WO2020251140A1 - 전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

전지 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2020251140A1
WO2020251140A1 PCT/KR2020/003225 KR2020003225W WO2020251140A1 WO 2020251140 A1 WO2020251140 A1 WO 2020251140A1 KR 2020003225 W KR2020003225 W KR 2020003225W WO 2020251140 A1 WO2020251140 A1 WO 2020251140A1
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manufacturing
cell stack
battery
battery cell
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이영호
김성대
성준엽
박준규
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a battery module that simplifies a frame assembly process and a method of manufacturing the same.
  • Secondary batteries are attracting much attention as an energy source in various product lines such as mobile devices and electric vehicles.
  • Such a secondary battery is a potent energy resource that can replace the use of conventional products that use fossil fuels, and does not generate by-products due to energy use, and is thus attracting attention as an eco-friendly energy source.
  • a battery module consisting of at least one battery cell is configured, and other components are added using the at least one battery module. How to configure is common.
  • Such a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, and a frame covering the battery cell stack to protect the battery cell stack.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional battery module 10.
  • the battery module 10 the front and the rear are opened, the mono frame 30 for accommodating the cell stack 20 in the inner space and the end plate covering the front and rear of the mono frame 30 It includes (40).
  • the height of the mono frame 30 is the cell stack 20 It must be designed to be high in consideration of the maximum height of the device and the assembly tolerance during the insertion process, and thus, unnecessarily wasted space is inevitably generated.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery module and a method of manufacturing the same, which simplifies the frame assembly process and improves the quality of the battery module by reducing the number of outer frame parts protecting the battery cell stack.
  • a method of manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention for realizing the above object includes the steps of manufacturing a first frame formed with a lower surface and both sides, a second frame having an upper surface and a front surface integrally formed through a press method. Manufacturing, combining a first frame formed with a lower surface and both sides to a battery cell stack, combining a second frame formed with an upper surface and front and rear surfaces to the battery cell stack, the first frame and the first frame And combining two frames.
  • the first frame and the second frame may be formed of aluminum.
  • the first frame and the second frame may be formed of steel.
  • the upper surface of the second frame and the front and rear surfaces of the second frame may be connected to each other through a frame connection part.
  • Two of the frame connection portions are formed on the front and rear surfaces of the second frame, respectively, and are bent in a vertical direction to vertically connect the front and rear surfaces of the second frame and the upper surface of the second frame.
  • the first frame and the second frame may be coupled to each other through welding.
  • an edge formed on the second frame and an edge of the first frame meeting the first frame may be welded to each other.
  • the step of coupling a module mounting part for mounting the battery module to the second frame may be further included.
  • the module mounting part may be joined to the second frame through welding.
  • the step of forming the front and rear surfaces of the second frame may be further included.
  • the first and second frames may be formed of aluminum.
  • the frame connection portion formed on the second frame may be bent through a press method to form an upper surface and a front and rear surface of the second frame.
  • the first and second frames may be formed of steel.
  • the battery module and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention reduce the number of outer frame parts protecting the battery cell stack to two first and second frames, thereby simplifying the frame assembly process and simplifying the assembly process. Contributes to improving the quality of battery modules.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing two frames assembled in a battery cell stack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing a state in which a battery cell stack according to an embodiment of the present invention is coupled to a first frame.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a second frame is coupled to the assembly of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the frame assembly is completed by the combination of FIG. 4.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing two frames assembled in a battery cell stack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module according to an embodiment of the present invention is formed of a battery cell stack in which a plurality of battery cells 100 are stacked, a bottom surface, and both sides, so that the bottom and both sides of the battery cell stack are formed. It includes a first frame 200 to cover, and a second frame 300 formed as an upper surface and a front and rear surface to cover the upper and front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • the battery cell 100 is a secondary battery, and may be configured as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cells 100 may be composed of a plurality, and the plurality of battery cells 100 may be stacked together so as to be electrically connected to each other to form a battery cell stack.
  • Each of the plurality of battery cells may include an electrode assembly, a battery case, and an electrode lead protruding from the electrode assembly.
  • Busbar frames 110 may be formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack, respectively.
  • the bus bar frame 110 includes a bus bar and a cell connection board, and may be formed by covering the front and rear surfaces of the battery cell stack so as to electrically connect the electrode leads of the plurality of battery cells 100.
  • Each of the bus bar frames 110 disposed on the front and rear surfaces of the battery cell stack may be electrically connected to each other through a flexible circuit board (FPCB) or a flexible flat cable (FFC).
  • FPCB flexible circuit board
  • FFC flexible flat cable
  • the information on the battery cell 100 sensed through the FPCB or FFC is transmitted to a battery management system (BMS), and in the battery management system, a plurality of The battery cell 100 can be controlled and managed.
  • the first frame 200 is formed to cover the bottom surface and both side surfaces of the battery cell 100 stack. Therefore, the battery cell stack can be stably mounted on the first frame 200.
  • the second frame 300 has an upper surface and a front and rear surface integrally formed to cover the upper side and the front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • the second frame 300 has an upper surface and a front and rear surface integrally formed, so that the upper and front and rear surfaces of the battery cell stack may be covered at a time.
  • the welding complexity is reduced, the time required for assembly is reduced, and mass production of the product can be secured.
  • the probability of occurrence of defective products due to welding defects is reduced, and the tolerance management area of the frame unit is reduced, thereby improving the productivity of the product.
  • product management becomes easier due to the reduction of the unit of stocking for single products, and the cost of frame parts may also be reduced.
  • the second frame 300 covers the second frame upper surface 310 covering the upper side of the battery cell stack, the second frame front surface 320 covering the front of the battery cell stack, and the rear of the battery cell stack.
  • a second frame rear surface 330, a second frame upper surface 310, and a frame connection part 340 connecting the second frame front and rear surfaces 320 and 330 may be included.
  • the second frame 300 is manufactured by a press method and may be formed of an aluminum material that is easily manufactured by the press method.
  • the frame connection part 340 is bent by applying pressure to the frame connection part 340, so that the second frame front side 320 and the second frame back side 330 covering the front and rear sides of the battery cell stack are It may be formed to be perpendicular to the second frame upper surface 310 so as to correspond to the shape of the cell stack.
  • the upper frame and the front and rear end frames were separately manufactured, the upper frame was manufactured by the extrusion method and the end frame was manufactured by the casting method, and frames at each position were manufactured through different methods for each frame.
  • the upper surface and the front and rear surfaces are integrally manufactured through the press method, thereby simplifying the manufacturing process, thereby facilitating manufacturing process management and The cost of the product can be reduced.
  • the manufactured end frame since the end frame is manufactured by the casting method, the manufactured end frame has a structure in which it has no choice but to have a certain level of thickness, but the second frame 300 of the present invention is manufactured by the press method, so that during the casting method It is possible to manufacture the front and rear surfaces 320 and 330 of the second frame having a thickness thinner than that of the manufactured end frame. Through this, it is possible to reduce the volume of the battery module, thereby increasing the energy density of the battery module, and contributing to improvement of mountability through compactness of the battery module.
  • the basic thickness should be usually 4.5mm or more.
  • the thickness of the front and rear surfaces 320 and 330 of the second frame may be reduced to 2 mm through a press method.
  • the electrode leads formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack and the shape of the bus bar frame 110 The second frame front and rear surfaces 320 and 330 may be additionally formed to cope with it, and necessary rigidity of the second frame front and rear surfaces 320 and 330 may be secured through the forming operation.
  • Foaming is to provide the bead-like shape, and secures rigidity by implementing a bead-like shape on the front and rear surfaces of the second frame 320 and 330 through forming, and at the same time, the bead formed through forming and the busbar frame 110 ), the busbar frame 110 and the battery cell stack can be stably mounted on the second frame 300 by making the uneven portions corresponding to each other.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a battery cell stack according to an embodiment of the present invention is coupled to a first frame.
  • 4 is a perspective view showing a state in which a second frame is coupled to the assembly of FIG. 3.
  • 5 is a perspective view showing a state in which the frame assembly is completed by the combination of FIG. 4.
  • a method of manufacturing a battery module includes manufacturing a first frame 200, manufacturing a second frame 300 through a press method, The step of coupling the first frame 200 to the battery cell stack, coupling the second frame 300 to the battery cell stack, coupling the first frame 200 and the second frame 300 Are performed in turn.
  • the step of coupling the module mounting portions 320 and 330 for mounting the battery module to the second frame 300 may be further included.
  • the module mounting parts 320 and 330 may be joined to the upper surface 310 of the second frame 300 through welding.
  • an integrated second frame 300 formed of the upper surface and the front and rear surfaces is manufactured, and this is coupled to the battery cell stack.
  • the module mounting units 320 and 330 can be simply manufactured in one common shape applicable to all mountings through extrusion or processing.
  • the first frame 200 and the second frame 300 may be joined to each other through welding. More specifically, as shown in FIG. 5, a portion where the three corners formed on the front surface 320 of the second frame 300 and the first frame 200 meet may be joined to each other through welding, and the second A portion where the three corners formed on the rear surface 330 of the frame 300 and the first frame 200 meet may be similarly bonded to each other through welding.
  • the battery cell stack is formed through a lower frame covering the lower and both sides of the battery cell stack, an upper frame covering the upper surface of the battery cell stack, and an end plate covering each of the front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • the outer structure is formed, when welding and assembling frames through the frame configuration as described above, since three or more parts are gathered and joined at one vertex, it may be difficult to elaborate welding near the vertex, and all three axial directions are welded together. There was a problem in that it was difficult to manage the tolerances of parts along each axial direction at once.
  • the outer frame structure of the battery cell stack is Since it is completed, it is possible to reduce the number of welding between frames compared to the prior art, and since the battery module frame structure can be formed with only two frames of the first and second frames 200 and 300, it is easy to manage frame parts in the manufacturing process. As the volume line is reduced, it may be easier to satisfy the gap condition between parts required for welding due to tolerance.
  • Both the first frame 200 and the second frame 300 may be formed of aluminum.
  • the first frame 200 and the second frame 300 may be formed of steel.
  • the battery module described above may be included in the battery pack.
  • the battery pack may have a structure in which one or more battery modules according to the present embodiment are collected and a battery management system (BMS) that manages the temperature or voltage of the battery, and a cooling device are added and packed.
  • BMS battery management system
  • the battery pack can be applied to various devices.
  • a device may be applied to a vehicle such as an electric bicycle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices capable of using a battery module, and this also falls within the scope of the present invention. .

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 하측면 및 양측면을 커버하는 제1 프레임 및 상기 전지셀 적층체의 상측면 및 전후면을 커버하는 제2 프레임을 포함하고, 상기 제2 프레임은, 제2 프레임 상면 및 제2 프레임 전후면을 포함하며, 상기 제2 프레임 상면 및 상기 제2 프레임 전후면은 일체로 형성된다.

Description

전지 모듈 및 그 제조 방법
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 06월 14일자 한국 특허 출원 제10-2019-0070976호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프레임 조립 공정을 단순화하는 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 보호하기 위해 상기 전지셀 적층체를 커버하는 프레임을 포함한다.
도 1은 종래의 전지 모듈(10)에 대한 분해 사시도이다.
도 1을 참고하면, 전지 모듈(10)은, 전면과 후면이 개방되어 셀 적층체(20)를 내부 공간에 수납하는 모노 프레임(30) 및 모노 프레임(30)의 전면과 후면을 덮는 엔드 플레이트(40)를 포함한다.
다만, 이러한 모노 프레임(30)의 경우, 셀 적층체(20)가 모노 프레임(30)의 개방된 전면 또는 후면으로 수평 조립되는 형태이기 때문에, 모노 프레임(30)의 높이는 셀 적층체(20)의 최대 높이와 삽입 과정에서의 조립 공차 등을 고려해 높게 설계되어야 하며, 그로 인해 불필요하게 낭비되는 공간이 발생할 수 밖에 없다.
또한 모노 프레임(30) 및 두 엔드 플레이트(40) 도합 3개 이상의 프레임 용접을 위해서는 용접 지그의 컨셉이 상당히 중요해지며, 용접시 사용되는 지그에 대한 지속적인 관리가 요구되는 문제점이 있다.
또한 상기와 같이 3개 이상의 프레임 용접시, 프레임 간의 누적 공차로 인해 용접시 요구되는 갭 조건을 만족하지 못하는 경우가 발생할 수 있는바, 프레임 단품의 치수 관리를 보다 타이트하게 해야 하며, 동시에 그에 따른 시간 및 비용이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 전지셀 적층체를 보호하는 외곽 프레임 부품 수를 감소시켜, 프레임 조립 공정을 단순화 시키고 그에 따른 전지 모듈의 품질을 향상시키는 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체의 하측면 및 양측면을 커버하는 제1 프레임 및 상기 전지셀 적층체의 상측면 및 전후면을 커버하는 제2 프레임을 포함하고, 상기 제2 프레임은, 제2 프레임 상면 및 제2 프레임 전후면을 포함하며, 상기 제2 프레임 상면 및 상기 제2 프레임 전후면은 일체로 형성된다.
또한 상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은, 하면 및 양측면으로 형성된 제1 프레임을 제조하는 단계, 프레스 공법을 통해 상면 및 전후면이 일체로 형성된 제2 프레임을 제조하는 단계, 전지셀 적층체에 하면 및 양측면으로 형성된 제1 프레임을 결합하는 단계, 상기 전지셀 적층체에 상면 및 전후면으로 형성된 제2 프레임을 결합하는 단계, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합하는 단계를 포함한다.
상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임은 알루미늄으로 형성될 수 있다.
상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임은 스틸로 형성될 수 있다.
상기 제2 프레임 상면 및 상기 제2 프레임 전후면은 프레임 연결부를 통해 서로 연결될 수 있다.
상기 프레임 연결부는, 상기 제2 프레임 전면 및 후면에 각각 두개씩 형성되고, 수직 방향으로 절곡 형성되어 상기 제2 프레임 전후면과 상기 제2 프레임 상면을 수직으로 연결할 수 있다.
상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합하는 단계에서, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임은 용접을 통해 서로 결합될 수 있다.
상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합하는 단계에서, 상기 제2 프레임에 형성된 모서리와, 이와 만나는 상기 제1 프레임의 모서리가 서로 용접 접합될 수 있다.
상기 제2 프레임을 제조하는 단계 후, 상기 전지 모듈을 장착하기 위한 모듈 마운팅부를 상기 제2 프레임에 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 마운팅부는 상기 제2 프레임에 용접을 통해 접합될 수 있다.
상기 제2 프레임을 제조하는 단계에서, 상기 제2 프레임의 전후면을 포밍하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 프레임을 제조하는 단계 및 상기 제2 프레임을 제조하는 단계에서, 상기 제1,2 프레임은 알루미늄으로 형성될 수 있다.
상기 제2 프레임을 제조하는 단계에서, 상기 제2 프레임에 형성된 프레임 연결부를 프레스 공법을 통해 절곡하여 상기 제2 프레임의 상면 및 전후면을 형성할 수 있다.
상기 제1 프레임을 제조하는 단계 및 상기 제2 프레임을 제조하는 단계에서, 상기 제1,2 프레임은 스틸로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 그 제조방법은, 전지셀 적층체를 보호하는 외곽 프레임 부품 수를 제1,2 프레임 두개로 감소시켜, 프레임 조립 공정을 단순화 시키고, 조립 공정 단순화에 따른 전지 모듈의 품질 향상에 기여한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체에 조립되는 두 프레임을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체를 제1 프레임에 결합하는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 조립체에 제2 프레임을 결합하는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 결합에 의해 프레임 조립이 완료된 모습을 나타낸 사시도이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시에에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체에 조립되는 두 프레임을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(100)이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 하면 및 양측면으로 형성되어 전지셀 적층체의 바닥면 및 양측면을 커버하는 제1 프레임(200), 상면 및 전후면으로 형성되어 전지셀 적층체의 상측면 및 전후면을 커버하는 제2 프레임(300)을 포함한다.
전지셀(100)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(100)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 전지 케이스, 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
전지셀 적층체의 전면 및 후면에는 각각 버스바 프레임(110)이 형성될 수 있다. 버스바 프레임(110)은 버스바 및 셀 연결 보드를 포함하며, 복수개의 전지셀(100)의 전극 리드들을 전기적으로 연결할 수 있도록 상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 커버하여 형성될 수 있다.
전지셀 적층체의 전후면에 각각 배치된 버스바 프레임(110)은 FPCB(연성회로기판) 또는 FFC(Flexible Flat cable) 등을 통해 상호간에 전기적으로 연결될 수 있다. 이렇게 FPCB 또는 FFC 등을 통해 센싱된 전지셀(100)에 대한 정보는 배터리 관리시스템(BMS, Battery Management System)으로 전달되며, 배터리 관리시스템에서는 상기 전지셀(100)에 대한 정보를 바탕으로 복수의 전지셀(100)을 제어 및 관리할 수 있다.
제1 프레임(200)은 전지셀(100) 적층체의 바닥면 및 양측면을 커버하도록 형성된다. 따라서 전지셀 적층체가 제1 프레임(200) 상에 안정적으로 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 프레임(300)은 상면 및 전후면이 일체로 형성되어, 전지셀 적층체의 상측면 및 전후면을 커버하도록 형성된다.
종래에는, 전지셀 적층체의 상측면을 커버하는 상부 프레임, 전지셀 적층체의 바닥면 및 양측면을 커버하는 하부 프레임 이외에, 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 두 엔드 프레임들을 별도로 조립하여, 프레임 조립시 3개축의 축방향에 따른 공차 관리가 난해하고, 프레임 간의 용접시 이용되는 지그에 대한 지속적 관리가 요구되며, 프레임 간의 누적 공차로 인해 프레임 단품의 치수 관리가 어려운 단점이 있었다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 프레임(300)은 상면 및 전후면이 일체로 형성되어, 상기 전지셀 적층체의 상측면 및 전후면을 한번에 커버할 수 있다. 이렇게 전지셀 적층체의 외곽을 형성하는 프레임 부품을 제1,2 프레임(200, 300) 두가지로 단일화 함으로써, 용접 복잡성이 감소하여 조립에 드는 시간이 감소하고 제품의 양산성이 확보될 수 있다. 또한 용접 라인의 축소로, 용접 불량으로 인한 불량품이 발생할 확률이 줄어들며, 프레임 단품의 공차 관리 부위가 축소되어 그에 따른 제품의 생산성이 향상될 수 있다. 그리고 단품 입고 단위 축소로 인해 제품의 관리가 용이해지고, 프레임 부품의 원가가 감소하는 효과 또한 가질 수 있다.
제2 프레임(300)은, 전지셀 적층체의 상측을 커버하는 제2 프레임 상면(310), 전지셀 적층체의 전방을 커버하는 제2 프레임 전면(320), 전지셀 적층체의 후방을 커버하는 제2 프레임 후면(330), 제2 프레임 상면(310)과 제2 프레임 전후면(320, 330)을 연결하는 프레임 연결부(340)를 포함할 수 있다.
제2 프레임(300)은 프레스 공법으로 제조되며 프레스 공법으로 제조가 용이한 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 프레스 공법으로 제조시, 프레임 연결부(340)에 압력을 가하여 프레임 연결부(340)를 절곡시킴으로써, 전지셀 적층체의 전후방을 커버하는 제2 프레임 전면(320) 및 제2 프레임 후면(330)이 전지셀 적층체의 형상과 대응되도록 제2 프레임 상면(310)과 수직을 이루게끔 형성될 수 있다.
종래에는 상부 프레임과 전후면 엔드 프레임을 별도로 제작하였으며, 상부 프레임은 압출 공법으로, 엔드 프레임은 주조 공법으로 제조하여, 프레임별로 다른 공법을 통해 각 위치의 프레임을 제작하였다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 프레임(300)은, 프레스 공법을 통해 상면 및 전후면이 일체로 제조되어, 제조 공정을 단순화 시킬 수 있으며, 그에 따라 제조 공정 관리가 용이해지며 제조에 따른 제품의 원가를 절감할 수 있다.
또한 종래에는 엔드 프레임이 주조 공법으로 제작 됨으로 인해, 제조된 엔드 프레임이 일정 수준의 두께를 가질 수 밖에 없는 구조였으나, 본 발명의 제2 프레임(300)은, 프레스 공법으로 제작됨으로써, 주조 공법시 제조된 엔드 프레임의 두께보다 더 얇은 두께를 가지는 제2 프레임의 전후면(320, 330)을 제작할 수 있게 되었다. 이를 통해 전지 모듈의 용적을 감소시킬 수 있고, 그에 따라 전지 모듈의 에너지 밀도를 상승시킬 수 있으며 전지 모듈의 컴팩트화를 통한 장착성 향상에 기여할 수 있다.
종래 실시예에 따르면, 주조 공법을 통해 엔드 프레임을 성형할 시 기본두께가 보통 4.5mm 이상이 되어야 했다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 제2 프레임(300)은 프레스 공법을 통해 제2 프레임 전후면(320, 330)의 두께를 2mm까지 감소시킬 수 있다.
다만 프레임의 두께가 얇아짐으로써, 프레임의 강성이 약해질 수 있는 문제가 있으나, 본 발명의 실시예에 따르면, 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 전극 리드 및 버스바 프레임(110)의 형상에 대응할 수 있도록 제2 프레임 전후면(320, 330)을 추가적으로 포밍할 수 있으며, 상기 포밍 작업을 통하여 제2 프레임 전후면(320, 330)의 필요 강성이 확보될 수 있다.
프레스물은 자중 및 외부 하중 등으로 인해 굽힘 및 뒤틀림이 발생하기 쉬운데, 이런 의도치 않은 변형을 억제하고 강성을 보강하기 위해 비드를 적용한다. 포밍은 상기 비드와 같은 형상을 제공하는 것으로, 포밍을 통해 제2 프레임 전후면(320, 330)에 비드와 같은 형상을 구현하여 강성을 확보하고, 동시에 포밍을 통해 형성된 굴곡과 버스바 프레임(110)의 요철부가 대응되도록 하여 버스바 프레임(110) 및 전지셀 적층체가 제2 프레임(300)에 안정적으로 장착시킬 수 있다.
이하 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체를 제1 프레임에 결합하는 모습을 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 3의 조립체에 제2 프레임을 결합하는 모습을 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 결합에 의해 프레임 조립이 완료된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은, 제1 프레임(200)을 제조하는 단계, 프레스 공법을 통해 제2 프레임(300)을 제조하는 단계, 전지셀 적층체에 제1 프레임(200)을 결합하는 단계, 상기 전지셀 적층체에 제2 프레임(300)을 결합하는 단계, 제1 프레임(200)과 제2 프레임(300)을 결합하는 단계를 차례로 수행한다.
제2 프레임(300)을 제조하는 단계 후, 전지 모듈을 장착하기 위한 모듈 마운팅부(320, 330)를 제2 프레임(300)에 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 모듈 마운팅부(320, 330)는 제2 프레임(300)의 상면(310)에 용접을 통해 접합될 수 있다. 제2 프레임 상면(310)의 전후측에 모듈 마운팅부(320, 330)를 용접 결합하여, 상면 및 전후면으로 형성된 일체형의 제2 프레임(300)을 제조하고, 이를 전지셀 적층체에 결합하여 조립할 수 있다. 모듈 마운팅부(320, 330)는 압출 또는 가공 등을 통해 모든 마운팅에 적용 가능한 공통 형상 한가지로 간단히 제작할 수 있다.
제1 프레임(200)과 제2 프레임(300)을 결합하는 단계에서, 제1 프레임(200)과 제2 프레임(300)은 용접을 통해 서로 접합될 수 있다. 보다 상세하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 프레임(300)의 전면(320)에 형성된 세 모서리와 제1 프레임(200)이 만나는 부분이 용접을 통해 서로 접합될 수 있으며, 제2 프레임(300)의 후면(330)에 형성된 세 모서리와 제1 프레임(200)이 만나는 부분도 마찬가지로 용접을 통해 서로 접합될 수 있다.
종래에는 전지셀 적층체의 하측면 및 양측면을 커버하는 하부 프레임, 전지셀 적층체의 상측면을 커버하는 상부 프레임 및 전지셀 적층체의 전후면 각각을 커버하는 엔드 플레이트를 통해 전지셀 적층체의 외곽 구조를 형성하였으나, 상기와 같은 프레임 구성을 통해 프레임들을 용접 조립할 시에는, 한 꼭지점에 3개 이상의 부품이 모여서 접합되므로 꼭지점 부근의 정교한 용접이 어려울 수 있으며, 3개의 축방향 모두 용접 접합이 이루어지기 때문에 각각의 축방향에 따른 부품의 공차를 한꺼번에 관리하기 어려운 문제점이 있었다.
또한 3개 이상의 프레임 용접을 위해서는 용접 지그에 대한 지속적인 관리가 수반되었으며, 다중 프레임 간의 누적 공차로 인해 용접시 요구되는 갭 조건을 만족하지 못하는 경우가 발생하여, 프레임 부품의 치수 관리가 어려운 문제점이 있었다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레임 조립시 제2 프레임 전면(320)의 세 모서리 및 제2 프레임 후면(330)의 세 모서리 도합 여섯개의 모서리만 용접하면 전지셀 적층체의 외곽 프레임 구조가 완성되므로, 종래에 비해 프레임간 용접 개수를 줄일 수 있으며, 제1,2 프레임(200, 300) 두개의 프레임 만으로 전지 모듈 프레임 구조를 형성할 수 있으므로, 제조 과정에 있어서의 프레임 부품 관리가 용이해지며, 용적 라인이 축소됨으로 인해, 공차로 인해 용접시 요구되는 부품간의 갭 조건을 만족하기 수월해질 수 있다.
제1 프레임(200) 및 제2 프레임(300)은 모두 알루미늄으로 형성될 수 있다. 또한 제1 프레임(200) 및 제2 프레임(300)은 스틸로도 형성될 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 전지팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 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 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
부호의 설명
100: 전지셀
110: 버스바 프레임
200: 제1 프레임
300: 제2 프레임
310: 제2 프레임 상면
320: 제2 프레임 전면
330: 제2 프레임 후면
340: 프레임 연결부

Claims (15)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 하측면 및 양측면을 커버하는 제1 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체의 상측면 및 전후면을 커버하는 제2 프레임을 포함하고,
    상기 제2 프레임은, 제2 프레임 상면 및 제2 프레임 전후면을 포함하며, 상기 제2 프레임 상면 및 상기 제2 프레임 전후면은 일체로 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임은 알루미늄으로 형성되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임은 스틸로 형성되는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 제2 프레임 상면 및 상기 제2 프레임 전후면은 프레임 연결부를 통해 서로 연결되는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 프레임 연결부는, 상기 제2 프레임 전면 및 후면에 각각 두개씩 형성되고, 수직 방향으로 절곡 형성되어 상기 제2 프레임 전후면과 상기 제2 프레임 상면을 수직으로 연결하는 전지 모듈.
  6. 하면 및 양측면으로 형성된 제1 프레임을 제조하는 단계;
    프레스 공법을 통해 상면 및 전후면이 일체로 형성된 제2 프레임을 제조하는 단계;
    전지셀 적층체에 하면 및 양측면으로 형성된 제1 프레임을 결합하는 단계;
    상기 전지셀 적층체에 상면 및 전후면으로 형성된 제2 프레임을 결합하는 단계; 및
    상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합하는 단계를 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합하는 단계에서, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임은 용접을 통해 서로 결합되는 전지 모듈의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합하는 단계에서, 상기 제2 프레임에 형성된 모서리와, 이와 만나는 상기 제1 프레임의 모서리가 서로 용접 접합되는 전지 모듈의 제조 방법.
  9. 제6항에서,
    상기 제2 프레임을 제조하는 단계 후, 상기 전지 모듈을 장착하기 위한 모듈 마운팅부를 상기 제2 프레임에 결합하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 모듈 마운팅부는 상기 제2 프레임에 용접을 통해 접합되는 전지 모듈의 제조 방법.
  11. 제6항에서,
    상기 제2 프레임을 제조하는 단계에서, 상기 제2 프레임의 전후면을 포밍하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  12. 제6항에서,
    상기 제1 프레임을 제조하는 단계 및 상기 제2 프레임을 제조하는 단계에서, 상기 제1,2 프레임은 알루미늄으로 형성되는 전지 모듈의 제조 방법.
  13. 제6항에서,
    상기 제2 프레임을 제조하는 단계에서, 상기 제2 프레임에 형성된 프레임 연결부를 프레스 공법을 통해 절곡하여 상기 제2 프레임의 상면 및 전후면을 형성하는 전지 모듈의 제조 방법.
  14. 제6항에서,
    상기 제1 프레임을 제조하는 단계 및 상기 제2 프레임을 제조하는 단계에서, 상기 제1,2 프레임은 스틸로 형성되는 전지 모듈의 제조 방법.
  15. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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