KR102047484B1 - 냉각 효율이 향상된 매니폴드 및 이를 포함하는 배터리팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉매가 냉각핀으로 공급되기 전 냉매의 온도가 적절하게 유지될 수 있도록 고안된 매니폴드에 대한 것이다. 상기 매니폴드는 냉매가 이동하는 본체와 이와 연결되는 냉각핀이 삽입되는 포트를 포함하는 것으로서, 상기 본체 및 포트는 고분자 재료 및 상변화물질(PCM, Phase change material)의 혼합물을 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 매니폴드를 포함하는 배터리 팩 냉각 장치 및 상기 냉각 장치를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

Description

냉각 효율이 향상된 매니폴드 및 이를 포함하는 배터리팩{A manifold with enhanced cooling efficiency and a battery pack comprising the same}
본 발명은 배터리 팩의 냉각장치에 구비되는 매니폴드에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 높은 냉각 효율을 얻을 수 있는 매니폴드 및 이를 포함하는 배터리팩에 대한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(Energy storage system) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 상용화된 이차 전지 중 리튬 이차 전지는 충/방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점이 있어 널리 상용화되어 사용되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충/방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. 이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차전지가 많이 이용된다. 이때, 다수의 이차전지가 연결되도록 하는 경우, 이차전지 사이에는 냉각핀이 개재되는 경우가 많다. 이차전지는 여름과 같이 고온 환경에서 사용되는 경우가 있을 수 있으며, 또한 이차전지 자체적으로도 열이 발생할 수있다. 이때, 다수의 이차전지가 서로 적층되어 있는 경우, 이차전지의 온도는 더욱 높아질 수 있는데, 이 온도가 적정 온도보다 높아지면 이차전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 따라서, 이차전지 모듈을 구성할 때 이차전지 사이에 냉각핀을 개재시켜, 냉각핀을 통해 이차전지의 온도 상승이 방지되도록 하는 구성이 이용될 수 있다.이러한 냉각핀은 다양한 형태 및 방식으로 구현될 수 있으나, 이차전지 모듈의 부피를 줄이고 및 열교환 효율을 높이기 위해, 열전도성 재질의 플레이트 형태로 구성되어 이차전지 사이에 개재되는 경우가 많다. 특히, 물과같은 냉매를 통해 수냉식으로 냉각이 이루어지는 냉각핀에는 냉매가 흐를 수 있도록 관 형태로 냉각 유로가 설치될 수 있다.
이때 냉매는 통상적으로 외부에서 공급되는데 많은 수의 이차 전지가 포함되는 모듈에는 냉각핀 역시 다수가 구비될 수 있으며 이러한 다수의 냉각핀 각각으로 냉매가 공급되어야 하며 이때 다수의 냉각핀으로 냉매를 공급하기 위해 매니폴드 형태의 냉매 공급관이 구비된다.
일반적으로 냉매는 냉각핀으로 공급되기 전 (열교환에 의한) 냉매 냉각 장치로부터 이송되어 매니폴드를 경유하는 순환 경로를 따르는데, 순환 경로가 길어지거나 냉매 이송 속도가 낮은 경우에는 냉매의 온도가 상승하여 냉각 효과가 저감되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 것으로서, 냉매가 냉각핀으로 공급되기 전 냉매의 온도가 적절하게 유지될 수 있도록 고안된 매니폴드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 매니폴드를 포함하는 배터리 팩 냉각 장치 및 상기 냉각 장치를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 매니폴드에 대한 것이다.
본 발명의 제1 구현예는 냉각 유로가 형성된 냉각핀과 연결되는 매니폴드(manifold)이며, 상기 매니폴드는 내부에 빈 공간이 형성되며 냉매가 이동하는 본체; 상기 본체로부터 연장 형성되고 상기 냉각핀이 삽입되는 포트를 포함하고, 상기 본체 및 포트는 고분자 재료 및 상변화물질(PCM, Phase change material)의 혼합물을 포함하는 것인 배터리팩 냉각 장치용 매니폴드이다.
본 발명의 제2 구현예는, 상기 제1 구현예에 있어서, 상기 상변화물질은 유기계 PCM, 무기계 PCM 및 공융 PCM으로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상인 것이다.
본 발명의 제3 구현예는, 상기 제1 또는 제2 구현예에 있어서, 상기 유기계 PCM은 파라핀계 PCM, 비파라핀계 PCM 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것이다.
본 발명의 제4 구현예는, 제3 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 비파라핀계 PCM이 1-도데칸올(dodecanol), 1-테트라테칸올(tetradecanol), 비닐아세테이트(vinyl acetate), 또는 이 중 둘 이상의 혼합물인 것이다.
본 발명의 제5 구현예는, 상기 제 2구현예에 있어서, 상기 무기계 PCM이 CaCl2·6H2O, Zn(NO3)2·6H2O, KF·4H2O, Na2S2O3·5H2O, Na2SO4·10H2O, Mn(NO3)2·6H2O, LiNO3·3H2O, Na(CH3COO)·3H2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이다.
본 발명의 제6 구현예는, 상기 제2 구현예에 있어서, 상기 공융 PCM이 Ca(NO3)2·4H2O와 Mg(NO3)2·6H2O의 공융 PCM, 우레아(urea)와 아세트아미드(acetamide)의 공융 PCM, CaCl2, NaCl, KCl 및 H2O의 공융 PCM, CaCl2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM, Na(CH3COO)·3H2O와 CO(NH2)의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 NH4NO3의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM 및 나프탈렌(Naphtalene)과 벤조산(Benzoic acid)의 공융 PCM으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이다.
본 발명의 제7 구현예는 상기 제1 내지 제6 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 PCM이 형태 안정화 PCM인 것이다.
본 발명의 제8 구현예는 상기 제7 구현예에 있어서, 상기 형태 안정화 PCM이 다공성 물질에 함침된 형태의 PCM, 캡슐화된 PCM, 지지체와 혼합된 PCM 또는 이 중 둘 이상인 것이다.
또한, 본 발명의 제9 구현예는 상기 제1 내지 제8 구현예 중 어느 하나의 매니폴드를 포함하는 배터리 팩인 것이다. 여기에서, 상기 배터리 팩은 다수의 이차전지; 상기 이차 전지 사이에 구비되며 내부에 냉각 유로가 형성된 냉각핀; 및 상기 냉각핀에 결합되는 매니폴드를 포함한다.
본 발명에 따른 매니폴드는 상변화물질(PCM, phase change maerial)을 포함하고 있어 냉매가 냉각핀으로 공급되기 전에 냉매의 온도를 적절하게 조절 하거나 소정의 범위로 유지되도록 할 수 있다. 이에 따라 패터리팩의 열용량을 증대시킬 수 있으며 이차 전지의 온도 상승이 방지되는 등 배터리 팩의 냉각 특성을 향상시킬 수 있다.
첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 매니폴드를 도식화 하여 나타낸 것이다.
도 2는 상기 매니폴드가 구비된 배터리 팩을 도식화하여 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명을 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 및 이를 포함하는 배터리 팩을 설명한다.
도 1은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 매니폴드를 나타낸 사시도이며 도 2는 상기 매니폴드를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명에 따른 매니폴드(130)는 본체(130) 및 포트(132)를 포함할 수 있다. 매니폴드(130)는 본체로부터 연장되어 형성된 포트(132)에 냉각핀(120)이 결합되어 본체의 내부로 냉매가 이동하여 전지에서 발생한 열을 효과적으로 제거할 수 있다. 즉, 본체는 냉매의 유로를 확보하며, 포트는 각각의 냉각핀에 냉매를 전달할 수 있다.
이때 매니폴드(130)의 포트(132)는 냉각핀(120)과의 결합을 위하여 플렉서블하게 형성될 수 있으며, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 포트의 외주면을 감싸도록 끼움 결합되는 실링부재(133)가 더 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 매니폴드가 결합된 배터리 팩을 나타낸 사시도이다. 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 배터리 팩은 이차 전지(110), 냉각핀(120), 및 매니폴드를 포함한다.
이차 전지(110)는 전극 조립체, 전극탭 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다. 이차 전지는 단독으로 이용될 수도 있으나 용량이나 출력 등을 증가시키기 위해 다수가 전기적으로 연결된 형태로 이용되는 경우가 많다. 다수의 이차전지(110)는 다수개가 일정 거리 이격되어 하나의 배터리 팩을 이루도록 구성될 수 있다.
냉각핀(120)은 다수개의 이차 전지(110) 사이에 개재될 수 있다. 냉각핀(120)은 다수의 이차 전지가 서로 적층되어 있는 경우 이차 전지(110)에서 발생하는 열이 합산되고, 상호 밀집 구조로 인해 더욱 더 많은 열이 발생하여 온도 상승을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이때, 냉각핀(120)은 물과 같은 냉매를 통해 수냉식으로 냉각이 이루어질 수 있으며, 냉매가 흐를 수 있도록 관 형태의 냉각 유로가 형성될 수 있다. 또한, 냉각핀(120)은 다양한 형태 및 방식으로 형성될 수 있으나 일반적으로 열도전성 재질의 플레이트로 형성될 수 있다.
매니폴드(130)은 냉각핀(120)에 결합될 수 있다. 이때 매니폴드는 관 형태로 유로가 형성되어 있어서, 냉각핀(120)과 결합하였을 때, 매니폴드(130)을 따라 냉매가 이동하여, 냉각핀(120)의 냉각 유로로 순환할 수 있다.
본 발명에 있어서, 본체(131)는 내부에 빈 공간이 형성되며, 대략 관 형태로 형성될 수 있다. 이때 본체(131)의 빈 공간은 유로가 될 수 있으며, 이러한 유로를 따라서 냉매가 흐를 수 있다. 또한, 본체(131)는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등과 같은 고분자 소재로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 본체는 상기 고분자 소재에 더하여 상변화 물질(PCM, Phase change material)을 더 포함할 수 있다. 상기 상변화 물질(PCM, Phase change material)은 온도의 변화에 따라 상(phase)이 변하는 것으로서 고체에서 액체, 액체에서 기체 등 하나의 상태에서 또 다른 상태로 변하는 과정에서 열을 축적하거나 저장한 열을 방출하는 물질을 말한다. 본 발명에 있어서 상기 상변화물질은 본체의 내부, 더욱 상세하게는 본체의 벽체 내에 존재하다가 고온의 냉각수가 유입되면 액체 상태로 변화되며 상변화 물질이 액화되는 과정에서 PCM의 흡열 작용이 이루어지며, 이와 같은 PCM의 흡열 작용은 그 상태가 고체로부터 액체로 상변이 될 때까지 이루어진다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 상변화물질은 유기계 PCM, 무기계 PCM, 공융 PCM 또는 이중 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 유기계 PCM은 유사한 융해, 자가 핵형성을 가지며, 상기 매니폴드 본체로 사용되는 재질에 대해 비부식성을 갖는다. 특히 유기 PCM은 화학적으로 안정하며 상분리가 잘 일어나지 않는 온도 범위를 가지는 장점이 있다. 그러나 낮은 잠열 용적을 나타내므로 후술하는 무기계 PCM과 적절하게 혼합하여 사용하는 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유기계 PCM은 파라핀계 PCM 및/또는 비파라핀계 PCM일 수 있다. 구체적으로 상기 비파라핀계 PCM으로는 은 1-dodecanol, 1-tetradecanol, vinyl acetate 등이 있다.
무기계 PCM은 단위 체적당 높은 잠열을 가지며 부피가 작고 비인화성인 물질이다. 그러나 매니폴드 본체로 사용되는 재질에 대해 부식성을 나타낸다. 상기 무기계 PCM은 이의 비제한적인 예로써, CaCl2·6H2O, Zn(NO3)2·6H2O, KF·4H2O, Na2S2O3·5H2O, Na2SO4·10H2O, Mn(NO3)2·6H2O, LiNO3·3H2O, Na(CH3COO)·3H2O 등이 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
공융 PCM은 둘 이상의 성분의 혼합물인 것으로서 최저 온도에서 융해하는 공융 혼합물의 특성을 갖는 것이다. 이러한 공융 PCM은 액화되는 속도가 빨라 냉매와 빠르게 열교환이 되는 장점이 있다. 상기 공융 PCM은 Ca(NO3)2·4H2O와 Mg(NO3)2·6H2O의 공융 PCM, 우레아(urea)와 아세트아미드(acetamide)의 공융 PCM, CaCl2, NaCl, KCl 및 H2O의 공융 PCM, CaCl2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM, Na(CH3COO)·3H2O와 CO(NH2)의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 NH4NO3의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM 및 나프탈렌(Naphtalene)과 벤조산(Benzoic acid)의 공융 PCM을 예로 들 수 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 PCM은 형태 안정화 PCM(shape stabilized PCM, SSPCM)을 포함할 수 있다. PCM은 액체 상태에서 누출이 발생할 우려가 있으므로 본체에 안정적으로 존재하도록 하기 위해 형태가 안정적으로 유지될 필요가 있다. 이러한 SSPCM은 예를 들어 다공성 물질에 함침된 형태인 함침 PCM이거나, 적절한 지지체와 혼합된 혼합 PCM 이거나 캡슐화 PCM, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 함침 PCM은 석고보드나 콘크리트와 같은 다공성 재료에 PCM을 삽입함으로써 수득될 수 있다. 상기 다공성 재료에 존재하는 기공 내에 PCM이 자리를 잡음으로써 PCM의 액화시 누출을 방지할 수 있다.
또한, 상기 혼합 PCM은 액상의 PCM과 지지체를 혼합하는 방법으로 얻어질 수 있다. 예를 들어 옥타데칸(octadecane)과 HDPE(High density poly ethylene)을 혼합한 후 크롬산 처리를 하고 적절한 첨가제를 투입한 후 가열하는 방법으로 혼합 PCM을 제조할 수 있다.
또한, 상기 캡슐화 PCM은 젤라틴과 아라빅 고무의 코아세르베이션 반응을 통한 방법, 코코 지방산과 PCM을 이용한 캡슐화 방법, n-헥사데칸과 PMMA(poly methyl meth acrylate)를 이용한 방법, 아크릴계 고분자에 의한 PEG(poly ethylene glycol)의 캡슐과 방법, 폴리 비닐 아세테이트와 테라데칸을 잉요한 캡슐화 방법 등 다양한 방법에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 캡슐과 PCM은 캡슐의 벽물질에 의해 중량대비 일반 PCM보다 에너지 저장성이 저하될 수 있으나 형태 안정성이 가장 우수한 측면이 있다.
이와 같은 과정에서 PCM이 고체로부터 액체로 변화되는 상변화 잠열을 이용하게 되므로 본 발명에 따른 매니폴드는 배터리 팩의 냉각성능이 매우 우수하다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 PCM의 상변화 잠열을 이용한 효과적인 냉각 작용에 의해 구비되는 냉각장치의 부피를 종래의 냉각 장치에 비해 작게 설계할 수 있다.
상기 포트는 본체(131)로부터 연장 형성되어 냉각핀(120)이 삽입될 수 있도록 유로가 형성되어 있다. 포트(132)는 적어도 하나 이상으로 이루어지도록 구성될 수 있다. 예를 들어 도 1에서는 포트(132)가 10개로 형성된 것이 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 포트(132)는 냉각핀(120)과의 결합 형태에 따라 다양한 개수로 포함될 수 있으며 도면에 도시된 것과 달리 포트가 10개 초과 또는 10개 미만을 포함하는 경우도 가능함을 자명하다.
이때, 포트(132)는 냉각핀(120)과 결합을 하기 위해서, 탄성체 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 탄성체는 스티렌, 에틸렌, 부틸렌, 프로필렌, 및 디엔(diene)등으로 구성될 수 있다. 실링부재(133)는 오링(O-Ring) 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 실링부재(133)는 하나의 포트에 하나 또는 그 이상 결합되어 있을 수 있는 것으로서, 포트(132)와의 결합 형태에 따라 다양한 개수로 포함될 수 있다. 또한, 실링부재(133)는 니트릴 고무, 실리콘, 나이론 등의 탄성을 가진 재질로 형성될 수 있으며, 포트(132)를 감싸도록 끼움 결합될 수 있다. 보다 상세하게, 실링부재(133)는 탄성체 재질로 형성된 포트(132)에 냉각핀(120)이 삽입될 때, 실링 효과를 강화시킬 수 있다. 즉, 실링부재(133)는 포트(132)에 냉각핀(120)이 삽입된 상태에서, 포트(132)를 내측 방향으로 가압함으로써, 포트(132)와 실링부재(133)의 삽입 부분이 서로 잘 밀착되도록 할 수 있다. 그리고, 이러한 실링부재(133)의 가압력으로 인해, 포트(132)가 팽창 상태로 영구변형되어 실링력이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 장점도 있다.
본 명세서에서 수냉식 냉각 장치에 수반되는 매니폴드에 대해 서술하였지만, 상기 상변화 물질(PCM, Phase change material)을 포함하는 매니폴드는 적절한 설계 변경을 통해 공냉식 냉각 장치에 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리팩은 전기 자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart) 등 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 중대형 전지모듈에 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 본 발명은 이에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 배터리 팩
110 : 이차 전지
120: 냉각핀
130: 매니폴드
131: 본체
132: 포트
133: 실링부재

Claims (9)

  1. 냉각 유로가 형성된 냉각핀과 연결되는 매니폴드(manifold)이며,
    상기 매니폴드는 내부에 빈 공간이 형성되며 냉매가 이동하는 본체;
    상기 본체로부터 연장 형성되고 냉각핀이 삽입되는 포트를 포함하고,
    상기 본체 및 포트는 고분자 재료 및 상변화물질(PCM, Phase change material)의 혼합물로 형성된 것이고, 상기 상변화물질은 공융 PCM인, 배터리팩 냉각 장치용 매니폴드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공융 PCM은 Ca(NO3)2·4H2O와 Mg(NO3)2·6H2O의 공융 PCM, 우레아(urea)와 아세트아미드(acetamide)의 공융 PCM, CaCl2, NaCl, KCl 및 H2O의 공융 PCM, CaCl2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM, Na(CH3COO)·3H2O와 CO(NH2)의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 NH4NO3의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM 및 나프탈렌(Naphtalene)과 벤조산(Benzoic acid)의 공융 PCM으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인, 배터리 팩 냉각 장치용 매니폴드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 PCM은 형태 안정화 PCM인 것인, 배터리 팩 냉각 장치용 매니폴드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 형태 안정화 PCM은 다공성 물질에 함침된 형태의 PCM, 캡슐화된 PCM, 지지체와 혼합된 PCM 또는 이 중 둘 이상인 것인, 배터리 팩 냉각 장치용 매니폴드.
  9. 다수의 이차전지;
    상기 이차 전지 사이에 구비되며 내부에 냉각 유로가 형성된 냉각핀; 및
    상기 냉각핀에 결합되는 매니폴드;를 포함하되,
    상기 매니폴드는 제1항 또는 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 것인, 배터리 팩.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8920956B2 (en) * 2010-08-23 2014-12-30 Lg Chem, Ltd. Battery system and manifold assembly having a manifold member and a connecting fitting
KR102023921B1 (ko) * 2012-09-11 2019-09-23 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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