KR20140144330A - 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치 - Google Patents

친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트파이프가 삽입된 계면플레이트에 전압을 인가하는 전극을 장착하여 배터리모듈의 발열시 간접 냉각시키고, 저온환경에서 배터리모듈을 적정 온도로 가열시킴으로써, 배터리 방열 성능을 극대화하는 동시에 배터리 성능 저하를 방지할 수 있도록 한 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 복수의 히트파이프및 각 히트파이프 사이에 놓이는 전극을 오버몰딩하여 임베디드시킨 열전도 및 전기전도성의 계면플레이트를 각 배터리 셀 사이에 밀착 배치하는 동시에 히트파이프의 상단에 일체로 연결된 응축부인 히트싱크를 배터리 하우징의 공기냉각통로에 놓이도록 함으로서, 배터리의 방열 성능을 극대화하여 발열로 인한 부피 팽창을 방지할 수 있고, 냉시동 및 저온 환경에서 배터리를 적정 수준의 온도로 히팅(heating)하여 배터리 성능 향상 및 차량의 출력 저하 방지를 도모할 수 있도록 한 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치{Device for cooling and heating battery module of vehicle}
본 발명은 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트파이프가 삽입된 계면플레이트에 전압을 인가하는 전극을 장착하여 배터리모듈의 발열시 간접 냉각시키고, 저온환경에서 배터리모듈을 적정 온도로 가열시킴으로써, 배터리 방열 성능을 극대화하는 동시에 배터리 성능 저하를 방지할 수 있도록 한 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열장치에 관한 것이다.
친환경 차량이란, 배기가스 배출이 없는 전기자동차, 연료전지 자동차 등을 일컬으며, 이들 친환경 차량에는 주행을 위한 모터 구동을 위하여 배터리가 탑재되어 있다.
전기자동차의 경우, 배터리 시스템의 신뢰성과 안정성이 전기자동차의 상품성을 결정짓는 가장 중요한 요소로 작용함에 따라, 다양한 외부 온도의 변화에 따른 배터리 성능 저하 방지를 위하여 배터리 시스템의 적정 온도 범위인 35~40℃를 유지해야 한다.
이를 위해, 일반적인 기후 조건에서는 우수한 방열 성능을 지니면서도 낮은 온도 환경에서는 배터리의 적정 온도를 유지시킬 수 있는 파우치 셀 모듈용 열 제어 시스템이 필요하다.
전기자동차용 배터리의 경우, 고속 충전, 고출력, 반복 충전 횟수 등으로 인해 발생하는 열로 인하여 배터리 셀 간의 국부적인 온도 차이가 발생하거나, 배터리의 효율 및 안정성을 저해하는 서멀 런어웨이(thermal runaway, 열폭주) 현상이 발생하게 되며, 이는 배터리 내부에서 발생되는 열보다 외부로의 열방출 내지 열확산 능력이 부족하여 초래되는 것으로 알려져 있다.
배터리의 종류 중 파우치 타입의 배터리 셀은 충전 및 방전시, 리튬 이온의 전극물질로의 인터칼레이션(Intercalation)과 디-인터칼레이션(deintercalation)에 의해 배터리의 부피가 변화하게 되며, 이로 인해 배터리 내 전극의 팽창과 더불어 두 전극물질 사이의 분리층(separator)의 손상이 발생할 수 있다.
상기 분리층의 손상은 배터리의 내부 저항 발생과 함께 심각한 배터리 성능 저하, 배터리 최종 용량의 감소 등을 초래하게 되므로, 배터리의 부피 팽창에 대응하기 위한 방열 계면 소재가 요구되고 있다.
파우치 타입의 배터리 팽창이 심할 경우, 폴리머 파우치가 손상되어 내부의 전해액 누수 및 가스 분출 등의 위험이 발생하며, 파우치 타입 셀 모듈은 여러 셀은 적층 시켜놓은 것이므로 팽창이나 가스 분출 혹은 폭발이 발생할 경우 인접 셀에도 직접적인 손상을 가하게 된다.
또한, 파우치 타입의 배터리 팽창은 배터리 셀 간 냉각을 위한 냉각공기유로의 크기를 감소시켜 발열 현상을 가속화시키는 요인이 되기도 한다.
한편, 종래기술의 일례로서, 냉각공기가 배터리의 표면에 직접 접촉하여 ㅂ배터리의 발생 열을 방열시키는 직접냉각방식이 널리 알려져 있는 바, 이 경우에는 배터리를 냉각공기가 직접 냉각하므로, 배터리를 둘러싸는 하우징 소재의 열전도도를 요구하지 않지만, 냉각공기가 흐르는 냉각공기유로가 각 배터리 셀 사이에 일정 크기 이상으로 확보되어야 하므로, 단위 부피당 셀의 삽입 개수를 증가시키는데 한계가 있다.
종래기술의 다른 예로서, 리튬이온 배터리 사이에 평판형의 히트파이프를 삽입하고 히트파이프의 상단부에 응축부(condensation)인 루버 핀(louvered fins) 형상의 방열핀들을 서로 교차시킨 간접 냉각구조를 형성하여, 배터리의 방열 특성을 향상시킬 수 있는 히트파이프를 이용한 배터리 방열 구조가 미국특허 US20110206965에 개시되어 있다.
그러나, 고속 충방전에 의한 배터리(예를 들어, 파우치 타입 배터리)의 부피팽창에 전혀 대응할 수 없는 단점이 있다.
일반적으로 파우치 타입의 배터리 표면은 평평하지 않아, 위의 종래기술에 개시된 평판 타입의 히트파이프가 배터리 셀 사이에 놓이는 경우, 평판 타입의 히트파이프와 각 배터리 셀 간의 평탄도 저하로 인하여 계면전달저항이 발생하고, 이는 열전달 효율을 낮아지게 하는 요인이 된다.
또한, 위의 종래기술의 다른 예에서 적용한 평판 타입의 히트파이프의 경우, 배터리 표면에 직접 닿기 때문에 히트파이프 제조과정에서 발생한 금속 버어(burr)에 의해 차량 진동시 혹은 배터리 모듈 조립과정에서 파우치 타입의 배터리가 찢어질 위험이 있다.
한편, 종래의 배터리 모듈에 대한 또 다른 단점으로서, 차량의 냉시동성이나 저온 환경에서의 출력저하에 대응할 수 있는 소재 내지 장치가 전혀 갖추어지지 않는 단점이 있다.
즉, 첨부한 도 1에서 보듯이, 일반적인 리튬이온 배터리의 경우, 저온 환경에서 차량의 출력성능 저하를 초래하는데, 구체적으로는 10℃ 이하에서 부터 출력성능 저하되기 시작하여 영하 20℃에서 30%정도 성능이 저하되는 것을 알 수 있다.따라서, 냉시동 및 저온 환경에서 배터리를 30~40℃ 정도 수준으로 히팅(heating)할 수 있는 별도의 소재 내지 장치가 요구되고 있다.
이러한 종래의 제반 문제점을 감안하여, 본원 출원인은 히트파이프를 오버몰딩하여 임베디드시킨 열전도성의 계면플레이트를 각 배터리 셀 사이에 밀착 배치하는 동시에 히트파이프의 상단에 일체로 연결된 응축부인 히트싱크를 공기냉각통로에 놓이도록 함으로서, 배터리의 방열 성능을 극대화하여 발열로 인한 부피 팽창을 방지할 수 있고, 또한 계면플레이트가 배치되지 않은 배터리 셀 사이에 면상발열체를 더 배치하여 냉시동 및 저온 환경에서 배터리를 적정 수준의 온도로 히팅(heating)하여 배터리 성능 향상 및 차량의 출력 저하 방지를 도모할 수 있도록 한 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각장치를 이미 특허출원(2013-0046449(2013.04.16)) 한 바 있다.
그러나, 배터리 셀 사이에 면상발열체를 별도로 배치함에 따라, 배터리 모듈의 전체적인 두께가 증가하는 동시에 중량 증가의 원인이 되고, 특히 면상발열체를 제어기 위한 별도의 제어기가 추가되어야 하는 등 제조 비용이 상승하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 복수의 히트파이프및 각 히트파이프 사이에 놓이는 전극을 오버몰딩하여 임베디드시킨 열전도 및 전기전도성의 계면플레이트를 각 배터리 셀 사이에 밀착 배치하는 동시에 히트파이프의 상단에 일체로 연결된 응축부인 히트싱크를 배터리 하우징의 공기냉각통로에 놓이도록 함으로서, 배터리의 방열 성능을 극대화하여 발열로 인한 부피 팽창을 방지할 수 있고, 냉시동 및 저온 환경에서 배터리를 적정 수준의 온도로 히팅(heating)하여 배터리 성능 향상 및 차량의 출력 저하 방지를 도모할 수 있도록 한 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 다수의 배터리 셀들 중 선택된 2개 이상의 배터리 셀 사이에 히트파이프 및 전극을 오버몰딩하여 임베디드시킨 열전도성 및 전기전도성의 계면플레이트를 밀착 배치하고, 히트파이프의 상단부에 일체로 연결된 히트싱크를 배터리 셀들을 감싸는 외부하우징의 냉각공기유로내에 놓이도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 계면플레이트는 그라파이트, 탄소나노튜브, 실버 파우더, 카본블랙, 탄소섬유 중 선택된 1종 또는 2종 이상 혼합한 전기전도성 필러를 40~60중량% 함유한 열전도성 엘라스토머로 채택된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 히트파이프는 알루미늄 재질을 이용한 띠 형태의 평면 형상이면서 그 내부에 작동유체가 채워진 것으로 구비되어 계면플레이트 내에 등간격으로 임베디드된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트싱크는 히트파이프내에서 기화된 작동유체를 응축시키는 응축부로서, 그 표면에는 다수의 방열판이 일체로 형성된 것임을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 외부하우징은 배터리셀 및 계면플레이트를 감싸는 공간과, 그 위쪽에 히트싱크가 놓이는 단일의 냉각공기유로가 독립적인 공간으로 형성되고, 전체 표면에 단열막 코팅층이 형성된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 외부하우징의 냉각공기유로의 입구 및 출구에는 제어기의 제어에 의하여 개폐되는 플랩이 장착된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 배터리 셀들 사이에 배터리(특히, 파우치 타입의 배터리)의 부피 팽창에 대응하는 동시에 방열을 위한 계면 소재로서 히트파이프 및 전극을 오버몰딩하여 임베디드시킨 열전도성 및 전기전도성의 계면플레이트를 밀착 배치함으로써, 배터리의 발열로 인한 부피 팽창을 방지함과 더불어 배터리의 열을 히트파이프를 통해 용이하게 배출시킬 수 있다.
특히, 냉시동 및 저온 환경에서 계면플레이트내의 전극에 전압을 인가하여 계면플레이트가 발열되도록 함으로써, 배터리를 적정 수준의 온도로 히팅(heating)할 수 있고, 그에 따라 배터리 성능 향상 및 차량의 출력 저하 방지를 도모할 수 있다.
도 1은 친환경 차량의 저온 출력성능 저하 구간을 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열장치의 히트파이프 및 전극이 임베디드된 계면플레이트를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열장치의 히트파이프 및 전극이 임베디드된 계면플레이트를 나타낸 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열장치의 계면플레이트가 배터리 셀 사이에 배열되어 외부하우징으로 둘러싸인 상태를 나타낸 부분 단면 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열장치의 계면플레이트가 배터리 셀 사이에 배열되어 외부하우징으로 둘러싸인 상태에서 방열이 이루어지는 동작을 보여주는 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 친환경 차량용 배터리모듈 간접 냉각 및 가열장치는 적어도 2개 이상의 히트파이프(12)를 비롯하여 (+) 및 (-) 전극(40)을 오버몰딩하여 임베디드시킨 열전도성 및 전기전도성의 계면플레이트(10)를 포함한다.
상기 계면플레이트(10)는 배터리 셀에서 발생된 열을 효과적으로 히트파이프(12)로 전달하기 위하여 계면 공극이 최소화되고 평탄도가 우수해야 하며, 또한 배터리 셀 사이에 배치되었을 때 배터리 셀과의 접촉 그립성(완전한 밀착성)을 부여하여 열전달 계면저항을 최소화하는 동시에 열전달 특성을 최대화시켜야 하는 점을 고려하여, 고 열전도성을 갖는 열가소성 엘라스토머 소재로 채택된다.
바람직하게는, 상기 계면플레이트(10)는 배터리(특히, 파우치 타입 배터리)의 부피팽창에 대응 가능하도록 배터리 셀과의 접착도(밀착력)를 향상시키고자 열전도도가 평판방향으로 10W/mK 이상으로 우수하고 소프트한 재질인 열가소성 엘라스토머 소재로 채택된 것이다.
특히, 상기 계면플레이트(10)에 전기전도성을 부여하고자, 열전도성 엘라스토머 60~40중량%에 그라파이트, 탄소나노튜브, 실버 파우더, 카본블랙, 탄소섬유 중 선택된 1종 또는 2종 이상 혼합한 전기전도성 필러가 40~60중량% 함유된다.
이때, 상기 계면플레이트(10)내에서 (+) 및 (-) 전극(40)은 히트파이프(12) 사이에 배치되어 12V의 보조배터리로부터 전압을 인가받게 된다.
따라서, 저온 환경 및 냉시동시 상기 전극(40)에 전압(12V)을 인가하면 계면플레이트가 50~100℃ 수준으로 발열이 가능하다.
즉, 전기전도성 필러를 함유한 경우 열전도성 엘라스토머내에 존재하는 (+) 및 (-) 전극(40)에 전압을 걸어주면, 전기전도성 필러를 통하여 전류의 흐름이 발생하는 동시에 저항에 의한 열이 발생하게 되며, 또한 각 필러 사이에 브리징 역할을 하는 엘라스토머 소재의 열팽창에 의해 저항값이 달라지게 됨으로써, 자기 온도 조절이 가능한 발열 특성을 표출하게 된다.
한편, 상기 히트파이프(12)는 알루미늄 재질을 이용한 직사각형의 띠편 형상으로 구비되어, 계면플레이트(10)내에 등간격을 이루며 임베디드되고, 그 상단부에는 계면플레이트(10)로부터 전달받은 배터리의 발열시 열 에너지를 외부하우징(20)의 냉각공기유로(22)쪽으로 전달하기 위하여 히트싱크(14)가 일체로 형성된다.
상기 히트싱크(14)는 히트파이프(12)내에서 기화된 작동유체를 응축시키는 응축부로서, 그 표면에는 다수의 방열판이 상하방향으로 등간격을 이루며 일체로 형성된다.
참고로, 상기 히트파이프(12)의 내부에는 휘발성 작동유체(예를 들어, 아세톤)가 채워진 상태이며, 이 작동유체는 배터리의 발열시 열에 의하여 증발하는 동시에 열에너지를 가지고 히트싱크(14)쪽으로 이동하여 방열하고, 다시 방열과 함께 응축되어 히트파이프(12)내로 복귀한다.
바람직하게는, 상기 배터리 모듈의 컴팩트화를 감안하여, 상기 히트파이프(12)는 1.0~1.5t 두께로 제작되고, 상기 계면플레이트(10)는 히트파이프(12)의 두께를 포함하여 2~5mm 두께로 오버 몰딩되도록 한다.
이렇게 구비된 계면플레이트(10) 즉, 히트파이프(12) 및 전극(40)이 임베디드된 계면플레이트(10)를 다수의 배터리 셀(30)들 중 선택된 2개 이상의 배터리 셀 사이에 밀착 배치하고, 히트파이프(12)의 상단부에 일체로 연결된 히트싱크(14)를 외부하우징(20)의 냉각공기유로(22)내에 놓이도록 한다.
보다 상세하게는, 상기 외부하우징(20)은 서로 적층된 배터리 셀(30) 및 계면플레이트(10)를 감싸주는 하부 공간과, 그 위쪽에 히트싱크(14)가 놓이는 단일의 냉각공기유로(22)가 서로 독립적인 공간으로 형성된 구조로 구비되며, 이에 서로 적층된 배터리 셀(30) 및 계면플레이트(10)가 외부하우징(20)의 하부 공간에 배치되는 동시에 히트싱크(14)가 냉각공기유로(22)에 놓이게 된다.
이때, 상기 외부하우징(20)의 냉각공기유로(22)의 입구 및 출구에는 배터리 온도센서의 검출신호를 기반으로 하는 제어기의 제어에 의하여 개폐되도록 한 플랩(24)이 장착된다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 배터리 간접 냉각 및 가열장치에 대한 작동 흐름을 첨부한 도 4 및 도 5를 참조로 설명하면 다음과 같다.
배터리 셀(20)의 고속 충전 및 방전, 고출력, 반복 충전 횟수 등에 의해 열이 발생하면, 발생된 열이 열전도성의 계면플레이트(10)를 통하여 히트파이프(12)로 전도된다.
이때, 상기 배터리 온도를 측정한 온도센서의 신호가 제어기(BMS: Battery Management System)로 입력되면, 제어기에서 상기 외부하우징(20)의 냉각공기유로(22)의 입출구에 장착된 플랩(24)을 열어주게 된다.
연이어, 상기 히트파이프(12)로 전달된 열에 의하여 히트파이프(12)의 내부(증발부)에 존재하는 작동유체(working fluid)가 기화되고, 기화된 가스 분자는 열에너지를 보유하면서 히트파이프(12)의 반대쪽 즉, 히트싱크(14)가 부착된 쪽(응축부)으로 이동한다.
이때, 상기 히트싱크(14)는 외부하우징(20)의 냉각공기유로(22)를 지나는 냉각공기와 접촉되는 상태인 바, 이에 작동 유체가 보유한 열에너지가 히트싱크(14)를 통하여 냉각공기와 열교환을 하면서 방열되는 동시에 열교환 후의 작동유체는 응축되어 다시 히트파이프(12)쪽으로 이동한다.
이렇게 배터리의 발열시 발생하는 열을 계면플레이트(10) 및 히트파이프(12)를 통하여 방출시킬 수 있으므로, 배터리 발열에 따른 부피 팽창 및 방열 성능을 극대화시킬 수 있다.
한편, 친환경 차량의 냉시동 및 저온 환경에서 상기 전극(40)에 전압을 인가하여 배터리를 적정 수준의 온도로 히팅(heating)할 수 있고, 그에 따라 배터리 성능 향상 및 차량의 출력 저하 방지를 도모할 수 있다.
보다 상세하게는, 저온 환경 및 냉시동시 배터리 온도를 감지한 센서로부터 저온임을 검출한 신호가 제어기에 입력되면, 제어기에서 외부하우징(20)의 냉각공기유로(22)의 입출구에 장착된 플랩(24)을 닫아주는 제어를 하는 동시에 전극(40)에 전압(12V)을 인가함으로써, 계면플레이트(10)에 함유된 전기전도성 필러를 통하여 전류의 흐름이 발생하는 동시에 저항에 의한 열이 발생하게 되며, 이때의 열이 배터리 셀로 전달되어 배터리가 적정 수준의 온도를 유지할 수 있고, 그에 따라 배터리 성능 향상 및 차량의 출력 저하 방지를 도모할 수 있다.
이때, 상기 계면플레이트(10)에 함유된 각 전기전도성 필러 사이에 브리징 역할을 하는 엘라스토머 소재의 열팽창에 의해 전류 흐름시 저항값이 달라지게 됨으로써, 결국 계면플레이트(10)는 자기 온도 조절이 가능한 발열 특성을 표출하게 된다.
또한, 상기 외부하우징(20)의 입출구에 장착된 플랩(24)이 닫힌 상태이므로, 냉각공기유로(22)에 냉각공기가 차단되는 상태가 될 뿐만 아니라, 히트파이프(히팅부) 및 히트싱크(응축부)를 통하여 열이 방열되는 것을 차단할 수 있다.
즉, 저항에 의한 열이 계면플레이트(10)의 히트파이프(12)로 전달되더라도, 상기 냉각공기유로(22)가 닫힘 상태의 플랩(24)에 의하여 밀폐된 상태에서는 계면플레이트(10)내의 히트파이프(히팅부)와 냉각공기유로(22)내의 히트싱크(응축부) 간의 온도 차이가 거의 없어지게 되므로, 히트파이프 고유의 열전달 기능이 사라지게 되고, 결국 저온 환경 및 냉시동시 저항에 의한 열이 외부로 방열되는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 외부하우징(20)의 전체 표면에 외부하우징의 외부로부터의 열 또는 냉기를 차단하기 위한 단열막 코팅층을 형성해줌으로써, 냉각공기유로(22)를 따라 냉각공기가 흐를 때 외부하우징의 외부열과 냉각공기가 열교환되는 현상을 방지할 수 있고, 또한 냉각공기유로(22)가 밀폐된 경우에 외부하우징으로부터 외부 냉기가 냉각공기유로(22)내로 전달되는 것을 차단할 수 있도록 한다.
10 : 계면플레이트
12 : 히트파이프
14 : 히트싱크
20 : 외부하우징
22 : 냉각공기통로
24 : 플랩
30 : 배터리 셀
40 : 전극

Claims (6)

  1. 다수의 배터리 셀들 중 선택된 2개 이상의 배터리 셀 사이에 히트파이프 및 전극을 오버몰딩하여 임베디드시킨 열전도성 및 전기전도성의 계면플레이트를 밀착 배치하고, 히트파이프의 상단부에 일체로 연결된 히트싱크를 배터리 셀들을 감싸는 외부하우징의 냉각공기유로내에 놓이도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 계면플레이트는 그라파이트, 탄소나노튜브, 실버 파우더, 카본블랙, 탄소섬유 중 선택된 1종 또는 2종 이상 혼합한 전기전도성 필러를 40~60중량% 함유한 열전도성 엘라스토머로 채택된 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트파이프는 알루미늄 재질을 이용한 띠 형태의 평면 형상이면서 그 내부에 작동유체가 채워진 것으로 구비되어 계면플레이트 내에 등간격으로 임베디드된 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트싱크는 히트파이프내에서 기화된 작동유체를 응축시키는 응축부로서, 그 표면에는 다수의 방열판이 일체로 형성된 것임을 특징으로 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부하우징은 배터리 셀 및 계면플레이트를 감싸는 공간과, 그 위쪽에 히트싱크가 놓이는 단일의 냉각공기유로가 독립적인 공간으로 형성되고, 전체 표면에 단열막 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 외부하우징의 냉각공기유로의 입구 및 출구에는 제어기의 제어에 의하여 개폐되는 플랩이 장착된 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017026634A1 (ko) * 2015-08-13 2017-02-16 엘지전자 주식회사 전기자동차의 배터리 열교환 장치
CN106785213A (zh) * 2017-01-12 2017-05-31 江乐新 带有板式热管的电动汽车电池热管理***
KR20170078379A (ko) 2015-12-29 2017-07-07 에이치엘그린파워 주식회사 간접 냉각 방식 배터리 모듈 및 이의 조립 방법
CN110880627A (zh) * 2018-09-04 2020-03-13 大众汽车有限公司 冷却电池的电池冷却装置或带有电池冷却装置的组件结构
WO2020055005A1 (ko) * 2018-09-13 2020-03-19 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
CN114571976A (zh) * 2022-02-21 2022-06-03 江苏大学 一种集成电动汽车下车体与电池包的一体化结构
KR102480979B1 (ko) * 2021-06-18 2022-12-23 비나텍주식회사 터미널이 없는 전기 에너지 저장 셀들로 구성되는 전기 에너지 저장 모듈의 냉각 구조
KR20230082816A (ko) * 2021-12-02 2023-06-09 주식회사 성우하이텍 배터리 모듈 어셈블리

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10581251B2 (en) * 2014-12-18 2020-03-03 Fca Us Llc Battery pack active thermal management system
GB2537431B (en) * 2015-04-13 2018-01-03 Tata Motors European Technical Ct Plc Battery Module
DE102015219536B4 (de) * 2015-10-08 2023-04-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezellenmodul
US10109829B2 (en) 2015-11-05 2018-10-23 Ford Global Technologies, Llc Support assembly for traction battery
US10103415B2 (en) * 2016-02-03 2018-10-16 GM Global Technology Operations LLC Battery pack with intracell heat conducting members
KR101935835B1 (ko) 2016-11-22 2019-01-08 (주)동양화학 수산화암모늄 제조를 위한 마이크로 접촉 스크러버 및 이를 이용한 수산화암모늄 제조장치
DE102018200122A1 (de) 2018-01-05 2019-07-11 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle für eine wiederaufladbare Batterie sowie Verfahren und System zum Heizen von Batteriezellen einer derartigen Batterie
US20190363410A1 (en) * 2018-05-25 2019-11-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Externally-cooled battery housing
CN108808169A (zh) * 2018-07-10 2018-11-13 中国科学院工程热物理研究所 应用软包电池的电动汽车动力电池包
CN109449334B (zh) * 2018-10-31 2024-02-27 华南理工大学 一种基于三维均温板的电池热管理装置
CN113764808A (zh) * 2020-06-02 2021-12-07 广州汽车集团股份有限公司 电池热管理装置以及汽车
GB2604908A (en) * 2021-03-18 2022-09-21 Nobel Gemlik Otomotiv Sanayi Veticaret Anonim Sirketi A type of battery thermal management system
WO2024001896A1 (zh) * 2022-06-27 2024-01-04 陕西奥林波斯电力能源有限责任公司 电池温控***、大容量电池、电池组、电池壳体及换热装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100706653B1 (ko) * 2006-12-27 2007-04-13 제일모직주식회사 열전도성 수지 조성물 및 플라스틱 성형품
US8574738B2 (en) * 2007-03-14 2013-11-05 Enerdel, Inc. Battery pack assembly with integrated heater
KR101095346B1 (ko) * 2008-12-12 2011-12-16 주식회사 엘지화학 우수한 방열 특성의 전지모듈 및 중대형 전지팩
DE102010002000A1 (de) * 2010-02-16 2011-09-08 Sgl Carbon Se Wärmeableiter und elektrischer Energiespeicher
US8785024B2 (en) 2010-02-23 2014-07-22 GM Global Technology Operations LLC Combination of heat pipe and louvered fins for air-cooling of Li-Ion battery cell and pack
KR101108191B1 (ko) * 2010-05-24 2012-02-06 에스비리모티브 주식회사 배터리 팩
JP5081960B2 (ja) 2010-08-31 2012-11-28 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 酸化物焼結体及び酸化物半導体薄膜
KR101055422B1 (ko) * 2011-01-31 2011-08-10 주식회사 에이팩 판형 열전달부재가 구비된 배터리 모듈
BR112014001636B1 (pt) * 2011-07-27 2019-03-26 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Chapa de aço laminada a frio de alta resistência tendo excelente capacidade de flangeamento no estiramento e capacidade de perfuração de precisão e método para a produção da mesma
JP5757502B2 (ja) * 2011-09-27 2015-07-29 古河電気工業株式会社 バッテリ温度調節ユニット及びバッテリ温度調節装置
US20130228387A1 (en) * 2012-01-24 2013-09-05 Ford Global Technologies, Llc Drive Battery Arrangement and Motor Vehicle Having a Drive Battery Arrangement
KR101428383B1 (ko) * 2013-04-26 2014-08-08 현대자동차주식회사 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각장치

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017026634A1 (ko) * 2015-08-13 2017-02-16 엘지전자 주식회사 전기자동차의 배터리 열교환 장치
CN107925141A (zh) * 2015-08-13 2018-04-17 Lg电子株式会社 电动汽车的电池热交换装置
KR20170078379A (ko) 2015-12-29 2017-07-07 에이치엘그린파워 주식회사 간접 냉각 방식 배터리 모듈 및 이의 조립 방법
CN106785213A (zh) * 2017-01-12 2017-05-31 江乐新 带有板式热管的电动汽车电池热管理***
CN110880627A (zh) * 2018-09-04 2020-03-13 大众汽车有限公司 冷却电池的电池冷却装置或带有电池冷却装置的组件结构
CN110880627B (zh) * 2018-09-04 2024-01-09 大众汽车有限公司 冷却电池的电池冷却装置或带有电池冷却装置的组件结构
KR20200030966A (ko) * 2018-09-13 2020-03-23 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
CN111742440A (zh) * 2018-09-13 2020-10-02 株式会社Lg化学 电池模块、包括该电池模块的电池组和包括该电池组的车辆
US11482751B2 (en) 2018-09-13 2022-10-25 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module, battery pack comprising such battery module, and vehicle comprising such battery pack
CN111742440B (zh) * 2018-09-13 2023-08-29 株式会社Lg新能源 电池模块、包括该电池模块的电池组和包括该电池组的车辆
WO2020055005A1 (ko) * 2018-09-13 2020-03-19 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102480979B1 (ko) * 2021-06-18 2022-12-23 비나텍주식회사 터미널이 없는 전기 에너지 저장 셀들로 구성되는 전기 에너지 저장 모듈의 냉각 구조
KR20230082816A (ko) * 2021-12-02 2023-06-09 주식회사 성우하이텍 배터리 모듈 어셈블리
CN114571976A (zh) * 2022-02-21 2022-06-03 江苏大学 一种集成电动汽车下车体与电池包的一体化结构
CN114571976B (zh) * 2022-02-21 2023-05-05 江苏大学 一种集成电动汽车下车体与电池包的一体化结构

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