KR20220015116A - 배터리 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은, 평면으로 이루어지는 안착면을 제공하는 트레이; 상기 안착면 상에 마련되는 접착층; 상기 접착층에 하면이 고정되고, 하단부의 외주면이 노출되는 복수 개의 배터리 셀; 및 상기 복수 개의 배터리 셀의 상단부의 외주면을 지지하는 홀더;를 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이의 제조 방법{BATTERY MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 배터리 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자 기기 또는 전기 자동차 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 큰 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가하는 추세에 있다.
리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 여기서 캔형 이차 전지는 금속 캔의 형태에 따라 원통형 이차 전지와 각형 이차 전지를 포함할 수 있다.
한편, 파우치형 이차 전지는 적층이 용이하고 에너지 밀도가 높은 장점이 있지만, 기계적 강성이 낮아 외부 충격에 취약한 단점이 있다. 이에 반해 캔형 이차 전지는 기계적 강성이 우수하기 때문에 외부 충격에 대한 내구성이 파우치형 이차 전지보다 우수하다. 따라서 안전성 측면에서 볼 때, 캔형 이차 전지가 파우치형 이차전지보다 더 좋은 것으로 평가되고 있다.
그러나 캔형 이차 전지들을 사용하여 중대형 배터리 모듈 내지 배터리 팩을 구성하고자 할 때, 필요한 출력 전압 또는 충방전 용량을 만족시키려면 많은 개수의 캔형 이차 전지들이 필요한데, 이들 캔형 이차 전지들을 효과적으로 모듈 케이스 내에 배치 및 고정시키는 것은 쉽지 않다.
또한, 배터리 모듈은 이러한 캔형 이차 전지들이 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 이차 전지로부터 발생하는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차 전지의 충전 또는 방전의 과정은 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로, 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 모듈의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 배터리 모듈 및 그것이 장착된 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 수단이 반드시 필요하다.
KR 10-2019-0047499 A
본 발명은 간소화된 구조로 복수 개의 배터리 셀을 안정적으로 고정시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 평면으로 이루어지는 안착면을 제공하는 트레이; 상기 안착면 상에 마련되는 접착층; 상기 접착층에 하면이 고정되고, 하단부의 외주면이 노출되는 복수 개의 배터리 셀; 및 상기 복수 개의 배터리 셀의 상단부의 외주면을 지지하는 홀더;를 포함한다.
상기 복수 개의 배터리 셀은 하단부의 외주면이 상기 홀더에 의하여 지지되지 않은 상태로 노출되어 상기 접착층에 고정될 수 있다.
상기 트레이는, 상면에 상기 안착면을 가지는 바닥부; 및 상기 바닥부의 가장자리로부터 상부로 연장되는 측벽부;를 포함하고, 상기 측벽부는 상기 복수 개의 배터리 셀의 높이의 1/10 내지 1/4의 높이만큼 상부로 연장될 수 있다.
상기 접착층은, 열 전도성 물질로 형성되고, 상기 바닥부는, 상기 복수 개의 배터리 셀로부터 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 방열 판을 포함할 수 있다.
상기 트레이와 결합되어 상기 복수 개의 배터리 셀을 내부 공간에 수용하기 위한 케이스;를 더 포함할 수 있다.
상기 케이스는 상기 홀더와 일체로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제조 방법은 고정 플레이트 및 상기 고정 플레이트의 하부에 설치된 이동 플레이트를 포함하는 지그를 마련하는 과정; 상기 지그를 접착제가 도포된 트레이의 안착면 상에 위치시키는 과정; 복수 개의 배터리 셀을 상기 고정 플레이트 및 이동 플레이트에 삽입하여 상기 트레이의 안착면 상에 안착시키는 과정; 상기 이동 플레이트를 하부로 이동시켜 상기 복수 개의 배터리 셀을 정렬하는 과정; 상기 지그를 제거하는 과정; 및 상기 복수 개의 배터리 셀의 상단부에 홀더를 결합시키는 과정;을 포함한다.
상기 트레이의 안착면 상에 위치시키는 과정은, 상기 고정 플레이트가 상기 안착면 상에 위치한 복수 개의 배터리 셀의 상단부의 외주면을 지지할 수 있도록, 상기 고정 플레이트의 높이를 조절하여 위치시킬 수 있다.
상기 고정 플레이트에는 복수 개의 제1 관통구가 형성되고, 상기 이동 플레이트에는 복수 개의 제2 관통구가 형성되며, 상기 트레이의 안착면 상에 안착시키는 과정은, 상기 복수 개의 배터리 셀을 서로 중첩되는 제1 관통구 및 제2 관통구에 삽입하여 상기 트레이의 안착면 상에 안착시킬 수 있다.
상기 제1 관통구 및 제2 관통구는 배터리 셀의 외경과 일치하는 직경을 가질 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀을 정렬하는 과정은, 상기 이동 플레이트를 하부로 이동시킨 후, 상기 접착제가 경화될 때까지 상기 이동 플레이트의 위치를 유지시킬 수 있다.
상기 지그를 제거하는 과정은, 상기 이동 플레이트를 상부로 이동시킨 후에 수행될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀이 내부에 수용되도록 상기 트레이에 케이스를 결합하는 과정;을 더 포함하고, 상기 트레이에 케이스를 결합하는 과정은, 상기 홀더를 결합시키는 과정과 동시에 또는 상기 홀더를 결합시키는 과정의 이후에 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 및 이의 제조 방법에 의하면, 복수 개의 배터리 셀의 하단부의 외주면을 지지하기 위한 별도의 부재를 사용하지 않음으로써 배터리 모듈의 구조를 간소화하고 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 이와 같은 간소화된 구조에도 불구하고 배터리 셀의 수직도를 향상시키고 균일한 간격을 가지도록 정렬하여 안정적으로 고정시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 각 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 전체적인 구조를 도시한 도면.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
<실시 예 1>
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 각 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 전체적인 구조를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 평면으로 이루어지는 안착면(112)을 제공하는 트레이(100), 상기 안착면(112) 상에 마련되는 접착층(200), 상기 접착층(200)에 하면이 고정되고, 하단부의 외주면이 노출되는 복수 개의 배터리 셀(300) 및 상기 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부의 외주면을 지지하는 홀더(400)를 포함한다.
트레이(100)는 복수 개의 배터리 셀(300)을 안착시키기 위한 구성이다. 이를 위하여, 트레이(100)는 평면으로 이루어지는 안착면(112)을 제공한다. 보다 상세하게는, 트레이(100)는 상면에 평면으로 이루어지는 안착면(112)을 가지는 바닥부(110) 및 상기 바닥부(110)의 가장자리로부터 상부로 연장되는 측벽부(120)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 트레이(100)가 상부가 개방된 사각 박스의 형상을 가지는 것으로 도시하였으나, 트레이(100)의 형상은 이에 제한되지 않으며 바닥부(110)와 측벽부(120)를 포함하는 다양한 형상을 가질 수 있음은 물론이다.
여기서, 바닥부(110)는 복수 개의 배터리 셀(300)로부터 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 방열 판을 포함할 수 있다. 즉, 바닥부(110)는 내부에 냉각 매체가 유동하거나, 방열 기능을 가지는 물질로 형성되어 방열 판의 기능을 수행할 수 있다.
측벽부(120)는 바닥부(110)의 가장자리로부터 상부로 연장되되, 연장되는 높이는 복수 개의 배터리 셀(300)의 높이의 1/10 내지 1/4 일 수 있다. 즉, 측벽부(120)는 안착면(112) 상에 복수 개의 배터리 셀(300)이 안착되는 경우, 복수 개의 배터리 셀(300)의 높이의 1/10 내지 1/4의 높이만큼 상부로 연장되도록 그 높이가 제한될 수 있다. 이는, 측벽부(120)의 상면까지 후술하는 지그(10)의 이동 플레이트(12)가 하강할 수 있는 바, 이동 플레이트(12)의 하강 범위를 최대화하기 위함이다. 지그(10)의 이동 플레이트(12)가 하강 동작과 관련하여는 배터리 모듈의 제조 방법과 관련하여 후술하기로 한다.
접착층(200)은 트레이(100)의 안착면(112) 상에 마련된다. 전술한 바와 같이, 트레이(100)는 바닥부(110) 및 측벽부(120)를 포함하는 바, 트레이(100)의 안착면(112) 상에는 소정의 높이로 접착제가 도포되어 채워질 수 있다. 이와 같이 트레이(100)의 안착면(112) 상에 채워진 접착제는 경화되어 접착층(200)을 형성하게 된다.
접착제는 열 전도성과 접착성을 모두 가지는 물질로서, 이와 같은 접착제가 경화되면 접착층(200)은 복수 개의 배터리 셀(300)의 하면을 고정시키고, 복수 개의 배터리 셀(300)로부터 발생하는 열을 트레이(100)에 전달하는 기능을 수행한다. 예를 들어, 접착제는 에폭시 수지(epoxy resin), 실리콘 수지(silicon resin) 등을 포함할 수 있으며, 에폭시 수지와 실리콘 수지 외에도 열 전도성과 접착성을 가지는 다양한 물질로 형성될 수 있음은 물론이다.
배터리 셀(300)은 접착층(200)에 하면이 고정된다. 배터리 셀(300)은 전극 조립체가 금속 캔(can)에 내장되어 있는 캔형 이차 전지를 포함할 수 있다. 이와 같은 캔형 이차 전지는 원통형의 형상을 가질 수 있다. 도시되지는 않았으나, 이와 같은 배터리 셀(300)은 원통형 캔, 원통형 캔의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체 및 원통형 캔의 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함할 수 있다. 이때, 원통형 캔은 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 형성될 수 있다.
이와 같은, 배터리 셀(300)은 복수 개로 마련되어 배터리 모듈에 요구되는 출력 및 용량에 따라 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 배터리 셀(300)은 전기 전도성 금속으로 제작된 버스 바(bus bar)에 의하여 상호 간에 전기적으로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 한편, 복수 개로 마련되는 배터리 셀(300)은 각각 소정 간격(d)으로 이격되어 배치될 수 있다.
복수 개의 배터리 셀(300)은 접착층(200)에 하면이 고정되고, 하단부의 외주면이 노출된다. 즉, 복수 개의 배터리 셀(300)은 안착면(112) 상에 마련되는 접착층(200)에 하면이 고정된다. 또한, 복수 개의 배터리 셀(300)의 하단부의 외주면은 각 배터리 셀(300)의 하단부들 사이에 어떠한 부재도 개재(介在)됨이 없이 인접한 배터리 셀(300)의 하단부를 향하여 노출된다. 여기서, 배터리 셀(300)의 하단부라 함은 배터리 셀(300)의 하면으로부터 배터리 셀(300)의 높이의 1/2 미만인 배터리 셀(300)의 일부를 의미하며, 배터리 셀(300)의 상단부라 함은 배터리 셀(300)의 상면으로부터 배터리 셀(300)의 높이의 1/2를 초과하는 배터리 셀(300)의 일부를 의미할 수 있다.
종래에는, 배터리 모듈을 구성하기 위하여 배터리 셀(300)의 하단부의 외주면을 별도로 마련되는 지지체로 지지하였다. 이와 같은 지지체는 배터리 셀(300)의 하단부가 끼워질 수 있는 복수 개의 홈 또는 홀이 형성되고, 복수 개의 배터리 셀(300)은 하단부가 지지체에 형성된 복수 개의 홈 또는 홀에 각각 삽입되어 하단부의 외주면이 지지되었다.
이에 반해, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 복수 개의 배터리 셀(300)의 하단부의 외주면을 별도의 지지체로 지지하지 않는다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 배터리 셀(300)의 하단부의 외주면을 지지하기 위한 지지체를 사용하지 않는다. 이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 배터리 셀(300)의 하단부의 외주면을 지지하기 위한 지지체를 사용하지 않는 간소화된 구조를 가질 수 있으며, 간소화된 구조에도 불구하고 복수 개의 배터리 셀(300)을 효과적으로 정렬하여 안정적으로 고정시킬 수 있다. 별도의 지지체를 사용하지 않고 복수 개의 배터리 셀(300)을 상단부로부터 하단부까지 정렬하는 내용은 배터리 모듈의 제조 방법과 관련하여 후술하기로 한다.
홀더(400)는 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부의 외주면을 지지한다. 예를 들어, 홀더(400)는 배터리 셀(300)의 상단부가 끼워질 수 있는 복수 개의 홈 또는 홀이 형성되고, 복수 개의 배터리 셀(300)은 상단부가 홀더(400)에 형성된 복수 개의 홈 또는 홀에 각각 삽입되어 상단부의 외주면이 지지된다.
이와 같은 홀더(400)는 배터리 셀(300)의 상단부에 결합되어, 배터리 셀(300)의 상단부의 외주면만을 지지한다. 즉, 복수 개의 배터리 셀(300)의 하단부의 외주면은 상기 홀더(400)에 의하여 전혀 지지되지 않는다. 이에, 복수 개의 배터리 셀(300)은 하단부의 외주면이 상기 홀더(400)에 의하여 지지되지 않은 상태로 노출되어 접착층(200)에 고정될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 트레이(100)와 결합되어 복수 개의 배터리 셀(300)을 내부 공간에 수용하기 위한 케이스(500)를 더 포함할 수 있다. 케이스(500)는 트레이(100)와 결합되어 내부 공간을 형성하고, 내부 공간에는 복수 개의 배터리 셀(300)이 수용될 수 있다. 이와 같은 내부 공간은 반드시 밀폐된 공간을 의미하는 것은 아니며, 일부가 개방될 수도 있음은 물론이다. 전술한 바와 같이 트레이(100)가 상부가 개방된 사각 박스의 형상을 가지는 경우, 케이스(500)는 하부가 개방된 사각 박스의 형상을 가질 수 있다. 이때 케이스(500)의 상부는 차폐되거나 적어도 일부가 개방될 수도 있음은 물론이다.
이때, 도시되지는 않았으나 케이스(500)는 홀더(400)와 일체로 형성될 수도 있음은 물론이다. 즉, 전술한 홀더(400)가 케이스(500)의 상부에 배치되고, 홀더(400)의 가장자리가 하부로 연장되어 트레이(100)와 결합되는 케이스(500)의 역할을 수행함으로써 케이스(500)와 홀더(400)는 일체로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 전술한 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 이러한 배터리 모듈 이외에, 배터리 모듈을 수납하기 위한 팩 케이스(500), 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 예를 들어 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다. 이와 같은 배터리 모듈 또는 배터리 팩은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차 또는 전력 저장 장치(ESS; Energy Storage System)에 적용될 수 있다.
<실시 예 2>
이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제조 방법의 설명에 있어서, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈과 관련하여 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다. 보다 상세하게는, 도 3은 지그(10)에 복수 개의 배터리 셀(300)을 삽입하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 4는 지그(10)에 복수 개의 배터리 셀(300)이 삽입된 모습을 나타내는 도면이며, 도 5는 지그(10)의 이동 플레이트(12)를 하부로 이동시키는 모습을 나타내는 도면이다. 또한, 도 6은 지그(10)의 이동 플레이트(12)를 상부로 이동시키는 모습을 나타내는 도면이고, 도 7은 지그(10)가 제거된 모습을 나타내는 도면이며, 도 8은 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부에 홀더(400)를 결합시킨 모습을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제조 방법은 고정 플레이트(14) 및 상기 고정 플레이트(14)의 하부에 설치된 이동 플레이트(12)를 포함하는 지그(10)를 마련하는 과정, 상기 지그(10)를 접착제가 도포된 트레이(100)의 안착면(112) 상에 위치시키는 과정, 복수 개의 배터리 셀(300)을 상기 고정 플레이트(14) 및 이동 플레이트(12)를 통과시켜 상기 트레이(100)의 안착면(112) 상에 안착시키는 과정, 상기 이동 플레이트(12)를 하부로 이동시켜 상기 복수 개의 배터리 셀(300)을 정렬하는 과정, 상기 지그(10)를 제거하는 과정 및 상기 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부에 홀더(400)를 결합시키는 과정을 포함한다.
지그(10)를 마련하는 과정은, 고정 플레이트(14) 및 상기 고정 플레이트(14)의 하부에 설치된 이동 플레이트(12)를 포함하는 지그(10)를 마련한다. 여기서, 고정 플레이트(14)는 배터리 모듈을 제조함에 있어서 상하 방향으로 이동하지 않는 판 형상의 구조물일 수 있으며, 이동 플레이트(12)는 배터리 모듈을 제조함에 있어서 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치된 판 형상의 구조물일 수 있다.
도시되지는 않았으나, 고정 플레이트(14)의 하부에는 하방으로 연장되는 연결 부재가 설치될 수 있으며, 이동 플레이트(12)는 연결 부재를 따라 하방 및 상방으로 이동할 수 있도록 고정 플레이트(14)의 하부에 설치될 수 있다.
고정 플레이트(14)에는 복수 개의 제1 관통구(14H)가 설치될 수 있다. 또한, 이동 플레이트(12)에도 복수 개의 제2 관통구(12H)가 형성될 수 있다. 제1 관통구(14H) 및 제2 관통구(12H)는 복수 개의 배터리 셀(300)과 동일한 개수로 고정 플레이트(14) 및 이동 플레이트(12)에 형성될 수 있으며, 제1 관통구(14H)와 제2 관통구(12H)는 배터리 셀(300)의 외경과 동일한 직경을 가지며 상호 중첩되도록 형성될 수 있다.
트레이(100)의 안착면(112) 상에 위치시키는 과정은, 지그(10)를 접착제가 도포된 트레이(100)의 안착면(112) 상에 위치시킨다. 전술한 바와 같이, 트레이(100)는 바닥부(110) 및 측벽부(120)를 포함하는 바, 트레이(100)의 안착면(112) 상에는 소정의 높이로 접착제가 도포되어 채워질 수 있다. 트레이(100)의 안착면(112) 상에 접착제가 도포된 후, 지그(10)를 트레이(100)의 상방으로 이동시켜 트레이(100)의 안착면(112) 상에 위치시킨다.
이때, 트레이(100)의 안착면(112) 상에 위치시키는 과정은, 고정 플레이트(14)가 안착면(112) 상에 위치한 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부의 외주면을 지지할 수 있도록, 상기 고정 플레이트(14)의 높이를 조절하여 위치시킬 수 있다. 후술하는 바와 같이, 고정 플레이트(14)는 안착면(112) 상에 도포된 접착제가 경화될 때까지 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부의 외주면을 지지한다. 따라서, 지그(10)를 트레이(100)의 안착면(112) 상에 위치시킬 때, 안착면(112) 상에 복수 개의 배터리 셀(300)이 안착되는 경우 고정 플레이트(14)가 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부의 외주면을 지지하도록 그 높이를 조절할 수 있다.
트레이(100)의 안착면(112) 상에 안착시키는 과정은, 복수 개의 배터리 셀(300)을 고정 플레이트(14) 및 이동 플레이트(12)를 통과시켜 상기 트레이(100)의 안착면(112) 상에 안착시킨다. 전술한 바와 같이, 고정 플레이트(14)에는 복수 개의 제1 관통구(14H)가 설치되고, 이동 플레이트(12)에도 복수 개의 제2 관통구(12H)가 형성될 수 있다. 제1 관통구(14H) 및 제2 관통구(12H)는 복수 개의 배터리 셀(300)과 동일한 개수로 고정 플레이트(14) 및 이동 플레이트(12)에 형성될 수 있으며, 제1 관통구(14H)와 제2 관통구(12H)는 배터리 셀(300)의 외경과 동일한 직경을 가지며 상호 중첩되도록 형성될 수 있다. 따라서, 복수 개의 배터리 셀(300)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 지그(10)의 상부에서 서로 중첩되는 제1 관통구(14H) 및 제2 관통구(12H)에 삽입되어 트레이(100)의 안착면(112) 상에 안착될 수 있다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 고정 플레이트(14)는 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부의 외주면을 지지하게 되고, 이동 플레이트(12)는 고정 플레이트(14)의 하면에 접촉되어 배터리 셀(300)의 외주면을 지지하도록 위치하게 된다.
복수 개의 배터리 셀(300)을 정렬하는 과정은, 도 5에 도시된 바와 같이 이동 플레이트(12)를 하부로 이동시켜 복수 개의 배터리 셀(300)을 정렬한다. 전술한 바와 같이, 복수 개의 배터리 셀(300)이 트레이(100)의 안착면(112) 상에 안착될 때, 복수 개의 배터리 셀(300)의 하단부는 그 외주면이 전혀 지지되지 않은 상태로 안착면(112) 상에 안착된다. 이 경우, 복수 개의 배터리 셀(300)은 수직 방향으로 정렬되지 않고, 하단부에서 틀어짐이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 배터리 셀(300)을 정렬하는 과정에서는 이동 플레이트(12)를 하부로 이동시켜 복수 개의 배터리 셀(300)을 정렬한다. 이동 플레이트(12)가 하부로 이동함에 의하여, 하단부에서 틀어짐이 발생한 배터리 셀(300)은 수직하게 정렬될 수 있다. 또한, 복수 개의 배터리 셀(300) 사이의 간격, 특히 복수 개의 배터리 셀(300)의 하단부 사이의 간격도 균일하게 조절될 수 있다.
여기서, 이동 플레이트(12)는 트레이(100)에 구비되는 측벽부(120)에 의하여 하방으로의 이동이 제한될 수 있다. 즉, 이동 플레이트(12)는 측벽부(120)의 상단에 접촉하는 위치까지 하부로 이동할 수 있다. 만약, 트레이(100)에 측벽부(120)가 마련되지 않는 경우, 이동 플레이트(12)는 안착면(112)에 도포된 접착제에 접촉할 수 있게 된다. 반면, 트레이(100)에 측벽부(120)가 마련되는 경우, 이동 플레이트(12)의 하강이 제한되어 복수 개의 배터리 셀(300)을 최하단까지 전체적으로 정렬할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 이동 플레이트(12)를 접착제에 접촉시키지 않으면서 이동 플레이트(12)의 하강 범위를 최대한 확보하기 위하여 측벽부(120)의 연장되는 높이를 복수 개의 배터리 셀(300)의 높이의 1/10 내지 1/4로 형성한다.
또한, 복수 개의 배터리 셀(300)을 정렬하는 과정은 이동 플레이트(12)를 하부로 이동시킨 후, 접착제가 경화될 때까지 이동 플레이트(12)의 위치를 유지시킬 수 있다. 이동 플레이트(12)가 하부로 이동한 후에는, 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부의 외주면은 고정 플레이트(14)에 의하여 지지되고, 하단부의 외주면은 이동 플레이트(12)에 의하여 지지되는 상태가 된다. 따라서, 접착제가 경화될 때까지 하방으로 이동한 이동 플레이트(12)의 위치를 유지함으로써 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부와 하단부의 외주면을 지지한 상태로 접착제를 경화시켜 복수 개의 배터리 셀(300)을 고정할 수 있다.
접착제가 경화되어 복수 개의 배터리 셀(300)이 안착면(112) 상에 고정되면, 지그(10)를 제거하는 과정이 수행된다. 이때, 지그(10)를 제거하는 과정은 도 6에 도시된 바와 같이 이동 플레이트(12)를 먼저 상부로 이동시킨 후, 고정 플레이트(14)와 이동 플레이트(12)를 동시에 상부로 이동시켜 도 7에 도시된 바와 같이 지그(10)를 제거할 수 있다.
홀더(400)를 결합시키는 과정은, 지그(10)가 제거되고 트레이(100) 상에 접착층(200)에 의하여 하면이 고정된 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부에 홀더(400)를 결합시킨다. 전술한 바와 같이 홀더(400)에는 배터리 셀(300)의 상단부가 끼워질 수 있는 복수 개의 홈 또는 홀이 형성되는 바, 복수 개의 배터리 셀(300)은 상단부가 홀더(400)에 형성된 복수 개의 홈 또는 홀에 각각 삽입되어 상단부의 외주면이 지지된다.
이후, 복수 개의 배터리 셀(300)이 내부에 수용되도록 상기 트레이(100)에 케이스(500)를 결합하는 과정이 수행될 수 있다. 즉, 배터리 모듈은 트레이(100)와 결합되어 복수 개의 배터리 셀(300)을 내부 공간에 수용하기 위한 케이스(500)를 포함할 수 있는데, 트레이(100)에 케이스(500)를 결합함에 의하여 복수 개의 배터리 셀(300)을 내부 공간에 수용할 수 있다. 이때, 케이스(500)가 홀더(400)와 별개로 마련되는 경우 트레이(100)에 케이스(500)를 결합하는 과정은 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부에 홀더(400)를 결합시키는 과정 이후에 수행될 수 있으며, 케이스(500)와 홀더(400)가 일체로 형성되는 경우 복수 개의 배터리 셀(300)의 상단부에 홀더(400)를 결합시키는 과정과 동시에 수행될 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 및 이의 제조 방법에 의하면, 복수 개의 배터리 셀(300)의 하단부의 외주면을 지지하기 위한 별도의 부재를 사용하지 않음으로써 배터리 모듈의 구조를 간소화하고 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 이와 같은 간소화된 구조에도 불구하고 배터리 셀(300)의 수직도를 향상시키고 균일한 간격을 가지도록 정렬하여 안정적으로 고정시킬 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 지그 12: 이동 플레이트
14: 고정 플레이트 100: 트레이
110: 바닥부 120: 측벽부
200: 접착층 300: 배터리 셀
400: 홀더 500: 케이스

Claims (13)

  1. 평면으로 이루어지는 안착면을 제공하는 트레이;
    상기 안착면 상에 마련되는 접착층;
    상기 접착층에 하면이 고정되고, 하단부의 외주면이 노출되는 복수 개의 배터리 셀; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀의 상단부의 외주면을 지지하는 홀더;를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀은 하단부의 외주면이 상기 홀더에 의하여 지지되지 않은 상태로 노출되어 상기 접착층에 고정되는 배터리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 트레이는,
    상면에 상기 안착면을 가지는 바닥부; 및
    상기 바닥부의 가장자리로부터 상부로 연장되는 측벽부;를 포함하고,
    상기 측벽부는 상기 복수 개의 배터리 셀의 높이의 1/10 내지 1/4의 높이만큼 상부로 연장되는 배터리 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 접착층은, 열 전도성 물질로 형성되고,
    상기 바닥부는, 상기 복수 개의 배터리 셀로부터 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 방열 판을 포함하는 배터리 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 트레이와 결합되어 상기 복수 개의 배터리 셀을 내부 공간에 수용하기 위한 케이스;를 더 포함하는 배터리 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 케이스는 상기 홀더와 일체로 형성되는 배터리 모듈.
  7. 고정 플레이트 및 상기 고정 플레이트의 하부에 설치된 이동 플레이트를 포함하는 지그를 마련하는 과정;
    상기 지그를 접착제가 도포된 트레이의 안착면 상에 위치시키는 과정;
    복수 개의 배터리 셀을 상기 고정 플레이트 및 이동 플레이트에 삽입하여 상기 트레이의 안착면 상에 안착시키는 과정;
    상기 이동 플레이트를 하부로 이동시켜 상기 복수 개의 배터리 셀을 정렬하는 과정;
    상기 지그를 제거하는 과정; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀의 상단부에 홀더를 결합시키는 과정;을 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 트레이의 안착면 상에 위치시키는 과정은,
    상기 고정 플레이트가 상기 안착면 상에 위치한 복수 개의 배터리 셀의 상단부의 외주면을 지지할 수 있도록, 상기 고정 플레이트의 높이를 조절하여 위치시키는 배터리 모듈의 제조 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 고정 플레이트에는 복수 개의 제1 관통구가 형성되고,
    상기 이동 플레이트에는 복수 개의 제2 관통구가 형성되며,
    상기 트레이의 안착면 상에 안착시키는 과정은,
    상기 복수 개의 배터리 셀을 서로 중첩되는 제1 관통구 및 제2 관통구에 삽입하여 상기 트레이의 안착면 상에 안착시키는 배터리 모듈의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 관통구 및 제2 관통구는 배터리 셀의 외경과 일치하는 직경을 가지는 배터리 모듈의 제조 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀을 정렬하는 과정은,
    상기 이동 플레이트를 하부로 이동시킨 후, 상기 접착제가 경화될 때까지 상기 이동 플레이트의 위치를 유지시키는 배터리 모듈의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 지그를 제거하는 과정은,
    상기 이동 플레이트를 상부로 이동시킨 후에 수행되는 배터리 모듈의 제조 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀이 내부에 수용되도록 상기 트레이에 케이스를 결합하는 과정;을 더 포함하고,
    상기 트레이에 케이스를 결합하는 과정은,
    상기 홀더를 결합시키는 과정과 동시에 또는 상기 홀더를 결합시키는 과정의 이후에 수행되는 배터리 모듈의 제조 방법.
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