KR101013835B1 - 차량용 배터리 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용하는 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 내부로 유입되는 냉각풍의 흐름 편차를 균일화하여 냉각성능을 향상시킨 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용하는 차량용 배터리 냉각장치에 있어서,

후단부에 다수의 흡입구가 형성되는 배터리 케이스와; 상기 배터리 케이스의 전단부에 설치되며, 전단부에 상기 흡입구보다 상대적으로 작은 배기구가 형성되는 배기덕트와; 상기 배기덕트의 전단부에 장착되는 냉각팬과; 상기 배터리 케이스의 내부에 서로 밀착하게 배열되는 다수의 배터리 셀;을 포함하여 구성되며,

상기 배터리 케이스의 중앙부분으로 유입되는 냉각풍의 흐름 저항을 상대적으로 증대하고 가장가지로 유입되는 냉각풍의 흐름 저항을 상대적으로 감소시키는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치를 제공한다.

배터리, 냉각, 흡입구, 흐름, 저항

Description

차량용 배터리 냉각장치{Battery cooling device for vehicle}

본 발명은 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용하는 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 내부로 유입되는 냉각풍의 흐름 편차를 균일화하여 냉각성능을 향상시킨 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 차량은 내연기관의 엔진과 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 하여 구동된다. 상기 배터리는 다수의 배터리 셀이 밀착하게 배열된 모듈이 다수로 구성되며 배터리 냉각을 위한 공기이동로가 마련된 형태로 이루어진다.

하이브리드 차량에 있어서, 탑재되는 배터리와 동일 면적의 냉각팬을 이용하면, 배터리 전체에 균일한 냉각풍이 작용하여 이상적인 냉각이 이루어진다.

그러나 실제로 차량에 탑재되는 배터기가 많기 때문에 배터리보다 작은 사이즈의 냉각팬이 설치된다.

그 결과, 냉각풍은 흡입구로부터의 흡입 저항이 가장 작은 부분(통상 흡입구와 배기구를 연결한 직선상)을 따라 흐르게 되고, 냉각풍의 흐름성능에 차이가 발생하여 배터리의 냉각 성능의 불균일로 인해 배터리의 냉각온도에 차이가 발생한다.

도 1은 종래 차량용 배터리 냉각장치의 일실시예를 도시한 구성도이고, 도 2는 종래 차량용 배터리 냉각장치를 도시한 외부 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일본 공개특허 2005-294023은 4개의 배터리 셀(1)을 평면상에 홀더(Holder)(2) 내에 넣고 상기 홀더(2)를 6단으로 쌓은 구조로 구성된다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 수납한 배터리 셀(1)에 냉각풍을 통과시키는 냉각 구조를 갖고 있지만, 각 배터리 셀(1)이 냉각풍의 상류에서 하류까지 차례차례 배치되어 있기 때문에, 냉각풍의 온도는 하류로 갈수록 서서히 높아져, 배터리 온도도 하류온도만큼 상승하게 되어 균일한 온도 관리를 할 수 없는 문제가 발생한다.

상기 일본 공개특허 2005-294023은 4개의 배터리 셀(1)을 예를 들면, 25℃의 냉각풍이 홀더(2)에 유입됐을 때, 최상류의 냉각풍이 이동하는 첫번째 배터리 셀은 50℃에서 33℃까지 냉각되는데 반해, 최하류의 냉각풍이 흐르는 4번째 배터리 셀은 43℃까지만 냉각되고 그 아래로 냉각되지 못하여 냉각온도가 불균일한 문제가 발생한다.

그 결과, 각 배터리 셀의 온도차가 증가하고, 최종적으로 모든 배터리 성능 과 수명이 다수의 배터리 셀 중 최고 온도로 냉각되는 4번째 배터리 셀의 최저 성능과 수명이 되어 버리는 문제를 초래한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 냉각성능의 균일화를 위하여 냉각풍의 흐름 저항에 따라 흡입구를 변형하여 효율적으로 냉각시킴으로써 냉각온도의 편차를 감소시키고 성능과 수명을 연장한 차량용 배터리 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용하는 차량용 배터리 냉각장치에 있어서,

후단부에 다수의 흡입구가 형성되는 배터리 케이스와; 상기 배터리 케이스의 전단부에 설치되며, 전단부에 상기 흡입구보다 상대적으로 작은 배기구가 형성되는 배기덕트와; 상기 배기덕트의 전단부에 장착되는 냉각팬과; 상기 배터리 케이스의 내부에 서로 밀착하게 배열되는 다수의 배터리 셀;을 포함하여 구성되며,

상기 배터리 케이스의 중앙부분으로 유입되는 냉각풍의 흐름 저항을 상대적으로 증대하고 가장가지로 유입되는 냉각풍의 흐름 저항을 상대적으로 감소시키는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 흡입구를 배터리 케이스의 세로길이 방향으로 연장하여 길게 형성하되, 상기 흡입구의 폭이 배터리 케이스의 중앙부분에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 넓혀 형성되는 것을 특징으로 한다.

또는 바람직하게, 상기 흡입구를 다각형상의 단면으로 성형하고 상기 배터리 케이스의 세로길이방향으로 배열하되, 흡입구의 직경이 배터리 케이스의 중앙부분에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 증가하게 형성되는 것을 특징으로 하며,

더욱 바람직하게, 상기 배터리 케이스의 후단부 두께를 증대하고, 상기 흡입구의 내면이 나선 모양으로 성형되는 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게, 상기 배터리 케이스의 후단부 두께가 가장자리에서 중앙부분으로 갈수록 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게, 상기 배터리 케이스 내부에서 상기 배터리 셀과 냉각팬 사이에 배치되며, 다수의 공기이동통로가 형성되고 가장자리에서 중앙부분으로 갈수록 두께가 점진적으로 증가하는 냉각풍조절판이 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치는 냉각풍의 흐름 저항에 따라 흡입구의 크기, 모양, 길이 등을 변형하여 능동적으로 냉각시킴으로써 냉각온도의 편차를 줄이고 균일화하여 배터리 셀의 충방전 성능 및 배터리 수명을 연장하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명에 따라 바람직하게 구현된 차량용 배터리 냉각장치는 흡입구로 유입되는 냉각풍의 흐름 저항을 능동적으로 조절하여 냉각풍의 내부 흐름을 균일하게 하며 배터리 전체의 냉각온도를 균일화하여 배터리의 성능을 향상시킨다.

하이브리드 차량에 있어서, 탑재 배터리와 동일 면적의 냉각팬을 이용하면, 배터리 전체에 균일한 냉각풍이 작용하여 이상적인 냉각이 이루어진다.

그러나 실제로 배터리에 비해 냉각팬의 사이즈가 상대적으로 소형이 되므로 냉각풍은 흡입구로부터의 흡입 저항이 가장 작은 부분(통상 흡입구와 배기구를 연결한 직선상)을 따라 흐르게 되고 냉각풍의 흐름에 차이가 발생한다.

따라서, 본 발명은 냉각풍의 흐름이 나쁜 곳은 흐름 저항을 줄이고 흐름이 상대적으로 좋은 곳은 흐름 저항을 상대적으로 크게 하여 흡입구로 유입되는 냉각풍의 이동성을 효율적으로 조절하여 내부 온도편차를 줄임으로써 냉각효율을 상승시킨다.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 일실시예를 나타내는 개략적인 사시도이고, 도 4는 도 3을 위에서 바라본 평면도이다.

본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치는 후단부에 다수의 흡입구(11)가 형성되는 배터리 케이스(10)와, 상기 배터리 케이스(10) 내부에 서로 밀착하게 배열된 다수의 배터리 셀(30)과, 상기 배터리 케이스(10)의 전단부에 장착되는 배기덕트(20)와, 상기 배기덕트(20)의 전단부에 장착되는 냉각팬(23)을 포함하여 구성된다.

상기 배기덕트(20)는 테이퍼지게 형성되어 전단부에 구비되는 배기구(21)가 흡입구(11)에 비해 작은 면적으로 형성된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 케이스(10)의 후단부에 세로방향으로 길게 연장되어 성형된 흡입구(11)를 냉각풍의 흐름 저항에 따라 성형한다. 즉, 흡입구(11)로부터 냉각팬(23)까지의 거리가 가장 짧아 냉각풍의 이동성이 우수한 중앙부분에 흡입구(11)는 폭을 줄여 흡입 저항을 늘리고, 냉각풍의 이동성이 열등한 가장자리로 갈수록 흡입구(11)의 폭을 넓혀 흡입 저항을 상대적으로 감소시키는 구조로 형성하여 냉각풍의 냉각효율을 증대한다.

도 5는 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 다른 실시예를 도시한 개략적인 사시도이고, 도 6은 도 5를 위에서 바라본 평면도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리 케이스(10)의 후단부에 형성되는 흡입구(11)의 단면형상을 원형으로 형성하여 세로길이 방향으로 일정하게 배열하되, 중앙부분의 흡입구(11)는 직경을 상대적으로 작게 성형하고 가장자리로 갈수록 직경을 상대적으로 크게 하여 냉각풍의 흐름편차를 줄일 수 있는 구조로 구성한다.

이때, 상기 흡입구(11)의 단면형상은 원형으로 한정되는 것이 아니며, 삼각, 사각 등 임의의 다각 형상으로 성형하는 것이 가능하다.

그리고, 상기 배터리 케이스(10)의 후단부 두께를 증대하여 흡입구(11)의 가로길이(냉각풍이 유입되어 이동하는 방향 길이, 혹은 두께)를 연장하고, 상기 흡입구(11)의 내면을 나선 모양으로 성형하여 냉각풍의 흐름 성능을 증대시킬 수 있다.

여기서, 나선 모양은 일본공업규격(JIS, Japanese Industrial Standards) 등으로 정하게 되는 미터(Meter) 나사 형상이 제작하기 쉽고, 흡입구의 직경을 나사 아래 직경이라고 설정하고 나선을 성형할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 배터리의 또 다른 실시예를 보여주는 평면도로서, 도 3과 같이 흡입구(11)가 세로길이로 길게 연장되어 형성되는 구조이다.

도 7의 실시예는, 흡입구(11)의 폭을 중앙부분에서 가장자리까지 모두 동일하게 하되, 흡입구(11)의 가로길이(혹은 두께)를 중앙부분은 길게 하여 흡입 저항을 늘리고, 가장자리로 갈수록 가로길이를 짧게 하여 흡입 저항을 줄이기 위해 배터리 케이스(10)의 후단부를 호형으로 성형한다.

이에 따라 냉각풍의 이동이 배터리 케이스(10) 내부에서 골고루 이루어져 배터리의 온도편차가 감소하여 냉각온도가 균일화된다.

도 8은 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시한 평면도로서, 도 7과 마찬가지로 흡입구(11)가 세로길이로 길게 연장되어 형성되는 구조로 흡입구(11)의 폭을 중앙부분에서 가장자리까지 모두 동일하게 하며, 배터리 케이스(10)의 후단부 두께 는 일반적인 두께로 형성하고 흡입구(11)의 가로길이도 일반적인 길이로 형성한다.

그리고, 상기 배터리 케이스(10) 내부에 공기이동통로(41)가 구비된 냉각풍조절판(40)을 삽입하여 배터리 셀(30)과 냉각팬(23) 사이에 위치하도록 설치한다.

상기 냉각풍조절판(40)은 중앙부분에 공기이동통로(41)의 가로길이(냉각풍이 유입되어 이동하는 방향 길이, 혹은 두께)는 길게 하여 흡입 저항을 늘리고, 가장자리로 갈수록 가로길이를 짧게 하여 흡입 저항을 줄이는 구조로 형성된다.

이에 따라 최전방의 흡입구(11)는 균일한 형상으로 형성되지만, 냉각팬(23) 근처에 공기이동통로(41)의 가로길이가 다른 냉각풍조절판(40)을 마련하여 냉각풍의 흐름성능을 균일화한다.

본 발명에 따른 배터리의 냉각성능을 확인하기 위하여 종래와 비교하여 아래와 같은 실험을 실시하였으며, 그 결과는 아래 표 1과 같다.

실험예 1

종래 차량용 배터리 냉각장치의 냉각성능 측정(도 1 및 도 2의 사양)

조건 : 냉각풍 온도 25℃

- 냉각풍에 의한 배터리 셀 냉각 후의 최고 온도：43℃(최하류 냉각풍이 이동하는 배터리 셀 기준)

- 냉각풍에 의한 배터리 셀 냉각 후의 최저 온도：33℃(최상류 냉각풍이 이동하는 배터리 셀 기준)

실험예 2

본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 냉각성능 측정(도 3 및 도 4의 사양)

조건 : 냉각풍 온도 25℃

- 냉각풍에 의한 배터리 셀 냉각 후의 최고 온도：40℃

- 냉각풍에 의한 배터리 셀 냉각 후의 최저 온도：36℃

상기 실험예 1과 2에 결과로부터, 종래 차량용 배터리 냉각장치는 배터리 셀의 최저온도와 최고온도의 차가 10℃인 반면, 본 발명에 따른 배터리는 배터리 셀의 최저온도가 종래보다 높은 36℃이고 최고온도가 종래보다 낮은 40℃로 측정되어, 배터리 셀의 최고온도와 최저온도 간에 차가 4℃ 로 현저하게 감소되며 냉각온도가 균일화된 것을 확인할 수 있었다.

이에 따라 배터리 셀의 충방전 성능 및 배터리 수명의 연장을 도모할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 종래 차량용 배터리 냉각장치의 일실시예를 도시한 구성도

도 2는 종래 차량용 배터리 냉각장치를 도시한 외부 사시도

도 3은 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 일실시예를 나타내는 개략적인 사시도

도 4는 도 3을 위에서 바라본 평면도

도 5는 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 다른 실시예를 도시한 개략적인 사시도

도 6은 도 5를 위에서 바라본 평면도

도 7은 본 발명에 따른 배터리의 또 다른 실시예를 보여주는 평면도

도 8은 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시한 평면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 배터리 케이스

11 : 흡입구

20 : 배기덕트

21 : 배기구

23 : 냉각팬

30 : 배터리 셀

40 : 냉각풍조절판

41 : 공기이동통로

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용하는 차량용 배터리 냉각장치에 있어서,

   후단부에 다수의 흡입구가 형성되는 배터리 케이스와;

   상기 배터리 케이스의 전단부에 설치되며, 전단부에 상기 흡입구보다 상대적으로 작은 배기구가 형성되는 배기덕트와;

   상기 배기덕트의 전단부에 장착되는 냉각팬과;

   상기 배터리 케이스의 내부에 서로 밀착하게 배열되는 다수의 배터리 셀;

   을 포함하여 구성되며,

   상기 배터리 케이스의 중앙부분으로 유입되는 냉각풍의 흐름 저항을 상대적으로 증대하고 가장가지로 유입되는 냉각풍의 흐름 저항을 상대적으로 감소시키는 구조로 형성되고,

   상기 흡입구를 다각형상의 단면으로 성형하고 상기 배터리 케이스의 세로길이방향으로 배열하되, 흡입구의 직경이 배터리 케이스의 중앙부분에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 증가하게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 배터리 케이스의 후단부 두께를 증대하고, 상기 흡입구의 내면이 나선 모양으로 성형되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 배터리 케이스의 후단부 두께가 가장자리에서 중앙부분으로 갈수록 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
6. 청구항 3에 있어서,

   상기 배터리 케이스 내부에서 상기 배터리 셀과 냉각팬 사이에 배치되며, 다수의 공기이동통로가 형성되고 가장자리에서 중앙부분으로 갈수록 두께가 점진적으로 증가하는 냉각풍조절판이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.

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