JP2024514923A - 電池パックおよびこれを含むデバイス - Google Patents

Abstract

本発明の一実施例による電池パックは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体と、前記電池セル積層体を収容するパックフレームと、前記電池セル積層体の上側に位置し、冷却水を含む冷却部材と、前記電池セル積層体と前記冷却部材との間に位置するフォームパッドとを含み、前記冷却部材の下部板には、所定の温度または圧力以上で破断または溶融する脆弱部が少なくとも１つ形成され、前記冷却部材の脆弱部が開放されることによって、前記電池セル積層体に向かって排出される冷却水の移動経路は、前記フォームパッドによって案内される。

Description

［関連出願との相互参照］
本出願は、２０２２年２月１７日付の韓国特許出願第１０－２０２２－００２０７６７号に基づく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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、電池パックおよびこれを含むデバイスに関し、より具体的には、連鎖的な熱暴走現象を防止するための電池パックおよびこれを含むデバイスに関する。

現代社会では、携帯電話、ノートパソコン、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化されるにつれ、このようなモバイル機器に関連する分野の技術開発が活発になっている。また、充放電可能な二次電池は、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策で、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ことから、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、自己放電率が低く、エネルギー密度が高いというメリットがあり、最も多く注目されている。

一方、小型デバイスに用いられる二次電池の場合、主に２－３個の電池セルが用いられるが、自動車などのような中大型デバイスに用いら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）が用いられる。中大型電池モジュールは、できるだけ小さい大きさと重量で製造されることが好ましいので、高い集積度で積層可能であり、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用いられている。

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、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、温度上昇が過度の場合、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、電池モジュールの外部に高温の熱、ガスまたは火炎が放出されうるが、この時、１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お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、これによって、電池パック内で連続した熱暴走現象が発生しうる。

このような熱暴走現象を防止するために、最近は、電池モジュール内に火災が発生した時、冷却水を注入することによって火災を鎮圧する方法が開発されている。しかし、投入された冷却水が熱暴走発生位置に集中しない場合、投入された冷却水の量に比べて火災鎮圧効果がやや低下する問題がある。

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し、投入された冷却水が効率的に活用できる新たな構造が必要なのが現状である。

本発明が解決しようとする課題は、内部発火時、適時適所に冷却水を投入することができ、投入された冷却水を火災発生部位の周辺に集中させる電池パックおよびこれを含むデバイスを提供することである。

しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は上述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的思想の範囲で多様に拡張可能である。

本発明の一実施例による電池パックは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体と、前記電池セル積層体を収容するパックフレームと、前記電池セル積層体の上側に位置し、冷却水を含む冷却部材と、前記電池セル積層体と前記冷却部材との間に位置するフォームパッドとを含み、前記冷却部材の下部板には、所定の温度または圧力以上で破断または溶融する脆弱部が少なくとも１つ形成され、前記冷却部材の脆弱部が開放されることによって、前記電池セル積層体に向かって排出される冷却水の移動経路は、前記フォームパッドによって案内される。

前記フォームパッドは、少なくとも１つの開口部を含み、前記フォームパッドの開口部は、前記脆弱部に対応することができる。

前記電池セル積層体に向かって排出された冷却水の一部は、前記フォームパッドに吸収される。

前記電池セル積層体は、複数であり、前記フォームパッドは、それぞれの前記電池セル積層体にすべて対応することができる。

前記下部板には複数の開口部が形成され、前記開口部は、密封部材によって閉鎖され、前記脆弱部は、前記下部板において前記密封部材によって閉鎖された前記開口部が位置する部分であってもよい。

前記冷却部材は、冷却水の流路を提供する冷却チューブと、前記冷却チューブに装着された冷却ホースとを含み、前記下部板には複数の開口部が形成され、前記冷却ホースは、前記開口部に対応するように位置し、前記脆弱部は、前記下部板において前記冷却ホースによって閉鎖された前記開口部が位置する部分であってもよい。

前記下部板と前記冷却チューブは、ストラップ形状の固定部材によって連結される。

前記下部板は、前記脆弱部が形成された第１部分と、前記脆弱部が形成されない第２部分とを含み、前記第１部分の厚さ値は、前記第２部分の厚さ値より小さい。

前記第１部分の厚さ値は、前記第２部分の厚さ値の半分以下であってもよい。

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層の厚さに対応し、前記第２部分の厚さは、前記第１層および前記第２層の厚さに対応することができる。

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

前記冷却部材は、前記冷却部材の内部空間に冷却水を注入するためのイン／アウトポートをさらに含み、前記イン／アウトポートは、外部の熱交換器に連結され、前記イン／アウトポートを介して前記冷却部材の冷却水が循環することができる。

前記冷却部材の上部板は、前記パックフレームの上面であってもよい。

本発明の他の実施例によるデバイスは、上述した電池パックを含むことができる。

実施例によれば、電池パック内部の冷却部材から熱暴走が発生した電池セルに冷却水が投入され、フォームパッドによって投入される冷却水が火災部位の周辺に集中することによって内部火災が迅速に鎮圧され、連続した熱暴走現象が防止できる。

本発明の効果は以上に言及した効果に制限されず、言及されていないさらに他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

本発明の一実施例による電池パックを示す分解斜視図である。 本発明の一実施例による電池パックを示す分解斜視図である。 図１による電池パックに含まれているセルブロックの斜視図である。 図１による電池パックに含まれている冷却部材の下部板を示す図である。 熱暴走現象前の冷却部材およびフォームパッドの変化を説明するための図である。 熱暴走現象後の冷却部材およびフォームパッドの変化を説明するための図である。 図１の電池パックにフォームパッドが提供されない場合において、熱暴走現象後の変化を説明するための図である。 本発明の他の実施例による電池パックに含まれている冷却部材の斜視図である。 図８による冷却部材に含まれている下部板とカバーフィルムとの結合を示す図である。 本発明のさらに他の実施例による電池パックに含まれている冷却部材の下部板の斜視図である。 図１０のＡ－Ａ切断面の例を示す図である。 図１０による冷却部材の変形例を説明するための下部板の断面図である。 図１０による冷却部材の他の変形例を説明するための下部板の断面図である。 図１０による冷却部材のさらに他の変形例を説明するための冷却部材の断面図である。 本発明のさらに他の実施例による電池パックに含まれている冷却部材の斜視図である。 本発明のさらに他の実施例による電池パックに含まれている冷却部材の上面図である。 図１５による冷却部材に含まれている下部板と冷却チューブおよび冷却ホースとの結合を示す図である。 図１６による冷却部材のＢ－Ｂ線に沿ったものを示す図であって、冷却チューブおよび冷却ホースに冷却水が流入したり、これから流出することを示す図である。 図１６による冷却部材のＢ－Ｂ線に沿った断面を示す図であって、電池セルの発火時、冷却ホースによる冷却水の投入を示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施例について、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できるように詳細に説明する。本発明は以下に説明したもの以外にも種々の異なる形態で実現可能であり、本発明の範囲はここで説明する実施例によって限定されない。

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の参照符号を付す。

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ているので、本発明の内容が図示の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は、様々な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は、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、当該層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直上に」ある場合のみならず、その間にさらに他の部分がある場合も含むと解釈されなければならない。これとは逆に、当該層、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、その間に他の部分がないことを意味することができる。なお、基準となる部分の「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、必ずしも重力の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」あると説明するのと同様に、他の部分の「下に」あると説明するのも、上述した内容を参照して理解されるであろう。

さらに、特定部材の上面／下面は、どの方向を基準とするかによって異なって判断され得るので、明細書全体において、「上面」または「下面」は、当該部材においてｚ軸上向かい合う２面を意味するものと定義する。

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」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。

さらに、明細書全体において、「平面上」とする時、これは当該部分を上から見た時を意味し、「断面上」とする時、これは当該部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。

以下、本発明の一実施例による電池パックについて説明する。

通常、従来の電池パックは、電池セル積層体およびこれに連結された様々な部品を組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さらに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ので、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って二重に保護される。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した場合、再組立性が低下するというデメリットがある。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やや複雑になる問題がある。

そこで、本実施例の電池セル積層体は、モジュールフレームによって密閉されない構造で提供可能であり、電池パックのパックフレームに直接的に結合できる。これによって、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得ることができ、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、これによって、電池セル積層体は、パックフレーム内の冷却部材とより近く位置することができ、冷却部材による放熱がより容易に達成できる。

したがって、以下に説明する「電池パック」は、電池セル積層体およびこれを収容するフレームを含む構造であるので、従来のような密閉された電池モジュールを含むと限定されず、電池セル積層体およびこれに連結された様々な部品が組立てられた構造を広く称することができる。このような観点から、本実施例の電池パックは、必要に応じて、電池モジュールと称されてもよい。

図１および図２は、本発明の一実施例による電池パックを示す分解斜視図である。図３は、図１による電池パックに含まれているセルブロックの斜視図である。図４は、図１による電池パックに含まれている冷却部材の下部板を示す図である。図５および図６は、熱暴走現象前後の冷却部材およびフォームパッドの変化を説明するための図である。図７は、図１の電池パックにフォームパッドが提供されない場合において、熱暴走現象後の変化を説明するための図である。

図１～図３を参照すれば、本発明の一実施例による電池パック１０００は、少なくとも１つのセルブロック１００と、セルブロック１００を収容するパックフレーム２００と、パックフレーム２００の内部面に形成された樹脂層３００と、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と、パックフレーム２００とセルブロック１００との間に配置された冷却部材５００と、冷却部材５００とセルブロック１００との間に位置するフォームパッド７００とを含むことができる。しかし、電池パック１０００が含む構成要素はこれに限定されるものではなく、設計により、電池パック１０００は、上述した構成要素の一部が省略された状態で提供されてもよく、言及されてい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。

本実施例による電池パック１０００は、フレームなどによって密閉されないセルブロック１００を含むことができる。セルブロック１００は、従来の電池モジュールにおいてモジュールフレームが省略された構造と類似していてもよいし、これによって、「開放された構造」の電池モジュールまたは「モジュールレス構造」の電池モジュールと称されてもよい。

セルブロック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と、電池セル積層体１２０の積層方向上両端に位置する側面プレート１３０と、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と、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とを含むことができる。

電池セル１１０はそれぞれ、電極組立体と、セルケースと、電極組立体から突出した電極リードとを含むことができる。電池セル１１０は、単位面積あたりに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る。一方、図１～図３には、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ことを示したが、必ずしもその限りでなく、電池セル１１０の電極リードが同一の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ってもよい。複数の電池セル１１０が積層された方向（以下、「積層方向」と称される）は、図１～図３に示されているように、ｙ軸方向（または－ｙ軸方向であってもよいし、以下、「軸方向」という表現が＋／－方向をすべて含むと解釈できる）であってもよい。

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かい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において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てもよいし、図１～図３にて、電池セル積層体１２０の前面および後面は、ｘ軸上で互いに向かい合う２面として示されている。また、電池セル積層体１２０において最外郭電池セル１１０が位置する面は、電池セル積層体１２０の側面と称されてもよいし、電池セル積層体１２０の側面は、ｙ軸上で互いに向かい合う２面として示されている。

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れるものである。側面プレート１３０は板状型部材であって、モジュールフレームの代わりにセルブロック１００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の積層方向上両端に配置され、電池セル積層体１２０の両側の最外郭電池セル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、多様な製造方法により提供可能である。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ってもよい。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る。さらに他の例として、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できるように弾性を有する物質で製造される。

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ってもよい。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ってもよい。具体的には、電池セル積層体１２０は、最外郭電池セル１１０と接触する２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を横断して２つの側面プレート１３０を連結することができる。これによって、ホールディングストラップ１４０は、２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し、これによって、セルブロック１００の全体的な形状が一定範囲内に維持できる。

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、その長手方向上両末端にフックを有することができる。フックは、ホールディングストラップ１４０の長手方向上両末端が曲がることによって形成される。一方、側面プレート１３０には、フックに対応する位置に係止溝が形成され、フックと係止溝との結合によりホールディングストラップ１４０と側面プレート１３０とが安定的に結合できる。

ホールディングストラップ１４０は、多様な素材でまたは多様な製造方法により提供可能である。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、これによって、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れば、図示のものと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、２つの側面プレート１３０の間を横断できる長いボルト、つまり、ロングボルト（ｌｏｎｇ ｂｏｌｔ）の形態で提供される。側面プレート１３０には、ロングボルトが挿入できる溝が備えられ、ロングボルトは、溝を介して２つの側面プレート１３０と同時に結合することによって、２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、側面プレート１３０の頂点に近い位置に提供される。設計により、ホールディングストラップ１４０が上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とロングボルトともがセルブロックに提供されることも可能であろう。

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の一面をカバーすると同時に、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ってもよい。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にはバスバーが装着され、これによって、電池セル積層体１２０の電極リードがバスバーに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る。

バスバーフレーム１５０は、電気的に絶縁の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のを防止することができる。

パックフレーム２００は、セルブロック１００およびこれに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ってもよい。パックフレーム２００は、セルブロック１００およびこれに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、内部面によって定義される。

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る。例えば、図１に示されているように、複数のセルブロック１００が電池セル１１０の積層方向に沿って連続して位置し、パックフレーム２００は、上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字形状で提供される。板形状の下部フレーム２１０には少なくとも１つのセルブロック１００が配置され、Ｕ字形状の上部フレーム２２０がセルブロック１００の上面およびｘ軸上の２面を囲むように提供される。また、上部フレーム２２０および下部フレーム２１０のいずれか１つが電池パック１０００のｙ軸上の２面を囲むように形成されてもよいし、この場合には、エンドプレート４００が省略可能である。しかし、図１に示されたパックフレーム２００の形状は例示に過ぎず、パックフレーム２００がモノフレームとして提供されたり、下部フレーム２１０がＵ字形状で提供され、上部フレーム２２０が板形状で提供されるなど、上述したものと異なる形態で提供されてもよい。

パックフレーム２００は、内部空間から発生する熱を外部に迅速に放出するために熱伝導率の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、熱伝導率の高い金属で製造され、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ってもよい。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、絶縁性塗装が適用可能である。パックフレーム２００において絶縁フィルムまたは絶縁性塗装が適用された部分は、絶縁部と称されてもよい。

セルブロック１００とパックフレーム２００の内部面との間には樹脂層３００が提供される。樹脂層３００は、セルブロック１００の底面と下部フレーム２１０との間に提供される。樹脂層３００は、セルブロック１００の上面と上部フレーム２２０との間に提供される。また、樹脂層３００は、後述する冷却部材５００と上部フレーム２２０との間に提供されてもよい。

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ってもよい。しかし、必ずしもその限りでなく、樹脂層３００は、板状型で提供される部材であってもよい。

樹脂層３００は、多様な物質で製造され、その物質に応じて樹脂層３００の機能が異なる。例えば、樹脂層３００は、絶縁性物質で形成されてもよいし、絶縁性樹脂層３００を介してセルブロック１００とパックフレーム２００との間の電子移動が防止可能である。他の例として、樹脂層３００は、熱伝導性物質で形成される。熱伝導性物質で製造された樹脂層３００は、電池セル１１０から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／伝達できるようにする。さらに他の例として、樹脂層３００は、接着物質を含むことができ、これによって、セルブロック１００とパックフレーム２００とが互いに固定できる。具体例として、樹脂層３００は、シリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）系素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎｅ）系素材およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）系素材の少なくとも１つを含むように提供される。

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、セルブロック１００およびこれに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ってもよい。エンドプレート４００の各角は、パックフレーム２００の対応する角と溶接などの方法で結合できる。エンドプレート４００は、パックフレーム２００の開放された２面を密閉するように２つが提供され、所定の強度を有する金属物質で製造される。

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が装着される。

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下させるために提供されるものである。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であってもよい。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等に冷却される。この時、冷却部材５００に使用される冷却水は、公知のものの１つまたはそれらの混合物を使用することができ、冷却部材５００の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、公知のもののいずれを使用しても構わない。

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る。具体的には、冷却部材５００は、電池セル積層体の上部（図１の＋ｚ軸方向）に位置することができる。しかし、必ずしもその限りでなく、設計により、冷却部材５００は、電池セル積層体の下部（－ｚ軸上方向）に位置したり、または側部（＋／－ｙ軸上方向）に位置してもよい。

冷却部材５００は、冷却部材５００の外形を形成する上部板５１０および下部板５２０と、冷却部材５００の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と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することができる。

上部板５１０および下部板５２０は、板状型で提供される。また、上部板５１０または下部板５２０は、板状型で提供されかつ、その中央部分は陥没または湾入して周縁部分と段差を有するように形成される。具体的には、上部板５１０または下部板５２０は、幅方向上断面を基準として、窪み形状を有することができる。これは、上部板５１０または下部板５２０が冷却水を収容するために、段差により内部空間を形成したものであってもよい。ここで、上部板５１０または下部板５２０の幅方向は、上部板５１０または下部板５２０の短辺と平行な方向であってもよい。

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または下部板５２０は、熱伝導率の高い素材で提供される。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、剛性の高い金属で製造可能であり、その具体例としては、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、本明細書の図面において、上部板５１０は、パックフレーム２００と別途の構成で示されたが、電池パック１０００の軽量化または熱伝導率の向上のために、上部板５１０がパックフレーム２００の上面に代替され、冷却部材５００がパックフレーム２００と一体化された構造で提供されてもよい。

冷却水は、並んで位置したインレットポート５３２を介して供給されてアウトレットポート５３４に排出される。冷却部材５００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５３０と連結された外部の熱交換器に連結されて、持続的に循環するように設計できる。インレットポート５３２とアウトレットポート５３４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、電池パック１０００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ってもよい。また、これは、インレットポート５３２の周辺とアウトレットポート５３４の周辺との温度差を最小化するためのものであってもよい。具体的には、インレットポート５３２に流入する冷却水は、最も低い温度を有し、アウトレットポート５３４に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が隣接して配置されると、相互間に熱交換が現れることによって、冷却部材の内部空間を流れる全体冷却水の温度偏差が最小化できる。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。

一方、本実施例の冷却部材５００には少なくとも１つの脆弱部６００が形成される。

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の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うるので、従来は、電池モジュールおよび電池パックの外部に別途の水タンクを備え、センサを介して電池セルの発火が確認される時にのみ、水タンクから延びたノズルなどを通し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ていた。

しかし、水タンクは、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、正常に動作しても多くの判断過程を経なければならないので、時間が多くかかっていた。冷却水の投入が決定された後でも、水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に至るまでの経路がやや長い場合には、水タンクから電池セルに冷却水が迅速に提供されにくく、従来の注水システムが、急速に進行する連続した熱暴走現象を抑えにくいのが現状であった。したがって、本実施例では、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できるように、冷却部材５００に所定の温度または圧力で溶融または破断する脆弱部６００を形成することができる。

脆弱部６００は、所定の温度または圧力で溶融または破断する部分を称するものであってもよい。脆弱部６００は、電池パック１０００の内部発火時に開放されることによって、冷却水が火災場所に直ちに供給されるようにするための構成であって、多様な構造で提供可能である。

例えば、図４～図６を参照すれば、下部板５２０は、少なくとも１つの開口部５２１を含むことができ、開口部５２１は、密封部材５２９で密閉される。密封部材５２９は、熱暴走現象前に開口部５２１を密閉することによって冷却水の流出を防止し、熱暴走現象後に溶融または破断することによって、冷却部材５００内の冷却水が電池セル１１０に向かって投入できるようにする。

本実施例において、脆弱部６００は、下部板５２０において開口部５２１が位置した部分を称するものであってもよい。脆弱部６００は、下部板５２０において密封部材５２９が位置した部分を称するものであってもよい。脆弱部６００は、下部板５２０において密封部材５２９によって密閉された開口部５２１が形成された部分を称するものであってもよい。

密封部材５２９は、所定の温度または圧力で溶融または破断する素材で製造される。例えば、密封部材５２９は、３００℃以下の融点を有する素材で製造される。具体例として、密封部材５２９は、ポリアミド（ＰＡ）を含むように製造される。具体的な他の例として、密封部材５２９は、２００℃以下の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、融点が約１００℃以上２００℃以下の物質が挙げられる。

密封部材５２９は、Ｉ形状で提供される。密封部材５２９の両末端の少なくとも一部は、下部板５２０の上面および下面と面接触することができ、これによって、密封部材５２９と下部板５２０との結合は容易に達成できる。設計により、密封部材５２９と下部板５２０の上面および下面とが接触する接触面に彫り上げまたは彫り下げの突起または溝が形成される。密封部材５２９に形成された突起または溝と、下部板５２０に形成された溝または突起とが互いに噛み合うことによって、冷却水の圧力による密封部材５２９の脱落がより効果的に防止できる。

一方、脆弱部６００の開放により冷却部材５００から電池セル１１０に向かって冷却水が排出されても、冷却水が火災部位の周辺に集中しなければ火災鎮圧が迅速に達成されにくい。したがって、本実施例の電池パック１０００は、冷却水を火災発生部位の周辺に集中させるフォームパッド７００を含むことができる。

フォームパッド７００は、冷却部材５００とセルブロック１００との間に位置することができる。フォームパッド７００は、冷却部材５００と電池セル積層体１２０との間に位置することができる。

フォームパッド７００は、脆弱部６００の開放時、冷却部材５００から排出される冷却水の流れを案内するためのものであってもよい。図６に示されているように、第１電池セル１１０Ａに熱暴走が発生した場合、熱暴走が発生した位置周辺の脆弱部６００だけが開放され、開放された脆弱部６００を通して排出される冷却水は、フォームパッド７００によって流れが制限されて第１電池セル１１０Ａに集中することができる。しかし、図７のように、フォームパッド７００が存在しない場合には、冷却水が電池セル積層体１２０の上面に広く拡散し、これによって、第１電池セル１１０Ａに十分な量の冷却水が供給されにくい。

フォームパッド７００は、少なくとも１つのパッド開口部７１０を含むことができる。パッド開口部７１０は、冷却部材５００の脆弱部６００に対応することができる。パッド開口部７１０が脆弱部６００に対応することによって、脆弱部６００から排出される冷却水がフォームパッド７００の妨げなしに第１電池セル１１０Ａに集中的に投入できる。

フォームパッド７００は、冷却部材５００から排出される冷却水の一部を吸収するためのものであってもよい。フォームパッド７００は、複数の気孔を含むものとして提供され、気孔を通して流体を吸収することができる。冷却部材５００から排出された冷却水がフォームパッド７００に吸収されると、第１電池セル１１０Ａの周辺に水分が残存し、これによって、第１電池セル１１０Ａの消火が迅速に達成できる。また、第１電池セル１１０Ａの上部に水分が残存することによって、第１電池セル１１０Ａから誘発されうるパーティクルまたはガスの放出が最小化できる。

フォームパッド７００は、電池パック１０００に含まれている電池セル積層体１２０に対応することができる。電池パック１０００に含まれている電池セル積層体１２０が複数の場合、フォームパッド７００は、複数の電池セル積層体１２０に対応することができる。この時、フォームパッド７００は、それぞれの電池セル積層体１２０に対応するように複数個が提供されてもよく、複数の電池セル積層体１２０に対応するように１つとして提供されてもよい。

以下、本発明の他の実施例による電池パックについて説明する。

以下に説明する実施例の電池パックは、冷却部材の構造が異なる以外は、上述した実施例の内容と同一である。したがって、本実施例を説明するにあたり、上述した実施例と共通する構成については同一の図面番号を付し、詳細な説明を省略する。

図８は、本発明の他の実施例による電池パックに含まれている冷却部材の断面を示す図である。図９は、図８による冷却部材に含まれている下部板とカバーフィルムとの結合を示す図である。

図８および図９を参照すれば、本実施例の冷却部材５００は、カバーフィルム５８０を含むことができる。カバーフィルム５８０は、電池セル１１０の発火前に下部板５２０の開口部５２１を閉鎖し、電池セル１１０の発火時に開口部５２１を開放するための構成であってもよい。電池セルの発火による温度および圧力によってカバーフィルム５８０が破断すると、冷却部材５００内部の冷却水が電池セルに向かって投入されることによって、火災が鎮圧できる。

本実施例において、脆弱部６００は、下部板５２０において開口部５２１が位置した部分を称するものであってもよい。脆弱部６００は、下部板５２０においてカバーフィルム５８０によって閉鎖された開口部５２１が形成された部分を称するものであってもよい。

カバーフィルム５８０は、所定の温度または圧力で溶融または破断する素材で製造される。カバーフィルム５８０は、上述した実施例の密封部材５２９と同一または類似の素材で製造される。

カバーフィルム５８０は、上部板５１０および下部板５２０の間に配置され、下部板５２０をカバーするように位置することができる。カバーフィルム５８０は、下部板５２０に付着することができる。カバーフィルム５８０の外郭形状は、全体的に下部板５２０の外郭形状と類似または同一であってもよい。カバーフィルム５８０の具体的な形状は、開口部５２１を除いた下部板５２０の形状と類似または同一であってもよい。

カバーフィルム５８０は、冷却水の重量による重力および冷却水の流れによる摩擦力に耐えられるように所定の厚さ以上を有することが好ましいが、カバーフィルム５８０が過度に厚い場合には、冷却部材５００の放熱性能を低下させうるので、適切な厚さに調節される必要がある。カバーフィルム５８０の厚さは、２ｍｍ以下、または１．５ｍｍ以下に製造されるが、カバーフィルム５８０の耐久性およびカバーフィルム５８０による放熱性能の低下を考慮する時、０．５～１．０ｍｍに製造されることが好ましい。カバーフィルム５８０の厚さが０．５ｍｍより小さければ、耐久性に問題が発生することがあり、カバーフィルム５８０の厚さが１．０ｍｍより大きければ、冷却部材５００の放熱性能を低下させることがある。

カバーフィルム５８０は、下部板５２０と結合されて配置されるので、カバーフィルム５８０の上面と上部板５１０の下面との間には冷却水が流れることができる。また、カバーフィルム５８０が冷却部材５００に付加されるとしても、インレット／アウトレットポート５３０による冷却水の流出入がカバーフィルム５８０によって制限されるのではないので、冷却部材５００内の冷却水は、その温度の恒常性のために、インレット／アウトレットポート５３０と連結された外部の熱交換器に連結されて、持続的に循環するように設計できる。

一方、下部板５２０より融点が低い素材で製造される密封部材５２９またはカバーフィルム５８０が冷却部材５００に提供される場合、冷却部材５００は、物性が異なる２つの素材を含むことができる。従来は、冷却部材５００の上部板５１０および下部板５２０が主にロウ付け（Ｂｒａｚｉｎｇ）またはレーザ溶接などによって結合されたので、このように冷却部材５００が２つ以上の素材が含まれるように設計された場合には、溶接工程中に１つの素材が変形しうるので、溶接工程が難しくなったり不可能な問題があった。また、レーザ溶接などを用いる場合、上部板５１０または下部板５２０に局部的な温度勾配が形成されうるので、これによって、上部板５１０または下部板５２０の少なくとも一部が曲がる問題があった。

したがって、本実施例の冷却部材５００は、このような問題を最小化するために、機械的締結方式により製造できる。本実施例の製造に使用される機械的締結方式は、熱を加えなかったり、冷却部材５００に提供される素材の融点より低い温度の熱を加えることによって、冷却部材５００を形成する素材の損傷を最小化することができる。

冷却部材５００に使用される機械式締結方式の一例としては、締結部材による結合であるリベットなどが挙げられる。冷却部材５００は、リベットのような締結部材を介して結合される複数の締結部を含むことができ、下部板５２０などには締結部材が挿入できる締結具が形成される。図９には、下部板５２０またはカバーフィルム５８０に形成された締結具の位置が点として例示されている。

冷却部材５００に使用される機械式締結方式の他の例としては、クリンチング（ｃｌｉｎｃｈｉｎｇ）が挙げられる。クリンチングは、パンチなどを用いて積層された２つの板状型部材の一面を加圧してその形状を変形させることによって、２つの部材を機械的に結合させる変形接合方法である。クリンチングは、その形状を考慮して浸透（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）接合と称されてもよい。

このように、冷却部材５００の製造時、溶接結合方式の代わりに機械式締結方式を適用すれば、製造過程中に過度の熱が発生しないので、冷却部材５００に意図せぬ変形が最小化され、予め設計された寸法と最終製品の寸法との差が減少することで寸法安定性が確保できる。特に、冷却部材５００に主に使用されてきたアルミニウム素材の場合、融点である６６０℃以上の温度が加えられると変形し始めるが、上述した機械式締結方式を適用すれば、冷却部材５００に融点以上の熱が加えられないので、冷却部材５００の寸法安定性がより向上できる。

また、冷却部材５００の製造時に機械式締結方式を適用すれば、温度に脆弱な特定の素材が製造過程中に変形しないので、多様な素材および形状の構造が冷却部材５００に適用可能であり、冷却部材５００の設計が容易かつより多様であり得る。

一方、冷却部材５００の製造時に機械式締結方式が適用された場合、上部板５１０および下部板５２０の間の水密性をより向上させるために、上部板５１０および下部板５２０の間には弾性部材５９０が位置することができる。従来の溶接結合方式を適用する場合には、熱にやや脆弱な弾性部材５９０が上部板５１０および下部板５２０の結合時に提供されにくかった。したがって、溶接工程を用いる場合には、溶接面の水密性を補完するために、主に上部板５１０および下部板５２０の結合後、追加工程によりシーラント（ｓｅａｌａｎｔ）などを塗布した。しかし、本実施例による冷却部材５００は、機械的結合方式により形成されるので、熱に脆弱な弾性部材５９０を上部板５１０および下部板５２０の結合工程中に共に結合することができ、これによって、製造工程の単純化および製造費用の節減などが達成できる。

弾性部材５９０は、冷却部材５００の周縁に配置される帯状弾性部材５９２を含むことができる。帯状弾性部材５９２は、上部板５１０と下部板５２０とが接触する面に提供され、上部板５１０と下部板５２０の水密性を向上させることができる。帯状弾性部材５９２は、上部板５１０と下部板５２０との結合時、外力によって圧縮されることによって、上部板５１０と下部板５２０との間に存在する隙間を埋めることができる。帯状弾性部材５９２は、前記隙間を通して冷却部材５００内部の冷却水が外部に流出するのを防止することができる。ここで、帯状弾性部材５９２は、ウォーターパッドと称されてもよい。

弾性部材５９０は、リング状弾性部材５９４を含むことができる。冷却部材５００がリベットなどによって形成される場合、締結部には締結具が形成されるので、締結部は、冷却部材５００の水密性を低下させうる問題がある。しかし、リング状弾性部材５９４を介して締結部の水密性が補完できる。カバーフィルム５８０が冷却部材５００に提供される場合、リング状弾性部材５９４は、カバーフィルム５８０上に位置することができ、締結部周辺の隙間を密閉することによって、冷却部材５００の水密性を向上させることができる。ここで、リング状弾性部材５９４は、「ウォーターリング」と称されてもよい。

弾性部材５９０は、弾性力がある柔軟な素材で製造される。弾性部材５９０は、製造される素材の一例としては、シリコーン系のフォームパッド、アクリル系のフォームパッドまたはウレタン系のフォームパッドなどが挙げられる。

以下、本発明のさらに他の実施例による電池パックについて説明する。

以下に説明する実施例の電池パックは、冷却部材の構造が異なる以外は、上述した実施例の内容と同一である。したがって、本実施例を説明するにあたり、上述した実施例と共通する構成については同一の図面番号を付し、詳細な説明を省略する。

図１０は、本発明のさらに他の実施例による電池パックに含まれている冷却部材の下部板の斜視図である。図１１は、図１０のＡ－Ａ切断面の例を示す図である。図１２は、図１０による冷却部材の変形例を説明するための下部板の断面図である。図１３は、図１０による冷却部材の他の変形例を説明するための下部板の断面図である。図１４は、図１０による冷却部材のさらに他の変形例を説明するための冷却部材の断面図である。

図１０～図１４を参照すれば、本実施例の脆弱部６００は、下部板５２０の他の部分より相対的に小さい厚さ値を有する部分であってもよい。具体的には、下部板５２０は、脆弱部６００と称される第１部分と、脆弱部６００が形成されない第２部分と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い。第１部分の厚さ値は、第２部分の厚さ値の半分以下であってもよい。脆弱部６００は、他の部分よりやや小さい厚さ値を有することによって、熱または圧力によって比較的容易に開けられる。

図１０を参照すれば、本実施例による冷却部材５００の下部板５２０は、少なくとも１つの溝部５２２を含むことができる。溝部５２２は、電池セルの発火時に高温または高圧によって破断しやすいように厚さが薄く形成された部分であってもよい。したがって、本実施例において、脆弱部６００は、下部板５２０において溝部５２２が形成された部分または溝部５２２を称するものであってもよい。

上述した実施例では、冷却水が上部板５１０および下部板５２０の間に位置し、脆弱部６００が形成された下部板５２０と直接的に接触するので、開口部５２１周辺の隙間を通して冷却水が漏洩しうる問題がある。また、物性が異なる２つの素材を含むように下部板５２０を製造することは複雑な製造工程が伴うので、製造時間および製造費用が増加しうる。しかし、本実施例の冷却部材５００では、下部板５２０に融点が低い密封部材５２９またはカバーフィルム５８０などが位置せず、下部板５２０に開口部５２１が形成されないので、水密性の低下最小化および製造過程の単純化が達成できる。

図１１を参照すれば、溝部５２２の断面は、多様な形状を有することができる。溝部５２２は、溝部５２２が形成された第１部分と、溝部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１１（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、上述した第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１１（ｂ）のような三角形、または図１１（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１１（ｃ）のように、ラウンド形状の断面を有してもよい。一方、溝部５２２の形成による下部板５２０の断面形状は、上述した例示によって限定されず、設計の容易性などを考慮して多様に変形可能である。

脆弱部６００が熱または温度によって破断しなければならない点を考慮する時、脆弱部６００は、厚さの薄い部分が最大限に多く含まれることが好ましいので、図１１（ｂ）の形状よりは、図１１の他の形状が好ましい。ただし、破断す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あるので、図１１（ｂ）の形状より、図１１の他の形状が必ずしも好ましいというわけではない。

図１２を参照すれば、下部板５２０に形成された溝部５２２は、冷却部材５００の内部に向かうのではなく、外部にさらされていてもよい。この時、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、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によって、電池セルの放熱を促進することができる。図１２に示された断面形状は、上下方向が反対である以外は、図１１の内容を参照して説明できるので、詳しい説明を省略する。

一方、本実施例の溝部５２２は、多様な方法で形成可能である。

例えば、溝部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る。溝部５２２は、切り欠き工程を用いて形成される。

他の例として、下部板５２０は、２つの層を接合することによって形成され、これによって、脆弱部６００、つまり、溝部５２２が形成される。

図１３を参照すれば、下部板５２０は、板状型部材として提供される第１層５２０Ａと、複数のホールを備えた第２層５２０Ｂとを接合することによって形成される。上述した溝部５２２または脆弱部６００は、第２層５２０Ｂに形成されたホールによって形成される。参照として、図１３にて、第１層５２０Ａを除いて、斜線で表された部分は第２層５２０Ｂを示すものであって、斜線間の部分的に空いている空間は、第２層５２０Ｂに形成されたホールの断面が表現されたものである。

下部板５２０の一部は、第１層５２０Ａおよび第２層５２０Ｂを含むことによって比較的厚い厚さを有し、下部板５２０の他の一部は、第１層５２０Ａだけを含むことによって比較的薄い厚さを有することができる。ここで、第１層５２０Ａを有する部分は第１部分、第１層５２０Ａおよび第２層５２０Ｂをすべて有する部分は第２部分と称されてもよい。したがって、第１部分の厚さは、第１層５２０Ａの厚さに対応し、第２部分の厚さは、第１層５２０Ａおよび第２層５２０Ｂの厚さに対応することができる。

一方、脆弱部６００が切り欠き工程などにより形成される場合と比較して、図１３のように２層の接合により形成される場合、脆弱部６００の寸法安定性が向上し、不良品による工程費用および工程時間が最小化できる。

具体的には、溝部５２２がエッチング工程により形成される場合、これに用いられる機器は精密な水準に制御されにくく、下部板５２０の厚さが薄い場合、または所望する脆弱部６００の厚さが薄い場合には、溝部５２２を形成する過程で下部板５２０が損傷する恐れがある。具体的には、下部板５２０に脆弱部６００が備えられるためには、すで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ず、装置のコントロールが完全でない場合、下部板５２０が破損したり、または脆弱部６００の寸法安定性が低下することによって、不良品の増加による工程費用および工程時間が無駄遣いされうる。

下部板５２０が２つ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可能なため、脆弱部６００は十分に薄く形成される。脆弱部６００を形成する第１層５２０Ａは、熱暴走現象時、温度、圧力、スパークによって溶融または破断しうるアルミニウム素材で提供され、この時、第１層５２０Ａの厚さは、電池セルの熱暴走によって溶けられる水準まで十分に厚く設計可能である。具体的には、第１層５２０Ａは、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、０．２ｍｍ以下、または０．１ｍｍ以下の厚さで提供される。

例えば、第１層５２０Ａおよび第２層５２０Ｂがすべてアルミニウムで提供される場合、第１層５２０Ａは、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、０．２ｍｍ以下、または０．１ｍｍ以下の厚さを有するアルミニウム板材で提供され、第２層５２０Ｂは、１．０～１．５ｍｍ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る。また、実施例により、第１層５２０Ａは、さらに薄く提供され、例えば、０．０３～０．０７ｍｍ、または０．０４～０．０６ｍｍ、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てもよい。このように第１層５２０Ａの一面上に第２層５２０Ｂ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６００を有する下部板５２０が形成される。

また、下部板５２０が２層を接合することによって形成されると、すべての脆弱部６００の厚さ値は、互いに同一であってもよい。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であってもよい。各脆弱部６００の厚さ値は、その位置によって偏差が現れない。脆弱部６００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、これによって、特定の部分は熱または圧力により破断しにくいことがある。本実施例の脆弱部６００は、すべて均一な厚さを有するように形成されるので、設計と実際の製品との間の誤差が最小化できる。

下部板５２０を形成する２層の結合には多様な方式の接合工程が適用可能である。下部板５２０の上面には冷却水が位置するので、前記２層の結合は強固に形成される必要がある。

一例として、２層の結合は、溶接工程により形成される。前記結合に使用される溶接工程の例としては、ロウ付けまたはレーザ溶接などが挙げられる。素材の融点と類似水準の温度が２層に加えられることによって、２層は溶融接合される。溶融接合により、下部板５２０の水密性は所望する水準に達成できる。

他の例として、２層の結合は、圧延工程により形成される。圧延工程は、一対のロールの間に２つ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層を接合する方法である。圧延工程による層間接合中に前記積層体は加熱することができ、この時、加熱す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層間の接合面が広く形成され、これによって、下部板５２０の水密性が十分に確保できる。

一方、下部板５２０が２層の結合により形成される場合、２層の素材は、それぞれ異なっていてもよく、互いに同一または類似の素材であってもよい。２層の素材が互いに同一または類似の場合には、２層の融点が同一／類似しているので、熱または圧力が伴う上述した接合工程がさらに容易に行われる。

一方、ロウ付け工程により２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層が単一性質のアルミニウムで形成された場合、アルミニウムの融点である６６０℃水準にロウ付け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しうる。このような層の変形を防止するために、第１層５２０Ａまたは第２層５２０Ｂは、二重層の金属素材であるクラッド金属で製造される。

例えば、層の接合は、ロウ付け工程により形成され、第１層５２０Ａが第２層５２０Ｂの下側に位置することによって、下部板５２０の断面は、図１１と類似の構造で提供される。ここで、第１層５２０Ａは３０００系アルミニウム、第２層５２０Ｂは３０００系および４０００系アルミニウムを含むクラッド金属であってもよい。第２層５２０Ｂがクラッド金属を含むことによって、ロウ付け工程の温度は、６００℃水準に設定され、これによって、接合工程時、アルミニウムの形状変形が防止できる。この時、上部板５１０は、３０００系アルミニウムであってもよい。

他の例として、層の接合は、ロウ付け工程により形成され、第１層５２０Ａが第２層５２０Ｂの上側に位置することによって、下部板５２０の断面は、図１２と類似の構造で提供される。ここで、第１層５２０Ａは、３０００系および４０００系クラッド金属を含むことができ、第２層５２０Ｂは、３０００系アルミニウムを含むことができる。この時、上部板５１０も、３０００系アルミニウムであってもよいし、クラッド金属で提供される第１層５２０Ａの上下表面に形成された４０００系アルミニウムにより層間の接合が円滑に行われる。あるいは、第１層５２０Ａが３０００系アルミニウムで提供され、第２層５２０Ｂまたは上部板５１０が３０００系および４０００系クラッド金属で提供されてもよい。

一方、図１４を参照すれば、冷却部材５００は、３つの層を有すると説明することができる。具体的には、冷却部材５００の上部板５１０は、１つの層を有し、下部板５２０は、２つの層を有することができる。ここで、２つの層を有する下部板５２０は、上述した内容により十分に説明されたので、詳しい説明を省略する。

冷却部材５００において、冷却水は、上部板５１０と下部板５２０との間に内蔵されるので、上部板５１０および下部板５２０の間の離隔距離に応じて冷却水の流量偏差が決定できる。冷却部材５００の流量偏差は、下部板５２０の厚さ差に依存することができる。具体的には、脆弱部６００が形成された第１部分の周辺は、単位長さあたりの流量が相対的に大きく、脆弱部６００が形成されない第２部分の周辺は、単位長さあたりの流量が相対的に小さい。第１部分の周辺の流量がより大きければ、脆弱部６００の開放時の油圧により冷却水がより速く注入できるので、第１部分の周辺の流量は大きいほど好ましい。

そこで、本実施例は、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が提供される。屈曲部５１４は、冷却部材５００の長手方向上断面を基準として波形の断面形状を有することができる。ここで、前記断面を基準として、屈曲部５１４の最高点、つまり、山（ｃｒｅｓｔ）は、脆弱部６００が形成された下部板５２０の第１部分に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部分に対応することができる。屈曲部５１４の山と第１部分とが対応することによって、第１部分の周辺の単位長さあたりの流量が増加し、脆弱部６００の開放時に冷却部材５００の冷却水が発火現象の発生した第１電池セル１１０Ａに向かってより速く注入される。

一方、図１４には、冷却部材５００の各層が第１層５２０Ａ、第２層５２０Ｂおよび上部板５１０の順に位置することが示されたが、第２層５２０Ｂ、第１層５２０Ａおよび上部板５１０の順に位置することも可能である。この場合、冷却部材５００の下面を形成する第２層５２０Ｂは、電池セルと近く位置したり、電池セルと接触しうるので、第２層５２０Ｂによって電池セルの放熱が促進される効果が現れるであろう。

また、図１４のような冷却部材５００において、上部板５１０は、第３層と称されてもよいし、アルミニウムで製造される。第３層がアルミニウムで形成される場合に、上部板５１０は、１．０～２．０ｍｍ、１．３～１．７ｍｍ、または１．５ｍｍ水準の厚さに形成されることが好ましい。さらに、下部板５２０が含む第２層５２０Ｂは、１．０～１．５ｍｍ、１．２～１．４ｍｍ、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５２０Ａは、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、０．２ｍｍ以下、または０．１ｍｍ以下の厚さを有することができる。なお、第１層５２０Ａは、脆弱部６００の特性を有するように十分に薄く形成されてもよいし、具体的には、０．０３～０．０７ｍｍ、または０．０４～０．０６ｍｍの厚さを有することができる。

３つの層を有する冷却部材５００における層間結合には、溶接工程、圧延工程など多様な方式の接合工程が適用可能である。３つの層を含む冷却部材５００において、層の接合がロウ付けにより形成される場合、第１層５２０Ａ、第２層５２０Ｂおよび上部板５１０である第３層の物性は、上述した内容により説明できるので、詳しい説明を省略する。

以下、本発明のさらに他の実施例による電池パックについて説明する。

以下に説明する実施例の電池パックは、冷却部材の構造が異なる以外は、上述した実施例の内容と同一である。したがって、本実施例を説明するにあたり、上述した実施例と共通する構成については同一の図面番号を付し、詳細な説明を省略する。

図１５は、本発明のさらに他の実施例による電池パックに含まれている冷却部材の斜視図である。図１６は、本発明のさらに他の実施例による電池パックに含まれている冷却部材の上面図である。図１７は、図１５による冷却部材に含まれている下部板と冷却チューブおよび冷却ホースとの結合を示す図である。図１８は、図１６による冷却部材のＢ－Ｂ線に沿ったものを示す図であって、冷却チューブおよび冷却ホースに冷却水が流入したり、これから流出することを示す図である。図１９は、図１６による冷却部材のＢ－Ｂ線に沿った断面を示す図であって、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である。

図１５～図１７を参照すれば、本実施例の冷却部材５００は、冷却水が流れる冷却チューブ５４０および冷却ホース５５０を含むことができる。下部板５２０は、冷却チューブ５４０などを支持するために板状型で提供されることが好ましい。上部板５１０は、冷却チューブ５４０などによって代替されて省略可能である。冷却部材５００は、下部板５２０の上面に冷却チューブ５４０を装着し、冷却チューブ５４０に冷却ホース５５０を装着した後、固定部材５６０を下部板５２０と結合することによって製造される。

上述した実施例では、冷却水が上部板５１０および下部板５２０の間に位置し、脆弱部６００が形成された下部板５２０と直接的に接触するので、開口部５２１周辺の隙間を通して冷却水が漏洩しうる問題がある。また、物性が異なる２つの素材を含むように下部板５２０を製造することは複雑な製造工程が伴うので、製造時間および製造費用が増加しうる。しかし、本実施例の冷却部材５００では、冷却水が冷却チューブ５４０または冷却ホース５５０に隔離されることによって、開口部５２１による水密性の低下を最小化することができる。また、下部板５２０と冷却チューブ５４０および冷却ホース５５０とを固定部材５６０を介して結合することによって、冷却部材５００の製造工程が単純化され、製造時間および費用が省かれる。

図１７を参照すれば、下部板５２０は、少なくとも１つの開口部５２１を含むことができる。開口部５２１は、電池セルの内部発火時、発火によって発生した熱または圧力によって内部の冷却水を電池セルに噴射するためのものであってもよい。下部板５２０の周りには、下部板５２０の一辺から延び、下部板５２０の一角に沿って連続的に位置する突出部５２４が形成される。突出部５２４は、各電池セル積層体の電極リードまたは電極リードに連結されたバスバーと接触したり、これと近接して配置されることによって、当該部分の放熱を促進することができる。また、下部板５２０には小段５２６が形成される。小段５２６は、所定の区間を除いて冷却部材５００の幅方向上中央から冷却部材５００の長手方向に沿って延びることができる。小段５２６によって冷却チューブ５４０が定位置に装着され、固定部材５６０が安定的に固定される。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ってもよい。冷却部材５００の長手方向は、冷却部材５００の長辺と平行な方向であってもよい。

図１７および図１８を参照すれば、冷却チューブ５４０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。冷却チューブ５４０の内部には、インレットポート５３２を介して注入された冷却水が収容され、冷却チューブ５４０に収容された冷却水は、アウトレットポート５３４を介して排出される。冷却チューブ５４０に冷却水が流入または流出することによって、冷却部材５００は、比較的一定の温度に維持できる。冷却チューブ５４０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５３０と連結された外部の熱交換器に連結されて、持続的に循環するように設計できる。

冷却チューブ５４０によって冷却された下部板５２０は、電池セルの放熱を促進することができる。冷却チューブ５４０は、熱伝導率の高い素材で製造され、これによって、下部板５２０の熱を迅速に吸収することができる。冷却チューブ５４０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る。冷却チューブ５４０は、下部板５２０の素材と同一であるか、これと類似の素材で製造される。冷却チューブ５４０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。

冷却チューブ５４０は、下部板５２０において小段５２６が形成されない位置に装着される。冷却チューブ５４０の外郭形状は、突出部５２４を除いた下部板５２０の外郭形状と類似していてもよい。

冷却チューブ５４０は、四角管状の形状を有することができ、小段５２６の位置を考慮してインレットポート５３２およびアウトレットポート５３４とそれぞれ対応する２つの部分に分岐できる。これによって、冷却チューブ５４０は、Ｕ字状流路を形成することができる。冷却チューブ５４０は、インレットポート５３２から冷却部材５００の長手方向と平行な直線に沿って延びる第１部分５４２と、前記第１部分５４２の末端から時計方向または反時計方向に回転する曲線に沿って延びる第２部分５４４と、第２部分５４４の末端からアウトレットポート５３４に向かって冷却部材５００の長手方向と平行な直線に沿って延びる第３部分５４６とを含むことができる。

冷却チューブ５４０は、冷却ホース５５０が装着される収容部５４８を含むことができる。収容部５４８は、冷却チューブ５４０において冷却ホース５５０が装着される収容空間を意味するものであってもよい。収容部５４８は、冷却部材５００の長手方向に沿って延びる長い溝であってもよいし、収容部５４８の断面は、四角形などの多角形または円形であってもよい。収容部５４８の長手方向上両末端には、冷却ホース５５０の長手方向上両末端が連結される。収容部５４８の長手方向上両末端には、冷却ホース５５０の両末端が挿入される。収容部５４８の長手方向上両末端と冷却ホース５５０の両末端との連結部位は、水密性確保のために密封できる。例えば、冷却ホース５５０と収容部５４８との連結部位にはガスケットが提供され、ガスケットを介して２つの部材間の水密性が確保できる。他の例として、冷却ホース５５０の両末端には、冷却ホース５５０の末端から円周方向に延びる拡張部が形成され、拡張部は、収容部５４８の末端に挿入されて冷却チューブ５４０の内側に位置することによって、冷却ホース５５０と冷却チューブ５４０との間の結合を補完することができる。さらに他の例として、冷却ホース５５０の末端には、円周方向に延びる第１拡張部と、前記第１拡張部と離隔した第２拡張部とが形成される。第１拡張部は、冷却チューブ５４０の内側に位置し、第２拡張部は、冷却チューブ５４０の外側に位置することができ、２つの拡張部が冷却チューブ５４０と密着することによって、冷却ホース５５０と冷却チューブ５４０との間の結合はより補完されてもよい。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、突起を介して冷却チューブ５４０の一側面とさらに密着して結合されてもよい。

冷却ホース５５０は、冷却チューブ５４０に連結されて、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５５０には、インレット／アウトレットポート５３０から流入した冷却水が移動することができる。冷却ホース５５０は、インレット／アウトレットポート５３０と近く位置した冷却チューブ５４０から冷却水が供給される。

固定部材５６０は、下部板５２０と冷却チューブ５４０および冷却ホース５５０とを固定することによって、冷却部材５００の剛性を補完するためのものであってもよい。固定部材５６０は、下部板５２０との結合により冷却チューブ５４０および冷却ホース５５０の位置を固定することができる。

固定部材５６０は、長さを有するストラップの形状で提供される。固定部材５６０は、冷却部材５００の幅方向と平行に位置することができる。固定部材５６０は、冷却部材５００の長手方向に沿って複数個で提供され、複数の固定部材５６０は、均一な間隔で配置される。

固定部材５６０は、冷却部材５００の形状を維持するために剛性の高い素材で製造され、一例として、金属で製造される。

固定部材５６０は、冷却部材５００の幅方向上両末端に結合される。固定部材５６０は、冷却部材５００の幅方向上中央に結合される。固定部材５６０は、固定部材５６０の長手方向上両末端にそれぞれ形成された末端結合部５６２と、固定部材５６０の長手方向上中央に形成された中央結合部５６４とを含むことができる。固定部材５６０の末端結合部５６２は、下部板５２０の幅方向上両末端に位置した突出部５２４と結合される。固定部材５６０の中央結合部５６４は、下部板５２０の幅方向上中央に位置した小段５２６と結合される。末端結合部５６２および中央結合部５６４は、固定部材５６０の他の部分と段差を有するように形成され、固定部材５６０の他の部分よりやや低い高さを有することができる。突出部５２４と小段５２６の形状を考慮する時、末端結合部５６２は、中央結合部５６４よりも大きい段差を有するように形成される。

このように、冷却部材５００の製造時に固定部材５６０を用いる場合、溶接工程による結合方式などと比較して、製造過程中に過度の熱が発生しないので、温度に脆弱な特定の素材が製造過程中に変形しない。したがって、固定部材５６０を用いることによって、冷却部材５００は、性質が異なる２つ以上の素材を含むように製造され、冷却ホース５５０のように多様な素材および形状の構造が冷却部材５００に適用可能であり、冷却部材５００の設計がより容易で多様であり得る。

図１９を参照すれば、冷却ホース５５０は、下部板５２０の開口部５２１に対応するように位置することができる。冷却ホース５５０は、内部の火災発生時に溶融または破断することによって、電池セルに向かって内部の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５２１に対応する冷却ホース５５０の一部は溶融または破断することによって開放され、これによって、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５００の下側に位置した電池セルの火災が鎮圧できる。一方、このような効果を実現するためには、冷却ホース５５０が装着される収容部５４８も、下部板５２０の開口部５２１に対応するように形成されなければならない。

このような本実施例の構造を考慮する時、本実施例の脆弱部６００は、下部板５２０において開口部５２１が位置した部分を称するものであってもよい。脆弱部６００は、下部板５２０において冷却ホース５５０によって閉鎖された開口部５２１が形成された部分を称するものであってもよい。

冷却ホース５５０は、所定の温度または圧力で溶融または破断する素材で製造される。冷却ホース５５０は、上述した実施例の密封部材５２９と同一または類似の素材で製造される。

一方、上述した効果を実現するために、冷却ホース５５０を別途に製造せず、冷却チューブ５４０の一部が破断し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、冷却チューブ５４０が内部に流入する冷却水の圧力に耐え、形態を維持するために、冷却チューブ５４０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ので、熱に溶融したり圧力によって破断しやすい素材で製造されることは、冷却部材５００の全体的な耐久性を低下させうる問題がある。したがって、本実施例のように、熱に破断しやすい冷却ホース５５０を冷却チューブ５４０と別途に構成することが、全体冷却部材５００の性能を向上させるのに好ましい。

一方、本発明の一実施例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。

本発明の一実施例による電池パックは、多様なデバイスに適用可能である。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ってもよい。しかし、上述したデバイスがこれに制限されるわけではなく、上述した例示のほか、多様なデバイスに本実施例による電池パックが使用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。

以上、本発明の好ましい実施例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ものではなく、以下の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。

１０００：電池パック
１００：セルブロック
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
５２０：下部板
５３０：インレット／アウトレットポート
５４０：冷却チューブ
５５０：冷却ホース
５６０：固定部材
５８０：カバーフィルム
５９０：弾性部材
６００：脆弱部
７００：フォームパッド

Claims (14)

1. 複数の電池セルが積層された電池セル積層体と、
   前記電池セル積層体を収容するパックフレームと、
   前記電池セル積層体の上側に位置し、冷却水を含む冷却部材と、
   前記電池セル積層体と前記冷却部材との間に位置するフォームパッドとを含み、
   前記冷却部材の下部板には、所定の温度または圧力以上で破断または溶融する脆弱部が少なくとも１つ形成され、
   前記冷却部材の脆弱部が開放されることによって、前記電池セル積層体に向かって排出される冷却水の移動経路は、前記フォームパッドによって案内されている、電池パック。
2. 前記フォームパッドは、少なくとも１つの開口部を含み、前記フォームパッドの開口部は、前記脆弱部に対応する、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池セル積層体に向かって排出された冷却水の一部は、前記フォームパッドに吸収される、請求項１に記載の電池パック。
4. 前記電池セル積層体は、複数であり、
   前記フォームパッドは、それぞれの前記電池セル積層体にすべて対応する、請求項１に記載の電池パック。
5. 前記下部板には複数の開口部が形成され、前記開口部は、密封部材によって閉鎖され、
   前記脆弱部は、前記下部板において前記密封部材によって閉鎖された前記開口部が位置する部分である、請求項１に記載の電池パック。
6. 前記冷却部材は、冷却水の流路を提供する冷却チューブと、前記冷却チューブに装着された冷却ホースとを含み、
   前記下部板には複数の開口部が形成され、前記冷却ホースは、前記開口部に対応するように位置し、
   前記脆弱部は、前記下部板において前記冷却ホースによって閉鎖された前記開口部が位置する部分である、請求項１に記載の電池パック。
7. 前記下部板と前記冷却チューブは、ストラップ形状の固定部材によって連結される、請求項６に記載の電池パック。
8. 前記下部板は、前記脆弱部が形成された第１部分と、前記脆弱部が形成されない第２部分とを含み、
   前記第１部分の厚さ値は、前記第２部分の厚さ値より小さい、請求項１に記載の電池パック。
9. 前記第１部分の厚さ値は、前記第２部分の厚さ値の半分以下である、請求項８に記載の電池パック。
10. 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層の厚さに対応し、
    前記第２部分の厚さは、前記第１層および前記第２層の厚さに対応する、請求項８に記載の電池パック。
11. 前記冷却部材の下部板と結合する上部板は、屈曲部を含み、
    前記屈曲部の山は、前記第１部分に対応し、
    前記屈曲部の谷は、前記第２部分に対応する、請求項８に記載の電池パック。
12. 前記冷却部材は、前記冷却部材の内部空間に冷却水を注入するためのイン／アウトポートをさらに含み、
    前記イン／アウトポートは、外部の熱交換器に連結され、
    前記イン／アウトポートを介して前記冷却部材の冷却水が循環する、請求項１に記載の電池パック。
13. 前記冷却部材の上部板は、前記パックフレームと一体化した、請求項１に記載の電池パック。
14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の電池パックを含むデバイス。

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