KR102392788B1

KR102392788B1 - 폴더블 사이드 플레이트를 구비하는 배터리 모듈 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102392788B1
Application number: KR1020190002468A
Authority: KR
Inventors: 김경모; 박진용; 지호준; 김승준; 문정오; 진희준
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US20210336287A1; CN211125767U; JP7062794B2; EP3836248A4; KR20200086170A; CN111416076B; JP2021525445A; CN111416076A; EP3836248A1; WO2020145539A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상하로 적층된 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 전면 및 후면을 커버하는 버스바 프레임 어셈블리를 포함하는 제1 모듈 및 제2 모듈; 및 상기 제1 모듈의 일 측면 및 타 측면을 커버하며 가압하는 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 모듈의 일 측면 및 타 측면을 커버하며 가압하고 상기 제1 사이드 플레이트와 힌지 결합되는 제2 사이드 플레이트를 포함하는 한 쌍의 폴더블 사이드 플레이트; 를 포함한다.

Description

폴더블 사이드 플레이트를 구비하는 배터리 모듈 및 그 제조 방법{A battery module having a foldable side plate, and Method for manufacturing the same}

본 발명은, 폴더블 사이드 플레이트를 구비하는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다. 본 발명은, 좀 더 구체적으로는, 한 쌍의 단위 모듈을 연결시키는 한 쌍의 폴더블 사이드 플레이트를 이용하여 한 쌍의 단위 모듈을 동시에 가압한 상태로 전극 리드와 버스바 사이를 용접시킨 후 가압을 유지하면서 폴더블 사이드 플레이트를 펼쳐 한 쌍의 단위 모듈이 그 길이 방향을 따라 나란하게 배치되도록 할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.

종래에는, 셀 적층체와 버스바 프레임이 결합된 단위 모듈 한 쌍을 길이 방향을 따라 나란히 배치시켜 롱 모듈(long module)을 제조하고자 하는 경우에 있어서, 각각의 단위 모듈마다 전극 리드/버스바 간의 용접 공정 수행을 위한 셀 적층체에 대한 면 가압이 개별적으로 수행되었다.

즉, 하나의 단위 모듈에 대해서 셀 적층체에 대한 면 가압을 유지한 상태로 전극 리드와 버스바 간의 결합을 위한 용접 공정을 수행한 후, 다른 하나의 단위 모듈에 대해서도 동일한 공정을 진행하여 한 쌍의 단위 모듈을 완성한 후 두 단위 모듈을 길이 방향을 따라 나란히 배치시킨 상태에서 하우징을 조립/용접 하는 방식을 취하였었다.

그러나, 이러한 종래의 공정에 따르는 경우, 각각의 단위 모듈에 대해 면 가압 및 면 가압의 해제(release)가 반복될 수 밖에 없게 되고, 이는 전극 리드와 버스바 간의 상대적인 움직임을 발생시켜 전극 리드 및 전극 리드와 버스바 간의 용접 부위에 스트레스(stress)가 누적되는 결과를 가져오게 된다.

또한, 이러한 스트레스의 누적은, 제품의 생산 과정 또는 제품의 사용 과정에서 부품의 파손 또는 용접 부위의 손상으로 인한 제품 불량으로 이어질 수 있다.

따라서, 한 쌍의 단위 모듈이 길이 방향을 따라 나란히 배치된 구조를 갖는 롱 모듈 타입의 배터리 모듈의 제조 시에 단위 모듈에 대한 면 가압 및 면 가압의 해제가 반복되지 않고 지속적으로 면 가압 상태가 유지될 수 있도록 할 필요가 있으며, 이러한 면 가압 상태의 유지를 가능하게 하는 구조를 갖는 배터리 모듈의 개발이 요구되는 실정이다.

본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 한 쌍의 단위 모듈이 길이 방향을 따라 나란히 배치된 구조를 갖는 롱 모듈 타입의 배터리 모듈의 제조 시에 단위 모듈에 대한 면 가압 및 면 가압의 해제가 반복되지 않고 지속적으로 면 가압 상태가 유지될 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상하로 적층된 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 전면 및 후면을 커버하는 버스바 프레임 어셈블리를 포함하는 제1 모듈 및 제2 모듈; 및 상기 제1 모듈의 일 측면 및 타 측면을 커버하며 가압하는 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 모듈의 일 측면 및 타 측면을 커버하며 가압하고 상기 제1 사이드 플레이트와 힌지 결합되는 제2 사이드 플레이트를 포함하는 한 쌍의 폴더블 사이드 플레이트; 를 포함한다.

상기 폴더블 사이드 플레이트는, 상기 제1 사이드 플레이트 및 제2 사이드 플레이트가 힌지 결합부를 중심으로 상대적인 회전 운동을 함으로써 서로 폭 방향을 따라 나란히 배치되도록 접히거나 서로 길이 방향을 따라 나란히 배치되도록 펼쳐질 수 있다.

상기 제1 모듈 및 제2 모듈은, 상기 폴더블 사이드 플레이트가 접힘에 따라 서로 폭 방향을 따라 나란히 배치되고, 상기 폴더블 사이드 플레이트가 펼쳐짐에 따라 서로 길이 방향을 따라 나란히 배치될 수 있다.

상기 버스바 프레임 어셈블리는, 상기 셀 적층체의 전면을 커버하는 전방 버스바 프레임; 및 상기 셀 적층체의 후면을 커버하는 후방 버스바 프레임; 을 포함할 수 있다.

상기 제1 사이드 플레이트 및 제2 사이드 플레이트는, 상기 후방 버스바 프레임으로부터 전방 버스바 프레임을 향하는 방향으로 연장되며, 상기 전방 버스바 프레임을 지나쳐 더 연장된 길이를 가질 수 있다.

상기 전방 버스바 프레임은, 상기 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 모듈 단자를 구비할 수 있다.

한 쌍의 상기 폴더블 사이드 플레이트가 펼쳐졌을 때, 상기 제1 모듈에 구비된 한 쌍의 모듈 단자와 상기 제2 모듈에 구비된 한 쌍의 모듈 단자는 서로 마주볼 수 있다.

상기 배터리 모듈은, 한 쌍의 상기 폴더블 사이드 플레이트가 상기 제1 모듈 및 제2 모듈에 대한 가압을 유지하면서 펼쳐진 상태에서 상기 제1 모듈 및 제2 모듈의 상면 및 하면을 각각 커버하며 한 쌍의 상기 폴더블 사이드 플레이트와 결합되는 상부 하우징 및 하부 하우징을 더 포함할 수 있다.

상기 배터리 모듈은, 상기 제1 모듈 및 제2 모듈 각각의 후면에 결합되는 한 쌍의 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다.

또한, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 및 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함한다.

한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제조 방법은, 한 쌍의 배터리 셀 적층체를 마련하여 상기 배터리 셀 적층체의 폭 방향을 따라 서로 나란히 배치시키는 셀 적층체 배치 단계; 폴딩된 상태의 폴더블 사이드 플레이트 한 쌍을 이용하여 상기 한 쌍의 배터리 셀 적층체의 폭 방향 양 측부를 가압하는 가압 개시 단계; 상기 셀 적층체에 대한 가압을 유지하면서 각각의 셀 적층체의 전면 및 후면이 커버되도록 버스바 프레임 어셈블리를 결합시켜 셀 적층체 및 버스바 프레임 어셈블리를 포함하는 제1 모듈 및 제2 모듈을 형성시키는 모듈 형성 단계; 상기 셀 적층체에 대한 가압을 유지하면서 상기 폴더블 사이드 플레이트를 펼쳐 상기 제1 모듈 및 제2 모듈이 길이 방향을 따라 나란히 배치되도록 하는 언폴딩 단계; 상기 셀 적층체에 대한 가압을 유지하면서 상기 제1 모듈 및 제2 모듈의 상면 및 하면을 커버하는 상부 하우징 및 하부 하우징을 상기 폴더블 사이드 플레이트와 용접에 의해 결합시키는 하우징 결합 단계; 및 상기 제1 모듈 및 제2 모듈의 후면을 커버하는 한 쌍의 엔드 플레이트를 결합시키는 엔드 플레이트 결합 단계;를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 한 쌍의 단위 모듈이 길이 방향을 따라 나란히 배치된 구조를 갖는 롱 모듈 타입의 배터리 모듈의 제조 시에 단위 모듈에 대한 면 가압 및 면 가압의 해제가 반복되지 않고 지속적으로 유지될 수 있으며, 이에 따라 전극 리드 및 전극 리드와 버스바 간의 용접 부위에 스트레스가 누적되는 것을 방지할 수 있게 된다.

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 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 셀 적층체를 나타내는 사시도이다.
도 3은 셀 적층체와 폴더블 사이드 플레이트를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 폴더블 사이드 플레이트를 나타내는 분해 사시도 및 부분 확대도이다.
도 5는 폴더블 사이드 플레이트가 접힌 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 폴더블 사이드 플레이트가 펼쳐진 상태를 나타내는 도면이다.
도 7 내지 도 9는 셀 적층체에 버스바 프레임 어셈블리를 결합시키는 공정에서부터 폴더플 사이드 플레이트가 펼쳐 한 쌍의 단위 모듈이 길이 방향을 따라 나란히 배치되도록 하는 공정에 이르기까지 셀 적층체에 대한 면 가압이 유지되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 완성 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 셀 적층체(100), 한 쌍의 폴더블 사이드 플레이트(foldable side plate)(200), 한 쌍의 버스바 프레임 어셈블리(300), 상부 하우징(400), 하부 하우징(500) 및 엔드 플레이트(600)을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 셀 적층체(100)는, 상하 방향(도 2의 X축과 나란한 방향)을 따라 적층된 복수의 배터리 셀(110) 및 서로 인접한 배터리 셀(110) 사이 및/또는 최 외각에 배치되는 배터리 셀(110)의 외측면 상에 배치되는 복수의 완충 패드(120)를 포함한다.

상기 배터리 셀(110)로는, 예를 들어, 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있다. 상기 배터리 셀(110)로 파우치 타입의 배터리 셀이 이용되는 경우, 배터리 셀(110)의 길이 방향 일 측과 타 측에는 각각 전극 리드(111)가 구비된다. 상기 전극 리드(111)는, 얇은 금속 플레이트로서 배터리 셀(110)의 내부, 즉 파우치 케이스의 내부에 배치되는 전극 조립체(미도시)에 형성된 전극탭과 연결되며, 파우치 케이스의 외부로 인출된다.

상기 완충 패드(120)는, 셀 적층체(100)의 외 외측 및/또는 인접한 배터리 셀(110) 사이에 개재되어 셀 적층체(100)의 양 면을 가압하였을 때 셀 적층체(100)가 수축될 수 있도록 한다. 이처럼 셀 적층체(100)의 수축이 가능하도록 하기 위해서, 상기 완충 패드(120)는, 스폰지 등과 같이 탄성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 셀 적층체(100)는, 폴더블 사이드 플레이트(200)에 의해 양 측부가 가압된 상태로 버스바 프레임 어셈블리(300)와 결합되고, 또한 가압력이 유지된 상태로 폴더블 사이드 플레이트(200)와 하우징(400, 500) 간의 용접에 의한 결합이 이루어지게 된다. 즉, 완성된 배터리 모듈 내에서 완충 패드(120)는 수축된 상태에 있게 되고, 이에 따라 저장된 탄성 에너지로 인해 배터리 모듈이 반복적인 사용에 따른 스웰링 발생을 억제할 수 있게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 셀 적층체(100)는, 셀 적층체(100)의 폭 방향(도 2의 Z축과 나란한 방향)을 따라 나란히 배치된 제1 셀 적층체(100A) 및 제2 셀 적층체(100B)를 포함한다. 이처럼, 상기 제1 셀 적층체(100A)와 제2 셀 적층체(100B)가 폭 방향을 따라 서로 나란하게 배치되는 것은, 후술할 폴더블 사이드 플레이트(200)가 접힌 상태에 있는 경우이고, 폴더블 사이드 플레이트(200)가 펼쳐진 상태에서는 제1 셀 적층체(100A)와 제2 셀 적층체(100B)는 길이 방향(도 2의 Y축과 나란한 방향)을 따라 서로 나란하게 배치된다.

도 3을 참조하면, 상기 폴더블 사이드 플레이트(200)는 한 쌍이 구비되며, 각각의 폴더블 사이드 플레이트(200)는 서로 폭 방향(도 3의 Z축과 나란한 방향)을 따라 나란히 배치된 제1 셀 적층체(100A) 및 제2 셀 적층체(100B)의 일 측면과 타 측면에 부착되며, 셀 적층체(100)가 수축하도록 가압한다.

상기 폴더블 사이드 플레이트(200)는, 후술할 상부 하우징(400) 및 하부 하우징(500)과의 결합에 의해 셀 적층체(100)의 일 측부와 타 측부를 커버하도록 배치되는 구성요소인 동시에 셀 적층체(100)를 가압하기 위한 수단인 것이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 폴더블 사이드 플레이트(200)는, 서로간에 상대적인 회동이 가능하도록 힌지 결합되는 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)를 포함한다. 이러한 힌지 결합에 의해, 한 쌍의 사이드 플레이트(210, 220)는 도 5에 도시된 바와 같이 접혀서 서로 간에 폭 방향(도 5의 Z축과 나란한 방향)을 따라 나란히 배치될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 펼져져서 서로 간에 길이 방향(도 6의 Y축과 나란한 방향)을 따라 나란히 배치될 수도 있다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220) 간의 힌지 결합은, 예를 들어, 제1 사이드 플레이트(210)의 길이 방향 일 측 단부의 코너(corner) 영역에 형성된 결합 홀(H)과 제2 사이드 플레이트(220)의 길이 방향 일 측 단부의 코너 영역에 형성된 결합 돌기(P) 간의 체결에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 상기 결합 홀(H)은 제2 사이드 플레이트(220)에 형성되고, 결합 돌기(P)는 제1 사이드 플레이트(210)에 형성되는 것도 가능하다.

도 3과 함께 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제1 사이드 플레이트(210)는, 제1 셀 적층체(100A)의 일 측면 및 타 측면(도 3의 Y-Z 평면과 나란한 면)을 커버한다. 마찬가지로, 상기 제2 사이드 플레이트(220)는, 제2 셀 적층체(100B)의 일 측면 및 타 측면(도 3의 Y-Z 평면과 나란한 면)을 커버한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 버스바 프레임 어셈블리(300)는, 한 쌍이 구비되며, 각각의 버스바 프레임 어셈블리(300)는 전방 버스바 프레임(310), 후방 버스바 프레임(320) 및 커버 플레이트(330)를 포함한다. 상기 전방 버스바 프레임(310), 후방 버스바 프레임(320) 및 커버 플레이트(330)는, 수지와 같은 전기적 절연성을 갖는 재질로 이루어진다.

한 쌍의 상기 버스바 프레임 어셈블리(300)는 셀 적층체(100)가 폴더블 사이드 플레이트(200)에 의해 화살표 방향을 따라 가압된 상태에서 각각 제1 셀 적층체(100A) 및 제2 셀 적층체(100B)의 전면 및 후면(도 7 및 도 8의 X-Z 평면과 나란한 면), 그리고 상면(도 7 및 도 8의 X-Y 평면과 나란한 면)을 커버하도록 결합된다.

한 쌍의 상기 전방 버스바 프레임(310)은 각각 제1 셀 적층체(100A)와 제2 셀 적층체(100B)의 전면을 커버하도록 결합되고, 한 쌍의 후방 버스바 프레임(320)은 각각 제1 셀 적층체(100A)와 제2 셀 적층체(100B)의 후면을 커버하도록 결합된다. 또한, 한 쌍의 상기 커버 플레이트(330)는 각각 제1 셀 적층체(100A)와 제2 셀 적층체(100B)의 상면을 커버하도록 결합된다. 상기 커버 플레이트(330)는, 그 길이 방향 양 측 단부가 각각 전방 버스바 프레임(310) 및 후방 버스바 프레임(320)과 힌지 결합될 수 있으며, 이로써 전방 버스바 프레임(310)과 후방 버스바 프레임(320)은 커버 플레이트(330)와 상대적인 회동이 가능하게 된다.

이러한 버스바 프레임(310, 320)과 커버 플레이트(330) 간의 힌지 결합 구조로 인해, 커버 플레이트(330)를 셀 적층체(100A, 100B) 상면의 미리 정해진 위치에 안착시킨 후, 버스바 프레임(310, 320)을 회전시켜 셀 적층체(100A, 100B)의 전면 및 후면을 정확하게 커버할 수 있다.

상기 버스바 프레임(310, 320) 상에는 그 길이 방향(도 7 및 도 8의 X축과 나란한 방향)을 따라 복수개의 버스바(B)가 구비되며, 이러한 버스바(B)는 버스바 프레임(310, 320)에 형성된 슬릿을 통해 외부로 인출되는 전극 리드(111)와 용접에 의해 결합된다. 하나의 버스바(B)에는 서로 전기적으로 연결하고자 하는 둘 이상의 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)가 결합될 수 있다.

또한, 상기 전방 버스바 프레임(310) 상에는 한 쌍의 모듈 단자(T)가 구비되며, 이러한 한 쌍의 모듈 단자(T)는 셀 적층체(100A, 100B)의 폭 방향(도 7 및 도 8의 X축과 나란한 방향)을 따라 최 외측에 위치하는 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)와 결합된다. 본 발명에 있어서, 상기 전방 버스바 프레임(310)과 후방 버스바 프레임(320)의 구별은 모듈 단자(T)의 구비 여부에 따라 결정되는 것이다. 즉, 본 발명에 있어서, 상기 모듈 단자(T)가 형성된 버스바 프레임은 전방 버스바 프레임(310)으로 정의되는 것이며, 모듈 단자(T)가 형성되지 않은 버스바 프레임은 후방 버스바 프레임(320)으로 정의되는 것이다.

한편, 상기 전극 리드(111)와 버스바(B) 간의 용접 및 전극 리드(111)와 모듈 단자(T) 간의 용접은 폴더블 사이드 플레이트(200)에 의한 가압이 유지되는 상태에서 이루어지게 되며, 또한 폴더블 사이드 플레이트(200)가 접혀 있어 한 쌍의 셀 적층체(100A, 100B)가 그 폭 방향을 따라 서로 나란하게 인접 배치된 상태에서 이루어지게 된다.

한 쌍의 상기 버스바 프레임 어셈블리(300)의 결합에 따라 제1 셀 적층체(100A), 제1 사이드 플레이트(210) 및 버스바 프레임 어셈블리(300)를 포함하는 제1 모듈(M1)과 제2 셀 적층체(100B), 제2 사이드 플레이트(220) 및 버스바 프레임 어셈블리(300)를 포함하는 제2 모듈(M2)은

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 폴더블 사이드 플레이트(200)를 구성하는 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)는 후방 버스바 프레임(320)으로부터 전방 버스바 프레임(310)을 향하는 방향으로 연장되되, 전방 버스바 프레임(320)을 지나쳐 더 연장된 길이를 갖는다. 또한, 상기 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)는 길이 방향 양 측 단부 중 전방 버스바 프레임(310)과 대응되는 위치에서 상호 간에 힌지 결합된다.

이로써, 상기 폴더블 사이드 플레이트(200)가 펼쳐졌을 때, 제1 모듈(M1)과 제2 모듈(M2)은 각각의 전방 버스바 프레임(310)이 서로 마주보는 상태로 그 길이 방향(도 9의 Y축과 나란한 방향)을 따라 서로 나란하게 인접 배치되며, 이에 따라 제1 모듈(M1)에 구비된 한 쌍의 모듈 단자(T)와 제2 모듈(M2)에 구비된 한 쌍의 모듈 단자(T)는 서로 마주보게 된다.

한편, 상기 폴더블 사이드 플레이트(200)가 펼쳐져 한 상의 모듈(M1, M2)이 길이 방향을 따라 나란하게 인접 배치되는 과정에서도 폴더블 사이드 플레이트(200)에 의한 셀 적층체(100)에 대한 가압은 유지된다.

도 10을 참조하면, 상기 상부 하우징(400) 및 하부 하우징(500)은, 한 쌍이 폴더블 사이드 플레이트(200)가 제1 모듈(M1) 및 제2 모듈(M2)에 대한 가압을 유지하면서 펼쳐진 상태에서, 제1 모듈(M1) 및 제2 모듈(M2)의 상면 및 하면(도 10의 X-Y 평면과 나란한 면)을 각각 커버한다.

상기 상부 하우징(400) 및 하부 하우징(500)의 폭 방향(도 10의 X축과 나란한 방향) 양 측 모서리는 폴더블 사이드 플레이트(200)의 폭 방향(도 10의 Y-Z 평면과 나란한 면) 양 측 모서리와 용접에 의해 결합된다. 상기 하우징(400, 500)과 폴더블 사이드 플레이트(200) 간의 용접에 의한 결합은 폴더블 사이드 플레이트(200)에 의한 셀 적층체(100)의 가압이 유지된 상태에서 이루어지게 된다.

도 10에 나타난 바와 같이, 상기 엔드 플레이트(600)는 한 쌍이 구비되며, 각각의 엔드 플레이트(600)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전면 및 후면(도 10의 X-Z 평면과 나란한 면)을 커버한다. 즉, 한 쌍의 상기 엔드 플레이트(600)는, 제1 모듈(M1) 및 제2 모듈(M2)의 후면에 각각 결합된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 폴더블 사이드 플레이트(200)를 이용하여 한 쌍의 모듈(M1, M2)을 가압시킨 상태를 계속해서 유지하면서 후속 공정을 수행할 수 있는 구조를 갖는다.

구체적으로, 상기 배터리 모듈은, 폴더블 사이드 플레이트(200)를 적용함으로써, 도 8에 도시된 바와 같이 한 쌍의 모듈(M1, M2)이 서로 폭 방향을 따라 나란히 인접 배치된 상태에서 가압과 함께 전극 리드(111)와 버스바(B) 간의 용접 공정을 원활하게 수행할 수 있다. 상기 폴더블 사이드 플레이트(200)가 적용되지 않는 배터리 모듈의 경우, 도 9에 나타난 것과 유사하게 한 쌍의 모듈을 길이 방향을 따라 인접 배치시킨 후 한 쌍의 모듈의 양 측부를 사이드 플레이트로 가압시킨 상태에서 전극 리드와 버스바 간의 용접을 수행해야 하는데, 이 경우 모듈과 모듈 사이의 공간이 매우 좁아 모듈의 전면부에서는 용접의 수행이 원활하게 이루어질 수 없게 된다. 또한, 한 쌍의 모듈 각각에 대해 용접 공정을 개별적으로 수행한 이 후에 한 쌍의 모듈을 길이 방향을 따라 나란히 배치시키고 사이드 플레이트를 부착하는 경우에는 모듈에 대한 지속적인 가압이 이루어질 수 없다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 구조에 따르면, 폴더블 사이드 플레이트(200)에 의한 모듈(M1, M2)에 대한 가압은 계속 유지한 상태로, 폴더블 사이드 플레이트(200)를 접은 상태에서 용접을 수행하고, 폴더블 사이드 플레이트(200)를 펼친 상태에서 하우징(400, 500)을 결합시킴으로써 용접의 용이성 확보와 함께 공정 내에서 가압의 계속적인 유지가 모두 가능하게 되는 것이다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 제조하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법은, (S1) 셀 적층체 배치 단계; (S2) 가압 개시 단계; (S3) 모듈 형성 단계; (S4) 언폴딩 단계; (S5) 하우징 결합 단계; 및 (S6) 엔드 플레이트 결합 단계를 포함한다.

상기 셀 적층체 배치 단계(S1)는, 한 쌍의 배터리 셀 적층체(100A, 100B)를 마련하여 배터리 셀 적층체(100A, 100B)의 폭 방향을 따라 서로 나란히 배치시키는 단계이다. 상기 가압 개시 단계(S2)는, 폴딩된 상태의 폴더블 사이드 플레이트(200) 한 쌍을 이용하여 한 쌍의 배터리 셀 적층체(100A, 100B)의 폭 방향 양 측부를 가압하는 단계이다.

상기 모듈 형성 단계(S3)는, 가압 개시 단계(S2)에서 시작된 셀 적층체(100A, 100B)에 대한 가압을 유지하면서 각각의 셀 적층체(100A, 100B)의 전면 및 후면이 커버되도록 버스바 프레임 어셈블리(300)를 결합시켜 셀 적층체(100) 및 버스바 프레임 어셈블리(300)를 포함하는 제1 모듈(M1) 및 제2 모듈(M2)을 형성시키는 단계이다. 상기 언폴딩 단계(S4)는, 모듈 형성 단계(S3)에서 이루어지는 셀 적층체(100)에 대한 가압을 유지하면서 폴더블 사이드 플레이트(200)를 펼쳐 제1 모듈(M1) 및 제2 모듈(M2)이 길이 방향을 따라 나란히 배치되도록 하는 단계이다.

상기 하우징 결합 단계(S5)는, 언폴딩 단계(S4)에서 이루어지는 셀 적층체(100)에 대한 가압을 유지하면서 제1 모듈(M1) 및 제2 모듈(M2)의 상면 및 하면을 커버하는 상부 하우징(400) 및 하부 하우징(500)을 폴더블 사이드 플레이트(200)와 용접에 의해 결합시키는 단계이다. 상기 엔드 플레이트 결합 단계(S6)는, 제1 모듈(M1) 및 제2 모듈(M2)의 후면을 커버하는 한 쌍의 엔드 플레이트(600)를 결합시키는 단계이다. 상기 S1~S6 단계는 순차적으로 이루어진다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 셀 적층체
100A: 제1 적층체
100B: 제2 적층체
110: 배터리 셀
120: 완충 패드
111: 전극 리드
200: 폴더블 사이드 플레이트
210: 제1 사이드 플레이트
H: 결합 홀
220: 제2 사이드 플레이트
P: 결합 돌기
300: 버스바 프레임 어셈블리
310: 전방 버스바 프레임
320: 후방 버스바 프레임
B: 버스바
T: 모듈 단자
M1: 제1 모듈
M2: 제2 모듈
330: 커버 플레이트
400: 상부 하우징
410: 단자 노출부
500: 하부 하우징
600: 엔드 플레이트

Claims

상하로 적층된 복수의 배터리 셀 및 인접한 배터리 셀 사이에 개재되는 완충 패드를 포함하는 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 전면 및 후면을 커버하는 버스바 프레임 어셈블리를 포함하는 제1 모듈 및 제2 모듈;
상기 제1 모듈의 일 측면 및 타 측면을 커버하며 가압하는 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 모듈의 일 측면 및 타 측면을 커버하며 가압하고 상기 제1 사이드 플레이트와 힌지 결합되는 제2 사이드 플레이트를 포함하는 한 쌍의 폴더블 사이드 플레이트; 및
상기 완충 패드가 수축된 상태를 유지하도록, 한 쌍의 상기 폴더블 사이드 플레이트가 상기 제1 모듈 및 상기 제2 모듈에 대한 가압을 유지하면서 펼쳐진 상태에서, 상기 제1 모듈 및 상기 제2 모듈의 상면 및 하면을 각각 커버하며 한 쌍의 상기 폴더블 사이드 플레이트와 결합되는 상부 하우징 및 하부 하우징;
을 포함하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 폴더블 사이드 플레이트는,
상기 제1 사이드 플레이트 및 제2 사이드 플레이트가 힌지 결합부를 중심으로 상대적인 회전 운동을 함으로써 서로 폭 방향을 따라 나란히 배치되도록 접히거나 서로 길이 방향을 따라 나란히 배치되도록 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1 모듈 및 제2 모듈은,
상기 폴더블 사이드 플레이트가 접힘에 따라 서로 폭 방향을 따라 나란히 배치되고, 상기 폴더블 사이드 플레이트가 펼쳐짐에 따라 서로 길이 방향을 따라 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 버스바 프레임 어셈블리는,
상기 셀 적층체의 전면을 커버하는 전방 버스바 프레임; 및
상기 셀 적층체의 후면을 커버하는 후방 버스바 프레임;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제4항에 있어서,
상기 제1 사이드 플레이트 및 제2 사이드 플레이트는,
상기 후방 버스바 프레임으로부터 전방 버스바 프레임을 향하는 방향으로 연장되며, 상기 전방 버스바 프레임을 지나쳐 더 연장된 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제4항에 있어서,
상기 전방 버스바 프레임은,
상기 셀 적층체와 결합되는 한 쌍의 모듈 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제6항에 있어서,
한 쌍의 상기 폴더블 사이드 플레이트가 펼쳐졌을 때, 상기 제1 모듈에 구비된 한 쌍의 모듈 단자와 상기 제2 모듈에 구비된 한 쌍의 모듈 단자는 서로 마주보는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
삭제
제1항에 있어서,
상기 배터리 모듈은,
상기 제1 모듈 및 제2 모듈 각각의 후면에 결합되는 한 쌍의 엔드 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1 사이드 플레이트와 제2 사이드 플레이트간의 힌지 결합은, 상기 제1 사이드 플레이트 및 제2 사이드 플레이트 중 어느 하나의 길이 방향 일 측 단부의 코너 영역에 형성된 결합 홀과 상기 제1 사이드 플레이트 및 제2 사이드 플레이트 중 다른 하나의 길이 방향 일 측 단부의 코너 영역에 형성된 결합 돌기 간의 체결에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항 내지 제7항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
제1항 내지 제7항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
한 쌍의 셀 적층체를 마련하여 상기 셀 적층체의 폭 방향을 따라 서로 나란히 배치시키는 셀 적층체 배치 단계;
폴딩된 상태의 폴더블 사이드 플레이트 한 쌍을 이용하여 상기 한 쌍의 셀 적층체의 폭 방향 양 측부를 가압하는 가압 개시 단계;
상기 셀 적층체에 대한 가압을 유지하면서 각각의 셀 적층체의 전면 및 후면이 커버되도록 버스바 프레임 어셈블리를 결합시켜 셀 적층체 및 버스바 프레임 어셈블리를 포함하는 제1 모듈 및 제2 모듈을 형성시키는 모듈 형성 단계;
상기 셀 적층체에 대한 가압을 유지하면서 상기 폴더블 사이드 플레이트를 펼쳐 상기 제1 모듈 및 제2 모듈이 길이 방향을 따라 나란히 배치되도록 하는 언폴딩 단계;
상기 셀 적층체에 대한 가압을 유지하면서 상기 제1 모듈 및 제2 모듈의 상면 및 하면을 커버하는 상부 하우징 및 하부 하우징을 상기 폴더블 사이드 플레이트와 용접에 의해 결합시키는 하우징 결합 단계; 및
상기 제1 모듈 및 제2 모듈의 후면을 커버하는 한 쌍의 엔드 플레이트를 결합시키는 엔드 플레이트 결합 단계;
를 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법.