KR20160144803A - A manifold with enhanced cooling efficiency and a battery pack comprising the same - Google Patents

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KR20160144803A
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Abstract

The present invention relates to a manifold designed to properly maintain temperature of a coolant before the coolant is supplied to a cooling pin. The manifold includes a main body in which the coolant moves and a port to which the cooling pin connected with the main body is inserted. The main body and the port include a mixture of a polymer material and a phase change material (PCM). Also, the present invention provides a battery pack cooling device including the manifold and a battery pack including the battery pack cooling device.

Description

냉각 효율이 향상된 매니폴드 및 이를 포함하는 배터리팩{A manifold with enhanced cooling efficiency and a battery pack comprising the same}[0001] The present invention relates to a manifold with enhanced cooling efficiency and a battery pack including the manifold,

본 발명은 배터리 팩의 냉각장치에 구비되는 매니폴드에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 높은 냉각 효율을 얻을 수 있는 매니폴드 및 이를 포함하는 배터리팩에 대한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a manifold provided in a cooling device of a battery pack, and more particularly, to a manifold capable of achieving high cooling efficiency and a battery pack including the manifold.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(Energy storage system) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다. Secondary batteries having high electrical characteristics such as high energy density and high ease of application according to the product group can be used not only as portable devices but also as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) (Energy storage system). Such a secondary battery is not only a primary advantage that the use of fossil fuel can be drastically reduced, but also produces no by-products resulting from the use of energy, and thus is attracting attention as a new energy source for enhancing environmental friendliness and energy efficiency.

현재 상용화된 이차 전지 중 리튬 이차 전지는 충/방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점이 있어 널리 상용화되어 사용되고 있다. Lithium secondary batteries among commercialized secondary batteries are free from charging / discharging, have very low self-discharge rate, and have high energy density and are widely used in commercial use.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충/방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. 이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차전지가 많이 이용된다. 이때, 다수의 이차전지가 연결되도록 하는 경우, 이차전지 사이에는 냉각핀이 개재되는 경우가 많다. 이차전지는 여름과 같이 고온 환경에서 사용되는 경우가 있을 수 있으며, 또한 이차전지 자체적으로도 열이 발생할 수있다. 이때, 다수의 이차전지가 서로 적층되어 있는 경우, 이차전지의 온도는 더욱 높아질 수 있는데, 이 온도가 적정 온도보다 높아지면 이차전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 따라서, 이차전지 모듈을 구성할 때 이차전지 사이에 냉각핀을 개재시켜, 냉각핀을 통해 이차전지의 온도 상승이 방지되도록 하는 구성이 이용될 수 있다.이러한 냉각핀은 다양한 형태 및 방식으로 구현될 수 있으나, 이차전지 모듈의 부피를 줄이고 및 열교환 효율을 높이기 위해, 열전도성 재질의 플레이트 형태로 구성되어 이차전지 사이에 개재되는 경우가 많다. 특히, 물과같은 냉매를 통해 수냉식으로 냉각이 이루어지는 냉각핀에는 냉매가 흐를 수 있도록 관 형태로 냉각 유로가 설치될 수 있다. The secondary rechargeable battery which is commercialized today includes a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery, a nickel-zinc battery, and a lithium secondary battery. Among them, the lithium secondary battery has almost no memory effect compared with the nickel- , Self-discharge rate is very low, and energy density is high. These lithium secondary batteries mainly use a lithium-based oxide and a carbonaceous material as a cathode active material and an anode active material, respectively. The lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate each coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a casing member, that is, a battery case for sealingly accommodating the electrode assembly together with the electrolyte solution. The lithium secondary battery can be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can, and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the casing. In recent years, secondary batteries are widely used not only in small-sized devices such as portable electronic devices, but also in medium to large-sized devices such as automobiles and electric power storage devices. When used in such a medium to large-sized apparatus, a large number of secondary batteries are electrically connected to increase capacity and output. In particular, pouch-type secondary batteries are widely used because they are easy to laminate in such a middle- or large-sized apparatus. In this case, when a plurality of secondary batteries are connected, cooling fins are often interposed between the secondary batteries. The secondary battery may be used in a high temperature environment such as in the summer, and the secondary battery itself may also generate heat. In this case, when the plurality of secondary batteries are laminated to each other, the temperature of the secondary battery may be further increased. If the temperature is higher than the proper temperature, the performance of the secondary battery may deteriorate, and there is a risk of explosion or ignition in severe cases. Therefore, it is possible to use a configuration in which the cooling pin is interposed between the secondary batteries when constructing the secondary battery module so that the temperature rise of the secondary battery is prevented through the cooling fin. Such a cooling pin can be implemented in various forms and methods However, in order to reduce the volume of the secondary battery module and increase the heat exchange efficiency, the secondary battery module is often formed of a plate of a thermally conductive material and interposed between the secondary batteries. Particularly, the cooling fins, which are cooled by water-cooling through a coolant such as water, may be provided with a cooling channel in a tube shape so that the coolant can flow.

이때 냉매는 통상적으로 외부에서 공급되는데 많은 수의 이차 전지가 포함되는 모듈에는 냉각핀 역시 다수가 구비될 수 있으며 이러한 다수의 냉각핀 각각으로 냉매가 공급되어야 하며 이때 다수의 냉각핀으로 냉매를 공급하기 위해 매니폴드 형태의 냉매 공급관이 구비된다. In this case, the refrigerant is usually supplied from the outside. In a module including a large number of secondary cells, a plurality of cooling fins may be provided, and a refrigerant should be supplied to each of the plurality of cooling fins. In this case, A manifold type refrigerant supply pipe is provided.

일반적으로 냉매는 냉각핀으로 공급되기 전 (열교환에 의한) 냉매 냉각 장치로부터 이송되어 매니폴드를 경유하는 순환 경로를 따르는데, 순환 경로가 길어지거나 냉매 이송 속도가 낮은 경우에는 냉매의 온도가 상승하여 냉각 효과가 저감되는 문제가 있다.
Generally, the refrigerant is conveyed from the refrigerant cooling apparatus (by heat exchange) before being supplied to the cooling fin, and follows the circulation path via the manifold. When the circulation path becomes long or the refrigerant transfer speed is low, There is a problem that the cooling effect is reduced.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 것으로서, 냉매가 냉각핀으로 공급되기 전 냉매의 온도가 적절하게 유지될 수 있도록 고안된 매니폴드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 매니폴드를 포함하는 배터리 팩 냉각 장치 및 상기 냉각 장치를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a manifold designed to maintain a proper temperature of a coolant before a coolant is supplied to the coolant. It is another object of the present invention to provide a battery pack cooling apparatus including the manifold and a battery pack including the cooling apparatus. Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description. It is also to be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means or method described in the claims, and the combination thereof.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 매니폴드에 대한 것이다.The present invention relates to a manifold for solving the above problems.

본 발명의 제1 구현예는 냉각 유로가 형성된 냉각핀과 연결되는 매니폴드(manifold)이며, 상기 매니폴드는 내부에 빈 공간이 형성되며 냉매가 이동하는 본체; 상기 본체로부터 연장 형성되고 상기 냉각핀이 삽입되는 포트를 포함하고, 상기 본체 및 포트는 고분자 재료 및 상변화물질(PCM, Phase change material)의 혼합물을 포함하는 것인 배터리팩 냉각 장치용 매니폴드이다. A first embodiment of the present invention is a manifold that is connected to a cooling fin having a cooling passage formed therein, the manifold having a hollow space formed therein and in which a refrigerant moves; A manifold extending from the main body and including a port through which the cooling fin is inserted, the main body and the port including a mixture of a polymer material and a phase change material (PCM) .

본 발명의 제2 구현예는, 상기 제1 구현예에 있어서, 상기 상변화물질은 유기계 PCM, 무기계 PCM 및 공융 PCM으로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상인 것이다. In a second embodiment of the present invention, in the first embodiment, the phase change material is at least one selected from the group consisting of an organic PCM, an inorganic PCM, and a eutectic PCM.

본 발명의 제3 구현예는, 상기 제1 또는 제2 구현예에 있어서, 상기 유기계 PCM은 파라핀계 PCM, 비파라핀계 PCM 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것이다.According to a third embodiment of the present invention, in the first or second embodiment, the organic PCM comprises paraffin PCM, non-paraffin PCM or a mixture thereof.

본 발명의 제4 구현예는, 제3 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 비파라핀계 PCM이 1-도데칸올(dodecanol), 1-테트라테칸올(tetradecanol), 비닐아세테이트(vinyl acetate), 또는 이 중 둘 이상의 혼합물인 것이다.In a fourth embodiment of the present invention, in any one of the third embodiments, the non-paraffinic PCM is selected from the group consisting of dodecanol, 1-tetretecanol, vinyl acetate, It is a mixture of two or more of these.

본 발명의 제5 구현예는, 상기 제 2구현예에 있어서, 상기 무기계 PCM이 CaCl2·6H2O, Zn(NO3)2·6H2O, KF·4H2O, Na2S2O3·5H2O, Na2SO4·10H2O, Mn(NO3)2·6H2O, LiNO3·3H2O, Na(CH3COO)·3H2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이다. In a fifth embodiment of the present invention, in the second embodiment, the inorganic PCM is CaCl 2 .6H 2 O, Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O, KF 4H 2 O, Na 2 S 2 O 3 · 5H 2 O, Na 2 SO 4 · 10H 2 O, Mn (NO 3) 2 · 1 member selected from the group consisting of 6H 2 O, LiNO 3 · 3H 2 O, Na (CH 3 COO) · 3H 2 O Or more.

본 발명의 제6 구현예는, 상기 제2 구현예에 있어서, 상기 공융 PCM이 Ca(NO3)2·4H2O와 Mg(NO3)2·6H2O의 공융 PCM, 우레아(urea)와 아세트아미드(acetamide)의 공융 PCM, CaCl2, NaCl, KCl 및 H2O의 공융 PCM, CaCl2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM, Na(CH3COO)·3H2O와 CO(NH2)의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 NH4NO3의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM 및 나프탈렌(Naphtalene)과 벤조산(Benzoic acid)의 공융 PCM으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이다. In a sixth embodiment of the present invention, in the second embodiment, the eutectic PCM is a eutectic PCM, a urea of Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O and Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O, And eutectic PCM of acetamide, eutectic PCM of CaCl 2 , NaCl, KCl and H 2 O, eutectic PCM of CaCl 2 .6H 2 O and MgCl 2 .6H 2 O, Na (CH 3 COO) 3H 2 Eutectic PCM of O and CO (NH 2 ), eutectic PCM of Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O and NH 4 NO 3 , eutectic PCM of Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O and MgCl 2 · 6H 2 O And eutectic PCM of naphthalene and benzoic acid.

본 발명의 제7 구현예는 상기 제1 내지 제6 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 PCM이 형태 안정화 PCM인 것이다. A seventh embodiment of the present invention is the PCM of any one of the first to sixth embodiments, wherein the PCM is a shape stabilized PCM.

본 발명의 제8 구현예는 상기 제7 구현예에 있어서, 상기 형태 안정화 PCM이 다공성 물질에 함침된 형태의 PCM, 캡슐화된 PCM, 지지체와 혼합된 PCM 또는 이 중 둘 이상인 것이다. In an eighth embodiment of the present invention, in the seventh embodiment of the present invention, the shape-stabilized PCM is a PCM in a form impregnated with a porous material, an encapsulated PCM, a PCM mixed with a support, or two or more thereof.

또한, 본 발명의 제9 구현예는 상기 제1 내지 제8 구현예 중 어느 하나의 매니폴드를 포함하는 배터리 팩인 것이다. 여기에서, 상기 배터리 팩은 다수의 이차전지; 상기 이차 전지 사이에 구비되며 내부에 냉각 유로가 형성된 냉각핀; 및 상기 냉각핀에 결합되는 매니폴드를 포함한다.
The ninth embodiment of the present invention is a battery pack including the manifold of any one of the first to eighth embodiments. Here, the battery pack may include a plurality of secondary batteries; A cooling fin provided between the secondary cells and having a cooling passage formed therein; And a manifold coupled to the cooling fin.

본 발명에 따른 매니폴드는 상변화물질(PCM, phase change maerial)을 포함하고 있어 냉매가 냉각핀으로 공급되기 전에 냉매의 온도를 적절하게 조절 하거나 소정의 범위로 유지되도록 할 수 있다. 이에 따라 패터리팩의 열용량을 증대시킬 수 있으며 이차 전지의 온도 상승이 방지되는 등 배터리 팩의 냉각 특성을 향상시킬 수 있다.
Since the manifold according to the present invention includes phase change material (PCM), the temperature of the refrigerant can be appropriately adjusted or maintained in a predetermined range before the refrigerant is supplied to the cooling fin. As a result, the heat capacity of the battery pack can be increased, and the temperature of the secondary battery can be prevented from rising, thereby improving the cooling characteristics of the battery pack.

첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 매니폴드를 도식화 하여 나타낸 것이다.
도 2는 상기 매니폴드가 구비된 배터리 팩을 도식화하여 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. On the other hand, the shape, size, scale or ratio of the elements in the drawings incorporated herein can be exaggerated to emphasize a clearer description.
1 is a diagrammatic representation of a manifold according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a battery pack having the manifold.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명을 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms or words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary terms and the inventor shall properly define the concept of the term in order to best explain its invention The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1 내지 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 및 이를 포함하는 배터리 팩을 설명한다. 1 to 2, a manifold according to an embodiment of the present invention and a battery pack including the manifold will be described.

도 1은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 매니폴드를 나타낸 사시도이며 도 2는 상기 매니폴드를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 1 is a perspective view showing a manifold according to a specific embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of a battery pack including the manifold.

본 발명에 따른 매니폴드(130)는 본체(130) 및 포트(132)를 포함할 수 있다. 매니폴드(130)는 본체로부터 연장되어 형성된 포트(132)에 냉각핀(120)이 결합되어 본체의 내부로 냉매가 이동하여 전지에서 발생한 열을 효과적으로 제거할 수 있다. 즉, 본체는 냉매의 유로를 확보하며, 포트는 각각의 냉각핀에 냉매를 전달할 수 있다. The manifold 130 in accordance with the present invention may include a body 130 and a port 132. The manifold 130 is coupled to the port 132 formed from the main body and the cooling fin 120, so that the refrigerant moves to the inside of the main body 130, thereby effectively removing heat generated in the battery. That is, the main body secures the flow path of the refrigerant, and the port can transfer the refrigerant to each of the cooling fins.

이때 매니폴드(130)의 포트(132)는 냉각핀(120)과의 결합을 위하여 플렉서블하게 형성될 수 있으며, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 포트의 외주면을 감싸도록 끼움 결합되는 실링부재(133)가 더 구비될 수 있다.
In this case, the port 132 of the manifold 130 may be formed in a flexible manner for coupling with the cooling fin 120. According to a specific embodiment of the present invention, a sealing member (133) may be further provided.

도 2는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 매니폴드가 결합된 배터리 팩을 나타낸 사시도이다. 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 배터리 팩은 이차 전지(110), 냉각핀(120), 및 매니폴드를 포함한다. 2 is a perspective view illustrating a battery pack having a manifold coupled thereto according to a specific embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the battery pack according to the present invention includes a secondary battery 110, a cooling fin 120, and a manifold.

이차 전지(110)는 전극 조립체, 전극탭 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다. 이차 전지는 단독으로 이용될 수도 있으나 용량이나 출력 등을 증가시키기 위해 다수가 전기적으로 연결된 형태로 이용되는 경우가 많다. 다수의 이차전지(110)는 다수개가 일정 거리 이격되어 하나의 배터리 팩을 이루도록 구성될 수 있다. The secondary battery 110 may include an electrode assembly, an electrode tab, and a pouch case. The secondary battery may be used alone, but in many cases, the secondary battery is used in an electrically connected manner to increase the capacity or output. A plurality of secondary batteries 110 may be spaced apart from each other by a predetermined distance to form one battery pack.

냉각핀(120)은 다수개의 이차 전지(110) 사이에 개재될 수 있다. 냉각핀(120)은 다수의 이차 전지가 서로 적층되어 있는 경우 이차 전지(110)에서 발생하는 열이 합산되고, 상호 밀집 구조로 인해 더욱 더 많은 열이 발생하여 온도 상승을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이때, 냉각핀(120)은 물과 같은 냉매를 통해 수냉식으로 냉각이 이루어질 수 있으며, 냉매가 흐를 수 있도록 관 형태의 냉각 유로가 형성될 수 있다. 또한, 냉각핀(120)은 다양한 형태 및 방식으로 형성될 수 있으나 일반적으로 열도전성 재질의 플레이트로 형성될 수 있다.
The cooling fin 120 may be interposed between the plurality of secondary batteries 110. When the plurality of secondary batteries are stacked on one another, the heat generated by the secondary batteries 110 is accumulated and the cooling fin 120 generates more heat due to the mutual denser structure, have. At this time, the cooling fin 120 may be cooled in a water-cooled manner through a coolant such as water, and a cooling channel in the form of a tube may be formed to allow the coolant to flow. In addition, the cooling fin 120 may be formed in various forms and schemes, but may be generally formed of a plate made of a thermally conductive material.

매니폴드(130)은 냉각핀(120)에 결합될 수 있다. 이때 매니폴드는 관 형태로 유로가 형성되어 있어서, 냉각핀(120)과 결합하였을 때, 매니폴드(130)을 따라 냉매가 이동하여, 냉각핀(120)의 냉각 유로로 순환할 수 있다.
The manifold 130 may be coupled to the cooling fin 120. When the manifold 130 is coupled with the cooling fin 120, the refrigerant can move along the manifold 130 and circulate through the cooling channel of the cooling fin 120. [

본 발명에 있어서, 본체(131)는 내부에 빈 공간이 형성되며, 대략 관 형태로 형성될 수 있다. 이때 본체(131)의 빈 공간은 유로가 될 수 있으며, 이러한 유로를 따라서 냉매가 흐를 수 있다. 또한, 본체(131)는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등과 같은 고분자 소재로 형성될 수 있다.
In the present invention, the main body 131 has a hollow space formed therein, and may be formed in a substantially tubular shape. At this time, the empty space of the main body 131 may be a flow path, and the refrigerant may flow along the flow path. In addition, the main body 131 may be formed of a polymer material such as polyethylene and polypropylene.

본 발명에 있어서, 상기 본체는 상기 고분자 소재에 더하여 상변화 물질(PCM, Phase change material)을 더 포함할 수 있다. 상기 상변화 물질(PCM, Phase change material)은 온도의 변화에 따라 상(phase)이 변하는 것으로서 고체에서 액체, 액체에서 기체 등 하나의 상태에서 또 다른 상태로 변하는 과정에서 열을 축적하거나 저장한 열을 방출하는 물질을 말한다. 본 발명에 있어서 상기 상변화물질은 본체의 내부, 더욱 상세하게는 본체의 벽체 내에 존재하다가 고온의 냉각수가 유입되면 액체 상태로 변화되며 상변화 물질이 액화되는 과정에서 PCM의 흡열 작용이 이루어지며, 이와 같은 PCM의 흡열 작용은 그 상태가 고체로부터 액체로 상변이 될 때까지 이루어진다.
In the present invention, the body may further include a phase change material (PCM) in addition to the polymer material. The phase change material (PCM) is a phase change material that changes the phase according to a change in temperature. The phase change material (PCM) is a phase change material that changes a phase from a solid state to a liquid state, . ≪ / RTI > In the present invention, the phase change material is present in the interior of the body, more specifically, in the wall of the body. When the high temperature cooling water is introduced, the phase change material changes into a liquid state. The endothermic action of the PCM occurs until the state of the PCM becomes a phase from solid to liquid.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 상변화물질은 유기계 PCM, 무기계 PCM, 공융 PCM 또는 이중 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 유기계 PCM은 유사한 융해, 자가 핵형성을 가지며, 상기 매니폴드 본체로 사용되는 재질에 대해 비부식성을 갖는다. 특히 유기 PCM은 화학적으로 안정하며 상분리가 잘 일어나지 않는 온도 범위를 가지는 장점이 있다. 그러나 낮은 잠열 용적을 나타내므로 후술하는 무기계 PCM과 적절하게 혼합하여 사용하는 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유기계 PCM은 파라핀계 PCM 및/또는 비파라핀계 PCM일 수 있다. 구체적으로 상기 비파라핀계 PCM으로는 은 1-dodecanol, 1-tetradecanol, vinyl acetate 등이 있다.
In one specific embodiment of the present invention, the phase change material may be organic PCM, inorganic PCM, eutectic PCM or a mixture of two or more of the two. The organic PCM has similar melting, autogenous nucleation and is non-corrosive to the material used in the manifold body. In particular, the organic PCM is chemically stable and has a temperature range in which phase separation does not occur well. However, since it exhibits a low latent heat capacity, it is preferable to use it by appropriately mixing it with the inorganic PCM described later. Also, the organic PCM may be paraffin PCM and / or non-paraffin PCM. Specific examples of the non-paraffinic PCM include silver 1-dodecanol, 1-tetradecanol, and vinyl acetate.

무기계 PCM은 단위 체적당 높은 잠열을 가지며 부피가 작고 비인화성인 물질이다. 그러나 매니폴드 본체로 사용되는 재질에 대해 부식성을 나타낸다. 상기 무기계 PCM은 이의 비제한적인 예로써, CaCl2·6H2O, Zn(NO3)2·6H2O, KF·4H2O, Na2S2O3·5H2O, Na2SO4·10H2O, Mn(NO3)2·6H2O, LiNO3·3H2O, Na(CH3COO)·3H2O 등이 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
Inorganic PCM is a material that has a high latent heat per unit volume and is small in volume and non-flammable. However, it is corrosive to materials used as the manifold body. The inorganic PCM includes, but is not limited to, CaCl 2 .6H 2 O, Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O, KF 4H 2 O, Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O, Na 2 SO 4 , 10H 2 O, Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O, LiNO 3 .3H 2 O, Na (CH 3 COO) 3H 2 O and the like.

공융 PCM은 둘 이상의 성분의 혼합물인 것으로서 최저 온도에서 융해하는 공융 혼합물의 특성을 갖는 것이다. 이러한 공융 PCM은 액화되는 속도가 빨라 냉매와 빠르게 열교환이 되는 장점이 있다. 상기 공융 PCM은 Ca(NO3)2·4H2O와 Mg(NO3)2·6H2O의 공융 PCM, 우레아(urea)와 아세트아미드(acetamide)의 공융 PCM, CaCl2, NaCl, KCl 및 H2O의 공융 PCM, CaCl2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM, Na(CH3COO)·3H2O와 CO(NH2)의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 NH4NO3의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM 및 나프탈렌(Naphtalene)과 벤조산(Benzoic acid)의 공융 PCM을 예로 들 수 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
The eutectic PCM is a mixture of two or more components with properties of a eutectic mixture that melts at the lowest temperature. This eutectic PCM has the advantage of rapid liquefaction and rapid heat exchange with the refrigerant. The eutectic PCM was prepared from eutectic PCM of Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O and Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O, eutectic PCM of urea and acetamide, CaCl 2 , NaCl, eutectic of H 2 O PCM, CaCl 2 · 6H 2 O and eutectic of MgCl 2 · 6H 2 O eutectic PCM, Na (CH 3 COO) · 3H 2 O and CO (NH 2) of the PCM, Mg (NO 3) 2 Eutectic PCM of 6H 2 O and NH 4 NO 3 , eutectic PCM of Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O and MgCl 2 .6H 2 O, and eutectic PCM of naphtalene and benzoic acid But is not limited thereto.

또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 PCM은 형태 안정화 PCM(shape stabilized PCM, SSPCM)을 포함할 수 있다. PCM은 액체 상태에서 누출이 발생할 우려가 있으므로 본체에 안정적으로 존재하도록 하기 위해 형태가 안정적으로 유지될 필요가 있다. 이러한 SSPCM은 예를 들어 다공성 물질에 함침된 형태인 함침 PCM이거나, 적절한 지지체와 혼합된 혼합 PCM 이거나 캡슐화 PCM, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
Further, in a specific embodiment of the present invention, the PCM may include shape stabilized PCM (SSPCM). Since the PCM may leak in a liquid state, the shape of the PCM needs to be stably maintained in order to stably exist in the main body. Such an SSPCM may be, for example, an impregnated PCM in the form impregnated with a porous material, a mixed PCM mixed with a suitable support, an encapsulated PCM, or a mixture thereof.

상기 함침 PCM은 석고보드나 콘크리트와 같은 다공성 재료에 PCM을 삽입함으로써 수득될 수 있다. 상기 다공성 재료에 존재하는 기공 내에 PCM이 자리를 잡음으로써 PCM의 액화시 누출을 방지할 수 있다.
The impregnated PCM can be obtained by inserting PCM into a porous material such as gypsum board or concrete. PCM can be placed in the pores present in the porous material to prevent leaks when the PCM is liquefied.

또한, 상기 혼합 PCM은 액상의 PCM과 지지체를 혼합하는 방법으로 얻어질 수 있다. 예를 들어 옥타데칸(octadecane)과 HDPE(High density poly ethylene)을 혼합한 후 크롬산 처리를 하고 적절한 첨가제를 투입한 후 가열하는 방법으로 혼합 PCM을 제조할 수 있다. In addition, the mixed PCM can be obtained by mixing a liquid PCM and a support. For example, mixed PCM can be prepared by mixing octadecane with HDPE (high density poly ethylene), treating with chromic acid, adding appropriate additives, and heating.

또한, 상기 캡슐화 PCM은 젤라틴과 아라빅 고무의 코아세르베이션 반응을 통한 방법, 코코 지방산과 PCM을 이용한 캡슐화 방법, n-헥사데칸과 PMMA(poly methyl meth acrylate)를 이용한 방법, 아크릴계 고분자에 의한 PEG(poly ethylene glycol)의 캡슐과 방법, 폴리 비닐 아세테이트와 테라데칸을 잉요한 캡슐화 방법 등 다양한 방법에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 캡슐과 PCM은 캡슐의 벽물질에 의해 중량대비 일반 PCM보다 에너지 저장성이 저하될 수 있으나 형태 안정성이 가장 우수한 측면이 있다.
In addition, the encapsulated PCM can be produced by a method of coacervation reaction of gelatin and arabic rubbers, a method of encapsulating coco fatty acid with PCM, a method using n-hexadecane and PMMA (poly methyl methacrylate) (poly ethylene glycol) encapsulation method, polyvinyl acetate and teradecane encapsulation method, and the like. These capsules and PCM can be degraded more energy-saving than general PCM by weight due to the wall material of capsules, but they have the best shape stability.

이와 같은 과정에서 PCM이 고체로부터 액체로 변화되는 상변화 잠열을 이용하게 되므로 본 발명에 따른 매니폴드는 배터리 팩의 냉각성능이 매우 우수하다.
In this process, since the PCM uses a phase change latent heat that changes from solid to liquid, the manifold according to the present invention has excellent cooling performance of the battery pack.

본 발명에 따른 배터리 팩은 PCM의 상변화 잠열을 이용한 효과적인 냉각 작용에 의해 구비되는 냉각장치의 부피를 종래의 냉각 장치에 비해 작게 설계할 수 있다.
The battery pack according to the present invention can design the volume of the cooling device provided by the effective cooling function using the phase change latent heat of the PCM to be smaller than that of the conventional cooling device.

상기 포트는 본체(131)로부터 연장 형성되어 냉각핀(120)이 삽입될 수 있도록 유로가 형성되어 있다. 포트(132)는 적어도 하나 이상으로 이루어지도록 구성될 수 있다. 예를 들어 도 1에서는 포트(132)가 10개로 형성된 것이 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 포트(132)는 냉각핀(120)과의 결합 형태에 따라 다양한 개수로 포함될 수 있으며 도면에 도시된 것과 달리 포트가 10개 초과 또는 10개 미만을 포함하는 경우도 가능함을 자명하다. The port is formed so as to extend from the main body 131 and to insert the cooling fin 120 therein. The port 132 may be configured to comprise at least one or more. For example, in FIG. 1, the number of the ports 132 is shown to be 10, but it is not limited thereto. That is, the port 132 may be included in various numbers depending on the type of coupling with the cooling pin 120, and it is apparent that the port may include more than 10 or less than 10, unlike the one shown in the drawing.

이때, 포트(132)는 냉각핀(120)과 결합을 하기 위해서, 탄성체 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 탄성체는 스티렌, 에틸렌, 부틸렌, 프로필렌, 및 디엔(diene)등으로 구성될 수 있다. 실링부재(133)는 오링(O-Ring) 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 실링부재(133)는 하나의 포트에 하나 또는 그 이상 결합되어 있을 수 있는 것으로서, 포트(132)와의 결합 형태에 따라 다양한 개수로 포함될 수 있다. 또한, 실링부재(133)는 니트릴 고무, 실리콘, 나이론 등의 탄성을 가진 재질로 형성될 수 있으며, 포트(132)를 감싸도록 끼움 결합될 수 있다. 보다 상세하게, 실링부재(133)는 탄성체 재질로 형성된 포트(132)에 냉각핀(120)이 삽입될 때, 실링 효과를 강화시킬 수 있다. 즉, 실링부재(133)는 포트(132)에 냉각핀(120)이 삽입된 상태에서, 포트(132)를 내측 방향으로 가압함으로써, 포트(132)와 실링부재(133)의 삽입 부분이 서로 잘 밀착되도록 할 수 있다. 그리고, 이러한 실링부재(133)의 가압력으로 인해, 포트(132)가 팽창 상태로 영구변형되어 실링력이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 장점도 있다.
At this time, the port 132 may be formed of an elastic material so as to engage with the cooling fin 120. For example, the elastic body may be composed of styrene, ethylene, butylene, propylene, diene, or the like. The sealing member 133 may be formed in the form of an O-ring. According to a specific embodiment of the present invention, the sealing member 133 may be coupled to one port or one or more ports, and may be included in various numbers depending on the type of connection with the port 132. The sealing member 133 may be formed of a material having elasticity such as nitrile rubber, silicone, nylon, or the like, and may be fitted to the port 132 so as to enclose the port 132. More specifically, the sealing member 133 can enhance the sealing effect when the cooling fin 120 is inserted into the port 132 formed of the elastic material. That is, the sealing member 133 presses the port 132 inward in the state where the cooling fin 120 is inserted into the port 132, so that the insertion portion of the port 132 and the sealing member 133 So that it can be closely adhered. The pressing force of the sealing member 133 also makes it possible to prevent the port 132 from being permanently deformed into an expanded state to reduce the sealing force.

본 명세서에서 수냉식 냉각 장치에 수반되는 매니폴드에 대해 서술하였지만, 상기 상변화 물질(PCM, Phase change material)을 포함하는 매니폴드는 적절한 설계 변경을 통해 공냉식 냉각 장치에 적용될 수 있다. Although described herein with respect to a manifold associated with a water-cooled chiller, the manifold comprising the phase change material (PCM) can be applied to an air-cooled chiller system with appropriate design modifications.

한편, 본 발명에 따른 배터리팩은 전기 자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart) 등 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 중대형 전지모듈에 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
Meanwhile, the battery pack according to the present invention includes an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) ; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); And may be used in a middle- or large-sized battery module used as a power source for medium and large-sized devices such as an electric golf cart. However, the present invention is not limited thereto.

본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 본 발명은 이에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Various modifications and variations are possible within the scope of the invention.

100: 배터리 팩
110 : 이차 전지
120: 냉각핀
130: 매니폴드
131: 본체
132: 포트
133: 실링부재
100: Battery pack
110: secondary battery
120: cooling pin
130: manifold
131:
132: Port
133: sealing member

Claims (9)

냉각 유로가 형성된 냉각핀과 연결되는 매니폴드(manifold)이며,
상기 매니폴드는 내부에 빈 공간이 형성되며 냉매가 이동하는 본체; 상기 본체로부터 연장 형성되고 냉각핀이 삽입되는 포트를 포함하고, 상기 본체 및 포트는 고분자 재료 및 상변화물질(PCM, Phase change material)의 혼합물을 포함하는 것인, 배터리팩 냉각 장치용 매니폴드.
And a manifold which is connected to a cooling fin formed with a cooling passage,
The manifold includes a body in which a hollow space is formed and the refrigerant moves; A manifold extending from the body and including a port through which a cooling fin is inserted, the body and port comprising a mixture of a polymeric material and a phase change material (PCM).
제1항에 있어서,
상기 상변화물질은 유기계 PCM, 무기계 PCM 및 공융 PCM으로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상인 것인, 배터리팩 냉각 장치용 매니폴드.
The method according to claim 1,
Wherein the phase change material is at least one selected from the group consisting of organic PCM, inorganic PCM, and eutectic PCM.
제2항에 있어서,
상기 유기계 PCM은 파라핀계 PCM, 비파라핀계 PCM 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인, 배터리팩 냉각 장치용 매니폴드.
3. The method of claim 2,
Wherein the organic PCM comprises paraffinic PCM, non-paraffinic PCM or mixtures thereof.
제3항에 있어서,
상기 비파라핀계 PCM은 1-dodecanol, 1-tetradecanol, vinyl acetate, 또는 이 중 둘 이상의 혼합물인 것인, 배터리 냉각 장치용 매니폴드.
The method of claim 3,
Wherein the non-paraffinic PCM is 1-dodecanol, 1-tetradecanol, vinyl acetate, or a mixture of two or more thereof.
제2항에 있어서,
상기 무기계 PCM은 CaCl2·6H2O, Zn(NO3)2·6H2O, KF·4H2O, Na2S2O3·5H2O, Na2SO4·10H2O, Mn(NO3)2·6H2O, LiNO3·3H2O, Na(CH3COO)·3H2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인, 배터리팩 냉각 장치용 매니폴드.
3. The method of claim 2,
The inorganic PCM may be selected from the group consisting of CaCl 2 .6H 2 O, Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O, KF 4H 2 O, Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O, Na 2 SO 4 .10H 2 O, Mn NO 3) 2 · 6H 2 O , LiNO 3 · 3H 2 O, Na (CH 3 COO) · a manifold for a battery pack cooling system is at least one member selected from the group consisting of 3H 2 O.
제2항에 있어서,
상기 공융 PCM은 Ca(NO3)2·4H2O와 Mg(NO3)2·6H2O의 공융 PCM, 우레아(urea)와 아세트아미드(acetamide)의 공융 PCM, CaCl2, NaCl, KCl 및 H2O의 공융 PCM, CaCl2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM, Na(CH3COO)·3H2O와 CO(NH2)의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 NH4NO3의 공융 PCM, Mg(NO3)2·6H2O와 MgCl2·6H2O의 공융 PCM 및 나프탈렌(Naphtalene)과 벤조산(Benzoic acid)의 공융 PCM으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인, 배터리 팩 냉각 장치용 매니폴드.
3. The method of claim 2,
The eutectic PCM was prepared from eutectic PCM of Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O and Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O, eutectic PCM of urea and acetamide, CaCl 2 , NaCl, eutectic of H 2 O PCM, CaCl 2 · 6H 2 O and eutectic of MgCl 2 · 6H 2 O eutectic PCM, Na (CH 3 COO) · 3H 2 O and CO (NH 2) of the PCM, Mg (NO 3) 2 · Eutectic PCM of 6H 2 O and NH 4 NO 3 , eutectic PCM of Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O and MgCl 2 · 6H 2 O, and eutectic PCM of naphtalene and benzoic acid Wherein said at least one battery pack is at least one selected from the group consisting of:
제1항에 있어서,
상기 PCM은 형태 안정화 PCM인 것인, 배터리 팩 냉각 장치용 매니폴드.
The method according to claim 1,
Wherein the PCM is a shape stabilized PCM.
제7항에 있어서,
상기 형태 안정화 PCM은 다공성 물질에 함침된 형태의 PCM, 캡슐화된 PCM, 지지체와 혼합된 PCM 또는 이 중 둘 이상인 것인, 배터리 팩 냉각 장치용 매니폴드.
8. The method of claim 7,
Wherein the shape-stable PCM is a PCM impregnated with a porous material, an encapsulated PCM, a PCM mixed with a support, or two or more thereof.
다수의 이차전지;
상기 이차 전지 사이에 구비되며 내부에 냉각 유로가 형성된 냉각핀; 및
상기 냉각핀에 결합되는 매니폴드;를 포함하되,
상기 매니폴드는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 것인, 배터리 팩.
A plurality of secondary batteries;
A cooling fin provided between the secondary cells and having a cooling passage formed therein; And
And a manifold coupled to the cooling fin,
Wherein the manifold is according to any one of claims 1 to 8.
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