WO2021194107A1 - 서로 다른 방향으로 돌출된 요철 패턴이 형성된 전지 모듈 커버재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

서로 다른 방향으로 돌출된 요철 패턴이 형성된 전지 모듈 커버재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전지 모듈 Download PDF

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윤승현
김병룡
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module cover material having concavo-convex patterns protruding in different directions, a manufacturing method thereof, and a battery module including the same.
  • secondary batteries are batteries that can be charged and discharged and can be used repeatedly.
  • This battery pack is used as a power source for driving motors such as high-output hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs).
  • HEVs high-output hybrid electric vehicles
  • EVs electric vehicles
  • a battery module in which a plurality of battery cells are modularized or a battery pack in which the battery modules are assembled is manufactured and then applied to an electric vehicle or the like.
  • the conventional battery module 20 has a structure in which a plurality of battery cells are accommodated in a battery module case.
  • the battery module cover material 10 applied to the side is formed of a 0.4T level aluminum thin film, and the concave-convex pattern 11 formed in the vertical direction to withstand the load is formed. is the structure
  • the battery module cover material 10 formed of a thin metal film is twisted or bent during the forming process, and in particular, the flatness of the cover material is greatly reduced in the process of forming a pattern.
  • the present invention was devised to solve the above problems, and a battery module cover material with improved flatness by forming uneven patterns protruding in different directions, a battery module case including the cover material, and a battery including the same We want to provide a module.
  • the present invention provides a battery module cover material.
  • the battery module cover material according to the present invention is a plate-shaped cover material covering one surface of the battery module,
  • It includes a second concave-convex pattern of a shape recessed in the thickness direction
  • the average depth of depression of the second concave-convex pattern is in the range of 10 to 80% of the thickness of the plate-shaped cover material.
  • the average thickness of the plate-shaped cover material is in the range of 0.1 to 0.6 mm.
  • the ratio (D1:D2) of the average protrusion height (D1) of the first concavo-convex pattern to the average depression depth (D2) of the second concavo-convex pattern is 3:1 to 50:1 range.
  • the first concavo-convex pattern has a closed figure shape having a long length in the first direction, and has a width L1 in the first direction and a width in the second direction perpendicular to the first direction in the same plane (
  • the ratio of L2) (L1:L2) ranges from 3:1 to 10:1.
  • the second concave-convex pattern has a closed figure shape having a long length in the first direction, and in a second direction perpendicular to the first direction in the same plane as the width L1 ′ in the first direction.
  • the ratio (L1':L2') of the width L2' is in the range of 5:1 to 20:1.
  • the first direction is a vertical direction with respect to the assembled battery module
  • the second direction is a horizontal direction with respect to the assembled battery module
  • the first and second concave-convex patterns are each independently at least one of an oval shape, a bead shape, a 4 to decagonal shape, and a shape in which the central region is a square and both ends are semicircular.
  • the first concave-convex pattern has a long bead shape in the first direction, forms a maximum protrusion height along the center line of the bead shape, and protrudes from the edge of the bead shape toward the center line of the bead shape A shape in which the height increases sequentially or continuously.
  • the second concave-convex pattern has a bead shape having a long length in the first direction, and has a shape in which the depth of dents in the entire area of the bead shape is at the same level.
  • the second concave-convex pattern has a long bead shape in the first direction, and forms a maximum depth of indentation along the center line of the bead shape, and the center line of the bead shape from the edge of the bead shape It is a shape in which the depth of depression increases sequentially or continuously.
  • the first and second concave-convex patterns have a structure alternately arranged with each other.
  • the first and second concave-convex patterns are alternately arranged and spaced apart from each other.
  • the battery module cover material according to the present invention one or both ends of the plate-shaped structure includes a structure bent in one direction, the bent structure is a structure in which a through hole for fastening is formed.
  • the present invention also provides a battery module including the battery module cover material described above as a side cover material.
  • the present invention provides a method for manufacturing the battery module cover material described above.
  • the method for manufacturing a battery module cover material according to the present invention comprises the steps of: forming a first concave-convex pattern of a shape protruding in the thickness direction on a plate-shaped cover covering one surface of the battery module; and forming a second concave-convex pattern having a shape recessed in the thickness direction on the plate-shaped cover on which the first concave-convex pattern is formed, wherein the second concave-convex pattern is disposed between the first concave-convex pattern, and
  • the average depth of depression ranges from 10 to 80% of the thickness of the plate-like cover material.
  • the average thickness of the plate-shaped cover material is in the range of 0.1 to 0.6 mm.
  • the battery module cover material according to the present invention has excellent mechanical strength and flatness despite being manufactured as a thin film by forming uneven patterns protruding in opposite directions.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery module.
  • FIGS. 2 to 4 are perspective views of a battery module cover material according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view and a partial accuracy view illustrating a flatness evaluation process for the prepared metal thin film specimen.
  • the present invention provides a battery module cover material.
  • the battery module cover material according to the present invention as a plate-shaped cover material covering one surface of the battery module, a first concavo-convex pattern of a shape protruding in the thickness direction; and a second concave-convex pattern having a shape recessed in the thickness direction, and a structure in which a second concave-convex pattern is disposed between the first concave-convex pattern.
  • the average depth of depression of the second concave-convex pattern is in the range of 10 to 80% of the thickness of the plate-shaped cover material.
  • a thin metal thin film is used as the battery module cover material to reduce the weight and minimize the volume of the battery module, and in order to withstand the load of the battery module and increase rigidity, an uneven pattern formed in the vertical direction is also formed.
  • the thin metal thin film cover material is twisted or bent during the forming process, and in particular, the flatness of the cover material is greatly reduced in the process of forming the first concave-convex pattern.
  • the battery module cover material according to the present invention has a structure in which a first concave-convex pattern protruding in the thickness direction is formed, and at the same time, a second concave-convex pattern recessed in the thickness direction is formed.
  • the concave-convex pattern recessed in the thickness direction is formed at a very shallow level.
  • the average depth of depression of the second concave-convex pattern is in the range of 10 to 80% of the thickness of the plate-shaped cover material.
  • the average depth of depression of the second concave-convex pattern is in the range of 10 to 80%, in the range of 10 to 60%, in the range of 15 to 50%, or in the range of 20 to 30% of the thickness of the plate-shaped cover material.
  • the second concavo-convex pattern recessed in the thickness direction causes a reduction in the loading capacity of the case including the cover material.
  • the depth of the second concave-convex pattern formed in the metal thin film increases, fracture may occur in the process of forming the pattern. Conversely, if the depth of the second concavo-convex pattern is too shallow, the desired level of flatness and mechanical strength cannot be obtained. Therefore, in the present invention, by controlling the depth of the second concave-convex pattern within the above range, the flatness of the battery module cover material can be secured at a very high level, and the mechanical strength of the cover material can also be improved to a certain level.
  • the plate-shaped cover material has an average thickness in the range of 0.1 to 0.6 mm. Specifically, the average thickness of the plate-shaped cover material is in the range of 0.2 to 0.55 mm, in the range of 0.15 to 0.5 mm, in the range of 0.3 to 0.55 mm, or in the range of 0.35 to 0.45 mm.
  • the plate-shaped cover material may be, for example, a metal thin film formed of aluminum (Al) or an alloy thereof.
  • Al aluminum
  • the thickness of the plate-shaped cover material is thicker than the above range, there is a problem in that the weight of the battery module is increased. Conversely, when the thickness of the plate-shaped cover material is thinner than the above range, the mechanical strength required for the cover material is not secured. In the present invention, it is possible to suppress the occurrence of torsion or warpage in the molding process, and maintain high flatness, despite the application of the thin plate-shaped cover material.
  • the ratio (D1:D2) of the average protrusion height D1 of the first concavo-convex pattern to the average depression depth D2 of the second concavo-convex pattern is in the range of 3:1 to 50:1.
  • the present invention reinforces the mechanical rigidity of the cover material by forming the first concave-convex pattern protruding in the thickness direction on the battery module cover material.
  • the second concavo-convex pattern recessed in the thickness direction is formed at a very shallow level.
  • the ratio (D1:D2) is in the range of 3:1 to 30:1, in the range of 3:1 to 10:1, in the range of 5:1 to 20:1, in the range of 5:1 to 10:1, 10: range from 1 to 30:1 or from 5:1 to 15:1.
  • the average protrusion height D1 of the first concavo-convex pattern is in a range of several mm to several cm.
  • the average thickness of the plate-shaped cover material is 0.1 to 0.6 mm
  • the average depression depth (D2) of the second concavo-convex pattern is 0.01 to 0.45 mm
  • the average protrusion height (D1) of the first concave-convex pattern is 0.03 to 24 mm is the range
  • the average thickness of the plate-shaped cover material is 0.3 to 0.5 mm
  • the average depth of depression (D2) of the second concavo-convex pattern is 0.045 to 0.2 mm
  • the average protrusion height (D1) of the first concavo-convex pattern is 0.225 to 0.225 4 mm range.
  • the first concavo-convex pattern has a closed figure shape having a long length in the first direction, and has a width in the second direction perpendicular to the first direction in the same plane as the width L1 in the first direction.
  • the ratio of (L2) (L1:L2) ranges from 3:1 to 10:1. Specifically, the ratio (L1:L2) ranges from 3:1 to 8:1, from 3:1 to 5:1, from 5:1 to 10:1, or from 4:1 to 6:1.
  • the ratio of the length to the width of the first concavo-convex pattern is to effectively reinforce the mechanical strength of the cover material in the first direction.
  • the second concavo-convex pattern has a closed figure shape having a long length in the first direction, and a second direction perpendicular to the first direction within the same plane as the width L1 ′ in the first direction.
  • the ratio (L1':L2') of the width (L2') of the direction ranges from 5:1 to 20:1. Specifically, the ratio (L1':L2') ranges from 5:1 to 15:1, from 3:1 to 10:1, from 8:1 to 20:1, or from 8:1 to 15:1.
  • the second concave-convex pattern may increase the flatness of the cover material by controlling the ratio of the length and the width within the above range, but the mechanical strength may be effectively supplemented.
  • the first direction indicated by the first unevenness and the first direction indicated by the second unevenness may be vertical directions when manufacturing the battery module in the same direction, and in some cases, the first directions are different from each other; For example, they indicate directions perpendicular to each other.
  • the first direction is a vertical direction with respect to the assembled battery module
  • the second direction is a horizontal direction with respect to the assembled battery module.
  • the first and second concave-convex patterns are each independently at least one of an oval shape, a bead shape, a 4 to decagonal shape, and a shape in which the central region is a square and both ends are semicircular.
  • the first and second concavo-convex patterns each independently have at least one of a shape in which a central region is a square and both ends are semicircular.
  • the first concave-convex pattern has a long bead shape in the first direction, forms a maximum protrusion height along the center line of the bead shape, and protrudes from the edge of the bead shape toward the center line of the bead shape is a shape that increases sequentially or continuously.
  • the second concavo-convex pattern has a bead shape having a long length in the first direction, and has a shape in which the depth of the entire bead shape is at the same level.
  • the fact that the depth of the entire region of the second concave-convex pattern is at the same level means that the depth of the entire region of the pattern is substantially the same, including the occurrence of a difference in depth partially due to mechanical or technical limitations,
  • the edge region may have a difference in depth up to a point at which a predetermined depth is reached.
  • the second concave-convex pattern has a long bead shape in the first direction, forms a maximum depth of depression along the center line of the bead shape, and from the edge of the bead shape toward the center line of the bead shape It is a shape in which the depth of penetration increases sequentially or continuously.
  • the first and second concave-convex patterns have a structure alternately arranged with each other.
  • the first and second concave-convex patterns may be alternately formed and may have a long length in the same direction.
  • several (2 to 4) second concave-convex patterns are formed between the first concavo-convex patterns, and may have a long shape in the same direction.
  • the first and second concave-convex patterns may have a long shape in a direction perpendicular to each other, and in this case, several (2 to 4) second concave-convex patterns are formed between the first concave-convex patterns.
  • the first and second concave-convex patterns are alternately arranged and spaced apart from each other. That is, forming a structure in which the first and second concave-convex patterns are spaced apart from each other is more effective in improving the mechanical strength and flatness of the cover material.
  • the present invention does not exclude that the first and second concave-convex patterns overlap each other.
  • the present invention also includes a structure in which a second concavo-convex pattern formed with a small area is overlapped within a first concavo-convex pattern formed with a larger area.
  • the battery module cover material according to the present invention one or both ends of the plate-shaped structure includes a structure bent in one direction, the bent structure is a structure in which a through hole for fastening is formed.
  • the fastening position for the battery module or the battery module case can be designated, and the fastening can be fixed through bolt fastening through a through hole.
  • the present invention also provides a battery module case including the battery module cover material described above as a side cover material.
  • the battery module case has a structure in which a plurality of battery cells are mounted, and the external structure or shape of the battery module case may vary depending on the application field or the requirements of each company.
  • the battery module case includes a lower tray and an upper cover material, and has a structure including a side cover material fastening between the lower tray and the upper cover material.
  • the present invention provides a battery module case including the battery module cover material described above as a side cover material.
  • the battery module according to the present invention includes the battery module case described above; and a plurality of battery cells accommodated in the battery module case.
  • One or two or more of the battery modules may be assembled to constitute a battery pack.
  • the battery pack may be applied to a power source of a vehicle or a large-capacity power storage device.
  • the vehicle is, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in vehicle.
  • the present invention provides a method of manufacturing the battery module cover material described above.
  • the manufacturing method of the battery module cover material according to the present invention comprises the steps of: forming a first concave-convex pattern of a shape protruding in the thickness direction on the plate-shaped cover covering one surface of the battery module; and forming a second concave-convex pattern having a shape recessed in the thickness direction on the plate-shaped cover on which the first concave-convex pattern is formed.
  • the second concavo-convex pattern is disposed between the first concavo-convex pattern, and the average depth of the second concavo-convex pattern is in the range of 10 to 80% of the thickness of the plate-shaped cover material.
  • the method of manufacturing the battery module cover material includes: forming a first concave-convex pattern of a shape protruding in the thickness direction on a plate-shaped cover covering one surface of the battery module; and forming the second concave-convex pattern having a shape recessed in the thickness direction on the plate-shaped cover on which the first concave-convex pattern is formed may be performed simultaneously or sequentially.
  • the step of forming the first concave-convex pattern may be performed through press working on the plate-shaped cover.
  • the step of forming the second concave-convex pattern may be performed by punching the plate-shaped cover.
  • the step of forming the first and second concavo-convex patterns can be performed through press working on the plate-shaped cover, respectively, or the step of forming the first and second concavo-convex patterns is press working on the plate-shaped cover It is also possible to do both simultaneously.
  • the step of forming the first concave-convex pattern is performed through press working on the plate-shaped cover, and the step of forming the second concave-convex pattern is punching processing for the plate-shaped cover. It is advantageous to do it through
  • the average thickness of the plate-like cover material is in the range of 0.1 to 0.6 mm.
  • the average thickness of the plate-shaped cover material is in the range of 0.2 to 0.55 mm, in the range of 0.15 to 0.5 mm, in the range of 0.3 to 0.55 mm, or in the range of 0.35 to 0.45 mm.
  • FIGS. 2 to 4 are perspective views of a battery module cover material according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • the battery module cover material 100 has a plate-like shape covering one surface of the battery module.
  • the battery module cover material 100 is formed of aluminum or an alloy thereof, and has a plate-shaped structure having an average thickness of 0.4 T (mm) level.
  • a first concave-convex pattern 110 having a shape protruding in the thickness direction on the surface of the plate-shaped structure; and a second concave-convex pattern 120 having a shape recessed in the thickness direction is formed.
  • a second concave-convex pattern 120 is disposed between the first concave-convex patterns 110 .
  • the first concave-convex pattern 110 has a long bead shape in the vertical direction, forms a maximum protrusion height along the center line of the bead shape, and the protrusion height from the edge of the bead shape toward the center line of the bead shape is sequential increasing shape.
  • the planar shape of the first concave-convex pattern 110 has a vertical length in a vertical direction with a ratio (L1:L2) of a vertical width L1 to a horizontal width L2 of about 5:1.
  • the second concave-convex pattern 120 has a bead shape having a long length in the vertical direction, and has a shape in which the depth of the entire bead shape is equal to the depth of the bead.
  • the ratio (L1':L2') of the vertical width (L1') to the horizontal width (L2') is about 10:1, and the length in the vertical direction is about 10:1. It is a long form.
  • the first and second concave-convex patterns 110 and 120 are alternately disposed with each other, and have a structure spaced apart from each other.
  • the maximum protrusion height D1 of the first uneven pattern 110 is about 2 cm
  • the maximum depression depth D2 of the second uneven pattern 120 is about 0.15 mm.
  • the first concave-convex pattern 110 is a protruding pattern structure formed in the vertical direction to withstand the load in the vertical direction
  • the second concave-convex pattern 120 is formed to increase the flatness of the cover material 100 . , a structure formed at a very shallow level of depth.
  • the upper and lower both ends of the plate-shaped structure of the battery module case 100 are formed with bent portions 130 bent inward (based on the battery module), and through holes 131 for bolting the bent portion 130 are formed. ) is the formed structure.
  • the battery module cover material 200 has a plate-like shape covering one surface of the battery module.
  • the battery module cover material 200 is formed of aluminum or an alloy thereof, and has a plate-shaped structure having an average thickness of 0.35 T.
  • a first concave-convex pattern 210 having a shape protruding in the thickness direction on the surface of the plate-shaped structure; and a second concave-convex pattern 220 having a shape recessed in the thickness direction is formed.
  • Four second concavo-convex patterns 220 are disposed between the first concavo-convex patterns 210 , respectively.
  • the first concave-convex pattern 210 has a long bead shape in a vertical direction
  • the second concave-convex pattern 220 has a narrow bead shape than the first concavo-convex pattern 210 .
  • a shape of each of the first and second concave-convex patterns 210 and 220 is similar to that described with reference to FIG. 2 .
  • the maximum protrusion height D1 of the first uneven pattern 210 is about 3 cm, and the maximum depression depth D2 of the second uneven pattern 120 is about 0.2 mm.
  • the first concave-convex pattern 210 is a protruding pattern structure formed in the vertical direction to withstand the load in the vertical direction, and the second concave-convex pattern 220 has a flatness as well as complementing the mechanical strength of the cover material 100 . structure to increase
  • the upper and lower both ends of the plate-shaped structure of the battery module case 200 are formed with bent portions 230 bent inward (based on the battery module), and through holes 231 for bolting the bent portions 230 are formed. ) is the formed structure.
  • the battery module cover material 300 has a plate-like shape covering one surface of the battery module.
  • the battery module cover material 300 is formed of aluminum or an alloy thereof, and has a plate-shaped structure having an average thickness of 0.41 T.
  • a first concave-convex pattern 310 having a shape protruding in the thickness direction on the surface of the plate-shaped structure; and a second concave-convex pattern 320 having a shape recessed in the thickness direction is formed. Between the first concave-convex patterns 310 , three second concavo-convex patterns 320 are arranged in a vertical direction, respectively.
  • the first concave-convex pattern 310 has a long bead shape in a vertical direction
  • the second concave-convex pattern 320 has a long bead shape in a horizontal direction.
  • a shape of each of the first and second concave-convex patterns 310 and 320 is similar to that described with reference to FIG. 2 .
  • the maximum protrusion height D1 of the first uneven pattern 310 is about 3.5 cm, and the maximum depression depth D2 of the second uneven pattern 320 is about 0.1 mm.
  • the first concave-convex pattern 310 is a protruding pattern structure formed in a vertical direction to withstand a load in the vertical direction
  • the second concave-convex pattern 320 is a mechanical strength supplementation of the cover material 300 in the horizontal direction.
  • it is a structure to increase the flatness.
  • the upper and lower both ends of the plate-shaped structure of the battery module case 300 are formed with bent portions 330 bent inward (based on the battery module), and through holes 331 for bolting the bent portions 330 are formed. ) is the formed structure.
  • the battery module 400 according to the present invention has a structure in which a plurality of battery cells are accommodated in a battery module case.
  • the battery module cover material 100 applied to the side of the battery module 400 is formed of a 0.4 T level aluminum thin film of the battery module 400, and the first and second concave-convex patterns 110 and 120 are applied to the surface. is the structure
  • the first uneven pattern 110 has a shape protruding in the thickness direction
  • the second uneven pattern 120 has a shape recessed in the thickness direction.
  • a detailed description of the battery module cover material 100 overlaps with the description of FIG. 2 .
  • a first concave-convex pattern having a shape protruding in the thickness direction was formed through press working on an aluminum thin film specimen having a horizontal and vertical size of 10 cm x 5 cm and an average thickness of 0.4 mm. Then, a second concave-convex pattern having a shape recessed in the thickness direction was formed through a punching process. Five first concavo-convex patterns were formed in a bead shape at regular intervals, and a second concave-convex pattern was formed in a bead shape between the first concavo-convex patterns.
  • the average protrusion height D1 of the first concavo-convex pattern is 1.5 mm, and the average depression depth D2 of the second concavo-convex pattern is 0.1 mm.
  • the shape of the specific concavo-convex pattern formed on the specimen is as shown in FIG. 2 .
  • a first concave-convex pattern having a shape protruding in the thickness direction was formed through press working on an aluminum thin film specimen having a horizontal and vertical size of 10 cm x 5 cm and an average thickness of 0.4 mm. Then, a second concave-convex pattern having a shape recessed in the thickness direction was formed through a punching process. Five first concavo-convex patterns were formed in a bead shape at regular intervals, and a second concave-convex pattern was formed in a bead shape between the first concavo-convex patterns.
  • the average protrusion height D1 of the first concavo-convex pattern is 2 mm, and the average depression depth D2 of the second concavo-convex pattern is 0.1 mm.
  • the shape of the specific concavo-convex pattern formed on the specimen is as shown in FIG. 2 .
  • a first concave-convex pattern having a shape protruding in the thickness direction was formed through press working on an aluminum thin film specimen having a horizontal and vertical size of 10 cm x 5 cm and an average thickness of 0.5 mm. Then, a second concave-convex pattern having a shape recessed in the thickness direction was formed through a punching process. Five first concavo-convex patterns were formed in a bead shape at regular intervals, and a second concave-convex pattern was formed in a bead shape between the first concavo-convex patterns.
  • the average protrusion height D1 of the first concavo-convex pattern is 1.5 mm, and the average depression depth D2 of the second concavo-convex pattern is 0.1 mm.
  • the shape of the specific concavo-convex pattern formed on the specimen is as shown in FIG. 2 .
  • a first concave-convex pattern having a shape protruding in the thickness direction was formed through press working on an aluminum thin film specimen having a horizontal and vertical size of 10 cm x 5 cm and an average thickness of 0.5 mm. Then, a second concave-convex pattern having a shape recessed in the thickness direction was formed through a punching process. Five first concavo-convex patterns were formed in a bead shape at regular intervals, and a second concave-convex pattern was formed in a bead shape between the first concavo-convex patterns.
  • the average protrusion height D1 of the first concavo-convex pattern is 2 mm, and the average depression depth D2 of the second concavo-convex pattern is 0.1 mm.
  • the shape of the specific concavo-convex pattern formed on the specimen is as shown in FIG. 2 .
  • a specimen was processed in the same manner as in Example 1, except that the second concave-convex pattern was not formed.
  • a specimen was processed in the same manner as in Example 1, except that the average depth of depression (D2) of the second concave-convex pattern was 0.4 mm.
  • a specimen was processed in the same manner as in Example 1, except that the average depth (D2) of the second concave-convex pattern was 0.03 mm.
  • each prepared specimen was placed on the floor and the maximum distance (D) from the floor was measured.
  • the specimen 500 was made of an aluminum thin film having horizontal and vertical dimensions of 10 cm x 5 cm.
  • the specimen 500 has a structure in which the first concave-convex pattern 510 having a shape protruding in the thickness direction is formed.
  • the specimen 500 manufactured in Examples 1 to 4 has a structure in which the second concave-convex pattern 520 having a shape recessed in the thickness direction is formed, as shown in the enlarged view indicated by the dotted line.
  • each specimen 500 was placed on the floor and the maximum distance D from the floor was measured.
  • Example 1 the maximum separation distance (D) is 2.5 mm, which is compared to that of Comparative Example 1 the maximum separation distance (D) is 9 mm, it can be seen that the flatness of the specimen is significantly increased. have.
  • Example 2 it was confirmed that when the protrusion height D1 of the first concave-convex pattern was increased, the flatness was slightly increased.
  • Example 3 as the thickness of the specimen increased, even under the same processing conditions, the flatness (D) was improved compared to that of Example 1. However, in the case of Example 3, as the thickness of the specimen increases, there is a limit in that the weight also increases.
  • Comparative Example 2 is a case in which the average depth of depression (D2) of the second concave-convex pattern is controlled to 0.4 mm, which is 100% of the thickness of the specimen. In the case of Comparative Example 2, it can be seen that the flatness of the specimen is the best. However, in the specimen according to Comparative Example 2, partial fracture of the specimen was observed in the region where the second concavo-convex pattern was formed.
  • Comparative Example 3 the average depth of depression (D2) of the second concave-convex pattern was controlled to be 0.03 mm, which is 7.5% of the thickness of the specimen. In the case of Comparative Example 3, it can be seen that, despite the formation of the second concave-convex pattern, the flatness of the specimen was not effectively improved.

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Abstract

본 발명은 서로 다른 방향으로 돌출된 요철 패턴을 형성함으로써 평탄도가 개선된 전지 모듈 커버재, 상기 커버재를 포함하는 전지 모듈 케이스 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 서로 반대 방향으로 돌출된 요철 패턴을 형성함으로써 얇은 박막으로 제조됨에도 불구하고 기계적 강도 및 평탄도가 우수하다.

Description

서로 다른 방향으로 돌출된 요철 패턴이 형성된 전지 모듈 커버재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전지 모듈
본 출원은 2020.03.23.자 한국 특허 출원 제10-2020-0034864호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 서로 다른 방향으로 돌출된 요철 패턴이 형성된 전지 모듈 커버재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지로, 하나의 전지 모듈로 이루어져 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 카메라, 캠코더 등의 휴대용 소형 전자기기에 사용되거나, 다수의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩으로 이루어져 고출력의 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 자동차(EV) 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.
이차전지를 전기 자동차 등의 동력원으로 적용하기 위해서는, 고출력이 요구된다. 이를 위해서는, 복수의 전지 셀을 모듈화한 전지 모듈 혹은 상기 전지 모듈을 집합한 전지 팩 등을 제조한 후, 이를 전기 자동차 등에 적용하게 된다.
도 1은 종래 전지 모듈의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 기존의 전지 모듈(20)은 전지 모듈 케이스 내에 복수의 전지 셀이 수납된 구조이다. 또한, 전지 모듈의 부피와 중량을 최소화하기 위해서, 측면에 적용되는 전지 모듈 커버재(10)를 0.4T 수준의 알루미늄 박막으로 형성하며, 하중을 견디기 위해서 수직 방향으로 형성된 요철 패턴(11)이 형성된 구조이다. 그러나, 금속 박막으로 형성된 전지 모듈 커버재(10)는 성형 과정에서 비틀림 내지 휨 등이 발생하고, 특히 패턴을 형성하는 과정에서 커버재의 평탄도가 큰 폭으로 저하된다.
따라서, 전지 모듈 커버재의 기계적 강도는 유지하면서 평탄도를 높일 수 있는 기술에 대한 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 서로 다른 방향으로 돌출된 요철 패턴을 형성함으로써 평탄도가 개선된 전지 모듈 커버재, 상기 커버재를 포함하는 전지 모듈 케이스 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명은 전지 모듈 커버재를 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈 커버재는, 전지 모듈의 일면을 덮는 판상형 커버재로서,
두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴; 및
두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 포함하며,
제1 요철 패턴 사이에 제2 요철 패턴이 배치된 구조이고,
제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이는 판상형 커버재 두께의 10 내지 80% 범위이다.
하나의 예에서, 상기 판상형 커버재의 평균 두께는 0.1 내지 0.6 mm 범위이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 전지 모듈 커버재에서, 제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1)와 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)의 비율(D1:D2)은, 3:1 내지 50:1 범위이다.
하나의 예에서, 제1 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 폐쇄된 도형 형상이며, 제1 방향의 폭(L1)과 동일 평면 내에서 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향의 폭(L2)의 비율(L1:L2)이 3:1 내지 10:1 범위이다.
또 다른 하나의 예에서, 제2 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 폐쇄된 도형 형상이며, 제1 방향의 폭(L1')과 동일 평면 내에서 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향의 폭(L2')의 비율(L1':L2')이 5:1 내지 20:1 범위이다.
구체적인 예에서, 제1 방향은 조립된 전지 모듈을 기준으로 상하 방향이고, 제2 방향은 조립된 전지 모듈을 기준으로 수평 방향이다.
하나의 예에서, 제1 및 제2 요철 패턴은 각각 독립적으로 타원 형상, 비드 형상, 4 내지 10 각형 형상, 및 중심 영역은 사각이고 양측 단부는 반원인 형상 중 어느 하나 이상이다.
하나의 구체적인 예에서, 제1 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되, 비드 형상의 중심 라인을 따라 최대 돌출 높이를 형성하고, 비드 형상의 가장자리로부터 비드 형상의 중심 라인쪽으로 돌출 높이가 순차적으로 또는 연속적으로 증가하는 형상이다.
하나의 구체적인 예에서, 제2 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되, 비드 형상의 전 영역의 함입 깊이가 동등 수준인 형상이다.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 제2 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되, 비드 형상의 중심 라인을 따라 최대 함입 깊이를 형성하고, 비드 형상의 가장자리로부터 비드 형상의 중심 라인쪽으로 함입 깊이가 순차적으로 또는 연속적으로 증가하는 형상이다.
하나의 예에서, 제1 및 제2 요철 패턴은, 서로 교번 배치된 구조이다.
구체적인 예에서, 제1 및 제2 요철 패턴은, 서로 교번 배치되되 서로 이격된 구조이다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈 커버재는, 판상형 구조의 일측 내지 양측 단부는 일방향으로 절곡된 구조를 포함하고, 상기 절곡된 구조는 체결을 위한 관통홀이 형성된 구조이다.
본 발명은 또한, 앞서 설명한 전지 모듈 커버재를 측면 커버재로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 전지 모듈 커버재를 제조하는 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈 커버재 제조방법은, 전지 모듈의 일면을 덮는 판상형 커버에 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴을 형성하는 단계; 및 제1 요철 패턴이 형성된 판상형 커버에 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 제1 요철 패턴 사이에 제2 요철 패턴이 배치된 구조이고, 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이는 판상형 커버재 두께의 10 내지 80% 범위이다.
구체적인 예에서, 상기 판상형 커버재의 평균 두께는 0.1 내지 0.6 mm 범위이다.
본 발명에 따른 전지 모듈 커버재는, 서로 반대 방향으로 돌출된 요철 패턴을 형성함으로써 얇은 박막으로 제조됨에도 불구하고 기계적 강도 및 평탄도가 우수하다.
도 1은 종래의 전지 모듈에 대한 사시도이다.
도 2 내지 4는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈 커버재에 대한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈에 대한 사시도이다.
도 6은 제조된 금속 박막 시편에 대한 편평도 평가 과정을 도시한 모식도 및 부분 확도도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 전지 모듈 커버재를 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈 커버재는, 전지 모듈의 일면을 덮는 판상형 커버재로서, 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴; 및 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 포함하며, 제1 요철 패턴 사이에 제2 요철 패턴이 배치된 구조를 포함한다. 또한, 상기 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이는 판상형 커버재 두께의 10 내지 80% 범위이다. 본 발명에서는, 전지 모듈 커버재로 전지 모듈의 경량화 및 부피 최소화를 위해서 얇은 금속 박막을 사용하며, 전지 모듈의 하중을 견디고 강성을 높이기 위해서 수직 방향으로 형성된 요철 패턴을 형성하기도 한다. 그러나, 두께가 얇은 금속 박막 형태의 커버재는 성형 과정에서 비틀림 내지 휨 등이 발생하고, 특히 제1 요철 패턴을 형성하는 과정에서 커버재의 평탄도가 큰 폭으로 저하된다. 본 발명에 따른 전지 모듈 커버재는, 두께 방향으로 돌출된 제1 요철 패턴을 형성하되, 동시에 두께 방향으로 함입된 제2 요철 패턴이 형성된 구조이다.
나아가, 본 발명에서는, 두께 방향으로 함입된 요철 패턴을 매우 얕은 수준으로 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이는 판상형 커버재 두께의 10 내지 80% 범위이다. 구체적으로, 상기 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이는 판상형 커버재 두께의 10 내지 80% 범위, 10 내지 60% 범위, 15 내지 50% 범위 또는 20 내지 30% 범위이다. 두께 방향으로 함입된 제2 요철 패턴은 커버재를 포함하는 케이스의 적재 용량을 감소시키는 원인이 된다. 또한, 금속 박막에 형성된 제2 요철 패턴의 함입 깊이가 커지면, 해당 패턴을 형성하는 과정에서 파단이 발생할 수 있다. 반대로 제2 요철 패턴의 함입 깊이가 너무 얕으면 원하는 수준의 평탄도와 기계적 강도를 얻을 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 제2 요철 패턴의 함입 깊이를 상기 범위로 제어함으로써, 전지 모듈 커버재의 평탄도를 매우 높은 수준으로 확보하고, 더불어 상기 커버재의 기계적 강도도 일정 수준 향상시킬 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 판상형 커버재는 평균 두께가 0.1 내지 0.6 mm 범위이다. 구체적으로, 상기 판상형 커버재의 평균 두께는 0.2 내지 0.55 mm 범위, 0.15 내지 0.5 mm 범위, 0.3 내지 0.55 mm 범위 또는 0.35 내지 0.45 mm 범위이다. 상기 판상형 커버재는, 예를 들어, 알루미늄(Al) 또는 그 합금 등으로 형성된 금속 박막이 적용될 수 있다. 판상형 커버재의 두께가 상기 범위 보다 두꺼운 경우에는 전지 모듈의 중량이 증가되는 문제가 있고, 반대로 판상형 커버재의 두께가 상기 범위 보다 얇은 경우에는 커버재로 요구되는 기계적 강도가 확보되지 않는다. 본 발명에서는 두께가 얇은 판상형 커버재를 적용함에도 불구하고, 성형 과정에서 비틀림 내지 휨 등이 발생하는 것을 억제하고, 높은 평탄도를 유지하는 것이 가능하다.
하나의 실시예에서, 제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1)와 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)의 비율(D1:D2)은, 3:1 내지 50:1 범위이다. 본 발명은 전지 모듈 커버재에 두께 방향으로 돌출된 제1 요철 패턴을 형성함으로써 커버재의 기계적 강성을 보강한다. 더불어, 본 발명에서는, 두께 방향으로 함입된 제2 요철 패턴을 매우 얕은 수준으로 형성하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 전지 모듈 커버재의 평탄도를 높이면서, 상기 커버재를 포함하는 전지 모듈 케이스의 적재 용량을 저하시키지 않는다. 구체적으로, 상기 비율(D1:D2)은, 3:1 내지 30:1 범위, 3:1 내지 10:1 범위, 5:1 내지 20:1 범위, 5:1 내지 10:1 범위, 10:1 내지 30:1 범위 또는 5:1 내지 15:1 범위이다.
구체적인 실시예에서, 제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1)는 수 mm 내지 수 cm 범위이다. 예를 들어, 판상형 커버재의 평균 두께는 0.1 내지 0.6 mm이고, 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)는 0.01 내지 0.45 mm이고, 제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1)는 0.03 내지 24 mm 범위이다. 또 다른 예를 들어, 판상형 커버재의 평균 두께는 0.3 내지 0.5 mm이고, 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)는 0.045 내지 0.2 mm이고, 제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1)는 0.225 내지 4 mm 범위이다.
하나의 실시예에서, 제1 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 폐쇄된 도형 형상이며, 제1 방향의 폭(L1)과 동일 평면 내에서 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향의 폭(L2)의 비율(L1:L2)이 3:1 내지 10:1 범위이다. 구체적으로, 상기 비율(L1:L2)은 3:1 내지 8:1 범위, 3:1 내지 5:1 범위, 5:1 내지 10:1 범위 또는 4:1 내지 6:1 범위이다. 상기 제1 요철 패턴의 길이와 폭의 비율은, 커버재의 제1 방향으로의 기계적 강도를 효과적으로 보강하기 위한 것이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 제2 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 폐쇄된 도형 형상이며, 제1 방향의 폭(L1')과 동일 평면 내에서 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향의 폭(L2')의 비율(L1':L2')이 5:1 내지 20:1 범위이다. 구체적으로, 상기 비율(L1':L2')은 5:1 내지 15:1 범위, 3:1 내지 10:1 범위, 8:1 내지 20:1 범위 또는 8:1 내지 15:1 범위이다. 상기 제2 요철 패턴은 길이와 폭의 비율을 상기 범위로 제어함으로써 커버재의 평탄도는 높이되 기계적 강도는 효과적으로 보완할 수 있다. 본 발명에서, 제1 요철에서 지칭하는 제1 방향과 제2 요철에서 지칭하는 제1 방향은 동일 방향으로 전지 모듈 제조시 상하 방향일 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 제1 방향들은 서로 다른 방향, 예를 들어 서로 수직하는 방향을 나타내기도 한다. 구체적인 실시예에tnwjd서, 본 발명에서, 제1 방향은 조립된 전지 모듈을 기준으로 상하 방향이고, 제2 방향은 조립된 전지 모듈을 기준으로 수평 방향이다.
하나의 실시예에서, 제1 및 제2 요철 패턴은 각각 독립적으로 타원 형상, 비드 형상, 4 내지 10 각형 형상, 및 중심 영역은 사각이고 양측 단부는 반원인 형상 중 어느 하나 이상이다. 예를 들어, 제1 및 제2 요철 패턴은 각각 독립적으로 중심 영역은 사각이고 양측 단부는 반원인 형상 중 어느 하나 이상이다.
구체적인 실시예에서, 제1 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되, 비드 형상의 중심 라인을 따라 최대 돌출 높이를 형성하고, 비드 형상의 가장자리로부터 비드 형상의 중심 라인쪽으로 돌출 높이가 순차적으로 또는 연속적으로 증가하는 형상이다.
또 다른 구체적인 실시예에서, 제2 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되, 비드 형상의 전 영역의 함입 깊이가 동등 수준인 형상이다. 본 발명에서 제2 요철 패턴이 전 영역의 함입 깊이가 동등 수준이라는 점은, 패턴 전 영역의 깊이가 사실상 동일한 것을 의미하며, 기계적 혹은 기술적 한계로 인해 부분적으로 깊이의 차이가 발생하는 것을 포함하고, 예를 들어, 가장자리 영역은 일정 깊이에 도달하는 지점까지 깊이의 차이가 발생할 수 있다.
또 다른 구체적인 실시예에서, 제2 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되, 비드 형상의 중심 라인을 따라 최대 함입 깊이를 형성하고, 비드 형상의 가장자리로부터 비드 형상의 중심 라인쪽으로 함입 깊이가 순차적으로 또는 연속적으로 증가하는 형상이다.
하나의 실시예에서, 제1 및 제2 요철 패턴은, 서로 교번 배치된 구조이다. 예를 들어, 제1 및 제2 요철 패턴은 서로 교번하여 형성되되, 동일 방향으로 길이가 긴 형상일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 제1 요철 패턴 사이에 수개(2~4개)의 제2 요철 패턴이 형성되되, 동일 방향으로 길이가 긴 형상일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 제1 및 제2 요철 패턴은 서로 수직되는 방향으로 길이가 긴 형상일 수 있으며, 이 경우, 제1 요철 패턴 사이에 수개(2~4개)의 제2 요철 패턴이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로는, 제1 및 제2 요철 패턴은 서로 교번 배치되되 서로 이격된 구조이다. 즉, 제1 및 제2 요철 패턴이 서로 이격된 구조를 형성하는 것이 커버재의 기계적 강도와 평탄도 향상에 보다 효과적이다. 본 발명에서는 제1 및 제2 요철 패턴이 서로 중복되어 형성된 것을 배재하는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명은, 보다 큰 면적으로 형성된 제1 요철 패턴 내에 작은 면적으로 형성된 제2 요철 패턴이 중복 형성된 구조도 포함한다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈 커버재는, 판상형 구조의 일측 내지 양측 단부는 일방향으로 절곡된 구조를 포함하고, 상기 절곡된 구조는 체결을 위한 관통홀이 형성된 구조이다. 상기 커버재의 측면에 절곡된 구조를 형성함으로써, 전지 모듈 혹은 전지 모듈 케이스에 대한 체결 위치를 지정할 수 있으며, 관통홀을 통한 볼트 체결 등을 통해 체결을 고정할 수 있다.
본 발명은 또한, 앞서 설명한 전지 모듈 커버재를 측면 커버재로 포함하는 전지 모듈 케이스를 제공한다. 하나의 실시예에서, 상기 전지 모듈 케이스는 복수 개의 전지셀이 탑재되는 구조이며, 전지 모듈 케이스의 외부 구조 내지 형상 등은 적용 분야 내지 업체별 요구 사항에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 전지 모듈 케이스는 하부 트레이와 상부 커버재를 포함하며, 상기 하부 트레이와 상부 커버재 사이를 체결하는 측면 커버재를 포함하는 구조이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 전지 모듈 커버재를 측면 커버재로 포함하는 전지 모듈 케이스를 제공한다. 본 발명에 따른 전지 모듈은 앞서 설명한 전지 모듈 케이스; 및 상기 전지 모듈 케이스 내에 수납된 복수의 전지 셀을 포함한다. 상기 전지 모듈은 하나 또는 둘 이상이 집합되어 전지 팩을 구성할 수 있다. 상기 전지 팩은 자동차의 동력원 또는 대용량 전력 저장 장치 등에 적용 가능하다. 상기 자동차는, 예를 들어, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 내지 플러그인 자동차 등이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 전지 모듈 커버재의 제조방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈 커버재의 제조방법은, 전지 모듈의 일면을 덮는 판상형 커버에 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴을 형성하는 단계; 및 제1 요철 패턴이 형성된 판상형 커버에 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 제1 요철 패턴 사이에 제2 요철 패턴이 배치된 구조이고, 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이는 판상형 커버재 두께의 10 내지 80% 범위이다.
하나의 실시예에서, 상기 전지 모듈 커버재의 제조방법은, 전지 모듈의 일면을 덮는 판상형 커버에 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴을 형성하는 단계; 및 제1 요철 패턴이 형성된 판상형 커버에 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 형성하는 단계는 동시에 혹은 순차적으로 수행 가능하다.
예를 들어, 제1 요철 패턴을 형성하는 단계는 판상형 커버에 대한 프레스 가공을 통해 수행 가능하다. 또한, 제2 요철 패턴을 형성하는 단계는 판상형 커버에 대한 펀칭 가공을 통해 수행 가능하다. 또한, 본 발명에서, 제1 및 제2 요철 패턴을 형성하는 단계는 각각 판상형 커버에 대한 프레스 가공을 통해 수행 가능하며, 혹은 제1 및 제2 요철 패턴을 형성하는 단계는 판상형 커버에 대한 프레스 가공을 통해 동시에 수행하는 것도 가능하다. 다만, 판상형 커버재에 대한 평탄도를 높이는 측면에서, 제1 요철 패턴을 형성하는 단계는 판상형 커버에 대한 프레스 가공을 통해 수행하고, 제2 요철 패턴을 형성하는 단계는 판상형 커버에 대한 펀칭 가공을 통해 수행하는 것이 유리하다.
또 다른 하나의 실싱에서, 판상형 커버재의 평균 두께는 0.1 내지 0.6 mm 범위이다. 구체적으로, 상기 판상형 커버재의 평균 두께는 0.2 내지 0.55 mm 범위, 0.15 내지 0.5 mm 범위, 0.3 내지 0.55 mm 범위 또는 0.35 내지 0.45 mm 범위이다. 본 발명에서는 두께가 얇은 판상형 커버재를 적용함에도 불구하고, 성형 과정에서 비틀림 내지 휨 등이 발생하는 것을 억제하고, 높은 평탄도를 유지하는 것이 가능하다.
이하, 도면 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(제1 실시 형태)
도 2 내지 4는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈 커버재에 대한 사시도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈 커버재(100)는, 전지 모듈의 일면을 덮는 판상형 형태이다. 상기 전지 모듈 커버재(100)는 알루미늄 또는 그 합금으로 형성되며, 평균 두께가 0.4 T(mm) 수준인 판상형 구조이다. 상기 판상형 구조의 표면에는 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴(110); 및 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴(120)이 형성된 구조이다. 상기 제1 요철 패턴(110) 사이에 제2 요철 패턴(120)이 배치된 형태이다.
상기 제1 요철 패턴(110)은, 수직 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되, 비드 형상의 중심 라인을 따라 최대 돌출 높이를 형성하고, 비드 형상의 가장자리로부터 비드 형상의 중심 라인쪽으로 돌출 높이가 순차 증가하는 형상이다. 제1 요철 패턴(110)의 평면 형상은, 수직의 폭(L1)과 수평 방향의 폭(L2)의 비율(L1:L2)이 약 5:1 수준으로, 수직 방향으로 길이가 긴 형태이다.
또한, 상기 제2 요철 패턴(120)은, 수직 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되, 비드 형상의 전 영역의 함입 깊이가 동등 수준인 형상이다. 제2 요철 패턴(120)의 평면 형상은, 수직의 폭(L1')과 수평 방향의 폭(L2')의 비율(L1':L2')이 약 10:1 수준으로, 수직 방향으로 길이가 긴 형태이다.
제1 및 제2 요철 패턴(110, 120)은, 서로 교번 배치되되, 서로 이격된 구조이다. 제1 요철 패턴(110)의 최대 돌출 높이(D1)는 약 2 cm 수준이며, 제2 요철 패턴(120)의 최대 함입 깊이(D2)는 약 0.15 mm 수준이다. 본 발명에서는 제1 요철 패턴(110)은 수직 방향으로의 하중을 견디기 위해서 수직 방향으로 형성된 돌출된 패턴 구조이고, 제2 요철 패턴(120)은 커버재(100)의 평탄도를 높이기 위해서 형성하되, 매우 얕은 수준의 깊이로 형성된 구조이다.
또한, 상기 전지 모듈 케이스(100)의 판상형 구조의 상하 양측 단부는 내측(전지 모듈 기준)으로 절곡된 절곡 부위(130)가 형성되며, 상기 절곡 부위(130)에는 볼트 체결을 위한 관통홀(131)이 형성된 구조이다.
(제2 실시 형태)
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈 커버재(200)는, 전지 모듈의 일면을 덮는 판상형 형태이다. 상기 전지 모듈 커버재(200)는 알루미늄 또는 그 합금으로 형성되며, 평균 두께가 0.35 T 수준인 판상형 구조이다. 상기 판상형 구조의 표면에는 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴(210); 및 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴(220)이 형성된 구조이다. 상기 제1 요철 패턴(210) 사이에 제2 요철 패턴(220)이 각각 4개씩 배치된 형태이다.
상기 제1 요철 패턴(210)은 수직 방향으로 길이가 긴 비드 형상이고, 제2 요철 패턴(220)은 제1 요철 패턴(210) 보다 폭이 좁은 비드 형상이다. 제1 및 제2 요철 패턴(210, 220) 각각의 형상은 도 2에서 설명한 바와 유사하다.
제1 요철 패턴(210)의 최대 돌출 높이(D1)는 약 3 cm 수준이며, 제2 요철 패턴(120)의 최대 함입 깊이(D2)는 약 0.2 mm 수준이다. 본 발명에서는 제1 요철 패턴(210)은 수직 방향으로의 하중을 견디기 위해서 수직 방향으로 형성된 돌출된 패턴 구조이고, 제2 요철 패턴(220)은 커버재(100)의 기계적 강도 보완과 더불어 평탄도를 높이기 위한 구조이다.
또한, 상기 전지 모듈 케이스(200)의 판상형 구조의 상하 양측 단부는 내측(전지 모듈 기준)으로 절곡된 절곡 부위(230)가 형성되며, 상기 절곡 부위(230)에는 볼트 체결을 위한 관통홀(231)이 형성된 구조이다.
(제3 실시 형태)
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈 커버재(300)는, 전지 모듈의 일면을 덮는 판상형 형태이다. 상기 전지 모듈 커버재(300)는 알루미늄 또는 그 합금으로 형성되며, 평균 두께가 0.41 T 수준인 판상형 구조이다. 상기 판상형 구조의 표면에는 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴(310); 및 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴(320)이 형성된 구조이다. 상기 제1 요철 패턴(310) 사이에 제2 요철 패턴(320)이 수직 방향으로 각각 3개씩 배치된 형태이다.
상기 제1 요철 패턴(310)은 수직 방향으로 길이가 긴 비드 형상이고, 제2 요철 패턴(320)은 수평 방향으로 길이가 긴 비드 형상이다. 제1 및 제2 요철 패턴(310, 320) 각각의 형상은 도 2에서 설명한 바와 유사하다.
제1 요철 패턴(310)의 최대 돌출 높이(D1)는 약 3.5 cm 수준이며, 제2 요철 패턴(320)의 최대 함입 깊이(D2)는 약 0.1 mm 수준이다. 본 발명에서는 제1 요철 패턴(310)은 수직 방향으로의 하중을 견디기 위해서 수직 방향으로 형성된 돌출된 패턴 구조이고, 제2 요철 패턴(320)은 커버재(300)의 수평 방향으로의 기계적 강도 보완과 더불어 평탄도를 높이기 위한 구조이다.
또한, 상기 전지 모듈 케이스(300)의 판상형 구조의 상하 양측 단부는 내측(전지 모듈 기준)으로 절곡된 절곡 부위(330)가 형성되며, 상기 절곡 부위(330)에는 볼트 체결을 위한 관통홀(331)이 형성된 구조이다.
(제4 실시 형태)
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈에 대한 사시도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전지 모듈(400)은 전지 모듈 케이스 내에 복수의 전지 셀이 수납된 구조이다. 상기 전지 모듈(400)의 측면에 적용된 전지 모듈 커버재(100)는 전지 모듈(400)의 0.4 T 수준의 알루미늄 박막으로 형성되며, 표면에 제1 및 제2 요철 패턴(110, 120)이 적용된 구조이다.
상기 제1 요철 패턴(110)은 두께 방향으로 돌출된 형상이고, 제2 요철 패턴(120)은 두께 방향으로 함입된 형상이다. 상기 전지 모듈 커버재(100)에 대한 구체적인 설명은, 도 2에 대한 설명에서 언급한 내용과 중복된다.
이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예 1
가로 및 세로의 크기가 10 cm x 5 cm이고, 평균 두께가 0.4 mm인 알루미늄 박막 시편에 대해서 프레스 가공을 통해 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴을 형성하였다. 그런 다음, 펀칭 가공을 통해 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 형성하였다. 제1 요철 패턴은 비드 형상으로 일정 간격을 두고 5개 형성하였고, 제2 요철 패턴은 비드 형상으로 제1 요철 패턴 사이에 형성하였다. 제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1)는 1.5 mm 이고, 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)는 0.1 mm 이다. 시편에 형성된 구체적인 요철 패턴의 형상은 도 2에 도시된 바와 같다.
실시예 2
가로 및 세로의 크기가 10 cm x 5 cm이고, 평균 두께가 0.4 mm인 알루미늄 박막 시편에 대해서 프레스 가공을 통해 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴을 형성하였다. 그런 다음, 펀칭 가공을 통해 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 형성하였다. 제1 요철 패턴은 비드 형상으로 일정 간격을 두고 5개 형성하였고, 제2 요철 패턴은 비드 형상으로 제1 요철 패턴 사이에 형성하였다. 제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1)는 2 mm 이고, 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)는 0.1 mm 이다. 시편에 형성된 구체적인 요철 패턴의 형상은 도 2에 도시된 바와 같다.
실시예 3
가로 및 세로의 크기가 10 cm x 5 cm이고, 평균 두께가 0.5 mm인 알루미늄 박막 시편에 대해서 프레스 가공을 통해 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴을 형성하였다. 그런 다음, 펀칭 가공을 통해 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 형성하였다. 제1 요철 패턴은 비드 형상으로 일정 간격을 두고 5개 형성하였고, 제2 요철 패턴은 비드 형상으로 제1 요철 패턴 사이에 형성하였다. 제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1)는 1.5 mm 이고, 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)는 0.1 mm 이다. 시편에 형성된 구체적인 요철 패턴의 형상은 도 2에 도시된 바와 같다.
실시예 4
가로 및 세로의 크기가 10 cm x 5 cm이고, 평균 두께가 0.5 mm인 알루미늄 박막 시편에 대해서 프레스 가공을 통해 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴을 형성하였다. 그런 다음, 펀칭 가공을 통해 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 형성하였다. 제1 요철 패턴은 비드 형상으로 일정 간격을 두고 5개 형성하였고, 제2 요철 패턴은 비드 형상으로 제1 요철 패턴 사이에 형성하였다. 제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1)는 2 mm 이고, 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)는 0.1 mm 이다. 시편에 형성된 구체적인 요철 패턴의 형상은 도 2에 도시된 바와 같다.
비교예 1
제2 요철 패턴을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 가공하였다.
비교예 2
제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)가 0.4 mm라는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 가공하였다.
비교예 3
제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)가 0.03 mm라는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 가공하였다.
실험예 1: 시편에 대한 편평도 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 각 시편에 대하여, 편평도를 비교 평가하였다. 평가 결과는 아래 표 1에 도시하였다.
편평도 평가는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제조된 각 시편을 바닥에 놓고 바닥과의 이격 거리 최대치(D)를 측정하였다. 도 6을 참조하면, 시편(500)은 가로 및 세로의 크기가 10 cm x 5 cm인 알루미늄 박막으로 제조하였다. 또한, 상기 시편(500)에는 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴(510)이 형성된 구조이다. 또한, 실시예 1~4에서 제조된 시편(500)은 점선으로 표시된 부분 확대도에 도시된 바와 같이, 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴(520)이 형성된 구조이다. 또한, 각 시편(500)을 바닥에 놓고 바닥과의 이격 거리 최대치(D)를 측정하였다.
실시예 No. 시편 두께(mm) 제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1, mm) 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2, mm) 최대 이격 거리(D, mm)
실시예 1 0.4 1.5 0.1 2.5
실시예 2 0.4 2 0.1 3
실시예 3 0.5 1.5 0.1 1.8
비교예 1 0.4 1.5 - 9
비교예 2 0.4 1.5 0.4 1.5
비교예 3 0.4 1.5 0.03 7.5
표 1을 참조하면, 실시예 1은 최대 이격 거리(D)가 2.5 mm이며, 이는 비교예 1의 최대 이격 거리(D)가 9 mm인 것과 대비하여, 시편의 편평도가 현저히 증가하였음을 알 수 있다. 실시예 2의 경우에서는 제1 요철 패턴의 돌출 높이(D1)가 증가되면 편평도가 다소 증가함을 확인하였다. 실시예 3의 경우에는, 시편의 두께가 증가함에 따라 동일 가공 조건임에도, 실시예 1과 대비하여 편평도(D)가 향상되었다. 그러나, 실시예 3의 경우에는, 시편의 두께가 증가함에 따라 무게 역시 증가되는 한계가 있다.
비교예 2는 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)를 시편 두께의 100%인 0.4 mm로 제어한 경우이다. 비교예 2의 경우에는 시편의 편평도가 가장 우수한 것을 알 수 있다. 그러나, 비교예 2에 따른 시편은 제2 요철 패턴이 형성된 영역에 부분적으로 시편의 파단이 관찰되었다.
또한, 비교예 3은 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)를 시편 두께의 7.5% 수준인 0.03 mm로 제어한 경우이다. 비교예 3의 경우에는 제2 요철 패턴을 형성하였음에도 불구하고, 시편의 편평도가 유효하게 개선되지 않은 것을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면 내지 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면 내지 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
10, 100, 200, 300: 전지 모듈 커버재
11: 요철 패턴
20, 400: 전지 모듈
110, 210, 310, 510: 제1 요철
120, 220, 320, 520: 제2 요철
130, 230, 330: 절곡 부위
131, 231, 331: 관통 홀
500: 시편
D: 이격 거리의 최대치

Claims (15)

  1. 전지 모듈의 일면을 덮는 판상형 커버재로서,
    두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴; 및
    두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 포함하며,
    제1 요철 패턴 사이에 제2 요철 패턴이 배치된 구조이고,
    제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이는 판상형 커버재 두께의 10 내지 80% 범위인 전지 모듈 커버재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    판상형 커버재의 평균 두께는 0.1 내지 0.6 mm 범위인 전지 모듈 커버재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제1 요철 패턴의 평균 돌출 높이(D1)와 제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이(D2)의 비율(D1:D2)은, 3:1 내지 50:1 범위인 전지 모듈 커버재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제1 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 폐쇄된 도형 형상이며,
    제1 방향의 폭(L1)과 동일 평면 내에서 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향의 폭(L2)의 비율(L1:L2)이 3:1 내지 10:1 범위인 전지 모듈 커버재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제2 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 폐쇄된 도형 형상이며,
    제1 방향의 폭(L1')과 동일 평면 내에서 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향의 폭(L2')의 비율(L1':L2')이 5:1 내지 20:1 범위인 전지 모듈 커버재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 요철 패턴은 각각 독립적으로 타원 형상, 비드 형상, 4 내지 10 각형 형상, 및 중심 영역은 사각이고 양측 단부는 반원인 형상 중 어느 하나 이상인 전지 모듈 커버재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제1 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되,
    비드 형상의 중심 라인을 따라 최대 돌출 높이를 형성하고,
    비드 형상의 가장자리로부터 비드 형상의 중심 라인쪽으로 돌출 높이가 순차적으로 또는 연속적으로 증가하는 형상인 전지 모듈 커버재.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제2 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되,
    비드 형상의 전 영역의 함입 깊이가 동등 수준 형상인 전지 모듈 커버재.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제2 요철 패턴은, 제1 방향으로 길이가 긴 비드 형상이되,
    비드 형상의 중심 라인을 따라 최대 함입 깊이를 형성하고,
    비드 형상의 가장자리로부터 비드 형상의 중심 라인쪽으로 함입 깊이가 순차적으로 또는 연속적으로 증가하는 형상인 전지 모듈 커버재.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 요철 패턴은, 서로 교번 배치된 구조인 전지 모듈 커버재.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 요철 패턴은, 서로 교번 배치되되 서로 이격된 구조인 전지 모듈 커버재.
  12. 제 1 항에 있어서,
    판상형 구조의 일측 내지 양측 단부는 일방향으로 절곡된 구조를 포함하고,
    상기 절곡된 구조는 체결을 위한 관통홀이 형성된 전지 모듈 커버재.
  13. 제 1 항에 따른 전지 모듈 커버재를 측면 커버재로 포함하는 전지 모듈.
  14. 전지 모듈의 일면을 덮는 판상형 커버에 두께 방향으로 돌출된 형상의 제1 요철 패턴을 형성하는 단계; 및
    제1 요철 패턴이 형성된 판상형 커버에 두께 방향으로 함입된 형상의 제2 요철 패턴을 형성하는 단계를 포함하며,
    제1 요철 패턴 사이에 제2 요철 패턴이 배치된 구조이고,
    제2 요철 패턴의 평균 함입 깊이는 판상형 커버재 두께의 10 내지 80% 범위인 전지 모듈 커버재 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    판상형 커버재의 평균 두께는 0.1 내지 0.6 mm 범위인 전지 모듈 커버재 제조방법.
PCT/KR2021/002390 2020-03-23 2021-02-25 서로 다른 방향으로 돌출된 요철 패턴이 형성된 전지 모듈 커버재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전지 모듈 WO2021194107A1 (ko)

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