KR102073850B1 - 배터리 모듈의 절연 물질 형성 방법 및 이를 위한 시스템 - Google Patents

배터리 모듈의 절연 물질 형성 방법 및 이를 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈의 안정성을 향상시키기 위하여 배터리 모듈의 전지 셀 간에 절연 물질을 형성하는 절연 물질 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른, 복수의 전지 셀로 구성되는 셀 어셈블리 및 상기 셀 어셈블리와 결합된 연결 보드를 포함하는 배터리 모듈에 절연 물질을 형성시키는 시스템은, 상기 배터리 모듈이 안착되는 금형; 및 상기 금형에 안착된 배터리 모듈에 절연 물질을 주입하여, 상기 셀 어셈블리의 전지 셀 사이에 상기 절연 물질을 충진하는 주입 장치를 포함한다.

Description

배터리 모듈의 절연 물질 형성 방법 및 이를 위한 시스템{Method for forming insulating material in battery module and system therefor}
본 발명은 배터리 모듈의 안정성을 향상시키기 위하여, 배터리 모듈의 전지 셀 간에 절연 물질을 형성하는 절연 물질 형성 방법에 관한 것이다.
근래에 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다. 그리고 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 다수의 전지 셀이 포함되며, 이러한 다수의 전지 셀들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다.
한편, 종래기술은, 다수의 전지 셀들을 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결하기 위해 전지 셀에 구비된 전극 리드와 접촉하여 전극 리드 상호간을 서로 전기적으로 연결하는 연결 보드(ICB: InterConnect board)를 사용한다.
도 1은 종래의 배터리 모듈에 대한 분해 사시도로서, 종래의 배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(11)가 연결 보드(12)와 결합되고, 연결 보드(12)를 보호하기 이하여 연결 보드(12)의 일면에 연결 보드 커버(13)가 결합된다.
그런데 연결 보드(12)에 연결 보드 커버(13)를 결합하는 방식은, 제조 단가를 높이는 문제점으로 작용한다. 또한, 상기 연결 보드 커버(13)는 플라스틱 재질로 형성되어 외력에 의해서 파손되기가 쉽다. 즉, 연결 보드 커버(13)에 외력이 가해지면 연결 보드 커버(13)는 파손될 수 있으며, 이 경우 파손된 커버(13)의 틈새로 연결 보드(12)의 버스 바가 노출되고 이 버스 바가 다른 외부 도체 또는 또 다른 배터리 모듈의 연결 보드에 접촉되어 쇼트(short)가 발생될 수 있는 문제점이 있다.
게다가, 셀 어셈블리(11)에 포함된 전지 셀 간에는 일정한 간격이 유지된다. 그러나 외력이 배터리 모듈(10)에서 발생한 경우, 전지 셀 간의 간격이 일정하게 유지되지 않을 수 있는 문제점이 있다. 특히, 전지 셀 간의 간격을 일정하게 유지하는 구조물이 파손된 경우, 인접한 전지 셀들이 접촉되어 내부 쇼트가 발생할 수도 있는 문제점도 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 배터리 모듈의 안정성을 향상시키고 제조 단가를 낮추는 절연 물질 형성 방법 및 이를 위한 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1측면에 따른, 복수의 전지 셀로 구성되는 셀 어셈블리 및 상기 셀 어셈블리와 결합된 연결 보드를 포함하는 배터리 모듈에 절연 물질을 형성시키는 시스템은, 상기 배터리 모듈이 안착되는 금형; 및 상기 금형에 안착된 배터리 모듈에 절연 물질을 주입하여, 상기 셀 어셈블리의 전지 셀 사이에 상기 절연 물질을 충진하는 주입 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 주입 장치는 상기 배터리 모듈에 상기 절연 물질을 주입하여, 상기 연결 보드에 형성된 버스 바 사이에 상기 절연 물질을 충진시킬 수 있다.
또한, 상기 주입 장치는 상기 배터리 모듈에 상기 절연 물질을 주입하여, 상기 버스 바에 상기 절연 물질을 도포시킬 수 있다.
상기 금형은, 상기 배터리 모듈이 안착되는 공간을 형성하는 제1금형; 및 상기 제1금형과 결합되어 상기 안착된 배터리 모듈의 상부에 위치하며 절연 물질이 통과하는 유로가 형성되는 제2금형을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 주입 장치에서 주입된 절연 물질은 상기 금형에 형성된 유로를 경유하여 상기 배터리 모듈로 주입된다.
또한, 상기 제2금형의 하면에는 전지 셀의 이격 공간의 개수와 비례하여 유출구가 형성되고, 상기 유출구는 상기 전지 셀의 이격 공간 위치와 대응되어 상기 제2금형에 형성될 수 있다.
상기 시스템은, 상기 주입 장치에서 주입되는 절연 물질을 냉각시켜, 상기 제2금형에 형성된 유로로 제공하는 냉각 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각 장치는 상기 제2금형의 상면과 결합되는 냉각판을 포함할 수 있고, 상기 냉각판에는 상기 주입 장치를 통해서 주입된 절연 물질이 경유하는 유로가 형성될 수 있다. 상기 냉각 장치와 상기 제2금형이 결합되면, 상기 냉각판의 유로와 상기 제2금형의 유로가 서로 연결된다.
상기 냉각판에는 냉매가 순환되는 냉매 순환 통로가 형성될 수 있다.
상기 주입 장치는, 액체 상태의 절연 물질이 보관되는 저장소; 및 상기 저장소에 보관된 절연 물질을 상기 배터리 모듈로 주입하는 건(gun)을 포함할 수 있다.
상기 액체 상태의 절연 물질은 배터리 모듈로 주입된 후에 경화된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1측면에 따른, 복수의 전지 셀로 구성되는 셀 어셈블리 및 상기 셀 어셈블리와 결합된 연결 보드를 포함하는 배터리 모듈에 절연 물질을 형성시키는 방법은, 상기 배터리 모듈을 금형에 안착시키는 안착 단계; 상기 금형에 안착된 배터리 모듈에 액체 상태의 절연 물질을 주입하여, 전지 셀 사이에 상기 액체 상태의 절연 물질을 충진하는 충진 단계; 및 상기 배터리 모듈에 주입된 절연 물질을 경화시키는 경화 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전지 셀 사이의 빈 공간을 절연 물질이 채워지도록 배터리 모듈에 절연 물질을 형성시킴으로써, 외부의 충격에도 전지 셀 간의 간격을 안전하게 유지시켜 배터리 모듈의 안정성을 향상시키는 장점이 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 연결 보드에 구비된 버스 바 사이의 빈 공간을 절연 물질이 채워지도록 배터리 모듈에 절연 물질을 충진함으로써, 외부의 충격에도 버스 바 사이의 간격을 안전하게 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 버스 바가 노출된 일 측면을 절연 물질로 코팅되도록 배터리 모듈에 절연 물질을 도포함으로써, 기존의 연결 보드 커버의 필요성을 제거하여 배터리 모듈의 제조단가를 낮출 수 있고, 더불어 외부 충격으로 발생될 수 있는 버스 바 노출을 예방할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 절연 물질 형성 시스템을 이용하여 절연 물질을 배터리 모듈의 일정 부위에 형성시킴으로써, 공정 시간을 단축하고 공정의 효율성을 향상시키는 장점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 배터리 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 모듈에 절연 물질을 형성하기 위한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각판(221)과 제2금형(232)이 결합된 상태의 단면도를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 모듈에 절연 물질을 형성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 절연 물질이 형성되기 전의 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 절연 물질이 형성되기 전의 배터리 모듈을 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 절연 물질이 충진되기 전의 셀 어셈블리의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 절연 물질이 주입된 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 절연 물질이 충진된 셀 어셈블리의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 모듈에 절연 물질을 형성하기 위한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은, 주입 장치, 냉각 장치, 금형(230) 및 작업 프레임(240)을 포함한다.
작업 프레임(240)은 작업공간을 형성하는 구조물로서, 상부 프레임에는 건(212)에 결합되고, 하면에는 금형(230)이 안착된다. 상기 작업 프레임(240)는 'ㅂ'이 180도 회전되어진 형상으로 도면에 도시되었지만, 다양한 형상이 프레임(240)이 본 발명에 적용될 수 있다.
주입 장치는 건(gun)(212), 저장소(211) 및 통로관(213)을 포함한다.
저장소(211)는 일정한 점도를 가지며 액체 형태의 절연 물질을 저장하며, 통로관(213)을 통해서 건(212)으로 액체 상태의 절연 물질을 공급한다. 상기 절연 물질은 우레탄, 테프론, 실리콘 글래스, 에폭시 등 중에서 하나 이상의 혼합된 재료로 형성될 수 있다. 상기 저장소(211)에 저장된 액체 상태의 절연 물질은 비교적 고온으로 유지된다.
통로관(213)은 액체 상태의 절연 물질이 통과하는 파이프로서, 저장소(211)에서 건(212)으로의 절연 물질 공급 경로를 형성한다.
건(212)은 저장소(211)를 통해 공급받은 액체 상태의 절연 물질을 배터리 모듈(100)에 주입한다. 상기 배터리 모듈(100)로 주입되는 액체 상태의 절연 물질은 냉각 장치를 통해서 냉각된 후, 배터리 모듈(100)로 주입될 수도 있다.
금형(230)은 절연 물질이 요구되는 영역에 주입될 수 있도록 일정한 형상으로 제작된다. 상기 금형(230)은 배터리 모듈(100)의 형상에 따라 서로 다르게 제작될 수 있다. 또한, 상기 금형(230)은 배터리 모듈(100)이 안착되는 공간을 형성하는 제1금형(231) 및 냉각판(221)과 결합되는 제2금형(232)을 포함할 수 있으며, 상기 제1금형(231)과 제2금형(232)으로 분리 가능할 수 있다. 즉, 제1금형(231)과 제2금형(232)이 분리된 상태에서, 배터리 모듈(100)이 제1금형(231)에 안착되면, 제2금형(232)의 하면이 제1금형(231)의 상면과 결합된다. 또한, 제2금형(232)에는 액체 상태의 절연 물질이 유동될 수 있는 유로가 형성되고, 액체 상태의 절연 물질은 제2금형(232)의 유로를 경유하여 배터리 모듈(100)로 주입된다. 상기 제1금형(231)은 액체 상태의 절연 물질이 외부로 유출되지 않은 구조로 형성된다. 상기 제1금형(231)은 절연 물질의 주입과 경화가 용이하도록, 다수의 구조물이 형성될 수 있다.
냉각 장치는 고온 액체 상태의 절연 물질을 냉각하기 위한 냉각판(221)과 상기 냉각판(221)의 열을 흡수하기 위하여 냉매를 순환시키는 냉매 순환 장치(222)를 포함한다. 상기 냉각판(221)은 열 흡수율이 높은 금속 소재로 형성되며, 내부에는 냉매가 순환되는 냉매 순환 통로가 형성된다. 상기 냉매 순환 장치(222)는 액체 또는 기체 형태의 냉매를 냉각판(221)에 순환시키는 장치로서, 하나 이상의 파이프(223, 224)를 통해서 상기 냉매를 냉각판(221)에 유출하고 냉각판(221)의 냉매를 유입함으로써, 냉매가 순환되게 한다. 상기 냉매 순환 장치(222)는 냉각판(221)으로부터 유입된 냉매의 온도를 일정 온도를 하강시킨 후에 냉매를 재사용할 수 있다.
상기 냉각판(221)은 하면은 상기 제2금형(232)의 상면과 결합되고, 상기 냉각판(221)에는 절연 물질이 유동되어 상기 제2금형(232)으로 흘러 들어갈 수 있는 유로가 형성된다. 부연하면, 냉각판(221)의 유로 입구에 액체 상태의 절연 물질이 주입되면, 상기 절연 물질은 냉각판(221)의 유로를 경유하는 동안에 온도가 하강되어 상기 제2금형(232)의 유로로 주입된다.
한편, 실시예들에서, 제1금형(231)과 제2금형(232)이 분리될 수 있는 구조로 설명하였지만, 제1금형(231)과 제2금형(232)은 일체형으로 구성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각판(221)과 제2금형(232)이 결합된 상태의 단면도를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 냉각판(221)에는 냉매가 순환되는 냉매 순환 통로(31)가 형성된다. 즉, 제1파이프(223)를 통해서 주입된 냉매는 냉매 순환 통로(31)를 순환하여, 제2파이프(224)를 통해서 유출된다.
또한, 냉각판(221)에는 액체 상태의 절연 물질이 주입될 수 있는 유로(32)가 형성되고, 이 유로(32)는 통해 주입된 고온의 절연 물질은, 냉매를 통해서 열이 흡수되어 온도가 하강된다. 즉, 고온의 절연 물질이 그래도 배터리 모듈(100)에 주입되는 경우, 배터리 모듈(100)의 구성품을 손상시킬 수 있으므로 냉각판(221)과 냉매를 통해서 절연 물질이 온도가 하강된 다음에, 제2금형(232)으로 흘러 들어간다.
제2금형(232)의 내부에는 액체 상태의 절연 물질이 통과하기 위한 유로(24)가 형성되고, 제2금형(232)의 하면에는 배터리 모듈(100)의 전지 셀의 이격 공간을 충진하기 위한 복수의 유출구(42)가 형성된다. 상기 복수의 유출구(42)의 개수는 전지 셀의 이격 공간 개수와 비례하여 제2금형(232)에 형성될 수 있다. 즉, 유출구(42)의 개수와 전지 셀 간의 이격 공간의 개수는 동일할 수 있다. 도 3과 도 7를 참조하여 예를 들면, 전지 셀간의 이격 공간의 개수가 8개인 경우, 8개의 유출구(42)가 제2금형(232)에 형성될 수 있으며, 상기 유출구(42)가 형성되는 위치는 전지 셀간의 이격 공간의 위치와 대응된다.
제2금형(232)에 형성되는 유로(41)는 각 유출구(42)에 절연 물질이 도달하는 양을 실질적으로 동일하게 위하여, 복수의 분기점(b)이 형성될 수도 있다. 즉, 제2금형(232)에 유로(41)에 형성된 복수의 분기점(b)에 의해, 액체 상태의 절연 물질이 동일한 양으로 분배되어, 결과적으로 유출구(42)에서 유출되는 절연 물질의 양이 실절적으로 동일하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 주입 장치의 건(212)을 통해서 액체 상태의 절연 물질이 주입되면, 상기 절연 물질은 냉각판(221)의 유로(32)로 일차적으로 흘러 들어가 온도가 하락하고, 냉각판(221)을 경유한 액체 상태의 절연 물질은 제2금형(232)의 유로(41)를 통과하여 분기된 후에 유출구(42)를 통해 유출되어, 배터리 모듈(100)에 주입된다. 배터리 모듈(100)에 주입된 절연 물질은 배터리 모듈(100)의 전지 셀 사이에 충진되고, 또한 연결 보드의 버스 바 사이에도 충진되며, 마지막으로 버스 바(121)의 노출면을 도포한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 모듈에 절연 물질을 형성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 절연 물질이 형성되기 전의 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 절연 물질이 형성되기 전의 배터리 모듈을 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 절연 물질이 충진되기 전의 셀 어셈블리의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, S401 단계에서 셀 어셈블리(110)와 연결 보드(120)를 결합한다.
상기 연결 보드(120)에는 도전성 금속 물질의 버스 바(121)가 구비되어 있고, 상기 버스 바(121)와 전지 셀(C)의 전극 리드(111)가 용접되어 결합된다. 즉, 연결 보드(120)의 버스 바(121)의 일면과 전극 리드(111)의 일면이 용접되어, 전기적으로 연결된다. 상기 전극 리드(111)는 버스 바(121)의 일면과 결합이 용이하게 하기 위하여, 전극 리드(111)는 90도 절곡되고, 절곡된 면이 상기 버스 바(121)의 일면과 용접될 수 있다. 초음파 용접, 레이저 용접 등과 같은 다양한 용접 기법을 통해서 상기 전극 리드(111)와 버스 바(121)가 결합될 수 있다.
상기 셀 어셈블리(110)는, 하나 이상의 전지 셀(C)을 포함한다. 즉, 하나 이상의 전지 셀(C)이 모여서 셀 어셈블리(110)를 구성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 전지 셀(C)은 일 방향으로 적층되어 셀 어셈블리(110)를 구성할 수 있다. 상기 셀 어셈블리(110)에는 전지 셀들이 적층될 수 있는 공간이 형성하는 프레임을 포함하고, 상기 프레임에 전지 셀들이 적층되어 배치된다.
각각의 전지 셀(C)는, 셀 케이스에 의해서 커버될 수 있다. 상기 셀 케이스는 복수의 전지 셀을 커버하고, 전지 셀(C)의 전극 리드는 셀 케이스에 노출될 수도 있다. 상기 전지 셀(C)은 셀 어셈블리(110)에서 일정한 간격으로 배치되고, 전지 셀(C) 간에는 일정한 거리로 이격되어 셀 어셈블리(110)에 적층된다.
각각의 전지 셀(C)은 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지 셀, 리튬 폴리머 전지 셀, 니켈 카드늄 전지 셀, 니켈 수소 전지 셀, 니켈 아연 전지 셀 등으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 셀 어셈블리(110)에 포함되는 전지 셀(C)의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 그러나 본 발명이 전지 셀(C)의 종류, 출력 전압, 충방전 용량 등에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 전기 셀(C)의 전기적 연결 방법에 따라 제한되지 않는다.
도 7을 참조하면, 셀 어셈블리 내에 적층된 전지 셀(C)들은 일정 간격(d)으로 이격되고 있으며, 절연 물질이 충진되기 전에는 전지 셀(C) 사이에 상기 간격에 해당하는 공간이 형성된다.
이렇게 전지 셀(C) 사이에 이격 공간이 형성되는 경우, 외부의 충격로 인하여 전지 셀(C)의 간격이 변경되어 전지 셀들(C)이 서로 인접될 수 있고, 이렇게 전지 셀(C)이 인접되는 경우 전지 셀(C)들의 접촉으로 인하여 쇼트가 발생할 수 있는 위험성이 있다. 후술하는 바와 같이, 전지 셀(C) 간의 이격 공간에는 절연 물질(130)이 충진되어, 외부 충격으로부터 전지 셀(C)이 유동할 수 있는 공간을 상기 절연 물질(130)이 채운다.
S403 단계에서, 배터리 모듈(100)을 제1금형(231)의 수용 공간에 안착시킨다. S403 단계에서는, 배터리 모듈(100)에 절연 물질을 주입하기 위하여, 배터리 모듈(100)이 제1금형(231)에 안착된다. 이때, 배터리 모듈(100)에서 버스 바(121)가 노출되도록 상기 배터리 모듈(100)이 제1금형(231)에 안착된다. 즉, 버스 바(121)가 상방향으로 위치되도록 상기 배터리 모듈(100)이 제1금형(231)에 안착된다.
S405 단계에서, 제1금형(231)의 상면에 제2금형(232)의 하면을 결합한다. 이에 따라, 버스 바(121)와 상기 제1금형(232)의 하면이 일정 거리만큼 이격된 상태가 된다. 또한, 전지 셀(C) 간의 각 이격 공간과 대응되는 상 방향 위치에 제1금형(232)의 유출구(42)가 위치하게 된다.
S407 단계에서, 제2금형(232)의 상면에 냉각판(221)의 하면이 결합된다.
이렇게 금형과 냉각판(221)이 결합되면, S409 단계에서 주입 장치를 통해서 액체 상태의 절연 물질(130)이 냉각판(221)의 유로(32)로 주입된다. 즉, 주입 장치의 건(212)이 냉각판(221)의 유로 주입구의 상부에 위치한 상태에서, 저장소(211)에 저장된 액체 형태의 절열 물질이 건(212)을 통해서 상기 냉각판(221)의 유로(32)로 투입된다.
냉각판(221)의 유로(32)에 투입된 고온 액체 상태의 절연 물질은 냉각판(221)에서 냉각되고, 이 냉각된 액체 상태의 절연 물질은 제2금형(232)의 유로(41)로 유입되고, 제2금형(232)의 유로(41)를 경유한 액체 상태의 절연 물질은 복수의 유출구(42)로 배출되어 최종적으로 배터리 모듈(100)로 주입된다.
상기 주입 장치는 셀 어셈블리(110)의 전지 셀 사이의 이격 공간이 절연 물질로 충진되고, 버스 바(121) 사이의 이격 공간이 상기 절연 물질로 충진되며, 버스 바(121)의 노출면이 절연 물질로 도포될 때까지 절연 물질의 주입을 계속한다. 부연하면, 제2금형(232)의 유로(41)에 형성된 다수의 유출구(42)를 통해서 유출되는 절연 물질은, 주입 장치를 통해서 계속적으로 주입되어, 셀 어셈블리(110)의 전지 셀 사이에 형성된 이격 공간을 하부에서부터 상부까지 순차적으로 충진한 후, 버스 바(121) 사이의 이격 공간을 하부에서부터 상부까지 순차적으로 충진한다. 또한, 버스 바(121) 사이의 이격 공간이 충진이 완료된 상태에서, 절연 물질이 계속적으로 주입되어 버스 바(121)의 노출면을 도포한다.
버스 바(121)의 노출면이 소정 두께의 절연 물질로 도포되면, 주입 장치는 절연 물질의 주입을 중단한다. 즉, 상기 주입 장치는 소정의 두께로 절연 물질이 버스 바(121)를 도포한 경우, 상기 절연 물질을 주입을 중단한다.
절연 물질의 주입이 중단되면, S411 단계에서 절연 물질을 경화시켜, 고체 상태가 되게 한다. 절연 물질을 경화시키기 전에, 버스 바(121)의 노출면에 도포된 절연 물질의 평탄화시키는 과정이 추가될 수 있다.
절연 물질의 경화가 완료되면 S413 단계에서 금형(230)으로부터 배터리 모듈(100)을 분리한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 절연 물질이 주입된 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 절연 물질이 충진된 셀 어셈블리의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 절연 물질(130)이 셀 어셈블리(110)의 전지 셀(C) 사이에 충진되어, 전지 셀(C) 간의 이격 공간을 메운다. 이에 따라, 전지 셀(C) 간에 형성된 이격 공간이 없어져, 외부의 충격이 발생하여도 전지 셀(C)의 간격이 일정하게 유지된다.
또한, 연결 보드(120)의 내의 버스 바(121) 사이에는 절연 물질(130)이 충진되어, 외부의 충격으로부터 버스 바(121) 간격을 일정하게 유지시킨다.
게다가, 연결 보드(120)의 버스 바(121)의 타 면(즉, 노출면)에도, 절연 물질(130)이 도포됨으로써, 연결 보드(120)의 버스 바(121)가 절연 물질(130)로 커버된다. 이러한 절연 물질(130)이 연결 보드(120)에 도포됨에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 별도의 연결 보드 커버가 불필요한 구성이 되고, 연결 보드 커버에 따른 비용을 절감하게 된다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(100) 이외에, 이러한 배터리 모듈(100)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(100)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 모듈(100)은, 자동차의 전장품에 전력을 공급하거나, 자동차에 구동력을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전지 셀 사이의 빈 공간을 절연 물질이 채워지도록 배터리 모듈(100)에 절연 물질(130)을 형성시킴으로써, 외부의 충격에도 전지 셀 간의 간격을 안전하게 유지시켜 배터리 모듈의 안정성을 향상시킨다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연결 보드(120)에 구비된 버스 바 사이의 빈 공간을 절연 물질이 채워지도록 배터리 모듈(100)에 절연 물질을 충진함으로써, 외부의 충격에도 버스 바 사이의 간격을 안전하게 유지시킨다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 버스 바(121)가 노출된 일 측면을 절연 물질로 코팅되도록 배터리 모듈에 절연 물질을 도포함으로써, 기존의 연결 보드 커버의 필요성을 제거하여 배터리 모듈의 제조단가를 낮출 수 있고, 더불어 외부 충격으로 발생될 수 있는 버스 바(121) 노출을 예방할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 시스템을 이용하여 절연 물질을 배터리 모듈의 일정 부위에 형성시킴으로써, 공정 시간을 단축하고 공정의 효율성을 향상시킨다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : 배터리 모듈 110 : 셀 어셈블리
111 : 전극 리드 120 : 연결 보드
121 : 버스 바 130 : 절연 물질
C : 전지 셀 211 : 저장소
212 : 건 213 : 통로관
221 : 냉각판 222 : 냉매 순환 장치
223 : 파이프 230 : 금형
240 : 작업 프레임 31 : 냉매 순환 통로
32, 41 : 유로 42 : 유출구

Claims (16)

  1. 복수의 전지 셀로 구성되는 셀 어셈블리 및 상기 셀 어셈블리와 결합된 연결 보드를 포함하는 배터리 모듈에 절연 물질을 형성시키는 시스템으로서,
    상기 배터리 모듈이 안착되는 금형; 및
    상기 금형에 안착된 배터리 모듈에 절연 물질을 주입하여, 상기 셀 어셈블리의 전지 셀 사이에 상기 절연 물질을 충진하는 주입 장치;를 포함하고,
    상기 주입 장치는,
    상기 배터리 모듈에 상기 절연 물질을 주입하여, 상기 연결 보드에 형성된 버스 바 사이에 상기 절연 물질을 충진시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주입 장치는,
    상기 배터리 모듈에 상기 절연 물질을 주입하여, 상기 버스 바에 상기 절연 물질을 도포시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 금형은,
    상기 배터리 모듈이 안착되는 공간을 형성하는 제1금형; 및
    상기 제1금형과 결합되어 상기 안착된 배터리 모듈의 상부에 위치하며 절연 물질이 통과하는 유로가 형성되는 제2금형;을 포함하고,
    상기 주입 장치에서 주입된 절연 물질은 상기 금형에 형성된 유로를 경유하여 상기 배터리 모듈로 주입되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2금형의 하면에는 전지 셀의 이격 공간의 개수와 비례하여 유출구가 형성되고,
    상기 유출구는, 상기 전지 셀의 이격 공간 위치와 대응되어 상기 제2금형에 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 주입 장치에서 주입되는 절연 물질을 냉각시켜, 상기 제2금형에 형성된 유로로 제공하는 냉각 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 상기 제2금형의 상면과 결합되는 냉각판을 포함하고,
    상기 냉각판에는 상기 주입 장치를 통해서 주입된 절연 물질이 경유하는 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 장치와 상기 제2금형이 결합되면, 상기 냉각판의 유로와 상기 제2금형의 유로가 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각판에는 냉매가 순환되는 냉매 순환 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 주입 장치는,
    액체 상태의 절연 물질이 보관되는 저장소; 및
    상기 저장소에 보관된 절연 물질을 상기 배터리 모듈로 주입하는 건(gun);을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 액체 상태의 절연 물질은 배터리 모듈로 주입된 후에 경화되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 복수의 전지 셀로 구성되는 셀 어셈블리 및 상기 셀 어셈블리와 결합된 연결 보드를 포함하는 배터리 모듈에 절연 물질을 형성시키는 방법으로서,
    상기 배터리 모듈을 금형에 안착시키는 안착 단계;
    상기 금형에 안착된 배터리 모듈에 액체 상태의 절연 물질을 주입하여, 전지 셀 사이에 상기 액체 상태의 절연 물질을 충진하는 충진 단계; 및
    상기 배터리 모듈에 주입된 절연 물질을 경화시키는 경화 단계;를 포함하고,
    상기 충진 단계는,
    상기 연결 보드의 버스 바 사이에 절연 물질을 충진하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 물질 형성 방법.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 충진 단계는,
    상기 버스 바의 노출면을 상기 절연 물질로 도포하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 물질 형성 방법.
  15. 제 12 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 금형은, 상기 배터리 모듈이 안착되는 공간을 형성하는 제1금형; 및 상기 제1금형과 결합되어 상기 안착된 배터리 모듈의 상부에 위치하며 절연 물질이 통과하는 유로가 형성되는 제2금형;을 포함하고,
    상기 충진 단계는,
    상기 액체 상태의 절연 물질을 상기 제2금형에 형성된 유로를 경유하여 상기 배터리 모듈로 주입시키는 것을 특징으로 하는 절연 물질 형성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 충진 단계는,
    상기 액체 상태의 절연 물질을 냉각시키고, 냉각된 액체 상태의 절연 물질을 상기 제2금형의 유로를 경유하여 상기 배터리 모듈로 주입시키는 것을 특징으로 하는 절연 물질 형성 방법.

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