KR20230039196A - 직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법 - Google Patents

직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230039196A
KR20230039196A KR1020210122200A KR20210122200A KR20230039196A KR 20230039196 A KR20230039196 A KR 20230039196A KR 1020210122200 A KR1020210122200 A KR 1020210122200A KR 20210122200 A KR20210122200 A KR 20210122200A KR 20230039196 A KR20230039196 A KR 20230039196A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery cell
sheet
cell body
direct water
cooling
Prior art date
Application number
KR1020210122200A
Other languages
English (en)
Inventor
정민용
최범
안수준
정재헌
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020210122200A priority Critical patent/KR20230039196A/ko
Publication of KR20230039196A publication Critical patent/KR20230039196A/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
    • 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
    • H01M50/14—Primary casings; Jackets or wrappings for protecting against damage caused by external factors
    • H01M50/145—Primary casings; Jackets or wrappings for protecting against damage caused by external factors for protecting against corrosion
    • 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
    • H01M10/64—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
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • 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
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • 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
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/1245—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure characterised by the external coating on the casing
    • 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
    • H01M50/14—Primary casings; Jackets or wrappings for protecting against damage caused by external factors
    • H01M50/141—Primary casings; Jackets or wrappings for protecting against damage caused by external factors for protecting against humidity
    • 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
    • H01M50/253—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders adapted for specific cells, e.g. electrochemical cells operating at high 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리셀은 배터리셀 본체; 내부식성 재질로, 배터리셀 본체의 외면을 둘러싸는 제1 시트; 및 제1 시트를 둘러싸고, 열수축되면서 배터리셀 본체의 외면에 밀착결합되어, 배터리셀 본체로의 수분의 침투를 방지하는 제2 시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법{A direct liquid cooling battery module, a direct liquid cooling battery cell and method thereof}
본 발명은 직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법에 관한 것이며, 상세하게는 절연성 및 내부식성이 강해, 특수 처리된 고가의 특수 냉각수가 아니라, 일반 냉각수를 이용하여 배터리셀의 열을 냉각할 수 있는 직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법에 관한 것이다.
지구 온난화와 환경 오염 등의 문제가 심각하게 대두 되면서 자동차 산업 분야에서도 환경 오염을 최대한 감소시킬 수 있는 친환경 차량에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있으며 그 시장도 점차 확대되고 있다.
친환경 차량으로서 기존의 화석 연료를 연소시켜 구동력을 발생시키는 엔진 대신 전기 에너지를 이용하여 구동력을 생성하는 전동기를 적용한 전기 차량, 하이브리드 차량 및 플러그인 하이브리드 차량이 세계적으로 출시되고 있는 상황이다.
이러한 전기 에너지를 이용한 친환경 차량들 중 전기 차량과 플러그인 하이브리드 차량은 계통(grid)에 연결된 외부 충전 설비로부터 전력을 제공받아 차량에 구비된 배터리를 충전하고, 배터리의 충전된 전력을 이용하여 차량 구동에 필요한 운동 에너지를 생산한다
이러한 친환경 차량에 사용되는 배터리는 고출력이 요구되므로 많은 양의 열을 발생시키며 배터리 성능 및 수명을 향상시키기 위해서는 배터리에서 발생하는 열을 효율적으로 배출시켜 배터리가 과열되는 것을 예방하는 것이 매우 중요하다.
종래에는 배터리의 열을 방출하기 위한 냉각 시스템으로서, 직접 공랭 방식, 간접 수냉 방식, 또는 직접 수냉 방식 등이 알려져 있다.
직접 공냉 방식은 배터리를 구성하는 복수의 셀 사이에 직접 냉각 공기를 공급하는 방식이다.
간접 수냉 방식은 배터리의 일측에 냉각수가 흐르는 채널을 마련하고 복수의 셀 사이에 냉각 채널과 접촉하는 냉각 플레이트를 배치하여 간접적으로 배터리 셀의 열을 냉각 채널로 배출시키는 방식이다.
직접 수냉 방식은 배터리셀을 냉각수에 직접 함침시켜, 배터리셀의 열이 냉각수로 직접 배출되는 방식이다.
도 1을 참조하면, 직접 수냉 방식의 배터리모듈(10)은 셀프레임(11)과 복수의 배터리셀(12)로 구성된다. 복수의 배터리셀(12)은 셀프레임(11)에 이격 배치된다. 셀프레임(11)은 냉각수가 유동가능하게 마련된다.
일반적으로 배터리셀은 내부 전극을 담는 외장 케이스가 니켈 도금된 철로 제작된다. 이에 따라, 배터리셀이 냉각수에 직접 함침되는 경우에, 외장 케이스의 재료의 특성으로 인해, 부식에 취약하고, 외장 케이스가 극성을 띄고 있고 전기적 절연성도 취약한 문제점이 있다.
이에, 종래의 직접 수냉 방식의 배터리모듈은 배터리셀의 부식 및 절연의 문제로, 절연유 또는 특수 냉각수(예컨대, 3M NOVEC)를 사용하고 있다.
다만, 절연유는 화재에 취약한 문제점이 있다. 그리고, 3M NOVEC과 같은 특수 냉각수는 무극성이고 내부식성을 가진 점에서 배터리셀의 냉각수로서 우수한 제품이나, 20L당 100만원 정도로 고가인 바, 배터리모듈의 제조단가를 상승시키는 점에서, 제품의 시장경쟁력을 낮추게 된다.
아울러, 종래의 배터리셀의 내부식성을 향상시키기 위해, 배터리셀의 외장 케이스에 방청액을 도포하더라도, 표면 장력에 의해 방청제가 배터리셀의 외장 케이스에서 흘러내려, 방청제가 외장 케이스에 고르게 도포되지 않은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 절연성 및 내부식성이 강해, 특수 처리된 고가의 특수 냉각수가 아니라, 일반 냉각수를 이용하여 배터리셀의 열을 냉각할 수 있는 직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 배터리셀 본체가 제1 시트에 의해 내부식성 처리된 후, 제2 시트에 의해 방수처리되어, 절연성 및 내부식성이 강한 직접 수냉용 배터리셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리셀은 전극이 내장된 배터리셀 본체; 내부식성 재질로, 배터리셀 본체의 외면을 둘러싸는 제1 시트; 및 제1 시트를 둘러싸고, 열수축되면서 배터리셀 본체의 외면에 밀착결합되어, 배터리셀 본체로의 수분의 침투를 방지하는 제2 시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 제1 시트는 내부식성 물질이 고르게 흡수되는 재질로 마련된 것을 특징으로 한다.
상기 내부식성 물질은 인산염, 규산염, 유기산염 또는 러버 그리스(rubber grease)와 같은 물질이 포함된 방청제인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 시트는 제1 시트의 양단이 오버랩되게 배터리셀 본체의 외면을 둘러싸는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 제1 시트는 제1 시트의 양단이 시트 접착제가 처리되어, 제1 시트의 일단이 시트 접착제에 의해 배터리셀 본체의 외면에 접착하고, 제1 시트의 타단이 제1 시트의 일부분을 덮으면서 시트 접착제에 의해 제1 시트의 외면에 접착되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 시트 접착제는 아크릴계 접착제이고, 제1 시트는 시트 접착제가 핫멜팅 방식으로 고온으로 용융된 상태로 도포된 후 냉각됨에 따라 배터리셀 본체에 접착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2 시트는 열수축 고분자 재질이고, 열수축 고분자 재질은 폴리 염화 비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 배터리셀 본체는 배터리셀 본체의 상면을 덮는 상부 커버와, 배터리셀 본체의 하면을 덮는 하부 커버를 더 포함하고, 상부 커버와 하부 커버는 배터리셀 본체로의 수분의 투습을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 배터리셀 본체는 상면 및 하면이 방수접착제 또는 포팅 레진(potting resin)에 의해 방수처리된다. 여기서, 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예 따른 AA는, 적어도 하나의 직접 수냉용 배터리셀; 및 적어도 하나의 직접 수냉용 배터리셀이 이격 설치되고, 냉각수가 유동가능하게 마련된 셀프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 냉각수는 차량용 냉각수인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법은, S0) 전극이 내장된 배터리셀 본체가 준비되는 단계; S1) 제1 시트가 배터리셀 본체의 외면을 둘러싸도록 배터리셀 본체에 부착되는 단계; S2) 제1 시트가 부착된 배터리셀 본체가 내부식성 물질에 함침되어, 제1 시트에 내부식성 물질이 흡수되어, 제1 시트가 배터리셀 본체에 부착되는 영역으로, 내부식성 물질이 배터리셀 본체에 도포처리되는 단계; 및 S3) 제2 시트가 제1 시트를 감싸고, 열수축되면서 배터리셀 본체에 밀착결합되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법은, S0') 전극이 내장된 배터리셀 본체가 준비되는 단계; S1') 내부식성 물질이 포함된 제1 시트가 배터리셀 본체를 둘러싸면서, 배터리셀 본체에 결합되는 단계; S2') 제1 시트가 배터리셀 본체에 부착되는 영역으로, 내부식성 물질이 배터리셀 본체에 도포처리되는 단계; 및 S3') 제2 시트가 제1 시트를 감싸고, 열수축되면서 배터리셀 본체에 밀착결합되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
S1' 단계에서, 제1 시트는 내부식성 물질에 침지된 후, 내부식성 물질의 수분이 존재하는 습식 상태로 배터리셀 본체에 결합되는 것을 특징으로 한다.
S1' 단계에서, 제1 시트는 내부식성 물질에 침지된 후, 내부식성 물질의 수분이 제거된 건식 상태로 배터리셀 본체에 결합되는 것을 특징으로 한다.
제1 시트의 양단에는 시트 접착제가 도포되고, 제1 시트의 일단이 시트 접착제에 의해 배터리셀 본체의 외면에 접착하고, 제1 시트의 타단이 제1 시트의 일부분을 덮으면서 시트 접착제에 의해 제1 시트의 외면에 접착되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 시트 접착제는 아크릴계 접착제이고, 제1 시트는 시트 접착제가 핫멜팅 방식으로 고온으로 용융된 상태로 도포된 후 냉각됨에 따라 배터리셀 본체에 접착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법은, S4) 배터리셀 본체는 상면 및 하면이 방수접착제 또는 포팅 레진(potting resin) 중 어느 하나에 의해 방수처리되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
제2 시트는 열수축 고분자 재질이고, 열수축 고분자 재질은 폴리 염화 비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
니켈 도금처리된 표면이 냉각수에 직접 노출되는 기존의 배터리셀과 비교하여, 본 발명인 직접 수냉용 배터리셀은, 배터리셀 본체가 제1 시트에 의해 내부식성 처리된 후, 제2 시트에 의해 방수처리되어, 냉각수가 직접적으로 배터리셀 본체와의 접촉을 차단하여, 절연성 및 내부식성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명인 직접 수냉용 배터리셀은, 제2 시트에 의해 냉각수(수분 및 산소)의 배터리셀 본체로의 투습을 1차적으로 차단하고, 사용의 경과에 따라 제2 시트의 방수기능이 저하되더라도, 제1 시트에 도포된 내부식성 물질(예컨대, 방청제)이 냉각수(수분 및 산소)의 배터리셀 본체로의 투습을 방지할 수 있어, 종래의 배터리셀과 비교하여, 배터리셀 본체의 내부식성을 향상시키고, 이를 통해 냉각수로의 장기간 노출로 인한 절연성의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명인 직접 수냉용 배터리 모듈은, 고가의 특수 냉각수가 아니라 저가의 일반 냉각수를 이용하여, 배터리셀의 열을 냉각시킬 수 있다. 20리터 기준으로, 특수 냉각수는 100만원인 반면, 일반 냉각수는 5만원이다. 이에, 본 발명인 직접 수냉용 배터리셀을 이용하여 배터리 모듈의 제작시, 직접 수냉용 배터리 모듈의 제조 단가를 대략 20배 정도 절감시킬 수 있다.
도 1은 종래의 직접 수냉 방식에 의한 배터리모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리모듈의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리셀의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 A-A의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리셀의 제작 과정을 단계별로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 예에 따른 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 출원을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 출원의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 출원의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 출원의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
또한, 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 순환식 재배 장치의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리모듈(100)은, 셀프레임(110), 적어도 하나의 직접 수냉용 배터리셀(120)과 일반 냉각수로 구성된다. 셀프레임(110)은 냉각수가 유동가능한 구조로 마련된다.
본 발명인 직접 수냉용 배터리모듈(100)은 직접 수냉용 배터리셀의 구조적 특징으로 인해, 일반 냉각수를 이용하여 배터리셀의 열을 냉각시킬 수 있다.
본 발명인 직접 수냉용 배터리셀을 이용하여 배터리 모듈의 제작시, 20리터 기준으로 120만원인 특수 냉각수 대신에, 20리터 기준으로 5만원인 차량용 일반 냉각수를 이용하여 배터리셀의 열을 냉각시킬 수 있어, 직접 수냉용 배터리 모듈의 제조 단가를 대략 20배 정도 절감시킬 수 있다.
이하에서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리셀에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리셀(120)은 일반 냉각수를 이용하여 배터리셀의 열을 냉각시키는 직접 수냉용 배터리모듈(100)에 설치된다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 직접 수냉용 배터리셀(120)은 배터리셀 본체(121), 제1 시트(122), 제2 시트(123), 상부 커버(124) 및 하부 커버(125)로 구성된다.
배터리셀 본체(121)는 전극(미도시)이 내장된다. 배터리셀 본체(121)는 니켈 도금처리된 금속 재질을 가진다.
배경기술에서도 설명했듯이, 니켈 도금처리된 금속은 금속이 가진 재료적 특성으로 인해, 냉각수로의 함침시 부식되고, 부식됨에 따라 극성이 생기면서 절연성이 저하된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 배터리셀 본체(121)에 제1 시트(122)를 이용하여 배터리셀 본체(121)의 외면을 내부식성 처리하고, 제2 시트(123)를 이용하여 방수처리하여, 배터리셀 본체(121)의 내부식성을 향상시키고, 이를 통해 냉각수로의 장기간 노출로 인한 절연성의 저하를 방지할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 시트(122)는 내부식성 물질이 함유된 시트이다. 제1 시트(122)는 전면적에 걸쳐 고르게 내부식성 물질이 존재한다.
여기서, 제1 시트(122)는 내부식성 물질이 고르게 흡수되는 재질, 예컨대, 부직포 또는 면포와 같은 천 조직이 사용가능하다. 내부식성 물질은 인산염, 규산염, 유기산염 또는 러버 그리스(rubber grease)와 같은 물질이 포함된 방청제일 수 있다.
제1 시트(122)는 시트 접착제가 핫멜팅 방식으로 고온으로 용융된 상태로 도포된 후 냉각됨에 따라 배터리셀 본체(121)에 접착될 수 있다. 여기서, 시트 접착제는 아크릴계 접착제이다.
제1 시트(122)는 제1 시트(122)의 양단이 오버랩되게 배터리셀 본체(121)의 외면을 둘러싼다. 구체적으로, 제1 시트(122)의 양단에는 시트 접착제가 도포된다. 이어서, 제1 시트(122)의 일단이 배터리셀 본체(121)의 외면에 접착된다. 이후, 제1 시트(122)의 타단이 제1 시트(122)의 일단이 포함된 영역을 덮으면서, 제1 시트(122)의 외면에 접착된다.
이에 따라, 배터리셀 본체(121)는 제1 시트(122)에 의해 외주면의 전면적이 감싸여지면서, 제1 시트(122)에 함유된 내부식성 물질과 접촉된다. 이에 따라, 본 발명인 직접 수냉용 배터리셀(120)은 배터리셀 본체(121)를 둘러싸는 제1 시트(122)를 통해, 배터리셀 본체(121)의 외주면에 내부식성 물질(예컨대, 방청제)을 도포한 역할을 한다.
일반적으로, 방청제만을 배터리셀 본체(121)에 도포하면, 표면장력에 의해, 방청제가 배터리셀 본체(121)에서 흘러내리게 된다.
이에 반해, 본 발명은 내부식성 물질(예컨대, 방청제)이 제1 시트(122)의 전면적에 걸쳐 제1 시트(122)에 고르게 흡수된 상태에서, 배터리셀 본체(121)에 접촉됨에 따라, 배터리셀 본체(121)의 외면에 고르게 도포되는 효과를 도출할 수 있다.
종래에 방청제를 배터리셀 본체(121)에 직접 도포하는 경우와 비교하여, 본 발명은 내부식성 물질인 방청제가 배터리셀 본체(121)에 잔류하는 면적을 고르게 분포시킬 수 있어, 직접 수냉용 배터리셀(120)의 내부식성을 향상시킬 수 있다.
본 발명인 직접 수냉용 배터리셀(120)은 배터리셀 본체(121)에 제1 시트(122)가 둘러싸여진 후에, 제2 시트(123)가 제1 시트(122)를 완전히 덮도록 배터리셀 본체(121)에 부착된다.
구체적으로, 제2 시트(123)는 제1 시트(122)를 둘러싸고, 열수축되면서 배터리셀 본체(121)의 외면에 밀착결합된다. 제2 시트(123)는 배터리셀 본체(121)로의 수분의 침투를 방지하기 위한 것이다.
제2 시트(123)는 열수축 고분자 재질을 가진다.
제2 시트(123)는 기계적 성질(mechanical property)과 전기적 성질(electrical property)을 고려하여 채택된다. 여기서, 기계적 성질로는, 인장 강도(tensils strength), 연신율(eloingation), 강성(stiffness), 빛투과율 및 광택도 등이 고려된다. 그리고, 전기적 성질로는, 절연 저항, 유전체 항복 전압(dielectric breakdown voltage), 체적 저항율(volume resistivity), 표면 저항율(surface resistivity) 등이 고려된다.
여기서, 열수축 고분자 재질은 폴리 염화 비닐(PolyVinyl Chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 에틸렌초산비닐 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer,　EVA), 폴리스티렌(PolyStyrene, PS), 폴리카보네이트(PolyCarbonate, PC) 또는 폴리우레탄(polyurethane, PU) 중 어느 하나일 수 있다.
여기서, 열수축 고분자 재질은 폴리 염화 비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중 어느 하나일 수 있다.
상부 커버(124)는 배터리셀 본체(121)의 상면을 덮는 방수 커버이다. 그리고, 하부 커버(125)는 배터리셀 본체(121)의 하면을 덮는 방수 커버이다. 상부 커버(124)와 하부 커버(125)는 배터리셀 본체(121)로의 수분의 투습을 방지한다.
상부 커버(124)와 하부 커버(125)는 배터리셀 본체(121)의 상면 및 하면이 방수접착제 또는 포팅 레진(potting resin)에 의해 방수처리되어 마련될 수 있다. 여기서, 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리셀(120)의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
● 일 예에 따른 직접 수냉용 배터리셀(120)의 제조방법
도 6을 참조하여, 일 예에 따른 직접 수냉용 배터리셀(120)의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
우선, 전극이 내장된 배터리셀 본체(121)가 준비된다(S0). 이어서, 제1 시트(122)가 배터리셀 본체(121)의 외면을 둘러싸도록 배터리셀 본체(121)에 부착된다(S1).
S1 단계에서, 제1 시트(122)의 양단에는 시트 접착제가 도포되고, 제1 시트(122)의 일단이 시트 접착제에 의해 배터리셀 본체(121)의 외면에 접착하고, 제1 시트(122)의 타단이 제1 시트(122)의 일부분을 덮으면서 시트 접착제에 의해 제1 시트(122)의 외면에 접착된다.
여기서, 시트 접착제는 아크릴계 접착제이다. 제1 시트(122)는 시트 접착제가 핫멜팅 방식으로 고온으로 용융된 상태로 도포된 후 냉각됨에 따라 배터리셀 본체(121)에 접착된다.
제1 시트(122)가 부착된 배터리셀 본체(121)가 내부식성 물질에 함침되어, 제1 시트(122)에 내부식성 물질이 흡수되어, 제1 시트(122)가 배터리셀 본체(121)에 부착되는 영역으로, 내부식성 물질이 배터리셀 본체(121)에 잔류된다(S2). 내부식성 물질은 인산염, 규산염, 유기산염 또는 러버 그리스(rubber grease)와 같은 물질이 포함된 방청제일 수 있다.
다음으로, 제2 시트(123)가 제1 시트(122)를 감싸고, 열수축되면서 배터리셀 본체(121)에 밀착결합된다(S3). 제2 시트(123)는 열수축 고분자 재질을 가진다. 열수축 고분자 재질은 폴리 염화 비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중 어느 하나일 수 있다.
마지막으로, 배터리셀 본체(121)는 상면 및 하면이 방수접착제 또는 포팅 레진(potting resin) 중 어느 하나에 의해 방수처리된다(S4). 여기서, 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나일 수 있다.
● 다른 예에 따른 직접 수냉용 배터리셀(120)의 제조방법
도 5 및 도 7을 참조하여, 다른 예에 따른 직접 수냉용 배터리셀(120)의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
우선, 전극이 내장된 배터리셀 본체(121)가 준비된다(S0').
내부식성 물질이 포함된 제1 시트(122)가 배터리셀 본체(121)를 둘러싸면서, 배터리셀 본체(121)에 결합된다(S1'). 제1 시트(122)는 내부식성 물질에 침지된 후, 내부식성 물질의 수분이 존재하는 습식 상태로 배터리셀 본체(121)에 결합될 수 있다. 또는, 제1 시트(122)는 내부식성 물질에 침지된 후, 내부식성 물질의 수분이 제거된 건식 상태로 배터리셀 본체(121)에 결합될 수 있다.
S1' 단계에서, 제1 시트(122)의 양단에는 시트 접착제가 도포되고, 제1 시트(122)의 일단이 시트 접착제에 의해 배터리셀 본체(121)의 외면에 접착하고, 제1 시트(122)의 타단이 제1 시트(122)의 일부분을 덮으면서 시트 접착제에 의해 제1 시트(122)의 외면에 접착된다. 여기서, 시트 접착제는 아크릴계 접착제이다. 제1 시트(122)는 시트 접착제가 핫멜팅 방식으로 고온으로 용융된 상태로 도포된 후 냉각됨에 따라 배터리셀 본체(121)에 접착된다.
S1' 단계 후, 시간이 경과함에 따라, 제1 시트(122)가 배터리셀 본체(121)에 부착되는 영역으로, 내부식성 물질이 배터리셀 본체(121)에 잔류된다(S2). 내부식성 물질은 인산염, 규산염, 유기산염 또는 러버 그리스(rubber grease)와 같은 물질이 포함된 방청제일 수 있다.
다음으로, 제2 시트(123)가 제1 시트(122)를 감싸고, 열수축되면서 배터리셀 본체(121)에 밀착결합된다(S3'). 제2 시트(123)는 열수축 고분자 재질을 가진다. 열수축 고분자 재질은 폴리 염화 비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중 어느 하나일 수 있다.
마지막으로, 배터리셀 본체(121)는 상면 및 하면이 방수접착제 또는 포팅 레진(potting resin) 중 어느 하나에 의해 방수처리된다. 여기서, 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나일 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 직접 수냉용 배터리모듈
110: 셀프레임 120: 직접 수냉용 배터리셀
121: 배터리셀 본체 122: 제1 시트
123: 제2 시트 124: 상부 커버
125: 하부 커버

Claims (20)

  1. 전극이 내장된 배터리셀 본체;
    내부식성 재질로, 상기 배터리셀 본체의 외면을 둘러싸는 제1 시트; 및
    상기 제1 시트를 둘러싸고, 열수축되면서 상기 배터리셀 본체의 외면에 밀착결합되어, 상기 배터리셀 본체로의 수분의 침투를 방지하는 제2 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트는 내부식성 물질이 고르게 흡수되는 재질로 마련된 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부식성 물질은 인산염, 규산염, 유기산염 또는 러버 그리스(rubber grease)와 같은 물질이 포함된 방청제인 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트는 상기 제1 시트의 양단이 오버랩되게 상기 배터리셀 본체의 외면을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시트는 상기 제1 시트의 양단이 시트 접착제가 처리되어,
    상기 제1 시트의 일단이 상기 시트 접착제에 의해 상기 배터리셀 본체의 외면에 접착하고,
    상기 제1 시트의 타단이 상기 제1 시트의 일부분을 덮으면서 상기 시트 접착제에 의해 상기 제1 시트의 외면에 접착되는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 시트 접착제는 아크릴계 접착제이고,
    상기 제1 시트는 상기 시트 접착제가 핫멜팅 방식으로 고온으로 용융된 상태로 도포된 후 냉각됨에 따라 상기 배터리셀 본체에 접착되는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 시트는 열수축 고분자 재질이고,
    상기 열수축 고분자 재질은 폴리 염화 비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리셀 본체는
    상기 배터리셀 본체의 상면을 덮는 상부 커버와,
    상기 배터리셀 본체의 하면을 덮는 하부 커버를 더 포함하고,
    상기 상부 커버와 상기 하부 커버는 상기 배터리셀 본체로의 수분의 투습을 방지하는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 배터리셀 본체는 상면 및 하면이 방수접착제 또는 포팅 레진(potting resin)에 의해 방수처리되고,
    상기 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀.
  10. 제 1 항의 적어도 하나의 직접 수냉용 배터리셀; 및
    상기 적어도 하나의 직접 수냉용 배터리셀이 이격 설치되고, 냉각수가 유동가능하게 마련된 셀프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각수는 차량용 냉각수인 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리 모듈.
  12. S0) 전극이 내장된 배터리셀 본체가 준비되는 단계;
    S1) 제1 시트가 상기 배터리셀 본체의 외면을 둘러싸도록 상기 배터리셀 본체에 부착되는 단계;
    S2) 상기 제1 시트가 부착된 상기 배터리셀 본체가 내부식성 물질에 함침되어, 상기 제1 시트에 상기 내부식성 물질이 흡수되어, 상기 제1 시트가 상기 배터리셀 본체에 부착되는 영역으로, 상기 내부식성 물질이 상기 배터리셀 본체에 도포처리되는 단계; 및
    S3) 제2 시트가 상기 제1 시트를 감싸고, 열수축되면서 상기 배터리셀 본체에 밀착결합되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법.
  13. S0') 전극이 내장된 배터리셀 본체가 준비되는 단계;
    S1') 내부식성 물질이 포함된 제1 시트가 배터리셀 본체를 둘러싸면서, 상기 배터리셀 본체에 결합되는 단계;
    S2') 상기 제1 시트가 상기 배터리셀 본체에 부착되는 영역으로, 상기 내부식성 물질이 상기 배터리셀 본체에 도포처리되는 단계; 및
    S3') 제2 시트가 상기 제1 시트를 감싸고, 열수축되면서 상기 배터리셀 본체에 밀착결합되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 S1' 단계에서,
    상기 제1 시트는 상기 내부식성 물질에 침지된 후, 상기 내부식성 물질의 수분이 존재하는 습식 상태로 상기 배터리셀 본체에 결합되는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 S1' 단계에서,
    상기 제1 시트는 상기 내부식성 물질에 침지된 후, 상기 내부식성 물질의 수분이 제거된 건식 상태로 상기 배터리셀 본체에 결합되는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 시트의 양단에는 시트 접착제가 도포되고,
    상기 제1 시트의 일단이 상기 시트 접착제에 의해 상기 배터리셀 본체의 외면에 접착하고,
    상기 제1 시트의 타단이 상기 제1 시트의 일부분을 덮으면서 상기 시트 접착제에 의해 상기 제1 시트의 외면에 접착되는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 시트 접착제는 아크릴계 접착제이고,
    상기 제1 시트는 상기 시트 접착제가 핫멜팅 방식으로 고온으로 용융된 상태로 도포된 후 냉각됨에 따라 상기 배터리셀 본체에 접착되는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    S4) 상기 배터리셀 본체는 상면 및 하면이 방수접착제 또는 포팅 레진(potting resin) 중 어느 하나에 의해 방수처리되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법.
  20. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 시트는 열수축 고분자 재질이고,
    상기 열수축 고분자 재질은 폴리 염화 비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법.
KR1020210122200A 2021-09-14 2021-09-14 직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법 KR20230039196A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210122200A KR20230039196A (ko) 2021-09-14 2021-09-14 직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210122200A KR20230039196A (ko) 2021-09-14 2021-09-14 직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230039196A true KR20230039196A (ko) 2023-03-21

Family

ID=85801396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210122200A KR20230039196A (ko) 2021-09-14 2021-09-14 직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230039196A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10622688B2 (en) Coolant direct-contact cooling-type battery pack
CN106935927B (zh) 电池模块和包括其的车辆
US10892528B2 (en) Battery module, battery pack comprising battery module, and vehicle comprising battery pack
US8852779B2 (en) Battery pack
EP3780250A1 (en) Battery module, battery pack comprising same battery module, and vehicle comprising same battery pack
EP3696905B1 (en) Battery module and battery pack comprising same battery module
US8343649B2 (en) Electricity storage device with enhanced heat dissipation
EP3361555A1 (en) Battery pack and vehicle comprising battery pack
KR20110140070A (ko) 전지 조립체
CN103518274A (zh) 储能装置
EP3509130B1 (en) Battery pack, electronic apparatus, electric vehicle, electric tool, and power storage system
KR101496523B1 (ko) 배터리 셀의 방열판
CN116034505A (zh) 电池模块、包括该电池模块的电池组和车辆
JP7375212B2 (ja) バッテリーパック及びそれを含む自動車
JP7379720B2 (ja) バッテリーパック及びそれを含む自動車
KR102389184B1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
US20180090798A1 (en) Vehicle battery cooling system
KR20230039196A (ko) 직접수냉용 배터리 모듈, 직접 수냉용 배터리셀, 및 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법
KR101262033B1 (ko) 냉각 설계 신뢰성이 향상된 냉각부재와 이를 포함하는 전지모듈
KR20230139970A (ko) 배터리셀, 배터리셀의 제조방법 및 직접 수냉용 배터리 모듈
KR20230094520A (ko) 직접 수냉용 배터리 모듈, 배터리셀과 배터리셀의 제조방법
KR20230120762A (ko) 직접 수냉용 배터리셀, 직접 수냉용 배터리셀의 제조방법 및 직접수냉용 배터리모듈
KR20230045121A (ko) 직접 수냉용 배터리셀, 및 이를 포함하는 전지 모듈
KR20230086162A (ko) 직접수냉용 배터리 모듈, 배터리셀, 및 배터리셀의 제조방법
KR20230071842A (ko) 직접 수냉용 배터리셀, 및 이를 포함하는 전지 모듈

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination