KR102094709B1 - Battery cooling unit and battery module including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 냉각 유닛 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 냉각 유닛은 배터리의 일 측면에 제공되는 히트 파이트와 상기 히트 파이프의 외측면에 제공되고, 제 1 온도에서 상변화되는 상변화 물질을 포함하는 상변화부와 상기 상변화부의 외측면에 제공되고, 상기 상변화부를 냉각시키는 열교환부를 포함한다.The present invention relates to a battery cooling unit and a battery module including the same, the battery cooling unit according to an embodiment of the present invention is provided on the outer surface of the heat pipe and the heat pipe provided on one side of the battery, the first It is provided on the outer surface of the phase change portion and a phase change material containing a phase change material at a temperature change, and includes a heat exchange portion for cooling the phase change portion.

Description

배터리 냉각 유닛 및 이를 포함하는 배터리 모듈{BATTERY COOLING UNIT AND BATTERY MODULE INCLUDING THE SAME}Battery cooling unit and battery module including the same BATTERY COOLING UNIT AND BATTERY MODULE INCLUDING THE SAME

본 발명은 배터리 냉각 유닛 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 열관리에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cooling unit and a battery module including the same, and more particularly, to a battery thermal management.

에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System) 및 자동차용 배터리에는 리튬이온 배터리가 일반적으로 사용된다. 기후변화 협약 등 온실가스 감축에 따라 기존 내연기관 자동차 보다 배터리에 충전된 전기를 사용하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)의 관심이 대두되고 있다.Lithium ion batteries are commonly used in energy storage systems (ESSs) and automotive batteries. With the reduction of greenhouse gases such as the climate change agreement, the interest of electric vehicles (EVs) that use electricity charged in batteries rather than existing internal combustion engine vehicles is emerging.

하지만, 전기자동차는 주행거리가 기존 자동차에 대비해 상대적으로 짧기 때문에 전체 자동차판매량에 많은 부분을 차지하고 있지 않다. 이에 전기자동차의 주행거리를 향상하기 위해 배터리의 에너지 밀도는 점차 높아지고 있다.However, electric vehicles do not occupy a large portion of the total sales of automobiles because the driving distance is relatively short compared to existing vehicles. Accordingly, in order to improve the driving distance of the electric vehicle, the energy density of the battery is gradually increasing.

에너지 밀도가 향상된 배터리는 높은 전류로 충전, 방전 시 기존 배터리 대비 국부적으로 보다 많은 양의 열이 발생하여 온도가 상승하고 온도 편차가 커진다.Batteries with improved energy density generate a greater amount of heat locally than conventional batteries when charging and discharging with a high current, resulting in an increase in temperature and a large temperature deviation.

특히, 고에너지 밀도의 리튬이온 배터리의 경우 셀 간 온도 편차는 배터리의 성능을 저하하고 배터리 적정 작동 온도 이하 또는 이상 시에도 배터리 신뢰성 및 성능이 저하된다.Particularly, in the case of a lithium ion battery having a high energy density, temperature variation between cells deteriorates the performance of the battery, and battery reliability and performance are deteriorated even when the battery is at or below the proper operating temperature.

따라서, 기존 배터리보다 에너지 밀도가 높아진 배터리는 적은 에너지를 사용하면서 보다 나은 냉각 성능과 균일한 온도 구배 달성 할 수 있는 시스템이 요구된다.Therefore, a battery having a higher energy density than a conventional battery requires a system that can achieve better cooling performance and a uniform temperature gradient while using less energy.

본 발명은 배터리의 적정 작동 온도를 유지하고, 낮은 온도 구배를 유지하여 효과적인 배터리 열관리를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide an effective battery thermal management by maintaining a proper operating temperature of the battery, and maintaining a low temperature gradient.

또한, 본 발명은 배터리 열관리를 함에 있어서 에너지 소모를 줄이고, 배터리 열관리를 위한 장치의 부피를 최소화하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to reduce energy consumption in the thermal management of the battery, and to minimize the volume of the device for thermal management of the battery.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 냉각 유닛은 배터리의 일 측면에 제공되는 히트 파이트와; 상기 히트 파이프의 외측면에 제공되고, 제 1 온도에서 상변화되는 상변화 물질을 포함하는 상변화부와; 상기 상변화부의 외측면에 제공되고, 상기 상변화부를 냉각시키는 열교환부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a battery cooling unit includes a heat fight provided on one side of the battery; A phase change portion provided on an outer surface of the heat pipe and including a phase change material phase-changed at a first temperature; It may be provided on the outer surface of the phase change portion, and may include a heat exchange portion for cooling the phase change portion.

상기 히트 파이프는 진동형 히트 파이프로 제공될 수 있다.The heat pipe may be provided as a vibrating heat pipe.

상기 배터리의 일 측면은 고온 영역 및 저온 영역을 포함하되, 상기 고온 영역은 상기 배터리의 방전시, 상기 저온 영역에 비해 높은 온도로 발열되는 영역이고, 상기 히트 파이프는 상기 고온 영역으로부터 상기 저온 영역으로 열을 전달할 수 있다.One side of the battery includes a high-temperature region and a low-temperature region, wherein the high-temperature region is a region that generates heat at a higher temperature than the low-temperature region when the battery is discharged, and the heat pipe is from the high-temperature region to the low-temperature region. It can transfer heat.

상기 히트 파이프는 상기 배터리의 상기 일 측면을 바라볼 때, 상기 고온 영역 및 상기 저온 영역 간을 왕복하는 진동형상을 가지는 진동부를 포함할 수 있다.The heat pipe may include a vibrating unit having a vibration shape reciprocating between the high temperature region and the low temperature region when looking at the one side of the battery.

상기 상변화부는 내부에 상기 상변화 물질이 제공된 PCM(Phase Change Material) 캡슐을 포함할 수 있다.The phase change unit may include a phase change material (PCM) capsule provided with the phase change material therein.

상기 상변화부는 폴리 우레탄을 포함하는 재질로 제공되는 충전재;를 더 포함하되, 상기 PCM 캡슐은 복수 개가 상기 충전재와 혼합되어 제공될 수 있다.The phase change portion may further include a filler provided from a material containing polyurethane; however, a plurality of PCM capsules may be mixed with the filler.

상기 상변화부는 상기 PCM 캡슐을 감싸고, 탄소 섬유(Carbon fiber) 및 탄소나노튜브 중합체(Carbon nanotube polymer) 중 적어도 하나를 포함하는 재질로 제공되는 열전달층;을 더 포함할 수 있다.The phase change portion may further include a heat transfer layer surrounding the PCM capsule and made of a material including at least one of carbon fiber and carbon nanotube polymer.

상기 열교환부는 롤 본드(Roll-bond)형으로 제공될 수 있다.The heat exchange part may be provided in a roll-bond type.

상기 열교환부는, 냉매와; 상기 냉매가 순환하는 냉매관을 포함하되, 상기 냉매는 제 2 온도에서 기화되는 유체로 제공될 수 있다.The heat exchange unit, the refrigerant; A refrigerant pipe through which the refrigerant circulates may be provided, and the refrigerant may be provided as a fluid vaporized at a second temperature.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 모듈은 배터리와; 상기 배터리를 냉각시키는 배터리 냉각 유닛을 포함하되, 상기 배터리 냉각 유닛은, 배터리의 일 측면에 제공되는 히트 파이트와; 상기 히트 파이프의 외측면에 제공되고, 제 1 온도에서 상변화되는 상변화 물질을 포함하는 상변화부와; 상기 상변화부의 외측면에 제공되고, 상기 상변화부를 냉각시키는 열교환부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the invention, the battery module includes a battery; A battery cooling unit for cooling the battery, wherein the battery cooling unit includes: a heat fight provided on one side of the battery; A phase change portion provided on an outer surface of the heat pipe and including a phase change material phase-changed at a first temperature; It may be provided on the outer surface of the phase change portion, and may include a heat exchange portion for cooling the phase change portion.

상기 배터리의 일 측면은 고온 영역 및 저온 영역을 포함하되, 상기 고온 영역은 상기 배터리의 방전시, 상기 저온 영역에 비해 높은 온도로 발열되는 영역이고, 상기 배터리의 상기 일 측면을 바라볼 때, 상기 고온 영역 및 상기 저온 영역 간을 왕복하는 진동형상을 가지는 진동부를 포함하는 진동형 히트 파이프로 제공될 수 있다.One side of the battery includes a high-temperature region and a low-temperature region, wherein the high-temperature region is a region that generates heat at a higher temperature than the low-temperature region when the battery is discharged, and looking at the one side of the battery, the It may be provided as a vibrating heat pipe including a vibrating portion having a vibrating shape reciprocating between the high temperature region and the low temperature region.

상기 상변화부는, 복수개의 PCM(Phase Change Material) 캡슐과; 폴리우레탄을 포함하는 재질로 제공되는 충전재와; 상기 PCM 캡슐을 감싸고, 탄소 섬유(Carbon fiber) 및 탄소나노튜브 중합체(Carbon nanotube polymer) 중 적어도 하나를 포함하는 재질로 제공되는 열전달층;을 더 포함하되, 상기 PCM 캡슐은 복수 개가 상기 충전재와 혼합되어 제공될 수 있다.The phase change unit, a plurality of phase change material (PCM) capsules; A filler provided from a material containing polyurethane; A heat transfer layer surrounding the PCM capsule and provided with a material including at least one of carbon fiber and carbon nanotube polymer, further comprising a mixture of a plurality of PCM capsules with the filler Can be provided.

상기 열 교환부는, 냉매와; 상기 냉매가 순환하는 냉매관을 포함하되, 상기 냉매는 제 2 온도에서 기화되는 유체로 제공될 수 있다.The heat exchange unit, a refrigerant; A refrigerant pipe through which the refrigerant circulates may be provided, and the refrigerant may be provided as a fluid vaporized at a second temperature.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리의 적정 작동 온도를 유지하고, 낮은 온도 구배를 유지하여 효과적인 배터리 열관리를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide effective battery thermal management by maintaining a proper operating temperature of the battery and maintaining a low temperature gradient.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 열관리를 함에 있어서 에너지 소모를 줄이고, 배터리 열관리를 위한 장치의 부피를 최소화할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, in performing thermal management of the battery, energy consumption can be reduced, and the volume of the device for thermal management of the battery can be minimized.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 및 히트 파이프를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 상변화부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 PCM 캡슐의 단면도이다.
도 5는 도 1의 열교환부를 나타낸 사시도이다.1 is an exploded perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing the battery and heat pipe of FIG. 1.
3 is a perspective view showing a phase change unit of FIG. 1.
4 is a cross-sectional view of the PCM capsule of FIG. 3.
5 is a perspective view showing the heat exchange unit of FIG. 1.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings has been exaggerated to emphasize a clearer explanation.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(10)을 나타낸 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view showing a battery module 10 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 배터리 모듈(10)은 배터리(100) 및 배터리 냉각 유닛(200)을 포함한다. 배터리 냉각 유닛(200)은 배터리(100)를 냉각시킨다. 배터리 냉각 유닛(200)은 배터리(100)의 양면에 대칭되게 배치될 수 있다.Referring to FIG. 1, the battery module 10 includes a battery 100 and a battery cooling unit 200. The battery cooling unit 200 cools the battery 100. The battery cooling unit 200 may be disposed symmetrically on both sides of the battery 100.

배터리(100)는 교류발전기에 의해 생성된 전기를 저장하고 차량의 전기 시스템에 전기를 공급하기 위해 내보내는 장치이다. 전기를 공급하는 과정 중에 배터리(100)에서는 열이 발생한다. 예를 들면, 에너지 밀도가 높은 리튬이온 배터리 등의 배터리(100)는 충전과 방전 시 줄 히팅으로 인해 열이 국부적으로 발생하여 배터리(100) 내부에 온도 차이가 생긴다. 이러한 온도 차가 생기면 배터리(100)의 성능과 수명에 악영향을 끼칠 수 있다. 또한, 배터리(100)의 온도가 높아지면 배터리(100)의 효율 및 신뢰도가 감소된다.The battery 100 is a device that stores electricity generated by an alternator and sends it out to supply electricity to the vehicle's electrical system. During the process of supplying electricity, the battery 100 generates heat. For example, the battery 100, such as a lithium ion battery having a high energy density, generates heat locally due to Joule heating during charging and discharging, thereby causing a temperature difference inside the battery 100. When such a temperature difference occurs, the performance and life of the battery 100 may be adversely affected. In addition, when the temperature of the battery 100 increases, the efficiency and reliability of the battery 100 decrease.

일 실시 예에 따르면, 배터리 냉각 유닛(200)은 히트 파이프(210), 상변화부(220) 및 열교환부(230)를 포함한다. 상세히 말하면, 배터리 냉각 유닛(200)은 히트 파이프(210)와 상기 히트 파이프(210)의 외측면에 제공되고, 제 1 온도에서 상변화되는 상변화부(220)와 상변화부(220)의 외측면에 제공되어 상변화부(220)를 냉각시키는 열교환부(230)를 포함한다. 여기서, 히트 파이프(210), 상변화부(220) 및 열교환부(230)은 배터리(100)를 기준으로 대칭구조로 제공될 수 있다.According to an embodiment, the battery cooling unit 200 includes a heat pipe 210, a phase change unit 220, and a heat exchange unit 230. Specifically, the battery cooling unit 200 is provided on the heat pipe 210 and the outer surfaces of the heat pipe 210, and the phase change unit 220 and the phase change unit 220 that is phase-changed at a first temperature. It is provided on the outer surface includes a heat exchange unit 230 for cooling the phase change unit 220. Here, the heat pipe 210, the phase change unit 220 and the heat exchange unit 230 may be provided in a symmetrical structure based on the battery 100.

도 2는 도 1의 배터리(100) 및 히트 파이프(210)를 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view illustrating the battery 100 and the heat pipe 210 of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 히트 파이프(210)는 배터리의 일 측면(110)에 진동형으로 제공되어 배터리의 온도 분포를 균일하도록 한다. 일반적으로, 배터리(100)는 충전 또는 방전 시에 전극과 가까운 부분이 상대적으로 열이 많이 발생하여 고온 영역(111)이 되고, 배터리(100)의 전극과 먼 부분은 상대적으로 열이 발생하지 않아 저온 영역(112)가 된다.1 and 2, the heat pipe 210 is provided on one side 110 of the battery in a vibrating manner to make the temperature distribution of the battery uniform. In general, in the case of charging or discharging, in the battery 100, a portion close to the electrode generates a lot of heat and becomes a high temperature region 111, and a portion distant from the electrode of the battery 100 does not generate heat. It becomes the low temperature region 112.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 냉각 유닛(200)은 배터리의 충전과 방전 시에 배터리 온도 상승을 제어하고, 배터리의 온도 분포를 균일하게 하기 위해서 히트 파이프(210)를 이용한다. The battery cooling unit 200 according to an embodiment of the present invention controls the temperature rise of the battery during charging and discharging of the battery, and uses the heat pipe 210 to uniformize the temperature distribution of the battery.

나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 냉각 유닛(200)은 상변화부(220)와 열교환부(230)를 이용해서 배터리에서 발생된 열을 지속적으로 외부로 내보내서 배터리가 작동하기 좋은 적정 온도를 유지한다. Furthermore, the battery cooling unit 200 according to an embodiment of the present invention uses the phase change unit 220 and the heat exchange unit 230 to continuously discharge heat generated from the battery to the outside, so that the battery is at a suitable temperature for operation. To maintain.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 냉각 유닛(200)은 히트 파이프(210) 및 상변화부(220)를 이용하여 에너지 소모가 거의 없이 배터리(100)의 열을 관리한다.Furthermore, the battery cooling unit 200 according to an embodiment of the present invention manages heat of the battery 100 with little energy consumption using the heat pipe 210 and the phase change unit 220.

배터리 모듈(10)은 배터리(100)의 일 측면(110)은 고온 영역(111) 및 저온 영역(112)을 포함한다.The battery module 10 includes one side 110 of the battery 100 including a high temperature region 111 and a low temperature region 112.

위에서 설명한 바와 같이, 배터리(100)는 고온 영역(111)과 저온 영역(112)으로 구분될 수 있다. 여기서, 고온 영역(111)은 배터리의 충전 또는 방전 시, 저온 영역(112)에 비해 높은 온도로 발열되는 영역이고, 히트 파이프(210)는 고온 영역(111)으로부터 저온 영역(112)으로 열을 전달한다.As described above, the battery 100 may be divided into a high temperature region 111 and a low temperature region 112. Here, the high temperature region 111 is an area that generates heat at a higher temperature than the low temperature region 112 when the battery is charged or discharged, and the heat pipe 210 heats the heat from the high temperature region 111 to the low temperature region 112. To deliver.

구체적으로, 히트 파이프(210)는 배터리(100)를 일 측면에서 바라봤을 때, 배터리(100)에서 상대적으로 온도가 높은 고온 영역(111) 및 배터리(100)에서 상대적으로 온도가 낮은 저온 영역(112) 간을 복수 회 왕복하는 진동 형상을 가지는 진동부(211)를 포함한다.Specifically, when the heat pipe 210 is viewed from the side of the battery 100, the high temperature region 111 having a relatively high temperature in the battery 100 and the low temperature region having a relatively low temperature in the battery 100 ( 112) includes a vibration unit 211 having a vibration shape that reciprocates a plurality of times.

나아가, 진동부(211)를 통해 히트 파이프(210)의 내부에 위치한 작동 유체가 고온 영역(111)에서 배터리(100)의 열을 흡수하고, 저온영역(112)에서 배터리(100)의 열을 방출하여 배터리(100)의 온도를 균일하게 한다.Furthermore, the working fluid located inside the heat pipe 210 through the vibration unit 211 absorbs heat of the battery 100 in the high temperature region 111 and heats the battery 100 in the low temperature region 112. Discharge to make the temperature of the battery 100 uniform.

본 발명의 히트 파이프(210)는 배터리(100)의 온도를 균일함에 있어서, 외부의 열교환기가 따로 필요 없는 구조로서 에너지 소모 없이 배터리(100) 내의 온도 차이를 균일하게 할 수 있다.In the heat pipe 210 of the present invention, the temperature of the battery 100 is uniform. As a structure in which an external heat exchanger is not required, the temperature difference in the battery 100 can be uniform without energy consumption.

더 나아가, 본 발명에서 히트 파이프(210)는 박막형 구조로 기존의 히트 파이프 보다 부피를 덜 차지하고 가벼워서 차량에 장착 되었을 때 부피 및 무게를 최소화하여 차량의 경량화에도 도움이 될 수 있다.Furthermore, in the present invention, the heat pipe 210 has a thin-film structure, which occupies less volume and is lighter than a conventional heat pipe, thereby minimizing the volume and weight when mounted in a vehicle, which may also help to lighten the vehicle.

도 3은 도 1의 상변화부(220)를 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view showing the phase change unit 220 of FIG. 1.

상변화부(220)는 PCM 캡슐(221) 및 충전재(222)를 포함한다.The phase change unit 220 includes a PCM capsule 221 and a filler 222.

도 3을 참조하면, 상변화부(220)는 히트 파이프(210)의 외측면에 제공되고, 제 1 온도에서 상변화되는 상변화 물질을 포함한다.Referring to FIG. 3, the phase change unit 220 is provided on the outer surface of the heat pipe 210 and includes a phase change material that is phase changed at a first temperature.

여기서, 상변화 물질(PCM; Phase Change Material)은 특정한 온도에서 온도의 변화 없이 고체에서 액체, 또는 액체에서 기체로, 또는 그 반대 방향으로 상이 변하면서 많은 열을 흡수 또는 방출할 수 있는 물질을 말한다.Here, a phase change material (PCM) refers to a substance capable of absorbing or releasing a large amount of heat as the phase changes from a solid to a liquid, or a liquid to a gas, or vice versa without a change in temperature at a specific temperature. .

예를 들면, 상변화물질은 온도에 따라 액체상태에서 고체상태로, 고체상태에서 액체상태로 변화하면서 열을 저장(잠열)하거나 방출(방열)한다.For example, the phase change material stores (latent heat) or releases (dissipates) heat while changing from a liquid state to a solid state and from a solid state to a liquid state according to temperature.

일반적으로, 상변화 물질은 응용 분야의 사용 조건에 따라 적합한 상변화물질을 선정하여 이용한다. 사용 조건에 따라 용융 온도 조건이 중요할 수 있고, 잠열 조건이 중요할 수 있다. 본 발명에서 제 1 온도는 상변화물질의 용융 온도를 말한다.Generally, a phase change material is selected and used according to the application conditions of the application field. Depending on the conditions of use, the melting temperature condition may be important, and the latent heat condition may be important. In the present invention, the first temperature refers to the melting temperature of the phase change material.

예를 들면, 상변화물질은 n-paraffin, polyethylene glycol, Na2S04 10H20, Na2HP04 12H20, Zn(NO3)2 6H2O, Na2S3O3 5H20, NaCH3COO3H2O 중 선택되는 적어도 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.For example, the phase change material is n-paraffin, polyethylene glycol, Na 2 S0 4 10H 2 0, Na 2 HP0 4 12H 2 0, Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O, Na 2 S 3 O 3 5H 2 0 , NaCH 3 COO 3 H 2 O may be made of at least one material selected from.

예시로서, 상변화 물질들은 서로 다른 용융온도 및 잠열을 가진다. 그러나, 상술한 상변화물질들로 한정되지 않고, 외부 환경 또는 내부 환경에 따라 다른 상변화물질을 사용할 수 있다.As an example, phase change materials have different melting temperatures and latent heat. However, it is not limited to the above-described phase change materials, and other phase change materials may be used according to the external environment or the internal environment.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상변화부(220)는 내부에 상변화 물질이 제공된 PCM 캡슐을 포함한다. 여기서, PCM 캡슐(221)은 상변화 과정에서 PCM의 누출을 방지하기 위해 셀(Cell) 내에 다수의 작은 PCM 입자를 포함한다. 여기서, PCM 캡슐(221)은 직경이 나노~수십 마이크로미터의 크기를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the phase change unit 220 includes a PCM capsule provided with a phase change material therein. Here, the PCM capsule 221 includes a plurality of small PCM particles in a cell to prevent leakage of the PCM during the phase change process. Here, the PCM capsule 221 may have a size of nano to tens of micrometers in diameter.

본 발명에서는 PCM 캡슐(221)을 통해 내부의 PCM 물질의 보호 및 누출 가능성을 줄일 수 있다.In the present invention, it is possible to reduce the possibility of protection and leakage of the PCM material therein through the PCM capsule 221.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상변화부(220)는 폴리 우레탄을 포함하는 재질로 제공되는 충전재(222)를 더 포함한다. 상기 PCM 캡슐(220)과 충전재(222)를 용융 배합하여 형성된 발포 단열 시트는 히트파이프(210)와 열교환부(230)의 기하학적 형상에 맞추어 만들어진다. 이렇게 만들어진 발포 단열 시트는 열 버퍼(thermal buffer)의 역할을 한다.According to an embodiment of the present invention, the phase change unit 220 further includes a filler 222 made of a material containing polyurethane. The foam insulation sheet formed by melt-mixing the PCM capsule 220 and the filler 222 is made to match the geometric shape of the heat pipe 210 and the heat exchanger 230. The foamed insulating sheet made in this way serves as a thermal buffer.

나아가, 배터리 냉각 유닛(200)의 히트파이프(210) 및 열교환부(230) 간의 접착 능력 향상을 기대할 수 있고, 히트파이프(210)의 파이프(관) 및 열교환부(230)의 파이프(관) 사이의 빈공간을 채워주어 히트파이프(210) 및 열교환부(230)의 열전달력을 높힐 수 있다.Further, it is expected to improve the adhesion between the heat pipe 210 and the heat exchanger 230 of the battery cooling unit 200, and the pipe (tube) of the heat pipe 210 and the pipe (tube) of the heat exchanger 230 By filling the empty space therebetween, the heat transfer power of the heat pipe 210 and the heat exchange unit 230 can be increased.

도 4는 도 3의 PCM 캡슐(221)의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the PCM capsule 221 of FIG. 3.

도 4를 참조하면, PCM 캡슐(221)을 탄소 섬유 및 탄소나노튜브 중합체 중 적어도 하나를 포함하는 재질로 제공되는 열전달층(221a)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the PCM capsule 221 may further include a heat transfer layer 221a made of a material including at least one of carbon fiber and carbon nanotube polymer.

이는, 대부분의 상변화 물질은 낮은 열전도성으로 인해 용융 및 응고 사이클 동안 열 저장 및 추출 속도가 느리다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 상변화 물질에 열전도성이 높은 물질을 첨가한다.This has the disadvantage that most phase change materials have a slow rate of heat storage and extraction during melting and solidification cycles due to their low thermal conductivity. To overcome this, a material having high thermal conductivity is added to the phase change material.

열전달층(221a)은 열전달률이 좋은 탄소 섬유 또는 탄소나노튜브 중합체를 포함하는 별도의 층을 형성하여 일반적인 PCM 캡슐보다 열전달률을 높일 수 있어 배터리 효율이 향상된다.The heat transfer layer 221a forms a separate layer including a carbon fiber or carbon nanotube polymer having a good heat transfer rate, so that the heat transfer rate can be increased compared to a general PCM capsule, thereby improving battery efficiency.

도 5는 도 1의 열교환부(230)를 나타낸 사시도이다.5 is a perspective view showing the heat exchange unit 230 of FIG. 1.

열교환부(230)는 냉매관(231), 냉각부(232) 및 순환구동기를 포함한다.The heat exchange unit 230 includes a refrigerant pipe 231, a cooling unit 232, and a circulation driver.

도 5를 참조하면, 열교환부(230)는 상변화부(220)의 외측면에 제공되고, 상변화부(220)를 냉각시킨다. 여기서, 열교환부(230)는 롤 본드(Roll-bond)형으로 제공된다. 구체적으로, 열교환부(230)는 상변화부(220)의 외측면에 전체가 밀착되어 상변화부(220)에서 발생되는 열을 흡수하여 냉각한다.Referring to FIG. 5, the heat exchanger 230 is provided on the outer surface of the phase changer 220 and cools the phase changer 220. Here, the heat exchanger 230 is provided in a roll-bond type. Specifically, the heat exchange unit 230 is in full contact with the outer surface of the phase change unit 220 to absorb the heat generated by the phase change unit 220 to cool.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 열교환부(230)는 냉매와 냉매가 순환하는 냉매관(231)을 포함한다. 여기서, 냉매는 제 2 온도에서 기화되는 유체 일 수 있다. 예를 들면, 제 2 온도는 상변화부(220)의 제 1 온도와 같거나 제 1 온도보다 낮은 온도일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the heat exchange unit 230 includes a refrigerant and a refrigerant pipe 231 through which the refrigerant circulates. Here, the refrigerant may be a fluid vaporized at a second temperature. For example, the second temperature may be a temperature equal to or lower than the first temperature of the phase change unit 220.

열교환부(230)는 두 개의 유체 간에 열을 주고 받도록 하는 장치이다. 외부에 위치한 순환구동기(233)를 통해 열교환부(230) 내부의 유체를 순환시키고, 냉각부(232)를 통해 유체의 열을 회수한다.The heat exchanger 230 is a device that exchanges heat between two fluids. The fluid inside the heat exchanger 230 is circulated through the circulation driver 233 located outside, and heat of the fluid is recovered through the cooling unit 232.

상술된 바에 의하면, 배터리 모듈(10)은 히트 파이프(210)에 의해 고온 영역(111)에서 발생된 열을 저온 영역(112)으로 이동시켜 배터리(100)의 온도 구배의 차이를 낮게 유지 할 수 있다. 그리고, 상변화부(220) 및 열교환부(230)를 이용하여 배터리에서 발생된 열을 냉각시켜 배터리가 적정 작동 온도를 유지할 수 있다.According to the above, the battery module 10 can move the heat generated in the high temperature region 111 by the heat pipe 210 to the low temperature region 112 to keep the difference in the temperature gradient of the battery 100 low. have. In addition, the heat generated from the battery may be cooled using the phase change unit 220 and the heat exchange unit 230 so that the battery maintains an appropriate operating temperature.

나아가, 히트 파이프(210) 및 상변화부(220)는 에너지 소모를 하지 않아, 적은 에너지로 배터리 열관리를 할 수 있고, 박막 진동형 히트 파이프(210) 및 롤 본드 열교환부(230)를 도입하여 배터리 냉각 유닛(200)의 부피를 최소화하고, 더 나아가 배터리 냉각 유닛(200)의 무게를 줄일 수 있다.Furthermore, the heat pipe 210 and the phase change unit 220 do not consume energy, so the battery can be thermally managed with less energy, and the battery is introduced by introducing the thin film vibrating heat pipe 210 and the roll bond heat exchanger 230 The volume of the cooling unit 200 is minimized, and further, the weight of the battery cooling unit 200 can be reduced.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is to illustrate the present invention. In addition, the above-described content is to describe and describe preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications and environments. That is, it is possible to change or modify the scope of the concept of the invention disclosed herein, the scope equivalent to the disclosed contents, and / or the scope of the art or knowledge in the art. The embodiments described describe the best conditions for implementing the technical spirit of the present invention, and various changes required in specific application fields and uses of the present invention are possible. Accordingly, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. In addition, the appended claims should be construed to include other embodiments.

10 : 배터리 모듈
100 : 배터리
110 : 일측면
111 : 고온 영역
112 : 저온 영역
200 : 배터리 냉각 유닛
210 : 히트 파이프
211 : 진동부
220 : 상변화부
221 : PCM 캡슐
221a : 열전달층
222 : 충전재
230 : 열교환부
231 : 냉매관
232 ; 냉각부
233 : 순환 구동기10: battery module
100: battery
110: one side
111: high temperature region
112: low temperature region
200: battery cooling unit
210: heat pipe
211: vibrating unit
220: phase change unit
221: PCM capsule
221a: Heat transfer layer
222: filler
230: heat exchanger
231: refrigerant pipe
232; Cooling
233: circulator driver

Claims (13)

배터리의 일 측면에서 상기 배터리의 고온 영역과 저온 영역 사이를 왕복하는 형상으로 제공되는 히트 파이프와;
상기 히트 파이프의 외측면에 제공되는 상변화부와;
상기 상변화부의 외측면에 제공되는 열교환부를 포함하고,
상기 상변화부는:
상기 히트 파이프와 상기 열교환부의 사이 공간을 채우도록 제공되고,
제 1 온도에서 상변화되는 상변화 물질과;
내부에 상기 상변화 물질이 제공된 PCM(Phase Change Material) 캡슐과;
상기 PCM 캡슐을 감싸고, 탄소 섬유(Carbon fiber) 및 탄소나노튜브 중합체(Carbon nanotube polymer) 중 적어도 하나를 포함하는 재질로 제공되는 열전달층을 포함하는 배터리 냉각 유닛.A heat pipe provided in a shape reciprocating between a high temperature region and a low temperature region of the battery at one side of the battery;
A phase change portion provided on the outer surface of the heat pipe;
It includes a heat exchange portion provided on the outer surface of the phase change portion,
The phase change unit:
It is provided to fill the space between the heat pipe and the heat exchange unit,
A phase change material that is phase changed at a first temperature;
A phase change material (PCM) capsule provided with the phase change material therein;
A battery cooling unit including a heat transfer layer surrounding the PCM capsule and provided with a material including at least one of carbon fiber and carbon nanotube polymer. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 배터리의 일 측면은 고온 영역 및 저온 영역을 포함하되,
상기 고온 영역은 상기 배터리의 방전시, 상기 저온 영역에 비해 높은 온도로 발열되는 영역이고,
상기 히트 파이프는 상기 고온 영역으로부터 상기 저온 영역으로 열을 전달하는 배터리 냉각 유닛.According to claim 1,
One side of the battery includes a high temperature region and a low temperature region,
The high temperature region is a region that generates heat at a higher temperature than the low temperature region when the battery is discharged.
The heat pipe is a battery cooling unit that transfers heat from the high temperature region to the low temperature region. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 상변화부는 폴리 우레탄을 포함하는 재질로 제공되는 충전재를 더 포함하되,
상기 PCM 캡슐은 복수 개가 상기 충전재와 혼합되어 제공되는 배터리 냉각 유닛.According to claim 1,
The phase change portion further comprises a filler provided of a material containing polyurethane,
The PCM capsule is a battery cooling unit provided by mixing a plurality of the filler. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 열교환부는,
냉매와;
상기 냉매가 순환하는 냉매관을 포함하되,
상기 냉매는 제 2 온도에서 기화되는 유체로 제공되는 배터리 냉각 유닛.According to claim 1,
The heat exchange unit,
Refrigerant;
A refrigerant pipe through which the refrigerant circulates,
The refrigerant is a battery cooling unit provided as a fluid vaporized at a second temperature. 배터리와;
상기 배터리를 냉각시키는 배터리 냉각 유닛을 포함하되,
상기 배터리 냉각 유닛은,
배터리의 일 측면에서 상기 배터리의 고온 영역과 저온 영역 사이를 왕복하는 형상으로 제공되는 히트 파이프와,
상기 히트 파이프의 외측면에 제공되는 상변화부와;
상기 상변화부의 외측면에 제공되는 열교환부를 포함하고,
상기 상변화부는:
상기 히트 파이프와 상기 열교환부의 사이 공간을 채우도록 제공되고,
제 1 온도에서 상변화되는 상변화 물질과;
내부에 상기 상변화 물질이 제공된 PCM(Phase Change Material) 캡슐과;
상기 PCM 캡슐을 감싸고, 탄소 섬유(Carbon fiber) 및 탄소나노튜브 중합체(Carbon nanotube polymer) 중 적어도 하나를 포함하는 재질로 제공되는 열전달층을 포함하는 배터리 모듈.A battery;
A battery cooling unit for cooling the battery,
The battery cooling unit,
A heat pipe provided in a shape reciprocating between a high temperature region and a low temperature region of the battery at one side of the battery,
A phase change portion provided on the outer surface of the heat pipe;
It includes a heat exchange portion provided on the outer surface of the phase change portion,
The phase change unit:
It is provided to fill the space between the heat pipe and the heat exchange unit,
A phase change material that is phase changed at a first temperature;
A phase change material (PCM) capsule provided with the phase change material therein;
A battery module surrounding the PCM capsule and comprising a heat transfer layer made of a material including at least one of carbon fiber and carbon nanotube polymer. 제 10 항에 있어서,
상기 배터리의 일 측면은 고온 영역 및 저온 영역을 포함하되,
상기 고온 영역은 상기 배터리의 방전시, 상기 저온 영역에 비해 높은 온도로 발열되는 영역인 배터리 모듈.The method of claim 10,
One side of the battery includes a high temperature region and a low temperature region,
The high temperature region is a battery module that is an area that generates heat at a higher temperature than the low temperature region when the battery is discharged. 제 10 항에 있어서,
상기 상변화부는, 폴리우레탄을 포함하는 재질로 제공되는 충전재를 포함하고,
상기 PCM 캡슐은 복수 개가 상기 충전재와 혼합되어 제공되는 배터리 모듈.The method of claim 10,
The phase change portion includes a filler provided from a material containing polyurethane,
The PCM capsule is a battery module provided by mixing a plurality of the filler. 삭제delete
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