KR102592574B1 - 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재 및 그 제조방법 - Google Patents

전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상변화물질; 계면활성제; 및 용매를 함유하되, 상기 상변화물질은 파라핀, 무기 염, 염 수화물, 카복실산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이며, 상기 계면활성제는 소르비탄세스퀴올리에이트(Sorbitan Sesquioleate)를 포함하며, 상기 용매는 라우르산을 요오도화수소산과 인과 함께 210℃ 내지 240℃로 가열하여 형성한 물질로서 CH3(CH2)10CH3의 화학식을 가지며 분자량이 170인 물질을 포함하는, 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재를 제공한다.

Description

전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재 및 그 제조방법{Coolant having phase change material for electric vehicle and method of fabricating the same}
본 발명은 냉각재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전기자동차에 사용되는 리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도와 단시간에 큰 출력을 발휘할 수 있는 특성과 더불어, 대전류에 의한 충방전이 단시간에 반복되는 가혹한 조건 하에서 10년 이상 사용될 수 있어야 하므로, 기존의 소형 리튬 이차전지보다 월등히 우수한 안전성 및 장기 수명 특성이 필연적으로 요구된다. 특히 리튬 이온전지가 사용되는 동안 발생하는 발열 문제를 해결하기 위한 냉각 기술이 중요한 이슈가 되고 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2012-0069567호(2012.06.28. 공개, 발명의 명칭 : 리튬 이차전지의 냉각방법 및 냉각시스템)이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 배터리의 온도가 일정하게 유지되도록 하고, 이를 주행거리 연장으로 이어지도록 하기 위한 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재가 제공된다. 상기 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재는 상변화물질; 계면활성제; 및 용매를 함유하되, 상기 상변화물질은 파라핀, 무기 염, 염 수화물, 카복실산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이며, 상기 계면활성제는 소르비탄세스퀴올리에이트(Sorbitan Sesquioleate)를 포함하며, 상기 용매는 라우르산을 요오도화수소산과 인과 함께 210℃ 내지 240℃로 가열하여 형성한 물질로서 CH3(CH2)10CH3의 화학식을 가지며 분자량이 170인 물질을 포함한다.
상기 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재에서, 상기 상변화물질; 계면활성제; 및 용매의 상대적인 배합비율은 상기 용매가 90 내지 95%이며, 상기 계면활성제 및 상기 상변화물질이 5 내지 10%일 수 있다.
상기 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재에서, 상기 계면활성제 및 상기 상변화물질의 상대적인 질량 비율은 9:26일 수 있다.
상기 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재는 열전도도 개선 첨가제를 더 포함하되, 상기 열전도도 개선 첨가제의 질량은 상기 상변화물질, 계면활성제 및 용매의 총 질량의 1%일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재의 제조방법이 제공된다. 상기 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재의 제조방법은 라우르산을 요오도화수소산과 인과 함께 210℃ 내지 240℃로 가열하여 형성한 물질로서 CH3(CH2)10CH3의 화학식을 가지며 분자량이 170인 물질을 포함하는 용매에 소르비탄세스퀴올리에이트(Sorbitan Sesquioleate) 물질을 첨가하여 제 1 혼합용액을 형성하는 단계; 상기 제 1 혼합용액을 30분 내지 1시간 동안 교반하는 단계; 파라핀, 무기 염, 염 수화물, 카복실산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 제공하는 단계; 및 상기 혼합물을 교반된 상기 제 1 혼합용액에 첨가하고 2시간 내지 3시간 동안 교반하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 배터리의 온도가 일정하게 유지되도록 하고, 이를 주행거리 연장으로 이어지도록 하기 위한 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재의 제조방법을 도해하는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재의 제조방법을 도해하는 순서도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재의 제조방법을 도해하는 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 라우르산을 요오도화수소산과 인과 함께 210℃ 내지 240℃로 가열하여 형성한 물질로서 CH3(CH2)10CH3의 화학식을 가지며 분자량이 170인 물질을 포함하는 용매(11)에 소르비탄세스퀴올리에이트(Sorbitan Sesquioleate) 물질(12)을 첨가하여 제 1 혼합용액(10)을 형성하는 단계(S100); 상기 제 1 혼합용액(10)을 30분 내지 1시간 동안 교반하는 단계(S200); 파라핀, 무기 염, 염 수화물, 카복실산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 제공하는 단계(S300); 및 상기 혼합물(30)을 교반된 상기 제 1 혼합용액(10)에 첨가하고 교반수단(45)에 의하여 2시간 내지 3시간 동안 교반하는 단계(S400);를 포함한다.
상기 단계(S100)에서 소르비탄세스퀴올리에이트(Sorbitan Sesquioleate) 물질은 계면활성제의 역할을 수행할 수 있다. 소르비탄세스퀴올리에이트는 소르비톨에서 유래된 헥시톨안하이드라이드와 올레익애씨드의 모노 및 디에스터의 혼합물 성분이다. 본 발명의 변형된 실시예의 단계(S100)에서 상기 용매는 물로 대체될 수도 있다.
상기 단계(S200)에서 교반기(20)의 회전속도는 300 RPM으로 설정할 수 있다.
상기 단계(S300)에서 상기 파라핀, 무기 염, 염 수화물, 카복실산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물은 상변화물질이다. 본 실시예에서 언급하는 상변화물질은 물질이 갖고 있는 잠열의 흡수 또는 방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온도를 일정하게 유지하는 목적으로 사용되는 물질을 일컫는다. 여기서, 잠열은 물질이 상변화될 때, 즉 고체에서 액체로 또는 액체에서 고체로, 액체에서 기체로 또는 기체에서 액체로 변할 때에 동일한 온도에서 흡수하거나 방출하는 열을 의미하며, 잠열은 현열(상변화가 일어나지 않은 상태에서의 흡수 또는 방출되는 열)의 양보다 매우 크다.
이와 같이, 상변화 물질은 주변 온도가 높을 때에는 서서히 온도가 상승되도록 하고, 주변 온도가 낮을 때에는 서서히 온도가 하강되도록 한다. 구체적으로, 상기 상변화 물질이 그의 고유 상변화 온도(TPC)를 갖거나 또는 물질에 대하여 일정한 온도를 기억시켜 놓으면, 해당 온도 범위에서 상변화 물질이 상을 변화시키면서 열을 방출하거나 열을 저장하여서 주변 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 그러므로, 저온 장소에서 고온 장소로 옮긴 경우, 고체 상에서 액체 상으로 변화되면서 주변의 열을 빼앗아 주변을 냉각시킬 수 있게 되며, 이와 반대로 고온 장소에서 저온 장소로 옮긴 경우, 액체에서 고체로 상이 변화되면서 주변에 열을 방출하여 주변 온도를 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서 상변화물질의 상변화 온도(TPC)는 제한되지 않는다. 예를 들면, 상온, 예컨대 약 60℃ 미만, 또는 약 25 내지 약 50℃ 미만의 온도에서 고체 상으로 존재하지만 약 50℃ 이상의 상변화 온도(TPC)에서 액체 상으로 변화하는 상변화물질이 사용될 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 기본적으로 전지의 운용 온도범위는 최대 약 60℃이며, 상변화물질에서 액체 상을 유지하는 범위는 약 25 내지 약 50℃이고, 액체 상으로 유지되는 온도는 약 50 내지 약 95℃이다.
이러한 상변화물질의 예는 파라핀, 예컨대 C20-C45 파라핀, 무기 염, 염 수화물 및 이들의 혼합물, 카복실산 및 당 알코올 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 상변화물질의 예로는 테트라코산(융점 약 53℃), 헥사코산(융점 약 56℃), 노나코산(융점 약 63℃), 소듐아세테이트 트라이하이드레이트(융점 약 58℃), 소듐하이드록사이드 모노하이드레이트(융점 약 64℃), 리튬나이트레이트와 마그네슘나이트레이트 헥사하이드레이트의 혼합물(융점 약 75℃), 트라이소듐포스페이트 도데카하이드레이트(융점 약 75℃), 마그네슘나이트레이트 헥사하이드레이트(융점 약 89℃), 미리스트산(융점 약 52℃), 스테아르산(융점 약 69℃), 크실리톨(융점 약 93 내지 95℃) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하지만 이에 국한되지 않는다.
상술한 단계들 중에서 단계(S100), 단계(S200) 및 단계(S400)는 순차적으로 수행되지만, 도 3에 도시된 상변화물질을 제공하는 단계(S300)는 단계(S400) 이전의 임의의 순서로 가변적으로 수행할 수 있다.
한편, 본 발명자는 상기 상변화물질; 계면활성제; 및 용매의 상대적인 배합비율은 상기 용매가 90 내지 95%이며, 상기 계면활성제 및 상기 상변화물질이 5 내지 10%인 것이 바람직하며, 나아가, 상기 계면활성제 및 상기 상변화물질의 상대적인 질량 비율은 오차허용범위 10% 수준으로 9:26일 때, 열전달의 효율이 높을 뿐만 아니라 온도의 급격한 상승을 억제할 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재의 제조방법은 단계(S400) 이후에 열전도도 개선 첨가제를 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 열전도도 개선 첨가제의 질량은 상기 상변화물질, 계면활성제 및 용매의 총 질량의 1%일 수 있다. 열전도도 개선 첨가제는 상술한 상변화물질의 열전도성을 높이기 위하여 첨가되며, 우수한 열전도성을 갖는 물질 또는 조성물, 특히 금속 분말, 금속 과립 또는 흑연일 수 있다.
지금까지 설명한 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재는 전기차 배터리의 냉각수에 함유될 수 있다. 이 경우, 녹는점이 배터리의 적정 동작 온도 범위에 있는 고잠열 상변환물질을 첨가한 새로운 냉매제의 도입으로 인하여 전기차 배터리의 냉각수는 열전달의 역할 뿐만 아니라, 혹서기에는 높은 잠열의 특성을 가진 상변환물질을 첨가한 냉각물질을 이용하여, 배터리 동작을 위한 적정온도를 일정하게 유지되도록 하고, 이를 주행거리 연장으로 이어지도록 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 상변화물질; 계면활성제; 및 용매를 함유하되,
    상기 상변화물질은 파라핀, 무기 염, 염 수화물, 카복실산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이며,
    상기 계면활성제는 소르비탄세스퀴올리에이트(Sorbitan Sesquioleate)를 포함하며,
    상기 용매는 라우르산을 요오도화수소산과 인과 함께 210℃ 내지 240℃로 가열하여 형성한 물질로서 CH3(CH2)10CH3의 화학식을 가지며 분자량이 170인 물질을 포함하는,
    전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상변화물질; 계면활성제; 및 용매의 상대적인 배합비율은 중량%로, 상기 용매가 90 내지 95%이며, 상기 계면활성제 및 상기 상변화물질이 5 내지 10%인, 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 계면활성제 및 상기 상변화물질의 상대적인 질량 비율은 9:26인, 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    열전도도 개선 첨가제;를 더 포함하되, 상기 열전도도 개선 첨가제의 질량은 상기 상변화물질, 계면활성제 및 용매의 총 질량의 1%인, 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재.
  5. 라우르산을 요오도화수소산과 인과 함께 210℃ 내지 240℃로 가열하여 형성한 물질로서 CH3(CH2)10CH3의 화학식을 가지며 분자량이 170인 물질을 포함하는 용매에 소르비탄세스퀴올리에이트(Sorbitan Sesquioleate) 물질을 첨가하여 제 1 혼합용액을 형성하는 단계;
    상기 제 1 혼합용액을 30분 내지 1시간 동안 교반하는 단계;
    파라핀, 무기 염, 염 수화물, 카복실산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 제공하는 단계; 및
    상기 혼합물을 교반된 상기 제 1 혼합용액에 첨가하고 2시간 내지 3시간 동안 교반하는 단계;
    를 포함하는, 전기차 배터리용 상변환물질 함유 냉각재의 제조방법.



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