▶ エルジー エナジー ソリューション リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-28
(54)【発明の名称】電池パックおよびこれを含むデバイス
(51)【国際特許分類】
H01M 50/204 20210101AFI20231221BHJP
H01M 50/289 20210101ALI20231221BHJP
H01M 50/291 20210101ALI20231221BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20231221BHJP
H01M 10/6556 20140101ALI20231221BHJP
H01M 10/6567 20140101ALI20231221BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20231221BHJP
【ＦＩ】
H01M50/204 401H
H01M50/289 101
H01M50/291
H01M10/613
H01M10/6556
H01M10/6567
H01M50/211
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023537375
(86)(22)【出願日】2022-08-19
(85)【翻訳文提出日】2023-06-19
(86)【国際出願番号】 KR2022012456
(87)【国際公開番号】W WO2023027435
(87)【国際公開日】2023-03-02
(31)【優先権主張番号】10-2021-0110996
(32)【優先日】2021-08-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521065355
【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】ボラ・ジョン
(72)【発明者】
【氏名】スン・チャン・ホン
(72)【発明者】
【氏名】ヒョンスク・イ
(72)【発明者】
【氏名】ドンヒョン・キム
【テーマコード（参考）】
5H031
5H040
【Ｆターム（参考）】
5H031AA09
5H031KK08
5H040AA28
5H040AS01
5H040AS07
5H040AT04
5H040AY04
5H040AY10
5H040CC20
5H040JJ03
5H040NN03
(57)【要約】
本発明の一実施形態による電池パックは、電池セルを含む電池モジュールと、前記電池モジュールを収納するパックハウジングと、前記電池モジュールを前記パックハウジングに固定する固定ブラケットと、を含む。前記固定ブラケットは、前記電池モジュールの上面に密着する下部プレートおよび前記下部プレート上に位置する上部プレートを含む。前記上部プレートと前記下部プレートとの間に冷媒が通過する冷却流路が形成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池セルを含む電池モジュールと、前記電池モジュールを収納するパックハウジングと、
前記電池モジュールを前記パックハウジングに固定する固定ブラケットと、
を含み、
前記固定ブラケットは、前記電池モジュールの上面に密着する下部プレートおよび前記下部プレート上に位置する上部プレートを含み、
前記上部プレートと前記下部プレートの間に冷媒が通過する冷却流路が形成される電池パック。
【請求項2】
前記固定ブラケットは、前記冷却流路と連結されるインレットポートおよびアウトレットポートを含む、請求項１に記載の電池パック。
【請求項3】
前記下部プレートは、前記電池モジュールの上面に密着する固定部および前記固定部から前記パックハウジングの底部まで延長される締結部を含む、請求項１に記載の電池パック。
【請求項4】
前記締結部が前記パックハウジングの底部に締結されている、請求項３に記載の電池パック。
【請求項5】
前記締結部に締結ホールが形成されており、ボルト部が前記締結ホールを通過して前記パックハウジングの前記底部に締結されている、請求項４に記載の電池パック。
【請求項6】
前記上部プレートは、本体部および前記本体部から延長されて前記下部プレートに接合された接合部を含む、請求項１に記載の電池パック。
【請求項7】
前記接合部と前記下部プレートは溶接接合されている、請求項６に記載の電池パック。
【請求項8】
前記本体部と前記下部プレートとの間に前記冷却流路が形成されている、請求項６に記載の電池パック。
【請求項9】
前記本体部には下部方向に湾入した湾入部が形成されており、前記本体部は、前記湾入部によって区画される複数の通路部を含む、請求項６から８のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項10】
前記通路部それぞれは前記冷却流路の方向と平行な方向に沿ってつながれている、請求項９に記載の電池パック。
【請求項11】
前記本体部には上向突出した複数の突出部が形成されている、請求項６に記載の電池パック。
【請求項12】
前記突出部は、互いに離隔したまま前記冷却流路の方向と平行な方向に沿って配置されている、請求項１１に記載の電池パック。
【請求項13】
前記電池モジュールは複数で構成されており、前記固定ブラケットが複数の電池モジュールを前記パックハウジングに固定する、請求項１に記載の電池パック。
【請求項14】
前記上部プレートと前記下部プレートとの間に冷媒管が位置し、前記冷媒が前記冷媒管内部に沿って流れて前記冷却流路を形成している、請求項１に記載の電池パック。
【請求項15】
請求項１に記載の電池パックを含むデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願との相互引用］
【0002】
本出願は２０２１年８月２３日付韓国特許出願第１０－２０２１－０１１０９９６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。
【0003】
本発明は電池パックおよびこれを含むデバイスに関するものであって、より具体的には、冷却性能が向上した電池パックおよびこれを含むデバイスに関するものである。
【背景技術】
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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装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装されているパウチ型二次電池に分類することができる。
【0008】
小型機器に用いられる二次電池の場合、二つ～三つの電池セルが配置されるが、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は、複数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール（Battery module）が用いられる。このような電池モジュールは複数の電池セルが互いに直列または並列に連結されて電池セル積層体を形成することによって容量および出力が向上する。また、一つ以上の電池モジュールは、ＢＭＳ（バッテリーマネジメントシステム（Battery Management System））、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。
【0009】
二次電池は、適正温度より高まる場合、二次電池の性能が低下することがあり、ひどい場合、爆発や発火の危険もある。特に、複数の二次電池、即ち、電池セルを備えた電池モジュールや電池パックは、狭い空間で複数の電池セルから出る熱が合算されて温度がさらに急速かつ急激に上がることがある。言い換えれば、複数の電池セルを含む電池モジュールとこのような電池モジュールが装着された電池パックの場合、高い出力を得ることができるが、充電および放電時、電池セルから発生する熱を除去することが容易でない。電池セルの放熱がろくに行われない場合、電池セルの劣化が速くなりながら寿命が短くなり、爆発や発火の可能性が大きくなる。
【0010】
さらに、車両用電池パックに含まれる電池モジュールの場合、直射光線に頻繁に露出され、夏季や砂漠地域のような高温条件に置かれることがある。
【0011】
電池パックの容量増大と放熱性能改善に対する要求が続くにつれて、効果的な冷却システムを備えた電池パックを開発することが実質的に必要であると言える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明が解決しようとする課題は、冷却性能が向上した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。
【0013】
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な思想の範囲で多様に拡張できる。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の一実施形態による電池パックは、電池セルを含む電池モジュールと、前記電池モジュールを収納するパックハウジングと、前記電池モジュールを前記パックハウジングに固定する固定ブラケットと、を含む。前記固定ブラケットは、前記電池モジュールの上面に密着する下部プレートおよび前記下部プレート上に位置する上部プレートを含む。前記上部プレートと前記下部プレートの間に冷媒が通過する冷却流路が形成される。
【0015】
前記固定ブラケットは、前記冷却流路と連結されるインレットポートおよびアウトレットポートを含むことができる。
【0016】
前記下部プレートは、前記電池モジュールの上面に密着する固定部および前記固定部から前記パックハウジングの底部まで延長される締結部を含むことができる。
【0017】
前記締結部が前記パックハウジングの底部に締結できる。
【0018】
前記締結部に締結ホールが形成され、ボルト部が前記締結ホールを通過して前記パックハウジングの前記底部に締結できる。
【0019】
前記上部プレートは、本体部および前記本体部から延長されて前記下部プレートに接合される接合部を含むことができる。
【0020】
前記接合部と前記下部プレートは溶接接合できる。
【0021】
前記本体部と前記下部プレートの間に前記冷却流路が形成できる。
【0022】
前記本体部には下部方向に湾入した湾入部が形成され、前記本体部は前記湾入部によって区画される複数の通路部を含むことができる。
【0023】
前記通路部は前記冷却流路の方向と平行な方向に沿ってつなぐことができる。
【0024】
前記本体部には上向突出した複数の突出部が形成できる。
【0025】
前記突出部は、前記冷却流路と平行な方向に沿って配置できる。
【0026】
前記電池モジュールは複数で構成され、前記固定ブラケットが複数の電池モジュールを前記パックハウジングに固定することができる。
【0027】
前記上部プレートと前記下部プレートとの間に冷媒管が位置し、前記冷媒が前記冷媒管内部に沿って流れて前記冷却流路を形成することができる。
【0028】
本発明の一実施形態によるデバイスは前記電池パックを含む。
【発明の効果】
【0029】
本発明の実施形態によれば、冷却機能を備えた固定ブラケットで電池モジュールをパックハウジングに固定することによって、電池モジュールの上部に対する冷却が可能である。これにより、電池セルに対する冷却性能が向上し、電池セル間の冷却偏差が減少する。
【0030】
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。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の一実施形態による電池パックを示した分解斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態による電池セルを示した斜視図である。
【図5】本発明の一実施形態による固定ブラケットを示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
図１は、本発明の一実施形態による電池パックを示した分解斜視図である。
【0039】
図１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、電池モジュール１００と、電池モジュール１００を収納するパックハウジング１１００と、電池モジュール１００をパックハウジング１１００に固定する固定ブラケット１２００と、を含む。電池モジュール１００の個数に特別な制限はなく、パックハウジング１１００に一つまたは複数の電池モジュール１００が収納できる。図１には、例示として、４つの電池モジュール１００がパックハウジング１１００に収納された様子が示されている。
【0040】
パックハウジング１１００は、上部が開放された構造物であってもよく、本実施形態による電池パック１０００はパックハウジング１１００の開放された上部を覆うパックハウジングカバー１１１０をさらに含むことができる。電池モジュール１００はパックハウジング１１００とパックハウジングカバー１１１０との間の内部空間に収納できる。
【0041】
また、本実施形態による電池パック１０００は、内部シーリングのためにパックハウジング１１００とパックハウジングカバー１１１０との間に位置するシーリング部材１１２０をさらに含むことができる。
【0042】
固定ブラケット１２００は、電池モジュール１００をパックハウジング１１００に固定する構造物である。固定ブラケット１２００の個数に特別な制限はなく、固定ブラケット１２００が固定する電池モジュール１００の個数にも特別な制限がない。図１には、例示として、複数の固定ブラケット１２００が示されており、また、一つの固定ブラケット１２００が２つの電池モジュール１００をパックハウジング１１００に固定する様子が示されている。
【0043】
【0044】
【0045】
図２～図４を参照すれば、電池モジュール１００は複数の電池セル１１０を含む。具体的には、電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０と、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００と、モジュールフレーム２００の下側部２１０ａの下に位置するヒートシンク３００と、モジュールフレーム２００の開放された両側に位置するエンドプレート４００と、を含むことができる。
【0046】
まず、電池セル１１０はパウチ型電池セルであってもよい。このようなパウチ型電池セルは、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融着して形成することができる。このような電池セル１１０は長方形シート構造に形成することができる。具体的には、本実施形態による電池セル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、電池ケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態で電池ケース１１４の両端部（一端部１１４ａ、他端部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することができる。言い換えれば、本発明の一実施形態による電池セル１１０は合計３ケ所のシーリング部を有し、他の一側部は連結部１１５からなり得る。電池ケース１１４の両端部（一端部１１４ａ、他端部１１４ｂ）の間を電池セル１１０の長さ方向と定義し、電池ケース１１４の両端部（一端部１１４ａ、他端部１１４ｂ）を連結する一側部１１４ｃと連結部１１５の間を電池セル１１０の幅方向と定義することができる。
【0047】
一方、電極リード１１１、１１２が一側と他側の両方向に突出した構造の電池セル１１０についてのみ説明したが、本発明の他の実施形態として、電極リードが一方向に共に突出した単方向のパウチ型電池セルも可能であるのはもちろんである。
【0048】
このような電池セル１１０は複数で構成でき、複数の電池セル１１０は相互電気的に連結されるように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。電池ケース１１４は、一般に樹脂層／金属薄膜層／樹脂層のラミネート構造からなる。例えば、電池ケース表面がＯ（延伸（oriented））－ナイロン層からなる場合には、中大型電池モジュールを形成するために複数の電池セルを積層する時、外部衝撃によって滑りやすい傾向がある。したがって、これを防止し電池セルの安定した積層構造を維持するために、電池ケースの表面に両面テープなどの粘着式接着剤または接着時化学反応によって結合される化学接着剤などの接着部材を付着して電池セル積層体１２０を形成することができる。
【0049】
電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００は、上部カバー２２０およびＵ字型フレーム２１０を含むことができる。
【0050】
Ｕ字型フレーム２１０は、下側部２１０ａおよび下側部２１０ａの両端部から上向延在された２つの側面部２１０ｂを含むことができる。下側部２１０ａは電池セル積層体１２０の下面をカバーすることができ、側面部２１０ｂは電池セル積層体１２０の両側面をカバーすることができる。
【0051】
上部カバー２２０は、Ｕ字型フレーム２１０によって囲まれる前記下面および前記両側面を除いた残り上面（ｚ軸方向）を覆う一つの板状型構造で形成できる。上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０は互いに対応する角部位が接触した状態で、溶接などによって接合されることによって、電池セル積層体１２０を上下左右にカバーする構造を形成することができる。上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０を通じて電池セル積層体１２０を物理的に保護することができる。このために上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０は所定の強度を有する金属材質を含むことができる。
【0052】
一方、具体的に図示していないが、変形例によるモジュールフレーム２００は上面、下面、および両側面が一体化した金属板材形態のモノフレームであってもよい。即ち、Ｕ字型フレーム２１０と上部カバー２２０が相互結合される構造でなく、押出成形で製造されて上面、下面、および両側面が一体化した構造であってもよい。
【0053】
エンドプレート４００は、モジュールフレーム２００の開放された互いに対向する両側に位置して電池セル積層体１２０をカバーするように形成できる。即ち、２つのエンドプレート４００がモジュールフレーム２００の開放された両側に位置して、モジュールフレーム２００と溶接などの方法で接合できる。このようなエンドプレート４００は外部の衝撃から電池セル積層体１２０およびその他の電装品を物理的に保護することができる。
【0054】
本実施形態による電池モジュール１００は冷却ポート５００を含むことができ、冷却ポート５００を通じてヒートシンク３００に冷媒を供給し、ヒートシンク３００から冷媒を排出することができる。具体的に、冷却ポート５００は互いに離隔して位置する冷媒注入ポート５００ａと冷媒排出ポート５００ｂを含むことができる。
【0055】
本実施形態によるモジュールフレーム２００は、モジュールフレーム２００の下側部２１０ａから、エンドプレート４００を通過するように突出したモジュールフレーム突出部２１１を含むことができる。冷却ポート５００はモジュールフレーム突出部２１１上に形成できる。冷却ポート５００中の冷媒注入ポート５００ａを通じてヒートシンク３００に冷媒が流入し、その後、冷却ポート５００中の冷媒排出ポート５００ｂを通じて冷媒がヒートシンク３００から排出できる。
【0056】
前述のとおり、本実施形態によるヒートシンク３００は、モジュールフレーム２００の下側部２１０ａの下に配置できる。ヒートシンク３００は、ヒートシンク３００の骨格を形成しモジュールフレーム２００の下側部２１０ａと溶接などで直接接合されるフレーム部３１０、およびフレーム部３１０から下側に陥没形成された陥没部３４０を含むことができる。陥没部３４０は、冷媒が流動する経路となる。また、ヒートシンク３００は、ヒートシンク３００の一辺からモジュールフレーム突出部２１１が位置した部分に突出したヒートシンク突出部３００Ｐを含むことができる。即ち、陥没部３４０が２つのヒートシンク突出部３００Ｐまでつながれ、２つのヒートシンク突出部３００Ｐはそれぞれ冷媒が流入する部分と冷媒が排出される部分であってもよい。このためにヒートシンク突出部３００Ｐは、冷却ポート５００が形成されたモジュールフレーム突出部２１１と対応するように配置できる。
【0057】
ヒートシンク突出部３００Ｐとモジュールフレーム突出部２１１は互いに溶接などの方法で直接接合できる。
【0058】
ヒートシンク３００の陥没部３４０は、フレーム部３１０が下側に陥没形成された部分に該当する。陥没部３４０は冷媒流路が延びる方向基準で垂直に切断した断面がＵ字型である管であってもよく、前記Ｕ字型である管の開放された上側に下側部２１０ａが配置できる。ヒートシンク３００のフレーム部３１０が下側部２１０ａと接しながら、陥没部３４０と下側部２１０ａとの間の空間が冷媒が流動する領域になる。即ち、下側部２１０ａがヒートシンク３００に対する上部プレートとしての機能を果たすことができる。これにより、モジュールフレーム２００の下側部２１０ａが前記冷媒と直接接触できる。
【0059】
ヒートシンク３００の陥没部３４０の製造方法に特別な制限はないが、板状型のヒートシンク３００に対して陥没形成された構造を設けることによって、上側が開放されたＵ字型の陥没部３４０を形成することができる。
【0060】
このような陥没部３４０は、前述のとおり、ヒートシンク突出部３００Ｐのうちの一つから他の一つにつながれる。冷媒注入ポート５００ａを通じて供給された冷媒は、陥没部３４０と下側部２１０ａとの間の空間に始めに流入する。その後、冷媒は陥没部３４０に沿って移動し、最終的には冷媒排出ポート５００ｂを通じて排出される。
【0061】
一方、モジュールフレーム２００の下側部２１０ａと電池セル積層体１２０との間に熱伝導性樹脂（Thermal resin）を含む熱伝導性樹脂層８００が配置できる。熱伝導性樹脂層８００は、熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を下側部２１０ａに塗布し、塗布された熱伝導性樹脂が硬化して形成できる。特に、電極リード１１１、１１２（図４参照）が対向する両方向に突出した電池セル１１０において、電池セル積層体１２０中の電池セル１１０の電極リード１１１、１１２と隣接した部分で発熱が激しく、熱伝導性樹脂層８００が、発熱が激しい電池セル積層体１２０の両部分に対応するように２区域に分けて形成できる。図３には熱伝導性樹脂層８００が２区域に分けて塗布された様子になっている。
【0062】
前記熱伝導性樹脂は熱伝導性接着物質を含むことができ、具体的に、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材、およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材のうちの少なくとも一つを含むことができる。前記熱伝導性樹脂は、塗布時には液状であるが、塗布後に硬化して電池セル積層体１２０を構成する一つ以上の電池セル１１０を固定する役割を果たすことができる。また、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。
【0063】
本実施形態による電池モジュール１００はモジュールフレーム２００とヒートシンク３００との冷却一体型構造を実現して、冷却性能をより向上させることができる。モジュールフレーム２００の下側部２１０ａがヒートシンク３００の上部プレートに対応する役割を果たすことによって冷却一体型構造を実現することができる。直接冷却により冷却効率が上昇し、ヒートシンク３００がモジュールフレーム２００の下側部２１０ａと一体化した構造を通じて電池モジュール１００および電池モジュール１００が装着された電池パック１０００上の空間活用率を向上させることができる。
【0064】
具体的に、電池セル１１０から発生した熱が、熱伝導性樹脂層８００、モジュールフレーム２００の下側部２１０ａ、冷媒が流れるヒートシンク３００を経て電池モジュール１００の外部に伝達できる。従来の不必要な冷却構造を除去することによって、熱伝達経路が単純化され、各層の間のエアーギャップを減らすことができるため、冷却効率や性能が増大できる。特に、下側部２１０ａがヒートシンク３００の上部プレートに構成されて、下側部２１０ａが直に冷媒と接するため、冷媒を通じたより直接的な冷却が可能であるという長所がある。
【0065】
また、不必要な冷却構造の除去を通じて電池モジュール１００の高さが減少して、原価節減が可能であり、空間活用度を高めることができる。さらに、電池モジュール１００をコンパクトに配置することができるので、電池モジュール１００を複数含む電池パック１０００の容量や出力を増大させることができる。
【0066】
一方、モジュールフレーム２００の下側部２１０ａは、ヒートシンク３００中の陥没部３４０が形成されていないフレーム部３１０と溶接を通じて接合できる。本実施形態は、モジュールフレーム２００の下側部２１０ａとヒートシンク３００の冷却一体型構造を通じて、前述の冷却性能向上だけでなくモジュールフレーム２００に収容された電池セル積層体１２０の荷重を支持し電池モジュール１００の剛性を補強する効果を有することができる。加えて、フレーム部３１０とモジュールフレーム２００の下側部２１０ａは溶接結合などを通じて密封されることによって、フレーム部３１０内側に形成された陥没部３４０で冷媒が漏洩なく流動することが可能である。
【0067】
【0068】
図５は、本発明の一実施形態による固定ブラケットを示した斜視図である。図６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７は、図１の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示した断面図である。但し、図６および図７で、パックハウジングカバーの図示を省略し、電池モジュール１００とパックハウジング１１００は概略的に表現した。
【0069】
図５～図７を図１と共に参照すれば、本実施形態による固定ブラケット１２００は、電池モジュール１００の上面に密着する下部プレート１４００および下部プレート１４００上に位置する上部プレート１３００を含む。上部プレート１３００と下部プレート１４００との間に冷媒Ｒが通過する冷却流路が形成される。ここで、電池モジュール１００の上面は、上部カバー２２０（図３参照）の上面であってもよい。
【0070】
下部プレート１４００は、電池モジュール１００の上面に密着する固定部１４１０および固定部１４１０からパックハウジング１１００の底部１１００Ｆまで延長される締結部１４２０を含むことができる。パックハウジング１１００は、前述のように、上部が開放された構造物であってもよく、底部１１００Ｆおよび隔壁部１１００Ｗを含むことができる。底部１１００Ｆ上に本実施形態による電池モジュール１００が配置できる。
【0071】
締結部１４２０はパックハウジング１１００の底部１１００Ｆに締結できる。締結方式に特別な制限があるのではないが、一例として、ボルトで締結できる。具体的には、締結部１４２０には締結ホール１４２０Ｈが形成され、ボルト部１１００Ｂが締結ホール１４２０Ｈを通過してパックハウジング１１００の底部１１００Ｆに締結および固定できる。
【0072】
下部プレート１４００の固定部１４１０が電池モジュール１００の上面に密着し、固定部１４１０から延長された締結部１４２０がパックハウジング１１００の底部１１００Ｆ）に締結されることによって、電池モジュール１００がパックハウジング１１００に固定される。本実施形態による電池パック１０００が外部衝撃や振動の激しい車両などに装着されても、電池モジュール１００が安定的に固定できる。
【0073】
上部プレート１３００は、固定ブラケット１２００に冷却流路を形成するために、下部プレート１４００上に位置する。具体的に、上部プレート１３００は、本体部１３２０および本体部１３２０から延長されて下部プレート１４００に接合される接合部１３１０を含むことができる。
【0074】
接合部１３１０と下部プレート１４００は溶接接合できる。特に、接合部１３１０は、下部プレート１４００中の電池モジュール１００の上面に密着する固定部１４１０に接合できる。
【0075】
本体部１３２０と下部プレート１４００の間に冷媒Ｒが通過する冷却流路が形成できる。即ち、接合部１３１０が固定部１４１０と接合されながら、本体部１３２０と固定部１４１０との間の空間は冷媒Ｒが通過する領域、冷却流路となる。
【0076】
本実施形態による固定ブラケットは、前記冷却流路と連結されるインレットポート１５１０およびアウトレットポート１５２０を含むことができる。具体的には、上部プレート１３００の本体部１３２０の両端部にそれぞれインレットポート１５１０およびアウトレットポート１５２０が配置できる。インレットポート１５１０およびアウトレットポート１５２０は、本体部１３２０と固定部１４１０の間の空間と連結される。インレットポート１５１０を通じて供給された冷媒Ｒは、本体部１３２０と固定部１４１０の間の空間に最初、流入する。その後、冷媒Ｒは本体部１３２０に沿って移動し、最終的にはアウトレットポート１５２０を通じて排出される。具体的に図示していないが、インレットポート１５１０およびアウトレットポート１５２０は冷媒管および冷却モータなどと連結されて、前記のような冷媒循環システムが形成できる。
【0077】
先に説明した電池モジュール１００のヒートシンク３００を通じて、電池セル１１０の下部に対する冷却が行われる。即ち、図４を参照すれば、電池セル１１０の連結部１１５に該当する領域の冷却が行われる。
【0078】
さらに、本実施形態による電池パック１０００は、電池モジュール１００を固定するための固定ブラケット１２００内部に冷却流路を形成して、電池セル１１０の上部に対する冷却が可能である。即ち、図４を参照すれば、電池セル１１０の一側部１１４ｃに該当する領域の冷却が行われる。電池セル１１０の上部も冷却が行われるので、電池セル１１０に対する冷却性能が向上し、電池セル１１０間の冷却偏差が減少する長所を有する。特に、本実施形態では、電池セル１１０の上部に対する冷却のために電池モジュール上に別途のヒートシンクなどの複雑な部品を設けるのではなく、固定ブラケット１２００に冷媒流路を形成するので、複雑な設計や製造過程が要求されない。
【0079】
一方、本発明の一実施形態により、電池モジュール１００がパックハウジング１１００内において複数で構成され、固定ブラケット１２００が複数の電池モジュール１００をパックハウジング１１００に固定することができる。図１には一つの固定ブラケット１２００が２つの電池モジュール１００をパックハウジング１１００に固定する様子が示されている。総合すれば、いずれか一つの固定ブラケット１２００が複数の電池モジュール１００をパックハウジング１１００に固定すると同時に複数の電池モジュール１００の上面に対する冷却機能を果たすことができる。
【0080】
図５～図７を再び参照すれば、本実施形態による本体部１３２０には下部方向に湾入した湾入部１３２０Ｄが形成され、本体部１３２０は湾入部１３２０Ｄによって区画される複数の通路部１３２１、１３２２、１３２３を含むことができる。一例として、図５および図７には、一つの本体部１３２０に２つの湾入部１３２０Ｄが形成されて、３つの通路部１３２１、１３２２、１３２３が設けられた様子が示されている。但し、湾入部１３２０Ｄと通路部１３２１、１３２２、１３２３の個数に特別な制限はない。また、通路部１３２１、１３２２、１３２３は部分的に区画されてもよい。言い換えれば、通路部１３２１、１３２２、１３２３の各冷却流路が完全に区分されるのではなく、下端部で互いの冷却流路が共有される形態であってもよい。
【0081】
このような通路部１３２１、１３２２、１３２３は、前記冷却流路の方向と平行な方向に沿ってつながれる。ここで、前記冷却流路の方向は、インレットポート１５１０とアウトレットポート１５２０との間の方向であって、冷媒Ｒが移動する方向、即ち、図６においてｙ軸と平行な方向であってもよい。通路部１３２１、１３２２、１３２３のそれぞれは前記冷却流路の方向と平行な方向に沿ってつながれ、冷媒Ｒが各通路部１３２１、１３２２、１３２３に沿って流動することになる。
【0082】
また、通路部１３２１、１３２２、１３２３は、前記冷却流路の方向と垂直な方向に沿って互いに離隔したまま配置できる。図７には前記冷却流路の方向と垂直な方向、即ち、ｘ軸方向に沿って３つの通路部１３２１、１３２２、１３２３が配置された様子が示されている。
【0083】
一方、図５および図６を参照すれば、本実施形態による本体部１３２０には上向突出した複数の突出部１３２０Ｐが形成できる。このような突出部１３２０Ｐは、互いに離隔したまま前記冷却流路の方向と平行な方向に沿って配置できる。より具体的に、通路部１３２１、１３２２、１３２３のそれぞれに複数の突出部１３２０Ｐが形成できる。
【0084】
前述のとおり、本実施形態による上部プレート１３００は固定ブラケット１２００に冷却流路を形成して、電池モジュール１００の固定以外に電池モジュール１００の上部から発生した熱を発散する機能を果たす。この時、本実施形態による本体部１３２０に湾入部１３２０Ｄや突出部１３２０Ｐが形成されることによって、本体部１３２０の外部表面積を広げ、電池モジュール１００の上部に対する熱発散効果を増大させることができる。また、湾入部１３２０Ｄや突出部１３２０Ｐは一種のビーディング構造を成して、固定ブラケット１２００の撓みに備えた剛性を増大させることができる。したがって、電池パック１０００の構造的安全性を補完することができる。
【0085】
一方、具体的に図示していないが、本発明の他の一実施形態として、上部プレート１３００と下部プレート１４００の間に冷媒管が配置でき、前記冷媒が前記冷媒管に沿って流れて冷却流路を形成することができる。より具体的に、上部プレート１３００の本体部１３２０と下部プレート１４００の固定部１４１０の間の空間に別途の冷媒管が配置され、そのような冷媒管内部に前記冷媒が流れることになる。
【0086】
一方、本明細書上で、冷媒は冷却のための媒介物であって、特別な制限はないが、冷却水であってもよい。即ち、本実施形態による電池パック１０００は水冷式の冷却構造を有することができる。
【0087】
一方、図１を再び参照すれば、本実施形態による電池パック１０００は、ＢＤＵ（バッテリーディスコネクトシステム（Battery Disconnect Unit））モジュール１６００、ＢＭＳ（バッテリーマネジメントシステム（Ｂattery Management System））モジュール１７００、および冷却システムなどの各種制御および保護システムを含むことができる。ＢＤＵモジュール１６００は電池モジュール１００とＨＶ（高電圧（High Voltage））ラインを形成し、デバイスの電力系統に電源を安定的に供給または遮断して事故電流が発生した時にデバイスの電力系統を保護する機能を担当する。ＢＭＳモジュール１７００は電池モジュール１００とＬＶ（低電圧（Low Voltage））ラインを形成し、測定された温度や電圧のデータに基づいて各電池モジュール１００の温度や電圧などを管理する機能を担当する。
【0088】
前記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（電力貯蔵システム（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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【符号の説明】
【0091】
１００：電池モジュール
１０００：電池パック
１１００：パックハウジング
１２００：固定ブラケット
１３００：上部プレート
１４００：下部プレート
１０００：電池パック
１１００：パックハウジング
１２００：固定ブラケット
１３００：上部プレート
１４００：下部プレート
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】