JP2024508007A - 冷却部材、これを含む電池モジュールおよび電池パック - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態による、複数の電池セルが積層された電池セル積層体の上部に位置する冷却部材において、上部板、下部板、前記上部板と前記下部板との間の内部空間に内蔵された冷却水を含み、前記下部板は、脆弱部が形成された第１部分、前記脆弱部が形成されない第２部分を含み、前記第１部分の厚さは前記第２部分の厚さより小さい。

Description

［関連出願（ら）との相互引用］
本出願は、２０２１年７月２２日付韓国特許出願第１０－２０２１－００９６６８３号および２０２１年１１月２６日付韓国特許出願第１０－２０２１－０１６５２５２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、冷却部材、これを含む電池モジュールおよび電池パックに関し、より具体的には、連鎖的な熱暴走現象を防止するための冷却部材、これを含む電池モジュールおよび電池パックに関する。

現代社会では、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常的になることに伴い、このようなモバイル機器と関連した分野の技術に対する開発が活発になってきている。また、充放電が可能な二次電池は、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として、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利用されているところ、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るが、このうちリチウム二次電池は、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のため、最も多く注目されている。

一方、小型デバイスに利用される二次電池の場合、主に２～３個の電池セルが使用されるが、自動車などのような中大型デバイスに利用される二次電池の場合には、複数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュール（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）が使用される。中大型電池モジュールは、可能な限り小さい大きさと重量で製造されることが好ましいため、高い集積度に積層可能であり、容量に比べて重量が小さい角型電池、パウチ型電池などが中大型電池モジュールの電池セルとして主に使用されている。
一方、電池モジュールに装着された電池セルは、充放電過程で多量の熱を発生させることがあり、過充電などの理由でその温度が適正温度より高くなる場合、性能が低下することがあり、温度上昇が過度な場合、爆発または発火する危険がある。電池モジュールの内部で発火現象が発生すると、電池モジュール外部に高温の熱、ガスまたは火炎が放出され得るが、この時、一つの電池モジュールから放出された熱、ガス、スパークまたは火炎などは電池パック内で狭い間隔を置いて隣接した他の電池モジュールに伝達されることがあり、そのために電池パック内で連続的な熱暴走現象が発生することがある。

このような熱暴走現象を防止するために、従来の電池モジュールには電池モジュール内に火災発生が確認されるとノズルなどを通じて冷却水を注入することによって火災を鎮圧する注水システム適用されたりもした。しかし、電池モジュールまたは電池パックの外部に配置されたタンクから冷却水などを注入することは、火災発生の有無確認、冷却水注入の有無決定および冷却水伝達のような複数の段階を経るようになるため、火災を鎮圧するに適切なタイミングを合わせるのが難しかった。

したがって、電池モジュールまたは電池パックの内部発火時、適時適所に冷却水が投入されることによって熱暴走現象を迅速に鎮圧することができる新たな技術が必要であるのが実情である。

本発明が解決しようとする課題は、電池モジュールまたは電池パックの内部発火時、適時適所に冷却水を投入することができる冷却部材、これを含む電池モジュールおよび電池パックを提供することにある。

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張され得る。

本発明の一実施形態による、複数の電池セルが積層された電池セル積層体の上部に位置する冷却部材において、上部板、下部板、前記上部板と前記下部板との間の内部空間に内蔵された冷却水を含み、前記下部板は、脆弱部が形成された第１部分、前記脆弱部が形成されない第２部分を含み、前記第１部分の厚さは前記第２部分の厚さより小さい。

前記脆弱部は、長辺と短辺を有し、前記長辺は前記電池セルの積層方向に沿って伸びることができる。

前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さの半分以下であり得る。

前記第１部分の厚さは、０．０３乃至０．０７ｍｍであり得る。

前記脆弱部は、第１脆弱部、および前記第１脆弱部と離隔した第２脆弱部を含み、前記第１脆弱部の厚さと前記第２脆弱部の厚さとは実質的に同一であり得る。

前記下部板は互いに厚さが異なる第１層および第２層を接合することによって形成され、前記第１部分の厚さは前記第１層の厚さと対応し、前記第２部分の厚さは前記第１層および前記第２層の厚さと対応することができる。

前記第１層および第２層のうちの一つは、クラッド金属を含むことができる。

前記上部板、前記第１層および第２層のうちの少なくとも一つは、クラッド金属を含むことができる。

前記第１層と第２層はブレージング工程を通じて接合され得る。

前記上部板、前記第１層と第２層はブレージング工程を通じて接合され得る。

前記上部板は、屈曲部を含み、前記屈曲部の山は前記第１部分と対応し、前記屈曲部の谷は前記第２部分と対応することができる。

本発明のまた他の実施形態による電池モジュールは、前述の冷却部材を含む。

前記冷却部材の上部板は前記電池モジュールの外形を形成するモジュールフレームの上面と一体化され得る。

本発明のまた他の実施形態による冷却部材は、複数の電池セルが積層された電池セル積層体の上部に位置し、複数の開口部が形成された下部板、冷却水の流路を提供する本体、および前記下部板と前記本体を固定する固定部材を含み、前記本体には少なくとも一つの冷却ホースが装着され、前記冷却ホースは所定の温度または圧力以上で溶融されたり破断される。

前記冷却ホースは前記下部板の開口と対応するように位置することができる。

前記冷却ホースは前記冷却部材の長さ方向に沿って伸びる形状を有することができる。

前記冷却ホースは３００℃以下の溶融点を有する素材で製造され得る。

前記本体には前記冷却ホースを収容するための収容部が備えられ得る。

前記冷却ホースの長さ方向の両末端は前記収容部の長さ方向の両末端とそれぞれ連結され得る。

前記下部板の中央には前記冷却部材の長さ方向に伸びる土手が形成され、前記本体は前記下部板で前記土手が形成されない位置に装着され得る。

前記固定部材は、ストラップの形態で提供され、前記冷却部材の幅方向と平行に位置することができる。

前記固定部材は、前記下部板の幅方向の両末端と結合する末端結合部、および前記下部板の幅方向の中央と結合する中央結合部を含むことができる。

前記末端結合部および前記中央結合部は、前記固定部材の他の部分と段差を有するように形成され得る。

前記冷却部材は、内部空間に冷却水を注入するためのインレットポートおよびアウトレットポートをさらに含み、前記インレットポートおよび前記アウトレットポートは外部の熱交換機と連結され、前記インレットポートおよび前記アウトレットポートを通じて前記冷却部材の冷却水が循環することができる。

前記本体は前記インレットポートおよび前記アウトレットポートとそれぞれ対応する部分に分岐された形状を有することができる。

本発明のまた他の実施形態による電池パックは、前述の冷却部材を含むことができる。

前記電池パックは、開放型構造の電池モジュールを含むことができる。

前記冷却部材の上部板は前記電池パックの外形を形成するパックフレームの上面と一体化され得る。

実施形態によれば、冷却部材は、電池モジュールまたは電池パックの内部発火時、その一部を開放して適時適所に冷却水を投入することによって、電池モジュールまたは電池パックの内部火災を迅速に鎮圧し、連続的な熱暴走現象を防止することができる。

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の範囲の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。

本発明の一実施形態による冷却部材を示す斜視図である。 図１の冷却部材に含まれている上部板を示す図面である。 図１の冷却部材に含まれている下部板を示す図面である。 図１の冷却部材に含まれている下部板の変形例を示す図面である。 図３のＡ－Ａ切断面の一例を示す図面である。 本発明の一実施形態による冷却部材の一例が電池セル積層体に提供されたことを示す図面である。 図６のＢ領域を拡大した図面であって、電池セルの発火時に下部板の変化を説明するための図面である。 本発明の一実施形態による冷却部材の一例を示す断面図である。 図３のＡ－Ａ切断面の他の例を示す図面である。 本発明の一実施形態による冷却部材の他の例が電池セル積層体に提供されたことを示す図面である。 図１０のＣ領域を拡大した図面であって、電池セルの発火時に下部板の変化を説明するための図面である。 本発明の一実施形態による冷却部材の他の例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による冷却部材を示す断面図である。 本発明の実施形態による電池パックを示す分解斜視図である。 図１４による電池パックに含まれている電池モジュールの斜視図である。 本発明の他の実施形態による冷却部材を示す斜視図である。 図１６の冷却部材を示す上面図である。 図１６の冷却部材に含まれている下部板の上面図である。 図１６の冷却部材に含まれている本体の上面図である。 図１６の冷却部材に含まれている下部板と本体および冷却ホースの結合を示す図面である。 図１７の冷却部材がＡ－Ａ線に沿って切断されたことを示すものであって、本体および冷却ホースに冷却水が流入されたり、これから流出されることを示す図面である。 図１７の冷却部材のＡ－Ａ切断面を示すものであって、電池セルの発火時に冷却ホースによる冷却水の投入を示す図面である。

以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施形態について本発明が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細に説明する。本発明は、以下で説明するもの以外に多様な異なる形態に実現することができ、本発明の範囲はここで説明する実施形態により限定されない。

本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、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の参照符号を付した。

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拡大または縮小して示したものであるため、本発明の内容が図示されたものに限定されないことは自明である。以下の図面において、複数の層および領域を明確に表現するために各層の厚さを拡大して示した。そして以下の図面において、説明の便宜のために、一部の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」にあると説明する時、これは 該当する層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「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ものと解釈されなければならない。反対に、該当する層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直上」にあると説明する時には、その間にまた他の部分がないことを意味し得る。また、基準となる部分の「上」にあるということは、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「上」に位置することを意味するのではない。一方、他の部分の「上」にあると説明するものと同様に、他の部分の「下」にあると説明するものも前述した内容を参照して理解され得る。

また、特定部材の上面／下面は、いずれの方向を基準にするかにより異なるように判断され得るため、明細書全体において、「上面」または「下面」は、当該部材でｚ軸上に向き合う二つの面を意味すると定義する。

また、明細書全体において、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、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

また、明細書全体において、「平面上」という時、これは対象部分を上方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側方から見た時を意味する。

以下、本発明の一実施形態による冷却部材について説明する。

図１は本発明の一実施形態による冷却部材を示す斜視図である。図２は図１の冷却部材に含まれている上部板を示す図面である。図３は図１の冷却部材に含まれている下部板を示す図面である。図４は図１の冷却部材に含まれている下部板の変形例を示す図面である。

図１を参照すれば、本実施形態の冷却部材５００は、電池セルをはじめとする電池モジュールまたは電池パックの内部温度を低めるために提供されるものであり得る。冷却部材５００は冷媒または冷却水が注入される水冷式冷却部材５００であり得る。冷却部材５００が水冷式で提供されることによって、冷却部材５００の冷却効率は均一に維持され、電池モジュールまたは電池パック内の電池セルが均一に冷却され得る。

冷却部材５００に使用される冷却水は、公知のもののうちの一つまたはこれらの混合物を使用することができ、冷却部材５００内部で流路に沿って移動することによって電池セルの熱を放出できるものであれば公知のもののうちのいずれを使用してもよい。しかし、後述するように冷却部材５００の冷却水は電池セルに向かって噴射され得るため、電池セルの火炎または爆発を増幅させないように冷却水は可燃性物質を含まないことが好ましい。または冷却水の機能を向上させるために可燃性物質の添加剤が一部含まれなければならない場合にも、添加剤の量はパウチ型電池セルに対する２次爆発を防止できる程度であると同時に、前記冷却水が凍ることを防止するために不凍液として使用される程度であり得る。より具体的に、冷却水は、水を含むことができる。ここで、冷却水は、水以外に、水の氷点を低めるための不凍液を含むことができる。また、冷却水に含まれる不凍液は、電気絶縁性を有する電気絶縁不凍液を使用することができる。

冷却部材５００は電池セルの熱を放出するために電池セル積層体の一面上に配置され得る。冷却部材５００は電池セル積層体の複数の電池セルと近く位置するように電池セル積層体の積層方向と平行に配置され得る。具体的に、冷却部材５００は電池セル積層体の上部（図１４の＋ｚ軸方向）に位置することができる。

冷却部材５００の大きさは冷却部材５００が適用される電池セル積層体の大きさに合わされ得る。一例として、冷却部材５００は一つの電池セル積層体に対応するように提供され得、この時、冷却部材５００の長さは前記電池セル積層体の長さに合わされたり若干のマージンを持たせて大きくまたは小さく形成され、前記冷却部材５００の幅は前記前記電池セル積層体の幅に合わされたり若干のマージンを持たせて大きくまたは小さく形成され得る。他の例として、冷却部材５００は複数の電池セル積層体に対応するように提供され得、この時、冷却部材５００の長さおよび幅は複数の電池セル積層体の長さおよび幅に合わされたり若干のマージンを持たせて大きくまたは小さく形成され得る。ここで、冷却部材５００は電池モジュールの内部に位置することができるが、電池モジュールの外部で電池パック１０００（図１４参照）の内側に位置することも可能である。

冷却部材５００は、冷却部材５００の外形を形成する上部板５１０と下部板５２０、冷却部材５００内部に冷却水を注入するインレット／アウトレットポート５３０を含むことができる。

冷却部材５００は上部板５１０と下部板５２０の周縁を結合することによって形成され得る。冷却部材５００の周縁部分には上部板５１０および下部板５２０の周縁を結合することによって形成された密封部５４０が位置することができる。冷却部材５００で結合された上部板５１０と下部板５２０との間には冷却水が内蔵されたり循環され得る。

冷却水は並んで位置したインレットポート５３０を通じて供給されてアウトレットポート５３０から排出され得る。インレットポート５３０とアウトレットポート５３０は冷却部材５００の一端部側に平行に並んで位置することができる。これは電池モジュールまたは電池パックの外部から供給される冷却水の流入および排出に関する設計を単純化するためのものであり得る。また、これはインレットポート５３０周辺とアウトレットポート５３０周辺との温度差を最小化するためのものであり得る。具体的に、インレットポート５３０に流入される冷却水は最も低い温度を有し、アウトレットポート５３０から排出される冷却水は最も高い温度を有することができる。したがって、インレット／アウトレットポート５３０が隣接するように配置されると、相互間に熱交換が行われることによって冷却部材の内部空間を流れる全体冷却水の温度偏差を最小化することができる。したがって、インレット／アウトレットポート５３０を並んで配置することによって冷却部材５００は全体的に均一な放熱性能を有することができる。また、インレットポート５３０またはアウトレットポート５３０はアルミニウムで製造され得る。インレットポート５３０またはアウトレットポート５３０は上部板５１０または下部板５２０とブレージングのような溶接を通じて接合され得る。

冷却部材５００には流路形成溝５５０が形成され得る。冷却部材５００に流路形成溝５５０が備えられることによって、冷却部材５００に提供される冷却水の流れが決定され得る。流路形成溝５５０は複数で形成され得、複数の流路形成溝５５０は冷却部材５００の長さ方向と平行な一直線に沿って位置することができる。流路形成溝５５０は所定の区間を除いて冷却部材５００の中央で冷却部材５００の長さ方向に沿ってひきつづいて形成され得、そのために冷却水の流れはＵ字形で形成され得る。冷却部材５００のインレットポート５３０を通じて注入された冷却水の流れは流路形成溝５５０により制限され得る。冷却水がＵ字形に沿って流れることによって、インレットポート５３０を通じて注入された冷却水はインレットポート５３０と並んで位置したアウトレットポート５３０から排出され得る。具体的に、冷却水が流れるＵ字形流路はインレットポート５３０から冷却部材５００の長さ方向と平行な直線に沿って伸びる第１流路、前記第１流路の末端で時計方向または反時計方向に回転する曲線に沿って伸びる第２流路、および第２流路の末端でアウトレットポート５３０に向かって冷却部材５００の長さ方向と平行な直線に沿って伸びる第３流路を含むことができる。

冷却部材５００には変形防止溝５６０が形成され得る。冷却部材５００に変形防止溝５６０が備えられることによって、冷却水による冷却部材５００の形状変形が防止され得る。例えば、冷却水が冷却部材５００に注入されると、注入された冷却水は中央を横切る流路形成溝５５０により冷却部材５００の１／２空間に集中することができる。冷却水がＵ字形流路を通じて残りの１／２の空間に移動する前まで、当該空間には大きい圧力が作用することがあり、そのために冷却部材５００の少なくとも一部が膨張したり、冷却部材５００が破損することがある。冷却部材５００の流路に変形防止溝５６０が形成されると、冷却水が一時的に集中することによって特定区間に圧力が大きく作用しても、これによる変形を最小化することができる。変形防止溝５６０は冷却部材５００で冷却水が流れるＵ字形流路に部分的に、間隔を置いて配置され得る。変形防止溝５６０は冷却部材５００の幅方向において、流路形成溝５５０と密封部５４０との間に位置することができる。変形防止溝５６０の具体的な位置はインレットポート５３０を通じて流入される冷却水を過度に妨害しないながらも、冷却水の流量および流速に対応することができるように適切に設定され得る。ここで、冷却部材５００の幅方向は冷却部材５００の短辺と平行な方向であり得る。また、ここで、冷却部材５００の長さ方向は冷却部材５００の長辺と平行な方向であり得る。

また、冷却部材５００の周りには冷却部材５００の一辺から伸び、冷却部材５００の長さ方向に沿って連続的に位置する突出部が形成され得る。突出部は後述する図１４で例示されるように、各電池セル積層体の電極リードまたは電極リードと連結されたバスバーと接触したり、これと近接するように配置され得る。電池モジュールまたは電池パックで電気的連結を提供する電極リードまたはバスバーは発熱されやすい構成であるため、前述した突出部が電極リードまたはバスバーの放熱を促進すれば電池セルの温度上昇がより効果的に防止され得る。

図２を参照すれば、上部板５１０は板状形で提供され得る。上部板５１０の中央部分は陥没または湾入されて周縁部分と段差を有するように形成され得る。上部板５１０は幅方向の断面を基準に、窪み形状を有することができる。これは上部板５１０が冷却水を収容するために、段差を通じて内部空間を形成したものであり得る。ここで、上部板５１０の幅方向は上部板５１０の短辺と平行な方向であり得る。しかし、上部板５１０は図２に示されたものとは異なるように形成されることもでき、下部板５２０が脆弱部５２２などを含むことによって冷却水内蔵空間を備えた場合には、上部板５１０が全体的に平らな形状を有するように提供されることも可能である。

図３を参照すれば、冷却部材５００の下部板５２０は上部板５１０と全体的に類似する形状を有することができる。下部板５２０は板状形で提供され得る。下部板５２０はその中央部分は陥没または湾入されて周縁部分と段差を有するように形成され得る。下部板５２０は幅方向の断面を基準に、窪み形状を有することによって、冷却水を収容する内部空間を形成することができる。しかし、下部板５２０が必ずしも湾入された形状で提供されなければならないのではなく、上部板５１０の形状または内蔵される冷却水の体積などにより全体的に平らな形状で提供されることもできる。ここで、下部板５２０の幅方向は下部板５２０の短辺と平行な方向であり得る。

また、下部板５２０は後述する脆弱部５２２を有することができ、そのために下部板５２０の一面は部分的に窪んだ溝を有することができる。溝が冷却部材５００の内側に向かって位置する場合、つまり、下部板５２０の上面に形成された場合には溝に冷却水が内蔵され得る。

冷却部材５００が電池セルの上部に提供される場合、下部板５２０は冷却部材５００で電池セルと最も近く位置する部分であり得る。したがって、下部板５２０は電池セルの放熱が促進されるように熱伝導率が高い素材で提供されることが好ましい。また、冷却部材５００の全体的な放熱性能を向上させるために、冷却部材５００の上部板５１０も熱伝導率が高い素材で提供され得る。冷却部材５００の外形を形成する上部板５１０および下部板５２０は剛性が高い金属で製造され得、その具体的な例としてはアルミニウム、金、銀、銅、白金またはこれらを含む合金などが挙げられる。

一方、前述したように、電池セルに発火が発生した場合、これを効果的に鎮圧するためには冷却水のような液体が電池モジュールまたは電池パック内に注入されることが効果的である。電池モジュールまたは電池パック内部に液体タンクを備えることは電池モジュールと電池パックの体積を増加させるという問題があり得るため、従来は電池モジュールおよび電池パック外部に別途のウォータータンクを備え、センサーを通じて電池セルの発火が確認される時にだけウォータータンクから延長されたノズルなどを通じて電池モジュールまたは電池パック内に冷却水などを投入した。

しかし、電池モジュールおよび電池パック外部に備えられるウォータータンクは、その体積が大きいだけでなく、使用者がこれを別途に管理しなければならないという問題があった。また、従来の注水システムは、冷却水投入の有無を決定するための別途の制御部または通信部などを備えなければならず、これらの動作にエラーが発生してはならず、正常に動作しても複数の判断過程を経なければならないため、時間が多くかかった。冷却水投入が決定された後であるとしても、ウォータータンクから電池モジュールまたは電池パック内部の電池セルまで至る経路が多少長い場合にはウォータータンクから電池セルに冷却水が迅速に提供され難いため、従来の注水システムは急速に進行される連続的な熱暴走現象を制止することが難しい実情であった。

したがって、以下、熱または温度に脆弱な部分を有することによって、電池セルの発火時、部分的に開放可能な本実施形態の冷却部材５００の下部板５２０についてより具体的に説明する。

図３および図４を参照すれば、本実施形態の下部板５２０は、脆弱部５２２を含むことができる。「脆弱部」とは、下部板５２０の他の部分より熱または圧力により簡単に破断される部分を称するものであり得る。脆弱部５２２は下部板５２０の他の部分より相対的に小さい厚さを有する部分であり得る。具体的に、下部板５２０は脆弱部５２２と称される第１部分、および脆弱部５２２が形成されない第２部分を有することができ、ここで第２部分の厚さは第１部分の厚さより大きくてもよい。第１部分の厚さは第２部分の厚さの半分以下であり得る。脆弱部５２２は他の部分より多少小さい厚さを有することによって、熱または圧力により比較的に簡単に抜けられ得る。

脆弱部５２２は電池セルの積層方向に沿って伸びて長く形成され得る。脆弱部５２２の長さ方向（ｙ軸）は、長さ（長辺）が伸びる方向であり、電池セル１１０の積層方向と平行な方向であり得る。脆弱部５２２の幅方向（ｘ軸）は、電池セル１１０の積層方向と垂直な方向であり得る。電池セルのうちのどの電池セル１１０で発火が発生するのか予測できないため、脆弱部５２２は冷却部材５００の下に位置する全ての電池セルと対応するように形成されることが好ましい。脆弱部５２２は冷却部材５００の全体長さ区間上に形成され得る。ここで、脆弱部５２２は図３のように電池セルの積層方向と平行な一直線上に一つが提供されることもでき、図４のように電池セルの積層方向と平行な一直線に沿って二つ以上が提供されることもできる。

脆弱部５２２は幅方向（ｘ軸）上にひきつづいて位置することができる。ここで、脆弱部５２２の幅は設計者の意図によりそれぞれ異なるように設計され得る。例えば、脆弱部５２２は広い幅を有することができる。他の例として、脆弱部５２２は相対的に狭い幅を有することができる。幅が狭い脆弱部５２２は連続的に形成され得る。

脆弱部５２２は電池セルのうちの最も発熱されやすい部分と対応するように位置することができる。例えば、電池セルの電極リードは電子の移動が集中して簡単に発熱する部分であり得る。電極リードの発熱またはこれによる爆発に対応することができるように、脆弱部５２２は電池セルの電極リードの上部に配置され得る。

図５は図３のＡ－Ａ切断面の一例を示す図面である。

図５を参照すれば、脆弱部５２２の断面は多様な形状を有することができる。ここで、脆弱部５２２の断面は図３に示されたようにｘｚ平面を基準に冷却部材５００を切断したものであり得る。

脆弱部５２２は下部板５２０でその厚さが異なる部分であり、下部板５２０の一部は脆弱部５２２が形成された第１部分と、脆弱部５２２が形成されない第２部分とが互いに垂直に連結されることによって図５（ａ）のような四角形の断面形状を有することができる。また、前述した第１部分と第２部分との間の連結面に傾斜が形成される場合には、下部板５２０の一部は図５（ｂ）のような三角形または図５（ｄ）のような台形の断面形状を有することができる。第１部分と第２部分との間の連結面が曲率を有するように形成される場合には、下部板５２０の一部は図５（ｃ）のようにラウンド形状の断面を有することもできる。一方、脆弱部５２２の形成による下部板５２０の断面形状は、前述した例示により限定されないところ、設計の容易性などを考慮して多様に変形され得る。脆弱部５２２が熱または温度により破断されるべき点を考慮すると、脆弱部５２２は厚さが薄い部分ができる限り多く含まれることが好ましいため、図５（ｂ）の形状よりは図５の他の形状が好まし。ただし、破断される温度および圧力は厚さ、物性、形状などのような要因の影響を受けることができるところ、図５（ｂ）の形状が図５の他の形状より必ずしも好ましいとは限らない。

図６は本発明の一実施形態による冷却部材の一例が電池セル積層体に提供されたことを示す図面である。図７は図６のＢ領域を拡大した図面であって、電池セルの発火時に下部板の変化を説明するための図面である。図８は本発明の一実施形態による冷却部材の一例を示す断面図である。一方、図８で上部板５１０は省略されたことを予め明らかにしておく。

図６および図７を参照すれば、電池セル１１０が一方向に積層された電池セル積層体１２０はモジュールフレームまたはパックフレーム内部に収容され、冷却部材５００は電池セル積層体１２０上に配置され得る。

冷却部材５００は、上部板５１０および下部板５２０を含み、上部板５１０および下部板５２０の間の離隔空間には冷却水が収容され得る。冷却部材５００の下部板５２０は電池セル積層体１２０に向かって位置し、下部板５２０に形成された脆弱部５２２は電池セル積層体１２０の電池セル１１０と対応することができるように電池セル１１０の積層方向に沿って長く形成され得る。図６および図７は脆弱部５２２が形成された位置の断面を表示したものであって、脆弱部５２２が形成されない下部板５２０の上面は冷却水に隠されて見えないことがある。したがって、下部板５２０の第２部分の上面は図６および図７で点線で表示された。

過充電などの理由により第１電池セル１１０ａに火災が発生すると、第１電池セル１１０ａから発生した熱、ガス、スパーク、火炎などにより第１電池セル１１０ａ上部に位置した脆弱部５２２の第１部分が破断され得る。第１部分が開放されることによって、冷却部材５００の内部空間に収容されていた冷却水は火災が発生した第１電池セル１１０ａに向かって投入され得る。このように、第１電池セル１１０ａに熱暴走現象が発生時、脆弱部５２２はその一部を開放することによって第１電池セル１１０ａに直ちに冷却水を投入するため、従来の注水システムと比較して第１電池セル１１０ａの火災鎮圧が迅速に行われ、熱暴走現象の早期鎮圧が達成され得る。

この時、図７の右側に示されたように、電池セル１１０から発生した熱または圧力が脆弱部５２２を局部的に加熱または加圧することによって第１部分が開放されるものであるため、脆弱部５２２では第１部分だけが開放され、脆弱部５２２の他の部分は閉鎖された状態が維持され得る。脆弱部５２２で第１部分以外に他の部分が閉鎖された状態で維持されると、冷却部材５００内部の冷却水が第１部分に集中して流出され得る。したがって、従来の注水システムと比較して第１電池セル１１０ａに集中して冷却水が投入され、注水消火の効率性を極大化することができる。

一方、電池モジュールまたは電池パックで過度な量の冷却水が注入されると第１電池セル１１０ａの火災鎮圧は迅速に達成され得るが、他の電池セル１１０に冷却水が投入されることによって正常作動していた複数の電池セル１１０が損傷されることがある。したがって、注入される冷却水の量は適切な水準で予め設計される必要がある。

冷却水の量はいくつかの電池セル１１０で発生した火災を鎮圧するに十分な水準で予め設定され得る。ここで、冷却水の量を算出することに基礎となる電池セル１１０の個数は、内部発火時に通常熱暴走が伝達される電池セル１１０の個数であり、具体的に４個乃至６個、またはそれより１個乃至２個小さいかまたは大きい数であり得る。また、第１電池セル１１０ａに向かって噴射された冷却水は火災鎮圧過程で水蒸気で気化して蒸発されるため、冷却水は電池モジュールまたは電池パックに残存しないことができ、残余水分により正常な電池セル１１０が損傷する現象を防止することができる。一方、冷却部材５００に収容される冷却水の量は電池セル１１０の放出エネルギーに合うように予め計算されて設計され得るため、本実施形態の冷却部材５００は、円筒型、角型またはパウチ型のような電池セル１１０の種類またはその容量に関わらず多様に適用され得る。

この時、冷却部材５００の冷却水は外部から流入されて循環することもでき、そうでないこともあり得る。具体的な例を挙げれば、冷却部材５００は外部のタンクと連結され得るが、タンクから流入された冷却水はインレット／アウトレットポート５３０を通じて冷却部材５００内を循環し、再びタンクで排出され得る。これにより冷却水の温度は適切に維持され得るため、冷却部材５００の放熱性能が向上することができる。

具体的な他の例として、冷却部材５００内部の冷却水は追加的に流入されないことがある。冷却水は冷却部材５００が電池モジュールまたは電池パックに装着される前に注入され、電池モジュールまたは電池パックの使用時には追加的に注入排出されないことがある。冷却部材５００が外部タンクと持続的に連結されず、電池パックまたは電池モジュール内に内蔵される場合、外部タンクを省略することによって全体的な構造が単純になり得るため、空間活用に効率的であり、外部タンクを維持／管理する費用および時間が節減され得る。また、このような場合、設計単純化のためにインレット／アウトレットポート５３０が冷却部材５００から除外されることも可能である。冷却部材５００内には比熱が大きい水などが含まれるため、循環されなくても電池モジュールの内の電池セル１１０の間の熱転移などが効果的に防止され得る。また、電池モジュールまたは電池パックに内部発火が発生すると、予め定められた量の冷却水だけ電池セル１１０に噴出され得るため、冷却水が電池モジュールまたは電池パック内に残存することによって発生される問題を最小化することができる。

このように、冷却部材５００の冷却水が外部タンクに流入されない場合には、第１電池セル１１０ａの内部発火時、電池モジュールまたは電池パック内に投入される冷却水の量が冷却部材５００内に収容された冷却水全体に制限され得る。また、冷却部材５００が内部に隔壁または溝を備えることによって冷却部材５００内部の冷却水の移動が制限される場合には、第１電池セル１１０ａに投入される冷却水の量は脆弱部５２２と上部板５１０との間に収容される冷却水の量に制限され得る。

また、これは冷却部材５００が外部タンクと連結されたシステムを有していても同様である。具体的に、冷却部材５００を含む制御システムは、熱転移または熱暴走現象を感知することができ、熱暴走現象が感知された場合、追加的な冷却水の流入または循環を制御することによって第１電池セル１１０ａに投入される冷却水の量を冷却部材５００の体積範囲内に制限することができる。

このように本実施形態による脆弱部５２２は、電池パックまたは電池モジュールの内部発火時、適時、適所に冷却水を投入することによって、火災を迅速に鎮圧し、連続的な熱暴走現象を防止することができる。

本実施形態の脆弱部５２２は多様な方法で形成され得る。

例えば、脆弱部５２２は下部板５２０を部分的にエッチングすることによって形成され得る。脆弱部５２２はノッチング工程を利用して形成され得る。しかし、エッチング工程に使用される機器は精密な水準に制御され難いことがあり、下部板５２０の厚さが薄い場合、または所望する脆弱部５２２の厚さが薄い場合には脆弱部５２２の寸法安定性が非常に落ちることがある。例えば、下部板５２０がアルミニウムで形成される場合に下部板５２０は４ｍｍ、３ｍｍまたは２ｍｍ以下の薄い厚さを有することができる。適切な脆弱部５２２の厚さは脆弱部５２２の素材により変わり得るが、下部板５２０がアルミニウムで形成される場合に、脆弱部５２２は０．２乃至０．５ｍｍの厚さに形成されることが好ましい。下部板５２０に脆弱部５２２が備えられるためには既に十分に薄い下部板５２０の一部を除去することによって薄膜水準の厚さが形成されなければならないため、装置のコントロールが完全でない場合、下部板５２０は脆弱部５２２が形成される過程で破損されることがあり、そのために不良品の増加による工程費用および工程時間が浪費されることがある。したがって、本実施形態のように下部板５２０が脆弱部５２２を有する場合、エッチング工程の適用は好ましくないこともある。

脆弱部５２２が十分に薄い厚さを有するように形成されるために、下部板５２０は２個の層を接合することによって形成され得る。図８のように、下部板５２０は板状形部材で提供される第１層５２４、および複数のホールを備えた第２層５２６を接合することによって形成され得る。参考までに、図８で斜線で表示された部分は第２層５２６を示すものであり、斜線の間の部分的に空いた空間は第２層５２６に形成されたホールの断面が表現されたものである。第２層５２６に形成されたホールは前述した脆弱部５２２を形成するための部分であり得る。ホールは細長い形状を有することができる。ホールは下部板５２０の長辺と平行な直線に沿って一つ以上形成され得る。下部板５２０の長辺と平行な一直線に沿ってホールが複数個で提供される場合、その個数および間隔によりホールは細長い形状を有さないこともある。またホールの軸上断面は図５に示されたように多様な形状を有することができる。ホールの放射状断面は角ばっている形状を有することもでき、ラウンド形状を有することもできる。

下部板５２０の一部は第１層および第２層を含むことによって比較的に厚い厚さを有し、下部板５２０の他の一部は第１層５２４だけを含むことによって比較的に薄い厚さを有することができる。ここで、第１層５２４を有する部分は第１部分と、第１層５２４および第２層５２６を全て有する部分は第２部分と称され得る。したがって、第１部分の厚さは第１層５２４の厚さと対応し、第２部分の厚さは第１層５２４および第２層５２６の厚さと対応することができる。

下部板５２０が２個の層を接合することによって形成されると、各層の厚さは自由に調節され得るため、脆弱部５２２は十分に薄く形成され得る。例えば、第１層５２４および第２層５２６が全てアルミニウムで提供される場合、第１層５２４は０．０３乃至０．０７ｍｍ、または０．０４乃至０．０６ｍｍ、または０．０５ｍｍの厚さを有するアルミニウム板材で提供され、第２層５２６は１．０乃至１．５ｍｍの厚さ、またはそれ以上を有するアルミニウム板材にホールが形成された状態で提供され得る。ここで、機械的剛性を要求するデザインである場合、第１層５２４の厚さは電池セルの熱暴走により溶けられる水準まで十分に厚く設計され得る。したがって、第１層５２４が前述した厚さより多少大きい値を有するように提供されることも可能であろう。第１層５２４の一面上に第２層５２６のアルミニウム板材がそれぞれ接合されると、十分に薄い厚さの脆弱部５２２を有する下部板５２０が形成され得る。

ここで、２個の層を接合することによって下部板５２０を形成すると全ての脆弱部５２２は一つの板で形成されるため、その厚さが互いに同一になり得る。下部板５２０に第１脆弱部および第２脆弱部が形成される時、第１脆弱部と第２脆弱部の厚さは実質的に互いに同一になり得る。またここで、各脆弱部５２２の厚さはその位置により偏差が現れないことがある。脆弱部５２２で位置による厚さ偏差が発生すると、その一部が設計したものよりも厚く形成されることがあり、そのために特定の部分は熱または圧力により破断され難いことがある。しかし、本実施形態の脆弱部５２２は全て均一な厚さを有するように形成されるため、設計と実際製品との間の誤差を最小化することができる。

下部板５２０を形成する２個の層の結合には多様な方式の接合工程が適用され得る。下部板５２０の上面には冷却水が位置するため、前記２個の層の結合は堅固に形成される必要がある。

一例として、２個の層の結合は溶接工程を通じて形成され得る。前記結合に使用される溶接工程の例としてはブレージングまたはレーザ溶接などが挙げられる。素材の融点と類似する水準の温度が２個の層に加えられることによって、２個の層は溶融接合され得る。溶融接合を通じて、下部板５２０の水密性は所望する水準で達成され得る。

他の例として、２個の層の結合は圧延工程を通じて形成され得る。圧延工程は一対のロールの間に２個以上の層が積層された積層体を通過させることによって２個の層を接合する方法である。圧延工程による層間接合のうち、前記積層体は加熱され、この時、加熱される温度が金属の再結晶温度以上であれば熱間圧延（ｈｏｔ ｒｏｌｌ）、前記温度以下であれば冷間圧延（ｃｏｌｄ ｒｏｌｌ）と称され得る。圧力および／または熱が積層体に加えられることによって、２個の層の間の接合面が広く形成され得、そのために下部板５２０の水密性が十分に確保され得る。

一方、下部板５２０が２個の層の結合を通じて形成される場合、２個の層の素材はそれぞれ異なってもよく、互いに同一または類似の素材であってもよい。２個の層の素材が互いに同一または類似の場合には２個の層の溶融点が同一／類似しているため、熱または圧力を伴う前述した接合工程がより容易に行われ得る。

一方、ブレージング工程を通じて２個の層を接合する場合、金属の物性または融点により接合工程が円滑に行われないことがある。例えば２個の層が単一の性質のアルミニウムで形成された場合、アルミニウムの溶融点である６６０℃水準でブレージング工程の温度を設定すれば接合工程中にアルミニウム層の形状変形が発生することがある。このような層の変形を防止するために、第１層５２４または第２層５２６は二重層の金属素材であるクラッド金属で製造され得る。

例えば、層の接合がブレージング工程を通じて形成される場合、第１層５２４は３０００系のアルミニウム、第２層５２６は３０００系および４０００系のアルミニウムを含むクラッド金属であり得る。第２層５２６がクラッド金属を含むことによって、ブレージング工程の温度は６００℃水準に設定され得、そのために接合工程時にアルミニウムの形状変形が防止され得る。

前述した接合方法は上部板５１０と下部板５２０の結合時にも使用することができる。したがって、上部板５１０と下部板５２０の物性が同一の場合、二つの部材間の接合はより緻密に形成され得る。例えば、上部板５１０と下部板５２０、または第１層５２４と第２層５２６はアルミニウムを含むことができる。

一方、以上では脆弱部５２２が備えられた下部板５２０において、下部板５２０の下面が平らな形状を有する場合を中心に説明した。しかし、厚さを局部的に調節することによって形成された下部板５２０の段差部分、つまり、溝は冷却部材５００の内部に向かわず、外部に露出されてもよい。

図９は図３のＡ－Ａ切断面の他の例を示す図面である。図１０は本発明の一実施形態による冷却部材の他の例が電池セル積層体に提供されたことを示す図面である。図１１は図１０のＣ領域を拡大した図面であって、電池セルの発火時に下部板の変化を説明するための図面である。図１２は本発明の一実施形態による冷却部材の他の例を示す断面図である。

図９乃至図１２を参照すれば、下部板５２０の下面と近く位置するように形成された図５乃至図８の脆弱部５２２とは異なり、脆弱部５２２は下部板５２０の上面と近く位置するように形成され得る。図９乃至図１２のように脆弱部５２２が下部板５２０の上面と近く位置すれば、冷却部材５００の下面は局部的に突出した形状を有することができる。したがって、冷却部材５００の突出した下面は電池セルと近く位置したり、電池セルと接触することができるため、電池セルの放熱を促進することができる。

図９に示されたように、下部板５２０の断面は四角形、三角形、ラウンド形、台形の断面形状を有することができる。図９の断面形状は上下方向が反対である以外は図５の内容を参照して説明され得るため、詳しい説明を省略する。

図１０および図１１は電池セル積層体上に冷却部材５００が示された場合、これをｘｚ平面で切断した断面を示す図面であって、前述した図６および図７とはその方向が異なり、冷却部材５００の断面がより具体的に示されている。図６および図７では複数の電池セル１１０と脆弱部５２２との間の位置関係が示されたとすれば、図１０および図１１では一つの電池セル１１０と脆弱部５２２との間の位置関係が示されている。図１０および図１１を参照すると、一つの電池セル１１０は複数の脆弱部５２２と対応することができ、電池セル１１０のうち発火が発生する位置によりこれに対応する脆弱部５２２が開放され得る。したがって、電池セル１１０の発火時、脆弱部５２２は一つが開放されることもあり、複数が開放されることもある。ここで、脆弱部５２２の開放は一つの脆弱部の一部だけ開放される場合も含むものであって、必ずしも脆弱部５２２全体が開放されることを意味するのではない。

図１０および図１１は図６および図７と方向が異なる以外にも、冷却部材５００の下面が突出した形状を有する差がある。冷却部材５００の下面が突出した形状を有しても、電池セル１１０の発火時に脆弱部５２２が開放されることによって冷却水が電池セル１１０に投入されることは同一であるため、図１０および図１１の具体的な説明は図６および図７の内容を通じて説明され得る。したがって、詳しい説明は重複記入を避けるために省略する。

一方、下面が突出した下部板５２０およびこれに形成された脆弱部５２２は多様な方法で形成され得る。例えば、脆弱部５２２は下部板５２０の下面をエッチングすることによって形成され得る。他の例として、下部板５２０は２個の層を接合することによって形成され得る。

具体的に、下部板５２０は図１２のように板状形部材で提供される第１層５２４、および複数のホールを備えた第２層５２６を接合することによって形成され得る。この時、第２層５２６は第１層５２４の下に位置することによって下部板５２０の下面を形成することができる。ここで、第２層５２６および第１層５２４の接合がブレージング工程で形成される場合、第１層５２４は３０００系および４０００系のクラッド金属を含むことができ、第２層５２６は３０００系のアルミニウムを含むことができる。この時、上部板５１０も３０００系のアルミニウムであり得、クラッド金属で提供される第１層５２４の上下表面に形成された４０００系アルミニウムを通じて層間の接合が円滑に行われ得る。または、第１層５２４が３０００系のアルミニウムで提供され、第２層５２６または上部板５１０が３０００系および４０００系のクラッド金属で提供されることもできる。

その他の下部板５２０の接合方法、第１層５２４および第２層５２６に関する具体的な説明は層の位置が異なる以外に前述した図８の説明を参照して説明され得るため、詳しい説明を省略する。

以下、本発明の他の実施形態による冷却部材について説明する。

図１３は本発明の他の実施形態による冷却部材を示す断面図である。

図１３を通じて説明される実施形態の冷却部材５００は、以下で言及される以外に前述した図１乃至図１２の内容を全て含むことができる。したがって、重複記載を最小化するために、前述した内容と重複する内容は省略する。

図１３を参照すれば、本実施形態の冷却部材５００は３個の層を有することができる。具体的に、冷却部材５００の上部板５１０は１個の層を有し、下部板５２０は２個の層を有することができる。ここで、２個の層を有する下部板５２０は前述した内容を通じて十分に説明されたため、詳しい説明を省略する。

冷却部材５００で冷却水は上部板５１０と下部板５２０との間に内蔵されるため、上部板５１０および下部板５２０の間の離隔距離により冷却水の流量偏差が決定され得る。前述した図面において、冷却部材５００の上部板５１０は流路形成溝５５０および変形防止溝５６０を除いては全体的に平坦な面を有するものと示された。したがって、冷却部材５００の流量偏差は下部板５２０の厚さ差に依存するようになり得る。具体的に、脆弱部５２２が形成された第１部分周辺は単位長さ当たりの流量が相対的に大きく、脆弱部５２２が形成されない第２部分周辺は単位長さ当たりの流量が相対的に小さくてもよい。第１部分周辺の流量がより大きければ、脆弱部５２２の開放時に流圧により冷却水がより速く注入され得るため、第１部分周辺の流量は大きいほど好ましい。

そこで、本実施形態は冷却部材５００内の冷却水の流量偏差が形成されるように、屈曲部５１４を有する上部板５１０が提供され得る。屈曲部５１４は冷却部材５００の長さ方向の断面を基準に波形断面形状を有することができる。ここで、前記断面を基準に、屈曲部５１４の最高点、つまり、山（ｃｒｅｓｔ）は脆弱部５２２が形成された下部板５２０の第１部分と対応することができる。また、屈曲部５１４の最低点、つまり、谷（ｔｒｏｕｇｈ）は下部板５２０の第２部分と対応することができる。屈曲部５１４の山と第１部分が対応することによって、第１部分周辺の単位長さ当たりの流量が増加することができ、脆弱部５２２の開放時に冷却部材５００の冷却水が発火現象が発生した第１電池セル１１０ａに向かってより速く注入され得る。

図１３では屈曲部５１４の谷が下部板５２０の第２部分と近接するように位置するものと示されたが、冷却部材５００がより多い量の冷却水を保有することができるように屈曲部５１４の谷が下部板５２０の第２部分と離隔して位置することも可能である。しかし、前記離隔距離が過度に大きいと冷却部材５００の全体体積が増加することによって電池モジュールの大きさを増加させる要因になり得るため、冷却部材５００は電池セル１１０の発熱量などを考慮して適切に設計されなければならない。

また、図１３では冷却部材５００の各層が第１層５２４、第２層５２６および上部板５１０の順に位置されるものと示されたが、第２層５２６、第１層５２４および上部板５１０の順に位置されることも可能である。第２層５２６が第１層５２４より下に位置すれば、第２層５２６により冷却部材５００の下面は突出した形状を有するようになり得る。冷却部材５００の下面を形成する第２層５２６は、電池セルと近く位置したり、電池セルと接触することができるため、第２層５２６、第１層５２４および上部板５１０の順に位置されると第２層５２６により電池セルの放熱が促進される効果が現れ得る。

また、図１３のように提供される冷却部材５００において、各層が有する厚さは全体体積を最小化しながらも、所定の範囲以上の強度を有するように適切に設計されなければならない。例えば、３個の層を有する冷却部材５００で、上部板５１０は第３層と称され、アルミニウムで製造され得る。第３層がアルミニウムで形成される場合に、上部板５１０は１．０乃至２．０ｍｍ、１．３乃至１．７ｍｍまたは１．５ｍｍ水準の厚さに形成されることが好ましい。また、下部板５２０が含む第２層５２６は、１．０乃至１．５ｍｍ、１．２乃至１．４ｍｍ、または１．３ｍｍ水準の厚さに形成されることが好ましい。第１層５２４は、脆弱部５２２の特性を有するように十分に薄く形成されなければならず、具体的には０．０３乃至０．０７ｍｍ、または０．０４乃至０．０６ｍｍの厚さを有することができる。

３個の層を有する冷却部材５００で層間結合には多様な方式の工程が適用され得る。冷却部材５００内には冷却水が位置するため、前記３個の層の結合は堅固に形成される必要がある。

一例として、３個の層の結合は溶接工程を通じて形成され得る。

他の例として、３個の層の結合は圧延工程を通じて形成され得る。しかし、ローラを通じて圧力を加える圧延工程が適用される場合、上部板５１０の形成は多少制限され得る。

一方、下部板５２０が３個の層の結合を通じて形成される場合、３個の層の素材はそれぞれ異なってもよく、互いに同一または類似の素材であってもよい。素材により融点または強度などがそれぞれ異なるように現れるため、素材は製造方法により、または製造方法は素材により選択されなければならない。

例えば、図１３のような構造で、層の接合がブレージングを通じて形成される場合、第１層５２４は３０００系のアルミニウム、第２層５２６は３０００系および４０００系のアルミニウムを含むクラッド金属、上部板５１０である第３層は３０００系のアルミニウムであり得る。

他の例として、図１３のような構造で第１層５２４と第２層５２６の位置は互いに変わり得る。この時、層の接合がブレージングを通じて形成される場合、第１層５２４の物性により、第１層５２４と結合する第２層５２６および上部板５１０の素材が制限され得る。具体的な例として、第１層５２４が３０００系のアルミニウムを含み、第２層５２６および上部板５１０は３０００系／４０００系のアルミニウムを含むクラッド金属を含むことができる。具体的な他の例として、第１層５２４は３０００系／４０００系のクラッド金属を含み、第２層５２６および上部板５１０は３０００系のアルミニウムを含むことができる。

以下、前述した冷却部材を含む電池パックについて説明する。

図１４および図１５を通じて説明される実施形態の電池パック１０００は、以下で言及される以外に、前述した図１乃至図１３の内容を全て含むことができる。したがって、重複記載を最小化するために、前記で言及された冷却部材５００に関する内容は省略する。

図１４は本発明のまた他の実施形態による電池パックを示す分解斜視図である。図１５は図１４による電池パックに含まれている電池モジュールの斜視図である。

図１４を参照すれば、本発明の一実施形態による電池パック１０００は、少なくとも一つの電池モジュール１００、電池モジュール１００を収容するパックフレーム２００、パックフレーム２００の内部面に形成された樹脂層３００、パックフレーム２００の開放された面を閉鎖するエンドプレート４００、およびパックフレーム２００と電池セル積層体１２０との間に配置された冷却部材５００を含むことができる。しかし、電池パック１０００が含む構成要素がこれに限定されるのではなく、設計により電池パック１０００は前述した構成要素のうちの一部が省略された状態で提供されてもよく、言及されない他の構成要素が追加された状態で提供されてもよい。

図１４および図１５を参照すれば、本実施形態で提供される電池モジュール１００は、モジュールフレームが省略された形態のモジュールレス（Ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造を有することができる。

通常、従来の電池パックは、電池セル積層体およびこれと連結された多くの部品を組み立てて電池モジュールを形成し、複数の電池モジュールが再び電池パックに収容される二重組立構造を有している。この時、電池モジュールはその外面を形成するモジュールフレームなどを含むため、従来の電池セルは電池モジュールのモジュールフレームおよび電池パックのパックフレームにより二重保護されるようになる。しかし、このような二重組立構造は電池パックの製造単価および製造工程を増加させるだけでなく、一部の電池セルで不良が発生する場合、再組立性が落ちるという短所がある。また冷却部材などが電池モジュールの外部に存在する場合、電池セルと冷却部材との間の熱伝達経路が多少複雑になるという問題がある。

そこで、本実施形態の電池モジュール１００は、モジュールフレームが省略された「セルブロック」の形態で提供され得、セルブロックに含まれている電池セル積層体１２０は電池パック１０００のパックフレーム２００に直接的に結合され得る。これにより、電池パック１０００の構造がより単純になり、製造単価および製造工程上の利点を獲得することができ、電池パックの軽量化が達成される効果を有することができる。

以下でモジュールフレームを有さない電池モジュール１００は、モジュールフレームを有する電池モジュールとの区分のために「セルブロック」と称され得る。しかし、電池モジュール１００はモジュールフレームの有無と関係なしにモジュール化のために所定の単位でセグメントされた電池セル積層体１２０を有するものを総称するものであって、電池モジュール１００は、モジュールフレームを有する通常の電池モジュールおよびセルブロックの全てを含むものと解釈されなければならない。

図１５を参照すれば、本実施形態の電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０が一方向に沿って積層された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０の積層方向の両端に位置する側面プレート１３０、側面プレート１３０と電池セル積層体１２０の周りを囲んでその形態を固定するホールディングストラップ１４０、および電池セル積層体１２０の前面および後面を覆うバスバーフレーム１５０を含むことができる。

一方、図１５ではセルブロックの形態で提供される電池モジュール１００を示したが、このような図面の内容が本実施形態の電池パック１０００にモジュールフレームを有する密閉型構造の電池モジュール１００が適用されることを排除するのではない。

電池セル１１０は、それぞれ電極組立体、セルケースおよび電極組立体から突出した電極リードを含むことができる。電池セル１１０は、単位面積当たり積層される数が最大化できるパウチ型または角型で提供され得る。例えば、パウチ型で提供される電池セル１１０は、正極、負極および分離膜を含む電極組立体をラミネートシートのセルケースに収納した後、セルケースのシーリング部を熱融着することによって製造され得る。一方、図１４および図１５では電池セル１１０の正極リードと負極リードが互いに反対方向に突出するものを示したが、必ずしもその限りではなく、電池セル１１０の電極リードが同一方向に突出することも可能である。

電池セル積層体１２０は電気的に連結された複数の電池セル１１０が一方向に沿って積層されたものであり得る。複数の電池セル１１０が積層された方向（以下、「積層方向」と称する）は図１４および図１５に示されたようにｙ軸方向（または－ｙ軸方向であり得、以下では「軸方向」という表現が＋／－方向を全て含むものと解釈され得る）であり得る。

一方、電池セル１１０が一方向に沿って配置されることによって電池セル１１０の電極リードは電池セル積層体１２０の一面または一面および一面と向き合う他面に位置することができる。このように、電池セル積層体１２０で電極リードが位置する面は電池セル積層体１２０の前面または後面と称され得、図１４および図１５で電池セル積層体１２０の前面および後面はｘ軸上で互いに向き合う二面と示された。

また、電池セル積層体１２０で最外側の電池セル１１０が位置した面は電池セル積層体１２０の側面と称され得、図１４および図１５で電池セル積層体１２０の側面はｙ軸上で互いに向き合う二面と示された。

側面プレート１３０は電池セル積層体１２０の全体形状を維持するために提供させるものであり得る。側面プレート１３０は板状形部材であって、モジュールフレームの代わりにセルブロックの剛性を補完することができる。側面プレート１３０は電池セル積層体１２０の積層方向の両端に配置され得、電池セル積層体１２０の両側の最外側の電池セル１１０と接触することができる。

側面プレート１３０は多様な素材で製造され、多様な製造方法を通じて提供され得る。一例として、側面プレート１３０は射出成形で製造されるプラスチック素材であり得る。他の例として、側面プレート１３０は板スプリング素材で製造され得る。また他の例として、側面プレート１３０はスウェリングによる電池セル積層体１２０の体積変化に対応してその形状が一部変形可能に弾性を有する物質で製造され得る。

ホールディングストラップ１４０は電池セル積層体１２０の両側端の側面プレート１３０の位置および形態を固定するためのものであり得る。ホールディングストラップ１４０は長さと幅を有する部材であり得る。具体的に、電池セル積層体１２０は最外側の電池セル１１０と接触する二つの側面プレート１３０の間に位置することができ、ホールディングストラップ１４０は電池セル積層体１２０を横切って二つの側面プレート１３０を連結することができる。これによりホールディングストラップ１４０は二つの側面プレート１３０の距離が一定範囲以上に増加しないようにすることができ、そのためにセルブロックの全体的な形状が一定範囲内に維持され得る。

ホールディングストラップ１４０は側面プレート１３０との安定した結合のために、その長さ方向の両末端に係止部を有することができる。係止部はホールディングストラップ１４０の長さ方向の両末端が曲がることによって形成され得る。一方、側面プレート１３０には係止部と対応する位置に係止溝が形成され得、係止部と係止溝の結合を通じてホールディングストラップ１４０と側面プレート１３０が安定的に結合され得る。

ホールディングストラップ１４０は多様な素材または多様な製造方法を通じて提供され得る。一例として、ホールディングストラップ１４０は弾性を有する素材で製造され得、これによりスウェリングによる電池セル積層体１２０の体積変化を一定範囲内に許容することができる。

一方、ホールディングストラップ１４０は側面プレート１３０と電池セル積層体１２０との間の相対的な位置を固定するためのものであって、「固定部材」としてのその目的が達成されたら、図示されたものとは異なる形態で提供されることも可能である。例えば、固定部材は二つの側面プレート１３０の間を横切ることができる長いボルト、つまり、ロングボルト（ｌｏｎｇ ｂｏｌｔ）の形態で提供され得る。側面プレート１３０にはロングボルトが挿入され得る溝が備えられ、ロングボルトは溝を通じて二つの側面プレート１３０と同時に結合することによって二つの側面プレート１３０の相対的な位置を固定することができる。ロングボルトは側面プレート１３０の周縁、好ましくはの側面プレート１３０の頂点に近い位置に提供され得る。設計により、ホールディングストラップ１４０が前述したロングボルトに代替されることも可能であるが、ホールディングストラップ１４０とロングボルトが共にセルブロックに提供されることも可能である。

バスバーフレーム１５０は電池セル積層体１２０の一面上に位置して、電池セル積層体１２０の一面を覆うと同時に電池セル積層体１２０と外部機器との連結を案内するためのものであり得る。バスバーフレーム１５０は電池セル積層体１２０の前面または後面上に位置することができる。バスバーフレーム１５０は電池セル積層体１２０の前面および後面上に位置するように２個が提供され得る。バスバーフレーム１５０にはバスバーが装着され得、これにより電池セル積層体１２０の電極リードがバスバーと連結されることによって電池セル積層体１２０が外部機器と電気的に連結され得る。

バスバーフレーム１５０は電気的に絶縁である素材を含むことができる。バスバーフレーム１５０は、バスバーが電極リードと接合された部分以外に電池セル１１０の他の部分と接触することを制限することができ、電気的短絡が発生することを防止することができる。

パックフレーム２００は電池モジュール１００およびこれと連結された電装品を外部の物理的衝撃から保護するためのものであり得る。パックフレーム２００は電池モジュール１００およびこれと連結された電装品をパックフレーム２００の内部空間に収容することができる。ここで、パックフレーム２００は内部面および外部面を含み、パックフレーム２００の内部空間は内部面により定義され得る。

パックフレーム２００内に収容される電池モジュール１００は複数であり得る。複数の電池モジュール１００は「モジュールアセンブリー」と称され得る。モジュールアセンブリーはパックフレーム２００内で行および列をなして配置され得る。ここで「行」（ｒｏｗ）とは、一方向に配列される電池モジュール１００の集合を意味し、「列」（ｃｏｌｕｍｎ）とは、前記一方向と垂直な方向に配列される電池モジュール１００の集合を意味し得る。例えば、電池モジュール１００は図１のように電池セル積層体の積層方向に沿って配置されて一つの行または列をなしてモジュールアセンブリーを形成することができる。

パックフレーム２００は一方向に沿って開放された中空形態で提供され得る。例えば、図１に示されたように複数の電池モジュール１００が電池セル１１０の積層方向に沿ってひきつづいて位置し、パックフレーム２００は前述した積層方向に沿って開放された中空形態を有することができる。

パックフレーム２００の構造は多様になり得る。一例として、図１に示されたようにパックフレーム２００は下部フレーム２１０および上部フレーム２２０を含むことができる。ここで、下部フレーム２１０は板形状で提供され、上部フレーム２２０はＵ字形状で提供され得る。板形状の下部フレーム２１０には少なくとも一つの電池モジュール１００が配置され、Ｕ字形状の上部フレーム２２０がモジュールアセンブリーの上面およびｘ軸上の二面を囲むように提供され得る。

パックフレーム２００は内部空間で発生する熱を外部に迅速に放出するために熱伝導率が高い部分を含むことができる。例えば、パックフレーム２００の少なくとも一部は熱伝導率が高い金属で製造され得、その例としてはアルミニウム、金、銀、銅、白金またはこれらを含む合金などであり得る。また、パックフレーム２００は部分的に電気絶縁性を有することができ、絶縁が要求される位置には絶縁フィルムが提供されたり、絶縁性塗装が適用され得る。パックフレーム２００で絶縁フィルムまたは絶縁性塗装が適用された部分は絶縁部と称されることもできる。

電池モジュール１００とパックフレーム２００の内部面との間には樹脂層３００が提供され得る。樹脂層３００は電池モジュール１００の底面と下部フレーム２１０との間に提供され得る。樹脂層３００は電池モジュール１００の上面と上部フレーム２２０との間に提供され得る。ここで、具体的に、樹脂層３００は後述する冷却部材５００と上部フレーム２２０との間に提供され得る。

樹脂層３００は電池セル積層体１２０とパックフレーム２００の内部面のうちの一側面との間にレジンが注液されることによって形成されたものであり得る。しかし、必ずしもその限りではなく、樹脂層３００は板状形で提供される部材であり得る。

樹脂層３００は多様な物質で製造され得、その物質により樹脂層３００の機能が変わり得る。例えば、樹脂層３００は絶縁性物質で形成され得、絶縁性の樹脂層３００を通じて電池モジュール１００とパックフレーム２００との間の電子移動が防止され得る。他の例として、樹脂層３００は熱伝導性物質で形成され得る。熱伝導性物質で製造された樹脂層３００は電池セル１１０で発生した熱をパックフレーム２００に伝達することによって、熱が外部に放出／伝達されるようにすることができる。また他の例として、樹脂層３００は接着物質を含むことができ、これにより電池モジュール１００とパックフレーム２００が互いに固定され得る。具体的な例を挙げると、樹脂層３００は、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）系素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎｅ）系素材およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）系素材のうちの少なくとも一つを含むように提供され得る。

エンドプレート４００はパックフレーム２００の開放された面を密閉することによって、電池モジュール１００およびこれと連結された電装品を外部の物理的衝撃から保護するためのものであり得る。エンドプレート４００の各縁はパックフレーム２００の対応する縁と溶接などの方法で結合され得る。エンドプレート４００はパックフレーム２００の開放された二面を密閉するように２個が提供され、所定の強度を有する金属物質で製造され得る。

エンドプレート４００には後述する冷却部材５００のインレット／アウトレットポート５３０を露出するための開口４１０が形成され、外部機器とのＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結またはＨＶ（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）連結のためのコネクタ４２０が装着され得る。

冷却部材５００は電池セル１１０から発生した熱を放出することによって、電池パック１０００内部を冷却するためのものであり得る。冷却部材５００に関する説明は前述した内容を参照する。

一方、図１４では冷却部材５００が電池モジュール１００外部に提供されるものを示したが、必ずしもその限りではなく、冷却部材５００が電池モジュール１００内部に配置されることも可能である。この時、電池モジュール１００はモジュールフレームを有する閉鎖型構造であってもよく、セルブロックのような開放型構造であってもよい。

また、前述した図面では冷却部材５００が独立的な構造を有するものと示されたが、冷却部材５００は電池パック１０００または電池モジュール１００と一体化されて提供されることもできる。例えば、冷却部材５００が電池パック１０００と一体として提供される場合、冷却部材５００の上部板５１０はパックフレーム２００の上面に代替され、パックフレーム２００の上面と冷却部材５００の下部板５２０とが結合することによって冷却部材５００が形成され得る。他の例として、冷却部材５００が電池モジュール１００と一体として提供される場合、冷却部材５００の上部板５１０は電池モジュール１００のフレームの上面に代替され、電池モジュール１００のフレームの上面と冷却部材５００の下部板５２０とが結合することによって冷却部材５００が形成され得る。このように冷却部材５００が電池パック１０００または電池モジュール１００と一体化されると、一部の部材の省略を通じた電池パック１０００または電池モジュール１００の軽量化、費用節減または内部構造の単純化のような効果が達成され得る。

また、本実施形態の電池モジュール１００は水冷式冷却部材５００を含むものと説明されたが、このような記載が電池モジュール１００が空冷式冷却部材を含むことができることを排除するのではない。したがって、本実施形態の電池モジュール１００は空冷式および水冷式冷却部材５００を同時に含むこともできることを明らかにしておく。

以下、本発明のまた他の実施形態による冷却部材について説明する。

図１６は本発明のまた他の実施形態による冷却部材を示す斜視図である。図１７は本発明のまた他の実施形態による冷却部材を示す上面図である。図１８は図１６の冷却部材に含まれている下部板の上面図である。図１９は図１６の冷却部材に含まれている本体の上面図である。図２０は図１６の冷部材に含まれている下部板と本体および冷却ホースの結合を示す図面である。図２１は図１７の冷却部材がＡ－Ａ線に沿って切断されたことを示したものであって、本体および冷却ホースに冷却水が流入されたり、これから流出されることを示す図面である。図２２は図１７の冷却部材のＡ－Ａ切断面を示したものであって、電池セルの発火時に冷却ホースによる冷却水の投入を示す図面である。

図１６および図１７を参照すれば、本実施形態の冷却部材６００は電池セルをはじめとする電池モジュールまたは電池パックの内部温度を低めるために提供されるものであり得る。冷却部材６００は冷媒または冷却水が注入される水冷式冷却部材６００であり得る。冷却部材６００が水冷式で提供されることによって、冷却部材６００の冷却効率は均一に維持され、電池モジュールまたは電池パック内の電池セルが均一に冷却され得る。この時、冷却部材６００に使用される冷却水は公知のもののうちの一つまたはこれらの混合物を使用することができ、冷却部材６００内部で流路に沿って移動することによって電池セルの熱を放出できるものであれば公知のもののうちのいずれを使用してもよい。

冷却部材６００は電池セルの熱を放出するために電池セル積層体の一面上に配置され得る。冷却部材６００は電池セル積層体の複数の電池セルと近く位置するように電池セル積層体の積層方向と平行に配置され得る。具体的に、冷却部材６００は電池セル積層体の上部に位置することができる。

冷却部材６００の大きさは冷却部材６００が適用される電池セル積層体の大きさに合わされ得る。一例として、冷却部材６００は一つの電池セル積層体に対応するように提供され得、この時、冷却部材６００の長さは前記電池セル積層体の長さに合わされたり若干のマージンを持たせて大きくまたは小さく形成され、前記冷却部材６００の幅は前記電池セル積層体の幅に合わされたり若干のマージンを持たせて大きくまたは小さく形成され得る。他の例として、冷却部材６００は複数の電池セル積層体に対応するように提供され得、この時、冷却部材６００の長さおよび幅は複数の電池セル積層体の長さおよび幅に合わされたり若干のマージンを持たせて大きくまたは小さく形成され得る。ここで、冷却部材６００は電池モジュールの内部に位置することができるが、電池モジュールの外部で電池パックの内側に位置することも可能である。

冷却部材６００は、下部板６２０、冷却部材６００内部に冷却水を注入するインレット／アウトレットポート６３０、下部板６２０の上面に装着され、冷却水を収容する本体６４０、および冷却ホース６５０、およびこれらを固定する固定部材６６０を含むことができる。図２０を参照すれば、下部板６２０の上面に本体６４０が装着され、本体６４０の収容部６４８に冷却ホース６５０が装着され、固定部材６６０が下部板６２０と本体６４０および冷却ホース６５０を固定することによって冷却部材６００が製造され得る。

本実施形態の冷却部材６００は前述した構造を通じて水密性を確保し、製造工程を単純化することができ、電池セルの発火時に適時適所に冷却水を供給することができる。

電池セルに発火が発生した場合、これを効果的に鎮圧するためには冷却水のような液体が電池モジュールまたは電池パック内に注入されることが効果的である。電池モジュールまたは電池パック内部に液体タンクを備えることは、電池モジュールと電池パックの体積を増加させる問題があり得るため、従来は電池モジュールおよび電池パック外部に別途のウォータータンクを備え、センサーを通じて電池セルの発火が確認される時にだけウォータータンクから延長されたノズルなどを通じて電池モジュールまたは電池パック内に冷却水などを投入した。

しかし、電池モジュールおよび電池パック外部に備えられるウォータータンクは、その体積が大きいだけでなく、使用者がこれを別途に管理しなければならないという問題があった。また、従来の注水システムは、冷却水投入の有無を決定するための別途の制御部または通信部などを備えなければならず、これらの動作にエラーが発生してはならず、正常に動作しても複数の判断過程を経なければならないため、時間が多くかかった。冷却水投入が決定された後であるとしても、ウォータータンクから電池モジュールまたは電池パック内部の電池セルまで至る経路が多少長い場合にはウォータータンクから電池セルに冷却水が迅速に提供され難いため、従来の注水システムが急速に進行される連続的な熱暴走現象を制止することが難しい実情であった。したがって、本実施形態では電池モジュールまたは電池パックの内部発火時、冷却水が火災場所に直ちに供給され得るように、冷却部材６００の下部板６２０に開口を形成し、開口と対応するように冷却ホース６５０を配置することができる。

前記と類似の効果を実現するために、通常の冷却部材の下面に開口を形成した後、所定の温度または圧力以上で溶融または破断される部材を満たしたり挿入して開口を密閉することもできる。しかし、冷却部材６００の冷却水が下部板６２０に直接接触する従来の構造では下部板６２０の開口とこれを密閉する部材との間の隙間を通じて冷却水が漏れ出ることがあり、そのために冷却部材６００の水密性が大きく低下することがある。また、物性が異なる２個の素材を含むように下部板６２０を製造することは複雑な製造工程を伴うため、製造時間および製造費用が増加するという問題がある。したがって、本実施形態の冷却部材６００では、本体６４０および冷却ホース６５０に冷却水を隔離することによって、下部板６２０の開口部６２２による水密性の低下を最小化することができる。また、冷却部材６００に本体６４０および冷却ホース６５０が適用されることによって、冷却部材６００の製造工程が単純化され、製造時間および費用が縮小され得る。

図１８を参照すれば、下部板６２０は板状形で提供され得る。下部板６２０には冷却水が流れる本体６４０および冷却ホース６５０が装着され得る。下部板６２０は本体６４０などを支持するために板状形で提供されることが好ましい。

下部板６２０は少なくとも一つの開口部６２２を含むことができる。開口部６２２は電池セルの内部発火時、発火により発生した熱または圧力により内部冷却水を電池セルに噴射するためのものであり得る。開口部６２２は下部板６２０の短辺または長辺と平行な直線に沿って複数個で提供され得、冷却部材６００は複数の開口部６２２を備えることによって電池モジュールまたは電池パック内の不特定な位置で発生する火災に対応して冷却水を投入することができる。これと関連しては後述する図２２を参照する。

下部板６２０の周りには下部板６２０の一辺から伸び、下部板６２０の一縁に沿って連続的に位置する突出部６２４が形成され得る。突出部６２４は各電池セル積層体の電極リードまたは電極リードと連結されたバスバーと接触したり、これと近接するように配置され得る。電池モジュールまたは電池パックで電気的連結を提供する電極リードまたはバスバーは発熱されやすい構成であるため、前述した突出部が電極リードまたはバスバーの放熱を促進すれば電池セルの温度上昇がより効果的に防止され得る。

下部板６２０には土手６２６が形成され得る。土手６２６は所定の区間を除いて冷却部材６００の幅方向の中央で冷却部材６００の長さ方向に沿って伸びられ得る。土手６２６により本体６４０が正位置に装着され、固定部材６６０が安定的に固定され得る。ここで、冷却部材６００の幅方向は冷却部材６００の短辺と平行な方向であり得る。またここで、冷却部材６００の長さ方向は冷却部材６００の長辺と平行な方向であり得る。

下部板６２０は冷却部材６００で電池セルと最も近く位置する部分であり得る。下部板６２０は電池セルの放熱が促進されるように熱伝導率が高い素材で提供され得る。冷却部材６００の下部板６２０は剛性が高い金属で製造され得、その具体的な例としてはアルミニウム、金、銀、銅、白金またはこれらを含む合金などが挙げられる。

冷却水は並んで位置したインレットポート６３２を通じて供給されてアウトレットポート６３４から排出され得る。インレットポート６３２とアウトレットポート６３４は冷却部材６００の一端部側に平行に並んで位置することができる。これは電池モジュールまたは電池パックの外部から供給される冷却水の流入および排出に関する設計を単純化するためのものであり得る。また、これはインレットポート６３２周辺とアウトレットポート６３４周辺との温度差を最小化するためのものであり得る。具体的に、インレットポート６３２に流入される冷却水は最も低い温度を有し、アウトレットポート６３４から排出される冷却水は最も高い温度を有することができる。したがって、インレット／アウトレットポート６３０が隣接するように配置されると、相互間に熱交換が行われることによって冷却部材の内部空間を流れる全体冷却水の温度偏差を最小化することができる。したがって、インレット／アウトレットポート６３０を並んで配置することによって冷却部材６００は全体的に均一な放熱性能を有することができる。

図１９乃至図２１を参照すれば、本体６４０は電池セルの放熱のための冷却水の流路を提供することができる。本体６４０の内部にはインレットポート６３２を通じて注入された冷却水が収容され、本体６４０に収容された冷却水はアウトレットポート６３４を通じて排出され得る。本体６４０に冷却水が流入または流出されることによって冷却部材６００は比較的に一定の温度で維持され得る。本体６４０内の冷却水はその温度の恒常性を維持するためにインレット／アウトレットポート６３０と連結された外部の熱交換機と連結されて、持続的に循環するように設計され得る。

本体６４０により冷却された下部板６２０は電池セルの放熱を促進することができる。本体６４０は熱伝導率が高い素材で製造され得、これにより下部板６２０の熱を迅速に吸収することができる。本体６４０は内部に収容される冷却水の圧力および重量に耐えるために十分な剛性を有する素材で製造され得る。本体６４０は下部板６２０の素材と同一であるか、またはこれと類似する素材で製造され得る。本体６４０の素材としては、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、白金またはこれらを含む合金などが挙げられる。

本体６４０は下部板６２０で土手６２６が形成されない位置に装着され得る。本体６４０の外郭形状は突出部６２４を除いた下部板６２０の外郭形状と類似してもよい。

本体６４０は四角管形の形状を有することができ、土手６２６の位置を考慮してインレットポート６３２およびアウトレットポート６３４とそれぞれ対応する二つの部分に分岐され得る。これにより、本体６４０はＵ字形流路を形成することができる。本体６４０はインレットポート６３２から冷却部材６００の長さ方向と平行な直線に沿って伸びる第１部分６４２、前記第１部分６４２の末端で時計方向または反時計方向に回転する曲線に沿って伸びる第２部分６４４、および第２部分６４４の末端でアウトレットポート６３４に向かって冷却部材６００の長さ方向と平行な直線に沿って伸びる第３部分６４６を含むことができる。ここで、冷却部材６００の長さ方向は冷却部材６００の長辺と平行な方向であり得る。

本体６４０は冷却ホース６５０が装着される収容部６４８を含むことができる。収容部６４８は本体６４０で冷却ホース６５０が装着される収容空間を意味するものであり得る。収容部６４８は冷却部材６００の長さ方向に沿って伸びる長い溝であり、収容部６４８の断面は四角形などの多角形または円形であり得る。収容部６４８の長さ方向の両末端には冷却ホース６５０の長さ方向の両末端が連結され得る。収容部６４８の長さ方向の両末端には冷却ホース６５０の両末端が挿入され得る。収容部６４８の長さ方向の両末端と冷却ホース６５０の両末端との連結部位は水密性の確保のために密封され得る。例えば、冷却ホース６５０と収容部６４８との連結部位にはガスケットが提供され、ガスケットを通じて二つの部材間の水密性が確保され得る。他の例として、冷却ホース６５０の両末端には冷却ホース６５０の末端で円周方向に伸びる拡張部が形成され得、拡張部は収容部６４８の末端に挿入されて本体６４０の内側に位置することによって冷却ホース６５０と本体６４０との間の結合を補完することができる。また他の例として、冷却ホース６５０の末端には円周方向に伸びる第１拡張部および前記第１拡張部と離隔した第２拡張部が形成され得る。第１拡張部は本体６４０の内側に位置し、第２拡張部は本体６４０の外側に位置することができ、二つの拡張部が本体６４０と密着することによって、冷却ホース６５０と本体６４０との間の結合は一層補完されることもできる。また、この時、拡張部、第１拡張部または第２拡張部には突起が形成され得、突起を通じて本体６４０の一側面とより密着して結合されることもできる。

冷却ホース６５０は本体６４０と連結されて、電池セルの放熱を実現する冷却水に流路を提供することができる。冷却ホース６５０にはインレット／アウトレットポート６３０から流入された冷却水が移動することができる。冷却ホース６５０はインレット／アウトレットポート６３０と近く位置した本体６４０から冷却水の供給を受けることができる。

冷却ホース６５０は下部板６２０の開口部６２２と対応するように位置することができる。図１８に示されたように下部板６２０に冷却部材６００の長さ方向と平行な直線に沿って４行の開口部６２２が形成された場合、冷却ホース６５０は開口部６２２の各行と対応するように４個が提供され得る。ここで、「行」とは、冷却部材６００の長さ方向に平行な一直線に沿ってひきつづいて位置した開口部６２２を総称するものであり得る。

図２２を参照すれば、冷却ホース６５０は内部火災の発生時に溶融または破断されることによって電池セルに向かって内部冷却水を投入することができる。電池セルの発火時、開口部６２２と対応する冷却ホース６５０の一部は溶融または破断されることによって開放され、これにより冷却水が重力方向に噴射、噴出、投入されることによって冷却部材６００の下側に位置した電池セルの火災が鎮圧され得る。一方、このような効果を実現するためには冷却ホース６５０が装着される収容部６４８も下部板６２０の開口部６２２と対応するように形成されなければならない。

冷却ホース６５０は金属で製造される下部板６２０よりも熱により溶融されたり圧力により破断されやすい素材で製造され得る。例えば、冷却ホース６５０は３００℃以下の溶融点を有する素材で製造され得る。具体的な例として、冷却ホース６５０はポリアミド（ＰＡ）を含むように製造され得る。具体的な他の例として、冷却ホース６５０は２００℃以下の溶融点を有する熱可塑性の高分子樹脂を含むように製造され得る。前記熱可塑性の高分子樹脂の例としては、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）など溶融点が約１００℃以上２００℃以下である物質が挙げられる。

一方、前述した効果を実現するために、冷却ホース６５０を別途に製造せずに、本体６４０の一部が破断されて冷却水が投入されるようにする構成も可能であろう。しかし、本体６４０が内部に流入される冷却水の圧力に耐え、形態を維持するために本体６４０は十分な剛性を有する素材で製造されなければならないため、熱に溶融されたり圧力により破断されやすい素材で製造されることは冷却部材６００の全体的な耐久性を低下させ得るという問題がある。したがって、本実施形態のように、熱に簡単に破断され得る冷却ホース６５０を本体６４０と別途に構成することが、全体冷却部材６５０の性能を向上させるのに好ましい。

固定部材６６０は下部板６２０と本体６４０および冷却ホース６５０を固定することによって冷却部材６００の剛性を補完するためのものであり得る。固定部材６６０は下部板６２０との結合を通じて本体６４０および冷却ホース６５０の位置を固定することができる。

固定部材６６０は長さを有するストラップの形態で提供され得る。固定部材６６０は冷却部材６００の幅方向と平行に位置することができる。固定部材６６０は冷却部材６００の長さ方向に沿って複数個で提供され、複数の固定部材６６０は均一な間隔で配置され得る。

固定部材６６０は冷却部材６００の形状を維持するために剛性が高い素材で製造され、一例として金属で製造され得る。

固定部材６６０は冷却部材６００の幅方向の両末端に結合され得る。固定部材６６０は冷却部材６００の幅方向の中央に結合され得る。固定部材６６０は、固定部材６６０の長さ方向の両末端にそれぞれ形成された末端結合部６６２、および固定部材６６０の長さ方向の中央に形成された中央結合部６６４を含むことができる。末端結合部６６２および中央結合部６６４は冷却部材６００でリベットのような締結部材を通じて締結される部分を称するものであり得る。末端結合部６６２および中央結合部６６４には締結部材が挿入され得る締結具が形成され得る。

固定部材６６０は下部板６２０の幅方向の両末端に結合され得る。固定部材６６０は下部板６２０の幅方向の中央に結合され得る。末端結合部６６２は下部板６２０の幅方向の両末端に位置した突出部６２４と結合され得る。中央結合部６６４は下部板６２０の幅方向の中央に位置した土手６２６と結合され得る。末端結合部６６２および中央結合部６６４は固定部材６６０の他の部分と段差を有するように形成され得、固定部材６６０の他の部分より多少低い高さを有することができる。突出部６２４と土手６２６の形状を考慮する時、末端結合部６６２は中央結合部６６４よりも大きい段差を有するように形成され得る。

このように、冷却部材６００の製造時に固定部材６６０を使用する場合、溶接工程による結合方式などと比較して製造過程中に過度な熱が発生しないため、温度に脆弱な特定素材が製造過程中に変形されないことができる。したがって、固定部材６６０を利用することによって冷却部材６００は性質が異なる２個以上が素材を含むように製造され得、冷却ホース６５０のように多様な素材および形状の構造が冷却部材６００に適用され得、冷却部材６００の設計がより容易かつ多様になり得る。

以下、本発明の他の実施形態による冷却部材の製造方法について説明する。以下で説明される冷却部材６００の製造方法は、前述した冷却部材６００に関する内容を全て含むところ、重複する内容については詳しい説明を省略する。

再び図２０を参照すれば、本発明の他の実施形態による冷却部材の製造方法は、下部板６２０を準備する段階、下部板６２０の上面に本体６４０を装着する段階、本体６４０に冷却ホース６５０を装着する段階、および固定部材６６０を下部板６２０と結合する段階を含むことができる。

下部板６２０を準備する段階は、下部板６２０に開口部６２２を形成する段階を含むことができ、実施形態により下部板６２０にインレット／アウトレットポート６３０を装着する段階をさらに含むことができる。

下部板６２０に本体６４０を装着する段階は、下部板６２０と本体６４０を接合する過程であって、溶接のような接合工程により行われ得る。下部板６２０と本体６４０の接合に溶接工程が利用される場合、下部板６２０と本体６４０の素材が類似しているほど溶接温度による一部の部材の変形または損傷を最小化することができ、冷却部材６００のサイズ安全性を確保することができる。

本体６４０に冷却ホース６５０を装着する段階は、本体６４０の収容部６４８に冷却ホース６５０を挿入する段階、冷却ホース６５０の両末端を収容部６４８の両末端と連結する段階を含むことができる。ここで、冷却ホース６５０と収容部６４８との連結部位は密封され得る。

固定部材６６０を下部板６２０と結合する段階は、固定部材６６０の末端結合部６６２を下部板６２０の両末端と結合する段階、および固定部材６６０の中央結合部６６４を下部板６２０の中央と結合する段階を含むことができる。ここで、下部板６２０の両末端は幅方向の末端を意味するものであり、下部板６２０の両末端には突出部６２４が位置することができる。また、下部板６２０の中央は幅方向の中央を意味するものであり、下部板６２０の中央には土手６２６が位置することができる。

一方、以上で具体的に言及されていないが、本発明のまた他の実施形態による冷却部材６００は電池モジュールまたは電池パック内に装着され得る。
本発明のまた他の実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルからなる電池セル積層体およびこれを収容するモジュールフレームを含み、モジュールフレームと電池セル積層体との間に冷却部材６００が提供され得る。

本発明のまた他の実施形態による電池パックは、多様な形態で提供され得る。

一例として、本発明のまた他の実施形態による電池パックは、前述した電池モジュールを少なくとも一つ以上含むことができる。本例の電池パックは、パックフレームおよびパックフレーム内に装着された少なくとも一つの電池モジュールを含むことができ、電池モジュールは、電池セル積層体、モジュールフレームおよび電池セル積層体とモジュールフレームとの間に位置する冷却部材を含むことができる。

他の例として、本発明のまた他の実施形態による電池パックは、電池セル積層体およびこれを収容するモジュールフレームが含まれている少なくとも一つの電池モジュール、冷却部材６００および電池モジュールと冷却部材６００を収容するパックフレームを含むことができる。つまり、本例では冷却部材６００が電池モジュールの外部に提供され得る。冷却部材６００は電池モジュールのモジュールフレームとパックフレームとの間に提供され、電池モジュール内外部の発火時に電池モジュールに向かって冷却水が投入され得る。

また他の例として、本発明のまた他の実施形態による電池パックは、電池セル積層体およびこれを収容するパックフレームを含むことができ、電池セル積層体とパックフレームとの間に冷却部材６００が提供され得る。

ここで、電池セル積層体はモジュールフレームなどにより密閉されないモジュールレス（Ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造で提供され得る。電池セル積層体は開放された構造で提供され得る。この時、電池セル積層体は側面プレートまたはホールディングストラップのような固定部材を通じてその外形が維持される状態で提供され得、このような形態の電池セル積層体はセルブロックと称され得る。

通常、電池パックは、電池セル積層体およびこれと連結された多くの部品を組み立てて電池モジュールを形成し、複数の電池モジュールが再び電池パックに収容される二重組立構造で形成され得る。この時、電池モジュールはその外面を形成するモジュールフレームなどを含むため、従来の電池セルは、電池モジュールのモジュールフレームおよび電池パックのパックフレームにより二重保護されるようになる。しかし、このような二重組立構造は、電池パックの製造単価および製造工程を増加させるだけでなく、一部の電池セルで不良が発生する場合、再組立性が落ちるという短所がある。また冷却部材などが電池モジュールの外部に存在する場合、電池セルと冷却部材との間の熱伝達経路が多少複雑になるという問題がある。そこで、本実施形態の電池セル積層体は、モジュールフレームにより密閉されない構造で提供され、電池パックのパックフレームに直接的に結合され得る。これにより、電池パックの構造がより単純になり、製造単価および製造工程上の利点を獲得することができ、電池パックの軽量化が達成される効果を有することができる。また、ここで、電池セル積層体がモジュールレス構造で提供されることによって、電池セル積層体はパックフレーム内の冷却部材６００とより近く位置することができ、冷却部材６００による放熱がより簡単に達成され得る。

その他の本発明のまた他の実施形態による冷却部材６００が電池モジュールまたは電池パック内に装着される場合に関する説明は、図１４および１５に関する説明を参照するところ、重複する内容については詳しい説明を省略する。

また、本発明によれば、図１乃至図１５で前述した冷却部材５００および図１６乃至図２２で前述した冷却部材６００にそれぞれ限定されず、これらを結合して実施する場合も、例えば、図１乃至図１５で前述した冷却部材５００を同一にまたは一部変形して図１６乃至図２２で前述した冷却部材６００の本体６４０に適用するなどの方式によっても、含むなど多様な変形、変更が可能である。

一方、以上で具体的に言及されてはいないが、本発明の一実施形態による電池パックは、電池の温度や電圧などを管理する電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）および／または冷却装置などを追加的に含むことができる。

本発明の一実施形態による電池パックは、多様なデバイスに適用され得る。例えば、電池パックが適用されるデバイスは、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段であり得る。しかし、前述したデバイスがこれに制限されるのではなく、前述した例示以外に多様なデバイスに本実施形態による電池パックを使用することができ、これも本発明の権利範囲に属する。

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、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

１００：電池モジュール
１１０：電池セル
１２０：電池セル積層体
１３０：側面プレート
１４０：ホールディングストラップ
１５０：バスバーフレーム
２００：パックフレーム
３００：樹脂層
４００：エンドプレート
５００：冷却部材
５１０：上部板
５１４：屈曲部
５２０：下部板
５２２：脆弱部
５３０：インレット／アウトレットポート
５４０：密封部
５５０：流路形成溝
５６０：変形防止溝
６００：冷却部材
６２０：下部板
６３０：インレット／アウトレットポート
６４０：本体
６５０：冷却ホース
６６０：固定部材

Claims (28)

1. 複数の電池セルが積層された電池セル積層体の上部に位置する冷却部材において、
   上部板、下部板、前記上部板と前記下部板との間の内部空間に内蔵された冷却水を含み、
   前記下部板は、脆弱部が形成された第１部分、前記脆弱部が形成されない第２部分を含み、
   前記第１部分の厚さは前記第２部分の厚さより小さい、冷却部材。
2. 前記脆弱部は、長辺と短辺とを有し、
   前記長辺は前記電池セルの積層方向に沿って伸びる、請求項１に記載の冷却部材。
3. 前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さの半分以下である、請求項１に記載の冷却部材。
4. 前記第１部分の厚さは、０．０３乃至０．０７ｍｍである、請求項１に記載の冷却部材。
5. 前記脆弱部は、第１脆弱部、および前記第１脆弱部と離隔した第２脆弱部を含み、
   前記第１脆弱部の厚さと前記第２脆弱部の厚さとは同一である、請求項１に記載の冷却部材。
6. 前記下部板は、互いに厚さが異なる第１層および第２層を接合することによって形成され、
   前記第１部分の厚さは前記第１層の厚さと対応し、
   前記第２部分の厚さは前記第１層および前記第２層の厚さと対応する、請求項１に記載の冷却部材。
7. 前記第１層および第２層のうちの一つは、クラッド金属を含む、請求項６に記載の冷却部材。
8. 前記上部板、前記第１層および第２層のうちの少なくとも一つは、クラッド金属を含む、請求項６に記載の冷却部材。
9. 前記第１層と第２層とはブレージング工程を通じて接合される、請求項６に記載の冷却部材。
10. 前記上部板と前記第１層と第２層とはブレージング工程を通じて接合される、請求項６に記載の冷却部材。
11. 前記上部板は、屈曲部を含み、
    前記屈曲部の山は前記第１部分と対応し、
    前記屈曲部の谷は前記第２部分と対応する、請求項１に記載の冷却部材。
12. 複数の電池セルが積層された電池セル積層体の上部に位置する冷却部材において、
    複数の開口部が形成された下部板、
    冷却水の流路を提供する本体、および
    前記下部板と前記本体とを固定する固定部材を含み、
    前記本体には少なくとも一つの冷却ホースが装着され、
    前記冷却ホースは所定の温度または圧力以上で溶融されるか又は破断される冷却部材。
13. 前記冷却ホースは前記下部板の開口と対応するように位置する、請求項１２に記載の冷却部材。
14. 前記冷却ホースは前記冷却部材の長さ方向に沿って伸びる形状を有する、請求項１２に記載の冷却部材。
15. 前記冷却ホースは３００℃以下の溶融点を有する素材で製造される、請求項１２に記載の冷却部材。
16. 前記本体には前記冷却ホースを収容するための収容部が備えられる、請求項１２に記載の冷却部材。
17. 前記冷却ホースの長さ方向の両末端は前記収容部の長さ方向の両末端とそれぞれ連結される、請求項１６に記載の冷却部材。
18. 前記下部板の中央には前記冷却部材の長さ方向に伸びる土手が形成され、前記本体は前記下部板で前記土手が形成されていない位置に装着される、請求項１２に記載の冷却部材。
19. 前記固定部材は、ストラップの形態で提供され、前記冷却部材の幅方向と平行に位置する、請求項１２に記載の冷却部材。
20. 前記固定部材は、前記下部板の幅方向の両末端と結合する末端結合部、および前記下部板の幅方向の中央と結合する中央結合部を含む、請求項１９に記載の冷却部材。
21. 前記末端結合部および前記中央結合部は、前記固定部材の他の部分と段差を有するように形成される、請求項２０に記載の冷却部材。
22. 前記冷却部材は、内部空間に冷却水を注入するためのインレットポートおよびアウトレットポートをさらに含み、
    前記インレットポートおよび前記アウトレットポートは外部の熱交換機と連結され、
    前記インレットポートおよび前記アウトレットポートを通じて前記冷却部材の冷却水が循環する、請求項１２に記載の冷却部材。
23. 前記本体は、前記インレットポートおよび前記アウトレットポートそれぞれに対応する部分に分岐された形状を有する、請求項２２に記載の冷却部材。
24. 請求項１または１２に記載の冷却部材を含む、電池モジュール。
25. 前記冷却部材の上部板は前記電池モジュールの外形を形成するモジュールフレームの上面と一体化された、請求項２４に記載の電池モジュール。
26. 請求項１または１２に記載の冷却部材を含む、電池パック。
27. 前記電池パックは、開放型構造の電池モジュールを含む、請求項２６に記載の電池パック。
28. 前記冷却部材の上部板は前記電池パックの外形を形成するパックフレームの上面と一体化された、請求項２６に記載の電池パック。

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