KR20210121466A - 배터리 모듈 및 그 조립 방법 - Google Patents

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KR20210121466A
KR20210121466A KR1020200038154A KR20200038154A KR20210121466A KR 20210121466 A KR20210121466 A KR 20210121466A KR 1020200038154 A KR1020200038154 A KR 1020200038154A KR 20200038154 A KR20200038154 A KR 20200038154A KR 20210121466 A KR20210121466 A KR 20210121466A
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Abstract

본 발명은 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈 및 그의 조립 방법에 관한 것으로, 모듈 케이스를 조립하기 용이하게 형성시켜 제조 시간 및 비용을 감소시키고, 모듈 케이스의 구조를 이용하여 내장되는 배터리셀에 적절한 면압을 가해 배터리셀의 효율을 최대로 사용할 수 있으며, 배터리셀의 크기 및 형태에 따라 맞춰 모듈 케이스를 조립할 수 있어 실용적이고, 복수개의 배터리셀을 밀착하며 모듈 케이스에 내장시킬 수 있어 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈 및 그의 조립 방법을 제공하는 것이다.

Description

배터리 모듈 및 그 조립 방법{Battery Module and Assembly Method Thereof}
본 발명은 복수개의 배터리셀을 프레임에 넣는 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 배터리셀을 외부의 진동 및 충격으로부터 안정적으로 보호하고, 배터리셀의 수명 성능을 효율적으로 확보할 수 있는 구조가 간단한 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈 및 그의 조립 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리셀은 다양한 형태로 제조 가능하며, 대표적으로 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형으로 제조될 수 있으며, 최근에는 그 형상이 비교적 자유로운 유연성을 지니는 파우치형으로 제조되고 있다.
최근에 많이 이용되는 파우치형 이차전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 장점으로 인해 소형 장치뿐만 아니라 중대형 장치에도 많이 사용되고 있지만, 기계적 강성이 크기 않아 외부의 충격에 의해 쉽게 손상될 수 있기 때문에 케이스를 결합하여 강성을 보강하도록 제조되며, 고출력 대용량의 필요성으로 인해 복수개의 배터리셀을 적층하는 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 형태로 구성될 수 있다.
배터리 모듈은 배터리셀을 외부충격과 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 모듈 프레임에 넣은 배터리 조립체를 말하며, 종래의 모듈 프레임은 'U'자형으로 형성되어 모듈 프레임에 배터리셀 조립체를 배치시키거나, 'ㅁ'자형 프레임에 배터리셀 조립체를 배치시켜 조립하였고, 배터리셀의 형상에 따라 각 배터리셀을 보호하도록 프레임을 씌워 상기 프레임을 적층시키는 것으로 배터리 모듈을 조립하였다.
이러한 배터리 모듈을 조립할 때 배터리셀의 수명을 최대로 발휘시키기 위해 배터리셀에 적정 면압을 가하는 것이 중요한데, 종래의 모듈 프레임은 프레임의 크기가 정해져 있기 때문에 모듈 프레임 내에 배터리셀을 넣을 수 있는 공간이 제한되어 있으며, 배터리셀이 가지고 있는 공차가 큼에 따라 기존 모듈에서는 배터리셀의 면압을 제어하기 어렵다는 문제점이 있다.
한국특허공개 제2018-0038310호 (“히트 싱크가 일체형으로 결합된 모듈 케이스르 포함하는 전지모듈”)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 배터리셀의 수명 성능을 최대로 향상시킬 수 있도록 형성되되 구조가 간단하여 조립에 용이하며, 배터리셀의 구속력을 높여서 모듈 내에서의 움직임을 최소화하여 진동과 충격에 의한 손상이 적은 모듈 프레임을 제공하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈 및 그의 조립 방법이다.
본 발명의 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈 및 그의 조립 방법은 상하방향으로 세워진 복수개의 배터리셀이 적층되어 형성되는 배터리셀 적층체; 상기 배터리셀 적층체의 상면 및 일측면을 둘러싸도록 절곡 형성되는 상판 프레임; 상기 배터리셀 적층체의 하면 및 타측면을 둘러싸도록 절곡 형성되는 하판 프레임; 및 상기 배터리셀 적층체를 수용하는 한 쌍의 사이드 프레임;을 포함하여 형성되며, 상기 상판 프레임과 상기 하판 프레임이 서로 결합되는 결합위치는 변경 가능하도록 형성되며, 상기 결합위치에 따라 상기 배터리셀에 일정 면압을 가하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상판 프레임은, 상기 하판 프레임의 일단과 소정 이상의 면적으로 면접하도록 돌출 형성된 상판 돌출부를 포함하여 형성되고, 상기 하판 프레임은, 상기 상판 프레임의 타단과 소정 이상의 면적으로 면접하도록 돌출 형성된 하판 돌출부를 포함하여 형성되며, 상기 상판 돌출부는 상기 하판 프레임에 고정되고, 상기 하판 돌출부는 상기 상판 프레임에 고정되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상판 돌출부와 상기 하판 프레임 및 상기 하판 돌출부와 상기 상판 프레임은, 서로 면접하는 부분에서 하나 이상의 체결부재에 의해 상기 결합위치가 고정되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 체결부재는, 상기 상판 프레임 및 상기 하판 프레임 상에서 좌우방향의 변위를 가지며 이동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 체결부재는, 볼트와 너트, 용접, 리벳 및 톡스 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 체결부재의 최대 지름 또는 최대 면적은, 상기 상판 돌출부 및 상기 하판 돌출부의 돌출 폭 미만인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리셀 적층체 내부의 면압을 측정하는 면압센서;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 면압센서에 기설정된 면압이 측정되면, 상기 상판 프레임과 상기 하판 프레임의 상기 결합위치를 고정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상판 프레임과 상기 하판 프레임이 결합된 내측 공간의 높이는,상기 배터리셀의 상하길이를 초과하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 모듈을 조립하는 방법은, 상기 배터리셀 적층체를 감싸도록 상기 상판 프레임 및 상기 하판 프레임을 위치시키는 준비 단계; 상기 상판 프레임 및 상기 하판 프레임이 상기 결합위치를 조절하며 상기 배터리셀 적층체를 적층방향으로 가압하는 배터리셀 가압 단계; 하나 이상의 체결부재로 상기 상판 프레임 및 상기 하판 프레임의 위치를 고정하는 위치 고정 단계; 상기 배터리셀 적층체의 전면 및 후면에 상기 사이드 프레임을 결합시키는 조립 완료 단계;를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 준비 단계 이후에, 상기 배터리셀 적층체 내측의 면압을 측정하는 면압센서를 상기 배터리셀 적층체에 구비하는 면압센서 배치 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리셀 가압 단계 이후에, 상기 면압센서에 기설정된 면압이 측정되면, 상기 상판 프레임 및 상기 하판 프레임의 가압을 중지하는 가압 완료 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈 및 그의 조립 방법은 조립이 단순한 모듈 프레임으로 구성되어 조립이 용이하며, 요구되는 면압의 정도에 따라 프레임의 위치를 변경시키며 조립할 수 있어 배터리셀의 수명을 최대한으로 발휘하도록 적정한 면압으로 제어할 수 있으며, 배터리셀에 면압을 적용함에 따라 배터리셀의 구속력을 높여주어 배터리 모듈 내에서의 움직임을 최소화할 수 있어 진동 및 충격 흡수에 있어서 효과적이다.
도 1은 본 발명의 사시도
도 2의 (a)는 상판 케이스 및 하판 케이스가 결합되기 전의 실시예 정면도
도 2의 (b)는 상판 케이스 및 하판 케이스가 결합된 후의 실시예 정면도
도 3은 본 발명의 분해 사시도
도 4는 본 발명의 결합위치 실시예
도 5는 체결부재로 결합된 본 발명의 정면도
도 6은 상판 케이스, 하판 케이스, 결합위치 및 체결위치 분해도
도 7은 본 발명의 조립 방법 순서도
도 8은 본 발명의 조립 방법 다른 순서도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 모듈 프레임의 구조를 이용하여 배터리셀(110)에 적절한 면압을 가할 수 있도록 하여, 효율적인 상기 배터리셀(110)의 수명 성능을 확보하고, 따라서 최대의 수명 성능을 발휘할 수 있는 배터리 모듈을 제공하기 위한 장치이다.
도 1을 참고로 하면, 상기 배터리 모듈은, 상하방향으로 세워진 복수개의 배터리셀(110)이 적층되어 형성되는 배터리셀 적층체(100), 상기 배터리셀 적층체(100)의 상면 및 일측면을 둘러싸도록 절곡 형성되는 상판 프레임(200), 상기 배터리셀 적층체(100)의 하면 및 타측면을 둘러싸도록 절곡 형성되는 하판 프레임(300) 및 상기 배터리셀 적층체(100)을 수용하는 한 쌍의 사이드 프레임(400)을 포함하여 형성되며, 상기 상판 프레임(200)과 상기 하판 프레임(300)의 결합위치(211, 311)를 조절하며 상기 배터리셀(110)에 가해지는 면압을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리셀(110)은 니켈-카드뮴, 니켈-메탈 하이브리드, 니켈-수소 및 리튬이온 등, 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 성분 중 어느 하나 이상으로 구성되는 이차전지를 말하며, 전극 조립체, 전해질, 양측 또는 일측에 형성되는 전극탭 및 파우치 외장재 등으로 구성되는 배터리셀(110) 일 수 있다. 본 발명의 일실시예로, 상기 배터리셀(110)은 전극탭이 형성되어 있는 양측을 전후방향으로 하고, 그의 수직하는 상하측을 상하방향으로 하며, 상하방향으로 세워진 상기 배터리셀(110)을 기준으로 넓은 양 면을 좌측 및 우측면이라 정의할 수 있다. 따라서, 본 발명의 상기 배터리셀 적층체(100)는 상하방향으로 세워진 복수개의 상기 배터리셀(110)이 상기 배터리셀(110)의 좌우방향으로 적층되는 것을 특징으로 한다.
상기 상판 프레임(200)은 상기 배터리셀 적층체(100)를 수용하기 위한 모듈 프레임으로, 상기 배터리셀 적층체(100)의 상면 및 일측면을 수용하며 연속적으로 둘러싸도록 절곡 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 배터리셀 적층체(100)의 일측면은 좌측면 또는 우측면일 수 있으며, 상기 배터리셀 적층체(100)의 상면을 수용하되, 우측면 또는 좌측면 중 어느 하나의 면을 연속적으로 수용하도록 절곡 형성되는 것이면 상관없다. 상기 상판 프레임(200)은 상기 배터리셀 적층체(100)의 상면 및 일측면을 함께 감싸며 충분하게 수용할 수 있도록 상기 배터리셀 적층체(100)의 상면 및 일측면의 넓이 이상의 면적을 가지며 형성되는 것이 적절하다. 상기 상판 프레임(200)은 상기 배터리셀 적층체(100)의 상면 및 일측면을 둘러싸도록 형성되는 것이면 상관없이 사용될 수 있지만, 내장되는 상기 배터리셀 적층체(100)가 적층방향으로의 가압으로 인한 면압을 버틸 수 있도록 일정 강도 이상의 단단한 재질로 형성되는 것이 적절하며, 면압을 버틸 수 있는 일정 두께 이상으로 형성되는 것이 적절하다. 상기 하판 프레임(300)은 상기 배터리셀 적층체(100)를 수용하기 위한 모듈 프레임으로, 상기 배터리셀 적층체(100)의 하면 및 타측면을 수용하며 연속적으로 둘러싸도록 절곡 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 배터리셀 적층체(100)의 타측면은 상기 상판 프레임(200)이 수용하는 일측면의 반대측면인 것을 특징으로 하며, 상기 배터리셀 적층체(100)의 하면을 수용하되, 좌측면 또는 우측면 중 상기 상판 프레임(200)과 반대되는 면을 수용하도록 형성되는 것이면 상관없다. 상기 하판 프레임(300)은 상기 배터리셀 적층체(100)의 하면 및 타측면을 함께 감싸며 충분하게 수용할 수 있도록 상기 배터리셀 적층체(100)의 하면 및 타측면의 넓이 이상의 면적을 가지도록 형성되는 것이 적절하다. 상기 하판 프레임(300)은 상기 배터리셀 적층체(100)의 하면 및 타측면을 둘러싸도록 형성되는 것이면 상관없이 사용될 수 있지만, 내장되는 상기 배터리셀 적층체(100)가 적층방향으로 가압될 때의 면압을 버틸 수 있도록 일정 강도 이상의 단단한 재질로 형성되는 것이 적절하며, 면압을 버틸 수 있는 일정 두께 이상으로 형성되는 것이 적절하다.
보다 상세히 설명하면, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)은 상기 배터리셀 적층체(100)의 배터리셀(110) 사이에 있는 패드의 반발력(또는 압축력)이나, 모듈 프레임에 내장되는 상기 배터리셀 적층체(100)의 체적율에 따라 재질 및 두께를 선택하여 사용할 수 있다. 일예로 상기 모듈 프레임에 내장되는 상기 배터리셀 적층체(100)의 체적율(배터리셀 적층체의 체적/모듈 프레임의 체적)이 92%일 때, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)은 알루미늄(Al 60계열)으로 형성될 수 있으며, 두께는 3.0mm~4.5mm로 형성될 수 있다.
도 2를 참고로 하면, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)은 상기 배터리셀 적층체(100)의 상하좌우 면을 둘러쌀 수 있도록 서로 교차되며 맞물리는 구조로 형성되는 것이 적절하며, 교차되는 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 상기 결합위치(211, 311)를 조절하는 것으로 상기 배터리셀 적층체(100)의 내부에 가해지는 면압이 제어되는 것을 특징으로 한다. 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)은 서로 다른 방향을 감싸고 있는 상기 배터리셀 적층체(100)의 양 측면을 각각 내측으로 가압함으로써, 내장되는 상기 배터리셀 적층체(100)가 상기 배터리셀(110)의 적층방향으로 가압될 수 있다. 이는 상기 모듈 프레임의 형태 구조를 이용해 내장되는 상기 배터리셀(110)에 적절한 면압을 적용시킬 수 있어, 조립이 용이하며, 제조에 있어 구성품의 개수와 제조 과정을 축소할 수 있으며, 이로 인해 제조 시간 및 비용을 감소시킬 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 적절한 면압을 적용시킴으로써 상기 배터리셀(110)의 수명을 최대로 향상시킬 수 있어 배터리 효율이 향상된 배터리 모듈을 생성할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 결합위치(211, 311)는 자유롭게 변경될 수 있기 때문에 다양한 크기 및 형태를 가지는 상기 배터리셀(110)에 적용시킬 수 있어 사용 범위가 넓다는 장점이 있다.
도 2를 참고하면, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)이 맞물려 결합되고, 내장되는 상기 배터리셀 적층체(100)를 적층방향으로 가압할 때, 상기 배터리셀 적층체(100)는 가압에 의해 좌우방향으로의 두께는 감소되며, 따라서 상하방향으로의 높이가 증가될 수 있다. 가압에 의해 두께 및 높이가 변화되는 상기 배터리셀 적층체(100)를 용이하게 수용할 수 있도록, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)은 상기 배터리셀 적층체(100)를 수용하는 내측 공간의 높이가 가압 전의 상기 배터리셀(110)과 접하지 않도록 상기 배터리셀(110)의 높이보다 더 높은 높이를 가지며 형성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 가압 전 결합된 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 내측 공간은 상하방향으로 공간의 여유가 있도록 형성되고, 좌우방향은 상기 배터리셀 적층체(100)와 근접하도록 위치될 수 있다. 이때, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 상기 결합위치(211, 311)를 조정하며 상기 배터리셀 적층체(100)를 가압하면, 상기 배터리셀 적층체(100)가 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 좌우방향 및 상하방향으로 점차 밀착되며 상기 배터리셀(110)에 면압을 전달하는 것을 특징으로 한다. 상기 모듈 프레임을 이용하여 상기 배터리셀 적층체(100)의 상면, 하면, 일측면 및 타측면에 모두 밀착되며 결합될 수 있어 상기 배터리셀 적층체(100)의 열방출에 효율적이며 냉각 면과 밀착되며 접촉 저항을 줄일 수 있어 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)은 서로 결합되는 상기 결합위치(211, 311)를 조절하는 것으로 상기 배터리셀(110)에 가해지는 면압을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다. 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)은 안정적으로 결합되기 위해 각각 소정 이상의 면적을 가지며 돌출 형성되는 돌출부를 포함하여 형성될 수 있고, 상기 돌출부가 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)과 각각 면접하는 부분에서 고정시켜, 상기 배터리셀 적층체(100)의 내측에 가해지는 면압을 일정하게 유지시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 3 및 4를 참고하여 설명하면, 상기 상판 프레임(200)은 상기 하판 프레임(300)의 일단 부근에서 소정 이상의 면적으로 면접하도록 상기 상판 프레임(200)의 일측부에서 외측으로 소정 이상의 면적으로 돌출 형성되는 상판 돌출부(210)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 상판 돌출부(210)는 상기 상판 프레임(200)이 상기 배터리셀 적층체(100)를 가압하는 방향으로 이동되는 정도에 따라서, 상기 하판 프레임(300)과 면접하는 부분이 상기 하판 프레임(300) 상에서 좌우방향으로 이동되며 상기 하판 프레임(300)과 면접할 수 있다. 따라서, 상기 상판 돌출부(210)는 상기 하판 프레임(300)의 일단과 면접하되, 면접되는 면적이 좌우 변위를 가지며 이동할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 하판 프레임(300)은 상기 상판 프레임(200)의 타단 부근에서 소정 이상의 면적으로 면접하도록 상기 하판 프레임(300)의 타측부에서 외측으로 소정 이상의 면적으로 돌출 형성되는 하판 돌출부(310)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 하판 돌출부(310)는 상기 하판 프레임(300)이 상기 배터리셀 적층체(100)를 가압하는 방향으로 이동되는 정도에 따라서, 상기 상판 프레임(200)과 면접하는 부분이 상기 상판 프레임(200) 상에서 좌우방향으로 이동되며 상기 상판 프레임(200)과 면접할 수 있다. 따라서, 상기 하판 돌출부(310)는 상기 상판 프레임(200)의 타단에서 면접하되, 면접되는 면적이 좌우 변위를 가지며 이동할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)이 서로 마주보는 상기 배터리셀 적층체(100)의 적층방향으로 이동하며 상기 배터리셀(110)에 적정 면압을 가하기 위해 상기 결합위치(211, 311)를 조정하며 서로 고정되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 결합위치(211, 311)는 상기 상판 돌출부(210)와 상기 하판 프레임(300)이 상기 하판 프레임(300)에서 면접되는 위치와 상기 하판 돌출부(310)와 상기 상판 프레임(200)이 상기 상판 프레임(200)에서 면접되는 위치를 말하며, 상기 결합위치(211, 311)에 따라서 면압이 제어될 수 있는 것을 특징으로 한다,
도 5를 참고하여 설명하면, 상기 상판 프레임(200)과 상기 하판 돌출부(310) 및 상기 하판 프레임(300)과 상기 상판 돌출부(210)가 접하는 상기 결합위치(211, 311)에 하나 이상의 체결부재(500)를 이용하여 결합하는 것으로 위치를 고정시킬 수 있다. 상기 체결부재(500)는 상기 결합위치(211, 311)에서 소정 면적이 고정되도록 형성될 수 있으며, 또한 상기 결합위치(211, 311) 전체가 고정되도록 형성될 수 있고, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 위치가 결합되도록 형성되는 것이면 상관없이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예로, 상기 체결부재(500)는 볼트와 너트 결합, 용접, 리벳 및 톡스 중 어느 하나 이상으로 사용될 수 있다.
도 6을 참고하면, 상기 체결부재(500)는 상기 상판 프레임(200)과 상기 하판 돌출부(310) 및 상기 하판 프레임(300)과 상기 상판 돌출부(210)가 면접되는 상기 결합위치(211, 311)에서 결합되는 것을 특징으로 한다. 상기 체결부재(500)는 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 움직임에 따라 위치가 변경되는 상기 결합위치(211, 311)와 마찬가지로, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300) 상에서 좌우 변위를 가지며 이동되는 것을 특징으로 한다. 상기 체결부재(500)는 상기 상판 프레임(200)과 상기 하판 돌출부(310) 및 상기 하판 프레임(300)과 상기 상판 돌출부(210)가 면접되는 상기 결합위치(211, 311)에서 연결되어 서로 고정되도록 결합시키는 것이 적절하며, 이때, 상기 체결부재(500)의 최대 지름 또는 최대 면적이 상기 상판 돌출부(210) 및 상기 하판 돌출부(310)의 돌출 폭 미만으로 형성되어 상기 상판 돌출부(210) 및 상기 하판 돌출부(310) 이내에서 상기 체결부재(500)가 위치되며 서로를 고정시키도록 형성되는 것이 적절하다.
상기 배터리 모듈은 면압센서(600)를 더 구비하여 구성될 수 있으며, 상기 배터리셀(110)의 면압을 감지 또는 측정하여 상기 배터리셀(110)에 적절한 면압이 가해질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 상기 면압센서(600)는 상기 배터리셀 적층체(100)에 구비되되, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)이 상기 배터리셀 적층체(100)의 적층방향으로 가압할 때 상기 배터리셀(110)의 면압을 측정할 수 있도록 위치되는 것이 적절하다.
본 발명의 일실시예로, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)이 상기 결합위치(211, 311)를 조절하며 상기 배터리셀 적층체(100)를 가압할 때, 상기 면압센서(600)는 상기 배터리셀(110)에 가해지는 면압을 측정할 수 있고, 상기 배터리셀(110)이 최대의 효율을 발휘할 수 있는 기설정된 면압이 측정되는 상기 결합위치(211, 311)에 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)을 상기 체결부재(500)로 고정하며 상기 배터리 모듈을 조립할 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상기 사이드 프레임(400)은, 또한 상기 배터리셀 적층체(100)의 상면, 하면, 일측면 및 타측면에 모두 밀착되며 결합될 수 있어 상기 배터리셀 적층체(100)의 열방출에 효율적이며 냉각 면과 밀착되며 접촉 저항을 줄일 수 있어 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.이 상기 배터리셀 적층체(100)의 상면, 하면, 일측면 및 타측면을 감싸며 결합되면, 각각 상기 배터리셀 적층체(100)의 전면 및 후면을 수용하며 결합되는 것을 특징으로 한다. 상기 사이드 프레임(400)은 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 가압에 의한 상기 배터리셀 적층체(100)의 비틀림 또는 위치 이탈 등의 문제점을 방지할 수 있도록 상기 배터리셀 적층체(100)의 전면 및 후면과 밀착되어 결합될 수 있도록 형성되는 것이 적절하다. 따라서, 상기 모듈 프레임은 면압을 필요로 하는 모든 면에 공차를 흡수하면서 상기 배터리셀 적층체(100)를 수용할 수 있기 때문에 상기 배터리셀 적층체(100)의 구속력이 향상되어 구조적 안정성을 향상시킬 수 있으므로, 상기 모듈 프레임 내에의 움직임을 최소화하며 진동 및 충격에 의한 손상을 예방할 수 있는 효과가 있다.
상기 사이드 프레임(400)은, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 가압 정도에 따라 변화될 수 있는 전면 및 후면 면적을 유동성 있게 수용할 수 있도록 형성되는 것이 적절하며, 복수개의 크기를 가지는 복수개의 상기 사이드 프레임(400)을 구비하여 가압된 상기 배터리셀 적층체(100)의 전면 및 후면의 면적에 맞춰 결합할 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 상판 프레임(200), 상기 하판 프레임(300) 및 상기 사이드 프레임(400)을 이용하여 상기 배터리셀 적층체(100)가 필요로 하는 면적의 공차를 선택적으로 흡수하여 면압을 제어하도록 구성될 수 있기 때문에, 필요에 따라서 상기 배터리셀(110)의 최대 효과를 발휘할 수 있게 모듈을 형성할 수 있다는 장점이 있다. 상기 사이드 프레임(400)은 상기 배터리셀(110)의 양 측면 또는 일측면에 돌출 형성되는 복수개의 전극탭과 연결될 수 있도록 형성되는 것이 적절하며, 상기 전극탭의 위치를 고정할 수 있도록 복수개의 홈을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 사이드 프레임(400)은 상기 전극탭이 상기 배터리셀 적층체(100)가 서로 전기적으로 연결되도록 터미널 프레임을 더 구비하여 형성될 수 있다.
도 7 및 8을 참고하여 설명하면, 본 발명은 상기 언급한 구성요소들 중 다수개를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 상기 배터리 모듈을 조립하는 방법에 있어서, 준비 단계(S10), 배터리셀 가압 단계(S20), 위치 고정 단계(S30), 조립 완료 단계(S40)를 포함하여 수행될 수 있다.
상기 준비 단계(S10)는 상기 상판 프레임(200)이 상기 배터리셀 적층체(100)의 상면 또는 일측면을 감싸도록 위치시키고, 상기 하판 프레임(300)이 상기 배터리셀 적층체(100)의 하면 또는 타측면을 감싸도록 위치시키는 것을 특징으로 한다. 상기 배터리셀 적층체(100)의 일측면 또는 타측면은 고정되어 있지 않기 때문에, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)은 일측면 또는 타측면 중 각각 어느 한 면을 감싸도록 위치되는 것이면 상관없다.
상기 준비 단계(S10) 이후, 상기 배터리셀 적층체(100)의 내측 면압을 측정할 수 있도록 상기 배터리셀 적층체(100)에 상기 면압센서(600)를 구비하는 면압센서 배치 단계(S11)를 더 포함하여 수행되도록 할 수 있다. 상기 면압센서(600)는 상기 배터리셀(110)에 가해지는 면압을 감지 및 측정할 수 있도록 구비되는 것이면 위치 및 형태 상관없이 구비될 수 있다.
상기 배터리셀 가압 단계(S20)는, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)이 상기 배터리셀 적층체(100)를 감싸도록 위치된 이후에, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)이 상기 배터리셀 적층체(100)의 적층방향으로 가압하며 상기 결합위치(211, 311)를 조절하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 배터리셀 가압 단계(S20) 이후, 상기 배터리셀(110)이 최상의 효율을 발휘할 수 있는 적정 면압을 기설정하여 상기 면압센서(600)에 입력하고, 상기 면압센서(600)가 기설정된 면압을 감지하면 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 가압을 중지하는 가압 완료 단계(S21)를 더 포함하여 수행되도록 할 수 있다.
상기 위치 고정 단계(S30)는, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)이 고정하고자 하는 상기 결합위치(211, 311)를 정하거나, 상기 면압센서(600)에 의해 기설정된 면압을 감지하면, 하나 이상의 상기 체결부재(500)로 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 상기 결합위치(211, 311)를 고정시키는 것으로 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)을 조립하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 체결부재(500)는 복수개로 구성되어 상기 결합위치(211, 311)에 일정 간격으로 결합되도록 형성될 수 있으며, 상기 체결부재(500)는 상기 결합위치(211, 311) 전면을 접합시키며 결합되도록 형성될 수 있다.
상기 조립 완료 단계(S40)는, 상기 상판 프레임(200) 및 상기 하판 프레임(300)의 상기 결합위치(211, 311)를 고정시키면, 상기 배터리셀 적층체(100)의 전면 및 후면에 한 쌍의 상기 사이드 프레임(400)을 각각 결합시켜 상기 배터리 모듈을 완성하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 배터리셀 적층체 110 : 배터리셀
200 : 상판 프레임 210 : 상판 돌출부
211 : 결합위치
300 : 하판 프레임 310 : 하판 돌출부
311 : 결합위치
400 : 사이드 프레임 500 : 체결부재
600 : 면압센서

Claims (12)

  1. 상하방향으로 세워진 복수개의 배터리셀이 적층되어 형성되는 배터리셀 적층체;
    상기 배터리셀 적층체의 상면 및 일측면을 둘러싸도록 절곡 형성되는 상판 프레임;
    상기 배터리셀 적층체의 하면 및 타측면을 둘러싸도록 절곡 형성되는 하판 프레임; 및
    상기 배터리셀 적층체를 수용하는 한 쌍의 사이드 프레임;을 포함하여 형성되며,
    상기 상판 프레임과 상기 하판 프레임이 서로 결합되는 결합위치는 변경 가능하도록 형성되며, 상기 결합위치에 따라 상기 배터리셀에 일정 면압을 가하는 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상판 프레임은,
    상기 하판 프레임의 일단과 소정 이상의 면적으로 면접하도록 돌출 형성된 상판 돌출부를 포함하여 형성되고,
    상기 하판 프레임은,
    상기 상판 프레임의 타단과 소정 이상의 면적으로 면접하도록 돌출 형성된 하판 돌출부를 포함하여 형성되며,
    상기 상판 돌출부는 상기 하판 프레임에 고정되고, 상기 하판 돌출부는 상기 상판 프레임에 고정되는 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상판 돌출부와 상기 하판 프레임 및 상기 하판 돌출부와 상기 상판 프레임은,
    서로 면접하는 부분에서 하나 이상의 체결부재에 의해 상기 결합위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 체결부재는,
    상기 상판 프레임 및 상기 하판 프레임 상에서 좌우방향의 변위를 가지며 이동하는 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 체결부재는,
    볼트와 너트, 용접, 리벳 및 톡스 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 체결부재의 최대 지름 또는 최대 면적은,
    상기 상판 돌출부 및 상기 하판 돌출부의 돌출 폭 미만인 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리셀 적층체 내부의 면압을 측정하는 면압센서;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 면압센서에 기설정된 면압이 측정되면, 상기 상판 프레임과 상기 하판 프레임의 상기 결합위치를 고정하는 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 상판 프레임과 상기 하판 프레임이 결합된 내측 공간의 높이는,
    상기 배터리셀의 상하길이를 초과하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈.
  10. 제 1항의 배터리 모듈을 조립하는 방법에 있어서,
    상기 배터리셀 적층체를 감싸도록 상기 상판 프레임 및 상기 하판 프레임을 위치시키는 준비 단계;
    상기 상판 프레임 및 상기 하판 프레임이 상기 결합위치를 조절하며 상기 배터리셀 적층체를 적층방향으로 가압하는 배터리셀 가압 단계;
    하나 이상의 체결부재로 상기 상판 프레임 및 상기 하판 프레임의 위치를 고정하는 위치 고정 단계;
    상기 배터리셀 적층체의 전면 및 후면에 상기 사이드 프레임을 결합시키는 조립 완료 단계;
    를 포함하여 구성되는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈 조립 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 준비 단계 이후에,
    상기 배터리셀 적층체 내측의 면압을 측정하는 면압센서를 상기 배터리셀 적층체에 구비하는 면압센서 배치 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈 조립 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 배터리셀 가압 단계 이후에,
    상기 면압센서에 기설정된 면압이 측정되면, 상기 상판 프레임 및 상기 하판 프레임의 가압을 중지하는 가압 완료 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈 조립 방법.
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