KR20210122106A - 전지 셀 스택 및 그 조립 방법, 전지 모듈 및 차량 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 따른 전지 셀 스택은, 길이 방향 측면이 서로 인접하도록 정렬된 복수의 전지 셀을 포함하는 스택으로서, 상기 복수의 전지 셀 각각의 양 길이 방향 측면에는 상기 길이 방향 측면의 중앙 부분은 덮지 않도록 스페이서 스트라이프가 접착된다. 상기 스페이서 스트라이프는 300㎛ 내지 550㎛의 두께와, 상기 전지 셀의 길이 방향 높이에 대한 상기 스페이서 스트라이프의 폭의 비율이 1:4 내지 1:12의 범위로 유지되는 폭을 갖는다.

Description

전지 셀 스택 및 그 조립 방법, 전지 모듈 및 차량 {Stack of battery cells and method for assembling the same, battery module and vehicle}
본 발명은 전지 셀 스택의 조립 방법, 전지 셀 스택, 전지 모듈 및 적어도 하나의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 포함한 차량에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 물건과 사람들의 운송 수단은 전력을 동력원으로 사용하여 개발되었다. 전기 자동차는 이차 전지에 저장된 에너지를 이용하여 전기 모터로 추진되는 자동차이다. 전기 자동차는 전지로만 구동되거나 가솔린 발전기와 같은 하이브리드 자동차의 한 형태일 수 있다. 또한, 차량은 전기 모터와 기존의 연소 엔진의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로 전기 자동차 전지(EVB) 또는 견인 전지는 전지 전기 자동차(BEV)의 추진에 사용되는 전지이다. 전기 자동차 전지는 지속적으로 전력을 공급하도록 설계되었기 때문에 시동, 조명 및 점화용 전지와는 다르다. 충전식 또는 이차 전지는 반복적으로 충전 및 방전할 수 있다는 점에서 일차 전지와 다른 반면, 후자는 화학 에너지를 전기 에너지로 비가역적으로 변환한다. 저용량 충전식 전지는 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더와 같은 소형 전자 기기의 전원 공급 장치로 사용되며, 고용량 충전식 전지는 하이브리드 차량용 전원 공급 장치로 사용된다.
일반적으로 이차 전지는 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해액의 전기 화학 반응을 통해 전지의 충전과 방전이 가능하도록 전해액이 케이스에 주입된다. 케이스의 형상(예: 원통형 또는 직사각형)은 전지의 용도에 따라 다르다. 노트북 및 가전 제품에 널리 사용되는 리튬 이온 (및 유사한 리튬 폴리머) 전지는 개발중인 가장 최근의 전기 자동차 그룹에서 가장 두드러진다.
이차 전지는 높은 에너지 밀도를 제공하기 위해, 특히 하이브리드 자동차의 모터 구동을 위해 직렬 및/또는 병렬로 결합된 복수의 단위 전지 셀로 구성된 전지 모듈로 사용될 수 있다. 즉, 전지 모듈은 필요한 전력량에 따라 고출력 이차 전지를 구현하기 위해 복수의 단위 전지 셀의 전극 단자를 서로 연결하여 구성된다.
전지 팩은 여러 개의 (바람직하게는 동일한) 전지 모듈의 세트이다. 이들은 원하는 전압, 용량 또는 전력 밀도를 제공하기 위해 직렬, 병렬 또는 두 가지를 혼합 방식으로 구성될 수 있다. 전지 팩의 구성 요소에는 개별 전지 모듈과 그 사이에 전기 전도성을 제공하는 상호 연결부가 포함된다.
이러한 전지 팩의 기계적 통합은 개별 구성 요소(예: 전지 모듈) 사이 및 전지 팩과 차량의지지 구조물 사이에 적절한 기계적 연결을 필요로 한다. 이 연결은 전지 시스템의 평균 서비스 수명 동안 기능을 유지하여 하고 공간을 절약해야 한다. 또한, 설치 공간과 상호 호환성 요구 특히, 모바일 애플리케이션에서의 요구가 충족되어야 한다.
전지 모듈의 기계적 통합은 캐리어 프레임워크(carrier framework)를 제공하고 그 위에 전지 모듈을 배치함으로써 달성될 수 있다. 전지 셀 또는 전지 모듈의 고정은 프레임워크에 장착된 함몰부 또는 볼트 또는 나사와 같은 기계적인 상호 연결구에 의해 달성될 수 있다. 대안적으로, 전지 모듈은 측면 플레이트를 캐리어 프레임 워크의 측면에 고정함으로써 구속된다. 또한, 커버 플레이트는 전지 모듈의 상부와 하부에 고정될 수 있다.
전지 팩의 캐리어 프레임워크는 차량의 운반 구조물에 장착된다. 전지 팩이 차량 바닥에 고정되어야 하는 경우, 기계적 연결은 가령 전지 팩의 캐리어 프레임워크를 통과하는 볼트에 의해 바닥면에 설정될 수 있다. 프레임워크는 일반적으로 총 중량을 낮추기 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진다.
전지 시스템은 임의의 모듈 구조에도 불구하고, 일반적으로 전지 시스템을 외부 환경으로부터 밀봉하고 전지 시스템 구성 요소를 구조적으로 보호하기 위해 제공되는 봉지체(또는 인클로저)로서 기능하는 전지 하우징을 포함한다. 내장된 전지 시스템은 일반적으로 전기 자동차와 같은 애플리케이션 환경에 전체적으로 장착된다. 따라서 결함이 있는 시스템 부품(예: 결함이 있는 전지 서브 모듈)을 교체하려면 전체 전지 시스템을 분리하고 하우징을 먼저 제거해야 한다. 소형 및/또는 저가의 시스템 부품의 결함이 있는 경우에도 전지 시스템 전체를 분리 및 교체하고 별도의 수리를 수행할 수 있다. 고용량 전지 시스템은 고가이면서 부피가 커서 무겁기 때문에 상기한 절차를 밟기가 부담스럽고, 부피가 큰 전지 시스템은 보관이 어려워진다.
셀 스페이서의 실제 설계는 수동으로 적용되는 별도의 단일 부품이다. 라이너(liner)를 먼저 제거한 다음 셀 스페이서를 전지 셀 모듈의 하우징 내부에 접착해야 한다. 이것은 전체적으로 생산 비용을 증가시킨다.
WO 2013/083237 A1은 다른 각형 전지 셀 또는 다른 구조적 구성 요소로부터 각형 전지 셀을 전기적으로 절연하기 위한 스페이서를 개시하며, JP 5585524 B2는 스페이서와 냉각 플레이트가 전지 단위 셀 사이에 배열되어 있음을 개시한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점 중 적어도 일부를 극복하거나 감소시키며, 셀 스페이서에 대한 부착 공정을 자동화로 이루기 위한 해결책을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 측면은, 복수의 전지 셀을 정렬하여 스택으로 조립하는 방법으로서, 상기 전지 셀을 다루기 위한 제1 장치 유닛을 제공하고, 자기 접착성을 가지며 300㎛ 내지 550㎛의 두께를 가지고 상기 전지 셀의 길이 방향 높이에 대한 폭의 비율이 1:4 내지 1:12의 범위로 유지되는 스페이서 포일을 상기 전지 셀에 조립하기 위한 제2 장치 유닛을 제공하고, 상기 제2 장치 유닛을 사용하여 상기 길이 방향 측면의 중앙 부분은 덮지 않도록 각 전지 셀의 양쪽 길이 방향 측면에 상기 스페이서 포일의 롤로부터 스페이서 스트라이프를 접착하는 단계를 포함하는 전지 셀의 스택 조립 방법을 제공한다.
상기 접착 단계는, 상기 전지 셀의 상위 가장자리에 인접하고 평행하게 각 길이 방향 측면에 하나씩 2개의 제1 스페이서 스트라이프(24)를 접착하고, 그리고 상기 전지 셀의 하위 가장자리에 인접하고 평행하게 각 길이 방향 측면에 하나씩 2개의 제2 스페이서 스트라이프를 접착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 접착 단계는, 상기 전지 셀의 상위 가장자리에 인접하고 평행하게 상기 전지 셀의 케이스 주위를 감싸도록 제1 스페이서 스트라이프를 접착하고, 그리고 상기 전지 셀의 하위 가장자리에 인접하고 평행하게 상기 전지 셀의 케이스 주위를 감싸도록 제2 스페이서 스트라이프를 접착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 접착 단계는, 상기 전지 셀의 상위 가장자리에 인접하고 평행하게 상기 각 길이 방향 측면에 하나씩, 2개의 제1 스페이서 스트라이프를 접착하고, 상기 전지 셀의 각 길이 방향 측면에 두 개씩, 4개의 사이드 스페이서 스트라이프를 접착하고, 그리고 상기 전지 셀의 하위 가장자리에 인접하고 평행하게 상기 각 길이 방향 측면에 하나씩, 2개의 제2 스페이서 스트라이프를 접착하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 각 사이드 스페이서 스트라이프는 상기 전지 셀의 두께 방향 측면에 인접하고 평행하게 접착되어 상기 제1 스페이서 스트라이프 아래로부터 상기 전지 셀의 하위 가장 자리로 연장될 수 있다. 또한, 상기 제2 스페이서 스트라이프는 상기 2개의 사이드 스페이서 스트라이프 사이에 배치되고 상기 전지 셀의 하위 가장 자리에 평행할 수 있다.
상기 제2 스페이서 스트라이프는 상기 하위 가장 자리로부터 5.5mm 내지 6.5mm 범위 내의 간격을 두고 접착될 수 있다.
상기 스페이서 스트라이프의 폭은 12mm 내지 15mm 범위 내에 있을 수 있다.
상기 스페이서 스트라이프는 전기 절연 및 열 절연 플라스틱 재료로 제조될 수 있다.
상기 길이 방향 측면 중 적어도 하나에 상기 스페이서 스트라이프를 접착하기 전에, 상기 적어도 하나의 길이 방향 측면에 전기 절연을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 스페이서 스트라이프는 전기 절연된 길이 방향 측면에서 접착될 수 있다.
상기 전지 셀의 각 길이 방향 측면에 상기 스페이서 스트라이프를 접착한 후, 전지 모듈로 상기 전지 셀을 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 길이 방향 측면이 서로 인접하도록 정렬된 복수의 전지 셀을 포함하는 스택으로서, 상기 복수의 전지 셀 각각의 양 길이 방향 측면에는 상기 길이 방향 측면의 중앙 부분은 덮지 않도록 스페이서 스트라이프가 접착되고,
상기 스페이서 스트라이프는 300㎛ 내지 550㎛의 두께와, 상기 전지 셀의 길이 방향 높이에 대한 상기 스페이서 스트라이프의 폭의 비율이 1:4 내지 1:12의 범위로 유지되는 폭을 갖는 전지 셀 스택을 제공한다.
상기 복수의 전지 셀 각각의 적어도 하나의 길이 방향 측면에 전기 절연이 제공되고, 상기 스페이서 스트라이프가 상기 전기 절연에 접착될 수 있다.
상기 스페이서 스트라이프의 폭은 12mm 내지 15mm 범위 내에 있을 수 있다.
상기 스페이서 스트라이프는 전기 절연 및 열 절연으로 재료로 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 위에서 설명한 전지 셀 스택을 포함하는 전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기한 전지 모듈을 적어도 하나로 포함하는 전지 팩을 포함하는 차량을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전지 셀의 스택의 제조 시, 전지 셀의 케이스 측면에 접착되는 스페이서 접착 공정을 자동화로 이루어 제조 생산성을 향상시킬 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세히 설명함으로써 당업자에게 특징이 명백해질 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 전지 셀 스택을 조립하기 위한 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전지 셀의 길이 방향 측면에 2개의 스페이서 스트라이프를 갖는 전지 셀을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전지 셀의 배면 및 저면을 보여 주기 위해 도시한 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전지 셀의 셀 하우징 주위를 감싸는 2개의 스페이서 스트라이프를 갖는 전지 셀을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 전지 셀의 배면 및 저면을 보여 주기 위해 도시한 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전지 셀의 길이 방향 측면에 4개의 스페이서 스트라이프를 갖는 전지 셀의 개략도이다.
도 7은 실시예에 따른 4개의 스페이서 스트라이프를 갖는 전지 셀의 길이 방향 측면을 보여 주기 위해 도시한 사시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전지 셀 스택의 단면도를 도시한다.
도 9는 다른 실시예에 따른 전지 셀 스택을 조립하기 위한 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 전지 셀 스택을 조립하기 위한 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
본 발명의 개념의 특징 및 이를 달성하는 방법은 이하의 실시예에 대한 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 보다 상세하게 설명하며, 여기서 동일한 참조 번호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 지칭한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구체화될 수 있으며 여기에서 예시된 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시 내용이 철저하고 완전하고 당업자에게 본 발명의 양태 및 특징을 완전히 전달할 수 있도록 예로서 제공된다. 따라서, 본 발명의 양태 및 특징의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않은 프로세스, 요소 및 기술은 설명되지 않을 수 있다. 별도의 언급이 없는 한, 동일한 참조 번호는 첨부된 도면 및 기재된 설명 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타내므로 그에 대한 설명은 반복되지 않을 수 있다. 도면에서 구성 요소, 층 및 영역의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "및(그리고)/또는"이라는 용어는 하나 이상의 연관된 나열된 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명할 때 "할 수 있다"라는 용어는 "본 발명의 하나 이상의 실시예"를 의미한다.
다양한 구성 요소를 설명하기 위해 "제1" 및 "제2"라는 용어가 사용되지만, 해당 요소는 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안됨을 이해할 수 있을 것이다. 이 용어는 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 데만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 다음의 설명에서, 단수형의 용어는 문맥 상 명백히 달리 나타내지 않는 한 복수형을 포함할 수 있다.
용어 "포함하다"는 특성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 구성 요소 및 이들의 조합을 특정하지만 다른 특성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 구성 요소 및 이들의 조합의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
"아래에", "아래", "하부에", "위", "상에", "상부에" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 바에 따라 일 구성 요소 또는 특징을 다른 구성 요소 또는 특징과 상대적으로 비교하기 위한 것이다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향에 더하여 사용 또는 작동중인 장치의 다른 방향을 포함하도록 의도된 것임을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도면에서 장치가 뒤집힌 경우, "아래에" 또는 "밑에" 또는 "하부에"로 설명된 일 구성 요소는 다른 구성 요소에 대해 상대적으로 "위에" 또는 "상에" 또는 "상부에"로 향하게 된다. 따라서, 예시적인 용어 "아래" 및 "위에"는 위와 아래의 방향을 모두 포함할 수 있다. 또한, 도면에서 장치는 다른 방향(예: 90도나 다른 방향으로 회전)으로 배치될 수 있으며 여기에 사용된 공간적으로 상대적인 설명자는 그에 따라 해석되어야 한다. 또한, 구성 요소 또는 층이 다른 구성 요소 또는 층의 "위에" 또는 "상에" 있는 것으로 언급될 때, 다른 구성 요소 또는 층에 직접 있을 수 있거나 중간에 있는 구성 요소 또는 층도 존재할 수 있음을 이해해야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술 및/또는 본 명세서의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어 하며, 여기에 명시 적으로 정의되지 않는 한 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해하게 될 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 전지 셀들(11, 12, 13, 14)의 스택(10)(도 8 참조)을 조립하는 방법(S)의 흐름도이다. 편의상, 전지 셀들(11, 12, 13, 14)은 전지 셀(11)로 단순히 지칭될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 전지 셀(11)은 전극 조립체(도면에 도시되지 않음) 및 전극 조립체를 수용하기 위한 케이스(15)를 포함하고, 케이스(15)에는 전해질이 수용된다. 전극 조립체는 양극과 음극을 세퍼레이터를 사이에 두고 나선형으로 감아 젤리 롤형 전극 조립체로 형성될 수 있고, 다수의 양극과 다수의 음극이 그 사이에 세퍼레이트를 두고 교대로 적층된 적층형으로 형성될 수도 있다. 전해질은 EC, PC, DEC 또는 EMC와 같은 유기 용매와 함께 LiPF6 또는 LiBF4와 같은 리튬 염을 포함할 수 있다. 전해질 용액은 액체, 고체 또는 겔 상태일 수 있다.
전지 셀(11)은 각형(또는 직사각형)을 갖도록 구성된 리튬 이온 이차 전지의 비 제한적인 예로서 설명된다. 케이스(15)는 실질적으로 입방형(또는 직육면체형)으로 구성되며, 일측에 개구부가 형성될 수 있다. 케이스(15)는 알루미늄과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 전지 셀(11)은 케이스(15)의 개구를 밀봉하기 위한 캡 조립체(16)를 포함한다. 전지 셀(11)의 케이스(15)는 좌표축(19)의 방향 YY ' 방향에 대해 수직하게 서로 마주 보는 2개의 종 방향 측면(또는 길이 방향 측면)(17, 18)을 포함한다. 이 길이 방향 측면(17,18)은 케이스(15)의 넓은 표면으로 이루어진다. 또한, 케이스(15)는 XX' 방향에 수직하게 서로 마주 보는 2개의 횡 방향 측면(또는 두께 방향 측면)(20, 21)을 포함한다. 이 폭 방향 측면(20, 21)은 케이스의 좁은 표면으로 이루어진다.
케이스(15)는 베이스(22)를 더욱 포함한다. 베이스(22), 2개의 종 방향 측면(17, 18) 및 2개의 두께 방향 측면(20, 21)은 전극 조립체 및 전해질을 수용하기 위한 공간을 형성한다. 또한, 케이스(15)는 캡 조립체(16)에 의해 밀봉된다. 베이스(22) 및 캡 조립체(16)는 서로 평행하고 ZZ' 방향 대해에 수직하게 배치된다. 캡 조립체(16)에는 극성이 다른 양극 및 음극 단자(23, 23')와 벤트(50)가 제공된다. 벤트(50)는 전지 셀(11)의 안전 수단으로서, 전지 셀(11)에서 생성된 가스가 전지 셀(11)의 외부로 배출되도록 하는 통로 역할을 한다.
전지 셀(11, 12, 13, 14)의 스택(10)을 조립하는 방법(S)에 따르면, 스택(10) 내의 전지 셀(11, 12, 13, 14)은 서로 접하는 종 방향 측면(17, 18)으로 배열된다. 본 실시예의 방법(S)은 생산 라인에서 수행된다. 즉, 방법(S)은 자동화 또는 반자동 프로세스, 예를 들어 로봇, 자동화 또는 반자동 기계를 사용하여 수행된다.
본 실시예의 방법(S)은 전지 셀(11, 12, 13, 14)을 취급하기 위한 제1 장치 유닛 (도면에 도시되지 않음)을 제공하는 것을 포함하는 제1 단계(S1)로 시작한다. 제1 장치 유닛은 자동화된 또는 반 자동화된 로봇을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예의 방법(S)은 스페이서 포일의 롤을 지지하고 스페이서 포일을 전지 셀에 조립하기 위한 제2 장치 유닛(도면에 도시되지 않음)을 제공하는 것을 포함하는 제2 단계(S2)를 포함한다. 스페이서 포일의 두께는 300㎛ 내지 550㎛ 일 수 있다. 즉, 300㎛ 내지 550㎛의 범위에 있는 스페이서의 두께와 스페이서 포일의 강성은 스페이서 포일이 롤에 감길 수 있도록 선택될 수 있다. 스페이서 포일이 자동으로 제어되어 미리 결정된 방식으로 롤로부터 풀려 공급될 수 있기 때문에, 제2 장치 유닛에 의해 스페이서 포일의 공급이 가능할 것이다. 또한, 스페이서 포일은 자기 접착성을 갖는다. 가령, 스페이서 포일은 한쪽 면에 접착제가 제공된 테이프를 포함할 수 있다. 스페이서 포일은 자기 접착성이 있어 롤로부터 풀릴 때, 안정된 방식으로 케이스의 표면에 부착(또는 접착)될 수 있어 작업이 유리하다. 또한, 스페이서 포일의 폭은 전지 셀(11)의 길이 방향 측면(17, 18)의 높이에 대한 스페이서 포일의 폭의 비율이 1:4 내지 1:12의 범위가 되도록 미리 결정될 수 있다.
또한, 방법(S)은 각 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 양쪽 길이 방향 측면(17, 18)상에 제2 장치 유닛을 사용하여 스페이서 포일의 롤로부터 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)를 접착하는 것을 포함하는 제3 단계(S3)를 포함한다. 이 단계를 통해 셀 스페이서로서 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)를 완전 자동 적용할 수 있어, 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 스택(10)을 조립하는 시간과 비용을 감소시킬 수 있는 점에서 유리하다. 스페이서 포일은 제2 장치 유닛에 의해 스페이서 포일의 롤로부터 풀릴 수 있으며 스페이서 스트라이프(24, 25)는 스페이서 포일로서 자기 접착력을 가지고 전지 셀(11)의 길이 방향 표면(17, 18) 각각에 자동으로 부착될 수 있다.
스페이서 포일 또는 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)의 두께는 스택(10)이 배치되는 전지 모듈(30)의 모듈 길이에 대해 사용 가능한 공간에 따라 300㎛에서 550㎛ 범위 내에 있을 수 있다. 셀 스페이서로 필요한 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)의 두께는 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27)로서 종래 기술에 알려진 셀 스페이서의 두께의 절반이 될 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 셀 스페이서로서 기능하는 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)는 각각의 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 길이 방향 측면(17, 18) 모두에 부착된다. 예를 들어, 제1 전지 셀(11)의 길이 방향 측면(18) 상의 개별 스페이서 스트라이프(24, 25)는 전지 셀(11, 12, 13, 14)이 전지 모듈(30)의 모듈 하우징 내에 배치되어 적층될 때, 제2 전지 셀(12)의 길이 방향 측면(17) 상의 대응 스페이서 스트라이프(24, 25)와 접촉할 수 있다. 따라서, 제1 전지 셀(11)의 길이 방향 측면(18) 상의 스페이서 스트라이프(24, 25)와 인접한 제2 전지 셀(12)의 길이 방향 측면(17) 상의 대응 스페이서 스트라이프(24, 25)의 조합은 제1 전지 셀(11)과 제2 전지 셀(12) 사이에서 기능하는 셀 스페이서로 형성될 것이다. 이에 따라 스페이서 스트라이프(24, 25)의 두께는 유사한 개별 셀 스페이서의 두께의 절반이어야 한다. 이처럼 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29) 또는 스페이서 포일의 두께가 감소되면 전체적으로 스페이서 포일의 강성을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 스페이서 포일은 생산 라인에서 각 전지 셀(11)의 각각의 길이 방향 측면(17, 18) 상에 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)의 자동 적용 또는 접착을 가능하도록 롤 상에 배치될 수 있다.
비용 효과적으로 단단한 표면에 포일을 부착하는 여러 알려진 자동 공정이 당업자에게 잘 알려져 있는 바, 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)를 전지 셀(11, 12, 13, 14)에 접착하는 자동 조립 공정은 셀 스페이서를 포일(즉, 롤로부터의 스페이서 포일)로 구현함으로써 효율적으로 가능해진다. 공지된 두껍고 단단한 프레임 대신에 포일로서 셀 스페이서를 구현하기 위해, 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)가 각 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 양쪽 길이 방향 측면에 부착된다. 이러한 구성은 각각의 길이 방향 측면(17, 18) 상의 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)가 하나의 길이 방향 측면(17)에만 부착되는 셀 스페이서에 비해 감소된(예를 들어 절반) 두께를 갖도록 하는 것을 허용한다. 더욱이, 두 배의 두께를 가진 하나의 셀 스페이서 또는 스페이서 스트라이프가 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 하나의 길이 방향 측면(17, 18)에만 부착되는 경우, 셀 스페이서가 그 두께로 인해 감기기가 너무 뻣뻣하기 때문에 롤부터 스페이서 포일을 푸는 것과 같은 비용 효율적인 조립 공정이 가능하지 않을 것이다.
스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)가 각각의 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 양쪽 길이 방향 측면(17, 18)에 접착되는 특징은 본 발명의 실시예에 따라 전지 셀(11, 12, 13, 14)이 적층되는 즉시 추가적인 긍정적인 효과를 가질 수 있다. 지금까지 스택 내의 셀 스페이서의 두께는 스택 내의 셀 스페이서의 위치에 따라 선택되어야 했다. 이는 스택을 조립하는 동안 수행되었다. 예를 들어, 스택에 있어 전지 셀들 사이의 셀 스페이서는 전지 셀 각각의 1차 측면의 팽창을 위한 기설정된 자유(여유) 공간을 제공하기 위해 스택의 단부에 있는 스페이서의 두께보다 두꺼워야 했다. 본 발명에 따라, 각각의 전지 셀(11, 12, 13, 14)은 스페이서 스트라이프(24, 25)가 전지 셀(11, 12, 13 및 14)의 양 측면(17, 18)에 부착된 스택 조립체로서 전달된다. 이에 따라, 전지 셀(11)과 스택(10)의 엔드 플레이트(31) 사이에는 단 하나의 스페이서 스트라이프(24, 25)가 자동으로 제공되고, 2개의 인접한 전지 셀(11, 12, 13) 사이에는 2개의 스페이서 스트라이프(24, 25)가 자동으로 제공되므로, 각각의 전지 셀(11, 12, 13, 14)은 팽창을 위한 기설정된 자유 공간(32, 33, 34)을 갖는다. 이로써 조립 프로세스가 향상될 수 있다.
팽창을 위한 기설정된 자유 공간(32, 33, 34) 및 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)의 두께는 양 측면(17, 18)에 대해 상이할 수 있다. 예를 들어, 전지 셀(11)의 하나의 길이 방향 측면(17) 상의 스페이서 스트라이프(24, 25)는 전지 셀(11)의 반대쪽 길이 방향 측면(18)상의 스페이서 스트라이프(24, 25)보다 더 두꺼울 수 있다. 이러한 구성은 일부 전지 셀(11, 12, 13, 14)이 스택(10) 내의 다른 전지 셀(11, 12, 13, 14)과 다르게 배치되는 경우에, 각 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 각 길이 방향 측면(17, 18)이 스택(10)을 조립하는 동안 정확한 두께를 갖는 셀 스페이서는 선택할 필요없이 팽창에 필요한 공간을 갖도록 하는데 이점을 가질 수 있다. 이는 오류 가능성을 줄이고 조립 프로세스를 단순화할 수 있다.
더욱이, 도 2 내지 8에 도시된 바와 같이, 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)는 각각의 길이 방향 측면(17, 18)의 중앙 부분(17', 18')은 덮지 않고 유지되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 특히 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 사용 중에 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 중앙 부분(17', 18')을 통한 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 팽창을 허용하는데 유리하다. 이로써 개별 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 내부 압력 상승으로 이어져 개별 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 팽창과 반대에 기인하는 개별 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 위험한 폭발을 방지할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 스택(10)의 전지 셀(11, 12, 13, 14)이 팽창을 위한 각각의 기설정된 자유 공간으로 각각의 중앙 부분(17', 18')을 통해 팽창할 수 있도록 각 전지 셀(11, 12, 13, 14)에 대한 최적의 여유 공간이 제공된다. 따라서, 각각의 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 팽창으로 인해 전지 모듈(30)의 엔드 플레이트(31)에 대한 전체적인 압력 감소가 실현될 수 있다.
스페이서 테이프의 폭, 즉 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)의 폭은 전지 셀(11)의 길이 방향 측면(17, 18)의 높이에 대한 스페이서 포일 또는 스페이서 스트라이프(24, 25, 26)의 폭의 비율이 1:4 내지 1:12의 범위에 있도록 설정될 수 있다. 이러한 구성은 길이 방향 측면(17, 18)의 표면에 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)의 최적 분포를 제공할 뿐만 아니라 최적의 커버되지 않은 영역, 즉 중앙 부분(17', 18')을 확보하여 제공하는데 유리하다. 따라서, 본 실시예에 따른 조립 방법(S)은 전체적으로 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 스택(10)을 조립하는 효율적인 방법으로서, 보다 높은 수준의 산업화에 사용될 수 있고 비용 절감을 가능하게 한 방법이 될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 접착 단계(S3)는 전지 셀(11)의 상위 에지 35)에 인접하고 평행하게 각각의 길이 방향 측면(17, 18)에 하나씩 2개의 제1 스페이서 스트라이프(24)를 접착하는 단계, 및 전지 셀(11)의 하단 에지(36)에 인접하고 평행하게 각각의 길이 방향 측면(17, 18)에 하나씩 2개의 제2 스페이서 스트라이프(25)를 접착하는 단계를 포함한다. 이 구성으로 대응하는 길이 방향 측면(17,18)의 각각의 중앙 부분(17', 18')이 덮이지 않은 상태로 유지되는 것이 보장된다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 따르면, 접착 단계(S3)는 전지 셀(11)의 상위 에지(35)에 인접하고 평행하게 케이스(15) 주위를 제1 스페이서 스트라이프(26)로 감아 제1 스페이서 스트라이프(26)를 접착하고, 전지 셀(11)의 하단 에지(36)에 인접하고 평행하게 케이스(15) 주위를 제2 스페이서 스트라이프(27)로 감아서 제2 스페이서 스트라이프(27)를 접착하는 것을 포함한다. 이 구성으로 대응하는 길이 방향 측면(17, 18)의 각각의 중앙 부분(17', 18')이 덮이지 않은 상태로 유지되는 것이 보장된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 서로 접하는 길이 방향 측면(17, 18)으로 배열된 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 스택 (10)을 개시한다. 여기서 스페이서 스트라이프(24, 25)는 양쪽 길이 방향 측면(17,18)에 부착된다. 또한, 스페이서 스트라이프(24, 25)는 각각의 길이 방향 측면(17, 18)의 중앙 부분(17', 18')이 커버되지 않도록 유지되며, 300㎛ 내지 550㎛의 두께를 갖는다. 또한, 각 스페이서 스트라이프(24, 25)는 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 길이 방향 측면(17, 18)의 높이에 대한 스페이서 스트라이프(24, 25)의 폭의 비율이 1:4 내지 1:12의 범위에 있도록 설정될 수 있다. 또한, 스페이서 스트라이프(24, 25)의 폭은 12mm 내지 15mm 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 스페이서 스트라이프(24, 25)는 전기 절연 및 열 절연 플라스틱 재료로 제조될 수 있다.
전지 셀(11, 12, 13, 14)의 팽창 또는 하나의 전지 셀(11, 12, 13, 14)과 다른 전지 셀(11, 12, 13, 14) 사이의 셀 확장을 위한 기설정된 자유 공간(32, 33, 34)은 스페이서 포일 또는 스페이서 스트라이프(24, 25)의 두께의 약 2배일 수 있다. 또한, 엔드 플레이트(31)가 위치한 전지 모듈(30)의 단부에는 스페이서 스트라이프(24, 25)를 포함하는 스페이서 밴드가 하나만 있기 때문에 경계 전지 셀(11)의 대칭형 셀 확장을 위한 별도의 부품이 필요하지 않을 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 실시예에 따르면, 접착 단계(S3)는 전지 셀(11)의 상위 에지(35)에 인접하고 평행하게 각각의 길이 방향 측면(17, 18)에 하나씩 2개의 제1 스페이서 스트라이프(24)를 접착하는 단계와, 전지 셀(11)의 각각의 길이 방향 측면(17, 18)에 2개씩 4개의 사이드 스페이서 스트라이프(28, 29)를 접착하는 단계를 포함한다. 각각의 사이드 스페이서 스트라이프(28, 29)는 전지 셀(11)의 두께 방향 측면(20, 21)에 인접하여 이에 평행하게, 다시 말해 길이 방향 측면(17, 18)의 양 옆 가장자리에 평행하게 배치되어 접착되고 각각의 제1 스페이서 스트라이프(24) 아래로부터 전지 셀(11)의 하단 에지(36)까지 연장된다. 또한, 이 접착 단계(S3)는 전지 셀(11)의 하위 에지(36)에 인접하고 평행하게 각각의 길이 방향 측면(17, 18) 상에 하나씩 2개의 제2 스페이서 스트라이프(25)를 접착하는 단계를 포함한다. 제2 스페이서 스트라이프(25) 각각은 2개의 사이드 스페이서 스트라이프(28, 29) 사이의 공간에 부착되며, 전지 셀(11)의 하단 에지(36)에 평행하도록 배치된다. 이 실시예에서, 케이스(15)의 각각의 길이 방향 측면(17, 18)의 모든 4개의 강성 코너(37, 38, 39, 40)는 스페이서 스트라이프(24, 25, 28, 29)에 의해 커버된다. 이러한 구성은 외부 스트레스에 쉽게 걸려 전체적으로 전지 셀(11)의 손상을 초래할 수 있는 케이스(15)의 코너(37, 38, 39, 40) 보호를 보장하는데 유리하다.
여기서, 제2 스페이서 스트라이프(25)는 전지 셀(11)의 하단 에지(36)로부터 5.5mm 내지 6.5mm의 범위 내에 있는 기설정된 간격(41)을 두고 부착될 수 있다. 이 구성으로 전지 셀(11)의 베이스(22)에 열 전도성 갭-필러를 위한 영역을 제공할 수 있다. 케이스(15)의 베이스(22)와 전지 모듈 냉각기(도면에 도시되지 않음) 사이에 더 많은 양의 갭 필러를 사용할 필요가 있을 수 있는데, 특히 갭 필러의 분배 공차가 더 큰 경우에 더욱 그러하다. 이러한 과도한 갭-필러는 기설정된 간격(41)에 의해 제공되는 커버되지 않은 영역으로 흐를 수 있는 바, 이에 전지 셀(11)과 냉각기 사이의 제어되지 않은 더 높은 갭이 회피될 수 있다. 이를 감안하여 제2 스페이서 스트라이프(25)는 하위 에지(36)로부터 5.5mm 내지 6.5mm의 범위 내에 있는 기설정된된 간격(41)을 두고 접착되며, 이로 인해 케이스(15)의 코너(39, 40)는 제2 스페이서 스트라이프(25)에 의해 커버되지 않은 채로 유지된다. 즉, 코너(39, 40)는 사이드 스페이서 스트라이프(28, 29)에 의해 덮인다.
도 9는 다른 실시예에 따른 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 스택 (10)을 조립하기 위한 방법(S)의 흐름도를 도시한다. 이 조립 방법(S)은 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29) 중 적어도 하나를 접착하는 단계(S3) 이전에 길이 방향 측면(17, 18) 중 적어도 하나에 전기적 절연(예: 절연 코팅, 절연 테이프)을 적용하는 단계(S4)를 포함한다. 즉, 적어도 하나의 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)는 전기적으로 절연된 대응 길이 방향 측면(17, 18)에 접착된다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 스택(10)을 조립하기 위한 방법(S)의 흐름도를 도시한다. 이 조립 방법(S)은 적어도 하나의 스페이서 스트라이프(24, 25, 26, 27, 28, 29)를 대응하는 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 대응하는 길이 방향 측면(17, 18) 각각에 부착하는 단계(S3) 이후에 전지 셀(11, 12, 13, 14)을 적층하는 단계(S5)를 포함한다.
한편, 본 발명은 전지 셀(11, 12, 13, 14)의 스택 (10)을 포함하는 전지 모듈(30)을 개시한다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 전지 모듈(30)을 포함하는 전지 팩을 포함하는 차량을 추가로 개시한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 스택 11,12,13,14 전지 셀
17,18 길이 방향 측면 17’,18’중앙 부분
24,25,26,27,28,29 스페이서 스트라이프

Claims (15)

  1. 복수의 전지 셀을 정렬하여 스택으로 조립하는 방법으로서,
    상기 전지 셀을 다루기 위한 제1 장치 유닛을 제공하고,
    자기 접착성을 가지며 300㎛ 내지 550㎛의 두께를 가지고 상기 전지 셀의 길이 방향 높이에 대한 폭의 비율이 1:4 내지 1:12의 범위로 유지되는 스페이서 포일을 상기 전지 셀에 조립하기 위한 제2 장치 유닛을 제공하고,
    상기 제2 장치 유닛을 사용하여 상기 길이 방향 측면의 중앙 부분은 덮지 않도록 각 전지 셀의 양쪽 길이 방향 측면에 상기 스페이서 포일의 롤로부터 스페이서 스트라이프를 접착하는
    단계를 포함하는 전지 셀의 스택 조립 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접착 단계는,
    상기 전지 셀의 상위 가장자리에 인접하고 평행하게 각 길이 방향 측면에 하나씩 2개의 제1 스페이서 스트라이프를 접착하고, 그리고
    상기 전지 셀의 하위 가장자리에 인접하고 평행하게 각 길이 방향 측면에 하나씩 2개의 제2 스페이서 스트라이프를 접착하는
    단계를 포함하는 전지 셀의 스택 조립 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 접착 단계는,
    상기 전지 셀의 상위 가장자리에 인접하고 평행하게 상기 전지 셀의 케이스 주위를 감싸도록 제1 스페이서 스트라이프를 접착하고, 그리고
    상기 전지 셀의 하위 가장자리에 인접하고 평행하게 상기 전지 셀의 케이스 주위를 감싸도록 제2 스페이서 스트라이프를 접착하는
    단계를 포함하는 전지 셀의 스택 조립 방법.
  4. 제1항에 있어서, 접착 단계는,
    상기 전지 셀의 상위 가장자리에 인접하고 평행하게 상기 각 길이 방향 측면에 하나씩, 2개의 제1 스페이서 스트라이프를 접착하고,
    상기 전지 셀의 각 길이 방향 측면에 두 개씩, 4개의 사이드 스페이서 스트라이프를 접착하고, 그리고
    상기 전지 셀의 하위 가장자리에 인접하고 평행하게 상기 각 길이 방향 측면에 하나씩, 2개의 제2 스페이서 스트라이프를 접착하는
    단계를 포함하고,
    각 사이드 스페이서 스트라이프는 상기 전지 셀의 두께 방향 측면에 인접하고 평행하게 접착되어 상기 제1 스페이서 스트라이프 아래로부터 상기 전지 셀의 하위 가장 자리로 연장되며
    상기 제2 스페이서 스트라이프는 상기 2개의 사이드 스페이서 스트라이프 사이에 배치되고 상기 전지 셀의 하위 가장 자리에 평행한, 전지 셀의 스택 조립 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 스페이서 스트라이프는 상기 하위 가장 자리로부터 5.5mm 내지 6.5mm 범위 내의 간격을 두고 접착되는 전지 셀의 스택 조립 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 스트라이프의 폭은 12mm 내지 15mm 범위 내에 있는 전지 셀의 스택 조립 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 스트라이프는 전기 절연 및 열 절연 플라스틱 재료로 제조되는 전지 셀의 스택 조립 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 길이 방향 측면 중 적어도 하나에 상기 스페이서 스트라이프를 접착하기 전에, 상기적어도 하나의 길이 방향 측면에 전기 절연을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 스페이서 스트라이프는 전기 절연된 길이 방향 측면에서 접착되는, 전지 셀의 스택 조립 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지 셀의 각 길이 방향 측면에 상기 스페이서 스트라이프를 접착한 후, 전지 모듈로 상기 전지 셀을 적층하는 단계를 포함하는, 전지 셀의 스택 조립 방법.
  10. 길이 방향 측면이 서로 인접하도록 정렬된 복수의 전지 셀을 포함하는 스택으로서,
    상기 복수의 전지 셀 각각의 양 길이 방향 측면에는 상기 길이 방향 측면의 중앙 부분은 덮지 않도록 스페이서 스트라이프가 접착되고,
    상기 스페이서 스트라이프는 300㎛ 내지 550㎛의 두께와, 상기 전지 셀의 길이 방향 높이에 대한 상기 스페이서 스트라이프의 폭의 비율이 1:4 내지 1:12의 범위로 유지되는 폭을 갖는, 전지 셀 스택.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 전지 셀 각각의 적어도 하나의 길이 방향 측면에 전기 절연이 제공되고, 상기 스페이서 스트라이프가 상기 전기 절연에 접착되는, 전지 셀 스택.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 스페이서 스트라이프의 폭은 12mm 내지 15mm 범위 내에 있는 전지 셀 스택.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 스페이서 스트라이프는 전기 절연 및 열 절연으로 재료로 제조되는 전지 셀 스택.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 전지 셀 스택을 포함하는 전지 모듈.
  15. 제14항의 전지 모듈을 적어도 하나로 포함하는 전지 팩을 포함하는 차량.
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