JP7687782B2 - 冷却部材およびその製造方法、そしてこれを含む電池パック - Google Patents

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０２１年７月２日付韓国特許出願第１０－２０２１－００８６８１６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。

冷却部材およびその製造方法、そしてこれを含む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、多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冷却部材または放熱部材などが提供されることもあり、最近は冷却水を注入した水冷式冷却部材または水冷式放熱部材の適用が試みられている。

図１は電池セル積層体に提供された水冷式冷却部材を示す図面である。

図１を参照すれば、水冷式冷却部材５０は、図示されたように電池セル積層体１０の上部に位置することができる。冷却水が提供されない空冷式冷却部材の場合には、ファンの位置により冷却部材に温度勾配が形成されることによって電池セル積層体１０が均一に冷却されないという問題があったが、水冷式冷却部材５０は、矢印方向に沿って注入される冷却水により冷却部材５０の温度が比較的に一定に維持され得るため、冷却部材５０の温度偏差が最小化する長所がある。

水冷式冷却部材５０は、上部板および下部板を接合することによって形成され、上部板および下部板の間の空間に冷却水が収容される。従来は水密性を確保するために主に溶接などの方法を利用して上部板および下部板を結合した。しかし、上部板および下部板の物性が互いに異なるか、または上部板および下部板のうちの少なくとも一つが物性が異なる素材などを部分的に含む場合には、溶接により上部板および下部板が良好に結合されないか、または接合工程中に上部板および下部板が損傷することがあるため、水冷式冷却部材５０に使用可能な素材が制限されるという問題があった。

したがって、従来技術のこのような問題を解決できる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、冷却水を利用した冷却方式を適用することができる冷却部材およびその製造方法、そしてこれを含む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冷却部材は、電池セルを冷却させるための冷却部材において、上部板、下部板、および前記上部板と前記下部板との間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含み、前記冷却部材は、前記上部板が前記下部板に導入されるか、または前記下部板が前記上部板に導入されることによって形成された湾入部を含み、前記冷却部材の周縁部分には第１湾入部が形成され、前記冷却部材の中央部分には第２湾入部が形成され、前記第１湾入部を形成する前記上部板と前記下部板との間にはシーリングパッドが位置する。

前記湾入部は深さを有し、前記深さが伸びる方向は、前記冷却部材内部の冷却水の流れ方向と垂直になることができる。

前記湾入部は、前記上部板が変形された上部湾入部、および前記下部板が変形された下部湾入部を含み、前記上部湾入部の上面の最低点は、前記湾入部が形成されていない前記下部板の上面より下に位置することができる。

前記上部湾入部の上面の最低点は、前記湾入部が形成されていない前記下部板の下面より下に位置することができる。

前記湾入部は、前記上部板が変形された上部湾入部、および前記下部板が変形された下部湾入部を含み、前記上部湾入部の外径の最大値は、前記下部湾入部の内径の最小値より大きくてもよい。

前記第２湾入部は、前記冷却部材の長さ方向に沿って形成された細長い溝に形成され得る。

前記湾入部は、前記冷却部材の幅方向上、前記第１湾入部と前記第２湾入部との間に位置する第３湾入部を含むことができる。

前記下部板は、第１素材で形成された第１部分、および第１素材と異なる第２素材で形成された第２部分を含むことができる。

本発明の他の実施形態による冷却部材の製造方法は、上部板の周縁にシーリングパッドを位置させる段階、前記シーリングパッドが位置した前記上部板と、下部板とを積層する段階、第１湾入部を形成することによって、前記シーリングパッドを間に置いた前記上部板と前記下部板の周縁部を結合する段階、および第２湾入部を形成することによって、前記上部板と前記下部板の中央部に冷却流路を形成する段階を含む。

前記冷却部材の製造方法は、第３湾入部を形成することによって、前記上部板と前記下部板の中央部に変形防止構造を形成する段階をさらに含むことができる。

前記上部板と下部板の周縁部を結合する段階は、前記上部板、前記シーリングパッドおよび前記下部板の順に積層された積層体を準備する段階、前記積層体をダイに整列させる段階、前記積層体に向かってパンチを前進させる段階、前記積層体が前記ダイのリセス形状に応じて変形するように、前記パンチが前記積層体を局部的に加圧する段階、および前記積層体と遠ざかるように前記パンチを後退させる段階を含むことができる。

前記積層体と遠ざかるように前記パンチを後退させる段階の後、前記積層体を前記第２ダイに整列させる段階を含むことができる。

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、モジュールレス構造の電池モジュールを含むことができる。

実施形態によれば、従来の溶接接合方式の代わりに機械式締結方式を適用することによって、多様な素材が適用された冷却部材が製造され得る。

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。

電池セル積層体に提供された水冷式冷却部材を示す図面である。 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の冷却部材に含まれている上部板を示す図面である。 図２の冷却部材に含まれている下部板を示す図面である。 図２の冷却部材のＡ－Ａ切断面を示す図面である。 図５の断面構造が形成される過程を示す図面である。 図２の冷却部材の部分拡大図である。 図２の冷却部材のＢ－Ｂ切断面を示す図面である。 図８の断面構造が形成される過程を示す図面である。 本発明の他の実施形態による冷却部材の製造方法を示すフローチャートである。 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１１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。

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、中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２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３は図２の冷却部材に含まれている上部板を示す図面である。図４は図２の冷却部材に含まれている下部板を示す図面である。

図２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せるものであり得る。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。この時、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することが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多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１１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はなく、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）に位置してもよく、または側部（＋／－ｙ軸上方向）に位置することもできる。

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せられ得る。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せられるか、または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の幅は前記電池セル積層体の幅に合わせられるか、または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は多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の長さおよび幅は多数の電池セル積層体の長さおよび幅に 合わせられるか、または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１１参照）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の周縁部分には冷却部材５００の上部板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において結合された上部板５１０と下部板５２０との間には冷却水が内蔵されたり循環したりすることができる。

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、アウトレットポート５３０に排出され得る。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冷却水全体の温度偏差が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。

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は複数が形成され得、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つの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引き続いて形成され得、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と並んで位置するアウトレットポート５３０に排出され得る。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でき、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が破損したりすることがある。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されることによって特定区間に圧力が大きく作用しても、これによる変形が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の幅方向上、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１１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するか、またはこれに近接して配置され得る。電池モジュールまたは電池パックにおいて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率よく防止され得る。

図３を参照すれば、上部板５１０は板状形で提供されるが、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。具体的に、上部板５１０は幅方向上の断面を基準に、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。

冷却部材５００にはシーリングパッド５１２が提供され得る。図３は上部板５１０の背面、つまり、上部板５１０において下部板５２０と向き合う面を示したものであり、シーリングパッド５１２は上部板５１０の背面上に提供されて、上部板５１０と下部板５２０との間に位置することができる。シーリングパッド５１２は冷却部材５００で密封部５４０に位置することができる。

シーリングパッド５１２は弾性力がある柔軟な素材で製造され得る。シーリングパッド５１２として製造される素材の一例としては、シリコ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。シーリングパッド５１２は上部板５１０と下部板５２０の結合時、外力により圧縮されることによって、上部板５１０と下部板５２０の間に存在する隙間を埋めることができる。シーリングパッド５１２は前記隙間を通じて冷却部材５００内部の冷却水が外部に流出することを防止することができる。

一方、図３では上部板５１０に前述した流路形成溝５５０および変形防止溝５６０が形成されたものと示されている。しかし、流路形成溝５５０または変形防止溝５６０は上部板５１０および下部板５２０が結合された後に追加工程を通じて形成され得るため、冷却部材５００の製造時に提供される上部板５１０に必ずしも流路形成溝５５０または変形防止溝５６０が予め形成されなければならないことではない。

図４を参照すれば、冷却部材５００の下部板５２０は上部板５１０と全体的に類似の形状を有することができる。下部板５２０も板状形で提供されるが、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は幅方向上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。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。

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において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。

下部板５２０は一つの素材で提供されることもできるが、２種類以上の素材で提供されることもできる。例えば、下部板５２０は、第１素材で提供される第１部分５２２、および第２素材で提供される第２部分５２４を含むことができる。具体的に、下部板５２０は、第１素材で製造された板状形部材から一部領域を除去した後、前記除去された一部領域に第２素材で製造された部材を満たしたり、嵌め込むことによって形成され得る。これ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下部板５２０の第２部分５２４が開放されるようにしたものであり得る。第２部分５２４に提供される第２素材は第１素材より熱または圧力に脆弱なものであり得る。第２部分５２４が開放されると冷却部材５００内の冷却水が電池セルに噴射され得るため、電池セルの発火現象がより迅速に緩和され得る。より具体的に、第１素材はアルミニウムなどの金属であり、第２素材は溶融点が２００℃以下である熱可塑性の高分子樹脂であり得る。前記熱可塑性の高分子樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなど溶融点が約１００℃以上２００℃以下である物質が挙げられる。

一方、前述したように上部板５１０または下部板５２０が２種類以上の素材で製造されたり、下部板５２０が一つの素材で製造されても、上部板５１０が下部板５２０と異なる素材で製造されることによって冷却部材５００に物性が異なる２種類以上の素材が含まれ得る。従来は冷却部材５００の上部板５１０および下部板５２０が主にブレージング（Ｂｒａｚｉｎｇ）またはレーザ溶接などにより結合されたため、このように冷却部材５００に２種類以上の素材が含まれるように設計される場合には溶接工程中に一つの素材が変形され得るため、溶接工程が煩雑になったり不可能になるという問題があった。また、レーザ溶接などを利用する場合、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得るため、これにより上部板５１０または下部板５２０の少なくとも一部が曲がるという問題があった。

しかし、本実施形態の冷却部材５００は、溶接方式でなく機械的締結方式を通じて製造されるため、従来とは異なり２種類以上の素材を含むように製造され得る。具体的に、本実施形態の機械的締結方式は、熱を加えないか、または冷却部材５００に提供される素材の溶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。したがって、本実施形態の冷却部材５００には溶接温度に拘わらず多様な素材を使用することができるため、冷却部材５００の設計が容易にかつより多様になり得る。

以下、図面を通じて冷却部材５００に適用された機械的締結方式とこれにより現れる冷却部材５００の構造的特徴を説明する。

図５は図２の冷却部材のＡ－Ａ切断面を示す図面である。図６は図５の断面構造が形成される過程を示す図面である。図７は図２の冷却部材の部分拡大図である。

本実施形態の冷却部材５００はクリンチング（ｃｌｉｎｃｈｉｎｇ）締結方式を利用して製造され得る。クリンチング（ｃｌｉｎｃｈｉｎｇ）は、パンチなどを利用して積層された二つの板状形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二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）接合と称されることもできる。

冷却部材５００の製造時、溶接結合方式の代わりにクリンチング締結方式を適用すれば、製造過程中に過度な熱が発生しないため、冷却部材５００に意図しない変形が最小化することができ、予め設計された寸法と最終製品の寸法との差が減るようになることによって寸法安定性が確保され得る。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、溶融点である６６０℃以上の温度が加えられると変形し始めることができる。しかし、前述したクリンチング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ため、冷却部材５００の寸法安定性がより向上することができる。

また、冷却部材５００の製造時にクリンチング締結方式を適用すれば、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ため、インサート射出で形成可能な多様な素材および形状の構造が冷却部材５００に適用され得る。

図５乃至図７を参照すれば、本実施形態の冷却部材５００の密封部５４０は前述したクリンチング締結方式を通じて形成され得る。密封部５４０は一方向に湾入された湾入部５４２を有することができる。湾入部５４２は上部板５１０または下部板５２０の一部が加圧されることによって、その加圧方向に沿って一体として湾入された部分であり得る。密封部５４０に湾入部５４２が形成されることによって、上部板５１０と下部板５２０は物理的に結合され得る。ここで、加圧方向は上部板５１０から下部板５２０に向かう方向であってもよく、下部板５２０から部板５１０に向かう方向であってもよい。

具体的な例を挙げれば、上部板５１０の二つの面は第１面および第２面、下部板５２０の二つの面は第３面および第４面と称され得る。上部板５１０から下部板５２０に向かう第１方向を基準に、第１面乃至第４面は第１面、第２面、第３面および第４面の順に位置することができる。上部板５１０の第１面と下部板５２０の第４面は冷却部材５００の外部面を形成することができ、上部板５１０の第２面と下部板５２０の第３面は互いに向き合うことができる。

ここで、上部板５１０の第１面が部分的に加圧されると、第１面は所定の深さを有するように第１方向に湾入されて凹状に形成され得る。ここで、上部板５１０が加圧されることによって上部板５１０の下に位置した下部板５２０は共に変形され得、上部板５１０と下部板５２０は加圧により物理的に変形されることによって一体として結合され得る。ここで、下部板５２０を基準にする時、湾入部５４２は突出して凸状に形成されたものと説明されることもできる。

図５の写真を参照する時、加圧を通じて上部板５１０および下部板５２０がそれぞれ湾入され、ここで、上部板に形成された湾入部は上部湾入部５４３、下部板５２０に形成された湾入部は下部湾入部５４４と称され得る。上部板５１０が加圧されると上部湾入部５４３が形成され、上部湾入部５４３が下部板５２０に導入されることによって下部湾入部５４４が形成され得る。

湾入部５４２は湾入されることによって深さ値を有するようになり、湾入部５４２の深さ方向は冷却部材５００の内部の冷却水が流れる方向と垂直になり得る。ここで、深さ方向は前述した加圧方向であり得る。湾入部５４２が深さを有するように形成されることによって、上部板５１０と下部板５２０との間は堅固に結合され、冷却部材５００内の圧力により上部板５１０と下部板５２０との間が多少開かれることが防止され得る。また、湾入部５４２は上部板５１０と下部板５２０との間が多少開かれる場合にも、冷却水の流れを妨害することによって冷却水が湾入部５４２が形成された密封部５４０を超えて冷却部材５００の外部に流出されないようにすることができる。

ここで、湾入部５４２が形成された第１面の最低点は、湾入部５４２が形成されていない領域、つまり、第３面の最高点または第４面の最高点より下に位置することができる。このようにクリンチング工程を通じて上部板５１０の上面（第１面）の一部が下部板５２０の上面（第３面）または下面（第４面）よりも下に位置するように変形されると、上部板５１０が下部板５２０に完全に導入されるようになるため、上部板５１０と下部板５２０との間の結合はより安定的に形成され得る。

湾入部５４２の深さは上部板５１０、下部板５２０またはこれらを合わせたものの厚さより大きくてもよい。湾入部５４２の深さが過度に小さいと上部板５１０と下部板５２０との間の水密性が確保され難いことがあり、湾入部５４２の深さが過度に大きいと上部板５１０と下部板５２０が過度に変形されたり部分的に切断されることがある。例えば、湾入部５４２が形成されていない部分の上部板５１０の厚さと下部板５２０の厚さを加えた値を１００とする時、湾入部５４２の深さは５０以上、または５０乃至２００の値を有することができる。しかし、前述した値は例示に過ぎず、本発明の湾入部５４２の深さを限定するのではない。ここで、湾入部５４２の深さは上部湾入部５４３を基準にしたものであり得、具体的に湾入部５４２が形成されていない上部板５１０を基準に上部湾入部５４３の第１面が有する深さであり得る。

上部湾入部５４３の深さは下部湾入部５４４の深さよりも大きくてもよい。これは第１方向に沿って加圧される場合、上部湾入部５４３は下部湾入部５４４より湾入部５４２の内側に位置するため、内径を形成する上部湾入部５４３が外径を形成する下部湾入部５４４よりも多く変形されなければならないためであり得る。加圧過程を通じて上部湾入部５４３と下部湾入部５４４が形成される過程で、加圧される上部板５１０および下部板５２０は面積が増えることによって厚さ値が減るようになるが、上部湾入部５４３は上部板５１０および下部板５２０の厚さの変化を全て収容して変形されなければならないため、深さがより大きく形成されたものでもあり得る。一方、第１方向は加圧方向を例示するためのものであるところ、上部板５１０および下部板５２０が第１方向と対向する第２方向に沿って加圧される場合には、下部湾入部５４４が内側に位置するようになるため、下部湾入部５４４の深さが上部湾入部５４３の深さより大きい値を有することができる。

湾入部５４２は深さ方向上の末端が多少広がった形状を有することができる。上部湾入部５４３の最下端部（最低端部）は上部湾入部５４３の他の部分より多少大きい直径を有することができる。下部湾入部５４４の最下端部（最低端部）は下部湾入部５４４の他の部分より多少大きい直径を有することができる。ここで、上部湾入部５４３の外径の最大値は、下部湾入部５４４の内径の最小値より大きくてもよく、そのために、上部湾入部５４３と下部湾入部５４４との間には係止結合が形成され得る。したがって、冷却部材５００内圧により上部湾入部５４３と下部湾入部５４４との間に圧力が作用しても、前述した係止結合により上部板５１０と下部板５２０との間が開かれないことができる。このように、上部湾入部５４３と下部湾入部５４４の形状に応じて、湾入部５４２の結合力はより向上することができる。

一方、実施形態により、密封部５４０がより完全に形成され得るように、パンチは湾入部５４２を再び加圧することができる。この時、パンチは湾入部５４２が踏まれるように、湾入部５４２を変形することによって上部板５１０と下部板５２０がより安定的に結合されるようにすることができる。このような再加圧を通じて湾入部５４２はゆがんだり、湾入部５４２の深さが縮小されるように変形され得る。この時、湾入部５４２はパンチと前記ダイよりも大きい直径のリセスを有する第２ダイとの間に配置され得、パンチが湾入部５４２を加圧すると、既存に形成された湾入部５４２は第２ダイのリセスに合うように変形されることによって湾入部５４２の少なくとも一部分がより大きい直径を有するようになることができる。

ここで、上部湾入部５４３と下部湾入部５４４が深さ方向上の末端が多少広がった形状を有することは、第２ダイによる再加圧工程のためであり得る。しかし、必ずしもその限りではなく、第２ダイを使用しなくてもパンチおよびダイの動作により上部湾入部５４３と下部湾入部５４４が前述した形状を有するように形成されることもできる。湾入部５４２を再加圧することは、湾入部５４２の損傷を招き得るため、前述した再加圧工程は湾入部５４２の物性、大きさなどを考慮して適用されなければならない。

湾入部５４２の外径、つまり、下部湾入部５４４の外径は、５乃至１１ｍｍ、７乃至９ｍｍ、または７．５乃至８．５ｍｍの値を有することができる。湾入部５４２の直径が過度に小さいと、湾入部５４２により上部板５１０および下部板５２０が堅固に結合され難いこともあり、湾入部５４２の直径が過度に大きいと、湾入部５４２による上部板５１０および下部板５２０の変形が過度になり、冷却部材５００の寸法安定性が低下することがある。また、湾入部５４２の直径は湾入部５４２間の距離、つまり、後述する第１間隔により異に設計されることもできる。

この時、湾入部５４２の直径は第２ダイの直径により変わり得るため、前述した下部湾入部５４４の外径値は第２ダイのリセス内径値と対応することができる。また、湾入部５４２を形成するに当たり、第２ダイが使用されずに一つのダイだけが使用される場合には、前述した下部湾入部５４４の外径値はダイのリセス内径値と対応することができる。つまり、前述した下部湾入部５４４の外径値は最終使用されるダイのリセス内径値に対応することができる。

また、湾入部５４２の直径以外にも、湾入部５４２の形状は使用されるパンチ、ダイまたは第２ダイの形状に応じて決定され得る。例えば、パンチの断面が円形である場合には、湾入部５４２は全体的に管状で形成され得、パンチの断面が四角形である場合には、湾入部５４２は全体的に四角管状で形成され得る。

以上では第１面が第１方向に加圧されることによって湾入部５４２が形成される場合を基準に説明した。しかし、これは湾入部５４２が形成される一例として、湾入部５４２は第４面が第２方向に沿って加圧されることによって形成されることもできる。湾入部５４２が第２方向に沿って加圧されることによって形成されるものであっても前述した内容を通じて十分に理解され得るところ、これについての詳細な説明は省略する。

一方、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の間にはシーリングパッド５１２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、熱に多少脆弱なシーリングパッド５１２が上部板５１０および下部板５２０の結合時に提供されることは難しかった。したがって、溶接工程を利用する場合には熔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、追加工程を通じてシーラント（ｓｅａｌａｎｔ）などを塗布した。しかし、本実施形態による冷却部材５００は機械的結合方式を通じて形成されるため、熱に脆弱なシーリングパッド５１２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、これにより製造工程の単純化および製造費用の節減などが達成され得る。

シーリングパッド５１２は互いに向き合う上部板５１０の第２面と下部板５２０の第３面との間に提供され、上部板５１０、シーリングパッド５１２、下部板５２０は互いに面接触するように配置され得る。図６に示されたように第１方向に沿って上部板５１０、シーリングパッド５１２、下部板５２０が積層された積層体の一面にはパンチが位置し、他面にはリセスを備えたダイが位置することができる。ここで、ダイに備えられたリセスはパンチの外周形状と対応するように形成され得る。パンチとダイとの間に積層体が配置された後、パンチが移動することによって積層体の一面を加圧すると、積層体はダイのリセス部と当接する時まで変形され、前述した圧力により３個の層を有する積層体に湾入部５４２が形成されることによって３個の層が互いに堅固に結合され得る。

前述した加圧過程を通じて弾性体で提供されるシーリングパッド５１２は圧縮されることによってその厚さが減ることができる。具体的に、外力が加えられないシーリングパッド５１２の厚さを基準に、冷却部材５００の断面上に現れるシーリングパッド５１２の厚さは２０～８０％であり得る。この時、シーリングパッド５１２の厚さは断面上に現れるシーリングパッド５１２の厚さのうち最も小さい値を基準にするか、シーリングパッド５１２の厚さの平均値を基準に比較され得る。一方、シーリングパッド５１２が圧縮されることによって、上部板５１０および下部板５２０の間の水密性が向上することができる。前述した水密性が確保されるためには、シーリングパッド５１２が４０％乃至６０％、または約５０％水準で圧縮されることが好ましい。したがって、冷却部材５００の断面上に現れるシーリングパッド５１２のうち少なくとも一部は、外力が加えられないシーリングパッド５１２の厚さを基準に、４０％乃至６０％、または約５０％以下であることが好ましい。シーリングパッド５１２厚さの最小値は４０％乃至６０％、または約５０％以下であることが好ましい。

一方、加圧過程を通じてシーリングパッド５１２が減るだけでなく、上部板５１０および下部板５２０の厚さも一部変形され得る。湾入部５４２の最低点はパンチにより加圧されて最も大きい圧力を受けた部分であり得、そのために湾入部５４２の最低点、つまり、最も深く湾入された部分の厚さ値は他の部分の厚さよりも小さくてもよい。湾入部５４２が形成される前、パンチと対応する部分は、パンチの圧力により押さえられることで湾入部５４２の最高点から最低点に至る側部を形成しなければならないため、パンチの圧力によりその面積が増加するようになることによって全体的な厚さが減るようになり得る。

図７を参照すれば、密封部５４０において湾入部５４２は複数個が形成され得、複数個の湾入部５４２は間隔を置いて位置することができる。具体的に、第１幅ｗ１で形成された密封部５４０において、互いに隣接した湾入部５４２ａ、５４２ｂは第１距離ｐ１を置いて位置することができる。第１距離ｐ１は密封部５４０の水密性の確保に重要な変数になり得る。具体的に、第１距離ｐ１値が過度に小さいと加圧による変形が過度になり、冷却部材５００の寸法安定性が低下することがあり、第１距離ｐ１値が過度に大きいと密封部５４０の堅固さが低下することがある。また、前述のように第１距離ｐ１は湾入部５４２の大きさ値に影響を与えることもでき、第１距離ｐ１が大きく設計されると、第１距離ｐ１が小さく設計される場合と比較して湾入部５４２がより大きく形成されることが好ましい。ここで、第１幅ｗ１はシーリングパッド５１２の幅値でもあり得る。またここで、第１距離ｐ１はピッチ（ｐｉｔｃｈ）と称され得る。

図８は図２の冷却部材のＢ－Ｂ切断面を示す図面である。図９は図８の断面構造が形成される過程を示す図面である。

図８および図９を参照すれば、本実施形態の冷却部材５００の流路形成溝５５０および変形防止溝５６０は、前述したクリンチング締結方式を通じて形成され得る。従来の溶接結合方式を適用した冷却部材５００の製造方法では、流路を形成するために別途の製造工程を追加しなければならなかったが、本実施形態の冷却部材５００には機械的結合方式が適用されるため、流路を形成するための別途の製造工程が省略され、図５乃至図７で説明された上部板５１０および下部板５２０の結合工程中に流路が共に形成され得る。また、同一工程内で、変形防止溝５６０を形成することによって冷却部材５００に変形防止構造を形成することができる。したがって、機械的結合方式を適用した本実施形態の冷却部材５００は、従来の結合方式を利用する場合と比較して、製造工程の単純化および製造費用の節減のような長所を有することができる。

具体的に、流路形成溝５５０または変形防止溝５６０は離隔した上部板５１０および下部板５２０の一面を加圧することによって形成され得る。流路形成溝５５０または変形防止溝５６０はシーリングパッド５１２が提供されない以外は、前述した湾入部５４２と同様な方法を通じて形成され得るため、その詳細な説明は省略する。また、流路形成溝５５０および変形防止溝５６０もその製造過程および形状を考慮すると、「湾入部」と称され得、この時、密封部５４０に形成される湾入部５４２は第１湾入部、流路形成溝５５０は第２湾入部、変形防止溝５６０は第３湾入部と称され得る。

ここで、流路形成溝５５０または変形防止溝５６０も上部板５１０および下部板５２０が共に変形されることによって形成されるものであるため、流路形成溝５５０を通じて上部板５１０および下部板５２０にそれぞれ上部流路形成溝および下部流路形成溝が形成され、変形防止溝５６０を通じて上部板５１０および下部板５２０にそれぞれ上部変形防止溝および下部変形防止溝が形成され得る。したがって、各変形された部分の深さ、直径などに関する内容は前述した内容を通じて具体的に説明され得るため、これについての詳細な説明を省略する。

ただし、図５乃至図７の湾入部５４２は互いに接触したり、シーリングパッド５１２を通じて接触する上部板５１０および下部板５２０の周縁を加圧することによって形成されるため、湾入部５４２の形成を通じて上部板５１０および下部板５２０が一体として結合されたが、流路形成溝５５０および変形防止溝５６０は互いに離隔した上部板５１０および下部板５２０の中央部または内側部を加圧することによって形成されるため、流路形成溝５５０または変形防止溝５６０により上部板５１０および下部板５２０の中央部または内側部が湾入部５４２ほど堅固に結合されるものではない。例えば、上部板５１０および下部板５２０の周縁部分に形成された湾入部５４２の深さは、上部板５１０および下部板５２０の中央部または内側部に形成された流路形成溝５５０および変形防止溝５６０の深さより大きい値を有することができる。

しかし、流路形成溝５５０は変形防止溝５６０より上部板５１０および下部板５２０の間の結合が堅固でなければならないため、流路形成溝５５０は冷却部材５００の長さ方向上に伸びる長い溝が予め形成され、長い溝に流路形成溝５５０が間隔を置いて形成されることによって、結合水準が補完されることもできる。冷却部材５００の長さ方向上に伸びる長い溝が上部板５１０または下部板５２０に予め形成されることによって、上部板５１０および下部板５２０は部分的に互いに接触することができる。流路形成溝５５０は互いに接触している二つの板を局部的に加圧することによって形成されるため、流路形成溝５５０は、湾入部５４２の場合と類似に、上部板５１０および下部板５２０を機械的に堅固に接合することができる。ここで、冷却部材５００、上部板５１０または下部板５２０において、中央部または内側部は周縁を除いた部分であり、冷却水が内蔵または循環する部分を意味するものであり得る。

以下、機械的締結方式を利用した冷却部材の製造方法について説明する。

図１０は本発明の他の実施形態による冷却部材の製造方法を示すフローチャートである。

図１０を参照すれば、冷却部材の製造方法（Ｓ１０００）は、
上部板５１０を提供する段階（Ｓ１１００）、上部板５１０にシーリングパッド５１２を位置させる段階（Ｓ１２００）、シーリングパッド５１２が介された上部板５１０と下部板５２０を結合する段階（Ｓ１３００）、冷却流路を形成する段階（Ｓ１４００）、および変形防止構造を形成する段階（Ｓ１５００）を含むことができる。

以下、各段階についてより詳細に説明する。

上部板５１０を提供する段階（Ｓ１１００）は、製造された上部板５１０が本実施形態の製造工程のために準備されることを意味し得る。ここで、上部板５１０は中央部が周縁部分より湾入した形状を有することができる。上部板５１０の中央部には部分的に溝が備えられた状態であり得る。またここで、下部板５２０は中央部が周縁部分より湾入した形状を有することができる。下部板５２０は、第１素材を有する第１部分と、第２素材を有する第２部分とを含むことができる。下部板５２０の少なくとも一部はインサート射出を通じて形成されたものであり得る。

上部板５１０にシーリングパッド５１２を位置させる段階（Ｓ１２００）は、図３で示されたように上部板５１０の背面（下面）にシーリングパッド５１２を密着させる段階を含むことができ、これは図３を通じて説明が可能であるため、本実施形態ではその具体的な説明を省略する。

また、上部板５１０にシーリングパッド５１２を位置させる段階（Ｓ１２００）は、上部板５１０の背面（下面）にシーリングパッド５１２を密着させる段階の後、前記シーリングパッド５１２が位置した前記上部板５１０と下部板５２０を積層する段階を含むことができる。前記段階は下部板５２０の上に上部板５１０とシーリングパッド５１２を安着させる段階であり得る。ここで、互いに類似の外形を有する上部板５１０と下部板５２０は上部板５１０の背面と下部板５２０の上面が互いに向き合うように配置され得、シーリングパッド５１２が位置した互いの周縁が対応するように配置され得る。

シーリングパッド５１２が介された上部板５１０と下部板５２０を結合する段階（Ｓ１３００）、冷却流路を形成する段階（Ｓ１４００）、および変形防止構造を形成する段階（Ｓ１５００）は、前述したクリンチング工程を通じて行われ得る。

具体的に、クリンチング工程にはペアになるパンチングとダイを使用することができる。ダイはパンチングの外形と対応する形状を有するリセスが形成され得る。パンチングとダイとの間にワークが位置すれば、パンチングがダイに向かって移動することによってワークの一部がパンチングおよびダイのリセス形状に合わせて変形され得る。ワークが２個以上の層で構成される場合、前述した変形を通じて２個以上の層は機械的に結合され得る。

パンチとダイは、シーリングパッド５１２が介された上部板５１０と下部板５２０を結合することができる（Ｓ１３００）。パンチとダイの動作を通じて湾入部５４２が形成されることによって、上部板５１０と下部板５２０には密封部５４０が形成され、これにより上部板５１０と下部板５２０は結合され得る。湾入部５４２が形成されることによって上部板５１０と下部板５２０の周縁部分は結合され得る。湾入部５４２が形成されることによって互いに積層された上部板５１０、シーリングパッド５１２および下部板５２０は結合され得る。

シーリングパッド５１２が介された上部板５１０と下部板５２０を結合する段階（Ｓ１３００）は、上部板５１０、シーリングパッド５１２および下部板５２０の順に積層された積層体を準備する段階、前記積層体をダイに整列させる段階、パンチを前記積層体に向かって前進させる段階、前記積層体がダイのリセス形状に応じて変形されるように、パンチが前記積層体を局部的に加圧する段階、およびパンチを前記積層体と遠ざかるように後退させる段階を含むことができる。

ここで、シーリングパッド５１２が介された上部板５１０と下部板５２０を結合する段階（Ｓ１３００）は、パンチを前記積層体と遠ざかるように後退させる段階の後、前記積層体を第２ダイに整列させる段階、パンチを前記積層体に向かって前進させる段階、前記積層体の変形された一部（湾入部）が第２ダイのリセス形状に応じて変形されるようにパンチが前記積層体の変形された一部（湾入部）を局部的に加圧する段階、およびパンチを前記積層体と遠ざかるように後退させる段階をさらに含むことができる。この時、前記積層体を第２ダイに整列させる段階で、前記積層体のうち第２ダイと対応する部分は前述した段階を通じて既形成された湾入部５４２であり得る。

一方、前述した段階を繰り返すことによって、上部板５１０および下部板５２０の密封部５４０には湾入部５４２が少なくとも２個以上形成され得、複数の湾入部５４２が形成されることによって上部板５１０および下部板５２０の間の結合はより堅固になり得る。

パンチとダイは、冷却流路を形成することができる（Ｓ１４００）。パンチとダイの動作を通じて流路形成溝５５０が形成されることによって、上部板５１０と下部板５２０の中央部分には流路が形成され得る。流路形成溝５５０が深さを有するように形成されることによって、上部板５１０と下部板５２０との間には隔壁が形成され得る。隔壁は冷却部材５００の内部の冷却水が流れる方向と垂直になるように冷却部材５００の内部空間を横切ることができ、隔壁は内部空間で移動する冷却水の流れを妨害することができる。

冷却流路を形成する段階（Ｓ１４００）は、上部板５１０と下部板５２０を準備する段階、上部板５１０と下部板５２０をダイに整列させる段階、パンチを上部板５１０と下部板５２０の一面に向かって前進させる段階、上部板５１０と下部板５２０がダイのリセス形状に応じて変形されるようにパンチが上部板５１０と下部板５２０を局部的に加圧する段階、およびパンチを前記上部板５１０と下部板５２０と遠ざかるように後退させる段階を含むことができる。

ここで、冷却流路を形成する段階（Ｓ１４００）は、パンチを後退させる段階の後、上部板５１０と下部板５２０を第２ダイエー整列させることによって、既形成された流路形成溝５５０を再加圧することもできる。これに関する具体的な段階は、前述したＳ１３００段階の内容を通じて説明され得るため、具体的な言及を省略する。

またここで、冷却流路を形成する段階（Ｓ１４００）に提供される上部板５１０または下部板５２０には長さ方向上に伸びる長い溝が形成された状態であり得る。したがって、冷却流路を形成する段階（Ｓ１４００）または上部板５１０を提供する段階（Ｓ１１００）は、上部板５１０または下部板５２０に長さ方向上に伸びる長い溝を形成する段階をさらに含むことができる。長い溝に関する説明は流路形成溝５５０に関する内容を参照して説明され得るため、具体的な言及を省略する。

一方、前述した段階を繰り返すことによって、流路形成溝５５０は少なくとも２個以上形成され得る。予め形成された長い溝が存在する場合、流路形成溝５５０は前記長い溝に沿って連続的に形成され得る。

パンチとダイは、変形防止構造を形成することができる（Ｓ１５００）。パンチとダイの動作を通じて変形防止溝５６０が形成されることによって、上部板５１０と下部板５２０の中央部分には変形防止構造が形成され得る。変形防止溝５６０は深さを有するように形成され、そのために上部板５１０と下部板５２０との間には隔壁が形成され得る。隔壁は冷却部材５００の内部の冷却水が流れる方向と垂直になるように冷却部材５００の内部空間を横切ることができ、そのために内部空間に過度な量の冷却水が注入される場合にも、冷却部材５００の変形が多少防止され得る。

変形防止構造を形成する段階（Ｓ１５００）は、上部板５１０と下部板５２０を準備する段階、上部板５１０と下部板５２０をダイに整列させる段階、パンチを上部板５１０と下部板５２０の一面に向かって前進させる段階、上部板５１０と下部板５２０がダイのリセス形状に応じて変形するように、パンチが上部板５１０と下部板５２０を局部的に加圧する段階、およびパンチを前記上部板５１０と下部板５２０と遠ざかるように後退させる段階を含むことができる。

ここで、変形防止構造を形成する段階（Ｓ１５００）は、パンチを後退させる段階の後、上部板５１０と下部板５２０を第２ダイに整列させることによって、既形成された変形防止溝５６０を再加圧することもできる。これに関する具体的な段階は、前述したＳ１３００段階の内容を通じて説明され得るため、具体的な言及を省略する。

一方、前述した段階を繰り返すことによって、変形防止溝５６０は少なくとも２個以上形成され得る。変形防止溝５６０は冷却部材５００の幅方向上、密封部５４０および流路形成溝５５０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計され得る。

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１１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１２は図１１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１１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ることもでき、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ることもできる。

図１１および図１２を参照すれば、本実施形態に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、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に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となった電池セル積層体１２０を有するものを総称するものとして、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を全て含むものと解釈されなければならない。

図１２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の積層方向上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１２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が適用される場合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することが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１１および図１２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」と称される）は、図１１および図１２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、「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得、図１１および図１２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つの面で示された。

また、電池セル積層体１２０で最外側電池セル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１１および図１２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つの面で示された。

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れるものであり得る。側面プレート１３０は板状形部材として、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の積層方向上の両端に配置され得、電池セル積層体１２０の両側の最外側電池セル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され得るよう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を横断し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、その長さ方向上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の長さ方向上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、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り、「固定部材」としてのその目的が達成されれば、図示された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、固定部材は二つの側面プレート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二つが提供され得る。バスバーフレーム１５０にはバスバーが装着され、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内で行および列に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、前記一方向と垂直になる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１２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１２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引き続いて位置し、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１１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軸上の二つの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、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得る。

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もあり得る。

樹脂層３００は多様な物質で製造され、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、絶縁性樹脂層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。具体的な例として、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の各縁部はパックフレーム２００の対応する縁部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二つが提供され得、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が形成され得、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１１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。

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で含むことができる。

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
５２０：下部板
５３０：インレット／アウトレットポート
５４０：密封部
５４２：湾入部
５５０：流路形成溝
５６０：変形防止溝

Claims (15)

1. 電池セルを冷却させるための冷却部材において、
   上部板、下部板、および前記上部板と前記下部板との間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含み、
   前記冷却部材は、前記上部板が前記下部板に導入されることによって形成された湾入部を含み、
   前記冷却部材の周縁部分には第１湾入部が形成され、
   前記冷却部材の中央部分には第２湾入部が形成され、
   前記第１湾入部を形成する前記上部板と前記下部板との間にはシーリングパッドが位置し、
   前記湾入部は、前記上部板が変形された上部湾入部、および前記下部板が変形された下部湾入部を含み、
   前記上部湾入部の上面の最低点は、前記湾入部が形成されていない前記下部板の上面より下に位置する、
   冷却部材。
2. 前記湾入部は深さを有し、前記深さが伸びる方向は、前記冷却部材内部の冷却水の流れ方向と垂直になる、
   請求項１に記載の冷却部材。
3. 前記上部湾入部の上面の最低点は、前記湾入部が形成されていない前記下部板の下面より下に位置する、
   請求項１に記載の冷却部材。
4. 前記湾入部は、前記上部板が変形された上部湾入部、および前記下部板が変形された下部湾入部を含み、
   前記上部湾入部の外径の最大値は、前記下部湾入部の内径の最小値より大きい、
   請求項１または２に記載の冷却部材。
5. 前記第２湾入部は、前記冷却部材の長さ方向に沿って形成された細長い溝に形成される、
   請求項１または２に記載の冷却部材。
6. 前記湾入部は、前記冷却部材の幅方向上、前記第１湾入部と前記第２湾入部との間に位置する第３湾入部を含む、
   請求項１または２に記載の冷却部材。
7. 電池セルを冷却させるための冷却部材において、
   上部板、下部板、および前記上部板と前記下部板との間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含み、
   前記冷却部材は、前記上部板が前記下部板に導入されるか、または前記下部板が前記上部板に導入されることによって形成された湾入部を含み、
   前記冷却部材の周縁部分には第１湾入部が形成され、
   前記冷却部材の中央部分には第２湾入部が形成され、
   前記第１湾入部を形成する前記上部板と前記下部板との間にはシーリングパッドが位置し、
   前記下部板は、第１素材で形成された第１部分、および第１素材と異なる第２素材で形成された第２部分を含む、
   冷却部材。
8. 前記第１素材はアルミニウムであり、
   前記第２素材は溶融点が２００℃以下である熱可塑性の高分子樹脂である、
   請求項７に記載の冷却部材。
9. 電池セルを冷却させるための冷却部材の製造方法であって、
   上部板の周縁にシーリングパッドを位置させる段階、
   前記シーリングパッドが位置した前記上部板と、下部板とを積層する段階、
   前記上部板を前記下部板に導入することによって、前記シーリングパッドを間に置いた前記上部板と前記下部板の周縁部を結合する第１湾入部、および前記上部板と前記下部板の中央部に第２湾入部を形成する段階、
   前記上部板と前記下部板との間に形成された冷却流路に冷却水を注入するためのインアウトポートを配置する段階を含み、
   前記上部板が変形された上部湾入部の上面の最低点は、前記下部板が変形された下部湾入部の上面より下に位置する、
   冷却部材の製造方法。
10. 第３湾入部を形成することによって、前記上部板と前記下部板の中央部に変形防止構造を形成する段階をさらに含む、
    請求項９に記載の冷却部材の製造方法。
11. 前記上部板と下部板の周縁部を結合する第１湾入部を形成する段階は、
    前記上部板、前記シーリングパッドおよび前記下部板の順に積層された積層体を準備する段階、
    前記積層体をダイに整列させる段階、
    前記積層体に向かってパンチを前進させる段階、
    前記積層体が前記ダイのリセス形状に応じて変形するように、前記パンチが前記積層体を局部的に加圧する段階、および
    前記積層体と遠ざかるように前記パンチを後退させる段階を含む、
    請求項９または１０に記載の冷却部材の製造方法。
12. 前記積層体と遠ざかるように前記パンチを後退させる段階の後、
    前記積層体を第２ダイに整列させる段階を含む、
    請求項１１に記載の冷却部材の製造方法。
13. 請求項１または２に記載の冷却部材を含む電池モジュール。
14. 請求項１または２に記載の冷却部材を含む電池パック。
15. 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１４に記載の電池パック。

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