JP7297370B2 - 電池モジュール、その製造方法および電池パック - Google Patents

Description

関連出願との相互引用
本出願は２０１９年１１月２５日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１５２６５５号および２０２０年１１月２０日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１５７０７４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、その製造方法および電池パックに関するものであって、より具体的に、冷却性能を向上させる電池モジュール、その製造方法および電池パックに関するものである。

製品群による適用容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性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って駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。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長所だけでなくエネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点から環境に優しいおよ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いる。

小型モバイル機器にはデバイス１台当り一つまたは二、三、四個の電池セルが使用されるのに反し、自動車などのように中大型デバイスには高出力大容量が必要である。したがって、多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュールが使用される。

中大型電池モジュールはできれば小さな大きさと重量で製造されるのが好ましいので、高い集積度で積層でき容量に対して重量の小さい角型電池、パウチ型電池などが中大型電池モジュールの電池セルとして主に使用されている。一方、電池モジュールは、セル積層体を外部衝撃、熱または振動から保護するために、前面と後面が開放されて電池セル積層体を内部空間に収納するフレーム部材を含むことができる。

二次電池は、適正温度より高くなる場合、二次電池の性能が低下することがあり、ひどい場合、爆発や発火の危険もある。特に、多数の二次電池、即ち、電池セルを備えた電池モジュールや電池パックは狭い空間で多数の電池セルから出る熱が合算されて温度がより早く過度に高くなることがある。言い換えれば、多数の電池セルが積層された電池モジュールとこのような電池モジュールが装着された電池パックの場合、高い出力を得ることができるが、充電および放電時に電池セルから発生する熱を除去することが容易でない。電池セルの放熱がよく行われない場合、電池セルの劣化が速くなりながら寿命が短くなり、爆発や発火の可能性が大きくなる。

さらに、車両用バッテリーパックに含まれるバッテリーモジュールの場合、直射光線に頻繁に露出され、夏季や砂漠地域のような高温条件に置かれることがある。

したがって、電池モジュールや電池パックを構成する場合、安定的且つ効果的な冷却性能を確保することは非常に重要であると言える。これにより、電池セルで発生する熱を外部に排出するための電池モジュール内に放熱層を形成することができる。放熱層は電池モジュール内の必要な部分に放熱機能を有する物質を塗布して形成することができる。しかし、放熱物質を塗布する時、構造的な理由で所望の部位に塗布が不可能であるか塗布量が過度に多くなることがあり、これにより冷却性能が低下することがある。

本発明が解決しようとする課題は、冷却性能を改善するために放熱物質の新規な塗布パターンを有する電池モジュール、その製造方法および電池パック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上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できる。

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し上部が開放された第１フレーム部材、前記第１フレーム部材の上部で前記電池セル積層体を覆う第２フレーム部材、および前記第１フレーム部材と前記電池セル積層体との間に位置する熱伝導性樹脂層を含み、前記熱伝導性樹脂層は前記複数の電池セルが積層される方向に沿って長く伸びる複数の塗布ラインを含む。

前記第１フレーム部材は前記電池セル積層体を収容するＵ字型フレームであって、上部が開放されたＵ字型フレームであり、前記第２フレーム部材は前記Ｕ字型フレームの開放された上部で前記電池セル積層体を覆う上部プレートであり、前記Ｕ字型フレームは底部および前記底部によって連結されながら、互いに対向する２個の側面部を含み、前記熱伝導性樹脂層は前記底部と前記電池セル積層体との間に形成され、前記複数の塗布ラインは、前記２個の側面部を両側とするジグザグ形状を有することができる。

前記ジグザグ形状を有する前記複数の塗布ラインの末端部は、前記２個の側面部のうちの一つから離隔して形成できる。

前記複数の塗布ラインの末端部は、前記側面部に対して前記２個の側面部の間の中心部に近く配置されてもよい。

前記複数の塗布ラインそれぞれは、その長さが同一であってもよい。

前記複数の電池セルが積層される方向は、前記２個の側面部が互いに対向する方向と同一であってもよい。

前記熱伝導性樹脂層幅方向の両縁部位は前記２個の側面部それぞれに隣接し、前記熱伝導性樹脂層の両縁部位にそれぞれ陥没ラインを形成することができる。

前記熱伝導性樹脂層は、前記２個の側面部にそれぞれ密着して配置されてもよい。

前記電池モジュールは、前記Ｕ字型フレームの底部両端部に位置するパッド部をさらに含んでもよい。

本発明の他の一実施形態による電池パックは、前記で説明した電池モジュールを含む。

本発明の他の一実施形態による電池モジュール製造方法は、上部が開放された第１フレーム部材の底部に熱伝導性樹脂を塗布する段階、前記第１フレーム部材の底部に電池セル積層体を装着する段階、前記開放された第１フレーム部材の上部で前記電池セル積層体を覆うように第２フレーム部材を装着する段階、および前記第１フレーム部材の開放された前後面にそれぞれエンドプレートを結合する段階を含み、前記熱伝導性樹脂を塗布する段階は、前記第１フレーム部材の互いに対向する第１側面部と第２側面部との間で、ジグザグ形態の塗布パターンを形成するように前記第１側面部から前記第２側面部への方向に沿って往復で前記熱伝導性樹脂を塗布する段階を含む。

前記熱伝導性樹脂を塗布する段階は、前記第１側面部から前記第２側面部に長く伸びた複数の塗布ラインを形成し、前記第１側面部及び前記第２側面部それぞれに隣接した前記塗布ラインの両縁での塗布量が前記塗布ラインの中央部の塗布量より多いようにしてもよい。

前記熱伝導性樹脂を塗布する段階は、前記塗布ラインの両縁それぞれと前記側面部との間の距離が５ミリメートル以下になるようにしてもよい。

前記電池セル積層体を前記第１フレーム部材の底部に装着する段階は、前記熱伝導性樹脂が塗布されて形成された熱伝導性樹脂層を前記電池セル積層体が加圧する段階を含むことができる。

前記電池セル積層体が前記熱伝導性樹脂層を加圧する段階以後に前記熱伝導性樹脂層の幅が増加し得る。

前記電池セル積層体が前記熱伝導性樹脂層を加圧する段階以後に、前記電池セル積層体の幅方向縁に対応する前記熱伝導性樹脂層部分に陥没ラインを形成することができる。

前記熱伝導性樹脂を塗布する段階以後に前記電池セル積層体が前記熱伝導性樹脂層を加圧する段階まで１０分以下の待機時間を有するようにしてもよい。

前記熱伝導性樹脂を塗布する段階は、前記ジグザグ形態の塗布パターンの末端部が前記第１側面部または前記第２側面部に対して、前記第１側面部と前記第２側面部との間の中心部に近く位置するように形成することができる。

実施形態によれば、複数の電池セルが積層されている方向に沿ってジグザグ形態に放熱物質パターンを形成することによって、所望の部位を全体塗布するための最も最適化されたパターンを実現することができる。

また、最も最適化された放熱物質パターンを実現することによって、塗布量を最少化／最適化することができる。

また、所望の部位全体に放熱物質パターンを塗布することによって、電池モジュールの冷却性能を改善することができる。

本発明の一実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図である。 図１の電池モジュールの構成要素が結合した状態を示す斜視図である。 図１の電池セル積層体に含まれている一つの電池セルを示す斜視図である。 図１の電池モジュールでＵ字型フレームを示す斜視図である。 図４の変形例による電池モジュールでＵ字型フレームを示す斜視図である。 電池セル積層体挿入前の本発明の一実施形態による熱伝導性樹脂塗布パターンを示す写真である。 電池セル積層体挿入後の本発明の一実施形態による熱伝導性樹脂塗布パターンを示す写真である。 比較例による電池セル積層体挿入前の熱伝導性樹脂塗布パターンを示す写真である。 比較例による電池セル積層体挿入後の熱伝導性樹脂塗布パターンを示す写真である。 本発明の他の一実施形態による電池モジュール製造方法を示す図である。 本発明の他の一実施形態による電池モジュール製造方法を示す図である。 本発明の他の一実施形態による電池モジュール製造方法を示す図である。

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できるように詳しく説明する。本発明は様々な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されるように示した。

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２は、図１の電池モジュールの構成要素が結合した状態を示す斜視図である。図３は、図１の電池セル積層体に含まれている一つの電池セルを示す斜視図である。

図１および図２を参照すれば、本実施形態による電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０を含む電池セル積層体１２０、上部面、前面および後面が開放されたＵ字型フレーム３００、電池セル積層体１２０の上部を覆う上部プレート４００、電池セル積層体１２０の前面と後面にそれぞれ位置するエンドプレート１５０、および電池セル積層体１２０とエンドプレート１５０との間に位置するバスバーフレーム１３０を含む。また、電池モジュール１００は、Ｕ字型フレーム３００と電池セル積層体１２０との間に位置する熱伝導性樹脂層３１０を含む。熱伝導性樹脂層３１０は一種の放熱層であって、放熱機能を有する物質を塗布して形成することができる。

Ｕ字型フレーム３００の開放された両側をそれぞれ第１側と第２側という時、Ｕ字型フレーム３００は前記第１側と前記第２側に対応する電池セル積層体１２０の面を除いて残りの外面のうち、互いに隣接した前面、下面および後面を連続的に囲むように折り曲げられた板状型構造からなっている。Ｕ字型フレーム３００の下面に対応する上面は開放されている。

上部プレート４００は、Ｕ字型フレーム３００によって囲まれる前面、下面および後面を除いた残りの上面を囲む一つの板状型構造からなっている。Ｕ字型フレーム３００と上部プレート４００は互いに対応する端部位が接触された状態で、溶接などによって結合されることによって電池セル積層体１２０を囲む構造を形成することができる。即ち、Ｕ字型フレーム３００と上部プレート４００とは互いに対応する端部位に溶接などの結合方法で形成された結合部（ＣＰ）が形成できる。

電池セル積層体１２０は一方向に積層された複数の電池セル１１０を含み、複数の電池セル１１０は図１に示したようにＹ軸方向に積層することができる。言い換えれば、複数の電池セル１１０が積層される方向はＵ字型フレーム３００の２個の側面部が互いに対向する方向と同一であってもよい。

電池セル１１０はパウチ型電池セルであるのが好ましい。例えば、図３を参照すれば、本実施形態による電池セル１１０は二つの電極リード１１１、１１２が互いに対向して電池本体１１３の一端部１１４ａと他の一端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。電池セル１１０は、電池ケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態でケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂとこれらを連結する両側面１１４ｃを接着することによって製造することができる。言い換えれば、本実施形態による電池セル１１０は総３箇所のシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃを有し、シーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃは熱融着などの方法でシーリングされる構造であり、他の一側部は連結部１１５からなり得る。電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂの間を電池セル１１０の長さ方向と定義し、電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂを連結する一側部１１４ｃと連結部１１５との間を電池セル１１０の幅方向と定義することができる。

連結部１１５は電池セル１１０の一縁に沿って長く伸びている領域であり、連結部１１５の端部に電池セル１１０の突出部１１０ｐが形成できる。突出部１１０ｐは連結部１１５の両端部のうちの少なくとも一つに形成でき、連結部１１５が伸びている方向に垂直な方向に突出してもよい。突出部１１０ｐは、電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂのシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂのうちの一つと連結部１１５との間に配置されてもよい。

電池ケース１１４は、一般に、樹脂層／金属薄膜層／樹脂層のラミネート構造からなっている。例えば、電池ケース表面がＯ（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）－ナイロン層からなっている場合には、中大型電池モジュールを形成するために多数の電池セルを積層する時、外部衝撃によって滑りやすい傾向がある。したがって、これを防止し電池セルの安定的な積層構造を維持するために、電池ケースの表面に両面テープなどの粘着式接着剤または接着時化学反応によって結合される化学接着剤などの接着部材を付着して電池セル積層体１２０を形成することができる。本実施形態で、電池セル積層体１２０はＹ軸方向に積層され、Ｚ軸方向にＵ字型フレーム３００内部に収容されて後述の熱伝導性樹脂層によって冷却が行われる。これに対する比較例として、電池セルがカートリッジ形態の部品から形成されて電池セル間の固定が電池モジュールフレームの組み立てで行われる場合がある。このような比較例ではカートリッジ形態の部品の存在によって冷却作用が殆どないか電池セルの面方向に行われることがあり、電池モジュールの高さ方向には冷却がよく行われない。

図４は、図１の電池モジュールでＵ字型フレームを示す斜視図である。

図４を再び参照すれば、本実施形態によるＵ字型フレーム３００は底部３００ａおよび互いに対向する２個の側面部３００ｂを含む。図１で説明した電池セル積層体１２０がＵ字型フレーム３００の底部３００ａに装着される前に、Ｕ字型フレーム３００の底部３００ａに熱伝導性樹脂を塗布し、熱伝導性樹脂を硬化して熱伝導性樹脂層３１０を形成することができる。

熱伝導性樹脂層３１０を形成する以前に、即ち、前記塗布した熱伝導性樹脂が硬化する前に電池セル積層体１２０がＵ字型フレーム３００の底部３００ａに垂直な方向に沿って移動しながらＵ字型フレーム３００の底部３００ａに装着できる。その後、熱伝導性樹脂が硬化して形成された熱伝導性樹脂層３１０はＵ字型フレーム３００の底部３００ａと電池セル積層体１２０との間に位置する。熱伝導性樹脂層３１０は電池セル１１０から発生する熱を、電池モジュール１００の底に伝達し、電池セル積層体１２０を固定する役割を果たすことができる。

本実施形態による電池モジュールは、Ｕ字型フレーム３００の底部３００ａに形成されたパッド部３２０をさらに含むことができる。パッド部３２０は熱伝導性樹脂の塗布位置をガイドするか熱伝導性樹脂が底部３００ａの外部にあふれるのを防止することができ、少なくとも一つ形成できる。図４ではＸ軸方向を基準にして底部３００ａの両端部にそれぞれ一つずつパッド部３２０が形成されたものとして示したが、熱伝導性樹脂の塗布量などを考慮してパッド部３２０の大きさ、位置および個数などを変形設計することができる。パッド部３２０は絶縁フィルムから形成できる。この時、熱伝導性樹脂が、底部３００ａの上部に電池セル１１０が触れて圧縮されるようにパッド部３２０がポリウレタンフォーム（ＰＵ ｆｏａｍ）またはゴムなどの材料から形成できる。

本実施形態によれば、熱伝導性樹脂層３１０は複数の電池セル１１０が積層される方向に沿って長く伸びる複数の塗布ライン３１５を含む。複数の塗布ライン３１５は２個の側面部３００ｂを両側とするジグザグ形状を有する。図４に示したように、複数の塗布ライン３１５はＹ軸方向に沿ってジグザグに往復してもよい。複数の塗布ライン３１５は第１塗布ライン３１５ａと第２塗布ライン３１５ｂを含み、第１塗布ライン３１５ａと第２塗布ライン３１５ｂとの間に絶縁フィルム３３０が形成できる。複数の塗布ライン３１５それぞれはＹ軸方向に沿って実質的にその長さが同一であってもよい。第１塗布ライン３１５ａと第２塗布ライン３１５ｂとの間に熱伝導性樹脂が塗布されない部分が形成でき、この部分で電池セル１１０とＵ字型フレーム３００との間に絶縁がぜい弱になることがある。したがって、絶縁フィルム３３０は熱伝導性樹脂が塗布されない部分の絶縁性確保のために適用できる。

本実施形態で熱伝導性樹脂層３１０幅方向（Ｙ軸方向）の両縁部位は２個の側面部３００ｂそれぞれに隣接し、熱伝導性樹脂層３１０の両縁部位にそれぞれ陥没ライン３４０を形成することができる。陥没ライン３４０は電池セル積層体１２０が熱伝導性樹脂層３１０を加圧する時、電池セル積層体１２０のＹ軸方向への縁と一致し、Ｘ軸方向に伸びてもよい。陥没ライン３４０と側面部３００ｂとの間の距離は約５ミリメートル以下である。好ましくは、陥没ライン３４０と側面部３００ｂとの間の距離は約３ミリメートル以下であり、さらに好ましくは、約１．５ミリメートル以下である。この時、熱伝導性樹脂層３１０は２個の側面部３００ｂにそれぞれ密着して配置されてもよい。

図１および図２を再び参照すれば、本実施形態によるＵ字型フレーム３００の側面部３００ｂと上部プレート４００の幅は互いに同一であってもよい。言い換えれば、上部プレート４００のＸ軸方向による端部分とＵ字型フレーム３００の側面部３００ｂのＸ軸方向による端部分が直接接して溶接などの方法によって結合できる。

図５は、図４の変形例による電池モジュールでＵ字型フレームを示す斜視図である。

図５の実施形態は前述の図４の実施形態と大部分同一であり、以下では差のある部分についてのみ説明する。

図５を参照すれば、熱伝導性樹脂層３１０はＹ軸方向に沿って長く伸びる複数の塗布ライン３１５を含む。複数の塗布ライン３１５は、Ｙ軸方向に沿ってジグザグに往復してもよい。複数の塗布ライン３１５は第１塗布ライン３１５ａと第２塗布ライン３１５ｂとを含み、第１塗布ライン３１５ａと第２塗布ライン３１５ｂとの間に絶縁フィルム３３０を形成することができる。

本実施形態によるジグザグ形状を有する複数の塗布ライン３１５の末端部３１５Ｔは２個の側面部３００ｂのうちの一つから離隔して形成できる。塗布ライン３１５の末端部３１５Ｔは、熱伝導性樹脂層３００を形成するために、Ｕ字型フレーム３００の互いに対向する第１側面部３００ｂ１と第２側面部３００ｂ２との間で、ジグザグ形態に熱伝導性樹脂を往復塗布して塗布が終了する地点を指す。複数の塗布ラインの末端部３１５Ｔは、側面部３００ｂに対して２個の側面部の間の中心部に近く配置されてもよい。

以上で説明した差以外に図４で説明した内容は図５の実施形態に全て適用することができる。

本明細書で説明するＵ字型フレームはフレーム部材に対応する構成であり得る。例えば、Ｕ字型フレームは第１フレーム部材に対応し、上部プレートは第２フレーム部材に対応し得る。

以下では、前述の本実施形態による電池モジュールの製造方法の一例について説明する。

図６は、電池セル積層体挿入前の本発明の一実施形態による熱伝導性樹脂塗布パターンを示す写真である。図７は、電池セル積層体挿入後の本発明の一実施形態による熱伝導性樹脂塗布パターンを示す写真である。図８は、比較例による電池セル積層体挿入前の熱伝導性樹脂塗布パターンを示す写真である。図９は、比較例による電池セル積層体挿入後の熱伝導性樹脂塗布パターンを示す写真である。

図１０～図１２は、本発明の他の一実施形態による電池モジュール製造方法を示す図である。

先ず、図６を参照すれば、本実施形態による電池モジュール製造方法は、上部が開放された第１フレーム部材に対応するＵ字型フレーム３００の底部３００ａに熱伝導性樹脂３１０ｐを塗布する段階を含む。熱伝導性樹脂３１０ｐはその後硬化して図４で説明した熱伝導性樹脂層３１０を形成することができる。熱伝導性樹脂３１０ｐを塗布する段階は、Ｕ字型フレーム３００の互いに対向する第１側面部３００ｂ１と第２側面部３００ｂ２との間で、ジグザグ形態の塗布パターンを形成するように第１側面部３００ｂ１から第２側面部３００ｂ２への方向に沿って往復で熱伝導性樹脂３１０ｐを塗布する段階を含む。言い換えれば、図６に示したように、熱伝導性樹脂３１０ｐの塗布方向はＹ軸方向に沿ってジグザグ形態を有することができる。

本実施形態によれば、熱伝導性樹脂３１０ｐを塗布する段階は、第１側面部３００ｂ１から第２側面部３００ｂ２に長く伸びた複数の塗布ライン３１５を形成し、第１側面部３００ｂ１と第２側面部３００ｂ２それぞれに隣接した塗布ライン３１５の両縁での塗布量が、塗布ライン３１５中央部の塗布量より多いように調節することができる。このために、ジグザグ形態の塗布パターンを形成時、ジグザグ方向が折れる部分の速度または時間停滞程度を調節することができる。この時、第１側面部３００ｂ１から第２側面部３００ｂ２に長く伸びた複数の塗布ライン３１５の両縁それぞれと側面部３００ｂとの間の距離は約５ミリメートル以下であり得る。好ましくは、複数の塗布ライン３１５の両縁それぞれと側面部３００ｂとの間の距離は約３ミリメートル以下であり、さらに好ましくは、約１．５ミリメートル以下である。この時、熱伝導性樹脂層３１０は２個の側面部３００ｂにそれぞれ密着して配置されてもよい。

本実施形態によれば、図５で説明したように、ジグザグ形状を有する複数の塗布ライン３１５の末端部３１５Ｔが２個の側面部３００ｂのうちの一つから離隔されるように、熱伝導性樹脂の塗布が終了する地点を設定することができる。この時、複数の塗布ラインの末端部３１５Ｔは側面部３００ｂに対して２個の側面部の間の中心部に近く位置するように形成することができる。また、往復塗布する時の熱伝導性樹脂の投与時間（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ ｔｉｍｅ）に比べて塗布ラインの末端部３１５Ｔで熱伝導性樹脂の投与時間を減少させることができる。

このように塗布ラインの末端部３１５Ｔの形成位置および／または熱伝導性樹脂の投与時間を制御することによって、塗布ラインの末端部３１５Ｔで熱伝導性樹脂が過度に累積するのを防止することができる。これにより、熱伝導性樹脂塗布以後に電池セル積層体を挿入する時、幅方向であるＹ軸方向に傾いて挿入されて電池モジュールに含まれている端子バスバーの左右高さが異なるようになるのを防止することができる。

熱伝導性樹脂３１０ｐを塗布する段階以前にＵ字型フレーム３００の底部３００ａに図４で説明したパッド部３２０を形成する段階をさらに含むことができる。図４および図１０を参照すれば、パッド部３２０の間に熱伝導性樹脂を塗布すればパッド部３２０が熱伝導性樹脂の塗布位置をガイドするだけでなく、熱伝導性樹脂があふれるのを防止することができ、熱伝導性樹脂の塗布量を容易に調節することができる。

その後、図１０を参照すれば、本実施形態による電池モジュール製造方法は、上部が開放されたＵ字型フレーム３００の底部３００ａに電池セル積層体１２０を装着する段階を含む。この時、電池セル積層体１２０に含まれている複数の電池セル１１０の積層方向と垂直な方向（Ｚ軸方向）に電池セル積層体１２０がＵ字型フレーム３００の底部３００ａに挿入されるのが好ましい。

図６および図１０を参照すれば、電池セル積層体１２０をＵ字型フレーム３００の底部３００ａに装着する段階は、熱伝導性樹脂３１０ｐが塗布されて形成された熱伝導性樹脂層３１０を電池セル積層体１２０が加圧する段階を含むことができる。この時、熱伝導性樹脂層３１０のＹ軸方向への幅を第１幅といえば、電池セル積層体１２０が熱伝導性樹脂層３１０を加圧する段階以後に熱伝導性樹脂層３１０のＹ軸方向への幅は前記第１幅に比べて増加する。これは、電池セル積層体１２０をＵ字型フレーム３００の底部３００ａに挿入、加圧することによって熱伝導性樹脂３１０ｐが第１、２側面部３００ｂ１、３００ｂ２に拡散される現象が発生するためである。

図４、図６および図１０を参照すれば、電池セル積層体１２０が熱伝導性樹脂層３１０を加圧した後には、熱伝導性樹脂層３１０を加圧する以前の熱伝導性樹脂層３１０の縁部位に陥没ライン３４０が形成できる。陥没ライン３４０は、熱伝導性樹脂層３１０を電池セル積層体１２０が上から加圧する力によって生成できる。陥没ライン３４０を基準にして第１、２側面部３００ｂ１、３００ｂ２に拡散された熱伝導性樹脂３１０ｐの高さは、電池セル積層体１２０によって押さえられる熱伝導性樹脂３１０ｐの高さに比べて高くてもよい。

本実施形態によれば、熱伝導性樹脂３１０ｐを塗布する段階以後に電池セル積層体１２０が熱伝導性樹脂層３１０を加圧する段階まで１０分以下の待機時間を有するようにすることができる。前記範囲を有する時、電池セル積層体１２０の加圧によって熱伝導性樹脂３１０ｐが第１、２側面部３００ｂ１、３００ｂ２まで拡散して、第１、２側面部３００ｂ１、３００ｂ２と熱伝導性樹脂層３１０までの距離が約１．５ミリメートル以下になり得る。万一、前記範囲を満足させなければ、熱伝導性樹脂３１０ｐが第１、２側面部３００ｂ１、３００ｂ２まで最大に拡散するとしても、第１、２側面部３００ｂ１、３００ｂ２と熱伝導性樹脂層３１０までの最小距離が約２．５ミリメートル水準になって所望の仕様を満足させることができない。

図７を参照すれば、本実施形態による電池モジュール製造方法によって熱伝導性樹脂３１０ｐを複数の電池セルが積層されている方向に沿ってジグザグ形態に塗布することによって電池セル積層体１２０加圧以後に第１、２側面部３００ｂ１、３００ｂ２まで熱伝導性樹脂３１０ｐが塗布されたのを確認することができる。したがって、所望の部位全体に放熱物質を塗布することによって、電池モジュールの冷却性能を改善することができる。また、最も最適化された放熱物質パターンを実現することによって、塗布量を最少化／最適化することができる。

以上で説明した本発明の一実施形態による電池モジュール製造方法と異なり、図８および図９の比較例では熱伝導性樹脂３１０ｐを複数の電池セルが積層されている方向に垂直な方向に沿ってジグザグ形態に塗布することができる。言い換えれば、図８に示したように、熱伝導性樹脂３１０ｐの塗布方向はＸ軸方向に沿ってジグザグ形態を有することができる。これによれば、図９に示したように、電池セル積層体１２０加圧以後に第１、２側面部３００ｂ１、３００ｂ２まで熱伝導性樹脂３１０ｐが拡散しなくて未塗布領域が形成されたのを確認することができる。具体的に、第１、２側面部と熱伝導性樹脂層までの最小距離が約５ミリメートルを超過するため所望の仕様を満足させることができない。それだけでなく、Ｘ軸方向に沿って熱伝導性樹脂を塗布するためのノズルを移動時、Ｕ字型フレームの側面部との干渉が起こる時間が本実施形態に比べて大きく増えるため所望の仕様の塗布パターンを形成しにくく、実際に仕様を満足させるために塗布量が大きく増加することがある。また、塗布ラインの間に空の空間が生成されることがあり、Ｘ軸方向に沿って長く空の空間が形成されると実際に特定電池セルに空の空間が対応してセル不良が発生することがある。ここで、セル不良とは、特定電池セルの冷却効果が減少して寿命が短くなる場合を含むことができる。

本実施形態による電池モジュール製造方法は、電池セル積層体１２０をＵ字型フレーム３００の底部３００ａに装着する前に、電池セル積層体１２０に含まれている電池セル１１０の電極リードが突出した方向と反対の方向にバスバーフレーム１３０を移動しながら電池セル積層体１２０とバスバーフレーム１３０を連結する段階をさらに含むことができる。

図１１を参照すれば、本実施形態による電池モジュール製造方法は、開放されたＵ字型フレーム３００上部で電池セル積層体１２０を覆うように上部プレート４００を装着する段階を含む。

図１２を参照すれば、本実施形態による電池モジュール製造方法は、上部プレート４００とＵ字型フレームの側面部３００ｂを結合する段階、およびＵ字型フレームの開放された両側にそれぞれエンドプレート１５０を結合する段階を含む。上部プレート４００とＵ字型フレームの側面部３００ｂを結合するために溶接方法、接着剤を使用したボンディング方法、ボルティング結合方法、リベッティングおよびテープ結合方法などを使用することができる。

一方、本発明の実施形態による電池モジュールは、一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成することができる。

前述の電池モジュールおよびこれを含む電池パックは多様なデバイスに適用できる。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できるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パック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
３００：Ｕ字型フレーム
３１０：熱伝導性樹脂層
３２０：パッド部
３４０：陥没ライン
３１５：塗布ライン
３１５Ｔ：塗布ライン末端部

Claims (18)

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し上部が開放された第１フレーム部材、
   前記第１フレーム部材の上部で前記電池セル積層体を覆う第２フレーム部材、および
   前記第１フレーム部材と前記電池セル積層体との間に位置する熱伝導性樹脂層
   を含み、
   前記熱伝導性樹脂層は前記複数の電池セルが積層される方向において往復するように形成された複数の塗布ラインを含む、電池モジュール。
2. 前記第１フレーム部材は前記電池セル積層体を収容するＵ字型フレームであって、上部が開放されたＵ字型フレームであり、
   前記第２フレーム部材は前記Ｕ字型フレームの開放された上部で前記電池セル積層体を覆う上部プレートであり、
   前記Ｕ字型フレームは底部および前記底部によって連結されながら、互いに対向する２個の側面部を含み、
   前記熱伝導性樹脂層は前記底部と前記電池セル積層体との間に形成され、前記複数の塗布ラインは、前記２個の側面部を両側とするジグザグ形状を有する、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記ジグザグ形状を有する前記複数の塗布ラインの末端部は前記２個の側面部のうちの一つから離隔して形成される、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記複数の塗布ラインの末端部は前記側面部に対して前記２個の側面部の間の中心部に近く位置する、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記複数の塗布ラインそれぞれはその長さが同一である、請求項２～４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
6. 前記複数の電池セルが積層される方向は前記２個の側面部が互いに対向する方向と同一である、請求項２～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
7. 前記熱伝導性樹脂層の幅方向の両縁部位は前記２個の側面部それぞれに隣接し、前記熱伝導性樹脂層の両縁部位にそれぞれ陥没ラインが形成されている、請求項２～６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
8. 前記熱伝導性樹脂層は前記２個の側面部にそれぞれ密着して位置する、請求項２～６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
9. 前記Ｕ字型フレームの底部両端部に位置するパッド部をさらに含む、請求項２～７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
10. 上部が開放された第１フレーム部材の底部に熱伝導性樹脂を塗布する段階、
    前記第１フレーム部材の底部に電池セル積層体を装着する段階、
    前記開放された第１フレーム部材の上部で前記電池セル積層体の上部を覆うように第２フレーム部材を装着する段階、および
    前記第１フレーム部材の開放された前後面にそれぞれエンドプレートを結合する段階、
    を含み、
    前記熱伝導性樹脂を塗布する段階は、前記第１フレーム部材の互いに対向する第１側面部と第２側面部との間で、ジグザグ形態の塗布パターンを形成するように前記第１側面部から前記第２側面部への方向に沿って往復で前記熱伝導性樹脂を塗布する段階を含み、
    前記第１側面部から前記第２側面部への方向は、前記電池セル積層体の電池セル積層方向に対応する、電池モジュールの製造方法。
11. 前記熱伝導性樹脂を塗布する段階は、前記第１側面部から前記第２側面部に長く伸びた複数の塗布ラインを形成し、前記第１側面部及び前記第２側面部それぞれに隣接した前記塗布ラインの両縁での塗布量が前記塗布ラインの中央部の塗布量より多いようにする、請求項１０に記載の電池モジュールの製造方法。
12. 前記熱伝導性樹脂を塗布する段階は、前記塗布ラインの両縁それぞれと前記側面部との間の距離が５ミリメートル以下になるようにする、請求項１１に記載の電池モジュールの製造方法。
13. 前記電池セル積層体を前記第１フレーム部材の底部に装着する段階は、前記熱伝導性樹脂が塗布されて形成された熱伝導性樹脂層を前記電池セル積層体が加圧する段階を含む、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
14. 前記電池セル積層体が前記熱伝導性樹脂層を加圧する段階以後に、前記熱伝導性樹脂層の幅が増加する、請求項１３に記載の電池モジュールの製造方法。
15. 前記電池セル積層体が前記熱伝導性樹脂層を加圧する段階以後に、前記電池セル積層体の幅方向縁に対応する前記熱伝導性樹脂層の部分に陥没ラインが形成される、請求項１３又は１４に記載の電池モジュールの製造方法。
16. 前記熱伝導性樹脂を塗布する段階以後に、前記電池セル積層体が前記熱伝導性樹脂層を加圧する段階まで１０分以下の待機時間を有するようにする、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
17. 前記熱伝導性樹脂を塗布する段階は、前記ジグザグ形態の塗布パターンの末端部が前記第１側面部または前記第２側面部に対して、前記第１側面部と前記第２側面部との間の中心部に近く位置するように形成する、請求項１０～１６のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
18. 請求項１～９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。

Images