KR102432538B1 - 배터리 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

배터리 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

배터리 모듈 및 그 제조 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른, 배터리의 스웰링 억제를 위한 배터리 모듈은, 일정 수량의 리튬-이온 파우치 셀을 적층하여 구성된 배터리 셀 적층부; 직육면체 형상의 조립 구조를 통해 상기 배터리 셀 적층부를 수납하는 케이스부; 및 상기 케이스부의 중심부 둘레를 복수의 셀룰로오스 나노 섬유(Cellulose Nano Fiber, CNF) 벨트로 감싸 내측에 면압을 가하고, 일정 간격으로 설치된 상기 복수의 CNF 벨트와 각각 체결되어 상기 설치된 위치를 고정하는 벨트 고정 플레이트를 포함하는 면압 제어부;를 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 그 제조 방법{BATTERY MODULE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치 셀 특성으로 인해 부풀어 오르는 스웰링 현상을 억제하기 위한 배터리 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 친환경 차량용 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 조립하여 배터리 모듈을 구성하고 복수의 배터리 모듈을 조립하여 최종적으로 차량에 장착되는 배터리 팩의 형태로 제작된다.
배터리 셀은 복수의 양극 및 음극 전극이 조립된 전극 조립체를 적층하여 알루미늄 파우치에 내장하는 파우치형으로 구성된다. 그리고, 배터리 모듈은 파우치형 배터리 셀(이하, '파우치 셀'이라 명명함)을 일정 수량 적층한 후 복수의 프레임으로 구성된 케이스에 의해 조립된다.
파우치형 셀은 가볍고 전해액의 누액 가능성이 적으며 형태에 융통성이 있어 캔형 배터리 셀에 비해 작은 부피와 질량으로 같은 용량의 배터리를 구현할 수 있는 장점이 있어 선호도가 높다.
다만 파우치 배터리 셀은 그 특성상 배터리의 충전상태(SOC) 별 셀 두께의 변동으로 인해 부풀어오르는 스웰링(swelling) 현상이 발생될 수 있고, BOL(Beginning Of Life)부터 EOL(End of Life)로 노화가 진행되면 부풀어오름 현상이 발생될 수 있다.
이러한, 파우치 셀의 스웰링 현상은 배터리 모듈의 손상과 성능 감소를 유발할 수 있으며, 심한 경우 전기장치와 접촉에 의한 아킹(Arcing)현상으로 화재나 폭발의 우려가 있다.
그러므로, 파우치형 셀을 이용한 배터리 모듈을 제작함에 있어서 스웰링 현상 제어를 위한 안전성 확보가 중요한 이슈로 대두되고 있다.
그러나, 종래 배터리 모듈은 파우치 셀 적층 구조를 "ㄷ"자 단면의 하부 프레임과 상부 커버(Top Cover)로 감싼 상태에서 측면의 양 사이드 끝단을 엔드 플레이트(End Plate)와 볼트로에 의존하여 조립되는 구조를 가짐으로 측면의 센터부에서 발생되는 스웰링 현상을 구조적으로 제어하지 못하는 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 배터리 모듈의 중앙부를 감싸는 면압 제어부를 구성하여 배터리 파우치 셀의 특성으로 인해 부풀어 오르는 스웰링 현상을 억제하는 배터리 모듈 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 스웰링 억제를 위한 배터리 모듈은, 일정 수량의 리튬-이온 파우치 셀을 적층하여 구성된 배터리 셀 적층부; 직육면체 형상의 조립 구조를 통해 상기 배터리 셀 적층부를 수납하는 케이스부; 및 상기 케이스부의 중심부 둘레를 복수의 셀룰로오스 나노 섬유(Cellulose Nano Fiber, CNF) 벨트로 감싸 내측에 면압을 가하고, 일정 간격으로 설치된 상기 복수의 CNF 벨트와 각각 체결되어 상기 설치된 위치를 고정하는 벨트 고정 플레이트를 포함하는 면압 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 배터리 셀 적층부는 서로 이웃한 상기 파우치 셀 사이에 삽입되는 폴리우레탄 폼(Polyurethane Foam) 소재의 면압 패드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이스부는 "ㄷ"자 형태로 절곡되어 정면부, 바닥부 및 후면부를 형성하고, 중앙에 형성된 상기 바닥부에 상기 배터리 셀 적층부를 수직한 세로방향으로 수납하는 하부 프레임; 조립 시 상기 정면부와 후면부에 형성된 지지부 위에 안착되는 상부 커버; 상기 지지부 위에 상부 커버가 안착된 상태에서 상기 케이스부의 양측면 커버를 위해 체결되는 측면 플레이트; 및 상기 정면부와 후면부에 형성된 개구부를 통해 노출된 상기 배터리 셀 적층부의 각 셀간 전극을 전기적으로 연결하는 ICB(Inter Connect Board) 블록;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 ICB 블록은 상기 개구부의 둘레에는 형성된 제1 체결홀(H1)과 제1 체결부재의 체결을 통해 고정될 수 있다.
또한, 상기 상부 커버는 상기 지지부의 양단에 형성된 제2 체결홀(H2)과 동일한 위치에 제1 관통구(P1)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면 플레이트는 상기 제2 체결홀(H2) 및 제1 관통구(P1)와 대응되는 사각 꼭지점부위의 동일한 위치에 제2 관통구(P2)가 형성되며 이들을 관통하는 제2 체결부재(B2)를 통해 한번에 동시 체결될 수 있다.
또한, 상기 CNF 벨트는 목재 펄프를 나노 수준으로 풀어 낸 극세 섬유의 CNF 소재를 수지에 혼합하여 길이방향으로 연장된 벨트 형상으로 제작될 수 있다.
또한, 상기 벨트 고정 플레이트는 상기 케이스부의 상부 커버 상에서 복수의 CNF 벨트와 직교하는 방향으로 설치되되, 각 CNF 벨트와 교차되는 위치에 형성된 벨트 체결홀; 및 상기 각 CNF 벨트에 대응되는 상기 벨트 체결홀의 정위치 설치를 가이드하고 상기 설치된 위치를 규제하기 위한 플레이트 설치구멍;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 벨트 고정 플레이트는 상기 벨트 체결홀과 대응되는 CNF 벨트을 관통하는 제3 체결부재(B3)를 통해 체결될 수 있다.
또한, 상기 케이스부는 상기 중심부 둘레를 따라 상기 일정 간격으로 상기 CNF 벨트의 설치 위치를 가이드 하는 벨트 설치홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 케이스부는 상기 상부 커버의 상면에 상기 벨트 고정 플레이트의 설치 위치를 가이드 하는 플레이트 설치홈; 및 상기 플레이트 설치홈 내에서 상기 CNF 벨트가 미설치되는 공간에 상기 플레이트 설치구멍의 삽입을 위해 돌출 성형된 플레이트 설치돌기;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리의 스웰링 억제를 위한 배터리 모듈 제조 방법은, a) 직육면체 형상의 조립구조를 갖는 케이스부에 일정 수량의 리튬-이온 파우치 셀을 적층하여 구성된 배터리 셀 적층부를 수납하는 단계; b) 상기 케이스부의 중심부 둘레를 감싸는 구조로 복수의 CNF 벨트(310)를 일정 간격으로 설치하여 내측에 면압을 가하는 단계; 및 c) 상기 케이스의 상부 커버에 일정 간격으로 설치된 상기 복수의 CNF 벨트와 각각 체결되어 상기 설치된 위치를 고정하는 벨트 고정 플레이트를 설치하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 a) 단계는, a-1) "ㄷ"자 형태로 절곡되어 정면부, 바닥부 및 후면부를 형성하는 하부 프레임의 바닥부에 상기 배터리 셀 적층부를 수직한 세로방향으로 수납하는 단계; a-b) 상기 정면부와 후면부에 형성된 지지부 위에 상기 상부 커버를 안착하는 단계; 및 a-3) 상기 케이스부의 좌우측면에 각각 설치되는 측면 플레이트의 사각 꼭지점부위에 체결되는 체결부재를 통해 상기 하부 프레임과 상부 커버를 동시에 체결하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 a-3 단계 이후에, 상기 하부 프레임의 정면부와 후면부에 각각 형성된 개구부를 통해 각 셀간 전극을 전기적으로 연결하는 ICB 블록을 설치하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 b) 단계는, 상기 케이스부의 중심부 둘레를 따라 상기 일정 간격으로 형성된 벨트 설치홈의 위치에 맞춰 상기 CNF 벨트를 감싸는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, c-1) 상기 케이스부의 상부 커버에 형성된 플레이트 설치홈 위치에 맞춰 상기 벨트 고정 플레이트를 안착하는 단계; 및 c-2) 상기 플레이트 설치홈 내에서 상기 CNF 벨트가 미설치되는 공간에 돌출 성형된 플레이트 설치돌기에 상기 벨트 고정 플레이트에 형성된 플레이트 설치구멍을 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c-2) 단계 이후에, 상기 벨트 고정 플레이트에 형성된 벨트 체결홀과 대응되는 상기 CNF 벨트를 체결부재를 통해 체결하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 리튬-이온 파우치셀의 고유 특징인 셀 충방전시의 부피 변화 및 BOL~EOL시 셀의 부피 변화를 제어할 수 있도록 케이스부 중앙부를 감싸는 벨트 타입의 면압 제어부를 통해 보강함으로써 스웰링 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리 셀간의 면압 패드를 통해 충방전시의 부피변화를 흡수 하고, 케이스부 외부로 부피 평창이 되지 않도록 강철보다 강한 소재인 CNF 벨트를 체결함으로써 배터리 모듈을 일정한 부피로 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 친환경 차량의 배터리 팩에 적용되는 배터리 모듈의 스웰링 현상을 방지하여 내구성을 확보하고 아킹현상으로 화재나 폭발을 예방할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 조립 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 스웰링 억제를 위한 면압 제어부의 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스웰링 억제를 위한 배터리 모듈 조립 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있지만 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 스웰링 억제를 위한 배터리 모듈 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 조립 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 스웰링 억제를 위한 면압 제어부의 구성을 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 스웰링 방지 배터리 모듈(1)은 배터리 셀 적층부(100), 케이스부(200) 및 면압 제어부(300)를 포함한다.
배터리 셀 적층부(100)는 필요한 용량에 따라 일정 수량의 리튬-이온 파우치 셀(110)을 적층하여 구성된다. 파우치 셀(110)은 정해진 용량에 따른 일정 개수의 양극 전극, 음극 전극 및 분리막을 교차 적층하고 파우치에 내에 수납되어 밀봉 제작된다.
배터리 셀 적층부(100)는 서로 이웃한 파우치 셀(110) 사이에 삽입되는 폴리우레탄 폼(Polyurethane Foam) 소재의 면압 패드(120)가 구성된다. 이를 통해 케이스부(200) 내에 조립된 상태에서 파우치 셀(110)간 충방전시 부피변화로 인한 압력을 흡수하고, 절연 및 단열을 통한 안전성을 확보할 수 있다.
케이스부(200)는 하부 프레임(210), 상부 커버(Top Cover)(220) 및 측면 플레이트(End Plate)(230) 및 ICB(Inter Connect Board) 블록(240)을 포함하는 직육면체 형상의 조립구조를 가지며, 이를 통해 내부에 배터리 셀 적층부(100)를 수납한다.
케이스부(200)는 고강도의 경량 알루미늄으로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않으며 케이스부(200)는 강성의 알루미늄 합금, 스틸, 티타늄, 합성수지 및 복합소재 등로 구성할 수 있다.
하부 프레임(210)은 "ㄷ"자로 절곡 성형되며 중간에 형성된 바닥부(211)에 배터리 셀 적층부(100)를 수직한 세로방향으로 수납한다. 즉, 배터리 셀 적층부(100)는 평평한 전극면이 케이스부(200)의 양측면(좌우)을 향하도록 수직하게 세워져 세로방향으로 수납된다.
하부 프레임(210)은 바닥부(211)의 전후 양단으로부터 수직으로 절곡된 정면부(212)와 후면부(213)에 배터리 셀 적층부(100)의 리드를 외부로 노출시키는 개구부(214)가 각각 형성된다. 이 때, 각 개구부(214)의 둘레에는 ICB 블록(240)을 나사나 볼트와 같은 제1 체결부재(B1)를 통해 고정시키기 위한 제1 체결홀(H1)이 형성될 수 있다.
또한, 하부 프레임(210)은 정면부(212)와 후면부(213) 상단에 케이스부(200)의 폭 방향으로 상부 커버(220)를 안착시키기 위해 형성된 지지부(215)를 포함한다.
또한, 하부 프레임(210)은 상기 정면부(212)와 후면부(213)의 양측 끝단에 측면 플레이트(230)를 제2 체결부재(B2)를 통해 고정시키기 위한 제2 체결홀(H2)이 형성될 수 있다.
상부 커버(220)는 조립 시 정면부(212)와 후면부(213)에 형성된 지지부(215) 위에 안착되고, 지지부(215)의 양단에 형성된 제2 체결홀(H2)과 동일한 위치에 제1 관통구(P1)를 형성한다.
측면 플레이트(230)는 하부 프레임(210) 위에 상부 커버(220)가 안착된 상태에서 마지막으로 케이스부(200)의 양측면을 커버하기 위해 설치된다.
측면 플레이트(230)는 직사각형의 측면 꼭지점부위에 상기 제2 체결홀(H2) 및 제1 관통구(P1)와 대응되는 동일한 위치에 제2 관통구(P2)가 형성되며, 이들을 관통하는 제2 체결부재(B2)를 통해 한번에 동시 체결된다.
즉, 하부 프레임(210)의 지지부(215)에 안착된 상부 커버(220)와 측면 플레이트(230)는 제2 체결부재(B2)를 이용하여 상기 제2 관통구(P2) 및 제1 관통구(P1)를 관통한 상태에서 상기 제2 체결홀(H2)와의 체결을 통해 한번에 고정된다.
나머지, ICB 블록(240)은 정면부(212)와 후면부(213)의 개구부(214)를 통해 노출된 배터리 셀 적층부(100)의 각 셀간 전극을 전기적으로 연결하는 외부인터페이스 모듈을 포함하며, 앞선 설명과 같이 제1 체결부재(B1)와 제1 체결홀(H1)의 체결을 통해 고정된다.
이러한 케이스부(200)는 하부 프레임(210), 상부 커버(220) 및 측면 플레이트(230)의 독특한 결합구조를 통해 케이스부(200)의 조립 작업공수를 줄이는 효과가 있다.
한편, 면압 제어부(300)는 조립된 케이스부(200)의 중심부 둘레를 복수의 셀룰로오스 나노섬유(Cellulose Nano Fiber, CNF) 벨트(310)로 감싸 내측에 면압을 가하고, 일정 간격으로 설치된 복수의 CNF 벨트(310)와 각각 체결되어 상기 설치된 위치를 고정하는 벨트 고정 플레이트(320)를 포함한다.
CNF 벨트(310)는 목재 펄프를 나노 수준으로 풀어 낸 극세 섬유로 강철대비 강도는 5배 이상의 강도를 갖는 CNF 소재를 수지에 혼합하여 길이방향으로 연장된 벨트 형상으로 제작된다.
이러한 CNF 벨트(310)는 설치된 위치에서 높은 강성의 면압을 발생하여 배터리 셀이 부푸는 스웰링 현상을 억제하며 열을 가해도 변형되지 않는 특징을 갖는다.
또한, CNF 벨트(310)는 원재료인 CNF를 식물에서 공급받기 때문에 물건의 폐기시 환경오염이 적은 친환경적이며, 목재 자원이 풍부해 저렴한 비용으로 구현할 수 있다.
벨트 고정 플레이트(320)는 상부 커버(220) 상에서 복수의 CNF 벨트(310)와 직교하는 방향으로 설치되되, 각 CNF 벨트(310)와 교차되는 위치에 형성된 벨트 체결홀(330) 및 각 CNF 벨트(310)에 대응한 정위치 설치 및 설치된 위치를 규제하기 위한 플레이트 설치구멍(340)이 형성된다.
이 때, 벨트 고정 플레이트(320)와 각 CNF 벨트(310)는 제3 체결부재(B3)를 통해 체결되며, 예컨대, 제3 체결부재(B3)는 각 CNF 벨트(310)별로 2개씩 체결될 수 있으며 각각 벨트 체결홀(330)과 CNF 벨트(310)을 관통하여 체결될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고, 제3 체결부재(B3)가 벨트 체결홀(330)과 CNF 벨트(310)에 형성된 홀을 관통한 후 상부 커버(220)의 체결홈(222a)에 체결되도록 구성할 수 있다.
한편, 케이스부(200)는 중심부 둘레이 벨트 고정 플레이트(320)의 설치 및 설치 위치고정을 위한 다음의 세부 구성이 마련된다.
면압 제어부(300)의 설치를 위해 케이스부(200)의 상기 중심부 둘레를 따라 하부 프레임(210), 상부 커버(220) 및 양측의 측면 플레이트(230)에 일정 간격으로 벨트 설치홈(240a)이 형성된다. 벨트 설치홈(240a)은 CNF 벨트(310)의 설치위치를 가이드하고, 이후 임의로 이탈되지 않도록 설치위치를 규제할 수 있다.
또한, 상부 커버(220)는 상면에 벨트 고정 플레이트(320)가 설치되는 플레이트 설치홈(240b)과 상기 플레이트 설치홈(240b) 내에서 CNF 벨트(310)가 미설치되는 공간에 형성되어 상기 플레이트 설치구멍(340)에 삽입되는 플레이트 설치돌기(250)가 형성된다. 플레이트 설치돌기(250)는 케이스부(200)의 중심부에 복수의 CNF 벨트(310)가 설치된 상태에서 각각 대응되는 상기 플레이트 설치구멍(340)에 삽입되어 벨트 고정 플레이트(320)의 정위치 설치를 가이드하고, 벨트 고정 플레이트(320)에 체결된 복수의 CNF 벨트(310)가 임의로 이동하지 않도록 위치를 규제하는 역할을 한다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스웰링 억제를 위한 배터리 모듈 조립 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 조립 방법은 먼저 필요한 용량에 따른 일정 수량의 파우치 셀(110)을 적층하여 배터리 셀 적층부(100)를 구성한 후 케이스부(200)의 조립을 시작한다.
"ㄷ"자로 절곡된 하부 프레임(210)의 바닥부(211)에 상기 배터리 셀 적층부(100)를 수직한 세로방향으로 수납한다(S1). 이 때, 상기 배터리 셀 적층부(100)는 평평한 전극면이 하부 프레임(210)의 양측면(좌우)을 향하도록 수직하게 세워져 세로방향으로 수납된다.
하부 프레임(210)의 정면부(212)와 후면부(213)에 형성된 지지부(215) 위에 상부 커버(220)를 안착한다(S2). 이 때, 상기 지지부(215)의 양단에 형성된 제2 체결홀(H2)과 동일한 위치에 상부 커버(220)의 제1 관통구(P1)가 동축으로 정렬된다.
하부 프레임(210)의 지지부(215) 상에 상부 커버(220)가 안착된 상태에서 케이스부(200)의 좌우측면에 각각 설치되는 측면 플레이트(230)의 사각 꼭지점부위에 체결되는 체결부재를 통해 하부 프레임(210)과 상부 커버(220)를 동시에 체결한다(S3). 이 때, 측면 플레이트(230)는 상기 제2 체결홀(H2) 및 제1 관통구(P1)와 대응되는 동일한 위치에 제2 관통구(P2)가 형성되며, 이들을 관통하는 제2 체결부재(B2)를 통해 한번에 체결될 수 있다.
상기 하부 프레임(210)의 정면부(212)와 후면부(213)에 각각 형성된 개구부(214)를 통해 각 셀간 전극을 전기적으로 연결하는 ICB 블록(240)을 제1 체결부재(B1)를 통해 고정 설치한다(S4).
위 과정을 통해 직육면체 형상의 조립구조를 갖는 케이스부(200)에 일정 수량의 리튬-이온 파우치 셀을 적층하여 구성된 배터리 셀 적층부를 수납하는 케이스 조립과정이 완료된다.
상기 조립된 케이스부(200)의 중심부 둘레를 감싸는 구조로 복수의 CNF 벨트(310)를 일정 간격으로 설치하여 내측에 면압을 가한다(S5). 이 때, 각 CNF 벨트(310)는 케이스부(200)의 상기 중심부 둘레를 따라 일정 간격으로 형성된 벨트 설치홈(240a)을 따라 가이드 되어 내측에 설치될 수 있다.
일정 간격으로 설치된 복수의 CNF 벨트(310)와 각각 체결되어 설치된 위치를 고정하는 벨트 고정 플레이트(320)를 설치한다(S6).
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 리튬-이온 파우치셀의 고유 특징인 셀 충방전시의 부피 변화 및 BOL~EOL시 셀의 부피 변화를 제어할 수 있도록 케이스부 중앙부를 감싸는 면압 제어부를 통해 보강함으로써 스웰링 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리 셀간의 면압 패드를 통해 충방전시의 부피변화를 흡수 하고, 케이스부 외부로 부피 평창이 되지 않도록 강철보다 강한 소재인 CNF 벨트를 체결함으로써 배터리 모듈을 일정한 부피로 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 친환경 차량의 배터리 팩에 적용되는 배터리 모듈의 스웰링 현상을 방지하여 내구성을 확보하고 아킹현상으로 화재나 폭발을 예방할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 도 4에 따른 본 발명의 실시 예에서는 케이스부(200)에 CNF 벨트(310)를 1회 감은 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 않고 케이스부(200)의 둘레를 복수 횟수로 감은 후 벨트 고정 플레이트(320)를 체결하여 면압을 강화할 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 실시 예에서는 면압 제어부(300)를 CNF 소재를 활용한 CNF 벨트(310)를 이용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 탄소나노섬유 소재를 필적물에 혼합하여 강성 및 내열성이 강한 벨트를 활용해 구현이 가능함은 자명할 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 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.
1: 배터리 모듈 100: 배터리 셀 적층부
110: 파우치 셀 120: 면압 패드
200: 케이스부 210: 하부 프레임
211: 바닥부 212: 정면부
213: 후면부 220: 상부 커버
230: 측면 플레이트 240: ICB 블록
214: 개구부 215: 지지부
240a: 벨트 설치홈 240b: 플레이트 설치홈
250: 플레이트 설치돌기 300: 면압 제어부
310: CNF(Cellulose Nano Fiber) 벨트 320: 벨트 고정 플레이트
330: 벨트 체결홀 340: 플레이트 설치구멍
B: 체결부재 H: 체결홀
P: 관통구

Claims (17)

  1. 배터리의 스웰링 억제를 위한 배터리 모듈에 있어서,
    일정 수량의 리튬-이온 파우치 셀을 적층하여 구성된 배터리 셀 적층부;
    직육면체 형상의 조립 구조를 통해 상기 배터리 셀 적층부를 수납하는 케이스부; 및
    상기 케이스부의 중심부 둘레를 복수의 셀룰로오스 나노 섬유(Cellulose Nano Fiber, CNF) 벨트로 감싸 내측에 면압을 가하고, 일정 간격으로 설치된 상기 복수의 CNF 벨트와 각각 체결되어 상기 설치된 위치를 고정하는 벨트 고정 플레이트를 포함하는 면압 제어부;를 포함하며,
    상기 벨트 고정 플레이트는 상기 케이스부의 상부 커버 상에서 복수의 CNF 벨트와 직교하는 방향으로 설치되되, 각 CNF 벨트와 교차되는 위치에 형성된 벨트 체결홀 및 상기 각 CNF 벨트에 대응되는 상기 벨트 체결홀의 정위치 설치를 가이드하고 상기 설치된 위치를 규제하기 위한 플레이트 설치구멍을 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀 적층부는
    서로 이웃한 상기 파우치 셀 사이에 삽입되는 폴리우레탄 폼(Polyurethane Foam) 소재의 면압 패드를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이스부는
    "ㄷ"자 형태로 절곡되어 정면부, 바닥부 및 후면부를 형성하고, 중앙에 형성된 상기 바닥부에 상기 배터리 셀 적층부를 수직한 세로방향으로 수납하는 하부 프레임;
    조립 시 상기 정면부와 후면부에 형성된 지지부 위에 안착되는 상부 커버;
    상기 지지부 위에 상부 커버가 안착된 상태에서 상기 케이스부의 양측면 커버를 위해 체결되는 측면 플레이트; 및
    상기 정면부와 후면부에 형성된 개구부를 통해 노출된 상기 배터리 셀 적층부의 각 셀간 전극을 전기적으로 연결하는 ICB(Inter Connect Board) 블록;
    을 포함하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 ICB 블록은
    상기 개구부의 둘레에는 형성된 제1 체결홀(H1)과 제1 체결부재의 체결을 통해 고정되는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 상부 커버는
    상기 지지부의 양단에 형성된 제2 체결홀(H2)과 동일한 위치에 제1 관통구(P1)가 형성되는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 측면 플레이트는
    상기 제2 체결홀(H2) 및 제1 관통구(P1)와 대응되는 꼭지점부위의 동일한 위치에 제2 관통구(P2)가 형성되며 이들을 관통하는 제2 체결부재(B2)를 통해 한번에 동시 체결되는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 CNF 벨트는
    목재 펄프를 나노 수준으로 풀어 낸 극세 섬유의 CNF 소재를 수지에 혼합하여 길이방향으로 연장된 벨트 형상으로 제작되는 배터리 모듈.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 벨트 고정 플레이트는
    상기 벨트 체결홀과 대응되는 CNF 벨트을 관통하는 제3 체결부재(B3)를 통해 체결되는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 케이스부는
    상기 중심부 둘레를 따라 상기 일정 간격으로 상기 CNF 벨트의 설치 위치를 가이드 하는 벨트 설치홈이 형성되는 배터리 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 케이스부는
    상기 상부 커버의 상면에 상기 벨트 고정 플레이트의 설치 위치를 가이드 하는 플레이트 설치홈; 및
    상기 플레이트 설치홈 내에서 상기 CNF 벨트가 미설치되는 공간에 상기 플레이트 설치구멍의 삽입을 위해 돌출 성형된 플레이트 설치돌기;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  12. 배터리의 스웰링 억제를 위한 배터리 모듈 제조 방법에 있어서,
    a) 직육면체 형상의 조립구조를 갖는 케이스부에 일정 수량의 리튬-이온 파우치 셀을 적층하여 구성된 배터리 셀 적층부를 수납하는 단계;
    b) 상기 케이스부의 중심부 둘레를 감싸는 구조로 복수의 CNF 벨트(310)를 일정 간격으로 설치하여 내측에 면압을 가하는 단계; 및
    c) 상기 케이스의 상부 커버에 일정 간격으로 설치된 상기 복수의 CNF 벨트와 각각 체결되어 상기 설치된 위치를 고정하는 벨트 고정 플레이트를 설치하는 단계;를 포함하며,
    상기 b) 단계는, 상기 케이스부의 중심부 둘레를 따라 상기 일정 간격으로 형성된 벨트 설치홈의 위치에 맞춰 상기 CNF 벨트를 감싸는 단계를 포함하는 배터리 모듈 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    a-1) "ㄷ"자 형태로 절곡되어 정면부, 바닥부 및 후면부를 형성하는 하부 프레임의 바닥부에 상기 배터리 셀 적층부를 수직한 세로방향으로 수납하는 단계;
    a-b) 상기 정면부와 후면부에 형성된 지지부 위에 상기 상부 커버를 안착하는 단계; 및
    a-3) 상기 케이스부의 좌우측면에 각각 설치되는 측면 플레이트의 사각 꼭지점부위에 체결되는 체결부재를 통해 상기 하부 프레임과 상부 커버를 동시에 체결하는 단계;
    를 포함하는 배터리 모듈 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 a-3 단계 이후에,
    상기 하부 프레임의 정면부와 후면부에 각각 형성된 개구부를 통해 각 셀간 전극을 전기적으로 연결하는 ICB 블록을 설치하는 단계;
    를 포함하는 배터리 모듈 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    c-1) 상기 케이스부의 상부 커버에 형성된 플레이트 설치홈 위치에 맞춰 상기 벨트 고정 플레이트를 안착하는 단계; 및
    c-2) 상기 플레이트 설치홈 내에서 상기 CNF 벨트가 미설치되는 공간에 돌출 성형된 플레이트 설치돌기에 상기 벨트 고정 플레이트에 형성된 플레이트 설치구멍을 결합하는 단계;
    를 포함하는 배터리 모듈 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 c-2) 단계 이후에,
    상기 벨트 고정 플레이트에 형성된 벨트 체결홀과 대응되는 상기 CNF 벨트를 체결부재를 통해 체결하는 단계를 포함하는 배터리 모듈 제조 방법.
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