KR20220053312A

KR20220053312A - 배터리 모듈 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20220053312A
Application number: KR1020200137610A
Authority: KR
Inventors: 황재일; 정준희; 구본석; 이정환; 조세훈
Original assignee: 에스케이온 주식회사
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-04-29

Abstract

본 배터리모듈은 각각 복수의 배터리셀이 적층되는 제 1, 2 배터리적층체, 제 1, 2 배터리적층체 사이에 배치되어, 그 양면으로 각각 제 1, 2 배터리적층체를 냉각하는 냉각유닛, 제 1, 2 배터리적층체를 각각 수용하되, 냉각유닛과 결합하도록 구성되는 제 1, 2 모듈하우징을 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 그 제조방법{BATTERY MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 배터리 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조를 개선한 배터리 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다. 이중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.

리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.

이러한, 파우치형 리튬 폴리머 전지(이하, "파우치형 셀"이라고 함)는 쉽게 휘어지거나 구부러질 수 있기 때문에 견고한 케이스 장치로 보호해 주어야 장시간 사용할 수 있으나, 종래에는 이러한 직렬 연결을 위해 각 파우치의 전극탭을 회로 패턴이 형성되어 있는 PCB(Printed Circuit Board; 인쇄회로기판)에 의해 연결하고 이를 케이스에 담는 방식을 사용하였다.

그러나, 이러한 종래의 파우치형 셀을 적층하여 고출력 전지 모듈을 구성하는 방법에 따르면, 충전 또는 방전 동작에 의해 많은 열을 발생되며 발생된 열로 인해 배터리 셀이 열화될 수 있다. 이에 따라, 방열 특성을 향상시키는 구조의 배터리 팩이 요구된다.

본 발명의 일 측면은 구조를 개선한 배터리모듈 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면은 조립공정을 간소화한 배터리모듈 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면은 내구성을 향상시킨 배터리모듈 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 사상에 따른 배터리모듈은 각각 복수의 배터리셀이 적층되는 제 1, 2 배터리적층체; 상기 제 1, 2 배터리적층체 사이에 배치되어, 그 양면으로 각각 상기 제 1, 2 배터리적층체를 냉각하는 냉각유닛; 상기 제 1, 2 배터리적층체를 각각 수용하되, 상기 냉각유닛과 결합하도록 구성되는 제 1, 2 모듈하우징;을 포함한다.

상기 제 1, 2 모듈하우징은, 상기 냉각유닛의 양면 사이에 배치되는 둘레부와 결합되도록, 상기 냉각유닛의 양면 사이에 배치되는 둘레부에 순차적으로 적층되는 제 1, 2 결합부재;를 포함할 수 있다.

상기 제 2 결합부재는, 상기 둘레부에 안착된 상기 제 1 결합부재에 적층되되, 상기 제 1 결합부재와 함께 상기 둘레부에 결합되도록 구성될 수 있다.

상기 제 2 결합부재는, 상기 둘레부에 결합된 상기 제 1 결합부재에 적층되되, 상기 제 1 결합부재와 함께 상기 둘레부에 결합되도록 구성될 수 있다.

상기 제 1, 2 모듈하우징은, 상호 독립적으로 상기 냉각유닛으로부터 분리가능하게 배치될 수 있다.

상기 제 1, 2 모듈하우징은, 상기 제 1, 2 배터리적층체가 수용되도록 일측이 개방된 수용공간;을 포함할 수 있다.

상기 제 1, 2 모듈하우징은, 상기 배터리적층체의 적층면에 대응되는 커버몸체; 상기 커버몸체로부터 연장되어 상기 배터리적층체의 최외측 배터리셀의 외면을 덮는 한 쌍의 커버연장부;를 각각 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 커버연장부는, 상기 배터리적층체의 최외측 배터리셀의 외면을 지지하도록 상기 커버몸체로부터 각각 수직하게 일체로 형성될 수 있다.

상기 한 쌍의 커버연장부는, 상기 냉각유닛의 양면 사이에 배치되는 둘레부와 결합되는 결합부재;를 포함할 수 있다.

상기 결합부재는, 상기 제 1 모듈하우징의 상기 한 쌍의 커버연장부로부터 연장된 제 1 결합부재; 상기 제 2 모듈하우징의 상기 한 쌍의 커버연장부로부터 연장된 제 2 결합부재;를 포함하고, 상기 제 1, 2 결합부재는 적층되어 상기 둘레부에 결합되도록 구성될 수 있다.

상기 제 1, 2 결합부재는, 볼팅결합을 위한 제 1, 2 결합홀;을 포함하고, 상기 냉각유닛은, 상기 둘레부와, 상기 적층된 제 1, 2 결합부재가 볼팅결합되도록, 상기 제 1, 2 결합홀과 대응되는 결합부;를 포함할 수 있다.

상기 제 1, 2 결합부재는, 볼팅결합을 위한 제 1, 2 결합홀;을 포함하고, 상기 냉각유닛은, 상기 둘레부와 상기 제 1 결합부재가 볼팅결합되도록, 상기 제 1 결합홀과 대응되는 제 1 결합부; 상기 둘레부와 상기 제 1, 2 결합부재가 함께 볼팅결합되도록, 상기 제 1, 2 결합홀과 대응되는 제 2 결합부;를 포함할 수 있다.

상기 제 1, 2 결합부는 상기 둘레부에 교번되게 배치될 수 있다.

상기 적층된 제 1, 2 결합부재는, 인접한 상기 커버연장부의 두께와 동일하도록 구성될 수 있다.

상기 제 1, 2 배터리적층체는, 상기 냉각유닛에 대한 상기 제 1, 2 모듈하우징의 결합을 통해 상기 냉각유닛과 접촉상태가 유지되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 사상에 따른 배터리모듈의 제조방법은 복수의 배터리셀이 적층된 제 1 배터리적층체의 적층면이 냉각유닛의 일면과 마주하도록 적층하는 단계; 상기 제 1 배터리적층체를 덮도록 제 1 모듈하우징을 배치하는 단계; 복수의 배터리셀이 적층된 제 2 배터리적층체의 적층면이 상기 냉각유닛의 타면과 마주하도록 적층하는 단계; 상기 제 2 배터리적층체를 덮는 제 2 모듈하우징을 상기 냉각유닛의 둘레부에 상기 제 1 모듈하우징과 함께 결합하는 단계;를 포함한다.

상기 제 1, 2 모듈하우징은, 상기 냉각유닛과 결합되도록, 상기 냉각유닛의 양면 사이에 배치되는 둘레부에 순차적으로 적층되는 제 1, 2 결합부재;를 포함하고, 상기 제 1 모듈하우징을 배치하는 단계는, 상기 제 1 결합부재를 상기 둘레부에 적층하는 단계;를 포함하고, 상기 제 2 모듈하우징을 결합하는 단계는, 상기 제 1 결합부재에 적층되도록 상기 제 2 결합부재를 배치하는 단계; 상기 제 2 결합부재를 상기 제 1 결합부재와 함께 상기 둘레부에 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 제 1, 2 모듈하우징은, 상기 냉각유닛과 결합되도록, 상기 냉각유닛의 양면 사이에 배치되는 둘레부에 순차적으로 적층되는 제 1, 2 결합부재;를 포함하고, 상기 제 1 모듈하우징을 배치하는 단계는, 상기 제 1 결합부재를 상기 둘레부에 결합하는 단계;를 포함하고, 상기 제 2 모듈하우징을 결합하는 단계는, 상기 제 2 결합부재를 상기 둘레부에 결합된 상기 제 1 결합부재와 함께 상기 둘레부에 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면 냉각유닛의 구조를 개선하여, 배터리모듈의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면 냉각유닛의 원가 절감을 구현할 수 있으며, 배터리모듈의 경량화를 도모할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면 배터리셀들의 형상이나 배치에 따라 냉각유닛의 형상이나 크기를 쉽게 변형할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도.
도 4는 도 3의 A의 확대도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 조립에 관한 도면.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.

또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.

또한, 본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA (field-programmable gate array)/ ASIC (application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 분해사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도이다.

배터리모듈(1)은 모듈하우징(10, 20)과, 모듈하우징(10, 20) 내부에 마련되는 복수의 배터리셀(32, 42)과, 냉각유닛(50)들을 포함할 수 있다.

배터리셀(32, 42)은 복수개가 마련될 수 있다. 복수의 배터리셀(32, 42)은 하나의 배터리적층체(30, 40)를 구성할 수 있다. 배터리적층체(30, 40)는 복수의 배터리셀(32, 42)이 일방향으로 적층되어 구성될 수 있다. 한 쌍의 배터리적층체(30, 40)는 냉각유닛(50)에 의해 구획되도록 배치될 수 있다. 즉, 냉각유닛(50)은 한 쌍의 배터리적층체(30, 40) 사이에 배치되어, 양측에 배치된 한 쌍의 배터리적층체(30, 40)와 접촉하여 열교환 할 수 있다. 냉각유닛(50)의 일측에 배치되는 배터리적층체를 제 1 배터리적층체(30), 냉각유닛(50)의 타측에 배치되는 배터리적층체를 제 2 배터리적층체(40)로 정의할 수 있다.

냉각유닛(50)은 배터리셀(32, 42)에서 발생하는 열을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 냉각유닛(50)은 대략 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 냉각유닛(50)은 배터리적층체(30, 40)에 접촉가능하게 배치될 수 있다. 냉각유닛(50)은 한 쌍의 배터리적층체(30, 40)사이에 배치될 수 있다. 냉각유닛(50)은 한 쌍의 배터리적층체(30, 40)의 배터리셀(32, 42)들이 적층된 적층면과 마주하도록 배치될 수 있다. 자세하게는 냉각유닛(50)의 일면(51a)은 제 1 배터리적층체(30)의 적층면 중 일면(34a)과 마주하고, 냉각유닛(50)의 타면(51b)은 제 2 배터리적층체(30)의 적층면 중 일면(44a)와 마주하도록 구성될 수 있다. 냉각유닛(50)의 양면(51a, 51b)과 배터리적층체들(30,40)의 마주하는 적층면(34a, 44a)간은 직접 접촉하거나, 열전달부재를 통해 접촉되어 열교환이 발생하도록 배치될 수 있다. 냉각유닛(50)은 그 명칭에 한정되지 않으며, 열교환기, 열교환유닛, 냉각플레이트, 열교환플레이트 중 어느 하나의 명칭으로 변경할 수 있다.

냉각유닛(50)은 배터리적층체(30, 40)들 사이를 구획하여, 격벽의 기능을 할 수도 있으며, 배터리적층체(30, 40)의 적층면을 효과적으로 냉각하도록 구성될 수 있다.

배터리모듈(1)은 버스바(60)를 포함할 수 있다. 버스바(60)는 배터리적층체(30, 40)의 적어도 일측에 배치되어, 배터리적층체(30, 40)를 형성하는 복수의 배터리셀(32, 42)들간의 전기적 연결이 이루어지도록 할 수 있다. 버스바(60)는 배터리셀(32, 42)들이 적층되는 면들 중 전극탭들이 배치되는 면을 덮도록 구성될 수 있다. 버스바(60)의 외측에는 버스바(60)를 보호하도록 버스바커버(62)가 덮힐 수 있다.

모듈하우징(10, 20)은 제 1 모듈하우징(10)과, 제 2 모듈하우징(20)을 포함할 수 있다.

제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 각각 제 1, 2 배터리적층체(30, 40)를 수용하도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 그 단면이 대략 'ㄷ'자의 형상으로 구성되어 그 내측에 배터리적층체(30, 40)가 수용되는 수용공간(12, 22)을 형성할 수 있다. 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 3면으로 수용공간(12, 22)을 감싸되, 일측으로 수용공간(12, 22)이 개방되도록 구성될 수 있다.

제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 냉각유닛(50)에 각각 결합되도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 수용공간(12, 22)에 각각 제 1, 2 배터리적층체(30, 40)가 수용되도록 구성되되, 냉각유닛(50)과 결합하여 고정될 수 있다. 이러한 구성을 통해 냉각유닛(50)을 중심으로 제 1 모듈하우징(10)과 제 1 배터리적층체(30)가 하나의 모듈로, 제 2 모듈하우징(20)과 제 2 배터리적층체(40)가 또 하나의 모듈로 구성될 수 있다. 이러한 구성을 통해 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 냉각유닛(50)으로부터 상호 독립적으로 분리가능하게 결합될 수 있다. 또한 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 제 1, 2 배터리적층체(30, 40)를 수용하며 냉각유닛(50)에 결합됨으로서, 제 1, 2 배터리적층체(30, 40)의 냉각유닛(50)에 대한 접촉상태를 유지시킬 수 있다. 이를 통해 냉각유닛(50)에 대한 제 1, 2 배터리적층체(30, 40)의 열교환효율을 향상시킬 수 있다.

제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 각각 커버몸체(14, 24)와, 커버연장부(16, 26)를 포함할 수 있다.

커버몸체(14, 24)는 제 1, 2 배터리적층체(30, 40)의 적층면(34b, 44b)의 적층높이에 대응되도록 구성될 수 있다. 자세하게는 커버몸체(14, 24)는 제 1, 2 배터리적층체(30, 40)의 적층면(34b, 44b)의 넓이에 대응되도록 구성되어, 적층면(34b, 44b)을 덮을 수 있다.

커버몸체(14, 24)는 배터리적층체(30, 40)의 적층면(34b, 44b)과 마주하도록 구성될 수 있다. 커버몸체(14, 24)의 내면이 마주하는 적층면(34b, 44b)과, 냉각유닛(50)이 마주하는 적층면(34a, 44a)는 배터리적층체(30, 40)의 반대되는 위치에 배치될 수 있다.

커버연장부(16, 26)는 커버몸체(14, 24)와 일체로 형성될 수 있다. 커버연장부(16, 26)는 배터리적층체(30, 40) 중 최외측에 위치한 배터리셀(32, 42)을 덮도록 구성될 수 있다. 커버연장부(16, 26)는 한 쌍이 마련되어, 상호 동일한 형상으로 구성될 수 있다. 한 쌍의 커버연장부(16, 26)는 커버몸체(14, 24)의 양단으로부터 배터리적층체(30, 40) 중 최외측에 위치한 배터리셀(32, 42)의 외면을 지지하도록 커버몸체(14, 24)에 대해 각각 수직하게 연장되게 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 한 쌍의 커버연장부(16, 26)는 배터리적층체(30, 40)를 적층방향으로 가압 또는 지지할 수 있어서, 스웰링 현상으로 인한 배터리적층체(30, 40)의 부피팽창을 최소화 시킬 수 있다. 또한 배터리모듈(1)의 용량의 증대는, 배터리적층체(30, 40)의 적층높이 증가와, 대응되는 커버몸체(14, 24)만의 변경을 통해 가능하므로, 배터리모듈(1)의 용량확대가 용이할 수 있다.

커버연장부(16, 26)는 배터리적층체(30, 40) 중 최외측에 위치한 배터리셀(32, 42)의 넓이에 대응되도록 구성되어, 최외측에 위치한 배터리셀(32, 42)을 덮을 수 있다.

제 1 모듈하우징(10)에 마련되는 커버몸체는 제 1 커버몸체(14)로, 커버연장부는 제 1 커버연장부(16)로 정의할 수 있다. 제 2 모듈하우징(20)에 마련되는 커버몸체는 제 2 커버몸체(24)로, 커버연장부는 제 2 커버연장부(26)로 정의할 수 있다. 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 각각 제 1, 2 배터리적층체(30, 40)에 대응되는 크기로 형성될 수 있으며, 제 1, 2 배터리적층체(30, 40)의 적층높이, 배터리셀의 넓이등 제 1, 2 배터리적층체(30, 40)의 배터리형상이 차이가 있는 경우 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 상호 다른 크기 및 형상으로 구성될 수 있다. 즉 이에 따라 제 1, 2 커버몸체(14, 24), 제 1, 2 커버연장부(16, 26)도 상호 다른 크기 및 형상으로 구성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 제 1, 2 배터리적층체(30, 40) 상호간에 용량 또는 형상의 차이가 있는 경우에도 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)을 통해 안정적인 결합이 가능할 수 있다. 또한 배터리적층체(30, 40)의 용량이 증대되는 경우에도 모듈하우징(10, 20)만을 변경함으로서, 배터리모듈의 모듈화를 유지할 수 있다.

제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 배터리적층체(30, 40)를 수용하기 위해 배터리적층체(30, 40)와 직접 접촉하도록 구성될 수도 있으며, 단열부재와 같은 별도의 구성들이 개재되도록 구성될 수도 있다. 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 배터리적층체(30, 40)를 수용하고, 이를 지지하는 구성으로서 냉각유닛(50)에 분리가능하게 결합되는 구성이면 이를 만족한다.

도 4는 도 3의 A의 확대도이다. 앞선 도 1, 2, 3를 함께 참고하여 설명한다.

제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 제 1, 2 결합부재(18, 28)를 포함할 수 있다.

제 1, 2 결합부재(18, 28)는 각각 제 1, 2 커버연장부(16, 26)로부터 연장되며, 냉각유닛(50)과 결합되도록 구성될 수 있다. 제 1, 2 커버연장부(16, 26)는 각각 한 쌍이 마련되므로, 제 1, 2 결합부재(18, 28)도 각각 한 쌍이 마련될 수 있다.

제 1, 2 결합부재(18, 28)는 냉각유닛(50)의 양면(51a, 51b)사이에 형성되는 둘레부(54)에 결합될 수 있다. 제 1, 2 결합부재(18, 28)는 냉각유닛(50)의 양면(51a, 51b)사이에 형성되는 둘레부(54)에 순차적으로 적층될 수 있다. 둘레부(50)는 냉각유닛(50)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 제 1, 2 결합부재(18, 28)는 상호간에 적층되게 구성되며, 제 1, 2 결합부재(18, 28)는 적층된 상태로 냉각유닛(50)의 둘레부(54)에 결합될 수 있다.

제 1, 2 결합부재(18, 28)의 적층된 두께는 인접한 커버연장부(16, 26)의 두께와 대응되도록 구성될 수 있다. 자세하게는 제 1 결합부재(18)는 제 1 커버연장부(16)의 내면으로부터 ta의 두께를 가지며, 제 2 결합부재(28)는 제 2 커버연장부(26)의 외면으로부터 tb의 두께를 가질 수 있다. 제 1, 2 결합부재(18, 28)가 적층되면, 커버연장부(16, 26)의 두께인 t와 동일하게 구성될 수 있다. t는 ta와 tb의 합일 수 있다.

냉각유닛(50)은 그 둘레부(54)에 형성된 복수의 결합부를 포함할 수 있다. 복수의 결합부는 둘레부(54)상에 상호간에 이격되게 배치될 수 있다. 복수의 결합부는 볼팅결합을 위한 나사홀의 형상으로 형성될 수 있다. 제 1, 2 결합부재(18, 28)는 복수의 결합부에 대응되는 복수의 결합홀을 포함할 수 있다. 복수의 결합부와 복수의 결합홀은 볼트가 관통 또는 결합가능하게 구성됨으로서, 냉각유닛(50)과 제 1, 2 결합부재(18, 28)를 결합할 수 있다.

제 1, 2 모듈하우징(10, 20)과 냉각유닛(50)의 결합순서에 대해서는 한정되지 않는다. 일례로, 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)은 순차적으로 냉각유닛(50)의 둘레부(54)에 결합될 수도 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 다른 예로, 제 1 모듈하우징(10)이 냉각유닛(50)에 안착된 후 제 2 모듈하우징(20)이 제 1 모듈하우징(10)과 함께 냉각유닛(50)의 둘레부(54)에 결합될 수도 있다. 즉, 전자의 방식은 제 1 모듈하우징(10)이 냉각유닛(50)과 결합된 후에 제 2 모듈하우징(20)이 제 1 모듈하우징(10)과 함께 결합되는 방식이다. 또한 후자의 방식은 제 1 모듈하우징(10)이 냉각유닛(50)과 접촉되게 안착된 후에 제 2 모듈하우징(20)이 제 1 모듈하우징(10)과 함께 결합되는 방식이다.

본 실시예에서는 설명의 편의상 도면들은 앞선 전자의 방식에 관해서 설명하며, 후자의 방식에 관해서는 설명으로 대체한다. 전자의 방식을 제 1 방식으로, 후자의 방식을 제 2 방식으로 정의할 수 있다.

먼저 제 1 방식이 적용되는 배터리모듈의 구성에 관하여 설명한다.

복수의 결합부는 제 1, 2 결합부(56a, 56b)를 포함하고, 복수의 결합홀은 제 1, 2 결합홀(18a, 28a)과, 제 1 관통홀(18b)을 포함할 수 있다.

제 1 결합부재(18)는 제 1 결합부재(18)가 냉각유닛(50)에 결합되도록 제 1 결합부(56a)에 대응되는 복수의 제 1 결합홀(18a)을 포함할 수 있다.

또한 제 1 결합부재(18)는 이후 설명하는 제 2 결합부재(28)의 제 2 결합홀(28a)과 대응되는 복수의 제 1 관통홀(18b)를 포함할 수 있다.

제 2 결합부재(28)는 제 1, 2 결합부재(18, 28)가 적층된 상태로 냉각유닛(50)에 결합되도록 제 2 결합부(56b)에 대응되는 복수의 제 2 결합홀(28a)을 포함할 수 있다.

제 1 결합홀(18a)은 제 1 결합부재(18)가 냉각유닛(50)에 고정되도록 볼팅결합을 위해 형성되는 홀이며, 제 1 관통홀(18b)과 제 2 결합홀(28a)은 제 1, 2 결합부재(18, 28)가 냉각유닛(50)에 함께 고정되도록 볼팅결합을 위해 형성되는 홀일 수 있다. 즉, 복수의 결합홀은 냉각유닛(50)에 대한 하나의 결합부재(18, 28)의 결합을 위한 제 1 결합홀(18a)과, 적층된 두 개의 결합부재(18, 28)의 결합을 위한 제 1 관통홀(18b)과 제 2 결합홀(28a)을 포함할 수 있다.

둘레부(54)에 형성되는 복수의 제 1, 2 결합부(56a, 56b)는 상호간에 교번되게 배치될 수 있다. 이와 대응되도록 제 1 결합홀(18a)은 제 1 관통홀(18b)과 제 2 결합홀(28a)과 교번되도록 배치될 수 있다. 이를 통해 제 1, 2 결합부재(18, 28)를 안정적으로 둘레부(54)에 결합할 수 있으며, 제 1, 2 모듈하우징(10, 20)을 안정적으로 냉각유닛(50)에 고정할 수 있다.

복수의 제 1 관통홀(18b)과 복수의 제 2 결합홀(28a)은 볼팅결합을 위해 제 1, 2 결합부재(18, 28)에서 상호 대응되는 개수와 동일한 위치를 가지도록 배치될 수 있다. 복수의 제 1 관통홀(18b)과 복수의 제 2 결합홀(28a)은 동일한 개수로 형성되므로, 제 2 결합부재(28)에 형성된 복수의 제 2 결합홀(28a)의 개수는 제 1 결합부재(18)에 형성된 복수의 제 1 결합홀(18a)과 복수의 제 1 관통홀(18b)의 개수의 합보다 적도록 구성될 수 있다. 이를 통해 제 2 결합부재(28)의 홀 또는 볼팅결합부분의 외부노출을 최소화시킬 수 있다.

다음으로 제 2 의 방식이 적용되는 배터리모듈의 구성에 관하여 설명한다.

제 2 방식이 적용되는 배터리모듈에서는 제 1 방식이 적용되는 배터리모듈에서 복수의 제 1 결합홀(18a) 및 냉각유닛(50)의 제 1 결합부(56a)의 구성이 생략될 수 있다.

즉, 제 1 결합부재(18)는 복수의 제 1 관통홀(18b)를 포함하고, 제 2 결합부재(28)는 제 1, 2 결합부재(18, 28)가 적층된 상태로 냉각유닛(50)에 결합되도록 제 2 결합부(56b)에 대응되는 복수의 제 2 결합홀(28a)을 포함할 수 있다.

제 1 관통홀(18b)과 제 2 결합홀(28a)은 제 1, 2 결합부재(18, 28)가 냉각유닛(50)에 함께 고정되도록 볼팅결합을 위해 형성되는 홀이며, 제 1 관통홀(18b)과 제 2 결합홀(28a)을 통해 적층된 두 개의 결합부재(18, 28)를 결합할 수 있다. 복수의 제 1 관통홀(18b)과 복수의 제 2 결합홀(28a)은 볼팅결합을 위해 제 1, 2 결합부재(18, 28)에서 상호 대응되는 개수와 동일한 위치를 가지도록 배치될 수 있다.

설명상 구분을 위해 결합홀을 제 1 결합홀(18a), 제 1 관통홀(18b)로 정의하였으나, 양 구성은 동일하게 제 1 결합홀로 정의될 수도 있다. 구성을 구분할 수 있으면 그 명칭에 한정되지 않는다.

이하는 상기 구성을 가진 배터리모듈의 제조방법에 관하여 설명한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 조립에 관한 도면이다.

먼저 제 1 방식이 적용되는 배터리모듈의 제조방법에 관하여 설명한다.

도 5를 참고하면, 복수의 배터리셀(32)이 적층된 제 1 배터리적층체(30)를 구비할 수 있다. 버스바(60)는 제 1 배터리적층체(30)의 복수의 전극탭들을 연결하도록 제 1 배터리적층체(30)의 일측에 배치될 수 있다.

제 1 배터리적층체(30)는 적층된 일면(34a)이 냉각유닛(50)의 일면(51a)과 마주하도록 적층될 수 있다. 제 1 모듈하우징(10)은 그 내부의 수용공간(12)에 제 1 배터리적층체(30)를 수용하며, 냉각유닛(50)에 결합될 수 있다. 자세하게는 제 1 모듈하우징(10)은 제 1 결합부재(18)의 제 1 결합홀(18a)과, 냉각유닛(50)의 둘레에 형성된 제 1 결합부(56a)가 볼팅결합으로 결합될 수 있다. 제 1 모듈하우징(10)이 냉각유닛(50)에 결합될 때, 제 1 모듈하우징(10)과, 제 1 배터리적층체(30) 사이에는 제 1 배터리적층체(30)의 적층된 일면을 덮는 단열부재(70)가 배치될 수도 있다.

도 6을 참고하면, 제 2 배터리적층체(40)는 적층된 일면(44a)이 냉각유닛(50)의 타면(51b)과 마주하도록 적층될 수 있다. 제 2 모듈하우징(20)은 그 내부의 수용공간(22)에 제 2 배터리적층체(40)를 수용하며, 냉각유닛(50)에 결합될 수 있다. 자세하게는 제 2 모듈하우징(20)의 제 2 결합부재(28)는 제 1 모듈하우징(10)의 제 1 결합부재(18)를 덮도록 배치될 수 있다. 또한 제 2 모듈하우징(20)은 제 2 결합부재(28)의 제 2 결합홀(28a)과, 제 1 결합부재(18)의 제 1 관통홀(18b)과, 냉각유닛(50)의 둘레에 형성된 제 2 결합부(56b)가 함께 볼팅결합으로 결합하여, 배터리모듈을 제조할 수 있다.

다음으로 제 2 방식이 적용되는 배터리모듈의 제조방법에 관하여 설명한다.

제 2 방식이 적용되는 배터리모듈의 제조방법에서는 제 1 방식이 적용되는 배터리모듈의 제조방법에서 냉각유닛(50)에 대한 복수의 제 1 결합홀(18a) 및 냉각유닛(50)의 제 1 결합부(56a)가 생략될 수 있다.

복수의 배터리셀(32, 42)이 적층된 제 1 배터리적층체(30)를 구비할 수 있다. 버스바(60)는 제 1 배터리적층체(30)의 복수의 전극탭들을 연결하도록 제 1 배터리적층체(30)의 일측에 배치될 수 있다.

제 1 배터리적층체(30)는 적층된 일면(34a)이 냉각유닛(50)의 일면(51a)과 마주하도록 적층될 수 있다. 제 1 모듈하우징(10)은 그 내부의 수용공간(12, 22)에 제 1 배터리적층체(30)를 수용하며, 냉각유닛(50)에 배치될 수 있다. 자세하게는 제 1 모듈하우징(10)은 제 1 결합부재(18)의 제 1 관통홀(18b)과, 냉각유닛(50)의 둘레에 형성된 제 1 결합부(56a)가 대응되도록 냉각유닛(50)에 안착될 수 있다.

제 1 모듈하우징(10)이 냉각유닛(50)에 안착될 때, 제 1 모듈하우징(10)과, 제 1 배터리적층체(30) 사이에는 제 1 배터리적층체(30)의 적층된 일면을 덮는 단열부재(70)가 배치될 수 있다.

제 2 배터리적층체(40)는 적층된 일면(44a)이 냉각유닛(50)의 타면(51b)과 마주하도록 적층될 수 있다. 제 2 모듈하우징(20)은 그 내부의 수용공간(12, 22)에 제 2 배터리적층체(40)를 수용하며, 냉각유닛(50)에 결합될 수 있다. 자세하게는 제 2 모듈하우징(20)의 제 2 결합부재(28)는 제 1 모듈하우징(10)의 제 1 결합부재(18)를 덮도록 배치될 수 있다. 또한 제 2 모듈하우징(20)은 제 2 결합부재(28)의 제 2 결합홀(28a)과, 제 1 결합부재(18)의 제 1 관통홀(18b)과, 냉각유닛(50)의 둘레에 형성된 제 2 결합부(56b)가 함께 볼팅결합으로 결합하여, 배터리모듈을 제조할 수 있다.

이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

1 : 배터리모듈 10, 20 : 제 1, 2 모듈하우징
12, 22 : 수용공간 14, 24 : 제 1, 2 커버몸체
16, 26 : 제 1, 2 커버연장부 30, 40 : 제 1, 2 배터리 적층체
50 : 냉각유닛 60 : 버스바

Claims

각각 복수의 배터리셀이 적층되는 제 1, 2 배터리적층체;
상기 제 1, 2 배터리적층체 사이에 배치되어, 그 양면으로 상기 제 1, 2 배터리적층체를 냉각하는 냉각유닛;
상기 제 1, 2 배터리적층체를 각각 수용하되, 상기 냉각유닛과 결합하도록 구성되는 제 1, 2 모듈하우징;을 포함하는 배터리 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 2 모듈하우징은,
상기 냉각유닛의 양면 사이에 배치되는 둘레부와 결합되도록, 상기 냉각유닛의 양면 사이에 배치되는 둘레부에 순차적으로 적층되는 제 1, 2 결합부재;를 포함하는 배터리모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 결합부재는,
상기 둘레부에 안착된 상기 제 1 결합부재에 적층되되, 상기 제 1 결합부재와 함께 상기 둘레부에 결합되도록 구성되는 배터리모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 결합부재는,
상기 둘레부에 결합된 상기 제 1 결합부재에 적층되되, 상기 제 1 결합부재와 함께 상기 둘레부에 결합되도록 구성되는 배터리 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 2 모듈하우징은,
상호 독립적으로 상기 냉각유닛으로부터 분리가능하게 배치되는 배터리모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 2 모듈하우징은,
상기 제 1, 2 배터리적층체가 수용되도록 일측이 개방된 수용공간;을 포함하는 배터리모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 2 모듈하우징은,
상기 배터리적층체의 적층면에 대응되는 커버몸체;
상기 커버몸체로부터 연장되어 상기 배터리적층체의 최외측 배터리셀의 외면을 덮는 한 쌍의 커버연장부;를 각각 포함하는 배터리모듈.
제 7 항에 있어서,
상기 한 쌍의 커버연장부는,
상기 배터리적층체의 최외측 배터리셀의 외면을 지지하도록 상기 커버몸체로부터 각각 수직하게 일체로 형성되는 배터리모듈.
제 7 항에 있어서,
상기 한 쌍의 커버연장부는,
상기 냉각유닛의 양면 사이에 배치되는 둘레부와 결합되는 결합부재;를 포함하는 배터리모듈.
제 9 항에 있어서,
상기 결합부재는,
상기 제 1 모듈하우징의 상기 한 쌍의 커버연장부로부터 연장된 제 1 결합부재;
상기 제 2 모듈하우징의 상기 한 쌍의 커버연장부로부터 연장된 제 2 결합부재;를 포함하고,
상기 제 1, 2 결합부재는 적층되어 상기 둘레부에 결합되도록 구성되는 배터리모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1, 2 결합부재는,
볼팅결합을 위한 제 1, 2 결합홀;을 포함하고,
상기 냉각유닛은,
상기 둘레부와, 상기 적층된 제 1, 2 결합부재가 볼팅결합되도록, 상기 제 1, 2 결합홀과 대응되는 결합부;를 포함하는 배터리모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1, 2 결합부재는,
볼팅결합을 위한 제 1, 2 결합홀;을 포함하고,
상기 냉각유닛은,
상기 둘레부와 상기 제 1 결합부재가 볼팅결합되도록, 상기 제 1 결합홀과 대응되는 제 1 결합부;
상기 둘레부와 상기 제 1, 2 결합부재가 함께 볼팅결합되도록, 상기 제 1, 2 결합홀과 대응되는 제 2 결합부;를 포함하는 배터리모듈.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1, 2 결합부는 상기 둘레부에 교번되게 배치되는 배터리모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 적층된 제 1, 2 결합부재는,
인접한 상기 커버연장부의 두께와 동일하도록 구성되는 배터리모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 2 배터리적층체는,
상기 냉각유닛에 대한 상기 제 1, 2 모듈하우징의 결합을 통해 상기 냉각유닛과 접촉상태가 유지되도록 구성되는 배터리 모듈.
복수의 배터리셀이 적층된 제 1 배터리적층체의 적층면이 냉각유닛의 일면과 마주하도록 적층하는 단계;
상기 제 1 배터리적층체를 덮도록 제 1 모듈하우징을 배치하는 단계;
복수의 배터리셀이 적층된 제 2 배터리적층체의 적층면이 상기 냉각유닛의 타면과 마주하도록 적층하는 단계;
상기 제 2 배터리적층체를 덮는 제 2 모듈하우징을 상기 냉각유닛의 둘레부에 상기 제 1 모듈하우징과 함께 결합하는 단계;를 포함하는 배터리모듈의 제조방법.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1, 2 모듈하우징은,
상기 냉각유닛과 결합되도록, 상기 냉각유닛의 양면 사이에 배치되는 둘레부에 순차적으로 적층되는 제 1, 2 결합부재;를 포함하고,
상기 제 1 모듈하우징을 배치하는 단계는,
상기 제 1 결합부재를 상기 둘레부에 적층하는 단계;를 포함하고,
상기 제 2 모듈하우징을 결합하는 단계는,
상기 제 1 결합부재에 적층되도록 상기 제 2 결합부재를 배치하는 단계;
상기 제 2 결합부재를 상기 제 1 결합부재와 함께 상기 둘레부에 결합하는 단계;를 포함하는 배터리모듈의 제조방법.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1, 2 모듈하우징은,
상기 냉각유닛과 결합되도록, 상기 냉각유닛의 양면 사이에 배치되는 둘레부에 순차적으로 적층되는 제 1, 2 결합부재;를 포함하고,
상기 제 1 모듈하우징을 배치하는 단계는,
상기 제 1 결합부재를 상기 둘레부에 결합하는 단계;를 포함하고,
상기 제 2 모듈하우징을 결합하는 단계는,
상기 제 2 결합부재를 상기 둘레부에 결합된 상기 제 1 결합부재와 함께 상기 둘레부에 결합하는 단계;를 포함하는 배터리모듈의 제조방법.
제 18 항에 있어서,
상기 제 1, 2 결합부재는,
볼팅결합을 위한 제 1, 2 결합홀;을 포함하고,
상기 냉각유닛은,
상기 둘레부와 상기 제 1 결합부재가 볼팅결합되도록, 상기 제 1 결합홀과 대응되는 제 1 결합부;
상기 둘레부와 상기 제 1, 2 결합부재가 함께 볼팅결합되도록, 상기 제 1, 2 결합홀과 대응되는 제 2 결합부;를 포함하는 배터리모듈의 제조방법.