KR20210060951A

KR20210060951A - 전지 모듈 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20210060951A
Application number: KR1020190148574A
Authority: KR
Inventors: 최영호; 최항준; 김혜진; 최현철
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-05-27

Abstract

본 발명은 조립성이 개선되는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체에서 돌출 형성된 전극 리드들; 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 버스바 프레임; 상기 전극 리드들이 일체로 삽입되는 복수의 홈이 형성된 제1 지그; 및 상기 제1 지그보다 복수의 홈의 폭이 더 좁게 형성된 제2 지그를 포함하고, 상기 전극 리드들은, 상기 제1 지그에 일체로 삽입되어 간격이 정렬되고, 상기 제2 지그에 일체로 삽입되어 위치가 고정된다.

Description

전지 모듈 및 그 제조 방법{BATTERY MODULE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조립성이 개선되는 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.

최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.

한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.

이러한 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체로부터 돌출 형성된 전극 리드들, 전지셀 적층체의 전후면에 형성되는 버스바 프레임을 포함한다.

도 1은 종래 전극 리드들을 고정하는 지그의 삽입 위치를 나타낸 측면도이다. 도 2는 종래 전극 리드들을 고정하는 지그의 삽입 위치를 나타낸 사시도이다. 도 3은 전극 리드와 지그의 충돌 가능성을 나타낸 모식도이다.

종래의 전지 모듈은, 복수의 전지셀(11)이 적층 형성된 전지셀 적층체(10), 전지셀 적층체(10)의 복수의 전지셀로부터 돌출 형성된 전극 리드들(20), 전지셀 적층체(10)의 상측을 커버하는 상부 플레이트(31), 상부 플레이트(31)의 양단과 힌지 결합하여 전지셀 적층체(10)의 전후면을 커버하는 버스바 프레임(30)을 포함하며, 전극 리드들(20)을 정렬하여 버스바 프레임(30)이 삽입될 수 있게 하는 지그(40)를 이용할 수 있다.

다만 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 지그(40)는 단일 지그로 형성되어, 단일 지그로 공정 중 전극 리드들이 균일하게 정렬되어 있지 않을 경우 지그(40)와 전극 리드들(20)이 충돌하여 전극 리드들이 구부러지거나 제대로 조립이 되지 않는 문제가 있었다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전극 리드들이 구부러지지 않고 제대로 조립될 수 있는 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체에서 돌출 형성된 전극 리드들; 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 버스바 프레임; 상기 전극 리드들이 일체로 삽입되는 복수의 홈이 형성된 제1 지그; 및 상기 제1 지그보다 복수의 홈의 폭이 더 좁게 형성된 제2 지그를 포함하고, 상기 전극 리드들은, 상기 제1 지그에 일체로 삽입되어 간격이 정렬되고, 상기 제2 지그에 일체로 삽입되어 위치가 고정된다.

또한 상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은, 복수의 홈으로 형성된 제1 지그를 전극 리드들에 삽입하여 상기 전극 리드들의 간격을 정렬하는 단계; 상기 제1 지그보다 복수의 홈의 폭이 더 좁은 제2 지그를 상기 전극 리드들에 삽입하여 상기 전극 리드들의 위치를 고정시키는 단계; 위치가 고정된 상기 전극 리드들 사이로 버스바 프레임을 삽입하는 단계; 상기 버스바 프레임을 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하도록 장착하는 단계를 포함한다.

상기 전극 리드들은 상기 버스바 프레임을 관통할 수 있도록 상기 버스바 프레임과 수직인 방향을 향해 형성될 수 있다.

상기 전지셀 적층체의 상측에 형성되어 상기 전후면의 버스바 프레임을 연결하는 상부 플레이트를 더 포함할 수 있다.

상기 버스바 프레임은 상기 상부 플레이트와 힌지 결합하고, 상기 버스바 프레임은 상기 상부 플레이트와의 힌지 결합을 통해 형성된 회전축을 중심으로 회전하여 상기 전극 리드들 사이로 삽입될 수 있다.

상기 제1 지그 및 제2 지그의 복수의 홈을 형성하는 돌출부들은 끝단이 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다.

상기 버스바 프레임은 상부 플레이트의 전후단과 힌지 결합하며, 상기 버스바 프레임을 상기 전극 리드들 사이로 삽입하는 단계 전, 상기 버스바 프레임과 결합한 상기 상부 플레이트를 상기 전지셀 적층체의 상측에 조립하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 버스바 프레임을 상기 전극 리드들 사이로 삽입하는 단계에서, 상기 버스바 프레임은 힌지 결합된 상기 상부 플레이트를 중심으로 회전하여 삽입될 수 있다.

상기 제2 지그를 상기 전극 리드들에 삽입하는 단계 전, 상기 전극 리드들에 삽입되어 있던 상기 제1 지그를 상기 전극 리드들로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 그 제조 방법은, 홈들의 폭이 넓은 제1 지그로 전극 리드들을 정렬하고, 제1 지그보다 홈들의 폭이 좁은 제2 지그로 전극 리드들의 위치를 고정함으로써, 전극 리드들과 제1,2 지그들과의 충돌을 최소화하고 전극 리드들의 조립성을 개선할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 전극 리드들을 고정하는 지그의 삽입 위치를 나타낸 측면도이다.
도 2는 종래 전극 리드들을 고정하는 지그의 삽입 위치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 전극 리드와 지그의 충돌 가능성을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1,2 지그의 삽입 위치를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1,2 지그의 삽입 위치를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 지그가 삽입되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 지그가 삽입되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임이 전극 리드들 사이에 삽입되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임이 전지셀 적층체를 커버하도록 장착된 모습을 나타낸 도면이다.

이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1,2 지그의 삽입 위치를 나타낸 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1,2 지그의 삽입 위치를 나타낸 측면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 지그가 삽입되는 모습을 나타낸 도면이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(110)이 적층되어 있는 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)에서 돌출 형성된 전극 리드들(200) 및 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하는 버스바 프레임(300), 전극 리드들(200)이 일체로 삽입되는 복수의 홈이 형성된 제1 지그(400) 및 제1 지그(400)보다 복수의 홈의 폭이 더 좁게 형성된 제2 지그(500)를 포함하고, 상기 전극 리드들(200)은, 상기 제1 지그(400)에 일체로 삽입되어 간격이 정렬되고, 상기 제2 지그(500)에 일체로 삽입되어 위치가 고정된다.

전지셀(110)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수개의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(100)를 형성할 수 있다. 복수개의 전지셀(110)은 각각 전극 조립체, 셀 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출되고 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 리드들(200)을 포함할 수 있다.

전극 리드들(200)은 복수의 전지셀(110)로부터 각각 돌출 형성될 수 있다. 전극 리드들(200)은 복수의 전지셀(110)의 양단으로 돌출 형성되며, 복수의 전지셀(110)이 적층하여 형성되는 전지셀 적층체(100)의 전후면 각각에 전극 리드들(200)이 돌출 형성될 수 있다. 이렇게 전지셀 적층체(100)의 전후면 방향으로 돌출된 전극 리드들(200)은 후술할 버스바 프레임(300)과 결합할 수 있다.

버스바 프레임(300)은 전지셀 적층체(100)의 전후면에 각각 형성되어 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하도록 형성된다. 이때, 버스바 프레임(300)은 전지셀 적층체(100)의 전후면으로부터 돌출 형성된 전극 리드들(200) 사이로 삽입되어 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하도록 장착될 수 있다.

보다 상세하게는, 돌출된 전극 리드들(200)은 버스바 프레임(300)에 형성된 리드 슬롯 및 버스바의 일면에 형성된 버스바 슬롯을 관통 삽입하여 형성될 수 있다. 이러한 전극 리드들(200)은 버스바 프레임(300)을 관통할 수 있도록 버스바 프레임(300)과 수직인 방향을 향해 형성될 수 있다.

제1 지그(400)는 전극 리드들(200)이 일체로 삽입되는 복수의 홈(410)이 형성된 제1 지그(400)를 통해 전극 리드들의 간격을 정렬하고, 제1 지그(400)보다 복수의 홈(510)의 폭이 더 좁게 형성된 제2 지그(500)를 통해 전극 리드들(200)의 위치를 고정시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1,2 지그(400)의 복수의 홈(410, 510)을 형성하는 돌출부들(420, 520)은 끝단이 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다. 이를 통해 전극 리드들(200)과 제1,2 지그(400, 500)간의 충돌에 따른 전극 리드들(200)의 손상을 최소화하고, 테이퍼 경사를 통해 전극 리드들(200)이 복수의 홈(410, 510)에 정상적으로 삽입될 수 있도록 유도할 수 있다.

종래에는, 단일 지그를 통해 전극 리드들을 정렬하였으나, 단일 지그로 전극 리드들을 정렬할 경우 지그와 전극 리드가 충돌하여 전극 리드가 구부러지거나 파손될 위험이 있었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지그를 이중으로 구성하여, 복수의 홈의 폭이 넓은 제1 지그(400)를 먼저 전극 리드들(200)에 삽입하여 전극 리드들(200)을 정렬하고, 이어서 복수의 홈의 폭이 제1 지그(400)보다 더 좁은 제2 지그(500)를 전극 리드들(200)에 삽입하여 정렬되어 있던 전극 리드들(200)의 위치를 고정하게 됨으로써, 전극 리드와 지그와의 충돌을 최소화하고, 전극 리드의 조립성을 향상시키는 효과를 제공한다.

상부 플레이트(310)는 전지셀 적층체(100)의 상측에 형성되어 전지셀 적층체(100)를 커버하도록 형성될 수 있다. 상부 플레이트(310)의 전후단에는 버스바 프레임(300)이 형성될 수 있다. 상부 플레이트(310)와 버스바 프레임(300)은 힌지 결합할 수 있다. 전지셀 적층체(100)에 상부 플레이트(310) 및 버스바 프레임(300)이 결할할 경우, 상부 플레이트(310)를 전지셀 적층체(100)의 상면에 안착시킨 후, 상부 플레이트(310)의 양단에 연결된 버스바 프레임(300)을, 상부 플레이트(310)와의 힌지 결합을 통해 형성된 회전축을 중심으로 회전시켜, 전지셀 적층체(100)의 전후면 각각 커버하도록 장착될 수 있다. 이때 버스바 프레임(300)은 전극 리드들(200) 사이를 회전을 통해 통과하여 전지셀 적층체(100)의 전후면에 다다를 수 있다.

엔드 플레이트(320)는 전지셀 적층체(100) 기준 버스바 프레임(300)의 외곽에 형성되어 전지셀 적층체(100) 및 버스바 프레임(300)을 커버하도록 형성될 수 있다. 엔드 플레이트(320)는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임(300) 및 이와 연결된 여러 전장품을 보호하고, 프레임의 구성 요소로서 전지 모듈 마운팅 구조를 가질 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 지그가 삽입되는 모습을 나타낸 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 지그가 삽입되는 모습을 나타낸 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임이 전극 리드들 사이에 삽입되는 모습을 나타낸 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임이 전지셀 적층체를 커버하도록 장착된 모습을 나타낸 도면이다.

도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은, 복수의 홈(410)으로 형성된 제1 지그(400)를 전극 리드들(200)에 삽입하여 전극 리드들(200)의 간격을 정렬하는 단계, 제1 지그(400)보다 복수의 홈(510)의 폭이 더 좁은 제2 지그(500)를 전극 리드들(200)에 삽입하여 전극 리드들(200)의 위치를 고정시키는 단계, 위치가 고정된 전극 리드들(200) 사이로 버스바 프레임(300)을 삽입하는 단계, 버스바 프레임(300)을 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하도록 장착하는 단계를 순차적으로 진행한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 버스바 프레임(300)을 전극 리드들(200) 사이로 삽입하는 단계 전, 버스바 프레임(300)과 힌지 결합된 상부 플레이트(310)를 전지셀 적층체(100)의 상측에 조립하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 버스바 프레임(300)을 전극 리드들(200) 사이로 삽입하는 단계에서, 버스바 프레임(300)은 힌지 결합된 상부 플레이트(310)를 중심으로 회전하여 삽입될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 지그(500)를 전극 리드들(200)에 삽입하는 단계 전, 전극 리드들(200)에 삽입되어 있는 제1 지그(400)를 전극 리드들(200)로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 전지팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.

상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100: 전지셀 적층체
110: 전지셀
200: 전극 리드들
300: 버스바 프레임
310: 상부 플레이트
320: 엔드 플레이트
330: 프레임
400: 제1 지그
410: 복수의 홈
420: 돌출부들
500: 제2 지그
510: 복수의 홈
520: 돌출부들

Claims

복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
상기 전지셀 적층체에서 돌출 형성된 전극 리드들;
상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 버스바 프레임;
상기 전극 리드들이 일체로 삽입되는 복수의 홈이 형성된 제1 지그; 및
상기 제1 지그보다 복수의 홈의 폭이 더 좁게 형성된 제2 지그를 포함하고,
상기 전극 리드들은, 상기 제1 지그에 일체로 삽입되어 간격이 정렬되고, 상기 제2 지그에 일체로 삽입되어 위치가 고정되는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 전극 리드들은 상기 버스바 프레임을 관통할 수 있도록 상기 버스바 프레임과 수직인 방향을 향해 형성되는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 전지셀 적층체의 상측에 형성되어 상기 전후면의 버스바 프레임을 연결하는 상부 플레이트를 더 포함하는 전지 모듈.
제3항에서,
상기 버스바 프레임은 상기 상부 플레이트와 힌지 결합하고, 상기 버스바 프레임은 상기 상부 플레이트와의 힌지 결합을 통해 형성된 회전축을 중심으로 회전하여 상기 전극 리드들 사이로 삽입되는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 제1 지그 및 상기 제2 지그의 복수의 홈을 형성하는 돌출부들은 끝단이 테이퍼진 형상으로 형성된 전지 모듈.
복수의 홈으로 형성된 제1 지그를 전지셀 적층체에서 돌출 형성된 전극 리드들에 삽입하여 상기 전극 리드들의 간격을 정렬하는 단계;
상기 제1 지그보다 복수의 홈의 폭이 더 좁은 제2 지그를 상기 전극 리드들에 삽입하여 상기 전극 리드들의 위치를 고정시키는 단계;
위치가 고정된 상기 전극 리드들 사이로 버스바 프레임을 삽입하는 단계; 및
상기 버스바 프레임을 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하도록 장착하는 단계를 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
제6항에서,
상기 버스바 프레임은 상부 플레이트의 전후단과 힌지 결합하며,
상기 버스바 프레임을 상기 전극 리드들 사이로 삽입하는 단계 전, 상기 버스바 프레임과 결합한 상기 상부 플레이트를 상기 전지셀 적층체의 상측에 조립하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
제7항에서,
상기 버스바 프레임을 상기 전극 리드들 사이로 삽입하는 단계에서, 상기 버스바 프레임은 힌지 결합된 상기 상부 플레이트를 중심으로 회전하여 삽입되는 전지 모듈의 제조 방법.
제6항에서,
상기 제2 지그를 상기 전극 리드들에 삽입하는 단계 전, 상기 전극 리드들에 삽입되어 있던 상기 제1 지그를 상기 전극 리드들로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.