KR101417248B1 - 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈 - Google Patents

배터리 셀 모듈용 방열 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파우치 타입 배터리 셀 모듈의 배터리 셀 사이에 개재되는 계면 플레이트로서 배터리 셀의 부피변화에 대응 가능함과 동시에 배터리 셀 모듈 내 축적되는 열을 효과적으로 방출하기 위한 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 배터리 셀들 사이에 층간 삽입되는 것으로, 열전도도가 우수한 열전도성 플레이트와 이 열전도성 플레이트의 양면에 적층되는 복합재 시트로 구성되며, 상기 복합재 시트는 열전도성 필러를 충진한 열가소성 엘라스토머 복합재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈을 제공한다.

Description

배터리 셀 모듈용 방열 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈 {Radiant heat plate for battery cell module and battery cell module having the same}
본 발명은 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 셀의 부피변화에 대응 가능함과 동시에 배터리 셀 모듈 내 축적되는 열을 효과적으로 방출하기 위한 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈에 관한 것이다.
전기자동차용 배터리는 고출력, 고속 및 반복 충전 등으로 인하여 발생하는 열로 인해 국부적인 온도 차이나 고열이 발생하게 되고, 이에 배터리의 효율 및 안정성을 저해하는 열폭주(thermal runaway) 현상이 발생하게 되며, 이는 배터리 내부에서 발생되는 열보다 외부로의 열 방출 및 확산 능력이 부족하여 초래된다.
한편, 리튬이차 배터리는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 배터리나 니켈-메탈 하이드라이드 배터리에 비하여 작동 전압이 3배 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성이 우수한 이점이 있다.
이러한 리튬이차 배터리는 다양한 형태로 제조 가능하며, 최근 유연성을 지닌 파우치 타입(pouched type)으로 제조되어서 그 형상이 비교적 자유롭다.
종래의 파우치형 리튬이차 배터리를 구성하는 배터리 셀은 배터리부와, 상기 배터리부가 수용되는 공간을 갖는 파우치형 케이스를 포함하고 있다. 상기 배터리부는 보통 양극판, 세퍼레이터(separator), 음극판 순으로 배치되어서 일방향으로 와인딩되거나, 또는 다수 장의 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 복층 구조로 적층되어 구성된다. 또한, 상기 케이스는 성형성이 우수하여 자유자재로 구부림이 가능하게 구성된다.
이러한 파우치 타입의 배터리 셀은 충전 및 방전시 리튬 이온의 전극물질로의 인터칼레이션(Intercalation)과 디-인터칼레이션(deintercalation)에 의해 부피가 변화하게 된다(J.H. Lee et al. / Journal of Power Sources 119-121 (2003) 833-837 참조).
배터리 셀 내 전극판의 팽창으로 인한 세퍼레이터의 손상은 내부 저항의 발생과 함께 전압의 증가와 최종 배터리 용량의 감소 등을 초래하게 되는 문제가 있다.
또한, 종래의 배터리 시스템에서 배터리 셀의 부피가 증가할 경우, 배터리 팩 단위에서 배터리 셀 모듈과 모듈 사이에 형성된 냉각 유로가 축소되어 냉각 효과가 감소하게 되어 주변 배터리 셀의 온도 상승에 의해 인접해진 배터리 셀 간 발열 현상이 가속화되어 배터리 성능의 급격한 저하를 초래하게 된다.
또한, 배터리 셀의 부피팽창이 심할 경우 케이스가 손상되어 내부의 전해액 누수 및 가스 분출 등의 위험이 있다.
또한, 배터리 셀 모듈은 다수의 배터리 셀(혹은 단위셀)을 적층시켜 구성됨으로, 배터리 셀의 부피팽창이나 가스 분출 혹은 폭발이 발생할 경우 인접한 셀에도 직접적인 손상을 가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 파우치 타입 배터리 셀 모듈의 배터리 셀 사이에 개재되는 계면 플레이트로서 배터리 셀의 부피변화에 대응 가능함과 동시에 배터리 셀 모듈 내 축적되는 열을 효과적으로 방출하기 위한 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 배터리 셀들 사이에 층간 삽입되는 것으로, 열전도도가 우수한 열전도성 플레이트와 이 열전도성 플레이트의 양면에 고정되게 적층되는 복합재 시트로 구성되며, 상기 복합재 시트는 열전도성 필러를 충진한 열가소성 엘라스토머 복합재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트를 제공한다.
또한 본 발명은, 다수의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀들 사이에 층간 삽입되는 방열 플레이트를 포함하여 구성되며,
상기 방열 플레이트는 열전도도가 우수한 열전도성 플레이트와 이 열전도성 플레이트의 양면에 고정되게 적층되는 복합재 시트로 구성되고, 상기 복합재 시트는 열전도성 필러를 충진한 열가소성 엘라스토머 복합재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈을 제공한다.
바람직하게, 상기 열전도성 플레이트는 알카리-산 전처리를 통해 복합재 시트와의 계면 접착력이 증대된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게, 상기 열전도성 플레이트는 복합재 시트와의 부착강도를 증대하기 위해 다수의 타공홀이 일정 간격으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게, 상기 열전도성 플레이트는 양측 가장자리에 핀 형상으로 가공 형성된 방열핀을 가지며, 상기 방열핀은 단위 배터리 셀 모듈 간 공기유로 측으로 돌출되어 위치하게 되는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 방열핀은 냉각공기의 컨백션에 의한 방열효과를 증대하기 위해 공기유로 내 냉각공기의 유동방향과 직각을 이루도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전도성 플레이트는 열전도도가 우수한 알루미늄 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 열전도성 필러로는 그라파이트, 카본블랙, 보론나이트라이드, 탄소섬유, 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드 중 어느 하나가 사용되거나 혹은 둘 이상이 혼합 사용되며, 상기 열가소성 엘라스토머 소재로는 TPU(Thermoplastic polyurethane)와 SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene) 중 어느 하나가 사용된다.
바람직하게, 상기 복합재 시트는 효과적인 열전달 및 부피변화가 가능하도록 0.5~0.7㎜의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게, 상기 복합재 시트는 10W/mK 이상의 열전도도를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트는 배터리 셀 사이에 층간 삽입되어 배터리 내에 축적되는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있는 동시에, 배터리 셀의 충전 및 방전시 나타나는 부피변화에 대응할 수 있다.
이에 본 발명에 따른 방열 플레이트를 갖는 배터리 셀 모듈은 방열성능이 개선됨은 물론, 체적 대비 에너지밀도가 향상된 컴팩트한 방열 시스템의 구현이 가능하며, 배터리 수명 및 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열 플레이트를 갖는 배터리 셀 모듈을 개략적으로 도시한 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀 모듈 간에 형성되는 공기유로를 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 따른 배터리 셀 모듈을 종래와 비교하여 도시한 단면도
도 5는 본 발명에 따른 방열 플레이트를 제조하기 위한 설비를 개략적으로 나타낸 도면
도 6은 본 발명에 따른 방열 플레이트의 일부 제조공정을 나타낸 부분도
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 방열 플레이트는 배터리 셀 모듈용 열 제어 부품으로, 배터리 패키지의 수명 및 안정성 확보를 위하여 배터리 셀 모듈에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 소재 및 구조로 형성되며, 체적 대비 에너지밀도 향상을 위한 컴팩트한 배터리 방열 시스템 설계에 도달하기 위해 충전 및 방전 등에 의해 발생하는 배터리 셀의 부피변화에 대응하기 위한 우수한 탄성을 가짐에 특징이 있다.
이에, 본 발명의 방열 플레이트는 파우치 타입의 배터리 셀 사이에 삽입되어 배터리의 충전 및 방전시 압축/복원되어 배터리 셀의 부피변화에 대응할 수 있도록 마련되며, 열전도도가 우수한 소재를 이용하여 방열특성을 극대화시킬 수 있는 구조로 형성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방열 플레이트(10)는 배터리 셀 모듈의 배터리 셀(20)들 사이에 개재되는 방열용 계면 부품으로, 평판형의 고열전도성 플레이트(11)와 이 고열전도성 플레이트(11)의 양면에 적층되는 복합재 시트(14)로 이루어진다.
상기 열전도성 플레이트(11)는 열전도도가 우수한 금속재료 예를 들어, 알루미늄 소재를 사용하여 형성된다.
상기 복합재 시트(14)는 열전도도가 우수한 고열전도성 필러와 열가소성 엘라스토머 소재로 이루어진 복합소재 즉, 열전도성 필러를 충진한 열가소성 엘라스토머(Thermoplastics Elastomer, TPE) 복합재를 열전도성 플레이트(11) 상에 프레스 성형하여 평판형의 얇은 시트 타입으로 형성되며, 프레스 성형을 통해 열전도성 플레이트(11) 상에 부착된다.
이때, 상기 열전도성 플레이트(11)는 복합재 시트(14)(혹은 복합재 시트의 매트릭스 수지 즉, 열가소성 엘라스토머 소재)와의 계면 접착력을 증대하기 위한 마이크로 인터락킹(micro interlocking)을 구현하기 위해 알카리-산 전처리가 행해진다.
이러한 전처리를 통해, 상기 열전도성 플레이트(11)는 표면의 옥사이드층과 불순물이 제거되고, 또한 표면 거칠음(roughness)이 증가되는 효과를 얻게 된다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 열전도성 플레이트(11)는 복합재 시트(14)(혹은 복합재 시트의 매트릭스 수지 즉, 열가소성 엘라스토머 소재)와의 부착강도를 증대하기 위한 매크로 인터락킹(macro interlocking)을 구현하기 위해, 다수의 타공홀(12)이 일정 간격으로 형성된다.
상기 열전도성 플레이트(11)는 일정 크기의 타공홀(12)을 일정 간격으로 내어 패턴화함으로써 타공홀(12)을 통해 열전도성 플레이트(11)의 양면에 부착된 복합재 시트(14)가 서로 접착되도록 하여 복합재 시트(14)와의 부착강도를 향상시킬 수 있으며, 이에 복합재 시트(14)의 필링아웃 현상을 방지할 수 있다.
이렇게 열전도성 플레이트(11)의 양면에 복합재 시트(14)를 적층하여 구성된 방열 플레이트(10)는, 배터리 셀(20)들의 층간에 삽입됨으로써 엘라스토머 소재의 탄성을 이용하여 배터리의 충전 및 방전시 나타나는 부피변화에 대응함과 동시에, 엘라스토머 소재의 그립성에 의해 배터리 셀(20)과의 계면 공극이 없어 엘라스토머 복합재(혹은 엘라스토머 복합재에 함유된 열전도성 필러)를 통해 열전도성 플레이트(11)로의 효과적인 열전달 특성을 확보할 수 있다.
상기 열전도성 플레이트(11)는 복합재 시트(14) 즉, 열전도성 필러를 함유한 엘라스토머 복합재를 통해 전달된 배터리 내부 열을 효과적으로 방출하기 위하여, 양측 가장자리에 핀 형상으로 가공 형성되는 방열핀(13)을 갖는다.
상기 방열핀(13)은 일종의 히트싱크로서, 열전도성 플레이트(11)의 가장자리에 비표면적을 증가시켜 공기냉각에 의한 방열성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 방열핀(13)은 방열 플레이트(10)가 배터리 셀(20)들 간에 삽입됨에 있어, 배터리 셀(20)의 전극부(21)를 회피할 수 있도록 열전도성 플레이트(11)의 양측 가장자리에 형성되고, 또한 다수의 단위 배터리 셀 모듈(M1,M2)을 포함하여 구성되는 배터리 팩 단위에서 단위 배터리 셀 모듈(M1,M2) 간에 형성되는 공기유로(F) 측으로 돌출되어 위치하게 된다.
이에 배터리 셀 모듈(M1,M2) 내부의 열이 복합재 시트(14)의 엘라스토머 복합재(혹은 엘라스토머 복합재에 함유된 열전도성 필러)를 통해 열전도성 플레이트(11)로 전달되고, 이는 다시 온도구배를 따라 방열핀(13)으로 확산되어 배터리 셀 모듈(M1,M2) 사이에 냉각풍에 의해 방출 및 냉각된다.
더불어, 상기 방열핀(13)은 단위 배터리 셀 모듈(M1,M2) 간에 형성되는 공기유로(F) 내 냉각공기의 유동방향과 직각을 이루도록 놓이게 된다.
즉, 단위 배터리 셀 모듈(M1,M2) 사이에 공기유로(F)를 형성함에 있어, 공기유로(F)를 상기 방열핀(13)과 직각을 이루도록 형성함으로써 공기유로(F) 내 냉각풍의 흐름방향이 방열핀(13)과 직각을 이루게 되고, 이에 효과적인 컨백션에 의한 방열효과를 얻을 수 있다.
한편, 상기 방열핀(13)으로 배터리 내부의 열을 전달하는 복합재 시트(14)의 열전도성 필러로는 열전도도가 우수한 그라파이트, 카본블랙, 보론나이트라이드, 탄소섬유, 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드 중 어느 하나가 사용되거나 혹은 둘 이상이 혼합 사용될 수 있다.
상기 그라파이트 소재의 경우 100~200W/mK의 열전도도를 가지는 것을 사용할 수 있으며, 이에 열전도성 필러가 충진된 엘라스토머 복합재의 경우 10W/mK의 열전도도를 가지게 된다.
상기와 같은 열전도성 필러가 충진된 엘라스토머 복합재로 성형된 복합재 시트의 경우, 10W/mK 이상의 열전도도를 가짐이 바람직하다.
그리고, 상기 복합재 시트(14)의 매트릭스 소재 즉, 열가소성 엘라스토머 소재로는 TPU(Thermoplastic polyurethane)와 SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene) 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
또한, 상기 복합재 시트(14)는 열전도성 플레이트(11) 상에서 효과적인 열전달을 위해 충분히 얇아야 함과 동시에 그립성 증대 및 부피변화에 대응할 수 있을 정도의 탄성을 지닐 수 있도록 적절한 두께를 가져야 한다.
이에 복합재 시트(14)는 효과적인 열전달 및 부피변화가 가능하도록 0.5~0.7㎜의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 따른 방열 플레이트(10)는 배터리 셀(20)들의 층간에 삽입됨으로써 배터리 셀(20)의 부피변화에 대응함과 동시에 효과적인 열방출로 전체 배터리 시스템의 적정온도를 유지토록 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 종래의 배터리 셀 모듈(M4)의 방열 시스템의 경우 파우치형 배터리 셀(1) 간에 공기냉각을 위한 유로(2) 형성을 위해 3~5㎜ 정도의 일정 간격을 유지하게 되어 디자인 자유도에 한계가 있는 반면, 본 발명의 방열 플레이트(10)를 이용한 배터리 셀 모듈(M3)의 방열 시스템의 경우 공기냉각을 위한 별도의 유로 공간 없이 방열 플레이트(10)의 두께에 해당하는 간격 즉, 약 3㎜ 이하로 배터리 셀(20) 사이 간격을 줄일 수 있어 동일 체적 대비 에너지 밀도가 향상되는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명의 방열 플레이트(10)는 도 5와 같은 설비를 이용하여 다음과 같이 제작될 수 있다.
너비 190㎜, 높이(두께) 1㎜를 갖는 시트 형상의 알루미늄 플레이트를 길게 준비한 다음, 그 너비방향의 양측 가장자리를 가공하여 길이 30㎜ 정도, 두께 10~12㎜ 정도의 핀 형상으로 방열핀(13')을 일렬로 연속적으로 형성하되 각 방열핀(13') 간에 10~12㎜ 정도의 간격을 둔다. 다음, 펀칭기를 이용하여 방열핀(13')의 내측에 직경 18~20㎜ 정도의 홀(12')을 가로방향으로 20~24㎜ 및 세로방향으로 20~22㎜의 간격을 두고 형성한다(도 2의 11 및 도 6의 11' 참조).
그리고, 가공된 알루미늄 플레이트(도 6의 11')의 표면으로부터, 먼저 에탄올과 아세톤을 이용하여 먼지와 유기오염물을 제거하고, 5%의 NaOH 수용액에 4~6분간 프리에칭(pre-etching)한 다음 30%의 HNO3 수용액(bath)에 디핑(dipping)한 후 흐르는 물에 세척한다.
상기와 같은 표면 전처리 공정을 2회 반복하여 마친 알루미늄 플레이트(11')를 도 5와 같이 160~200℃의 IR 프리히터(Infrared preheater)(41)를 통과시켜 가열한 후, 평판 형상의 TPE(Thermoplastic Elastomer) 시트(14')를 부착롤러(42)를 통해 알루미늄 플레이트(11')의 양표면에 부착시킨다. 이때, TPE 시트(14')는 알루미늄 플레이트(11')에 형성된 홀(12')을 모두 덮을 수 있는 크기로 마련되며, 도 6의 좌측 도면과 같이 양측 가장자리의 홀(12')을 덮어 홀(12')보다 1 ~ 2㎜ 정도 가장자리 측으로 돌출되게 형성된다.
계속해서, 알루미늄 플레이트(11')에 부착된 TPE 시트(14')를 다시 IR 프리히터(43)로 가열하며 가압롤러(44)로 가압하여 방열 플레이트(10')를 형성하게 되며, 이러한 고온가압공정을 통해 TPE 시트(14')를 도 6의 우측 도면과 같이 방열핀(13')에 근접하게 연신시킨다.
마지막으로, TPE 시트(14')가 부착된 알루미늄 플레이트(11')를 커팅기(45)를 이용하여 일정 길이로 커팅하여 방열 플레이트(10')의 제작을 완료한다.
10,10' : 방열 플레이트
11,11' : 열전도성 플레이트
12,12' : 타공홀
13,13' : 방열핀
14,14' : 복합재 시트
20 : 배터리 셀
21 : 전극부

Claims (20)

  1. 배터리 셀(20)들 사이에 층간 삽입되는 것으로서,
    복합재 시트(14)와의 계면 접착력 증대를 위하여 알카리-산 전처리가 이루어짐과 함께 복합재 시트(14)와의 부착강도를 증대하기 위해 다수의 타공홀(12)이 일정 간격으로 형성된 구조로 구비되는 열전도성 플레이트(11)와;
    상기 열전도성 플레이트(11)의 양면에 고정되게 적층되도록 열전도성 필러를 충진한 열가소성 엘라스토머 복합재로 이루어진 복합재 시트(14)와;
    상기 열전도성 플레이트(11)의 양측 가장자리에 핀 형상으로 가공 형성된 구조로 구비되어, 단위 배터리 셀 모듈 간 공기유로(F) 측으로 돌출되어 위치하는 동시에 공기유로(F) 내 냉각공기의 유동방향과 직각을 이루도록 된 방열핀(13);
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 플레이트(11)는 열전도도가 우수한 알루미늄 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 필러로는 그라파이트, 카본블랙, 보론나이트라이드, 탄소섬유, 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드 중 어느 하나가 사용되거나 혹은 둘 이상이 혼합 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 열가소성 엘라스토머 소재로는 TPU(Thermoplastic polyurethane)와 SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene) 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합재 시트(14)는 효과적인 열전달 및 부피변화가 가능하도록 0.5~0.7㎜의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합재 시트(14)는 10W/mK 이상의 열전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트.
  11. 다수의 배터리 셀(20) 및 상기 배터리 셀(20)들 사이에 층간 삽입되는 방열 플레이트(10)를 포함하여 구성되며,
    상기 방열 플레이트(10)는:
    복합재 시트(14)와의 계면 접착력 증대를 위하여 알카리-산 전처리가 이루어짐과 함께 복합재 시트(14)와의 부착강도를 증대하기 위해 다수의 타공홀(12)이 일정 간격으로 형성된 구조로 구비되는 열전도성 플레이트(11)와;
    상기 열전도성 플레이트(11)의 양면에 고정되게 적층되도록 열전도성 필러를 충진한 열가소성 엘라스토머 복합재로 이루어진 복합재 시트(14)와;
    상기 열전도성 플레이트(11)의 양측 가장자리에 핀 형상으로 가공 형성된 구조로 구비되어, 단위 배터리 셀 모듈 간 공기유로(F) 측으로 돌출되어 위치하는 동시에 공기유로(F) 내 냉각공기의 유동방향과 직각을 이루도록 된 방열핀(13);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 열전도성 플레이트(11)는 열전도도가 우수한 알루미늄 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 열전도성 필러로는 그라파이트, 카본블랙, 보론나이트라이드, 탄소섬유, 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드 중 어느 하나가 사용되거나 혹은 둘 이상이 혼합 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 열가소성 엘라스토머 소재로는 TPU(Thermoplastic polyurethane)와 SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene) 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 복합재 시트(14)는 효과적인 열전달 및 부피변화가 가능하도록 0.5~0.7㎜의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 복합재 시트(14)는 10W/mK 이상의 열전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220064667A (ko) * 2020-11-12 2022-05-19 성균관대학교산학협력단 연성-강성-연성 다층 구조 열 계면 소재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 방열 장치 또는 시스템

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101544548B1 (ko) 2013-10-24 2015-08-13 엘지전자 주식회사 셀 모듈 어셈블리
DE102014210570A1 (de) 2014-06-04 2015-12-17 Mahle International Gmbh Temperiervorrichtung zum Temperieren einer Batterie
DE102014210572A1 (de) * 2014-06-04 2015-12-17 Mahle International Gmbh Temperiervorrichtung zum Temperieren einer Batterie
US10199695B2 (en) * 2014-08-18 2019-02-05 Johnson Controls Technology Company Battery module with restrained battery cells utilizing a heat exchanger
US10243244B2 (en) 2015-11-04 2019-03-26 Johnson Controls Technology Company Systems and methods for bonding metal parts to the polymer packaging of a battery module
CN110114903B (zh) 2016-12-27 2022-09-27 三菱化学株式会社 分隔构件、电池组和电池组的传热控制方法
CN107516746A (zh) * 2017-09-05 2017-12-26 江苏金坛绿能新能源科技有限公司 一种电池模块
KR102002365B1 (ko) 2017-12-28 2019-07-22 에스케이씨 주식회사 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 셀 모듈
KR102460108B1 (ko) 2018-02-06 2022-10-31 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈의 온도 측정 장치, 이를 구비한 배터리 모듈 및 배터리 팩
JP7022343B2 (ja) * 2018-11-06 2022-02-18 トヨタ自動車株式会社 組電池
JP7161673B2 (ja) 2018-11-12 2022-10-27 トヨタ自動車株式会社 組電池
JP7161672B2 (ja) * 2018-11-12 2022-10-27 トヨタ自動車株式会社 組電池
CN113169409A (zh) * 2018-12-14 2021-07-23 3M创新有限公司 电动交通工具电池冷板组件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060099031A (ko) * 2005-03-10 2006-09-19 삼성에스디아이 주식회사 플라즈마 디스플레이 장치
KR20080114661A (ko) * 2008-11-25 2008-12-31 실리콘밸리(주) 실리콘 방열시트
KR20100017043A (ko) * 2008-08-05 2010-02-16 주식회사 휘닉스아이씨피 방열시트
KR20110112716A (ko) * 2010-04-07 2011-10-13 주식회사 이아이지 이차전지 모듈

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3122173B2 (ja) * 1990-11-09 2001-01-09 株式会社東芝 放熱器、放熱装置および放熱器の製造方法
KR100459003B1 (ko) 2002-01-14 2004-12-03 동양석판(주) 전자부품 외장용기용 수지필름 적층 알루미늄 판 및 이의제조방법
JP4761362B2 (ja) 2004-11-25 2011-08-31 北川工業株式会社 緩衝性樹脂組成物及び緩衝材
KR100827378B1 (ko) * 2006-02-08 2008-05-07 엘지전자 주식회사 열확산 시트
US7531270B2 (en) 2006-10-13 2009-05-12 Enerdel, Inc. Battery pack with integral cooling and bussing devices
JP5637509B2 (ja) 2009-08-03 2014-12-10 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型作業機械
JP5740103B2 (ja) 2009-10-19 2015-06-24 日東電工株式会社 熱伝導部材、及びそれを用いた組電池装置
KR101106373B1 (ko) 2009-11-19 2012-01-18 에스비리모티브 주식회사 배터리 팩
US8383260B2 (en) * 2010-02-26 2013-02-26 GM Global Technology Operations LLC U-formed cooling plate with solid fins for lithium pouch cells
US8663762B2 (en) * 2011-06-08 2014-03-04 Goodrich Corporation High-strength lightweight fabric for inflatable structures
US20130164578A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Edward Thomas Sweet Battery module

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060099031A (ko) * 2005-03-10 2006-09-19 삼성에스디아이 주식회사 플라즈마 디스플레이 장치
KR20100017043A (ko) * 2008-08-05 2010-02-16 주식회사 휘닉스아이씨피 방열시트
KR20080114661A (ko) * 2008-11-25 2008-12-31 실리콘밸리(주) 실리콘 방열시트
KR20110112716A (ko) * 2010-04-07 2011-10-13 주식회사 이아이지 이차전지 모듈

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220064667A (ko) * 2020-11-12 2022-05-19 성균관대학교산학협력단 연성-강성-연성 다층 구조 열 계면 소재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 방열 장치 또는 시스템
KR102565178B1 (ko) 2020-11-12 2023-08-08 성균관대학교산학협력단 연성-강성-연성 다층 구조 열 계면 소재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 방열 장치 또는 시스템

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