KR20190106715A - 배터리 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
배터리 셀 복수개가 적층되고, 상기 복수개의 배터리 셀 일측면의 적어도 일부에 열전달부재가 도포되고, 상기 열전달부재 도포 후, 적층된 상기 복수개의 배터리 셀의 일측면에 냉각 플레이트가 접촉되며, 상기 복수개의 배터리 셀의 상기 일측면은, 상기 배터리 셀의 길이 방향 둘레면 중 외장재가 접합되어 형성된 세 면의 실링부를 제외한 나머지 일 면에 상기 외장재가 전극 조립체에 밀착되어 형성된 밀착부인 배터리 모듈 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명의 실시예들은 배터리 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 특히, 상술한 이차 전지는 다수개를 직렬 및/또는 병렬 연결하여 배터리 모듈 형태로 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되고 있다.
한편, 이차 전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 전기 화학적 반응에 의해 열이 발생하는데, 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 배터리 모듈의 열화가 촉진되거나, 발화 또는 폭발 등의 안전문제가 발생할 수 있다.
따라서, 배터리 모듈을 냉각시킬 수 있는 장치의 구성이 필수적이며, 배터리 모듈을 냉각시키 위한 방법 중의 하나로, 배터리 모듈 하우징의 일측에 히트 싱크(Heat sink)를 구비하여, 고온의 배터리 모듈을 방열시키는 방식이 널리 이용되고 있다.
한편, 배터리 모듈의 냉각 효율을 높이는 방법으로, 배터리 셀 및 하우징과의 접촉력을 높이기 위해, 아래 한국공개특허공보 제10-2017-0098612호와 같이, 배터리 셀 및 냉각 플레이트(하우징) 사이에 열전도 시트 또는 열전도 패드를 배치하는 방법이 이용되었으나, 이 경우, 배터리 셀 바닥면 형상에 유연하게 대처할 수 없어 냉각 효율이 저하되는 문제가 존재하였다.
또한, 상술한 열전도 시트 대신 열전도 접착제 등의 열전도부재가 도포되는 경우, 종래에는 배터리 셀의 상대물이 되는 냉각 플레이트(하우징) 등에 열전도부재가 먼저 도포된 후 배터리 셀이 안착되거나 배터리 셀 및 냉각 플레이트(하우징) 사이에 일정 주입구를 형성하여 열전달부재를 주입하는 방식이 이용되었다. 하지만, 이 경우, 배터리 셀 일면의 열전달부재 도포 양상을 육안으로 확인할 수 없는 바, 적정량 및 정위치 도포 여부의 확인이 불가능 하였고, 배터리 셀의 바닥면 형상에 유연하게 대응하지 못하는 문제가 존재하였다.
나아가, 열전달부재가 위치되는 배터리 셀 일면에 오목홈 등의 형상이 존재하는 경우, 에어포켓(Air pocket)이 발생하여 열전도 효율이 저하되는 문제 역시 존재하였다.
본 발명의 실시예들은, 복수개의 배터리 셀의 일면 및 이에 부착되는 냉각 플레이트 사이에 빈 공간 없이 열전달부재가 위치됨으로써 냉각 효율이 증대될 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 복수개의 배터리 셀 일면 및 냉각 플레이트 사이에 열전달부재를 도포함에 있어서, 도포된 열전달부재가 배터리 셀 일면의 형상에 대응되게 위치될 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 열전달부재 도포 간 도포 영역을 작업자의 육안으로 확인할 수 있는 배터리 모듈 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 열전달부재 도포 간 도포량 및 위치의 확인이 가능한 바, 적정량의 열전달부재 도포가 가능한 배터리 모듈 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 열전달부재 도포 후 배터리 셀 일면에 형성되는 오목부 등에 에어 포켓(air pocket)이 발생할 가능성을 차단할 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 셀 복수개가 적층되고, 상기 복수개의 배터리 셀 일측면의 적어도 일부에 열전달부재가 도포되고, 상기 열전달부재 도포 후, 적층된 상기 복수개의 배터리 셀의 일측면에 냉각 플레이트가 접촉되며, 상기 복수개의 배터리 셀의 상기 일측면은, 상기 배터리 셀의 길이 방향 둘레면 중 외장재가 접합되어 형성된 세 면의 실링부를 제외한 나머지 일 면에 상기 외장재가 전극 조립체에 밀착되어 형성된 밀착부인, 배터리 모듈 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 배터리 셀에는 상기 밀착부의 적어도 일부가 상기 배터리 셀의 내측으로 만곡된 오목부가 형성되고, 상기 열전달부재는 상기 오목부에 도포될 수 있다.
상기 오목부가 상기 밀착부의 길이 방향을 따라 형성되고, 상기 열전달부재는 상기 오목부를 따라 도포될 수 있다.
적층된 상기 복수개의 배터리 셀이 상기 적층된 복수개 배터리 셀의 측면 중 상기 밀착부 측을 제외한 나머지 측부를 보호하는 하우징 내에 위치된 후, 상기 열전달부재가 도포될 수 있다.
상기 열전달부재는, 상기 밀착부 측이 적층된 상기 복수개의 배터리 셀의 상측에 위치된 상태로 도포될 수 있다.
상기 도포된 열전달부재는, 상기 냉각 플레이트가 상기 밀착부에 접촉됨에 따라 얇게 펴질 수 있다.
상기 복수개의 배터리 셀 및 상기 냉각 플레이트는 상기 열전달부재에 의해 상호 접착될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 배터리 셀; 상기 복수개의 배터리 셀 일측면에 대응되게 위치된 냉각 플레이트; 및 상기 복수개의 배터리 셀의 일측면 및 상기 냉각 플레이트 사이에 위치된 열전달부재;를 포함하고, 상기 복수개의 배터리 셀의 상기 일측면은, 상기 배터리 셀의 길이 방향 둘레면 중 외장재가 접합되어 형성된 세 면의 실링부를 제외한 나머지 일 면에 상기 외장재가 전극 조립체에 밀착되어 형성된 밀착부인, 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
상기 복수개의 배터리 셀 각각은, 상기 밀착부의 적어도 일부가 상기 배터리 셀의 내측으로 만곡된 오목부를 포함할 수 있다.
상기 열전달부재는 접착성 및 열전도성을 구비할 수 있다.
상기 열전달부재는 상기 복수개의 배터리 셀 및 상기 냉각 플레이트 상호 간을 접착할 수 있다.
상기 열전달부재는 상기 밀착부 및 상기 냉각 플레이트 사이의 공간을 메우며 위치될 수 있다.
상기 열전달부재는 상기 복수개의 배터리 셀 및 상기 냉각 플레이트 사이에 얇은 막 형태로 위치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 복수개의 배터리 셀의 일면 및 이에 부착되는 냉각 플레이트 사이에 빈 공간 없이 열전달부재가 위치됨으로써 냉각 효율이 증대될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 복수개의 배터리 셀 일면 및 냉각 플레이트 사이에 열전달부재를 도포함에 있어서, 도포된 열전달부재가 배터리 셀 일면의 형상에 대응되게 위치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 열전달부재 도포 간 도포 영역을 작업자의 육안으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 열전달부재 도포 간 도포량 및 위치의 확인이 가능한 바, 적정량의 열전달부재 도포가 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 열전달부재 도포 후 배터리 셀 일면에 형성되는 오목부 등에 에어 포켓(air pocket)이 발생할 가능성을 차단할 수 있다.
도 1a 는 본 발명의 일 실시예에 따라 하우징 내에 위치된 복수개의 배터리 셀 일면이 상측에 위치된 모습을 나타낸 도면이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 배터리 셀 일면에 열전달부재가 도포되는 모습을 나타낸 도면이며, 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따라 열전달부재가 도포된 복수개의 배터리 셀 일면에 냉각 플레이트가 접촉되는 모습을 나타낸 도면
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 배터리 모듈을 나타낸 도면
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀을 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 도 2의 (a)에 도시된 배터리 셀의 A-A'단면을 나타낸 도면
도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 적층된 복수개의 배터리 셀에서 그 내부가 생략된 개략적인 모습을 나타낸 확대도이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 적층된 복수개의 배터리 셀 오목부에 열전달부재가 도포되는 모습의 확대도
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예예 따라 적층된 복수개의 배터리 셀 오목부에 열전달부재가 모두 도포된 모습의 확대도이고, 도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 열전달부재가 도포된 배터리 셀의 일면에 냉각 플레이트가 접촉되는 모습의 확대도
도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 배터리 셀 일면에 냉각 플레이트가 접촉된 모습의 확대도를 나타낸 도면이고, 도 6의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 냉각 플레이트와 접촉된 복수개의 배터리 셀이 180° 회전되어 위치된 모습의 확대도
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 배터리 모듈을 나타낸 도면
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀을 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 도 2의 (a)에 도시된 배터리 셀의 A-A'단면을 나타낸 도면
도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 적층된 복수개의 배터리 셀에서 그 내부가 생략된 개략적인 모습을 나타낸 확대도이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 적층된 복수개의 배터리 셀 오목부에 열전달부재가 도포되는 모습의 확대도
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예예 따라 적층된 복수개의 배터리 셀 오목부에 열전달부재가 모두 도포된 모습의 확대도이고, 도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 열전달부재가 도포된 배터리 셀의 일면에 냉각 플레이트가 접촉되는 모습의 확대도
도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 배터리 셀 일면에 냉각 플레이트가 접촉된 모습의 확대도를 나타낸 도면이고, 도 6의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 냉각 플레이트와 접촉된 복수개의 배터리 셀이 180° 회전되어 위치된 모습의 확대도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따라 하우징(40) 내에 위치된 복수개의 배터리 셀(10) 일면이 상측에 위치된 모습을 나타낸 도면이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 배터리 셀(10) 일면에 열전달부재(30)가 도포되는 모습을 나타낸 도면이고, 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따라 열전달부재(30)가 도포된 복수개의 배터리 셀(10) 일면에 냉각 플레이트(20)가 접촉되는 모습을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 배터리 모듈(1)을 나타낸 도면이다.
도 1a 내지 1c 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 먼저 배터리 셀(10) 복수개가 적층되고, 적층된 복수개의 배터리 셀(10) 일측면의 적어도 일부에 열전달부재(30)가 도포될 수 있다. 이후, 열전달부재(30)가 도포된 복수개 배터리 셀(10)의 일측면에 냉각 플레이트(20)가 접촉되어 배터리 모듈(1)이 제조될 수 있다.
이 때, 상술한 배터리 셀(10)의 일측면은 배터리 셀(10)의 길이 방향(도 3에 도시됨) 둘레면 중 외장재(13)가 접합되어 형성된 세 면의 실링부(131)를 제외한 나머지 일면에서 외장재(13)가 전극 조립체(11)에 밀착되어 형성된 밀착부(132)일 수 있고, 밀착부(132)의 적어도 일부에 열전달부재(30)가 도포된 후 냉각 플레이트(20)는 밀착부(132)에 접촉될 수 있다. 이 때, 상술한 배터리 셀(10)의 길이 방향(d1)이란, 도 1a에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(10)의 전극 탭(12)이 돌출되는 방향을 의미할 수 있다.
나아가, 상술한 배터리 셀(10)의 일면에는 밀착부(132)의 적어도 일부가 배터리 셀(10)의 내측으로 만곡된 오목부(133)가 형성될 수 있고, 상술한 열전달부재(30)는 적층된 복수개의 배터리 셀(10)의 오목부(133)에 도포될 수 있다.
따라서, 냉각 플레이트(20)에 열전달부재(30) 도포 후 적층된 복수개의 배터리 셀(10)이 냉각 플레이트(20) 상에 안착되는 경우와 달리, 본 발명의 일 실시예예 따라 제조된 배터리 모듈(1)은 먼저 복수개의 배터리 셀(10) 일면에 형성된 오목부(133)에 열전달부재(30)가 도포되고 상술한 배터리 셀(10) 일면에 냉각 플레이트(20)가 접촉되는 바, 냉각 플레이트(20) 접촉 후 오목부(133) 및 냉각 플레이트(20) 사이의 공간에 발생할 수 있는 에어 포켓의 형성 가능성을 미리 차단할 수 있고, 이를 통해, 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 상호 간의 접촉력을 증대시킬 수 있고, 배터리 셀(10)로부터 냉각 플레이트(20)로의 열전달 효율을 극대화할 수 있다.
더 구체적으로, 상술한 오목부(133)는 배터리 셀(10)의 일면에서 밀착부(132)의 길이 방향(d1)을 따라 형성될 수 있고, 열전달부재(30)는 길게 형성된 오목부(133)를 따라 도포될 수 있으며, 이 때, 상술한 열전달부재(30)는 오목부(133)를 따라 긴 직선 형상으로 도포될 수 있다.
즉, 열전달부재(30) 도포 시 열전달부재(30)가 밀착부(132) 전면에 넓게 도포되는 것이 아닌, 오목부(133)를 따라 길게 직선 형상을 이루며 도포되는 바, 배터리 셀(10) 일면의 밀착부(132) 중 반드시 필요한 곳에만 열전달부재(30)의 도포가 가능하고, 이를 통해, 적정량의 열전달부재(30)를 도포할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상술한 열전달부재(30)는 배터리 모듈(1)의 하우징(40) 내에 위치된 후 도포될 수 있다. 이 때, 상술한 하우징(40)은 배터리 셀(10)의 길이 방향(d1) 측부에 위치되는 전면 커버부(41a) 및 후면 커버부(41b), 복수개 배터리 셀(10)의 적층 방향 양측면에 위치되는 측면 커버부(43) 및 복수개 배터리 셀(10)에서 밀착부(132)가 형성되는 일면의 반대측부에 위치되는 상면 커버부(42)를 포함할 수 있다.
즉, 적층된 복수개의 배터리 셀(10)이 적층된 복수개 배터리 셀(10)의 측면 중 밀착부(132) 측을 제외한 나머지 측부를 보호하는 하우징(40) 내에 위치된 후, 열전달부재(30)가 도포될 수 있다.
한편, 상술한 전면 커버부(41a), 후면 커버부(41b), 측면 커버부(43) 및 상면 커버부(42)는 용접 등에 의해 상호 결합될 수 있고, 적층된 복수개의 배터리 셀(10) 외측에 위치되어 복수개의 배터리 셀(10) 적층 구조를 지지할 수 있으며, 외부 이물질 또는 충격 등으로부터 배터리 셀(10)을 보호할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1) 제조방법은 위와 같이, 전면 커버부(41a), 후면 커버부(41b), 상면 커버부(42) 및 측면 커버부(43)가 모두 결합된 후 도포되는 것에 한정되는 것은 아니고, 측면 커버부(43) 및 상면 커버부(42)만 결합된 상태에서 배터리 셀(10) 상면에 열전달부재(30)가 도포되는 등 상술한 커버부(41a, 41b, 42, 43) 중 적어도 하나에 의해 적층된 복수개의 배터리 셀(10)이 지지될 수 있는 구조이면 충분하다.
나아가, 열전달부재(30)는 적층된 복수개 배터리 셀(10)의 밀착부(132) 측이 적층된 상기 복수개의 배터리 셀(10)의 상측에 위치된 상태로 도포될 수 있다. 즉, 복수개의 배터리 셀(10) 적층되고, 적층된 배터리 셀(10)의 밀착부(132)가 상측에 배치되도록 위치된 후 밀착부(132)상의 오목부(133)에 열전달부재(30)가 도포될 수 있다.
위와 같이, 열전달부재(30)가 도포되는 오목부(133)가 적층된 복수개의 배터리 셀(10) 상측에 위치되고, 밀착부(132)가 형성된 배터리 셀(10) 일면은 지면에 평행하게 위치되는 바, 작업자는 열전달부재(30) 도포 간 도포 위치 및 도포 상태 등을 육안으로 용이하게 확인할 수 있고, 또한, 열전달부재(30) 도포 과정에서 중력에 의해 열전달부재(30)가 흘러 내리거나 한쪽으로 집중되는 등의 문제를 방지할 수 있다.
한편, 위와 같이 도포된 열전달부재(30)는 냉각 플레이트(20)가 밀착부(132)에 접촉됨에 따라 복수개의 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 사이에서 얇게 펴질 수 있다. 구체적으로, 복수개 배터리 셀(10)의 밀착부(132)에 냉각 플레이트(20)가 접촉됨에 따라 오목부(133) 상에 도포된 열전달부재(30)는 가압되어 얇게 펴질 수 있고, 열전달부재(30)가 밀착부(132) 형상에 대응되게 펴지는 바, 배터리 셀(10)의 밀착부(132) 및 냉각 플레이트(20) 사이의 빈 공간을 최소화 할 수 있다.
이 때, 상술한 바와 같이, 열전달부재(30)는 적층된 복수개의 배터리 셀(10)이 하우징(40) 내에 위치된 후 도포될 수 있고, 이 경우, 냉각 플레이트(20)는 밀착부(132)에 접촉된 상태에서 하우징(40)의 적어도 일부와 용접 등에 의해 결합될 수 있다. 즉, 측면 커버부(43), 전면 커버부(41a) 및 후면 커버부(41b) 중 적어도 하나와 결합됨으로써 배터리 모듈(1)이 제조될 수 있다.
나아가, 제조된 배터리 모듈(1)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 완성 후 180° 회전되어 뒤집어서 이용될 수 있다. 구체적으로, 상면 커버부(42)는 상측에 위치되고 냉각 플레이트(20)는 하측에 위치되도록 배터리 모듈(1)이 위치된 후 냉각 플레이트(20) 측이 배터리 모듈(1) 하측의 히트 싱크(Heat sink)(미도시 됨) 등에 접촉되어 이용될 수 있다.
위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1) 제조방법은 열전달부재(30)가 오목부(133)에 도포된 후 가압되는 바, 냉각 플레이트(20) 접촉 간 오목부(133) 형상에 의해 발생할 수 있는 에어 포켓의 형성 가능성을 차단할 수 있다.
한편, 상술한 열전달부재(30)는 접착력 및 열전도성을 구비할 수 있다. 이 때, 바람직하게는, 1 ~ 3(W/mK)의 열전도율을 구비하여 냉각 플레이트(20)의 배터리 셀(10) 냉각 효율을 증대시킬 수 있다. 열전달부재(30)는 열전달 성능이 있는 필러를 포함한 열접착제 등 수지층을 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 복수의 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 접착을 위한 별도의 접착제 등을 필요로 하지 않을 수 있다. 구체적으로, 상술한 열전달부재(20)는 5 ~ 10(Mpa)의 인장 강도(Tensile strength), 6 ~ 15(Mpa)의 전단강도(shear strength) 및 500 ~ 1000(Kgf)의 박리강도(Peel strength) 의 접착력을 가질 수 있는 바, 외부 충격 등의 경우에도, 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 간 접착 상태가 쉽게 파괴되지 않고, 상호 간의 결합 상태를 용이하게 유지할 수 있다.
구체적으로, 열전달부재(30)는 복수개의 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 간의 접착력을 증대시키고, 배터리 셀(10)의 방열 효과를 높일 수 있는 물질로 형성될 수 있고, 바람직하게는, 아크릴(acrylic), 우레탄(urethane), 에폭시(epoxy) 및 실리콘(silicon)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 물질을 기초로 한 열전도성 접착제 등으로 형성될 수 있다.
한편, 상술한 열전달부재(30)는 V0의 난연등급을 가진 난연소재로 형성되어 배터리 셀(10) 발화 등의 경우에도, 화재에 따른 피해를 최소화 할 수 있다.
뿐만 아니라, 절연성을 구비한 물질로 형성될 수 있고, 바람직하게는, 10 ~ 25 kV/mm의 절연 강도(Dielectric strength)를 구비할 수 있다. 이를 통해, 복수개의 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 간 통전 가능성을 차단할 수 있다.
나아가, 열전달부재(30)는 10 내지 100(min)의 충분한 가사시간을 가지고 있는 바, 사용자는 열전달부재(30)를 용이하게 도포할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1) 제조방법은, 복수개의 배터리 셀(10) 일면에 열전달부재(30)가 도포된 후, 냉각 플레이트(20)가 복수개의 배터리 셀(10) 일면에 접촉되는 바, 열전달부재(30) 도포 간 작업자는 도포 영역을 육안으로 식별할 수 있다.
나아가, 열전달부재(30) 도포 간 도포량 및 열전달부재(30)가 도포되는 도포 구간의 관리가 용이해지고, 이를 통해, 필요 구간에만 열전달부재(30)를 도포할 수 있는 바, 적정량의 열전달부재(30) 도포가 가능하다. 즉, 복수개의 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 간의 접촉에 의해 배터리 셀(10) 일면에 넓게 펴질 수 있을 정도의 최소량의 열전달부재(30) 도포가 가능하다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 배터리 모듈(1)의 배터리 셀(10)을 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 도시된 배터리 셀(10)의 A-A'단면을 나타낸 도면이다.
상술한 배터리 셀(10)의 구체적인 내용을 설명하기 위해, 도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 먼저 배터리 셀(10)은 전극 탭(12)이 인출된 전극 조립체(11) 및 전극 조립체(11)를 에워싸는 외장재(13)를 포함할 수 있고, 외장재(13)는 배터리 셀(10)의 길이 방향(d1) 둘레 네면 중 세면에 외장재(13)가 접합되어 형성되는 실링부(131) 및 나머지 일면에 전극 조립체(11)에 밀착된 밀착부(132)를 포함할 수 있다. 외장재(13)는 절연성이 있는 알루미늄층을 포함한 파우치를 포함할 수 있다.
구체적으로, 실링부(131)는 전극 조립체(11)의 외곽을 따라 외장재(13)가 접합되어 형성될 수 있다. 실링부(131)는 외장재(13)가 접합되어 형성되는 것으로, 외장재(13)의 측면 둘레 중 밀착부(132)를 제외한 나머지 삼면을 따라 형성될 수 있다. 이 때, 전극 조립체(11)의 양단에는 전극 탭(12)이 실링부(131)의 외측으로 인출될 수 있다.
또한, 배터리 셀(10)의 일면에는 밀착부(132)의 적어도 일부가 배터리 셀(10)의 내측으로 만곡된 오목부(133)가 형성될 수 있다. 오목부(133)에서는 전극 조립체(11)와 외장재(13) 간이 보다 밀착되기 때문에, 전극 조립체(11)와 외장재(13) 간의 열전달이 보다 효율적일 수 있고, 배터리 셀(10)의 냉각에 보다 효과적일 수 있다.
도 4 내지 6은 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리 모듈(1)이 제조되는 과정의 확대된 모습을 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 적층된 복수개의 배터리 셀(10)에서 그 내부가 생략된 개략적인 모습을 나타낸 확대도이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 적층된 복수개의 배터리 셀(10) 오목부(133)에 열전달부재(30)가 도포되는 모습의 확대도이고. 도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예예 따라 적층된 복수개의 배터리 셀(10) 오목부(133)에 열전달부재(30)가 모두 도포된 모습의 확대도이고, 도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 열전달부재(30)가 도포된 배터리 셀(10)의 일면에 냉각 플레이트(20)가 접촉되는 모습의 확대도이고. 도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 배터리 셀(10) 일면에 냉각 플레이트(20)가 접촉된 모습의 확대도이며, 도 6의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 냉각 플레이트(20)와 접촉된 복수개의 배터리 셀(10)이 180° 회전되어 위치된 모습의 확대도이다.
도 4 내지 6을 참조하면, 먼저, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 복수개의 배터리 셀(10)이 적층되고, 적층된 복수개의 배터리 셀(10)은 밀착부(132)가 상측에 위치되도록 배치될 수 있다. 이 때, 배터리 셀(10)에는 밀착부(132)의 적어도 일부가 배터리 셀(10)의 내측으로 만곡된 오목부(133)가 형성될 수 있다.
또한, 복수개의 배터리 셀(10) 적층 간 배터리 셀(10) 사이 마다 탄성부재(50)가 개재될 수 있다. 상술한 탄성부재(50)는 스웰링(swelling)에 의해 배터리 셀(10)이 부푸는 것을 완충할 수 있고, 외부 충격 및 진동이 배터리 셀(10)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 탄성부재(50)는 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(10) 사이 마다 배치되는 것에 한정되지 않고, 배터리 셀(10) 2개 묶음 또는 배터리 셀(10) 3개 묶음 사이 마다 배치되는 등 필요에 따라 선택될 수 있다.
한편, 복수개의 배터리 셀(10)이 적층된 후, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(10) 상측의 오목부(133)에 열전달부재(30)가 도포될 수 있다. 이 때, 상술한 열전달부재(30)는 특정 구간 도포 및 도포량 조절을 위해 노즐부재(31) 등을 통해 도포될 수 있고, 나아가, 밀착부(132)가 배터리 셀(10)의 상측에 배치된 상태에서 열전달부재(30)가 도포되는 바, 도포 과정에서 육안 확인이 가능하고, 열전달부재(30) 도포량 및 도포 구간의 관리가 용이해질 수 있다.
열전달부재(30)는 밀착부(132)에 면적당 중량(g/cm2)이 0.15~0.25가 되도록 도포될 수 있다. 열전달부재(30)는 오목부(133)를 중심으로 얇고 균일하게 밀착부(132)에 펴질 수 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 열전달부재(30)는 일정 인장강도, 전단강도, 박리강도의 접착력을 가질 수 있으므로, 열전달부재(30)가 가지는 점성을 고려하여 면적당 중량(g/cm2)이 0.15~0.25이 되도록 도포될 수 있다. 열전달부재(30)는 더 바람직하게 밀착부(132)에 면적당 중량(g/cm2)은 0.19~0.21가 되도록 도포될 수 있다.
열전달부재(30)가 면적당 중량(g/cm2)이 0.25보다 큰 경우에는 접착층이 두꺼워져 냉각 플레이트(20)와 밀착부(132)의 정밀한 접착이 어려워지며, 0.15 보다 적은 경우에는 양 구성간의 접착력이 저하될 수 있다.
열전달부재(30)는 오목부(133)에 도포될 때, 그 상면 원형 또는 타원형이 되도록 도포될 수 있다. 즉, 오목부(133)에 도포된 열전달부재(30)는 밀착부(132)로부터 돌출된 그 상면이 곡면으로 형성될 수 있다. 곡면은 원형곡면, 타원형곡면을 포함할 수 있다. 이러한 구성을 통해 이후 과정에서, 냉각플레이트(20)가 열전달부재(30)에 접촉 및 가압시에 냉각플레이트(20)과 열전달부재(30) 사이에 에어 포켓(air pocket)이 발생하지 않으면서 열전달부재(30)가 균일하게 퍼질 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 오목부(133)에 열전달부재(30) 도포가 완료되면, 적층된 복수개의 배터리 셀(10) 밀착부(132) 측에 냉각 플레이트(20)가 접촉될 수 있다. 이후, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(20) 및 밀착부(132)가 접촉됨에 따라 오목부(133)에 도포된 열전달부재(30)는 가압되어 냉각 플레이트(20) 및 밀착부(132) 사이에 얇게 펴질 수 있고, 구체적으로, 얇은 막 형태로 형성될 수 있다. 즉, 오목부(133)에 도포된 열전달부재(30)는 냉각플레이트(20)에 의해 가압됨에 따라, 박막의 형태로 밀착부(132)에 균일하게 펴질 수 있도록 마련된다.
또한, 상술한 바와 같이, 오목부(133)에 열전달부재(30)가 도포 후 냉각 플레이트(20)가 접촉되는 바, 오목부(133) 형상에 의해 발생할 수 있는 에어 포켓 등의 형성 가능성을 미연에 차단할 수 있고, 배터리 모듈(1)의 냉각 효율이 증대될 수 있다.
마지막으로, 배터리 셀(10)에 냉각 플레이트(20)가 접촉된 후, 배터리 모듈(1)은 180° 회전되어 뒤집힌 상태로 위치될 수 있고, 냉각 플레이트(20) 상측에 복수개의 배터리 셀(10)이 위치됨에 따라 중력에 의해 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 간의 접촉력이 증대되며, 냉각 플레이트(20) 하측에 구비되는 외부 히트 싱크(Heat sink)를 통해, 배터리 모듈(1)의 냉각이 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 각각이 전극 탭(12)을 포함하는 복수개의 배터리 셀(10), 복수개의 배터리 셀(10) 일측면에 대응되게 위치된 냉각 플레이트(20) 및 복수개의 배터리 셀(10)의 일측면 및 냉각 플레이트(20) 사이에 위치된 열전달부재(30)를 포함할 수 있다.
이 때, 복수개의 배터리 셀(10) 일측면은 배터리 셀(10)의 길이 방향 둘레면 중 외장재(13)가 접합되어 형성된 세 면의 실링부(131)를 제외한 나머지 일 면에 외장재(13)가 전극 조립체(11)에 밀착되어 형성된 밀착부(132)일 수 있다.
또한, 복수개의 배터리 셀(10) 각각은 밀착부(132)의 적어도 일부가 배터리 셀(10)의 내측으로 만곡되어 형성된 오목부(133)를 포함할 수 있고, 열전달부재(30)는 복수개의 배터리 셀(10) 및 상기 냉각 플레이트(20) 사이의 공간 전체를 메우며 위치될 수 있다.
즉, 배터리 셀(10)의 오목부(133)에 발생할 수 있는 에어 포켓 등의 공극 없이 복수개의 배터리 셀(10)의 밀착부(132) 및 냉각 플레이트(20) 사이의 공간을 꽉 채울 수 있는 바, 공백을 최소화 할 수 있고 냉각 플레이트(20)의 배터리 셀(10) 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 복수개의 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 사이의 열전달부재(30)는 접착성 및 열전도성을 구비할 수 있고, 복수개의 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 상호 간을 접착시킬 수 있다. 또한, 열전달부재(30)는 복수개의 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 사이에 얇은 막 형태로 위치되어 복수개의 배터리 셀(10) 및 냉각 플레이트(20) 간 접촉면을 극대화 할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 배터리 모듈
10 : 배터리 셀
11 : 전극 조립체
12 : 전극 탭
13 : 외장재
131 : 실링부
132 : 밀착부
133 : 오목부
20 : 냉각 플레이트
30 : 열전달부재
31 : 노즐부재
40 : 하우징
41a : 전면 커버부
41b : 후면 커버부
42 : 상면 커버부
43 : 측면 커버부
50 : 탄성부재
d1 : 배터리 셀의 길이 방향
10 : 배터리 셀
11 : 전극 조립체
12 : 전극 탭
13 : 외장재
131 : 실링부
132 : 밀착부
133 : 오목부
20 : 냉각 플레이트
30 : 열전달부재
31 : 노즐부재
40 : 하우징
41a : 전면 커버부
41b : 후면 커버부
42 : 상면 커버부
43 : 측면 커버부
50 : 탄성부재
d1 : 배터리 셀의 길이 방향
Claims (15)
- 배터리 셀 복수개가 적층되고,
상기 복수개의 배터리 셀 일측면의 적어도 일부에 열전달부재가 도포되고,
상기 열전달부재 도포 후, 적층된 상기 복수개의 배터리 셀의 일측면에 냉각 플레이트가 접촉되며,
상기 복수개의 배터리 셀의 상기 일측면은,
상기 배터리 셀의 길이 방향 둘레면 중 외장재가 접합되어 형성된 세 면의 실링부를 제외한 나머지 일 면에 상기 외장재가 전극 조립체에 밀착되어 형성된 밀착부인, 배터리 모듈 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 셀에는 상기 밀착부의 적어도 일부가 상기 배터리 셀의 내측으로 만곡된 오목부가 형성되고,
상기 열전달부재는 상기 오목부에 도포되는, 배터리 모듈 제조방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 오목부가 상기 밀착부의 길이 방향을 따라 형성되고,
상기 열전달부재는 상기 오목부를 따라 도포되는, 배터리 모듈 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
적층된 상기 복수개의 배터리 셀이 상기 적층된 복수개 배터리 셀의 측면 중 상기 밀착부 측을 제외한 나머지 측부를 보호하는 하우징 내에 위치된 후,
상기 열전달부재가 도포되는, 배터리 모듈 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 열전달부재는,
상기 밀착부 측이 적층된 상기 복수개의 배터리 셀의 상측에 위치된 상태로 도포되는, 배터리 모듈 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 도포된 열전달부재는,
상기 냉각 플레이트가 상기 밀착부에 접촉됨에 따라 얇게 펴지는, 배터리 모듈 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 배터리 셀 및 상기 냉각 플레이트는 상기 열전달부재에 의해 상호 접착되는, 배터리 모듈 제조방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 열전달부재는 상기 밀착부로부터 돌출된 상면이 곡면을 형성하도록 상기 오목부에 도포되는, 배터리 모듈 제조방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 오목부에 도포되는 상기 열전달부재는 면적당 중량(g/cm2)이 0.15~0.25를 만족하는, 배터리 모듈 제조방법. - 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 배터리 셀;
상기 복수개의 배터리 셀 일측면에 대응되게 위치된 냉각 플레이트; 및
상기 복수개의 배터리 셀의 일측면 및 상기 냉각 플레이트 사이에 위치된 열전달부재;를 포함하고,
상기 복수개의 배터리 셀의 상기 일측면은,
상기 배터리 셀의 길이 방향 둘레면 중 외장재가 접합되어 형성된 세 면의 실링부를 제외한 나머지 일 면에 상기 외장재가 전극 조립체에 밀착되어 형성된 밀착부인, 배터리 모듈. - 청구항 10에 있어서,
상기 복수개의 배터리 셀 각각은,
상기 밀착부의 적어도 일부가 상기 배터리 셀의 내측으로 만곡된 오목부를 포함하는, 배터리 모듈. - 청구항 10에 있어서,
상기 열전달부재는 접착성 및 열전도성을 구비한, 배터리 모듈. - 청구항 12에 있어서,
상기 열전달부재는 상기 복수개의 배터리 셀 및 상기 냉각 플레이트 상호 간을 접착하는, 배터리 모듈. - 청구항 10에 있어서,
상기 열전달부재는 상기 밀착부 및 상기 냉각 플레이트 사이의 공간을 메우며 위치된, 배터리 모듈. - 청구항 10에 있어서,
상기 열전달부재는 상기 복수개의 배터리 셀 및 상기 냉각 플레이트 사이에 얇은 막 형태로 위치된, 배터리 모듈.
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022059917A1 (ko) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170098612A (ko) | 2016-02-22 | 2017-08-30 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 |
-
2019
- 2019-02-28 KR KR1020190024173A patent/KR20190106715A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2022059917A1 (ko) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 |
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