部２０ｃとを連結するエッジの内側の両方にリブ２１が形成される。

なお、図示していないが、前記リブ２１は、前記天井部２０ｄの一側端と一側の側壁部２０ｂとを連結するエッジの内側及び前記天井部２０ｄの他側端と他側の側壁部２０ｃとを連結するエッジの内側の両方にリブ２１が形成されてもよい。

また、前記ハウジング２０の側壁部２０ｂ、２０ｃと最外側に置かれた二次電池１０の側面との間には、弾性を有する材質で製造されたパッド３０が装着される。

よって、最外側の二次電池１０とハウジング２０の側壁部２０ｂ、２０ｃとの間でパッド３０の下端のみ圧縮された形状を示す図５ａ及び最外側の二次電池１０とハウジング２０の側壁部２０ｂ、２０ｃとの間でパッド３０の上端及び下端の両方が圧縮された形状を示す図５ｂに示すように、前記リブ２１の形成個数によって、前記パッド３０は、下端の１箇所で圧縮されるか又は下端と上端の２個所で圧縮された状態でハウジング２０に搭載されてもよい。

すなわち、前記パッド３０は、リブ２１に当接する地点で圧縮された状態で側壁部２０ｂ、２０ｃと二次電池１０の側面との間に配置される。よって、本発明の二次電池モジュールにおいてスウェリングが発生したときの様子を単純化して示す図６に示すように、二次電池１０のスウェリングが発生すると、パッド３０の中央部分がスウェリングにより圧縮が行われ、前記パッド３０の下端部（及び上端部）は予め事前圧縮された状態であるので、パッド３０全体で均一な圧縮が行われる。

また、図６に示すように、前記二次電池１０の両側辺に対向する前記底部２０ａの表面又は天井部２０ｄの表面のうちいずれか１箇所以上には、二次電池１０を接着固定するレジン４０が塗布される。

よって、この実施形態で提供する二次電池モジュールは、二次電池１０の下端部はレジン４０により固定され、事前圧縮されたパッド３０により支持されるので、前記パッド３０の弾性変形による動きが制限される（前記パッドの下端は既に圧縮された状態であるので圧縮可能な量が減少し、二次電池の動き可能な範囲は縮小される）。

よって、二次電池１０のスウェリングが発生して膨らんでも、二次電池１０の下端はハウジング２０の底部で動きが固定されるので、二次電池１０の損傷を防止することができる。すなわち、底部２０ａで二次電池１０の滑走が固定され、二次電池１０が押されることによる二次電池のパウチの損傷を防止することができる（二次電池の下端はレジン４０により付着固定されているので、二次電池の下端が押されて動いてしまうと二次電池の下端の破損が起こりやすい）。

一方、前記底部２０ａの両側端と側壁部２０ｂ、２０ｃとを連結するエッジ及び前記天井部２０ｄの両側端と側壁部２０ｂ、２０ｃとを連結するエッジの外側には、尖った部分が削られた形状の面取り（ｃｈａｍｆｅｒ）２２が形成されてもよい。

本発明による二次電池モジュールは、ハウジング２０の底部２０ａ及び側壁部２０ｂ、２０ｃの内側にはリブ２０が形成され、二次電池の端部（図２における下端）をより効率的に支持することができる。よって、二次電池１０の下端の動きを阻止して損傷を抑制することができる。

より詳細には、二次電池１０とハウジング２０間の摩擦によるパウチの損傷を防止することができる。また、ハウジングの底部の外側に冷却装置が結合されたとき、二次電池の下端の動きが固定されて原位置を維持するので、冷却効率が低下することを防止することができ、これにより二次電池の損傷発生の可能性をさらに低減することができる。

さらに、本発明において、前記パッド３０は、リブ２１により事前圧縮された状態で搭載されるので、相対的により強固に二次電池１０の下端の動きを支持することができ、前記ハウジング２０の底面には、レジン４０がさらに塗布されるので、二次電池の下端の動きの可能性をさらに低減することができる。

以上、本発明は、たとえ限定された実施形態と図面により説明されたが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者により本発明の技術思想と添付の特許請求の範囲の均等範囲内で様々な実施が可能である。

１０ 二次電池
２０ ハウジング
３０ パッド
４０ レジン

Claims (10)

1. 複数の二次電池がハウジングに搭載される二次電池モジュールにおいて、
   平坦で互いに平行な２つの側面を有する二次電池と、
   横方向に沿って形成された底部、前記底部の両端から縦方向に互いに平行に垂直に立設された２つの側壁部、及び前記側壁部の上端から延びて前記底部と平行に配置される天井部を含み、複数の前記二次電池が厚さ方向に沿って積層されて搭載され、かつ両最外側に置かれた二次電池の側面がそれぞれの前記側壁部に対向するように搭載されるハウジングと、
   を含み、
   前記ハウジングにおいて、前記底部と前記側壁部とを連結するエッジの内側には、他の個所よりさらに厚い厚さを有するようにリブが形成されていることを特徴とする二次電池モジュール。
2. 前記リブは、前記側壁部から前記底部に向かう方向に行くほど厚さが次第に増加するように傾斜した形状を有するように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池モジュール。
3. 弾性を有する材質で製造されたパッドであって、前記側壁部と最外側に置かれた二次電池の側面との間に配置されるパッドを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の二次電池モジュール。
4. 前記パッドは、前記リブに当接する地点で圧縮された状態で前記側壁部と前記二次電池の側面との間に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池モジュール。
5. 前記底部の一側端と一側の側壁部とを連結するエッジの内側及び前記底部の他側端と他側の前記側壁部とを連結するエッジの内側の両方にリブが形成されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。
6. 前記二次電池の両側辺に対向する前記底部の表面又は前記天井部の表面のうちいずれか１箇所以上には、前記二次電池を接着固定するレジンが塗布されていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。
7. 前記底部の両側端と前記側壁部とを連結するエッジ及び前記天井部の両側端と前記側壁部とを連結するエッジの外側には、面取りが形成されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。
8. 複数の二次電池がハウジングに搭載される二次電池モジュールの製造方法において、
   横方向に沿って形成された底部、前記底部の両端から縦方向に互いに平行に垂直に立設された２つの側壁部、及び前記側壁部の上端から延びて前記底部と平行に配置される天井部を含むハウジングにパッドを装着するステップ（Ｓ１０）と、
   前記パッドが前記側壁部に密着するように複数の二次電池をハウジングに搭載するステップ（Ｓ２０）とを含み、
   前記二次電池を前記ハウジングに搭載するステップ（Ｓ２０）において、前記ハウジングの前記側壁部と前記二次電池の側面との間で前記パッドの少なくとも一部分が圧縮されるように前記二次電池の搭載が行われることを特徴とする二次電池モジュールの製造方法。
9. 前記底部と前記側壁部とを連結するエッジの内側には、他の個所よりさらに厚い厚さを有するようにリブが形成され、前記二次電池の搭載が行われる間、前記リブにより前記パッドの圧縮が行われることを特徴とする、請求項８に記載の二次電池モジュールの製造方法。
10. 前記底部の表面又は前記天井部の表面のうちいずれか１箇所以上には、前記二次電池を接着固定するレジンを塗布するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載の二次電池モジュールの製造方法。

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