KR20120029824A - Battery pack cooler using heat-pipes - Google Patents

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KR20120029824A
KR20120029824A KR1020100091904A KR20100091904A KR20120029824A KR 20120029824 A KR20120029824 A KR 20120029824A KR 1020100091904 A KR1020100091904 A KR 1020100091904A KR 20100091904 A KR20100091904 A KR 20100091904A KR 20120029824 A KR20120029824 A KR 20120029824A
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김시호
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A battery pack cooler is provided to effectively cool the heat of a battery or a battery pack generated during charging/discharging through a heat pipe. CONSTITUTION: A battery pack cooler(100) comprises an insulation container(300) and a plurality of heat pipes(400). The heat pipe comprises an intercept valve formed in the middle of the inside of the heat pipe, and an adiabatic coating formed on the middle of the outside of the heat pipe. The intercept valve comprises an intercept membrane for controlling fluid flux in the heat pipe, a fixation pin and a fixation groove for controlling the operation range within 0-90° fixed to the middle of the heat pipe. The adiabatic coating locates on the outside, and comprises an electromagnet for controlling the movement of the intercept membrane.

Description

배터리팩 냉각장치{battery pack cooler using heat-pipes}Battery Pack Cooler {battery pack cooler using heat-pipes}

본 발명은 배터리팩 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 온도를 제어하기 위한 장치로 배터리를 충전 혹은 방전 시 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키기 위해 히트파이프를 구비한 배터리팩 냉각장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack cooling apparatus, and more particularly, to a battery pack cooling apparatus having a heat pipe for effectively cooling the heat generated when charging or discharging a battery as a device for controlling the temperature of the battery. .

종래의 배터리 냉각장치는 주로 배터리 단위 셀 사이에 간격을 두고 셀과 셀 사이로 팬을 이용하여 바람을 불어 냉각시키는 방식을 사용하였다.Conventional battery coolers use a method of cooling by blowing wind using a fan between the cells at intervals between the battery unit cells.

이 경우에는 단위 셀 간에 충분한 공간을 확보해야 하기 때문에 배터리팩의 부피를 증가시키고, 내부의 공기 유동량에 한계가 있기 때문에 배터리팩의 부피를 증가시키며, 내부의 공기 유동량에 한계가 있기 때문에 충분한 성능을 확보하기 어려운 문제점이 있었다.In this case, the volume of the battery pack is increased due to sufficient space between the unit cells, the volume of the battery pack is increased due to the limited amount of air flow, and the capacity is limited due to the limited amount of air flow. There was a problem that was difficult to secure.

또한, 기존의 배터리 냉각장치는 배터리를 냉각하기 위한 구조가 중심이 되어 있는데, 겨울철 외부 온도가 극저온 상태에서 배터리의 용기면 또는 냉각 장치를 통하여 배터리가 과 냉각되므로 배터리의 성능이 저하되는 문제를 가지고 있었다.In addition, the conventional battery cooler has a structure for cooling the battery is the center, the battery performance is reduced because the battery is over-cooled through the container surface or the cooling device of the battery in the cold temperature outside the winter, there was.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 배터리 또는 배터리팩의 온도를 제어하기 위한 장치로 배터리 또는 배터리팩의 충전 혹은 방전 시 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키기 위해 히트파이프를 구비한 배터리팩 냉각장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above-mentioned conventional problems is a device for controlling the temperature of the battery or battery pack cooling the battery pack with a heat pipe to effectively cool the heat generated during charging or discharging the battery or battery pack To provide a device.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 배터리 또는 배터리팩이 겨울철과 같은 경우 외부의 냉기가 배터리 또는 배터리팩에 침입하여 셀이 과 냉각되는 것을 방지하기 위하여 배터리 또는 배터리팩을 진공 단열용기에 넣고 단열 피복구간과 차단밸브를 구비한 히트파이프를 설치하여 배터리 또는 배터리팩의 온도를 제어할 수 있는 배터리팩 냉각장치를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to put the battery or battery pack in a vacuum insulation container in order to prevent the cool air from entering the battery or battery pack and the cell is over-cooled when the battery or the battery pack, such as winter time The present invention provides a battery pack cooling apparatus capable of controlling a temperature of a battery or a battery pack by installing a heat pipe having a section and a shutoff valve.

상기한 종래 문제점을 해결하고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시 예에 따른 배터리팩 냉각장치는, 전자기기 또는 자동차 배터리팩의 충전 혹은 방전 시 발생하는 열을 냉각시키기 위해 단열용기 및 다수의 히트파이프를 구비한 배터리팩 냉각장치에 있어서, 상기 히트파이프는, 상기 히트파이프 내부 중간에 형성하는 차단밸브; 및 상기 히트파이프 외부 중간에 형성하는 단열 피복;으로 구성하되, 상기 차단밸브는 상기 히트파이프 내의 유체 흐름을 제어하기 위한 차단막과, 상기 차단막을 히트파이프 중간 부분에 고정하며 동작 범위를 0도~90도 범위 내로 제어하기 위한 고정핀 및 고정홈을 포함하고, 상기 단열 피복은 외부에 위치하며 상기 차단막의 움직임을 제어하기 위한 전자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.Battery pack cooling apparatus according to the first embodiment of the present invention for solving the conventional problems and to achieve the above object, the heat insulating container and a plurality of heat in order to cool the heat generated during the charging or discharging of the electronic device or vehicle battery pack A battery pack cooling apparatus having a heat pipe, the heat pipe comprising: a shutoff valve formed in the middle of the heat pipe; And a heat insulation coating formed at an outer middle of the heat pipe, wherein the shutoff valve includes a blocking film for controlling fluid flow in the heat pipe, and the blocking film is fixed to a middle portion of the heat pipe, and an operating range is 0 ° to 90 °. It includes a fixing pin and a fixing groove for controlling in the range, the insulating coating is characterized in that it comprises an electromagnet for controlling the movement of the barrier film is located outside.

본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리팩 냉각장치는, 전자기기 또는 자동차의 배터리팩 냉각장치에 있어서, 상기 배터리팩의 겨울철 과 냉각을 방지하기 위하여 피복 막에 의해 밀폐된 단열용기; 및 상기 배터리팩의 열을 냉각시키기 위해 단열용기 일 측면에 다수 형성하는 히트파이프;로 구성하되, 상기 히트파이프는, 상기 히트파이브 내부 중간에 형성하며 히트파이프 내의 유체 흐름을 제어하기 위한 차단막과 상기 차단막을 히트파이프 중간 부분에 고정하며 동작 범위를 0도~90도 범위 내로 제어하기 위한 고정핀 및 고정홈으로 이루어진 차단밸브와, 상기 히트파이프 외부 중간에 형성하는 단열 피복, 및 상기 단열 피복 외부에 위치하며 상기 차단막의 움직임을 제어하기 위한 전자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.Battery pack cooling apparatus according to a second embodiment of the present invention, in the battery pack cooling apparatus of an electronic device or a vehicle, the heat insulation container sealed by a coating film in order to prevent the winter and cooling of the battery pack; And heat pipes formed on one side of the heat insulation container to cool the heat of the battery pack, wherein the heat pipes are formed in the middle of the heat pipes, and the blocking film for controlling fluid flow in the heat pipes. A blocking valve comprising a fixing pin and a fixing groove for fixing the blocking film to the middle portion of the heat pipe and controlling the operating range within a range of 0 ° to 90 °, an insulating coating formed in the middle of the outside of the heat pipe, and an outside of the insulating coating. Located and characterized in that it comprises an electromagnet for controlling the movement of the barrier film.

본 발명의 제1 또는 제2실시 예에 따른 배터리팩 냉각장치 있어서, 상기 전자석은 상기 단열 피복 외부 일 측에 위치하는 N극과, 타 측에 위치하는 S극으로 구성하는 것을 특징으로 한다.In the battery pack cooling apparatus according to the first or second embodiment of the present invention, the electromagnet is characterized by consisting of an N pole located on one side outside the heat insulating coating, and an S pole located on the other side.

본 발명의 제1 또는 제2실시 예에 따른 배터리팩 냉각장치 있어서, 상기 단열용기 및 단열 피복은 내부 진공을 갖는 구조임을 특징으로 한다.In the battery pack cooling apparatus according to the first or second embodiment of the present invention, the heat insulating container and the heat insulating coating are characterized by having an internal vacuum structure.

상기한 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 배터리팩 냉각장치는 배터리 또는 배터리팩의 온도를 제어하는 히트파이프를 통해 배터리 또는 배터리팩의 충전 혹은 방전 시 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키는 효과가 있다.As described above, the battery pack cooling apparatus according to the first and second embodiments of the present invention effectively cools heat generated when the battery or the battery pack is charged or discharged through a heat pipe that controls the temperature of the battery or the battery pack. It is effective to let.

그리고, 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 배터리팩 냉각장치는 겨울철과 같은 경우 외부의 냉기가 배터리 또는 배터리팩에 침입하여 셀이 과 냉각되는 것을 방지하기 위하여 배터리 또는 배터리팩을 진공 단열용기에 넣고 단열 피복구간과 차단밸브를 구비하는 히트파이프로 설치함으로써 배터리 또는 배터리팩의 온도를 제어할 수 있는 효과가 있다.In addition, the battery pack cooling apparatus according to the first and second embodiments of the present invention vacuum-insulates the battery or the battery pack in order to prevent the outside of the cell is over-cooled by cold air invading the battery or the battery pack, such as in winter By installing a heat pipe provided in a container with a heat insulation coating section and a shutoff valve, the temperature of the battery or battery pack can be controlled.

도 1은 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 배터리팩 냉각장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 히트파이프의 설치 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 히트파이프를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 차단밸브의 작동 원리를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 차단밸브의 차단막, 고정핀 및 고정홈을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a battery pack cooling apparatus according to the first and second embodiments of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating installation of a heat pipe according to first and second embodiments of the present invention.
3 is a view showing a heat pipe according to the first and second embodiments of the present invention.
4 is a view showing the operating principle of the shut-off valve according to the first and second embodiments of the present invention.
5 is a view showing the blocking membrane, the fixing pin and the fixing groove of the shutoff valve according to the first and second embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 배터리팩 냉각장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 히트파이프의 설치 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 히트파이프를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 차단밸브의 작동 원리를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 차단밸브의 차단막, 고정핀 및 고정홈을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a battery pack cooling apparatus according to the first and second embodiments of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the heat pipe installation according to the first and second embodiments of the present invention, Figure 3 4 is a view showing a heat pipe according to the first and second embodiments of the present invention, FIG. 4 is a view showing an operating principle of a shutoff valve according to the first and second embodiments of the present invention, and FIG. 1 and 2 are views showing the blocking membrane, the fixing pin, and the fixing groove of the blocking valve according to the second embodiment.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 패터리팩 냉각장치(100)는 배터리팩(200)을 충전 혹은 방전 시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 단열용기(300) 및 다수의 히트파이프(400)로 구성한다.As shown, the battery pack cooling apparatus 100 according to the first and second embodiments of the present invention is a heat insulation container 300 and a plurality of heat insulating containers for cooling the heat generated when charging or discharging the battery pack 200 It consists of the heat pipe 400 of the.

여기에서, 히트파이프(400)는 내부 중간에 형성하는 차단밸브(420) 및 히트파이프(400) 외측 중간에 형성하는 단열 피복(410)으로 구성한다.Here, the heat pipe 400 is composed of a shut-off valve 420 formed in the middle of the inside and a heat insulating coating 410 formed in the middle of the outside of the heat pipe 400.

이때, 히트파이프(400)의 내부 면은 그루브 윅(groove wick, 430) 형태로 구현하고, 내부 진공상태에서 작동액(440)을 더 포함하며, 이 작동액(440)은 물, 프레온계 냉매, 암모니아, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 나프탈렌, 유황 및 수은 중 어느 하나로 구현하는 것이 바람직하다.At this time, the inner surface of the heat pipe 400 is implemented in the form of a groove wick (groove wick, 430), and further includes a working fluid 440 in an internal vacuum state, the working fluid 440 is water, freon-based refrigerant , Ammonia, acetone, methanol, ethanol, naphthalene, sulfur and mercury.

여기서, 차단밸브(420)는 히트파이프(400) 내의 유체 흐름을 제어하기 위한 차단막(421)과, 차단막(421)을 히트파이프(400) 중간 부분에 고정하며 동작 범위를 0도~90도 범위 내로 제어하기 위한 고정핀(422) 및 고정홈(423)을 포함하고, 단열 피복(410)은 외부에 위치하며 차단막(421)의 움직임을 제어하기 위한 전자석(411)을 포함한다.Here, the shutoff valve 420 is a blocking film 421 for controlling the flow of fluid in the heat pipe 400, and the blocking film 421 is fixed to the middle portion of the heat pipe 400, the operating range of 0 degrees to 90 degrees Including a fixing pin 422 and a fixing groove 423 to control the inside, the insulating coating 410 is located on the outside and includes an electromagnet 411 for controlling the movement of the blocking film 421.

또한, 전자석(411)은 단열 피복(410) 외부 일 측에 위치하는 N극과, 타 측에 위치하는 S극으로 구성한다.In addition, the electromagnet 411 is composed of an N pole located on one side outside the heat insulating coating 410, and an S pole located on the other side.

그리고, 단열용기(300) 및 단열 피복(410)은 배터리팩(200)이 외부 온도의 영향을 받지 않도록 하기 위하여 내부 진공을 갖는 구조로 구성하는 것이 바람직하다.In addition, the heat insulation container 300 and the heat insulation coating 410 are preferably configured to have a structure having an internal vacuum so that the battery pack 200 is not affected by external temperature.

이하, 히트파이프의 작동원리를 도 3 내지 도 5에 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation principle of the heat pipe will be described with reference to the accompanying drawings in FIGS. 3 to 5.

먼저, 히트파이프(400)는 배터리팩(200)의 열을 흡수하여 작동액(440)이 증발(기화)되는 입열부와, 단열 피복(410)으로 둘러쌓인 단열부 및 기화된 작동액(440)이 외부로 열을 방출하여 액화(응축)되는 발열부로 이루어진다.First, the heat pipe 400 absorbs the heat of the battery pack 200 and the heat input portion to which the working liquid 440 is evaporated (vaporizes), and the heat insulating part and the vaporized working liquid 440 surrounded by the heat insulating coating 410. ) Is a heat generating portion that liquefies (condenses) by emitting heat to the outside.

여기서, 단열부는 외부 온도가 낮아진 겨울철에 외부 온도에 의해 배터리팩(200)이 과 냉각되는 것을 방지 및 충전 혹은 방전 시 배터리팩(200)의 적정 온도를 유지시키기 위한 차단밸브(420)를 포함한다.Here, the heat insulating part includes a shut-off valve 420 for preventing the battery pack 200 from being overcooled by the external temperature in the winter when the external temperature is lowered and maintaining the proper temperature of the battery pack 200 during charging or discharging. .

이때, 차단밸브(420)는 작동액(440)의 순환을 제어하는 차단막(421)과, 이 차단막(421)의 동작 범위를 0도~90도 범위 내로 제어하기 위한 반 원기둥 형상으로 형성하는 고정핀(422)과, 이 반 원기둥 형상의 고정핀(422) 0도~90도 범위 내에서 동작할 수 있도록 형성된 고정홈(423)으로 구성된다.At this time, the shutoff valve 420 is fixed to the blocking film 421 for controlling the circulation of the working fluid 440 and a semi-cylindrical shape for controlling the operation range of the blocking film 421 within the range of 0 degrees to 90 degrees. The pin 422, and the semi-cylindrical fixing pin 422 is composed of a fixing groove 423 formed to operate within a range of 0 degrees to 90 degrees.

상기 차단막(421)은 상부는 N극, 하부는 S극으로 형성하여 단열 피복(410) 외부에 위치한 전자석(411)의 같은 극 또는 다른 극 제어에 따라 개폐동작을 수행한다.The blocking film 421 is formed at the upper portion of the N pole and the lower portion of the S pole to perform the opening and closing operation according to the same pole or other pole control of the electromagnet 411 located outside the heat insulation coating 410.

상기한 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 배터리팩 냉각장치(100)는 배터리 또는 배터리팩(200)의 온도를 제어하는 히트파이프(400)를 통해 배터리 또는 배터리팩(200)의 충전 혹은 방전 시 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키는 효과가 있다.As described above, the battery pack cooling apparatus 100 according to the first and second embodiments of the present invention uses the battery or the battery pack 200 through the heat pipe 400 for controlling the temperature of the battery or the battery pack 200. ) Can effectively cool the heat generated during charging or discharging.

그리고, 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 배터리팩 냉각장치(100)는 겨울철과 같은 경우 외부의 냉기가 배터리팩(200)에 침입하여 셀이 과 냉각되는 것을 방지하기 위하여 배터리팩(200)을 진공 단열용기(300)에 넣고 단열 피복구간(410)과 차단밸브(420)를 구비하는 히트파이프(400)를 설치함으로써 배터리팩(200)의 온도를 제어할 수 있는 효과가 있다.In addition, the battery pack cooling apparatus 100 according to the first and second embodiments of the present invention may prevent the battery from being overcooled by preventing external cool air from entering the battery pack 200 in the case of winter. The heat pipe 400 is installed in the vacuum insulated container 300 and includes a heat insulation coating section 410 and a shutoff valve 420, thereby controlling the temperature of the battery pack 200.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims that follow.

100 : 배터리팩 냉각장치 200 : 배터리팩
300 : 단열용기 400 : 히트파이프
410 : 단열 피복 411 : 전자석
420 : 차단밸브 421 : 차단막
422 : 고정핀 423 : 고정홈
430 : 그루브 윅 440 : 작동액100: battery pack cooling device 200: battery pack
300: heat insulation container 400: heat pipe
410: heat insulation coating 411: electromagnet
420: shutoff valve 421: shutoff membrane
422: fixing pin 423: fixing groove
430 groove groove 440

Claims (4)

전자기기 또는 자동차 배터리팩의 충전 혹은 방전 시 발생하는 열을 냉각시키기 위해 단열용기 및 다수의 히트파이프를 구비한 배터리팩 냉각장치에 있어서,
상기 히트파이프는,
상기 히트파이프 내부 중간에 형성하는 차단밸브; 및
상기 히트파이프 외부 중간에 형성하는 단열 피복;으로 구성하되,
상기 차단밸브는 상기 히트파이프 내의 유체 흐름을 제어하기 위한 차단막과, 상기 차단막을 히트파이프 중간 부분에 고정하며 동작 범위를 0도~90도 범위 내로 제어하기 위한 고정핀 및 고정홈을 포함하고,
상기 단열 피복은 외부에 위치하며 상기 차단막의 움직임을 제어하기 위한 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 냉각장치.In the battery pack cooling device having a heat insulation container and a plurality of heat pipes to cool the heat generated when charging or discharging the electronic device or vehicle battery pack,
The heat pipe,
A shutoff valve formed in the middle of the heat pipe; And
Consists of a heat insulation coating formed in the middle of the heat pipe outside,
The shutoff valve includes a blocking film for controlling fluid flow in the heat pipe, a fixing pin and a fixing groove for fixing the blocking film to a middle portion of the heat pipe and controlling an operating range within a range of 0 degrees to 90 degrees.
The insulating coating is located on the outside of the battery pack cooling device, characterized in that it comprises an electromagnet for controlling the movement of the barrier film. 전자기기 또는 자동차의 배터리팩 냉각장치에 있어서,
상기 배터리팩의 겨울철 과 냉각을 방지하기 위하여 피복 막에 의해 밀폐된 단열용기; 및
상기 배터리팩의 열을 냉각시키기 위해 단열용기 일 측면에 다수 형성하는 히트파이프;로 구성하되,
상기 히트파이프는,
상기 히트파이브 내부 중간에 형성하며 히트파이프 내의 유체 흐름을 제어하기 위한 차단막과 상기 차단막을 히트파이프 중간 부분에 고정하며 동작 범위를 0도~90도 범위 내로 제어하기 위한 고정핀 및 고정홈으로 이루어진 차단밸브와, 상기 히트파이프 외부 중간에 형성하는 단열 피복, 및 상기 단열 피복 외부에 위치하며 상기 차단막의 움직임을 제어하기 위한 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 냉각장치.In the battery pack cooling device of an electronic device or an automobile,
A heat insulation container sealed by a coating film to prevent the battery pack from being cooled in winter and in the winter; And
Consists of a plurality of heat pipes formed on one side of the heat insulation container to cool the heat of the battery pack,
The heat pipe,
A blocking film formed in the middle of the heat pipe, the blocking film for controlling the flow of fluid in the heat pipe, the blocking film fixed to the middle of the heat pipe, and the fixing pin and the fixing groove for controlling the operation range within the range of 0 degrees to 90 degrees. And a valve, an insulating coating formed in the middle of the outside of the heat pipe, and an electromagnet positioned outside the insulating coating to control the movement of the blocking film. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 전자석은 상기 단열 피복 외부 일 측에 위치하는 N극과, 타 측에 위치하는 S극으로 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 냉각장치.3. The method according to claim 1 or 2,
The electromagnet is a battery pack cooling device, characterized in that consisting of the north pole and the south pole located on the other side of the heat insulating coating. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 단열용기 및 단열 피복은 내부 진공을 갖는 구조임을 특징으로 하는 배터리팩 냉각장치.3. The method according to claim 1 or 2,
The heat insulation container and the heat insulation coating is a battery pack cooling device, characterized in that the structure having an internal vacuum.
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