KR20190006451A - 배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20190006451A
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Abstract

본 출원은 자동화 공정에 적용 가능한 배터리 모듈 케이스, 이를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 모듈 또는 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다. 본 출원에서는 자동화 공정이 적용되어 저비용으로 배터리 모듈을 제공할 수 있다.

Description

배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈 {Battery Module Case and Battery Module Comprising The Same}
본 출원은 2017년 7월 10일자 제출된 대한민국 특허출원 제10-2017-0087121호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 출원은 배터리 모듈 케이스, 이를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 모듈 또는 팩을 포함하는 자동차에 대한 것이다.
이차 전지에는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 또는 리튬 이차 전지 등이 있고, 대표적인 것은 리튬 이차 전지이며, 주로 리튬 산화물과 탄소 소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다.
이차 전지는, 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 포함한다. 외장재의 형상에 따라 이차 전지는 캔형과 파우치형으로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다.
이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
하지만, 파우치형 이차 전지는 일반적으로 기계적 강성이 크지 않고 전지 자체에는 전지들 상호간에 결합을 이루기 위한 구조가 포함되어 있지 않아 적층이 어렵다. 따라서, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지 적층체를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위한 별도의 카트리지와 같은 결합부재 구성이 요구된다.
종래에 배터리 모듈을 구성하는 경우, 이차 전지 바디 부분의 오버랩(overlap) 설계를 적용하거나, 바디 부분 대면적부에 면압을 가하는 방식, 이차 전지의 전극 단자와 버스바를 레이저 용접으로 고정하는 방식 등을 적용하여 복수의 이차 전지를 배터리 모듈의 내부공간에 고정하고 있다. 이러한 종래 배터리 모듈 구성에 의하면, 외부 진동이 가해졌을 때에 이차 전지의 바디 부분이 흔들릴 뿐만 아니라 전극 조립체로부터 인출된 전극 탭과 여기에 연결되는 전극 리드에까지 기계적 충격이 그대로 전달되어 전기적 연결 상태에 영향을 미치는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해, 수지 조성물을 배터리 모듈에 주입한 후 경화시켜 외부 진동에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
하지만, 상기 방법에서 배터리 모듈 케이스와 이차 전지 사이 및 이차 전지 간의 공차로 인해 모듈마다 내부 부피가 상이한 경우가 있으므로 배터리모듈 케이스 내부로 주입되는 수지 조성물의 주입량을 배터리 모듈마다 수동으로 제어해야 하는 문제점이 있다.
그러므로, 자동화 공정에 적용 가능한 배터리 모듈 케이스, 이를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 모듈 또는 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있는 방안이 요청된다.
한국공개특허공보 제2016-0105354호
본 출원은, 자동화 공정에 적용 가능한 배터리 모듈 케이스, 이를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 모듈 또는 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 출원에 관한 일례에서, 본 출원은 배터리 모듈에 사용되는 배터리 모듈 케이스에 관한 것이다.
도 1은, 하나의 하부판(10a)과 4개의 측벽(10b)을 포함하는 상자 형태의 예시적인 배터리 모듈 케이스(10)를 나타내는 사시도이다. 상기 배터리 모듈 케이스는 하부판(10a) 및 4개의 측벽(10b)에 의해 내부공간을 형성하고, 상기 내부 공간은 수지층 및 복수의 배터리셀을 수용할 수 있다. 배터리 모듈 케이스(10)는 내부 공간을 밀폐하기 위한 상부판(10c)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 용어, "상부판" 및 "하부판"은 기준 방향에 따라 혼용되어 사용될 수 있다.
본 출원의 배터리 모듈 케이스는 일체형의 하부판 및 측벽에 의해 형성되거나, 각각 분리된 하부판, 측벽 및/또는 상부판을 조립하여 형성될 수 있다. 이러한 모듈 케이스의 형태 및 크기는 특별히 제한되지 않으며, 모듈 케이스의 용도, 상기 내부 공간에 수납되는 배터리셀의 형태 및 개수 등에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 상기 하부판(10a), 측벽(10b) 또는 상부판(10c)은 예를 들어 스테인레스 스틸과 같은 금속 재질로 형성되어 광이 투과하지 못하는 광 불투과성이다. 광 불투과성이란 임의의 파장의 광의 투과율이 약 10%이하, 5% 이하, 3% 이하 또는 약 1% 이하인 것을 의미한다.
도 2은, 하부판(10a), 측벽(10b), 하부판에 형성된 제어홀(20b), 하부판에 형성된 주입홀(20a) 및 제어홀(20b)에 위치하는 광 투과성 필름(30)을 포함하는 예시적인 배터리 모듈 케이스(10)의 단면도이다.
본 출원에서 배터리 모듈 케이스의 하부판, 측벽 및/또는 상부판(이하, 하부판 등으로 호칭할 수 있다.)은 제어홀(20b)을 가진다. 이 때 상기 제어홀의 형태, 개수 및 위치는 상기 수지 조성물의 종류, 주입량, 주입홀의 형성 위치 또는 제어 효율 등을 고려하여 조정될 수 있다.
배터리 모듈 내부로 수지 조성물이 부족하게 주입되는 경우 수지층이 얇게 형성되고, 따라서 외부 진동에 의해 배터리셀 상호간 전기적 연결 상태에 결함이 쉽게 발생될 수 있어 배터리 모듈의 안정성이 저하된다. 또한 수지 조성물이 과하게 주입되는 경우 수지 조성물이 토출되어 배터리 모듈의 품질 및 생산성이 저하될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 배터리 모듈 케이스의 제어홀(투과홀 또는 광투과홀)은 광 불투과성인 하부판 등을 관통하여 형성될 수 있고, 임의의 파장의 광은 제어홀을 통하여 투과할 수 있다. 따라서 관측자, 검출기 또는 관측기는 배터리 모듈 케이스에 주입되는 수지 조성물을 상기 투과홀을 통하여 관찰할 수 있기 때문에 수지 조성물의 주입량을 용이하게 확인할 수 있다.
상기 배터리 모듈 케이스(10)는 광 투과성 필름(30)을 포함한다. 상기 광 투과성 필름의 유형, 형태, 개수 및 위치는 상기 제어홀을 고려하여 조정될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 광 투과성 필름은 상기 제어홀에 위치할 수 있다. 본 명세서에서, 광 투과성 필름이 제어홀에 위치한다는 것은 광 투과성 필름이 제어홀의 위치에 부착되거나 제어홀 상에 형성되는 것을 의미할 수 있다. 일예로, 상기 광 투과성 필름은 하부판 등에 형성된 제어홀의 크기를 넘어서 제어홀을 덮는 형태로 위치할 수 있고, 또는 제어홀의 크기에 맞게 형성될 수도 있다. 한편, 광 투과성 필름은 제어홀의 외부면, 내부면 또는 양면 모두에 위치할 수 있다. 광 투과성 필름의 부착 면은 후술하는 광 투과성 필름의 유형에 따라 적절히 조절 될 수 있다.
상기 광 투과성 필름은 제어홀(또는 투과홀)을 통하여 투과하는 광을 투과한다. 따라서 관측자, 검출기 또는 관측기는 배터리 모듈 케이스에 주입되는 수지 조성물을 상기 투과홀과 광 투과성 필름을 통하여 관찰할 수 있기 때문에 수지 조성물의 주입량을 용이하게 확인할 수 있다. 따라서, 복수의 배터리셀의 다른 크기 및 배열 등에 따라 내부 공간에서 발생할 수 있는 공차가 배터리 모듈마다 상이하더라도 광 투과성 필름은 정량의 수지 조성물의 주입을 가능하게 하고, 배터리 모듈을 자동화 공정으로 양산할 수 있도록 한다.
수지 조성물의 주입량을 확인하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 직접적인 방법 또는 간접적 방법으로 확인할 수 있다. 직접적인 방법으로 확인한다는 의미는 배터리 모듈내로 주입된 수지 조성물에 의해 수지 조성물의 주입량을 확인하는 것을 의미할 수 있다. 일예로서 검출기 또는 관측기가 배터리 모듈 내로 주입되는 수지 조성물에 의해 반사되는 광을 수광하여 수지 조성물의 주입량을 확인할 수 있다. 한편, 간접적인 방법으로 확인한다는 의미는 배터리 모듈 내로 주입되는 수지 조성물 이외의 요소에 의해 수지 조성물의 주입량을 확인하는 것을 의미할 수 있다. 일예로서 검출기 또는 관측기가 광 투과성 필름의 검출 성분의 관측에 의해 수지 조성물의 주입량을 확인할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어, "광 투과성"은 상기 "광 불투과성"과 대비되는 용어로서, 임의의 파장을 가지는 광의 투과율이 약 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상 또는 약 90% 이상인 것을 의미한다. 여기서 임의의 파장은, 예를 들면, 약 1 nm 내지 약 1mm의 파장을 포함하고, 상기 광은 자외선, 가시광선, 적외선, 또는 초단파 영역의 광을 의미할 수 있고, 보다 구체적으로 레이저 광을 포함할 수 있다.
또한 본 출원의 광 투과성 필름은, 제어홀을 통과하는 광은 투과시키지만 제어홀을 통한 물질의 출입을 방지할 수 있다. 즉, 광 투과성 필름은 제어홀의 위치에 부착되거나 제어홀 상에 형성되기 때문에 수지 조성물이 제어홀을 통하여 배터리 모듈 케이스의 외부 공간으로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 수지 조성물은 경화되기 전에 일정 점도를 가지는 유체이므로 관측자가 수지 조성물이 제어홀까지 주입된 것을 확인한 후에도 관성에 의하여 계속하여 흐를 수 있다. 이 경우 수지 조성물 중 일부는 제어홀을 통하여 외부로 유출되어 제품의 불량을 초래할 수 있다. 광 투과성 필름은 또한 공정 중에서 제어홀을 통하여 먼지와 같은 이물질이 배터리 모듈 케이스의 내부 공간으로 주입되는 것을 방지할 수도 있다.
한편, 배터리 모듈 케이스의 하부판 등에는 제어홀 이외에 추가적으로 홀이 형성되어 있을 수 있다. 상기 홀은 하부판 등을 관통하여 형성되어 수지 조성물을 주입할 수 있는 관통홀(또는 주입홀)일 수 있다. 이 때 상기 주입홀의 형태, 개수 및 위치는 상기 수지 조성물의 주입 효율을 고려하여 조정될 수 있다.
배터리 모듈 케이스는 열전도성 케이스일 수 있다. 용어 열전도성 케이스는, 케이스 전체의 열전도도가 10 W/mk 이상이거나, 혹은 적어도 상기와 같은 열전도도를 가지는, 열전도성 영역을 가지는 케이스를 의미한다. 예를 들면, 전술한 측벽, 하부판 및 상부판 중 적어도 하나는 상기 열전도성 영역을 가질 수 있다. 다른 예시에서 상기 하부판 및 측벽은 수지층과 접촉하는 부위에 상기 열전도성 영역을 포함할 수 있다. 상기에서 열전도도는, 다른 예시에서 약 20 W/mk 이상, 30 W/mk 이상, 40 W/mk 이상, 50 W/mk 이상, 60 W/mk 이상, 70 W/mk 이상, 80 W/mk 이상, 90 W/mk 이상, 100 W/mk 이상, 110 W/mk 이상, 120 W/mk 이상, 130 W/mk 이상, 140 W/mk 이상, 150 W/mk 이상, 160 W/mk 이상, 170 W/mk 이상, 180 W/mk 이상, 190 W/mk 이상 또는 약 195 W/mk 이상일 수 있다. 상기 열전도도는 그 수치가 높을수록 모듈의 방열 특성 등의 측면에서 유리하므로, 그 상한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 열전도도는 약 1,000 W/mK 이하, 900 W/mk 이하, 800 W/mk 이하, 700 W/mk 이하, 600 W/mk 이하, 500 W/mk 이하, 400 W/mk 이하, 300 W/mk 또는 약 250 W/mK 이하일 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 열전도도를 나타내는 재료의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 철, 알루미늄, 금, 은, 텅스텐, 구리, 니켈, 백금 또는 이들을 포함하는 합금의 금속 소재 등이 있다.
또한, 상기 열전도성 영역은, 냉각수와 같은 냉각 매체와 접하는 부위일 수 있다. 이러한 구조에 의하면 배터리셀로부터 발생한 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있는 구조가 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 그 물성에 영향을 미치는 경우, 특별히 달리 언급하지 않는 한, 그 물성은 상온에서 측정한 물성일 수 있다. 본 명세서에서 용어 상온은 약 10℃ 내지 약 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 예를 들면, 약 25℃, 23℃ 또는 약 20℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다.
도 3은 주입홀(20a)과 제어홀(20b)이 형성된 예시적인 하부판의 평면도이다.
본 출원의 배터리 모듈 케이스에서 주입홀(20a)은, 측벽, 하부판 또는 상부판에 형성되어 있을 수 있다. 상기 주입홀의 위치(Q)는 하부판 등의 전체 길이의 약 1/4 내지 약 3/4 지점 또는 약 3/8 내지 약 7/8 지점 또는 대략 중간부에 형성되어 있을 수 있다. 상기 지점에 형성된 주입홀을 통해 수지 조성물을 주입함으로써, 수지 조성물의 주입 시간을 단축 할 수 있고, 수지 조성물이 배터리 모듈 내부로 골고루 주입될 수 있다. 구체예에서 주입홀(20a)를 통하여 주입된 수지는 수지의 주입(또는 이동) 방향인 y축을 따라 주입된다.
상기의 약 1/4, 3/4, 3/8 또는 약 7/8 지점은, 하부판 등의 어느 하나의 말단면(E)을 기준으로 측정한 하부판 등의 전체 길이(L) 대비 상기 주입홀의 형성 위치까지의 거리(A)의 비율이다. 또한, 상기에서 길이(L) 및 거리(A)가 형성되는 말단은, 상기 길이(L)와 거리(A)를 동일한 말단으로부터 측정하는 한 임의의 말단일 수 있다.
한편, 본 출원의 배터리 모듈 케이스에서 제어홀(20b)은, 하부판 또는 측벽에 형성되어 있을 수 있다. 상기 제어홀의 위치(P)는 하기 일반식 1을 만족하는 지점에 형성되어 있을 수 있다.
[일반식 1]
1/50 ≤ P = B/L ≤ 1/2
상기 일반식 1에서, P는 하부판 또는 측벽에 형성된 제어홀의 위치를 나타내고, L은 하부판 또는 측벽의 어느 하나의 말단면(E)을 기준으로 측정한 하부판 또는 측벽의 전체 길이를 나타내며, B는 상기 말단면을 기준으로 제어홀까지의 거리를 나타낸다.
즉, 1/50 내지 1/2 지점은, 하부판 또는 측벽의 어느 하나의 말단면을 기준으로 측정한 하부판 또는 측벽의 전체길이(L) 대비 상기 제어홀의 형성 위치까지의 거리(B)의 비율이다. 상기에서 길이(L) 및 거리(B)가 형성되는 말단은, 상기 길이(L)와 거리(B)를 동일한 말단으로부터 측정하는 한 임의의 말단일 수 있다.
상기 제어홀의 위치(P)는 주입홀의 위치(Q)를 고려하여 형성될 수 있으며, 약 1/50, 1/40, 1/30, 1/20 또는 약 1/10 지점 내지 약 1/5, /14, 1/3 또는 약 1/2의 지점에 형성될 수 있다. 예를 들어 주입홀의 위치가 약 1/2 지점에 형성된 경우, 제어홀의 위치는 약 1/50지점에 형성될 수 있다. 또한, 주입홀의 위치가 약 7/8 지점에 형성된 경우 제어홀의 위치는 약 1/8 지점에 형성될 수 있다. 또한, 주입홀의 위치가 약 1/8 및 약 7/8의 지점에 형성된 경우 제어홀의 위치는 약 1/2 지점에 형성될 수 있다. 이와 같이 제어홀의 형성 위치(P)가 일반식 1을 만족하는 경우 주입되는 수지의 적정량을 정밀하게 제어할 수 있다.
제어홀의 형성 위치는 하부판 등에서의 주입홀의 형성위치와 최대한 먼 거리에 형성될 수 있다. 다만 제어홀의 위치는 수지 조성물의 종류, 주입량, 제어효율 등을 고려하여 조정될 수 있다. 상기 지점에 제어홀을 형성함으로써 주입홀을 통해 주입되는 수지 조성물의 주입량을 효율적으로 확인 할 수 있게 된다.
하나의 예시에서, 복수개의 제어홀이 임의의 방향으로 배열되어 형성 될 수 있다. 구체적으로 복수개의 제어홀은 상술한 수지의 이동 방향(y축)에 수직인 방향인 x축을 따라 배열될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어, "수직"은 수학적 의미의 수직만을 의미하는 것은 아니다. 일 예를 들어 "수직"은 y축과 x축이 이루는 각이 약 70° 내지 약 120°, 약 80° 내지 약 110°, 약 85° 내지 약 105°인 것을 의미한다.
본 출원의 배터리 모듈 케이스에서 광 투과성 필름은 임의의 파장의 광이 제어홀을 통하여 외부에서 내부 공간으로 통과할 수 있는 수단이면 그 형상, 배열 및 재료가 특별히 제한되지 않는다.
광 투과성 필름의 배열과 관련하여, 예를 들면, 하나 이상의 제어홀이 마련된 경우, 각각의 제어홀에 대응 되는 개별적인 광 투과성 필름이 형성될 수 있고, 하나 이상이 제어홀을 모두 덮는 하나의 광 투과성 필름이 형성될 수도 있다.
즉, 일 구체예에서, 복수개의 제어홀이 임의의 방향으로 배열되어 형성 된 경우, 하나의 광 투과성 필름은 상기 제어홀의 배열 방향을 따라서 연장되어 형성될 수 있다. 구체적으로 복수개의 제어홀이 상술한 수지의 이동 방향(y축)에 수직인 방향인 x축을 따라 배열된 경우 하나의 광 투과성 필름은 x축을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 이 경우 광 투과성 필름은 수지 조성물이 y축 방향으로 제어홀을 넘어서 이동하는 것을 방지하는 댐(dam) 또는 스토퍼(stopper) 역할을 할 수 있다.
상기 광 투과성 필름(30)은 기재 및 상기 기재 상에 형성된 접착층을 포함할 수 있고, 상기 기재 및 접착층은 각각 광 투과성이다.
상기 기재는 유연성 및 내구성을 가지는 고분자 필름 형태로, 높은 인장 강도를 가지는 소재 중에서 선택할 수 있다. 예를 들어 상기 기재는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 폴리스틸렌, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리(메타)아크릴산, 폴리부텐 및 폴리부타티엔으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기재 상에 형성된 접착층은 기재가 배터리 모듈 케이스에 접착되도록 접착성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착층은 아크릴계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 고무계, 실리콘계 또는 에폭시계 접착제를 기재 상에 도포하여 형성되거나, 또는 상기 접착제로부터 형성된 접착 필름이 기재 상에 부착된 형태 일 수 있다.
상기 접착층은, 제어홀의 위치에 부착되어 있을 수 있다. 제어홀의 위치에 부착된다는 것은 하부판에 형성된 제어홀이 위치하는 자리에 접착층이 부착되는 것을 의미할 수 있으며 하부판의 외부면 또는 내부면 중 어느 하나 이상의 위치에 부착될 수 있고, 접착층이 제어홀을 가리는 형태로 부착되거나, 제어홀 주변부분에 부착될 수 있다. 접착층의 부착 면은 후술하는 광 투과성 필름의 유형에 따라 적절히 조절 될 수 있다.
본 출원의 일례에서, 접착층의 헤이즈는 약 60% 이하일 수 있다. 상기 헤이즈는 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하 또는 약 30% 이하일 수 있으며, 약 5% 이상, 10% 이상 또는 약 15% 이상일 수 있다. 접착층의 헤이즈가 상기 범위를 만족하는 경우, 기재의 표면에서 광이 반사되는 것을 억제할 수 있으며, 광반사로 인한 검출기의 오류를 감소시켜 자동화 공정 적용시 불량률을 낮출 수 있다. 또한, 접착층의 헤이즈가 상기 범위를 만족하는 경우, 배터리 모듈 케이스의 표면에서 광 반사를 방지할 수도 있다.
상기 광 투과성 필름은 추가적으로 검출 수단 및 반사 방지 수단 등을 포함할 수 있다.
도 4는 검출 수단을 가지는 광 투과성 필름을 예시적으로 나타낸다. 본 실시예에서 광 투과성 필름(301)은 기재(31) 및 기재상의 일부 영역에 형성된 접착층(32)으로 구성된다. 기재는 접착층(32)이 형성된 일부 영역(31b)과 접착층(32)이 형성되지 않은 다른 영역(31a)으로 구분되며, 접착층(32)은 제어홀의 내부면에 부착될 수 있다. 상기 일부 영역(31b)과 다른 영역 (31a)은 소정의 각도로 굴곡될 수 있다. 상기 일부 영역(31b)과 다른 영역 (31a)은 상이한 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어 일부 영역(31b)은 무색의 투명한 광학 특성을 가지고, 다른 영역 (31a)은 검출 가능한 성분(33)을 포함하여 유색의 광학 특성을 가질 수 있다.
광 투과성 필름(301)이 투명 접착층(32)을 통하여 제어홀과 접촉하고 있는 경우 수지 조성물이 주입되기 전에는 관측자, 검출기 또는 관측기는 투명 접착층(32) 및 무색의 투명한 광학 특성을 가지는 일부 영역(31b)을 통하여 외부에서 배터리 모듈 케이스 내부를 관찰할 수 있다. 수지 조성물이 주입되면 기재의 다른 영역(31a)이 일부 영역(31b) 방향으로 굴곡되어 제어홀을 추가로 덮을 수 있다. 이 경우 관측자, 검출기 또는 관측기는 일부 영역(31b)에 포함된 검출 성분(33)을 관측할 수 있고, 수지 조성물의 주입을 수동 또는 자동으로 중단할 수 있다.
상기 검출기 등에 의해 검출 가능한 성분은 광학적으로 검출이 가능한 성분이라면 특별히 제한되지 않는다. 일예로 검출 가능한 성분으로 안료 또는 염료 성분 등을 이용 할 수 있다.
기재가 검출 가능한 성분을 포함한다는 것은, 검출 가능한 성분이 기재를 형성하는 일 성분으로 포함되거나, 상기 검출 가능한 성분이 기재 상에 형성됨을 의미한다. 기재 상에 검출 가능한 성분을 형성하는 방법으로는 기재에 검출 가능한 성분을 함침시켜 형성하거나 기재상에 검출 가능한 성분을 도포하여 형성하는 등 공지된 방법을 사용 할 수 있다.
도 5는 기재가 임의의 파장의 광을 흡수하는 흡수성 성분(34)을 포함하는 광 투과성 필름(302, 303)의 다른 예이다. 상기 광 투과성 필름(302)은 기재(31) 및 기재(31) 상에 형성된 접착층(32)으로 구성되고, 접착층이 형성된 기재의 반대면에는 광 흡수성 성분(34)이 기재상에 형성되어 있다. 다른 예에서, 광 투과성 필름(303)은 기재(31) 및 기재(31) 상에 형성된 접착층(32)으로 구성되고, 광 흡수성 성분(34)은 기재를 형성하는 일 성분으로 포함되어 있다. 상기 광 투과성 필름(302, 303)의 접착층(32)은 제어홀의 외부면 또는 내부면 중 어느 하나 이상의 위치에 부착될 수 있다.
한편, 광 흡수성 성분(34)이 포함되어 있지 않은 기재의 영역(35)으로 임의의 파장의 광이 제어홀을 통하여 내부 공간으로 조사될 수 있다. 이 경우 금속성 배터리 모듈 케이스 표면에 의해 제어홀 주변에서 다양한 광이 반사될 수 있으며, 이와 같은 광 반사는 제어홀은 통과하는 광의 검출 정확도를 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 기재가 제어홀을 덮지 않는 일부 영역, 또는 제어홀의 주변 영역에 광 흡수성 성분(34)을 포함하는 경우 배터리 케이스 표면에서 광이 반사되는 것을 방지하여 제어홀을 통과하는 광의 검출 정확도를 높일 수 있다.
상기 임의의 파장의 광은 적외선, 가시광선 또는 자외선 등 광 조사기에 의해 조사될 수 있고, 조사된 광의 적어도 일부를 수광할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 레이저를 이용할 수 있다.
상기 흡수성 성분은 광 반사 방지의 기능이 있는 흡수성 성분이면 특별히 제한되지 않으며, 광 조사기에서 조사된 광을 포함하는 다양한 광을 흡수할 수 있는 흡수성 성분일 수 있다. 예를 들어 흡수성 성분으로 안료 또는 염료 성분 등을 이용할 수 있다.
기재에 임의의 파장의 광을 흡수하는 흡수성 성분을 포함한다는 것은, 상기 흡수성 성분이 기재를 형성하는 일 성분으로 포함되거나, 상기 흡수성 성분이 기재 상에 형성됨을 의미한다. 기재 상에 흡수성 성분을 형성하는 방법으로는 기재에 흡수성 성분을 함침시켜 형성하거나 기재상에 흡수성 성분을 도포하여 형성하는 등 공지된 방법을 사용 할 수 있다.
도 6는 기재 상에 반사 방지 수단으로 반사 방지막(36)이 형성된 광 투과성 필름(304)의 또 다른 예이다. 상기 도 6에서 광 투과성 필름(304)은 기재, 기재의 일부 또는 전체 영역에 형성된 접착층(32), 접착층이 형성된 기재의 반대면에 형성된 반사 방지막(34)으로 구성될 수 있다. 한편, 상기 광 투과성 필름(304)의 접착층(32)은 제어홀의 외부면 또는 내부면 중 어느 하나 이상의 위치에 부착될 수 있다.
상기 반사 방지막에 의해 배터리 케이스 표면에서 광이 반사되는 것을 방지할 수 있으며, 제어홀을 통과하는 광의 검출 정확도를 높일 수 있다.
상기 반사 방지막이란 굴절률이 다른 두 매질 사이의 계면에서 광이 반사되지 않고 투과 또는 흡수되도록 돕는 막을 의미한다. 상기 반사 방지막의 형성방법으로, 스퍼터링(sputtering) 공정이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 공지의 방법을 이용하여 형성 할 수 있다. 상기 반사 방지막은 기재의 전부 또는 일부 영역에 형성될 수 있다.
본 출원은 또한 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원의 배터리 모듈은 하부판, 측벽, 상기 하부판 또는 측벽에 형성된 제어홀 및 상기 제어홀에 위치하는 광 투과성 필름을 포함하는 배터리 모듈 케이스; 배터리셀; 및 수지층을 포함한다.
구체 예에서 상기 배터리 모듈 케이스의 하부판 또는 측벽은 추가적으로 주입홀을 포함할 수 있다. 상기 주입홀을 통해 하부판 또는 측벽의 수지층을 형성하기 위한 수지 조성물이 주입된다.
본 출원의 배터리 모듈에 포함되는 배터리 모듈 케이스는 전술한 본 출원의 배터리 모듈 케이스와 동일하므로 이에 대한 구체 설명은 생략한다.
본 출원의 배터리 모듈은 추가적으로 배터리셀을 포함한다. 본 출원에서 용어 배터리셀은, 전극 조립체 및 외장재를 포함하여 구성된 하나의 단위 이차전지를 의미한다.
도 7는, 예시적인 파우치형 배터리셀의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 8은 도 7의 파우치형 배터리셀의 결합 사시도이다.
배터리 모듈 케이스 내에 수납되는 배터리셀의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 공지의 다양한 배터리셀이 모두 적용될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 배터리셀은 파우치형일 수 있다. 파우치형 배터리셀(50)은 통상적으로 전극 조립체(51) 및 파우치 외장재(52)를 포함할 수 있다.
상기 파우치형 배터리셀(50)에 포함되는 전극 조립체(51)는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태일 수 있다. 전극 조립체(51)는, 하나의 양극판과 하나의 음극판이 세퍼레이터와 함께 권취된 권취형이거나, 다수의 양극판과 다수의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 적층된 스택형 등으로 구분될 수 있다.
상기 파우치 외장재(52)는, 예를 들면, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 외장재(52)는, 전극 조립체(51) 등 내부 요소를 보호한다. 외장재(52)는 전극 조립체(51)의 금속층은 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완성 및 방열성 등을 감안하여 알루미늄 등의 금속 박막을 포함할 수 있다. 이러한 금속 박막은 전기적 절연성을 확보하기 위해 절연 물질로 형성된 절연층 사이에 개재될 수 있다.
하나의 예시에서 외장재(52)는 상부 파우치(52a)와 하부 파우치(52b)를 포함할 수 있고, 상부 파우치(52a)와 하부 파우치(52b) 중 적어도 하나에는 오목한 형태의 내부 공간(I)이 형성될 수 있다. 이러한 파우치의 내부 공간(I)에는 전극 조립체(51)가 수납될 수 있다. 상부 파우치(52a)와 하부 파우치(52b)의 외주면에는 실링부(S)가 구비되고, 이러한 실링부(S)가 서로 접착되어, 전극 조립체(51)가 수용된 내부 공간이 밀폐될 수 있다.
전극 조립체(51)의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드와 연결될 수 있다. 전극 리드는 상부 파우치(52a)와 하부 파우치(52b)의 실링부(S) 사이에 개재되어 외장재(52)의 외부로 노출됨으로써, 배터리셀(50)의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
여기서 배터리셀의 표면, 예를 들어 파우치 외장재(52)는 임의의 파장의 광을 흡수하는 흡수성 성분(50a)을 포함할 수 있다. 상기 임의의 파장의 광은 적외선, 가시광선 또는 자외선 등 광 조사기에 의해 조사될 수 있고, 조사된 광의 적어도 일부를 검출기에 의해 수광할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 레이저를 이용할 수 있다.
상기 흡수성 성분은 광 반사 방지의 기능이 있는 흡수성 성분이면 특별히 제한되지 않으며, 광 조사기에서 조사된 광이 배터리셀의 표면에 의해서 반사되는 반사 광을 흡수할 수 있는 흡수성 성분일 수 있다. 예를 들어 흡수성 성분으로 안료 또는 염료 성분 등을 이용할 수 있다.
제어홀을 통과한 광은 알루미늄과 같은 금속성 재질로 구성된 배터리셀의 표면에 의해 광이 반사될 수 있으며, 이는 광의 검출 정확도를 떨어뜨리는 역할을 한다. 파우치 외장재에 포함된 광 흡수성 성분은 배터리셀의 표면에서 광이 반사되는 것을 방지하여, 검출기의 검출 정확도를 높일 수 있다.
파우치 외장재의 전부 또는 일부 표면에 상기 흡수성 성분을 포함 할 수 있다. 파우치 외장재의 전부 또는 일부 표면에 임의의 파장의 광을 흡수하는 흡수성 성분을 포함한다는 것은, 상기 흡수성 성분이 파우치 외장재의 표면을 형성하는 일 성분으로 포함되거나, 상기 흡수성 성분이 파우치 외장재 상에 형성되거나, 또는 임의의 파장의 광을 흡수하는 흡수성 성분이 포함된 접착 테이프를 파우치 외장재 상에 부착하는 것을 의미한다. 파우치 외장재 상에 흡수성 성분을 형성하는 방법으로는 파우치 외장재에 흡수성 성분을 함침시켜 형성하거나 파우치 외장재 상에 흡수성 성분을 도포하여 형성하는 등 공지된 방법에 의하여 형성할 수 있다.
파우치형 셀의 형태는 하나의 예시이며, 본 출원에서 적용되는 배터리셀이 상기와 같은 종류에 제한되는 것은 아니다. 본 출원에서는 공지된 다양한 형태의 파우치형 셀 또는 기타 다른 형태의 전지가 모두 배터리셀로서 적용될 수 있다.
본 출원의 배터리 모듈은 수지층을 포함한다. 본 출원에서 용어 수지층은, 수지 성분을 포함하는 층이고, 하나의 예시에서 상기 수지층은, 접착제층일 수도 있다.
도 9은, 상기 배터리 모듈의 예시적인 단면도이고, 예를 들면, 상기 모듈은, 주입홀(20a)과 제어홀(20b)이 형성된 하부판(10a) 및 측벽(10b)을 포함하는 배터리 모듈 케이스; 상기 케이스의 내부에 수납되어 있는 복수의 배터리셀(50); 및 상기 배터리셀(50)과 케이스 모두와 접촉하고 있는 수지층(40)을 포함하는 형태일 수 있다. 상기 구조에서 상기 수지층(40)과 접촉하고 있는 하부판 등은 열전도성 영역을 가질 수 있다.
상기에서 접촉은, 열적 접촉을 의미하는 것으로, 상기 접촉에는 상기 수지층이 상기 하부판 등과 직접 접촉하고 있거나, 혹은 상기 수지층과 상기 하부판 등의 사이에 다른 요소, 예를 들면, 후술하는 절연층 등이 존재하지만, 그 다른 요소가 상기 수지층으로부터 상기 하부판 등으로의 열의 전달을 방해하고 있지 않은 상태를 의미할 수 있다. 상기에서 열의 전달을 방해하지 않는다는 것은, 상기 수지층과 상기 하부판 등의 사이에 다른 요소(ex. 절연층)가 존재하는 경우에도, 그 다른 요소와 상기 수지층의 전체 열전도도가 약 1.5 W/mK 이상, 2 W/mK 이상, 2.5 W/mK 이상, 3 W/mK 이상, 3.5 W/mK 이상 또는 약 4 W/mK 이상이 되거나, 혹은 상기 수지층 및 그와 접촉하고 있는 하부판 등의 전체 열전도도가 상기 다른 요소가 있는 경우에도 상기 범위 내에 포함되는 경우를 의미한다. 상기 열적 접촉의 열전도도는 약 50 W/mK 이하, 45 W/mk 이하, 40 W/mk 이하, 35 W/mk 이하, 30 W/mk 이하, 25 W/mk 이하, 20 W/mk 이하, 15 W/mk 이하, 10W/mK 이하, 5 W/mK 이하, 4.5 W/mK 이하 또는 약 4.0 W/mK 이하일 수 있다. 이러한 열적 접촉은, 상기 다른 요소가 존재하는 경우에, 그 다른 요소의 열전도도 및/또는 두께를 제어하여 달성할 수 있다.
수지층은, 또한 상기 배터리셀과도 접촉하고 있을 수 있다. 상기 배터리셀과 수지층의 접촉도 전술한 열적 접촉이다. 본 출원에서는 상기와 같은 구조의 채용을 통해 일반적인 배터리 모듈 또는 그러한 모듈의 집합체인 배터리팩의 구성 시에 기존에 요구되던 다양한 체결 부품이나 모듈의 냉각 장비 등을 대폭적으로 감소시키면서도, 방열 특성을 확보하여, 단위 부피 당 보다 많은 배터리셀이 수납되는 모듈을 구현할 수 있다. 이에 따라서, 본 출원에서는 보다 소형이고, 가벼우면서도 고출력의 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
상기 수지층과 하부판 등의 접촉 면적은, 상기 하부판 등의 전체 면적 대비 약 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 약 95% 이상일 수 있다. 상기 접촉 면적의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100% 이하 또는 약 100% 미만일 수 있다.
상기 접촉 면적은 하부판 등이 열전도성 부위를 포함하는 경우에는 상기 열전도성 부위에 대한 접촉 면적, 즉 상기 열전도성 부위 전체 면적 대비 비율일 수 있다.
상기 열전도성 영역을 가지는 하부판 등은 냉각수와 같은 냉각 매체와 접하는 부위일 수 있다. 즉, 도 9에 모식적으로 나타난 바와 같이, 상기와 같은 구조에 의해 열(H)이 하부판 등으로 쉽게 배출될 수 있고, 이러한 하부판 등을 냉각 매체(CW)와 접촉시킴으로서, 보다 간소화된 구조에서도 열의 방출이 쉽게 이루어지도록 할 수 있다.
수지층은, 예를 들면, 약 100 ㎛ 내지 약 5 mm의 범위 내 또는 약 200㎛ 내지 약 5 mm의 범위 내일 수 있다. 본 출원의 구조에서는 상기 수지층이 얇으면, 방열 특성에서 유리하고, 두꺼우면 후술하는 절연 특성에서 유리하기 때문에, 이러한 점을 고려하여 적정 두께를 설정할 수 있다. 상기 두께는, 수지층의 가장 얇은 부위의 두께, 가장 두꺼운 부위의 두께 또는 평균 두께일 수 있다.
수지층을 형성하는 재료, 즉 수지 조성물은, 접착 재료일 수 있고, 또한 용제형, 수계 또는 무용제형일 수 있다. 또한, 상기 수지 조성물은 활성 에너지선 경화형, 습기 경화형, 열 경화형 또는 상온 경화형 등일 수 있다.
수지층은 열전도성, 절연성, 내열성(TGA 분석) 또는 비중 등을 고려하여 필러를 포함할 수 있다. 적절한 필러의 사용을 통해 전술한 범위의 열전도도 등을 확보할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 필러는 열전도성 필러일 수 있다. 본 출원에서 용어 열전도성 필러는, 열전도도가 약 1 W/mK 이상, 5 W/mK 이상, 10 W/mK 이상 또는 약 15 W/mK 이상인 필러를 의미한다. 상기 열전도성 필러의 열전도도는 약 400 W/mK 이하, 350 W/mK 이하 또는 약 300 W/mK 이하일 수 있다. 사용될 수 있는 열전도성 필러의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 절연성 등을 고려하여 세라믹 필러를 적용할 수 있다. 예를 들면, 알루미나, AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride), 질화 규소(silicon nitride), SiC, ZnO 또는 BeO 등과 같은 세라믹 입자가 사용될 수 있다. 또한, 수지층의 절연 특성이 확보될 수 있다면, 그래파이트(graphite) 등의 탄소 필러의 적용도 고려할 수 있다.
수지층 내에 포함되는 상기 필러의 형태나 비율은 특별히 제한되지 않으며, 수지 조성물의 점도, 수지층 내에서의 침강 가능성, 목적하는 열저항 내지는 열전도도, 절연성, 충진 효과 또는 분산성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 일반적으로 필러의 사이즈가 커질수록 수지 조성물의 점도가 높아지고, 수지층 내에서 필러가 침강할 가능성이 높아진다. 또한 사이즈가 작아질수록 열저항이 높아지는 경향이 있다. 따라서 상기와 같은 점을 고려하여 적정 종류의 필러가 선택될 수 있고, 필요하다면 2종 이상의 필러를 사용할 수도 있다. 또한, 충진되는 양을 고려하면 구형의 필러를 사용하는 것이 유리하지만, 네트워크의 형성이나 전도성 등을 고려하여 침상이나 판상 등과 같은 형태의 필러도 사용될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 수지층은 평균 입경이 약 0.001 ㎛ 내지 약 80 ㎛의 범위 내에 있는 열전도성 필러를 포함할 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 약 0.01 ㎛ 이상, 0.1 이상, 0.5㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상 또는 약 6㎛ 이상일 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 약 75㎛ 이하, 70㎛ 이하, 65㎛ 이하, 60㎛ 이하, 55㎛ 이하, 50㎛ 이하, 45㎛ 이하, 40㎛ 이하, 35㎛ 이하, 30㎛ 이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하, 15㎛ 이하, 10㎛ 이하 또는 약 5㎛ 이하일 수 있다.
수지층에 포함되는 필러의 비율은, 수지층의 특성을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 필러는, 수지층의 수지 성분 100 중량부 대비 약 50 내지 약 2,000 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있다. 상기 필러의 중량부는 다른 예시에서 약 100 중량부 이상, 150 중량부 이상, 200 중량부 이상, 250 중량부 이상, 300 중량부 이상, 350 중량부 이상, 400 중량부 이상, 500 중량부 이상, 550 중량부 이상, 600 중량부 이상 또는 약 650 중량부 이상일 수 있다.
수지층은, 필요에 의해 점도의 조절, 예를 들면 점도를 높이거나 혹은 낮추기 위해 또는 전단력에 따른 점도의 조절을 위하여 점도 조절제, 예를 들면, 요변성 부여제, 희석제, 분산제, 표면 처리제 또는 커플링제 등을 추가로 포함하고 있을 수 있다. 수지층은 상기 성분 중 어느 하나 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
본 출원의 배터리 모듈은, 하나의 예시에서 배터리 모듈 케이스와 배터리셀 사이 또는 수지층과 배터리 모듈 케이스 사이에 절연층을 추가로 포함할 수 있다. 절연층을 추가함으로써 사용 과정에서 발생할 수 있는 충격에 따른 셀과 케이스의 접촉에 의한 전기적 단락 현상이나 화재 발생 등의 문제를 방지할 수 있다. 상기 절연층은 높은 절연성과 열전도성을 가지는 절연 시트를 사용하여 형성하거나, 혹은 절연성을 나타내는 물질의 도포 내지는 주입에 의해 형성할 수 있다. 예를 들면, 후술하는 배터리 모듈의 제조 방법에서 수지 조성물의 주입 전에 절연층을 형성하는 과정이 수행될 수 있다. 절연층의 형성에는 소위 TIM(Thermal Interface Material) 등이 적용될 수도 있다. 다른 방식에서 절연층은 접착성 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들면, 열전도성 필러 등의 필러의 함량이 적거나 없는 수지층을 사용하여 절연층을 형성할 수도 있다. 절연층의 형성에 사용될 수 있는 수지 성분으로는, 아크릴 수지, PVC(poly(vinyl chloride)), PE(polyethylene) 등의 올레핀 수지, 에폭시 수지, 실리콘이나, EPDM 러버((ethylene propylene diene monomer rubber) 등의 러버 성분 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 절연층은, ASTM D149에 준거하여 측정한 절연파괴전압이 약 5 kV/mm 이상, 10 kV/mm 이상, 15 kV/mm 이상, 20 kV/mm 이상, 25 kV/mm 이상 또는 약 30 kV/mm 이상일 수 있다. 상기 절연파괴전압은 그 수치가 높을수록 우수한 절연성을 보이는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 절연층의 절연파괴전압은 약 100 kV/mm 이하, 90 kV/mm 이하, 80 kV/mm 이하, 70 kV/mm 이하 또는 약 60 kV/mm 이하일 수 있다. 상기 절연층의 두께는 그 절연층의 절연성이나 열전도성 등을 고려하여 적정 범위로 설정할 수 있으며, 예를 들면, 약 5㎛ 이상, 10㎛ 이상, 20㎛ 이상, 30㎛ 이상, 40㎛ 이상, 50㎛ 이상, 60㎛ 이상, 70㎛ 이상, 80㎛ 이상 또는 약 90㎛ 이상 이상 정도일 수 있다. 또한, 두께의 상한도 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 1 mm 이하, 200㎛ 이하, 190㎛ 이하, 180㎛ 이하, 170㎛ 이하, 160㎛ 이하 또는 약 150㎛ 이하일 수 있다.
본 출원은 또한, 배터리팩, 예를 들면, 전술한 배터리 모듈을 2개 이상 포함하는 배터리팩에 대한 것이다. 배터리팩에서 상기 배터리 모듈들은 서로 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 2개 이상의 배터리 모듈을 전기적으로 연결하여 배터리팩을 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 공지의 방식이 모두 적용될 수 있다.
본 출원은 또한 상기 배터리 모듈 또는 상기 배터리팩을 포함하는 장치에 대한 것이다. 상기 장치의 예로는 전기 자동차와 같은 자동차를 들 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 2차 전지를 출력으로 요구하는 모든 용도가 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 모듈 또는 배터리팩을 사용하여 상기 자동차를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 일반적인 방식이 적용될 수 있다.
본 출원의 배터리 모듈 케이스는, 광 투과성 필름을 구비하여 배터리 모듈 내부에서 발생되는 공차가 배터리모듈 마다 상이하더라도 수지 조성물의 주입량을 용이하게 확인 할 수 있고, 배터리 모듈을 자동화 공정으로 양산 가능하도록 한다. 또한 본 출원의 모듈 케이스는 광 투과성 필름을 구비하여 수지 조성물이 제어홀을 통해서 넘치는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 출원의 배터리 모듈은, 자동화 공정으로 양산 가능하여, 생산 비용을 절감하고, 생산 시간을 단축할 수 있다. 또한, 본 출원의 배터리 모듈은 단위 부피당 많은 배터리 셀을 수납할 수 있어, 소형으로 제조 가능하고, 가벼우면서 고출력을 낼 수 있다.
도 1은 본 출원의 예시적인 배터리 모듈 케이스를 나타내는 사시도이다.
도 2는 주입홀, 제어홀 및 광 투과성 필름이 하부판에 형성되어 있는 예시적인 배터리 모듈 케이스의 단면도이다.
도 3은 주입홀과 제어홀이 형성된 예시적인 하부판의 평면도이다.
도 4는 검출 수단을 가지는 광 투과성 필름을 보여주는 단면도이다.
도 5는 기재에 광을 흡수하는 흡수성 성분이 포함된 예시적인 광 투과성 필름을 보여주는 단면도이다.
도 6는 기재에 반사 방지막이 형성된 다른 예시적인 광 투과성 필름을 보여주는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 배터리셀로 사용될 수 있는 예시적인 배터리 파우치를 보여주는 사시도이다.
도 9는 예시적인 배터리 모듈의 구조를 보여주는 단면도이다.
이하, 실시예 및 비교예를 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 범위에 의해 제한되는 것은 아니다.
평가방법
공정성
배터리 모듈 케이스 내부로 주입된 수지 조성물의 주입량을 외부에서 확인 할 수 없는 경우 또는 배터리 모듈 케이스 내부로 주입된 수지 조성물이 제어홀을 통하여 토출되는 경우 등은 자동화 공정에 적합한 공정성이 확보되지 않은 것으로 평가 하였다.
<평가 결과>
○: 자동화 공정 적용에 적합한 경우
X: 자동화 공정 적용에 부적합한 경우
실시예
주입홀 및 제어홀이 하부판에 형성된 배터리 모듈 케이스에 복수의 배터리셀을 수납하고 제어홀에 광 투과성 필름을 부착하였다. 광 투과성 필름 부착 후 주입홀을 통하여 배터리 모듈 케이스 내부로 수지 조성물을 주입하였다.
비교예 1
주입홀이 하부판에 형성된 배터리 모듈 케이스에 복수의 배터리 셀을 수납하고 주입홀을 통하여 배터리 모듈 케이스 내부로 수지 조성물을 주입하였다.
비교예 2
주입홀 및 제어홀이 하부판에 형성된 배터리 모듈 케이스에 복수의 배터리 셀을 수납하고, 상기 주입홀을 통하여 배터리 모듈 케이스 내부로 수지 조성물을 주입하였다.
공정성
주입량 확인 가부 수지 조성물 역토출 여부
실시예 ○ ×
비교예 1 × ×
비교예 2 ○ ○
상기 표 1 로부터, 본 출원의 배터리 모듈 케이스는 배터리 모듈의 자동화 공정에 적합한 것을 확인 할 수 있다. 구체적으로 실시예의 광 투과성 필름이 적용된 배터리 모듈 케이스를 적용하여 배터리 모듈을 제조하는 경우, 수지 조성물의 주입량을 용이하게 확인 할 수 있으며, 또한 수지 조성물이 제어홀을 통하여 역토출되는 것도 방지할 수 있다.
한편 비교예 1은 제어홀이 형성되어 있지 않아서 수지 조성물의 주입량을 확인 할 수 없었으며, 비교예 2는 수지 조성물의 주입량을 제어홀을 통하여 확인 할 수는 있었으나 용이하게 파악하기는 어려웠고 또한 주입된 수지 조성물이 제어홀을 통하여 토출되었다. 따라서 비교예 1 및 비교예 2는 자동화 공정 적용에 부적절함을 확인 할 수 있다.
10 : 배터리 모듈 케이스
10a : 하부판
10b : 측벽
10c : 상부판
20a : 주입홀
20b : 제어홀
30, 301, 302, 303, 304 : 광 투과성 필름
31 : 기재
31a : 기재의 다른 영역
31b : 기재의 일부 영역
32 : 접착층
33 : 검출 가능한 성분
34: 광 흡수성 성분
35 : 광 흡수성 성분 포함하지 않는 영역
36 : 반사 방지막
50 : 배터리셀
50a : 광 흡수성 성분
51 : 전극 조립체
52 : 파우치 외장제
52a : 상부 파우치
52b : 하부 파우치
S : 실링부
I : 내부 공간

Claims (20)

  1. 수지층 및 복수의 배터리셀을 수용하기 위한 내부 공간을 형성하는 하부판 및 측벽;
    상기 하부판 또는 측벽에 형성된 제어홀; 및
    상기 제어홀에 위치하는 광 투과성 필름을 포함하는 배터리 모듈 케이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 하부판 또는 측벽은 수지층을 형성하기 위한 수지 조성물이 주입되는 주입홀을 포함하는 배터리 모듈 케이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 하부판 또는 측벽은 수지층과 접촉하는 부위에 열전도성 영역을 가지는 배터리 모듈 케이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 제어홀은 하부판에 형성된 배터리 모듈 케이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 제어홀의 위치(P)는 하기 일반식 1을 만족하는 배터리 모듈용 케이스:
    [일반식 1]
    1/50 ≤ P = B/L ≤ 1/2
    상기 일반식 1에서, P는 하부판 또는 측벽에 형성된 제어홀의 위치를 나타내고, L은 하부판 또는 측벽의 어느 하나의 말단면을 기준으로 측정한 하부판 또는 측벽의 전체 길이를 나타내며, B는 상기 말단면을 기준으로 제어홀까지의 거리를 나타낸다.
  6. 제 1 항에 있어서, 광 투과성 필름은 복수개의 제어홀이 배열된 방향을 따라 연장되어 형성된 배터리 모듈 케이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 광 투과성 필름은 기재 및 상기 기재 상에 형성된 접착층을 포함하는 배터리 모듈 케이스.
  8. 제 7 항에 있어서, 접착층은 기재의 일부 영역에만 형성되는 배터리 모듈 케이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 접착층이 형성된 기재의 일부 영역과 접착층이 형성되지 않은 기재의 다른 영역은 소정의 각도로 굴곡되어 형성되고, 기재의 일부 영역 및 기재의 다른 영역은 상이한 광학 특성을 가지는 배터리 모듈 케이스.
  10. 제 7 항에 있어서, 기재의 전부 또는 일부 영역은 임의의 파장의 광을 흡수하는 흡수성 성분을 포함하는 배터리 모듈 케이스.
  11. 제 7 항에 있어서, 기재의 전부 또는 일부 영역에 반사 방지막이 형성된 배터리 모듈 케이스.
  12. 내부 공간을 형성하는 하부판과 측벽, 상기 하부판 또는 측벽에 형성된 제어홀, 및 상기 제어홀에 위치하는 광 투과성 필름을 포함하는 배터리 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스의 내부 공간에 존재하는 복수의 배터리셀; 및
    상기 모듈 케이스의 내부 공간에 존재하고, 상기 복수의 배터리셀과 상기 하부판 또는 측면 중 적어도 하나와 접촉하고 있는 수지층을 포함하는 배터리 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, 하부판 또는 측벽은 수지층을 형성하기 위한 수지 조성물이 주입되는 주입홀을 포함하는 배터리 모듈.
  14. 제 12 항에 있어서, 광 투과성 필름은 기재 및 상기 기재 상에 형성된 접착층을 포함하는 배터리 모듈.
  15. 제 12 항에 있어서, 배터리셀의 표면은 임의의 파장의 광을 흡수하는 흡수성 성분을 포함하는 배터리 모듈.
  16. 제 12 항에 있어서, 수지층은 열전도도가 1.5W/mK 이상인 배터리 모듈.
  17. 제 12 항에 있어서, 수지층은 필러를 포함하는 배터리 모듈.
  18. 서로 전기적으로 연결되어 있는, 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 2개 이상 포함하는 배터리팩.
  19. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
  20. 제 18항의 배터리팩을 포함하는 자동차.
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