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KR102075136B1 - 차량용 배터리 냉각장치 - Google Patents

차량용 배터리 냉각장치 Download PDF

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KR102075136B1
KR102075136B1 KR1020170146759A KR20170146759A KR102075136B1 KR 102075136 B1 KR102075136 B1 KR 102075136B1 KR 1020170146759 A KR1020170146759 A KR 1020170146759A KR 20170146759 A KR20170146759 A KR 20170146759A KR 102075136 B1 KR102075136 B1 KR 102075136B1
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김재웅
정소라
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Abstract

차량의 배터리모듈; 상기 배터리모듈에 인접하여 구비되고, 내측에는 순환공간이 형성되며, 상기 순환공간 내에서 열이 순환되어 상기 배터리모듈에서 발생되는 열이 흡수되도록 구비되는 바디; 및 상기 바디와 열교환 가능하도록 구비되어, 상기 배터리모듈을 냉각하는 냉각부;를 포함하는 차량용 배터리 냉각장치가 소개된다.

Description

차량용 배터리 냉각장치 {COOLING APPARATUS OF BATTERY FOR VEHICLE}
본 발명은 고전압배터리가 장착된 차량에 있어서, 고전압배터리를 포함하는 배터리모듈을 효율적으로 냉각하기 위한 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
차량에 구동에너지를 제공하는 배터리모듈이 장착된 전기자동차는 자동차의 구동에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차이다. 전기자동차는 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 공해문제의 심각화, 화석 연료의 고갈 등의 문제가 제기되면서 그 개발이 다시 가속화되고 있다. 특히, 전기자동차가 실용화되기 위해서는 전기 자동차의 연료공급원인 배터리모듈이 경량화 및 소형화됨과 동시에 그 충전시간이 단축되어야 하는바, 상기 배터리모듈에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
상기 배터리모듈은 직렬로 연결된 복수의 전지셀을 포함하고 있는데, 상기 배터리모듈의 충전과 방전이 효율적으로 이루어지려면 상기 배터리모듈이 적정한 온도를 유지해야 한다. 따라서, 실외 환경이나 차량의 주행 등에 따른 환경에 따라 상기 배터리모듈을 실시간으로 확인하여 상기 배터리모듈의 냉각 또는 승온을 수행하는 배터리의 냉각승온시스템이 구비된다.
그러나 종래의 차량용 배터리의 냉각승온시스템의 경우에는 상기 배터리모듈 또는 전장부품코어가 하나의 라디에이터를 공유하므로 상기 배터리모듈과 전장부품코어의 주요 작동온도의 범위가 달라 활용에 한계가 있고, 승객룸을 공조하기 위한 장치들과 근접하여 위치되어 열효율이 감소되는 기술적 한계가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR10-2012-0066340 (A)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 중량을 감소시키면서도 워터펌프의 소모동력을 감소시켜 동력성능을 증대시킬 수 있는 차량용 배터리 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치는 차량의 배터리모듈; 상기 배터리모듈에 인접하여 구비되고, 내측에는 순환공간이 형성되며, 상기 순환공간 내에서 열이 순환되어 상기 배터리모듈에서 발생되는 열이 흡수되도록 구비되는 바디; 및 상기 바디와 열교환 가능하도록 구비되어, 상기 배터리모듈을 냉각하는 냉각부;를 포함한다.
상기 바디의 순환공간에는 유체가 충진되어 상기 순환공간 내에서 순환됨으로써, 상기 냉각부 및 배터리모듈과 열교환할 수 있다.
상기 바디의 일측은 폐쇄되고, 타측은 개방되되, 상기 바디의 타측에는 밀폐부가 구비되어 상기 바디의 개방면을 커버함으로써, 상기 바디가 밀폐되고, 상기 바디 내에 일정 수준의 압력이 유지될 수 있다.
상기 밀폐부에 의해 상기 바디의 내부는 진공에 가까운 상태의 압력이 유지될 수 있다.
상기 순환공간은 폭 대비하여 길이가 더 길게 형성되고, 상기 순환공간의 길이방향은 상기 배터리모듈의 길이방향과 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
상기 순환공간은 복수의 구간으로 구획되고, 상기 순환공간과 순환공간의 사이에는 전달부재가 구비될 수 있다.
상기 바디의 내측면에는 전달부재가 구비되어 상기 순환공간 내에 충진된 유체의 이동이 보조될 수 있다.
상기 냉각부에는 상기 바디의 일측이 관통삽입되어 상기 바디와 상기 냉각부는 면접촉될 수 있다.
상기 냉각부는 상기 바디의 일측에 설치되고, 상기 바디와 상기 냉각부는 면접촉될 수 있다.
상기 냉각부에는 상기 바디가 삽입되는 삽입홈이 형성되고, 상기 바디의 일측이 상기 삽입홈에 삽입됨으로써, 상기 냉각부와 바디가 면접촉될 수 있다.
상기 냉각부는 차량의 공조라인과 연결되어 냉각된 냉각수가 저장되는 냉각수탱크일 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 배터리 냉각장치에 따르면, 냉각수량을 감소시켜 중량을 절감시킬 수 있고, 워터펌프의 소모동력을 감소하여 차량의 동력성능을 증대시킬 수 있으며, 고전압배터리와 냉각수 간의 직접 접촉이 없어 냉각수 관의 리크(Leak)로 인한 화재 가능성을 제거하여 안전성을 증대시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1의 B-B선 단면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치.
도 6은 도 5의 C-C선 단면도.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치.
도 9는 도 8의 D-D선 단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B선 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치이고, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치이며, 도 6은 도 5의 C-C선 단면도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치이고, 도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치이며, 도 9는 도 8의 D-D선 단면도이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치는 차량의 배터리모듈(100); 상기 배터리모듈(100)에 인접하여 구비되고, 내측에는 순환공간(310)이 형성되며, 상기 순환공간(310) 내에서 열이 순환되어 상기 배터리모듈(100)에서 발생되는 열이 흡수되도록 구비되는 바디(300); 및 상기 바디(300)와 열교환 가능하도록 구비되어, 상기 배터리모듈(100)을 냉각하는 냉각부(500);를 포함한다.
본 발명의 차량용 배터리 냉각장치는 차량에 장착된 고전압배터리에서 발생되는 열을 냉각하여 고전압배터리의 효율을 증대시키기 위한 것으로서, 특히 차량에 고전압배터리가 장착되는 전기차량에 적용되는 것이 바람직할 것이다. 본 명세서에서는 고전압배터리를 포함하는 상기 배터리모듈(100)이 차량의 플로어패널 측에 위치된 것을 도시하고 예를들어 설명하나, 꼭 이러한 위치에 한정하는 것은 아니다.
상기 바디(300)는 상기 배터리모듈(100)에 인접하여 구비된다. 상기 바디(300)는 히트파이프일 수 있다. 상기 바디(300)는 내측에 순환공간(310)이 형성되고, 상기 순환공간(310) 내에는 유체가 충진되어 유체가 상기 순환공간(310) 내에서 순환되어 상기 배터리모듈(100)에서 발생되는 열이 흡수되어 상기 냉각부(500)와 열교환된다. 특히, 상기 바디(300)는 일측은 폐쇄되고 타측은 개방되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 바디(300)의 개방된 타측에는 개방면(330)을 커버하는 밀폐부(700)가 구비되어 상기 개방면(330)을 커버한다. 따라서, 상기 바디(300)는 밀폐되고, 상기 바디(300) 내에 일정 수준의 압력을 유지하되, 특히 상기 바디(300)의 내부는 진공에 가까운 상태의 압력이 유지될 수 있는 것이다. 보다 상세하게는 상기 밀폐부(700)는 밀폐돌기(710)가 형성되어 상기 순환공간(310) 내부가 진공에 가까운 압력을 형성하도록 하는 작업을 수행한 후 영구 밀폐를 구현하는 것이 가능해지는 것이다.
상기 바디(300)에 형성되는 상기 순환공간(310)은 폭 대비하여 길이가 더 길게 형성된다. 특히, 상기 순환공간(310)의 길이방향은 상기 배터리모듈(100)의 길이방향과 동일한 방향으로 형성됨으로써, 상기 순환공간(310) 내에서 유체가 순환되어 상기 배터리모듈(100)과 냉각부(500)가 열교환 가능하게 되는 것이다. 상기 순환공간(310)은 복수의 구간으로 구획되고, 상기 순환공간(310)과 순환공간(310)의 사이에는 전달부재(350)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 전달부재(350)는 상기 바디(300)의 내측면에 밀착되어 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전달부재(350)에 의해 상기 순환공간(310) 내에 충진된 유체의 이동이 보조되어 유체의 순환을 보조하게 되어 보다 효율적으로 유체의 효율이 진행되게 된다.
상기 냉각부(500)는 상기 바디(300)와 열교환 가능하도록 구비되어 상기 배터리모듈(100)을 간접적으로 냉각하게 된다. 특히, 상기 냉각부(500)는 차량의 공조라인과 연결되어 냉각된 냉각수가 저장되는 냉각수탱크 또는 냉각수 유로의 일부일 수 있다. 상기 냉각부(500)는 상기 바디(300)의 일측에 구비되되, 상기 바디(300)의 개방면(330)과는 반대편에 위치되는 것이 바람직할 것이다.
상기 냉각부(500)는 상기 도면을 통해 상세하게 설명하도록 한다.
먼저 도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1실시예를 도시한 것으로서, 상기 냉각부(500)에는 상기 바디(300)의 일측이 관통삽입되어 상기 바디(300)와 상기 냉각부(500)는 면접촉되도록 구성된다. 상기 냉각부(500)는 차량의 냉각수유로에 형성됨으로써, 상기 냉각수유로로부터 냉각수가 공급되는 유입구(530)와 유입된 냉각수가 배출되는 배출구(550)가 형성된다. 상기 냉각부(500)는 냉각수가 흘러가면서 저장되는 공간으로서, 상기 바디(300)의 일측이 삽입되는 결합홀(510)이 형성되고, 상기 결합홀(510)에 상기 바디(300)가 삽입된다. 따라서, 상기 바디(300)의 일측의 둘레를 따라 상기 바디(300)의 최외측면이 상기 냉각부(500)의 냉각수와 면접촉하게 되고, 그러므로 상기 배터리모듈(100)로부터 전달된 열이 상기 냉각부(500)의 냉각수에 의해 열교환되어 냉각되는 것이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면으로서, 상기한 제1실시예와 동일한 구성이되, 상기 순환공간(310)의 내측면에 상기 전달부재(350)가 구비하여 상기 순환공간(310) 내에서 유체가 순환되는 것을 도와 냉각효율을 증대시키게 된다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 제3실시예를 도시한 도면이고, 도 8 내지 도 9는 본 발명의 제5실시예를 도시한 도면으로서, 상기 냉각부(500)는 상기 바디(300)의 일측에 설치되되, 외부에 설치되고, 상기 바디(300)와 상기 냉각부(500)는 면접촉된다. 상기한 제3실시예와 제4실시예는 상기 냉각부(500)의 형상에 있어서 차이가 있을 뿐, 접촉되는 면을 증대시키니 위한 목적은 동일하다. 따라서, 상기 바디(300)에 의해 상기 냉각부(500)의 냉각수와 상기 배터리모듈(100)이 열교환되어 상기 배터리모듈(100)이 냉각되게 된다.
도 7은 본 발명의 제4실시예를 도시한 도면으로서, 상기 냉각부(500)에는 상기 바디(300)가 삽입되는 삽입홈(570)이 형성되고, 상기 바디(300)의 일측이 상기 삽입홈(570)에 삽입됨으로써, 상기 냉각부(500)와 바디(300)가 면접촉된다.
상기한 실시예들에서 열교환되는 것을 도 4를 통해 살펴보면, 상기 배터리모듈(100)에서 상기 바디(300)측으로 열이 전달된다. 상기 바디(300)의 일측에는 상기 냉각부(500)가 구비되므로, 상기 냉각부(500) 측에 위치된 상기 바디(300)의 순환공간(310) 내의 유체들은 냉각수에 의해 응축되고, 응축된 냉각수는 상기 순환공간(310)의 내측면을 따라 상기 바디(300)의 타측으로 이동되게 된다. 이때, 상기 전달부재(350)에 의해 응축된 유체의 이동이 보조될 수 있다. 상기 순환공간(310) 내를 이동되는 응축된 유체는 상기 배터리모듈(100)로부터 전달되는 열에 의해 증발되고, 증발된 유체는 상기 순환공간(310) 내를 따라 상기 냉각부(500) 측으로 이동되어 열교환되는 것이다.
따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 차량용 배터리 냉각장치에 의하면, 냉각수량을 감소시켜 중량을 절감시킬 수 있고, 워터펌프의 소모동력을 감소하여 차량의 동력성능을 증대시킬 수 있으며, 고전압배터리와 냉각수 간의 직접 접촉이 없어 냉각수 관의 리크(Leak)로 인한 화재 가능성을 제거하여 안전성을 증대시키는 효과가 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 배터리모듈 300 : 바디
310 : 순환공간 330 : 개방면
350 : 전달부재 500 : 냉각부
510 : 결합홀 530 : 유입구
550 : 배출구 570 : 삽입홈
700 : 밀폐부 710 : 밀폐돌기

Claims (11)

  1. 차량의 배터리모듈;
    상기 배터리모듈에 인접하여 구비되고, 내측에는 순환공간이 형성되며, 상기 순환공간 내에서 열이 순환되어 상기 배터리모듈에서 발생되는 열이 흡수되도록 구비되는 바디; 및
    상기 바디와 열교환 가능하도록 구비되어, 상기 배터리모듈을 냉각하는 냉각부;를 포함하고,
    상기 냉각부에는 상기 바디의 일측이 관통삽입되어 상기 바디와 상기 냉각부는 면접촉되며,
    상기 냉각부는 차량의 공조라인과 연결되어 냉각된 냉각수가 저장되는 냉각수탱크인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디의 순환공간에는 유체가 충진되어 상기 순환공간 내에서 순환됨으로써, 상기 냉각부 및 배터리모듈과 열교환하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디의 일측은 폐쇄되고, 타측은 개방되되, 상기 바디의 타측에는 밀폐부가 구비되어 상기 바디의 개방면을 커버함으로써, 상기 바디가 밀폐되고, 상기 바디 내에 일정 수준의 압력이 유지되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 밀폐부에 의해 상기 바디의 내부는 진공에 가까운 상태의 압력이 유지되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 순환공간은 폭 대비하여 길이가 더 길게 형성되고, 상기 순환공간의 길이방향은 상기 배터리모듈의 길이방향과 동일한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 순환공간은 복수의 구간으로 구획되고, 상기 순환공간과 순환공간의 사이에는 전달부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디의 내측면에는 전달부재가 구비되어 상기 순환공간 내에 충진된 유체의 이동이 보조되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 바디의 일측에 설치되고, 상기 바디와 상기 냉각부는 면접촉되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각부에는 상기 바디가 삽입되는 삽입홈이 형성되고, 상기 바디의 일측이 상기 삽입홈에 삽입됨으로써, 상기 냉각부와 바디가 면접촉되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  11. 삭제
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