KR20240096115A - 전지 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이, 나란하게 서로 인접하여 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 상면을 덮는 탑 프레임, 상기 탑 프레임에 결합되어 상기 전지셀 적층체의 측면을 덮는 버스바 프레임, 및 상기 전지셀 적층체, 상기 탑 프레임, 및 상기 버스바 프레임이 결합하여형성된 전지셀 조립체를 수납하고 사각의 관 형태를 갖는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 탑 프레임은 상기 탑 프레임의 일 단부에서, 상기 모듈 프레임의 상부면을 향해 돌출된 제1 돌출부를 포함하고, 상기 모듈 프레임은, 상기 상부면의 내측에서 상기 탑 프레임의 일 단부와 반대측에 위치하는 타 단부에 대응하는 위치에, 상기 탑 프레임을 향해 돌출된 제2 돌출부를 포함한다.

Description

전지 모듈 및 이의 제조 방법{BATTERY MODULE AND THE METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 모듈 내에서 부품의 위치 및 치수를 안정화하고 전지 모듈 내 과다한 수지 주입을 방지할 수 있는 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.

이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전기, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.

휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지 셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용되나, 노트북, 전기 자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지 셀들을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다. 따라서, 상기 전지 팩에 포함되는 전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 복수 개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.

이러한 전지 모듈의 경우, 요구되는 전지 용량 증가에 따라 전지 셀에서 발생되는 열을 효율적으로 냉각시켜 줄 수 있는 기술의 중요성이 점차 커지고 있다. 이를 위해, 전지 모듈에서 방열을 위한 수지를 케이스 내부에 도포하여 열전도성을 향상시킬 수 있는 구조가 도입되었다.

도 1은 종래 전지 모듈을 나타낸 도면이다. 도 2는, 도 1의 A-A’를 따르는 단면을 180도 뒤집어서 도시한 도면으로, 엔드 플레이트를 제외한 구성을 도시한 도면이다.

종래의 전지 모듈(10)에서는, 모듈 프레임(20) 내부에 전지셀 적층체(11)와, 전지셀 적층체(11)의 상면 및 측면과 각각 결합하는 탑 프레임(50) 및 버스바 프레임(30)의 결합체를 수용한 상태에서, 하부면이 상부로 향하도록 배치하여 방열을 위한 열전도성 수지를 주입하였다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 모듈 프레임(20)의 상부면(21)이 하부로 향하고, 하부면(22)이 상부로 향한 상태에서, 하부면(22)에 형성된 적어도 하나의 주액홀(H)을 통해 열전도성 수지를 주입하고, 이를 경화시켜서 열전도성 수지층(80)을 형성한다.

그러나 이 과정에서, 모듈 프레임(20) 내부로 열전도성 수지를 주입하기 위하여 주입 공간을 확보하기 위한 일정량의 갭이 필요하게 되는데, 이 때문에, 전지셀 적층체(11)를 모듈 프레임(20) 내부에 삽입한 후 열전도성 수지층을 형성하기 까지의 시간 동안 내부 유동에 의해 전지셀 적층체(11)의 위치가 불안정해지고, 또한 전지셀 적층체(11)와 결합된 부품들의 위치 불안정이 발생할 수 있다는 문제가 있다. 또한, 내부 공간의 편차 발생으로, 주입되는 열전도성 수지의 주입량이 불안정해지고, 필요 이상으로 과다 주입되어 비용이 상승하고 전지 모듈의 무게가 증가한다는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 과제는 전지 모듈의 제조 과정에서 모듈 프레임 내부의 전지셀 적층체의 위치 안정성을 향상시키고, 또한 열전도성 수지를 모듈 내로 적정량만큼 주입하여 제조 공정의 비용을 절감하고 불필요한 무게 증가를 방지할 수 있는 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하는 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, 나란하게 서로 인접하여 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 상면을 덮는 탑 프레임, 상기 탑 프레임에 결합되어 상기 전지셀 적층체의 측면을 덮는 버스바 프레임, 및 상기 전지셀 적층체, 상기 탑 프레임, 및 상기 버스바 프레임이 결합하여형성된 전지셀 조립체를 수납하고 사각의 관 형태를 갖는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 탑 프레임은 상기 탑 프레임의 일 단부에서, 상기 모듈 프레임의 상부면을 향해 돌출된 제1 돌출부를 포함하고, 상기 모듈 프레임은, 상기 상부면의 내측에서 상기 탑 프레임의 일 단부와 반대측에 위치하는 타 단부에 대응하는 위치에, 상기 탑 프레임을 향해 돌출된 제2 돌출부를 포함한다.

상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부의 돌출 높이는 동일할 수 있다.

상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 각각은 상기 모듈 프레임 내부를 향하는 방향으로 돌기의 높이가 낮아지도록 경사진 형태를 가질 수 있다.

상기 모듈 프레임의 하부면과, 상기 전지셀 조립체 사이에 배치되는 열전도성 수지층을 더욱 포함할 수 있다.

상기 버스바 프레임은, 상기 전지셀 적층체의 하면을 따라 연장되어 돌출된 연장부를 포함하고, 상기 열전도성 수지층은, 상기 연장부 내측에 위치할 수 있다.

상기 일 단부와 상기 타 단부는 상기 탑 프레임의 길이 방향의 양측 단부이고, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는, 상기 길이 방향에 수직인 폭 방향을 따라 각각 2개 이상 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은, 복수의 전지 셀이 나란하게 서로 인접하여 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 상면을 덮는 탑 프레임, 및 상기 탑 프레임에 결합되어 상기 전지셀 적층체의 측면을 덮는 버스바 프레임을 결합하여 전지셀 조립체를 형성하는 단계, 상기 전지셀 조립체를 사각의 관 형태를 갖는 모듈 프레임 내부로 삽입하는 단계를 포함하고, 상기 탑 프레임은 상기 탑 프레임의 일 단부에서, 상기 모듈 프레임의 상부면을 향해 돌출된 제1 돌출부를 포함하고, 상기 모듈 프레임은, 상기 상부면의 내측에서 상기 탑 프레임의 일 단부와 반대측에 위치하는 타 단부에 대응하는 위치에, 상기 모듈 프레임의 내측을 향해 돌출된 제2 돌출부를 포함하며, 상기 전지셀 조립체를 삽입하는 단계는, 상기 탑 프레임과 상기 모듈 프레임의 상부면이 중력 방향의 하부를 향하도록 배치된 상태에서 이루어지고, 상기 탑 프레임의 타 단부를 상기 제2 돌출부를 향해 삽입하는 단계를 포함한다.

상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부의 돌출 높이는 동일할 수 있다.

상기 전지셀 조립체를 삽입하는 단계 이후에, 상기 전지셀 조립체와 상기모듈 프레임의 하부면 사이에 열전도성 수지를 주입하여 경화시키는 단계를 더욱 포함하고, 상기 열전도성 수지를 주입하여 경화시키는 단계에서 상기 전지셀 조립체는 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부에 의해 지지될 수 있다.

상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 각각은 상기 모듈 프레임 내부를 향하는 방향으로 돌기의 높이가 낮아지도록 경사진 형태를 갖고, 상기 전지셀 조립체를 삽입하는 단계에서, 상기 탑 프레임의 타 단부는, 상기 제2 돌출부의 경사진 형태를 따라 삽입될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상기한 적어도 하나의 전지 모듈을 포함할 수 있다.

실시예들에 따르면, 전지 모듈의 제조 과정에서 모듈 프레임 내부의 전지셀 적층체의 위치 안정성을 향상시키고, 또한 열전도성 수지를 모듈 내로 적정량만큼 주입하여 제조 공정의 비용을 절감하고 불필요한 무게 증가를 방지할 수 있는 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 제공할 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 종래 전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는, 도 1의 A-A’를 따르는 단면을 180도 뒤집어서 도시한 도면으로, 엔드 플레이트를 제외한 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈이 분해된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 B-B’를 따르는 단면을 180도 뒤집어서 도시한 도면으로, 엔드 플레이트를 제외한 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법 중 전지셀 조립체를 모듈 프레임 내로 삽입하는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 이어서, 전지 모듈 내로 열전도성 수지층을 주입하여 전지 모듈을 완성하는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.

이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 전지 모듈이 분해된 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 도 3의 B-B’를 따르는 단면을 180도 뒤집어서 도시한 도면으로, 엔드 플레이트를 제외한 구성을 도시한 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지 셀이 적층된 전지셀 적층체(110), 전지셀 적층체(110)의 상면을 덮는 탑 프레임(500), 탑 프레임(500)에 결합되어 전지셀 적층체(110)의 측면을 덮는 버스바 프레임(300)을 포함하고, 이러한 전지셀 적층체(110), 탑 프레임(500)과 버스바 프레임(300)이 결합하여 형성된 전지셀 조립체(400)가 수납되는 모듈 프레임(200)을 포함하여 구성된다.

상기 전지셀 적층체(110)는 복수의 전지 셀을 포함하는 이차 전지의 집합체이다. 전지셀 적층체(110)는 복수의 전지 셀을 포함할 수 있고, 각각의 전지 셀은 전극 리드(미도시)를 포함한다. 전지 셀은 판상 형태를 갖는 파우치형 전지 셀일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전극 리드는 양극 리드 또는 음극 리드이며, 각 전지 셀의 전극 리드는 단부가 한쪽 방향으로 구부러질 수 있고, 이에 의해 인접한 다른 전지 셀이 갖는 전극 리드의 단부와 맞닿을 수 있다. 서로 맞닿은 2개의 전극 리드는 서로 용접 등을 통해 고정될 수 있고, 이를 통해 전지셀 적층체(110) 내부의 전지 셀 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다.

복수의 전지 셀은 전극 리드들이 일측 방향(도면의 +X 및 -X 방향)으로 정렬되도록 수직 적층되어 전지셀 적층체(110)를 이룬다. 일측 방향으로 정렬된 전극 리드들은 전지셀 적층체(110)를 커버하도록 배치되는 버스바 프레임(300)에 고정된 버스바와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 버스바 프레임(300)은 절연체로 이루어져 전지셀 적층체(110)로부터 인출되는 전극 리드들이 통과할 수 있는 리드 슬롯을 포함하며, 버스바는 전지셀 적층체(110)의 전극 리드(112)를 전기적으로 연결할 수 있다.

버스바 프레임(300)에는 그 밖에 각종 전장 부품들이 부착될 수 있다. 일례로 ICB (Internal Circuit Board) 및 BMS (Battery Management System) 등이 구비될 수 있으며, 상기 ICB 및 BMS 보드 등의 전장 부품들은 상기 복수 개의 전지 셀들과 전기적으로 연결될 수 있다.

탑 프레임(500)은 전지셀 적층체(110)의 상부에 위치하며, 그 양쪽 측면에서 버스바 프레임(300)이 회동 가능하게 결합된다. 이 때 버스바는 버스바 프레임(300)에 장착되고, 연성 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)은 탑 프레임(500)의 길이 방향을 따라 상단에 배치될 수 있다. 연성 인쇄 회로 기판은 버스바와 전기적으로 연결되므로 이를 통해 전지 셀의 과전압 및 과전류 등의 센싱이 가능하며, 그 일단에 커넥터가 연결되어 전압 센싱 및 온도 센싱과 관련한 신호를 전지 모듈(100) 외부에 마련된 제어기로 송수신 할 수 있다.

버스바 프레임(300)은 하단부로부터 전지셀 적층체(110)의 하면을 따라 연장되어 돌출된 연장부(310)를 포함한다. 이에 의해, 도 4의 버스바 프레임(300)의 측면 형상이 L자형을 이룰 수 있다. 연장부(310)를 포함하는 것에 의해, 강성이 취약한 전지셀 적층체(110)의 모서리 부분을 보호하여, 전지셀 적층체(110)의 모서리 부분이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

전지셀 적층체(110)의 상면에 탑 프레임(500)을 배치하고, 탑 프레임(500)에 회동 가능하게 결합된 버스바 프레임(300)을 회동하여, 전극 리드가 형성된 전지셀 적층체(110)의 측면에 결합하여 전지셀 조립체(400)를 형성한다. 이러한 전지셀 조립체(400)는 전지셀 적층체(110)의 길이 방향으로 개방된 적어도 하나의 개구를 가지고, 전지셀 적층체(110)의 적어도 4개의 면을 감싸는 4개의 플레이트를 포함하여 사각 관 형태를 갖는 모듈 프레임(200) 내에 수용된다. 즉, 모듈 프레임(200)은, 하부면(202), 하부면(202)과 마주하는 상부면(201) 및 상부면(201)과 하부면(202)을 연결하는 2개의 측면(203)을 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 전지셀 조립체(400)가 모듈 프레임(200) 내에 수용된 상태에서, 버스바 프레임(300)은 모듈 프레임(200)의 개구를 통해 노출되고, 개구는 엔드 플레이트(600)에 의해 덮일 수 있다.

전지셀 적층체(110)의 하면과 모듈 프레임(200)의 하면 사이에는, 열전도성 수지층(800)이 위치한다. 열전도성 수지층(800)는 전지셀 적층체(110)로부터 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있도록 열 전도 물질로 이루어지며, 예를 들면 써멀 레진으로 구성될 수 있다. 이러한 써멀 레진의 예로는 실리콘, 우레탄, 에폭시 등을 들 수 있다. 또한 열전도성 수지층(800)은 이와 같이 발생한 열을 전디 모듈(100)의 바닥으로 전달하는 역할과 함께 전지셀 적층체(110)를 전지 모듈(100) 내에서 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 열전도성 수지층(800)은 모듈 프레임(200)의 하면에 형성된 홀(H)을 통해 액체 상태로 주입된 열전도성 수지를 경화시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 이와 같이 얻어진 열전도성 수지층(800)은, 도 5에 도시한 바와 같이 버스바 프레임(300)의 연장부(310) 내측에서, 전지셀 조립체(400)와 모듈 프레임(200)의 하부면(202) 사이에 배치될 수 있다.

전지셀 적층체(110)의 측면과 모듈 프레임(200) 사이에는 팽창 제어 패드(700)가 구비될 수 있다. 팽창 제어 패드(700)전지 셀이 팽창할 경우 압축되어 완충 작용을 하는 것에 의해 셀 스웰링을 제어할 수 있고, 따라서 전지 셀의 팽창에 따른 전지 셀 및 모듈 프레임(200)의 손상을 방지할 수 있다. 이를 위해, 팽창 제어 패드(700)는, 폴리우레탄(PU) 또는 EDPM(Ethlene PropyleneDiene Monomer) 등과 같은 소프트한 탄성 재질을 포함하는 소재를 포함할 수 있다. 이를 소재는 진동에 대한 흡수성 및 압축에 의한 반발력이 우수하기 때문에, 복수의 전지 셀에 셀 스웰링 현상이 발생하더라도 우수한 치수 안정성을 갖는 전지 모듈(100)을 제공할 수 있도록 가이드할 수 있다.

한편, 탑 프레임(500)은, 탑 프레임(500)의 일 단부에서 모듈 프레임(200)을 향해 돌출된 제1 돌출부(510)를 포함한다. 이 때, 일 단부는, 탑 프레임(500)의 길이 방향, 즉 도면에서 X축에 나란한 방향에서 어느 한 쪽 단부, 예를 들면 도면에서의 +X쪽 단부를 의미한다. 제1 돌출부(510)는, 모듈 프레임(200)의 상부면(201)을 향해 돌출되어 형성된다. 즉, 도면에서 Z축 방향 상부를 향해 돌출되어 있다. 또한 제1 돌출부(510)는 2개 이상 구비될 수 있고, 이 경우 탑 프레임(500)의 길이 방향에 수직한 폭 방향, 즉 도면에서 Y축에 나란한 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 돌출부(510)는, 모듈 프레임(200)의 내측을 향하는 단부에, 내측으로 향할수록 높이가 낮아지는 경사진 형상을 가질 수 있다. 이에 의해 후술하는 바와 같이 전지셀 조립체(400) 삽입시 부품의 손상을 방지할 수 있다.

모듈 프레임(200)은, 상부면(201)의 내측에, 제2 돌출부(210)를 포함한다. 제2 돌출부(210)는, 제1 돌출부(510)가 형성된 일 단부와 반대측에 위치하는 타 단부에 대응하는 위치에 형성된다. 즉, 제2 돌출부(210)는 도면에서 -X쪽 단부에 대응하는 위치에 배치되고, 상부면(201)의 내측으로부터 모듈 프레임(200)의 내부를 향해 돌출되어 있다. 이러한 제2 돌출부(210)는, 제1 돌출부(510)와 동일한 높이를 갖도록 형성된다. 또한 제2 돌출부(210)는, 모듈 프레임(200)의 내측을 향하는 단부에, 내측으로 향할수록 높이가 낮아지는 경사진 형상을 가질 수 있다.

이 때, 제1 돌출부(510)와 제2 돌출부(210)는, 전지셀 조립체(400)에 구비되는 부품들의 수용 공간을 확보하면서도, 전지 모듈(100) 제조시 모듈 프레임(200) 내부에서 열전도성 수지층(800)을 형성하기 위한 공간을 확보할 수 있는 범위 내에서 설정될 수 있다. 즉, 전지 모듈(100) 내부에서 전지셀 조립체(400)는 대부분의 공간을 차지하고 있지만, 다른 부품들과 열전도성 수지층(800)의 구비를 위해 정해진 위치, 특히 Z축 방향에서 정해진 위치에 안정감 있게 배치될 필요가 있는데, 종래에는 제조 과정에서 상하가 반전되는 경우가 발생하면 전지셀 조립체의 위치가 유동하는 문제가 있었다. 그러나, 본 실시예에 의하면, 제1 및 제2 돌출부에 의해 전지셀 조립체(400)의 위치를 규제할 수 있기 때문에, 전지셀 조립체(400)의 위치 불안정을 방지할 수 있다. 또한 후술하는 바와 같이 열전도성 수지층(800) 형성을 위해 주입되는 열전도성 수지의 주입량을 균일하게 하면서 적정량만큼만 주입되도록 하여 과다 주입에 따른 중량 및 비용 증가를 방지할 수 있다.

다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법 중 전지셀 조립체를 모듈 프레임 내로 삽입하는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6에 이어서, 전지 모듈 내로 열전도성 수지층을 주입하여 전지 모듈을 완성하는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 전지셀 적층체(110), 전지셀 적층체(110)의 상면을 덮는 탑 프레임(500), 탑 프레임(500)에 결합되어 전지셀 적층체(110)의 측면을 덮는 버스바 프레임(300)을 결합하여 전지셀 조립체(400)를 형성한다. 전지셀 조립체(400)는, 탑 프레임(500)이 하부로 배치된 상태에서, 마찬가지로 상부면(201)이 하부로 배치된 모듈 프레임(200) 내부로 삽입된다.

전지셀 조립체(400)는, 탑 프레임(500)의 타 단부, 즉 제1 돌출부(510)가 형성되지 않은 단부부터 모듈 프레임(200) 내부로 삽입되고, 이 때 모듈 프레임(200)의 제2 돌출부(210)가 형성된 단부를 향하는 방향으로 삽입될 수 있다. 삽입 과정에서, 상부면(201)과 전지셀 조립체(400) 사이에는, 제1 및 제2 돌출부(510, 210)의 높이만큼의 간격(d)이 유지될 수 있다. 또한, 전지셀 조립체(400)는, 제2 돌출부(210)의 경사진 형상을 따라 삽입되어 제2 돌출부(210)에 안착될 수 있다. 이 과정에서, 전지셀 조립체(400)는 경사진 형상을 따라 삽입되기 때문에 삽입 과정에서 부품간 간섭에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전지셀 조립체(400)의 일단부에 형성된 제1 돌출부(510) 역시 내측으로 향할수록 높이가 낮아지는 경사진 형태를 갖기 때문에, 삽입시 모듈 프레임(200)의 단부가 해당 경사진 형태를 따라 결합할 수 있고, 이에 의해 모듈 프레임(200)과 탑 프레임(500)이 삽입 과정에서 손상되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 전지셀 조립체(400)를 삽입하여, 도 6의 (c)와 같이 제1 및 제2 돌출부(510, 210) 만큼의 간격을 유지한 상태로 전지셀 조립체(400)가 모듈 프레임(200) 내부에 안착한 구성을 얻을 수 있다.

이어서, 도 7에 도시한 바와 같이 모듈 내부로 열전도성 수지를 주액하는 공정을 진행한다.

열전도성 수지의 주액은, 모듈 프레임(200)의 하부면(202)이 상부로 향한 반전 상태에서, 하부면(202)에 형성된 주액홀(H)을 통해 이루어진다. 이 때, 모듈이 반전된 상태이지만 전지셀 조립체(400)는 제1 및 제2 돌출부(510, 210)에 의해 지지되기 때문에, 전지셀 조립체(400)와 상부면(201) 사이에 원하는 만큼의 간격을 가진 상태로 유지할 수 있다. 또한, 열전도성 수지가 주액되어야 하는 공간도 변동 없이 적절한 간격으로 유지할 수 있다. 즉, 모듈을 반전시킨 상태에서 주액 공정을 행할 경우, 종래에는 내부의 전지셀 조립체(400)가 중력에 의해 상부면과 간격 없이 배치될 수밖에 없었고, 이 경우 필요한 양보다 더 많은 주액 공간이 생성되어 열전도성 수지의 주액량이 불필요하게 증가될 수밖에 없었다. 또한, 열전도성 수지가 경화되기 이전에는 전지셀 조립체(400)의 위치가 고정되지 않기 때문에 상하 방향으로의 변동이 발생할 수 있었다. 그러나, 본 실시예에 의하면, 주액 과정에서 발생할 수 있는 전지셀 조립체(400)의 위치 변동을 방지할 수 있고, 또한 상하 방향에서 전지셀 조립체(400)의 위치가 고정됨에 따라 모듈 프레임(200)의 상부면 및 하부면 각각과의 사이에서 원하는 대로 공간 치수를 유지할 수 있다. 따라서 전지 모듈의 부품 치수의 품질을 안정화할 수 있고, 열전도성 수지의 과다 주입에 따른 중량 및 비용 증가를 방지할 수 있다.

열전도성 수지를 주액하고 경화한 후, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 다시 전지 모듈(100)을 반전하여 상부의 부품들이 상부를 향하게 한다.

이상과 같이, 전지셀 조립체(400)를 모듈 프레임(200)에 삽입할 때에, 탑 프레임(500)에 제1 돌출부(510)를 형성하고, 제1 돌출부(510)와 동일 높이를 갖는 제2 돌출부(210)를 모듈 프레임(200)의 상부면(201)의 내측에 형성함으로써, 의도한 대로 전지셀 조립체(400)와 모듈 프레임(200) 간의 간격을 유지할 수 있고, 따라서 부품의 치수 안정성을 확보함과 동시에 열전도성 수지의 과주입을 방지할 수 있는 전지 모듈(100)의 제조 방법을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수 있다.

앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 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.

100: 전지 모듈
110: 전지셀 적층체
200: 모듈 프레임
300: 버스바 프레임
400: 전지셀 조립체
500: 탑 프레임
510: 제1 돌출부
210: 제2 돌출부

Claims (11)

1. 복수의 전지 셀이, 나란하게 서로 인접하여 적층된 전지셀 적층체,
   상기 전지셀 적층체의 상면을 덮는 탑 프레임,
   상기 탑 프레임에 결합되어 상기 전지셀 적층체의 측면을 덮는 버스바 프레임, 및
   상기 전지셀 적층체, 상기 탑 프레임, 및 상기 버스바 프레임이 결합하여형성된 전지셀 조립체를 수납하고 사각의 관 형태를 갖는 모듈 프레임을 포함하고,
   상기 탑 프레임은 상기 탑 프레임의 일 단부에서, 상기 모듈 프레임의 상부면을 향해 돌출된 제1 돌출부를 포함하고,
   상기 모듈 프레임은, 상기 상부면의 내측에서 상기 탑 프레임의 일 단부와 반대측에 위치하는 타 단부에 대응하는 위치에, 상기 탑 프레임을 향해 돌출된 제2 돌출부를 포함하는 전지 모듈.
2. 제1항에서,
   상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부의 돌출 높이는 동일한 전지 모듈.
3. 제1항에서,
   상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 각각은 상기 모듈 프레임 내부를 향하는 방향으로 돌기의 높이가 낮아지도록 경사진 형태를 갖는 전지 모듈.
4. 제1항에서,
   상기 모듈 프레임의 하부면과, 상기 전지셀 조립체 사이에 배치되는 열전도성 수지층을 더욱 포함하는 전지 모듈.
5. 제4항에서,
   상기 버스바 프레임은, 상기 전지셀 적층체의 하면을 따라 연장되어 돌출된 연장부를 포함하고,
   상기 열전도성 수지층은, 상기 연장부 내측에 위치하는 전지 모듈.
6. 제1항에서,
   상기 일 단부와 상기 타 단부는 상기 탑 프레임의 길이 방향의 양측 단부이고,
   상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는, 상기 길이 방향에 수직인 폭 방향을 따라 각각 2개 이상 배치되는 전지 모듈.
7. 복수의 전지 셀이 나란하게 서로 인접하여 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 상면을 덮는 탑 프레임, 및 상기 탑 프레임에 결합되어 상기 전지셀 적층체의 측면을 덮는 버스바 프레임을 결합하여 전지셀 조립체를 형성하는 단계;
   상기 전지셀 조립체를 사각의 관 형태를 갖는 모듈 프레임 내부로 삽입하는 단계를 포함하고,
   상기 탑 프레임은 상기 탑 프레임의 일 단부에서, 상기 모듈 프레임의 상부면을 향해 돌출된 제1 돌출부를 포함하고,
   상기 모듈 프레임은, 상기 상부면의 내측에서 상기 탑 프레임의 일 단부와 반대측에 위치하는 타 단부에 대응하는 위치에, 상기 모듈 프레임의 내측을 향해 돌출된 제2 돌출부를 포함하며,
   상기 전지셀 조립체를 삽입하는 단계는, 상기 탑 프레임과 상기 모듈 프레임의 상부면이 중력 방향의 하부를 향하도록 배치된 상태에서 이루어지고, 상기 탑 프레임의 타 단부를 상기 제2 돌출부를 향해 삽입하는 단계를 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
8. 제7항에서,
   상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부의 돌출 높이는 동일한 전지 모듈의 제조 방법.
9. 제8항에서,
   상기 전지셀 조립체를 삽입하는 단계 이후에, 상기 전지셀 조립체와 상기모듈 프레임의 하부면 사이에 열전도성 수지를 주입하여 경화시키는 단계를 더욱 포함하고,
   상기 열전도성 수지를 주입하여 경화시키는 단계에서 상기 전지셀 조립체는 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부에 의해 지지되는 전지 모듈의 제조 방법.
10. 제7항에서,
    상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 각각은 상기 모듈 프레임 내부를 향하는 방향으로 돌기의 높이가 낮아지도록 경사진 형태를 갖고,
    상기 전지셀 조립체를 삽입하는 단계에서, 상기 탑 프레임의 타 단부는, 상기 제2 돌출부의 경사진 형태를 따라 삽입되는 전지 모듈의 제조 방법.
11. 제1항에 따른 적어도 하나의 전지 모듈을 포함하는 전지팩.

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