KR101750479B1 - Battery Pack Having Thermal Conduction Member - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈 다수 개를 포함하는 전지모듈과 냉각부재 사이에 열전도 부재가 개재되어 있고, 상기 열전도 부재는, 겔형 수지(gel-typed resin)와 열전도성 입자들을 포함하는 시트형의 열전도층; 및 발포 고분자 수지로 이루어져 있고 상기 열전도층의 일면 또는 양면에 부가되어 있는 발포층;을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.The present invention is characterized in that a heat conduction member is interposed between a cooling module and a battery module including a plurality of unit cells or a battery cell capable of charging and discharging, and the heat conduction member includes a gel-typed resin and thermally conductive particles A thermally conductive layer of a sheet type including a thermally conductive layer; And a foam layer made of a foamed polymer resin and attached to one surface or both surfaces of the thermally conductive layer.
Description
본 발명은 열전도 부재를 포함하는 전지팩 에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack including a thermally conductive member.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, rechargeable secondary batteries have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (HEV), and the like, which are proposed as solutions for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels (Plug-In HEV) and the like.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.In a small mobile device, one or two or more battery cells are used per device, while a middle- or large-sized battery module such as an automobile is used as a middle- or large-sized battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected due to the necessity of a large-
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.Since the middle- or large-sized battery module is preferably manufactured in a small size and weight, a prismatic battery, a pouch-shaped battery, or the like, which can be charged with a high degree of integration and has a small weight to capacity, is mainly used as a battery cell have. In particular, a pouch-shaped battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has recently attracted a lot of attention due to its advantages such as small weight, low manufacturing cost, and easy shape deformation.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 전지모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려운 실정이다.Since the battery cells constituting such a middle- or large-sized battery module are constituted by a rechargeable secondary battery, such a high-output large-capacity secondary battery generates a large amount of heat in the charging and discharging process. Particularly, since the laminate sheet of the pouch-type battery widely used for the battery module has a surface coated with a polymer material having low thermal conductivity, it is difficult to effectively cool the temperature of the entire battery cell.
충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전지인 차량용 전지팩에는 그것을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.If the heat of the battery module generated during the charging and discharging process can not be effectively removed, heat accumulation may occur, thereby accelerating deterioration of the battery module, and possibly causing ignition or explosion. Therefore, a cooling system for cooling the vehicle battery pack, which is a high-output large-capacity battery, is required.
중대형 전지팩에 장착되는 전지모듈에는 그것의 일측에 냉각부재를 위치시키고, 전지모듈과 냉각부재 사이에 열전도 부재를 개재함으로써, 전지모듈로부터 발생한 열을 냉각부재로 전도하여 냉각할 수 있다.The battery module mounted on the middle- or large-sized battery pack can be cooled by placing a cooling member on one side thereof and interposing a heat conductive member between the battery module and the cooling member to conduct heat generated from the battery module to the cooling member.
종래에는 이와 같은 열전도 부재로서, 열전도성 입자를 포함하는 실리콘 또는 아크릴 소재의 패드형(pad-type) 열전도 부재 또는 겔형(gel-type) 열전도 부재를 사용해 왔다.Conventionally, a pad-type thermally conductive member or a gel-type thermally conductive member made of silicon or acrylic material including thermally conductive particles has been used as such a thermally conductive member.
그러나, 패드형 열전도 부재의 경우, 실리콘 또는 아크릴의 특성 상 압축하는데 한계가 있으므로, 전지모듈과 냉각부재 사이에서의 공차를 최소화 하는데 한계가 있다.However, in the case of the pad-type thermally conductive member, there is a limitation in minimizing the tolerance between the battery module and the cooling member because of the limitation in the characteristics of silicon or acrylic.
또한, 겔형 열전도 부재의 경우, 패드형 열전도 부재와 달리 압축은 용이하지만, 고정되지 않고 퍼지는 특성이 있으므로, 진동 및 충격 조건에서 전지모듈과 냉각부재 사이에서 이들을 고정하는데 한계가 있다.Further, in the case of the gel-type thermally conductive member, unlike the pad-type thermally conductive member, although compression is easy, there is a limitation in fixing them between the battery module and the cooling member under the vibration and impact conditions.
따라서, 이 같은 문제점을 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, a need exists for a technique that can solve such a problem.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지모듈과 냉각부재 사이에서의 공차를 최소화할 수 있고, 진동 및 충격 조건에서 전지모듈과 냉각부재의 안정성을 담보할 수 있는 열전도 부재를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.Specifically, it is an object of the present invention to provide a battery pack including a heat conducting member capable of minimizing a tolerance between a battery module and a cooling member, and capable of securing the stability of the battery module and the cooling member under vibration and impact conditions will be.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,According to an aspect of the present invention, there is provided a battery pack comprising:
충방전이 가능한 전지셀 또는 단위모듈 다수 개를 포함하는 전지모듈과 냉각부재 사이에 열전도 부재가 개재되어 있을 수 있고, 상기 열전도 부재는, 겔형 수지(gel-typed resin)와 열전도성 입자들을 포함하는 시트형의 열전도층; 및 발포 고분자 수지로 이루어져 있고 상기 열전도층의 일면 또는 양면에 부가되어 있는 발포층;을 포함하고 있을 수 있다.A thermally conductive member may be interposed between the battery module and the cooling member, the battery module including a plurality of unit cells or a battery cell capable of charging and discharging, and the thermally conductive member includes a gel-typed resin and thermally conductive particles A sheet-like heat conduction layer; And a foam layer formed of a foamed polymer resin and attached to one or both surfaces of the thermally conductive layer.
따라서, 본 발명에 다른 전지팩은, 겔형 수지와 열전도성 입자들을 포함하는 열전도층의 일면 또는 양면에 발포층이 부가되어 있는 열전도 부재를 포함함으로써, 전지모듈과 냉각부재 사이에서의 공차를 최소화할 수 있고, 진동 및 충격 조건에서 전지모듈과 냉각부재의 안정성을 담보할 수 있다.Therefore, the battery pack according to the present invention includes the heat conductive member having the foam layer on one or both surfaces of the thermally conductive layer including the gel-like resin and the thermally conductive particles, thereby minimizing the tolerance between the battery module and the cooling member And it is possible to secure the stability of the battery module and the cooling member under vibration and impact conditions.
상기 열전도층과 발포층의 구조 관계의 하나의 예로서, 상기 발포층은 상기 열전도층의 양면뿐만 아니라, 측면에도 부가되어 열전도층을 밀봉하고 있는 구조로 이루어져 있을 수도 있다.As an example of the structural relationship between the thermally conductive layer and the foam layer, the foam layer may be formed on both sides of the thermally conductive layer as well as on the side surface thereof to seal the thermally conductive layer.
또한, 본 발명에 따른 전지팩은, 상기 전지모듈로부터 발생한 열을 효과적으로 열전도 부재로 전도하기 위하여, 상기 전지모듈은 전지셀과 열전도 부재에 각각 접촉하여 전지셀로부터 발생한 열을 열전도 부재로 전달하는 하나 이상의 냉각 핀을 포함하고 있을 수 있다.In order to efficiently transfer heat generated from the battery module to the heat conduction member, the battery module according to the present invention is characterized in that the battery module contacts one of the battery cells and the heat conduction member to transmit heat generated from the battery cell to the heat conduction member Or more of the cooling fins.
구체적으로, 상기 열전도 부재의 상면은 냉각 핀에 접촉되어 있고 하면은 냉각부재에 접촉되어 있을 수 있다.Specifically, the upper surface of the thermally conductive member may be in contact with the cooling fin, and the lower surface may be in contact with the cooling member.
상기 냉각부재의 하나의 예로서, 상기 냉각부재는, 냉각 플레이트, 및 상기 냉각 플레이트에 접촉되어 있고 냉매가 유동하는 파이프를 포함하고 있을 수 있다.As one example of the cooling member, the cooling member may include a cooling plate and a pipe in contact with the cooling plate and through which the coolant flows.
상기 열전도 부재의 하나의 예로서, 상기 열전도 부재는 장방형의 시트 형상으로 이루어져 있을 수 있다.As one example of the heat conduction member, the heat conduction member may have a rectangular sheet shape.
구체적으로, 상기 열전도 부재는 전지모듈의 일면에 대응하는 형상으로 이루어져 있을 수 있어서, 상기 전지모듈과 냉각부재 사이의 공간에 빈 공간 없이 개재되어 열전도 효율을 향상시킬 수 있다.Specifically, the heat conduction member may have a shape corresponding to one surface of the battery module, so that the space between the battery module and the cooling member is interposed without voids to improve the heat conduction efficiency.
상기 겔형 수지의 하나의 예로서, 상기 겔형 수지는 실리콘 및 아크릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.As an example of the gel type resin, the gel type resin may be at least one selected from the group consisting of silicon and acrylic, but is not limited thereto.
상기 열전도성 입자들은 금속 분말들 및/또는 탄소 분말들로 이루어져 있을 수 있다.The thermally conductive particles may consist of metal powders and / or carbon powders.
상기 열전도층의 두께는 0.4 mm 내지 4.0 mm의 범위로 형성되어 있을 수 있다. 상기 열전도층의 두께가 0.4 mm 미만일 경우에는, 전지모듈로부터 냉각부재로의 열전도가 충분히 이루어지지 못할 수 있다. 반면에, 상기 열전도층의 두께가 4.0 mm를 초과하는 경우에는, 열전도층의 유동성으로 인해 진동 및 충격 조건에서 전지모듈과 냉각부재가 고정되지 못하는 문제가 있을 수 있다.The thickness of the thermally conductive layer may be in the range of 0.4 mm to 4.0 mm. If the thickness of the heat conduction layer is less than 0.4 mm, heat conduction from the battery module to the cooling member may not be sufficiently achieved. On the other hand, when the thickness of the thermally conductive layer is more than 4.0 mm, there may be a problem that the battery module and the cooling member are not fixed under vibration and impact conditions due to the fluidity of the thermally conductive layer.
상기 발포 고분자 수지의 하나의 예로서, 상기 발포 고분자 수지는 PU(polyurethane) 및 EPDM(ethylene propylene diene monomer)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.As an example of the foamed polymer resin, the foamed polymer resin may be at least one selected from the group consisting of PU (polyurethane) and EPDM (ethylene propylene diene monomer), but is not limited thereto.
상기 발포층의 두께는 0.1 mm 내지 1.0 mm의 범위로 형성되어 있을 수 있다. 상기 발포층의 두께가 0.1 mm 미만일 경우에는, 상기 열전도층을 충분히 고정할 수 없으므로, 열전도층의 유동성으로 인해 진동 및 충격조건에서 전지모듈과 냉각부재가 고정되는 못하는 문제가 있을 수 있다. 반면에, 상기 발포층의 두께가 1.0 mm를 초과하는 경우에는, 두꺼워진 발포층으로 인해 전지모듈로부터 냉각부재로의 열전도가 충분히 이루어지지 못할 수 있다. The thickness of the foam layer may be in the range of 0.1 mm to 1.0 mm. When the thickness of the foamed layer is less than 0.1 mm, the heat conductive layer can not be sufficiently fixed, so that the battery module and the cooling member can not be fixed under vibration and impact conditions due to the fluidity of the heat conductive layer. On the other hand, when the thickness of the foam layer exceeds 1.0 mm, the foamed layer that is thickened may fail to sufficiently conduct heat from the battery module to the cooling member.
상기 발포층은 열전도층의 양면에 각각 부가되어 있을 수 있다.The foam layer may be added to both surfaces of the heat conduction layer.
또한, 상기 발포층은 폐쇄형 기공들(closed pores)을 포함하고 있다. 따라서, 전지모듈 및 냉각부재의 하중에 의해 충분히 압축될 수 있으므로, 전지모듈과 냉각부재 사이의 공차를 최소화할 수 있다.In addition, the foam layer includes closed pores. Therefore, the battery module can be sufficiently compressed by the load of the battery module and the cooling member, so that the tolerance between the battery module and the cooling member can be minimized.
상기 열전도 부재의 두께는 0.5 mm 내지 5.0 mm의 범위로 형성되어 있을 수 있다. 상기 열전도 부재의 두께가 0.5 mm 미만일 경우에는, 열전도성 입자를 포함하는 열전도층의 부피가 전반적으로 소형화되므로, 전지모듈로부터 냉각부재로의 열전도가 충분히 이루어지지 못할 수 있다. 반면에, 상기 열전도 부재의 두께가 5.0 mm를 초과하는 경우에는, 두꺼워진 열전도 부재로 인해 전체 전지팩의 부피가 증가할 수 있고, 증가한 열전도층으로 인해, 진동 및 충격 조건에서 전지모듈 및 냉각부재의 안정성을 담보하지 못할 수 있다.The thickness of the thermally conductive member may be in the range of 0.5 mm to 5.0 mm. When the thickness of the thermally conductive member is less than 0.5 mm, the volume of the thermally conductive layer including the thermally conductive particles is generally reduced, so that the thermal conduction from the battery module to the cooling member may not be sufficiently achieved. On the other hand, if the thickness of the thermally conductive member exceeds 5.0 mm, the volume of the entire battery pack may be increased due to the thickened thermally conductive member, and due to the increased thermally conductive layer, It may not be able to guarantee the stability of
상기 발포층과 열전도층의 두께비는 1:9 내지 2:8일 수 있다. 상기 두께비가 1:9 미만일 경우, 즉, 발포층의 비중이 더 작아질 경우에는, 열전도층을 충분히 고정하지 못할 수 있다. 반면에, 상기 두께비가 2:8을 초과하는 경우, 즉, 발포층의 비중이 더 커질 경우에는, 열전도층이 충분히 형성될 수 없으므로, 전지모듈로부터 냉각부재로의 열전도가 충분히 이루어지지 못할 수 있다.The thickness ratio of the foamed layer and the thermally conductive layer may be 1: 9 to 2: 8. When the thickness ratio is less than 1: 9, that is, when the specific gravity of the foam layer becomes smaller, the heat conductive layer may not be sufficiently fixed. On the other hand, when the thickness ratio exceeds 2: 8, that is, when the specific gravity of the foam layer becomes larger, the heat conduction layer from the battery module to the cooling member may not be sufficiently achieved because the heat conduction layer can not be sufficiently formed .
상기 열전도 부재는 전지모듈의 하중에 의해 30% 내지 90%의 두께로 압축될 수 있다. 따라서, 전지모듈과 냉각부재 사이의 공차를 최소함으로써, 열전도 효율을 증가시킬 수 있고, 전지모듈과 냉각부재 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다.The thermally conductive member can be compressed to a thickness of 30% to 90% by the load of the battery module. Therefore, by minimizing the tolerance between the battery module and the cooling member, the heat conduction efficiency can be increased, and the bonding force between the battery module and the cooling member can be improved.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a device including the battery pack as a power source.
상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다. 이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The device may be selected from an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device. The structure of these devices and their fabrication methods are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 겔형 수지와 열전도성 입자들을 포함하는 열전도층의 일면 또는 양면에 발포층이 부가되어 있는 열전도 부재를 포함함으로써, 전지모듈과 냉각부재 사이에서의 공차를 최소화할 수 있고, 진동 및 충격 조건에서 전지모듈과 냉각부재의 안정성을 담보할 수 있다.As described above, the battery pack according to the present invention includes the heat conductive member having the foam layer on one side or both sides of the thermally conductive layer including the gel type resin and the thermally conductive particles, The tolerance can be minimized, and the stability of the battery module and the cooling member can be ensured under vibration and impact conditions.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해도이다;
도 2는 도 1의 열전도 부재의 사시도이다.1 is an exploded view of a battery pack according to one embodiment of the present invention;
2 is a perspective view of the heat conductive member of Fig. 1;
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 분해도가 도시되어 있다.1 is an exploded view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 전지모듈(110), 열전도 부재(120) 및 냉각부재(130)로 이루어져 있다.Referring to FIG. 1, a
열전도 부재(120)는 전지모듈(100)의 측면과 냉각부재(130) 사이에 개재되어, 전지모듈(100)로부터 발생한 열을 냉각부재(130)로 전도하는 기능을 수행한다.The
전지모듈(100)은 전지셀(도시하지 않음)과 열전도 부재(120)에 각각 접촉하여 전지셀로부터 발생한 열을 열전도 부재로 전달하는 냉각 핀들(도시하지 않음)을 포함하고 있다.The
열전도 부재(120)의 상면은 냉각 핀(도시하지 않음)에 접촉되어 있고, 하면은 냉각부재(130)에 접촉되어 있다.The upper surface of the
냉각부재(130)는 냉각 플레이트(131) 및 파이프(132)로 이루어져 있다. 파이프(132)는 냉각 플레이트에 접촉되어 있고, 그 안으로 냉매가 유동하는 구조로 이루어져 있다.The
열전도 부재(120)는 장방형의 시트 형상으로 이루어져 있고, 열전도 부재(120)의 외주면은 전지모듈(110)의 측면과 냉각 플레이트(131)에 대응하는 형상으로 이루어져 있다.The outer circumferential surface of the
도 2에는 도 1의 열전도 부재의 사시도가 도시되어 있다.Fig. 2 is a perspective view of the heat conducting member of Fig.
열전도 부재(120)는 열전도층(121)과 발포층(122)으로 이루어져 있다.The
열전도층(121)은 겔형 수지(도시하지 않음)와 열전도성 입자(도시하지 않음)를 포함하는 구조로 이루어져 있다. 열전도성 입자들은 금속 분말들 및/또는 탄소 분말들로 이루어져 있다.The
한편, 발포층(122)은 열전도층(121)의 양면에 부가되어 있고, 발포층은 폐쇄형 기공들(도시하지 않음)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.On the other hand, the
발포층(122)과 열전도층(121)은 2:8의 두께비로 이루어져 있다. 발포층(122)의 두께(T2)는 0.2 mm로 형성되어 있고, 열전도층(121)의 두께(T1)는 0.8 mm로 형성되어 있다.
The
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
Claims (18)
상기 열전도 부재는,
겔형 수지(gel-typed resin)와 열전도성 입자들을 포함하는 시트형의 열전도층; 및
발포 고분자 수지로 이루어져 있고 상기 열전도층의 일면 또는 양면에 부가되어 있는 발포층;
을 포함하고 있으며,
상기 전지모듈은 전지셀과 열전도 부재에 각각 접촉하여 전지셀로부터 발생한 열을 열전도 부재로 전달하는 하나 이상의 냉각 핀을 포함하고 있고,
상기 열전도 부재는 전지모듈의 일면에 대응하는 장방형의 시트 형상으로 이루어져 있으며,
상기 발포층은 폐쇄형 기공들(closed pores)을 포함하고 있고,
상기 발포층과 열전도층의 두께비는 1:9 내지 2:8인 것을 특징으로 하는 전지팩.A heat conducting member is interposed between a cooling module and a battery module including a plurality of unit cells or a battery cell capable of charging and discharging,
The heat-
A sheet-like thermal conductive layer containing a gel-typed resin and thermally conductive particles; And
A foamed layer made of a foamed polymer resin and attached to one or both surfaces of the thermally conductive layer;
, ≪ / RTI >
The battery module includes one or more cooling fins for contacting the battery cells and the heat conduction member to transfer the heat generated from the battery cells to the heat conduction member,
The heat conduction member is formed in a rectangular sheet shape corresponding to one surface of the battery module,
Wherein the foam layer comprises closed pores,
Wherein the thickness ratio of the foamed layer and the thermally conductive layer is 1: 9 to 2: 8.
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