KR20140011636A - Heating sheet for battery module - Google Patents

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KR20140011636A
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Abstract

The present invention relates to a heating sheet for a battery module. According to the embodiment of the present invention, the heating sheet for a battery module comprises unit sheets. The unit sheet includes a surface heating body. The unit sheet includes the surface heating sheet; an insulation bonding layer located in both side of the surface heating body; and a thermal conduction layer.

Description

배터리 모듈용 발열 시트{HEATING SHEET FOR BATTERY MODULE}{HEATING SHEET FOR BATTERY MODULE}

본 발명은 전기 자동차의 배터리 모듈에 사용되는 발열 시트에 대한 것이다. 또한 본 발명은 상기 발열 시트를 이용한 배터리 모듈에 대한 것이다.
The present invention relates to a heat generating sheet used in a battery module of an electric vehicle. The present invention also relates to a battery module using the heat generating sheet.

태양광 발전 및 전기 자동차에 사용되는 배터리는 기온이 낮아지는 동절기에는 방전 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 즉, 기온이 -20 ℃ 이하로 낮으면 배터리의 방전 효율이 50 % 이하로 낮아지며, 주위 온도가 -10 ℃ 이하인 환경에서 배터리는 전해질 내 이온의 이동도가 낮아져, 전류의 흐름이 나빠지고 동시에 배터리의 출력이 떨어지게 된다. 특히, 전기 자동차(EV car)의 경우 완전 충전된 상태에서 외부에 주차하게 되면, 외부 기온에 의해 전해질이 딱딱해지는데, 이는 배터리의 장기 수명에도 문제를 일으키게 된다. 그러므로 배터리의 수명과 효율이 일정하게 유지되기 위해서는 겨울에도 일정 온도를 유지시켜줄 필요가 있다.
Batteries used for solar power generation and electric vehicles have a problem that the discharge efficiency is lowered in the winter when the temperature is lowered. That is, when the temperature is lower than -20 ° C, the discharge efficiency of the battery is lowered to 50% or less. In an environment where the ambient temperature is lower than -10 ° C, the mobility of the ions in the electrolyte is lowered, So that the output of the motor becomes low. Particularly, in the case of an EV car, when the vehicle is parked in a fully charged state, the electrolyte is hardened due to the external temperature, which causes a problem in the long-term life of the battery. Therefore, it is necessary to maintain a constant temperature in winter in order to maintain the life and efficiency of the battery constantly.

종래에는 이를 위하여 PTC 히터를 이용하여 배터리를 가열시켜 주었는데(한국공개공보 10-2011-0062276호), 이는 외부의 PTC 히터로 공기를 가열시킨 후 Fan을 이용하여 가열된 공기를 배터리에 불어넣거나, 배터리 셀에 부착한 PTC 히터로 공기를 가열시키는 것이다. 그러나 PTC 히터를 이용한 배터리 가열은 일반적으로 복수 개의 배터리 셀이 사용되는 배터리 모듈을 균일하게 가열하지 못하는 문제점이 있었다.
Conventionally, a battery is heated by using a PTC heater (Korean Patent Publication No. 10-2011-0062276). This is because the air heated by an external PTC heater is blown into the battery using a fan, And the air is heated by the PTC heater attached to the battery cell. However, battery heating using a PTC heater generally fails to uniformly heat a battery module in which a plurality of battery cells are used.

본 발명의 목적은 배터리 셀들을 균일하게 가열시킬 수 있으면서도, 온도 상승률이 높고, 배터리 셀과의 밀착력이 좋아 자동차 주행 시 배터리 셀과의 충격이 완화된 발열 시트를 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a heat generating sheet which can uniformly heat battery cells, has a high rate of temperature rise, has good adhesion with battery cells, and mitigates impact with battery cells when traveling.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

단위 시트를 복수 개 포함하는 발열 시트로,A heat generating sheet comprising a plurality of unit sheets,

상기 단위 시트는 면상 발열체를 포함하고,Wherein the unit sheet includes a planar heating element,

각각의 단위 시트들은 전극에 의하여 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 발열 시트를 제공한다.
And the unit sheets are connected to each other by electrodes.

또한 본 발명은,Further, according to the present invention,

단위 시트를 복수 개 포함하는 발열 시트로, 상기 단위 시트는 면상 발열체를 포함하며, 각각의 단위 시트들은 전극에 의하여 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 발열 시트;및 A heat generating sheet comprising a plurality of unit sheets, wherein the unit sheet includes a planar heating element, and each unit sheet is connected to each other by electrodes;

배터리 셀(cell)을 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.
A battery module including a battery cell is provided.

본 발명의 발열 시트는 전류가 배터리 셀로 흐르는 위험이 없이 배터리 셀의 온도를 효율적으로 상승시킬 수 있다.
The heat generating sheet of the present invention can efficiently raise the temperature of the battery cell without the risk of current flowing into the battery cell.

도 1은 본 발명의 발열 시트(100)의 구조를 나타낸다.
도 2는 단위 시트(110)의 단면을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 배터리 모듈(300)을 나타낸다.
도 4는 단순한 면상인 발열 시트를 이용한 배터리 모듈을 나타낸다.1 shows a structure of a heat generating sheet 100 of the present invention.
Fig. 2 shows a cross section of the unit sheet 110. Fig.
3 shows a battery module 300 of the present invention.
Fig. 4 shows a battery module using a heat generating sheet which is simply a flat surface.

본 발명은,According to the present invention,

단위 시트를 복수 개 포함하는 발열 시트로, A heat generating sheet comprising a plurality of unit sheets,

상기 단위 시트는 면상 발열체를 포함하고, 각각의 단위 시트들은 전극에 의하여 서로 연결되어 있는 특징으로 하는 배터리 모듈용 발열 시트에 대한 것이다.
Wherein the unit sheet includes a planar heating element, and each unit sheet is connected to each other by electrodes.

또한 본 발명은,Further, according to the present invention,

단위 시트를 복수 개 포함하는 발열 시트로, 상기 단위 시트는 면상 발열체를 포함하며, 각각의 단위 시트들은 전극에 의하여 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 발열 시트;및 A heat generating sheet comprising a plurality of unit sheets, wherein the unit sheet includes a planar heating element, and each unit sheet is connected to each other by electrodes;

배터리 셀(cell)을 포함하는 배터리 모듈에 대한 것이다.
The present invention relates to a battery module including a battery cell.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발열 시트 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, a heat generating sheet according to the present invention and a battery module including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

발열 시트(100)The heating sheet (100)

본 발명의 발열 시트(100)는 단위 시트(110)를 포함한다. 바람직하게는 본 발명의 발열 시트(100)는 복수 개의 단위 시트(110)를 포함하며, 각각의 단위 시트(110)들은 서로 일렬로 연결되어 있다. 바람직하게는 본 발명의 단위 시트(110)들은 단위 시트 연결용 전극(120)에 의하여 일렬로 연결되어 있다(도 1). 이때, 일렬로 연결이란 단위 시트-전극-단위 시트-전극-단위 시트~의 순서로 연결되었다는 것을 의미한다. 바람직하게는 본 발명의 발열 시트(100)는 배터리 모듈용 발열 시트이며, 더욱 바람직하게는 본 발명의 발열 시트(100)는 자동차 배터리 모듈용 발열 시트이다.
The heat generating sheet (100) of the present invention includes a unit sheet (110). Preferably, the heat generating sheet 100 of the present invention includes a plurality of unit sheets 110, and the unit sheets 110 are connected to each other in a line. Preferably, the unit sheets 110 of the present invention are connected in series by the unit sheet connecting electrodes 120 (FIG. 1). In this case, the line-by-line connection means that the unit sheet-electrode-unit sheet-electrode-unit sheet is connected in this order. Preferably, the heat generating sheet 100 of the present invention is a heat generating sheet for a battery module, and more preferably, the heat generating sheet 100 of the present invention is a heat generating sheet for an automotive battery module.

본 발명의 발열 시트(100)는 단위 시트(110)를 복수 개 포함한다. 바람직하게는 본 발명의 발열 시트(100)는 단위 시트(110)를 3 내지 50개 포함하며, 더욱 바람직하게는 7 내지 11개 포함한다.The heat generating sheet (100) of the present invention includes a plurality of unit sheets (110). Preferably, the heat generating sheet 100 of the present invention includes 3 to 50 unit sheets, more preferably 7 to 11 unit sheets.

본 발명의 발열 시트는 히터임에도 불구하고 부성저항이 발생하지 않아 전기 자동차에서 시동이 꺼지는 현상이 발생하지 않으며, 기존의 wire 히터 대비 80%의 전력으로 배터리의 온도를 상승시킬 수 있을 뿐 아니라, 동일한 온도로 상승시키는데 소비되는 시간 역시 기존의 wire 히터보다 훨씬 짧다. 아울러, 본 발명의 발열 시트는 배터리 셀과의 직접적인 접촉을 통한 열전도 방식으로 배터리 셀을 가열하는바, 기존의 PTC 히터 등과 같이 가열된 공기의 대류를 통한 열 전달 방식에 비하여 소모 전력이 적고 열 효율이 좋다.The heat generating sheet of the present invention does not generate negative resistance even though it is a heater, so that the starting of the electric vehicle is not shut off, and the temperature of the battery can be raised by 80% The time spent to raise the temperature is also much shorter than the conventional wire heater. In addition, the heat generating sheet of the present invention heats the battery cell by a heat conduction method through direct contact with the battery cell. As compared with a heat transfer method through convection of heated air such as a conventional PTC heater, This is good.

또한 본 발명의 발열 시트는 얇고 가벼워 경량화가 요구되는 전기 자동차의 부품으로서 적합하다.
Further, the heat generating sheet of the present invention is suitable as a part of an electric automobile which is thin, light and lightweight.

단위 시트(110)The unit sheet (110)

본 발명의 단위 시트(110)는 단위 시트 연결용 전극(120)에 의하여 전력을 공급받으며, 배터리 셀(200)에 열을 전달하여, 배터리 셀(200)의 온도를 올리게 된다.The unit sheet 110 of the present invention is supplied with electric power by the unit sheet connecting electrode 120 and transfers heat to the battery cell 200 to increase the temperature of the battery cell 200.

본 발명의 단위 시트(110)는, In the unit sheet 110 of the present invention,

면상 발열체(111);A planar heating element 111;

상기 면상 발열체(111)의 양면에 위치한 절연 점착층(112);및An insulating adhesive layer 112 disposed on both sides of the planar heating element 111;

상기 절연 점착층 상에 위치하며, 상기 면상 발열체과는 반대 방향에 위치하는 열 전달층(113)을 포함한다(도 2).
And a heat transfer layer 113 located on the insulating adhesive layer and positioned opposite to the planar heating element (FIG. 2).

본 발명의 단위 시트(110)는 인접한 물체, 본 발명의 경우 배터리 셀의 표면을 발열 시작 2분 이내에 30 ℃ 이상, 바람직하게는 30 ℃ ~ 65 ℃ 상승시킬 수 있다. 또한 본 발명의 단위 시트(110)는 온도 조절부를 포함할 수 있으며, 상기 온도 조절부는 단위 시트(110)의 온도가 40 ℃에 도달 시 발열 시트로의 전력 공급을 차단할 수 있다. 바람직하게는 상기 온도 조절부는 단위 시트(110)의 온도가 35 ℃에 도달 시 발열 시트로의 전력 공급을 차단할 수 있다. 상기 온도 조절부는 열 전달층(113)에 위치하는 것이 바람직하며, 본 발명의 단위 시트는 균일하게 가열이 되기 때문에 열 전달층(113)의 임의의 곳에 위치하면 된다.
The unit sheet 110 of the present invention can raise the surface of a battery cell adjacent to an object, in the present invention, by 30 ° C or more, preferably 30 ° C to 65 ° C within 2 minutes from the start of heat generation. In addition, the unit sheet 110 of the present invention may include a temperature controller, and the temperature controller may interrupt power supply to the heating sheet when the temperature of the unit sheet 110 reaches 40 ° C. Preferably, the temperature regulator may cut off power supply to the heating sheet when the temperature of the unit sheet 110 reaches 35 ° C. The temperature control unit is preferably located in the heat transfer layer 113. Since the unit sheet of the present invention is uniformly heated, the temperature control unit may be located at any position of the heat transfer layer 113. [

단위 시트의 크기는 배터리 셀의 크기에 따라 달라질 수 있다. 그러나 본 발명의 단위 시트는 가로(d)의 길이가 150~480 mm이고, 세로(l)의 길이가 60~370 mm인 것이 바람직하다. 가로의 길이가 150mm 미만이거나 세로의 길이가 60 mm 미만인 경우, 배터리 셀을 균일하게 가열하지 못할 가능성이 있으며, 가로의 길이가 480mm를 초과하거나 세로의 길이가 380 mm를 초과하는 경우 배터리 셀의 면적이 좁은 면으로 단위 시트가 휘게 될 위험이 있다. 이 때, 단위 시트의 가로(d)는 단위 시트의 면적이 넓은 면에 있어서, 긴 모서리를 가리키며, 세로(l)은 짧은 모서리를 가리킨다.The size of the unit sheet may vary depending on the size of the battery cell. However, the unit sheet of the present invention preferably has a length d of 150 to 480 mm and a length of 60 to 370 mm. If the length is less than 150 mm or the length is less than 60 mm, the battery cells may not be uniformly heated, and if the length exceeds 480 mm or the length exceeds 380 mm, There is a risk that the unit sheet will warp with this narrow surface. At this time, the width (d) of the unit sheet indicates a long edge on a large surface area of the unit sheet, and the length (l) indicates a short edge.

한편, 본 발명의 단위 시트는 가로(d)의 길이가 배터리 셀(200)의 면적이 넓은 면의 긴 모서리의 길이 15mm 인 것이 바람직하며, 단위 시트의 세로(l)의 길이는 배터리 셀(200)의 면적이 넓은 면의 짧은 모서리의 길이 15mm 인 것이 바람직하다. 단위 시트의 크기가 이보다 작은 경우 배터리 셀을 균일하게 가열하지 못하게 되며, 단위 시트의 크기가 이보다 큰 경우, 배터리 셀의 면적이 좁은 면으로 단위 시트가 휘게 될 수 있다.
In the unit sheet of the present invention, it is preferable that the length d of the unit sheet is 15 mm in the long corner of the large area of the battery cell 200, ) Is 15 mm in the short edge of the wide surface area. When the size of the unit sheet is smaller than the above range, the battery cells can not be uniformly heated. If the size of the unit sheet is larger than this range, the unit sheet may be bent to a surface having a narrower battery cell area.

면상 발열체(111)The planar heating element 111,

본 발명의 면상 발열체(111)는 베이스 필름(111a), 발열층(111b) 및 전극층(111c)이 순서대로 적층된 구조를 갖는다.
The planar heating element 111 of the present invention has a structure in which a base film 111a, a heating layer 111b and an electrode layer 111c are stacked in this order.

베이스 필름(111a)The base film (111a)

베이스 필름(111a)은 양면에 프라이머(Primer)가 처리된 BOPET(Biaxially-oriented polyethylene terephthalate), PI(polyimide), OPS(Oriented Polystyrene), OPP(oriented polypropylene), PEI(polyethyleneimine), PPS(Polyphenylene sulfide), PEN(Polyethylene naphthalate) 및 PES(Poly(ether sulfones))로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 절연성을 갖는다.
The base film 111a is formed of a primer-treated biaxially-oriented polyethylene terephthalate (BOPET), a polyimide (PI), an oriented polystyrene (OPS), an oriented polypropylene (OPP), a polyethyleneimine (PEI), a polyphenylene sulfide ), PEN (Polyethylene naphthalate), and PES (Poly (ether sulfones)), and has insulating properties.

상기 베이스 필름(111a)은 10~100 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 베이스 필름의 두께가 10 ㎛ 미만인 경우, 그 위에 적층될 발열층을 인쇄 후 건조 과정에서 열안정성 부족으로 필름층의 평할도를 유지하기 어렵다. 또한 베이스 필름의 두께가 100 ㎛를 초과할 경우, 발열층의 열을 열 전달층에 전달하는 효율이 낮아진다.
The base film 111a preferably has a thickness of 10 to 100 mu m. When the thickness of the base film is less than 10 탆, it is difficult to maintain the flatness of the film layer due to a lack of thermal stability during the drying process after printing the heat generating layer to be laminated thereon. When the thickness of the base film is more than 100 m, the efficiency of transferring the heat of the heat generating layer to the heat transfer layer is lowered.

발열층(111b)The heating layer (111b)

본 발명의 발열층(111b)은 전도성 고분자를 포함한다. 본 발명의 발열층(111b)은 전도성 고분자를 포함하는 페이스트를 베이스 기재 상에 코팅하여 제조하며, 이 때 그라비에(Gravure) 방식을 이용하는 것이 바람직하다.The heating layer 111b of the present invention includes a conductive polymer. The heat generating layer 111b of the present invention is prepared by coating a paste containing a conductive polymer on a base substrate, and a gravure method is preferably used.

상기 전도성 고분자는 탄소나노튜브, 카본 블랙, 그래핀, 그래파이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하며, 이들을 둘 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하게는 상기 전도성 고분자는 탄소나노튜브이다. The conductive polymer includes at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon black, graphene, and graphite, and may be used by mixing two or more thereof. Preferably, the conductive polymer is a carbon nanotube.

상기 발열층의 두께는 2 ~ 10㎛ 인 것이 바람직하다. 두께가 2㎛ 이하일 경우는 발열층의 균일한 두께 유지가 어렵고, 12 ~ 380 Volt 의 전압에서 106Ω저항 이상이 나와 발열체로 작동하기 어렵다. 또한 두께 10㎛ 이상일 경우는 단단한 발열층에 크랙(crack)이 발생하게 된다.
The thickness of the heating layer is preferably 2 to 10 mu m. When the thickness is 2 탆 or less, it is difficult to maintain the uniform thickness of the heating layer, and it is difficult to operate as a heating element due to a resistance of 10 6 Ω or higher at a voltage of 12 to 380 Volt. When the thickness is 10 μm or more, cracks are generated in the hard heating layer.

전극층(111c)The electrode layer 111c

본 발명의 전극층(111c)은 전극 간의 간격을 조절함으로써, 최종 제품의 저항을 조절한다. 이때 전극 간의 간격은 4~16 mm인 것이 바람직한데, 전극 간의 간격이 4mm 미만인 경우 마치 와이어 히터(wire heater)처럼 되어 면 발열체가 아닌 선 발열체처럼 된다. 이 경우, 배터리 셀 표면에 국부적으로 열 공급이 증가하게 되어 배터리 셀의 폭발 가능성이 생기게 된다. 또한 전극 간의 간격이 16 mm를 초과할 경우, 배터리 셀의 표면의 온도를 균일하게 상승시키기 어렵게 되어, 역시 배터리 셀이 폭발할 위험이 있다.The electrode layer 111c of the present invention adjusts the resistance of the final product by adjusting the gap between the electrodes. At this time, it is preferable that the interval between the electrodes is 4 to 16 mm. If the distance between the electrodes is less than 4 mm, it becomes like a wire heater and becomes like a wire heating element instead of a surface heating element. In this case, the heat supply locally increases on the surface of the battery cell, thereby causing explosion of the battery cell. When the distance between the electrodes is more than 16 mm, it is difficult to uniformly raise the temperature of the surface of the battery cell, and there is also a risk that the battery cell will explode.

배터리 발열 시트에서 선택할 수 있는 인가 전압은 12 볼트, 24 볼트, 110 볼트, 220 볼트, 360 볼트, 380 볼트이다. 본 발명에서는 발열층(111b)의 면저항과 전극의 간격으로 조절하여 저항을 결정하고, 시간 당 온도 상승률을 계산하여 전력을 결정하게 된다. The selectable voltages for the battery heating sheet are 12 volts, 24 volts, 110 volts, 220 volts, 360 volts, and 380 volts. In the present invention, the resistance is determined by adjusting the sheet resistance of the heat generating layer 111b and the interval between the electrodes, and the power is determined by calculating the temperature increasing rate per unit time.

예컨대, 12 볼트 기준으로 전극층(111c)의 면 저항은 3.5 mΩ/□ 이하로 유지하여, 전극층(111c)에 전류가 흐르도록 한다. 또한 상기 전압에서 발열층(111b)과 전극층(111c)의 구성으로 결정된 발열층(111b)의 전력은 발열층의 크기가 100mm(L)*100mm(W) 일 때, 10~50와트가 바람직하다. 전력이 10와트 미만이 되면 배터리 셀(200)의 온도를 충분히 올려주지 못하게 되고, 전력이 50와트를 초과할 경우 면상 발열체(111)의 온도가 2분 이내에 300 ℃ 이상 상승하게 되어, 베이스 필름(111a)이 녹고 배터리(200)에서 불이 날 수 위험이 있다. For example, the surface resistance of the electrode layer 111c is maintained at 3.5 m? /? Or less on the basis of 12 volts so that a current flows through the electrode layer 111c. The power of the heating layer 111b determined by the configuration of the heating layer 111b and the electrode layer 111c at the above voltage is preferably 10 to 50 watts when the size of the heating layer is 100 mm (L) * 100 mm (W) . When the power is less than 10 watts, the temperature of the battery cell 200 is not sufficiently raised. When the power exceeds 50 watts, the temperature of the surface heat emission element 111 rises to 300 deg. C or higher within two minutes, 111a may melt and the battery 200 may be ignited.

본 발명의 전극층(111c)은 스크린 프린팅을 이용하여 발열층(111b)에 패터닝하여 형성할 수 있다. 전극층(111c)의 소재로는 Ag, Cu 등을 사용할 수 있다.
The electrode layer 111c of the present invention can be formed by patterning the heat generating layer 111b using screen printing. As the material of the electrode layer 111c, Ag, Cu, or the like can be used.

절연 점착층(112)The insulating adhesive layer (112)

본 발명의 절연 점착층(112)은 그 상부에 위치하는 열 전달층(113)을 전기적으로 절연시킴과 동시에, 면상 발열체(111)에서 발생한 열을 상기 열 전달층(113)에 전달하는 역할을 한다.
The insulating adhesive layer 112 of the present invention serves to electrically isolate the heat transfer layer 113 located on the upper side of the insulating adhesive layer 112 and to transmit heat generated in the surface heat emission element 111 to the heat transfer layer 113 do.

상기 절연 점착층(112)은 아크릴계, 실리콘(Silicone)계 또는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)계 화합물을 이용하여 제조할 수 있다. The insulating adhesive layer 112 may be formed using an acryl, silicon, or ethylene vinyl acetate (EVA) compound.

상기 아크릴계 화합물은 아크릴계 화합물, 아크릴계 중합체, 아크릴계 공중합체 등이 될 수 있으며, 예컨대, (메트)아크릴레이트, 비스아크릴레이트 등 및 이의 중합체, 공중합체 등이 될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 절연성 및 점착성을 갖는 아크릴계 화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있다.The acrylic compound may be an acrylic compound, an acrylic polymer, an acrylic copolymer, or the like, and may be, for example, (meth) acrylate, bisacrylate, etc. and polymers and copolymers thereof, Any acrylic compound having adhesiveness can be used without limitation.

상기 실리콘계 화합물은 폴리디메틸실록산(poly dimethyl siloxane)계 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 절연성 및 점착성을 갖는 실리콘계 화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있다.The silicon-based compound may be a poly dimethyl siloxane-based compound, but is not limited thereto, and any silicone-based compound having insulating properties and adhesiveness may be used without limitation.

EVA계 화합물 역시 특별히 제한되지 않으며, 절연성 및 점착성을 갖는 EVA계 화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
The EVA-based compound is also not particularly limited, and any one of EVA-based compounds having insulating properties and adhesiveness may be used without limitation.

본 절연 점착층(112)의 두께는 5 ~ 30 ㎛인 것이 바람직하다. The thickness of the insulating and adhesive layer 112 is preferably 5 to 30 탆.

본 발명에서는 절연 점착층(112)의 두께를 달리하여 내전압 테스트를 수행하였는데, 이는 GPT/GPI-700A Series를 사용하여 수행하였으며, Heater선 단자부와 제품 발열 표면간에 AC 500V(RMS)를 1분간 인가하여 누설 전류를 측정하는 것이다. 내전압 테스트 결과, 절연 점착층(112)의 두께가 5 ㎛ 미만인 경우 누설 전류가 100 μA 이상 발생하여, 차체로 전류가 흐를 위험이 있는 것으로 나타났다. In the present invention, an electric strength test was performed by varying the thickness of the insulating adhesive layer 112. This test was performed using a GPT / GPI-700A Series, and AC 500V (RMS) was applied for 1 minute Thereby measuring the leakage current. As a result of the withstand voltage test, when the thickness of the insulating adhesive layer 112 was less than 5 占 퐉, leakage current exceeded 100 占 A, indicating that there was a risk of electric current flowing to the vehicle body.

한편, 절연 점착층(112)의 두께가 30 ㎛를 초과하는 경우, 발열층(111b)에서 발생한 열이 열 전달층(113)까지 늦게 전달되기 때문에 배터리 셀(200)의 표면을 발열 시작 2분 이내에 30 ℃ 이상 상승시킬 수 없었다.
On the other hand, when the thickness of the insulating adhesive layer 112 exceeds 30 μm, the heat generated in the heat generating layer 111b is transferred to the heat transfer layer 113 later, so that the surface of the battery cell 200 is heated for 2 minutes Lt; RTI ID = 0.0 > 30 C < / RTI >

열 전달층(113)The heat transfer layer (113)

본 발명의 열 전달층(113)은 면상 발열체(111)에서 발생하는 열을 배터리 셀(200)에 효과적으로 전달하여 주는 기능을 한다.The heat transfer layer 113 of the present invention functions to efficiently transfer heat generated in the planar heating element 111 to the battery cell 200.

이를 위하여, 본 발명의 열 전달층(113)은 금속 박막, 그래핀 시트, 카본 섬유로 만들어진 시트로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 금속 박막은 구리, 알루미늄, 은 등이 될 수 있다. 알루미늄 박막을 사용하는 것이 열전도성 및 비용 면에서 가장 바람직하다.
To this end, the heat transfer layer 113 of the present invention is preferably made of a sheet made of a metal thin film, a graphene sheet, or a carbon fiber. The metal thin film may be copper, aluminum, silver, or the like. It is most preferable to use an aluminum thin film in terms of thermal conductivity and cost.

단위 시트 연결용 전극(120)The electrode for connecting the unit sheet (120)

본 발명의 단위 시트 연결용 전극(120)은 각각의 단위 시트(110)을 연결하며, 단위 시트(110), 즉, 전극층(111c)에 전력을 공급한다. 상기 단위 시트 연결용 전극(120)의 폭은 단위 시트의 가로(d)의 길이보다 짧은데, 바람직하게는 단위 시트의 가로(d)의 길이의 1/4보다 짧고, 더욱 바람직하게는 단위 시트의 가로(d)의 길이의 1/5보다 짧고, 가장 바람직하게는 단위 시트의 가로(d)의 길이의 1/6보다 짧다. 예컨대, 본 발명의 단위 시트 연결용 전극(120)은 그 폭이 4~20mm인 것이 그 기능을 하는데 적절하다.
The unit sheet connecting electrode 120 of the present invention connects each unit sheet 110 and supplies electric power to the unit sheet 110, that is, the electrode layer 111c. The width of the unit sheet connecting electrode 120 is shorter than the width of the unit sheet (d), preferably shorter than 1/4 of the length of the unit sheet (d) Is shorter than 1/5 of the length of the width (d), and most preferably is shorter than 1/6 of the length of the width (d) of the unit sheet. For example, the unit sheet connecting electrode 120 of the present invention has a width of 4 to 20 mm, which is suitable for its function.

본 발명의 단위 시트 연결용 전극(120)은 피복 물질과 함께 사용될 수도 있다. 예컨대 본 발명의 단위 시트 연결용 전극(120)은 끈과 같이 납작한 형상의 피복 물질 내에 싸여서 단위 시트(110)를 연결할 수도 있다. 바람직하게는 본 발명의 단위 시트 연결용 전극(120)은 단위 시트(110)와 일체형으로 제작된다. 즉, 본 발명의 단위 시트 연결용 전극(120)은 단위 시트(110) 내 전극층(111c)의 전극과 연결되며, 발열 시트를 제작 시, 단위 시트 내 전극층과 함께 한 번에 제작된다. 또한 본 발명의 단위 시트 연결용 전극(120)은 단위 시트(110)와 마찬가지로, 열 전달층(113)/절연 점착층(112)/베이스 필름(111a)/발열층(111b)/전극층(111c)/절연 점착층(112)/열 전달층(113)의 형태로 단위 시트(110)와 함께 제작될 수도 있다.
The unit sheet connecting electrode 120 of the present invention may be used together with the covering material. For example, the unit sheet connecting electrode 120 of the present invention may be wrapped in a coating material having a flat shape such as a string to connect the unit sheet 110. Preferably, the unit sheet connecting electrode 120 of the present invention is fabricated as a unit with the unit sheet 110. That is, the unit-sheet connecting electrode 120 of the present invention is connected to the electrode of the electrode layer 111c in the unit sheet 110, and the heat-generating sheet is manufactured at a time together with the electrode layer in the unit sheet. The electrode 120 for connecting the unit sheet of the present invention may further include a heat transfer layer 113, an insulating adhesive layer 112, a base film 111a, a heat generating layer 111b, and an electrode layer 111c ) / Insulation adhesive layer (112) / heat transfer layer (113) together with the unit sheet (110).

본 발명의 단위 시트 연결용 전극(120)은 단위 시트(110)와 함께 일체형으로 제작됨으로써, 그 공정이 간단하면서도 양산에 용이하고, 절연이 되는 장점이 있다. 만약 단위 시트(110)들을 제작한 후 이들을 별도로 연결하는 방안을 택한다면, 전선을 이용하여 단위 시트(110)들을 연결하여야 하는데, 이 경우 전선과 단위 시트(110)의 연결 부위를 납땜으로 연결하여야 한다. 이 때 납땜 때문에 전선과 단위 시트(110)의 연결 부위의 두께가 두꺼워져, 배터리 셀 간의 간격이 좁으므로 납땜 부위의 안전성이 문제될 뿐 아니라, 배터리 모듈로 이용 시 불편하게 된다.
The unit sheet connecting electrode 120 according to the present invention is manufactured integrally with the unit sheet 110, so that the process is simple, but is easy to mass-produce, and has an advantage of being insulated. If the unit sheets 110 are manufactured and then connected separately, the unit sheets 110 must be connected by using electric wires. In this case, the connecting portions of the electric wires and the unit sheet 110 are connected by soldering do. At this time, due to the soldering, the thickness of the connecting portion between the electric wire and the unit sheet 110 becomes thick, and the interval between the battery cells is narrow, so that the safety of the soldered portion becomes problematic.

배터리 셀(200)In the battery cell 200,

본 발명의 배터리 셀(cell)(200)은 일반적인 배터리 셀(200)이다. 바람직하게는 본 발명의 배터리 셀(200)은 태양광 발전용 배터리 셀 또는 자동차용 배터리 셀이며, 더욱 바람직하게는 전기 자동차용 배터리 셀이다.
The battery cell 200 of the present invention is a general battery cell 200. Preferably, the battery cell 200 of the present invention is a battery cell for solar power generation or a battery cell for an automobile, more preferably a battery cell for an electric vehicle.

배터리 모듈(300)The battery module (300)

본 발명의 배터리 모듈(300)은 본 발명의 발열 시트(100) 및 배터리 셀(200)을 포함한다. 바람직하게는 본 발명의 배터리 모듈(300)은 본 발명의 발열 시트(100) 및 복수 개의 배터리 셀(200)들을 포함한다.The battery module 300 of the present invention includes the heat generating sheet 100 and the battery cell 200 of the present invention. Preferably, the battery module 300 of the present invention includes the heat generating sheet 100 of the present invention and a plurality of battery cells 200.

본 발명의 배터리 모듈(300)에 있어서, 복수 개의 배터리 셀(200)들은 적층되어 있고, 각각의 배터리 셀(200)들의 사이에는 발열 시트(100)가 위치하게 된다. 더욱 바람직하게는, 단위 시트(110)가 배터리 셀(200)의 면적이 넓은 면과 인접하고, 단위 시트 연결용 전극(120)은 배터리 셀(200)의 면적이 좁은 면과 인접하게 위치한다. 이로써, 본 발명의 배터리 모듈(300)은 단위 시트 연결용 전극(120)이 배터리 셀(200)의 표면과의 접촉 면적을 줄이게 되어 전류가 배터리 셀(200)로 흘러가는 위험을 감소시키게 된다. 이 때, 배터리 셀(200)의 상면에 접착제를 적용하고, 그 위에 단위 시트(110)를 위치시켜 자동차의 이동 시 배터리 셀(200)로부터 단위 시트(110)가 분리되는 것을 방지한다. 상기 접착제의 두께는 단위 시트(110)와 배터리 셀(200)의 접착성이 보장되는 한 얇을수록 좋으며, 25 μm 이하인 것이 바람직하다. 상기 접착제는 고온으로 온도가 상승하는 발열 시트(100) 및 배터리 셀(200)에 사용되는 것이므로, 유리전이온도가 70 ℃ 이상이며, 내열성이 있는 아크릴계 접착제를 이용하는 것이 바람직하다(도 3). 도 3은 설명의 편의를 위하여 배터리 셀(200)을 3개만 도시하였으나, 본 발명의 실시 시 배터리 셀(200)의 개수가 이보다 많을 수 있다는 것은 당연하다.
In the battery module 300 of the present invention, a plurality of battery cells 200 are stacked, and a heating sheet 100 is positioned between the battery cells 200. More preferably, the unit sheet 110 is adjacent to a large area of the battery cell 200, and the unit sheet connecting electrode 120 is positioned adjacent to a narrow area of the battery cell 200. As a result, the battery module 300 of the present invention reduces the contact area of the unit-sheet connecting electrode 120 with the surface of the battery cell 200, thereby reducing the risk of current flowing into the battery cell 200. At this time, an adhesive is applied to the upper surface of the battery cell 200, and the unit sheet 110 is placed thereon to prevent the unit sheet 110 from being separated from the battery cell 200 when the vehicle moves. The thickness of the adhesive is preferably as small as possible as long as adhesion between the unit sheet 110 and the battery cell 200 is ensured, and is preferably 25 μm or less. Since the adhesive is used for the heat generating sheet 100 and the battery cell 200 in which the temperature rises to a high temperature, it is preferable to use an acrylic adhesive having a glass transition temperature of 70 占 폚 or more and a heat resistant property (Fig. 3). 3 shows only three battery cells 200 for convenience of explanation, it is natural that the number of the battery cells 200 may be larger than that in the embodiment of the present invention.

이로써, 본 발명의 발열 시트(100)는 단순한 면상인 발열 시트를 이용 시 발열 시트 내 전극이 휘어지면서 그 부분으로부터 배터리 셀로 전류가 흐를 위험(도 4)을 방지한다. Thus, the heat-generating sheet 100 of the present invention prevents the risk of electric current from flowing from the heat-generating sheet to the battery cell (FIG. 4) as the electrodes in the heat-generating sheet are bent when using the heat-generating sheet with a simple surface.

본 발명의 배터리 모듈(300)은 배터리 셀(200)을 5~15개 포함하며, 바람직하게는 7~10개 포함한다. 또한 본 발명의 배터리 모듈(300)은 단위 시트(110)를 5~16개 포함하며, 바람직하게는 7~11개 포함한다.The battery module 300 of the present invention includes 5 to 15 battery cells 200, and preferably 7 to 10 battery cells. In addition, the battery module 300 of the present invention includes 5 to 16 unit sheets 110, preferably 7 to 11 unit sheets.

본 발명의 발열 시트(100)는 상기 배터리 셀(200)의 표면의 온도를 발열 시작 2분 이내에 30 ℃ 이상 상승시키며, 더욱 바람직하게는 본 발명의 발열 시트(100)는 배터리 셀(200)의 표면의 온도를 발열 시작 2분 이내에 40 ℃ 이상 상승시킨다.
The heating sheet 100 of the present invention raises the temperature of the surface of the battery cell 200 by 30 ° C or more within 2 minutes from the start of the heat generation, and more preferably, the heating sheet 100 of the present invention increases the temperature of the battery cell 200 The temperature of the surface is raised by 40 ° C or more within 2 minutes from the start of heat generation.

<실시예 1> 발열 시트의 제조&Lt; Example 1 > Production of heat-generating sheet

양면이 프라이머 처리된 100 ㎛ 두께의 BOPET 베이스 필름 5개에 카본나노튜브 페이스트를 5㎛ 두께로 각각 코팅하였다. 그 위에 상기 5개 카본나노튜브 코팅된 베이스 필름들이 전극에 의하여 연결되도록 한 번에 Ag 전극층을 스크린 프린팅하여 면상 발열체를 제조하였다. 그리고, 각각의 면상 발열체의 양 면에 아크릴계 점착제를 25㎛ 두께로 도포하고, 알루미늄 박막(호일)을 적층하여 서로 연결된 5 개의 단위 시트들, 즉 발열 시트 1장을 제조하였다.
Five carbon nanotube pastes were coated on each of 5 μm thick BOPET base films having a thickness of 100 μm on both sides of which were primed. And then the Ag electrode layer was screen-printed on the base carbon nanotube-coated base films so that the five carbon nanotube-coated base films were connected to the electrodes. Then, an acrylic pressure-sensitive adhesive was applied to both surfaces of each of the planar heating elements to a thickness of 25 mu m, and an aluminum foil (foil) was laminated to produce five unit sheets, i.e., one sheet of heating sheet connected to each other.

<실시예 2> 배터리 모듈의 제조&Lt; Embodiment 2 > Manufacture of battery module

상기 실시예 1에서 제조한 발열 시트 1 장을 각각 4 개의 배터리 셀 사이에 위치시키면서, 순서대로 적층하여 전기 자동차용 배터리 모듈을 제조하였다. 이때, 단위 시트가 배터리 셀의 면적이 넓은 면에 인접하게 위치시키고, 단위 시트 연결용 전극은 배터리 셀의 면적이 좁은 면에 인접하게 위치시켰다.
A battery module for an electric vehicle was manufactured by stacking the heat-generating sheets manufactured in Example 1 in this order while placing one heat-generating sheet between the four battery cells. At this time, the unit sheet was positioned adjacent to the large area of the battery cell, and the electrode for connecting the unit sheet was positioned adjacent to the narrow area of the battery cell.

<실험예 1> 발열 시트를 이용한 배터리 모듈의 온도 상승율EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Temperature rise rate of a battery module using a heat generating sheet

전력을 변화시켜 가면서, 상기 실시예 2에서 제조한 배터리 모듈의 온도 상승율을 측정하였다. 제품 표면에 K type의 thermocouple을 상, 중, 하 중좌, 중우 이렇게 5군대 절연테이프로 부착한 후, 배터리 셀 사이에 위치시킨 후, 고정 브라켓을 이용하여 모듈을 조립하였다. 이를 대형 항온항습기(DS-TH-1100) 넣고, -20 ℃, 50%로 맞춰 항온항습기를 가동한 후, 24시간 방치하였다. 항온항습기가 가동이 되고 있는 상태에서 미리 연결된 전선에 transformer(SPS-2415)를 연결한 후, 서로 다른 전력을 공급하고, 배터리 셀 표면의 온도 변화를 측정하였다.
The temperature rise rate of the battery module manufactured in Example 2 was measured while varying the power. The K type thermocouple was attached to the surface of the product with the insulation tape of the 5th arm such as upper, middle, lower and middle, and placed between the battery cells. Then, the module was assembled using the fixing bracket. This was put into a large temperature and humidity chamber (DS-TH-1100), and the temperature and humidity controller was operated at -20 ° C and 50%, and left for 24 hours. After connecting the transformer (SPS-2415) to the pre-connected wires under the condition that the thermo-hygrostat was operating, different power was supplied and the temperature change of the surface of the battery cell was measured.

그 결과, 전력 공급 후 배터리 셀 표면의 2분 간 온도 상승율은 표 1과 같았다. 배터리 셀 표면과 배터리 셀 코어의 온도 차이는 보통 약 5~10 ℃ 정도 나며, 온도가 40 ℃ 이상이 되면 배터리 셀이 폭발할 위험이 있다. 그러므로 배터리 셀 표면의 온도의 전력 공급 후 2분간 바람직한 온도 상승률은 30~65 ℃이다. 실험 결과 전력은 17.5~50 W로 공급하는 것이 바람직한 것으로 확인되었다.
As a result, the temperature rise rate of the battery cell surface after power supply for 2 minutes was as shown in Table 1. The temperature difference between the battery cell surface and the battery cell core is usually about 5 to 10 ° C. When the temperature exceeds 40 ° C, there is a danger that the battery cell will explode. Therefore, a preferable temperature rise rate for 2 minutes after the power supply of the temperature of the battery cell surface is 30 to 65 ° C. As a result, it was confirmed that it is desirable to supply power at 17.5 ~ 50 W.

공급 전력(W)Power supply (W) 1010 17.517.5 2525 42.542.5 5050 6060 △TΔT 15.215.2 30.430.4 3939 51.851.8 64.564.5 75.675.6

△T: 전력 공급 후 2분간 배터리 셀 표면의 상승한 온도(℃)
ΔT: Temperature rise (° C) of battery cell surface for 2 minutes after power supply

베이스 필름 111a
발열층 111b
전극층 111c
면상 발열체 111
절연 점착층 112
열 전달층 113
단위 시트 110
단위 시트 연결용 전극120
발열 시트 100
배터리 셀 200
배터리 모듈 300 The base film 111a
The heating layer 111b
The electrode layer 111c
The surface heating element 111
The insulating adhesive layer 112
Heat transfer layer 113
Unit sheet 110
An electrode 120 for connecting a unit sheet
Heating sheet 100
Battery cell 200
Battery module 300

Claims (12)

단위 시트를 복수 개 포함하는 발열 시트로,
상기 단위 시트는 면상 발열체를 포함하고,
각각의 단위 시트들은 전극에 의하여 서로 연결되어 있는 특징으로 하는 배터리 모듈용 발열 시트.
A heat generating sheet comprising a plurality of unit sheets,
The unit sheet includes a planar heating element,
Each unit sheet is a heat generating sheet for a battery module, characterized in that connected to each other by an electrode.
제 1항에 있어서,
상기 단위 시트는
면상 발열체;
상기 면상 발열체의 양면에 위치한 절연 점착층;및
상기 절연 점착층 상에 위치하며, 상기 면상 발열체과는 반대 방향에 위치하는 열 전달층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 발열 시트.
The method of claim 1,
The unit sheet is
Plane heating elements;
An insulating adhesive layer disposed on both sides of the planar heating element;
Located on the insulating adhesive layer, the heat generating sheet for a battery module, characterized in that it comprises a heat transfer layer in the opposite direction to the planar heating element.
제 2항에 있어서,
상기 절연 점착층은 5~30 μm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 발열 시트.
3. The method of claim 2,
Wherein the insulating adhesive layer has a thickness of 5 to 30 占 퐉.
제 1항에 있어서
상기 면상 발열체는 베이스 필름, 발열층 및 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 발열 시트.
The method of claim 1, wherein
Wherein the planar heating element comprises a base film, a heating layer, and an electrode layer.
제 4항에 있어서,
상기 발열층은 탄소나노튜브, 카본 블랙, 그래핀 및 그래파이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 발열 시트.
5. The method of claim 4,
Wherein the heat generating layer comprises at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon black, graphene, and graphite.
제 1항에 있어서,
상기 발열 시트는 자동차 배터리 모듈용 발열 시트인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 발열 시트.
The method of claim 1,
Wherein the heat generating sheet is a heat generating sheet for an automotive battery module.
제 1항에 있어서,
온도 조절부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 발열 시트.
The method of claim 1,
The heat generating sheet for a battery module according to claim 1, further comprising a temperature controller.
단위 시트를 복수 개 포함하는 발열 시트로, 상기 단위 시트는 면상 발열체를 포함하며, 각각의 단위 시트들은 전극에 의하여 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 발열 시트;및
배터리 셀(cell)을 포함하는 배터리 모듈.
A heat generating sheet comprising a plurality of unit sheets, wherein the unit sheet includes a planar heating element, and each unit sheet is connected to each other by electrodes;
A battery module comprising a battery cell.
제 8항에 있어서,
상기 배터리 셀들은 적층되어 있고,
각각의 배터리 셀들의 사이에는 발열 시트가 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
The method of claim 8,
The battery cells are stacked,
The battery module, characterized in that the heating sheet is positioned between each of the battery cells.
제 8항에 있어서,
상기 발열 시트는 복수개의 단위 시트를 포함하며,
각각의 단위 시트들은 단위 시트 연결용 전극에 의하여 서로 연결되되,
상기 단위 시트는 상기 배터리 셀의 면적이 넓은 면과 인접하고,
상기 단위 시트 연결용 전극은 상기 배터리 셀의 면적이 좁은 면과 인접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
The method of claim 8,
The heating sheet includes a plurality of unit sheets,
Each unit sheet is connected to each other by an electrode for unit sheet connection,
Wherein the unit sheet is adjacent to a surface having a large area of the battery cell,
Wherein the electrode for connecting the unit sheet is adjacent to a surface of the battery cell having a narrow area.
제 8항에 있어서,
상기 발열 시트는 상기 배터리 셀의 표면의 온도를 발열 시작 2분 이내에 30 ℃ 이상 상승시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
The method of claim 8,
Wherein the heating sheet raises the temperature of the surface of the battery cell by 30 占 폚 or more within 2 minutes from the start of heat generation.
제 8항에 있어서,
상기 발열 시트는 상기 배터리 셀의 표면의 발열 시작 2분 이내에 30 ℃ ~65 ℃ 상승시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 8,
Wherein the heating sheet raises the temperature of the battery cell by 30 ° C to 65 ° C within two minutes of the start of heat generation of the surface of the battery cell.
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