【발명의 명칭】

배터리 팩

【기술분야】

관련출원（들）과의상호인용

본 출원은 2018년 1월 8일자 한국 특허 출원 제 10-2018-0002354호에 기초한우선권의 이익을주장하며, 해당한국특허 출원의 문헌에 개시된모든 내용은본명세서의 일부로서 포함된다.

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 특히 자동차에 장착되는 배터리 팩에 관한것이다.

【배경 기술】

환경오염이 증가하면서 탄소배출을 감소시키기 위해 하이브리드 자동차와전기 자동차에 대한수요가점차증가하고 있다. 이러한하이브리드 자동차나전기 자동차는배터리 팩의 충방전에너지를이용하여 차량구동력을 얻기 때문에， 엔진만을이용하는자동차에 비해 연비가뛰어나고공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 많은 소비자들에게 좋은 반응을 얻고있다.

따라서 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 핵심적 부품인 차량용 배터리에 보다많은관심과연구가필요하다.

이러한 차량용 배터리는 리륨 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지， 니켈 아연 전지 등의 단위 전지를 복수로 포함하며， 단위 전지가직렬또는병렬로연결된배터리 팩 형태로사용된다. 배터리 팩은복수의 단위 전지가포함되어 부피가증가하므로， 크기를 최소화하기 위해서， 복수의 단위 전지를 밀집하여 배치한다. 이때， 단위 전지들은충전또는방전 과정에서 열이 발생하는데， 밀집된상태에서 이러한 열이 신속하게 배출되지 않을 경우 단위 전지의 열화가촉진되고, 발화또는 폭발등이 발생할수있다.

【발명의 상세한설명】

【기술적 과제】

따라서， 본발명은배터리 팩에서 발생되는열을신속하게 배출시킬수 있는냉각구조를가지는배터리 팩을제공하는것이다. 2019/135595 1»（：1^1{2019/000033

【과제의 해결수단】

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 제 1 방향으로 연속하여 배치된 복수의 단위 모듈， 각각의 상기 단위 모듈과중첩하면서 관통유로를 가지는 단위 냉각 부재, 그리고 단위 냉각 부재를 가압하는 가압 부재를 포함하고， 제 1 방향으로 이웃하는 상기 단위 냉각 부재의 상기 관통 유로는 서로연결되어 냉각재가이동하는유로를형성한다.

상기 단위 모듈의 하면과상기 단위 냉각부재의 상면은 면접촉할 수 있다.

상기 배터리 팩은 상기 단위 모듈의 하면과 상기 단위 냉각 부재의 상면사이에 위치하는열계면제층을더 포함할수있다.

상기 단위 냉각부재는용접으로상기 단위 모듈에 연결될수있다. 상기 단위 모듈은 케이스를 포함하고， 단위 냉각 부재는 케이스의 바닥판으로 구성되며， 케이스는 단위 냉각 부재와 연결되어 내부 공간을 형성하는측판， 측판과연결되어 상기 내부공간을밀봉하는상판을포함하며, 내부공간에 이차전지 셀이 수용될수있다.

상기 단위 냉각부재의 두께는상기 측판의 두께보다두꺼울수있다. 상기 단위 냉각부재는상기 측판과일체로이루어질수있다.

상기 가압 부재는 관통 유로와 연결되어 상기 유로에 상기 냉각재가 유입되고 배출되는 입구 및 출구를 가지는 제 1 가압 부재， 그리고 제 1 가압 부재와결합되어 상기 단위 냉각부재를가압하는제 2가압부재를포함할수 있다.

상기 단위 냉각 부재는 상기 제 1 방향으로 배열되며， 상기 제 1 가압 부재와 이웃하는 제 1 단위 냉각 부재， 상기 제 2 가압 부재와 이웃하는 제 3 단위 냉각부재, 상기 제 1단위 냉각부재와상기 제 3단위 냉각부재 사이에 위치하는적어도하나이상의 제 2단위 냉각부재를포함할수있다.

상기 제 1 단위 냉각부재는 상기 입구 및 상기 출구와각각 연결되는 한쌍의 선형 관통유로， 상기 선형 관통유로사이에 위치하며 상기 제 2단위 냉각부재 측으로 양단부가각각개방되아있는곡선형 관통유로를포함하는 제 1관통유로를가지고, 제 2단위 냉각부재는상기 양단부와각각연결되며 상기 제 1방향으로뻗은제 2관통유로를가지고， 제 3단위 냉각부재는상기 2019/135595 1»（：1^1{2019/000033

제 2단위 냉각부재 측으로 양단부가각각개방되어, 이웃하는상기 제 2관통 유로사이를연결하는곡선형의 제 3관통유로를가질수있다.

각각의 상기 단위 냉각 부재는 상기 제 1 방향으로 뻗은 복수의 관통 유로를 가지고， 이웃하는 상기 단위 냉각 부재의 상기 관통 유로는 서로 연결되어 상기 유로를형성할수있다.

상기 관통유로는상기 제 1가압부재의 입구및 출구와연결되고， 제 2 가압 부재는 이웃하는 상기 단위 냉각 부재의 상기 관통 유로를 연결하는 곡선형 관통유로를가질수있다.

상기 관통 유로는 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 일정한 간격으로배치될수있다.

상기 단위 냉각 부재는 상기 제 1 가압 부재와 상기 제 2 가압 부재 사이에 위치하고， 제 1 가압 부재와 상기 제 2 가압 부재는 상기 단위 넁각 부재를관통하는결합부재로결합될수있다.

. 상기 제 1 방향으로 이웃하는 상기 단위 냉각 부재 사이에 위치하는 실링 부재를더 포함할수있다.

상기 유로는지그재그형태로형성될수있다.

【발명의 효과】

본 발명의 실시예에서와 같은 냉각 구조를 형성하면， 배터리 팩의 크기를증가시키지 않으면서도안전한배터리 팩을제공할수있다.

또한， 단위 모듈별로냉각부재를 형성함으로써， 배터리 팩의 크기와 상관없이 냉각부재를 용이하게 설치하여 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.

【도면의 간단한설명】

도 1은본발명의 일실시예에 따른배터리 팩의 개략적인사시도이다. 도 2는본발명의 일실시예에 따른관통유로의 평면도이다 .

도 3 및 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인사시도이다 _.

、 도 4 및 도 6은 각각 도 3 및 도 5에 형성된 관통 유로를 나타내는 개략적인평면도이다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 단면도이다.

【발명의 실시를위한형태】

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에사 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 5 있도록상세히 설명한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한참조부호를붙이도록한다.

- 그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제 1， 제 2 등으로

₁₀ 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로， 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에서， 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때， 이는 특별히 반대되는 기재가 없는한다른구성요소를제외하는것이 아니라다른구성요소를더 포함할수 있는것을의미한다.

₁₅ 또한， 명세서에 기재된 " . . .부재 등의 용어는적어도하나의 기능이나 동작을하는포괄적인구성의 단위를의미한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩에 대해서 설명한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩은 자동차의 연료원으로써， ₂₀ 자동차에 구비될수있다 .

배터리 팩은 전기 자동차， 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩을 연료원으로 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차에 구비될 수 있다 . 또한, 배터리 팩은 자동차 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치 (energy storage system) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 ₂₅ 구비되는것도가능할수있음은물론이다.

도 1은본발명의 일실시예에 따른배터리 팩의 개략적인사시도이고, 도 2는본발명의 일실시예에 따른관통유로의 평면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이， 배터리 팩은 (1000)은 전기적으로 연결되는 복수의 단위 모듈 (100)， 단위 모듈에 연결되어 있는 냉각 부재 (200)를 3 ₀ 포함한다. 2019/135595 1»（：1^1{2019/000033

각 단위 모듈 (100)은 케이스， 케이스 내에 삽입되어 있는 이차 전지 셀을포함한다.

셀은양극판, 분리막및 음극판이 적층된조립체를포함하며， 전해질과 함께 케이스내에 밀봉될수 있으며, 양극판및 음극판과각각연결된 단자가 5 케이스밖에 위치할수있다.

복수의 단위 모듈 (100)이 제 1방향 (X)으로연속해서 배치될경우， 가장 앞에 위치하는단위 모듈 (100)을제 1단위 모듈 (101)이라하고, 가장마지막에 위치하는단위 모듈을제 3단위 모듈 (103)이라고할때 , 제 1단위 모듈 (101)과 제 3 단위 모듈 (103) 사이에 위치하는 단위 모듈을 제 2 단위 모듈 (102)이라 10 한다.

배터리 팩 (1000)은 하나의 제 1 단위 모듈 (101)과 하나의 제 3 단위 모듈 (103)을 포함할 수 있으며, 제 2 단위 모듈 (102)은 적어도 하나 이상 포함할수있다. - 냉각부재 (400)는각각의 단위 모듈 (100)의 하부에 위치하는단위 냉각 15 부재 (200)， 단위 냉각부재 (200)를가압하는가압부재 (300)를포함한다.

각각의 단위 냉각부재 (200)는단위 모듈 (100)하면에 용접으로결합될 수 있으며, 단위 냉각 부재 (200)의 상면과 단위 모듈 (100)의 상면은 면접촉으로 연결될 수 있다. 이때， 용접은 단위 냉각 부재 (200)와 단위 모듈 (100)가접촉하는면의 둘레를따라진행될수있다.

20 이처럼, 용접으로 연결하면 단위 냉각 부재 (200)와 단위 모듈 (100) 사이의 기계적 강성을높여， 후술하는열계면제층 (70)의 퇴화 (또는소성 변형) 발생을 억제하여 배터리 팩의 수명 동안 열저항손실을감소시켜 냉각성능을 오래유지할수있다. - 도 1 및 도 2를 참조하면， 각각의 단위 냉각 부재 (200)는 단위 냉각 5 부재 (200)를 관통하는 관통 유로 (21)을 포함한다. 단위 냉각 부재 (200)는 내부에 형성된관통유로 (21)의 형태에 따라서， 제 1단위 냉각부재 (201) , 저 12 단위 냉각부재 (202)및 제 3단위 냉각부재 (203)를포함할수있다. 제 2단위 냉각부재 (202)는제 1단위 냉각부재 (201)와제 3단위 냉각부재 (203)사이에 위치하며, 적어도하나이상배치될수있다.

0 제 1 단위 냉각 부재 (201)는 제 1 단위 모듈 (101)의 하부에 위치하고, 2019/135595 1»（：1^1{2019/000033

제 2단위 냉각부재 (202)는제 2단위 모듈 (102)의 하부에 위치하고， 제 3단위 냉각 부재 (203)는 제 3 단위 모듈 (103)의 하부에 위치할 수 있다. 제 1 단위 냉각 부재 (201) , 제 2 단위 냉각 부재 (202) 및 제 3 단위 냉각 부재 (203)를 지나가는관통유로 (21)는냉각재가흐를수있다.

구체적으로, 제 1 단위 냉각부재 (201)에 형성된 제 1 관통유로 (2 )는 선형 관통 유로 (21 )와 곡선형 관통 유로 (2比2)룰 포함한다. 선형 관통 유로 (2比1)는 일방향으로 뻗어 있으며, 제 1 단위 냉각 부재 (201)를 관통하여 제 1단위 냉각부재 (201)의 양측으로개방된구멍을가진다.

선형 관통 유로 (2比1)는 쌍으로 형성되어， 곡선형 관통 유로 (2 2)룰 중심으로양쪽에 각각위치할수있다.

곡선형 관통유로 (2比2)는제 1단위 냉각부재 (201)의 일측에 양단부가 위치하며， 제 2단위 냉각부재 (202)를향해서 양단부가개방될수있다.

제 2단위 냉각부재 (202)의 제 2관통유로 (2比)는 제 1 방향으로 뻗어， 제 2 단위 냉각 부재 (202)를 관통할 수 있으며， 제 2 단위 냉각 부재 (202)에 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 복수로 형성될 경우, 제 2 관틋 유로 (2比)들은 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향 (幻으로 일정한 간격을 두고 나란하게 배치될수 있다. 이때, 제 2관통유로 (211 ₃₎ 는제 1관통유로 (2뇨)와 연결되도록배치된다.

제 3단위 냉각부재 (203)의 제 3관통유로 (21 은곡선형 관통유로로 제 3 단위 냉각 부재 (203)의 일측에 양단부가 위치하며， 제 2 단위 냉각 부재 (202)를 향해서 개방되어 있다. 제 3 관통 유로 (21 는 제 2 관통 유로 (2比)와연결되도록배치된다.

따라서， 전체적인유로는배터리 팩 (1000)의 일측에 형성된 입구부 (23) 및 배출부 (24)와연결되고， 지그재그 형태로 형성될수 있다. 이때， 이웃하는 선형 관통유로 (2 )사이의 간격은일정한간격으로배치될수있다.

한편， 단위 냉각 부재 (200)를 서로 연결할 때， 이웃하는 유로 사이에 누수가 발생하지 않도록 이웃하는 단위 냉각 부재 (200)들은 서로 밀착되어 배치될수있다.

가압 부재 (300)는 단위 냉각 부재 (200)들의 외곽에 각각 위치하여, 이들을가압하여 더욱밀착될수있도록한다. 따라서， 가압 부재 (300)는 단위 냉각 부재 (200)의 양쪽 외측에 각각 위치하는 제 1 가압 부재 (301)와 제 2 가압 부재 (302)를 포함하며， 제 1 가압 부재 (301)는 제 1 단위 냉각 부재 (201)에 밀착되도록 배치되고, 제 2 가압 부재 (302)는제 3단위 냉각부재 (203)에 밀착되도록배치될수 있다. 따라서， 제 1 가압 부재 (301)는 제 1 단위 냉각 부재 (201)의 선형 관통 유로 (21al)와 연결되어 냉각재가유입 및 배출되는 입구부 (23) 및 배출부 (24)가 형성될 수 있다.

제 1 가압 부재 (301)와 제 2 가압부재 (302)는 제 1， 2 가압 부재 (301， 302)에 형성된 관통홀 (51)에 위치하는결합부재 (50)를통해서， 서로결합될 수 있다. 이때， 결합 부재 (50)는 예를 들어， 나사산을 가지는 볼트로, 결합 부재 (50)에는 볼트가 삽입되는 결합 구멍이 형성될 수 있으며， 볼트의 일단에는 볼트를 회전시키기 위한 구조가 형성될 수 있다. 결합 부재 (50)를 조이는 정도에 따라서， 단위 냉각 부재 (200) 사이의 밀착 정도를 조절할 수 있다.

결합 부재 (50)는 쌍으로 형성되어， 넁각 부재에 형성되는 유로를 중심으로 양측에 각각 위치할 수 있으나， 이에 한정되는 것은 아니다. 단위 냉각부재 (200)를균일하게 가압하여 밀착시키기 위해서， 단위 모듈 (100)의 폭 또는 배터리 팩의 길이에 따라서 일정한 가압력이 작용될 수 있도록 일정한 간격을두고 3개 이상형성 (도시하지 않음)할수있다.

각각의 관통 홀 (51)은 제 1、가압 부재 (301) 및 제 2 가압 부재 (302)를 관통하는 제 1 홀과 단위 냉각 부재 (200)를 관통하는 제 2 홀에 의해 하나의 기다란홀 (hole)을형성하도록배치될수있다.

본 발명의 일 실시예에서와 같이， 결합 부재 (50)를 통해서 단위 냉각 부재 (200)를 연결하면, 결합 부재 (50)에 의해서 복수의 단위 모듈 (100)이 연결되므로, 용이하게복수의 단위·모듈 (100)을일방향으로정렬할수있다. 한편， 단위 모듈 (100)과 냉각 부재 (200) 사이에는 열계면제 (thermal interface mater i al , TIM)층 (70)이 형성될 수 있다. 열계면제층 (700)은 단위 모듈 (100)과 냉각 부재 (400) 사이의 요철 등을 제거하여 표면을 평탄화함으로써， 단위 모듈 (100)과냉각부재 (400) 사이의 열교환이 원활하게 이루어지도록 한다. 열계면제층 (70)은 냉각부재 (400) 또는단위 모듈 (100)의 일면에 도포하여 형성할수 있으며, 예를들어， 써멀 그리스 (thermal grease) 또는에폭시 (epoxy)와같은물질일수있다.

본 발명에서와 같미, 냉각 부재 (400)를 형성하면， 단위 모듈 ( 100)의 일측으로부터 넁각재가유입된 후， 단위 모듈 (100)의 하면과접촉하여 배터리 팩 ( 1000)을냉각한후다시 배터리 팩 (1000)의 일측으로배출되는순환구조가 형성된다.

본 발명의 일 실시예에서는 단위 모듈에 각각 단위 모듈을 연결하여， 결합함으로써, 단위 모듈의 크기 및 배열에 상관없이 용이하게 냉각 부재를 형성함으로써 배터리 팩을신속하고 냉각시켜 배터리 팩의 안전성을향상시킬 수있다.

도 3 및 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터 5] 팩의 개략적인 사시도이고, 도 4 및 도 6은 각각 도 3 및 도 5에 형성된 관통 유로를나타내는개략적인평면도이다.

도 3 및 도 4의 배터리 팩 ( 1002)은 대부분 도 1의 배터리 팩과 동일하므로, 다른부분에 대해서만구체적으로설명한다.

도 3 및 도 4에 도시한바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩 (1002)은 복수의 단위 모듈 (100)， 단위 모듈 (100)의 하부에 연결된 냉각부재 (400)를 포함한다. 냉각 부재 (400)는 복수의 단위 냉각 부재 (200)， 단위 냉각부재 (200)들을가압하는가압부재 (300)를포함한다.

도 3 및 도 4의 배터리 팩 ( 1002)은 이웃하는 단위 모듈 ( 100) 사이의 밀착력을 증가시키기 위한 실링 부재 (60)를 더 포함할 수 있다. 실링 부재 (60)는탄성, 내열， 내화학성을가지는물질일 수 있다. 실링 부재 (60)는 단위 냉각 부재 (200) 사이가 밀착되는 측면에 도포하여 형성하거나， 별도의 부재로형성한후단위 냉각부재 (200)사이에 배치한후결합할수있다. 도 5 및 도 6에 도시한바와같이 , 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩 (1004)은 복수의 단위 모듈 (100)， 단위 모듈 (100)의 하부에 연결된 냉각 부재 (400)를 포함한다. 냉각 부재 (400)는 복수의 단위 넁각 부재 (200)， 단위 냉각부재 (200)들을가압하는가압부재 (300)를포함한다.

도 5 및 도 6의 단위 냉각 부재 (200)들 각각은 모두 동일한 형태의 관통 유로 (25)를 가지며, 단위 모듈 ( 100)의 위치에 관계없이 동일한 관통 2019/135595 1»（：1^1{2019/000033

유로 (25)를가지는단위 냉각부재 (200)가배치된다.

제 1 가압 부재 (301)는， 단위 냉각 부재 (200)의 관통 유로 (25)와 연결되어 냉각재가이동하는전체유로의 입구부 (23)와출구부 (24)， 단위 냉각 부재 (200)에 형성된 서로 이웃하는 관통 유로들 (25) 사이를 연결하기 위한 곡선형 관통유로 (28)를포함한다.

제 2 가압 부재 (302)는 단위 냉각 부재 (200)에 형성된 서로 이웃하는 관통유로들 (25)사이를연결하는곡선형 관통유로 (28)를포함한다.

도 5및 도 6에서는제 1가압부재 (301) 및 제 2가압부재 (302)에 단위 냉각 부재 (200)의 관통 유로들 (25) 사이를 연결하기 위한 곡선형 관통 유로 (28)를 형성함으로써, 단위 냉각 부재 (200)에는 동일한 형상의 관통 유로 (25)만을형성할수있다.

따라서， 단위 모듈 (100)의 위치에 따라서 관통 유로 (25)를 선택하여 배치하는공정을생략할수있다.

이상의 실시예에서는냉각부재가단위 모듈에 용접으로연결되는것을 설명하였으나, 이에 한정되는것은아니다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 단면도이다.

도 7에 도시한 배터리 팩 (1006)에서, 단위 냉각 부재 (200)는 단위 모듈 (100)을 구성하는 케이스 (80)와 일체로 이루어질 수 있으며， 예를 들어, 케이스 (80)의 바닥판일수있다.

케이스 (80)는 이차 전지 셀이 수용되는 공간을 형성하기 위해서, 바닥판 (81) , 바닥판 (81)을 둘러싸서 내부 공간을 형성하는 측판 (82) , 바닥판 (81)의 반대편에 위치하여 상기 내부 공간을 밀봉하는 상판 (83)을 포함한다.

상판 (83)， 측판 (82) 및 바닥판 (81)은 동일한 물질, 예를 들어 알루미늄으로 형성될 수 있으며， 상판 (83)은 셀이 삽입된 후 용접으로 측판 (82)에 결합될수있다.

바닥판 (81)에는 냉각재가 이동하는 유로를 형성하는 관통 유로 (29)이 형성되므로， 바닥판 (81)의두께 (11)는측판 (82)의 두께奸2)보다두껍게 형성될 수있다. 2019/135595 1»（：1^1{2019/000033

케이스 (80)는 압출 성형의 방법으로 형성하므로, 압출 성형 공정시 유로의 크기에 따라서 바닥판의 두께를 선택적으로 형성한 후, 관통 유로 (29)를가공할수있다.

이처럼, 케이스의 바닥판에 직접 유로를형성함으로써 바닥판을통해서 직접적으로 열교환이 이루어지므로, 냉각 부재와 단위 모듈 사이의 계면에 열계면제층을 형성하지 않을 수 있다. 또한， 단위 모듈과 단위 냉각 부재를 연결하는용접 공정을생략할수있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만본발명의 권리 범위는 이에 한정되는것은아니고다음의 청구 범위에서 정의하고있는본발명의 기본개념을이용한당업자의 여러 변형 및 개량형태또한본발명의 권리 범위에 속하는것이다.

【부호의 설명】

60： 실링 부재 70： 열계면제

80： 케이스 100 단위 모듈

200 단위 냉각부재 300 가압부재

301 제 1가압부재 302 제 2가압부재

400 냉각부재

1000, 1002, 1004, 1006: 배터리 팩