KR20160098043A - Cell assembly of electrochemical cells - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 병렬 및/또는 직렬로 접속된 다수의 전기화학 셀을 포함하며, 개별 셀들은 서로 절연된 셀 하우징을 포함하는, 특히 배터리 또는 배터리 모듈을 구성하기 위한 전기화학 셀들의 셀 어셈블리에 관한 것이다. 또한 본 발명은 적어도 하나의 이러한 셀 어셈블리를 포함하는 배터리 모듈과 배터리 팩, 및 셀 어셈블리의 셀 하우징들을 절연하기 위한 방법에 관한 것이다. The invention relates to a cell assembly of electrochemical cells for constituting a battery or battery module, in particular comprising a plurality of electrochemical cells connected in parallel and / or in series, the individual cells comprising a cell housing insulated from each other . The invention also relates to a battery module comprising at least one such cell assembly, a battery pack, and a method for insulating cell housings of a cell assembly.
배터리 팩이라고도 하는 전기화학 배터리는, 각각의 용도에 맞게 조정된 전력 및/또는 에너지 수요를 충족하기 위해, 주로 병렬 및/또는 직렬 접속된 다수의 전기화학 셀을 포함한다. 예를 들어 차량 배터리의 경우처럼 소정의 전력을 제공하기 위해 매우 많은 셀들이 서로 접속되어야 하는 경우에, 일반적으로 다수의 배터리 모듈의 형태로 배터리 팩의 모듈화가 이루어진다.An electrochemical battery, also referred to as a battery pack, includes a plurality of electrochemical cells, which are mainly connected in parallel and / or in series, to meet the power and / or energy demand tailored to their respective applications. For example, when a very large number of cells must be connected to each other to provide a predetermined power as in the case of a vehicle battery, the battery pack is generally modularized in the form of a plurality of battery modules.
특히 리튬 이온 배터리의 경우에, 적어도 전기화학 셀들의 셀 하우징은 금속으로 형성된다. 일반적으로 금속 셀 하우징은 배터리의 극을 형성하므로, 셀 하우징은 셀의 상기 극의 전위에 접속된다. 특히 다수의 셀들의 직렬 접속 시, 개별 셀의 셀 하우징들은 상이한 전위에 접속되므로, 상기 셀 하우징들은 서로 절연되어야 한다. Particularly in the case of a lithium ion battery, at least the cell housing of electrochemical cells is formed of metal. Generally, the metal cell housing forms the pole of the battery, so that the cell housing is connected to the potential of the pole of the cell. In particular, when a plurality of cells are connected in series, the cell housings of individual cells are connected to different potentials, so that the cell housings must be insulated from each other.
일반적으로 이러한 절연은 셀 하우징을 절연 박막에 접착함으로써, 수축 튜브 내에 포장함으로써, 절연 스페이서를 삽입함으로써, 절연 슬리브를 사용함으로써 또는 셀 하우징을 코팅함으로써 이루어진다. 일반적으로 각각의 개별 셀은 자체적으로 절연된 후에, 추후의 공정 단계에서 다른 셀과 결합하여 예를 들어 배터리 모듈 형태의 더 큰 유닛을 형성한다.Typically, such insulation is achieved by packaging the cell housing into an insulating thin film, by packaging in a shrink tube, by inserting an insulating spacer, by using an insulating sleeve, or by coating the cell housing. In general, each individual cell is self-insulated and then combined with the other cells in a later process step to form a larger unit, for example in the form of a battery module.
배터리 셀의 하우징은 항상 금속으로 구현되는 것은 아니다. 간행물 US 3,281,283호에는 일체형 하우징을 가진 습식 배터리의 셀이 공개되어 있고, 이 경우 비금속 하우징은 절연 열가소성 물질로 이루어지고, 2개의 박막으로 열성형 기술 및 진공 성형에 의해 제조된다. The housing of the battery cell is not always made of metal. Publication No. US 3,281,283 discloses a cell of a wet battery with an integral housing, wherein the non-metallic housing is made of an insulating thermoplastic material and is produced by thermoforming and vacuum molding with two thin films.
또한 간행물 JP 2010-33937 호에 리튬 이온 배터리가 공개되어 있고, 상기 배터리에서 개별 배터리 소자들은 전해질 물질 및 전극 물질들의 적층 구조를 갖고, 절연 복합 박막에 의해 진공 밀봉 방식으로 밀봉된다. In addition, a lithium ion battery is disclosed in publication JP 2010-33937, and the individual battery elements in the battery have a laminated structure of an electrolyte material and an electrode material, and are sealed in a vacuum-sealed manner by an insulating composite thin film.
셀 어셈블리란 또한 기계적으로, 예를 들어 고정부에 의해 공통의 베이스 플레이트 상에서 서로 결합되고 병렬 및/또는 직렬 접속 가능한 다수의 전기화학 셀을 의미한다. Cell assemblies also refer to a plurality of electrochemical cells that are mechanically coupled together, for example, by a fixed portion, on a common base plate, and are capable of being connected in parallel and / or in series.
본 발명의 과제는 짧은 공정 시간으로 효율적으로 및 저렴하게 제조될 수 있는 서로 절연된 셀 하우징을 포함하는 전기화학 셀들의 셀 어셈블리를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 과제는 적어도 하나의 이러한 셀 어셈블리를 포함하는 배터리 모듈과 배터리팩, 및,셀 어셈블리의 셀 하우징을 절연하기 위한 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a cell assembly of electrochemical cells comprising an insulated cell housing which can be manufactured efficiently and inexpensively in a short process time. It is also an object of the present invention to provide a battery module including at least one such cell assembly, a battery pack, and a method for inserting the cell housing of the cell assembly.
상기 과제는 독립 청구항에 따른 셀 어셈블리, 배터리 모듈과 배터리팩, 및 셀 어셈블리의 셀 하우징을 절연하기 위한 방법에 의해 해결된다. This problem is solved by a cell assembly according to the independent claim, a battery module and a battery pack, and a method for inserting a cell housing of a cell assembly.
본 발명에 따라 병렬 및/또는 직렬 접속된 다수의 전기화학 셀을 가진 특히 배터리 또는 배터리팩을 구성하기 위한 전기화학 셀들의 셀 어셈블리가 제공되고, 상기 셀 어셈블리에서 개별 셀들은 서로 절연된 셀 하우징을 포함하고, 셀 하우징들 간의 절연은 절연을 위해 제공된 영역에서 셀 하우징들 상에 공통으로 제공된 열가소성 성형 박막에 의해 실행된다. According to the present invention there is provided a cell assembly of electrochemical cells for constituting a battery or a battery pack, in particular having a plurality of parallel and / or serially connected electrochemical cells, wherein individual cells in the cell assembly comprise a cell housing insulated from each other And the insulation between the cell housings is carried out by a thermoplastic molding film provided in common on the cell housings in the region provided for insulation.
이러한 어셈블리는 특히 셀들이 서로 별도로 절연된 어셈블리와 달리, 셀 어셈블리가 셀들의 공통으로 이루어진 절연에 의해 짧은 공정 시간으로 효율적으로 및 저렴하게 제조될 수 있는 장점을 갖는다. 박막으로 셀 어셈블리의 셀들의 공통의 코팅은 또한 절연 과정들의 동시 실행에 의한 공정 단계의 감소의 장점을 제공한다. 박막을 이용한 셀의 개별 절연 후에 흔히 초과량의 박막 재료를 제거하기 위한 공정 단계가 필요하고, 그렇지 않으면 상기 재료는 셀의 후속 처리 시 방해가 될 것이다. 그와 달리 본 발명에 따른 셀 어셈블리는, 제조 시 이러한 공정 단계를 생략할 수 있는 장점을 갖는다. 오히려 초과량의 박막 재료는 바람직하게 에어갭 및 연면 거리의 유지를 보장하기 위해 사용될 수 있다.Such an assembly has the advantage that the cell assembly can be manufactured efficiently and inexpensively in a short process time by the insulation of the cells in common, unlike the assembly in which the cells are separately insulated from each other. The common coating of the cells of the cell assembly with the thin film also offers the advantage of reduced process steps by the simultaneous execution of the insulation processes. After individual isolation of the cell using the thin film, a process step is often required to remove excess amounts of the thin film material, otherwise the material will interfere with subsequent processing of the cell. Alternatively, the cell assembly according to the present invention has the advantage of omitting this process step at the time of manufacture. Rather, an excess amount of the thin film material can be preferably used to ensure maintenance of air gap and creepage distance.
바람직하게 셀 어셈블리는 셀 하우징에 박막을 결합하기 위해 박막과 셀 하우징 사이에 저압을 형성하는 수단을 포함한다. 이러한 수단은 셀 어셈블리의 다수의 셀들이 배치된 예를 들어 공통의 지지 프레임 또는 공통의 베이스 플레이트일 수 있다. 이러한 지지 프레임 또는 이러한 베이스 플레이트는 예를 들어 셀 아래에, 예를 들어 단자들라고도 하는 극들 사이에 저압 또는 진공 형성을 위한 흡입 배출구를 가질 수 있다. 저압의 제공을 위한 수단은 제조 동안에만 필요하고, 박막의 냉각 및 경화 후에 저압은 더 이상 필요 없다. 따라서 셀 어셈블리에 대한 대안으로서 제조 장치가 이러한 수단을 포함할 수 있다. Preferably, the cell assembly includes means for forming a low pressure between the membrane and the cell housing to bond the membrane to the cell housing. Such means may be, for example, a common support frame or a common base plate in which a plurality of cells of the cell assembly are arranged. Such a support frame or such a base plate may have, for example, a low pressure or a suction outlet for forming a vacuum beneath the cell, for example between the poles, also called terminals. Means for providing a low pressure is only required during manufacture, and no further pressure is needed after cooling and curing of the film. Thus, the manufacturing apparatus may include such means as an alternative to the cell assembly.
저압의 형성은, 박막이 셀 하우징의 윤곽에 맞게 조정될 수 있는 장점을 제공한다. 특히 셀들이 나란히 배치된 경우에 개별 셀 아래에 가해진 저압으로 인해 개별 셀이 박막으로 둘러싸이므로, 인접한 셀 하우징의 벽들이 서로 절연될 수 있다. 이로써 다수의 셀을 텐트 형상으로 함께 덮는 것은 생략될 수 있다. The formation of a low pressure provides the advantage that the thin film can be adjusted to the contour of the cell housing. Especially when the cells are arranged side by side, the individual cells are surrounded by the thin film due to the low pressure applied below the individual cells, so that the walls of the adjacent cell housings can be insulated from each other. Thus, covering the plurality of cells together in a tent shape can be omitted.
바람직하게 박막은 열 활성화 접착 층을 포함하거나 셀 하우징과 박막 사이에 열 활성화 접착 층이 배치된다. 이러한 층은 박막과 셀 하우징 사이의 재료 결합 방식의 연결을 지원한다. Preferably, the thin film comprises a thermally activated adhesive layer or a thermally activated adhesive layer is disposed between the cell housing and the thin film. This layer supports the connection of the material coupling manner between the thin film and the cell housing.
또한 바람직하게 박막은 구조화된다. 박막의 구조화 또는 윤곽의 형성은, 셀들이 예를 들어 열팽창으로 인해 서로 접촉하는 경우에, 구조화의 형성에 의해 셀들 사이의 압력 분포에 영향을 미칠 수 있는 장점을 제공한다.Also preferably, the thin film is structured. The structuring or contouring of the thin film provides the advantage that the pressure distribution between the cells can be influenced by the formation of structuring, in the case where the cells are in contact with each other, for example due to thermal expansion.
또한 바람직하게 박막의 구조는 셀 어셈블리 상에 제공된 박막이 인접한 셀 하우징들의 벽들 사이에 대응하는 구조화를 형성하도록 설계된다. 이 경우 대응하는 구조화는 예를 들어 스탬핑에 의해 형성된 양각 성형 또는 윤곽 성형이고, 이것은 돌출한 다수의 라인으로 나타날 수 있고, 대향 배치된 셀 하우징의 벽 상에 배치되어 벽과 접촉 시 다수의 교차점을 형성한다. 이는 예를 들어 사선 해칭 영역에 해당한다. 인접하는 셀 하우징의 박막의 대응하는 구조화는 셀들 사이의 높은 마찰 결합을 제공한다. 바람직하게 구조로서 박막은 45°의 사선 해칭(hatching)을 포함한다. 박막이 셀 하우징 반대편에 45°의 사선 해칭을 갖는 셀 하우징 상에 한 방향으로 제공되면, 인접한 셀 하우징들 사이의 폴딩으로 인해 90°로 교차하는 구조화가 형성된다.Also preferably, the structure of the thin film is designed so that the thin film provided on the cell assembly forms a corresponding structure between the walls of adjacent cell housings. In this case, the corresponding structuring is embossed or contoured, for example formed by stamping, which can be represented by a plurality of protruding lines, arranged on the walls of the oppositely disposed cell housings, . This corresponds to, for example, a hatched area. The corresponding structuring of the thin films of adjacent cell housings provides high frictional coupling between the cells. Preferably the thin film as the structure comprises a hatched hatching of 45 [deg.]. If a thin film is provided in one direction on a cell housing with a diagonal hatched of 45 DEG on the opposite side of the cell housing, a 90 DEG crossing structure is formed due to folding between adjacent cell housings.
또한 본 발명에 따라 전술한 셀 어셈블리를 포함하는 배터리 모듈이 제공된다. 바람직하게 셀 어셈블리로서 배터리 모듈의 셀 전체의 절연은 공통으로 이루어진다. 이러한 배터리 모듈은, 적절하게 접속된 셀 어셈블리가 기계적 유닛으로서 배터리 모듈 하우징 내에 삽입됨으로써, 매우 간단하게 제조 가능한 장점을 제공한다. A battery module including the above-described cell assembly according to the present invention is also provided. Preferably, the entire cell of the battery module as a cell assembly is commonly made. Such a battery module provides an advantage that it can be manufactured very simply by suitably connected cell assembly being inserted as a mechanical unit into the battery module housing.
본 발명에 따라 또한 전술한 하나 이상의 셀 어셈블리를 포함하는 배터리팩이 제공된다. 이러한 배터리팩은 바람직하게 배터리 모듈을 형성하지 않으면서 하나 이상의 전술한 셀 어셈블리를 포함한다. 셀 어셈블리 형태의 셀들의 공통의 절연에 의해 그리고 셀 어셈블리의 셀들 간의 기계적 접속에 의해 예를 들어 배터리팩 내에서 구조화를 가능하게 하는 모듈화 형태가 이미 주어진다. 이로써 배터리 모듈의 형성은 생략될 수 있다. According to the present invention there is also provided a battery pack comprising one or more of the above-described cell assemblies. Such a battery pack preferably includes one or more of the aforementioned cell assemblies without forming a battery module. A modular form is already given by the common insulation of the cells in the form of a cell assembly and by means of the mechanical connection between the cells of the cell assembly, for example in a battery pack. Whereby the formation of the battery module can be omitted.
본 발명에 따라 또한 셀 어셈블리의 셀들의 셀 하우징들을 절연하기 위한 방법이 제공되고, 이 경우 셀 하우징들 간의 절연은 절연을 위해 제공된 영역에서 박막에 의해 이루어지고, 상기 박막은 열가소성 방법의 공통의 방법 단계에 저압 상태에서 셀 어셈블리의 셀 하우징들 상에 공통으로 제공된다. 전술한 셀 어셈블리에 관한 실시예에 따라서 이러한 방법은 셀 어셈블리의 셀들의 셀 하우징들의 절연을 소수의 방법 단계로 효율적으로 가능하게 한다. According to the present invention there is also provided a method for inspecting cell housings of cells of a cell assembly wherein the insulation between the cell housings is made by a thin film in the area provided for insulation and the thin film is formed by a common method of thermoplastic method And is commonly provided on the cell housings of the cell assembly in a low pressure state. According to an embodiment of the above-described cell assembly, this method efficiently enables isolation of cell housings of cells of the cell assembly in a few method steps.
셀 어셈블리의 절연은, 제 1 방법 단계에서 절연 열가소성 박막이 셀 어셈블리의 셀들의 다수의 셀 하우징 위에 배치되도록 이루어진다. 이는 예를 들어, 박막이 예컨대 가열된 상태에서 클램핑 프레임에 의해 셀 어셈블리 위로 당겨지도록 이루어질 수 있다. 다른 방법 단계에서 가열된 박막과 셀 하우징 사이에 저압이 형성되므로, 박막은 열가소성 변형 하에 셀 하우징의 윤곽을 취한다. 변형은 바람직하게 박막과 셀 하우징 사이에 배치된 열 활성화 접착 층에 의해 지원된다. Insulation of the cell assembly is such that in a first method step the insulated thermoplastic thin film is disposed over a plurality of cell housings of cells of the cell assembly. This can be done, for example, such that the thin film is pulled over the cell assembly, for example, in a heated state by means of a clamping frame. In another method step, a low pressure is formed between the heated film and the cell housing, so that the film takes the profile of the cell housing under thermoplastic deformation. The deformation is preferably supported by a thermally activated adhesive layer disposed between the thin film and the cell housing.
하기에서 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 바람직한 실시예를 참고로 설명된다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
도 1은 병렬로 배치된 전기화학 셀들의 그룹을 도시한 도면.
도 2는 절연을 위해 열가소성 박막으로 코팅된 베이스 플레이트 상의 4개의 셀의 셀 어셈블리를 도시한 도면.
도 3은 베이스 플레이트 상의 개별 셀과 열가소성 박막을 가진 클램핑 프레임을 도시한 도면.
도 4는 박막과 셀 사이에 저압의 형성 전에 열가소성 박막으로 코팅된 개별 셀을 도시한 도면.
도 5는 저압의 형성에 의해 셀 윤곽에 따른 박막의 조정이 이루어진 후에, 열가소성 박막에 의해 절연된 개별 셀을 도시한 도면. Figure 1 shows a group of electrochemical cells arranged in parallel.
Figure 2 shows a cell assembly of four cells on a base plate coated with a thermoplastic film for insulation.
Figure 3 shows a clamping frame with individual cells and a thermoplastic film on a base plate;
Figure 4 shows individual cells coated with a thermoplastic film prior to formation of a low pressure between the film and the cell.
Figure 5 shows individual cells insulated by a thermoplastic film after the thin film has been adjusted along the cell contour by the formation of a low pressure;
도 1은 셀 어셈블리(1)를 형성하기 위해 병렬로 배치된 전기화학 셀(2)의 그룹을 도시한다. 셀들(2)은 이 실시예에서 직방체의 각기둥 형태를 갖는다. 셀(2)의 단자들(6)은 아래로 향하고, 따라서 도 1에는 나타나지 않는다. 그룹의 셀들(2)의 개수는 기본적으로 제한되지 않으며, 셀 어셈블리(1)를 위해 제공된 셀(2)의 개수를 따른다. Figure 1 shows a group of
도 2는 병렬 및/또는 직렬 접속 가능한 다수의 전기화학 셀(2)을 가진, 특히 배터리 또는 배터리 모듈을 구성하기 위한 전기화학 셀들(2)의 셀 어셈블리(1)를 도시하고, 상기 어셈블리에서 개별 셀들(2)은 서로 절연된 셀 하우징(3)을 포함하고, 셀 하우징들(3) 간의 절연은 절연을 위해 제공된 영역에서 셀 하우징(3) 상에 공통으로 제공된 열가소성 성형 박막(4)에 의해 실행된다. 셀 어셈블리(1)는 4개의 셀(2)을 갖고, 상기 셀들의 단자들(6)은 아래로 베이스 플레이트(5) 상에 또는 내에 배치된다. 박막(4)은 구조화되고, 구조로서 45 °의 경사 해칭을 갖는다. 이로써 박막(4)의 구조는, 셀 어셈블리(1) 상에 제공된 박막(4)이 인접한 셀 하우징(3)의 벽들 사이에 대응하는 구조화를 형성하도록 설계된다. 2 shows a
도 3 내지 도 5는 셀 어셈블리(1)의 셀들(2)의 셀 하우징들(3)의 절연을 위한 방법의 바람직한 실시예를 도시하고, 이 경우 셀 하우징들(3) 간의 절연은 절연을 위해 제공된 영역에서 박막(4)에 의해 이루어지고, 상기 박막은 열가소성 방법의 공통의 방법 단계에 저압 상태에서 셀 어셈블리(1)의 셀 하우징(3) 상에 공통으로 제공된다. 이 경우 방법의 작용 방식을 더 잘 도시하기 위해 도 3 내지 도 5에는 각각 하나의 셀(2)만이 도시된다. 3 to 5 illustrate a preferred embodiment of a method for insulation of
도 3은 베이스 플레이트(5) 상의 하나의 셀(2)을 도시한다. 그 위에 열가소성 박막(4)을 가진 클램핑 프레임(7)이 변형되지 않은 출발 상태에서 도시된다. 가열된 열가소성 박막(4)을 셀(2) 상에 제공하기 위해 클램핑 프레임(7)이 하강한다. 이 도면에는 셀(2)의 아래로 향한 단자(6)가 나타난다. Figure 3 shows one cell (2) on the base plate (5). The
도 4는 가열된 열가소성 박막(4)이 클램핑 프레임(7)을 이용해서 셀(2) 상에 제공된 후에 도 3의 개별 셀(2)을 도시한다. 열가소성 박막(4)은 아직 셀(2)의 윤곽을 취하지 않는다. 박막(4)은 셀(2)을 향한 측면에 열활성화 접착 층을 갖는다. 또한 도 4에서 셀 하우징(3)에 박막(4)을 결합하기 위해 박막(4)과 셀 하우징(3) 사이에 저압을 형성하는 수단이 도시된다. 상기 수단은 베이스 플레이트(5), 베이스 플레이트(5) 상에 밀봉 방식으로 배치되는 클램핑 프레임(7) 및 베이스 플레이트(5) 내의 (도시되지 않은) 흡입 배출구에 의해 형성된다. 흡입 배출구는 예를 들어 셀(2)의 단자들(6) 사이에 배치될 수 있다. Fig. 4 shows the
접착 층의 접착력과 흡입 배출구를 통해 형성된 저압으로 인해, 열가소성 박막(4)은 셀(2)의 윤곽을 취한다.Due to the adhesive force of the adhesive layer and the low pressure formed through the suction outlet, the
도 5는 열가소성 박막(4)에 의해 절연된 하나의 셀(2)을 도시한다. 이 경우 열가소성 박막(4)은 셀 하우징(3)의 윤곽을 취한다. 셀(2)의 단자들(6)은, 박막(4)에 의해 코팅되지 않도록 베이스 플레이트(5) 상에 또는 내에 배치된다. Fig. 5 shows one
1 셀 어셈블리
2 셀
3 셀 하우징
4 박막
5 베이스 플레이트
6 단자
7 클램핑 프레임1-cell assembly
2 cells
3-cell housing
4 thin film
5 base plate
6 terminals
7 Clamping frame
Claims (10)
상기 셀 하우징들(3) 간의 절연은 절연을 위해 제공된 영역에서 상기 셀 하우징(3) 상에 공통으로 제공된 열가소성 성형 박막(4)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 셀 어셈블리. A cell assembly (1) of electrochemical cells (2) for constituting a battery or a battery module in particular, the cell assembly (1) comprising a plurality of electrochemical cells (2) connected in parallel and / The cell assembly (2) comprises a cell housing (3) insulated from each other,
Characterized in that the insulation between the cell housings (3) is formed by a thermoplastic molding film (4) provided on the cell housing (3) in common in the area provided for insulation.
상기 셀 하우징들(3) 간의 절연은 절연을 위해 제공된 영역에서 박막(4)에 의해 이루어지고, 상기 박막은 열가소성 방법의 공통의 방법 단계에서 저압 상태로 상기 셀 어셈블리(1)의 상기 셀 하우징(3) 상에 공통으로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.A method for inserting cell housings (3) of cells (2) of a cell assembly (1)
The insulation between the cell housings 3 is made by a thin film 4 in the area provided for insulation and the thin film is applied to the cell housing 1 of the cell assembly 1 in a low pressure state in a common method step of the thermoplastic process 3). ≪ / RTI >
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