KR20220027018A - 전지 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

전지 모듈 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220027018A
KR20220027018A KR1020210102180A KR20210102180A KR20220027018A KR 20220027018 A KR20220027018 A KR 20220027018A KR 1020210102180 A KR1020210102180 A KR 1020210102180A KR 20210102180 A KR20210102180 A KR 20210102180A KR 20220027018 A KR20220027018 A KR 20220027018A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery cell
frame member
cell stack
battery
battery module
Prior art date
Application number
KR1020210102180A
Other languages
English (en)
Inventor
정기택
박준규
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to PCT/KR2021/010201 priority Critical patent/WO2022045619A1/ko
Priority to EP21861916.1A priority patent/EP4037080A4/en
Priority to US17/771,928 priority patent/US20220376341A1/en
Priority to JP2022520912A priority patent/JP7386980B2/ja
Priority to CN202180005818.0A priority patent/CN114503350A/zh
Publication of KR20220027018A publication Critical patent/KR20220027018A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 프레임 부재, 및 상기 프레임 부재 상부에서 상기 전지 셀 적층체를 덮는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 프레임 부재는, 서로 마주보는 2개의 측면부와 상기 2개의 측면부를 연결하는 바닥부를 포함하며, 상기 측면부에는 내측으로 함몰된 함몰부가 형성되어 있다.

Description

전지 모듈 및 이의 제조 방법{BATTERY MODULE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 공정성을 향상시킨 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
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.
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.
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.
도 1은 종래의 모노 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 1을 참고하면, 전지 모듈은 복수의 전지 셀(11)이 적층되어 형성된 전지셀 적층체(12), 전지 셀 적층체(12)를 덮도록 전면과 후면이 개방된 모노 프레임(20) 및 모노 프레임(20)의 전면과 후면을 덮는 엔드 플레이트(60)를 포함할 수 있다. 이러한 전지 모듈을 형성하기 위해, 도 1에 도시한 화살표와 같이 x축 방향을 따라 모노 프레임(20)의 개방된 전면 또는 후면으로 전지 셀 적층체(12)가 삽입되도록 수평 조립이 필요하다. 다만, 이러한 수평 조립이 안정적으로 될 수 있도록 전지 셀 적층체(12)와 모노 프레임(20) 사이에 충분한 여유 공간(clearance)을 확보해야 한다. 여기서, 여유 공간(clearance)이란 끼워 맞춤 등에 의해 발생하는 틈을 말한다. 여유 공간이 작은 경우에 수평 조립 과정에서 부품 손상이 일어날 수 있다. 따라서, 모노 프레임(20)의 높이는 전지셀 적층체(12)의 최대 높이와 삽입 과정에서의 조립 공차(tolerance) 등을 고려해 크게 설계되어야 하며, 그로 인해 불필요하게 낭비되는 공간이 발생할 수 있다. 이러한 조립 공차를 최소화하기 위해 가이드 필름을 사용하기도 하나, 삽입 과정에서 가이드 필름이 끊어지거나 교체에 따른 비용이 증대하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 프레임 부재 내에 전지 셀 적층체를 삽입하는 속도를 개선하고 강성을 향상시키는 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체, 상기 전지 셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 프레임 부재, 및 상기 프레임 부재 상부에서 상기 전지 셀 적층체를 덮는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 프레임 부재는, 서로 마주보는 2개의 측면부와 상기 2개의 측면부를 연결하는 바닥부를 포함하며, 상기 측면부에는 내측으로 함몰된 함몰부가 형성되어 있다.
상기 측면부는, 상기 함몰부가 위치하는 제1 영역과, 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 측면부의 적어도 하나의 일측 가장자리를 따라 위치할 수 있다.
상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 두께는 서로 동일할 수 있다.
상기 측면부의 상측 단부와 인접한 함몰부 부분에는 경사부가 형성될 수 있다.
상기 측면부에 형성된 함몰부의 하단은 상기 바닥부로부터 이격될 수 있다.
상기 측면부에 형성된 함몰부의 상단은 상기 측면부의 상단과 일치하도록 형성될 수 있다.
상기 함몰부는 상기 측면부에서 복수개 형성되고, 상기 복수의 함몰부는 상기 전지 셀의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 형성되며, 상기 함몰부는 상기 전지 셀의 높이 방향으로 길게 뻗을 수 있다.
상기 함몰부는 상기 측면부에서 복수개 형성되고, 상기 복수의 함몰부는 상기 전지 셀의 높이 방향을 따라 서로 이격되어 형성되며, 상기 함몰부는 상기 전지 셀의 길이 방향으로 길게 뻗을 수 있다.
상기 함몰부는 제1 함몰부와 제2 함몰부를 포함하고, 상기 제2 함몰부의 면적은 상기 제1 함몰부의 면적보다 작을 수 있다.
상기 측면부는 상기 제1 함몰부를 둘러싸는 제1 측면부와, 상기 제1 함몰부와 상기 제2 함몰부 사이에 위치하는 제2 측면부를 포함할 수 있다.
상기 프레임 부재에 포함되는 상기 바닥부와 상기 측면부가 일체형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은, 상부가 개방된 프레임 부재 내부에 전지 셀 적층체를 삽입하는 단계, 및 상기 프레임 부재의 개방된 상부를 덮도록 상기 전지 셀 적층체 상에 상부 프레임을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 프레임 부재는 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고, 상기 측면부의 상측 단부와 인접한 상기 함몰부 부분에는 경사부가 형성되며, 상기 프레임 부재 내부에 상기 전지 셀 적층체를 삽입하는 단계는, 상기 측면부에 형성된 함몰부를 따라 상기 전지 셀 적층체를 삽입하며, 상기 경사부에 상기 전지 셀 적층체가 가장 먼저 닿으면서 상기 전지 셀 적층체가 삽입될 수 있다.
상기 프레임 부재 내부에 상기 전지 셀 적층체를 삽입하는 단계에서, 상기 전지 셀 적층체는, 서로 마주보는 측면부 사이의 내측 거리 이상이고, 서로 마주보는 측면부 사이의 외측 거리 이하의 폭을 갖는 조건에서 상기 프레임 부재의 개방된 상부를 통해 진입할 수 있다.
상기 함몰부는 프레스 성형에 의해 형성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 수직 방향으로 전지 셀 적층체를 적층함으로써 삽입 속도를 개선하고, 기존의 가이드 필름을 생략하여 비용을 절감할 수 있다.
또, 프레임 부재 내측 부분을 프레스 성형함으로써, 프레임 부재 좌우 상단을 강제로 벌리지 않아도 자연스럽게 전지 셀 적층체가 프레임 부재 내에 삽입될 수 있다.
또, 프레스 성형 구조에 의해 스웰링 현상으로 인한 전지 셀의 성능 저하를 방지할 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 종래의 모노 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 전지 모듈 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함된 프레임 부재 및 전지 모듈 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈에 포함된 프레임 부재를 나타내는 사시도이다.
도 6 및 도 7은 도 4의 프레임 부재의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 프레임 부재를 포함하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 프레임 부재를 포함하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 프레임 부재를 정면에서 바라본 도면이다.
도 11은 도 10의 프레임 부재의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 프레임 부재를 포함하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
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.
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.
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.
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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 복수의 전지 셀(110)이 적층되어 형성된 전지 셀 적층체(200), 전지 셀 적층체(200)를 수납하는 모듈 프레임(300), 전지 셀 적층체(200)의 전면과 후면에 각각 위치하는 엔드 플레이트(650) 및 전지 셀 적층체(200)와 엔드 플레이트(650) 사이에 위치하는 버스 바 프레임(130)을 포함한다. 또한, 전지 모듈(100)은 전지 셀 적층체(200)의 양 측면에 각각 위치하고, 전지 셀(110)과 평행하게 배치되는 압축 패드(750)를 포함할 수 있다.
전지 셀(110)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지 셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지 셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(200)를 형성할 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 복수의 전지 셀(110)은 각각 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다. 한편, 도 2에서 도시한 바와 같이, 복수의 전지 셀(110)은 프레임 부재(400)의 양측면부(420)와 평행하게 배치되어 y축 방향을 따라 차례로 적층될 수 있다.
전지 셀 적층체(200)는, 외부 충격 등에 대한 보호를 위해 강성을 갖는 모듈 프레임(300)에 수납된다.
이때 모듈 프레임(300)은, 전지 셀 적층체(200)를 수납하고 상부(z축 방향)가 개방된 프레임 부재(400) 및 프레임 부재(400)의 개방된 상부를 덮는 상부 프레임(450)을 포함할 수 있다. 이러한 프레임 부재(400)는, 바닥부(410) 및 바닥부(410)의 양 단부로부터 각각 상향 연장된 측면부(420)를 포함할 수 있다. 프레임 부재(400)는 U자형일 수 있다.
즉, 전지 셀 적층체(200)의 하부 및 양 측부는 프레임 부재(400)에 감싸지며, 전지 셀 적층체(200)의 상부는 상부 프레임(450)에 의해 덮일 수 있다.
프레임 부재(400)의 바닥부(410) 상에 전지 셀 적층체(200)가 위치하고, 그 후 상부 프레임(450)을 통해 전지 셀 적층체(200)의 상면을 덮는 방법으로 전지 셀 적층체(200)가 모듈 프레임(300) 내부에 장착될 수 있다.
이때 프레임 부재(400)와 상부 프레임(450)은 용접을 통해 접합될 수 있으나, 접합 방식은 이에 한정되지 않고 다양한 실시예를 통해 구현될 수 있다.
서로 결합된 프레임 부재(400)와 상부 프레임(450)의 개방된 전, 후면(x축 방향 및 그 반대 방향)에 각각 엔드 플레이트(650)가 결합될 수 있다.
엔드 플레이트(650)는 외부의 충격으로부터 전지 셀 적층체(200)를 비롯한 여러 전장품을 보호하고, 동시에 전지 셀 적층체(200)의 전지 셀(110)들과 외부 전원 간의 전기적 연결을 안내할 수 있다.
한편, 전지 셀(110)은 리튬 이차 전지일 수 있고, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이러한 파우치형 이차 전지는 일반적으로 라미네이트 시트에 전극 조립체를 내장한 형태로 마련되기 때문에 작은 크기와 중량에 비해 에너지 밀도가 높은 장점이 있지만, 기계적 강성이 약한 단점이 있다. 특히, 리튬 이차 전지의 경우, 반복적인 충방전 과정에서 전극이 두꺼워지거나, 부반응으로 내부 전해질이 분해되어 가스가 발생할 수 있다. 이때 전극 팽창이나 발생한 가스에 의해 파우치형 이차 전지셀이 부풀어 오르는 현상을 '스웰링 현상'이라고 한다.
본 실시예에서는, 전지 셀 적층체(200)의 양 측면에 각각 압축 패드(750)를 배치할 수 있다. 이러한 압축 패드(750)를 통해 전지 셀(110)들을 초기부터 강하게 압박할 수 있어, 상대적으로 스웰링으로 인한 두께 팽창이 작아지고, 스웰링 현상으로 인한 전지 셀(110)들의 성능 저하를 방지하며, 전지 모듈(100)의 외형 변화를 줄일 수 있다.
이러한 압축 패드(750)는 스웰링 현상을 억제할 수 있도록 폴리우레탄 발포체(Polyurethane Foam)를 포함할 수 있다.
한편, 전지 셀 적층체(200)의 양 측면에 각각 압축 패드(750)를 배치할 때, 전지 셀 적층체(200)와 압축 패드(750) 사이 각각에 양면 테이프를 마련하여, 압축 패드(750)를 전지 셀 적층체(200)에 일차적으로 고정할 수 있다.
또한, 양면 테이프 대신 분사된 점착제를 이용해 압축 패드(750)를 고정할 수 있다. 구체적으로, 전지 셀 적층체(200)의 양 측면에 각각 점착제를 분사한 다음 그 위에 압축 패드(750)를 부착시킬 수 있다. 상기 점착제는 고온의 녹은 형태로, 압력 펌프에 의해 노즐로부터 분사될 수 있다.
한편, 프레임 부재(400)의 개방된 상면(z축 방향)을 통해 전지 셀 적층체(200)를 프레임 부재(400)의 바닥부(410) 상에 위치시킬 수 있는데, 이 때 압축 패드(750)가 각각 측면부(420)에 의해 말려 올라가는 불량이 발생할 수 있다. 이러한 불량은 인해 전지 모듈(100)의 제조를 위한 자동화 공정에 큰 악영향을 미친다. 이러한 불량을 방지하기 위해 벌림 지그와 같은 장치를 사용하여 전지 셀 적층체 삽입 공정을 진행할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지 셀 적층체(200)의 하부면에 위치하는 열전도성 수지층(411)을 더 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈(100)이 전지 팩을 구성할 때, 전지 모듈(100)의 하단부에 히트 싱크(heat sink)가 위치할 수 있다.
열전도성 수지층(411)은 열전도성 수지(Thermal resin)를 포함할 수 있으며, 특히 열전도성 접착 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 실리콘(Silicone)계 소재, 우레탄(Urethane)계 소재 및 아크릴(Acrylic)계 소재 중 적어도 하나를 포함 수 있으며, 특히 우레탄계 소재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열전도성 수지는 열전도도가 우수한 물질로써, 전지 셀들에 발생한 열이 열전도성 수지층(411)과 상기 히트 싱크를 거쳐 외부로 배출될 수 있다. 다만, 상기 열전도성 수지는, 열전도성 접착 물질을 포함하는 것으로, 도포 시에는 액상이지만, 전지 셀 적층체(200)가 그 위에 적층된 이후에는 경화될 수 있다. 따라서, 열전도성 수지층(411)은 전지 셀 적층체(200)를 전지 모듈(100) 내에서 고정시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에서의 열전도성 수지층(411)은 전지 셀 적층체(200)에 대한 방열 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 전지 셀 적층체(200)를 효과적으로 고정하는 효과를 갖는다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 전지 모듈 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 3을 참고하면, 비교예에 따른 전지 모듈 제조 방법은, 전지 셀 적층체(70)를 프레임 부재(30)의 바닥부에 장착하기 전에 벌림 지그(35)를 사용하여 프레임 부재(30)의 양 측면부를 강제로 벌릴 수 있다. 벌림 지그(35)에 의해 프레임 부재(30)의 양 측면부를 강제로 벌린 상태에서, 전지 셀 적층체(70)를 프레임 부재(30)의 바닥부에 삽입할 수 있다. 하지만, 프레임 부재(30)의 폭 및 높이에 따라 벌림량이 크게 되면 탄성 한계를 벗어나 영구 변형이 될 수 있는 문제가 있다.
이에 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 프레임 부재를 강제로 벌리지 않고 전지 셀 적층체가 자연스럽게 프레임 부재 내로 삽입될 수 있도록 함으로써, 상기와 같은 제조 공정상의 불량을 해소하고자 하였으며, 이에 대해 후술하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함된 프레임 부재 및 전지 모듈 제조 방법을 나타내는 도면이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈에 포함된 프레임 부재를 나타내는 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈에 포함된 프레임 부재(400)는, 바닥부(410) 및 바닥부(410)의 양 단부로부터 각각 상향 연장된 측면부(420)를 포함한다. 이때, 바닥부(410)와 2개의 측면부(420)를 일체형으로 형성할 수 있다.
프레임 부재(400)의 측면부(420)에는 프레스 성형에 의해 함몰부(420p)가 형성되어 있다. 측면부(420)는, 함몰부(420p)가 위치하는 제1 영역(P1)과, 제1 영역(P1)을 둘러싸는 제2 영역(P2)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 함몰부(420p)가 형성된 측면부(420)의 제1 영역(P1)의 두께와, 함몰부(420p)가 형성되지 않은 측면부(420)의 제2 영역(P2)의 두께는 서로 동일할 수 있다.
제2 영역(P2)은 측면부(420)의 적어도 하나의 일측 가장자리를 따라 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이 함몰부(420p)는 측면부(420)의 상측 단부와 양 측단부를 제외하고 형성될 수 있다. 측면부(420)의 상측 단부와 인접한 함몰부(420p) 부분에는 경사부(420ps)가 형성될 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 프레스 성형에 의한 함몰부(420p)와 경사부(420ps)는 전지 셀 적층체(200)가 프레임 부재(400) 내에 삽입되는 과정에서 전지 셀 적층체(200)가 자연스럽게 삽입될 수 있도록 하는 역할을 한다. 이때, 전지 셀 적층체(200)는, 서로 마주보는 프레임 부재(400)의 측면부(420) 사이의 내측 거리(d1) 이상이고, 서로 마주보는 프레임 부재(400)의 측면부(420) 사이의 외측 거리(d2) 이하의 폭을 갖는 조건에서 프레임 부재(400)의 개방된 상부를 통해 진입할 수 있다. 전지 셀 적층체(200)의 폭은, 도 2에 도시한 바와 같이 전지 셀(110)이 적층되는 방향인 y축 방향으로의 길이를 의미할 수 있다.
본 실시예에 따른 측면부(420)는 금속 재질로 형성될 수 있고, 일례로 스틸 또는 알루미늄 합금 등으로 형성될 수 있다. 측면부(420)는 전지 셀 적층체(200)가 미끄러지듯이 프레임 부재(400)의 측면부(420)를 타고 넘어갈 수 있는 수준의 강성을 지닐 수 있다.
상기 설명한 전지 모듈을 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 2, 도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은, 상부가 개방된 프레임 부재(400) 내부에 전지 셀 적층체(200)를 삽입하는 단계를 포함한다. 이때, 측면부(420)에 형성된 함몰부(420p)를 따라 전지 셀 적층체(200)를 삽입하며, 측면부(420)의 상측 단부와 인접한 함몰부(420p) 부분에 형성된 경사부(420ps)에 전지 셀 적층체(200)가 가장 먼저 닿으면서 전지 셀 적층체(200)가 삽입된다.
이후, 프레임 부재(400)의 개방된 상부를 덮도록 전지 셀 적층체(200) 상에 상부 프레임(450)을 형성하고, 상부 프레임(450)은 프레임 부재(400)와 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다. 이후, 서로 결합된 프레임 부재(400)와 상부 프레임(450)의 개방된 전, 후면(x축 방향 및 그 반대 방향)에 각각 엔드 플레이트(650)를 결합할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 의하면, 프레임 부재의 폭 및 높이에 상관없이 프레임 부재 소재의 탄성 한계 범위 내에서 조립이 가능하고, 프레임 부재의 벌림 공정을 생략할 수 있어 공정 시간을 단축할 수 있다.
도 6 및 도 7은 도 4의 프레임 부재의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참고하면, 도 4 및 도 5에서 도시한 것과 달리 측면부(420)에 형성된 함몰부(420p')의 하단이 바닥부(410)로부터 이격될 수 있다. 본 실시예에서 함몰부(420p')의 하단은 경사진 모양으로 도 6에 도시되어 있으나, 함몰부(420p')의 상단과 달리 경사지지 않고 측면부(420)에 수직할 수도 있다.
도 7을 참고하면, 도 4 및 도 5에서 도시한 것과 달리 측면부(420)에 형성된 함몰부(420p'')의 상단이 측면부(420)의 상단과 실질적으로 일치하도록 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 프레임 부재를 포함하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 프레임 부재(500)는 바닥부(510) 및 바닥부(510)의 양 단부로부터 각각 상향 연장된 측면부(520)를 포함한다. 이때, 바닥부(510)와 2개의 측면부(520)를 일체형으로 형성할 수 있다. 도 5에 도시한 프레임 부재(400)에서는 하나의 함몰부(420p)가 형성되나, 본 실시예에 따른 프레임 부재(500)의 측면부(520)에는 프레스 성형에 의해 복수의 함몰부(520p)가 형성되어 있다. 복수의 함몰부(520p)는 도 2에 도시한 전지 셀(110)의 길이 방향인 x축 방향을 따라 서로 이격되어 형성될 수 있다. 각각의 함몰부(520p)는 전지 셀(110)의 높이 방향인 z축 방향으로 길게 뻗어 있다.
본 실시예에 따르면, 프레스 성형을 통해 복수의 함몰부(520p)를 형성함으로써 구조적인 강성을 향상시킬 수 있다.
도 8의 프레임 부재(500)는 도 5에서 설명한 프레임 부재(400)의 변형예이고, 상기에서 설명한 차이점 외에 도 5에서 설명한 내용은 본 실시예에 모두 적용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 프레임 부재를 포함하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 10은 도 9의 프레임 부재를 정면에서 바라본 도면이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 프레임 부재(600)는 바닥부(610) 및 바닥부(610)의 양 단부로부터 각각 상향 연장된 측면부(620)를 포함한다. 이때, 바닥부(610)와 2개의 측면부(620)를 일체형으로 형성할 수 있다. 도 5에 도시한 프레임 부재(400)에서는 하나의 함몰부(420p)가 형성되나, 본 실시예에 따른 프레임 부재(600)의 측면부(620)에는 프레스 성형에 의해 복수의 함몰부(620p)가 형성되어 있다. 도 8에 도시한 프레임 부재(500)에서는 복수의 함몰부(520p)가 전지 셀의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 형성되나, 본 실시예에 따른 함몰부(620p)는 도 2에 도시한 전지 셀(110)의 높이 방향인 z축 방향을 따라 서로 이격되어 복수개 형성될 수 있다. 각각의 함몰부(620p)는 전지 셀(110)의 길이 방향인 x축 방향으로 길게 뻗어 있다.
도 9의 프레임 부재(600)는 도 5, 8에서 설명한 프레임 부재(400, 500)의 변형예이고, 상기에서 설명한 차이점 외에 도 5, 8에서 설명한 내용은 본 실시예에 모두 적용할 수 있다.
도 11은 도 10의 프레임 부재의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 11을 참고하면, 도 10에서 도시한 것과 달리 측면부(620)에 형성된 복수의 함몰부(620p') 중에서 측면부(620) 하부에 위치하는 함몰부(620p')의 하단이 바닥부(610)로부터 이격될 수 있다. 본 실시예에서 함몰부(620p')의 하단은 경사진 모양으로 도 11에 도시되어 있으나, 함몰부(620p')의 상단과 달리 경사지지 않고 측면부(620)에 수직할 수도 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 프레임 부재를 포함하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 12를 참고하면, 본 실시예에 따른 프레임 부재(700)는 바닥부(710) 및 바닥부(710)의 양 단부로부터 각각 상향 연장된 측면부(720)를 포함한다. 이때, 바닥부(710)와 2개의 측면부(720)를 일체형으로 형성할 수 있다. 도 5에 도시한 프레임 부재(400)에서는 하나의 함몰부(420p)가 형성되나, 본 실시예에 따른 프레임 부재(700)의 측면부(720)에는 프레스 성형에 의해 복수의 함몰부(720p)가 형성되어 있다. 특히, 본 실시예에 따른 함몰부(720p)는 제1 함몰부(720p1)와 제2 함몰부(720p2)를 포함하고, 제2 함몰부(720p2)의 면적은 제1 함몰부(720p1)의 면적보다 작다. 제1 함몰부(720p1)는 측면부(720)의 테두리를 따라 형성되고, 제2 함몰부(720p2)는 프레스 성형되지 않은 측면부(720) 중앙에 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 측면부(720)는 제1 함몰부(720p1)를 둘러싸는 제1 측면부(720a)와, 제1 함몰부(720p1)와 제2 함몰부(720p2) 사이에 위치하는 제2 측면부(720b)를 포함할 수 있다.
도 9의 프레임 부재(600)는 도 5, 8에서 설명한 프레임 부재(400, 500)의 변형예이고, 상기에서 설명한 차이점 외에 도 5, 8에서 설명한 내용은 본 실시예에 모두 적용할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 전지 모듈이나 전지 팩은 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 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
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.
110: 전지 셀
200: 전지 셀 적층체
300: 모듈 프레임
400, 500, 600, 700: 프레임 부재
420, 520, 620, 720: 측면부
420p, 520p, 620p, 720p: 함몰부
420ps: 경사부

Claims (14)

  1. 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지 셀 적층체,
    상기 전지 셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 프레임 부재, 및
    상기 프레임 부재 상부에서 상기 전지 셀 적층체를 덮는 상부 플레이트를 포함하고,
    상기 프레임 부재는, 서로 마주보는 2개의 측면부와 상기 2개의 측면부를 연결하는 바닥부를 포함하며,
    상기 측면부에는 내측으로 함몰된 함몰부가 형성되어 있는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 측면부는, 상기 함몰부가 위치하는 제1 영역과, 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제2 영역은 상기 측면부의 적어도 하나의 일측 가장자리를 따라 위치하는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 두께는 서로 동일한 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 측면부의 상측 단부와 인접한 함몰부 부분에는 경사부가 형성되는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 측면부에 형성된 함몰부의 하단은 상기 바닥부로부터 이격되어 있는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 측면부에 형성된 함몰부의 상단은 상기 측면부의 상단과 일치하도록 형성되는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 함몰부는 상기 측면부에서 복수개 형성되고, 상기 복수의 함몰부는 상기 전지 셀의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 형성되며, 상기 함몰부는 상기 전지 셀의 높이 방향으로 길게 뻗어 있는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 함몰부는 상기 측면부에서 복수개 형성되고, 상기 복수의 함몰부는 상기 전지 셀의 높이 방향을 따라 서로 이격되어 형성되며, 상기 함몰부는 상기 전지 셀의 길이 방향으로 길게 뻗어 있는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 함몰부는 제1 함몰부와 제2 함몰부를 포함하고, 상기 제2 함몰부의 면적은 상기 제1 함몰부의 면적보다 작은 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 측면부는 상기 제1 함몰부를 둘러싸는 제1 측면부와, 상기 제1 함몰부와 상기 제2 함몰부 사이에 위치하는 제2 측면부를 포함하는 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 프레임 부재에 포함되는 상기 바닥부와 상기 측면부가 일체형으로 형성되는 전지 모듈.
  12. 상부가 개방된 프레임 부재 내부에 전지 셀 적층체를 삽입하는 단계, 및
    상기 프레임 부재의 개방된 상부를 덮도록 상기 전지 셀 적층체 상에 상부 프레임을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 프레임 부재는 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고, 상기 측면부의 상측 단부와 인접한 상기 함몰부 부분에는 경사부가 형성되며,
    상기 프레임 부재 내부에 상기 전지 셀 적층체를 삽입하는 단계는, 상기 측면부에 형성된 함몰부를 따라 상기 전지 셀 적층체를 삽입하며, 상기 경사부에 상기 전지 셀 적층체가 가장 먼저 닿으면서 상기 전지 셀 적층체가 삽입되는 전지 모듈 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 프레임 부재 내부에 상기 전지 셀 적층체를 삽입하는 단계에서, 상기 전지 셀 적층체는, 서로 마주보는 측면부 사이의 내측 거리 이상이고, 서로 마주보는 측면부 사이의 외측 거리 이하의 폭을 갖는 조건에서 상기 프레임 부재의 개방된 상부를 통해 진입하는 전지 모듈 제조 방법.
  14. 제12항에서,
    상기 함몰부는 프레스 성형에 의해 형성되는 전지 모듈 제조 방법.
KR1020210102180A 2020-08-26 2021-08-03 전지 모듈 및 이의 제조 방법 KR20220027018A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2021/010201 WO2022045619A1 (ko) 2020-08-26 2021-08-04 전지 모듈 및 이의 제조 방법
EP21861916.1A EP4037080A4 (en) 2020-08-26 2021-08-04 BATTERY MODULE AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF
US17/771,928 US20220376341A1 (en) 2020-08-26 2021-08-04 Battery module and method of manufacturing the same
JP2022520912A JP7386980B2 (ja) 2020-08-26 2021-08-04 電池モジュールおよびその製造方法
CN202180005818.0A CN114503350A (zh) 2020-08-26 2021-08-04 电池模块和制造该电池模块的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200107737 2020-08-26
KR20200107737 2020-08-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220027018A true KR20220027018A (ko) 2022-03-07

Family

ID=80817693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210102180A KR20220027018A (ko) 2020-08-26 2021-08-03 전지 모듈 및 이의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220027018A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102473335B1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR102465865B1 (ko) 전지 모듈, 이의 제조 방법 및 전지팩
US20220045383A1 (en) Battery module, method of manufacturing the same and battery pack
KR20220008558A (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
KR102477607B1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
CN113692672A (zh) 电池模块、制造该电池模块的方法以及电池组
KR20210074744A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20200142241A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
JP7386980B2 (ja) 電池モジュールおよびその製造方法
JP7482999B2 (ja) 電池モジュール製造装置および電池モジュール製造方法
US20240030512A1 (en) Battery module and battery pack including the same
EP3910723A1 (en) Battery module and battery pack including the same
KR20220033855A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20220027018A (ko) 전지 모듈 및 이의 제조 방법
US20220158284A1 (en) Battery Module and Battery Pack Including the Same
US20230420779A1 (en) Battery module and battery pack including the same
US20230275281A1 (en) Battery module and battery pack including the same
EP3952011B1 (en) Battery module, method for manufacturing the same and battery pack
KR20220105519A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR20220170339A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20220025413A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20210064079A (ko) 전지 모듈, 이의 제조 방법 및 전지 팩
KR20220101544A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination