WO2020251159A1 - 전지 모듈, 이의 제조 방법 및 전지팩 - Google Patents

전지 모듈, 이의 제조 방법 및 전지팩 Download PDF

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battery
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최종화
성준엽
박명기
박준규
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a method of manufacturing the same, and a battery pack, and more particularly, to a battery module that improves space utilization and minimizes damage to parts, a method of manufacturing the same, and a battery pack.
  • Secondary batteries having high ease of application according to product groups and having electrical characteristics such as high energy density are commonly applied to electric vehicles or hybrid vehicles driven by electric drive sources, power storage devices, as well as portable devices.
  • Such a secondary battery is attracting attention as a new energy source for eco-friendly and energy efficiency enhancement in that it does not generate by-products from the use of energy as well as the primary advantage that it can dramatically reduce the use of fossil fuels.
  • Small mobile devices use one or two or three battery cells per device, whereas medium-sized devices such as automobiles require high power and large capacity. Therefore, a medium or large-sized battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected is used.
  • the medium and large-sized battery modules are preferably manufactured with a small size and weight as possible, prismatic batteries and pouch-type batteries, which can be stacked with a high degree of integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of the medium and large battery modules.
  • the battery module in order to protect the cell stack from external shock, heat, or vibration, the front and rear surfaces may be opened to include a frame member for accommodating the battery cell stack in the inner space.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module having a conventional mono frame.
  • the battery module includes a battery cell stack 12 formed by stacking a plurality of battery cells 11, a mono frame 20 with open front and rear surfaces to cover the battery cell stack 12, and It may include end plates 60 covering the front and rear surfaces of the mono frame 20.
  • a battery cell stack 12 formed by stacking a plurality of battery cells 11, a mono frame 20 with open front and rear surfaces to cover the battery cell stack 12, and It may include end plates 60 covering the front and rear surfaces of the mono frame 20.
  • horizontal assembly is required so that the battery cell stack 12 is inserted into the open front or rear of the mono frame 20 along the X-axis direction as shown in the arrow shown in FIG. 1.
  • clearance means a gap generated by fitting or the like. If the free space is small, component damage may occur during horizontal assembly. Therefore, the height of the mono frame 20 should be designed to be large in consideration of the maximum height of the battery cell stack 12 and the assembly tolerance in the insertion process, and thus, unnecessary space may occur.
  • An object to be solved by the present invention is to provide a battery module, a method of manufacturing the same, and a battery pack to improve space utilization and minimize damage to parts by modifying the structure of the frame member surrounding the battery cell stack.
  • a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a first L-shaped frame accommodating the battery cell stack and having an open top and one side, and the battery cell stack. And a second L-shaped frame that accommodates a sieve and has a lower and one side open, and the first L-shaped frame and the second L-shaped frame are engaged to surround the four surfaces of the battery cell stack, and the first 1 L-shaped frame
  • the lower surface includes a first part and a second part, the first part is located at an edge with respect to the length direction of the battery cell, the second part is located inside the first part, and the first part The thickness of is thinner than that of the second portion.
  • the battery module further includes a bus bar frame connected to the battery cell stack, and the first L-shaped frame has both sides facing each other open based on a direction in which the electrode leads of the battery cell stack protrude, On both open sides of the first L-shaped frame, the bus bar frame is connected to the battery cell stack, and the bus bar frame is a main frame disposed perpendicular to a direction in which the electrode leads protrude, and a lower portion of the main frame It may include a bent portion extending from.
  • the bent portion of the first L-shaped frame It may be located on the first portion of the lower surface.
  • the combined thickness of the bent portion and the thickness of the first portion may be thinner than the thickness of the second portion.
  • the battery cell may include a protrusion formed in a width direction, and the protrusion may be located on the bent part.
  • the battery module may further include a pad portion positioned between the second portion and the battery cell stack.
  • the battery module may further include a thermally conductive resin layer positioned between the second portion and the battery cell stack, and the pad portion may be positioned between the thermally conductive resin layer and the first portion.
  • a lower surface of the battery cell stack perpendicular to the stacking direction of the plurality of battery cells may be mounted on the lower surface of the first L-shaped frame.
  • the first L-shaped frame further includes end plates coupled to both open sides of the first L-shaped frame, and both open sides of the first L-shaped frame face each other based on a protruding direction of the electrode lead of the battery cell stack. I can.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above.
  • a method of manufacturing a battery module includes the steps of mounting a battery cell stack on a lower surface of a first L-shaped frame with an open top and one side thereof, and the first L-shaped frame is not covered. Covering the battery cell stack with a second L-shaped frame so as to cover the open surface of the battery cell stack, combining the first L-shaped frame and the second L-shaped frame, and the first L-shaped And coupling an end plate to each of the open sides of the battery cell stack surrounded by the frame and the second L-shaped frame, wherein the battery cell stack is in a direction perpendicular to the lower surface of the first L-shaped frame It is mounted on the lower surface of the first L-shaped frame while moving along.
  • the bus bar frame before mounting the battery cell stack on the lower surface of the first L-shaped frame, is arranged in a direction opposite to the protruding direction of the electrode leads of the battery cells included in the battery cell stack. It may further include the step of connecting the battery cell stack and the bus bar frame while moving.
  • the method of manufacturing the battery module may further include applying a thermally conductive resin to the lower surface of the first L-shaped frame before mounting the battery cell stack on the lower surface of the first L-shaped frame.
  • the method of manufacturing the battery module further includes forming a pad portion on a lower surface of the first L-shaped frame before the step of applying the thermally conductive resin, wherein the pad portion guides the application position of the applied thermally conductive resin. can do.
  • the battery cell stack may be inserted into the lower surface of the first L-shaped frame in a direction perpendicular to a stacking direction of a plurality of battery cells included in the battery cell stack.
  • space utilization may be improved by reducing a tolerance between the battery cell stack and the frame compared to the prior art.
  • the gap between the battery cell stack and the frame can be reduced, thereby improving the space utilization in the height direction.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a battery module having a conventional mono frame.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a state in which the components of the battery module of FIG. 2 are combined.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a first L-shaped frame in the battery module of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a bus bar frame in the battery module of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the XZ plane in the longitudinal direction of the battery cell stack in FIG. 3.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a battery module corresponding to the comparative example of FIG. 7.
  • FIG. 9 to 11 are views showing a method of manufacturing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc.
  • this includes not only “directly over” another part, but also a case where another part is in the middle.
  • another part when one part is “directly above” another part, it means that there is no other part in the middle.
  • the reference part means that it is located above or below the reference part, and means that it is located “above” or “on” in the direction opposite to gravity. no.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a perspective view illustrating a state in which the components of the battery module of FIG. 2 are combined.
  • 4 is a perspective view illustrating one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 2.
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 including a plurality of battery cells 110, a first L with open top, front and rear surfaces.
  • the first L-shaped frame 300 is a battery cell stacked body corresponding to the first side and the second side. It consists of a plate-shaped structure bent so as to continuously surround one side and a lower surface adjacent to each other among the remaining outer surfaces except for the surface of 120.
  • the second L-shaped frame 400 is a battery cell corresponding to the first side and the second side. It consists of a plate-shaped structure that is bent so as to continuously surround an upper surface and another side surface adjacent to each other among the remaining outer surfaces except for the surface of the stacked body 120.
  • the first L-shaped frame 300 and the second L-shaped frame 400 may form a structure surrounding the battery cell stack 120 by being coupled by welding or the like in a state in which the corresponding corner portions are in contact with each other.
  • the first L-shaped frame 300 and the second L-shaped frame 400 are interlocked to surround the four surfaces of the battery cell stack 120. That is, the first L-shaped frame 300 and the second L-shaped frame 400 may have a coupling portion CP formed at a corner portion corresponding to each other by a coupling method such as welding.
  • the battery cell stack 120 includes a plurality of battery cells 110 stacked in one direction, and the plurality of battery cells 110 may be stacked in the Y-axis direction as shown in FIG. 2.
  • the battery cell 110 is preferably a pouch-type battery cell.
  • two electrode leads 111 and 112 face each other, so that one end 114a of the battery body 113 and the other end 114b Each has a structure protruding from ).
  • the battery cell 110 is manufactured by bonding both ends 114a and 114b of the case 114 and both sides 114c connecting them with the electrode assembly (not shown) stored in the battery case 114. I can.
  • the battery cell 110 has a total of three sealing portions 114sa, 114sb, and 114sc, and the sealing portions 114sa, 114sb, 114sc are sealed by a method such as thermal fusion.
  • the other side portion may be formed of the connection portion 115.
  • the distance between both ends 114a and 114b of the battery case 114 is defined in the longitudinal direction of the battery cell 110, and a connection part with one side 114c connecting both ends 114a and 114b of the battery case 114 Between 115 may be defined in the width direction of the battery cell 110.
  • connection part 115 is an area extending long along an edge of the battery cell 110, and a protrusion 110p of the battery cell 110 may be formed at an end of the connection part 115.
  • the protrusion 110p may be formed on at least one of both ends of the connection part 115 and may protrude in a direction perpendicular to a direction in which the connection part 115 extends.
  • the protrusion 110p may be positioned between one of the sealing portions 114sa and 114sb of both ends 114a and 114b of the battery case 114 and the connection portion 115.
  • the battery case 114 is generally made of a laminate structure of a resin layer/metal thin film layer/resin layer.
  • a battery cell stacked body by attaching an adhesive member such as an adhesive adhesive such as double-sided tape or a chemical adhesive bonded by a chemical reaction upon adhesion to the surface of the battery case. 120 can be formed.
  • the battery cell stacked body 120 is stacked in the Y-axis direction, is accommodated in the first L-shaped frame 300 in the Z-axis direction, and cooled by a thermally conductive resin layer described later.
  • a thermally conductive resin layer described later As a comparative example of this, there is a case in which the battery cells are formed of cartridge-shaped parts, and the fixing between the battery cells is made by assembling the battery module frame.
  • due to the presence of the cartridge-type component there is little or no cooling action, or it may proceed in the direction of the surface of the battery cell, and cooling is not well performed in the height direction of the battery module.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a first L-shaped frame in the battery module of FIG. 2.
  • the first L-shaped frame 300 includes a lower surface 300a and a side portion 300b bent from the lower surface 300a.
  • a thermally conductive resin is applied to the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300. After application, the thermally conductive resin may be cured to form the thermally conductive resin layer 310.
  • the battery cell stack 120 Before the thermally conductive resin layer 310 is formed, that is, before the applied thermally conductive resin is cured, the battery cell stack 120 is in a direction perpendicular to the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300 While moving along, it may be mounted on the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300. Thereafter, the thermally conductive resin layer 310 formed by curing the thermally conductive resin is positioned between the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300 and the battery cell stack 120. The thermally conductive resin layer 310 may serve to transfer heat generated from the battery cell 110 to the bottom of the battery module 100 and fix the battery cell stack 120.
  • the battery module according to the present embodiment may further include a pad part 320 formed on the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300.
  • the pad part 320 may guide the application position of the thermally conductive resin or prevent the thermally conductive resin from overflowing to the outside of the bottom part 300a, and at least one may be formed.
  • one pad part 320 is formed at the center of the lower surface 300a and one at both ends of the lower surface 300a based on the X-axis direction.
  • the size, position, and number of the pads 320 may be modified and designed.
  • the pad part 320 may be formed of an insulating film. At this time, the pad part 320 may be formed of a material such as polyurethane foam or rubber so that the thermally conductive resin may be compressed by contacting the battery cell 110 on the bottom part 300a.
  • the distance between the side portion of the first L-shaped frame 300 and the side portion of the second L-shaped frame 400 according to the present embodiment and the lower portion of the first L-shaped frame 300 The width of the surface or the width of the upper surface of the second L-shaped frame 400 may be the same.
  • the edge portion along the X-axis direction of the side portion of the second L-shaped frame 400 and the edge portion along the X-axis direction of the side portion of the first L-shaped frame 300 directly meet and are joined by a method such as welding. Can be.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a bus bar frame in the battery module of FIG. 2.
  • the bus bar frame 130 includes a main frame 130a disposed perpendicular to a direction in which the electrode leads 111 and 112 described in FIG. 4 protrude, and a main frame 130a. It includes a bent portion (130b) extending from the bottom of the.
  • the bus bar frame 130 is connected to the battery cell stack 120 as described in FIGS. 2 and 3.
  • an electrode lead may pass through a slit to form a structure in which it is combined with a bus bar.
  • the bent portion 130b may be bent at approximately 90 degrees with respect to the main frame 130a and may be positioned on the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300. The bent portion 130b and the surrounding configuration will be further described with reference to FIG. 7.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the XZ plane in the longitudinal direction of the battery cell stack in FIG. 3.
  • 8 is a cross-sectional view of a battery module corresponding to the comparative example of FIG. 7.
  • the battery cell 110 includes a protrusion 110p formed in the width direction, and the protrusion 110p is positioned on the bent portion 130b.
  • the width direction of the battery cell 110 may be the Z-axis direction of FIG. 7.
  • the lower surface 300a of the first L-shaped frame according to the present embodiment includes a first portion 300a1 and a second portion 300a2, and the first portion 300a1 extends the length direction of the battery cell 110. It is located at the edge as a reference, and the second part 300a2 is located inside the first part 300a1.
  • the thickness of the first portion 300a1 is preferably thinner than the thickness of the second portion 300a2.
  • the longitudinal direction of the battery cell 110 may be the X-axis direction of FIG. 7.
  • the bent portion 130b of the bus bar frame 130 is located on the first portion 300a1 of the lower surface 300a of the first L-shaped frame.
  • the combined thickness of the bent portion 130b and the thickness of the first portion 300a1 is preferably thinner than the thickness of the second portion 300a2. This is because it is possible to prevent the protrusion 110p of the battery cell 110 from flowing due to external impact by being caught by the step between the first portion 300a1 and the second portion 300a2.
  • a step difference between the lower surface 300a may be simultaneously formed while forming an L-shaped frame structure.
  • Press molding or NC (numerical control work) processing may be used to form such a step.
  • the pad part 320 is located between the second part 300a2 of the lower surface 300a and the battery cell 110, and a thermally conductive resin layer 310 is located inside the pad part 320. That is, the pad part 320 may be positioned between the thermally conductive resin layer 310 and the first portion 300a1 of the lower surface 300a to define a position where the thermally conductive resin layer 310 is formed.
  • the thickness of the lower surface 300a' of the first L-shaped frame is uniform.
  • the lower surface 300a' of FIG. 7 The height of the thermally conductive resin layer 310 ′ and the pad part 320 ′ may increase as there is no step such as ). Therefore, compared to the comparative example of FIG. 8, as in the example of FIG. 7, the space utilization rate can be improved by reducing the tolerance between the battery cell 110 and the frame, and the thickness of the thermally conductive resin layer 310 can be reduced. Therefore, the amount of the thermally conductive resin used to form the thermally conductive resin layer 310 can be reduced.
  • FIG. 9 to 11 are views showing a method of manufacturing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the method of manufacturing a battery module includes the step of stacking the battery cell stack 120 on the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300 with open top and one side. Include. At this time, in a direction perpendicular to the stacking direction (Z-axis direction) of the plurality of battery cells 110 included in the battery cell stack 120, the battery cell stack 120 is placed under the first L-shaped frame 300 It is preferably inserted into the surface (300a). In this embodiment, before the first L-shaped frame 300 moves in the Z-axis direction, the battery cell stack 120 may move in the Y-axis direction along an open side. In other words, after the battery cell stack 120 has moved to just above the lower surface 300a in a space where one side is open, the battery cell stack 120 is moved to the first L-shaped frame ( It may be disposed on the lower surface 300a of 300).
  • the method of manufacturing a battery module includes, before mounting the battery cell stack 120 on the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300, the battery cells included in the battery cell stack 120 The step of connecting the battery cell stack 120 and the bus bar frame 130 while moving the bus bar frame 130 in a direction opposite to the direction in which the electrode lead of 110 protrudes may be further included.
  • the battery module manufacturing method is performed on the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300 before mounting the battery cell stack 120 on the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300. It may further include the step of applying a thermally conductive resin. Prior to the step of applying the thermally conductive resin, the step of forming the pad portion 320 described in FIG.
  • the pads 320 when a thermally conductive resin is applied between the pads 320, the pads 320 not only guide the application position of the thermally conductive resin, but also prevent the thermally conductive resin from overflowing. And it is easy to control the amount of thermally conductive resin applied.
  • a thermally conductive resin layer for heat transfer and fixing of the cell stack may be formed between the lower portion of the battery cell stack 12 described in FIG. 1 and the mono frame 20 .
  • a thermally conductive resin layer for heat transfer and fixing of the cell stack may be formed.
  • a thermally conductive resin layer is formed by inserting a thermally conductive resin through an injection hole formed in the monoframe 20.
  • it is difficult to inject the thermally conductive resin due to the tolerance of components in each battery module, and there is a limit to forming the thermally conductive resin layer having a uniform thickness.
  • the method of manufacturing a battery module according to the present embodiment includes a second L-shaped frame 400 to cover the open surface of the battery cell stack 120 that is not covered by the first L-shaped frame 300. ) To cover the battery cell stack 120.
  • the second L-shaped frame 400 is coupled to the first L-shaped frame 300 in a vertical Z-axis direction by welding or the like, the mono frame 20 of FIG. 1 is used as a battery cell stack.
  • a protective cover (not shown) necessary for protecting the battery cell 11 may be omitted.
  • the lower surface of the first L-shaped frame 300 and the side portion 400b of the second L-shaped frame 400 are welded, and the side portion 300b of the first L-shaped frame 300 and the second L-shaped
  • the upper surface 400a of the frame 400 may be welded.
  • the method of manufacturing a battery module includes the steps of combining the second L-shaped frame 400 and the first L-shaped frame 300, and It includes the step of coupling the end plates 150 to each of the open sides of the battery cell stack 120 surrounded by the L-shaped frame 400.
  • the lower surface 300a of the first L-shaped frame 300 and the side portion 400b of the second L-shaped frame 400 are coupled, and the side portion 300b of the first L-shaped frame 300 and the second L-shaped.
  • a welding method, a bonding method using an adhesive, a bolting bonding method, a riveting and tape bonding method, and the like may be used.
  • one or more of the battery modules may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the battery module and the battery pack including the same may 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 the present invention is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same. It belongs to the scope of the invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하고 상부 및 일측면이 개방된 제1 L자형 프레임, 및 상기 전지셀 적층체를 수용하고, 하부 및 일측면이 개방된 제2 L자형 프레임을 포함하고, 상기 제1 L자형 프레임과 상기 제2 L자형 프레임이 맞물려 상기 전지셀 적층체의 4면을 둘러싸며, 상기 제1 L자형 프레임의 하부면은 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 전지셀의 길이 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분 안쪽에 위치하며, 상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 얇다.

Description

전지 모듈, 이의 제조 방법 및 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 6월 12일자 한국 특허 출원 제10-2019-0069229호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈, 이의 제조 방법 및 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 공간 활용률을 향상시키고, 부품 손상을 최소화하는 전지 모듈, 이의 제조 방법 및 전지팩에 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 전지셀(11)이 적층되어 형성된 전지셀 적층체(12), 전지셀 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 전지셀 적층체(12)가 삽입되도록 수평 조립이 필요하다. 다만, 이러한 수평 조립이 안정적으로 될 수 있도록 전지셀 적층체(10)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.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지셀 적층체를 감싸는 프레임 부재의 구조를 변형함으로써 공간 활용률을 향상시키고, 부품 손상을 최소화하는 전지 모듈, 이의 제조 방법 및 전지팩을 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 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하고 상부 및 일측면이 개방된 제1 L자형 프레임, 및 상기 전지셀 적층체를 수용하고, 하부 및 일측면이 개방된 제2 L자형 프레임을 포함하고, 상기 제1 L자형 프레임과 상기 제2 L자형 프레임이 맞물려 상기 전지셀 적층체의 4면을 둘러싸며, 상기 제1 L자형 프레임의 하부면은 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 전지셀의 길이 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분 안쪽에 위치하며, 상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 얇다.
상기 전지 모듈은 상기 전지셀 적층체와 연결되는 버스바 프레임을 더 포함하고, 상기 제1 L자형 프레임은 상기 전지셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향하는 양측이 개방되고, 상기 제1 L자형 프레임의 개방된 양측에서 상기 버스바 프레임은 상기 전지셀 적층체와 연결되며, 상기 버스바 프레임은 상기 전극 리드가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메인 프레임과 상기 메인 프레임의 하부에서 연장된 절곡부를 포함할 수 있다.
상기 절곡부는 상기 제1 L자형 프레임의 하부면의 제1 부분 상에 위치할 수 있다.
상기 절곡부의 두께와 상기 제1 부분의 두께를 합한 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 전지셀은 폭 방향으로 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기절곡부 상에 위치할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 제2 부분과 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 패드부를 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 제2 부분과 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 열전도성 수지층을 더 포함하고, 상기 패드부는 상기 열전도성 수지층과 상기 제1 부분 사이에 위치할 수 있다.
상기 복수의 전지셀의 적층 방향과 수직한 상기 전지셀 적층체의 하부면이 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 장착될 수 있다.
상기 제1 L자형 프레임의 개방된 양측에 각각 결합된 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 제1 L자형 프레임의 개방된 양측은 상기 전지셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은 상부 및 일측면이 개방된 제1 L자형 프레임의 하부면에 전지셀 적층체를 장착하는 단계, 상기 제1 L자형 프레임으로 덮여 있지 않은 상기 전지셀 적층체의 개방된 면을 덮도록 제2 L자형 프레임으로 상기 전지셀 적층체를 덮는 단계, 상기 제1 L자형 프레임과 상기 제2 L자형 프레임을 결합하는 단계, 및 상기 제1 L자형 프레임과 상기 제2 L자형 프레임에 둘러싸인 상기 전지셀 적층체의 개방된 양측에 각각 엔드 플레이트를 결합하는 단계를 포함하고, 상기 전지셀 적층체는 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 수직한 방향을 따라 이동하면서 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 장착된다.
상기 전지 모듈 제조 방법은 상기 전지셀 적층체를 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 장착하기 전에 상기 전지셀 적층체에 포함된 전지셀의 전극 리드가 돌출된 방향과 반대 방향으로 버스바 프레임을 이동하면서 상기 전지셀 적층체와 상기 버스바 프레임을 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈 제조 방법은 상기 전지셀 적층체를 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 장착하기 전에 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 열전도성 수지를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈 제조 방법은 상기 열전도성 수지를 도포하는 단계 이전에 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 패드부를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 패드부는 상기 도포되는 열전도성 수지의 도포 위치를 가이드할 수 있다.
상기 전지셀 적층체에 포함된 복수의 전지셀의 적층 방향과 수직한 방향으로 상기 전지셀 적층체가 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 삽입될 수 있다.
실시예들에 따르면, L자형 프레임을 구현하여 종래 기술 대비하여 전지셀 적층체와 프레임 사이의 공차를 줄여 공간 활용률을 향상시킬 수 있다.
또한, 조립시 손상 방지를 위해 필요한 보호 커버를 제거할 수 있다.
또한, L자형 프레임의 하부면 가장자리를 가공하여 전지셀 적층체와 프레임 사이의 갭을 축소하여 높이 방향으로의 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 모노 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 2의 전지 모듈에서 제1 L자형 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 2의 전지 모듈에서 버스바 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 3에서 전지셀 적층체의 길이 방향인 XZ 평면을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 7의 비교예에 해당하는 전지 모듈의 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 2의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)을 포함하는 전지셀 적층체(120), 상부면, 전면 및 후면이 개방된 제1 L자형 프레임(300), 하부면, 전면 및 후면이 개방된 제2 L자형 프레임(400), 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면에 각각 위치하는 엔드 플레이트(150) 및 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(150) 사이에 위치하는 버스바 프레임(130)을 포함한다.
제1 L자형 프레임(300)의 개방된 양측을 각각 제1 측과 제2 측이라고 할 때, 제1 L자형 프레임(300)은 상기 제1 측과 상기 제2 측에 대응하는 전지셀 적층체(120)의 면을 제외하고 나머지 외면들 중에서, 서로 인접한 하부면과 일측면을 연속적으로 감싸도록 절곡된 판상형 구조로 이루어져 있다. 유사하게 제2 L자형 프레임(400)의 개방된 양측을 각각 제1 측과 제2 측이라고 할 때, 제2 L자형 프레임(400)은 상기 제1 측과 상기 제2 측에 대응하는 전지셀 적층체(120)의 면을 제외하고 나머지 외면들 중에서, 서로 인접한 상부면과 다른 일측면을 연속적으로 감싸도록 절곡된 판상형 구조로 이루어져 있다.
제1 L자형 프레임(300)과 제2 L자형 프레임(400)은 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등에 의해 결합됨으로써 전지셀 적층체(120)를 감싸는 구조를 형성할 수 있다. 제1 L자형 프레임(300)과 제2 L자형 프레임(400)이 맞물려 전지셀 적층체(120)의 4면을 둘러싸고 있다. 즉, 제1 L자형 프레임(300)과 제2 L자형 프레임(400)은 서로 대응하는 모서리 부위에 용접 등의 결합 방법으로 형성된 결합부(CP)가 형성될 수 있다.
전지셀 적층체(120)는 일방향으로 적층된 복수의 전지셀(110)을 포함하고, 복수의 전지셀(110)은 도 2에 도시한 바와 같이 Y축 방향으로 적층될 수 있다. 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 4를 참고하면 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 전지셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 양 측면(114c)을 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이가 전지셀(110)의 길이 방향으로 정의하고, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)와 연결부(115) 사이를 전지셀(110)의 폭 방향으로 정의할 수 있다.
연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗어 있는 영역이며, 연결부(115)의 단부에 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 돌출부(110p)는 연결부(115)의 양 단부 중 적어도 하나에 형성될 수 있고, 연결부(115)가 뻗는 방향에 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(110p)는 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)의 실링부(114sa, 114sb) 중 하나와 연결부(115) 사이에 위치할 수 있다.
전지 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 전지 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 전지셀 적층체(120)는 Y축 방향으로 적층되고, Z축 방향으로 제1 L자형 프레임(300)에 수용되어 후술하는 열전도성 수지층에 의해 냉각이 진행될 수 있다. 이에 대한 비교예로서 전지셀이 카트리지 형태의 부품으로 형성되어 전지셀 간의 고정이 전지 모듈 프레임으로 조립으로 이루어지는 경우가 있다. 이러한 비교예에서는 카트리지 형태의 부품의 존재로 인해 냉각 작용이 거의 없거나 전지셀의 면 방향으로 진행될 수 있고, 전지 모듈의 높이 방향으로는 냉각이 잘 되지 않는다.
도 5는 도 2의 전지 모듈에서 제1 L자형 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 제1 L자형 프레임(300)은 하부면(300a) 및 하부면(300a)로부터 절곡된 측면부(300b)를 포함한다. 도 2에서 설명한 전지셀 적층체(120)가 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 장착되기 전에, 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 열전도성 수지를 도포하고, 열전도성 수지를 경화하여 열전도성 수지층(310)을 형성할 수 있다. 열전도성 수지층(310)을 형성하기 이전에, 즉 상기 도포한 열전도성 수지가 경화되기 전에 전지셀 적층체(120)가 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 수직한 방향을 따라 이동하면서 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 장착될 수 있다. 이후 열전도성 수지가 경화되어 형성된 열전도성 수지층(310)은 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)와 전지셀 적층체(120) 사이에 위치한다. 열전도성 수지층(310)은 전지셀(110)에서 발생하는 열을 전지 모듈(100) 바닥으로 전달하고 전지셀 적층체(120)를 고정하는 역할을 할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈은 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 형성된 패드부(320)를 더 포함할 수 있다. 패드부(320)는 열전도성 수지의 도포 위치를 가이드하거나 열전도성 수지가 바닥부(300a) 외부로 넘치는 것을 방지할 수 있고, 적어도 하나 형성될 수 있다. 도 5에서는 하부면(300a)의 중앙에 하나, X축 방향을 기준으로 하부면(300a)의 양 단부에 각각 하나씩 패드부(320)가 형성된 것으로 도시하였으나, 열전도성 수지의 도포량 등을 고려하여 패드부(320)의 크기, 위치 및 개수 등을 변형 설계할 수 있다. 패드부(320)는 절연 필름으로 형성될 수 있다. 이때, 열전도성 수지가 바닥부(300a) 상부에 전지셀(110)이 닿아 압축될 수 있도록 패드부(320)가 폴리 우레탄 폼(PU foam) 또는 고무 등의 재료로 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 L자형 프레임(300)의 측면부와 제2 L자형 프레임(400)의 측면부 사이의 거리와 제1 L자형 프레임(300)의 하부면의 폭 또는 제2 L자형 프레임(400)의 상부면의 폭은 서로 동일할 수 있다. 다시 말해, 제2 L자형 프레임(400)의 측면부의 X축 방향에 따른 모서리 부분과 제1 L자형 프레임(300)의 측면부의 X축 방향에 따른 모서리 부분이 직접 만나서 용접 등의 방법에 의해 결합될 수 있다.
도 6은 도 2의 전지 모듈에서 버스바 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 버스바 프레임(130)은 도 4에서 설명한 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메임 프레임(130a)과, 메인 프레임(130a)의 하부에서 연장된 절곡부(130b)를 포함한다. 버스바 프레임(130)은 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같이 전지셀 적층체(120)와 연결된다. 메인 프레임(130a)에서는 전극 리드가 슬릿을 통과하여 버스바와 결합한 구조를 형성할 수 있다. 절곡부(130b)는 메인 프레임(130a) 기준으로 대략 90도로 구부러져서 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a) 상에 위치할 수 있다. 절곡부(130b) 및 주변 구성에 대해서는 도 7을 참고하여 추가 설명하기로 한다.
도 7은 도 3에서 전지셀 적층체의 길이 방향인 XZ 평면을 따라 자른 단면도이다. 도 8은 도 7의 비교예에 해당하는 전지 모듈의 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 폭 방향으로 형성된 돌출부(110p)를 포함하고, 돌출부(110p)는 절곡부(130b) 상에 위치한다. 여기서, 전지셀(110)의 폭 방향이란 도 7의 Z축 방향일 수 있다. 본 실시예에 따른 제1 L자형 프레임의 하부면(300a)은 제1 부분(300a1)과 제2 부분(300a2)을 포함하고, 제1 부분(300a1)은 전지셀(110)의 길이 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 제2 부분(300a2)은 제1 부분(300a1) 안쪽에 위치한다. 이때, 제1 부분(300a1)의 두께는 제2 부분(300a2)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 여기서, 전지셀(110)의 길이 방향이란 도 7의 X축 방향일 수 있다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 실시예에서 버스바 프레임(130)의 절곡부(130b)는 제1 L자형 프레임의 하부면(300a) 중에서 제1 부분(300a1)에 위치한다. 이때, 절곡부(130b)의 두께와 제1 부분(300a1)의 두께를 합한 두께는 제2 부분(300a2)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 제1 부분(300a1)과 제2 부분(300a2)의 단차에 걸려 외부 충격에 유동하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라, 이러한 제1 L자형 프레임 하부면(300a)의 가공을 통해 전지셀(110)과 프레임 사이의 갭을 줄일 수 있고, 이러한 갭 줄임 효과는 높이 방향 조립을 통해 얻을 수 있는 갭 줄임 효과와 상승 작용을 일으켜서 전체적인 공간 효율성을 최대화할 수 있다. 제1 L자형 프레임 하부면(300a)의 가공은 프레스 성형으로 진행되므로 L자형 프레임 구조를 형성하면서 하부면(300a)의 단차도 동시에 형성할 수 있다. 이러한 단차 형성을 위해 프레스 성형 또는 NC(numerical control work) 가공 등을 사용할 수 있다.
하부면(300a)의 제2 부분(300a2)과 전지셀(110) 사이에 패드부(320)가 위치하고, 패드부(320) 안쪽에 열전도성 수지층(310)이 위치한다. 즉, 패드부(320)는 열전도성 수지층(310)과 하부면(300a)의 제1 부분(300a1) 사이에 위치하여 열전도성 수지층(310)이 형성되는 위치를 정의할 수 있다.
도 8을 참고하면, 도 7의 실시예와 비교할 때 제1 L자형 프레임의 하부면(300a’)의 두께는 균일하다. 도 7에서 설명한 전지셀(110)과 동일한 크기의 전지셀(110’) 및 돌출부(110p’)를 제1 L자형 프레임의 하부면(300a’)에 장착하게 되면 도 7의 하부면(300a’)과 같은 단차가 없는 만큼 열전도성 수지층(310’)과 패드부(320’)의 높이가 높아질 수 있다. 따라서, 도 8의 비교예 대비하여 도 7의 실시예와 같이 전지셀(110)과 프레임 사이의 공차를 줄여 공간 활용률을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 열전도성 수지층(310)의 두께를 낮출 수 있어 열전도성 수지층(310)을 형성하기 위한 열전도성 수지의 사용량을 줄일 수 있다.
이하에서는 앞에서 설명한 본 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법의 일례에 대해 설명하기로 한다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은 상부 및 일측면이 개방된 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 전지셀 적층체(120)를 적층하는 단계를 포함한다. 이때, 전지셀 적층체(120)에 포함된 복수의 전지셀(110)의 적층 방향과 수직한 방향(Z축 방향)으로 전지셀 적층체(120)가 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 삽입되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 제1 L자형 프레임(300)이 Z축 방향으로 이동하기 전에 개방된 일측면을 따라 Y축 방향으로 전지셀 적층체(120)가 이동을 할 수 있다. 다시 말해, 일측면이 개방된 공간에서 여유있게 전지셀 적층체(120)가 하부면(300a) 바로 위까지 이동해 온 후, Z축 방향으로 전지셀 적층체(120)가 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은, 전지셀 적층체(120)를 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 장착하기 전에, 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)의 전극 리드가 돌출된 방향과 반대 방향으로 버스바 프레임(130)을 이동하면서 전지셀 적층체(120)와 버스바 프레임(130)을 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가로, 전지 모듈 제조 방법은, 전지셀 적층체(120)를 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 장착하기 전에 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 열전도성 수지를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 열전도성 수지를 도포하는 단계 이전에 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)에 도 5에서 설명한 패드부(320)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 도 5 및 도 9를 참고하면, 패드부(320) 사이에 열전도성 수지를 도포하면 패드부(320)가 열전도성 수지의 도포 위치를 가이드할 뿐만 아니라, 열전도성 수지가 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있고 열전도성 수지의 도포량을 쉽게 조절할 수 있다.
이에 대비하여, 도 1에서 설명한 전지셀 적층체(12)의 하부와 모노 프레임(20) 사이에, 열 전달 및 셀 적층체의 고정을 위한 열전도성 수지층을 형성할 수 있다. 일반적으로, 셀 적층체(10)를 모노 프레임(20)에 삽입한 이후에, 모노 프레임(20)에 형성된 주입구를 통해 열전도성 수지를 삽입함으로써, 열전도성 수지층을 형성한다. 다만, 상기와 같은 주입 방법의 경우, 각 전지 모듈에서의 부품의 공차로 인해 열전도성 수지의 정량 주입이 어렵고, 균일한 두께를 갖는 열전도성 수지층을 형성하는데 한계가 있다.
도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은, 제1 L자형 프레임(300)으로 덮여 있지 않은 전지셀 적층체(120)의 개방된 면을 덮도록 제2 L자형 프레임(400)으로 전지셀 적층체(120)를 덮는 단계를 포함한다. 본 실시예에서는 수직 방향인 Z축 방향으로 제2 L자형 프레임(400)을 제1 L자형 프레임(300)과 용접 등의 방법으로 결합하기 때문에 도 1의 모노 프레임(20)을 전지셀 적층체(12)에 삽입하는 과정에서 전지셀(11) 보호를 위해 필요한 보호 커버(미도시)를 생략할 수 있다. 구체적으로, 제1 L자형 프레임(300)의 하부면과 제2 L자형 프레임(400)의 측면부(400b)가 용접되고, 제1 L자형 프레임(300)의 측면부(300b)와 제2 L자형 프레임(400)의 상부면(400a)이 용접될 수 있다.
도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은, 제2 L자형 프레임(400)과 제1 L자형 프레임(300)을 결합하는 단계 및 제1 L자형 프레임(300)과 제2 L자형 프레임(400)에 둘러싸인 전지셀 적층체(120)의 개방된 양측에 각각 엔드 플레이트(150)를 결합하는 단계를 포함한다. 제1 L자형 프레임(300)의 하부면(300a)과 제2 L자형 프레임(400)의 측면부(400b)를 결합하고, 제1 L자형 프레임(300)의 측면부(300b)와 제2 L자형 프레임(400)의 상부면(400a)을 결합하기 위해 용접 방법, 접착제를 사용한 본딩 방법, 볼팅 결합 방법, 리벳팅 및 테이프 결합 방법 등을 사용할 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.
부호의 설명
100: 전지 모듈
110p: 돌출부
130a: 메인 프레임
130b: 절곡부
150: 엔드 플레이트
300: 제1 L자형 프레임
400: 제2 L자형 프레임

Claims (15)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체,
    상기 전지셀 적층체를 수용하고 상부 및 일측면이 개방된 제1 L자형 프레임, 및
    상기 전지셀 적층체를 수용하고, 하부 및 일측면이 개방된 제2 L자형 프레임을 포함하고,
    상기 제1 L자형 프레임과 상기 제2 L자형 프레임이 맞물려 상기 전지셀 적층체의 4면을 둘러싸며,
    상기 제1 L자형 프레임의 하부면은 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 전지셀의 길이 방향을 기준으로 가장자리에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분 안쪽에 위치하며, 상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 얇은 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체와 연결되는 버스바 프레임을 더 포함하고,
    상기 제1 L자형 프레임은 상기 전지셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향하는 양측이 개방되고, 상기 제1 L자형 프레임의 개방된 양측에서 상기 버스바 프레임은 상기 전지셀 적층체와 연결되며,
    상기 버스바 프레임은 상기 전극 리드가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메인 프레임과 상기 메인 프레임의 하부에서 연장된 절곡부를 포함하는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 절곡부는 상기 제1 L자형 프레임의 하부면의 제1 부분 상에 위치하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 절곡부의 두께와 상기 제1 부분의 두께를 합한 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 얇은 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 전지셀은 폭 방향으로 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기절곡부 상에 위치하는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 제2 부분과 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 패드부를 더 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 부분과 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 열전도성 수지층을 더 포함하고, 상기 패드부는 상기 열전도성 수지층과 상기 제1 부분 사이에 위치하는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 복수의 전지셀의 적층 방향과 수직한 상기 전지셀 적층체의 하부면이 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 장착되는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 L자형 프레임의 개방된 양측에 각각 결합된 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 제1 L자형 프레임의 개방된 양측은 상기 전지셀 적층체의 전극 리드가 돌출된 방향을 기준으로 서로 대향하는 전지 모듈.
  10. 상부 및 일측면이 개방된 제1 L자형 프레임의 하부면에 전지셀 적층체를 장착하는 단계,
    상기 제1 L자형 프레임으로 덮여 있지 않은 상기 전지셀 적층체의 개방된 면을 덮도록 제2 L자형 프레임으로 상기 전지셀 적층체를 덮는 단계,
    상기 제1 L자형 프레임과 상기 제2 L자형 프레임을 결합하는 단계, 및
    상기 제1 L자형 프레임과 상기 제2 L자형 프레임에 둘러싸인 상기 전지셀 적층체의 개방된 양측에 각각 엔드 플레이트를 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 전지셀 적층체는 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 수직한 방향을 따라 이동하면서 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 장착되는 전지 모듈 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 전지셀 적층체를 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 장착하기 전에 상기 전지셀 적층체에 포함된 전지셀의 전극 리드가 돌출된 방향과 반대 방향으로 버스바 프레임을 이동하면서 상기 전지셀 적층체와 상기 버스바 프레임을 연결하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈 제조 방법.
  12. 제10항에서,
    상기 전지셀 적층체를 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 장착하기 전에 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 열전도성 수지를 도포하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 열전도성 수지를 도포하는 단계 이전에 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 패드부를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 패드부는 상기 도포되는 열전도성 수지의 도포 위치를 가이드하는 전지 모듈 제조 방법.
  14. 제10항에서,
    상기 전지셀 적층체에 포함된 복수의 전지셀의 적층 방향과 수직한 방향으로 상기 전지셀 적층체가 상기 제1 L자형 프레임의 하부면에 삽입되는 전지 모듈 제조 방법.
  15. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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