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KR102722638B1 - 전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

전지 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102722638B1
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battery cell
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박진용
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 전지 모듈은, 서로 인접하여 나란하게 적층된 복수의 전지셀과, 상기 복수의 전지셀 각각으로부터 돌출된 복수의 전극 리드를 구비하는 전지 셀 조립체, 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 모듈 커버를 포함하고, 상기 모듈 커버는, 상기 전지 셀 조립체의 상면 및 측면을 커버하면서 상기 복수의 전극 리드를 노출하는 상측 커버부와, 상기 상측 커버부에 의해 노출된 복수의 전극 리드에 대응하는 위치에서 상기 상측 커버부와 결합하여 상기 상측 커버부와 일체로 형성되는 버스바 프레임부를 포함하고, 상기 버스바 프레임부는 상기 복수의 전극 리드와 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함한다.

Description

전지 모듈 및 그 제조 방법{BATTERY MODULE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 조립 용이성을 향상시킨 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지기 때문에, 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.
상기 전기 자동차 등에 적용되는 전지 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀을 포함하는 다수의 셀 조립체를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 상기 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 개수, 또는 전지 모듈에 포함되는 전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
전지 모듈 제조시 전지 셀 조립체의 전극 리드에 버스바를 연결하게 되는데, 이 과정에서 센싱을 위한 연성 인쇄회로 기판이 형성된 상부 조립체와, 버스바가 부착된 버스바 프레임이 힌지 결합되어 회동에 의해 버스바 프레임이 전지 셀 조립체와 결합되는 구조를 갖는다. 그러나 이러한 구조에서는, 힌지 부분에서 버스바 프레임이 이탈 및 유동하거나, 힌지 부분에서 연성 인쇄회로 기판이 손상되는 문제가 있었으며, 또한 버스바 프레임을 회동하여 전극 리드와 결합시 전극 리드와 버스바 사이의 정렬이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전지 모듈에 있어서 부품간 조립을 용이하게 하고, 구조를 단순하게 하여 안정성을 향상시킨 전지 모듈 및 그 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 한 실시예에 따른 전지 모듈은 서로 인접하여 나란하게 적층된 복수의 전지셀과, 상기 복수의 전지셀 각각으로부터 돌출된 복수의 전극 리드를 구비하는 전지 셀 조립체, 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 모듈 커버를 포함하고, 상기 모듈 커버는, 상기 전지 셀 조립체의 상면 및 측면을 커버하면서 상기 복수의 전극 리드를 노출하는 상측 커버부와, 상기 상측 커버부에 의해 노출된 복수의 전극 리드에 대응하는 위치에서 상기 상측 커버부와 결합하여 상기 상측 커버부와 일체로 형성되는 버스바 프레임부를 포함하고, 상기 버스바 프레임부는 상기 복수의 전극 리드와 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함한다.
상기 버스바 프레임부는 상기 복수의 전극 리드가 삽입되는 복수의 슬릿을 포함하고, 상기 복수의 버스바는 상기 복수의 슬릿 내부에 위치할 수 있다.
상기 복수의 슬릿은 상기 상측 커버부에 의해 노출된 상기 전지 셀 조립체의 하면을 향해 개구되어 있을 수 있다.
상기 전지 셀 조립체는 상기 전지 셀 조립체의 주변을 감싸고 상기 전지셀 조립체와 상기 상측 커버부 사이에 위치하는 절연 패드를 더욱 포함할 수 있다.
상기 상측 커버부는 상기 전지 셀 조립체와 상기 상측 커버부 사이에 위치하는 셀 하우징 테이프를 더욱 포함할 수 있다.
상기 모듈 커버는 상기 상측 커버부에 의해 노출된 상기 전지 셀 조립체의 하면을 커버하는 하측 플레이트를 더욱 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은 상기 하측 플레이트와 상기 전지 셀 조립체 사이에 위치하는 방열 패드를 더욱 포함할 수 있다.
상기 복수의 버스바 각각은 상기 전극 리드가 삽입되는 집게부 및 상기 집게부를 연결하여 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.
상기 버스바 프레임부와 상기 상측 커버부가 결합된 부분은 용접에 의해 결합된 상태일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은, 서로 인접하여 나란하게 적층된 복수의 전지셀과, 상기 복수의 전지셀 각각으로부터 돌출된 복수의 전극 리드를 구비하는 전지 셀 조립체를 마련하는 단계, 상면 및 상면에 수직인 2개의 측면을 포함하여 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 공간을 포함하는 상측 커버부를 준비하는 단계, 상기 공간의 개방된 양측 단부를 커버하도록 상기 상측 커버부와 2개의 버스바 프레임부를 배치한 후 상기 상측 커버부와 상기 버스바 프레임부를 일체로 결합하여 모듈 커버를 제조하는 단계, 및 상기 공간 내에 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 단계를 포함한다.
상기 버스바 프레임부는 상기 복수의 전극 리드가 삽입되는 개구를 포함하는 복수의 슬릿을 포함하고, 상기 공간 내에 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 단계는 상기 복수의 전극 리드를 상기 복수의 슬릿에 형성된 상기 개구에 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 버스바 프레임부는 상기 복수의 슬릿 내에 위치하고 상기 복수의 전극 리드와 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함할 수 있다.
상기 공간 내에 상기 전지 셀 조립체를 수용하기 이전에 상기 전지 셀 조립체의 외면의 적어도 일부를 절연 패드로 감싸는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
상기 공간 내에 상기 전지 셀 조립체를 수용하기 이전에 상기 상측 커버부의 상기 공간의 내벽에 셀 하우징 테이프를 부착하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
상기 공간 내에 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 단계는 상기 전지 셀 조립체의 상면이 하측을 향하도록 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 단계를 포함하고, 상기 전지 셀 조립체의 상면과 반대되는 상기 전지 셀 조립체의 하면을 덮도록 하측 플레이트를 배치하여 상기 상측 커버부와 결합하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
상기 하측 플레이트와 상기 전지 셀 조립체의 하면 사이에 위치하는 방열 패드를 마련하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
상기 상측 커버부와 상기 버스바 프레임부의 결합은 용접에 의해 질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상기한 적어도 하나의 전지 모듈, 및 상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기한 적어도 하나의 전지 팩을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 버스바 프레임과 상부 커버를 일체로 하여 힌지 구조로부터 유발되는 부품 손상 및 조립 이탈을 방지할 수 있고, 또한 버스바 프레임에 형성된 슬릿에 전극 리드를 삽입하는 형식으로 조립하는 것에 의해 제조 공정을 단순화 하고 정밀도를 높인 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해하여 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 모듈 커버와 전지 셀조립체의 결합 상태를 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 전극 리드와 버스바의결합 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 커버를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈 커버와 전지 셀 조립체의 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 단면을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에"있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해하여 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 모듈 커버와 전지 셀조립체의 결합 상태를 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 전극 리드와 버스바의 결합 상태를 도시한 도면이다
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(10)은 서로 인접하여 나란하게 적층된 복수의 전지 셀(110)과, 상기 복수의 전지 셀(110) 각각으로부터 돌출된 복수의 전극 리드(120)를 구비하는 전지 셀 조립체(100), 상기 전지 셀 조립체(100)를 수용하는 모듈 커버(200)를 포함하고, 모듈 커버(200)는, 전지 셀 조립체(100)의 상면 및 측면을 커버하면서 복수의 전극 리드(120)를 노출하는 상측 커버부(210)와, 상측 커버부(210)에 의해 노출된 복수의 전극 리드(120)에 대응하는 위치에서 상측 커버부(210)와 결합하여 상측 커버부(210)와 일체로 형성되는 버스바 프레임부(220)를 포함하고, 버스바 프레임부(220)는 상기 복수의 전극 리드(120)와 전기적으로 연결되는 복수의 버스바(230)를 포함한다.
상기 전지 셀 조립체(100)는 복수의 전지 셀(110)을 포함하는 이차 전지의 집합체이다. 전지 셀 조립체(100)는 복수의 전지 셀(110)을 포함할 수 있고, 각각의 전지 셀(110)은 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드(120)를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 상기 전지 케이스는 상기 전극 조립체를 패키징하기 위한 것으로, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 이러한 전지 케이스는, 케이스 본체 및 셀 테라스(112, 도 3에 도시)를 포함할 수 있다. 전극 리드(120)는 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결될 수 있다. 아울러 전지 셀(110)은 판상 형태를 갖는 파우치형 전지 셀일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전극 리드들(120)은 평판으로 형성되어 전지 셀(110)의 적어도 일측으로 돌출 형성될 수 있다. 이러한 전극 리드들(120)은 한쪽 방향으로 적층되어 돌출될 수 있으며, 이를 통해 전극 리드들(120) 간의 직렬 또는 병렬 연결이 가능할 수 있다. 전극 리드들(120)은 전지 단자로서 기능할 수 있으며, 구리 혹은 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다. 또한 전극 리드(120)는 다양한 두께로 형성될 수 있고, 다양한 폭으로 형성될 수도 있다. 이러한 전극 리드(120)의 두께나 폭은 이차 전지 및 전지 모듈의 사양에 따라 다르게 제작될 수 있다.
복수의 전지 셀(110)은 전극 리드(120)들이 일측 방향으로 정렬되도록 수직 적층되어 전지 셀 조립체(100)를 이룬다. 상기 전지 셀 조립체(100)는 전지 셀 조립체(100)의 상면 및 측면을 커버하면서 복수의 전극 리드(120)를 노출하는 상측 커버부(210)와, 상측 커버부(210)에 의해 노출된 복수의 전극 리드(120)에 대응하는 위치에서 상측 커버부(210)와 결합하여 상측 커버부(210)와 일체로 형성되는 버스바 프레임부(220)를 포함하는 모듈 커버(200)에 수납된다. 이 때, 한쪽 방향으로 적층되어 돌출된 전극 리드들(120)은 버스바 프레임부(220)에 포함된 버스바(230)와 전기적으로 연결된다.
즉, 버스바 프레임부(220)는 복수의 전극 리드(120)가 삽입될 수 있는 복수의 슬릿(221)을 포함하고, 각각의 슬릿(221) 내부에는 전극 리드(120)와 전기적으로 연결되는 버스바(230)가 위치한다. 슬릿(221)은 상측 커버부(210)에 의해 노출된 전지 셀 조립체(100)의 하면을 향해 개구되어 있다. 버스바(230)는 도 3에 도시된 바와 같이 슬릿(221)의 길이 방향을 따라 길게 형성된 집게 또는 클립 형상을 가지고 있다. 도 3을 참조하면, 버스바(230)는, 전극 리드(120)가 삽입되도록 형성된 집게부(231), 집게부(231)를 연결 및 고정하는 고정부(232)로 형성될 수 있다.
집게부(231)는, 고정부(232)로부터 슬릿(221)의 개구를 향해 사선 방향으로 각각 연장된 형태로 형성될 수 있으며, 전극 리드(120)의 삽입시 전극 리드(120)는 집게부(231)의 연장된 부분 사이에서 집게부(231)의 내면과 접촉할 수 있다. 고정부(232)는, 집게부(231)의 하측에서 집게부(231)를 연결 및 고정하는 역할을 한다. 고정부(232)는 집게부(231)의 하단부와 연결되며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 고정부(232)는 집게부(231)의 하측으로 곡률을 가지도록 형성되어, 전극 리드(120)가 집게부(231)의 삽입이 용이하도록 함과 동시에 집게부(231)의 변형 또는 이동을 탄성적으로 저지하여 집게부(231)가 고정되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 버스바(230)는, 상측 커버부(210)와 일체로 형성된 버스바 프레임부(220)에 형성된 슬릿(221)에 장착될 수 있다. 슬릿(221)은 상측 커버부(210)의 상면과 반대되는 방향으로 개구되어 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 하측 플레이트(300)와 마주하는 방향으로 개구되어 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전지 셀 적층체(100)를 모듈 커버(200)에 수용할 때에는, 상측 커버부(210)가 아래를 향하도록 놓인 상태에서 전극 리드(120)가 버스바(230)와 접촉하도록 전극 리드(120)를 슬릿(221)에 삽입한다.
이 때, 버스바(230)의 집게부(231) 및 고정부(232)는 전극 리드(120)의 평판면과 접할 수 있을 정도의 최소한의 폭을 가지는 구부러진 판형의 클립 형상으로 형성되어, 종래 버스바 구조의 불필요한 부피를 감소시켜 보다 경량화된 버스바 장치를 전지 모듈에 장착할 수 있다.
전극 리드(120)는 버스바(230)와 전기적으로 연결되며, 이를 위해 전극 리드(120)와 버스바(230)와의 접촉이 필요하다. 이를 위해 전극 리드(120)는 평판 형상으로 가로 방향으로 적층되어 복수의 전지셀(110)에서 각각 돌출 형성되며, 이렇게 돌출된 전극 리드들(120)은, 버스바(230)의 집게부(231) 내로 삽입된 후, 집게부(231)에 의해 좌우에서 접촉 및 고정되어 버스바(230)와의 전기적 연결을 이룰 수 있다.
이어서, 도 4를 더욱 참조하여 모듈 커버(200)의 구성에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 커버를 도시한 도면이다.
모듈 커버(200)는 전지 셀 조립체(100)의 상부 및 양쪽 측면을 덮는 상측 커버부(210)와, 상측 커버부(210)에 의해 덮이지 않은 2개의 면, 즉 전극 리드(120)가 노출되는 면을 덮는 2개의 버스바 프레임부(220)가 일체로 형성되는 것에 의해 구성된다.
상측 커버부(210)는 도 4에 도시된 바와 같이 전지 셀 조립체(100)의 상부를 덮는 상면과, 상면의 길이방향 가장자리로부터 양측으로 수직하게 연장된 2개의 측면으로 구성된다. 상측 커버부(210)는 강성 증대를 위해 내측에 뼈대 형상의 보강재를 포함할 수도 있다. 이와 같이 상면과 양측에 형성된 측면으로 구성된 상측 커버부(210)는 단면이 각진 U자 형상을 갖도록 형성되고, 측면이 연장된 방향으로 길게 형성된다.
2개의 버스바 프레임부(220)는 이와 같이 길게 형성된 상측 커버부(210)의 양쪽 단부에 각각 결합된다. 버스바 프레임부(220)가 상측 커버부(210)에 일체로 결합되는 것에 의해 전지 셀 조립체(100)가 수용될 수 있는 일면이 개방된 박스 형태의 모듈 커버(200)가 완성된다. 이 때, 버스바 프레임부(220)는 상측 커버부(210)와 접하는 변을 따라 용접에 의해 상측 커버부(210)에 결합될 수 있다. 또는, 상측 커버부(210)의 내측에 홈을 형성한 후 이러한 홈에 버스바 프레임부(220)의 양 변을 삽입하는 방식으로 조립하는 것도 가능하며, 일체로 형성되는 방법이 특별히 한정되지는 않는다.
또한, 전지 모듈(10)은 전지 셀 조립체(100)의 상부에서 전지 셀 조립체(100)의 길이 방향으로 연장되고 장착되어 전지 셀(110)을 센싱하도록 구성된 연성 인쇄 회로 기판 (Flexible Printed Circuit Board, FPCB)(40)을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서 연성 인쇄 회로 기판(40)은 상측 커버부(210)의 상면의 내측에 배치되어, 이후 수용되는 전지 셀 조립체(100)에 장착되어 전지 셀들과 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이 버스바 프레임부(220)와 상측 커버부(210)가 일체로 형성된 구성에 의해, 종래에 전지 셀 조립체의 상부에 위치하는 ICB (Internal Circuit Board) 커버와 버스바 프레임이 힌지 구조에 의해 결합되는 구조를 배제시킬 수 있다. 즉, 종래의 힌지 구조의 결합에서는 힌지 부분에서 ICB 커버와 버스바 프레임의 이탈이 발생하거나, 가조립 상태에서 모듈을 이동할 경우 힌지 부분에서 발생하는 유동 때문에 자동화 대응에 어려움이 있거나, 또는 힌지 부분을 지나는 연성 인쇄 회로 기판의 파손 등의 문제가 있었다. 또한, 버스바 프레임의 회동에 의해 전지 셀 조립체의 전극 리드에 버스바 프레임의 버스바가 결합되도록 구성되었는데, 이 과정에서 버스바 프레임과 전극 리드의 정렬에도 어려움이 있었다.
그러나, 본 실시예에서는 상술한 바와 같이 버스바 프레임부(220)와 상측 커버부(210)가 일체로 형성되기 때문에, 이와 같이 많은 문제를 발생시키는 힌지 구조를 아예 배제시켰는바, 힌지 구조에 의해 발생하는 문제들을 해소시킬 수 있다. 또한, 전극 리드(120)와 버스바(230)의 결합 방식이, 버스바 프레임부(220)에 형성된 슬릿(221)에 전극 리드(120)들을 삽입하는 방식으로 간단하게 이루어지기 때문에, 제조 공정 역시 간소화하면서도 정밀하게 전극 리드(120)와 버스바(230)를 결합시킬 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 전지 셀 조립체(100)가 수용된 모듈 커버(200)의 개방부에 하측 플레이트(300)를 결합시키는 것에 의해 전지 모듈(10)을 완성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법에 대해 설명한다.
우선, 서로 인접하여 나란하게 적층된 복수의 전지 셀(110)과, 복수의 전지 셀(110) 각각으로부터 돌출된 복수의 전극 리드(120)를 구비하는 전지 셀 조립체(100)를 마련한다.
그리고, 상면과, 상면의 길이방향 가장자리로부터 양측으로 수직하게 연장된 2개의 측면으로 구성되어 전지 셀 조립체(100)가 배치되는 공간을 포함하는 상측 커버부(210)를 마련한다.
그리고, 상측 커버부(210)의 길이 방향의 양 단부에 각각 버스바 프레임부(220)를 일체로 결합하여 모듈 커버(200)를 완성한다.
이어서, 모듈 커버(200) 내에 전지 셀 조립체(100)를 수용한다. 이 때, 전지 셀 조립체(100)의 전극 리드(120)가, 버스바 프레임부(220)의 슬릿(221)에 삽입되도록 조립한다. 즉, 슬릿(221) 내부에 위치하는 버스바(230)의 집게부(231) 내에 전극 리드(120)를 삽입하여, 집게부(231)와 전극 리드(120)가 접촉하도록 하는 것에 의해 버스바(230)와 전극 리드(120)를 전기적으로 연결할 수 있다.
이어서, 전지 셀 조립체(100)가 수용된 모듈 커버(200)의 개방부에 하측 플레이트(300)를 결합시키는 것에 의해 전지 모듈(10)을 완성할 수 있다. 하측 플레이트(300)의 결합은 하측 플레이트(300)의 가장자리를 따라 모듈 커버(200)와 용접하는 것에 의해 이루어질 수 있으나 특별히 한정되는 것은 아니다. 이 때, 하측 플레이트(300)가 위치하는 부분이 전지 모듈(10)의 하부면이 되므로 조립이 완성된 후 전지 모듈(10)을 다시 뒤집는 것에 의해 원 사용 상태의 전지 모듈(10)을 얻을 수 있다.
이와 같은 전지 모듈의 제조 방법에 의하면, 특히 전극 리드(120)와 버스바(230)의 결합이 버스바 프레임의 회동에 의한 것이 아니라 버스바 프레임부(220)에 형성된 슬릿(221)에 전극 리드(120)를 삽입하는 것에 의해 이루어지기 때문에, 공정을 간단하고 정밀하게 행할 수 있다.
다음으로, 도 5, 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈 커버와 전지 셀 조립체의 단면을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 단면을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전지 셀 조립체(100)는 그 외부면의 적어도 일부를 덮는 절연 패드(114)를 포함한다. 즉, 절연 패드(114)로 전지 셀 조립체(100)를 커버한 상태로 모듈 커버(200)에 전지 셀 조립체(100)를 수용하는 것에 의해, 모듈 커버(200)의 가장자리 부분과 충돌하여 전지 셀 조립체(100)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한 절연 패드(114)에 의해 전지 셀 조립체(100)를 한번 더 보호하기 때문에 외부의 급격한 온도 변화에 영향을 받지 않도록 단열 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 다른 도전성 부품들과의 절연 효과를 얻을 수 있으므로 바람직하다. 이러한 절연 패드(114)로는 폴리우레탄, 실리콘 폼 재질의 패드 등을 사용할 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 전지 모듈(10)에 있어서 모듈 커버(200)는 그 내측에 부착된 셀 하우징 테이프(201)를 더욱 포함할 수 있다. 즉, 전지 셀 조립체(100)를 모듈 커버(200) 내에 수용하기 이전에 모듈 커버(200) 내측에 셀 하우징 테이프(201)를 부착하는 것에 의해 전지 셀 조립체(100)와 접촉하는 모듈 커버(200)의 내면 및 전지 셀 조립체(100)를 보호할 수 있어서 바람직하다. 이러한 셀 하우징 테이프(201)로는 아크릴테이프, 우레탄폼 테이프 등의 재질로 이루어진 테이프 등을 사용할 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 전지 모듈(10)은, 하측 플레이트(300)와 전지 셀 조립체(100) 사이에 위치하는 방열 패드(310)를 더욱 포함할 수 있다. 방열 패드(310)를 구비하는 것에 의해 전지 셀 조립체(100)로부터 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있다. 방열 패드(310)로는 열전도성 수지로 이루어진 패드를 사용할 수 있으며, 예를 들면 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 올레핀계 수지, EVA(Ethylene vinyl acetate)계 수지 또는 실리콘계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 의하면, 하측 플레이트(300)와 전지 셀 조립체(100) 사이에 방열 패드(310)를 구비하고 있기 때문에, 종래 모듈 프레임 내부로 수지 조성물을 주입하여 경화시키는 공정을 생략하여 공정을 간소화하면서도 우수한 방열 성능을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 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 전지 팩을 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.
10: 전지 모듈
100: 전지 셀 조립체
120: 전극 리드
200: 모듈 커버
210: 상측 커버부
220: 버스바 프레임부
230: 버스바
221: 슬릿
300: 하측 플레이트

Claims (19)

  1. 서로 인접하여 나란하게 적층된 복수의 전지셀과, 상기 복수의 전지셀 각각으로부터 돌출된 복수의 전극 리드를 구비하는 전지 셀 조립체;
    상기 전지 셀 조립체를 수용하는 모듈 커버를 포함하고,
    상기 모듈 커버는, 상기 전지 셀 조립체의 상면 및 측면을 커버하면서 상기 복수의 전극 리드를 노출하는 상측 커버부와, 상기 상측 커버부에 의해 노출된 복수의 전극 리드에 대응하는 위치에서 상기 상측 커버부와 결합하여 상기 상측 커버부와 일체로 형성되는 버스바 프레임부를 포함하고,
    상기 버스바 프레임부는 상기 복수의 전극 리드와 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하고,
    상기 버스바 프레임부는 상기 복수의 전극 리드가 삽입되는 복수의 슬릿을 포함하고,
    상기 복수의 버스바는 상기 복수의 슬릿 내부에 위치하고,
    상기 복수의 버스바 각각은 상기 전극 리드가 삽입되는 집게부 및 상기 집게부를 연결하여 고정하는 고정부를 포함하는 전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 복수의 슬릿은 상기 상측 커버부에 의해 노출된 상기 전지 셀 조립체의 하면을 향해 개구되어 있는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 전지 셀 조립체는 상기 전지 셀 조립체의 주변을 감싸고 상기 전지셀 조립체와 상기 상측 커버부 사이에 위치하는 절연 패드를 더욱 포함하는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 상측 커버부는 상기 전지 셀 조립체와 상기 상측 커버부 사이에 위치하는 셀 하우징 테이프를 더욱 포함하는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 모듈 커버는 상기 상측 커버부에 의해 노출된 상기 전지 셀 조립체의 하면을 커버하는 하측 플레이트를 더욱 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 하측 플레이트와 상기 전지 셀 조립체 사이에 위치하는 방열 패드를 더욱 포함하는 전지 모듈.
  8. 삭제
  9. 제1항에서,
    상기 버스바 프레임부와 상기 상측 커버부가 결합된 부분은 용접에 의해 결합된 전지 모듈.
  10. 서로 인접하여 나란하게 적층된 복수의 전지셀과, 상기 복수의 전지셀 각각으로부터 돌출된 복수의 전극 리드를 구비하는 전지 셀 조립체를 마련하는 단계;
    상면 및 상면에 수직인 2개의 측면을 포함하여 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 공간을 포함하는 상측 커버부를 준비하는 단계;
    상기 공간의 개방된 양측 단부를 커버하도록 상기 상측 커버부와 2개의 버스바 프레임부를 배치한 후 상기 상측 커버부와 상기 버스바 프레임부를 일체로 결합하여 모듈 커버를 제조하는 단계; 및
    상기 공간 내에 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 단계를 포함하고,
    상기 버스바 프레임부는 상기 복수의 전극 리드가 삽입되는 개구를 포함하는 복수의 슬릿, 및 상기 복수의 슬릿 내에 위치하고 상기 복수의 전극 리드와 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하고,
    상기 복수의 버스바 각각은 상기 전극 리드가 삽입되는 집게부 및 상기 집게부를 연결하여 고정하는 고정부를 포함하고,
    상기 공간 내에 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 단계는, 상기 복수의 전극 리드를 상기 복수의 슬릿 내에 위치하는 상기 버스바의 상기 집게부에 삽입하는 단계를 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에서,
    상기 공간 내에 상기 전지 셀 조립체를 수용하기 이전에 상기 전지 셀 조립체의 외면의 적어도 일부를 절연 패드로 감싸는 단계를 더욱 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  14. 제10항에서,
    상기 공간 내에 상기 전지 셀 조립체를 수용하기 이전에 상기 상측 커버부의 상기 공간의 내벽에 셀 하우징 테이프를 부착하는 단계를 더욱 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  15. 제10항에서,
    상기 공간 내에 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 단계는 상기 전지 셀 조립체의 상면이 하측을 향하도록 상기 전지 셀 조립체를 수용하는 단계를 포함하고, 상기 전지 셀 조립체의 상면과 반대되는 상기 전지 셀 조립체의 하면을 덮도록 하측 플레이트를 배치하여 상기 상측 커버부와 결합하는 단계를 더욱 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 하측 플레이트와 상기 전지 셀 조립체의 하면 사이에 위치하는 방열 패드를 마련하는 단계를 더욱 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
  17. 제10항에서,
    상기 상측 커버부와 상기 버스바 프레임부의 결합은 용접에 의해 이루어지는 전지 모듈의 제조 방법.
  18. 제1항, 제3항 내지 제7항, 제9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 전지 모듈, 및
    상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스
    를 포함하는 전지 팩.
  19. 제18항에 따른 적어도 하나의 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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