WO2021101137A2 - 전지 모듈 제조 장치 및 전지 모듈 제조 방법 - Google Patents

전지 모듈 제조 장치 및 전지 모듈 제조 방법 Download PDF

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백재관
최용석
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing a battery module and a method for manufacturing a battery module, and more particularly, to an apparatus for manufacturing a battery module and a method for manufacturing a battery module in which a battery cell stack is inserted into a module frame.
  • 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. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency improvement in that they do not generate any by-products from the use of energy as well as the primary advantage of being able to drastically reduce the use of fossil fuels.
  • the medium and large-sized battery modules are preferably manufactured with a small size and weight as much as possible, prismatic batteries and pouch-type batteries that can be stacked with a high degree of integration and have a small weight to capacity are mainly used as battery cells of medium and large-sized 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.
  • sufficient clearance must be secured between the battery cell stack 12 and the mono frame 20 so that such horizontal assembly can be stably.
  • the clearance refers to a gap generated by fitting or the like. Small tolerances can lead to component damage during horizontal assembly.
  • the height of the mono frame 20 should be designed to be large in consideration of the maximum height of the battery cell stacking material 12 and the assembly tolerance during the insertion process, and thus, unnecessary space may be generated.
  • a guide film is sometimes used, but there is a problem in that the guide film is broken during the insertion process or the cost of replacement is increased.
  • An object to be solved by the present invention is to provide a battery module manufacturing apparatus and a battery module manufacturing method that improves the speed of inserting a battery cell stack into a module frame and reduces cost.
  • a battery module manufacturing apparatus includes a support member for supporting a module frame including a bottom portion and two side portions facing each other, a side guide member for aligning side portions of the module frame, and the side guide member It is located at the end of the module, and includes a spreading jig spreading both ends of the side surface of the module frame, and inserting the battery cell stack into the module frame by the spreading jig.
  • the battery module manufacturing apparatus may further include an auxiliary guide member positioned on the support member and aligning the bottom of the module frame.
  • the auxiliary guide members may be respectively located on both sides adjacent to the side surface of the module frame.
  • the battery module manufacturing apparatus further includes at least one checking pin formed on the support member, and the checking pin may be inserted into a checking hole of a busbar frame connected to the battery cell stack.
  • the battery module manufacturing apparatus may further include a top pressing jig for inserting the battery cell stack into the module frame.
  • the upper surface pressing jig may include an elastic member pressing the upper portion of the battery cell stack.
  • the battery module manufacturing apparatus may further include a side pressing jig for pressing a side surface of the battery cell stack.
  • the side pressing jig may press the battery cell stack along the stacking direction of the battery cells included in the battery cell stack.
  • a method of manufacturing a battery module includes mounting a battery cell stack on the bottom of a module frame with an open top, and an upper plate covering the battery cell stack on the open module frame. Mounting, coupling the upper plate and the module frame, and coupling end plates to each of the open sides of the module frame, wherein the battery cell stack includes the module by side pressing jig While moving along a direction perpendicular to the bottom of the frame, it is mounted on the bottom of the module frame using a spreading jig that spreads both ends of the side surfaces of the module frame.
  • Mounting the battery cell stack on the bottom of the module frame may include opening the module frame on both sides of the open upper part of the module frame by using the opening jig, and the module frame by the opening jig. Inserting the lower end of the battery cell stack into the module frame with both sides of the battery open, disassembling the opening jig from the module frame, and mounting the battery cell stack on the module frame. can do.
  • Mounting the battery cell stack on the module frame may further include pressing the battery cell stack using an upper surface pressing jig.
  • the upper surface pressing jig may include an elastic member pressing the upper portion of the battery cell stack.
  • the battery module manufacturing method includes moving the bus bar frame in a direction opposite to the direction in which the electrode leads of the battery cells included in the battery cell stack protrude before mounting the battery cell stack on the bottom of the module frame. It may further include the step of connecting the battery cell stack and the bus bar frame.
  • the method of manufacturing the battery module may further include applying a thermally conductive resin to the bottom of the module frame before mounting the battery cell stack on the bottom of the module frame.
  • the battery cell stack may be inserted into the bottom of the module frame in a direction perpendicular to a stacking direction of a plurality of battery cells included in the battery cell stack.
  • a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a module frame having an open top and receiving the battery cell stack, and the battery cell on the open module frame.
  • a bar frame is included, and a check hole is formed in at least one of a lower end of the first bus bar frame and a lower end of the second bus bar frame.
  • a plurality of checking holes may be formed along a direction parallel to the bus bar frame.
  • the module frame includes a bottom portion and two side portions facing each other, the bottom portion includes a first portion and a second portion, and the first portion is located at an edge based on a length direction of the battery cell, and the The second portion is located inside the first portion, and a thickness of the first portion may be thinner than a thickness of the second portion.
  • the battery module may further include a pad portion positioned between the second portion and the battery cell stack.
  • the battery cell stack in the module frame can be stably mounted.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module having a conventional mono frame.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an apparatus for manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a side view showing an apparatus for manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial front view of the battery module manufacturing apparatus of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the Y-axis direction in the battery module manufacturing apparatus of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of the battery module manufacturing apparatus of FIG. 3.
  • FIG. 7 to 10 are views showing a method of manufacturing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a state in which components of the battery module of FIG. 11 are combined.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 11.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a module frame in the battery module of FIG. 12.
  • FIG. 15 is a perspective view illustrating a bus bar frame included in the battery module of FIG. 11.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the XZ plane in the longitudinal direction of the battery cell stack in FIG. 11.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc.
  • one part is “directly above” another part, it means that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and it means to be located “above” or “on” in the direction opposite to gravity. no.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an apparatus for manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a side view showing an apparatus for manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a partial front view of the battery module manufacturing apparatus of FIG. 3.
  • 5 is a cross-sectional view taken along the Y-axis direction in the battery module manufacturing apparatus of FIG. 4.
  • 6 is a partially enlarged view of the battery module manufacturing apparatus of FIG. 3.
  • the battery module manufacturing apparatus 1000 includes a support member 290 supporting the module frame 300, and a side surface that aligns the side portions of the module frame 300. It includes a guide member 295, and a spreading jig 325 positioned at the end of the side guide member 295 and spreading both ends of the side surface of the module frame 300.
  • the module frame 300 according to the present embodiment may be U-shaped.
  • the side guide member 295 may include a plate 296 facing the side portion of the module frame 300 and a support portion 297 erected in a wing shape in a direction perpendicular to the plate 296.
  • the battery cell stack 120 mounted in the module frame 300 may be prevented from flowing in the Y-axis direction, thereby ensuring a mounting position.
  • the opening jig 325 may open both ends of the side surfaces of the module frame 300 in a direction away from each other along the Y-axis direction so that the battery cell stack 120 is inserted into the module frame 300.
  • the spreading jig 325 may be formed to extend long along the X-axis direction as shown in FIG. 2.
  • the both ends of the side surfaces of the module frame 300 are spread in a direction away from each other along the Y-axis direction by the spreading jig 325 having a structure extending in the X-axis direction in this way, the opening force is applied to the side surfaces of the module frame 300. It can be delivered uniformly. Accordingly, in the process of inserting the battery cell stack 120 into the module frame 300, the battery cell stack 120 may be more stably mounted on the bottom of the module frame 300.
  • the battery module manufacturing apparatus 1000 further includes an auxiliary guide member 315 positioned on the support member 290 and aligning the bottom of the module frame 300 can do.
  • the auxiliary guide member 315 may support a boundary portion where the bottom portion and the side portion of the module frame 300 meet. It is preferable that the auxiliary guide members 315 are respectively located on both sides adjacent to the side surface of the module frame 300. In addition, the auxiliary guide members 315 may be formed one by one at both ends of the side surface of the module frame 300.
  • the battery module manufacturing apparatus 1000 may further include a side pressing jig 350 for pressing the side surface of the battery cell stack 120.
  • the side pressure jig 350 stably moves the battery cell stack 120 in the preparation of the step for mounting the battery cell stack 120 in the module frame 300, and the battery is placed on the upper part of the module frame 300.
  • the cell stack 120 may be positioned.
  • the side pressing jig 350 may press the battery cell stack 120 along the stacking direction of the battery cells included in the battery cell stack 120.
  • the battery module manufacturing apparatus 1000 may further include at least one checking pin 132 formed on the support member 290.
  • the checking pin 132 may be inserted into the checking hole 135 of the bus bar frame 130 connected to the battery cell stack 120.
  • the battery cell stack 120 mounted in the module frame 300 is in the X-axis direction and/or the Y-axis direction. It is possible to ensure the mounting position by preventing the flow in the air.
  • the apparatus 1000 for manufacturing a battery module may further include an upper pressure jig 330 for inserting the battery cell stack into the module frame 300.
  • the upper surface pressing jig 330 may include an elastic member 335 pressing the upper portion of the battery cell stack, and the elastic member 335 may have a structure including a spring.
  • the width of the battery cell stack may mean the thickness of the battery cell stack in the Z-axis direction.
  • FIG. 7 to 10 are views showing a method of manufacturing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module manufacturing method includes the steps of mounting the battery cell stack on the bottom of the module frame with an open top, mounting the upper plate so as to cover the battery cell stack above the open module frame, And coupling the upper plate and the module frame, and coupling the end plates to each of the open sides of the module frame.
  • the battery cell stack 120 is moved along a direction perpendicular to the bottom of the module frame 300 by the side pressing jig 350. At this time, the battery cell stack 120 may be mounted on the bottom of the module frame 300 by using a spreading jig 325 that spreads both ends of the side surface of the module frame 300.
  • the step of mounting the battery cell stacked body 120 on the bottom of the module frame 300, the module frame 300 using a jig 325 to open the module frame 300 Step of spreading both sides of the open upper part, as shown in FIG. 8, in the state where both sides of the module frame 300 are opened by the spreading jig 325, the lower end of the battery cell stack 120 is a module frame (300) Inserting the inside, as shown in FIG. 9, disassembling the opening jig 325 from the module frame 300, and mounting the battery cell stack 120 to the module frame 300 Can include.
  • the step of mounting the battery cell stack 120 to the module frame 300 may further include pressing the battery cell stack 120 using the upper surface pressing jig 330. have.
  • the side pressing jig 350 that was pressing the battery cell stack 120 prior to pressing the battery cell stack 120 by the upper surface pressing jig 330 may be disassembled from the battery cell stack 120 .
  • the upper surface pressing jig 330 may include an elastic member pressing the battery cell stack 120.
  • the bus bar frame 130 is connected to at least one end of the battery cell stack 120 mounted on the module frame 300, and the checking hole 135 formed at the bottom of the bus bar frame 130 is shown in FIG. As shown, it may be inserted into the checking pin 132 included in the battery module manufacturing apparatus. In this case, the bus bar frame 130 may protrude from the open front and rear surfaces of the module frame 300 for the combination of the checking pin 132 and the checking hole 135.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • 12 is a perspective view illustrating a state in which components of the battery module of FIG. 11 are combined.
  • 13 is a perspective view illustrating one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 11.
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 including a plurality of battery cells 110, a module frame with open top, front and rear surfaces ( 300), an upper plate 400 covering an upper portion of the battery cell stack 120, an end plate 150 positioned at the front and rear surfaces of the battery cell stack 120, and the battery cell stack 120 and the end It includes a bus bar frame 130 positioned between the plates 150.
  • the module frame 300 When both open sides of the module frame 300 are referred to as a first side and a second side, respectively, the module frame 300 covers the surfaces of the battery cell stack 120 corresponding to the first side and the second side. Except for the remaining outer surfaces, it consists of a plate-shaped structure bent so as to continuously surround the front, lower and rear surfaces adjacent to each other. The upper surface corresponding to the lower surface of the module frame 300 is open.
  • the upper plate 400 has a single plate-shaped structure that surrounds the rest of the upper surface except for the front, lower, and rear surfaces that are wrapped by the module frame 300.
  • the module frame 300 and the upper plate 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. That is, the module frame 300 and the upper plate 400 may have a coupling portion CP formed at an edge 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. 11.
  • 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 side surfaces 114c connecting them in a state in which the electrode assembly (not shown) is accommodated in the battery case 114. I can.
  • the battery cell 110 has a total of three sealing parts (114sa, 114sb, 114sc), the sealing parts (114sa, 114sb, 114sc) is a structure that is 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 one 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 a 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 stack 120 is stacked in the Y-axis direction, is accommodated in the module frame 300 in the Z-axis direction, and cooled by a thermally conductive resin layer, which will be described later.
  • a thermally conductive resin layer which will be described later.
  • the battery cells are formed of cartridge-shaped parts, and thus 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, and the cooling may not be performed well in the height direction of the battery cell.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a module frame in the battery module of FIG. 12.
  • the module frame 300 includes a bottom portion 300a and two side portions 300b facing each other.
  • a thermally conductive resin is applied to the bottom portion 300a of the module frame 300, and the thermally conductive resin
  • the thermally conductive resin layer 310 may be formed by curing.
  • the battery cell stack 120 is moved along a direction perpendicular to the bottom portion 300a of the module frame 300 While it can be mounted on the bottom portion (300a) of the module frame (300). Thereafter, the thermally conductive resin layer 310 formed by curing the thermally conductive resin is positioned between the bottom portion 300a of the module 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 bottom part 300a of the module 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 portion 320 is formed at the center of the bottom portion 300a, and one pad portion 320 is formed at both ends of the bottom portion 300a based on the X-axis direction.
  • the size, location, and number of the pads 320 may be modified and designed.
  • the pad part 320 may be formed of an insulating film.
  • 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.
  • widths of the side portion 300b and the upper plate 400 of the module frame 300 according to the present embodiment may be the same.
  • the edge portion along the X-axis direction of the upper plate 400 and the edge portion along the X-axis direction of the side portion 300b of the module frame 300 may directly meet and be coupled by a method such as welding.
  • FIG. 15 is a perspective view illustrating a bus bar frame included in the battery module of FIG. 11.
  • 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. 13 protrude, and a main frame 130a. It includes a bent portion (130b) extending from the lower portion of the. According to this embodiment, a check hole 135 is formed in the bottom portion of the bus bar frame 130. In the battery module manufacturing process described above, when the battery cell stack 120 is mounted on the module frame 300, the checking hole 135 is coupled to the checking pin 132 shown in FIG. 4, and then by an additional process. It will remain in the manufactured battery module.
  • the bus bar frame 130 is connected to the battery cell stack 120 as described in FIGS. 11 and 12.
  • the electrode lead may pass through the slit to form a structure in which the electrode lead is coupled to the 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 bottom portion 300a of the module frame 300. The bent portion 130b and the surrounding configuration will be further described with reference to FIG. 16.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the XZ plane in the longitudinal direction of the battery cell stack in FIG. 11.
  • the battery cell 110 includes a protrusion 110p formed in the width direction, and the protrusion 110p is positioned on the bent part 130b.
  • the width direction of the battery cell 110 may be the Z-axis direction of FIG. 16.
  • the bottom portion 300a of the module frame according to the present embodiment includes a first portion 300a1 and a second portion 300a2, and the first portion 300a1 is an edge based on the length direction of the battery cell 110.
  • the second part 300a2 is located inside the first part 300a1. In this case, it is preferable that the thickness of the first portion 300a1 is thinner than that of the second portion 300a2.
  • the length direction of the battery cell 110 may be the X-axis direction of FIG. 16.
  • the bent portion 130b of the bus bar frame 130 is located at the first portion 300a1 of the bottom portion 300a of the module 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 the protrusion 110p of the battery cell 110 can be prevented from flowing due to an external shock by being caught by a step between the first portion 300a1 and the second portion 300a2.
  • the processing of the module frame bottom portion 300a may form a module frame structure while simultaneously forming a step difference between the bottom portion 300a. To form such a step, press molding or NC (numerical control work) processing may be used.
  • the pad part 320 is located between the second part 300a2 of the bottom part 300a and the battery cell 110, and a thermally conductive resin layer 310 is located inside the pad part 320. That is, the pad portion 320 may be positioned between the thermally conductive resin layer 310 and the first portion 300a1 of the bottom portion 300a to define a position where the thermally conductive resin layer 310 is formed.
  • the bus bar frame 130 may protrude from the bottom portion 300a of the module frame 300.
  • the check hole 135 may secure a space to be combined with the check pin 132 of FIG. 4.
  • the X-axis direction of FIG. 16 coincides with the direction protruding from the open front and rear surfaces of the module frame 300, and the bus bar frame 130 is a module frame ( 300) may protrude from the open front and rear surfaces.

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Abstract

본 발명은 전지 모듈 제조 장치 및 전지 모듈 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 장치는 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하는 모듈 프레임을 지지하는 받침 부재, 상기 모듈 프레임의 측면부를 정렬하는 측면 가이드 부재, 및 상기 측면 가이드 부재의 단부에 위치하고, 상기 모듈 프레임의 측면부 양끝단을 벌리는 벌림 지그를 포함하고, 상기 벌림 지그에 의해 상기 모듈 프레임 내부로 전지셀 적층체를 삽입한다.

Description

전지 모듈 제조 장치 및 전지 모듈 제조 방법
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 11월 18일자 한국 특허 출원 제10-2019-0148013호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 제조 장치 및 전지 모듈 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 모듈 프레임 내에 전지셀 적층체를 삽입하는 전지 모듈 제조 장치 및 전지 모듈 제조 방법에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 프레임 부재를 포함할 수 있다.
도 1은 종래의 모노 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 1을 참고하면, 전지 모듈은 복수의 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(12)와 모노 프레임(20) 사이에 충분한 공차(clearance)를 확보해야 한다. 여기서, 공차(clearance)란 끼워 맞춤 등에 의해 발생하는 틈을 말한다. 공차가 작은 경우에 수평 조립 과정에서 부품 손상이 일어날 수 있다. 따라서, 모노 프레임(20)의 높이는 전지셀 적층제(12)의 최대 높이와 삽입 과정에서의 조립 공차 등을 고려해 크게 설계되어야 하며, 그로 인해 불필요하게 낭비되는 공간이 발생할 수 있다. 이러한 조립 공차를 최소화하기 위해 가이드 필름을 사용하기도 하나, 삽입 과정에서 가이드 필름이 끊어지거나 교체에 따른 비용이 증대하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 모듈 프레임 내에 전지셀 적층체를 삽입하는 속도를 개선하고 비용을 절감하는 전지 모듈 제조 장치 및 전지 모듈 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 장치는 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하는 모듈 프레임을 지지하는 받침 부재, 상기 모듈 프레임의 측면부를 정렬하는 측면 가이드 부재, 및 상기 측면 가이드 부재의 단부에 위치하고, 상기 모듈 프레임의 측면부 양끝단을 벌리는 벌림 지그를 포함하고, 상기 벌림 지그에 의해 상기 모듈 프레임 내부로 전지셀 적층체를 삽입한다.
상기 전지 모듈 제조 장치는 상기 받침 부재 상에 위치하고, 상기 모듈 프레임의 바닥부를 정렬하는 보조 가이드 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 보조 가이드 부재는 상기 모듈 프레임의 측면부와 인접한 양측에 각각 위치할 수 있다.
상기 전지 모듈 제조 장치는 상기 받침 부재에 형성된 적어도 하나의 체킹핀을 더 포함하고, 상기 체킹핀은 상기 전지셀 적층체에 연결된 버스바 프레임의 체킹홀에 삽입될 수 있다.
상기 전지 모듈 제조 장치는 상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임 내부로 삽입하는 상면 가압 지그를 더 포함할 수 있다.
상기 상면 가압 지그는 상기 전지셀 적층체 상부를 누르는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈 제조 장치는 상기 전지셀 적층체의 측면을 가압하는 측면 가압 지그를 더 포함할 수 있다.
상기 측면 가압 지그는 상기 전지셀 적층체에 포함된 전지셀의 적층 방향을 따라 상기 전지셀 적층체를 가압할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은 상부가 개방된 모듈 프레임의 바닥부에 전지셀 적층체를 장착하는 단계, 상기 개방된 모듈 프레임 상부에서 상기 전지셀 적층체를 덮도록 상부 플레이트를 장착하는 단계, 상기 상부 플레이트와 상기 모듈 프레임을 결합하는 단계, 및 상기 모듈 프레임의 개방된 양측에 각각 엔드 플레이트를 결합하는 단계를 포함하고, 상기 전지셀 적층체는 측면 가압 지그에 의해 상기 모듈 프레임의 바닥부에 수직한 방향을 따라 이동하면서, 상기 모듈 프레임의 측면부 양 끝단을 벌리는 벌림 지그를 사용하여, 상기 모듈 프레임의 바닥부에 장착된다.
상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임의 바닥부에 장착하는 단계는, 상기 모듈 프레임을 상기 벌림 지그를 사용하여 상기 모듈 프레임의 개방된 상부의 양 측면을 벌리는 단계, 상기 벌림 지그에 의해 상기 모듈 프레임의 양 측면이 벌어진 상태에서 상기 전지셀 적층체의 하단부가 상기 모듈 프레임 내부에 삽입되는 단계, 상기 벌림 지그를 상기 모듈 프레임으로부터 해체하고, 상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임에 장착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임에 장착하는 단계는, 상면 가압 지그를 사용하여 상기 전지셀 적층체를 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상면 가압 지그는 상기 전지셀 적층체 상부를 누르는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈 제조 방법은 상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임의 바닥부에 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 모듈 프레임의 바닥부에 장착하기 전에 상기 모듈 프레임의 바닥부에 열전도성 수지를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전지셀 적층체에 포함된 복수의 전지셀의 적층 방향과 수직한 방향으로 상기 전지셀 적층체가 상기 모듈 프레임의 바닥부에 삽입될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 모듈 프레임, 상기 개방된 모듈 프레임 상부에서 상기 전지셀 적층체를 덮는 상부 플레이트, 및 상기 전지셀 적층체와 연결되는 버스바 프레임을 포함하고, 상기 버스바 프레임은 상기 전지셀 적층체의 길이 방향의 양단에 각각 형성된 제1 버스바 프레임과 제2 버스바 프레임을 포함하고, 상기 제1 버스바 프레임 하단부와 상기 제2 버스바 프레임 하단부 중 적어도 하나에 체킹홀이 형성되어 있다.
상기 체킹홀은 상기 버스바 프레임과 나란한 방향을 따라 복수개 형성될 수있다.
상기 모듈 프레임은 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고, 상기 바닥부는 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 얇을 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 제2 부분과 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 패드부를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 수직 방향으로 전지셀 적층체를 적층함으로써 삽입 속도를 개선하고, 기존의 가이드 필름을 생략하여 비용을 절감할 수 있다.
또, 각 방향에 따른 위치 정렬 부재를 사용함으로써 모듈 프레임 내 전지셀 적층체가 안정적으로 장착될 수 있다.
도 1은 종래의 모노 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 장치를 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈 제조 장치의 부분 정면도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈 제조 장치에서 Y축 방향을 따라 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 3의 전지 모듈 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 12는 도 11의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 11의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다.
도 14는 도 12의 전지 모듈에서 모듈 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 11의 전지 모듈에 포함된 버스바 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 16은 도 11에서 전지셀 적층체의 길이 방향인 XZ 평면을 따라 자른 단면도이다.
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 모듈 제조 장치를 나타내는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 장치를 나타내는 측면도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈 제조 장치의 부분 정면도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈 제조 장치에서 Y축 방향을 따라 나타낸 단면도이다. 도 6은 도 3의 전지 모듈 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 장치(1000)는 모듈 프레임(300)을 지지하는 받침 부재(290), 모듈 프레임(300)의 측면부를 정렬하는 측면 가이드 부재(295), 및 측면 가이드 부재(295)의 단부에 위치하고, 모듈 프레임(300)의 측면부 양끝단을 벌리는 벌림 지그(325)를 포함한다. 본 실시예에 따른 모듈 프레임(300)은 U자형일 수 있다.
측면 가이드 부재(295)는, 모듈 프레임(300)의 측면부와 마주보는 플레이트(296) 및 플레이트(296)에 수직한 방향으로 날개 모양으로 세워진 지지부(297)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 측면 가이드 부재(295)에 의해, 모듈 프레임(300) 내에 장착된 전지셀 적층체(120)가 Y축 방향으로 유동하는 것을 방지하여 장착 위치를 보증할 수 있다.
벌림 지그(325)는, 모듈 프레임(300) 내부로 전지셀 적층체(120)가 삽입되도록 모듈 프레임(300)의 측면부 양 끝단을 Y축 방향을 따라 서로 멀어지는 방향으로 벌릴 수 있다. 벌림 지그(325)는 도 2에 도시한 바와 같이 X축 방향을 따라 길게 뻗도록 형성될 수 있다. 이렇게 X축 방향으로 길게 뻗는 구조를 갖는 벌림 지그(325)에 의해 모듈 프레임(300)의 측면부 양 끝단을 Y축 방향을 따라 서로 멀어지는 방향으로 벌릴 때, 벌리는 힘이 모듈 프레임(300)의 측면부에 균일하게 전달될 수 있다. 따라서, 전지셀 적층체(120)를 모듈 프레임(300) 내에 삽입하는 과정에서 보다 안정적으로 전지셀 적층체(120)가 모듈 프레임(300)의 바닥부에 장착될 수 있도록 할 수 있다.
도 2 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈 제조 장치(1000)는 받침 부재(290) 상에 위치하고, 모듈 프레임(300)의 바닥부를 정렬하는 보조 가이드 부재(315)를 더 포함할 수 있다. 보조 가이드 부재(315)는 모듈 프레임(300)의 바닥부와 측면부가 만나는 경계 부분을 지지할 수 있다. 보조 가이드 부재(315)는 모듈 프레임(300)의 측면부와 인접한 양측에 각각 위치하는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 보조 가이드 부재(315)는 모듈 프레임(300)의 측면부 양 끝단에 하나씩 형성될 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전지 모듈 제조 장치(1000)는 전지셀 적층체(120)의 측면을 가압하는 측면 가압 지그(350)를 더 포함할 수 있다. 측면 가압 지그(350)는 모듈 프레임(300) 내에 전지셀 적층체(120)를 장착하기 위한 단계의 준비 과정에서 전지셀 적층체(120)를 안정적으로 이동하고, 모듈 프레임(300) 상부에 전지셀 적층체(120)가 위치하도록 할 수 있다. 측면 가압 지그(350)는 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀의 적층 방향을 따라 전지셀 적층체(120)를 가압할 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 실시에에 따른 전지 모듈 제조 장치(1000)는 받침 부재(290)에 형성된 적어도 하나의 체킹핀(132)을 더 포함할 수 있다. 체킹핀(132)은 전지셀 적층체(120)에 연결된 버스바 프레임(130)의 체킹홀(135)에 삽입될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 체킹핀(132)이 체킹홀(135)에 삽입되는 구조를 가짐으로써, 모듈 프레임(300) 내에 장착된 전지셀 적층체(120)가 X축 방향 및/또는 Y축 방향으로 유동하는 것을 방지하여 장착 위치를 보증할 수 있다.
도 3 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈 제조 장치(1000)는 전지셀 적층체를 모듈 프레임(300) 내부로 삽입하는 상면 가압 지그(330)를 더 포함할 수 있다. 상면 가압 지그(330)는 전지셀 적층체 상부를 누르는 탄성 부재(335)를 포함할 수 있고, 탄성 부재(335)는 스프링을 포함하는 구조일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상면 가압 부재(330)에 포함된 탄성 부재(335)에 의해 전지셀 적층체가 반발력에 의해 삽입 반대 방향으로 튀어나오는 것을 방지할 수 있다. 또, 전지셀 적층체의 공차를 흡수하여 삽입될 수 있도록 할 수 있다. 여기서 전지셀 적층체의 폭은, Z축 방향으로 전지셀 적층체의 두께를 의미할 수 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 10을 참고하여, 앞에서 설명한 전지 모듈 제조 장치를 사용하여 전지 모듈을 제조하는 일례에 대해 설명하기로 한다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
본 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은, 상부가 개방된 모듈 프레임의 바닥부에 전지셀 적층체를 장착하는 단계, 개방된 모듈 프레임 상부에서 전지셀 적층체를 덮도록 상부 플레이트를 장착하는 단계, 상부 플레이트와 모듈 프레임을 결합하는 단계, 및 모듈 프레임의 개방된 양측에 각각 엔드 플레이트를 결합하는 단계를 포함한다.
도 7 내지 도 10을 참고하면, 상부가 개방된 모듈 프레임의 바닥부에 전지셀 적층체를 장착하는 단계에서, 전지셀 적층체(120)는 측면 가압 지그(350)에 의해 모듈 프레임(300)의 바닥부에 수직한 방향을 따라 이동한다. 이때, 모듈 프레임(300)의 측면부 양 끝단을 벌리는 벌림 지그(325)를 사용하여, 모듈 프레임(300)의 바닥부에 전지셀 적층체(120)를 장착할 수 있다.
구체적으로 도 7에 도시한 바와 같이, 전지셀 적층체(120)를 모듈 프레임(300)의 바닥부에 장착하는 단계는, 모듈 프레임(300)을 벌림 지그(325)를 사용하여 모듈 프레임(300)의 개방된 상부의 양 측면을 벌리는 단계, 도 8에 도시한 바와 같이, 벌림 지그(325)에 의해 모듈 프레임(300의 양 측면이 벌어진 상태에서 전지셀 적층체(120)의 하단부가 모듈 프레임(300) 내부에 삽입되는 단계, 도 9에 도시한 바와 같이, 벌림 지그(325)를 모듈 프레임(300)으로부터 해체하고, 전지셀 적층체(120)를 모듈 프레임(300)에 장착하는 단계를 포함할 수 있다.
도 10을 참고하면, 전지셀 적층체(120)를 모듈 프레임(300)에 장착하는 단계는, 상면 가압 지그(330)를 사용하여 전지셀 적층체(120)를 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상면 가압 지그(330)에 의해 전지셀 적층체(120)를 가압하기 이전에 전지셀 적층체(120)를 가압하고 있던 측면 가압 지그(350)는 전지셀 적층체(120)로부터 해체될 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이 도 10에서는 도시하지 않았으나, 상면 가압 지그(330)는 전지셀 적층체(120)를 누르는 탄성 부재를 포함할 수 있다. 모듈 프레임(300)에 장착된 전지셀 적층체(120)의 적어도 일단에는 버스바 프레임(130)이 연결되어 있고, 버스바 프레임(130) 하단에 형성된 체킹홀(135)은 도 4에서 도시한 바와 같이 전지 모듈 제조 장치에 포함된 체킹핀(132)에 삽입될 수 있다. 이때, 체킹핀(132)과 체킹홀(135)의 결합을 위해 버스바 프레임(130)은 모듈 프레임(300)의 개방된 전후면에서 돌출될 수 있다.
이하에서는 도 11 내지 도 16을 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다. 도 12는 도 11의 전지 모듈의 구성 요소들이 결합한 상태를 나타내는 사시도이다. 도 13은 도 11의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다.
도 11 및 도 12를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)을 포함하는 전지셀 적층체(120), 상부면, 전면 및 후면이 개방된 모듈 프레임(300), 전지셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트(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.
모듈 프레임(300)의 개방된 양측을 각각 제1 측과 제2 측이라고 할 때, 모듈 프레임(300)은 상기 제1 측과 상기 제2 측에 대응하는 전지셀 적층체(120)의 면을 제외하고 나머지 외면들 중에서, 서로 인접한 전면, 하면 및 후면을 연속적으로 감싸도록 절곡된 판상형 구조로 이루어져 있다. 모듈 프레임(300)의 하면에 대응하는 상면은 개방되어 있다.
상부 플레이트(400)는 모듈 프레임(300)에 의해 감싸지는 전면, 하면 및 후면을 제외한 나머지 상면을 감싸는 하나의 판상형 구조로 이루어져 있다. 모듈 프레임(300)과 상부 플레이트(400)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등에 의해 결합됨으로써 전지셀 적층체(120)를 감싸는 구조를 형성할 수 있다. 즉, 모듈 프레임(300)과 상부 플레이트(400)는 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 11에 도시한 바와 같이 Y축 방향으로 적층될 수 있다. 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 13을 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 모듈 프레임(300) 내부에 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 14는 도 12의 전지 모듈에서 모듈 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 14를 참고하면, 본 실시예에 따른 모듈 프레임(300)은 바닥부(300a) 및 서로 마주보는 2개의 측면부(300b)를 포함한다. 도 11에서 설명한 전지셀 적층체(120)가 모듈 프레임(300)의 바닥부(300a)에 장착되기 전에, 모듈 프레임(300)의 바닥부(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 모듈 프레임(300)의 바닥부(300a)에 수직한 방향을 따라 이동하면서 모듈 프레임(300)의 바닥부(300a)에 장착될 수 있다. 이후 열전도성 수지가 경화되어 형성된 열전도성 수지층(310)은 모듈 프레임(300)의 바닥부(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 모듈 프레임(300)의 바닥부(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 14에서는 바닥부(300a)의 중앙에 하나, X축 방향을 기준으로 바닥부(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 11 및 도 12를 다시 참조하면, 본 실시예에 따른 모듈 프레임(300)의 측면부(300b)와 상부 플레이트(400)의 폭은 서로 동일할 수 있다. 다시 말해, 상부 플레이트(400)의 X축 방향에 따른 모서리 부분과 모듈 프레임(300)의 측면부(300b)의 X축 방향에 따른 모서리 부분이 직접 만나서 용접 등의 방법에 의해 결합될 수 있다.
도 15는 도 11의 전지 모듈에 포함된 버스바 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 15를 참고하면, 본 실시예에 따른 버스바 프레임(130)은 도 13에서 설명한 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향에 수직하게 배치되는 메인 프레임(130a)과, 메인 프레임(130a)의 하부에서 연장된 절곡부(130b)를 포함한다. 본 실시예에 따르면, 버스바 프레임(130)의 바닥부에는 체킹홀(135)이 형성되어 있다. 앞에서 설명한 전지 모듈 제조 과정에서, 전지셀 적층체(120)가 모듈 프레임(300)에 장착될 때 체킹홀(135)은 도 4에 도시한 체킹핀(132)에 결합되고, 이후 추가적인 공정에 의해 제조된 전지 모듈에서 계속 남아 있게 된다.
버스바 프레임(130)은 도 11 및 도 12에서 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 모듈 프레임(300)의 바닥부(300a) 상에 위치할 수 있다. 절곡부(130b) 및 주변 구성에 대해서는 도 16을 참고하여 추가 설명하기로 한다.
도 16은 도 11에서 전지셀 적층체의 길이 방향인 XZ 평면을 따라 자른 단면도이다.
도 16을 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 16의 Z축 방향일 수 있다. 본 실시예에 따른 모듈 프레임의 바닥부(300a)는 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 16의 X축 방향일 수 있다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 본 실시예에서 버스바 프레임(130)의 절곡부(130b)는 모듈 프레임의 바닥부(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 모듈 프레임 바닥부(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. 모듈 프레임 바닥부(300a)의 가공은 모듈 프레임 구조를 형성하면서 바닥부(300a)의 단차도 동시에 형성할 수 있다. 이러한 단차 형성을 위해 프레스 성형 또는 NC(numerical control work) 가공 등을 사용할 수 있다.
바닥부(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 바닥부(300a)의 제1 부분(300a1) 사이에 위치하여 열전도성 수지층(310)이 형성되는 위치를 정의할 수 있다.
본 실시예에서 버스바 프레임(130)은 모듈 프레임(300)의 바닥부(300a)에서 돌출될 수 있다. 다시 말해, 이러한 구조로 인해 앞에서 설명한 바와 같이 전지 모듈 제조 과정에서 체킹홀(135)이 도 4의 체킹핀(132)과 결합하기 위해 공간을 확보할 수 있다. 도 16의 X축 방향은 모듈 프레임(300)의 개방된 전후면에서 돌출되는 방향과 일치하며, 체킹핀(132)과 체킹홀(135)의 결합을 위해 버스바 프레임(130)은 모듈 프레임(300)의 개방된 전후면에서 돌출될 수 있다.
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
120: 전지셀 적층체
130: 버스바 프레임
290: 받침 부재
295: 측면 가이드 부재
315: 보조 가이드 부재
325: 벌림 지그
330: 상면 가압 지그

Claims (19)

  1. 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하는 모듈 프레임을 지지하는 받침 부재,
    상기 모듈 프레임의 측면부를 정렬하는 측면 가이드 부재, 및
    상기 측면 가이드 부재의 단부에 위치하고, 상기 모듈 프레임의 측면부 양끝단을 벌리는 벌림 지그를 포함하고,
    상기 벌림 지그에 의해 상기 모듈 프레임 내부로 전지셀 적층체를 삽입하는 전지 모듈 제조 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 받침 부재 상에 위치하고, 상기 모듈 프레임의 바닥부를 정렬하는 보조 가이드 부재를 더 포함하는 전지 모듈 제조 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 보조 가이드 부재는 상기 모듈 프레임의 측면부와 인접한 양측에 각각 위치하는 전지 모듈 제조 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 받침 부재에 형성된 적어도 하나의 체킹핀을 더 포함하고, 상기 체킹핀은 상기 전지셀 적층체에 연결된 버스바 프레임의 체킹홀에 삽입되는 전지 모듈 제조 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임 내부로 삽입하는 상면 가압 지그를 더 포함하는 전지 모듈 제조 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 상면 가압 지그는 상기 전지셀 적층체 상부를 누르는 탄성 부재를 포함하는 전지 모듈 제조 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 측면을 가압하는 측면 가압 지그를 더 포함하는 전지 모듈 제조 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 측면 가압 지그는 상기 전지셀 적층체에 포함된 전지셀의 적층 방향을 따라 상기 전지셀 적층체를 가압하는 전지 모듈 제조 장치.
  9. 상부가 개방된 모듈 프레임의 바닥부에 전지셀 적층체를 장착하는 단계,
    상기 개방된 모듈 프레임 상부에서 상기 전지셀 적층체를 덮도록 상부 플레이트를 장착하는 단계,
    상기 상부 플레이트와 상기 모듈 프레임을 결합하는 단계, 및
    상기 모듈 프레임의 개방된 양측에 각각 엔드 플레이트를 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 전지셀 적층체는 측면 가압 지그에 의해 상기 모듈 프레임의 바닥부에 수직한 방향을 따라 이동하면서, 상기 모듈 프레임의 측면부 양 끝단을 벌리는 벌림 지그를 사용하여, 상기 모듈 프레임의 바닥부에 장착되는 전지 모듈 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임의 바닥부에 장착하는 단계는,
    상기 모듈 프레임을 상기 벌림 지그를 사용하여 상기 모듈 프레임의 개방된 상부의 양 측면을 벌리는 단계,
    상기 벌림 지그에 의해 상기 모듈 프레임의 양 측면이 벌어진 상태에서 상기 전지셀 적층체의 하단부가 상기 모듈 프레임 내부에 삽입되는 단계,
    상기 벌림 지그를 상기 모듈 프레임으로부터 해체하고, 상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임에 장착하는 단계를 포함하는 전지 모듈 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임에 장착하는 단계는, 상면 가압 지그를 사용하여 상기 전지셀 적층체를 가압하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 상면 가압 지그는 상기 전지셀 적층체 상부를 누르는 탄성 부재를 포함하는 전지 모듈 제조 방법.
  13. 제9항에서,
    상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임의 바닥부에 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 모듈의 제조 방법.
  14. 제9항에서,
    상기 전지셀 적층체를 상기 모듈 프레임의 바닥부에 장착하기 전에 상기 모듈 프레임의 바닥부에 열전도성 수지를 도포하는 단계를 더 포함하는 전지 모듈 제조 방법.
  15. 제9항에서,
    상기 전지셀 적층체에 포함된 복수의 전지셀의 적층 방향과 수직한 방향으로 상기 전지셀 적층체가 상기 모듈 프레임의 바닥부에 삽입되는 전지 모듈 제조 방법.
  16. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체,
    상기 전지셀 적층체를 수용하고 상부가 개방된 모듈 프레임,
    상기 개방된 모듈 프레임 상부에서 상기 전지셀 적층체를 덮는 상부 플레이트, 및
    상기 전지셀 적층체와 연결되는 버스바 프레임을 포함하고,
    상기 버스바 프레임은 상기 전지셀 적층체의 길이 방향의 양단에 각각 형성된 제1 버스바 프레임과 제2 버스바 프레임을 포함하고, 상기 제1 버스바 프레임 하단부와 상기 제2 버스바 프레임 하단부 중 적어도 하나에 체킹홀이 형성되어 있는 전지 모듈.
  17. 제16항에서,
    상기 체킹홀은 상기 버스바 프레임과 나란한 방향을 따라 복수개 형성되는 전지 모듈.
  18. 제16항에서,
    상기 모듈 프레임은 바닥부 및 서로 마주보는 2개의 측면부를 포함하고,
    상기 바닥부는 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.
  19. 제18항에서,
    상기 제2 부분과 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 패드부를 더 포함하는 전지 모듈.
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