CN108270049A - 散热复合材料及包含其的水冷却电池系统 - Google Patents

散热复合材料及包含其的水冷却电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了散热复合材料及包含其的水冷却电池系统。具体地，本发明涉及一种散热复合材料，其为插入在电池单元与冷却通道之间的散热界面材料，所述散热复合材料包括以下中的至少一者：弹性体层，其包含弹性体和白油；填料层，其包含导热填料；以及绝缘层。

Description

散热复合材料及包含其的水冷却电池系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年1月3日提交的韩国专利申请No.10-2017-0000782的优先权，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种散热复合材料及包含其的水冷却电池系统，更特别地，本发明涉及一种能够通过有效地将通过内聚(cohesion)所传递的热量传递给水冷却通道而使冷却性能最大化的散热复合材料及使用其的水冷却电池系统。
背景技术
由于诸如因全球变暖而要抑制有害物质排放的社会问题，对环保汽车的兴趣增加。为了与这些情况保持同步，可以被视为是绿色汽车引擎的电池性能的优化在未来车辆中是很重要的因素。为了实现电池性能的优化，最佳地保持电池的驱动环境是用以提高绿色汽车性能的重要因素。
在电动车辆的情况中，由于电池系统的可靠性和稳定性是确定电动车辆的适销性的最重要因素，所以电池系统的温度需要保持在35℃至40℃，这是用以防止由于各种外部温度变化引起的电池性能下降的适当温度范围。基于该目的，需要一种用于袋式电池模块的热控制系统，其能够在一般天气条件下具有优良的散热性能的同时在低温环境下保持适当的温度。
大多数研究活动旨在通过应用球形填料和常规碳基填料作为高散热复合材料来改进热导率，其中所述高散热复合材料目前正被开发作为具有优良散热性能的材料。然而，在至少70％的填料含量下，该填料才显示出在热导率特性方面的改进。在这种情况中，填料具有很差的成形性，因此其模块化受限。
此外，该填料在水平热导率的改进方面受限，因此几乎不应用于要求水平热导率的部件。
因此，为了克服在异质材料之间传递热量时在界面处由于空气和异物引起的传热特性降低的现象，已经应用热界面材料(TIM)。然而，TIM具有等于或小于3W/mK的水平热导率特性，因此存在以下问题：有效传递热量受限，从而需要使用昂贵的功能填料。
因此，在两种异质材料之间存在一定厚度的间隙，因此有必要降低间隙部分的硬度，并且使用具有低比重的热界面材料以使间隙部分处的内聚最大化，从而改进传热特性。然而，在现有的市售材料中，没有满足这两个特性的热界面材料。
公开于该发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种散热复合材料，其被构造成通过以下方式来有效地在具有数毫米厚度间隙的异质部件之间传递热量：与现有的TIM相比，使热界面材料(TIM)的比重最小化至50％或更小，以使在安装部件时的重量负荷最小化，从而满足与现有的市售TIM相较而言的低比重/低硬度特性。
本发明的其它目的和优点能够通过以下描述来理解，并通过参考本发明的实施方案而变得显而易见。此外，对于本发明所属领域的技术人员来说显而易见的是，本发明的目的和优点能够通过所要求保护的方式及其组合来实现。
根据本发明的示例性实施方案，散热复合材料为插入电池单元与冷却通道之间的散热界面材料，并且被构造成包括以下中的至少一者：弹性体层，其包含弹性体和白油；填料层，其包含导热填料；以及绝缘层。
根据本发明的另一示例性实施方案，提供一种水冷却电池系统，其中散热复合材料插入在多个电池单元与冷却通道之间。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行更详细的陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1示出根据本发明示例性实施方案的水冷却电池系统的构造图。
图2示出根据本发明示例性实施方案的散热复合材料的示意图。
图3A和图3B示出使用根据本发明示例性实施方案的散热复合材料的水冷却电池系统的断阶示意图，其中31表示电池，32表示电池盖，33表示冷却通道，34表示冷却水流动方向，图3B中示出了肖氏A 75材料的表面压结果。
图4A和图4B示出使用根据本发明示例性实施方案的散热复合材料的水冷却电池系统的另一断阶示意图，其中41表示电池，42表示电池盖，43表示冷却通道，44表示冷却水流动方向，45表示界面剂(弹性体)，46表示热传递方向，图4B中示出了肖氏A 15材料的表面压结果。
图5A和图5B示出根据本发明示例性实施方案的散热复合材料的传热机制的示意图，其中51表示空气，52表示热界面材料。
应当了解，附图并不必须是按比例绘制的，其示出了某种程度上简化表示的说明本发明基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、定位和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境所确定。
在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的示例。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等同形式以及其它实施方案。
如在图1中所示，在将水冷却电池系统应用于电动车辆(EV)的情况中，一个组件被构造成包括上部的电池单元以及用于冷却下部的冷却水可以通过的水冷却通道。上部的电池单元具有其中一个单元盖设置有两个电池单元并且各个电池束串联连接的结构。基于该原因，电池单元具有在组装时产生各个电池束的断阶的结构，因此难以有效地将在充放电期间产生的热量传递到冷却通道。因此，为了克服这些缺点，需要被构造成去除相邻电池束之间的断阶的热界面材料。现有的市售材料具有被配置成解决该断阶的硬度，从而有效地传递热量，但是其使用硅基基质，从而具有约2.4至2.6g/cm3的比重，这会导致在使用该材料时系统的重量增加。
为了克服这些缺点，在本发明的示例性实施方案中，进行具有三层中的至少一层的材料设计，以使每层的特性最大化，从而开发出多功能散热材料。本发明的详细构造如下。
本发明的散热复合材料为插入在电池单元与冷却通道之间的散热界面材料，并且被构造成包括以下中的至少一者：弹性体层，其包含弹性体和白油；填料层，其包含导热填料；以及绝缘层。在图2中示出本发明的散热复合材料的详细示意图的实施例。图2中箭头方向为传热方向，散热复合材料的上方为电池单元束方向，散热复合材料的下方为冷却通道方向。根据本发明的散热复合材料的有益效果在于：(1)增强绝缘性和低硬度内聚，(2)确保有效的冷却性能以及在水平方向的传热特性上的改进，(3)通过确保绝缘性能来增强电稳定性。
首先，本发明的散热复合材料包括弹性体层。
弹性体层包含具有低硬度性质的导热弹性体，并且需要克服水冷却电池系统中的电池单元束中的断阶，以确保电池单元束与弹性体层之间的内聚特性。
基于该目的，弹性体层的基本基质材料可以包含选自苯乙烯类树脂、烯烃类树脂、聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-丁二烯-乙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBES)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)中的至少一种。可以使用选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-丁二烯-乙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBES)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)中的至少一种，以及在共聚物中包含10重量％至15重量％的苯乙烯的基本基质材料。
此外，以弹性体层的总重量计，弹性体层包含20重量％至30重量％的白油以控制硬度。通过调节白油的含量，可以控制硬度从肖氏A75到肖氏A 15。例如，当弹性体的硬度为肖氏A 75时，如在图3A和图3B中所示，在电池单元束与本发明散热复合材料的弹性体层之间形成断阶，因此导致内聚问题，从而不能平稳地进行热传递。然而，当弹性体的硬度为肖氏A 15时，如在图4A和图4B中所示，由于弹性体层的弹性，在电池单元束与本发明散热复合材料的弹性体层之间未形成断阶，因此不会导致内聚问题，从而可以平稳地进行热传递。
如上所述，由于本发明的散热复合材料的内聚特性得以改进，如在图5A和图5B中所示，关于热界面材料(TIM)的传热效果也可得以改进。
此外，弹性体层还可以包含用于降低硬度并改进绝缘性能的无定形无机填料。当使用无定形无机填料时，可以防止在使用现有板状填料时引起的硬度增加。
作为无定形无机填料，可以使用选自氮化硼(BN)、氧化铝、二氧化硅、Al金属填料、Cu金属填料、Fe金属填料、Ni金属填料和MgO中的至少一种无定形无机填料。
此外，弹性体层还可以包含无规的PP或PE以改进硬度。当如上所述进一步包含无规的PP或PE时，可以解决由于包含白油而引起的比重增加和硬度减小的问题。此外，由于无规的PP或PE分布在弹性体层的基质中，由此降低了结晶度，从而以无定形形状起作用并且表现出适合于塑性变形的性质。以弹性体层的总重量计，可以包含0.01重量％至1重量％的无规PP或PE。
弹性体层可以形成为具有确保电池单元束与弹性体层之间的内聚特性的厚度以克服水冷却电池系统中的电池单元束的断阶，优选地可以具有0.5至1.5mm的厚度。
此外，本发明的散热复合材料包括填料层。
在本发明的散热材料中，填料层被设计成改进其水平方向上的传热特性，以均匀且快速地将热量从弹性体传递到水冷却电池系统中的冷却通道。
基于该目的，填料层可以在其垂直方向上具有1.5W/mK或更大的热导率，并且可以在其水平方向上具有6.0W/mK或更大的热导率。
填料层包含导热填料，作为被设计成能够有效地、均匀地并快速地将热量从弹性体层传递到水冷却通道的层。作为导热填料，可以使用碳基板状填料或铝等金属基板状填料。当应用板状填料时，可以使用在其水平方向上具有大面积性质的碳基板状填料。
填料层可以包含与上述弹性体层相同的材料，使界面热阻最小化并提高耐久性。除了碳基板状填料之外，填料层还可以包含选自苯乙烯类树脂、烯烃类树脂、聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-丁二烯-乙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBES)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)中的至少一种。
填料层的厚度没有特别限制，但优选地，可以更有效的是填料层的厚度为绝缘层厚度的10倍或更多倍。
此外，本发明的散热复合材料包括绝缘层。
绝缘层可以通过使由于应用导热填料而导热的填料层绝缘而具有散热复合材料的电绝缘性能。
基于该目的，绝缘层被设计成应用与弹性体层和填料层相同的基质，以在层压过程中使界面处的粘合性最大化，从而使界面处的热阻最小化，并且绝缘层确保绝缘性能用以负责连同填料层的绝缘性一起的整体绝缘性能。
为了确保绝缘性能，绝缘层可以包含与上述弹性体层相同的材料，使界面热阻最小化并提高耐久性。除了碳基板状填料之外，绝缘层还可以包含选自苯乙烯类树脂、烯烃类树脂、聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-丁二烯-乙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBES)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)中的至少一种。
此外，绝缘层可以具有在10至200μm之间的厚度，以防止传热特性降低。
此外，在本发明的散热复合材料中，弹性体层、填料层和绝缘层包含相同材料的基质，因此可以在没有单独的粘合剂组分的情况下进行界面粘合。
可以进行界面粘合，因此本发明的散热复合材料可以使热阻的产生最小化并使弹性体的白油组分向填料层的移动最小化。
在本发明的示例性实施方案中，层压方法使用与施加热/压力的相关技术相同的方法，但是基于在保持弹性体特性的同时降低硬度的材料设计(基质的组成和含量控制)，可以使材料在通过热/压力的层压之后和之前的厚度变化最小化。此外，现有的市售材料具有就长期使用方面而言确保耐久性能的问题，因为它们在被施加压力时不具有恢复力。然而，本技术使用在降低硬度的同时确保弹性体特性的材料，因此可以使层压之前和之后的厚度偏差最小化。
因此，可以基于可使用常规方法制造的材料的设计来确保批量生产率。
此外，如硅基陶瓷填料散热材料，常规市售材料具有降低硬度的优点但其比重很大。因此，当应用少量的市售材料时，不会引起任何问题，但是当应用大量的市售材料时，存在系统负载增加的问题。因此，不存在使用以当前市售产品形式生产的材料降低硬度和比重的产品。
然而，根据本发明的示例性实施方案，可以在硬度降低和需要传热的部分有效地引发内聚，并使得传热速度在芯部处很迅速，以及可以设计构造成通过使用绝缘层来满足整体电稳定性的材料。
此外，本发明的各个方面旨在提供其中散热复合材料插入在多个电池单元与冷却通道之间的水冷却电池系统。
将自电池产生的热量传递到弹性体层，从而散热复合材料的弹性体层与多个电池单元接触，并且在其垂直和水平方向上使所传递的热量再次传递。由于本发明的散热复合材料在其水平方向上具有改进的传热特性，所以可以将从弹性体层传递的热量均匀且快速地传递到水冷却电池系统中的冷却通道。
只要水冷却电池系统是需要传热的水冷却电池系统，就可以使用该水冷却电池系统而不受限制。该水冷却电池系统可以应用于EV车辆的电池系统。
在下文中，将基于实施方案来更详细地描述本发明。然而，下面描述的本发明的实施方案仅是示例，因此本发明的范围不限于这些实施方案。本发明的范围在所附权利要求书中进行陈述，并且旨在覆盖所附权利要求的等同含义和范围内的所有修改。此外，除非另有说明，否则以下实施例和比较例中表示含量的“％”和“单位”以质量为基础。
实施例1和比较例1：散热材料的制备
实施例1
将75重量％的弹性体(G1645M，Kraton)和25重量％的白油(加工油P，Mi-Chang油)混合以制备用于制备弹性体层的组合物。
将35重量％的碳基板状填料(EGG，TIMCAL)与65重量％的弹性体(G1645M，Kraton)混合以制备用于制备填料层的组合物。
在厚度为100μm的绝缘层(G1645M，Kraton)上施加厚度为1mm的用于制备填料层的组合物，然后进行干燥，并在其上施加厚度为1mm的用于制备弹性体层的组合物，进行干燥，从而制得散热材料。
比较例1
通常地，使用CoolTTM TIM材料作为通常使用的散热材料。
实验例
测量根据实施例1和比较例1的散热材料的物理性能，测量结果示于下表1中。
表1
根据本发明的示例性实施方案的散热复合材料是被构造成在具有较厚间隙和大面积的异质部件之间有效地传递热量的材料，其中将具有低硬度的复合材料施加到其顶部以尽可能地克服上面部件的断阶，从而使得电池单元与散热材料之间的内聚优良，并且将具有高热导率特性的复合材料施加到其内部以尽可能地显示出传热效果，从而将由于内聚所传递的热量有效地传递到水冷却通道以使冷却性能最大化，从而使得复合材料可以具有最佳的传热效果。此外，可以减小电池系统的重量，节约成本(40％或更多)，并且可以通过使用该复合材料来改进电池性能。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上部”、“下部”，“内部的”、“外部的”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前面”、“后面”、“背部”、“在里面”、“在外面”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“外部”、“向前”和“向后”是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
已呈现的前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了例证和说明的目的。这些描述并非旨在穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多修改和变型。对示例性实施方案进行选择和描述是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案以及它们的各种替换和修改。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (21)

1.一种散热复合材料，其为插入在电池单元与冷却通道之间的散热界面材料，所述散热复合材料包括以下中的至少一者：
弹性体层，其包含弹性体和白油；
填料层，其包含导热填料；以及
绝缘层。
2.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述弹性体包含选自苯乙烯类树脂、烯烃类树脂、聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS、苯乙烯-丁二烯-乙烯-苯乙烯嵌段共聚物SBES和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述弹性体包含选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS、苯乙烯-丁二烯-乙烯-苯乙烯嵌段共聚物SBES和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS中的至少一种，并且苯乙烯的含量在共聚物中为10重量％至15重量％。
4.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中以弹性体层的总重量计包含的白油为20至30重量％。
5.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述弹性体层还包含无定形无机填料。
6.根据权利要求5所述的散热复合材料，其中所述无定形无机填料为选自氮化硼BN、氧化铝、二氧化硅、Al金属填料、Cu金属填料、Fe金属填料、Ni金属填料和MgO中的至少一种无定形无机填料。
7.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述弹性体层还包含无规的PP或PE。
8.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述弹性体层具有肖氏A 75至肖氏A 15的硬度。
9.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述弹性体层的厚度为0.5至1.5mm。
10.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述导热填料为碳基板状填料或金属基板状填料。
11.根据权利要求10所述的散热复合材料，其中所述导热填料为碳基板状填料。
12.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述填料层在其垂直方向上的热导率为1.5W/mK或更大。
13.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述填料层在其水平方向上的热导率为6.0W/mK或更大。
14.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述填料层的厚度为所述绝缘层的厚度的10倍或更多倍。
15.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述绝缘层包含选自苯乙烯类树脂、烯烃类树脂、聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS、苯乙烯-丁二烯-乙烯-苯乙烯嵌段共聚物SBES和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS中的至少一种。
16.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述绝缘层的厚度为10至200μm。
17.根据权利要求1所述的散热复合材料，其中所述弹性体层、所述填料层和所述绝缘层包含相同的基质。
18.根据权利要求17所述的散热复合材料，其中所述弹性体层、所述填料层和所述绝缘层是在没有粘合剂组分的情况下进行界面粘合。
19.一种水冷却电池系统，其中权利要求1所述的散热复合材料插入在多个电池单元与冷却通道之间。
20.根据权利要求19所述的水冷却电池系统，其中所述散热复合材料的弹性体层与所述多个电池单元接触。
21.根据权利要求19所述的水冷却电池系统，其中所述水冷却电池系统用于电动车辆的电池系统中。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112490557A (zh) * 2019-08-21 2021-03-12 马自达汽车株式会社 车辆用电池组

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102499104B1 (ko) 2015-04-17 2023-02-14 헨켈 아게 운트 코. 카게아아 핫 멜트 접착제 및 그의 용도
DE102017206165A1 (de) * 2017-04-11 2018-10-11 Robert Bosch Gmbh Batteriemodul und Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls sowie Batterie
EP3529851B1 (en) * 2017-12-26 2021-04-07 Shin-Etsu Polymer Co., Ltd. Heat dissipating structure and battery provided with the same
KR102175916B1 (ko) * 2018-08-29 2020-11-06 (주)웹스 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트 및 그 제조방법
US12040469B2 (en) * 2018-11-21 2024-07-16 Shin-Etsu Polymer Co., Ltd. Heat dissipating structure and battery provided with the same
DE102019204816B4 (de) * 2019-04-04 2024-04-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Anordnung zur Kühlung einer elektronischen Baugruppe, elektronische Baugruppe, Batterie sowie Fahrzeug mit einer solchen Batterie
KR20210012160A (ko) * 2019-07-24 2021-02-03 현대자동차주식회사 차량용 배터리 냉각장치 및 그 제조방법
GB2588242A (en) * 2019-10-18 2021-04-21 Xerotech Ltd Flexible heat transfer material
KR20210086734A (ko) 2019-12-30 2021-07-09 한화큐셀앤드첨단소재 주식회사 접착성 및 내열성이 향상된 냉각수 채널용 복합소재 및 이를 포함하는 배터리 케이스용 냉각수 채널
KR102298678B1 (ko) 2020-04-22 2021-09-07 부경대학교 산학협력단 전기 자동차의 파워트레인용 냉각 파이프의 제조방법 및 이에 의해 제조된 냉각 파이프
GB2611813A (en) * 2021-10-18 2023-04-19 Jaguar Land Rover Ltd Battery components and methods of assembly
KR20230140172A (ko) 2022-03-29 2023-10-06 한화첨단소재 주식회사 접착성 및 내열성이 향상된 냉각수 채널용 복합소재 및 이를 포함하는 배터리 케이스용 냉각수 채널

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003113272A (ja) * 2001-10-05 2003-04-18 Bridgestone Corp 熱可塑性エラストマー組成物及び放熱シート
CN1580116A (zh) * 2003-08-15 2005-02-16 台盐实业股份有限公司 散热界面材料组成
JP2006036931A (ja) * 2004-07-27 2006-02-09 Three M Innovative Properties Co 熱伝導性組成物
CN1780030A (zh) * 2004-11-22 2006-05-31 日产自动车株式会社 电池结构体
CN101079502A (zh) * 2006-05-20 2007-11-28 日产自动车株式会社 电池结构体
CN101313434A (zh) * 2005-11-24 2008-11-26 日产自动车株式会社 电池结构体、电池组、以及搭载这些的车辆
CN102093661A (zh) * 2011-01-13 2011-06-15 岳阳雅达塑胶有限公司 一种低硬度无卤阻燃弹性体材料及制备方法
US8465864B1 (en) * 2012-02-07 2013-06-18 Hyundai Motor Company Heat dissipation plate for battery cell module and battery cell module having the same
CN103275396A (zh) * 2013-06-19 2013-09-04 福建和盛塑业有限公司 导热绝缘电力电缆护套管专用料及其生产工艺
KR20160070661A (ko) * 2014-12-10 2016-06-20 현대자동차주식회사 열계면 소재 및 그 제작방법
CN105703032A (zh) * 2014-12-10 2016-06-22 现代自动车株式会社 热界面材料以及制备热界面材料的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003049045A (ja) * 2001-08-09 2003-02-21 Bridgestone Corp 高い熱伝導性を有する難燃性エラストマー組成物及び放熱シート
JP2007211059A (ja) * 2006-02-07 2007-08-23 Jsr Corp 熱可塑性エラストマー組成物
JP2011054609A (ja) * 2009-08-31 2011-03-17 Dainippon Printing Co Ltd 熱伝導性シート及びその製造方法
KR20140094294A (ko) * 2013-01-22 2014-07-30 엘지전자 주식회사 전기 절연성 방열 시트
KR101649613B1 (ko) 2015-02-25 2016-08-19 자동차부품연구원 탄소 나노 하이브리드 방열 소재 조성물 및 이를 이용한 배터리 모듈 하우징
DE102016109931A1 (de) * 2016-05-30 2017-11-30 Lisa Dräxlmaier GmbH Kühlvorrichtung und Verfahren
CN106654448B (zh) * 2016-12-13 2019-04-02 北京华特时代电动汽车技术有限公司 电池模组

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003113272A (ja) * 2001-10-05 2003-04-18 Bridgestone Corp 熱可塑性エラストマー組成物及び放熱シート
CN1580116A (zh) * 2003-08-15 2005-02-16 台盐实业股份有限公司 散热界面材料组成
JP2006036931A (ja) * 2004-07-27 2006-02-09 Three M Innovative Properties Co 熱伝導性組成物
CN1780030A (zh) * 2004-11-22 2006-05-31 日产自动车株式会社 电池结构体
CN101313434A (zh) * 2005-11-24 2008-11-26 日产自动车株式会社 电池结构体、电池组、以及搭载这些的车辆
CN101079502A (zh) * 2006-05-20 2007-11-28 日产自动车株式会社 电池结构体
CN102093661A (zh) * 2011-01-13 2011-06-15 岳阳雅达塑胶有限公司 一种低硬度无卤阻燃弹性体材料及制备方法
US8465864B1 (en) * 2012-02-07 2013-06-18 Hyundai Motor Company Heat dissipation plate for battery cell module and battery cell module having the same
CN103275396A (zh) * 2013-06-19 2013-09-04 福建和盛塑业有限公司 导热绝缘电力电缆护套管专用料及其生产工艺
KR20160070661A (ko) * 2014-12-10 2016-06-20 현대자동차주식회사 열계면 소재 및 그 제작방법
CN105703032A (zh) * 2014-12-10 2016-06-22 现代自动车株式会社 热界面材料以及制备热界面材料的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
马庆芳等: "《实用热物理性质手册》", January 1986, pages: 1054 - 1057 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112490557A (zh) * 2019-08-21 2021-03-12 马自达汽车株式会社 车辆用电池组

Also Published As

Publication number Publication date
KR102322289B1 (ko) 2021-11-05
US10622689B2 (en) 2020-04-14
US20180191042A1 (en) 2018-07-05
KR20180079974A (ko) 2018-07-11

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