KR102328304B1 - 2차 전지 셀 모듈 및 그 조립 방법 - Google Patents

2차 전지 셀 모듈 및 그 조립 방법 Download PDF

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Abstract

지그판과 그 위에 배치되어 있는 복수의 가이드 봉을 포함하는 조립 지그를 사용하여 2차 전지 셀 모듈을 조립하는 방법으로서, 하부 프레임의 복수의 정렬용 관통구에 상기 복수의 가이드 봉을 삽입한 상태로 상기 하부 프레임을 상기 지그판 위에 탑재하는 단계, 상기 하부 프레임 위에 복수의 전지 셀을 배치하는 단계, 상부 프레임의 복수의 정렬용 관통구에 상기 복수의 가이드 봉을 삽입한 상태로 상기 복수의 전지 셀 위에 상기 상부 프레임을 탑재하는 단계, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 체결하는 단계, 그리고 상기 조립 지그를 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임으로부터 분리하는 단계를 포함한다.

Description

2차 전지 셀 모듈 및 그 조립 방법{SECOND BATTERY CELL MODULE AND ASSEMBLING METHOD THEREOF}
본 발명은 2차 전지 셀 모듈 및 그 조립 방법에 관한 것이다.
재충전을 통해 반영구적으로 사용할 수 있는 2차 전지는 휴대용 전자 기기의 전원은 물론 자동차의 동력원 등으로 그 쓰임새가 점점 확대되고 있다. 휴대용 전자 기기의 경우에는 단일 셀로 이루어진 2차 전지를 사용하나 자동차의 동력원으로 사용되는 2차 전지의 경우에는 대용량을 구현하기 위하여 복수의 전지 셀을 하나의 모듈 내에 탑재하고, 다시 복수의 모듈을 소정의 배열로 배치하여 적재한 전지 팩을 구성한다.
복수의 전지 셀을 하나의 모듈 내에 탑재하는 방식에는 전지 셀의 모양 등에 따라 다양한 방식이 있는데, 그 중 원통형 등의 막대형 전지 셀의 경우 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 막대형 전지 셀을 배치하고 상부 프레임과 하부 프레임을 결속하여 고정하는 방식을 사용한다. 이 경우에 상하부 프레임과 전지 셀의 조립은 하부 프레임 위에 전지 셀들을 배열하고, 그 위에 상부 프레임을 덮은 후, 상하부 프레임을 체결하는 순서로 진행한다. 그런데, 복수의 셀을 동시에 조립하여야 하므로 각 셀의 조립 공차 등으로 인하여 조립 불량이 발생할 우려가 있으며, 이를 보완하기 위하여 접착제를 사용하여 셀들을 하부 프레임에 고정시키는 등의 부가적 공정을 진행하는데, 이로 인해 조립 공정의 시간과 비용이 증가한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 접착제를 이용한 셀 고정 등의 부가적 공정을 사용하지 않고도 복수의 전지 셀과 상하부 프레임을 정확히 조립할 수 있는 2차 전지 셀 모듈의 조립 방법과 그 방법을 통해 조립된 2차 전지 셀 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈을 조립하는 방법은 지그판과 그 위에 배치되어 있는 복수의 가이드 봉을 포함하는 조립 지그를 사용하여 2차 전지 셀 모듈을 조립하는 방법에 관한 것으로서, 하부 프레임의 복수의 정렬용 관통구에 상기 복수의 가이드 봉을 삽입한 상태로 상기 하부 프레임을 상기 지그판 위에 탑재하는 단계, 상기 하부 프레임 위에 복수의 전지 셀을 배치하는 단계, 상부 프레임의 복수의 정렬용 관통구에 상기 복수의 가이드 봉을 삽입한 상태로 상기 복수의 전지 셀 위에 상기 상부 프레임을 탑재하는 단계, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 체결하는 단계, 상기 조립 지그를 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임으로부터 분리하는 단계를 포함한다.
상기 2차 전지 셀 모듈을 조립하는 방법은 상기 하부 프레임을 상기 지그판 위에 탑재하는 단계 이전에 바닥판의 복수의 구멍에 상기 복수의 가이드 봉을 삽입한 상태로 상기 바닥판을 상기 지그판 위에 탑재하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 조립 지그를 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임으로부터 분리하는 단계는 상기 바닥판을 상기 지그판으로부터 분리함으로써 수행될 수 있다.
상기 하부 프레임이 가지는 정렬용 관통구와 상기 상부 프레임이 가지는 정렬용 관통구는 상호 대응하는 위치에 배치될 수 있고, 상기 하부 프레임이 가지는 정렬용 관통구와 상기 상부 프레임이 가지는 정렬용 관통구 각각의 개수는 상기 조립 지그의 상기 가이드 봉의 수보다 더 많을 수 있으며, 상기 전지 셀은 원통 모양을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈은 복수의 삼각 기둥, 인접한 3개의 상기 삼각 기둥을 연결하는 복수의 연결부, 상기 연결부로부터 돌출되어 있는 받침부를 포함하는 하부 프레임, 복수의 삼각 기둥, 인접한 3개의 상기 삼각 기둥을 연결하는 복수의 연결부, 상기 연결부로부터 돌출되어 있는 받침부를 포함하는 상부 프레임, 상기 하부 프레임과 상기 상부 프레임 사이에 협지되어 있는 복수의 전지 셀을 포함하고, 상기 하부 프레임의 복수의 연결부 중 적어도 2개와 상기 상부 프레임의 복수의 연결부 중 적어도 2개에는 정렬용 관통구가 형성되어 있고, 상기 하부 프레임의 정렬용 관통구와 상기 상부 프레임의 정렬용 관통구는 상호 대응하는 위치에 배치되어 있다.
상기 하부 프레임의 복수의 연결부 각각과 상기 상부 프레임의 복수의 연결부 각각은 하나의 정렬용 관통구를 가질 수 있다.
상기 하부 프레임의 복수의 연결부 각각과 상기 상부 프레임의 복수의 연결부 각각에는 상기 삼각 기둥의 모퉁이와 각각 연결되는 3개의 보조 벽이 더 형성되어 있고, 상기 정렬용 관통구는 상기 연결부의 상기 보조 벽이 없는 중앙부에 배치될 수 있고, 상기 하부 프레임과 상기 상부 프레임의 삼각 기둥 각각은 3개의 원호 모양 벽면과 이들 사이를 연결하는 직사각형 면을 포함할 수 있으며, 상기 전지 셀은 원통 모양을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈을 하부 케이스에 수납하고, 이를 상부 케이스로 덮어서 2차 전지팩을 구성한다.
본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈 조립용 지그는 지그판과 상기 지그판 위에 소정을 간격으로 배치되어 있는 복수의 가이드 봉을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈의 조립 방법을 사용하면, 하부 프레임 위에 전지 셀 모듈들을 정확하게 정렬할 수 있고, 또한 정렬된 전지 셀 모듈들의 위에 상부 프레임을 정확하게 배치할 수 있어서 조립 불량을 방지할 수 있다. 또한 접착제를 이용한 셀 고정 등의 부가적 공정을 생략함으로써 2차 전지 셀 모듈 조립 공정을 단순화하여 조립 시간과 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈의 상부 프레임 또는 하부 프레임의 일부분을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈의 상부 프레임 또는 하부 프레임의 일부분을 확대하여 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈의 조립 방법에 사용하는 조립 지그의 사시도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 2차 전지 셀 모듈을 조립하는 과정을 순서대로 보여주는 사시도들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈을 상하 케이스에 수납하여 2차 전지팩을 제조하는 과정의 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈을 상하 케이스에 수납하여 제조한 2차 전지팩의 사시도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 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 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈(100)은 하부 프레임(110), 상부 프레임(120) 및 이들 사이에 협지되어 있는 복수의 전지 셀(130)로 이루어져 있다. 전지 셀(130)은 길쭉한 막대 모양으로 형성되어 있고, 본 실시예에서는 원통 모양의 전지 셀(130)을 예시한다. 상부 프레임(120)에는 양극과 음극의 접속 단자(121, 122)가 설치되어 있고, 복수의 상부 체결부(123)가 형성되어 있다. 하부 프레임(110)에는 상부 체결부(123)와 결합하기 위한 하부 체결부(113)가 형성되어 있다. 하부 체결부(113)와 상부 체결부(123)은 암수 결합하여 하부 프레임(110)과 상부 프레임(120)을 체결하여 고정한다.
도 2 및 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈(100)의 상부 및 하부 프레임(110, 120)의 구조에 대하여 좀 더 상세히 살펴본다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈의 상부 프레임 또는 하부 프레임의 일부분을 확대하여 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈의 상부 프레임 또는 하부 프레임의 일부분을 확대하여 도시한 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 2차 전지 셀 모듈의 상부 프레임(120) 또는 하부 프레임(110)은 원통 모양의 전지 셀(130)을 수용하기 위한 셀 영역(17)을 가진다. 셀 영역(17)은 그 주위에 형성되어 있는 복수의 삼각 기둥(11), 인접한 3개의 삼각 기둥(11)들을 연결하는 연결부(14), 연결부(14) 위에 형성되어 있고 삼각 기둥(11)의 한 쪽 모퉁이에 연결되어 있는 복수의 보조 벽(12), 연결부(14)로부터 셀 영역(17)을 향해 돌출되어 있는 받침부(13)에 의하여 형성된다. 각각의 셀 영역(17)은 3개의 삼각 기둥(11)과 이들을 연결하는 3개의 연결부(14)에 의하여 둘러싸여 있고, 3개의 연결부(14) 각각으로부터 돌출되어 있는 받침부(13) 3개가 전지 셀(130)이 셀 영역(17)을 이탈하는 것을 막아준다. 삼각 기둥(11)의 3개 변에 해당하는 벽면은 원호 모양의 곡면이고, 꼭지점에 해당하는 부분은 직사각형의 면이다. 보조 벽(12)은 각 연결부(14)마다 3개씩 배치되어 있고, 연결부(14)의 중앙에는 보조 벽(12)이 없는 부분이 있으며, 이 부분에 정렬용 관통구(19)가 형성되어 있다. 정렬용 관통구(19)는 전지 셀(130)을 하부 프레임(110)에 정렬하고, 그 위에 상부 프레임(120)을 덮어 조립하는 과정에서 상부 및 하부 프레임(110, 120)과 복수의 전지 셀(130)이 정확히 정렬될 수 있도록 하기 위하여 사용하는 가이드 봉을 통과시키기 위한 구멍이다. 도 2 및 도 3에는 정렬용 관통구(19)가 연결부(14)마다 형성되어 있는 경우를 예시하고 있으나, 연결부(14) 중 일부에만 형성할 수도 있다. 정렬용 관통구(19)는 소정의 규칙에 따라 상부 및 하부 프레임(110, 120)의 전체에 균일하게 분포될 수 있고, 하부 프레임(110)의 어느 위치에 정렬용 관통구(19)가 형성되어 있으면, 상부 프레임(120)의 대응하는 위치에도 정렬용 관통구(19)가 형성되어 있다. 즉, 상부 프레임(120)과 하부 프레임(110)에서 정렬용 관통구(19)의 배치 위치는 동일하다.
도 4 내지 도 9를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따라 2차 전지 셀 모듈을 조립하는 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈의 조립 방법에 사용하는 조립 지그의 사시도이고, 도 5 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 2차 전지 셀 모듈을 조립하는 과정을 순서대로 보여주는 사시도이다.
도 4를 참고하면, 조립 지그(10)는 지그판(1)과 그 위에 소정의 간격으로 배치되어 있는 복수의 가이드 봉(2)으로 이루어져 있다.
먼저, 도 5에 도시한 바와 같이, 조립 지그(10)의 지그판(1) 위에 바닥판(3)을 올려 놓는다. 바닥판(3)에는 가이드 봉(2) 각각에 대응하는 복수의 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있어서, 바닥판(3)은 가이드 봉(2)이 관통된 상태로 지그판(1) 바로 위에 놓인다. 바닥판(3)에 형성되어 있는 구멍의 수는 가이드 봉(2)의 수와 동일하거나 그 보다 많을 수 있다. 바닥판(3)은 고무 등의 탄성이 있는 재질로 형성하여 조립 지그(10)와 하브 프레임(110) 사이의 충격을 완충하는 역할을 하도록 할 수 있다.
다음, 도 6에 도시한 바와 같이, 하부 프레임(110)을 바닥판(3) 위에 배치한다. 이 때, 가이드 봉(2)은 도 2 및 도 3에서 설명한 하부 프레임(110)의 정렬용 관통구(19)를 관통하여 위로 돌출하고, 하부 프레임(110)은 바닥판(3) 바로 위에 놓인다. 이 때, 정렬용 관통구(19)의 수는 가이드 봉(2)의 수와 동일하거나 그 보다 많을 수 있다.
다음, 도 7에 도시한 바와 같이, 하부 프레임(110) 위에 복수의 전지 셀(130)을 배치한다. 전지 셀(130)은 도 2 및 도 3에서 설명한 하부 프레임(110)의 셀 영역(17)에 수용되며, 도 2 및 도 3에서 설명한 받침부(13)에 의하여 아래 방향으로의 이동이 제한된다. 이 때, 가이드 봉(2)은 전지 셀(130)들 사이를 통하여 전지 셀(130) 위로 돌출한다.
이어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 복수의 전지 셀(130) 위에 상부 프레임(120)을 탑재하고, 도 1에서 설명한 상부 체결부(123)와 하부 체결부(113)를 결합시켜 상부 프레임(120)과 하부 프레임(110)을 고정한다. 이 때 가이드 봉(2)은 상부 프레임(120)의 정렬용 관통구(19)를 관통하여 위로 돌출하고, 상부 프레임(120)의 셀 영역(17) 각각에는 전지 셀(130)이 하나씩 수용되며, 받침부(13)에 의하여 전지 셀(130)의 위 방향으로의 이동이 제한된다. 정렬용 관통구(19)의 수는 가이드 봉(2)의 수와 동일하거나 그 보다 많을 수 있다.
다음, 도 9에 도시한 바와 같이, 조립된 2차 전지 셀 모듈(100)과 함께 바닥판(3)을 들어 올려 조립 지그(10)를 분리한다.
이어서 바닥판(3)을 분리하면 도 1에 도시한 바와 같은 2차 전지 셀 모듈이 얻어진다.
이렇게 조립된 2차 전지 셀 모듈을 상하 케이스 내에 수납하여 2차 전지팩을 제조한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈을 상하 케이스에 수납하여 2차 전지팩을 제조하는 과정의 분해 사시도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 셀 모듈을 상하 케이스에 수납하여 제조한 2차 전지팩의 사시도이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 조립된 2차 전지 셀 모듈(100)을 하부 케이스(300)에 수납하고, 이를 상부 케이스(200)로 덮어, 도 11에 도시한 바와 같은, 2차 전지팩을 제조한다. 이 때, 두 접속 단자(121, 122)는 상부 케이스의 개구부를 통하여 노출될 수 있다.
이상과 같은 방법으로 2차 전지 셀 모듈을 조립하면, 하부 프레임 위에 전지 셀 모듈들을 정확하게 정렬할 수 있고, 또한 정렬된 전지 셀 모듈들의 위에 상부 프레임을 정확하게 배치할 수 있어서 조립 불량을 방지할 수 있다. 또한 접착제를 이용한 셀 고정 등의 부가적 공정을 생략함으로써 2차 전지 셀 모듈 조립 공정을 단순화하여 조립 시간과 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 2차 전지 셀 모듈 110: 하부 프레임
120: 상부 프레임 130: 전지 셀
121: 양극 접속 단자 122: 음극 접속 단자
113, 123: 체결부 200: 상부 케이스
300: 하부 케이스 11: 삼각 기둥
12: 보조 벽 14: 연결부
13: 받침부 19: 정렬용 관통구
10: 조립 지그 1: 지그판
2: 가이드 봉

Claims (6)

  1. 복수의 삼각 기둥, 인접한 3개의 상기 삼각 기둥을 연결하는 복수의 연결부, 및 상기 연결부로부터 돌출되어 있는 받침부를 포함하는 하부 프레임,
    복수의 삼각 기둥, 인접한 3개의 상기 삼각 기둥을 연결하는 복수의 연결부, 및 상기 연결부로부터 돌출되어 있는 받침부를 포함하는 상부 프레임, 그리고
    상기 하부 프레임과 상기 상부 프레임 사이에 협지되어 있는 복수의 전지 셀
    을 포함하고, 상기 하부 프레임의 복수의 연결부 중 적어도 2개와 상기 상부 프레임의 복수의 연결부 중 적어도 2개에는 정렬용 관통구가 형성되어 있고, 상기 하부 프레임의 정렬용 관통구와 상기 상부 프레임의 정렬용 관통구는 상호 대응하는 위치에 배치되어 있으며,
    상기 하부 프레임의 복수의 연결부 각각과 상기 상부 프레임의 복수의 연결부 각각에는 상기 삼각 기둥의 모퉁이와 각각 연결되는 3개의 보조 벽이 더 형성되어 있고, 상기 정렬용 관통구는 상기 연결부의 상기 보조 벽이 없는 중앙부에 배치되어 있는 2차 전지 셀 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 하부 프레임의 복수의 연결부 각각과 상기 상부 프레임의 복수의 연결부 각각은 하나의 정렬용 관통구를 가지는 2차 전지 셀 모듈.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 하부 프레임과 상기 상부 프레임의 삼각 기둥 각각은 3개의 원호 모양 벽면과 이들 사이를 연결하는 직사각형 면을 포함하는 2차 전지 셀 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 전지 셀은 원통 모양을 가지는 2차 전지 셀 모듈.
  6. 제1항의 2차 전지 셀 모듈,
    상기 2차 전지 셀 모듈을 수납하는 하부 케이스, 그리고
    상기 2차 전지 셀 모듈을 덮는 상부 케이스
    를 포함하는 2차 전지팩.



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