KR20210021931A - 배터리모듈용 냉각부재 및 이를 포함하는 배터리모듈 - Google Patents

배터리모듈용 냉각부재 및 이를 포함하는 배터리모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20210021931A
KR20210021931A KR1020200104142A KR20200104142A KR20210021931A KR 20210021931 A KR20210021931 A KR 20210021931A KR 1020200104142 A KR1020200104142 A KR 1020200104142A KR 20200104142 A KR20200104142 A KR 20200104142A KR 20210021931 A KR20210021931 A KR 20210021931A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
layer
battery module
heat dissipation
cooling member
Prior art date
Application number
KR1020200104142A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102477196B1 (ko
Inventor
이환구
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
Publication of KR20210021931A publication Critical patent/KR20210021931A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102477196B1 publication Critical patent/KR102477196B1/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
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • 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
    • H01M10/643—Cylindrical cells
    • 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
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • 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
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
    • 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
    • H01M10/658—Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • 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

Abstract

배터리모듈용 냉각부재가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈용 냉각부재는 다수개의 배터리셀과 접촉하여 상기 배터리셀에서 방출되는 열을 외부로 전달시키는 냉각판을 구비한 배터리모듈용 냉각부재로서, 상기 냉각부재는 길이방향을 따라서 주면에 상기 배터리셀의 외부면 적어도 일부를 수용하도록 소정의 패턴을 포함하고, 상기 소정의 패턴 상에 수용될 배터리셀과 냉각판 사이에 개재되도록 상기 냉각판의 외부면 일부 또는 전부를 피복하는 절연성 방열층을 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 열원인 배터리에서 발생되는 열을 외부로 효과적으로 전달시켜 단위 배터리를 보다 우수한 효율로 냉각시키면서 우수한 절연특성의 발현으로 배터리를 안정적으로 전기적 분리시킬 수 있어서 폭발이나 화재를 최소화할 수 있다. 또한, 단위 배터리와 냉각부재를 조립하는 공정이 매우 용이하며, 재작업도 가능하여 배터리모듈의 조립공정 효율이 현저히 향상될 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 배터리모듈용 냉각부재는 대용량의 전장부품에 활용도가 크고, 전기자동차 등 각종 산업전반에 응용될 수 있다.

Description

배터리모듈용 냉각부재 및 이를 포함하는 배터리모듈{Cooling element for battery module, battery module comprising the same}
본 발명은 냉각부재에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 배터리모듈용 냉각부재 및 이를 포함하는 배터리모듈에 관한 것이다.
전지 모듈의 열 방출 특성은 전지의 성능을 좌우할 정도로 매우 중요하다. 전지의 충방전시 열 출입이 수반되며, 이때 발생하는 열량은 단위전지의 용량, 즉 스택킹된 단위전지의 수에 비례한다. 다만, 충방전시 발생한 열은 휴지기 동안에 방출되게 되는데, 두꺼운 전지일수록 방전시 발생한 열이 휴지기 동안에 충분히 방출되지 않는 경향이 있다. 이와 같이 발생한 열이 전지 내에 누적될 경우, 전지내부의 온도 상승을 초래하고 결과적으로 전지 성능이 저하시키며, 심한 경우 폭발의 위험을 초래하게 된다. 특히, 상기 전지 모듈이 전동 청소기, 전동 스쿠터 또는 자동차용의 모터 구동용, 특히 전기자동차의 주 에너지원으로서 대용량 이차 전지가 적용되는 경우, 대전류로 충방전되기 때문에, 전지 내부에서 발생되는 열에 의해 상당한 온도까지 전지의 온도가 상승하게 된다.
한편, 전지모듈에 구비되는 각각의 단위전지 간에는 전기적 분리 및 난연특성이 매우 중요하다. 단위전지 간에 전기적 절연과 난연이 되지 않을 경우 큰 폭발이나 화재의 위험이 상존한다. 또한, 단위전지들 각각과 연결되되 단위전지와 전기적으로 연결되지 않는 부품에 의도하지 않게 연쇄적으로 화염이 전이되 전지모듈을 구비한 장치나, 기기 전체적으로 화재가 확산될 수 있어서 전지모듈 내 부품과 단위전지 간에도 전기적 분리 및 난연이 매우 중요하다. 따라서 전지모듈 내 단위전지와 전기적 연결을 목적으로 하지 않는 부품의 경우 단위전지에서 발생하는 누설에도 전기를 다른 곳으로 전달시키지 못하도록 일정수준 이상의 절연성이 요구된다.
전지모듈 내 단위전지와 전기적 연결을 목적으로 하지 않는 부품 중 단위전지에서 발생되는 열을 외부로 빠르게 방출시키 위한 방열부재가 있을 수 있다. 전지모듈 내 구비되는 단위전지의 개수나 용량이 증가할수록 발생되는 열의 양은 함께 증가하므로 방열부재의 방열성능이 매우 중요하다. 이로 인해 통상적으로 접촉을 통한 열전도도가 높은 재질인 알루미늄과 같은 도전성의 재질이 방열부재로 고려될 수 있다. 그러나 상기 도전성 재질의 방열부재는 열전도도가 우수한 반면에 단위전지와 접촉 시 전기적으로 분리되지 않는, 즉 절연성을 갖추지 못한 문제가 있다.
이에 최근에는 불가피하게 사용되는 도전성 재질의 방열부재와 단열전지 사이에 절연부재를 개재시켜 전지모듈을 구성하는 연구가 활발히 이루어지고 있는데, 절연부재는 방열성능이 없음에 따라서 단위전지에서 발생하는 열을 방열부재로 전달시키지 못하는 문제가 있다. 또한, 절연부재와 방열부재를 함께 구비해서 절연과 방열을 동시에 달성하려는 경우에도 절연부재와 단위전지, 절연부재와 방열부재 사이의 계면에 존재하는 공기층으로 인한 단열효과로 열의 이동이 매우 용이하지 않은 문제가 있다.
이에 따라서 다수개의 단위전지에서 발생하는 많은 양의 열을 빠르게 외부로 전달시키면서도, 절연성이 우수하여 단위전지와 접촉되더라도 전기적으로 분리시킬 수 있는 냉각부재에 대한 연구가 시급한 실정이다.
등록특허공보 제10-1818922호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 열원인 배터리에서 발생되는 열을 효과적으로 외부로 전달시켜 배터리를 보다 우수한 효율로 냉각시키면서 우수한 절연특성의 발현으로 배터리와 전기적으로 분리시킬 수 있는 배터리모듈용 냉각부재 및 이를 포함하는 배터리모듈을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 냉각부재에 단위전지를 조립하여 배터리 모듈을 제조하는 공정이 매우 용이하고, 재작업도 가능하도록 구현된 배터리모듈용 냉각부재를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다수 개의 배터리셀과 접촉하여 상기 배터리셀에서 방출되는 열을 외부로 전달시키는 냉각판을 구비한 배터리모듈용 냉각부재로서, 상기 배터리모듈용 냉각부재는 길이방향을 따라서 주면에 배터리셀의 외부면 적어도 일부를 수용하도록 형성된 소정의 패턴을 포함하고, 상기 소정의 패턴 상에 수용될 배터리셀과 냉각판 사이에 개재되도록 상기 냉각판의 외부면 일부 또는 전부를 피복하는 절연성 방열층을 포함하는 배터리모듈용 냉각부재를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 패턴은 파형단면의 냉각판 또는 파형단면의 절연성 방열층에 의해 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 배터리셀은 원통형일 수 있다.
또한, 상기 냉각판은 내부에 냉매가 흐르는 이동통로를 적어도 하나 구비할 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열층의 내전압이 5kV/mm 이상일 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열층은 실리콘계 매트릭스 내 절연성 방열필러가 분산된 코팅층 또는 패드층일 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열층은 두께가 300 ~ 5000㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 300 ~ 1000㎛, 더 바람직하게는 300 ~ 500㎛일 수 있다. 또한, 이때 절연성 방열층의 쇼어 OO 경도가 35 ~ 50일 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열층은 코팅층이며 상기 코팅층과 냉각판 사이에 실리콘계 프라이머층을 더 포함하거나 상기 절연성 방열층은 패드층이며 상기 패드층을 냉각판에 고정시키기 위하여 패드층과 냉각판 사이에 점착층을 포함하는 고정부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각부재는 절연성 방열층 상에 밀착되어 구비되는 절연부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 냉각부재를 포함하는 배터리모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 냉각부재를 포함하는 전기자동차를 제공한다.
본 발명에 따른 배터리모듈용 냉각부재는 열원인 배터리에서 발생되는 열을 외부로 효과적으로 전달시켜 단위 배터리를 보다 우수한 효율로 냉각시키면서 우수한 절연특성의 발현으로 배터리를 안정적으로 전기적 분리시킬 수 있어서 폭발이나 화재를 최소화할 수 있다.
또한, 단위 배터리와 냉각부재를 조립하는 공정이 매우 용이하며, 재작업도 가능하여 배터리모듈의 조립공정 효율이 현저히 향상될 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 배터리모듈용 냉각부재는 대용량의 전장부품에 활용도가 크고, 전기자동차 등 각종 산업전반에 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도,
도 2는 도 1에서 배터리모듈에서 X-X'경계선에 따른 냉각부재의 단면모식도,
도 3은 패턴이 형성된 냉각판에 코팅된 절연성 방열층의 두께불균일을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 단면모식도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 다른 일예로서 냉각부재의 단면모식도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈에 구비되는 냉각부재의 사시도,
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈에 구비되는 다른 일예로서 냉각부재의 단면모식도,
도 10은 실시예1에 따라서 구현된 냉각부재의 사진, 그리고
도 11은 비교예1에 따라서 구현된 냉각부재의 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도 1 내지 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부재(100)는 다수 개의 배터리셀(200)과 접촉(S), 바람직하게는 면접촉 하고, 접하는 계면을 공기없이 밀착시켜서 상기 배터리셀에서 방출되는 열을 외부로 효율적으로 전달시키기 위한 배터리모듈(1000)용 냉각부재이다.
상기 냉각부재(100)는 냉각판(10)과 상기 냉각판(10)의 외부면 일부 또는 전부를 피복하는 절연성 방열층(20)을 포함한다. 도 2는 절연성 방열층(20)이 냉각판(10)의 전면을 피복하는 것으로 도시되었으나, 도 2와 다르게 냉각판(10)의 일부에만 구비될 수 있고 이 경우 절연성 방열층은 배터리셀(200)의 외부면과 면접촉 하는 냉각부재(100)의 주면(100A,100B) 상의 접촉영역 내에 적어도 구비될 수 있다.
상기 냉각판(10)은 배터리셀(200)에서 방출되는 열을 배터리모듈(1000) 내 다른 냉각부품이나, 배터리모듈 외 냉각장치나 냉각부품으로 전달하는 기능을 담당한다. 상기 냉각판(10)의 형상은 허용된 배터리모듈(1000) 공간 내 구비되는 배터리셀(200)의 개수를 최대로 하면서 다수 개의 배터리셀(200)과 모두 접촉되기에 유리한 형상의 경우 제한이 없다. 일예로 상기 냉각판(10)은 주면(100A,100B)을 갖는 판상의 부재일 수 있고, 더 구체적으로 도 1에 도시된 것과 같이 주면(100A,100B)을 갖는 판상의 부재인 냉각판이 길이방향으로 산과 골이 반복되도록 다수 회 절곡된 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 냉각판(10)의 길이, 폭 및 두께는 배터리모듈의 부피, 허용되는 배터리셀 개수, 배터리 크기 및 내부에 냉매의 이동채널의 포함유무와 이동채널의 크기를 고려해 적절히 선택될 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 냉각판(10)은 열전도성이 높은 재질이 바람직할 수 있고, 일예로 알루미늄, 구리 등의 열전도성이 있는 것으로 알려진 금속 또는 합금일 수 있다. 또는 상기 냉각판(10)은 고분자매트릭스 내 열전도성 방열필러가 구비된 방열플라스틱일 수 있다. 이때, 상기 고분자매트릭스는 공지된 열가소성 수지일 수 있다. 또한, 상기 열전도성 방열필러는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브와 같은 탄소나노튜브, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 그라파이트, 카본블랙 및 탄소-금속 복합체로 이루어진 군에서 1종 이상의 탄소계 방열필러나, 알루미늄, 구리, 철 등의 금속계 방열필러, 및/또는 알루미나, 실리콘규소, 질화붕소와 같은 세라믹계 방열필러가 구비될 수 있다. 또는, 상기 방열플라스틱은 전기전도성 고분자 화합물로 형성된 것일 수도 있다.
또한, 상기 냉각판(10)은 배터리셀(200)에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 방출시키기 위해 내부에 냉매가 흐르는 이동통로(1)를 적어도 하나 구비할 수 있다. 상기 냉매는 공지된 냉매일 수 있으며, 일예로 물, 글라이콜류일 수 있다. 또한, 상기 이동통로(1)의 개수 크기는 냉각판(10)의 크기와 목적하는 열전도효율을 고려하여 적절히 변경될 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 일예로 상기 냉각판(10)의 폭과 두께는 셀의 크기에 따라 결정되며 셀모듈 조립에 문제가 없어야 한다. 내부에 구비된 이동통로(1)의 개수는 2개 이상으로 상하 간격을 유지하면서 냉각수의 흐름의 저항이 최소화 되도록 설계될 수 있다.
다음으로 도 1 내지 도 5에 도시된 것과 같이 상술한 냉각판(10) 상에 구비되는 절연성 방열층(20,20')은 배터리셀(200)과 냉각판(10)을 전기적으로 분리시키는 절연 특성과, 배터리셀(200)과 냉각판(10) 사이의 계면의 열저항을 감소시켜 배터리셀(200)에서 방출된 열을 냉각판(10)으로 빠르게 전달시킬 수 있는 방열 특성을 동시에 갖는 층이다. 상기 절연성 방열층(20,20')은 일예로 내전압특성이 5kV/mm 이상이며, 보다 바람직하게는 10kV/mm ~ 15kV/mm일 수 있다. 또한, 상기 절연성 방열층은 열전도율이 0.8 W/m·K 이상, 보다 바람직하게는 1.0 W/m·K ~ 5.0 W/m·K 일 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열층(20,20')으로 인해서 배터리셀(200)과 냉각판(10) 사이의 계면에 공기층이 실질적으로 포함되지 않을 수 있고, 이를 통해 보다 향상된 열전달 특성을 발현할 수 있다. 또한, 배터리셀(200)과 냉각판(10) 간의 밀착특성, 밀착면적을 증가시킴으로써 배터리셀(200)로부터 열이 효과적으로 냉각판(10)으로 전달되기 유리하다. 이를 위해 도 2에 도시된 같이 절연성 방열층(20)은 냉각판(10)의 적어도 일부를 덮는 코팅층이거나, 도 5에 도시된 것과 같이 절연성 방열층(20')은 고정부재(34)를 통해 냉각판에 밀착하여 부착된 패드층일 수 있다. 상기 코팅층과 패드층의 차이는 코팅층의 경우 냉각판(10)에 직접 절연성 방열층 형성조성물이 처리되어 소정의 두께를 갖는 절연성 방열층(20)을 형성한 것이며, 별도의 고정부재 없이도 절연성 방열층(20)이 직접 다양한 형상을 갖는 냉각판(10) 표면에 부착될 수 있는 이점이 있다. 또한, 별도의 고정부재가 없음에 따라서 이로 인한 열 저항이 발생하지 않아서 배터리셀(200)에서 발생한 열의 전달이 보다 효율적일 수 있다. 상기 패드층의 경우 절연성 방열층 형성조성물이 소정의 두께를 가지는 패드, 시트로 제조된 뒤 냉각판(10)에 적용된 것으로써 별도의 고정부재(34)가 필요하다. 본 발명의 일 실시예에 의한 절연성 방열층(20,20')의 경우 배터리셀(200)과 접촉한 뒤 외부에서 가해지는 진동에도 배터리셀과의 접촉상태를 계속 유지하기 위한 물성으로 압축변형력 이외에도 소정의 점착특성을 갖는데, 소정의 점착특성만으로는 냉각판(10)에 패드층을 계속 부착시키기 어려울 수 있고, 이로 인해서 별도의 고정부재(34)를 통해 냉각판(10)에 부착된다. 패드층은 열저항 측면에서는 코팅층보다 클 수 있으나 냉각판(10)에 고정되어 있는 부착특성은 더 우수할 수 있으며, 균일한 두께를 가지도록 제조되기 용이하므로 위치에 관계없이 일정한 방열특성을 발현하게 할 수 있는 이점이 있다. 두께 균일성에 대해서 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각판(10)은 배터리셀(200)의 외부면 일부를 수용하기 위해서 배터리셀(200)의 외부면 형상에 정합되는 형상으로 제조되고, 일예로 원통형 배터리셀(200)에 대응해서 길이방향으로 산(a1,a2)과 골(b1)이 연속된 파형의 단면을 가지는데 파형의 단면을 갖는 냉각판(10)에 절연성 방열층 형성조성물을 처리해 두께가 균일한 코팅층을 제조하는 것은 용이하지 않다. 즉 냉각판(10)의 상부에 처리된 절연성 방열층 형성조성물은 액상인 성상과 중력으로 인하여 산(a1,a2)에서 골(b1) 방향으로 흐름이 발생할 수 있고, 이로 인해서 산(a1,a2) 부근에 형성된 절연성 방열층(20")의 두께(d1)가 골(b1) 부근에 형성된 절연성 방열층(20")의 두께(d2) 보다 얇을 수 있다. 이러한 두께 차이로 인해 산(a1,a2) 부근에서는 내전압 특성의 저하로 인한 쇼트발생 우려가 커지고, 골(b1) 부근에서는 증가된 두께로 인해서 열저항이 증가되어 열전달 효율이 저하될 우려가 있으며, 오목부의 곡률이 작아짐에 따라서 배터리와 접촉면적이 초도 설계보다 감소함에 따라서 열전달 효율의 감소 폭은 더욱 커질 수 있다. 그러나 절연성 방열층(20,20')을 패드층으로 제조하여 냉각판(10)에 부착 시 냉각판(10)의 형상과 위치에 관계없이 균일한 두께의 절연성 방열층을 구비시킬 수 있는 이점이 있다.
상술한 절연성 방열층(20,20')은 고분자매트릭스(21) 내 방열필러(22)가 분산된 형태일 수 있다.
상기 고분자매트릭스(21)는 소정의 두께를 가지는 시트를 형성할 수 있는 통상적인 고분자 화합물 그 자체이거나, 또는 고분자화합물이 가교되어 형성된 것일 수 있다.
다만, 도 4에 도시된 것과 같이 배터리셀(200)이 냉각부재(100)의 패턴 내 수용된 후 냉각부재(100)와 배터리셀(200) 간에 면접촉이 되고, 더 나아가 패턴과 배터리셀(200) 외부면 간 정합되지 못하여 이들 간 이격된 공차가 존재해도 보유한 압축변형력으로 인해서 밀착특성을 향상시켜서 접촉면적을 증가되며, 소정의 점착특성의 발현으로 진동 등 외력에 의해서 들뜸이 최소화 되고, 조립된 배터리셀(200)과 냉각부재(100)의 상하 방향이나 좌우방향으로 가해지는 외력에도 절연성 방열층(20)이 온전히 유지될 수 있도록 절연성 방열층(20)은 적절한 경도, 압축특성과, 외력에도 냉각판과의 계면에서 들뜸이 발생하지 않는 부착성 등의 물성을 보유하는 것이 바람직하다. 이에 따라 일예로 절연성 방열층(20,20')은 쇼어 경도가 60 이하, 다른 일예로 35 ~ 50 일 수 있다. 만일 쇼어 경도가 50을 초과할 경우 절연성 방열층(200)의 압축변형이 적어서 배터리셀(200)과 절연성 방열층(20) 간의 계면의 밀착력이 충분히 발현되기 어려움에 따라서 방열특성 개선이 미미할 수 있다. 또한, 쇼어 경도가 35 미만일 경우 배터리셀(200)을 장착하거나, 절연성 방열코팅층을 형성시키는 공정 등에서 작업성이 현저히 저하될 우려가 있다. 한편, 본 발명에서 개시하는 쇼어 경도는 쇼어 OO 경도를 의미한다.
또한, 상기 절연성 방열층(20,20')의 고분자매트릭스(21)는 상술하는 물성을 발현할 수 있는 재질인 경우 제한이 없다. 다만 통상적인 매트릭스로 널리 사용되는 에폭시의 경우 경도가 높아 상술한 물성을 만족하기 어렵고, 배터리셀(200)의 상하, 좌우 이동에 따라서 쉽게 깨질 수 있어서 본 발명에 따른 절연성 방열층(20,20')의 고분자 매트릭스 재질로써 바람직하지 못하다. 이에 바람직하게는 상기 고분자매트릭스(21)는 재질이 실리콘계, 아크릴계 등 일 수 있고, 보다 바람직하게는 실리콘계일 수 있다. 구체적으로 상기 고분자매트릭스(21)는 비닐기를 말단에 함유한 폴리디메틸실록산이 부가중합되어 가교된 것일 수 있으며, 이를 통해 상술한 물성을 모두 달성하고, 균일한 두께의 코팅층을 구현하기에 유리할 수 있다.
또한, 상기 방열필러(22)는 방열코팅층에 구비되는 통상적인 방열필러 중 저항 및/또는 유전율이 큰 것이 사용되는 것이 절연특성의 발현에 있어서 중요하다. 이에 대한 일예로 상기 방열필러(22)는 알루미나, 이트리아, 지르코니아, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 탄화규소 및 단결정 실리콘 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 방열필러(22)는 평균입경이 0.5 ~ 200㎛일 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 방열필러는 평균입경이 50㎛이하, 다른 일 예로 20 ~ 40㎛일 수 있다. 여기서 방열필러의 입경은 형상이 구상인 경우 직경이며, 형상이 다면체이거나 비정형일 경우 표면의 서로 다른 두 지점 간 직선거리 중 최장거리를 의미한다.
또한, 상기 방열필러(22)는 절연성 방열층(20,20') 내 함량을 높이면서도 방열필러로 인한 절연성 방열층(20,20')의 유연성 및 압축특성의 저하를 최소화하기 위하여 상기 방열필러는 서로 다른 입경을 갖는 몇 개의 입경군으로 설계될 수 있다. 일예로 상기 방열필러는 입경이 1 ~ 5㎛인 제1방열필러, 입경이 10 ~ 20㎛인 제2방열필러 및 입경이 25 ~ 40㎛인 제3방열필러를 1: 1.5 ~ 3 : 3.5 ~ 5의 중량비로 포함될 수 있고, 이를 통해서 절연성 방열층 내 함량을 80중량% 이상으로 증가시키고, 목적한 효과를 달성하는데 유리할 수 있다.
또한, 상기 방열필러(22)는 절연성 방열층(20,20') 내 함량이 50 ~ 95중량%, 바람직하게는 60 ~ 85 중량%로 함유될 수 있으며, 이를 통해서 절연특성 저하를 최소화하면서 방열특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열층(20,20')은 두께가 300 ~ 5000㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 300 ~ 1000㎛, 더 바람직하게는 300 ~ 500㎛일 수 있다. 두께가 300㎛ 미만일 경우 배터리셀(200)이 냉각부재(100,100')에 형성된 패턴에 수용된 후 넓은 접촉면적으로 밀착되기 위한 압축특성 발현이 어려울 수 있고, 절연특성의 저하가 우려된다. 특히 냉각판(10)에 형성된 패턴의 산 부분과 골 부분에는 절연성 방열층의 두께 차이가 유발될 수 있는데, 산 부분에 형성된 절연성 방열층의 두께가 얇아져서 절연특성이 문제될 수 있다. 또한, 두께가 5000㎛ 초과 시 열저항이 증가하여 원활한 방열이 어려울 수 있다. 또한, 냉각판(10)에 형성된 패턴 상에 코팅을 통해 해당 두께를 구현하기 어려울 수 있으며, 패드층으로 구현한 뒤 부착할 경우에도 패턴에 패드층을 부착하기가 용이하지 않을 수 있다. 또한, 유연성이 저하되어 패턴의 형상에 맞춰서 들뜨지 않게 부착되기 어려울 수 있다. 바람직하게는 1㎛ 이하일 수 있는데, 이를 초과 시 코팅을 통해서 절연성 방열층을 구현하는 것은 매우 어려워질 수 있다. 이에 따라서 코팅을 통한 소정의 두께를 구현 가능하고, 부착 시에도 공정이 용이하고 다양한 형상의 패턴에도 밀착되어 냉각판 상에 고정되기 위하여 더욱 바람직하게 300 ~ 500㎛ 두께를 가질 수 있다.
보다 바람직하게는 절연성 방열층은 두께가 300 ~ 1000㎛이면서 쇼어 경도가 35 ~ 50일 수 있으며, 이를 통해 절연특성을 담보하면서 상승된 방열특성을 구현학 유리할 수 있다.
상술한 절연성 방열층(20,20')을 형성시키는 절연성 방열층 형성조성물에 대해서 설명하면, 일 예로 상술한 것과 같이 바인더 수지로써 실리콘계 수지인 비닐기를 말단에 함유한 폴리디메틸실록산, 방열필러로써 알루미나 및 용매를 포함하고, 기타 경화 시 필요한 촉매나 경화제를 더 함유할 수 있다. 또한 점도가 50,000 ~ 200,000cPs일 수 있으며, 이를 통해서 두께가 300㎛ 이상을 갖는 코팅층을 형성시키기 용이하며, 만일 점도가 이를 만족하지 못할 시 300㎛ 이상의 두께를 갖는 코팅층의 형성이 어려울 수 있다. 또한, 이를 벗어나 낮거나 높은 점도는 균일한 두께를 갖는 절연성 방열층의 구현이 어려울 수 있다.
이러한 절연성 방열층 형성조성물은 코팅 시 바람직하게는 함침을 통해서 코팅층이 형성될 수 있는데, 다른 방법의 경우 굴곡진 패턴을 갖는 냉각판(10)에 300㎛ 이상의 두께를 가지면서 위치에 관계없이 균일한 두께로 절연성 방열층을 형성시키기 어려울 수 있다. 냉각판(10) 상에 처리된 절연성 방열층 형성조성물은 일예로 열을 통해 경화될 수 있으며, 경화조건은 130 ~ 160℃에서 10 ~ 30분일 수 있다. 다만 경화조건은 사용되는 바인더 수지의 종류 등을 고려해 적절히 변경할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 것과 같이 상기 절연성 방열층(20)이 코팅층인 경우 냉각판(10)과의 부착특성을 개선시키기 위하여 냉각판(10)과 절연성 방열층(20) 사이에 프라이머층(30)을 더 포함할 수 있다. 냉각판(10)에 패턴이 형성될 경우 코팅층의 형성, 부착특성 유지가 어려울 수 있는데, 프라이머층(30)은 코팅층인 절연성 방열층(20)의 부착특성을 개선에 도움이 될 수 있다. 상기 프라이머층(30)은 두께가 5 ~ 30㎛일 수 있고, 5㎛ 미만일 경우 진동 등의 외력에 코팅층인 절연성 방열층의 박리가 발생할 수 있으며, 30㎛를 초과시 부착특성 개선 효과가 미미하고, 열저항이 증가하여 방열특성이 저하될 우려가 있다. 상기 프라이머층(30)은 바람직하게는 실리콘계 프라이머를 사용할 수 있고, 이를 통해서 실리콘계 수지를 매트릭스로 사용한 절연성 방열층의 부착특성을 더욱 개선시킬 수 있다.
도 5에 도시된 것과 같이 상기 절연성 방열층(20')이 패드층인 경우 냉각판(10)에 고정시키기 위한 고정부재(34)를 더 포함하며, 상기 고정부재(34)는 공지된 점착 또는 접착 물질을 구비한 부재의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 일 예로 점착층을 포함할 수 있고, 바람직하게는 접착력이 2000gf/inch 이상인 점착층일 수 있고, 해당 물성을 발현할 수 있는 재질인 경우 사용에 제한이 없다. 일예로 상기 점착층은 실리콘계 점착제 또는 아크릴계 점착제일 수 있다. 또한, 상기 점착층은 두께가 10 ~ 100㎛일 수 있고, 일예로 50㎛일 수 있다.
한편, 상기 고정부재(34)는 지지층(32) 양면에 점착층(31,33)을 구비한 것일 수 있고, 상기 지지층(32)은 점착층이나 접착층으로만 이루어진 고정부재의 기계적 강도를 담보하며, 일예로 PET 필름일 수 있다. 상기 지지층(24)의 두께는 10 ~ 50㎛일 수 있고, 일예로 25㎛일 수 있다. 또한, 양면의 점착층(31,33)의 경우 실리콘 패드층인 절연성 방열층(20')에 맞닿는 점착층(31)의 경우 실리콘계 점착층일 수 있으며, 냉각판(10)에 맞닿는 점착층(33)은 아크릴계 점착층일 수 있고, 이를 통해 패턴이 형성된 냉각판(10)에 보다 개선된 고정특성을 발현하기에 유리할 수 있다. 또한, 배터리셀과의 밀착됨으로 인해서 실리콘 패드층인 절연성 방열층(20')에는 압력이 가해질 수 있는데, 실리콘계 점착제는 유연성, 압축특성, 탄성특성이 우수함에 따라서 절연성 방열층(20')에 가해지는 압력에도 절연성 방열층(20')과 의 계면이 들뜨지 않고 부착상태를 유지할 수 있는 이점이 있다. 만일 유연성, 압축특성이 없는 점착층이 사용될 경우 점착력은 우수해도 절연성 방열층(20')에 압력이 가해질 때 절연성 방열층(20')과 점착층 간의 계면에 들뜸이 발생하거나 점착층에 크랙 등의 손상이 발생할 우려가 있다.
상기 절연성 방열층(20')이 절연테이프일 경우 두께는 일예로 50㎛ ~ 2.5㎜, 또는 50 ~ 1000㎛ 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상술한 상기 냉각부재(100,100')는 절연특성을 보다 향상시키기 위해 절연부재를 더 구비할 수 있다. 도 6을 참조하여 설명하면, 냉각부재(100")는 절연성 방열층(20) 상에 절연부재(40)가 밀착되어 구비될 수 있다. 상기 절연부재(40)와 절연성 방열층(20) 사이에는 공기층이 실질적으로 존재하지 않을 수 있고, 이를 통해 공기층으로 인한 열전달 효율 감소가 방지될 수 있다. 이를 위해 상기 절연부재(40)는 밀착력이 우수하도록 열에 의한 수축특성을 갖는 재질일 수 있다.
또한, 상술한 냉각부재(100,100',100")는 길이방향을 따라 소정의 길이를 갖는 판형이거나, 또는 도 7에 도시된 것과 같이 배터리모듈의 한정된 공간 내 배터리셀의 개수를 늘리면서 각각의 배터리셀과 냉각부재(110) 간 접촉면적을 확보 및 증가시키기 위해 냉각부재(110)가 길이방향을 따라서 2회 이상 절곡된 형태일 수도 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 냉각판(10)과 절연 방열층(20,20')을 구비하는 냉각부재(100,100',100")는 상기 배터리셀(200)의 외부면 적어도 일부가 수용되어 면접촉 되도록 길이방향을 따라서 냉각부재(100,100',100")의 주면(100A,100B)에 소정의 패턴이 형성된다. 상기 패턴은 배터리셀(200)의 외부면의 적어도 일부와 정합되는 형상을 가질 수 있고, 이를 통해 배터리셀(200)과 냉각부재(100,100',100")의 주면(100A,100B) 사이에 공기층 없이 용이하게 밀착되어 면접촉 할 수 있는 이점이 있다.
상기 배터리셀(200)의 형상인 원통형인 경우를 상정하여 설명하면 상기 패턴은 도 1 내지 3에 도시된 것과 같이 파형단면의 냉각판(10)에 의해 유래된 것이거나, 또는 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같이 굴곡지지 않은 판상의 냉각판(11) 상에 형성된 파형단면의 절연성 방열층(26,26')에 의해 유래된 것일 수 있다. 또한, 상기 파형단면은 배터리셀(200,210) 외부면 형상, 상기 외부면과 면접촉되는 냉각부재(100,100',100",120,120') 주면의 면적, 냉각부재(100,100',100",120,120') 길이방향을 따라 배치되는 배터리셀(200,210) 간의 간격 등을 고려하여 적절히 변형될 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9에 도시된 절연성 방열층(26,26')은 냉각판(11)을 기준으로 상, 하 파형이 대칭되도록 패턴이 형성되었으나, 이에 제한되지 않고 상부에 형성된 파형과 하부에 형성된 파형 간에 비대칭이 되도록 형성될 수 있고, 파형의 크기, 모양도 다를 수 있다. 또한, 상부에 형성된 파형도 동일한 모양과 크기의 파형이 반복될 수도 있고, 서로 다른 모양과 크기의 파형을 포함할 수도 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기 냉각판(11) 역시 내부에 냉매가 흐를 수 있는 이동채널(2)을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다.
또한, 절연성 방열층(26,26')은 파형단면을 갖도록 형성된 성형된 것일 수 있고, 일예로 고분자매트리스(27) 내 방열필러(28)를 구비하는 성형층일 수 있다. 상기 성형층은 상술한 코팅층인 절연성 방열층(20)에서의 설명과 동일하여 이하 생략한다.
본 발명은 상술한 냉각부재(100,100',100",110,120) 및 상기 냉각부재(100,100',100", 110,120)의 주면에 형성된 소정의 패턴 상에 다수 개의 배터리셀(200,210)을 면접촉하여 배열되는 배터리모듈(1000,2000,2000')을 구현할 수 있다. 상기 배터리셀(200,210)은 공지된 이차전지의 경우 제한없이 사용할 수 있으며, 일예로 리튬이온 전지일 수 있다. 상기 배터리셀(200,210)은 배터리모듈의 목적하는 전기용량 등을 고려하여 적절한 크기를 가질 수 있다. 또한, 상기 배터리셀(200,210)의 형상은 원통형일 수 있는데, 이에 제한되는 것은 아니며 공지의 배터리 형상을 제한 없이 채용할 수 있다. 또한,
배터리모듈(1000,2000,2000') 내 구비되는 배터리셀(200,210)의 개수는 배터리모듈(1000,2000)의 전기용량, 부피를 고려하여 적절히 변경될 수 있어서 본 발명은 이에 대해 한정하지 않는다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예1>
평판형의 알루미늄 부재에 도 1과 같은 파형의 패턴을 형성시켰다. 구현된 알루미늄 부재의 냉각판 상에 실리콘계 프라이머를 두께 15㎛로 형성시킨 뒤 점도가 10,000cps인 절연성 방열층 형성 조성물(비닐기를 양말단에 함유한 폴리디메틸실록산 20중량%, 백금촉매 0.8중량%, 잔량의 평균입경이 32㎛인 알루미나)에 함침시킨 뒤 140℃에서 15분간 열을 가해 경화시켜 최종 두께 400㎛인 절연성 방열층이 형성된 도 10과 같은 냉각부재를 형성시켰다.
구현된 냉각부재의 절연성 방열층의 내전압(breakdown voltage)은 6.5kV/mm이었고, 열전도율은 1.5W/m·K , 쇼어 OO 경도는 45 이었다. 이때, 쇼어 OO 경도는 동일한 절연성 방열층 형성조성물을 이형필름 상에 최종 두께가 400㎛가 되도록 동일한 방법으로 구현한 뒤, 제조된 패드 타입의 절연성 방열층의 쇼어 OO 경도를 측정하였다.
<비교예1>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 냉각판 상에 절연성 방열층 형성 조성물을 처리하지 않고, 두께가 25㎛인 PI 절연필름으로 냉각판을 둘러싼 뒤 총 두께가 6.5mm(돌기 2.5mm)인 돌기가 형성된 고무패드를 둘러싸 도 11과 같은 냉각부재를 형성시켰다.
<실험예1>
실시예1 및 비교예1에 따른 냉각부재의 일면 동일위치에 발열원인 PTC 소자(0.4A, 3.4W)를 부착시킨 뒤 전류를 인가해 발열시켰고, 1시간 뒤 발열원이 설치된 일면(TC1)과, 그 반대면(TC2)의 온도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예1 비교예1
TC1의 온도(℃) 76 120
TC2의 온도(℃) 69.4 59.7
ΔT(℃) 6.6 60.3
표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 절연성 방열층이 구비된 실시예1에 따른 냉각부재는 발열원 측과 그 반대측의 온도가 비교예1 보다 현격히 낮고, 냉각판 양 측의 온도차가 적은 것을 통해서 방열특성이 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
<실시예2>
알루미늄 재질의 폭이 15㎝인 평판의 냉각판을 준비했다. 준비된 냉각판에 직경이 10㎝인 원통형 배터리 단면에서 원주의 1/3이 수용되도록 도 1과 같은 길이방향으로 산과 골이 교대로 형성된 패턴을 형성시켰다. 이후, 실시예1에서 사용된 것과 동일한 절연성 방열층을 동일한 방법으로 형성시켜 하기 표 2와 같은 냉각부재를 구현했다.
<실시예 3 ~ 7>
실시예2와 동일하게 실시하여 제조하되, 절연성 방열층의 두께, 경도, 재질을 하기 표 2와 같이 변경하여 하기 표 2와 같은 냉각부재를 형성시켰다. 이때, 실시예5 ~ 6은 쇼어경도를 조절하기 위하여 경화도를 증가시켰고, 구체적으로 경화시간을 각각 25분, 45분으로 변경하여 쇼어 경도가 50, 60인 절연성 방열층을 구현했다.
이때, 실시예7은 실시예1과 동일한 함량으로 동일 종류의 방열필러를 사용하되, 매트릭스 형성성분으로 비스페놀A 에폭시 성분(국도, YG-011) 100 중량부에 대하여 경화제 DICY를 3 중량부, 용매로써 메틸에틸케톤 200 중량부 혼합하여 절연성 방열층 형성조성물을 제조하였고, 150℃로 30분 간 경화시켰다.
<실험예2>
원통형 배터리에서 발생하는 발열의 방열특성을 간이 평가하기 위하여 원통형 배터리에 대응되는 직경이 10㎝이고 길이가 15㎝인 원통형의 알루미늄 도관을 준비했다. 상기 알루미늄 도관을 발열시키기 위하여 도관 내벽에 발열원인 PTC 소자(0.4A, 3.4W)를 3개 이격시켜 부착시켰다. 이후 실시예2 ~ 실시예7에 따른 냉각부재 일면의 어느 한 골부분에 준비된 원통형 알루미늄 도관을 수용시킨 뒤 PTC 소자에 전류를 인가해 발열시켰고, 알루미늄 도관이 수용된 측의 냉각부재 일면과 그 반대면의 온도를 측정한 뒤 온도차를 계산했고, 실시예2의 온도차를 100%로 기준해서 다른 실시예에서 계산된 온도차를 상대적인 백분율로 표 2에 나타냄으로써 실시예2에 대비한 방열특성을 살펴보았다. 방열특성이 100% 보다 크다는 것은 발열원 측 일면과 그 반대면의 온도차이가 더 크다는 것이며, 결국 두께 방향 방열특성이 실시예2 보다 좋지 못한 것을 의미한다.
절연성방열층 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7
매트릭스 재질 가교된 비닐기 말단 함유 폴리디메틸실록산 가교된 비스페놀A형
에폭시
두께(㎛) 400 300 200 400 400 400
쇼어 OO 경도 45 45 45 50 60 -
방열특성(%) 100 105 121 103 114 143
표 2에서 확인할 수 있듯이, 절연성 방열층의 두께가 감소할 경우 열저항 감소로 방열특성이 향상되어야 하나, 쇼어 OO 경도가 45로 동일한 경우에도 두께가 300㎛ 미만인 실시예4의 경우 실시예3에 대비해 방열특성이 큰 폭으로 저하되었다. 이러한 결과는 두께 감소로 인한 절연성 방열층의 압축 변형량이 적고 이로 인해서 원통형 알루미늄 도관 외부면과 절연성 방열층 간의 밀착력이나 밀착면적이 감소됨에 따른 결과로 예상된다.
또한, 두께가 400㎛로 동일한 경우에도 쇼어경도가 50, 60으로 각각 증가할 때 방열특성이 저하되었으며, 특히 실시예6은 실시예5에 대비해 큰 폭으로 방열특성이 저하된 것을 알 수 있다.
한편, 재질을 에폭시로 변경한 실시예7의 경우 방열특성이 실시예2보다 현저히 저하되었다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1,2: 이동채널 10:11: 냉각판
20,20',26,26': 절연성 방열층 100,100'100",110,120,120': 냉각부재
200,210: 배터리셀 1000,2000,2000': 배터리모듈

Claims (12)

  1. 다수 개의 배터리셀과 접촉하여 상기 배터리셀에서 방출되는 열을 외부로 전달시키는 냉각판을 구비한 배터리모듈용 냉각부재로서, 상기 배터리모듈용 냉각부재는 길이방향을 따라서 주면에 배터리셀의 외부면 적어도 일부를 수용하도록 형성된 소정의 패턴을 포함하고,
    상기 소정의 패턴 상에 수용될 배터리셀과 냉각판 사이에 개재되도록 상기 냉각판의 외부면 일부 또는 전부를 피복하는 절연성 방열층을 포함하는 배터리모듈용 냉각부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴은 파형단면의 냉각판 또는 파형단면의 절연성 방열층에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 배터리모듈용 냉각부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리셀은 원통형인 것을 특징으로 하는 배터리모듈용 냉각부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각판은 내부에 냉매가 흐르는 이동통로를 적어도 하나 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈용 냉각부재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 방열층의 내전압이 5kV/mm 이상인 것을 특징으로 하는 배터리모듈용 냉각부재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 방열층은 실리콘계 매트릭스 내 절연성 방열필러가 분산된 코팅층 또는 패드층인 것을 특징으로 하는 배터리모듈용 냉각부재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 방열층은 두께가 300 ~ 5000㎛인 배터리모듈용 냉각부재.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 절연성 방열층은 코팅층이며 상기 코팅층과 냉각판 사이에 실리콘계 프라이머층을 더 포함하거나
    상기 절연성 방열층은 패드층이며 상기 패드층과 냉각판 사이에 점착층을 포함하는 고정부재를 더 포함하는 배터리모듈용 냉각부재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 방열층은 두께가 300 ~ 1000㎛이며, 쇼어 OO 경도가 35 ~ 50인 것을 특징으로 하는 배터리모듈용 냉각부재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부재는 절연성 방열층 상에 밀착되어 구비되는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈용 냉각부재.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리모듈용 냉각부재; 및
    상기 냉각부재의 패턴 내 외부면 적어도 일부가 수용된 다수 개의 배터리셀;을 포함하는 배터리모듈.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리모듈용 냉각부재를 포함하는 전기자동차.
KR1020200104142A 2019-08-19 2020-08-19 배터리모듈용 냉각부재 및 이를 포함하는 배터리모듈 KR102477196B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190100850 2019-08-19
KR20190100850 2019-08-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210021931A true KR20210021931A (ko) 2021-03-02
KR102477196B1 KR102477196B1 (ko) 2022-12-13

Family

ID=74660016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200104142A KR102477196B1 (ko) 2019-08-19 2020-08-19 배터리모듈용 냉각부재 및 이를 포함하는 배터리모듈

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220302522A1 (ko)
KR (1) KR102477196B1 (ko)
CN (1) CN114270599B (ko)
WO (1) WO2021034108A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023121067A1 (ko) * 2021-12-24 2023-06-29 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3121644B1 (fr) * 2021-04-07 2023-07-21 Valeo Systemes Thermiques Système de refroidissement pour système électronique.
DE102021124621A1 (de) 2021-09-23 2023-03-23 Fränkische Industrial Pipes GmbH & Co. KG Kühlkörper
CN114709539A (zh) * 2022-03-08 2022-07-05 雷厉 一种电池的支架和设置方法
DE102022122655A1 (de) 2022-09-07 2024-03-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers sowie Vorrichtung zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers
WO2024072368A1 (en) * 2022-09-26 2024-04-04 Ti Group Automotive Systems, Llc Thermally conductive polymer cooling plate for battery thermal management

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060060808A (ko) * 2004-11-30 2006-06-05 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
WO2016067517A1 (ja) * 2014-10-29 2016-05-06 三洋電機株式会社 電池パック及び放熱ホルダ
KR20160105356A (ko) * 2015-02-27 2016-09-06 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR101818922B1 (ko) 2016-12-01 2018-01-18 연암공과대학교산학협력단 강제 냉각이 가능한 전기자동차용 배터리 팩

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100624950B1 (ko) * 2004-10-18 2006-09-15 삼성에스디아이 주식회사 방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머전지
KR100696694B1 (ko) * 2005-07-29 2007-03-20 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
KR20130033597A (ko) * 2011-09-27 2013-04-04 에스케이이노베이션 주식회사 이차 전지 모듈
DE102015118605A1 (de) * 2015-10-30 2017-07-27 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Energiespeicher für ein Fahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers
KR20170132605A (ko) * 2016-05-24 2017-12-04 주식회사 아모그린텍 절연성 방열 코팅조성물 및 이를 통해 형성된 절연성 방열유닛
KR20170142624A (ko) * 2016-06-20 2017-12-28 주식회사 비티엘첨단소재 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 및 이의 제조방법
KR101756824B1 (ko) * 2017-01-03 2017-07-11 주식회사 아모센스 절연성 방열 코팅조성물 및 이를 통해 구현된 절연성 방열 물품
KR101960528B1 (ko) * 2017-03-29 2019-03-20 에스케이씨하이테크앤마케팅(주) 절연성이 향상된 방열 시트
JP2019067737A (ja) * 2017-10-05 2019-04-25 トヨタ自動車株式会社 電池パック
JP2019075256A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社日立製作所 二次電池モジュール

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060060808A (ko) * 2004-11-30 2006-06-05 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
WO2016067517A1 (ja) * 2014-10-29 2016-05-06 三洋電機株式会社 電池パック及び放熱ホルダ
KR20160105356A (ko) * 2015-02-27 2016-09-06 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR101818922B1 (ko) 2016-12-01 2018-01-18 연암공과대학교산학협력단 강제 냉각이 가능한 전기자동차용 배터리 팩

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023121067A1 (ko) * 2021-12-24 2023-06-29 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

Also Published As

Publication number Publication date
CN114270599A (zh) 2022-04-01
WO2021034108A1 (ko) 2021-02-25
US20220302522A1 (en) 2022-09-22
CN114270599B (zh) 2024-04-12
KR102477196B1 (ko) 2022-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102477196B1 (ko) 배터리모듈용 냉각부재 및 이를 포함하는 배터리모듈
KR100822114B1 (ko) 방열 시트 및 방열 구조
JP5140302B2 (ja) 熱伝導性シート
CN106796926B (zh) 导热片、导热片的制造方法、放热部件和半导体装置
CN110048041B (zh) 散热结构体及具备其的蓄电池
US11495842B2 (en) Heat dissipating structure and battery provided with the same
US20170043553A1 (en) Heat-storage, thermally conductive sheet
CN105914427A (zh) 应用于储能装置的均温结构及装置
TW202030906A (zh) 散熱結構體以及具備該散熱結構體的電池
JP2019040745A (ja) 放熱構造体およびそれを備えるバッテリー
EP1146546A2 (en) Electrostatic chuck for ion injector
KR101684008B1 (ko) 간접냉각식 배터리 모듈용 계면 플레이트 및 그 제조방법
CN105914428A (zh) 应用于储能装置的均温结构及装置
JP7315132B2 (ja) 熱拡散シートおよびバッテリーシステム
WO2021241161A1 (ja) 放熱構造体およびそれを備えるバッテリー
CN114630551A (zh) 具有使用填充物的散热结构的电气设备
EP3185265A1 (en) Energy storage device having improved heat-dissipation characteristic
CN213638645U (zh) 散热结构体及蓄电池
TW202109963A (zh) 散熱結構體以及具備該散熱結構體的電池
WO2019124178A1 (ja) 放熱構造体およびそれを備えるバッテリー
KR102497385B1 (ko) 건축용 복사히터 모듈 및 이를 포함하는 건축용 복사히터
JP2020057507A (ja) 放熱構造体およびバッテリー
KR20230168235A (ko) 방열 효과가 우수한 박막형 방열 시트 및 그 제조 방법
KR102213758B1 (ko) 복합 방열재를 적용한 고온 고율용 리튬이차전지
JP2022012195A (ja) 放熱構造体およびそれを備えるバッテリー

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)