特表 2024-545208 熱管理可能なバッテリーパック

(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】2024-12-05

(54)【発明の名称】熱管理可能なバッテリーパック

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6555 20140101AFI20241128BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241128BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241128BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20241128BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20241128BHJP

   H01M 50/242 20210101ALI20241128BHJP

   H01M 50/289 20210101ALI20241128BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6555

H01M10/613

H01M10/625

H01M50/209

H01M50/204 401H

H01M50/242

H01M50/289

H01M50/249

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024535293

(86)(22)【出願日】2022-12-21

(85)【翻訳文提出日】2024-06-12

(86)【国際出願番号】 KR2022020926

(87)【国際公開番号】W WO2023121278

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】10-2021-0184721

(32)【優先日】2021-12-22

(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】522492576

【氏名又は名称】ポスコ カンパニー リミテッド

(71)【出願人】

【識別番号】592000705

【氏名又は名称】リサーチ インスティチュート オブ インダストリアル サイエンス アンド テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100195257

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 一志

(72)【発明者】

【氏名】ハ、 ウォン

【テーマコード（参考）】

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H031KK08

5H040AA07

5H040AA28

5H040AS07

5H040AT02

5H040AT06

5H040AY04

5H040AY10

5H040CC05

5H040CC30

(57)【要約】

熱管理可能なバッテリーパック（ＨＥＡＴ ＣＯＮＴＲＯＬＬＡＢＬＥ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＡＣＫ）が開示される。熱管理可能なバッテリーパックは、内部には冷媒が移動する第１冷却ラインが設置され、複数のセルモジュールの下部を支持する下部カバーと、下部カバーの上部で複数のセルモジュールの間の位置に設置され内部にはセルモジュールを冷却する冷媒が移動する第２冷却ラインが設置される衝突部材と、複数のセルモジュールの側面を保護する側面フレームと、複数のセルモジュールの上部を覆う上部カバーを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部には冷媒が移動する第１冷却ラインが設置され、複数のセルモジュールの下部を支持する下部カバーと、
前記下部カバーの上部で前記複数のセルモジュールの間の位置に設置され、内部には前記セルモジュールを冷却する冷媒が移動する第２冷却ラインが設置される複数の衝突部材と、
前記複数のセルモジュールの側面を保護する側面フレームと、
前記複数のセルモジュールの上部を覆う上部カバーと
を含む、熱管理可能なバッテリーパック。

【請求項2】

前記第１冷却ラインと前記第２冷却ラインは互いに連結される、請求項１に記載の熱管理可能なバッテリーパック。

【請求項3】

前記第１冷却ラインに連結される第１チューブと、
前記第２冷却ラインに連結されて前記第１チューブに結合される第２チューブと
をさらに含む、請求項２に記載の熱管理可能なバッテリーパック。

【請求項4】

前記第１チューブと前記第２チューブは互いにコネクタによって連結される、請求項３に記載の熱管理可能なバッテリーパック。

【請求項5】

前記冷媒は、前記第１冷却ラインと前記第２冷却ラインのそれぞれに独立して供給される、請求項１に記載の熱管理可能なバッテリーパック。

【請求項6】

前記冷媒は、前記第１冷却ラインと前記第２冷却ラインを循環するように供給される、請求項１に記載の熱管理可能なバッテリーパック。

【請求項7】

前記衝突部材の側面には緩衝部材が付着される、請求項１に記載の熱管理可能なバッテリーパック。

【請求項8】

前記複数の衝突部材の間の位置には前記複数のセルモジュールの側面に接触され内部には第３冷却ラインが設置された隔壁部材をさらに含む、請求項１に記載の熱管理可能なバッテリーパック。

【請求項9】

前記複数のセルモジュールの電極は前記側面フレーム方向に設置され、
前記上部カバーには前記複数のセルモジュールの側面を冷却する第４冷却ラインが設置される、請求項１に記載の熱管理可能なバッテリーパック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セルモジュールの温度を適切な温度に冷却することが可能な熱管理可能なバッテリーパックに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、電気自動車、電気飛行体、産業用電動設備など二次電池を使用する装置において、バッテリーの効率が極大化され熱暴走（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｕｎａｗａｙ）現象を防止するためにはバッテリーが一定の温度を維持しなければならない。

【0003】

現在主流をなしているリチウム系の二次電池は、適正維持温度が約１５～４５℃であってその範囲が狭く、それ以上の温度で長時間維持する場合、熱暴走の危険がある。よって、電気自動車など二次電池を使用する装置はバッテリーの熱管理システムを用いてバッテリーが一定の温度範囲内で動作するように温度を維持させる。

【0004】

電気自動車に使用されるバッテリーパックは、一般に上部カバー（ｕｐｐｅｒ ｃｏｖｅｒ）、側面フレーム（ｓｉｄｅ ｆｒａｍｅ）、内部衝突部材（ｉｎｎｅｒ ｃｒａｓｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、下部カバー（ｌｏｗｅｒ ｃｏｖｅｒ）などの構造部（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒｔｓ）とその中に装着されるセルモジュール（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌ ｍｏｄｕｌｅ）、バッテリー管理システム（ＢＭＳ、Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、熱管理システム（ＴＭＳ、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などからなる。

【0005】

バッテリーパック構成部品のうちの熱管理システムは、バッテリーの温度を一定に維持させる役割を果たす。

【0006】

このような熱管理システムは、バッテリーの温度が適正水準以下である時、バッテリーに熱を供給するか、バッテリーの温度が適正水準以上である時、バッテリーから熱を吸収する部品を含む。

【0007】

このような熱管理システムは、通常熱伝導度の高いアルミニウム板材や押出材を使用して内部に冷媒が流れる中空形状に製作し、その内部に流れる冷媒が循環後、熱交換機などを通じて一定の温度を維持し、冷媒温度によって循環と停滞を繰り返すことでバッテリーの温度を一定に維持させる部品である。

【0008】

熱管理システム中のこのような部品を冷却パネル（ｃｏｏｌｉｎｇ ｐａｎｅｌ）、冷却システム（ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）などと呼ばれ（ｈｅａｔｉｎｇの役割も果たすが、ｃｏｏｌｉｎｇの役割が大部分であるので、通常冷却システムと通称）、角型セル（Ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｃｅｌｌ）やパウチ型セル（Ｐｏｕｃｈ ｃｅｌｌ）を使用する場合、セルモジュールの形状が六面体であるので、六面体中の一面に接触するように装着され、大部分の場合、セルの下面に接触するように装着される。

【0009】

バッテリーパック構成部品のうち、パック内部に位置して、外部からの衝撃を分散、吸収する役割を果たす部品を内部衝突部材という。

【0010】

このような内部衝突部材は、通常セルモジュールの間に位置し、前／後／側面フレームと連結されている。

【0011】

自動車は各種衝突、追突、転覆事故の危険性がある状態で運行されるので、外部衝撃がバッテリーパックに加えられてバッテリーの損傷につながれることがあり、リチウムイオン二次電池の場合、内部の電解質、電極などが大気雰囲気に露出される場合、火災が発生して搭乗者の安全に威嚇となることがあるため、外部の衝撃からバッテリーパック内部のセルを保護することができる衝突部材の役割が非常に重要である。

【0012】

現在大部分のバッテリーパックにおいて冷却パネルがセルモジュール下面に装着される理由は、セル上面の場合、電極が位置し、セルの側面の場合、内部衝突部材が位置するためである。バッテリーの充放電によってセルモジュール内部では熱がセルの前／後／左／右／上／下の全ての方向に発生するが、冷却パネルがセルモジュール下部にのみ位置することは６面のうちの一つの面のみで熱管理に関与するという点から効率的でないという問題点がある。

【0013】

また、自動車の衝突時にバッテリーを保護するための衝突部材の役割が重要であるが、限定されたバッテリーパック内部空間中の相当部分を占める衝突部材がセルモジュール保護の一つの役割のみを果たすことも効率的でないという問題点がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明の一実施形態は、衝突部材の内部に冷却ラインを形成して、衝突部材を用いたセルモジュールの冷却が可能な熱管理可能なバッテリーパックを提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明の一実施形態は、内部には冷媒が移動する第１冷却ラインが設置され、複数のセルモジュールの下部を支持する下部カバーと、下部カバーの上部で複数のセルモジュールの間の位置に設置され、内部にはセルモジュールを冷却する冷媒が移動する第２冷却ラインが設置される衝突部材と、複数のセルモジュールの側面を保護する側面フレームと、複数のセルモジュールの上部を覆う上部カバーを含む。

【0016】

第１冷却ラインと第２冷却ラインは互いに連結できる。

【0017】

第１冷却ラインに連結される第１チューブと、第２冷却ラインに連結されて第１チューブに結合される第２チューブを含むことができる。

【0018】

第１チューブと第２チューブは互いにコネクタによって連結できる。

【0019】

冷媒は、第１冷却ラインと第２冷却ラインのそれぞれに独立して供給できる。

【0020】

冷媒は、第１冷却ラインと第２冷却ラインを循環するように供給できる。

【0021】

衝突部材の側面には緩衝部材が付着できる。

【0022】

複数の衝突部材の間の位置には複数のセルモジュールの側面に接触され内部には第３冷却ラインが設置された隔壁部材をさらに含むことができる。

【0023】

複数のセルモジュールの電極は側面フレーム方向に設置され、上部カバーには複数のセルモジュールの側面を冷却する第４冷却ラインが設置できる。

【発明の効果】

【0024】

本発明の一実施形態によれば、複数のセルモジュールが下部カバーの上側に位置した状態で、複数のセルモジュールの間に衝突部材を設置するので、下部カバーに形成された第１冷却ラインと衝突部材に形成された第２冷却ラインによってセルモジュールを適切な温度に冷却することが可能で安定性と耐久性の向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１実施形態による熱管理可能なバッテリーパックを概略的に示した分解斜視図である。

【図2】図１の熱管理可能なバッテリーパックの下部カバーの上側に衝突部材が設置された状態を概略的に示した斜視図である。

【図3】本発明の第１実施形態による衝突部材を概略的に示した斜視図である。

【図4】本発明の第２実施形態による衝突部材を概略的に示した側面図である。

【図5】本発明の第３実施形態による衝突部材を概略的に示した斜視図である。

【図6】本発明の第４実施形態による衝突部材を概略的に示した斜視図である。

【図7】本発明の第５実施形態による熱管理可能なバッテリーパックを概略的に示した分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、添付した図面を参照して本発明の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。しかし、本発明は様々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において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た。

【0027】

図１は本発明の第１実施形態による熱管理可能なバッテリーパックを概略的に示した分解斜視図であり、図２は図１の熱管理可能なバッテリーパックの下部カバーの上側に衝突部材が設置された状態を概略的に示した斜視図であり、図３は本発明の第１実施形態による衝突部材を概略的に示した斜視図である。

【0028】

図１～図３に示されているように、本発明の第１実施形態による熱管理可能なバッテリーパック１００は、内部には冷媒が移動する第１冷却ライン３０が設置され複数のセルモジュール２０の下部を支持する下部カバー１０と、下部カバー１０の上部で複数のセルモジュール２０の間の位置に設置され内部にはセルモジュール２０を冷却する冷媒が移動する第２冷却ライン５０が設置される衝突部材４０と、複数のセルモジュール２０の側面を保護する側面フレーム７０と、複数のセルモジュール２０の上部を覆う上部カバー８０を含む。ここで、セルモジュール２０は電極が上部に位置することを例示的に説明する。したがって、セルモジュール２０は電極が位置した上部を除いた残りの面の冷却が行われるもので、これについて以下で具体的に説明する。

【0029】

下部カバー１０は複数のセルモジュール２０が安着した状態で設置されるもので、複数のセルモジュール２０のそれぞれを安定的に支持するようにプレート形状に設置できる。

【0030】

下部カバー１０には複数のセルモジュール２０を支持した状態で適切な温度に冷却可能なように第１冷却ライン３０が設置できる。

【0031】

第１冷却ライン３０は下部カバー１０の内部に設置されるもので、下部カバー１０の全体面積に対応して設置されるもので、複数のセルモジュール２０のそれぞれを適切な温度に冷却する冷媒が流れるように設置できる。

【0032】

第１冷却ライン３０は下部カバー１０の内部に単一ラインで形成されて冷媒が内部に沿って流れるように設置されることを例示的に説明する。

【0033】

しかし、第１冷却ライン３０は単一ラインで設置されることで必ずしも限定されるのではなく、複数のラインに変更設置されることも可能である。即ち、第１冷却ライン３０は、複数のセルモジュール２０を、区画を指定して冷却可能なように変更設置され得る。

【0034】

このような下部カバー１０は車両の走行中、道路上の石、破片、落下物などの異物からバッテリーパックの下部を保護する役割を果たすために厚く製作されるので、下部カバー１０が衝突エネルギーの分散および吸収機能も共に果たすことができる。

【0035】

このような下部カバー１０の上側には複数のセルモジュール２０が複数の行と列で配列で配置され、それぞれのセルモジュール２０の間の位置に衝突部材４０が設置できる。

【0036】

衝突部材４０は複数のセルモジュール２０の間の位置に設置されて、セルモジュール２０に伝達される衝撃を緩衝しながら、それぞれのセルモジュール２０を適切な温度に冷却可能なように設置できる。

【0037】

このために、衝突部材４０の内部には冷却のための冷媒が流れる第２冷却ライン５０が設置できる。

【0038】

第２冷却ライン５０は衝突部材４０の内部に設置されるもので、衝突部材４０の大きさに対応して一方向または逆方向に数回屈曲形成されて衝突部材４０の全体面積に対応して設置できる。

【0039】

第２冷却ライン５０は本実施形態で衝突部材４０の内部に単一個数で設置されることを例示的に説明する。しかし、第２冷却ライン５０は単一個数のラインで形成されることに必ずしも限定されるのではなく、複数のラインで設置されてそれぞれの冷却ラインに別途の冷媒をそれぞれ供給することも可能である。

【0040】

このように、複数のセルモジュール２０は下部カバー１０に複数の行と列を成して配置された状態で互いの間の位置に衝突部材４０が設置されるので、外力の作用にも衝撃損傷が発生しない。

【0041】

また、複数のセルモジュール２０は両側が衝突部材４０によってそれぞれ接触された状態で設置されるので、衝突部材４０の内部に設置された第２冷却ライン５０に沿って流れる冷媒と熱交換されて適切な温度に冷却できる。

【0042】

衝突部材４０の厚さと製造方法は、搭載されるセルモジュールの重量、車体（ｖｅｈｉｃｌｅ ｂｏｄｙ）の衝撃吸収能力などによって変化できる。

【0043】

例えば、車体に高強度鋼材が多量使用され衝撃吸収設計が十分である場合、車両衝突時発生するエネルギーの相当部分を車体が吸収することができるので、衝突部材４０は相対的に薄いか、弱い素材が使用できる。

【0044】

反面、車体が弱く設計される場合、衝突時発生するエネルギーの相当部分を衝突部材が吸収しなければならないので、衝突部材４０は相対的に厚いか、強い素材が使用できる。

【0045】

一方、複数の衝突部材４０の間の位置には複数のセルモジュール２０の側面に接触される隔壁部材５２が設置できる。

【0046】

隔壁部材５２は複数の列と行に配置された複数の衝突部材４０の間の位置に長い長さで設置されるもので、セルモジュール２０の側面に接触された状態で設置できる。

【0047】

このような隔壁部材５２の内部には第３冷却ライン５２ａが設置されるので、複数のセルモジュール２０の側面部分の適切な冷却が可能である。

【0048】

即ち、セルモジュール２０は下部カバー１０に形成された第１冷却ライン３０と衝突部材４０の内部に形成された第２冷却ライン５０に加えて、隔壁部材５２に形成された第３冷却ライン５２ａによってより効果的な冷却作用が果たされる。

【0049】

前述の第１冷却ライン３０と第２冷却ライン５０を互いに連結するために、第１チューブ３１と第２チューブ５１が設置できる。

【0050】

第１チューブ３１は、一側は下部カバー１０に形成された第１冷却ライン３０に連結され、他側は複数の衝突部材４０に形成された第２冷却ライン５０に連結された第２チューブ５１に連結される。

【0051】

第１チューブ３１と第２チューブ５１の連結はコネクタ６１によって連結できる。

【0052】

コネクタ６１は、第１チューブ３１と第２チューブ５１をシーリング状態で連結可能なようにゴム、シリコン、高分子材料または金属材料を含む材質から形成できる。

【0053】

このように、コネクタ６１は第１チューブ３１と第２チューブ５１をシーリング状態で連結するので、冷媒の安定的な供給が可能である。第１チューブ３１と第２チューブ５１は本実施形態でコネクタ６１によって連結されることを例示的に説明するが、これに必ずしも限定されるのではなく、第１チューブ３１と第２チューブ５１が互いに直接一体に連結されることも可能である。

【0054】

第２冷却ライン５０は本実施形態で下部カバー１０方向にコネクタ６１が設置されるように設置され、左右方向に長い長さで形成されながら長さ方向の所定位置に屈曲部が形成されるように形成できる。もちろん、第２冷却ライン５０はこれに必ずしも限定されるのではなく、コネクタ６１の位置が衝突部材４０の側面位置などに変更設置されることも可能である。

【0055】

一方、第１冷却ライン２０と第２冷却ライン５０の冷媒が流入する入口と出口の位置、流路の厚さと冷媒が流れる方向などは冷媒の熱容量と体積などを含む全体システムの構成変更によって変更できる。

【0056】

前述のように、冷媒は第１冷却ライン３０と第２冷却ライン５０のそれぞれに独立して供給されて、第１冷却ライン３０と第２冷却ライン５０に供給されて、複数のセルモジュール２０のそれぞれを冷却することができる。しかし、これに必ずしも限定されるのではなく、第１冷却ライン３０と第２冷却ライン５０が互いに連結された状態で冷媒が循環可能に供給されることも可能である。

【0057】

一方、複数のセルモジュール２０は下部カバー１０に安着した状態で側面フレーム７０によって保護される。

【0058】

側面フレーム７０は複数のセルモジュール２０が内部に位置した状態で保護するもので、下部カバー１０と上部カバー８０の間の位置で複数のセルモジュール２０を安定的に保護するように設置できる。

【0059】

前述のように、本実施形態の熱管理可能なバッテリーパック１００は、複数のセルモジュールは下部カバー１０の上側に位置させた状態で、複数のセルモジュール２０の間に衝突部材４０を設置するので、下部カバー１０に形成された第１冷却ライン３０と衝突部材４０に形成された第２冷却ライン５０によってセルモジュール２０を適切な温度に冷却することが可能で、安定性と耐久性の向上が可能である。

【0060】

図４は、本発明の第２実施形態による衝突部材を概略的に示した側面図である。図１～図３と同一の参照番号は同一または類似機能の同一または類似部材をいう。以下で同一参照番号についてはその詳しい説明を省略する。

【0061】

図４に示されているように、本発明の第２実施形態による熱管理可能なバッテリーパックの衝突部材４０の側面には緩衝部材１１０が付着できる。

【0062】

緩衝部材１１０は衝突部材４０の側面でセルモジュール２０と接触する側面に付着されるので、外部衝撃伝達時、セルモジュール２０を安定的に保護することが可能である。

【0063】

図５は、本発明の第３実施形態による衝突部材を概略的に示した斜視図である。図１～図４と同一の参照番号は同一または類似機能の同一または類似部材をいう。以下で同一参照番号についてはその詳しい説明を省略する。

【0064】

図５に示されているように、本発明の第３実施形態による熱管理可能なバッテリーパックの衝突部材４０のコネクタ６１は衝突部材４０の対向する両側面にそれぞれ設置できる。このようにコネクタ６１が衝突部材４０の対向する両側にそれぞれ形成されて隔壁部材５２の第３冷却ライン５２ａと連結できる。

【0065】

したがって、第２冷却ライン５０は衝突部材４０の対向する両側の間を連結しながら衝突部材４０の内部に設置され、長さ方向の所定位置が屈曲形成できる。

【0066】

図６は、本発明の第４実施形態による衝突部材を概略的に示した斜視図である。図１～図５と同一の参照番号は同一または類似機能の同一または類似部材をいう。以下で同一参照番号についてはその詳しい説明を省略する。

【0067】

図６に示されているように、本発明の第４実施形態による熱管理可能なバッテリーパックの衝突部材４０のコネクタ６１は、両側に上下位置を異にしてそれぞれ設置できる。

【0068】

したがって、第２冷却ライン５０は衝突部材４０の両側に位置を異にして設置されたコネクタ６１の間を連結するように衝突部材４０の内部に設置され、長さ方向の所定位置が屈曲形成できる。このようにコネクタ６１が衝突部材４０の対向する両側にそれぞれ形成されて隔壁部材５２の第３冷却ライン５２ａと連結できる。

【0069】

図７は、本発明の第５実施形態による熱管理可能なバッテリーパックを概略的に示した分解斜視図である。図１～図６と同一の参照番号は同一または類似機能の同一または類似部材をいう。以下で同一参照番号についてはその詳しい説明を省略する。

【0070】

図７に示されているように、本発明の第５実施形態による熱管理可能なバッテリーパック２００の複数のセルモジュール１２０は側面方向に電極が設置された状態で配置できる。

【0071】

このような複数のセルモジュール１２０の上部は内部に第４冷却ライン１８１が設置された上部カバー１８０でカバーできる。

【0072】

したがって複数のセルモジュール２０は下部カバー１０に形成された第１冷却ライン３０と、衝突部材４０に形成された第２冷却ライン５０と、隔壁部材５２に形成された第３冷却ライン５２ａ、および上部カバー１８０に形成された第４冷却ライン１８１によって効果的に冷却されることが可能である。

【0073】

以上を通じて本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、請求範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属するのは当然である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】