KR20130133236A - 열전도 플라스틱 화합물을 이용한 갈바니 전지의 온도 조절 - Google Patents

열전도 플라스틱 화합물을 이용한 갈바니 전지의 온도 조절 Download PDF

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스벤 로베르트 라이쉬
디르크 슈미데러
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 갈바니 전지(Z), 특히 리튬 전지, 예컨대 리튬 이온 전지의 온도 조절 패널(T)과 플라스틱 하우징(G)에 관한 것이다. 전지(Z)의 온도 조절을 개선하기 위해 그리고 비용 및 중량을 줄이기 위해, 온도 조절 패널(T) 또는 플라스틱 하우징(G)은 열 방출을 위해 제공된 적어도 하나의 섹션(12a)을 포함하고, 상기 섹션은 플라스틱 화합물(MW)로 형성되고, 상기 화합물은 열전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함한다.

Description

열전도 플라스틱 화합물을 이용한 갈바니 전지의 온도 조절{CONTROLLING THE TEMPERATURE OF GALVANIC CELLS BY MEANS OF HEAT-CONDUCTING PLASTICS COMPOUNDS}
본 발명은 갈바니 전지를 위한 온도 조절 패널 및 플라스틱 하우징 그리고 해당 배터리 어레이에 관한 것이다.
리튬 이온 전지들은 일반적으로 예컨대 알루미늄으로 이루어진 금속 외피를 갖는다. 일반적으로 다수의, 예컨대 6개 내지 8개까지의 상기 전지들이 하나의 배터리 모듈을 구성하고, 다시 다수의, 예컨대 3개 이상의 상기 배터리 모듈들은 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.
온도 조절을 위해 배터리 모듈 또는 배터리 팩은 대개 금속 냉각 패널에 장착된다. 전지와 금속 냉각 패널 사이의 단락을 방지하기 위해, 이 경우 전지와 금속 냉각 패널 사이에 전기 절연체가 설치된다. 충전 및 작동 상태를 모니터링하기 위해 일반적으로 각각의 개별 전지에 전지 모터링 장치가 결선된다.
본 발명의 과제는 적은 재료 비용과 중량으로, 하나 이상의 갈바니 전지의 양호한 온도 조절을 달성할 수 있는 온도 조절 패널 및 플라스틱 하우징을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항의 특징을 포함하는 온도 조절 패널 및 플라스틱 하우징에 의해 해결된다.
본 발명의 대상은 온도 조절 패널을 통해 온도 조절 매체를 안내하기 위한 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널을 포함하는, 예컨대 금속 전지 외피를 구비한 또는 경우에 따라서 구비하지 않은 하나 이상의 갈바니 전지, 특히 리튬 전지, 예컨대 리튬 이온 전지의 온도 조절을 위한 온도 조절 패널이다. 이러한 온도 조절 패널은 냉각 패널이라고도 할 수 있다.
본 발명에 따라 열 방출을 위해 제공되고 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널을 적어도 부분적으로 제한하는 온도 조절 패널의 적어도 하나의 섹션은 플라스틱 화합물로 형성되고, 상기 플라스틱 화합물은 열전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함한다.
플라스틱 화합물이란 본 발명과 관련해서 특히 하나 이상의 기본 폴리머 외에 기본 폴리머 특성의 개질을 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 복합 재료일 수 있다.
열전도성을 높이기 위한 첨가제란 본 발명과 관련해서 특히, 열전도성을 높이는 첨가제를 포함하지 않는 플라스틱 화합물의 고유 열전도성과 관련해서 플라스틱 화합물의 고유 열전도성을 높이는 첨가제일 수 있다.
본 발명에 따른 온도 조절 패널에 의해 바람직하게는, 예컨대 충전시 발생하는 열이 전지 외피로부터 전기 절연체 내로 및 거기에서 다시 냉각 패널로 전달되는 것이 아니라, 그 대신 전지 외피로부터 또는 전지로부터 열전도 플라스틱 화합물을 통해 직접 온도 조절 매체 또는 냉각 매체로 열 전달이 이루어질 수 있다. 바람직하게 열전도 경로의 저항은 훨씬 낮아지고 중량은 감소할 수 있다.
기본적으로 온도 조절 매체는 액체, 기체 또는 고체 온도 조절 매체일 수 있다. 특히, 온도 조절 매체는 액체 또는 기체 온도 조절 매체일 수 있다.
온도 조절 패널의 실시예와 관련해서, 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널은 온도 조절 패널의 적어도 하나의 다른 섹션에 의해 부분적으로 제한되고, 상기 섹션은 하나 이상의 다른 물질, 예컨대 하나 이상의 플라스틱, 플라스틱 화합물 및/또는 플라스틱-금속 복합 재료로 형성된다. 따라서 온도 조절 패널에 바람직하게 다른, 추후에 설명되는 기능들이 제공될 수 있고, 온도 조절 패널이 장착된 배터리의 중량은 전체적으로 최적화될 수 있고, 특히 감소할 수 있다.
온도 조절 패널의 다른 실시예와 관련해서 온도 조절 패널의 적어도 하나의 다른 섹션은 열전도성을 높이기 위한 첨가제를 포함하지 않는 플라스틱, 플라스틱 화합물 또는 플라스틱-금속 복합 재료만을 포함한다. 특히 온도 조절 패널의 적어도 하나의 다른 섹션은 열전도성을 높이기 위한 첨가제를 포함하지 않는 재료, 즉 플라스틱 또는 플라스틱 화합물로 형성될 수 있다. 따라서 바람직하게 중량 및 비용이 특히 최적화될 수 있고, 특히 감소할 수 있다.
온도 조절 패널의 다른 실시예와 관련해서 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널은 조립된 2개의 하프 셸들에 의해 형성된다. 이 경우 2개의 하프 셸들은 함께 또는 별도로 온도 조절 매체 채널을 형성하는 구조를 가질 수 있거나, 2개의 하프 셸들 중 하나만이 온도 조절 매체 채널을 형성하는 구조를 가질 수 있고, 이 경우 다른 하프 셸은 이러한 구조를 갖지 않는다. 따라서 바람직하게는 본 발명에 따른 온도 조절 패널의 제조가 간단해질 수 있다. 바람직하게 하나의 하프 셸은 열전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물을 포함한다. 다른 하프 셸은 특히 열전도성을 높이기 위한 첨가제를 포함할 수 없다.
2개의 하프 셸들은 상이한 크기, 상이한 구조 및 상이한 중량을 가질 수 있다. 따라서 "하프 셸"이라는 표현은 2개의 하프 셸들이 전체의 정확한 절반을 의미하는 것은 아니다.
온도 조절 패널의 다른 실시예와 관련해서 온도 조절 패널은 2개 이상의 갈바니 전지, 특히 하나의 배터리 모듈의 갈바니 전지들, 예를 들어 ≥ 4 내지 ≤ 12, 예컨대 ≥ 6 내지 ≤ 8 개의 갈바니 전지들의 온도 조절을 위해 설계된다. 이는, 개별 배터리 모듈들이 개별적으로 조립되고, 제공된 공간에 맞게 조정되어 배치될 수 있다는 장점을 갖는데, 이는 다수의 배터리 모듈로 이루어진 전체 배터리 팩을 위한 공통 냉각 패널의 사용 시에는 불가능하다.
바람직하게 열 방출을 위해 제공된 적어도 하나의 온도 조절 채널을 제한하는 섹션은 플라스틱 화합물로 형성되고, 상기 화합물은 20 ℃의 주변 온도와 50%의 습도에서 측정 시, 0.5 W/(m·K)보다 크거나 같은, 특히 0.7 W/(m·K)보다 크거나 같은, 예컨대 1 W/(m·K)보다 크거나 같은 고유 열전도율 λ 및 1·10-5Ω·m보다 크거나 같은, 특히 1·10-1Ω·m보다 크거나 같은, 예컨대 1·104Ω·m보다 크거나 같은 비 전기 저항 ρ을 갖는다.
바람직하게 열전도성을 높이기 위한 첨가제는 20 ℃의 주변 온도와 50%의 습도에서 측정 시, 10 W/(m·K)보다 크거나 같은, 특히 20 W/(m·K)보다 크거나 같은, 예컨대 50 W/(m·K)보다 크거나 같은 고유 열전도율 λ 및 1·10-5Ω·m보다 크거나 같은, 특히 1·10-1Ω·m보다 크거나 같은, 예컨대 1·104Ω·m보다 크거나 같은 비 전기 저항 ρ을 갖는다.
예를 들어 열전도성을 높이기 위한 첨가제는 세라믹 물질일 수 있다. 예컨대 열전도성을 높이기 위한 첨가제는 질화붕소, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 또는 이들의 조합일 수 있다.
온도 조절 패널의 다른 실시예와 관련해서 온도 조절 패널은 사출 성형 방법 및/또는 압출 방법 및/또는 디프 드로잉 방법에 의해 제조된다. 이러한 플라스틱 가공 시 높은 디자인 자유도에 의해 온도 조절 매체 채널, 전기 라인, 전기 전지 모니터링 장치 및 전기 접촉점들이 바람직하게 온도 조절 패널에 통합될 수 있고, 이들의 형성이 사출 성형, 압출 또는 디프 드로잉 사이클에 통합될 수 있으므로, 프로세스 체인이 단축될 수 있다.
기본적으로, 전지의 전기 콘택팅은 선행기술에 따라 결선에 의해 또는 추후에 장착되는 금속 라인에 의해 이루어질 수 있다.
온도 조절 패널도 하나 이상의 전기 라인을 포함할 수 있다. 상기 전기 라인은 특히 온도 조절 패널 내에 통합될 수 있다. 예를 들어 전기 라인들은 MID 기술에 의해, 예컨대 도금 방법에 의해 형성될 수 있다.
온도 조절 패널 내에 전기 콘택팅을 통합하는 것은, 모듈 또는 팩 내의 개별 전지들의 또는 전지 모니터링 장치과의 또는 전지의 콘택팅을 위한 제조 기술적으로 복합한 결선이 생략되고, 그 대신 전기 콘택팅이 바람직하게 대량 생산될 수 있다는 장점을 제공한다. 따라서 전체적으로 프로세스 체인이 단축되고, 제조 비용은 낮아질 수 있다. 또한, 이로 인해 제조될 배터리 어레이를 위해 필요한 조립 공간 및 그 중량이 최적화될 수 있고, 특히 감소할 수 있다.
온도 조절 패널의 다른 실시예와 관련해서 온도 조절 패널은 특히 전기 전도를 위해 제공된 온도 조절 패널 섹션 형태의 적어도 하나의 전기 라인을 포함하고, 상기 전기 라인은 전기 자가 전도성 폴리머 또는 폴리머 혼합물 및/또는 전기 전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물 및/또는 금속 함유 물질로 형성된다.
전기 자가 전도성 폴리머 또는 폴리머 혼합물은 예를 들어 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리파라페닐렌, 폴리피롤 및/또는 폴리티오펜을 포함할 수 있다. 전기 전도성을 높이기 위한 첨가제는 예컨대 흑연, 카본블랙, 알루미늄, 구리, 은 또는 이들의 조합일 수 있다. 금속 함유 물질은 예컨대 알루미늄, 구리, 은, 아연, 주석 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
온도 조절 패널의 다른 실시예와 관련해서, 전기 자가 전도성 폴리머 또는 폴리머 혼합물 및/또는 전기 전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물 및/또는 금속 함유 물질을 온도 조절 패널의 다른 하나의 재료 또는 다른 다수의 재료 내로 주입함으로써 적어도 하나의 전기 라인이 형성된다.
이로 인해 전기 라인은 특히 간단하게 온도 조절 패널 내에 구현되거나 또는 통합될 수 있다.
적어도 하나의 전기 라인은 다르게 구현될 수도 있다.
온도 조절 패널의 다른 실시예와 관련해서 온도 조절 패널은 적어도 하나의 전기 라인을 포함하고, 상기 전기 라인은 온도 조절 패널의 다른 하나의 재료 또는 다른 다수의 재료로 금속 라인 부재, 예컨대 와이어 또는 메쉬의 인서트 몰딩에 의해 형성된다.
이로 인해 전기 라인은 특히 간단하게 플라스틱 하우징 내에 구현될 수 있거나 또는 통합될 수 있다.
온도 조절 패널의 다른 실시예와 관련해서 온도 조절 패널은 하나 이상의 갈바니 전지의 충전 상태 및/또는 작동 상태를 모니터링하기 위한 적어도 하나의 전기 전지 모니터링 장치를 포함한다. 적어도 하나의 전기 전지 모니터링 장치는 특히 온도 조절 패널 내에 통합될 수 있다. 특히 전지 모니터링 장치는 전기 라인을 포함할 수 있고, 상기 전기 라인은 전술한 바와 같이 형성된다. 예를 들어 적어도 하나의 전지 모니터링 장치는 적어도 부분적으로 MID 기술에 의해, 예컨대 도금 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 전지 모니터링 장치의 통합도 전기 라인과 관련하여 설명된 장점을 갖는다.
온도 조절 패널의 다른 실시예와 관련해서 온도 조절 패널은 하나 이상의 갈바니 전지의 전기 콘택팅을 위한 적어도 2개의 전기 콘택팅 장치를 포함한다. 콘택팅 장치들은 온도 조절 패널에 부분적으로 통합될 수 있다. 특히 콘택팅 장치들은 전기 라인을 포함할 수 있고, 상기 전기 라인은 전술한 바와 같이 형성된다. 예컨대 콘택팅 장치들은 적어도 부분적으로 MID 기술에 의해, 예컨대 도금 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 콘택팅 장치들의 통합도 전기 라인과 관련하여 설명된 장점을 갖는다.
또한, 온도 조절 패널은 액체 또는 기체 온도 조절 매체를 온도 조절 매체 채널 내로 안내하기 위한 적어도 하나의 온도 조절 매체 유입 접속부, 및 액체 또는 기체 온도 조절 매체를 온도 조절 매체 채널로부터 배출하기 위한 적어도 하나의 온도 조절 매체 배출 접속부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 온도 조절 패널의 다른 장점 및 특징들과 관련해서, 본 발명에 따른 플라스틱 하우징, 본 발명에 따른 배터리 어레이 및 실시예 설명과 관련한 설명이 참조된다.
본 발명의 대상은 예컨대 금속 전지 외피를 포함하거나 경우에 따라서는 포함하지 않는 하나 이상의 갈바니 전지, 특히 리튬 전지, 예를 들어 리튬 이온 전지용 플라스틱 하우징이다.
본 발명에 따라, 열 방출을 위해 제공된 플라스틱 하우징의 적어도 하나의 섹션은 열전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물로 형성된다.
본 발명에 따른 플라스틱 하우징은, 예컨대 충전시 발생하는 열이 전지 외피로부터 전기 절연체 내로 및 거기에서 다시 냉각 패널로 전달되는 것이 아니라, 그 대신 전지 외피로부터 또는 전지로부터 열전도 플라스틱 화합물을 통해, 경우에 따라 직접, 온도 조절 매체 또는 냉각 매체로 열 전달이 이루어질 수 있다는 장점을 갖는다. 바람직하게 열전도 경로의 저항은 훨씬 낮아지고 중량은 감소할 수 있다.
기본적으로, 열 방출을 위해 제공된 적어도 하나의 섹션은 종래의 냉각 패널에 장착을 위해 제공된 플라스틱 하우징의 영역일 수 있다.
그러나 플라스틱 하우징의 바람직한 실시예와 관련해서, 열 방출을 위해 제공된 적어도 하나의 섹션은 전지로부터 열의 방출을 위해 제공되고, 특히 액체 및/또는 기체 온도 조절 매체를 플라스틱 하우징을 통해 적어도 부분적으로 안내하기 위한 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널을 제한한다.
플라스틱 하우징의 다른 실시예와 관련해서 열 방출을 위해 제공된 적어도 하나의 섹션은 플라스틱 하우징의 특히 플레이트 형태의, 커버의 부분이다. 이는, 열전도 플라스틱 화합물에 의해 적은 재료 비용과 중량으로 양호한 온도 조절 효과가 달성될 수 있다는 장점을 갖는다.
커버란 본 발명과 관련해서 특히, 폐쇄된 하우징을 형성하면서 하나 이상의 다른 하우징 부분을 폐쇄하도록 설계된 하우징 부분이다. 커버라는 표현은 이 경우 중력 방향에 대해서 커버라고도 하는 하우징 부분의 정렬과 관련해서 제한되지 않는다. 따라서 커버란 폐쇄된 하우징을 형성하면서 하나 이상의 다른 하우징 부분을 상부 및 측면 또는 하부에서 폐쇄하도록 설계된 하우징 부분이다.
특히 본 발명에 따른 온도 조절 패널은 플라스틱 하우징의 플레이트 형태의 커버일 수 있고, 상기 커버는 열 방출을 위해 제공된 적어도 하나의 섹션을 포함한다.
열 방출을 위해 제공되고 및/또는 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널을 제한하는 적어도 하나의 섹션 및/또는 열 방출을 위해 제공되고 및/또는 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널을 제한하는 적어도 하나의 다른 섹션은 - 대안으로서 또는 추가로 - 플라스틱 하우징에, 특히 플라스틱 하우징의 베이스 바디에 통합될 수도 있다.
플라스틱 하우징의 다른 실시예와 관련해서, 플라스틱 하우징은 2개 이상의 갈바니 전지, 특히 하나의 배터리 모듈의 갈바니 전지들, 예를 들어 ≥ 4 내지 ≤ 12, 예컨대 ≥ 6 내지 ≤ 8 개의 갈바니 전지들을 수용하기 위해 설계된다. 이는, 개별 배터리 모듈이 개별적으로 조립되고, 제공된 공간에 맞게 조정되어 배치될 수 있다는 장점을 갖는데, 이는 다수의 배터리 모듈로 이루어진 전체 배터리 팩을 위한 공통의 냉각 패널의 사용 시에는 불가능하다.
바람직하게 열 방출을 위해 제공된 적어도 하나의 섹션은 플라스틱 화합물로 형성되고, 상기 화합물은 20 ℃의 주변 온도와 50%의 습도에서 측정하였을 때 0.5 W/(m·K)보다 크거나 같은, 특히 0.7 W/(m·K)보다 크거나 같은, 예컨대 1 W/(m·K)보다 크거나 같은 고유 열전도율 λ 및 1·10-5Ω·m보다 크거나 같은, 특히 1·10-1Ω·m보다 크거나 같은, 예컨대 1·104Ω·m보다 크거나 같은 비 전기 저항 ρ을 갖는다.
열 전도성을 높이기 위한 첨가제는 20 ℃의 주변 온도와 50%의 습도에서 측정하였을 때 10 W/(m·K)보다 크거나 같은, 특히 20 W/(m·K)보다 크거나 같은, 예컨대 50 W/(m·K)보다 크거나 같은 고유 열전도율 λ 및 1·10-5Ω·m보다 크거나 같은, 특히 1·10-1Ω·m보다 크거나 같은, 예컨대 1·104Ω·m보다 크거나 같은 비 전기 저항 ρ을 갖는다.
예를 들어 열전도성을 높이기 위한 첨가제는 세라믹 물질일 수 있다. 예컨대 열전도성을 높이기 위한 첨가제는 질화붕소, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 또는 이들의 조합일 수 있다.
플라스틱 하우징의 다른 실시예와 관련해서 플라스틱 하우징은 사출 성형 방법 및/또는 압출 방법 및/또는 디프 드로잉 방법에 의해 제조된다. 이러한 플라스틱 가공 시 높은 디자인 자유도에 의해 온도 조절 매체 채널, 전기 라인, 전기 전지 모니터링 장치 및 전기 접촉점들이 바람직하게 플라스틱 하우징에 통합될 수 있고, 이들의 형성이 사출 성형, 압출 또는 디프 드로잉 사이클에 통합될 수 있으므로, 프로세스 체인이 단축될 수 있다. 또한, 다수의 상이한 하우징 부재들이 간단하게 하나의 부분, 2개의 부분 또는 경우에 따라서 다수의 부분으로 제조될 수 있다. 플라스틱 하우징이 2개 이상의 하우징 부분들, 예컨대 하나의 하우징 베이스 바디및 하나의 하우징 커버를 포함하는 경우에, 상기 하우징 부분들은 용접, 접착 또는 기계적 방법, 예컨대 스크루, 클립핑 등에 의해 서로 결합될 수 있다. 사출 성형의 경우에 갈바니 전지들은 직접 플라스틱 하우징과 압출될 수 있을 뿐만 아니라 추후에 플라스틱 하우징 내로 삽입될 수 있다.
기본적으로 전지의 전기 콘택팅은 선행 기술에 따라 결선에 의해 또는 추후에 장착되는 금속 라인에 의해 이루어질 수 있다.
바람직하게 플라스틱 하우징은 적어도 하나의 전기 라인을 포함한다. 적어도 하나의 전기 라인은 바람직하게 플라스틱 하우징에 통합된다. 예를 들어 적어도 하나의 전기 라인은 MID -기술에 의해, 예컨대 도금 방법에 의해 형성될 수 있다.
플라스틱 하우징 내에 전기 콘택팅을 통합하는 것은, 모듈 또는 팩 내의 개별 전지들의 또는 전지 모니터링 장치과의 또는 하우징의 외부에서 전지들의 콘택팅을 위한 제조 기술적으로 복합한 결선이 생략되고, 그 대신 전기 콘택팅이 바람직하게 대량 생산될 수 있는 장점을 갖는다. 따라서 전체적으로 프로세스 체인이 단축되고, 제조 비용은 낮아질 수 있다. 또한, 이로 인해 제조될 배터리 어레이를 위해 필요한 조립 공간 및 중량이 최적화될 수 있고, 특히 감소할 수 있다.
플라스틱 하우징의 다른 실시예와 관련해서 플라스틱 하우징은 특히 전기 라인을 위해 제공된 하우징 섹션 형태의 적어도 하나의 전기 라인을 포함하고, 상기 전기 라인은 전기 자가 전도성 폴리머 또는 폴리머 혼합물 및/또는 전기 전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물 및/또는 금속 함유 물질로 형성된다.
전기 자가 전도성 폴리머 또는 폴리머 혼합물은 예를 들어 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리파라페닐렌, 폴리피롤 및/또는 폴리티오펜을 포함할 수 있다. 전기 전도성을 높이기 위한 첨가제는 예컨대 흑연, 카본블랙, 알루미늄, 구리, 은 또는 이들의 조합일 수 있다. 금속 함유 물질은 예컨대 알루미늄, 구리, 은, 아연, 주석 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
플라스틱 하우징의 다른 실시예와 관련해서 전기 자가 전도성 폴리머 또는 폴리머 혼합물 및/또는 전기 전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물 및/또는 금속 함유 물질을 플라스틱 하우징의 다른 하나의 재료 또는 다른 다수의 재료 내로 주입함으로써 적어도 하나의 전기 라인이 형성된다.
이로 인해 전기 라인은 특히 간단하게 플라스틱 하우징 내에 구현되거나 또는 통합될 수 있다.
적어도 하나의 전기 라인은 다르게 구현될 수도 있다.
플라스틱 하우징의 다른 실시예와 관련해서 플라스틱 하우징은 예컨대 적어도 하나의 전기 라인을 포함하고, 상기 전기 라인은 플라스틱 하우징의 다른 하나의 재료 또는 다른 다수의 재료로 금속 라인 부재, 예컨대 와이어 또는 메쉬의 인서트 몰딩에 의해 형성된다.
또한, 이로 인해 전기 라인은 특히 간단하게 플라스틱 하우징 내에 구현될 수 있거나 또는 통합될 수 있다.
플라스틱 하우징의 다른 실시예와 관련해서 플라스틱 하우징은 하나 이상의 갈바니 전지의 충전 상태 및/또는 작동 상태를 모니터링하기 위한 적어도 하나의 전기 전지 모니터링 장치를 포함한다. 적어도 하나의 전기 전지 모니터링 장치는 특히 플라스틱 하우징 내에 통합될 수 있다. 특히 전지 모니터링 장치는 전기 라인을 포함할 수 있고, 상기 전기 라인은 전술한 바와 같이 형성된다. 예를 들어 적어도 하나의 전지 모니터링 장치는 적어도 부분적으로 MID 기술에 의해, 예컨대 도금 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 전지 모니터링 장치의 통합도 전기 라인과 관련하여 설명된 장점을 갖는다.
플라스틱 하우징의 다른 실시예와 관련해서 플라스틱 하우징은 플라스틱 하우징 내에 배치된 하나 이상의 갈바니 전지의 전기 콘택팅을 위한 적어도 2개의 전기 콘택팅 장치를 포함한다. 콘택팅 장치들은 플라스틱 하우징에 부분적으로 통합될 수 있다. 특히 콘택팅 장치들은 전기 라인을 포함할 수 있고, 상기 전기 라인은 전술한 바와 같이 형성된다. 예컨대 콘택팅 장치들은 적어도 부분적으로 MID 기술에 의해, 예컨대 도금 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 콘택팅 장치들의 통합도 전기 라인과 관련하여 설명된 장점을 갖는다.
플라스틱 하우징의 다른 실시예와 관련해서 적어도 2개의 전기 콘택팅 장치들은 열 방출을 위해 제공된 플라스틱 하우징의 적어도 하나의 섹션에 대향 배치된 플라스틱 하우징의 측면 상에 및/또는 측면 내에 배치된다. 따라서 제조될 배터리 어레이는 바람직하게 특히 공간 절감 방식으로 장착될 수 있다.
또한, 플라스틱 하우징의 다른 실시예와 관련해서 플라스틱 하우징은 열 방출을 위해 제공된 적어도 하나의 섹션과 적어도 하나의 갈바니 전지 사이에 특히 인접하게 배치될 수 있거나 또는 배치되는 적어도 하나의 열전도성 접착제 및/또는 열전도성 포일을 포함한다. 따라서 바람직하게 열 방출이 개선될 수 있다. 열전도성 접착제 또는 열전도성 포일은 실질적으로 공차 보상에 이용되고 전기 절연에 이용되지 않기 때문에, 상기 접착체와 포일은 얇게 형성될 수 있으므로, 장치의 전체 중량이 많이 증가하지 않는다.
또한, 플라스틱 하우징은 플라스틱 또는 전기 전도성을 높이기 위한 첨가제를 포함하지 않는 플라스틱 화합물로 형성된 적어도 하나의 다른 하우징 섹션을 포함한다. 따라서 플라스틱 하우징의 중량 및 비용이 바람직하게 최적화될 수 있고, 특히 감소할 수 있다.
본 발명에 따른 플라스틱 하우징의 다른 실시예에서 플라스틱 하우징은 2개 이상의 갈바니 전지를 수용하기 위해 형성된다.
본 발명에 따른 플라스틱 하우징의 다른 장점 및 특징들과 관련해서 본 발명에 따른 플라스틱 온도 조절 패널, 본 발명에 따른 배터리 어레이 및 실시예 설명과 관련한 설명이 참조된다.
본 발명의 다른 대상은 본 발명에 따른 온도 조절 패널 및/또는 본 발명에 따른 플라스틱 하우징 및 하나 이상의 전지, 특히 리튬 전지, 예컨대 리튬 이온 전지를 포함하는 배터리 어레이, 특히 배터리 또는 배터리 모듈이다.
본 발명에서 배터리란 관용적으로 배터리라고 하는 1차 배터리뿐만 아니라 관용적으로 축전지라고 하는 2차 배터리도 의미한다.
바람직하게 배터리 어레이는 예컨대 ≥ 4 내지 ≤ 12, 예컨대 ≥ 6 내지 ≤ 8개의 갈바니 전지들을 포함하는 배터리 모듈이다. 이는, 배터리 모듈이 개별적으로 다른 배터리 모듈과 함께 조립되고, 제공된 공간에 맞게 조정되어 배치될 수 있다는 장점을 갖는데, 이는 다수의 배터리 모듈로 이루어진 전체 패터리 팩을 위한 공통의 냉각 패널의 사용 시에는 불가능하다.
갈바니 전지는 경우에 따라서 예컨대 알루미늄으로 이루어진 금속 전지 외피를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 어레이의 다른 장점 및 특징들과 관련해서 본 발명에 따른 온도 조절 패널, 본 발명에 따른 플라스틱 하우징 및 실시예 설명에 대한 설명이 참조된다.
본 발명에 따른 대상의 다른 장점들 및 바람직한 실시예들은 도면에 도시되고, 하기에서 설명된다. 도면은 설명되는 특징들만을 포함하지만, 본 발명을 어떠한 형태로도 제한하고자 함이 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 온도 조절 패널의 실시예의 개략적인 횡단면도.
도 2a는 본 발명에 따른 플라스틱 하우징의 실시예의 개략적인 횡단면도,
도 2b는 본 발명에 따른 플라스틱 하우징의 다른 실시예의 개략적인 횡단면도.
도 1은 예컨대 금속 외피를 가진 하나 이상의 갈바니 전지(Z), 특히 리튬 전지, 예를 들어 리튬 이온 전지의 온도 조절을 위한 본 발명에 따른 온도 조절 패널(T)을 도시한다. 도 1은, 온도 조절 패널(T)이 온도 조절 패널(T)을 통해 온도 조절 매체를 안내하기 위한 온도 조절 매체 채널(1)을 포함하는 것을 도시한다. 도 1에서 온도 조절 패널(T)은 열 방출을 높이기 위해 제공되고 온도 조절 매체 채널(1)을 부분적으로 제한하는 섹션(2a)을 갖는다. 본 발명에 따라 상기 섹션은 플라스틱 화합물(MW)로 형성되고, 상기 화합물은 열전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함한다.
도 1은 온도 조절 매체 채널(1)이 온도 조절 패널(T)의 다른 섹션(2b)에 의해 부분적으로 제한되는 것을 도시하고, 상기 섹션은 하나 또는 다수의 다른 재료(M), 예컨대 하나 이상의 플라스틱, 플라스틱 화합물 및/또는 플라스틱-금속 복합 재료로 형성된다. 바람직하게 다른 섹션(2b)은 하나 이상의 플라스틱 또는 열전도성을 높이기 위한 첨가제를 포함하지 않는 플라스틱 화합물 또는 플라스틱 금속 복합 재료(M)로 형성된다. 따라서 바람직하게 온도 조절 패널(T)의 비용과 중량이 최적화될 수 있다.
도 1은 특히, 온도 조절 매체 채널(1)이 조립된 2개의 구조화된 하프 셸들(2a, 2b)로 형성되는 것을 도시하고, 상기 하프 셸들 중 하나의 하프 셸(2a)은 열전도 첨가제를 가진 플라스틱 화합물(MW)을 포함하고, 다른 하프 셸(2b)은 열전도 첨가제를 갖지 않는 플라스틱 화합물(M)을 포함한다.
곡선 처리된 측면 경계선은, 본 발명에 따른 온도 조절 패널(T)이 다수의 갈바니 전지(Z), 예를 들어 하나의 배터리 팩의 전지들, 예컨대 4개 내지 12개의 전지들을 동시에 온도 조절하도록 설계될 수 있는 것을 도시한다.
또한, 도 1에 도시된 실시예는 특히 하나 이상의 전기 라인, 전지 모니터링 장치, 콘택팅 장치, 온도 조절 매체 유입 접속부 및/또는 온도 조절 매체 배출 접속부를 포함할 수 있고, 이들의 일반 사항은 설명되지만, 명료함을 위해 도 1에는 도시되지 않는다.
도 2a는 예컨대 금속 전지 외피를 포함하는 하나 이상의 갈바니 전지(Z)를 위한 본 발명에 따른 플라스틱 하우징(G)을 도시하고, 이 플라스틱 하우징은 이 실시예에서 열 방출을 위해 제공된 섹션(12a)을 포함하고, 상기 섹션은 열전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물(MW)로 형성된다. 도 1은, 열 방출을 위해 제공된 섹션(12a)이 플라스틱 하우징(G)의 특히 플레이트 형태의 커버의 부분인 것을 도시한다. 특히 본 발명에 따른 온도 조절 패널(T)은 커버로서 사용될 수 있다.
도 1은 열 방출을 위해 제공된 섹션(12a)이 섹션(12b)과 함께 온도 조절 매체를 안내하는, 특히 하우징 커버로서 작용하는 온도 조절 패널(T)의 부분인 것을 도시하고, 상기 부분은 섹션(12a, 12b)에 의해 제한된 온도 조절 매체 채널(11)을 포함한다. 열 방출을 위해 제공된 섹션(12a), 및 플라스틱 또는 열전도를 개선하기 위한 첨가제를 포함하지 않는 플라스틱 화합물(M)로 형성된 섹션(12b)은 하프 셸로서 형성되고, 상기 하프 셸들은 함께 온도 조절 매체 채널(11)을 형성하고 제한한다.
또한, 도 2a는 플라스틱 하우징(G), 특히 하우징 베이스 바디가 플라스틱 하우징(G) 내에 배치된 하나 이상의 갈바니 전지(Z)의 전기 콘택팅을 위한 2개의 전기 콘택팅 장치(13)를 포함하고, 상기 콘택팅 장치는 열 방출을 위해 제공된 플라스틱 하우징의 섹션(12a)에 대향 배치된 플라스틱 하우징(G)의 측면 상에 및/또는 내에 배치된 것을 도시한다.
도 2a는 플라스틱 하우징이 전술한 하우징 커버 외에 하우징 베이스 바디를 포함하는 것을 도시한다. 플라스틱 하우징(G)의 중량과 비용을 최적화하기 위해 하우징 베이스 바디는 플라스틱 또는 열전도성을 높이기 위한 첨가제를 포함하지 않는 플라스틱 화합물(M)로 형성된 섹션(15)을 포함할 수 있다.
곡선으로 처리된 측면 경계 라인은, 본 발명에 따른 플라스틱 하우징(G)이 도시된 구간과 유사하게 형성된 갈바니 전지(Z)의 다른 구간을 포함할 수 있음을 도시한다.
도 2b에 도시된 실시예는 플라스틱 하우징이 열 방출을 위해 제공된 플라스틱 하우징(G)의 섹션(12a)과 갈바니 전지(Z) 사이에 인접하게 배치된 열전도성 접착제 또는 열전도성 포일(14)을 포함하는 점에서 도 2a에 도시된 실시예와 구분된다
도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예들은 특히 하나 이상의 전기 라인, 전지 모니터링 장치, 온도 조절 매체 유입 접속부 및/또는 온도 조절 매체 배출 접속부를 포함할 수 있고, 이들의 일반 사항은 설명되지만, 명료함을 위해 도 2a 및 도 2b에는 도시되지 않는다.
1 온도 조절 매체 채널
2a, 2b 섹션
T 온도 조절 패널
Z 갈바니 전지

Claims (21)

  1. 예컨대 금속 외피를 포함하는 하나 이상의 갈바니 전지(Z), 특히 리튬 전지, 예를 들어 리튬 이온 전지의 온도 조절을 위한 온도 조절 패널(T)로서, 상기 온도 조절 패널(T)을 통해 온도 조절 매체를 안내하기 위한 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널(1)을 포함하고, 열 방출을 위해 제공되며 상기 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널(1)을 적어도 부분적으로 제한하는 상기 온도 조절 패널(T)의 적어도 하나의 섹션(2a)은 열전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물(MW)로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 패널.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널(1)은 상기 온도 조절 패널(T)의 적어도 하나의 다른 섹션(2b)에 의해 부분적으로 제한되고, 상기 섹션은 하나 또는 다수의 다른 물질(M), 예컨대 플라스틱, 플라스틱 화합물 및/또는 플라스틱-금속 복합 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 패널.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 온도 조절 패널(T)의 상기 적어도 하나의 다른 섹션(2b)은 플라스틱 또는 열전도성을 높이기 위한 첨가제를 포함하지 않는 플라스틱 화합물(M)로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 패널.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널(1)은 조립된 2개의 하프 셸들(2a, 2b)로 형성되고, 하나의 하프 셸(2a)은 열전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가를 포함하는 플라스틱 화합물(MW)을 포함하고, 특히 상기 다른 하프 셸(2b)은 열전도성을 높이기 위한 첨가제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 온도 조절 패널.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절 패널(T)은 2개 이상의 갈바니 전지(Z), 특히 하나의 배터리 모듈의 갈바니 전지들(Z), 예컨대 ≥ 4 내지 ≤ 12, 예컨대 ≥ 6 내지 ≤ 8 개의 갈바니 전지들(Z)의 온도 조절을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 패널.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절 패널(T)은 사출 성형 방법 및/또는 압출 방법 및/또는 디프 드로잉 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 패널.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절 패널(T)은 특히 전기 라인을 위해 제공된 온도 조절 패널 섹션 형태의 적어도 하나의 전기 라인을 포함하고, 상기 전기 라인은 전기 자가 전도성 폴리머 또는 폴리머 혼합물 및/또는 전기 전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물 및/또는 금속 함유 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 패널.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 라인은 전기 자가 전도성 폴리머 또는 폴리머 혼합물 및/또는 전기 전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물 및/또는 금속 함유 물질을 상기 온도 조절 패널(T)의 다른 하나의 재료 또는 다른 다수의 재료 내로 주입함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 패널.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절 패널(T)은 적어도 하나의 전기 라인을 포함하고, 상기 전기 라인은 상기 온도 조절 패널(T)의 하나의 다른 물질 또는 다수의 다른 물질들로 금속 라인 부재, 예컨대 와이어 또는 메쉬의 인서트 몰딩에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 조절 패널.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절 패널(T)은
    - 하나 이상의 갈바니 전지의 충전 상태 및/또는 작동 상태를 모니터링하기 위한 적어도 하나의 전기 전지 모니터링 장치 및/또는
    - 하나 이상의 갈바니 전지(Z)의 전기 콘택팅을 위한 적어도 2개의 전기 콘택팅 장치(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 조절 패널.
  11. 하나 이상의 갈바니 전지(Z), 특히 리튬 전지, 예를 들어 리튬 이온 전지를 위한 플라스틱 하우징(G)으로서, 상기 플라스틱 하우징(G)의 열 방출을 위해 제공된 적어도 하나의 섹션(12a)은 열전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물(MW)로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
  12. 제 11 항에 있어서, 열 방출을 위해 제공된 상기 적어도 하나의 섹션(12a)은 특히 액체 및/또는 기체의 온도 조절 매체를 상기 플라스틱 하우징(G)을 통해 안내하기 위한 적어도 하나의 온도 조절 매체 채널(11)을 적어도 부분적으로 제한하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 열 방출을 위해 제공된 상기 적어도 하나의 섹션(2a)은 상기 플라스틱 하우징(G)의 특히 플레이트 형태의 커버의 부분, 예컨대 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 온도 조절 패널(T)인 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
  14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 하우징(G)은 2개 이상의 갈바니 전지(Z), 특히 하나의 배터리 모듈의 갈바니 전지들(Z), 예컨대 ≥ 4 내지 ≤ 12, 예컨대 ≥ 6 내지 ≤ 8의 갈바니 전지들(Z)의 수용을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 하우징(G)은 사출 성형 방법 및/또는 압출 방법 및/또는 디프 드로잉 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
  16. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 하우징은 특히 전기 라인을 위해 제공된 하우징 섹션 형태의 적어도 하나의 전기 라인을 포함하고, 상기 전기 라인은 전기 자가 전도성 폴리머 또는 폴리머 혼합물 및/또는 전기 전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물 및/또는 금속 함유 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 라인은 전기 자가 전도성 폴리머 또는 폴리머 혼합물 및/또는 전기 전도성을 높이기 위한 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 플라스틱 화합물 및/또는 금속 함유 물질을 상기 플라스틱 하우징(G)의 다른 하나의 재료 또는 다른 다수의 재료들 내로 주입함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
  18. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 하우징은 적어도 하나의 전기 라인을 포함하고, 상기 전기 라인은 상기 플라스틱 하우징(G)의 하나의 다른 물질 또는 다수의 다른 물질들로 금속 라인 부재, 예컨대 와이어 또는 메쉬의 인서트 몰딩에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
  19. 제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 하우징(G)은
    - 하나 이상의 갈바니 전지(Z)의 충전 상태 및/또는 작동 상태를 모니터링하기 위한 적어도 하나의 전기 전지 모니터링 장치, 및/또는
    - 상기 플라스틱 하우징(G) 내에 배치된 하나 이상의 갈바니 전지들(Z)의 전기 콘택팅을 위한 적어도 2개의 전기 콘택팅 장치(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 전기 콘택팅 장치들(13)은 상기 플라스틱 하우징(G)의 열 방출을 위해 제공된 적어도 하나의 섹션(12a)에 대향 배치된 상기 플라스틱 하우징(G)의 측면 상에 및/또는 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
  21. 제 11 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 하우징은 적어도 하나의 열전도성 접착체 및/또는 열전도성 포일(14)을 포함하고, 이들은 열 방출을 위해 제공된 상기 적어도 하나의 섹션(12a)과 적어도 하나의 갈바니 전지(Z) 사이에 특히 인접하게 배치될 수 있거나 또는 배치되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 하우징.
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