KR20210023066A - 배터리 모듈 어셈블리 및 이의 조립 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다수의 단위 모듈이 적층된 배터리 모듈 어셈블리로서, 상기 다수의 단위 모듈 각각은, 판 형상의 냉각핀을 구비한 카트리지와, 상기 카트리지를 사이에 두고 상기 냉각 핀의 양측면 상에 각각 안착된 2개의 파우치형 전지 셀들 포함하고, 상기 다수의 단위 모듈 중에서 인접한 단위 모듈들 사이에는 내부가 비어 있는 사각틀 형상의 파티션이 배치된다.

Description

배터리 모듈 어셈블리 및 이의 조립 방법{BATTERY MODULE ASSEMBLE AND ASSEMBLING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량에 적용되는 배터리 모듈 어셈블리에 관한 것이다.
도 1은 종래의 배터리 모듈 어셈블리의 분해 사시도이다.
도1을 참조하면, 종래의 배터리 모듈(100)은 다수의 판상형(파우치형) 전지 셀들(200), 한 쌍의 전지 셀(두 개의 전지 셀들) 또는 3개 이상의 전지셀들의 외면 전체를 감싸는 셀 커버(310) 및 상하로 분리되어 조립식 체결구조로 결합되는 상부 프레임 부재(400)와 하부 프레임 부재(500)로 구성된다. 한편, 도 1에서 참조 번호223은 전극 단자이고, 참조 번호 600 및 601은 버스 바를 나타낸다. 나머지 참조 번호들에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 종래의 배터리 모듈의 문제점은 다음과 같다.
첫째, 종래의 배터리 모듈에서 셀 커버(310)가 한 쌍의 전지셀(두 개의 전지셀들) 또는 3개 이상의 전지 셀들을 감싸도록 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 외장부재로 제작되는데, 전지 셀의 두께 변화에 따라 고강도 외장부재를 다시 제작해야 하는 문제가 있다.
둘째, 상세하게 도시하지 않았으나, 상/하부 분리형 프레임을 조립하기 위한 인서트 너트 구조(조립 구조)와 배터리 모듈을 차량 내부에 마운팅 하기 위한 인서트 볼트 구조(마운팅 구조)가 필요하기 때문에, 배터리 모듈 사이즈 증대 및 부품수가 증가하는 문제가 있다.
셋째, 하부 프레임 부재(500)는 사출 공법으로 제작되는데, 사출 공법의 한계로 인해, 하부 프레임 부재(500)를 구성하는 수직 형상의 격벽부(살)가 도 1에 도시된 점선 화살표 방향과 같이 내측으로 수축되는 현상(살 휨 현상)이 발생한다. 따라서, 전지 셀들을 감싸는 셀 커버(310)를 하부 프레임 부재(500)에 용이하게 삽입하기 위해, 삽입 전에 작업자는 격벽부를 수회 내지 수십 회에 걸쳐 손으로 벌리는 수작업이 필요하며, 이로 인해, 전체 조립 시간이 증가하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 전지 셀의 두께 변화에 관계 없이, 배터리 모듈의 조립이 가능하고, 카트리지를 이용하여 배터리 모듈 사이즈 증대 및 부품수가 증가하는 문제를 해소하고, 전체 조립 시간을 줄일 수 있는 배터리 모듈 어셈블리 및 이의 조립 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따른 배터리 모듈 어셈블리는, 다수의 단위 모듈이 적층된 배터리 모듈 어셈블리로서, 상기 다수의 단위 모듈 각각은, 판 형상의 냉각핀을 구비한 카트리지와, 상기 카트리지를 사이에 두고 상기 냉각 핀의 양측면 상에 각각 안착된 2개의 파우치형 전지 셀들 포함하고, 상기 다수의 단위 모듈 중에서 인접한 단위 모듈들 사이에는 내부가 비어 있는 사각틀 형상의 파티션이 배치된다.
본 발명의 제2 측면에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 방법은, 판 형상의 냉각 핀을 구비한 카트리지를 사이에 두고 상기 냉각 핀의 양측면 상에 전지 셀을 안착시켜서 단위 모듈을 구성하는 단계; 내부가 비어 있는 사각틀 형상의 파티션을 사이에 두고 상기 단위 모듈과 다른 단위 모듈을 적층하는 단계; 및 상기 단위 모듈, 상기 다른 단위 모듈 및 상기 파티션 각각의 일측 단부에 마련된 가이드-홀을 관통하는 체결 수단을 이용하여 상기 단위 모듈, 상기 다른 단위 모듈 및 상기 파티션을 조립하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제3 측면에 따른 배터리 모듈 어셈블리는, 다수의 카트리지가 적층된 배터리 모듈 어셈블리서, 상기 다수의 카트리지 각각은, 양측면에 파우치형 전지 셀이 각각 부착된 판 형상의 냉각핀과 상기 냉각핀의 테두리를 형성하는 프레임으로 구성되고, 카트리지의 프레임과 상기 카트리지에 인접한 다른 카트리지의 프레임 사이의 간격을 채우는 사각틀 형상의 파티션을 더 포함한다.
본 발명의 배터리 모듈 어셈블리는 하나의 카트리지와 상기 하나의 카트리지를 사이에 두고 조립되는 두 개의 전지 셀을 단위 모듈로 구성하고, 다수의 단위 모듈들을 수평 방향으로 조립함으로써, 종래의 배터리 모듈 어셈블리에서 단위 모듈을 구성하는 한 쌍의 전지 셀(또는 3개 이상의 전지셀들)의 외면 전체를 감싸는 셀 커버(도 1의 310)를 삭제할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 전지 셀의 두께 변화에 따라 셀 커버와 같은 고강도 외장부재를 다시 제작해야 하는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 배터리 모듈 어셈블리에서는, 단위 모듈을 구성하는 두 개의 전지 셀들이 그 사이에 배치되는 하나의 카트리지에 구비된 냉각 핀의 양면에 양면 테이프와 같은 접착 수단을 통해 고정됨으로써, 종래의 배터리 모듈 어셈블리에서 단위 모듈을 구성하기 위한 셀 커버 없이도, 매우 간단한 방식으로 단위 모듈을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 간단한 방식으로 단위 모듈을 구성하는 것은 다수의 단위 모듈들에 대한 조립 편의성을 제공할 수 있다.
또한, 두 개의 전지 셀들 사이에 배치되는 하나의 카트리지에 구비된 냉각 핀은 두 개의 전지 셀들을 냉각시키는 역할을 함으로써, 배터리 모듈의 열 전도율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리에서는 인접한 단위 모듈들 사이에 면압 패드를 배치하고, 각 단위 모듈에 포함된 카트리지의 일측 단부에 형성된 가이드 홀을 관통하는 장볼트(Long Bolts)와 같은 체결 수단을 이용하여 다수의 단위 모듈을 체결함으로써, 체결 과정에서 발생하는 면압이 면압 패드를 통해 전지 셀에 전달되어 전지 셀의 수명 증대를 도모할 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 모듈 어셈블리의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 전체 외관 형상을 나타내는 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 모듈 어셈블리의 측면도.
도 4는 도 3에 도시한 카트리지 A를 포함하는 단위 모듈의 분해 사시도.
도 5는 도 4에 도시한 단위 모듈의 수직 단면도이고,
도 6는 도 4 및 5에서 도시한 카트리지 A의 사시도.
도 7은 도 4에서 분해된 단위 모듈을 조립한 상태를 나타내는 사시도.
도 8은 도 7에 도시한 단위 모듈의 수직 단면도.
도 9는 도 3에 도시한 카트리지 C의 사시도.
도 10는 도 9에 도시한 카트리지 C의 측면도.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 파티션을 사이에 두고 2개의 단위 모듈이 적층된 적층체의 분해 사시도.
도 12는 도 11에 도시한 파티션의 전체 외관 형상을 나타내는 사시도.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 파티션을 사이에 두고 인접한 2개의 단위 모듈들이 적층된 상태를 나타내는 수직 단면도.
도 14은 도 12에 도시된 A의 확대도.
도 15내지 도 17은 도 2에 도시한 다수의 단위 모듈을 장볼트를 이용하여 체결한 이후 최종 배터리 모듈 어셈블리의 조립 과정을 나타내는 도면들.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 과정을 보여주는 흐름도.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 발명의 다양한 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "단위 모듈"이란 용어가 사용되는데, 여기서, 단위 모듈은 아래에서 상세히 설명하겠지만, 하나의 카트리지를 사이에 두고 양 옆에 배치되는 2개의 전지 셀들을 포함하는 개념으로 사용된다. 다만, "단위 모듈"이란 용어는 "카트리지"라는 용어로 대체될 수 있으며, 이 경우, "카트리지"라는 용어는 2개의 전지 셀들을 포함하는 개념으로 해석된다.
또한, 본 명세서의 청구범위에서는 인접한 2개의 단위 모듈들 또는 인접한 2개의 카트리지들 간의 구조적/기능적 특징 위주로 기재하고 있으나, 이는 청구범위에서 청구하고 있는 기술적 특징을 명확히 전달하기 위함이지 인접한 2개의 단위 모듈들 또는 인접한 2개의 카트리지들로만 이루어진 배터리 모듈 어셈블리로 본 발명의 청구범위를 제한하고자 하는 의도는 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 전체 외관 형상을 보여주는 사시도이고, 도 3는 도 2에 도시된 배터리 모듈 어셈블리의 측면도이다.
도 2및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(100)는 수평방향으로 적층된 다수의 단위 모듈들(110)을 포함한다.
적층된 다수의 단위 모듈(110)은 장볼트와 같은 체결 수단(120: 122, 124)에 의해 조립된다. 여기서, 체결 수단(120: 122, 124)은, 예를 들면, 장볼트(Long Bolts)일 수 있다.
2개의 장볼트들(122, 124)은 각 단위 모듈에 포함된 카트리지의 일측 및 타측 단부에 형성된 가이드 홀을 각각 관통하여 다수의 단위 모듈(110)을 체결한다.
이러한 체결(조립) 과정에서 전지 셀에 가해지는 면압이 발생하여 전지 셀이 부풀어 오르는 현상(스웰링(swelling) 현상)을 억제하고, 배터리 모듈의 사용 수명을 늘릴 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 단위 모듈들 사이마다 개재된 파티션(119)을 더 포함할 수 있다.
파티션(119)은 각 단위 모듈에 포함된 전지 셀의 두께를 보상해주는 역할을 한다. 즉, 파티션(119)은 단위 모듈들 사이의 간격(카트리지 사이의 간격)을 유지하는 스페이서(spacer)의 역할을 한다.
파티션(119)은 다양한 폭을 갖도록 사전에 제작된다. 따라서, 전지 셀의 두께가 변경될 때마다 그 두께에 맞는 카트리지를 사출할 필요 없이, 다양한 폭으로 사전 제작된 파티션(119) 중 선택된 파티션(119)을 이용하여 단위 모듈들 사이의 간격을 유지함으로써, 전지 셀의 두께에 관계없이, 배터리 모듈의 구성이 가능하다. 파티션에 대한 설명은 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
각 단위 모듈은 하나의 카트리지를 포함하고, 카트리지는 도 3에 도시된 바와 같이, 디자인 형상에 따라 카트리지 A, B, C 및 D로 나눌 수 있다.
카트리지 A, B, C 및 D는 디자인 형상에 따라 약간의 차이는 있지만, 전체적인 형상은 대체로 직사각형으로 이루어진다. 유사하게, 파티션(119)도 직사각형으로 이루어진다.
다만, 카트리지 A, B, C 및 D는 아래에서 설명하겠지만, 판형상의 냉각핀에 의해 내부가 막혀있지만, 파티션(119)은 내부가 비어있는 사각틀 형상으로 이루어진 점에서 외관 형상에 차이가 있다.
한편, 도 3에서는 카트리지 A가 좌측 최외곽에 배치되고, 카트리지 D가 우측 최외곽에 배치되고, 그 사이에 카트리지 B와 C가 교대로 적층된 구조를 도시하고 있다.
또한, 인접한 2개의 카트리지 C들 사이에 2개의 카트리지 B들이 적층된 구조를 도시하고 있는데, 이를 한정하는 것은 아니고, 카트리지 A와 D를 제외한 카트리지 B와 C는 배터리 모듈의 구성에 따라서 수량과 배열을 다르게 구성함으로써 배터리 모듈의 마운팅 구조 및 구성을 다르게 가져갈 수 있다.
이하, 단위 모듈의 구조에 대해 상세히 기술한다.
도 4는 도 3에 도시한 카트리지 A를 포함하는 단위 모듈의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 단위 모듈의 수직 단면도이고, 도 6은 도 4 및 5에서 도시한 카트리지 A의 사시도이고, 도 7은 도 4에서 분해된 단위 모듈을 조립한 상태를 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 8은 도 7에 도시한 단위 모듈의 수직 단면도이다.
도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 단위 모듈(111)은 하나의 카트리지 A(111A)를 사이에 두고 상기 카트리지(111A)의 양측면 상에 고정 안착되는 2개의 전지 셀들(111B 및 111C)을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 카트리지 A(111A)는 판형상의 냉각핀(111A-1)과 냉각핀(111A-1)의 테두리를 형성하는 프레임(F1, F2, F3 및 F4)으로 구성된다.
냉각핀(111A-1)은 직사각형의 판형상으로 이루어지며, 전지 셀들(111B 및 111C)에 대한 방열판으로 기능한다.
냉각핀(111A-1)의 양측면 상에는 접착 수단들(도 5의 111A-2 및 111A-3)이 부착되고, 접착 수단들(도 4의 111A-2 및 111A-3)에 의해 2개의 전지 셀들(111B 및 111C)이 냉각핀(111A-1)의 양측면 상에 고정될 수 있다. 접착 수단(111A-2 및 111A-3)은, 예를 들면, 투명한 양면 테이프일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 프레임(F1, F2, F3 및 F4)은 장변을 형성하는 프레임(F1, F2)과 단변을 형성하는 프레임(F3, F4)을 포함한다.
단변을 형성하는 프레임(F3)의 일측 단부에는 장볼트(도 1의 122)가 관통하는 가이드-홀 핀 구조(3)가 마련된다. 프레임(F4)의 일측 단부에도 장볼트(도 1의 124)가 관통하는 가이드-홀 핀 구조(4)가 마련된다.
한편, 도 3에 도시된 좌측 최외곽에 배치되는 카트리지 A와 우측 최외곽에 배치되는 카트리지 D는 형상 및 구조에서 실질적을 동일하다. 따라서, 카트리지 D를 포함하는 단위 모듈의 구조는 도 4 내지 8을 참조하여 설명한 카트리지 A를 포함하는 단위 모듈의 구조에 대한 설명으로 대신한다.
또 한편, 도 3에 도시된 카트리지 B와 C는 카트리지 A와 디자인 형상에서 다소 차이가 있으나, 카트리지 B를 포함하는 단위 모듈이나 카트리지 C를 포함하는 단위 모듈 모두 도 4 내지 도 8에 도시한 카트리지 A를 포함하는 단위 모듈의 구조와 유사하다.
예를 들면, 도 9는 카트리지 C의 전체 외관 형상을 도시한 것인데, 도 9에 도시한 바와 같이, 카트리지 C(115)는, 카트리지 A(111A)와 유사하게, 판 형상의 냉각핀(115-1)과 냉각핀(115-1)의 테두리를 형성하는 프레임(F1, F2, F3 및 F4)로 구성될 수 있다. 냉각핀(115-1)의 양측면 상에는 투명 양면 테이프와 같은 접착 수단(115-2)이 부착되고, 접착 수단들(111A-2 및 111A-3)에 의해 2개의 전지 셀들이 냉각핀(115-1)의 양측면 상에 고정되어 단위 모듈을 구성한다.
카트리지 B와 C는 그 형상 및 구조에서 매우 유사하며, 마찬가지로, 카트리지 B를 포함하는 단위 모듈에 대한 설명은 전술한 카트리지 C를 포함하는 단위 모듈에 대한 설명으로 대신한다.
다만, 카트리지 C는 카트리지 B와는 달리 냉각핀(115-1)의 온도를 센싱하는 온도 센서가 삽입되는 삽입홀 (115-4)를 더 포함하는 점에서 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 카트리지 C(115)에서 단변을 형성하는 프레임(F3)에 온도 센서가 삽입되는 삽입홀(115-4)이 마련될 수 있다. 이처럼 카트리지 C 냉각핀(115-1)과 접촉 가능한 온도 센서가 삽입되는 삽입홀(115-4)을 구성함으로써, 모듈의 온도 센서를 적용할 수 있다.
카트리지 B와 C는 모듈의 구성에 따라서 수량과 배열(적층순서)을 다르게 할 수 있다. 따라서, 온도 센서의 장착이 가능한 카트리지 C의 수량과 배열을 다르게 하면, 모듈에 적용될 수 있는 온도 센서의 수와 위치를 자유롭게 조절할 수 있다.
또한, 카트리지 C(115)에서 단변을 형성하는 프레임(F3)에는 도 9에 도시된 바와 같이, 삽입홀(115-4) 외에 추가적으로 도 2에 도시한 장볼트(122)가 관통하는 가이드-홀(도 9의 5)이 더 마련되며, 카트리지 C(115)의 프레임(F3)에 마주하는 프레임(F4)에도 가이드-홀(도 9의 6)이 더 마련된다.
유사하게, 도시하지는 않았으나, 카트리지 B도 단변을 형성하는 프레임들의 일측 단부에 장볼트(122)가 관통하는 가이드-홀이 마련된다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 파티션을 사이에 두고 2개의 단위 모듈을 적층한 구조체의 분해 사시도이다.
도 11에서는 카트리지 C와 B사이에 배치되는 파티션을 예시하지만, 카트리지 A와 B 사이, 카트리지 C와 다른 카트리지 C사이, 카트리지 C와 D 사이에서도 도 11에 도시한 구조와 동일한 방식으로 파티션이 배치된다.
파티션(119)은 내부가 비어있는 사각틀 형상을 가지며, 각 단위 모듈에 포함된 전지 셀의 두께를 보상하는 역할을 한다. 동시에, 파티션(119)은 카트리지 C를 포함하는 단위 모듈과 카트리지 B를 포함하는 단위 모듈 사이(전지 셀 사이)에서 면압 부재(130)가 배치되는 공간을 정의한다.
도 12는 도 11에 도시한 파티션의 전체 외관 형상을 나타내는 사시도이다.
도 12를 참조하면, 파티션(119)는 내부가 비어 있는 직사각형의 사각틀 형상으로 이루어지며, 사각틀 형상을 구성하기 위해, 장변을 형성하는 프레임들(F1, F2)과 단변을 형성하는 프레임들(F3, F4)로 이루어진다.
프레임(F3)의 일측 단부에는 장볼트(도 2의 122)가 관통하는 가이드-홀 핀 구조(7)가 마련되며, 프레임(F3)과 마주하는 프레임(F4)의 일측 단부에도 장볼트(도 2의 124)가 관통하는 가이드-홀 핀 구조(8)가 마련된다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 파티션을 사이에 두고 인접한 2개의 단위 모듈들이 적층된 상태를 나타내는 수직 단면도이고, 도 14는 도 12에 도시된 A의 확대도이다.
도 13및 14를 참조하면, 파티션(119)을 사이에 두고 양 옆에 배치되는 단위 모듈1의 카트리지 1과 단위 모듈2의 카트리지 2는 서로 동일하거나 서로 다른 종류의 카트리지일 수 있다.
파티션(119)의 폭(W 또는 프레임의 폭)은 각 단위 모듈에 포함된 전지 셀의 두께 변경을 보상하도록 다양하게 제작된다. 즉, 다양한 폭을 갖는 파티션(110)을 미리 제작한 후 전지 셀의 두께가 변경될 때마다 전지 셀의 두께를 보상할 수 있는 폭(W)을 갖는 파티션(119)을 선택한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 카트리지의 양 옆에 안착된 2개의 전지 셀들(C1, C2)의 전체 두께(T1)가 카트리지의 폭(T2)보다 두꺼운 경우, 전지 셀들의 전체 두께(T1)와 카트리지1의 폭(T2)의 차이에 의해 카트리지1과 2 사이에는 간격이 발생할 것이다.
이러한 간격을 보상하기 위해, 파티션(119)이 카트리지1과 2 사이(인접한 단위 모듈 사이에)에 배치된다. 이때, 사전에 다양한 폭을 갖도록 제작된 파티션들 중에서 카트리지 1과2 사이의 간격에 대응하는 폭(W)을 갖는 파티션(119)이 선택되며, 선택된 파티션(119)이 카트리지 1과2 사이의 간격을 에 채운다. 이렇게 함으로써, 전지 셀의 두께에 관계없이 배터리 모듈을 구성할 수 있다.
한편, 파티션(119)의 내부 비어 있는 공간은 면압 패드(130)가 배치되는 공간을 정의한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 면압 패드(130)는 단위 모듈의 관점에서 보면, 서로 인접한 단위 모듈 1과 2 사이에 배치되지만, 전지 셀의 관점에서 보면, 서로 마주하는 전지 셀들 사이(C2, C3)에 배치된다.
이처럼 인접한 단위 모듈 사이(또는 인접한 전지셀들(C2, C3)사이)에 면압 패드(130)를 배치함으로써, 전지 셀이 부풀어 오르는 것(스웰링)을 억제하고, 배터리 모듈의 사용 수명을 늘릴 수 있다.
면압 패드(130)는 과도한 면압에 의해 전지 셀이 손상되는 것을 방지하기 위해, 신축성 있는 재질로 갖는 것이 바람직하며, 예를 들면, 플라스틱 재질일 수 있다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 단위 모듈을 장볼트를 이용하여 체결한 이후 최종 배터리 모듈 어셈블리의 조립 과정을 나타내는 도면들이다.
먼저, 도 15를 참조하면, 장볼트를 이용하여 다수의 단위 모듈의 조립과정이 완료되면, 전지 셀들의 전압을 검출하는 부품, 와이어, 셀 탭의 전압 측정값을 BMS(배터리 관리 시스템)의 제어보드로 전달하는 커넥터(210) 등이 매립된 센싱 아세이(200)가 장볼트(도 2의 122, 124)에 의해 체결된 다수의 단위 모듈로 이루어진 조립체(110)의 상부에 조립된다.
센싱 아세이(200)는 도 15에 도시된 바와 같이, 사출 가공에 의해 양측 단부가 'ㄱ' 형태로 절곡된 형태로 제조되며, 절곡된 부분의 끝 단부에는 단자(220)들이 구성되어 다수의 단위 모듈의 조립체(110)의 측면에 노출된 셀 탭(버스바)에 접촉 및 용접된다.
도 16을 참조하면, 조립체(110)에 센싱 아세이(200)의 조립이 완료되면, 센싱 아세이(200)의 상부를 덮는 상부 케이스(300)가 조립된다.
도 17을 참조하면, 상부 케이스(300)의 조립이 완료되면, 모듈 양옆에 노출된 셀 탭을 보호하기 위해 상부 케이스(300)의 조립이 완료된 조립체의 양측면에 측면 커버들(410, 420)를 조립하여 모듈의 안정성을 확보한다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조리과정을 보여주는 흐름도이다.
도 18을 참조하면, 카트리지의 양측에 전지 셀을 안착하여 개별 단위 모듈을 조립하는 과정이 수행된다(S510). 구체적으로, 판 형상의 냉각핀(도 2의 111A-1, 도 9의 115-1)을 구비한 카트리지를 사이에 두고 상기 냉각핀(도 2의 111A-1, 도 9의 115-1)의 양측면 상에 전지 셀을 양면 테이프(111A-2, 111A-3, 115-2)를 이용하여 부착시킴으로써, 개별 단위 모듈의 조립이 이루어진다.
이어, 전지 셀의 두께(도 13의 T1)에 의해 발생하는 카트리지(도 14의 카트리지1)와 상기 카트리지에 인접한 다른 카트리지(도 14의 카트리지2) 사이의 간격을 계산하는 과정이 수행된다(S520). 이때, 전지 셀의 두께(도 13의 T1)가 카트리지(도 14의 카트리지1)의 폭보다 크지 않다면, 배터리 모듈의 조립 과정에서 파티션은 생략될 수도 있다.
이어, 다양한 폭을 갖도록 사전에 제조된(사출된) 파티션들 중에서 상기 계산된 간격에 대응하는 폭(도 14의 W)을 갖는 파티션을 선택하는 과정이 수행된다(S530).
이어, 인접한 카트리지들(인접한 단위 모듈들) 사이에 상기 선택된 파티션(도 11 내지 14의 119)과 면압 패드(도 11, 13 및 14의 130)를 배치하는 과정이 수행된다(S540).
이어, 상기 인접한 카트리지들과 이들 사이에 배치된 상기 파티션을 장볼트(도 2의 120)를 이용하여 조립하는 과정이 수행된다. 상기 카트리지, 상기 카트리지에 인접한 다른 카트리지 및 이들 사이에 배치된 상기 파티션 각각의 일측 단부에 마련된 가이드-홀이 마련되며, 상기 가이드-홀을 관통하는 장볼트를 이용하여 상기 카트리지, 상기 다른 카트리지 및 이들 사이에 배치된 상기 파티션을 조립한다.
장볼트에 의한 조립이 완료된 조립체는 도 15 내지 17에 도시된 바와 같이, 센싱 아세이(도 15의 200), 상부 케이스(도 16의 300) 및 측면 커버들(도 17의 410 및 420)을 순차적으로 조립하여 최종 배터리 모듈 어셈블리의 조립이 완료된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서 종래와 같이 전지 셀들을 전체를 감싸는 셀 커버를 이용하여 단위 모듈을 구성하는 것이 아니라 전지 셀들을 카트리지의 양 옆에 안착시키는 방식으로 단위 모듈을 구성하기 때문에, 전지 셀들의 두께가 변경될 때마다 셀 커버를 다시 제작해야 하는 불편함을 해소할 수 있다.
또한, 전지 셀들의 두께가 변경에 다라 발생하는 카트리지들 사이의 간격은 간단한 구조의 파티션을 이용하여 간단하게 보상함으로써, 모듈의 조립 편리성을 크게 개선할 수 있다.
또한, 파티션의 내부 비어있는 공간을 통해 단위 모듈에 포함된 전지셀과, 이에 인접한 다른 단위 모듈에 포함된 다른 전지 셀 사이에 면압 패드를 배치함으로써, 면압 패드가 체결과정에서 발생하는 면압을 전지 셀로 전달함으로써, 전지 셀의 스웰링 현상을 억제하여 사용 수명을 연장할 수 있다.
이제까지 본 발명을 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경 또는 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 단위 모듈을 구성하는 전지 셀들의 전체 두께가 카트리지의 폭보다 크지 않다면, 파티션을 조립 과정에서 선택적으로 배제할 수 있다. 이처럼 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명을 위한 예시적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 다수의 단위 모듈이 적층된 배터리 모듈 어셈블리로서,
    상기 다수의 단위 모듈 각각은,
    판 형상의 냉각핀을 구비한 카트리지와, 상기 카트리지를 사이에 두고 상기 냉각 핀의 양측면 상에 각각 안착된 2개의 파우치형 전지 셀들 포함하고,
    상기 다수의 단위 모듈 중에서 인접한 단위 모듈들 사이에는 내부가 비어 있는 사각틀 형상의 파티션이 배치되는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  2. 제1항에서, 상기 파우치형 전지 셀들은,
    양면 테이프에 의해 상기 냉각 핀의 양측면 상에 고정 부착되는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  3. 제1항에서, 상기 파티션은,
    단위 모듈에 포함된 카트리지와, 상기 단위 모듈에 인접한 다른 단위 모듈에 포함된 다른 카트리지 사이에 배치되고,
    상기 2개의 파우치형 전지 셀들의 전체 두께와 상기 카트리지의 폭 간의 차이에 따라 발생하는 상기 카트리지와 상기 다른 카트리지 사이의 간격을 보상하는 폭을 갖는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  4. 제1항에서,
    단위 모듈에 포함된 전지 셀과, 상기 단위 모듈에 인접한 다른 단위 모듈에 포함된 다른 전지 셀 사이에 배치되는 면압 패드를 더 포함하는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  5. 제4항에서, 상기 면압 패드는,
    상기 파티션의 내부가 비어있는 공간을 통해 상기 전지 셀과 상기 다른 전지 셀 사이에 배치되는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  6. 제4항에서, 상기 면압 패드는,
    상기 다수의 단위 모듈이 체결되는 과정에서 발행하는 면압을 전지 셀에 전달하여 상기 전지 셀이 스웰링 현상을 억제하는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  7. 제4항에서, 상기 면압 패드는,
    신축성 있는 재질로 구성된 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  8. 제1항에서, 단위 모듈에 포함된 카트리지의 일측 단부에 마련된 가이드 홀과, 상기 파티션의 일측 단부에 마련된 가이드 홀 및 상기 단위 모듈에 인접한 다른 단위 모듈에 포함된 다른 카트리지의 일측 단부에 마련된 가이드 홀을 관통하는 체결 수단에 의해, 상기 카트리지, 상기 파티션 및 상기 다른 카트리지가 조립되는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  9. 제1항에서,
    상기 다수의 단위 모듈 중에서 일부 단위 모듈에 포함된 카트리지는 냉각핀의 온도를 센싱하는 온도 센서가 삽입되는 삽입홀을 갖는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  10. 다수의 단위 모듈이 적층된 배터리 모듈 어셈블리의 제조 방법에서,
    판 형상의 냉각 핀을 구비한 카트리지를 사이에 두고 상기 냉각 핀의 양측면 상에 전지 셀을 안착시켜서 단위 모듈을 구성하는 단계;
    내부가 비어 있는 사각틀 형상의 파티션을 사이에 두고 상기 단위 모듈과 다른 단위 모듈을 적층하는 단계; 및
    상기 단위 모듈, 상기 다른 단위 모듈 및 상기 파티션 각각의 일측 단부에 마련된 가이드-홀을 관통하는 체결 수단을 이용하여 상기 단위 모듈, 상기 다른 단위 모듈 및 상기 파티션을 조립하는 단계
    를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리의 조립 방법.
  11. 제10항에서, 상기 단위 모듈을 구성하는 단계는,
    양면 테이프를 이용하여 상기 냉각 핀의 양측면 상에 전지 셀을 고정 부착하는 단계인 것인 배터리 모듈 어셈블리의 조립 방법.
  12. 제10항에서, 상기 단위 모듈과 다른 단위 모듈을 적층하는 단계는,
    상기 단위 모듈에 포함된 전지 셀과 상기 다른 단위 모듈에 포함된 다른 전지 셀 사이에 면압 패드를 배치하는 단계; 및
    상기 파티션의 내부가 비어 있는 공간을 통해 상기 전지 셀, 상기 면압 패드 및 상기 다른 전지 셀을 적층하는 단계
    를 포함하는 것인 배터리 모듈 어셈블리의 조립 방법.
  13. 제10항에서, 상기 단위 모듈과 상기 다른 단위 모듈을 조립하는 단계는,
    상기 가이드-홀을 관통하는 장볼트를 이용하여 상기 단위 모듈, 상기 다른 단위 모듈 및 상기 파티션을 조립하는 단계인 것인 배터리 모듈 어셈블리의 조립 방법.
  14. 제10항에서,
    상기 단위 모듈과 상기 다른 단위 모듈 중 어느 하나에 포함된 카트리지에 마련된 삽입홀에 상기 냉각 핀과 접촉하는 온도 센서를 삽입하는 단계
    를 더 포함하는 것인 배터리 모듈 어셈블리의 조립 방법.
  15. 다수의 카트리지가 적층된 배터리 모듈 어셈블리서,
    상기 다수의 카트리지 각각은,
    양측면에 파우치형 전지 셀이 각각 부착된 판 형상의 냉각핀과 상기 냉각핀의 테두리를 형성하는 프레임으로 구성되고,
    카트리지의 프레임과 상기 카트리지에 인접한 다른 카트리지의 프레임 사이의 간격을 채우는 사각틀 형상의 파티션을 더 포함하는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  16. 제15항에서,
    상기 파티션 내부의 비어있는 공간을 통해, 상기 카트리지의 냉각핀의 일측면에 부착된 파우치형 전지 셀과 상기 다른 카트리지의 냉각핀의 일측면에 부착된 파우치형 전지 셀 사이에 배치되는 면압 패드를 더 포함하는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  17. 제15항에서, 상기 파우치형 전지 셀은,
    양면 테이프에 의해 상기 냉각핀의 양측면에 고정 부착되는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  18. 제15항에서, 상기 프레임에는 냉각핀의 온도를 센싱하는 온도 센서가 삽입되는 삽입홀이 구비된 것인 배터리 모듈 어셈블리.
  19. 제15항에서,
    상기 카트리지의 프레임, 상기 파티션 및 상기 다른 카트리지의 프레임의 일측 단부에는 장볼트가 관통하는 가이드 홀이 각각 구비되고,
    상기 가이드 홀을 관통하는 상기 장볼트에 의해, 상기 카트리지의 프레임, 상기 파티션 및 상기 다른 카트리지의 프레임이 조립되는 것인 배터리 모듈 어셈블리.
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