KR101944053B1 - Phase conversion material / air coupled type hierarchical battery thermal management system - Google Patents

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차이나 유니버시티 오브 마이닝 앤드 테크놀로지
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Abstract

상변환 물질/공기 결합형 계층적 배터리 열 관리 시스템이 개시되며, 이는 배터리 열 관리 기술과 관련되어 있다. 상기 관리 시스템은 주로 베이스, 커버, 외부 리브, 내부 리브, 상부 상변환 물질 컨테이너, 중간 상변환 물질 컨테이너, 그리고 하부 상변환 물질 컨테이너를 포함한다. 서로 다른 상변환 물질로 채워진 복수의 상변환 물질 컨테이너는 각각 배터리들 사이에 배치된다. 다른 밀도와 길이를 갖는 복수 열의 외부 리브는 각 상변환 물질 컨테이너의 전방 측면과 후방 측면에 간격을 두고 분포되어 있으며, 복수 열의 내부 리브는 상기 상변환 물질 컨테이너의 내부 측판에 간격을 두고 배치된다. 배터리 전극에서 떨어져 위치한 내부 리브들은 배터리 전극에 가까운 내부 리브들보다 더 높은 밀도를 갖는다. 두 개의 열관리 기술, 즉, 상변환 물질 냉각과 공냉 기술을 결합하면, 배터리에 의해 발생된 열을 효과적으로 제거할 수 있다. 상변환 물질과 핀(fin)의 계층적 배치를 이용하여, 단일 배터리 내부나 배터리들 사이의 온도 차이를 효과적으로 감소시킬 수 있고, 단일 배터리/배터리 그룹의 온도 균일성도 향상될 수 있다. 상기 시스템은 괄목할 만한 온도 제어 및 온도 균등화 효과와 컴팩트한 구조를 갖고 있으며, 설치 및 유지가 편리하다.A phase change material / air coupled hierarchical battery thermal management system is disclosed, which relates to battery thermal management techniques. The management system mainly includes a base, a cover, an outer rib, an inner rib, an upper phase change material container, an intermediate phase change material container, and a lower phase change material container. A plurality of phase change material containers filled with different phase change materials are disposed between the batteries, respectively. A plurality of rows of outer ribs having different densities and lengths are distributed at intervals on the front side and rear side of each phase change material container and the plurality of rows of inner ribs are disposed at intervals on the inner side plate of the phase change material container. The inner ribs located away from the battery electrode have a higher density than the inner ribs near the battery electrode. Combining two thermal management techniques, phase-transform material cooling and air-cooling technology, can effectively remove the heat generated by the battery. Using a hierarchical arrangement of phase change material and fin, the temperature difference between a single battery or between batteries can be effectively reduced, and the temperature uniformity of a single battery / battery group can also be improved. The system has a remarkable temperature control and temperature equalization effect and a compact structure, and is easy to install and maintain.

Description

상변환 물질/공기 결합형 계층적 배터리 열 관리 시스템Phase conversion material / air coupled type hierarchical battery thermal management system

본 발명은 배터리 열 관리 기술에 관한 것으로서, 특히, 상변환 물질/공기 결합형 계층적 배터리 열 관리 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a battery thermal management technique, and more particularly, to a phase change material / air coupled type hierarchical battery thermal management technique.

고에너지 밀도와 고전력 밀도를 갖는 에너지 저장 요소로서, 배터리는 전기자동차의 전력원으로 널리 응용되고 있다. 그러나 충전 및 방전 과정에서, 배터리 내부에서의 전기화학적 반응은 다량의 열을 발생시키게 된다. 국부적으로 축적된 열은 배터리를 지나친 고온으로 만들어, 열폭주(thermal runaway) 상태에 들어가게 하며, 결국은 자연 발화(spontaneous ignition)나 심지어는 배터리의 폭발을 초래하고, 그리하여 사람의 안전을 위태롭게 한다. 한편, 배터리 전극(battery pole) 근처에서의 전기화학적 반응은 상대적으로 강렬하며, 배터리의 온도를 불균일하게 만들고, 그리하여 배터리의 주기(cycle life)를 크게 단축시킨다. 배터리의 동작 안전성을 확보하고, 배터리의 주기를 연장하고, 전기차의 차량 성능을 향상시키며, 지속 가능한 개발을 달성하기 위해서, 합리적인 배터리 열 관리 시스템을 설계하여 배터리의 정상 작동 온도를 유지하고 온도의 균일성을 개선시키는 게 필요하다.As an energy storage element with high energy density and high power density, batteries are widely used as power sources for electric vehicles. However, during the charging and discharging process, the electrochemical reaction inside the battery generates a large amount of heat. Locally accumulated heat causes the battery to overheat, causing it to enter a thermal runaway state, eventually resulting in spontaneous ignition or even explosion of the battery, thus jeopardizing human safety. On the other hand, the electrochemical reaction near the battery pole is relatively intense, making the temperature of the battery uneven, thus greatly shortening the cycle life of the battery. A reasonable battery thermal management system is designed to maintain the normal operating temperature of the battery and to maintain the uniformity of the temperature in order to secure the operation safety of the battery, extend the cycle of the battery, improve the vehicle performance of the electric car, It is necessary to improve sex.

근년에, 공냉, 액냉(liquid cooling), 히트 파이프, 그리고 상변환 물질과 같은 온도 제어 기술들이, 배터리 열 관리 시스템에 성공적으로 적용되고 있으며, 배터리의 동작 온도를 크게 낮추어준다. 그러나, 열 관리 시스템의 열전달 성능 향상은 배터리의 열 발생의 차이를 증폭시켰고, 이는 배터리의 국부 온도차를 더 크게 만들었다. 그리하여, 배터리의 재활용 요건을 충족시키기 어렵고, 전기차의 운전비용이 증가 된다. 전기차의 내구 마일리지(endurance mileage) 증가로 인하여, 배터리 열 관리 시스템은 더 엄격한 요구조건을 만족시킬 필요가 있으며, 그 결과로 배터리의 온도는 균일하게 된다.In recent years, temperature control techniques such as air cooling, liquid cooling, heat pipes, and phase change materials have been successfully applied to battery thermal management systems, greatly lowering the operating temperature of the battery. However, the improvement in heat transfer performance of the thermal management system amplified the difference in the heat generation of the battery, which made the local temperature difference of the battery larger. Thus, it is difficult to satisfy the recycling requirement of the battery, and the running cost of the electric vehicle is increased. Due to the increased endurance mileage of electric vehicles, the battery thermal management system needs to meet more stringent requirements, resulting in a uniform temperature of the battery.

기술적 문제: 본 발명의 목적은 종래 기술에 존재하는 문제점을 극복하고, 혹독한 운전 조건에서 배터리의 동작 온도를 유지하고 온도의 균일성을 향상시킬 수 있는 상변환 물질/공기 결합형 계층적 배터리 열 관리 시스템을 제공하는 데 있다.Technical Problem: It is an object of the present invention to provide a phase-change material / air-coupled hierarchical battery thermal management which overcomes the problems existing in the prior art and which can maintain the operating temperature of the battery under severe operating conditions, System.

기술적 해결 방안: 본 발명의 상변환 물질/공기 결합형 계층적 배터리 열 관리 시스템은, 베이스(101), 상기 베이스(101)에 배치된 복수의 배터리들(104), 여기서 복수의 배터리들은 그룹으로 간격을 두고 상기 베이스(101)에 배치되어 있으며, 그리고 상기 베이스(101) 위에 제공되는 커버(301)를 포함하며, 여기서 복수의 배터리들(104)은, 복수의 배터리(104)의 전극이 윗면을 향하고 상기 커버(301)에 가까이 위치되게, 상기 베이스(101)에 배치되어 있으며; 서로 다른 상변환 물질로 채워진 복수의 상변환 물질 컨테이너들은, 간격을 두고 배치된 배터리들(104) 사이에 각각 배치되며; 다른 밀도와 길이를 갖는 복수 열의 외부 리브들(108)이 각 상변환 물질 컨테이너의 양측면에 간격을 두고 분포되며, 동일 열의 외부 리브들(108)은 공기 흐름 방향을 따라 길이와 밀도 관점에서 서로 다른 분포로 배치되고, 공기 배출구(303) 근처의 외부 리브들(108)이 공기 흡입구(302) 근처의 외부 리브들(108)보다 더 조밀하게 배치되며, 복수 열의 내부 리브들(501)이 상기 상변환 물질 컨테이너의 내부 측판에 간격을 두고 배치되어 있으며;배터리 전극들로부터 멀어질수록 상기 내부 리브들은 상기 배터리 전극들에 상대적으로 가깝게 위치한 내부 리브들보다 상기 상변환 물질 컨테이너의 내부 측판으로부터의 돌출 높이가 더 높게 형성되며; 상기 외부 리브들(108)은 상기 상변환 물질 컨테이너의 하부 영역에 형성된 외부 리브들의 밀도가 상기 상변환 물질 컨테이너의 상부 영역에 형성된 외부 리브들의 밀도 보다 작도록 배치되며, 상기 공기 배출구(303)에 상대적으로 가깝게 배치된 상변환 물질 컨테이너의 외부 리브들은, 상기 공기 흡입구(302)에 상대적으로 가깝게 배치된 상변환 물질 컨테이너의 외부 리브들보다 더 조밀하며; 상기 배터리들(104) 사이의 간극, 상기 상변환 물질 컨테이너, 상기 베이스(101) 그리고 상기 커버(301)는 통풍 덕트를 형성한다. TECHNICAL SOLUTION The phase change material / air coupled hierarchical battery thermal management system of the present invention includes a base 101, a plurality of batteries 104 disposed in the base 101, And a cover (301) disposed on the base (101) at an interval and provided on the base (101), wherein the plurality of batteries (104) And is disposed on the base 101 so as to be positioned close to the cover 301; A plurality of phase change material containers filled with different phase change materials are respectively disposed between spaced apart batteries 104; A plurality of rows of outer ribs 108 having different densities and lengths are distributed spaced on both sides of each phase change material container and the outer rows of coils 108 of the same row are spaced apart from one another in terms of length and density And the outer ribs 108 near the air outlet 303 are arranged more densely than the outer ribs 108 near the air inlet 302 and the plurality of rows of inner ribs 501 are arranged in the upper Wherein the inner ribs are spaced apart from the inner side plates of the transform material container such that the inner ribs have a protruding height from the inner side plate of the phase change material container Is formed higher; The outer ribs 108 are arranged such that the density of the outer ribs formed in the lower region of the phase change material container is smaller than the density of the outer ribs formed in the upper region of the phase change material container, The outer ribs of the phase change material container disposed relatively closely are denser than the outer ribs of the phase change material container disposed relatively close to the air intake port 302; The gap between the batteries 104, the phase change material container, the base 101, and the cover 301 form a ventilation duct.

상기 베이스에는 배터리들을 고정시키기 위한 베이스 홈들이 구비되어 있으며, 상기 커버를 맞추기(fitting) 위한 베이스 나사공(screw hole)들이 베이스의 주변부에 마련되어 있다.The base is provided with base grooves for fixing the batteries, and a base or screw holes for fitting the cover are provided at the periphery of the base.

커버의 내부 상측에는 배터리와 상부 상변환 물질 컨테이너에 대응되는 커버 홈이 마련되어 있다. 베이스 나사공에 대응되는 커버 나사공이 커버의 가장자리에 마련되어 있다. 공기 흡입구와 공기 배출구가 커버의 좌측과 우측에 각각 마련되어 있다. 상변환 물질 컨테이너와 상변환 물질의 숫자는 배터리의 특성 및 운전환경과 관련하여 결정되는데, 상변환 물질 컨테이너의 수는 3~4개이다.On the inner upper side of the cover, a cover groove corresponding to the battery and the upper phase change material container is provided. A cover screw hole corresponding to the base or the hole is provided at the edge of the cover. An air intake port and an air exhaust port are provided on the left and right sides of the cover, respectively. The number of phase change material containers and phase change materials is determined in relation to battery characteristics and operating environment, with three to four phase change material containers.

복수의 상변환 물질 컨테이너들 가운데, 상부 상변환 물질 컨테이너에는 상기 상변환 물질 컨테이너의 상단면과 하단면의 양면에 상부 물질 컨테이너 돌출부가 구비된다. 하부 상변환 물질 컨테이너에는, 상기 상부 물질 컨테이너 돌출부나 중간 물질 컨테이터 돌출부와 매칭되는 홈이, 상기 하부 상변환 물질 컨테이너의 상단면에 구비되며, 그리고 상기 하부 상변환 물질 컨테이너의 하단면에는 하부 물질 컨테이너 돌출부가 구비된다. 상기 상부와 하부 상변환 물질 컨테이너 사이의 중간 상변환 물질 컨테이너는, 상기 중간 상변환 물질 컨테이너의 상단면에는 상기 상부 물질 컨테이너 돌출부와 매칭되는 홈이 마련되고, 상기 중간 상변환 물질 컨테이너의 하단면에는 상기 하부 상변환 물질 컨테이너에 매칭되는 돌출부가 구비된다.Among the plurality of phase change material containers, the upper phase material container includes upper material container protrusions on both sides of the upper and lower surfaces of the phase change material container. In the lower phase change material container, a groove matching with the upper material container protrusion and the intermediate material container protrusion is provided on the upper surface of the lower phase change material container, A container protruding portion is provided. The intermediate phase change material container between the upper and lower phase change material containers may include a groove matched with the upper material container protrusion on the upper face of the intermediate phase change material container, And a protrusion matching the lower phase change material container is provided.

각각의 상변환 물질 컨테이너와 상기 배터리 사이의 접촉 지점은 전기적으로 절연성이며 열적으로는 전도성인(electric-insulating thermal-conductive) 층으로 코팅된다.The point of contact between each phase-change material container and the battery is electrically insulative and coated with an electrically-insulating thermal-conductive layer.

복수 열의 내부 리브들은 스테인레스 강, 구리 알루미늄 합금, 그리고 높은 열전도성 성능을 갖는 저탄소강재(low-carbon steel material)로 만들어진다.The multiple rows of internal ribs are made of stainless steel, copper-aluminum alloy, and low-carbon steel material with high thermal conductivity.

복수 열의 내부 리브들은 밀도의 관점에서 수직 하측 방향을 따라 점차적으로 감소하는 계층적 분포를 갖는다.The inner ribs of a plurality of rows have a hierarchical distribution gradually decreasing along the vertical downward direction in terms of density.

유익한 효과: 앞서 설명한 해결 방안으로, 본 발명은 상변환 물질 열 관리와 공기 열 관리를 합리적으로 결합시킨다; 그 구조는 컴팩트하고, 설치는 편리하며, 추후 유지 보수할 때 배터리와 상변환 물질 컨테이너를 교체하기도 편리하다. 전극 근처의 배터리에 의해 발생되는 다량의 열은 상기 상부 상변환 물질 컨테이너 내의 높은 열 전도성 성능을 갖는 상변환 물질로 제거할 수 있고, 다른 지점에서 발생된 열은 두 번째 하부 상변환 물질 컨테이너에 의해 제거되어, 그리하여 단일 배터리의 동작 온도를 유지하면서 배터리들의 온도 균일성을 확보할 수 있다. 상변환 물질 컨테이너에 배치되어 있는 외부 리브들을 사용하여, 단일 전지의 온도 균일성이 더 개선될 수 있다. 계층적으로 배치된 외부 리브들은 통풍 덕트를 따라 단계적으로(stage by stage) 배터리의 열 방출을 증강시키고, 배터리들 사이의 온도차이를 감소시켜, 배터리 집단의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 열 관리 기술은 바람직한 온도 균형 능력과 단순한 구조를 갖고, 효율적이며 환경친화적이고, 비용이 저렴하며, 유지하기 편리하고, 확장 가능성이 높으며, 모듈 형태의 생산에도 적용 가능하다. 본 발명의 열관리 기술은 전기차와 같은 수송 수단 및 에너지 저장 플랜트와 같은 대형 장치에 대한 열관리 요구조건을 충족시킬 수 있고, 시장에서의 응용 전망이 매우 높다. 본 발명은 주로 다음과 같은 장점들을 갖고 있다: 본 발명은 상변환 물질과 공기를 합리적으로 결합시킨다; 상변환 물질과 내부 리브들, 그리고 외부 리브들을 계층적으로 배치함으로써, 배터리에서 발생된 열이 단계적으로 제거되며, 그로 인해 다량의 열을 제거하고 방열 속도를 매우 빠르게 할 수 있다. 단일 배터리의 온도 균일성이 효과적으로 개선되고 배터리들 사이의 온도차이는 감소한다. 본 발명은 간단하고 컴팩트한 구조, 배터리와 상변환 물질 컨테이너의 편리한 설치 및 유지보수, 바람직한 확장 가능성, 안전성, 그리고 고효율 등의 장점들을 가지고 있다.Advantageous Effects: As a solution to the foregoing, the present invention combines the phase change material thermal management and the air thermal management in a reasonable manner; Its structure is compact, easy to install, and easy to replace batteries and phase change material containers for later maintenance. A large amount of heat generated by the battery near the electrodes can be removed with the phase change material having a high thermal conductivity capability in the upper phase change material container and the heat generated at the other phase can be removed by the second lower phase change material container So that the temperature uniformity of the batteries can be ensured while maintaining the operating temperature of the single battery. Using the outer ribs disposed in the phase change material container, the temperature uniformity of the single cell can be further improved. Hierarchically arranged outer ribs may enhance the heat dissipation of the battery step by step along the ventilation duct, reduce the temperature difference between the batteries, and improve the temperature uniformity of the battery population. The thermal management technique of the present invention is also applicable to the production of modular form, having desirable temperature balancing ability and simple structure, efficient and environment-friendly, low cost, easy to maintain, highly expandable. The thermal management technique of the present invention can meet the thermal management requirements for large-sized devices such as transportation vehicles and energy storage plants such as electric cars and has a very high market application prospect. The present invention has the following advantages: The present invention rationally combines air with a phase change material; By arranging the phase change material, the inner ribs, and the outer ribs in a hierarchical manner, the heat generated in the battery is removed stepwise, thereby removing a large amount of heat and making the heat dissipation rate very fast. The temperature uniformity of a single battery is effectively improved and the temperature difference between the batteries is reduced. The present invention has the advantages of simple and compact construction, convenient installation and maintenance of the battery and phase change material container, favorable expandability, safety, and high efficiency.

도1은 본 발명의 개략적인 구조도이며;
도2는 본 발명에 따른 도1의 베이스에 대한 개략적 구조도이며;
도3은 본 발명에 따른 도1의 구조를 커버하는 커버의 개략적 구조도이며;
도4는 본 발명에 따른 외부 리브들의 분포에 대한 개요도이며;
도5는 본 발명에 따른 상부 상변환 물질 컨테이너의 내부 개요도이며;
도6은 본 발명에 따른 중간 상변환 물질 컨테이너의 내부 개요도이며;
도7은 본 발명에 따른 하부 상변환 물질 컨테이너의 내부 개요도이다.1 is a schematic structural view of the present invention;
Fig. 2 is a schematic structural view of the base of Fig. 1 according to the present invention;
Fig. 3 is a schematic structural view of a cover covering the structure of Fig. 1 according to the present invention;
Figure 4 is a schematic view of the distribution of outer ribs according to the present invention;
5 is an internal schematic view of a top phase conversion material container in accordance with the present invention;
Figure 6 is an internal schematic view of an intermediate phase material container in accordance with the present invention;
7 is an internal schematic view of a lower phase change material container in accordance with the present invention.

본 발명은 첨부 도면들로 여러 실시 예들과 관련하여 더 설명되어 진다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be further described with reference to several embodiments in the accompanying drawings.

도 1에 보여지듯이, 본 발명의 상변환 물질/공기 결합형 계층적 배터리 열 관리 시스템은 주로 베이스(101), 커버(301), 외부 리브(108), 내부 리브(601), 상부 상변환 물질 컨테이너(105), 중간 상변환 물질 컨테이너(106), 그리고 하부 상변환 물질 컨테어너(107)를 포함한다. 복수의 배터리들(104)이 베이스(101) 상에 배치된다. 복수의 배터리들(104)은 두 그룹으로 분류되어 베이스(101) 상에 간격을 두고 배치된다. 각각의 배터리 그룹은 3개의 배터리를 포함한다. 커버(301)는 베이스(101) 상에 위치한다. 배터리(104) 전극이 위치하는 측면은 상면을 향하고, 전극은 커버(301)에 가까이 위치한다. 배터리(104)와 하부 상변환 물질 컨테이너(107)를 탑재하여 고정시키기 위한 베이스 홈(103)들이 베이스(101) 상에 구비된다. 1, the phase change material / air coupled type hierarchical battery thermal management system of the present invention mainly includes a base 101, a cover 301, an outer rib 108, an inner rib 601, A container 105, an intermediate phase conversion material container 106, and a lower phase change material container 107. A plurality of batteries (104) are disposed on the base (101). The plurality of batteries 104 are classified into two groups and disposed on the base 101 at intervals. Each battery group includes three batteries. The cover 301 is positioned on the base 101. The side surface on which the electrode of the battery 104 is positioned faces the upper surface, and the electrode is positioned close to the cover 301. Base grooves 103 for mounting and fixing the battery 104 and the lower phase change material container 107 are provided on the base 101.

도 2에서 보여지듯이, 커버(301)를 맞추기 위한 베이스 나사공(102)이 베이스(101)의 주변에 구비된다. 커버(301)의 내부 상측은 배터리 및 상부 상변환 물질 컨테이너에 대응되는 커버 홈(305)이 구비된다. 상기 베이스 나사공(102)에 대응되는 커버 나사공(304)이 커버(301)의 가장자리에 구비된다. 배터리 및 상부 상변환 물질 컨테이너에 대응되는 홈들은 커버(301)의 상측에 구비된다. As shown in FIG. 2, a base or a hole 102 for aligning the cover 301 is provided around the base 101. The inside of the cover 301 is provided with a cover groove 305 corresponding to the battery and the upper phase conversion material container. A cover or a hole 304 corresponding to the base or the hole 102 is provided at the edge of the cover 301. The grooves corresponding to the battery and the upper phase conversion material container are provided on the upper side of the cover 301.

도 3에서 보여지듯이, 공기 흡입구(302)와 공기 배출구(303)가 커버(301)의 좌측 및 우측에 각각 구비된다. 복수의 배터리(104) 전극들이 위치하는 측면은 위로 향하고, 배터리 전극들은 커버(301)에 가까이 위치한다. 서로 다른 상변환 물질들로 채워진 복수의 상변환 물질 컨테이너는 배터리들(104) 사이에 간격을 두고 각각 배치된다. 상변환 물질 컨테이너와 상변환 물질의 숫자는 배터리 특성과 동작 환경에 따라 결정되며, 상변환 물질 컨테이너의 수는 일반적으로 2~4개이다. 각 상변환 물질 컨테이너와 배터리 사이의 접촉 지점은 전기절연 열전도성 층으로 코팅된다. As shown in FIG. 3, an air inlet 302 and an air outlet 303 are provided on the left and right sides of the cover 301, respectively. The side where the plurality of battery (104) electrodes are located faces upward, and the battery electrodes are located close to the cover (301). A plurality of phase change material containers filled with different phase change materials are disposed at intervals between the batteries 104, respectively. The number of phase change material containers and phase change materials is determined by battery characteristics and operating environment, and the number of phase change material containers is generally 2 to 4. The point of contact between each phase change material container and the battery is coated with an electrically insulating thermally conductive layer.

도 1은 3개의 상변환 물질 컨테이너 즉, 상부 상변환 물질 컨테이너, 중간 상변환 물질 컨테이너, 그리고 하부 상변환 물질 컨테이너를 보여준다. 상부 상변환 물질 컨테이너(105)의 상단면(upper end surface)과 하단면은 각각 상부 물질 컨테이너 돌출부(403)가 구비된다. 도 5에서 보여지듯이, 상부 상변환 물질 컨테이너(105)의 상부 물질 컨테이너 돌출부와 배터리들(104)은 커버 홈(305) 내부로 삽입될 수 있다. 중간 상변환 물질 컨테이너(106)의 상단면에는 도 6에서 보듯이, 상부 물질 컨테이너 돌출부(403)와 매칭되는 하부 물질 컨테이너 홈((601)이 구비된다. 중간 상변환 물질 컨테이너(106)의 하단면은 중간 물질 컨테이너 돌출부(602)가 구비된다. 하부 상변환 물질 컨테이너(107)의 상단면은 중간 물질 컨테이너 돌출부(602)와 매칭되는 하부 물질 컨테이너 홈(701)이 구비되고, 하부 상변환 물질 컨테이너(107)의 하단면은 하부 물질 컨테이너 돌출부(401)가 구비된다. 도 7에 보여지듯이, 하부 상변환 물질 컨테이너(107)는 하부 물질 컨테이너 돌출부(401)를 통해 베이스 홈(103)에 고정된다. Figure 1 shows three phase change material containers: an upper phase change material container, an intermediate phase change material container, and a lower phase change material container. An upper end surface and a lower end surface of the upper phase change material container 105 are provided with an upper material container protrusion 403, respectively. 5, the upper material container protrusions and batteries 104 of the upper phase change material container 105 may be inserted into the cover groove 305. As shown in FIG. The upper surface of the intermediate phase conversion material container 106 is provided with a lower material container groove 601 that matches the upper material container projection 403 as shown in Figure 6. The lower phase The upper surface of the lower phase change material container 107 is provided with a lower material container groove 701 that matches with the intermediate container protrusion 602, The lower phase change material container 107 is fixed to the base groove 103 through the lower material container protrusion 401 as shown in Fig. do.

다른 밀도와 길이를 갖는 복수 열의 외부 리브들(108)은 각 상변환 물질 컨테이너의 전방 측면과 후방 측면에 간격을 두고 분포된다. 같은 열에 있는 외부 리브들(108)은 공기 흐름 방향을 따라서 길이와 밀도 측면에서 볼 때 계층적으로 분포된다. 도 4에서 보여지듯이, 공기 배출구(303) 근처의 외부 리브(108)는 공기 흡입구(302) 근처의 외부 리브108)보다 더 조밀하게 분포하고 더 길다. 복수 열의 내부 리브(501)는 상변환 물질 컨테이너의 내부 측판에 간격을 두고 배치된다. 복수 열의 내부 리브(501)는 도 5에서 보듯이, 밀도 관점이서 수직 하방으로 점차 감소하는 계층적 구조로 분포된다. 내부 리브(501)는 스테인레스 강, 구리 알루미늄 합금 그리고 높은 열전도 성능을 갖는 저탄소강재로 만들어진다. 배터리 전극에서 떨어져 위치한 내부 리브들은 배터리 전극에 가까운 내부 리브들보다 더 조밀하다. 내부 리브(501)는 배터리 전그으로부터 멀어질수록 돌출 높이가 더 높게 형성된다.
외부 리브들(108)의 밀도는 상변환 물질 컨테이너의 수직 하방으로 갈수록 점차적으로 감소한다. 배터리 전극으로부터 떨어져 위치한 상변환 물질 컨테이너의 외부 리브들은 배터리 전극에 가까이 위치한 상변환 물질 컨테이너의 외부 리브들보다 더 조밀하다. 배터리들(104) 사이의 간극, 상변환물질 컨테이너, 베이스(101) 그리고 커버(301)는 통풍 덕트를 형성한다.
외부 리브들(108)은 공기 흡입구에 가깝게 위치한 외부 리브들의 밀도가 공기 배출구에 가깝게 위치한 외부 리브들의 밀도보다 낮게 형성될 수 있다. A plurality of rows of outer ribs 108 having different densities and lengths are spaced apart on the front and rear sides of each phase change material container. The outer ribs 108 in the same row are distributed hierarchically in terms of length and density along the air flow direction. As shown in FIG. 4, the outer rib 108 near the air outlet 303 is denser and longer than the outer rib 108 near the air inlet 302. A plurality of rows of inner ribs 501 are disposed at intervals on the inner side plate of the phase change material container. As shown in Fig. 5, the inner ribs 501 of a plurality of rows are distributed in a hierarchical structure in which the density is gradually decreased from the vertical direction to the vertical direction. The inner rib 501 is made of stainless steel, a copper-aluminum alloy, and a low-carbon steel with high thermal conductivity. The inner ribs located away from the battery electrode are denser than the inner ribs near the battery electrode. The inner rib 501 is formed to have a higher protrusion height as it moves away from the battery pack.
The density of the outer ribs 108 gradually decreases toward the vertical lower portion of the phase change material container. The outer ribs of the phase change material container located away from the battery electrode are denser than the outer ribs of the phase change material container located closer to the battery electrode. The gap between the batteries 104, the phase change material container, the base 101 and the cover 301 form a ventilation duct.
The outer ribs 108 may be formed such that the density of the outer ribs located close to the air inlet is less than the density of the outer ribs located close to the air outlet.

상변환 물질 컨테이너의 수는 두 개 혹은 그 이상이다. 본 실시 예에서는, 세 개의 상변환 물질 컨테이너를 예로 들어 설명한다. 다른 상변환 물질 컨테이너는 다른 열전도성을 갖는 상변환 물질로 채워진다. 상변환 물질의 열전도성 계수와 상변환 잠열은 계층적이고 수직 하방으로 점차 감소한다. 배터리 전극에서 떨어져 위치하여 채워진 상변환 물질의 열전도성 계수와 상변환 잠열은 배터리 전극의 근처에 있는 채원진 상변환 물질보다 높아, 단일 배터리의 온도 균일성을 효과적으로 제어하게 된다. 상변환 물질은 유기 상변환 화합 물질, 무기 상변환 화합 물질, 그리고 캡슐형 상변환 물질일 수 있다. 상변환 물질 컨테이너는 상변환 물질의 누출을 방지할 수 있다. The number of phase change material containers is two or more. In this embodiment, three phase change material containers will be described as an example. The other phase change material container is filled with a phase change material having a different thermal conductivity. The thermal conductivity coefficient and the phase change latent heat of the phase change material are hierarchical and gradually decrease downward to the vertical direction. The thermal conductivity coefficient and phase transition latent heat of the phase change material located away from the battery electrode are higher than the phase change material near the battery electrode to effectively control the temperature uniformity of a single battery. The phase change material may be an organic phase conversion compound material, an inorganic phase conversion compound material, and a capsule type phase change material. The phase change material container can prevent leakage of the phase change material.

각각의 상변환 물질 컨테이너에 설치된 내부 리브(501)들은 상기 상변환 물질 컨테이너의 열전달 성능을 향상시키기 위해 사용된다. 내부 리브들(501)의 밀도는 수직 하방으로 점차적으로 감소한다. 배터리 전극으로부터 떨어져 위치한 내부 리브들(501)은 상기 전극에 가까운 내부 전극(501)들보다 더 조밀하며, 그리하여 단일 배터리의 온도차이를 감소시킨다. 상변환 물질 컨테이너와 내부 리브들은 산화알루미늄 세라믹과 같은, 높은 열전도율의 절연 물질로 만들어진다. 내부 리브들은 막대기(rod) 형상일 수 있다.The inner ribs 501 installed in the respective phase change material containers are used to improve the heat transfer performance of the phase change material container. The density of the inner ribs 501 gradually decreases downward to the vertical direction. The inner ribs 501 located away from the battery electrode are more dense than the inner electrodes 501 near the electrode, thereby reducing the temperature difference of the single battery. The phase change material container and the inner ribs are made of a high thermal conductivity insulating material, such as aluminum oxide ceramic. The inner ribs may be rod-shaped.

베이스(101)에 마련된 홈(103)은 배터리(104)와 하부 상변환 물질 컨테이너 (107) 고정용으로 사용된다. 베이스(101)에는 또한 나사공(102)이 마련되는데, 이는 커버(301)에 마련된 나사공(304)과 대응되어 고정된다. 커버(301)와 베이스 (101)의 간극은 통풍 덕트를 형성할 수 있다. 공기 흡입구(302)와 공기배출구(303)가 커버(301)에 구비된다. 상기 커버와 베이스의 재료는 구리, 저탄소강 그리고 알루미늄 합금 같이 열전도율을 높고 무게가 가벼운 물질들로부터 선택될 수 있다.The groove 103 provided in the base 101 is used for fixing the battery 104 and the lower phase change material container 107. The base 101 is also provided with a screw hole 102 which is fixed in correspondence with the screw hole 304 provided in the cover 301. [ The clearance between the cover 301 and the base 101 can form a ventilation duct. An air intake port (302) and an air exhaust port (303) are provided in the cover (301). The material of the cover and base can be selected from materials with high thermal conductivity and light weight, such as copper, low carbon steel and aluminum alloys.

상변환 물질 컨테이너의 양측에 형성된 외부 리브들(108)은 공기와 상변환 물질 컨테이너 사이의 접촉 영역을 증가시키기 위해 사용된다. 외부 리브들(108)의 밀도는 수직 하방을 따라 점차적으로 감소한다. 배터리 전극으로부터 떨어져 위치한 상변환 물질 컨테이너의 외부 리브들(108)은, 배터리 전극 근처 영역에서 방열을 향상시키고 단일 배터리의 온도 균일성을 개선하기 위해, 상기 전극에 가까운 상변환 물질 컨테이너의 외부 전극들(501) 보다 더 조밀하다.The outer ribs 108 formed on either side of the phase change material container are used to increase the contact area between air and the phase change material container. The density of the outer ribs 108 gradually decreases along the vertical downward direction. The outer ribs 108 of the phase change material container located away from the battery electrode are connected to the outer electrodes of the phase change material container near the electrodes to improve heat dissipation in the region near the battery electrode and to improve temperature uniformity of a single battery. (501).

공기 흐름 방향을 따라, 동일한 수평 위치에 있는 상변환 물질 컨테이너의 양측에 구비된 외부 리브들(108)은 밀도와 길이가 계층적이다. 동일한 수평 위치에 있는 상변환 물질 컨테이너의 양측에 구비된 외부 리브들(108)은 공기 흐름 방향을 따라서 길이와 밀도 관점에서 계층적으로 분포된다. 공기 배출구(303) 근처의 외부 리브들은 공기 흡입구(302) 근처의 외부 리브들보다 더 조밀하고 더 길다. 그리하여 통풍 덕트에서 공기 흐름의 아래 부분에 위치한 배터리(downstream battery)의 열 방출을 증가시키고, 공기 흐름의 위쪽에 위치한 배터리(upstream battery)와 아래 위치한 배터리 사이의 온도 차이를 감소시키고, 배터리 그룹의 전체 온도 균일성을 향상시킨다. 외부 리브들은 스테인레스강, 구리 알루미늄 합금 및 저탄소강과 같은 높은 열전도율을 갖는 물질로 만들어 질 수 있다. Along the air flow direction, the outer ribs 108 provided on both sides of the phase change material container in the same horizontal position are hierarchical in density and length. The outer ribs 108 provided on both sides of the phase change material container in the same horizontal position are hierarchically distributed in terms of length and density along the air flow direction. The outer ribs near the air outlet 303 are denser and longer than the outer ribs near the air inlet 302. Thereby increasing the heat dissipation of the downstream battery located in the lower portion of the airflow in the ventilation duct and reducing the temperature difference between the battery positioned above the airflow and the battery located below, Thereby improving the temperature uniformity. The outer ribs may be made of a material having a high thermal conductivity, such as stainless steel, copper-aluminum alloy and low carbon steel.

절연 열전도제(402)는 주로 배터리와 상변환 물질 컨테이너 사이의 열 접촉 저항을 감소시키고 열전달 성능을 향상시키기 위해 사용된다. 열전도성 실리콘 그리스와 높은 열전도계수를 갖는 절연 열전도성 양면 접착 테이프가 사용된다.The insulating heat conduction agent 402 is mainly used to reduce the thermal contact resistance between the battery and the phase change material container and to improve the heat transfer performance. A thermally conductive silicone grease and an insulating thermally conductive double-sided adhesive tape having a high thermal conductivity coefficient are used.

101 : 베이스 102 : 베이스 나사공
103 : 베이스 홈 104 : 배터리
105 : 상부 상변환 물질 컨테이너 106 : 중간 상변환 물질 컨테이너
107 : 하부 상변환 물질 컨테이너 108 : 외부 리브
301 ; 커버 302 : 공기 흡입구
303 : 공기 배출구 304 : 커버 나사공
305 : 커버 홈 401 : 하부 물질 컨테이너 돌기
402 : 전기적 절연 열적 도전 매질 403 : 상부 물질 컨테이너 돌기
501 : 내부 리브 601 : 중간 물질 컨테이너 홈
602 ; 중간 물질 컨테이너 돌기 701 : 하부 물질 컨테이너 홈101: Base 102:
103: base groove 104: battery
105: Upper phase conversion material container 106: Intermediate phase conversion material container
107: lower phase change material container 108: outer rib
301; Cover 302: Air intake
303: air outlet 304: cover
305: cover groove 401: lower material container projection
402: electrically insulating thermal conductive medium 403: upper material container projection
501: inner rib 601: intermediate container home
602; Intermediate container protrusion 701: Lower substance container groove

Claims (8)

상변환 물질/공기 결합형 배터리 열관리 시스템에 있어서,
베이스(101), 상기 베이스(101)에 배치된 복수의 배터리들(104), 여기서 복수의 배터리들은 그룹으로 간격을 두고 상기 베이스(101)에 배치되어 있으며, 그리고 상기 베이스(101) 위에 제공되는 커버(301)를 포함하며,
여기서 복수의 배터리들(104)은, 복수의 배터리(104)의 전극이 윗면을 향하고 상기 커버(301)에 가까이 위치되게, 상기 베이스(101)에 배치되어 있으며;
서로 다른 상변환 물질로 채워진 복수의 상변환 물질 컨테이너들은, 간격을 두고 배치된 배터리들(104) 사이에 각각 배치되며;
상호 다른 밀도와 길이를 갖는 복수 열의 외부 리브들(108)이 각 상변환 물질 컨테이너의 양측면에 간격을 두고 분포되며,
동일 열의 외부 리브들(108)은 공기 흐름 방향을 따라 길이와 밀도 관점에서 서로 다른 분포로 배치되고,
공기 배출구(303) 근처의 외부 리브들(108)이 공기 흡입구(302) 근처의 외부 리브들(108)보다 더 조밀하게 배치되며,
복수 열의 내부 리브들(501)이 상기 상변환 물질 컨테이너의 내부 측판에 간격을 두고 배치되어 있으며;배터리 전극들로부터 멀어질수록 상기 내부 리브들은 상기 배터리 전극들에 상대적으로 가깝게 위치한 내부 리브들보다 상기 상변환 물질 컨테이너의 내부 측판으로부터의 돌출 높이가 더 높게 형성되며;
상기 외부 리브들(108)은 상기 상변환 물질 컨테이너의 하부 영역에 형성된 외부 리브들의 밀도가 상기 상변환 물질 컨테이너의 상부 영역에 형성된 외부 리브들의 밀도 보다 작도록 배치되며,
상기 공기 배출구(303)에 상대적으로 가깝게 배치된 상변환 물질 컨테이너의 외부 리브들은, 상기 공기 흡입구(302)에 상대적으로 가깝게 배치된 상변환 물질 컨테이너의 외부 리브들보다 더 조밀하며;
상기 배터리들(104) 사이의 간극, 상기 상변환 물질 컨테이너, 상기 베이스(101) 그리고 상기 커버(301)는 통풍 덕트를 형성하는 것을 특징으로 하는, 상변환 물질/공기 결합형 배터리 열관리 시스템.
A phase-change material / air-coupled battery thermal management system,
A base 101 and a plurality of batteries 104 disposed in the base 101 wherein a plurality of batteries are disposed in the base 101 spaced apart in groups and provided on the base 101 Cover 301,
Wherein the plurality of batteries 104 are disposed on the base 101 such that the electrodes of the plurality of batteries 104 face the upper surface and are located close to the cover 301;
A plurality of phase change material containers filled with different phase change materials are respectively disposed between spaced apart batteries 104;
A plurality of rows of outer ribs 108 having mutually different densities and lengths are distributed on both sides of each phase change material container at intervals,
The outer rows of outer ribs 108 are arranged in different distributions in terms of length and density along the air flow direction,
The outer ribs 108 near the air outlet 303 are arranged more densely than the outer ribs 108 near the air inlet 302,
Wherein a plurality of rows of inner ribs (501) are disposed on an inner side plate of the phase change material container at an interval, the inner ribs being located closer to the battery electrodes than the inner ribs The projection height from the inner side plate of the phase change material container is formed to be higher;
The outer ribs 108 are arranged such that the density of the outer ribs formed in the lower region of the phase change material container is less than the density of the outer ribs formed in the upper region of the phase change material container,
The outer ribs of the phase change material container disposed relatively close to the air outlet 303 are denser than the outer ribs of the phase change material container disposed relatively close to the air inlet 302;
Wherein the gap between the batteries (104), the phase change material container, the base (101), and the cover (301) form a ventilation duct.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스(101)에는 상기 복수의 배터리들(104)을 탑재하여 고정하기 위한 베이스 홈(103)이 구비되어 있고, 상기 커버(301)를 맞추기 위한 베이스 나사공(102)이 상기 베이스(101) 주변에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는, 상변환 물질/공기 결합형 배터리 열관리 시스템.
The method according to claim 1,
The base 101 is provided with a base groove 103 for mounting and fixing the plurality of batteries 104. A base or a hole 102 for aligning the cover 301 is provided on the base 101, Phase material / air coupled battery thermal management system.
청구항 1에 있어서,
상기 커버(301)의 내부 상측에는 배터리 및 상부 상변환 물질 컨테이너에 대응되는 커버 홈(305)이 마련되어 있으며, 상기 베이스에 형성된 베이스 나사공(102)에 대응되는 커버 나사공(304)이 상기 커버(301)의 가장자리에 구비되고, 상기 공기 흡입구(302)와 상기 공기 배출구(303)는 상기 커버(301)의 좌측면과 우측면에 각각 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 상변환 물질/공기 결합형 배터리 열관리 시스템.
The method according to claim 1,
The cover 301 is provided with a cover groove 305 corresponding to the battery and the upper phase change material container. The cover or the cover 304 corresponding to the base or the bore 102 formed in the base, Is provided at the edge of the cover (301), and the air inlet (302) and the air outlet (303) are provided on the left and right sides of the cover (301) Thermal management system.
청구항 1에 있어서,
상기 상변환 물질 컨테이너와 상변환 물질의 숫자는 배터리 특성과 동작 환경과 관련하여 결정되며, 상변환 물질 컨테이너의 수는 2 내지 4인 것을 특징으로 하는, 상변환 물질/공기 결합형 배터리 열관리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the number of phase change material containers and phase change material is determined in relation to battery characteristics and operating environment and the number of phase change material containers is between two and four.
청구항 1 또는 4에 있어서,
복수의 상변환 물질 컨테이너 가운데, 상부 상변환 물질 컨테이너에는 상기 상부 상변환 물질 컨테이너의 상단면과 하단면에 상부 물질 컨테이너 돌출부가 구비되어 있으며;
하부 상변환 물질 컨테이너는 상기 하부 상변환 물질 컨테이너의 상단면에 상기 상부 물질 컨테이너 돌출부 또는 중간 물질 컨테이너 돌출부와 매칭되는 홈이 구비되고, 상기 하부 상변환 물질 컨테이너의 하단면에는 하부 물질 컨테이너 돌출부가 구비되어 있으며;
상기 상부 및 하부 상변환 물질 컨테이너 사이의 중간 상변환 물질 컨테이너는 상기 중간 상변환 물질 컨테이너의 상단면에 상기 상부 물질 컨테이너 돌기와 매칭되는 홈이 구비되고, 상기 중간 상변환 물질 컨테이너의 하단면에 상기 하부 상변환 물질 컨테이너와 매칭되는 돌출부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는, 상변환 물질/공기 결합형 배터리 열관리 시스템.
The method according to claim 1 or 4,
Among the plurality of phase change material containers, the upper phase change material container is provided with an upper material container protrusion on the upper surface and the lower surface of the upper phase change material container;
The lower phase change material container is provided with a groove matching the upper material container protrusion or the intermediate material container protrusion on the upper surface of the lower phase change material container and a lower material container protrusion is provided on the lower end surface of the lower phase change material container ;
Wherein the intermediate phase change material container between the upper and lower phase change material containers comprises a groove matched with the upper material container protrusion on the upper face of the intermediate phase conversion material container, And a protrusion matched with the phase change material container. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
청구항 1에 있어서,
각각의 상변환 물질 컨테이너와 배터리 사이의 접촉 지역은 절연 열전도성 (electric-insulating thermal-conductive) 층으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는, 상변환 물질/공기 결합형 배터리 열관리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the contact area between each phase change material container and the battery is coated with an electric-insulating thermal-conductive layer.
청구항 1에 있어서,
복수 열의 내부 리브들(501)은 스테인레스강, 구리 알루미늄 합금 그리고 높은 열전도성의 저탄소강재로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 상변환 물질/공기 결합형 배터리 열관리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of rows of inner ribs (501) are made of stainless steel, copper aluminum alloy, and high thermal conductivity low carbon steel.
청구항 1 또는 7에 있어서,
상기 복수 열의 내부 리브들(501)은 밀도의 관점에서 수직 하방을 따라서 점차적으로 감소하는 계층적 분포를 갖는 것을 특징으로 하는, 상변환 물질/공기 결합형 배터리 열관리 시스템.The method according to claim 1 or 7,
Wherein the plurality of rows of inner ribs (501) have a hierarchical distribution that gradually decreases along a vertical downward direction in terms of density.
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