KR20130035129A - 상전이 물질을 충진한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리 - Google Patents

상전이 물질을 충진한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리 Download PDF

Info

Publication number
KR20130035129A
KR20130035129A KR1020110099404A KR20110099404A KR20130035129A KR 20130035129 A KR20130035129 A KR 20130035129A KR 1020110099404 A KR1020110099404 A KR 1020110099404A KR 20110099404 A KR20110099404 A KR 20110099404A KR 20130035129 A KR20130035129 A KR 20130035129A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase change
sheet
battery
change material
plate
Prior art date
Application number
KR1020110099404A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101261925B1 (ko
Inventor
곽진우
송경화
이한샘
최병삼
최치훈
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020110099404A priority Critical patent/KR101261925B1/ko
Priority to US13/303,743 priority patent/US9401500B2/en
Publication of KR20130035129A publication Critical patent/KR20130035129A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101261925B1 publication Critical patent/KR101261925B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

본 발명은 상전이 물질을 충진한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 성능 저하를 방지하기 위하여 열전도도가 높은 알루미늄 소재와 온도에 따른 상전이를 통해 적정 온도유지가 가능한 상전이 물질을 이용하여 방열 성능을 향상하기 위한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 배터리 셀을 내장하기 위한 배터리 셀의 케이스로서, 배터리 셀을 감싸도록 상호 접합되는 상부 케이스와 하부 케이스로 구성되며, 상기 상부 및 하부 케이스 중 어느 하나 혹은 둘 모두는,
일정 간격을 두고 반복적으로 굴곡되어서 다수의 상전이 물질 삽입용 돌출부가 일방향으로 돌출 형성되어 있는 시트 상판; 판상으로 형성되고, 상기 시트 상판과 접합되는 시트 하판; 상기 상전이 물질 삽입용 돌출부와 시트 하판 사이에 충진되는 상전이 물질;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 패키지를 제공한다.

Description

상전이 물질을 충진한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리 {Battery package stuffing Phase Change Material in interior thereof and battery using the same}
본 발명은 상전이 물질을 충진한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 성능 저하를 방지하기 위하여 열전도도가 높은 알루미늄 소재와 온도에 따른 상전이를 통해 적정 온도유지가 가능한 상전이 물질을 이용하여 방열 성능을 향상하기 위한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리에 관한 것이다.
일반적으로 파우치 타입의 이차 전지는 얇은 필름 형태의 음극과 양극이 분리막을 사이에 두고 서로 밀착되어 있으며, 상기 음극과 양극이 반복적으로 적층되는 적층형(stacking) 또는 음극과 양극이 밀착된 형태로 감겨있는 권회형(winding)의 내부구조를 형성하고 있다.
기존의 파우치 타입 배터리 패키지는 방열성 향상과 내부 전해액 누수 방지, 절연성 확보 등을 위하여 알루미늄 패킹 포일과 플라스틱 레이어가 라미네이팅되어 있는 구조로서 배터리 내부에 축적되는 열을 외부로 방출하도록 형성되어 있어 저온의 환경에서 배터리 전체의 성능 저하가 우려되는 문제가 있다.
한편, 전기자동차용 배터리는 고속 충전, 고출력, 반복 충전 횟수 등으로 인해 발생하는 열로 국부적인 온도 차이나 고열이 발생하게 되고, 이러한 온도 차이나 고열 발생으로 배터리의 효율 및 안정성을 저해하는 열폭주(thermal runaway) 현상이 발생하게 되며, 이는 배터리 내부에서 발생되는 열보다 외부로의 열확산 능력이 부족하여 초래되는 것으로 알려져 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 고안한 것으로서, 배터리의 온도 상승시 열을 흡수하고 온도 하강시 열을 방출하여 배터리 내부 온도를 적정하게 유지시킬 수 있는 상전이 물질을 이용하며, 용융온도 이상에서 액상의 상전이 물질을 충진시켜 이용하기 위하여 상전이 물질 충진 시트에 상전이 물질이 충진될 수 있는 충진공간을 형성하여 효과적인 방열 및 열 제어가 가능한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 배터리 셀을 내장하기 위한 배터리 셀의 케이스로서, 배터리 셀을 감싸도록 상호 접합되는 상부 케이스와 하부 케이스로 구성되며, 상기 상부 및 하부 케이스 중 어느 하나 혹은 둘 모두는, 일정 간격을 두고 반복적으로 굴곡되어서 다수의 상전이 물질 삽입용 돌출부가 일방향으로 돌출 형성되어 있는 시트 상판; 판상으로 형성되고, 상기 시트 상판과 접합되는 시트 하판; 상기 상전이 물질 삽입용 돌출부와 시트 하판 사이에 충진되는 상전이 물질;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 패키지를 제공한다.
바람직하게, 상기 상전이 물질은 열전도도가 높은 필러가 혼입되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시트 상판의 상면과 시트 하판의 하면에는 열가소성 플라스틱 수지의 절연층이 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 시트 상판 및 하판은 알루미늄 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 상전이 물질은 n-옥타데칸(n-octadecane)인 것을 특징으로 하며, 상기 필러는 열전도도가 높은 메탈계, 탄소계, 및 세라믹계 소재 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 열가소성 플라스틱 수지는 나일론계, 폴리에틸렌계, 비닐계 수지 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 배터리 셀과, 이 배터리 셀을 감싸도록 상호 접합되어 상기 배터리 셀을 내장하게 되는 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하여 구성되며,
상기 상부 케이스는, 일정 간격을 두고 반복적으로 굴곡되어서 다수의 상전이 물질 삽입용 돌출부가 일방향으로 돌출 형성되어 있는 시트 상판; 판상으로 형성되고, 상기 시트 상판과 접합되는 시트 하판; 상기 상전이 물질 삽입용 돌출부와 시트 하판 사이에 충진되는 상전이 물질;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리를 제공한다.
상기 하부 케이스는, 일정 간격을 두고 반복적으로 굴곡되어서 다수의 상전이 물질 삽입용 돌출부가 일방향으로 돌출 형성되어 있는 시트 상판; 판상으로 형성되고, 상기 시트 상판과 접합되는 시트 하판; 상기 상전이 물질 삽입용 돌출부와 시트 하판 사이에 충진되는 상전이 물질;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 상전이 물질은 열전도도가 높은 필러가 혼입되어 있는 것을 특징으로 하고, 상기 시트 상판의 상면과 시트 하판의 하면에는 열가소성 플라스틱 수지의 절연층이 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시트 상판 및 하판은 알루미늄 소재로 이루어진다.
상기 상전이 물질은 n-옥타데칸(n-octadecane)인 것을 특징으로 하며, 상기 필러는 열전도도가 높은 메탈계, 탄소계, 및 세라믹계 소재 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 열가소성 플라스틱 수지는 나일론계, 폴리에틸렌계, 비닐계 수지 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리는 열전도도가 높은 알루미늄 소재의 상전이 물질 충진 시트에 적정 온도를 유지시킬 수 있는 상전이 물질이 충진되고 더불어 공냉을 위한 공기유로가 형성됨으로써 효과적인 방열 및 열 제어 성능을 갖게 되고, 이에 다양한 온도 환경에서 열에 의한 오작동 및 성능 저하를 방지할 수 있으며, 또한 이를 통해 배터리를 사용하는 전기자동차의 신뢰성 증대에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리를 도시한 외부 사시도
도 2는 도 1의 A-A에서 바라본 단면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리를 도시한 외부 사시도
도 4는 도 3의 B-B에서 바라본 단면도
알려진 바와 같이, 외부 온도가 낮은 환경에서 배터리의 성능 저하를 방지하기 위해서는 배터리 시스템의 적정 온도 범위인 35 ~ 40℃를 유지해야 하는데, 배터리 내부에 축적되는 열을 외부로 방출하는 것만으로는 배터리의 온도를 적정 범위로 유지하는데 한계가 있다.
이에 본 발명은 일반적인 기후 조건에서는 우수한 방열 성능을 발휘하고 낮은 온도 환경에서는 배터리 온도를 적정 범위로 유지할 수 있도록 하고자, 열전도도가 높은 알루미늄 소재와 온도 제어가 가능한 상전이 물질을 이용하여 다양한 온도 환경에서 배터리의 성능을 최대로 발휘할 수 있도록 한다.
참고로, 알루미늄 소재의 열전도도(K)는 230W/mK 이다.
구체적으로, 본 발명에서 알루미늄 소재는 시트 타입으로 사용되며, 배터리 셀의 공기에 의한 방열 성능을 높이고자 규칙적인 패턴으로 굴곡을 주어 표면적을 넓게 하고 공기유로를 형성한다.
또한, 상전이 물질은 알루미늄 시트에 형성된 충진공간에 삽입되어 배터리 패키지의 적정 온도를 유지하는 기능을 수행하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 배터리 패키지는 잘 구부러지는 유연한(flexible) 특성을 가지므로 상전이 물질이 충진되어 있는 시트로 형성되어 도 1 및 도 2와 같이 가장자리부에서 상호 접합되어 배터리 셀(300)을 감싸게 되는 상부 케이스(100)와 하부 케이스(200)의 접합체로서 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 패키지는 온도제어가 가능한 상전이 물질을 이용하기 위하여, 상전이 물질을 충진할 수 있는 충진공간(즉, 후술되는 상전이 물질 충진부)을 구비하고 있는 상전이 물질 충진 시트(110,210)로 이루어진다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 패키지는 도 2에 도시되어 있는 상부 케이스(100)를 기준으로 설명하도록 한다.
이에 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 패키지는 배터리 셀(300)을 감싸서 내장하기 위한 배터리 셀의 케이스로서, 상전이 물질을 충진할 수 있는 충진공간으로 상전이 물질 충진부(113)를 구비하고 있는 상전이 물질 충진 시트(110)와 상기 상전이 물질 충진부(113)에 삽입되어 충진되는 상전이 물질을 포함하여 구성된다.
상기 상부 케이스 충진 시트(110)는 열전도도가 높은 알루미늄 소재로 만들어진 것을 사용하며, 일정 간격을 두고 반복적으로 굴곡되어서 다수의 상전이 물질 삽입용 돌출부(111a)가 돌출 형성되어 있는 시트 상판(111) 및 이 시트 상판(111)과 용접으로 접합되는 시트 하판(112)으로 형성된다.
상기 시트 상판(111)은 배터리 셀(300)의 공기에 의한 방열 성능을 높이고자 규칙적인 패턴으로 굴곡을 주어 상전이 물질 삽입용 돌출부(111a, 혹은 돌출부라고 축약함)를 형성함으로써 표면적을 증대하며, 이때 시트 상판(111)의 너비방향으로 길게 형성되는 상기 돌출부(111a)가 시트 상판(111)의 일방향으로만 돌출되어서 돌출부(111a)들 사이에 냉각공기가 유동될 수 있는 공기유로가 형성되어진다.
즉, 상기 상전이 물질 삽입용 돌출부(111a) 사이의 공간부가 공기유로의 기능을 하게 되어 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 상전이 물질 삽입용 돌출부(111a)가 일방향으로만 돌출되어 있는 시트 상판(111)과 판상으로 형성되어 있는 시트 하판(112)이 접합됨에 따라 돌출부(111a) 부위에 상전이 물질이 충진될 수 있는 상전이 물질 충진부(113)가 형성된다.
그리고, 상기 돌출부(111a)와 시트 하판(112) 사이에 상전이 물질을 충진시키기 위하여 상기 돌출부(111a)의 일끝단 혹은 양끝단에는 상전이 물질을 주입하기 위한 상전이 물질 주입용 니들홀(111b)이 형성된다.
상기 상전이 물질은 배터리 셀의 온도 상승시 열을 흡수하고 온도 하강시 열을 방출하여 배터리 셀 내부 온도를 적정하게 유지할 수 있는 소재로서, 이를 통해 효과적인 방열 및 열 제어가 가능하다.
배터리 셀의 온도 상승시 내부의 축적된 열은 온도 구배에 의해 외부로 방출되는데, 이는 상전이 물질을 거쳐 외부로 방출되거나 또는 바로 배터리 셀의 외부로 방출되어지며, 상전이 물질을 거쳐 방출되는 경우 상전이 물질의 상변화가 일어나고, 상전이 물질 충진 시트에 충진되어 있는 상전이 물질은 그 열용량에 따라 열을 흡수하게 된다.
그리고, 상전이 물질에 흡수된 열은 외부 온도 하강시 방출되어 배터리 셀의 적정 저장 온도를 유지하여 배터리 셀의 성능저하를 방지하게 된다.
바람직하게, 상기 상전이 물질 충진 시트(110)는 열가소성 플라스틱 수지로 표면 코팅되어 절연성을 확보하게 된다.
즉, 상기 시트 상판(111)의 상면과 시트 하판(112)의 하면에는 열가소성 플라스틱 수지의 절연층(120)이 코팅된다.
상기 열가소성 플라스틱 수지는 나일론계, 폴리에틸렌계, 비닐계 수지 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기의 상전이 물질은 상전이 반응성을 높이기 위하여, 즉 열전달 성능을 높여 상전이 물질의 고상 및 액상으로의 상변화 반응이 원활하게 일어나도록 하기 위하여, 용융상태에서 열전도도가 높은 필러가 혼입되며, 이를 통해 온도 제어 성능을 효과적으로 발휘할 수 있게 된다.
상기 상전이 물질은 n-옥타데칸(n-octadecane)을 사용할 수 있으며, 상기 필러는 열전도도가 높은 메탈계, 탄소계, 및 세라믹계 소재 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 필러는 그라파이트, 실리콘카바이드, 및 보론 나이트라이드 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 예를 들어 그라파이트의 경우 5 ~ 10 중량%, 실리콘카바이드의 경우 30 ~ 40 중량%, 보론 나이트라이드의 경우 30 ~ 40 중량% 로 각기 상전이 물질에 혼입되어 사용될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리는 배터리 셀(300)과, 이 배터리 셀(300)을 감싸서 내장하게 되는 상부 케이스(100) 및 하부 케이스(200)를 포함하여 구성된다.
상기 상부 케이스(100)와 하부 케이스(200)는, 배터리 셀(300)을 감싸도록 상호 접합되어 상기 배터리 셀(300)을 내장하는 배터리 셀의 케이스로서, 그 사이에 배터리 셀(300)을 두고 열융착에 의해 가장자리부가 접합되며, 각기 전술한 본 발명의 배터리 패키지의 구조로 구성된다.
즉, 상기 상부 및 하부 케이스(100,200)는 각기 상전이 물질을 충진할 수 있는 충진공간으로 상전이 물질 충진부(113,213)를 구비하고 있는 상전이 물질 충진 시트(110,210)와 상기 상전이 물질 충진부(113,213)에 삽입되어 충진되는 상전이 물질을 포함하여 구성된다.
상기 상부 케이스 충진 시트(110,210)는 열전도도가 높은 알루미늄 소재로 만들어진 것을 사용하며, 일정 간격을 두고 반복적으로 굴곡되어서 다수의 상전이 물질 삽입용 돌출부(111a,211a)가 돌출 형성되어 있는 시트 상판(111,211) 및 이 시트 상판(111,211)과 용접으로 접합되는 시트 하판(112,212)으로 형성된다.
상기 시트 상판(111,211)은 배터리 셀(300)의 공기에 의한 방열 성능을 높이고자 규칙적인 패턴으로 굴곡을 주어 상전이 물질 삽입용 돌출부(111a,211a, 혹은 돌출부라고 축약함)를 형성함으로써 표면적을 증대하며, 이때 시트 상판(111,211)의 너비방향으로 길게 형성되는 상기 돌출부(111a,211a)가 시트 상판(111,211)의 일방향으로만 돌출되어서 돌출부(111a,211a)들 간에 냉각공기가 유동될 수 있는 공기유로가 형성되어진다.
아울러, 상기 상전이 물질 삽입용 돌출부(111a,211a)가 일방향으로만 돌출되어 있는 시트 상판(111,211)과 판상으로 형성되어 있는 시트 하판(112,212)이 접합됨에 따라 돌출부(111a,211a) 부위에 상전이 물질이 충진될 수 있는 상전이 물질 충진부(113,213)가 구비된다.
그리고, 상기 상전이 물질 충진부(113,213)에 상전이 물질을 충진하기 위하여, 상기 돌출부(111a,211a)의 일끝단 혹은 양끝단에는 상전이 물질을 주입하기 위한 상전이 물질 주입용 니들홀(111b,211b)이 형성된다.
또한 상기 상전이 물질 충진 시트(110,210)는 열가소성 플라스틱 수지로 표면 코팅되어 절연성을 확보하게 된다.
즉, 상기 시트 상판의 상면(111,211)과 시트 하판(112,212)의 하면에는 열가소성 플라스틱 수지의 절연층(120,220)이 코팅된다.
상기 상부 및 하부 케이스(100,200)는 상전이 물질 충진 시트(110,210)의 표면을 열가소성 플라스틱 수지로 코팅함에 따라 상부 케이스(100)와 하부 케이스(200)의 열융착에 의한 접합이 용이하게 된다.
참고로, 도면부호 310은 배터리 셀(300)의 전극부이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 상부 케이스(100)와 접합되어 그 사이에 배터리 셀(300)을 내장하게 되는 하부 케이스(201)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상전이 물질이 비충진되는 평판형의 상전이 물질 비충진 시트(230)와 이 비충진 시트(230)의 표면에 코팅되는 절연층(240)으로 이루어진다.
상기 하부 케이스(201)는 도 1 및 도 2의 하부 케이스(200)와 마찬가지로, 상부 케이스(100)와 함께 배터리 셀(300)을 감싸서 내장하기 위한 배터리 셀의 케이스로서 상부 케이스(100)와의 사이에 배터리 셀(300)을 두고 가장자리부가 접합되어 배터리 셀(300)을 내장하게 된다.
또한, 도면으로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 상부 케이스가 도 4의 하부 케이스(201)와 같은 형태로 구성되고 하부 케이스가 도 4의 상부 케이스(100)와 같은 형태로 상호 교체되어 구성되는 것도 가능하다.
이와 같이 본 발명에 따른 배터리는 상부 및 하부 케이스 중 어느 하나 혹은 둘 모두가 본 발명의 배터리 패키지 구조를 채택하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리는 전기자동차를 포함한 광범위한 전기제품에서 사용되는 다양한 종류의 일차전지 및 이차전지를 포함하는 개념이다.
이하, 본 발명의 배터리 패키지를 제작하는 과정을 설명하나, 이는 본 발명을 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
190*280*0.5㎜(W*L*H)의 알루미늄 시트 상판을 스템핑 공정(stamping process)을 통하여 상전이 물질이 삽입될 수 있는 직경 10㎜의 반원 형상의 충진공간을 형성하되 8㎜의 간격을 두고 주기적으로 형성하고, 시트 상판의 양끝단 부분에는 직경 9㎜ 정도의 충진공간을 형성한다.
상전이 물질 충진공간의 가장자리부(즉, 상전이 물질 삽입용 돌출부)에 니들을 통해 상전을 주입할 수 있도록 직경 1㎜ 이하의 상전이 물질 주입용 니들홀을 형성한다.
시트 상판과 동일 크기의 알루미늄 시트 하판을 준비하고 이 시트 하판을 상기 시트 상판과 용접으로 접합한다. 이때 접합된 시트 하판의 경우 충진공간을 형성하기 위한 상전이 물질 삽입용 돌출부가 형성되어 있지 않아 시트 상판에 비해 가장자리에 여유면적이 더 생기게 되며, 이 여유면적의 부분으로 배터리 셀의 측면부를 감싸면서 시트 상판과 접합되어 배터리 셀을 내장시킬 수 있게 된다.
이렇게 제조된 상전이 물질 충진 시트의 외표면을 200 ~300℃로 프리히팅한 후, 유동상의 열가소성 플라스틱 수지 파우더를 사용하여 4~6초간 파우더 코팅한 다음, 포스트-베이킹하여 두께 0.2㎜ 정도의 플라스틱 절연층을 형성한다.
이때 열가소성 플라스틱 수지 파우더는 나일론 11, 폴리에틸렌, 비닐계 수지 파우더 중 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합파우더를 사용한다.
상전이 물질은 n-옥타데칸을 사용하고, 이를 기지로 하여 열전도도가 높은 필러를 30℃ 이상에서 용융상태로 상전이 물질에 주입하되, 300rpm 이상의 전단을 이용하여 균일하게 분산시켜 혼입한다.
상기 필러는 그라파이트, 실리콘카바이드, 및 보론 나이트라이드 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물을 사용한다.
예를 들어, 상기 필러 소재를 단독으로 상전이 물질에 주입하여 사용하는 경우, 상전이 물질 90 ~ 95 중량% 와 그라파이트 5 ~ 10 중량% 의 혼합물, 또는 상전이 물질 60 ~ 70 중량% 와 실리콘카바이드 30 ~ 40 중량% 의 혼합물, 혹은 상전이 물질 60 ~ 70 중량% 와 보론 나이트라이드 30 ~ 40 중량% 의 혼합물을 상기 충진공간에 주입하여 사용할 수 있다.
상전이 물질 주입용 니들홀에 슈린지 니들(shringe needle)을 이용하여 필러를 함유한 액상의 상전이 물질을 주입하여 충진공간에 채운 다음, 상기와 동일한 열가소성 플라스틱 수지를 멜트 상으로 소량 이용하여 상기 니들홀을 메운다.
100 : 상부 케이스
110,210 : 상전이 물질 충진 시트
111,211 : 시트 상판
112,212 : 시트 하판
111a,211a : 상전이 물질 삽입용 돌출부
111b,211b : 상전이 물질 주입용 니들홀
120,220,240 : 절연층
113,213 : 상전이 물질 충진부
200,201 : 하부 케이스
230 : 상전이 물질 비충진 시트
300 : 배터리 셀
310 : 전극부

Claims (15)

  1. 배터리 셀을 내장하기 위한 배터리 셀의 케이스로서, 배터리 셀을 감싸도록 상호 접합되는 상부 케이스와 하부 케이스로 구성되며, 상기 상부 및 하부 케이스 중 어느 하나 혹은 둘 모두는,
    일정 간격을 두고 반복적으로 굴곡되어서 다수의 상전이 물질 삽입용 돌출부가 일방향으로 돌출 형성되어 있는 시트 상판;
    판상으로 형성되고, 상기 시트 상판과 접합되는 시트 하판;
    상기 상전이 물질 삽입용 돌출부와 시트 하판 사이에 충진되는 상전이 물질;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상전이 물질은 열전도도가 높은 필러가 혼입되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 시트 상판의 상면과 시트 하판의 하면에는 열가소성 플라스틱 수지의 절연층이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 시트 상판 및 하판은 알루미늄 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 패키지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 상전이 물질은 n-옥타데칸(n-octadecane)인 것을 특징으로 하는 배터리 패키지.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 필러는 열전도도가 높은 메탈계, 탄소계, 및 세라믹계 소재 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 배터리 패키지.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 열가소성 플라스틱 수지는 나일론계, 폴리에틸렌계, 비닐계 수지 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 배터리 패키지.
  8. 배터리 셀과, 이 배터리 셀을 감싸도록 상호 접합되어 상기 배터리 셀을 내장하게 되는 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하여 구성되며,
    상기 상부 케이스는,
    일정 간격을 두고 반복적으로 굴곡되어서 다수의 상전이 물질 삽입용 돌출부가 일방향으로 돌출 형성되어 있는 시트 상판;
    판상으로 형성되고, 상기 시트 상판과 접합되는 시트 하판;
    상기 상전이 물질 삽입용 돌출부와 시트 하판 사이에 충진되는 상전이 물질;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 하부 케이스는,
    일정 간격을 두고 반복적으로 굴곡되어서 다수의 상전이 물질 삽입용 돌출부가 일방향으로 돌출 형성되어 있는 시트 상판;
    판상으로 형성되고, 상기 시트 상판과 접합되는 시트 하판;
    상기 상전이 물질 삽입용 돌출부와 시트 하판 사이에 충진되는 상전이 물질;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 상전이 물질은 열전도도가 높은 필러가 혼입되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리.
  11. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 시트 상판의 상면과 시트 하판의 하면에는 열가소성 플라스틱 수지의 절연층이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리.
  12. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 시트 상판 및 하판은 알루미늄 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리.
  13. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 상전이 물질은 n-옥타데칸(n-octadecane)인 것을 특징으로 하는 배터리.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 필러는 열전도도가 높은 메탈계, 탄소계, 및 세라믹계 소재 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 배터리.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 열가소성 플라스틱 수지는 나일론계, 폴리에틸렌계, 비닐계 수지 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 배터리.
KR1020110099404A 2011-09-29 2011-09-29 상전이 물질을 충진한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리 KR101261925B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110099404A KR101261925B1 (ko) 2011-09-29 2011-09-29 상전이 물질을 충진한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리
US13/303,743 US9401500B2 (en) 2011-09-29 2011-11-23 Battery package filled with phase change material and battery using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110099404A KR101261925B1 (ko) 2011-09-29 2011-09-29 상전이 물질을 충진한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130035129A true KR20130035129A (ko) 2013-04-08
KR101261925B1 KR101261925B1 (ko) 2013-05-08

Family

ID=47992869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110099404A KR101261925B1 (ko) 2011-09-29 2011-09-29 상전이 물질을 충진한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9401500B2 (ko)
KR (1) KR101261925B1 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140137905A (ko) * 2013-05-24 2014-12-03 엘지전자 주식회사 전기자동차의 배터리 셀 어셈블리 및 배터리 셀 모듈
WO2015105303A1 (ko) * 2014-01-13 2015-07-16 주식회사 엘지화학 불활성 입자가 코팅되어 있는 전극조립체를 포함하는 전지셀
WO2015105304A1 (ko) * 2014-01-13 2015-07-16 주식회사 엘지화학 불활성 입자를 사용하여 전지 안전성을 향상시킨 전지셀
KR20150084157A (ko) * 2014-01-13 2015-07-22 주식회사 엘지화학 불활성 입자가 코팅되어 있는 전극을 포함하는 전지셀
KR20150117397A (ko) * 2014-04-10 2015-10-20 주식회사 엘지화학 불활성 입자를 함유하는 전극을 포함하는 전지셀
KR20180105720A (ko) * 2016-12-22 2018-09-28 차이나 유니버시티 오브 마이닝 앤드 테크놀로지 상변환 물질/공기 결합형 계층적 배터리 열 관리 시스템
KR20200040484A (ko) * 2018-10-10 2020-04-20 주식회사 한국아트라스비엑스 상변화 물질을 이용한 항온 유지 납축전지 외함
US11024897B2 (en) 2017-01-05 2021-06-01 Lg Chem, Ltd. Battery-cooling heat sink provided with PCM capsule
US11509009B2 (en) 2018-09-11 2022-11-22 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module with enhanced cooling efficiency, and battery pack comprising same

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101449103B1 (ko) 2012-06-04 2014-10-10 현대자동차주식회사 배터리 셀 모듈용 열 제어 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈
CN105210231B (zh) * 2013-04-23 2018-05-15 项晓东 使用l-v相变材料的电池冷却机构
US9312580B2 (en) 2013-07-30 2016-04-12 Johnson Controls Technology Company Battery module with phase change material
US9287579B2 (en) * 2013-07-30 2016-03-15 Johnson Controls Technology Company Battery cell with integrated heat fin
DE102013219666A1 (de) * 2013-09-30 2015-04-02 Continental Automotive Gmbh Batteriegehäuse
WO2015053801A1 (en) * 2013-10-10 2015-04-16 Intel Corporation Using materials to increase structural rigidity, decrease size, improve safety, enhance thermal performance and speed charging in small form factor devices
DE102013225574A1 (de) * 2013-12-11 2015-06-11 Robert Bosch Gmbh Latentwärmespeicher für elektrischen Energiespeicher
US9742047B2 (en) 2014-08-11 2017-08-22 Milwaukee Electric Tool Corporation Battery pack with phase change material
KR102381779B1 (ko) * 2015-02-13 2022-04-01 삼성에스디아이 주식회사 가요성 이차 전지
CN109792013A (zh) 2016-10-07 2019-05-21 美国肯联铝业汽车制造有限公司 用于汽车电池温度管理的电池盒
US10424821B2 (en) 2017-04-03 2019-09-24 Yotta Solar, Inc. Thermally regulated modular energy storage device and methods
CN110854466B (zh) * 2019-10-29 2022-07-01 江苏大学 一种间隔交互式微通道液冷板
CN113875070B (zh) * 2020-03-24 2023-04-25 东莞新能安科技有限公司 散热模块与电池模组
US11895807B2 (en) * 2020-05-28 2024-02-06 Google Llc Thermal management of battery units on data center racks
DE102021205748B4 (de) 2021-06-08 2024-06-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriesystem und Kraftfahrzeug
CN113540628B (zh) * 2021-06-18 2022-08-05 陕西奥林波斯电力能源有限责任公司 电池盖体、电池壳体及电池
CN114243159B (zh) * 2021-12-21 2023-08-08 广东工业大学 一种基于分布式冷却的汽车动力电池热管理系统
JP1720574S (ja) * 2021-12-23 2022-07-25 電池用トレー
DE102022111769B4 (de) 2022-05-11 2024-01-18 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Körperschaft des öffentlichen Rechts Batterievorrichtung
CN116435666B (zh) * 2023-06-13 2023-08-25 威海市泓淋电力技术股份有限公司 一种具有防撞功能的新能源汽车电池

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6059016A (en) * 1994-08-11 2000-05-09 Store Heat And Produce Energy, Inc. Thermal energy storage and delivery system
US6797427B2 (en) 2001-08-09 2004-09-28 Motorola, Inc. System for enhanced lithium-ion battery performance at low temperatures
JP4297698B2 (ja) 2003-02-26 2009-07-15 三洋電機株式会社 電池パック及び非水電解液二次電池を電源とする電子機器
US7270910B2 (en) * 2003-10-03 2007-09-18 Black & Decker Inc. Thermal management systems for battery packs
JP4805265B2 (ja) 2004-08-06 2011-11-02 エルジー・ケム・リミテッド 内部構造に相変化材料含有カプセルを含むバッテリーシステム
JP2006331927A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Toshiba Corp 燃料電池
KR100946580B1 (ko) 2005-09-02 2010-03-09 주식회사 엘지화학 온도 제어용 흡열 시트를 포함하고 있는 전지팩
KR100905392B1 (ko) 2006-04-03 2009-06-30 주식회사 엘지화학 이중 온도조절 시스템의 전지팩
DE102006061270B4 (de) * 2006-12-22 2021-10-14 Robert Bosch Gmbh Batteriepack und Batteriemodul
US20090169983A1 (en) 2007-12-27 2009-07-02 Ajith Kuttannair Kumar Battery with a phase-changing material
JP2009266402A (ja) 2008-04-22 2009-11-12 Panasonic Corp 電池パック
US20100316821A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-16 Sunny General International Co., Ltd. Multi-layer films, sheets, and hollow articles with thermal management function for uses as casings of secondary batteries and supercapacitors, and sleeves of secondary battery and supercapacitor packs

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140137905A (ko) * 2013-05-24 2014-12-03 엘지전자 주식회사 전기자동차의 배터리 셀 어셈블리 및 배터리 셀 모듈
WO2015105303A1 (ko) * 2014-01-13 2015-07-16 주식회사 엘지화학 불활성 입자가 코팅되어 있는 전극조립체를 포함하는 전지셀
WO2015105304A1 (ko) * 2014-01-13 2015-07-16 주식회사 엘지화학 불활성 입자를 사용하여 전지 안전성을 향상시킨 전지셀
KR20150084157A (ko) * 2014-01-13 2015-07-22 주식회사 엘지화학 불활성 입자가 코팅되어 있는 전극을 포함하는 전지셀
US10050301B2 (en) 2014-01-13 2018-08-14 Lg Chem, Ltd. Battery cell including electrode assembly coated with inert particles
US10090492B2 (en) 2014-01-13 2018-10-02 Lg Chem, Ltd. Battery cell with safety improved using inert particles
KR20150117397A (ko) * 2014-04-10 2015-10-20 주식회사 엘지화학 불활성 입자를 함유하는 전극을 포함하는 전지셀
KR20180105720A (ko) * 2016-12-22 2018-09-28 차이나 유니버시티 오브 마이닝 앤드 테크놀로지 상변환 물질/공기 결합형 계층적 배터리 열 관리 시스템
US11024897B2 (en) 2017-01-05 2021-06-01 Lg Chem, Ltd. Battery-cooling heat sink provided with PCM capsule
US11509009B2 (en) 2018-09-11 2022-11-22 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module with enhanced cooling efficiency, and battery pack comprising same
KR20200040484A (ko) * 2018-10-10 2020-04-20 주식회사 한국아트라스비엑스 상변화 물질을 이용한 항온 유지 납축전지 외함

Also Published As

Publication number Publication date
KR101261925B1 (ko) 2013-05-08
US9401500B2 (en) 2016-07-26
US20130084487A1 (en) 2013-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101261925B1 (ko) 상전이 물질을 충진한 배터리 패키지 및 이를 이용한 배터리
US10476116B2 (en) Battery module
US9774063B2 (en) Battery pack assembly having thermal transfer sheets
CN111373598B (zh) 电池模块和包括该电池模块的电池组
KR101305122B1 (ko) 배터리 셀 모듈용 열 제어 파우치 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈
KR101470072B1 (ko) 배터리 셀 모듈용 열 제어 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈
JP7354842B2 (ja) 仕切り部材及び組電池
US8828576B2 (en) Prismatic cell with integrated cooling plate
CN107925024A (zh) 电池模块
US20220093986A1 (en) Battery Module
KR102325438B1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
JP2013519987A (ja) 放熱器および電気エネルギー蓄積器
WO2013157560A1 (ja) 二次電池、二次電池を組み込んだ二次電池モジュール、及び二次電池モジュールを組み込んだ組電池システム
KR101449103B1 (ko) 배터리 셀 모듈용 열 제어 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈
CN103620863A (zh) 具有温度控制设备的储能装置
KR102555088B1 (ko) 이차 전지의 제조 방법
JP2022119679A (ja) 仕切り部材及び組電池
KR101865944B1 (ko) 열전도도 제어용 스마트 복합재
KR20220029482A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
JP2023528813A (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
KR102516135B1 (ko) 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR102009438B1 (ko) 배터리 모듈
KR102352295B1 (ko) 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈
KR102016122B1 (ko) 파우치형 이차전지
CN104681749B (zh) 电池、电池组以及车辆

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180427

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190429

Year of fee payment: 7