JP7726599B2 - 電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２２年１月２１日付韓国特許出願第１０－２０２２－０００９０５８号および２０２３年１月１９日付韓国特許出願第１０－２０２３－０００８３１０号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は電池モジュールおよびその製造方法に関するものであって、より具体的には、電池セルのスウェリングを制御することができる電池モジュールおよびその製造方法に関するものである。

現代社会では携帯電話機、ノートパソコン、キャムコーダー、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化するにつれて、前記のようなモバイル機器関連分野の技術に対する開発が活発になっている。また、充放電の可能な二次電池は化石燃料を使用する既存のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための方案であって、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などの動力源として用いられているところ、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

現在商用化された二次電池としてはニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうちのリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらなくて充放電が自由であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという長所で脚光を浴びている。

このようなリチウム二次電池は主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体、および電極組立体を電解液と共に密封収納する電池ケースを備える。

一般に、リチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池に分類することができる。

最近は、携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも二次電池が広く用いられている。中大型装置に対する適用を目的として、容量および出力を高めるために多数の二次電池が電気的に連結できる。この時、パウチ型二次電池は積層が容易であり重量が軽いというなどの長所によってさらに広く用いられる傾向にある。

パウチ型二次電池は、一般に、電極組立体がパウチ外装材に収納された状態で電解液が注入され、パウチ外装材がシーリングされる過程を通じて製造できる。

二次電池は、充電と放電が繰り返されるにつれて退化などによって内部でガスが発生することがある。そして、このように内部でガスが発生した場合、内圧が増加することによって、外装材の少なくとも一部分が膨らむスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生することがある。特に、パウチ型二次電池の場合、缶型二次電池に比べて、外装材の構造的剛性が弱くてこのようなスウェリング現象はさらに激しく発生することがある。

従来は、電池セルをモジュールケースに収納しフォーム（Ｆｏａｍ）形態のパッドを配置することによって、モジュールケースが電池セルを過度に拘束せず、パッドが電池セルのスウェリングを吸収するようにした。

電池セルのスウェリング現象が大きく発生すれば、電池内部の圧力が高まり体積が増加して、電池モジュールの構造的安定性に良くない影響を与えることがある。さらに、電池モジュールには多数の二次電池が含まれる場合が多い。特に、自動車やエネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）などに使用される中大型電池モジュールの場合、高い出力乃至高い容量のために非常に多くの二次電池が含まれて相互連結できる。この時、各二次電池でスウェリングによって若干ずつのみ体積が増加するとしても、電池モジュール全体的には各二次電池の体積変化が合算されて変形程度が深刻な水準に達することがある。特に、多数の二次電池を収納するモジュールフレームに変形が起こるかモジュールフレームの溶接部分に破損が発生することがある。即ち、各二次電池のスウェリングによる体積膨張現象は、電池モジュールの構造的安定性を全般的に低下させることがある。また、充電および放電が繰り返されるにつれて膨張力（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）が大きく増加すれば、電池セル内の分離膜を圧縮して部分的に電池性能を低下させることがある。

よって、電池セルのスウェリング時、膨張変位を吸収することができ、電池セルに適切な加圧力を印加することができる方案が必要である。

本発明が解決しようとする課題は、電池セルのスウェリングによる膨張変位を吸収することができると共に、また、電池セルが最適の性能を発揮することができるように電池セルに適切な加圧力を印加することができる電池モジュールおよびその製造方法を提供することである。

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は上述の課題に限定されず、本発明に含まれている技術的思想の範囲で多様に拡張できる。

本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが一方向に積層された電池セル積層体；前記電池セル積層体を内部に収納するモジュールフレーム；および前記電池セル積層体内で前記電池セルの一側に積層されるチューブを含む。前記モジュールフレームに貫通ホールが形成され、前記チューブは、前記貫通ホールを通じて外部の流体供給装置と連結される注入部を含む。前記流体供給装置から前記注入部を通じて前記チューブの内部に流体が流入する。

前記電池モジュールは、前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの一面の間に位置した熱伝達部材をさらに含むことができる。

前記熱伝達部材はサーマルレジン層を含むことができ、前記電池セルの一側が前記サーマルレジン層に接着できる。

前記モジュールフレームの前記一面に注入ホールが形成できる。

前記注入ホールを通じてサーマルレジンを注入して前記サーマルレジン層が形成できる。

前記熱伝達部材はサーマルパッドを含むことができ、前記電池セルの一側が前記サーマルパッドに接触し、前記サーマルパッド上で前記電池セルが前記電池セルの積層方向にスライディング可能である。

前記電池モジュールは、前記電池セルに隣接して配置される冷却プレートまたは圧縮パッドのうちの少なくとも一つをさらに含むことができる。

前記注入部は閉鎖された微細ホール形態であってもよい。前記流体が圧力を受ける時、微細ホール形態の前記注入部が開放されて、前記流体が前記チューブの内部に流入するか流入した流体が前記チューブから排出できる。

前記チューブは軟質または弾性材質であってもよく、前記チューブの内部に流入する前記流体は、液体またはゲル状態であってもよい。

前記電池モジュールは、前記チューブと連結されたチェックバルブをさらに含むことができる。

前記電池セルが前記モジュールフレームの側面部から他の側面部まで一方向に沿って積層されてもよく、隣接の前記電池セルの間または最外側の前記電池セルと前記モジュールフレームの側面部の間のうちの少なくとも一箇所に圧縮パッドが介されてもよい。ＥＯＬ（Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態で、前記電池セルが積層される方向の変形率が１２％以下であり、前記電池セルに印加される面圧が０．９ＭＰａ以下であってもよい。

前記電池モジュールのモジュール剛性曲線が、０．００４１７以上および０．２２５以下の傾き（ＭＰａ／％）範囲で算出でき、前記電池モジュールのモジュール剛性曲線は、前記モジュールフレームの変形率と前記モジュールフレームに印加される面圧間の関係に対応できる。

前記電池モジュールのモジュール剛性曲線は、前記モジュールフレームのフレーム剛性曲線に、前記圧縮パッドに印加される面圧に対比して前記圧縮パッドが圧縮される程度および前記圧縮パッドの個数を反映して導出できる。

本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法は、複数の電池セルが積層された電池セル積層体および前記電池セル積層体内で前記電池セルの一側に積層され内部が空いているチューブをモジュールフレーム内部に収納する組み立て段階；および前記チューブの内部に流体を注入して前記電池セルを加圧する初期加圧段階を含む。前記モジュールフレームに貫通ホールが形成され、前記チューブは、前記貫通ホールを通じて外部の流体供給装置と連結された注入部を含む。前記初期加圧段階で、前記流体供給装置が前記注入部を通じて前記チューブの内部に流体を注入する。

前記初期加圧段階は、前記組み立て段階以後に行うことができる。

前記電池モジュールの製造方法は、前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの一面の間にサーマルレジンを注入してサーマルレジン層を形成するレジン注入段階をさらに含むことができる。

前記モジュールフレームの前記一面に注入ホールが形成でき、前記レジン注入段階で、前記注入ホールを通じて前記サーマルレジンを注入することができる。

前記レジン注入段階は、前記初期加圧段階以後に行うことができる。

前記組み立て段階で、サーマルパッドを前記モジュールフレーム内部に収納することができ、前記サーマルパッドは前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの一面の間に配置することができる。

前記電池セルの一側が前記サーマルパッドに接触し、前記サーマルパッド上で前記電池セルが前記電池セルの積層方向にスライディング可能である。

本発明の実施形態によれば、流体が流入されるチューブを電池モジュール内部に配置して、電池セルのスウェリングによる膨張変位を効果的に吸収することができる。

また、電池モジュール内部に電池セルとチューブを配置した後に、チューブに流体を注入するので、電池セルが最適の性能を発揮することができる適正な初期加圧を印加することができ、スウェリングによる電池セルの破損を最少化することができる。

本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は請求範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。 図１の電池モジュールに対する分解斜視図である。 図２の電池モジュールに含まれている電池セルのうちの一つを示した平面図である。 図１の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示した断面図である。 （ａ）および（ｂ）は図４の「Ａ」部分を拡大して示した部分図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法を説明するための電池モジュールの断面図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法を説明するための電池モジュールの断面図である。 本発明の他の一実施形態による電池モジュールの断面を示した断面図である。 本発明の一実施形態によってチェックバルブを含む電池モジュールの断面を示した部分断面図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールに対するモジュール剛性曲線と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線を示したグラフである。 本発明の一実施形態による電池モジュールに対するモジュール剛性曲線と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線を示したグラフである。 本発明の一実施形態による電池モジュールに対するモジュール剛性曲線と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線を示したグラフである。 本発明の一実施形態による電池モジュールのモジュール剛性曲線の範囲を示したグラフである。 単一の電池セルに対するＰ－Ｄ曲線を示したグラフである。 単一の電池セルに対するＰ－Ｄ曲線と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線を示したグラフである。 本発明による実施形態１～４に対するモジュール剛性曲線を示したグラフである。

以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。本発明は様々の異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付けるようにする。

また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示されたところに限定されない。図面において様々の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして図面において、説明の便宜のために、一部層および領域の厚さを誇張して示した。

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「の上に」または「上に」あるという時、これは他の部分「の直上に」ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分「の直上に」あるという時には中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分「の上に」または「上に」あるというのは基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって「の上に」または「上に」位置することを意味するのではない。

また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

また、明細書全体で、「平面上」という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。

図１は、本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。図２は、図１の電池モジュールに対する分解斜視図である。図３は、図２の電池モジュールに含まれている電池セルのうちの一つを示した平面図である。

図１～図３を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００ａは、複数の電池セル１１０が一方向に積層された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０を内部に収納するモジュールフレーム２００および電池セル積層体１２０内で電池セル１１０の一側に積層されるチューブ３００を含む。

このような電池セル１１０はパウチ型電池セルであって、樹脂層と金属層を含むラミネートシートのパウチケースに電極組立体を収納した後、前記パウチケースの外周部を接着して形成できる。具体的には、電池セル１１０は二つの電極リード１１１、１１２が互いに対向して電池本体１１３の一端部１１４ａと他の一端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。電池セル１１０は、パウチケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態でパウチケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂとこれらを連結する一側部１１４ｃを接着することによって製造できる。言い換えれば、本発明の一実施形態による電池セル１１０は総三箇所のシーリング部を有し、シーリング部は融着などの方法でシーリングされる構造であり、残りの他の一側部はフォールディング部１１５からなり得る。本実施形態による電池セル１１０は、パウチケース１１４内部に電極組立体が収納されパウチケース１１４の外周辺が密封された形態のパウチ電池セルであってもよい。先に説明した電池セル１１０は例示的構造であり、２つの電極リードが同一な方向に突出した単方向電池セルも可能であるのはもちろんである。

このような電池セル１１０が一方向に沿って積層されて電池セル積層体１２０を形成する。一例として、電池セル１１０が電池本体１１３の一面同士が対向したまま、ｙ軸と平行な方向に沿って積層できる。

本実施形態によるモジュールフレーム２００は、内部に電池セル積層体１２０を収容する部材であって、第１側面部２１０、第２側面部２２０、上面部２３０および下面部２４０を含むことができる。また、モジュールフレーム２００の一側（ｘ軸方向）と他側（－ｘ軸方向）は開放された形態であってもよく、開放された前記一側または前記他側を通じて電池セル積層体１２０が収納できる。モジュールフレーム２００は内部電装品を保護するために、所定の強度を有する金属素材を含むことができる。

図２に示されたモジュールフレーム２００は、第１側面部２１０、第２側面部２２０、上面部２３０および下面部２４０が一体化された形態のモノフレームであってもよい。即ち、押出成形で製造されて第１側面部２１０、第２側面部２２０、上面部２３０および下面部２４０が一体化された形態であってもよい。具体的には図示していないが、本発明の他の一実施形態として、Ｕ字型のフレームと上部プレートが互いに溶接された形態のモジュールフレームも可能である。

一方、本実施形態による電池モジュール１００ａは、モジュールフレーム２００の開放された前記一側と前記他側にそれぞれ位置するエンドプレート９００をさらに含むことができる。エンドプレート９００は、モジュールフレーム２００の開放された前記一側と前記他側で電池セル積層体１２０をカバーするように配置することができる。各エンドプレート９００の角はモジュールフレーム２００と対応する角と溶接の方法で接合できる。エンドプレート９００は、所定の強度を有する金属素材を含むことができ、外部衝撃から電池セル積層体１２０およびその他の電装品を保護することができる。

具体的に図示していないが、エンドプレート９００と電池セル積層体１２０の間にはバスバーフレームおよび絶縁カバーが配置できる。前記バスバーフレームは、各電池セル１１０の電極リード１１１、１１２を互いに連結するためのバスバーが搭載される構成であり、絶縁カバーは電気的絶縁を帯びる素材を含んで電池セル１１０とエンドプレート９００の間に電気的連結を遮断する構成である。電池セル積層体１２０内で、電池セル１１０はバスバーを媒介として電気的に直列または並列に連結できる。

以下、図４などを参照して、本実施形態によるチューブ３００について詳しく説明する。

図４は、図１の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示した断面図である。

図１～４を共に参照すれば、電池モジュール１００ａは、電池セル積層体１２０内で、電池セル１１０の一側に積層されるチューブ３００を含む。

チューブ３００は、電池セル１１０の電池本体１１３を支持することができるように平たい形態であってもよく、電池セル１１０の電池本体１１３をカバーするように電池セル１１０の一側に積層できる。即ち、チューブ３００は電池セル１１０の間に位置するか最外側に位置した電池セル１１０の外側に配置することができる。チューブ３００の個数に特別な制限はなく、電池モジュール１００ａ内で単数または複数で配置できる。

このようなチューブ３００は内部に流体Ｆが流入できる。チューブ３００は軟質または弾性材質からなり得る。チューブ３００はゴム材質から形成された構造であってもよい。弾性があるゴム材質からチューブ３００を形成し、これによって電池セル１１０間の圧力分散効果を高めることができる。さらに、チューブ３００は電池セル１１０の一側に積層されるように平たい形態のチューブであってもよい。

一方、チューブ３００内部に流入する流体Ｆは、液体またはゲル状態であってもよい。例えば、流体Ｆは冷却水または水であってもよい。チューブに冷却水または水を充填することによって、電池セルに対する冷却効果を実現することができる。同時に、流体Ｆがヒドロゲルである場合、特定領域に集中される応力の分散および熱的平衡維持に有利であり電池モジュールの重量増加を最少化することができる。これとは反対に、流体として気体を使用する場合も想定可能であるが、前記流体として気体を使用する場合には、加熱された気体によって電池セル１１０の温度を全体的に上昇させる問題が発生することがある。

本実施形態による電池モジュール１００ａは、流体Ｆが流入されるチューブ３００を内部に設けることによって、複数の電池セル１１０に一定の力を印加することができ、電池セルのスウェリングによる膨張変位を吸収することができる。流体Ｆを用いた制御方式であるため、電池セル１１０のスウェリングが発生しても電池セル１１０の面圧が一定に維持できる。

一方、モジュールフレーム２００に貫通ホール２００ＴＨが形成される。一例として、モジュールフレーム２００の上面部２３０に貫通ホール２００ＴＨが形成できる。チューブ３００は、貫通ホール２００ＴＨを通じて外部の流体供給装置８００と連結される注入部３１０を含み、流体供給装置８００から注入部３１０を通じてチューブ３００の内部に流体Ｆが流入する。

注入部３１０を設ける方法に特別な制限はない。一例として、チューブ３００をはじめとする電池セル積層体１２０をモジュールフレーム２００に収納した以後、チューブ３００の本体と一体化された注入部３１０を貫通ホール２００ＴＨを通じて外側に露出させて流体供給装置８００と連結することができる。他の例示として、貫通ホール２００ＴＨを通じて注入部３１０を投入して、注入部３１０が外周辺が密封されたチューブ３００の内部と連通されるように連結することができる。

流体供給装置８００から流入する流体Ｆの圧力と量を調節することによって、電池セル１１０が最適の性能を発揮することができる電池セル１１０に対する適正な初期加圧を印加することができる。

一例として、流体供給装置８００は、チューブ３００内部に流体Ｆを供給する装置であって、通常の流体ポンプであってもよく、または圧力ヘッド（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅａｄ）を用いる装置であってもよい。

他の一つの実施形態で、前記圧力ヘッドを用いた流体供給装置８００は、チューブ３００と流体連結される流体供給管を含む。この時、前記流体供給管は、チューブ３００の注入部３１０より高い位置に位置し、地面と垂直を成す構造を有する。

そして、前記流体供給管内部の流体の高さを調節してチューブに流入する流体Ｆの量を定めることができ、これによりチューブの圧力を制御することができる。このような場合、流体供給装置は別途の動力源がなくてもチューブに流体圧力を印加することができる。

電池モジュール１００ａは、電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の一面の間に位置した熱伝達部材をさらに含むことができる。本実施形態による前記熱伝達部材は、サーマルレジン層４００を含むことができる。モジュールフレーム２００の一面とは、モジュールフレーム２００を構成する壁のうちの一つ、即ち、第１側面部２１０、第２側面部２２０、上面部２３０および下面部２４０のうちの一つを意味することができる。

一例として、電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の下面部２４０の間に熱伝達部材としてサーマルレジン層４００が配置できる。

電池セル１１０の一側がサーマルレジン層４００に接着できる。具体的には、サーマルレジン層４００は、サーマルレジンが注入または塗布された後、硬化して形成できる。前記サーマルレジンは熱伝導性接着物質を含むことができ、具体的には、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材またはアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材のうちの少なくとも一つを含むことができる。前記サーマルレジンは、塗布時には液状であるが、塗布後に硬化して電池セル１１０の一側と接着できる。これによりサーマルレジン層４００は電池セル１１０を固定する役割を果たすことができる。また、サーマルレジン層４００は熱伝導特性に優れて電池セル１１０から発生した熱を迅速に電池モジュールの下側に伝達することができる。

モジュールフレーム２００の前記一面に注入ホール２００Ｈが形成できる。一例として、モジュールフレーム２００の下面部２４０に注入ホール２００Ｈが形成できる。このような注入ホール２００Ｈを通じて前記サーマルレジンを注入してサーマルレジン層４００が形成できる。

特に、本実施形態による電池モジュール１００ａの場合、チューブ３００が空いている状態で電池セル積層体１２０をモジュールフレーム２００に収納し、収納が完了した以後にチューブ３００に流体Ｆを供給することができる。

従来の電池モジュールの場合、電池セルの間にフォーム（Ｆｏａｍ）形態のパッドを配置し、このような電池セルを加圧した状態でモジュールフレームに収納する。電池セルに対する所定の加圧力を印加するために電池セルを強く加圧したままモジュールフレームに収納する。電池セルの厚さが大きい場合、収納時に大きな加圧力が要求され、それによる電池セルのパウチケース損傷などの問題が発生することがある。

従来の電池モジュールと異なり、本実施形態による電池モジュール１００ａは、内部が空いている状態のチューブ３００を有する電池セル積層体１２０をモジュールフレーム２００に収納するため、収納過程で電池セル１１０が損傷する可能性を最少化することができる。収納以後にチューブ３００に流体Ｆを注入して電池セル１１０を加圧すればよいため、収納過程で電池セル１１０を強く加圧する必要がない。したがって、電池セル１１０の損傷の可能性を減らすことができる。

また、本実施形態によれば、チューブ３００に流体を注入して電池セル１１０に対する初期加圧が完了した以後に注入ホール２００Ｈを通じてサーマルレジンを注入してサーマルレジン層４００を形成することができる。前述のとおり、サーマルレジンは接着特性を有しているので、硬化したサーマルレジン層４００は電池セル１１０の一側と接着された状態である。したがって、このように本実施形態では初期加圧が完了した以後にサーマルレジン層４００を形成するため、電池セル１１０のスウェリングが発生しても電池セル１１０とサーマルレジン層４００間の接着部分での損傷を減らすことができる。

総合すれば、本実施形態による電池モジュール１００ａは、チューブ３００に流体Ｆを注入する過程とモジュールフレーム２００内部にサーマルレジンを注入する過程を調整して、電池セル１１０を収納する過程や以後電池セル１１０がスウェリングする過程で損傷が発生することを最少化しようとしている。また、チューブ３００内に流入する流体Ｆの圧力と量を調整して、電池セル１１０に印加される加圧力を最適の状態に維持することができる。また、全固体電池またはＰｕｒｅ Ｓｉ電池の場合、初期加圧力が高くてこそ電池セルの性能がよく発現される。初期加圧力を高めるために本実施形態のように流体を用いた加圧手段を使用することができる。また、後述するが、電池セルが膨張しても流体がチューブを抜け出るにつれて加圧力が増加し続けず圧力が緩和できる。したがって、電池モジュールの変形を緩和することができて、構造破損に対する危険を減らすことができる。

図５の（ａ）および（ｂ）は、図４の「Ａ」部分を拡大して示した部分図である。図５の（ａ）はチューブ３００内部に流体Ｆが流入する状態を模写したものであり、図６の（ｂ）はチューブ３００に対する圧力が一定水準に到達して内部流体Ｆが漸進的に排出される状態を模写したものである。

図５の（ａ）および（ｂ）を参照すれば、チューブ３００の注入部３１０は閉鎖された微細ホール形態であり、流体Ｆが圧力を受ける時、微細ホール形態の注入部３１０が開放されて流体Ｆがチューブ３００の内部に流入するか流入した流体Ｆがチューブ３００から排出できる。

まず、図５の（ａ）を参照すれば、流体供給装置８００（図４参照）が前述の流体ポンプや圧力ヘッドを用いて流体Ｆに圧力を加えると、微細ホール形態の注入部３１０が開放されて流体Ｆがチューブ３００内部の空の空間Ｓに流入できる。

一方、図５の（ｂ）を参照すれば、電池セル１１０の充放電過程でスウェリングが発生して電池セル１１０が膨張する場合、チューブ３００に圧力が加えられる。チューブ３００とその内の流体Ｆに加えられる圧力が所定以上になれば、微細ホール形態の注入部３１０が開放されて流体Ｆがチューブ３００から排出できる。即ち、電池セル１１０のスウェリング時、チューブ３００内の流体Ｆを漸進的に排出させることができる。これにより、電池モジュール１００ａの退化による圧力上昇を防止し、電池セル１１０に印加される過度な圧力を緩和して電池セル１１０に印加される圧力が最適の状態に維持できる。即ち、電池セル１１０が膨張しても流体Ｆがチューブ３００を抜け出るにつれて電池セル１１０に対する加圧力が増加し続けず圧力が緩和できる。したがって、電池モジュールの変形を緩和することができて、構造破損に対する危険を減らすことができる。

一方、図４を再び参照すれば、本実施形態による電池モジュール１００ａは、電池セル１１０に隣接して配置される圧縮パッド６００をさらに含むことができる。具体的には、電池セル１１０の間または最外側に位置した電池セル１１０の外側に圧縮パッド６００が配置できる。圧縮パッド６００はフォーム（Ｆｏａｍ）形態の部材であって、電池セル１１０のスウェリング時、膨張変位を一部吸収することができる。本実施形態では、流体Ｆが流入されるチューブ３００を含んでいるため従来に比べて圧縮パッド６００の個数を減らすことができる。

以下、図６および図７などを参照して本発明の一実施形態による電池モジュール１００ａの製造方法について説明する。但し、先に説明した内容と重複する部分は省略するようにする。

図６および図７は、本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法を説明するための電池モジュールの断面図である。

図２および図６を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００ａの製造方法は、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０および電池セル積層体１２０内で電池セル１１０の一側に積層され内部が空いているチューブ３００をモジュールフレーム２００内部に収納する組み立て段階、およびチューブ３００の内部に流体Ｆを注入して電池セル１１０を加圧する初期加圧段階を含む。

前記組み立て段階で、モジュールフレーム２００の開放された前記一側と前記他側で電池セル積層体１２０をカバーするようにエンドプレート９００を位置させ、エンドプレート９００とモジュールフレームの対応する角を溶接することができる。

一方、前述のとおり、チューブ３００は電池セル１１０の間に位置するか最外側に位置した電池セル１１０の外側に配置することができる。前記組み立て段階でチューブ３００は流体が満たされておらず内部が空いている状態である。

モジュールフレーム２００に貫通ホール２００ＴＨが形成され、チューブ３００は、貫通ホール２００ＴＨを通じて外部の流体供給装置８００と連結された注入部３１０を含む。流体供給装置８００の具体的な構成やチューブ３００と流体供給装置８００間の連結形態については先に説明した内容と重複であるので省略する。

図６に示されたように、前記初期加圧段階で、流体供給装置８００が注入部３１０を通じてチューブ３００の内部に流体Ｆを注入する。前記初期加圧段階は、前記組み立て段階以後に行うことができる。即ち、本実施形態によれば、電池モジュール１００ａを製造することにおいて、前記組み立て段階が完了した以後にチューブ３００に流体Ｆを注入して電池セル１１０を加圧すればよいため、前記組み立て段階で電池セル１１０を強く加圧する必要がない。したがって、電池セル１１０の損傷可能性を減らすことができる。

次に、図７を参照すれば、本実施形態による電池モジュール１００ａの製造方法は、電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の一面の間にサーマルレジンを注入してサーマルレジン層４００を形成するレジン注入段階をさらに含むことができる。

より具体的には、モジュールフレーム２００の前記一面に注入ホール２００Ｈが形成され、前記レジン注入段階で、注入ホール２００Ｈを通じて前記サーマルレジンを注入することができる。

一例として、モジュールフレーム２００の下面部２４０に注入ホール２００Ｈが形成され、サーマルレジンは電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の下面部２４０の間に注入できる。注入装置８１０が注入ホール２００Ｈを通じてサーマルレジンを電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の下面部２４０の間に注入することができる。

注入されたサーマルレジンが硬化してサーマルレジン層４００が形成できる。サーマルレジンは熱伝導性接着物質を含むことができ、硬化しながら電池セル１１０の一側と接着できる。

この時、前記レジン注入段階は、前記初期加圧段階以後に行うことができる。本実施形態では初期加圧段階が完了した以後に前記レジン注入段階が行われるため、電池セル１１０のスウェリングが発生しても電池セル１１０とサーマルレジン層４００間の接着の損傷を減らすことができる。

以下、図８を参照して本発明の他の一実施形態による電池モジュール１００ｂとその製造方法について詳しく説明する。但し、先に説明した内容と重複する部分は省略するようにする。

図８は、本発明の他の一実施形態による電池モジュールの断面を示した断面図である。

図８を参照すれば、本発明の他の一実施形態による電池モジュール１００ｂは、複数の電池セル１１０が一方向に積層された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０を内部に収納するモジュールフレーム２００および電池セル積層体１２０内で電池セル１１０の一側に積層されるチューブ３００を含む。モジュールフレーム２００に貫通ホール２００ＴＨが形成され、チューブ３００は貫通ホール２００ＴＨを通じて外部の流体供給装置８００と連結される注入部３１０を含む。流体供給装置８００から注入部３１０を通じてチューブ３００の内部に流体Ｆが流入する。

この時、電池モジュール１００ｂは、電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の一面の間に位置した熱伝達部材をさらに含むことができる。本実施形態による熱伝達部材はサーマルパッド５００を含むことができる。モジュールフレーム２００の一面とは、モジュールフレーム２００を構成する壁のうちの一つ、即ち、第１側面部２１０、第２側面部２２０、上面部２３０および下面部２４０のうちの一つを意味することができる。

一例として、電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の下面部２４０の間に熱伝達部材としてサーマルパッド５００が配置できる。

電池セル１１０の一側がサーマルパッド５００に接触し、サーマルパッド５００上で電池セル１１０が電池セル１１０の積層方向にスライディング可能である。サーマルパッド５００は、先に説明したサーマルレジン層４００と異なり、接着特性がない。したがって、電池セル１１０の一側がサーマルパッド５００に接触しても電池セル１１０がサーマルパッド５００に接着および固定された状態ではない。

サーマルパッド５００は、熱伝導度が高い素材を含み、平たいパッド形態であってもよい。サーマルパッド５００の一面が電池セル１１０の積層方向と平行であるように配置されて各電池セル１１０の一側がサーマルパッド５００に接触できる。このようなサーマルパッド５００は熱伝導度が良いシリコン素材またはアクリル素材を含むことができる。電池セル１１０に発生した熱は、電池セル１１０の一側からサーマルパッド５００を経て外部に発散できる。

電池セル１１０のスウェリングが発生しても、電池セル１１０がサーマルパッド５００に接着された状態ではないため、電池セル１１０が電池セル１１０の積層方向にスライディング可能である。即ち、図８で、電池セル１１０は、電池セル１１０の積層方向であるｙ軸と平行な方向に比較的に自由にスライディングできる。

これにより、スウェリングが起こっても、電池セル１１０が損傷するのを防止することができ、電池セル１１０間の圧力偏差だけでなく電池セル１１０内での圧力偏差を減らすことができる。

特に、モジュールフレーム２００内部に電池セル積層体１２０が配置された以後にチューブ３００に流体Ｆが流入しても、電池セル１１０がサーマルパッド５００に拘束された形態ではないため、電池セル１１０に発生する加圧力偏差を最少化することができる。

一方、本実施形態による電池モジュール１００ｂは、電池セル１１０に隣接して配置される圧縮パッド６００または冷却プレート７００のうちの少なくとも一つをさらに含むことができる。

具体的には、電池セル１１０の間または最外側に位置した電池セル１１０の外側に圧縮パッド６００や冷却プレート７００が配置できる。圧縮パッド６００はフォーム（Ｆｏａｍ）形態の部材であって、電池セル１１０のスウェリング時、膨張変位を一部吸収することができる。本実施形態では、流体Ｆが流入されるチューブ３００を含んでいるため、従来に比べて圧縮パッド６００の個数を減らすことができる。

冷却プレート７００は、電池セル１１０の電池本体１１３（図３参照）をカバーするように配置できる。冷却プレート７００は熱伝導度が高い物質を含むことができ、金属素材を含むことができる。一例として、冷却プレート７００は薄いアルミニウムプレートであってもよい。このような冷却プレート７００の一端部がサーマルパッド５００と接触できる。

冷却プレート７００は電池セル１１０の電池本体１１３（図３参照）をカバーするため、電池セル１１０に対する面冷却が可能になる。即ち、電池セル１１０に対するエッジ冷却のみ可能なサーマルパッド５００を補完して、冷却プレート７００を配置することによって、電池モジュール１００ｂに対する冷却性能を補完することができる。

以下、本発明の一実施形態による電池モジュール１００ｂの製造方法について説明する。但し、先に説明した内容と重複する部分は省略するようにする。

図８を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００ｂの製造方法は、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０および電池セル積層体１２０内で電池セル１１０の一側に積層され内部が空いているチューブ３００をモジュールフレーム２００内部に収納する組み立て段階およびチューブ３００の内部に流体Ｆを注入して電池セル１１０を加圧する初期加圧段階を含む。

モジュールフレーム２００に貫通ホール２００ＴＨが形成され、チューブ３００は、貫通ホール２００ＴＨを通じて外部の流体供給装置８００と連結された注入部３１０を含む。前記初期加圧段階で、流体供給装置８００が注入部３１０を通じてチューブ３００の内部に流体Ｆを注入する。

この時、組み立て段階で、サーマルパッド５００をモジュールフレーム２００内部に収納することができる。サーマルパッド５００は電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の一面の間に配置することができる。一例として、サーマルパッド５００は電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の下面部２４０の間に配置することができる。

チューブ３００が含まれている電池セル積層体１２０をモジュールフレーム２００内部に収納する時、サーマルパッド５００も共にモジュールフレーム２００内部に収納できる。サーマルレジンを注入する電池モジュール１００ａと異なり、サーマルパッド５００を収納するので、モジュールフレーム２００の一面には注入ホールが形成される必要がない。

前述のとおり、電池セル１１０の一側がサーマルパッド５００に接触し、サーマルパッド５００上で電池セル１１０は電池セル１１０の積層方向にスライディング可能である。これに関する詳しい内容は先に説明した内容と重複であるので省略する。

電池セル１１０と接触するが、接着しないサーマルパッド５００を配置したため、前記初期加圧段階が行われるか以後に電池セル１１０のスウェリングが発生しても、電池セル１１０が損傷するのを防止することができる。また、電池セル１１０間の圧力偏差と電池セル１１０内での圧力偏差を全て減らすことができる。

以下、本発明の他の一実施形態によってチェックバルブを含む電池モジュールについて説明する。

図９は、本発明の一実施形態によってチェックバルブを含む電池モジュールの断面を示した部分断面図である。

図９を参照すれば、本実施形態による電池モジュールは、電池セル積層体内で電池セルの一側に積層されるチューブ３００を含むことができる。

本実施形態による電池モジュールは、チューブ３００と連結されたチェックバルブ３２０をさらに含むことができる。一例として、モジュールフレーム２００の上面部２３０に形成された貫通ホール２００ＴＨを通じてチューブ３００が外部装置（図示せず）と連結できる。チューブ３００が外部装置（図示せず）と連結される経路にチェックバルブ３２０が設けられてもよい。チェックバルブ３２０がモジュールフレーム２００の外部に位置したことと図示されているが、モジュールフレーム２００の内部に位置していることも可能である。

チェックバルブ３２０は、流体を一方向のみに流れるようにし反対方向には流れないようにするバルブである。一例として、チェックバルブ３２０は、本体管３２１、スプリング３２２およびバルブディスク３２３を含むことができる。チューブ３００内部の流体の圧力が上昇すれば、スプリング３２２が圧縮されながらバルブディスク３２３が開かれる。これにより流体がチューブ３００から排出できる。但し、これはチェックバルブ３２０の一つの実施形態を示したものであって、内部流体圧力上昇によって流体を一方向のみに流れるようにすることができる構成であれば制限なく適用可能である。

スウェリングが発生して電池セル１１０が膨張する場合、チューブ３００に圧力が加えられる。チューブ３００とその内の流体に加えられる圧力が所定以上になれば、チェックバルブ３２０が開放され流体がチューブ３００から排出できる。即ち、電池セルのスウェリング時、チューブ３００内の流体を漸進的に排出させることができる。電池セルが膨張しても流体がチューブ３００を抜け出るにつれて電池セル１１０に対する加圧力が増加し続けず圧力が緩和できる。したがって、電池モジュールの変形を緩和することができて、構造破損に対する危険を減らすことができる。

一方、本実施形態による電池セルはＰｕｒｅ Ｓｉを含む電池セルであってもよい。このような電池セルの性能が円滑に発現されるためには、初期加圧力が既存電池セルに対比して１０倍以上にならなければならない。本実施形態による電池モジュールのように流体Ｆを注入したチューブ３００を通じた加圧方式は、Ｐｕｒｅ Ｓｉを含む電池セルが最適の性能を発揮することができるように高い加圧力を一定に印加することができる。即ち、本実施形態による電池モジュールは、Ｐｕｒｅ Ｓｉを含む電池セルに用いられるのに適した構造を有する。

以下、図１０～図１６を参照して、本実施形態による電池モジュールの設計方案について説明する。

図１０～図１２は、本発明の一実施形態による電池モジュールに対するモジュール剛性曲線と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線を示したグラフである。図１３は、本発明の一実施形態による電池モジュールのモジュール剛性曲線の範囲を示したグラフである。

図２、図４、図１０～図１３を共に参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００ａで、電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０がモジュールフレーム２００に収納できる。電池モジュール内で電池セル１１０がモジュールフレーム２００の側面部２１０から他の側面部２２０まで一方向に沿って積層できる。また、隣接の電池セル１１０の間または最外側の電池セル１１０とモジュールフレーム２００の側面部２１０、２２０の間のうちの少なくとも一箇所に圧縮パッド６００が介されてもよい。

この時、モジュールフレーム２００に起因したモジュール剛性曲線Ｃ１と電池セル１１０がスウェリング特性を示す電池セル積層体１２０のＰ－Ｄ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ－Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）曲線Ｃ３をそれぞれ算出し、これらを一つのグラフにフィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）する。その後、両曲線間の平衡点（交点）を探す方式で電池モジュールのスウェリング挙動を予測することができる。

図１０～図１２にはモジュール剛性曲線Ｃ１、Ｃ１’、Ｃ”と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３間の交点Ｐ、Ｐ’、Ｐ”が示されている。電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３は、電池セル１１０のスウェリングによって電池セル１１０の厚さが変化することにおいて、変化程度によって電池セル１１０が受ける面圧（Ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の関係を示したグラフである。このような電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３は電池セル１１０のＥＯＬ（Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態で測定できる。ここで、ＥＯＬとは電池の初期容量（ｉｎｉｔｉａｌ ｃａｐａｃｉｔｙ）に対する電池の現在容量の比率が予め定めた比率に到達した時の状態を称するものであって、前記比率は８０％であってもよい。即ち、ＥＯＬは、電池の容量が初期の８０％に到達した時のバッテリー状態を示すことができ、当該電池の寿命が終了するか交替が必要な状態に該当し得る。一方、モジュール剛性曲線Ｃ１、Ｃ１’、Ｃ”は、電池セル１１０が積層される方向によるモジュールフレーム２００の幅Ｗが変化する程度とモジュールフレーム２００に加えられる荷重の関係を示したグラフである。電池セル１１０が積層される方向はモジュールフレーム２００のいずれか一つの側面部２１０から他の側面部２２０までの方向に該当し、以下で電池セル１１０が積層される方向は幅方向と称する。また、モジュールフレーム２００の幅Ｗ、Ｗ’はいずれか一つの側面部２１０から他の側面部２２０までの距離を意味する。モジュール剛性曲線Ｃ１と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３それぞれについては以下で再び詳しく説明する。

モジュール剛性曲線Ｃ１、Ｃ１’、Ｃ”と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３のそれぞれで、Ｘ軸は変形率に該当し単位は％であってもよく、Ｙ軸は印加される面圧（Ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に該当し単位はＭＰａであってもよい。

モジュール剛性曲線Ｃ１、Ｃ１’、Ｃ”と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３間の交点Ｐ、Ｐ’、Ｐ”は、電池セル積層体１２０のスウェリングによる挙動とモジュールフレーム２００の変形による挙動が平衡を成す地点に該当する。言い換えれば、ＥＯＬ（Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態で特定Ｐ－Ｄ曲線Ｃ３を示す電池セル積層体１２０が特定モジュール剛性曲線Ｃ１を示すモジュールフレーム２００に収納された電池モジュールの場合、当該電池モジュールはＥＯＬ状態で交点Ｐ、Ｐ’、Ｐ”に該当する変形率と面圧を有すると予測することができる。即ち、当該電池モジュールはＥＯＬ状態で幅方向に交点Ｐ、Ｐ’、Ｐ”のＸ軸値に該当するだけ変形され、交点Ｐ、Ｐ’、Ｐ”のＹ軸値に該当するだけ電池セル１１０とモジュールフレーム２００が面圧を受ける。

この時、図１０に示されたように、前記交点Ｐは、変形限界点ｘ１と圧力限界点ｙ１内に位置することが好ましい。変形限界点ｘ１は１２％であり、圧力限界点ｙ１は０．９ＭＰａである。即ち、当該交点ＰのＸ軸値が変形限界点ｘ１である１２％以下であり、当該交点ＰのＹ軸値が圧力限界点ｙ１である０．９ＭＰａ以下であることが好ましい。即ち、本実施形態による電池モジュールは、ＥＯＬ状態で、電池セル１１０が積層される方向の変形率が１２％以下であり、電池セル１１０に印加される面圧が０．９ＭＰａ以下であってもよい。

図１１に示されたように、交点Ｐ’のＹ軸値が圧力限界点ｙ１を超えた場合、ＥＯＬ状態で当該電池モジュールの電池セル１１０とモジュールフレーム２００に圧力限界点ｙ１を超えた面圧が印加されると予測される。電池セル１１０に圧力限界点ｙ１である０．９ＭＰａを超えた圧力が印加される場合、急降下（ｓｕｄｄｅｎ ｄｒｏｐ）のような電池セル１１０の寿命性能低下の問題が発生することがある。また、モジュールフレーム２００に圧力限界点ｙ１である０．９ＭＰａを超えた圧力が印加される場合、降伏強度を超えた面圧が印加されてモジュールフレーム２００が損傷および変形されることがある。

図１２に示されたように、交点Ｐ”のＸ軸値が変形限界点ｘ１を超えた場合、ＥＯＬ状態で当該電池モジュールが幅方向に変形限界点ｘ１よりさらに変形されると予測される。これは、電池セル１１０の膨張による厚さの変化が過度に許容されることを意味し、電池セル１１０内で電極リードとタップ間の断線、電池セル１１０のパウチ型電池ケースにクラック発生などの問題を起こすことがある。また、変形限界点ｘ１である１２％よりさらに電池モジュールが変形されると予測されるため、電池パック内部で電池モジュールが占める空間が過度に増加し、これは電池モジュールと電池パックのエネルギー密度が低下することの原因になる。

一方、図１３を参照すれば、本実施形態による電池モジュールの場合、モジュール剛性曲線Ｃ１が、０．００４１７以上および０．２２５以下の傾き（ＭＰａ／％）の傾き範囲で算出できる。即ち、本実施形態による電池モジュールのモジュール剛性曲線Ｃ１が、傾きＳｂ値が０．００４１７ＭＰａ／％である下限モジュール剛性曲線Ｃ１ｂと、傾きＳａ値が０．２２５ＭＰａ／％である上限モジュール剛性曲線Ｃ１ａの間の範囲に形成できる。モジュール剛性曲線Ｃ１と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３間の交点Ｐが変形限界点ｘ１と圧力限界点ｙ１内の範囲に位置するために、モジュール剛性曲線Ｃ１が、０．００４１７以上および０．２２５以下の傾き（ＭＰａ／％）範囲で算出されることが好ましい。

以下、モジュール剛性曲線Ｃ１について具体的に説明する。モジュール剛性曲線Ｃ１は、前述のように、電池セル１１０が積層される方向によるモジュールフレーム２００の幅が変化する程度とモジュールフレーム２００に加えられる荷重の関係を示したグラフである。モジュール剛性曲線Ｃ１の観点からＸ軸は、モジュールフレーム２００が幅方向に沿った変形率（％）に該当する。前記変形率は、変形される前のモジュールフレーム２００の幅に対比して、幅方向に沿って変形されたモジュールフレーム２００の幅を基に計算できる。例えば、変形される前のモジュールフレーム２００の幅に対比して、モジュールフレーム２００の幅が変形された程度の比率で前記変形率が計算できる。モジュール剛性曲線Ｃ１の観点からＹ軸は、モジュールフレーム２００の変形率によってモジュールフレーム２００の側面部２１０、２２０に印加される面圧（ＭＰａ）に該当できる。

モジュール剛性曲線Ｃ１を算出するために、先ずフレーム剛性曲線を算出することができる。フレーム剛性曲線は、モジュールフレーム２００の変形率とモジュールフレーム２００に印加される面圧の関係に対するグラフである。このようなフレーム剛性曲線は、数回の実際テストまたはシミュレーションを通じて得ることができる。例えば、モジュールフレーム２００に実際の力を印加し、これによるモジュールフレーム２００の幅方向変形程度を測定し、印加される力を変化させながら繰り返して行うことによってフレーム剛性曲線を導出することができる。このようなフレーム剛性曲線に圧縮パッド６００による影響を考慮してモジュール剛性曲線Ｃ１が導出できる。具体的には、圧縮パッド６００に印加される面圧に対する圧縮パッド６００が圧縮される程度および圧縮パッド６００の個数をフレーム剛性曲線に反映して最終的にモジュール剛性曲線Ｃ１が導出できる。

以下、電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３について詳しく説明する。電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３は、前述のように、スウェリングによって電池セル１１０の厚さが変化することにおいて、変化程度によって電池セル１１０が受ける面圧の関係を示したグラフである。電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３の観点から、Ｘ軸は電池セル積層体１２０の幅方向による変形率（％）に該当でき、Ｙ軸は電池セル積層体１２０に含まれる電池セル１１０に印加される面圧（ＭＰａ）に該当できる。

以下、図１４および図１５を参照して、このような電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線Ｃ３を算出する過程について詳しく説明する。

図１４は、単一の電池セルに対するＰ－Ｄ曲線を示したグラフである。

図１４を参照すれば、単一の電池セル１１０の充放電サイクルによる厚さ変化量と面圧を測定することができる。具体的には、厚さ変化が制限される固定ジグ内に単一の電池セル１１０を位置させた後、充放電サイクルを繰り返す。その後、当該固定ジグに配置されたロードセルを通じてａ０の面圧値を測定する。測定されたａ０はＹ軸上のＰ０と表示される。その次、スプリングなどによって厚さの変化が可能な可変ジグ内に単一の電池セル１１０を位置させた後、充放電サイクルを繰り返す。その後、当該可変ジグに配置されたロードセルを通じてａ１の面圧値を測定し、電池セル１１０の増加された厚さを測定してｂ１の厚さ変形率を計算する。当該ａ１とｂ１はＰ１地点と表示される。可変ジグのスプリング定数を別にし前記測定過程を繰り返してａ２、ａ３、ａ４の面圧値とｂ２、ｂ３、ｂ４の変形率値をそれぞれ測定する。このような値を基に座標点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を表示し、一つの曲線Ｃ２を導出することができる。そして、このように導出された曲線Ｃ２が単一の電池セルのＰ－Ｄ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ－Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）曲線に該当する。

図１５は、単一の電池セルに対するＰ－Ｄ曲線と電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線を示したグラフである。

図１４と図１５を共に参照すれば、図１４で説明した過程を通じて得られた単一の電池セルのＰ－Ｄ曲線Ｃ２に、電池セル積層体１２０に含まれている電池セル１１０の個数を反映して電池セル積層体１２０のＰ－Ｄ曲線Ｃ３を得ることができる。電池セル１１０の個数が多くなるほど変形程度によって要求される面圧が増加するため、電池セル積層体１２０のＰ－Ｄ曲線Ｃ３は単一の電池セルのＰ－Ｄ曲線Ｃ２に比べて当然上側部分に位置することになる。

図１６は、本発明による実施形態１～４に対するモジュール剛性曲線を示したグラフである。

図１６を参照すれば、実施形態１～４それぞれのモジュール剛性曲線が示されている。電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線は図示されていないが、実施例１～４それぞれのモジュール剛性曲線が、実施例１～４それぞれの電池セル積層体のＰ－Ｄ曲線と接する平衡点（交点）は表示されている。

前述の方式により予測される電池モジュールのスウェリング挙動を見てみれば、ＥＯＬ状態で実施例１の電池モジュールは、５．４％だけ幅方向に変形され、内部の電池セルとモジュールフレームは０．８ＭＰａの面圧を受けると予測される。また、ＥＯＬ状態で実施形態２の電池モジュールは、６．７％だけ幅方向に変形され、内部の電池セルとモジュールフレームは０．７１ＭＰａの面圧を受けると予測される。また、ＥＯＬ状態で実施例３の電池モジュールは、６．１％だけ幅方向に変形され、内部の電池セルとモジュールフレームは０．２９ＭＰａの面圧を受けると予測される。最後に、ＥＯＬ状態で実施例４の電池モジュールは、９．３％だけ幅方向に変形され、内部の電池セルとモジュールフレームは０．４４ＭＰａだけ面圧を受けると予測される。

実施例１～４の電池モジュール全て、ＥＯＬ（Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態で、電池セルが積層される方向の変形率が１２％以下であり、前記電池セルに印加される面圧が０．９ＭＰａ以下である。また、実施例１～４の電池モジュールは、モジュール剛性曲線が、０．００４１７以上および０．２２５以下の傾き（ＭＰａ／％）範囲で算出される。即ち、実施例１～４の電池モジュールのモジュール剛性曲線は、傾きＳｂ値が０．００４１７ＭＰａ／％である下限モジュール剛性曲線Ｃ１ｂと、傾きＳａ値が０．２２５ＭＰａ／％である上限モジュール剛性曲線Ｃ１ａの間の範囲に形成できる。

本実施形態で前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変わることがある。

先に説明した本実施形態による一つまたはそれ以上の電池モジュールは、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。

前記電池モジュールや電池パックは多様なデバイスに適用できる。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段やＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）に適用できるが、これに制限されず、二次電池を使用することができる多様なデバイスに適用可能である。

以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。

１００ａ、１００ｂ：電池モジュール
１１０：電池セル
１２０：電池セル積層体
２００：モジュールフレーム
２００ＴＨ：貫通ホール
３００：チューブ
４００：サーマルレジン層
５００：サーマルパッド
６００：圧縮パッド

Claims (19)

1. 複数の電池セルが一方向に積層された電池セル積層体；
   前記電池セル積層体を内部に収納するモジュールフレーム；および
   前記電池セル積層体内で前記電池セルの一側に積層されるチューブを含み、
   前記モジュールフレームに貫通ホールが形成され、
   前記チューブは、前記貫通ホールを通じて外部の流体供給装置と連結される注入部を含み、前記流体供給装置から前記注入部を通じて前記チューブの内部に流体が流入する、電池モジュールにおいて、
   前記注入部は閉鎖された微細ホール形態に構成され、
   前記流体が圧力を受けると微細ホール形態の前記注入部が開放され、前記流体が前記チューブの内部に流入し、且つ、前記チューブの内部に流入した流体が前記チューブから排出される、電池モジュール。
2. 前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの一面の間に位置した熱伝達部材をさらに含む、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記熱伝達部材はサーマルレジン層を含み、
   前記電池セルの一側が前記サーマルレジン層に接着される、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記モジュールフレームの前記一面に注入ホールが形成される、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記注入ホールを通じてサーマルレジンを注入して前記サーマルレジン層が形成される、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記熱伝達部材はサーマルパッドを含み、
   前記電池セルの一側が前記サーマルパッドに接触し、前記サーマルパッド上で前記電池セルが前記電池セルの積層方向にスライディング可能である、請求項２に記載の電池モジュール。
7. 前記電池セルに隣接して配置される冷却プレートまたは圧縮パッドのうちの少なくとも一つをさらに含む、請求項１に記載の電池モジュール。
8. 前記チューブは軟質または弾性材質であり、
   前記チューブの内部に流入する前記流体は、液体またはゲル状態である、請求項１に記載の電池モジュール。
9. 前記チューブと連結されたチェックバルブをさらに含む、請求項１に記載の電池モジュール。
10. 前記電池セルが前記モジュールフレームの側面部から他の側面部まで一方向に沿って積層され、
    隣接の前記電池セルの間または最外側の前記電池セルと前記モジュールフレームの側面部の間のうちの少なくとも一箇所に圧縮パッドが介され、
    ＥＯＬ（Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態で、前記電池セルが積層される方向の変形率が１２％以下であり、前記電池セルに印加される面圧が０．９ＭＰａ以下である、請求項１に記載の電池モジュール。
11. 前記電池モジュールのモジュール剛性曲線が、０．００４１７以上および０．２２５以下の傾き（ＭＰａ／％）範囲で算出され、
    前記電池モジュールのモジュール剛性曲線は、前記モジュールフレームの変形率と前記モジュールフレームに印加される面圧間の関係に対応する、請求項１０に記載の電池モジュール。
12. 前記電池モジュールのモジュール剛性曲線は、前記モジュールフレームのフレーム剛性曲線に、前記圧縮パッドに印加される面圧に対比して前記圧縮パッドが圧縮される程度および前記圧縮パッドの個数を反映して導出される、請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 複数の電池セルが積層された電池セル積層体および前記電池セル積層体内で前記電池セルの一側に積層され内部が空いているチューブをモジュールフレーム内部に収納する組み立て段階；および
    前記チューブの内部に流体を注入して前記電池セルを加圧する初期加圧段階を含み、
    前記モジュールフレームに貫通ホールが形成され、
    前記チューブは、前記貫通ホールを通じて外部の流体供給装置と連結された注入部を含み、前記注入部は、閉鎖された微細ホール形態であり、前記流体が圧力を受けると微細ホール形態の前記注入部が開放されるように構成され、
    前記初期加圧段階で、前記流体供給装置が前記注入部を通じて前記チューブの内部に流体を注入する、電池モジュールの製造方法。
14. 前記初期加圧段階は、前記組み立て段階以後に行われる、請求項１３に記載の電池モジュールの製造方法。
15. 前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの一面の間にサーマルレジンを注入してサーマルレジン層を形成するレジン注入段階をさらに含む、請求項１３に記載の電池モジュールの製造方法。
16. 前記モジュールフレームの前記一面に注入ホールが形成され、
    前記レジン注入段階で、前記注入ホールを通じて前記サーマルレジンを注入する、請求項１５に記載の電池モジュールの製造方法。
17. 前記レジン注入段階は、前記初期加圧段階以後に行われる、請求項１５に記載の電池モジュールの製造方法。
18. 前記組み立て段階で、サーマルパッドを前記モジュールフレーム内部に収納し、
    前記サーマルパッドは前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの一面の間に位置する、請求項１３に記載の電池モジュールの製造方法。
19. 前記電池セルの一側が前記サーマルパッドに接触し、前記サーマルパッド上で前記電池セルが前記電池セルの積層方向にスライディング可能である、請求項１８に記載の電池モジュールの製造方法。