KR20170113905A - 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩 - Google Patents

방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20170113905A
KR20170113905A KR1020160037559A KR20160037559A KR20170113905A KR 20170113905 A KR20170113905 A KR 20170113905A KR 1020160037559 A KR1020160037559 A KR 1020160037559A KR 20160037559 A KR20160037559 A KR 20160037559A KR 20170113905 A KR20170113905 A KR 20170113905A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
frame
heat dissipation
batteries
plastic
Prior art date
Application number
KR1020160037559A
Other languages
English (en)
Inventor
황승재
Original Assignee
주식회사 아모그린텍
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 주식회사 아모그린텍 filed Critical 주식회사 아모그린텍
Priority to KR1020160037559A priority Critical patent/KR20170113905A/ko
Priority to US16/086,918 priority patent/US11177518B2/en
Priority to EP17775813.3A priority patent/EP3442075A4/en
Priority to CN201780020716.XA priority patent/CN108886185B/zh
Priority to PCT/KR2017/003398 priority patent/WO2017171389A2/ko
Publication of KR20170113905A publication Critical patent/KR20170113905A/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
    • 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
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • 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
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • 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
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H01M2/1083—
    • 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
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • 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
    • 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • Y02E60/12—
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y02T10/7011—

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)

Abstract

본 발명은 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩에 관한 것으로, 방열 카트리지는 한쌍의 배터리를 수용할 수 있도록 중앙 영역에 형성된 수용 관통홀 및 상기 수용 관통홀의 측벽에 형성되어 상기 한쌍의 배터리를 안착시키는 안착부를 포함하는 프레임 구조체로 이루어지고, 상기 프레임 구조체는 방열 플라스틱으로 성형되고 알루미늄 프레임이 인서트 사출성형된 것을 특징으로 한다.

Description

방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩{Heat dissipation cartridge and battery pack for electric vehicle using the same}
본 발명은 방열 카트리지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 제조단가를 감소시키고, 방열 특성을 향상시키고, 균일한 방열 성능을 얻을 수 있고, 강성이 우수하고 변형 발생을 방지할 수 있는 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩에 관한 것이다.
최근, 전기자동차, 휴대용 전화기, 노트북, 디지털 카메라 등 박형의 에너지 저장장치의 수요 또한 급격히 증가되고 있다.
이와 같은 박형의 에너지 저장장치는 이차전지가 사용되고 있으며, 이차전지 중에서 고에너지밀도와 고출력 구동이 가능한 리튬이차전지의 사용이 증가되고 있다.
리튬이차전지는 파우치 형태의 배터리로 제작되어 박형의 구조를 달성하고 있고, 파우치 형태의 배터리는 다수를 연결하여 작은 면적에 고용량 전지를 얻을 수 있는 잇점이 있다.
여기서, 파우치 형태의 배터리를 다수를 연결하는 경우 용량은 증가하지만 각각의 배터리가 충방전될 때 발생된 열이 작은 면적에 집중되어 안정적으로 장시간 구동하는데 어려움이 있다.
현재, 파우치 형태의 배터리의 열을 외부로 추출하는 기술 개발이 필요한 실정이다.
한국 공개특허공보 제2009-0107443호는 배터리 셀들 사이에 층간 삽입되는 방열 플레이트로서, 매트릭스 수지에 열전도성 필러가 충전되어 이루어진 복합재 시트와, 복합재 시트의 내부에 삽입된 탄소섬유들로 구성되고, 탄소섬유들이 복합재 시트의 내부에서 방열 플레이트의 가장자리부로 연장되도록 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈용 방열 플레이트가 개시되어 있다.
선행기술의 방열 플레이트는 배터리 셀들 사이에 층간에 삽입되어 배터리를 적층하는 경우 방열 플레이트의 두께가 추가된 만큼 적층된 모듈의 두께가 두꺼워져 동일면적에 많은 수의 배터리를 적층할 수 없어 용량이 감소되는 문제점이 있다.
또한, 선행기술은 추가된 방열 플레이트의 개수만큼 제조 경비가 더 증가되는 단점이 있다.
한국 공개특허공보 제2009-0107443호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 제조단가를 감소시키고, 방열 특성을 향상시키고, 균일한 방열 성능을 얻을 수 있고, 강성이 우수하고 변형 발생을 방지할 수 있는 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 동일면적에 많은 수의 배터리를 적층 조립하여 고용량을 구현할 수 있는 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 배터리에서 발생된 열을 효율적으로 방열할 수 있는 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩을 제공하는데 있다.
상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 의한 방열 카트리지는, 한쌍의 배터리를 수용할 수 있도록 중앙 영역에 형성된 수용 관통홀 및 상기 수용 관통홀의 측벽에 형성되어 상기 한쌍의 배터리를 안착시키는 안착부를 포함하는 프레임 구조체로 이루어지고, 상기 프레임 구조체는 방열 플라스틱으로 성형되고 알루미늄 프레임이 인서트 사출성형된 것을 특징으로 한다.
상기 프레임 구조체는 횡방향으로 배열된 방열 플라스틱 프레임; 및 상기 방열 플라스틱 프레임에 인서트 성형되어 연결되며 종방향으로 배열된 알루미늄 프레임;으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 알루미늄 프레임이 절연성을 유지하기 위하여 상기 알루미늄 프레임의 표면이 양극산화되어 형성된 알루미나(Al2O3)로 이루어진 산화 피막층을 더 포함할 수 있고, 상기 산화 피막층의 표면에 요철이 형성될 수 있다.
또한, 상기 방열 플라스틱 프레임에 인서트 사출된 절연성 플라스틱판을 더 포함할 수 있고, 상기 한쌍의 배터리는 파우치형 배터리이고, 상기 파우치형 배터리의 전극단자가 상기 절연성 플라스틱판 상에 올려져 조립될 수 있다.
또, 배터리에서 발생된 열을 신속하게 방출하기 위하여, 상기 방열 플라스틱 프레임과 인서트 몰딩된 금속판을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 금속판은 상기 안착부에 근접된 방열 플라스틱 프레임 영역에 인서트 몰딩될 수 있다.
이러한 금속판은 한면이 외부로 노출되어 냉각모듈과 같은 열교환기와 접촉하여 내부의 열을 신속하게 열교환기로 전달하여 방열특성을 높일 수 있다.
게다가, 상기 방열 플라스틱 프레임의 안착부에 인서트 사출된 TIM(Thermal Interface Material)을 더 포함할 수 있으며, 상기 안착부에 형성된 결합홈에 TIM이 결합될 수 있다.
더불어, 상기 안착부는 상기 수용 관통홀의 측벽을 수평 이분할하도록 상기 수용 관통홀의 측벽으로부터 돌출된 돌기일 수 있다.
그리고, 상기 방열 플라스틱은 절연성 방열 필러를 분산시킨 성형가능한 수지일 수 있으며, 상기 수용 관통홀의 깊이는 상기 한쌍의 배터리의 두께와 실질적으로 동일하거나 또는 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기자동차용 전지팩은, 상술된 방열 카트리지가 다수 적층되어 구현될 수 있다.
본 발명에 의하면, 저가인 알루미늄 프레임을 인서트하여 방열 플라스틱 프레임을 사출성형하여 방열 카트리지를 구현함으로써, 제조단가를 획기적으로 낮출 수 있으며, 방열 특성을 향상시키고, 강성이 우수하고 변형 발생을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 방열 카트리지의 짧은 프레임 영역을 방열 플라스틱으로 사출성형하고 상대적으로 긴 프레임 영역을 알루미늄 프레임으로 인서트함으로써, 균일한 방열 특성을 가질 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 한쌍의 배터리 두께와 실질적으로 동일한 두께를 가지는 방열 카트리지의 수용 관통홀에 한쌍의 배터리를 장착할 수 있으므로, 다수의 방열 카트리지가 적층된 전지팩에 동일면적 대비 많은 수의 배터리를 내장할 수 있어 전지팩의 슬림화, 경박화 및 고용량화가 가능한 잇점이 있다.
본 발명에 의하면, 방열 카트리지에 장착된 한쌍의 배터리가 수용 관통홀의 측벽에 돌출된 안착부에 접촉 또는 근접되어 구동에 의해 배터리에서 발생된 열을 안착부를 통하여 신속하게 방열할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 방열 플라스틱 프레임의 안착부에 TIM(Thermal Interface Material)을 인서트 사출 또는 결합하여 접촉 열저항을 감소시켜 열방출을 원활할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 안착부에 근접된 방열 플라스틱 프레임 영역에 열전도도가 높은 금속판을 인서트 몰딩하여 배터리에서 발생된 열을 안착부 및 금속판을 통하여 신속하게 외부로 방출할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방열 카트리지의 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 방열 카트리지에 배터리가 장착된 상태의 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 방열 카트리지에 한쌍의 배터리가 장착된 상태의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 방열 카트리지에 적용된 알루미늄 프레임에 산화 피막층이 형성된 상태의 일부 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 전기자동차용 전지팩의 개념적인 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 방열 카트리지에 금속판이 형성된 상태를 도시한 일부 단면도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 방열 카트리지의 안착부에 TIM이 결합된 상태의 일부 단면도,
도 8을 본 발명에 따른 방열 플라스틱의 방열 플라스틱 프레임에 절연성 플라스틱이 형성된 상태를 도시한 일부 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 방열 카트리지(600)는 다수의 배터리의 장착 효율을 증가시켜 동일면적에 많은 수의 배터리를 장착할 수 있고, 방열 플라스틱의 사출 구조체에 알루미늄 프레임을 인서트 몰딩하여 제조 단가를 감소시킬 수 있도록 획기적인 카트리지 구조 및 소재의 결합으로 구현된다.
즉, 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 방열 카트리지(600)는 한쌍의 배터리를 수용할 수 있도록 중앙 영역에 형성된 수용 관통홀(610) 및 상기 수용 관통홀(610)의 측벽에 형성되어 상기 한쌍의 배터리를 안착시키는 안착부(601a,602a)를 포함하는 프레임 구조체로 이루어지고, 상기 프레임 구조체는 방열 플라스틱으로 성형되고 알루미늄 프레임(602)이 인서트 사출성형된 것을 특징으로 한다.
프레임 구조체는 한쌍의 배터리가 수용되는 수용 관통홀(610)을 가지며, 횡방향으로 배열된 방열 플라스틱 프레임(601); 및 상기 방열 플라스틱 프레임(601)에 인서트 성형되어 연결되며 종방향으로 배열된 알루미늄 프레임(602);으로 이루어진다.
여기서, 프레임 구조체는 장방형 사각 프레임 구조이며, 알루미늄 프레임(602)의 길이(L1)가 방열 플라스틱 프레임(601)의 길이(L2)보다 길다.
즉, 방열 카트리지(600)를 고가인 방열 플라스틱으로 사출 성형하여 제조하게 되면 제조단가가 높아 시장성이 저하될 수 있으므로, 본 발명에서는 저가인 알루미늄 프레임(602)을 인서트하여 방열 플라스틱 프레임(601)을 사출성형하여 방열 카트리지(600)를 구현함으로써, 제조단가를 획기적으로 낮출 수 있다.
또한, 방열 플라스틱으로만 사출성형하여 방열 카트리지(600)를 제조하는 경우, 방열 필러가 분산된 수지인 방열 플라스틱이 금형으로 주입시 무거운 방열 필러는 수지보다 흐름성이 좋지 않아, 방열 카트리지(600) 내에 방열 필러가 국부적인 영역에 집중될 수 있어 균일한 방열 효율을 얻을 수 없는 단점이 있다.
그러므로, 본 발명에서는 방열 카트리지(600)의 짧은 프레임 영역을 방열 플라스틱으로 사출성형하여 방열 플라스틱 프레임(601)을 구현하고 상대적으로 긴 프레임 영역을 알루미늄 프레임(602)으로 인서트함으로써, 사출성형되는 크기가 감소되어 방열 플라스틱 프레임(601)은 보다 균일한 방열 특성을 가질 수 있다.
아울러, 알루미늄 프레임(602)은 방열 플라스틱 프레임(601)보다 열전도 특성이 월등이 우수하여 방열 카트리지(600)의 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
더불어, 방열 플라스틱으로 사출성형한 단독의 방열 플라스틱 프레임(601)으로 프레임 구조체를 구현하는 것보다, 본 발명과 같이, 알루미늄 프레임(602)이 인서트하여 방열 플라스틱 프레임(601)을 사출성형하여 프레임 구조체를 제작하면, 강성이 우수하고 외력에 의한 뒤틀림과 같은 변형 발생을 방지할 수 있다.
방열 카트리지(600)는 방열 플라스틱 프레임(601)과 알루미늄 프레임(602)으로 이루어져 내측에 수용 관통홀(610)이 마련된 장방형 사각 프레임 구조이므로, 방열 플라스틱 프레임(601)과 알루미늄 프레임(602) 각각은 수용 관통홀(610)의 측벽을 가지고 있고, 이 측벽에 안착부(601a,602a)가 형성되어 있다.
여기서, 안착부(601a,602a)는 수용 관통홀(610)의 측벽을 수평 이분할하도록 상기 수용 관통홀(610)의 측벽으로부터 돌출된 돌기로, 프레임 구조체의 상부 및 하부를 통하여 수용 관통홀(610)에 한쌍의 배터리를 삽입시켜 안착시킬 수 있다.
이 안착부(601a,602a)는 수용 관통홀(610)의 측벽을 따라 형성되는 것이 바람직하며, 경우에 따라 수용 관통홀(610)의 측벽의 다수의 영역에 분리된 형태로 형성될 수 있다.
배터리는 박형의 에너지 저장장치로 고에너지밀도와 고출력 구동이 가능한 전기화학적으로 충방전되는 파우치형 배터리가 바람직하고, 이 파우치형 배터리는 두 전극과 세퍼레이터, 전해질을 파우치에 넣고 실링하여 제조된다.
방열 플라스틱은 그래핀, 카본 등의 소재로 이루어진 전기 전도성 방열 필러를 분산시킨 비절연 성형가능한 수지와 BN, AlN, MgO, Al2O3, SiO2 등 절연성 방열 필러를 분산시킨 절연 성형가능한 수지가 사용되는데, 일반적으로는 절연성 방열필러를 사용한 절연 방열 플라스틱이 사용되고, 이를 금형에서 사출성형이 가능한 것으로 정의될 수 있고, 절연 방열 필러에 의해 전달된 열을 방열하고, 절연 방열 필러와 수지에 의해 절연성을 가진다.
그러므로, 방열 필러를 함유하고 있는 방열 카트리지(600)는 배터리의 충방전으로 발생된 열을 방열할 수 있다. 이때, 방열 카트리지(600)에 전달된 열을 열교환기가 냉각시킨다. 열교환기는 냉각팬과 같은 공랭식 열교환기, 냉각수를 이용한 수랭식 열교환기 등 방열 카트리지(600)의 온도를 낮출 수 있는 가능한 모든 열교환기를 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 배터리를 방열 카트리지(600)에 장착하여 배터리에서 발생된 열을 효율적으로 방열할 수 있는 장점이 있다.
도 2를 참고하면, 방열 카트리지(600)의 프레임 구조체의 상부에서 안착부(601a,602a)로 제1 배터리(201)를 안착시켜 수용 관통홀(610)의 분할영역에 수용하고, 제2 배터리(미도시)는 프레임 구조체의 하부에서 안착부(601a,602a)로 안착시켜 수용 관통홀(610)의 나머지 분할영역에 수용한다.
이때, 제1 및 제2 배터리(201)의 전극단자는 수용 관통홀(610) 내부에 위치되지 않고 프레임 구조체 상에 밀착된다. 즉, 도 2와 같이, 방열 카트리지의 방열 플라스틱 프레임(601) 상에 제1 배터리(201)의 전극단자(201a,201b)가 밀착되어 있다.
안착부(601a,602a)는 방열 플라스틱 프레임(610) 및 알루미늄 프레임(602) 각각에 형성되어 있다.
한편, 제1 및 제2 배터리(201)를 파우치 형태의 배터리로 사용하는 경우, 파우치 배터리는 가장자리 영역이 내측 영역보다 발열이 크다.
따라서, 본 발명에서는 제1 및 제2 배터리(201)의 충방전시 발생된 열을 제1 및 제2 배터리(201)의 가장자리 영역에서 방열하기 위하여, 제1 및 제2 배터리(201)의 가장자리 영역 사이에 프레임 구조체의 안착부(601a,602a)가 개재되는 구조적인 특징이 있다.
도 3은 본 발명에 따른 방열 카트리지에 한쌍의 배터리가 장착된 상태를 설명하기 위하여, 도 2의 a-a'선으로 절개한 단면도이다.
즉, 방열 카트리지(600)의 프레임 구조체의 수용 관통홀(610)에 제1 및 제2 배터리(201,202)가 수용되어 조립된다.
그러므로, 제1 및 제2 배터리(201,202) 가장자리 사이에 위치된 안착부(120)로 인하여 방열 카트리지(600)의 수용 관통홀(610)은 2개의 영역으로 분할되고, 분할된 2개의 영역에 제1 및 제2 배터리(201,202)가 각각 수용되어 원활한 조립정렬을 얻을 수 있다. 도 3에는 방열 플라스틱 프레임(601)에 형성된 안착부(601a)이 도시되어 있다.
여기서, 방열 카트리지(600)는 2개의 배터리, 즉 제1 및 제2 배터리(201,202)를 수용 관통홀(610)에 내장하도록 설계된다. 이때, 방열 카트리지(600)의 수용 관통홀(610)의 깊이(D)는 2개의 배터리(201)의 두께(t1+t2)와 실질적으로 동일하거나 다소 클 수 있다.
그러므로, 방열 카트리지(600)의 적층면으로 배터리(201)가 돌출되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 방열 카트리지에 적용된 알루미늄 프레임에 산화 피막층이 형성된 상태의 일부 단면도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명에서는 알루미늄 프레임(602)을 양극 산화하여 알루미늄 프레임(602)의 표면에 알루미나(Al2O3)로 이루어진 산화 피막층을 형성할 수 있다.
즉, 알루미늄 프레임(602)을 전해액 속에서 전압을 인가하면 알루미늄 프레임(602)이 양극 산화되어 알루미나의 산화 피막층을 형성할 수 있다.
이때, 알루미나의 산화 피막층은 열을 잘 방사하는 방사 계수를 높일 수 있고 절연특성을 가지게 된다.
전해액은 산성 전해액이나 알칼리성 전해액을 사용할 수 있지만 산성 전해액이 사용되는 것이 바람직하다. 산성 전해액으로서는 황산, 옥살산, 인산 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한 양극산화 시간과 전류밀도를 조정하여 절연이 필요한 산화 피막층의 두께를 조정할 수 있다.
도 5와 같이, 본 발명에 따른 방열 카트리지(600)는 다수 적층하여 전기자동차용 전지팩(510)으로 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 방열 카트리지(600)에 배터리를 장착하고, 전기자동차용 전지팩(510)을 방열 카트리지(600)를 다수 적층하여 조립함으로써, 적층된 배터리 두께(즉, 도 5의 방열 카트리지(600)의 두께(t)는 한쌍의 배터리 두께와 실질적으로 동일함)와 거의 동일한 전기자동차용 전지팩(510)이 제작되어 슬림하고 경박화되며, 고용량의 전기자동차용 전지팩(510)을 얻을 수 있는 잇점이 있다.
예컨대, 전기자동차용 전지팩에 144개의 배터리가 장착되는 경우, 배터리 사이에 알루미늄핀과 같은 방열핀 또는 선행기술의 방열 플레이트를 개재하여 전지팩을 구현하면 143개의 방열핀 또는 방열 플레이트가 필요하여 전지팩을 경박화할 수 없고, 전지팩에서 143개의 방열핀 또는 방열 플레이트만큼 배터리를 조립할 수 없어 전지용량이 감소된다.
도 6을 참고하면, 본 발명에서는 열전도도가 높은 금속판(150)을 방열 카트리지의 방열 플라스틱 프레임(601)에 인서트 몰딩할 수 있다.
이때, 금속판(150)은 안착부(161a)에 근접된 방열 플라스틱 프레임(601) 영역에 인서트 몰딩되는 것이 바람직하다. 더 세부적으로 설명하면, 금속판(150)은 안착부(161a)에 대응되는 방열 플라스틱 프레임(601) 영역 즉, 방열 플라스틱 프레임(601)의 수용 관통홀 측벽으로부터 돌출되어 구현된 안착부(161a)와 대향하는 방열 플라스틱 프레임(601) 영역에 인서트 몰딩되어, 금속판(150)은 배터리에서 발생된 열을 안착부(161a) 및 금속판(150)을 통하여 신속하게 외부로 방출할 수 있다.
금속판(150)은 열전도도가 우수하고 가격이 저렴한 알루미늄 소재로 구현하는 것이 바람직하다.
상술된 바와 같이, 방열 카트리지의 방열 플라스틱 프레임(601)의 안착부(161a)는 배터리의 가장자리 영역 사이에 위치되어 배터리에서 발생된 열을 방열하는 바, 금속판(150)은 안착부(161a)로부터 가장 근접된 위치에 인서트 몰딩되는 것이 바람직하다.
또한, 인서트 몰딩된 금속판(150)의 일면이 외부로 노출되어 방열 모듈과 접촉하게 된다.
즉, 도 6과 같이, 안착부(161a) 하부의 방열 플라스틱 프레임(601)에 금속판(150)을 위치시키고, 배터리에서 안착부(161a)로 전달된 열을 금속판(150)에서 신속히 열교환기(170)로 전달할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 도 7a와 같이, 방열 카트리지의 방열 플라스틱 프레임(601)의 안착부(161a)에는 TIM(Thermal Interface Material)(130)이 인서트 사출될 수 있다.
그리고, 도 7b에 도시된 바와 같이, 안착부(161a)에 결합홈(121)을 형성하고, 이 결합홈(121)에 TIM(130)을 결합시킬 수 있다.
이러한 안착부(161a)에 TIM(130)이 인서트 사출되어 있거나 결합홈에 결합되어 있으면, 접촉 열저항이 감소되고, 한쌍의 배터리 사이의 공기층이 줄어들어 외부의 열교환기로 열방출을 원활하게 할 수 있다.
TIM(130)의 종류는 방열그리스, 방열시트, 금속판, 열전도성 접착제 등 다양하다.
도 8을 본 발명에 따른 방열 플라스틱의 방열 플라스틱 프레임에 절연성 플라스틱이 형성된 상태를 도시한 일부 평면도이다.
도 8을 참고하면, 방열 플라스틱 프레임(601) 상에 파우치형 배터리의 전극단자(201a,201b)가 올려져 조립된다.
그러므로, 본 발명에서는 파우치형 배터리의 전극단자(201a,201b)가 올려지는 영역에 절연성 플라스틱판(605)을 인서트하여 방열 플라스틱 프레임(601)을 사출성형할 수 있다.
즉, 파우치형 배터리의 전극단자(201a,201b)는 절연성 플라스틱판(605)에 올려져 접촉된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 제조단가를 감소시키고, 방열 특성을 향상시키고, 균일한 방열 성능을 얻을 수 있고, 강성이 우수하고 변형 발생을 방지할 수 있는 방열 카트리지에 적용될 수 있다.
121 : 결합홈 130: TIM 150 : 금속판 170: 열교환기 201,202: 배터리 201a,201b: 전극 단자
510: 전기자동차용 전지팩 600: 방열 카트리지 601: 방열 플라스틱 프레임 601a,602a: 안착부 602: 알루미늄 프레임 605: 절연성 플라스틱판

Claims (13)

  1. 한쌍의 배터리를 수용할 수 있도록 중앙 영역에 형성된 수용 관통홀 및 상기 수용 관통홀의 측벽에 형성되어 상기 한쌍의 배터리를 안착시키는 안착부를 포함하는 프레임 구조체로 이루어지고,
    상기 프레임 구조체는 방열 플라스틱으로 성형되고 알루미늄 프레임이 인서트 사출성형된 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 구조체는 횡방향으로 배열된 방열 플라스틱 프레임; 및
    상기 방열 플라스틱 프레임에 인서트 성형되어 연결되며 종방향으로 배열된 알루미늄 프레임;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 알루미늄 프레임의 표면이 양극산화되어 형성된 알루미나(Al2O3)로 이루어진 산화 피막층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산화 피막층의 표면에 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 방열 플라스틱 프레임에 인서트 사출된 절연성 플라스틱판을 더 포함하고,
    상기 한쌍의 배터리는 파우치형 배터리이고, 상기 파우치형 배터리의 전극단자가 상기 절연성 플라스틱판 상에 올려져 조립되는 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 방열 플라스틱 프레임에 인서트 몰딩된 금속판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속판은 상기 안착부에 근접된 방열 플라스틱 프레임 영역에 인서트 몰딩된 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 방열 플라스틱 프레임의 안착부에 인서트 사출된 TIM(Thermal Interface Material)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방열 플라스틱 프레임의 안착부에 결합홈이 형성되어 있고, 상기 결합홈에 TIM이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 안착부는 상기 수용 관통홀의 측벽을 수평 이분할하도록 상기 수용 관통홀의 측벽으로부터 돌출된 돌기인 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 방열 플라스틱은 절연성 방열 필러를 분산시킨 성형가능한 수지인 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 수용 관통홀의 깊이는 상기 한쌍의 배터리의 두께와 실질적으로 동일하거나 또는 큰 것을 특징으로 하는 방열 카트리지.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방열 카트리지가 다수 적층되어 구현된 전기자동차용 전지팩.
KR1020160037559A 2016-03-29 2016-03-29 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩 KR20170113905A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160037559A KR20170113905A (ko) 2016-03-29 2016-03-29 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩
US16/086,918 US11177518B2 (en) 2016-03-29 2017-03-29 Heat-radiating cartridge, and battery pack for electric vehicle using same
EP17775813.3A EP3442075A4 (en) 2016-03-29 2017-03-29 CARTRIDGE FOR HEAT EXTRACTION AND BATTERY PACK FOR ELECTRIC VEHICLE THEREOF
CN201780020716.XA CN108886185B (zh) 2016-03-29 2017-03-29 散热盒及利用其的电动汽车用电池组
PCT/KR2017/003398 WO2017171389A2 (ko) 2016-03-29 2017-03-29 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160037559A KR20170113905A (ko) 2016-03-29 2016-03-29 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170113905A true KR20170113905A (ko) 2017-10-13

Family

ID=60139545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160037559A KR20170113905A (ko) 2016-03-29 2016-03-29 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170113905A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10446891B2 (en) Submodule and battery module having the same
CN108886184B (zh) 散热模块及利用其的电动汽车用电池组
JP5795816B2 (ja) 弾性押圧部材を有するセルカートリッジ、およびセルカートリッジを備えるセルモジュール
KR102067710B1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
CN107112461B (zh) 包括具有夹持部的盒的电池模块
JP5478099B2 (ja) バッテリパック
WO2011093327A1 (ja) 電池パック
US20060214641A1 (en) Rechargeable battery module
KR100717751B1 (ko) 이차 전지 모듈
JP5457057B2 (ja) バッテリパック
CN209843907U (zh) 二次电池
CN108886185B (zh) 散热盒及利用其的电动汽车用电池组
CN109075410B (zh) 散热盒及利用其的电动汽车用电池组
KR101976588B1 (ko) 조립형 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩
KR101966183B1 (ko) 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩
KR20170113904A (ko) 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩
KR20170113905A (ko) 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩
KR101976589B1 (ko) 방열 카트리지 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩
KR20200109727A (ko) 배터리 모듈
CN112366383B (zh) 二次电池及包括该二次电池的电池模块
WO2023276656A1 (ja) 電池モジュール
US20220077519A1 (en) Battery Module
JP2023515857A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
CN115398714A (zh) 具有改善的电池电芯之间的温度均匀性的电池模块

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application