制造电池模块的设备和方法与流程

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年8月20日向韩国知识产权局提交韩国专利申请第10-2020-0104857号的权益，其公开内容以引用的方式整体并入本文。
3.本公开涉及一种制造电池模块的设备和方法，并且更具体地，涉及一种制造具有提高的工艺性能的电池模块的设备和方法。


背景技术：

4.易于适用于各种产品组并且具有诸如高能量密度的电特性的二次电池不仅普遍地应用于便携式装置，而且还普遍地应用于由电驱动源驱动的电动车辆或混合动力电动车辆、能量存储系统等。这种二次电池作为一种用于提高能源效率的新的环境友好型能源正在引起人们的关注，因为它具有显著减少化石燃料使用的主要优势，而且完全不产生能源使用的副产品。
5.小型移动装置针对每个装置使用一个或多个电池单元，而诸如车辆的中型装置或大型装置需要高功率和大容量。因此，使用具有彼此电连接的多个电池单元的中型电池模块或大型电池模块。
6.中型电池模块或大型电池模块优选地制造成具有尽可能小的尺寸和重量。因此，可以以高集成度层叠并且相对于容量具有小重量的棱柱形电池、袋形电池等主要用作中型电池模块或大型电池模块的电池单元。此外，为了保护电池单元层叠件免受外部冲击、热或振动的影响，电池模块可以包括框架构件，该框架构件的前表面和后表面开口以将电池单元层叠件容纳在内部空间中。
7.图1是例示根据现有技术的具有单框架的电池模块的立体图。
8.参照图1，电池模块可以包括：被配置为层叠多个电池单元11的电池单元层叠件12，其前表面和后表面开口以便覆盖电池单元层叠件12的单框架20，以及用于覆盖单框架20的前表面和后表面的端板60。为了形成这样的电池模块，如图1中的箭头所示，需要水平地组装电池模块，使得电池单元层叠件12沿着x轴方向插入到单框20的开口的前表面或后表面中。然而，为了稳定地执行这种水平组装，必须确保在电池单元层叠件12和单框架20之间存在足够的间隙。这里，间隙是指通过压配合等产生的间隔。当公差较小时，可能在水平组装电池模块的过程中产生对组件部分的损坏。因此，单体框架20的高度必须在很大程度上考虑电池单元层叠件12的最大高度和插入过程中的组装公差来设计，因此可能导致不必要的浪费空间。为了使组装公差最小化，可以使用引导膜，但是存在引导膜在插入过程中损坏或者由于更换而导致的成本增加的问题。


技术实现要素：

9.技术问题
10.本公开的目的是提供一种制造电池模块的设备和方法，其提高将电池单元层叠件
插入到框架构件中的速度并降低成本。
11.然而，本公开的实施方式要解决的问题不限于上述问题，并且可以在包括在本公开中的技术构思的范围内以各种方式扩展。
12.技术方案
13.根据本公开的一个实施方式的制造电池模块的设备，该设备包括引导板，所述引导板从左侧和右侧缠绕电池单元层叠件，所述电池单元层叠被配置为层叠多个电池单元，其中，所述引导板包括：主体部，该主体部与所述电池单元层叠件接触；以及插入部，该插入部连接到所述主体部的一个端部并且弯曲和突出到所述电池单元层叠件的内侧，并且所述电池单元层叠件通过所述插入部被插入到上部开口的框架构件的内部。
14.框架构件包括底部和彼此面对的两个侧表面部，所述插入部包括与所述两个侧表面部各自相对应的第一插入部和第二插入部，并且所述第一插入部的端部和所述第二插入部的端部之间的距离可以比所述框架构件的侧表面部之间的距离更短。
15.引导板可以由金属材料或绝缘构件形成。
16.引导板可以由金属铝或强化塑料形成。
17.制造电池模块的设备还可以包括连接到所述插入部的另一端的基部，所述基部位于与所述插入部的连接到所述主体部的一端相对的位置。
18.制造电池模块的设备还可以包括位于引导板和电池单元层叠之间的压缩垫。
19.插入部可以在所述压缩垫所在的方向上弯曲和突出，并且突出的插入部在水平方向上的距离等于或小于所述压缩垫的厚度。
20.根据本公开的另一实施方式的制造电池模块的方法包括以下步骤：使用缠绕电池单元层叠件的左侧和右侧的引导板，将所述电池单元层叠件插入上部开口的框架构件的内部，其中，所述框架构件包括底部和彼此面对的两个侧表面部，并且引导板包括与所述电池单元层叠件接触的主体部，以及连接到所述主体部的一个端部并弯曲和突出到所述电池单元层叠件的内侧的插入部，并且其中，插入所述电池单元层叠件的步骤包括在所述插入部的倾斜表面首先与所述框架构件的侧表面部接触的同时插入所述电池单元层叠件。
21.所述插入部包括与所述两个侧表面部各自对应的第一插入部和第二插入部，并且在插入所述电池单元层叠件的步骤中，所述第一插入部的端部和所述第二插入部的端部之间的距离比所述框架构件的侧表面部之间的距离更短。
22.制造电池模块的方法还可以包括沿着框架构件的开口前端方向和后端方向中的至少一个方向滑动并移除引导板。
23.有益效果
24.根据本公开的实施方式，电池单元层叠件可以在垂直方向上层叠，从而提高插入速度，并且省略现有的引导膜以降低成本。
25.另外，引导板被应用到电池单元层叠件的侧表面，以使得电池单元层叠件可以自然地插入到框架构件中，而无需强行展开框架构件的左上端和右上端。
26.本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员从所附权利要求的描述中将清楚地理解上面未描述的附加其他效果。
附图说明
27.图1是例示根据现有技术的具有单框架的电池模块的立体图；
28.图2是例示根据本公开的实施方式的电池模块的分解立体图；
29.图3是例示根据本公开的比较例的制造电池模块的设备和方法的图；
30.图4是例示根据本公开的实施方式的制造电池模块的设备和方法的图；
31.图5是例示制造图4的电池模块的设备的变型例的图；以及
32.图6是沿着图2中的切割线a-a’截取的截面图。
具体实施方式
33.在下文中，将参照附图详细描述本公开的各种实施方式，使得本领域技术人员可以容易地实现它们。本公开可以以各种不同的方式进行修改，并且不限于本文阐述的实施方式。
34.与描述无关的部分被省略以清楚地描述本公开，并且在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的元件。
35.此外，在附图中，为了便于描述，任意地例示了每个元件的尺寸和厚度，并且本公开不一定限于附图中例示的那些。在附图中，为了清楚起见夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了便于描述，一些层和区域的厚度被夸大地示出了。
36.另外，将理解，当诸如层、膜、区域或板的元件被称为“在另一元件上”或“上方”时，它可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”时，这意味着不存在其它中间元件。此外，词语“上”或“上方”意指设置在参考部分上或下方，并且不一定意指朝向相反的重力方向设置在参考部分的上端上。
37.此外，在整个说明书中，除非另有说明，否则当一个部分被称为“包括”特定组件时，意指该部分还可以包括其它组件，而不排除其它组件。
38.此外，在整个说明书中，当被称为“平面”时，这意指在从上侧观察目标部分时，并且当被称为“截面”时，这意指在从垂直切割的截面的侧面观察目标部分时。
39.图2是例示根据本公开的实施方式的电池模块的分解立体图。
40.参照图2，根据本公开的一个实施方式的电池模块100包括：被配置为层叠多个电池单元110的电池单元层叠件200、用于容纳电池单元层叠件200的模块框架300、位于电池单元层叠件200中彼此面对的两个侧表面上并且与电池单元110平行布置的第一压缩垫710和第二压缩垫720。
41.电池单元110是二次电池，并且可以被配置为袋型二次电池。这种电池单元110可以由多个单元组成，并且多个电池单元110可以层叠在一起以便彼此电连接，从而形成电池单元层叠件200。尽管未具体例示，但是多个电池单元110中的每一个可以包括电极组件、电池壳体和从电极组件突出的电极引线。此外，如图2中所示，多个电池单元110可以与框架构件400的两个侧表面421和422平行地布置并且沿着y轴方向依次层叠。框架构件400可以是u形的。
42.电池单元层叠件200被容纳在具有刚度的模块框架300中以防止外部冲击等。
43.此时，模块框架300可以包括容纳电池单元层叠件200并且在上部(z轴方向)开口的框架构件400，以及覆盖框架构件400的开口的上部的上框架500。框架构件400可以包括
底部410以及分别从底部410的两个相对端向上延伸的第一侧表面部421和第二侧表面部422。
44.也就是说，电池单元层叠件200的下部和两个侧部被框架构件400缠绕，并且电池单元层叠件200的上部可以被上部框架500缠绕。
45.电池单元层叠件200可以通过如下方法安装在模块框架300的内侧，其中电池单元层叠件200位于框架构件400的底部410上，然后电池单元层叠件200的上表面经由上框架500被覆盖。
46.此时，框架构件400和上框架500可以通过焊接接合，但是接合方法不限于此，并且可以通过各种实施方式实现。
47.端板600可以分别联接到彼此联接的框架构件400和上框架500的开口的前表面和后表面(x轴方向和与其相反的方向)。
48.端板600保护包括电池单元层叠件200的各种电组件免受外部冲击的影响，并且同时引导电池单元层叠件200的电池单元110与外部电源之间的电连接。
49.此外，电池单元110可以是锂二次电池或袋型二次电池。由于这种袋型二次电池通常以其中电极组件内置在层压片材中的形式设置，因此它与其小尺寸和重量相比具有高能量密度的优点，但是具有弱机械刚度的缺点。具体地，在锂二次电池的情况下，这些电极在重复充电和放电的过程中变得更厚，或者内部电解质可能通过副反应分解以产生气体。此时，袋型二次电池单元由于电极扩张或产生的气体而膨胀的现象被称为“膨胀现象”。
50.在本实施方式中，第一压缩垫710和第二压缩垫720分别被布置在电池单元层叠件200中彼此面对的两个侧表面上。电池单元110可以通过这样的第一压缩垫710和第二压缩垫720从初始阶段被强力地挤压，并且由于膨胀引起的厚度扩张变得相对较小，从而能够防止由于膨胀现象引起的电池单元110的性能劣化，并且减少电池模块100的外部形状的变化。
51.第一压缩垫710和第二压缩垫720可以包括聚氨酯泡沫，以便能够抑制膨胀现象。
52.此外，当第一压缩垫710和第二压缩垫720分别布置在电池单元层叠件200中彼此面对的两个侧表面上时，在电池单元层叠件200与第一压缩垫710和第二压缩垫720之间设置双面胶带，使得第一压缩垫710和第二压缩垫720可以主要固定到电池单元层叠件200。
53.此外，第一压缩垫710和第二压缩垫720可以通过使用喷涂的粘合剂而不是双面胶带来固定。具体地，可以在电池单元层叠件200中彼此面对的两个侧表面上喷涂粘合剂，然后，第一压缩垫710和第二压缩垫720可以附接到其上。粘合剂可以通过压力泵在高温下以熔融形式从喷嘴喷射
54.此外，除了第一压缩垫710和第二压缩垫720之外，附加压缩垫730可以被布置在构成电池单元层叠件200的电池单元110之间。尽管在图2中仅示出了一个附加压缩垫730，但是压缩垫还可以被布置在其它电池单元110之间。
55.此外，电池单元层叠件200可以经由框架构件400的开口的上表面(z轴方向)被放置在框架构件400的底部410上。此时，可能发生其中第一压缩垫710和第二压缩垫720分别通过第一侧表面部421和第二侧表面部422卷起的缺陷。这种缺陷对用于制造电池模块100的自动化过程具有很大的不利影响。为了防止这种缺陷，可以使用诸如开口夹具的装置来执行插入电池单元层叠件的步骤。
56.图3是例示根据本公开的比较例的制造电池模块的设备和方法的图。
57.参照图3，在根据比较例的制造电池模块的设备和方法中，在电池单元层叠件70被安装到模块框架30的底部之前，可以使用开口夹具35强制展开模块框架30的两个侧表面部。电池单元层叠件70可以在模块框架30的两个侧表面部被开口夹具35强制展开的状态下插入模块框架30的底部。然而，如果展开量根据模块框架30的宽度和高度而较大，则存在可能在弹性极限之外永久变形的问题。
58.因此，根据本实施方式的电池模块100试图通过提供能够使模块框架的展开量最小化的装置来解决制造过程中的上述缺陷，其细节将在后面描述。
59.图4是例示根据本公开的实施方式的制造电池模块的设备和方法的图。
60.参照图4，根据本实施方式的制造电池模块的装置包括引导板550，该引导板550从左侧和右侧缠绕电池单元层叠件200。引导板550可以包括与电池单元层叠件200接触的主体部560，以及连接到主体部560的一个端部并且弯曲并突出到电池单元层叠件200的内部的插入部570。在根据本实施方式的引导板550由电池单元层叠件200支撑的状态下，插入部570可以首先插入u形框架构件的内部。
61.根据本实施方式的引导板550可以由金属材料或绝缘构件形成。具体地，引导板550可以由铝、强化塑料等形成。引导板550可以具有允许电池单元层叠件200跨在框架构件的侧表面部421和422上的刚度水平，就像电池单元层叠件200滑动一样，从而无需强制展开u形框架。
62.根据本实施方式，引导板550分别被支撑在电池单元层叠件200的两个侧表面部上，并且引导板550的插入部570可以包括分别被放置在电池单元层叠件200的两个侧表面部上的第一插入部和第二插入部。此时，第一插入部的端部和第二插入部的端部之间的距离可以短于框架构件的侧表面部421和422之间的距离。
63.将描述使用上述提及的电池模块制造设备来制造电池模块的方法。
64.根据本公开的另一实施方式的制造电池模块的方法包括使用缠绕电池单元层叠件200的左侧和右侧的引导板550将电池单元层叠件200插入到其上部开口的框架构件400的内部的步骤。此时，插入电池单元层叠件200的步骤可以包括在插入部570的倾斜表面首先与框架构件的侧表面部422接触的同时插入电池单元层叠件200。
65.随后，引导板550可以通过在电池模块的纵向方向上滑动而被移除。电池模块的纵向方向可以意指图2中所示的电池模块100沿着x轴方向的长度。整个引导板550可以滑动到电池模块100的前端或后端。引导板550在电池模块100的纵向方向上从中央分离，并且分离的部分可以分别滑动到电池模块100的前端和后端。以这种方式，引导板550可以沿着框架构件400的前端方向和/或后端方向滑动以从电池模块100移除。
66.此后，上框架500形成在电池单元层叠件200上，以便于覆盖框架构件400的开口的上部，并且上框架500可以通过焊接方法联接到框架构件400。端板600可以分别联接到彼此联接的框架构件400和上框架500的开口的前表面和后表面(x轴方向和与其相对的方向)。
67.如上所述，根据本实施方式的制造电池模块的设备和方法，无论u形框架构件的宽度和高度如何，都可以在模块框架的弹性限度内进行组装，并且可以省略展开框架的步骤并缩短工艺时间。
68.图5是示出制造图4的电池模块的设备的变型例的图。
69.参照图5，大部分配置与参照图4描述的电池模块制造设备的配置相同，但是引导板550还可以包括基部580。基部580连接到插入部570的位于与插入部570的连接到主体部560的一端相对的位置处的另一端。基部580可以在与电池单元层叠件200的底表面平行的方向上延伸，并且电池单元层叠件200可以插入到u形框架中以执行能够稳定地安装到底部410上的功能。
70.图6是沿着图2中的切割线a-a’截取的截面图。
71.参照图2和图6，引导板550可以被布置在设置于电池单元层叠件200的边缘上的第一压缩垫710和第二压缩垫720的外部。更具体地，引导板550可以位于第一压缩垫710和模块框架的侧表面部421之间，以及第二压缩垫720和模块框架的侧表面部分422之间。引导板550也可以在覆盖上框架500之前被移除。
72.根据本实施方式，引导板550位于模块框架与第一压缩垫710和第二压缩垫720之间，使得在组装过程中，电池单元层叠件200可以比在u形框架400中更容易地储存。此外，引导板550的插入部570可以在压缩垫710和720所在的方向上弯曲和突出。此时，突出的插入部570的水平距离可以等于或短于压缩垫710和720的厚度。因此，插入部570被安装在稍后描述的导热树脂层411上，使得在电池单元110中产生的热量能够被平稳地排放。
73.根据本实施方式的电池模块100还可以包括位于电池单元层叠件200的下表面上的导热树脂层411。此外，当一个或更多个电池模块100构成电池组时，散热器可以被放置在电池模块100的下端。
74.导热树脂层411可以包括导热树脂(热树脂)，并且可以特别地包括导热粘合材料。例如，导热树脂层411包含硅基材料(silicone-based material)、氨基甲酸酯基材料和丙烯酸基材料中的至少一种，并且特别优选的是包括氨基甲酸酯基材料。
75.导热树脂是具有优良导电性的材料，并且电池单元中产生的热量通过导热树脂层411和散热器排放到外部。然而，导热树脂包含导热粘合材料，并且在应用时可以是液体，但是可以在电池单元层叠件200层叠在其上之后固化。因此，导热树脂层411可以将电池单元层叠件200固定在电池模块100中。也就是说，本实施方式中的导热树脂层411不仅提高了电池单元层叠件200的散热特性，而且还具有有效地固定电池单元层叠件200的效果。
76.根据本公开的实施方式的上述电池模块或电池组可以应用于各种装置。具体地，这些装置可以应用于诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆的车辆装置，但是本公开不限于此，并且可以应用于可以使用二次电池的各种装置。
77.尽管上面已经详细描述了本公开的优选实施方式，但是本公开的范围不限于此，并且本领域技术人员使用在所附权利要求中限定的本公开的基本概念进行的各种修改和改进，也落入本公开的范围。
78.附图标记的描述
79.110：电池单元
80.200：电池单元层叠件
81.300：模块框架
82.400：框架构件
83.550：引导板
84.560：主体部
85.570：插入部
86.580：基部
87.710，720：压缩垫