KR102090254B1 - Battery module and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

간단하고 콤팩트하면서도 배터리 셀의 고정이 확실한 배터리 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 둘 이상의 파우치형 배터리 셀들; 및 상기 배터리 셀들을 수납하며 상기 배터리 셀들의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구와 제2 개구를 형성하는 사각관체 모노 프레임을 포함하고, 상기 배터리 셀의 대면적 면과 상기 모노 프레임이 맞닿는 면에 암/수 벨크로 테이프를 구비하여, 상기 암/수 벨크로 테이프 결합에 의해 상기 배터리 셀이 상기 모노 프레임에 고정이 되어 있는 것이 특징이다. Provided is a simple and compact battery module that is securely fixed to a battery cell and a method of manufacturing the same. The battery module according to the present invention, two or more pouch-shaped battery cells; And a square tube mono frame accommodating the battery cells and forming a first opening and a second opening that are opened on both sides in the longitudinal direction of the battery cells, and a large area surface of the battery cell and a surface where the mono frame abuts. It is characterized by having a male / female velcro tape so that the battery cell is fixed to the mono frame by the male / female velcro tape combination.

Description

배터리 모듈 및 그 제조 방법{Battery module and method for fabricating the same}Battery module and method for fabricating the same}

본 발명은 배터리 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 셀들의 고정 구조를 개선한 배터리 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이기도 하다.The present invention relates to a battery module and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a battery module and a method for manufacturing the battery module with improved fixing structure. The invention also relates to a battery pack comprising such a battery module.

제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.A secondary battery having high applicability according to the product group and having electrical characteristics such as high energy density, etc. is not only portable devices, but also electric vehicles (EV, Electric Vehicle) or hybrid vehicles (HEV) driven by electric driving sources. It is used universally. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency enhancement, in that they do not generate any by-products due to the use of energy, as well as a primary advantage that can dramatically reduce the use of fossil fuels.

현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.Currently widely used secondary batteries include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, and nickel zinc batteries. The operating voltage of the unit secondary battery cell, that is, the unit battery cell is about 2.5V to 4.2V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series. In addition, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to charge and discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge / discharge capacity.

한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 복수 개의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.On the other hand, when a battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series / parallel, a battery module composed of a plurality of battery cells is first configured, and other components are added to configure a battery pack using the plurality of battery modules. How to do this is common.

여기서, 종래 배터리 모듈에서는 배터리 셀들의 적층을 가이드 함과 아울러 배터리 셀들의 유동을 방지할 수 있게 적어도 하나의 배터리 셀이 내부에 장착되는 적어도 하나의 셀 카트리지가 구비된다. 이러한 셀 카트리지는 일반적으로 상호 적층될 수 있게 복수 개로 구비되어, 복수 개의 배터리 셀들의 적층을 가이드하게 된다. 셀 카트리지를 이용하여 배터리 셀을 구속하는 방식의 기존 배터리 모듈에서는 일반적으로 배터리 셀의 면 방향에 압력을 가하는 형태로 배터리 셀의 움직임을 구속하여, 진동이나 충격에서도 배터리 셀이 고정 위치에서 흔들리지 않도록 한다. 또한, 전극의 팽창과 가스 발생으로 인한 배터리 셀의 부피 팽창을 완충할 수 있는 패드가 삽입되어져 왔다. Here, the conventional battery module is provided with at least one cell cartridge in which at least one battery cell is mounted therein to guide the stacking of battery cells and prevent the flow of battery cells. In general, a plurality of such cell cartridges may be stacked to guide each other to guide the stacking of the plurality of battery cells. In a conventional battery module in which a battery cell is constrained using a cell cartridge, the movement of the battery cell is generally restrained by applying pressure to the surface direction of the battery cell, so that the battery cell is not shaken in a fixed position even under vibration or shock. . In addition, pads capable of cushioning the expansion of the electrode and the expansion of the volume of the battery cell due to gas generation have been inserted.

도 1은 종래 배터리 셀과 결합된 셀 카트리지의 개략적인 상면도이고, 도 2는 도 1의 II-II' 단면도이다.1 is a schematic top view of a cell cartridge combined with a conventional battery cell, and FIG. 2 is a II-II 'sectional view of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 셀 카트리지(2)는 배터리 셀 바디(body)의 모서리 부분을 고정할 수 있는 형태를 갖도록 사출 제작되고, 두 개의 배터리 셀(1)은 셀 카트리지(2)에 장착 시, 테두리를 이루는 모서리가 셀 카트리지(2) 내부에 끼워지면서 셀 카트리지(2) 내부에 수용된다. 이에 따라, 종래 배터리 모듈에서는, 배터리 셀(1)의 모서리가 셀 카트리지(2) 내부에 끼워질 때, 장착 시 발생할 수 있는 충격이나 진동 등이 배터리 셀(1)의 모서리로 전달될 수 있고, 배터리 셀(1) 내부의 전극 조립체 또는 전극 리드(3)가 파손되는 등 배터리 셀(1)의 손상이 발생될 수 있는 문제가 있다. 1 and 2, the cell cartridge 2 is injection-molded to have a shape capable of fixing a corner portion of the battery cell body, and the two battery cells 1 are attached to the cell cartridge 2 When mounted, the edges forming the rim are accommodated inside the cell cartridge 2 while being fitted inside the cell cartridge 2. Accordingly, in the conventional battery module, when the edge of the battery cell 1 is fitted inside the cell cartridge 2, shock or vibration that may occur during installation can be transmitted to the edge of the battery cell 1, There is a problem that damage to the battery cell 1 may occur, such as the electrode assembly or the electrode lead 3 inside the battery cell 1 being damaged.

도 2의 III 부분 확대도인 도 3을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면, "a"로 표시한 부분에서 배터리 셀(1) 숄더(shoulder)부와 셀 카트리지(2)의 접촉으로 x 방향으로의 움직임을 구속할 수 있으나, 지속적인 눌림에 의해 배터리 셀(1) 내부의 분리막 두께가 얇아지거나, 전극 끝단이 파괴되어 쇼트가 발생할 우려가 있다. Looking more specifically with reference to FIG. 3, which is an enlarged view of part III of FIG. 2, in the direction indicated by “a”, the battery cell 1 shoulder portion and the cell cartridge 2 contact with each other in the x direction. Although movement can be restrained, there is a fear that the thickness of the separator inside the battery cell 1 may be thinned due to continuous pressing or the end of the electrode may be destroyed, resulting in a short circuit.

또한, "b"로 표시한 부분과 같이 두 배터리 셀(1)의 전극 리드(3)는 용접에 의해 고정되어 있는 반면, 배터리 셀(1) 바디는 진동, 충격에 의하여 x 방향으로 유동될 수 있으므로 배터리 셀(1)의 리드(3)가 손상될 수 있다. In addition, as shown by the "b", the electrode leads 3 of the two battery cells 1 are fixed by welding, while the body of the battery cells 1 can flow in the x direction due to vibration and shock. Therefore, the lead 3 of the battery cell 1 may be damaged.

뿐만 아니라, "c"로 표시한 부분을 보면 배터리 셀(1)의 모서리가 셀 카트리지(2) 등 상대물과 접촉되어 있다. 이에 따라 배터리 셀(1) 충방전 및 BOL -> EOL 과정에서 셀 스웰링(swelling)이 발생하는 상황이 생길 경우, 내부 가스 포켓(gas pocket) 영역을 확보하는 데에 어려움이 있으며, 배터리 셀(1) 내부의 초음파 융착 부분이 손상되어 쇼트가 발생할 우려가 가중된다. 배터리 셀(1)의 모서리가 셀 카트리지(2) 등 상대물과 접촉되지 않도록 셀 카트리지(2) 구조를 변경하는 경우, 배터리 셀(1) 길이 방향 고정 구조를 확보하는 데에 어려움이 있다.In addition, if you look at the part marked with "c", the edge of the battery cell 1 is in contact with the counterpart such as the cell cartridge 2. Accordingly, when a cell swelling occurs in the process of charging and discharging the battery cell 1 and BOL-> EOL, it is difficult to secure an internal gas pocket area, and the battery cell ( 1) The internal ultrasonic welding part is damaged, which increases the possibility of short circuit. When the structure of the cell cartridge 2 is changed so that the edge of the battery cell 1 does not contact the counterpart such as the cell cartridge 2, it is difficult to secure the fixed structure of the battery cell 1 in the longitudinal direction.

이와 같이 종래 배터리 모듈 구조는 여러 문제점이 있어 새로운 모듈 구조가 필요하다.As described above, the conventional battery module structure has several problems, and a new module structure is required.

배터리 모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스의 수용공간 및 출력 등과 직접적 관련성이 있으므로, 제조업체들은 고출력을 담보하면서도 소형화, 경량화가 가능한 배터리 모듈을 제조하려고 노력하고 있는 실정이다. 이를 위해서는 기존의 셀 카트리지 방식을 탈피하여, 전체 배터리 팩의 구조가 복잡해지지 않고 공간을 많이 차지하지 않도록, 간단하고 콤팩트하면서도 배터리 셀의 고정이 확실한 모듈 구조 개발이 필요하다.Since the size and weight of the battery module are directly related to the storage space and output of the medium and large-sized device, manufacturers are trying to manufacture a battery module capable of miniaturization and light weight while ensuring high output. For this, it is necessary to develop a simple and compact module structure that secures the fixing of the battery cells so that the structure of the entire battery pack is not complicated and does not take up a lot of space.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간단하고 콤팩트하면서도 배터리 셀의 고정이 확실한 배터리 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a battery module and a method for manufacturing the battery module, which are simple and compact, but have a fixed battery cell.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 둘 이상의 파우치형 배터리 셀들; 및 상기 배터리 셀들을 수납하며 상기 배터리 셀들의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구와 제2 개구를 형성하는 사각관체 모노 프레임을 포함하고, 상기 배터리 셀의 대면적 면과 상기 모노 프레임이 맞닿는 면에 암/수 벨크로 테이프를 구비하여, 상기 암/수 벨크로 테이프 결합에 의해 상기 배터리 셀이 상기 모노 프레임에 고정이 되어 있는 것이 특징이다.In order to solve the above problems, the battery module according to the present invention, two or more pouch-type battery cells; And a square tube mono frame accommodating the battery cells and forming a first opening and a second opening that are opened on both sides in the longitudinal direction of the battery cells, and a large area surface of the battery cell and a surface where the mono frame abuts. It is characterized by having a male / female velcro tape so that the battery cell is fixed to the mono frame by the male / female velcro tape combination.

상기 암/수 벨크로 테이프는 UL94 V-1 이상 등급의 난연성 소재인 것이 바람직하다.The male / female velcro tape is preferably a flame retardant material rated at UL94 V-1 or higher.

상기 암/수 벨크로 테이프는 절연파괴강도 10kV/mm 이상의 절연성 소재인 것이 바람직하다.The male / male velcro tape is preferably an insulating material having an insulation breaking strength of 10 kV / mm or more.

상기 암/수 벨크로 테이프는 접착력이 1,000gf/inch 이상인 것이 바람직하다.The male / female velcro tape preferably has an adhesive strength of 1,000 gf / inch or more.

상기 암/수 벨크로 테이프는 결합 후 두께가 2mm 미만인 것이 바람직하다.The male / female velcro tape preferably has a thickness of less than 2 mm after bonding.

상기 배터리 셀간 및 배터리 셀과 외부단자와의 연결은 외부에서 미리 접속되어 연결된 후 상기 모노 프레임에 삽입될 수 있다.The connection between the battery cells and the connection between the battery cell and the external terminal may be inserted into the mono frame after being connected in advance from the outside.

상기 배터리 셀의 외장재는 열융착되는 내부 수지층 및 외부 수지층만으로 구성될 수 있다.The exterior material of the battery cell may be composed of only an inner resin layer and an outer resin layer that are heat-sealed.

상기 배터리 셀의 전극단자들은 일방향 또는 양방향으로 형성된 것일 수 있다.The electrode terminals of the battery cell may be formed in one direction or both directions.

상기 배터리 셀의 전극단자들은 상기 배터리 모듈의 한 면 또는 두 면에서 직렬 또는 병렬로 전기적 연결되는 것일 수 있다.The electrode terminals of the battery cell may be electrically connected in series or in parallel on one or both sides of the battery module.

상기 모노 프레임은 금속 소재로 이루어진 것일 수 있다.The mono frame may be made of a metal material.

본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은, 둘 이상의 파우치형 배터리 셀들을 적층하고 최외측 배터리 셀의 바깥쪽 대면적 면에 암/수 벨크로 테이프를 부착하는 단계; 상기 배터리 셀들을 수납하며 상기 배터리 셀들의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구와 제2 개구를 형성하는 사각관체 모노 프레임을 준비하여 그 내면에 상기 암/수 벨크로 테이프와 결합하고자 하는 위치에 짝을 이루는 암/수 벨크로 테이프를 부착하는 단계; 상기 벨크로 테이프들이 결합되지 않게 필름지를 개재하여 상기 배터리 셀들을 상기 모노 프레임의 제1 개구 또는 제2 개구를 통하여 삽입하는 단계; 및 상기 필름지를 제거하여 상기 벨크로 테이프들끼리 결합되도록 하는 단계를 포함한다.A battery module manufacturing method according to the present invention comprises the steps of laminating two or more pouch-type battery cells and attaching a male / female velcro tape to the outer large area of the outermost battery cell; A rectangular tubular mono frame is formed to receive the battery cells and form first openings and second openings which are opened on both sides in the longitudinal direction of the battery cells, and are paired at positions to be combined with the female / male velcro tapes on the inner surface. Attaching the male / female velcro tapes to form; Inserting the battery cells through a first opening or a second opening of the mono frame through a film sheet so that the Velcro tapes are not bonded; And removing the film paper so that the Velcro tapes are combined.

상기 필름지를 상기 모노 프레임 안에 먼저 위치시킨 후 상기 모노 프레임 안으로 상기 배터리 셀들을 삽입하는 것이 바람직하다.It is preferable to first place the film paper in the mono frame and then insert the battery cells into the mono frame.

상기 필름지는 상기 모노 프레임의 제1 개구 및 제2 개구 외부로 노출되는 단부를 갖는 시트 형상이며, 상기 배터리 셀들을 삽입한 다음, 상기 배터리 셀들을 삽입한 방향을 따라 상기 모노 프레임으로부터 제거하는 것일 수 있다.The film paper has a sheet shape having ends exposed outside the first opening and the second opening of the mono frame, and may be removed from the mono frame along the direction in which the battery cells are inserted after inserting the battery cells. have.

본 발명은 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩도 제공한다.The present invention also provides a battery pack including such a battery module.

상기 배터리 팩은 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 상기 중대형 디바이스는 파워 툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric Golf Cart); 전기 트럭; 전기 상용차 또는 전력 저장용 시스템일 수 있다.The battery pack may be used as a power source for medium and large devices, and the medium and large devices may include a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Electric two-wheeled vehicles including E-bikes and E-scooters; Electric Golf Cart (Electric Golf Cart); Electric truck; It may be an electric commercial vehicle or a system for power storage.

본 발명에 따르면, 종래의 셀 카트리지가 아닌 사각관체 모노 프레임 타입의 모듈 케이스를 이용하고, 배터리 셀과 모노 프레임 사이에 벨크로 테이프를 개재하여 이 벨크로 테이프를 통하여 모노 프레임과 배터리 셀을 고정한다. 이에 따라 종래처럼 셀 카트리지가 배터리 셀의 모서리를 끼워 눌러 고정하는 구조가 아니어도 되므로 전체 배터리 모듈의 설계의 여유도가 증가하며, 기존에 배터리 셀의 모서리가 셀 카트리지 내부에 끼워질 때 장착 시 발생할 수 있는 충격이나 진동 등이 배터리 셀의 모서리로 전달되는 문제를 해결할 수 있다.According to the present invention, instead of a conventional cell cartridge, a square tube mono-frame type module case is used, and a velcro tape is interposed between the battery cell and the mono frame to fix the mono frame and the battery cell through the velcro tape. Accordingly, since the cell cartridge does not need to be structured to press and hold the edge of the battery cell as in the prior art, the margin of design of the entire battery module increases, and when the edge of the battery cell is fitted into the cell cartridge, it may occur when mounting. It is possible to solve the problem that the shock or vibration that can be transmitted to the edge of the battery cell.

특히 본 발명에 따르면, 배터리 셀 숄더부에 어떠한 기계적 압력도 가해지지 않는다. 이에 따라, 지속적인 눌림에 의해 배터리 셀 내부의 분리막 두께가 얇아지거나, 전극 끝단이 파괴되어 쇼트가 발생할 우려를 원천 차단할 수 있다. In particular, according to the present invention, no mechanical pressure is applied to the battery cell shoulder. Accordingly, the thickness of the separator inside the battery cell may be thinned or the electrode end may be destroyed due to continuous pressing, thereby preventing the possibility of short circuit.

이처럼, 본 발명에 따르면, 벨크로 테이프를 통한 고정에 의해 셀 카트리지가 아닌 모노 프레임으로 변경될 수 있고, 이에 따라 배터리 셀이 셀 카트리지 내부에 장착 및 결합 유지될 때에 충격이나 진동 등이 배터리 셀의 모서리로 전달되는 것을 방지할 수 있고, 지속적인 눌림에 의한 문제가 없으며 가스 포켓 영역을 확보할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 배터리 셀의 셀 카트리지 장착 및 결합 유지시, 배터리 셀의 손상을 방지할 수 있으며, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, it can be changed into a mono frame rather than a cell cartridge by fixing through a velcro tape, so that when the battery cell is mounted and held inside the cell cartridge, shock or vibration, etc., can be changed to the edge of the battery cell. It can be prevented from being transferred to, there is no problem due to continuous pressing and has the advantage of securing the gas pocket area. Accordingly, damage to the battery cells can be prevented when the battery cartridge is mounted and maintained in the battery cell, and a battery pack including such a battery module can be provided.

이러한 배터리 모듈 및 배터리 팩은 외부 진동에 대하여 배터리 셀을 보호하는 효과가 탁월하므로 외부 진동에 수시로 노출되는 자동차 등에 적용하기에 유리하다.The battery module and the battery pack have an excellent effect of protecting the battery cell against external vibration, and thus are advantageous for application to automobiles that are frequently exposed to external vibration.

본 발명에 따르면, 배터리 셀과 모노 프레임 사이를 확실히 고정할 수 있고, 배터리 셀 사용에 따른 부피 팽창시에도 이러한 팽창을 수용할 수 있는 안정적인 공간을 제공한다. 기존의 셀 카트리지 방식을 이용한다면 패드의 양면 테이프로 인해 모노 프레임 안에 배터리 셀들을 삽입하는 것이 불가능하다. 본 발명에서는 벨크로 테이프를 이용함으로써 배터리 셀과 모노 프레임간 조립을 수월하게 하고, 진동, 충격에 의한 배터리 셀의 위치 고정을 견고하게 할 수 있으며, 배터리 셀이 스웰링되더라도 이를 수용할 수 있다.According to the present invention, it is possible to securely fix the battery cell and the mono frame, and provides a stable space to accommodate such expansion even when the volume is expanded according to the use of the battery cell. If using the existing cell cartridge method, it is impossible to insert the battery cells in the mono frame due to the double-sided tape of the pad. In the present invention, by using the Velcro tape, the assembly between the battery cell and the mono frame is facilitated, and the position of the battery cell can be secured by vibration and shock, and even if the battery cell is swelled, it can be accommodated.

본 발명에 따르면, 벨크로 테이프로는 난연성 및/또는 절연성 소재를 활용함으로써, 모노 프레임 내부의 절연 처리가 가능하므로 조립 공정성/고정/공간 효율을 최대화할 수 있다. According to the present invention, by using a flame retardant and / or insulating material as the Velcro tape, the insulation process inside the mono frame is possible, so that the assembly processability / fixation / space efficiency can be maximized.

이와 같이 본 발명은 기존의 셀 카트리지 방식을 탈피하여, 전체 배터리 팩의 구조가 복잡해지지 않고 공간을 많이 차지하지 않으면서도 간단하고 콤팩트한 배터리 모듈을 제공할 수 있고, 배터리 셀과 모듈 케이스간의 고정이 확실해진다.As described above, the present invention breaks the existing cell cartridge method, and the structure of the entire battery pack is not complicated, and a simple and compact battery module can be provided without taking up a lot of space, and fixing between the battery cell and the module case is easy. It becomes clear.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래 배터리 셀과 결합된 셀 카트리지의 개략적인 상면도이다.
도 2는 도 1의 II-II' 단면도이다.
도 3은 도 2의 III 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 배터리 모듈의 개략적인 정면도이다.
도 6은 도 4의 배터리 모듈의 측면 투영도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법의 순서도이다.
도 8 내지 도 10은 도 7의 순서도에 따라 공정별 개략도들이다.
도 11은 도 10의 II-II' 단면도이다.
The following drawings attached to this specification are intended to illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described below, and thus the present invention is described in such drawings. It is not limited to interpretation.
1 is a schematic top view of a cell cartridge combined with a conventional battery cell.
FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II 'in FIG. 1.
3 is an enlarged view of part III of FIG. 2.
4 is a schematic perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic front view of the battery module of FIG. 4.
6 is a side projection view of the battery module of FIG. 4.
7 is a flowchart of a method for manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention.
8 to 10 are schematic diagrams for each process according to the flowchart of FIG. 7.
11 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG. 10.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다. The present invention will become more apparent by describing the preferred embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood that the embodiments described herein are illustratively shown to help understanding of the present invention, and that the present invention can be implemented in various ways differently from the embodiments described herein. In addition, in order to help the understanding of the invention, the accompanying drawings are not drawn to scale, but the dimensions of some components may be exaggerated.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are attached to the same or similar elements throughout the specification.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다. 도 5는 도 4의 배터리 모듈의 개략적인 정면도이고, 도 6은 도 4의 배터리 모듈의 측면 투영도이다. 도 5에서는 도시의 편의를 위해 각 부재 사이에 소정의 이격 공간이 있는 것으로 표현하였으나, 이러한 이격 공간은 실질적으로 없을 수 있고, 있다고 해도 무시할 수 있는 수준이다. 4 is a schematic perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic front view of the battery module of FIG. 4, and FIG. 6 is a side projection view of the battery module of FIG. 4. In FIG. 5, for convenience of illustration, although it is expressed that there is a predetermined space between each member, the space may be substantially absent and even negligible.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 배터리 모듈(100)은, 둘 이상의 파우치형 배터리 셀(110)들 및 배터리 셀(110)들을 수납하는 모노 프레임(120)을 포함한다.4 to 6, the battery module 100 includes two or more pouch-shaped battery cells 110 and a mono frame 120 that houses the battery cells 110.

모노 프레임(120)은 배터리 셀(110)들의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구(130)와 제2 개구(140)를 형성하는 사각관체이다. The mono frame 120 is a square tube forming a first opening 130 and a second opening 140 that are open on both sides in the longitudinal direction of the battery cells 110.

제1 개구(130)와 제2 개구(140)는 모노 프레임(120)에서 배터리 셀(110)들의 길이 방향 양측으로 개방되어 있다. 즉 모노 프레임(120)은 서로 마주하는 방향 양측을 개방하고, 나머지 4면들을 연결하는 사각관체로 형성된다. The first opening 130 and the second opening 140 are opened on both sides in the longitudinal direction of the battery cells 110 in the mono frame 120. That is, the mono frame 120 is formed of a square tube that opens both sides facing each other and connects the remaining four surfaces.

예를 들면, 모노 프레임(120) 안에는 배터리 셀들(110)들을 4~10개 적층하여 길이 방향에 수직으로 나란한 배치로 내장할 수 있다. For example, 4 to 10 battery cells 110 may be stacked in the mono frame 120 to be built in a vertically parallel arrangement.

배터리 셀(110)의 대면적 면과 모노 프레임(120)이 맞닿는 면에는 각각 벨크로 테이프(112, 122)을 구비하여, 이들 벨크로 테이프(112, 122) 결합에 의해 배터리 셀(110)이 모노 프레임(120)에 고정이 되어 있다. Velcro tapes 112 and 122 are provided on the surfaces of the battery cells 110 and the mono frame 120, respectively, so that the battery cells 110 are mono-framed by combining the Velcro tapes 112 and 122. It is fixed to (120).

배터리 셀들(110)끼리는 전극단자(116)가 서로 연결되므로 배터리 셀 적층체의 최외각에 있는 배터리 셀에만 벨크로 테이프(112)를 구비하여도 배터리 셀 적층체 전체가 모노 프레임(120)에 고정이 된다. 더욱 바람직하게는 배터리 셀들(110)끼리 안정적인 적층 구조를 유지하도록 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착부재를 상호 대면하는 위치에 개재시킬 수도 있다.Since the electrode terminals 116 are connected to each other between the battery cells 110, even if the Velcro tape 112 is provided only on the outermost battery cells of the battery cell stack, the entire battery cell stack is fixed to the mono frame 120. do. More preferably, the adhesive members such as adhesive adhesives such as double-sided tapes or chemical adhesives bonded by a chemical reaction during adhesion may be interposed to maintain a stable stacked structure between the battery cells 110.

잘 알려진 바와 같이 벨크로 테이프는 한쪽에 갈고리, 다른 한쪽에 걸림고리가 있어 서로 붙였다 떼었다 할 수 있는 것이다. 찍찍이 테이프라고도 불린다. As is well known, Velcro tapes have hooks on one side and hooks on the other, so they can be attached and removed. It is also called a squeaker tape.

본 발명에서 벨크로 테이프(112, 122)는 갈고리(hook)가 있는 수 벨크로 테이프 또는 걸림고리(loop)가 있는 암 벨크로 테이프일 수 있다. 예를 들어 배터리 셀(110)에 구비되는 벨크로 테이프(112)가 암 벨크로 테이프이면 모노 프레임(120)에 구비되는 벨크로 테이프(122)는 짝이 되는 수 벨크로 테이프이고, 반대의 경우도 가능함은 당연하다. 따라서, 벨크로 테이프(112, 122)는 암/수 벨크로 테이프이다. In the present invention, the velcro tapes 112 and 122 may be male velcro tapes with hooks or female velcro tapes with loops. For example, if the Velcro tape 112 provided on the battery cell 110 is a female Velcro tape, the Velcro tape 122 provided on the mono frame 120 is a pair of Velcro tapes, and vice versa. Do. Thus, the velcro tapes 112 and 122 are male / female velcro tapes.

이러한 배터리 모듈(100)에서는 배터리 셀(110)들이 벨크로 테이프(112, 122)의 미세 고리 요철 등의 엉긴 결합에 의해 모노 프레임(120)에 고정이 되기 때문에 외부충격에 의한 미끄럼, 자리 이탈 등을 방지할 수 있다. 그리고, 벨크로 테이프(112, 122)는 외력에 의해 소정의 탄성 변형을 나타내므로 충격으로 가해진 외력을 흡수할 수 있고 셀 스웰링도 수용할 수 있으며, 상기 엉긴 구조에 의해 공기 등의 냉매가 통할 수 있어 냉각 효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 접착력의 저하 없이 장기간의 사용 수명을 보장할 수 있어 모듈 구조를 안정적으로 유지할 수 있는 효과도 있다.In the battery module 100, since the battery cells 110 are fixed to the mono frame 120 by entangled coupling such as fine loop irregularities of the velcro tapes 112 and 122, sliding due to external shock, displacement of the seat, etc. Can be prevented. In addition, since the Velcro tapes 112 and 122 exhibit a predetermined elastic deformation by external force, they can absorb the external force applied by the impact and can also accommodate cell swelling, and the refrigerant such as air can pass through the entangled structure. There is also an effect that can not only increase the cooling efficiency, but also ensure the long-term service life without deteriorating the adhesion, thereby maintaining the module structure stably.

벨크로 테이프(112, 122)는 UL94 V-1 이상 등급의 난연성 소재인 것이 바람직하다. The velcro tapes 112 and 122 are preferably flame retardant materials rated UL94 V-1 or higher.

잘 알려진 바와 같이 UL(Underwriter’s Laboratory)은, 최초 미국 보험업자들이 전기기구/전자제품의 안전도를 평가하는 수단으로 그들 나름 대로의 기준을 확립, 안정성을 평가하기 시작한 후로 날로 사업 영역을 확장해 왔으며 오늘날에는 미주지역은 물론 타 지역에도 UL 마크가 없으면 시장 진입 자체가 어려울 정도로 큰 영향력을 행사하고 있다. 그 중 UL94는 난연성(불에 타기 어려운 정도) 평가 항목으로서 특히 플라스틱에 대한 난연성을 평가하는 항목이며, 시편을 수직이나 수평으로 설치 후 불을 붙여 테스트하며 특히 V 등급은 수직으로 설치 후 불을 붙여 난연성을 평가하는 것으로, 자기소화성(self extinguish)을 가진 정도의 성질을 나타낸다. As is well known, the Underwriter's Laboratory (UL) has been expanding its business field ever since the first US insurers began establishing their own standards and evaluating stability as a means of evaluating the safety of electrical appliances / electronics. In the United States and other regions, if there is no UL mark, the market entry itself is exerting a great influence. Among them, UL94 is an evaluation of flame retardancy (the degree of incombustibility to fire), which is especially an evaluation of flame retardancy for plastics.The specimen is installed vertically or horizontally and then fired to test. By evaluating the flame retardancy, it exhibits properties with a degree of self extinguish.

평가 방법은 다음과 같다. The evaluation method is as follows.

길이 5인치×폭1/2인치×최소두께, 5인치×1/2인치×최대폭(1/2인치를 넘지 않는 것) 시편을 준비하여 23±2℃, 50±5%RH에서 48시간, 70±1℃, 50±5%RH에서 168시간 전처리한 후, 시편의 하단 중앙에 10수회 불꽃을 접촉시키고, 6인치 불꽃을 시편으로부터 떨어트려서, 시편의 연소 시간을 측정한다. 소화 후 곧바로 20초간 다시 불꽃을 접촉시키고 제거한다. 연소 시간, 그로잉 시간 및 12인치 하에 놓인 외과용 탈지면의 착화 유무를 기록한다.Prepare a specimen with a length of 5 inches × width 1/2 inches × minimum thickness, 5 inches × 1/2 inches × maximum width (not exceeding 1/2 inch), and prepare a specimen at 23 ± 2 ℃, 50 ± 5% RH for 48 hours, After pre-treatment at 70 ± 1 ° C. and 50 ± 5% RH for 168 hours, the flame was contacted 10 times in the center of the bottom of the specimen, and the 6-inch flame was dropped from the specimen to measure the burning time of the specimen. Immediately after extinguishing, touch the flame again for 20 seconds and remove it. The burning time, the burning time and the presence or absence of ignition of the surgical cotton wool placed under 12 inches are recorded.

UL94에는 5V, V-2, V-1, V-0 등급이 있으며, 그 중 UL94 V-1 등급은 1회의 불꽃 접촉 후 30초 이상 계속 타지 않으며, 시편 5개 각 2회, 합계 10회의 불꽃 접촉 후의 연소 시간이 250초 이내, 불덩어리 낙하로 12인치 하의 탈지면을 태우지 않으며, 2회째 불꽃 접촉 후의 그로잉이 60초 이내일 뿐 아니라, 클램프부까지 타올라가지 않는 경우이다. UL94 has 5V, V-2, V-1, and V-0 grades, among which UL94 V-1 grades do not burn for more than 30 seconds after one flame contact, 5 specimens each 2 times, a total of 10 flames It is the case that the burning time after contact is within 250 seconds, the cotton wool under 12 inches is not burned by the falling of a fireball, and the drawing after the second flame contact is within 60 seconds, and does not burn to the clamp part.

UL94 V-1 등급 이상은 UL94 V-1과 UL94 V-0이고, UL94 V-0은 UL94 V 최고 난연 등급이다.UL94 V-1 and above are UL94 V-1 and UL94 V-0, and UL94 V-0 is the UL94 V highest flame retardant rating.

벨크로 테이프(112, 122)를 이와 같이 UL94 V-1 이상 등급의 난연성 소재로 하면 배터리 모듈(100)에서 불꽃이 발생하더라도 더 이상의 큰 화재로 번지는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. When the Velcro tapes 112 and 122 are made of a flame-retardant material having a UL94 V-1 or higher rating as described above, even if a spark occurs in the battery module 100, it can be prevented from spreading by a larger fire.

그리고, 벨크로 테이프(112, 122)는 절연파괴강도 10kV/mm 이상의 절연성 소재인 것이 바람직하다. In addition, the velcro tapes 112 and 122 are preferably insulating materials having an insulation breaking strength of 10 kV / mm or more.

절연재료에 전압을 인가한 후 점차 전압을 증가시키면 어느 시점에서 재료가 절연성을 잃게 되어 전류가 흐르는데 이것을 절연파괴현상이라고 한다. 절연파괴를 일으키는 전압 V를 재료의 두께 d로 나눈 것이 절연파괴강도이다. 벨크로 테이프(112, 122)는 절연재료 중에서도 절연파괴강도가 10kV/mm 이상으로 높은 것을 사용하면 외부와의 전기적 도통 위험을 차단할 수 있어 바람직하다. 절연재료는 예컨대 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET, 페트), 폴리아미드(polyamides, PA, 나일론), 폴리에스터(polyester, PES), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리우레탄(polyurethanes, PU), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride, PVDC, 사란), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE, 테플론), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK, 폴리케톤) 및 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI, 울템)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 이와 같이 절연파괴강도 10kV/mm 이상의 절연성 소재를 채택함으로써, 절연성을 향상시켜 배터리 모듈(100)의 전기적 안전성을 더욱 높일 수 있다.When a voltage is gradually increased after applying a voltage to the insulating material, the material loses insulation at a certain point and current flows, which is called an insulation breakdown phenomenon. The breakdown strength is obtained by dividing the voltage V causing the breakdown by the thickness d of the material. The Velcro tapes 112 and 122 are preferable because an insulating breakdown strength of at least 10 kV / mm among insulating materials can be used to block the risk of electrical conduction with the outside. Insulation materials include, for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET, PET), polyamides (PA, nylon), polyester (polyester, PES), polyvinyl chloride (PVC), polyurethane (polyurethanes, PU), polycarbonate (PC), polyvinylidene chloride (PVDC, Saran), polytetrafluoroethylene ( It may include at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, PTFE, Teflon), polyetheretherketone (PEEK, polyketone) and polyetherimide (PEI, Ultem). In this way, by adopting an insulating material having a dielectric breakdown strength of 10 kV / mm or more, the insulation can be improved to further improve the electrical safety of the battery module 100.

벨크로 테이프(112, 122)는 접착력이 1,000gf/inch 이상인 것이 바람직하다. 여기서의 접착력은 일정 면적에 대한 피착면에 부착되는 힘을 가리킨다. 일반적인 양면 테이프의 접착력이 400~800 gf/inch, OPP 테이프가 600 gf/inch 정도이므로 1,000gf/inch 이상의 접착력을 가진 벨크로 테이프(112, 122)를 사용하면 배터리 셀(110)과 모노 프레임(120)을 매우 견고하게 고정할 수 있다. The Velcro tapes 112 and 122 preferably have an adhesive strength of 1,000 gf / inch or more. The adhesive force here refers to the force attached to the surface to be adhered to a certain area. Since the adhesive strength of a general double-sided tape is about 400 to 800 gf / inch, and the OPP tape is about 600 gf / inch, when using Velcro tapes 112 and 122 with adhesive strength of 1,000 gf / inch or more, the battery cell 110 and the mono frame 120 ) Can be fixed very firmly.

벨크로 테이프(112, 122)는 결합 후 두께가 2mm 미만인 것이 바람직하다. 이러한 벨크로 테이프(112, 122)의 두께를 고려하여 모노 프레임(120)을 설계할 수 있다. . The velcro tapes 112 and 122 are preferably less than 2 mm thick after bonding. The mono frame 120 may be designed in consideration of the thickness of the Velcro tapes 112 and 122. .

한편, 벨크로 테이프(112, 122)는 대략 띠 모양으로 도시하였으나 구조에 따라서는 가운데 부분이 비어 있는 액자 모양, 또는 개별 위치에 적용이 될 수 있도록 독립적으로 분리된 여러 개의 부분으로 나누어진 모양일 수도 있다. 벨크로 테이프(112)는 배터리 셀(110)의 대면적 면 전체에 구비가 되어 있거나 본 실시예에서와 같이 일부에 구비될 수 있다. 벨크로 테이프(122)는 당연히 그에 맞는 크기와 위치로 구비될 수 있다. On the other hand, the velcro tapes 112 and 122 are shown in an approximate band shape, but depending on the structure, the center portion may be an empty frame shape, or a shape divided into several independently separated portions to be applied to individual locations. have. The velcro tape 112 may be provided on the entire large area of the battery cell 110 or may be provided on a part, as in the present embodiment. The velcro tape 122 can naturally be provided with a size and position suitable therefor.

본 발명에 의하면, 벨크로 테이프(112, 122) 결합에 의해 배터리 셀(110)과 모노 프레임(120)이 고정되어 상대 운동을 제한한다. 이와 같은 모노 프레임(120)을 사용하면 종래와 같이 배터리 셀(110) 모서리를 눌러 고정하는 셀 카트리지가 필요없다. 이에 따라 배터리 모듈(100) 설계시 자유도가 증가하여 다양한 구조와 용량의 배터리 모듈을 제조할 수 있다.According to the present invention, the battery cell 110 and the mono frame 120 are fixed by coupling the Velcro tapes 112 and 122 to limit relative motion. If such a mono frame 120 is used, there is no need for a cell cartridge to press and fix the edge of the battery cell 110 as in the prior art. Accordingly, the degree of freedom in designing the battery module 100 increases, so that a battery module having various structures and capacities can be manufactured.

벨크로 테이프(112, 122)는 소정 두께를 가지면서 어느 정도 압축이 될 수 있는 것이므로 배터리 셀(110)과 모노 프레임(120)은 벨크로 테이프(112, 122)를 매개로 하여 고정이 되는 한편, 셀 스웰링시 압력 흡수 또는 전기 절연 기능을 할 수 있다. Since the velcro tapes 112 and 122 have a predetermined thickness and can be compressed to some extent, the battery cells 110 and the mono frame 120 are fixed by means of the velcro tapes 112 and 122, while the cells During swelling, it can function as a pressure absorber or an electric insulation.

본 발명에서 배터리 셀(110)은 충방전이 가능한 이차전지라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 리튬이차전지, 니켈-수소(Ni-MH)이차전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd)이차전지 등을 들 수 있으나, 그 중에서도 중량 대비 고출력을 제공하는 리튬이차전지가 바람직하게 사용될 수 있다. In the present invention, the battery cell 110 is not particularly limited as long as it is a secondary battery capable of charging and discharging. For example, a lithium secondary battery, a nickel-hydrogen (Ni-MH) secondary battery, a nickel-cadmium (Ni-Cd) secondary battery, and the like, but among them, a lithium secondary battery providing high output power to weight is preferred. You can.

또한, 본 발명에서의 배터리 셀(110)은 파우치형 배터리 셀로서, 라미네이트 시트 외장재(114)에 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 상기 외장재의 외부로 형성된 전극단자(116)들과 연결된 상태로 내장되어 있다. In addition, the battery cell 110 in the present invention is a pouch-type battery cell, in which the electrode assembly of the anode / separator / cathode structure on the laminate sheet exterior material 114 is connected to the electrode terminals 116 formed outside the exterior material. It is built with.

즉, 배터리 셀 외장재(114)의 외부로 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극단자(116, 양극단자 및 음극단자)가 돌출되어 있다. 상기 전극단자(116)들은 도면상 상기 배터리 셀 외장재(114)의 좌측 또는 우측에서 일방향으로만 돌출 형성될 수도 있고, 좌측 및 우측 모두에서 양방향으로 돌출 형성될 수도 있다. 결국, 상기 전극단자(116)들은 대략 육면체 형상을 가지는 배터리 모듈(100)의 한 면 또는 두 면에서 직렬 또는 병렬로 전기적 연결되며, 최종 양/음극 단자가 배터리 모듈(100)의 외부로 연결되는 구조이다.That is, an electrode terminal 116 (positive terminal and negative terminal) electrically connected to the electrode assembly protrudes outside the battery cell exterior material 114. The electrode terminals 116 may be formed to protrude in only one direction from the left or right side of the battery cell exterior material 114 in the drawing, or may be formed to protrude in both directions on both the left and right sides. After all, the electrode terminals 116 are electrically connected in series or in parallel on one or both sides of the battery module 100 having a substantially hexahedral shape, and the final positive / negative terminal is connected to the outside of the battery module 100 Structure.

이 때, 전극단자(116)들이 외장재(114)로부터 일방향으로만 돌출된 경우에는 본 발명의 모노 프레임(120)은 일측면만 개방되고, 양방향으로 각각 돌출된 경우에는 모노 프레임(120)은 양측면이 개방되어야 한다. 도 4 내지 도 6은 모노 프레임(120)의 양측면이 개방된 일 예가 도시된 것이다.At this time, when the electrode terminals 116 protrude in only one direction from the exterior material 114, the mono frame 120 of the present invention is open only on one side, and when protruding in both directions, the mono frame 120 is on both sides. This should be open. 4 to 6 show an example in which both side surfaces of the mono frame 120 are opened.

배터리 셀 외장재(114)는 통상적인 경우처럼, 열융착을 위한 내부 수지층, 차단성 금속층, 및 내구성을 향상을 위한 외부 수지층을 모두 포함할 수 있지만, 후술하는 바와 같이 본 발명에 있어서는 완전 밀봉된 모노 프레임(120) 자체가 종래의 차단성 금속층 역할을 대신 수행할 수 있는 바, 상기 셀 외장재(114)에 있어 금속층을 생략한 채 내부 수지층 및 외부 수지층만으로 구성할 수 있는 이점도 가질 수 있다. The battery cell exterior material 114 may include both an inner resin layer for heat fusion, a barrier metal layer, and an outer resin layer for improving durability, as in the conventional case, but is completely sealed in the present invention as described below. Since the mono frame 120 itself can perform the role of a conventional barrier metal layer instead, the cell exterior material 114 may also have the advantage of being configured with only the inner resin layer and the outer resin layer while omitting the metal layer. have.

모노 프레임(120)은 금속 소재로 이루어진 것일 수 있다. 금속 소재는 열전도성이 우수하므로 그 전체로서 방열 기능을 수행할 수 있게 된다. 모노 프레임(120)의 재질은 모든 금속 소재가 가능하지만, 열전도성, 가공성, 비용 등을 고려하였을 때 SUS 계열 또는 Al 계열이 사용되는 것이 바람직하다. The mono frame 120 may be made of a metal material. Since the metallic material has excellent thermal conductivity, it is possible to perform heat dissipation as a whole. The material of the mono frame 120 can be any metal material, but considering the thermal conductivity, processability, cost, etc., it is preferable to use SUS-based or Al-based.

본 발명에 있어서, 상기 배터리 셀(110)간 및 배터리 셀(110)과 외부단자와의 연결은 외부에서 미리 접속되어 연결된 후 상기 모노 프레임(120)에 삽입될 수 있다. In the present invention, the connection between the battery cells 110 and between the battery cells 110 and the external terminal may be inserted into the mono frame 120 after being connected in advance from the outside.

구체적으로, 배터리 셀(110)을 모노 프레임(120)에 삽입하기 전에 배터리 셀의 전극단자(116)들간 및 배터리 셀(110)과 외부단자의 전기적 연결을 미리 해놓은 다음, 연결이 다 된 상태에서 비로소 모노 프레임(120)에 삽입하면 단자들의 전기적 체결을 위한 추가적인 부품이 용접되지 않아도 된다. 이에 따라, 작업 용이성이 월등하다.Specifically, before inserting the battery cell 110 into the mono frame 120, electrical connections between the electrode terminals 116 of the battery cell and the battery cell 110 and the external terminal are made in advance, and then the connection is completed. When inserted into the mono frame 120, additional parts for electrical fastening of the terminals do not need to be welded. Accordingly, the ease of operation is superior.

한편, 본 발명은 상기와 같은 배터리 모듈(100)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩에 관한 것이다.On the other hand, the present invention relates to a battery pack comprising the battery module 100 as described above.

특히, 본 발명에 따른 배터리 팩은 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 것이 적합하다. 중대형 배터리 팩의 경우 고출력, 대용량의 성능 확보를 위해 다수의 배터리 셀들이 적층되어 사용되는바, 이러한 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈은 더욱 콤팩트하고 간결한 구조가 요구되기 때문이다. In particular, the battery pack according to the present invention is suitable to be used as a power source for medium and large devices. In the case of a medium- or large-sized battery pack, a large number of battery cells are stacked and used to secure high-output and high-capacity performance, because the battery module constituting such a battery pack requires a more compact and concise structure.

상기 중대형 디바이스의 구체적인 예로는, 파워 툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric Golf Cart); 전기 트럭; 전기 상용차 또는 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있다.Specific examples of the medium-to-large-sized device include: a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Electric two-wheeled vehicles including E-bikes and E-scooters; Electric Golf Cart (Electric Golf Cart); Electric truck; And electric commercial vehicles or power storage systems.

중대형 배터리 팩의 구체적인 구조 및 제조 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 관한 설명을 생략하도록 한다.Since the specific structure and manufacturing method of the medium-to-large-sized battery pack are known in the art, the description thereof will be omitted.

이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 7 to 10.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법의 순서도이고, 도 8 내지 도 10은 도 7의 순서도에 따라 공정별 개략도들이다. 7 is a flowchart of a method for manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 8 to 10 are schematic diagrams for each process according to the flowchart of FIG. 7.

도 7의 단계 S1과 도 8을 참조하여, 둘 이상의 파우치형 배터리 셀(110)들을 적층하고 최외측 배터리 셀(110)의 바깥쪽 대면적 면에 벨크로 테이프(112)를 부착한다. Referring to steps S1 and 8 of FIG. 7, two or more pouch-shaped battery cells 110 are stacked and a Velcro tape 112 is attached to the outer large area of the outermost battery cell 110.

다음, 도 7의 단계 S2와 도 9를 참조하여, 배터리 셀(110)들을 수납하며 상기 배터리 셀(110)들의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구(130)와 제2 개구(140)를 형성하는 사각관체 모노 프레임(120)을 준비한다. 모노 프레임(120) 내면에는 배터리 셀(110)에 구비한 벨크로 테이프(112)와 결합하고자 하는 위치에 짝을 이루는 벨크로 테이프(122)를 부착하여 둔다. 그리고, 필름지(150)를 벨크로 테이프(122) 쪽에 위치시켜 둔다. 필름지(150)는 예를 들어 PET 필름일 수 있으며, 모노 프레임(120)의 제1 개구(130) 및 제2 개구(140) 외부로 노출되는 단부를 갖는 시트 형상이다. Next, referring to steps S2 and 9 of FIG. 7, the first openings 130 and the second openings 140 that receive the battery cells 110 and open to both sides in the longitudinal direction of the battery cells 110 are formed. Prepare a square tube mono frame 120. On the inner surface of the mono frame 120, a Velcro tape 122 paired at a position to be combined with the Velcro tape 112 provided in the battery cell 110 is attached. Then, the film paper 150 is placed on the side of the Velcro tape 122. The film paper 150 may be, for example, a PET film, and has a sheet shape having ends exposed outside the first opening 130 and the second opening 140 of the mono frame 120.

다음으로, 도 7의 단계 S3와 도 10을 참조하면, 벨크로 테이프들(112, 122)이 결합되지 않게 필름지(150)를 개재하여 배터리 셀(110)들을 모노 프레임(120)의 제1 개구(130)를 통하여 삽입한다. 제2 개구(140)를 통하여 삽입하여도 된다.Next, referring to step S3 and FIG. 10 of FIG. 7, the battery cell 110 through the first opening of the mono frame 120 through the film 150 so that the Velcro tapes 112 and 122 are not coupled ( 130). It may be inserted through the second opening 140.

단계 S3과 같이 배터리 셀(110)들을 삽입한 후에 배터리 모듈 내부 모습은 도 11의 단면 그림에서 보는 바와 같이, 배터리 셀(110)의 벨크로 테이프(112)와 모노 프레임(120)의 벨크로 테이프(122) 사이에 필름지(150)가 개재되어 있는 형태여서 벨크로 테이프들(112, 122)끼리 결합이 되어 있지 않고, 자유롭게 배터리 셀(110)들의 위치를 조정할 수 있다. After inserting the battery cells 110 as shown in step S3, the inside view of the battery module is shown in the cross-sectional view of FIG. 11, the Velcro tape 112 of the battery cell 110 and the Velcro tape 122 of the mono frame 120 ) Since the film 150 is interposed, the Velcro tapes 112 and 122 are not coupled to each other, and the positions of the battery cells 110 can be freely adjusted.

다음, 도 7의 단계 S4를 참조하여, 필름지(150)를 제거하여 벨크로 테이프들(112, 122)끼리 결합되도록 하여, 도 4에 도시한 것과 같은 배터리 모듈(100)을 제조한다. 이 때, 배터리 셀(110)들을 삽입한 방향을 따라 필름지(150)를 모노 프레임(120)으로부터 제거하면 공정의 연속성이 확보된다. Next, referring to step S4 of FIG. 7, the film paper 150 is removed so that the velcro tapes 112 and 122 are coupled to each other, thereby manufacturing a battery module 100 as shown in FIG. 4. At this time, if the film paper 150 is removed from the mono frame 120 along the direction in which the battery cells 110 are inserted, continuity of the process is secured.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and it is usually in the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those having knowledge of, and these modifications should not be individually understood from the technical idea or prospect of the present invention.

100: 배터리 모듈 110: 배터리 셀
112, 122: 벨크로 테이프 114: 외장재
116: 전극단자 120: 모노 프레임
130, 140: 개구 150: 필름지
100: battery module 110: battery cell
112, 122: Velcro tape 114: Exterior material
116: electrode terminal 120: mono frame
130, 140: opening 150: film paper

Claims (16)

둘 이상의 파우치형 배터리 셀들을 적층하고 최외측 배터리 셀의 바깥쪽 대면적 면에 암/수 벨크로 테이프를 부착하는 단계;
상기 배터리 셀들을 수납하며 상기 배터리 셀들의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구와 제2 개구를 형성하는 사각관체 모노 프레임을 준비하여 그 내면에 상기 암/수 벨크로 테이프와 결합하고자 하는 위치에 짝을 이루는 암/수 벨크로 테이프를 부착하는 단계;
상기 벨크로 테이프들이 결합되지 않게 필름지를 개재하여 상기 배터리 셀들을 상기 모노 프레임의 제1 개구 또는 제2 개구를 통하여 삽입하되, 상기 필름지는 상기 모노 프레임의 제1 개구 및 제2 개구 외부로 노출되는 단부를 갖는 시트 형상이며, 상기 필름지를 상기 모노 프레임 안에 먼저 위치시킨 후 상기 모노 프레임 안으로 상기 배터리 셀들을 삽입하는 단계; 및
상기 배터리 셀들을 삽입한 다음, 상기 배터리 셀들을 삽입한 방향을 따라 상기 필름지를 상기 모노 프레임으로부터 제거하여 상기 벨크로 테이프들끼리 결합되도록 하는 단계를 포함하고,
상기 암/수 벨크로 테이프를 부착하는 단계는
상기 배터리 셀의 대면적 면과 상기 모노 프레임이 맞닿는 면에 암/수 벨크로 테이프를 부착하는 것이며,
상기 암/수 벨크로 테이프는 접착력이 1,000gf/inch 이상인 것을 구비하여,
상기 암/수 벨크로 테이프 결합에 의해 상기 배터리 셀이 상기 모노 프레임에 고정이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.
Stacking two or more pouch-shaped battery cells and attaching a male / female velcro tape to the outer large area of the outermost battery cell;
A rectangular tubular mono frame is formed to receive the battery cells and form first and second openings on both sides in the longitudinal direction of the battery cells. Attaching the male / female velcro tapes to form;
The battery cells are inserted through the first opening or the second opening of the mono frame so that the Velcro tapes are not bonded, and the film paper is exposed outside the first opening and the second opening of the mono frame. Having a sheet shape, first placing the film paper in the mono frame and then inserting the battery cells into the mono frame; And
After inserting the battery cells, removing the film from the mono frame along the direction in which the battery cells are inserted, so that the Velcro tapes are combined,
The step of attaching the male / female velcro tape is
A male / female velcro tape is attached to a surface of the battery cell that is in contact with the mono frame,
The male / female velcro tape has an adhesive strength of 1,000 gf / inch or more,
A battery module manufacturing method characterized in that the battery cells are fixed to the mono frame by the male / female velcro tape combination.
제1항에 있어서, 상기 암/수 벨크로 테이프는 UL94 V-1 이상 등급의 난연성 소재인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법. The method of claim 1, wherein the male / female velcro tape is a flame retardant material having a UL94 V-1 rating or higher. 제1항에 있어서, 상기 암/수 벨크로 테이프는 절연파괴강도 10kV/mm 이상의 절연성 소재인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법. The method of claim 1, wherein the male / female velcro tape is an insulating material having a dielectric breakdown strength of 10 kV / mm or more. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 암/수 벨크로 테이프는 결합 후 두께가 2mm 미만인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.The method of claim 1, wherein the male / female velcro tape has a thickness of less than 2 mm after bonding. 제1항에 있어서, 상기 배터리 셀간 및 배터리 셀과 외부단자와의 연결은 외부에서 미리 접속되어 연결된 후 상기 모노 프레임에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.The method of claim 1, wherein the connection between the battery cells and the connection between the battery cell and the external terminal is connected in advance from the outside and then inserted into the mono frame. 제1항에 있어서, 상기 배터리 셀의 외장재는 열융착되는 내부 수지층 및 외부 수지층만으로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.The method of claim 1, wherein the battery cell exterior material comprises only an inner resin layer and an outer resin layer that are heat-sealed. 제1항에 있어서, 상기 배터리 셀의 전극단자들은 일방향 또는 양방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.The method of claim 1, wherein the electrode terminals of the battery cell are formed in one direction or both directions. 제1항에 있어서, 상기 배터리 셀의 전극단자들은 상기 배터리 모듈의 한 면 또는 두 면에서 직렬 또는 병렬로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법. The method of claim 1, wherein the electrode terminals of the battery cell are electrically connected in series or in parallel on one or both sides of the battery module. 제1항에 있어서, 상기 모노 프레임은 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.The method of claim 1, wherein the mono frame is made of a metal material. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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