KR20210049471A - Apparatus for stacking battery cell, method for stacking battery cell and battery module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전지셀 적층 장치, 전지셀 적층 방법 및 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 안정적으로 전지셀을 적층하기 위한 전지셀 적층 장치, 전지셀 적층 방법 및 전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cell stacking device, a battery cell stacking method, and a battery module, and more specifically, to a battery cell stacking device, a battery cell stacking method, and a battery module for stably stacking battery cells.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.Secondary batteries having high ease of application according to product groups and having electrical characteristics such as high energy density are commonly applied to electric vehicles or hybrid vehicles driven by electric drive sources, power storage devices, as well as portable devices. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency improvement in that they do not generate any by-products from the use of energy as well as the primary advantage of being able to drastically reduce the use of fossil fuels.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.While one or two or three battery cells per device are used in small mobile devices, high-power and large-capacity devices are required for medium-sized devices such as automobiles. Therefore, a medium or large-sized battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected is used.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 프레임 부재를 포함할 수 있다.Since the medium and large-sized battery modules are preferably manufactured with a small size and weight as much as possible, prismatic batteries and pouch-type batteries that can be stacked with a high degree of integration and have a small weight to capacity are mainly used as battery cells of medium-sized battery modules. On the other hand, the battery module, in order to protect the cell stack from external shock, heat, or vibration, the front and rear surfaces may be opened to include a frame member for accommodating the battery cell stack in the inner space.
도 1은 종래의 전지셀 적층체를 적층하는 방법을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a method of laminating a conventional battery cell stack.
도 1을 참고하면, 복수의 전지셀(10)을 적층하기 위해 플레이트(20) 상에 수직 방향으로 순차적으로 전지셀(10)을 장착시킨다. 이때, 셀 스택 가이드 바(30)를 기준으로, 복수의 전지셀(10)을 차례로 플레이트(20) 상에 정렬할 수 있다. 다만, 전지셀(10)의 가장자리 형상으로 인해 전지셀(10) 적층 시 전지셀(10)이 미끄러지거나 틀어짐이 발생할 수 있다.Referring to FIG. 1, in order to stack a plurality of
이러한 현상이 발생하면, 이후 제조된 전지 모듈의 평탄도가 불량해지고, 프레임과 최외각 전지셀 사이에 주액하는 레진 주액량이 각 전지 모듈마다 편차가 발생하여 공정 제어에 어려움이 발생한다. 또, 전지셀 간 부착하는 양면 테이프의 부착 면적이 일정하지 않게 된다.When such a phenomenon occurs, the flatness of the subsequently manufactured battery module becomes poor, and the amount of resin injected between the frame and the outermost battery cell varies for each battery module, causing difficulty in process control. In addition, the area of the double-sided tape attached between the battery cells is not constant.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 안정적으로 전지셀을 적층하는 전지셀적층 장치, 전지셀 적층 방법 및 이로부터 제조된 전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.An object to be solved by the present invention is to provide a battery cell stacking apparatus for stably stacking battery cells, a battery cell stacking method, and a battery module manufactured therefrom.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the problems to be solved by the embodiments of the present invention are not limited to the above-described problems and may be variously expanded within the scope of the technical idea included in the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층 장치는 전지셀을 이송하는 이송 부재, 수직 방향인 Z축을 따라 상기 전지셀이 복수개 적층되어 형성된 전지셀 적층체가 장착되는 플레이트, 상기 플레이트의 일측에 위치하여 상기 복수의 전지셀 적층 시 상기 전지셀들의 동일한 일측면을 지지하는 셀 스택 가이드 바, 및 상기 플레이트의 다른 일측에 위치하고, 수평 방향인 X축 및 상기 Z축을 따라 이동하는 정렬 부재를 포함하고, 상기 이송 부재는 상기 전지셀을 상기 Z축을 따라 이동시켜 상기 플레이트 상에 장착시키는 홀딩부를 포함한다.A battery cell stacking apparatus according to an embodiment of the present invention includes a transfer member for transporting battery cells, a plate on which a battery cell stack formed by stacking a plurality of battery cells along a vertical Z-axis is mounted, and is located at one side of the plate. A cell stack guide bar supporting the same side of the battery cells when the plurality of battery cells are stacked, and an alignment member positioned on the other side of the plate and moving along the horizontal X-axis and the Z-axis, the The transfer member includes a holding part that moves the battery cell along the Z axis and mounts it on the plate.
상기 정렬 부재는 상기 전지셀을 상기 X축 방향으로 가압하여 상기 셀 스택 가이드 바에 상기 전지셀이 밀착하도록 할 수 있다.The alignment member may press the battery cells in the X-axis direction so that the battery cells are in close contact with the cell stack guide bar.
상기 정렬 부재는 상기 정렬 부재의 단부에 상기 전지셀의 일면과 접촉하는 푸시부를 포함하고, 상기 푸시부의 상기 Z축 방향으로의 길이가 상기 전지셀 일면의 상기 Z축 방향으로의 길이와 같거나 길 수 있다.The alignment member includes a push portion in contact with one surface of the battery cell at an end of the alignment member, and a length of the push portion in the Z-axis direction is equal to or longer than the length in the Z-axis direction of the one surface of the battery cell. I can.
상기 푸시부의 위치는, 상기 플레이트 상에 순차적으로 적층되는 제1 전지셀과 제2 전지셀 중에서 상기 제1 전지셀에 대응하도록 제어될 수 있다.The position of the push unit may be controlled to correspond to the first battery cell among first and second battery cells sequentially stacked on the plate.
상기 정렬 부재는 상기 전지셀의 Y축 방향을 따라 적어도 2개 형성될 수 있다.At least two alignment members may be formed along the Y-axis direction of the battery cell.
상기 푸시부는 실린더에 의해 상기 X축을 따라 왕복 운동할 수 있다.The push unit may reciprocate along the X axis by a cylinder.
상기 홀딩부는 진공 흡착 방식일 수 있다.The holding part may be a vacuum adsorption method.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 적층 방법은 제1 전지셀을 수직 방향인 Z축을 따라 플레이트 상에 적층하는 단계, 및 상기 플레이트의 일측에 위치하는 셀 스택 가이드 바를 기준으로 제2 전지셀을 상기 Z축 방향으로 상기 제1 전지셀 상에 적층하는 단계를 포함하고, 상기 제2 전지셀을 적층하는 단계는, 상기 셀 스택 가이드 바와 인접한 상기 제1 전지셀의 일측으로부터 반대편에 위치하는 다른 일측을 상기 X축 방향으로 지지한 상태에서 수행된다.A battery cell stacking method according to another embodiment of the present invention includes stacking a first battery cell on a plate along a vertical Z axis, and a second battery cell based on a cell stack guide bar positioned at one side of the plate. Stacking on the first battery cell in the Z-axis direction, and the stacking of the second battery cell may include a second battery located on the opposite side from one side of the first battery cell adjacent to the cell stack guide bar. It is performed while supporting one side in the X-axis direction.
상기 제1 전지셀의 다른 일측을 상기 X축 방향으로 지지하기 위해 상기 제1 전지셀의 다른 일측에 인접하여 위치하는 정렬 부재를 사용하고, 상기 정렬 부재는 상기 제1 전지셀을 상기 X축 방향으로 가압하여 상기 셀 스택 가이드 바에 상기 제1 전지셀이 밀착되도록 할 수 있다.An alignment member positioned adjacent to the other side of the first battery cell is used to support the other side of the first battery cell in the X-axis direction, and the alignment member moves the first battery cell in the X-axis direction. The first battery cell may be pressed in close contact with the cell stack guide bar.
상기 정렬 부재는 상기 제1 전지셀의 Y축 방향을 따라 상기 제1 전지셀의 양단에 각각 위치하고, 상기 2개의 정렬 부재가 동시에 상기 제1 전지셀을 지지할 수 있다.The alignment members may be positioned at both ends of the first battery cell along the Y-axis direction of the first battery cell, and the two alignment members may simultaneously support the first battery cell.
상기 제2 전지셀을 적층하는 단계는, 상기 정렬 부재가 상기 Z축 방향으로 이동하여 상기 제1 전지셀에 대응하도록 위치하는 단계, 및 상기 정렬 부재의 단부에 형성된 푸시부가 상기 X축 방향을 따라 상기 제1 전지셀을 가압하는 단계를 포함할 수 있다.The stacking of the second battery cells may include positioning the alignment member to move in the Z-axis direction to correspond to the first battery cell, and a push portion formed at an end of the alignment member along the X-axis direction. It may include the step of pressing the first battery cell.
상기 제1 전지셀과 상기 제2 전지셀의 상기 X축 방향으로 어긋난 수준이 0.7 밀리미터 이하가 되도록 할 수 있다.The level of the shift in the X-axis direction of the first battery cell and the second battery cell may be 0.7 mm or less.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 U자형 프레임, 및 상기 개방된 U자형 프레임 상부에서 상기 전지셀 적층체를 덮는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 U자형 프레임은 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고, 상기 전지셀 적층체에 포함된 상기 전지셀들의 수평 방향으로 어긋난 수준이 0.7 밀리미터 이하이다.A battery module according to another embodiment of the present invention includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a U-shaped frame having an open top and receiving the battery cell stack, and an upper portion of the opened U-shaped frame. And an upper plate covering the battery cell stack, wherein the U-shaped frame includes a bottom portion and two side surfaces facing each other, and a level shifted in the horizontal direction of the battery cells included in the battery cell stack is 0.7 It is less than a millimeter.
상기 바닥부는 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 전지셀의 길이 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분 안쪽에 위치하며, 상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 얇을 수 있다.The bottom portion includes a first portion and a second portion, the first portion is located at an edge with respect to the length direction of the battery cell, the second portion is located inside the first portion, the first portion The thickness of may be thinner than the thickness of the second portion.
상기 전지 모듈은 상기 전지셀 적층체와 연결되는 버스바 프레임을 더 포함하고, 상기 U자형 프레임은 상기 전지셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향하는 양측이 개방되고, 상기 U자형 프레임의 개방된 양측에서 상기 버스바 프레임은 상기 전지셀 적층체와 연결되며, 상기 버스바 프레임은 상기 전극 리드가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메인 프레임과 상기 메인 프레임의 하부에서 연장된 절곡부를 포함할 수 있다.The battery module further includes a bus bar frame connected to the battery cell stack, and the U-shaped frame has both sides facing each other open based on a direction in which the electrode leads of the battery cell stack protrude, and the U On both open sides of the shaped frame, the bus bar frame is connected to the battery cell stack, and the bus bar frame is a main frame disposed perpendicular to a direction in which the electrode leads protrude, and a bent extending from a lower portion of the main frame. May contain wealth.
상기 전지셀은 폭 방향으로 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 절곡부 상에 위치할 수 있다.The battery cell may include a protrusion formed in a width direction, and the protrusion may be located on the bent part.
실시예들에 따르면, 수직 방향으로 전지셀을 적층하여 전지셀 적층체를 형성할 때, 셀 스택 가이드 바 외에 수평 방향으로 먼저 적층된 전지셀을 지지한 상태에서 다음 전지셀을 적층함으로써, 셀 스택 편차를 줄일 수 있다.According to embodiments, when forming a battery cell stack by stacking battery cells in a vertical direction, the cell stack is performed by stacking the next battery cells while supporting the first stacked battery cells in the horizontal direction in addition to the cell stack guide bar. The deviation can be reduced.
도 1은 종래의 전지셀 적층체를 적층하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지셀 적층 장치를 Y축 방향을 따라 바라본 정면도이다.
도 4는 도 2의 전지셀 적층 장치를 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 5의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 5의 전지 모듈에서 버스바 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 6에서 전지셀 적층체의 길이 방향인 XZ 평면을 따라 자른 단면도이다.1 is a schematic diagram showing a method of laminating a conventional battery cell stack.
2 is a perspective view showing a battery cell stacking apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a front view of the battery cell stacking apparatus of FIG. 2 as viewed along the Y-axis direction.
4 is a perspective view of the battery cell stacking apparatus of FIG. 2 viewed from a different angle.
5 is an exploded perspective view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
6 is a perspective view illustrating a state in which components of the battery module of FIG. 5 are combined.
7 is a perspective view showing one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 5.
8 is a schematic cross-sectional view illustrating a battery cell stack included in the battery module of FIG. 5.
9 is a perspective view illustrating a bus bar frame in the battery module of FIG. 5.
10 is a cross-sectional view taken along the XZ plane in the longitudinal direction of the battery cell stack in FIG. 6.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description have been omitted, and the same reference numerals are attached to the same or similar components throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, so the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. In the drawings, the thicknesses are enlarged in order to clearly express various layers and regions. In addition, in the drawings, for convenience of description, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.In addition, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" or "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle. . Conversely, when one part is "directly above" another part, it means that there is no other part in the middle. In addition, to be "on" or "on" the reference part means that it is located above or below the reference part, and means that it is located "above" or "on" in the direction opposite to the gravitational force. no.
또한, 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.In addition, throughout the specification, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, the term "on a plane" means when the object portion is viewed from above, and when the object portion is viewed from above, it means when the object portion is viewed from the side when a vertically cut cross-section is viewed from the side.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층 장치를 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 2의 전지셀 적층 장치를 Y축 방향을 따라 바라본 정면도이다.2 is a perspective view showing a battery cell stacking apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 is a front view of the battery cell stacking apparatus of FIG. 2 as viewed along the Y-axis direction.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 적층 장치는 전지셀(110)을 이송하는 이송 부재(530), 수직 방향인 Z축을 따라 전지셀(110)이 복수개 적층되어 형성된 전지셀 적층체(120)가 장착되는 플레이트(510), 플레이트(510)의 일측에 위치하여 복수의 전지셀(110) 적층 시 전지셀(110)들의 동일한 일측면을 지지하는 셀 스택 가이드 바(520), 및 플레이트(510)의 다른 일측에 위치하고, 수평 방향인 X축 및 상기 Z축을 따라 이동하는 정렬 부재(550)를 포함한다.2 and 3, the battery cell stacking apparatus according to the present embodiment includes a
이송 부재(530)는 전지셀(110)을 Z축을 따라 이동시켜 플레이트(510) 상에 장착시키는 홀딩부(540)를 포함할 수 있다. 홀딩부(540)는 진공 흡착 방식으로 전지셀(110)의 무게 및 크기를 고려하여 기 설정된 진공값으로 전지셀(110)의 상부면을 흡착하여 이동시킬 수 있다.The
본 실시예에 따른 정렬 부재(550)는, 전지셀(110)을 X축 방향으로 가압하여 셀 스택 가이드 바(520)에 전지셀(110)이 밀착하도록 할 수 있다. 정렬 부재(550)는, 정렬 부재(550)의 단부에 전지셀(110)의 일면과 접촉하는 푸시부(560)를 포함한다. 이때, 푸시부(560)의 Z축 방향으로의 길이가 전지셀(110) 일면의 Z축 방향으로의 길이와 같거나 긴 것이 바람직하다. 푸시부(560)의 Z축 방향으로의 길이가 전지셀(110) 일면의 Z축 방향으로의 길이보다 짧으면, 푸시부(560)로부터 전지셀(110)로 전달되는 힘이 일정하지 않아 기대했던 오정렬 줄임 효과가 떨어질 수 있다.The
본 실시예에 따른 푸시부(560)는 실린더 방식에 의해 X축을 따라 왕복 운동할 수 있다. 실런더 방식은 유압 방식 또는 공압 방식일 수 있다.The
후술하겠지만, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 적층 방법에서, 푸시부(560)의 위치는, 플레이트(510) 상에 순차적으로 적층되는 제1 전지셀(110a)과 제2 전지셀(110b) 중에서 제1 전지셀(110a)에 대응하도록 제어될 수 있다.As will be described later, in the battery cell stacking method according to another embodiment of the present invention, the position of the
도 4는 도 2의 전지셀 적층 장치를 다른 각도에서 바라본 사시도이다.4 is a perspective view of the battery cell stacking apparatus of FIG. 2 viewed from a different angle.
본 실시예에 따른 정렬 부재(550)는 전지셀(110)의 Y축 방향을 따라 적어도 2개 형성될 수 있다. 도 4를 참고하면, 정렬 부재(550)는 제1 정렬 부재(550a)와 제2 정렬 부재(550b)를 포함할 수 있다. 제1 정렬 부재(550a)와 제2 정렬 부재(550b)는, 전지셀(110)이 적층되는 플레이트(510) 상에서 Y축 방향의 양 단부에 인접하여 위치할 수 있다. 제1 정렬 부재(550a)와 제2 정렬 부재(550b)는, Y축 방향을 기준으로 플레이트(510)의 중심으로부터 동일한 거리에 위치할 수 있다. 이러한 위치 설계에 의해 푸시부(560)로부터 전지셀(110)의 Y축 방향으로의 일면에 전달되는 힘이 균일하도록 할 수 있다. 따라서, 정렬 이후의 전지셀 간 적층 편차를 줄일 수 있다.At least two
이하에서는 도 5 내지 도 10을 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a battery module according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 10.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다. 도 7은 도 5의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다.5 is an exploded perspective view showing a battery module according to another embodiment of the present invention. 6 is a perspective view illustrating a state in which components of the battery module of FIG. 5 are combined. 7 is a perspective view showing one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 5.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)을 포함하는 전지셀 적층체(120), 상부면, 전면 및 후면이 개방된 U자형 프레임(300), 전지셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트(400), 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면에 각각 위치하는 엔드 플레이트(150) 및 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(150) 사이에 위치하는 버스바 프레임(130)을 포함한다.5 and 6, the
U자형 프레임(300)의 개방된 양측을 각각 제1 측과 제2 측이라고 할 때, U자형 프레임(300)은 상기 제1 측과 상기 제2 측에 대응하는 전지셀 적층체(120)의 면을 제외하고 나머지 외면들 중에서, 서로 인접한 전면, 하면 및 후면을 연속적으로 감싸도록 절곡된 판상형 구조로 이루어져 있다. U자형 프레임(300)의 하면에 대응하는 상면은 개방되어 있다.When both open sides of the
상부 플레이트(400)는 U자형 프레임(300)에 의해 감싸지는 전면, 하면 및 후면을 제외한 나머지 상면을 감싸는 하나의 판상형 구조로 이루어져 있다. U자형 프레임(300)과 상부 플레이트(400)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등에 의해 결합됨으로써 전지셀 적층체(120)를 감싸는 구조를 형성할 수 있다. 즉, U자형 프레임(300)과 상부 플레이트(400)는 서로 대응하는 모서리 부위에 용접 등의 결합 방법으로 형성된 결합부(CP)가 형성될 수 있다.The
전지셀 적층체(120)는 일방향으로 적층된 복수의 전지셀(110)을 포함하고, 복수의 전지셀(110)은 도 5에 도시한 바와 같이 Z축 방향으로 적층될 수 있다. 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 7을 참고하면 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 전지셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 양 측면(114c)을 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이가 전지셀(110)의 길이 방향으로 정의하고, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)와 연결부(115) 사이를 전지셀(110)의 폭 방향으로 정의할 수 있다.The
연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗어 있는 영역이며, 연결부(115)의 단부에 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 돌출부(110p)는 연결부(115)의 양 단부 중 적어도 하나에 형성될 수 있고, 연결부(115)가 뻗는 방향에 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(110p)는 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)의 실링부(114sa, 114sb) 중 하나와 연결부(115) 사이에 위치할 수 있다.The
전지 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 전지 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 전지셀 적층체(120)는 Z축 방향으로 적층되고, X축 방향으로 U자형 프레임(300) 내부에 수용되어 후술하는 열전도성 수지층에 의해 냉각이 진행될 수 있다. 이에 대한 비교예로서 전지셀이 카트리지 형태의 부품으로 형성되어 전지셀 간의 고정이 전지 모듈 프레임으로 조립으로 이루어지는 경우가 있다. 이러한 비교예에서는 카트리지 형태의 부품의 존재로 인해 냉각 작용이 거의 없거나 전지셀의 면 방향으로 진행될 수 있고, 전지 모듈의 높이 방향으로는 냉각이 잘 되지 않는다.The
도 5 및 도 6을 다시 참조하면, 본 실시예에 따른 U자형 프레임(300)의 측면부(300b)와 상부 플레이트(400)의 폭은 서로 동일할 수 있다. 다시 말해, 상부 플레이트(400)의 Y축 방향에 따른 모서리 부분과 U자형 프레임(300)의 측면부(300b)의 Y축 방향에 따른 모서리 부분이 직접 만나서 용접 등의 방법에 의해 결합될 수 있다.Referring again to FIGS. 5 and 6, the widths of the side portion 300b and the
도 8은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체를 나타내는 개략적인 단면도이다.8 is a schematic cross-sectional view illustrating a battery cell stack included in the battery module of FIG. 5.
도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)들의 수평 방향(X축)으로 어긋난 수준(d)이 대략 0.7 밀리미터 이하일 수 있다. 측정 오차는 대략 ±0.05 밀리미터일 수 있다. 이러한 수치 범위는 후술하는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 적층 방법에서 도 3의 셀 스택 가이드 바(520) 외에 수평 방향으로 먼저 적층된 전지셀(110a)을 지지한 상태에서 다음 전지셀(110b)을 적층함으로써, 셀 스택 편차를 줄여서 나타나는 결과물일 수 있다.Referring to FIG. 8, a level d shifted in the horizontal direction (X axis) of the
도 9는 도 5의 전지 모듈에서 버스바 프레임을 나타내는 사시도이다.9 is a perspective view illustrating a bus bar frame in the battery module of FIG. 5.
도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 버스바 프레임(130)은 도 7에서 설명한 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메임 프레임(130a)과, 메인 프레임(130a)의 하부에서 연장된 절곡부(130b)를 포함한다. 버스바 프레임(130)은 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같이 전지셀 적층체(120)와 연결된다. 메인 프레임(130a)에서는 전극 리드가 슬릿을 통과하여 버스바와 결합한 구조를 형성할 수 있다. 절곡부(130b)는 메인 프레임(130a) 기준으로 대략 90도로 구부러져서 U자형 프레임(300)의 바닥부(300a) 상에 위치할 수 있다. 절곡부(130b) 및 주변 구성에 대해서는 도 10을 참고하여 추가 설명하기로 한다.Referring to FIG. 9, the
도 10은 도 6에서 전지셀 적층체의 길이 방향인 XZ 평면을 따라 자른 단면도이다.10 is a cross-sectional view taken along the XZ plane in the longitudinal direction of the battery cell stack in FIG. 6.
도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 폭 방향으로 형성된 돌출부(110p)를 포함하고, 돌출부(110p)는 절곡부(130b) 상에 위치한다. 여기서, 전지셀(110)의 폭 방향이란 도 10의 X축 방향일 수 있다. 본 실시예에 따른 U자형 프레임의 바닥부(300a)는 제1 부분(300a1)과 제2 부분(300a2)을 포함하고, 제1 부분(300a1)은 전지셀(110)의 길이 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 제2 부분(300a2)은 제1 부분(300a1) 안쪽에 위치한다. 이때, 제1 부분(300a1)의 두께는 제2 부분(300a2)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 여기서, 전지셀(110)의 길이 방향이란 도 10의 Y축 방향일 수 있다.Referring to FIG. 10, the
도 9 및 도 10을 참고하면, 본 실시예에서 버스바 프레임(130)의 절곡부(130b)는 U자형 프레임의 바닥부(300a) 중에서 제1 부분(300a1)에 위치한다. 이때, 절곡부(130b)의 두께와 제1 부분(300a1)의 두께를 합한 두께는 제2 부분(300a2)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 제1 부분(300a1)과 제2 부분(300a2)의 단차에 걸려 외부 충격에 유동하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라, 이러한 U자형 프레임 바닥부(300a)의 가공을 통해 전지셀(110)과 프레임 사이의 갭을 줄일 수 있고, 이러한 갭 줄임 효과는 높이 방향 조립을 통해 얻을 수 있는 갭 줄임 효과와 상승 작용을 일으켜서 전체적인 공간 효율성을 최대화할 수 있다. U자형 프레임 바닥부(300a)의 가공은 U자형 프레임 구조를 형성하면서 바닥부(300a)의 단차도 동시에 형성할 수 있다. 이러한 단차 형성을 위해 프레스 성형 또는 NC(numerical control work) 가공 등을 사용할 수 있다.9 and 10, in this embodiment, the
바닥부(300a)의 제2 부분(300a2)과 전지셀(110) 사이에 패드부(320)가 위치하고, 패드부(320) 안쪽에 열전도성 수지층(310)이 위치한다. 즉, 패드부(320)는 열전도성 수지층(310)과 바닥부(300a)의 제1 부분(300a1) 사이에 위치하여 열전도성 수지층(310)이 형성되는 위치를 정의할 수 있다.The
이하에서는 도 2 내지 도 4를 다시 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 적층 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a battery cell stacking method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4 again.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 적층 방법은 제1 전지셀(110a)을 수직 방향인 Z축을 따라 플레이트(510) 상에 적층하는 단계, 및 플레이트(510)의 일측에 위치하는 셀 스택 가이드 바(520)를 기준으로 제2 전지셀(110b)을 Z축 방향으로 제1 전지셀(110a) 상에 적층하는 단계를 포함한다. 이때, 제2 전지셀(110b)을 적층하는 단계는, 셀 스택 가이드(520) 바와 인접한 제1 전지셀(110a)의 일측으로부터 반대편에 위치하는 다른 일측을 X축 방향으로 지지한 상태에서 수행된다. 구체적으로, 제1 전지셀(110a)의 다른 일측을 X축 방향으로 지지하기 위해 제1 전지셀(110a)의 다른 일측에 인접하여 위치하는 정렬 부재(550)를 사용하고, 정렬 부재(550) 일단에 형성된 푸시부(560)가 제1 전지셀(110a)을 X축 방향으로 가압하여 셀 스택 가이드 바(520)에 제1 전지셀(110a)이 밀착되도록 할 수 있다.2 to 4, in the battery cell stacking method according to the present embodiment, the steps of stacking the
정렬 부재(550)는 제1 전지셀(110a)의 Y축 방향을 따라 제1 전지셀(110a)의 양단에 각각 위치하고, 2개의 정렬 부재(550a, 550b)가 동시에 제1 전지셀(110a)을 지지할 수 있다.The
본 실시예에 따라 제2 전지셀(110b)을 적층하는 단계는, 정렬 부재(550)가 Z축 방향으로 이동하여 제1 전지셀(110a)에 대응하도록 위치하는 단계, 및 정렬 부재(550)의 단부에 형성된 푸시부(560)가 X축 방향을 따라 제1 전지셀(110a)을 가압하는 단계를 포함할 수 있다. 이후 제1 전지셀(110a)과 제2 전지셀(110b)의 X축 방향으로 어긋난 수준이 0.7 밀리미터 이하가 되도록 할 수 있다.The stacking of the
상기에서 제1 전지셀(110a)과 제2 전지셀(110b)은 서로 이웃하는 전지셀이고, 전지셀 적층 과정에서 순차적으로 적층되는 전지셀을 가리키는 것이며, 예를 들어, n개의 전지셀을 적층한다고 할 때, 도 3에 도시한 가장 마지막에 적층되는 제1 전지셀(110a)과 제2 전지셀(110b)만을 가리키는 것이 아니라, 가장 먼저 적층되는 전지셀(110)로부터 가장 마지막에 적층되는 전지셀(110) 중 선택된 서로 이웃하는 2개의 전지셀(110)에 대응할 수 있다.In the above, the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present. It belongs to the scope of rights of
110: 전지셀
120: 전지셀 적층체
130: 버스바 프레임
510: 플레이트
520: 셀 스택 가이드 바
540: 홀딩부
550: 정렬 부재
560: 푸시부110: battery cell
120: battery cell stacked body
130: busbar frame
510: plate
520: cell stack guide bar
540: holding part
550: alignment member
560: push part
Claims (16)
수직 방향인 Z축을 따라 상기 전지셀이 복수개 적층되어 형성된 전지셀 적층체가 장착되는 플레이트,
상기 플레이트의 일측에 위치하여 상기 복수의 전지셀 적층 시 상기 전지셀들의 동일한 일측면을 지지하는 셀 스택 가이드 바, 및
상기 플레이트의 다른 일측에 위치하고, 수평 방향인 X축 및 상기 Z축을 따라 이동하는 정렬 부재를 포함하고,
상기 이송 부재는 상기 전지셀을 상기 Z축을 따라 이동시켜 상기 플레이트 상에 장착시키는 홀딩부를 포함하는 전지셀 적층 장치.A transfer member for transferring the battery cell,
A plate on which a battery cell stack formed by stacking a plurality of battery cells along a vertical Z axis is mounted,
A cell stack guide bar positioned on one side of the plate to support the same one side of the battery cells when the plurality of battery cells are stacked, and
It is located on the other side of the plate and includes an alignment member moving along the horizontal X axis and the Z axis,
The transfer member is a battery cell stacking apparatus including a holding part for moving the battery cell along the Z-axis and mounting it on the plate.
상기 정렬 부재는 상기 전지셀을 상기 X축 방향으로 가압하여 상기 셀 스택 가이드 바에 상기 전지셀이 밀착하도록 하는 전지셀 적층 장치.In claim 1,
The alignment member pressurizes the battery cells in the X-axis direction so that the battery cells are in close contact with the cell stack guide bar.
상기 정렬 부재는 상기 정렬 부재의 단부에 상기 전지셀의 일면과 접촉하는 푸시부를 포함하고, 상기 푸시부의 상기 Z축 방향으로의 길이가 상기 전지셀 일면의 상기 Z축 방향으로의 길이와 같거나 긴 전지셀 적층 장치.In paragraph 2,
The alignment member includes a push portion in contact with one surface of the battery cell at an end of the alignment member, and a length of the push portion in the Z-axis direction is equal to or longer than the length in the Z-axis direction of the one surface of the battery cell. Battery cell stacking device.
상기 푸시부의 위치는, 상기 플레이트 상에 순차적으로 적층되는 제1 전지셀과 제2 전지셀 중에서 상기 제1 전지셀에 대응하도록 제어되는 전지셀 적층 장치.In paragraph 3,
The position of the push unit is controlled to correspond to the first battery cell among first and second battery cells sequentially stacked on the plate.
상기 정렬 부재는 상기 전지셀의 Y축 방향을 따라 적어도 2개 형성되는 전지셀 적층 장치.In claim 4,
The battery cell stacking apparatus having at least two alignment members formed along the Y-axis direction of the battery cells.
상기 푸시부는 실린더에 의해 상기 X축을 따라 왕복 운동하는 전지셀 적층 장치.In claim 4,
The battery cell stacking device for reciprocating motion along the X-axis by the push unit by a cylinder.
상기 홀딩부는 진공 흡착 방식인 전지셀 적층 장치.In claim 1,
The holding unit is a battery cell stacking device of a vacuum adsorption method.
상기 플레이트의 일측에 위치하는 셀 스택 가이드 바를 기준으로 제2 전지셀을 상기 Z축 방향으로 상기 제1 전지셀 상에 적층하는 단계를 포함하고,
상기 제2 전지셀을 적층하는 단계는, 상기 셀 스택 가이드 바와 인접한 상기 제1 전지셀의 일측으로부터 반대편에 위치하는 다른 일측을 상기 X축 방향으로 지지한 상태에서 수행되는 전지셀 적층 방법.Laminating the first battery cell on the plate along the vertical Z axis, and
And stacking a second battery cell on the first battery cell in the Z-axis direction based on a cell stack guide bar positioned at one side of the plate,
The stacking of the second battery cells may be performed in a state in which the cell stack guide bar is adjacent to the first battery cell and the other side located opposite to the first battery cell is supported in the X-axis direction.
상기 제1 전지셀의 다른 일측을 상기 X축 방향으로 지지하기 위해 상기 제1 전지셀의 다른 일측에 인접하여 위치하는 정렬 부재를 사용하고,
상기 정렬 부재는 상기 제1 전지셀을 상기 X축 방향으로 가압하여 상기 셀 스택 가이드 바에 상기 제1 전지셀이 밀착되도록 하는 전지셀 적층 방법.In clause 8,
Using an alignment member positioned adjacent to the other side of the first battery cell to support the other side of the first battery cell in the X-axis direction,
The alignment member is a battery cell stacking method in which the first battery cells are pressed in the X-axis direction so that the first battery cells are in close contact with the cell stack guide bar.
상기 정렬 부재는 상기 제1 전지셀의 Y축 방향을 따라 상기 제1 전지셀의 양단에 각각 위치하고, 상기 2개의 정렬 부재가 동시에 상기 제1 전지셀을 지지하는 전지셀 적층 방법.In claim 9,
The alignment members are positioned at both ends of the first battery cell along the Y-axis direction of the first battery cell, and the two alignment members simultaneously support the first battery cell.
상기 제2 전지셀을 적층하는 단계는,
상기 정렬 부재가 상기 Z축 방향으로 이동하여 상기 제1 전지셀에 대응하도록 위치하는 단계, 및
상기 정렬 부재의 단부에 형성된 푸시부가 상기 X축 방향을 따라 상기 제1 전지셀을 가압하는 단계를 포함하는 전지셀 적층 방법.In claim 9,
The step of stacking the second battery cells,
Positioning the alignment member to correspond to the first battery cell by moving in the Z-axis direction, and
A battery cell stacking method comprising the step of pressing the first battery cell along the X-axis direction by a push part formed at an end of the alignment member.
상기 제1 전지셀과 상기 제2 전지셀의 상기 X축 방향으로 어긋난 수준이 0.7 밀리미터 이하가 되도록 하는 전지셀 적층 방법.In clause 8,
A battery cell stacking method in which the level of the shift in the X-axis direction of the first battery cell and the second battery cell is 0.7 mm or less.
상기 전지셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 U자형 프레임, 및
상기 개방된 U자형 프레임 상부에서 상기 전지셀 적층체를 덮는 상부 플레이트를 포함하고,
상기 U자형 프레임은 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고,
상기 전지셀 적층체에 포함된 상기 전지셀들의 수평 방향으로 어긋난 수준이 0.7 밀리미터 이하인 전지 모듈.A battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked,
A U-shaped frame accommodating the battery cell stack and having an open top, and
Including an upper plate covering the battery cell stack on the open U-shaped frame,
The U-shaped frame includes a bottom portion and two side portions facing each other,
A battery module having a level of deviation of 0.7 mm or less in a horizontal direction of the battery cells included in the battery cell stack.
상기 바닥부는 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 전지셀의 길이 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분 안쪽에 위치하며, 상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 얇은 전지 모듈.In claim 13,
The bottom portion includes a first portion and a second portion, the first portion is located at an edge with respect to the length direction of the battery cell, the second portion is located inside the first portion, the first portion The thickness of the second part is thinner than the thickness of the Battery module.
상기 전지셀 적층체와 연결되는 버스바 프레임을 더 포함하고,
상기 U자형 프레임은 상기 전지셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향하는 양측이 개방되고, 상기 U자형 프레임의 개방된 양측에서 상기 버스바 프레임은 상기 전지셀 적층체와 연결되며,
상기 버스바 프레임은 상기 전극 리드가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메인 프레임과 상기 메인 프레임의 하부에서 연장된 절곡부를 포함하는 전지 모듈.In clause 14,
Further comprising a bus bar frame connected to the battery cell stack,
The U-shaped frame is opened on both sides opposite to each other based on the protruding direction of the electrode lead of the battery cell stack, and the bus bar frame is connected to the battery cell stack on both open sides of the U-shaped frame, and ,
The bus bar frame includes a main frame disposed perpendicular to a direction in which the electrode leads protrude, and a bent portion extending from a lower portion of the main frame.
상기 전지셀은 폭 방향으로 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 절곡부 상에 위치하는 전지 모듈.In paragraph 15,
The battery cell includes a protrusion formed in a width direction, and the protrusion is located on the bent part.
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KR1020190133804A KR20210049471A (en) | 2019-10-25 | 2019-10-25 | Apparatus for stacking battery cell, method for stacking battery cell and battery module |
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WO2023229372A1 (en) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Battery cell stack, method for manufacturing same, and alignment mark display device for displaying alignment mark on same |
USD1023857S1 (en) * | 2021-10-19 | 2024-04-23 | Lg Electronics Inc. | Steering wheel for vehicles |
-
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WO2023229372A1 (en) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Battery cell stack, method for manufacturing same, and alignment mark display device for displaying alignment mark on same |
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