KR101028322B1 - 배터리셀 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리유닛을 이루는 각 배터리셀들을 보다 간단한 구성으로 균일하게 냉각시킬 수 있도록 하여, 냉각이 제대로 이루어지지 못해서 상대적으로 수명이 짧아지는 배터리셀이 발생하지 않게 함으로써, 배터리유닛의 내구성을 향상시키고 조립성을 향상시키며 생산 비용을 저감할 수 있도록 한다.

배터리셀, 냉각

Description

배터리셀 냉각장치{battery cell cooling apparatus}

본 발명은 배터리셀 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 차량이나 전기차량 등에 탑재되어 전기를 공급 및 저장할 수 있도록 하는 배터리유닛을 이루는 다수의 배터리셀을 냉각하는 기술에 관한 것이다.

배터리셀은 배터리유닛을 이루는 기본적인 요소로서, 다수개가 전기적으로 접속되고 기계적으로 연결되어 외부와 전기를 수수할 수 있도록 되어 있으며, 각 배터리셀에서는 독자적인 전기/화학적 반응이 일어나게 되어 있어서, 각 배터리셀들의 온도 변화는 독립적으로 이루어진다.

따라서, 배터리유닛의 차원에서는 소속되어 있는 각 배터리셀들이 동일한 온도를 가지고 균일한 전기/화학적 작용을 하도록 하는 것이 필요하며, 특히 배터리셀들을 균일하게 냉각시키는 것은 배터리유닛의 내구성 확보에 매우 중요하게 작용한다.

본 발명은 배터리유닛을 이루는 각 배터리셀들을 보다 간단한 구성으로 균일하게 냉각시킬 수 있도록 함으로써, 배터리유닛의 내구성을 향상시키고 조립성을 향상시키며 생산 비용을 저감할 수 있도록 한 배터리셀 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명 배터리셀 냉각장치는

패널형상으로 형성된 다수의 배터리셀과;

중심부에 원기둥형상의 중심파이프가 구비되고, 상기 중심파이프와의 사이에 상기 배터리셀들을 배치할 수 있도록 상기 중심파이프와 동심축을 이루는 외곽파이프가 구비되며, 상기 중심파이프의 원주면을 따라 각 배터리셀이 동일한 간격과 동일한 각도로 배치되도록 하는 홀더와;

상기 홀더의 중심과 홀더의 외부 사이를 흐르는 냉각풍이 상기 배터리셀을 경유하면서 유동하도록, 상기 중심파이프에 형성된 다수의 내측통기구와, 상기 외곽파이프에 형성된 다수의 외측통기구를 포함하여 이루어진 냉각통로;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 배터리유닛을 이루는 각 배터리셀들을 보다 간단한 구성으로 균일하게 냉각시킬 수 있도록 하여, 냉각이 제대로 이루어지지 못해서 상대적으로 수명이 짧아지는 배터리셀이 발생하지 않게 함으로써, 배터리유닛의 내구성을 향상시키고 조립성을 향상시키며 생산 비용을 저감할 수 있도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 패널형상으로 형성된 다수의 배터리셀(1)과; 중심부에 원기둥형상의 중심파이프(3)가 구비되고, 상기 중심파이프(3)와의 사이에 상기 배터리셀(1)들을 배치할 수 있도록 상기 중심파이프(3)와 동심축을 이루는 외곽파이프(7)가 구비되며, 상기 중심파이프(3)의 원주면을 따라 각 배터리셀(1)이 동일한 간격과 동일한 각도로 배치되도록 하는 홀더(5)와; 상기 홀더(5)의 중심과 홀더(5)의 외부 사이를 흐르는 냉각풍이 상기 배터리셀(1)을 경유하면서 유동하도록, 상기 중심파이프(3)에 형성된 다수의 내측통기구(9)와, 상기 외곽파이프(7)에 형성된 다수의 외측통기구(11)를 포함하여 이루어진 냉각통로를 포함하여 구성된다.

상기 배터리셀(1)은 상기 중심파이프(3)로부터 반경방향을 따라 상기 외곽파이프(7)로 연결되는 직선을 따라 방사상으로 배치되어 있다.

상기 홀더(5)의 중심파이프(3)와 외곽파이프(7)의 하측은 베이스플레이트(13)에 의해 일체로 연결되고, 상기 중심파이프(3)와 외곽파이프(7)의 상측은 커버(15)로 덮을 수 있도록 되어 있다.

본 실시예에서 상기 베이스플레이트(13)에는 중심부에 상기 중심파이프(3)로 연통되는 구멍(17)이 형성되어, 이 구멍(17)을 통해 냉각풍이 유입되고, 상기 중심파이프(3)의 내부로 공급된 냉각풍은 상기 내측통기구(9)를 통해 골고루 분산되어 방사상으로 배치된 각 배터리셀(1)들을 고르게 냉각시킨 후 상기 외측통기구(11)를 통해 외부로 배출되도록 되어 있다.

물론, 상기 내측통기구(9)와 외측통기구(11)는 상기한 바와 같이 고른 냉각 작용이 이루어지도록 하기 위해서, 각 배터리셀(1)들의 사이에 적어도 하나 이상씩 동일한 수량으로 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 냉각풍의 방향은 상기와 반대로 형성할 수도 있을 것이다. 즉, 상기 외측통기구(11)를 통해 냉각풍이 외부로부터 유입되고, 상기 배터리셀(1)들의 사이를 통과하여 상기 중심파이프(3)의 내측통기구(9)를 통해 상기 구멍으로 배출되는 경로로 냉각풍이 흐르도록 하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 구조에서는 다수의 배터리셀(1)을 안정된 상태로 지지하면서 고르게 냉각시킬 수 있도록 하기 위해 소요되는 부품이, 상기 홀더(5)와 커버(15)만에 의해 이루어지므로, 그 구성부품의 수가 매우 적은 편이고, 조립이 간단하여 작업성이 개선됨에 따라, 생산 비용이 크게 저감되도록 하는 효과가 발생한다.

또한, 상기와 같은 냉각풍의 균일하고 원활한 흐름은 다수의 배터리셀(1)이 골고루 균일한 상태로 냉각되도록 하며, 또한 각 배터리셀(1)에 있어서도 균일한 냉각상태가 얻어져서 배터리셀(1)의 내구성을 향상시키게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 도 2 또는 도 3과 같은 구성이 가능하다.

즉, 상기 배터리셀(1)이 상기 중심파이프(3)로부터 반경방향을 따라 상기 외곽파이프(7)로 연결되는 직선에 대하여 일정한 각도로 기울어져서 배치된 것이다.

이와 같이 배터리셀(1)들을 기울어지게 배치하면, 홀더(5)의 외곽파이프(7) 지름을 축소할 수 있어서, 홀더(5)의 내부에 포함해야 하는 배터리셀(1)의 수량이 작을 때, 보다 컴팩트하게 배터리유닛을 구성할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 상기 홀더(5)의 커버(15)측에는 상기 냉각풍을 유동시키는 냉각팬(19)이 구비되어 있으며, 상기 외곽파이프(7)에 형성되는 외측통기구(11)의 다양한 실시예를 함께 예시하고 있다.

상기 외측통기구(11)의 한 실시예로서, 도 4에서 상기 외곽파이프(7)의 상하방향으로 길게 형성된 삼각형 형상의 외측통기구처럼, 각각의 외측통기구가 상기 냉각팬(19)으로부터 멀어질수록 상기 외곽파이프(7)의 길이방향을 따라 자체의 개구면적이 증가하도록 형성되는 것이다.

즉, 하나의 외측통기구(11) 자체가 상기 외곽파이프(7)의 하측으로 갈수록 그 개구면적이 넓어지게 형성됨으로써, 상기 냉각팬(19)으로부터 멀어질수록 그 개구면적이 증가되도록 하는 것이다.

물론, 도면에는 상기 삼각형 형상의 외측통기구(11)를 하나만 도시하고 있으나, 이는 여러 가지 외측통기구(11)의 실시예를 함께 도시하기 위하여 나머지 것들을 생략했기 때문으로, 실제에 있어서는 상기 외곽파이프(7)의 원주방향을 따라 도시된 바와 같은 삼각형 형상의 외측통기구(11)가 다수개 균일한 간격으로 배치될 것이다.

상기 외측통기구(11)의 또 다른 실시예로서, 상기 외곽파이프(7)에 형성되는 외측통기구(11)는, 다수가 상기 외곽파이프(7)의 길이방향을 따라 직선적으로 배치되되, 상기 직선적으로 배치된 외측통기구(11)들은 냉각팬(19)으로부터 멀어질수록 그 크기가 증가하도록 형성할 수 있다.

즉, 도 4에서 외곽파이프(7)의 하측으로 갈수록 점점 커지는 일련의 정사각형 외측통기구(11)들이 그 예가 될 수 있으며, 또한 상기 외측통기구(11) 각각의 형상은 상기와 같은 정사각형 이외에도, 도 4에 함께 예시한 바와 같이 직사각형으로 형성되거나 원형 또는 타원형 등으로 형성될 수도 있다.

물론, 상기한 바와 같은 외측통기구(11)들의 형상들도, 일단 어느 하나로 결정되었다면, 상기 외곽파이프(7)의 전체 원주에 걸쳐서 일관성 있게 동일한 형상으로 형성하는 것이 배터리셀(1)들의 균일한 냉각을 위하여 보다 바람직할 것이다.

한편, 상기한 바와 같은 외측통기구(11)들의 형상에 대한 다양한 실시예는 그대로 상기 중심파이프(3)에 형성되는 내측통기구(9)들에도 적용될 수 있다.

즉, 상기 중심파이프에 형성되는 내측통기구(9)는, 각각의 내측통기구(9)가 상기 중심파이프의 길이방향을 따라, 상기 냉각팬(19)으로부터 멀어질수록 자체의 개구면적이 증가하도록 형성되도록 할 수 있고, 또한, 상기 내측통기구(9)는 다수가 상기 중심파이프의 길이방향을 따라 직선적으로 배치되고, 상기 직선적으로 배치된 내측통기구(9)들은 상기 냉각팬(19)으로부터 멀어질수록 그 크기가 증가하도록 형성되도록 할 수도 있는 것이다.

따라서, 상기와 같은 외측통기구(11)들의 형상과 함께 내측통기구(9)들의 형상이 서로 동일한 형상으로 형성되거나, 서로 다양한 경우의 수로 서로 다른 형상이 조합되어 형성될 수도 있을 것이다.

이와 같이 외측통기구(11) 및/또는 내측통기구(9)의 형상이 냉각팬(19)으로부터 멀어질수록 그 개구면적이 증가하도록 형성하면, 냉각팬(19)이 배터리셀(1)의 일측으로 치우쳐져서 위치한 것에 의한 영향을 최소화하고 냉각풍에 의한 배터리셀(1)의 전체부분에 온도차가 최소화되면서 균일한 냉각이 이루어질 수 있게 된다.

즉, 상기 외측통기구(11) 또는 내측통기구(9)가 냉각팬(19)과의 거리차이에 불구하고 동일한 개구면적을 가진 경우에는, 냉각팬(19)의 작동에 의해 냉각팬(19)에 가까운 쪽의 냉각풍 유동이 더욱 원활하게 이루어져서 배터리셀(1)의 냉각팬(19) 인접부위가 더 쉽게 냉각되어, 하나의 배터리셀(1)에서도 온도차가 발생할 수 있는데, 본 실시예와 같이 개구면적의 차이를 두면, 냉각팬(19) 인접부위의 냉각풍의 유동을 상대적으로 억제하고 먼부위의 냉각풍 유동을 상대적으로 원활하게 하여 냉각풍에 의한 냉각효과를 배터리셀(1)의 전체에서 고르게 얻을 수 있게 되는 것이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 상기 중심파이프(3)에 형성되는 내측통기구(9)는, 상기 중심파이프(3)의 외측으로부터 내측으로 상측을 향하여 경사지게 형성된 구조이다.

이는 상측의 냉각팬(19)에 의해 유동하는 냉각풍이 유동저항을 보다 덜 받 고 원활하게 흐르도록 하는 데에 유리한 구조적 특성을 제공한다.

한편, 본 실시예에서는 상기한 바와 같이 상기 중심파이프(3)의 내측통기구(9)가 하측으로 갈수록 점차 개구면적이 커지도록 형성되는 특징을 함께 적용하였다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 상기 중심파이프(3)에 형성되는 내측통기구(9)는, 상기 중심파이프(3)의 반경에 대하여, 상기 중심파이프(3)의 외측으로부터 내측으로 α만큼 경사지게 형성되고, 상기 경사의 방향은 중심파이프(3)의 외측으로부터 내측으로 상기 냉각팬(19)의 회전방향을 따르는 방향으로 형성되는 구조이다.

또한, 상기 외곽파이프(7)에 형성되는 외측통기구(11)는, 상기 외곽파이프(7)의 반경에 대하여, 상기 외곽파이프(7)의 외측으로부터 내측으로 β만큼 경사지게 형성되고, 상기 경사의 방향은 외곽파이프(7)의 외측으로부터 내측으로 상기 냉각팬(19)의 회전방향을 따르는 방향으로 형성되는 구조이다.

이와 같은 구조도 역시 상기 냉각팬(19)에 의해 발생되는 냉각풍의 유동저항을 줄여서, 냉각풍의 보다 원활한 유동으로 배터리셀(1)의 냉각효율을 높이기 위함이다.

따라서, 도 6에 도시된 내측통기구(9)나 외측통기구(11)가 상기 중심파이프(3)나 외곽파이프(7)의 반경에 대해 경사지는 구조는, 상기 도 5에 도시된 바와 같이 내측통기구(9)가 상하로 경사지게 형성되는 구조와 함께 적용되어, 보다 원활한 냉각풍의 유동을 가능하게 할 수도 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 상기 중심파이프(3)의 내부에는, 상기 중심파이프(3)의 하측으로부터 상측으로 돌출되면서 둘레가 줄어드는 유속조절돌기(21)가 더 구비된 구조이다.

상기 유속조절돌기(21)는 내부가 빈 중공원뿔 형상으로 형성되고, 하단이 상기 베이스플레이트(13)와 일체로 연결되는 구조로서, 이와 같은 구조는 상기 홀더(5)를 상기 유속조절돌기(21)와 단일몸체로 사출 성형함으로써 용이하게 형성할 수 있을 것이다.

이와 같은 구조는 상기 중심파이프(3) 내에서 냉각팬(19)으로부터 멀수록 냉각풍이 유동하는 냉각통로의 단면적을 줄이는 효과를 가져오게 되고, 따라서 이와 같이 냉각통로의 단면적이 줄어드는 부위에서 냉각풍의 유속을 빠르게 하여, 냉각팬(19)에 상대적으로 가까운 배터리셀(1)의 상측과 냉각팬(19)에서 상대적으로 먼 배터리셀(1)의 하측에 거의 비슷한 냉각풍의 유속을 형성하여, 각 배터리셀(1)의 균일한 냉각이 이루어지도록 하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리셀 냉각장치를 도시한 도면,

도 2와 도 3은 본 발명의 다른 실시예를 설명한 도면,

도 4는 본 발명의 외측통기구의 다양한 실시예를 함께 설명하는 도면,

도 5 내지 7은 각각 본 발명의 또 다른 실시예들을 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 배터리셀 3; 중심파이프

5; 홀더 7; 외곽파이프

9; 내측통기구 11; 외측통기구

13; 베이스플레이트 15; 커버

17; 구멍 19; 냉각팬

21; 유속조절돌기

Claims (13)

1. 패널형상으로 형성된 다수의 배터리셀과;

   중심부에 원기둥형상의 중심파이프가 구비되고, 상기 중심파이프와의 사이에 상기 배터리셀들을 배치할 수 있도록 상기 중심파이프와 동심축을 이루는 외곽파이프가 구비되며, 상기 중심파이프의 원주면을 따라 각 배터리셀이 동일한 간격과 동일한 각도로 배치되도록 하는 홀더와;

   상기 홀더의 중심과 홀더의 외부 사이를 흐르는 냉각풍이 상기 배터리셀을 경유하면서 유동하도록, 상기 중심파이프에 형성된 다수의 내측통기구와, 상기 외곽파이프에 형성된 다수의 외측통기구로 이루어진 냉각통로를 포함하여 구성됨과 더불어;

   상기 중심파이프의 내부에는, 상기 중심파이프의 하측에서부터 상측으로 돌출되면서 둘레가 줄어드는 유속조절돌기가 더 구비된 것

   을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 배터리셀은 상기 중심파이프로부터 반경방향을 따라 상기 외곽파이프로 연결되는 직선을 따라 방사상으로 배치된 것

   을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 배터리셀은 상기 중심파이프로부터 반경방향을 따라 상기 외곽파이프로 연결되는 직선에 대하여 일정한 각도로 기울어져서 배치된 것

   을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 홀더의 중심파이프와 외곽파이프의 하측은 베이스플레이트에 의해 일체로 연결되고;

   상기 중심파이프와 외곽파이프의 상측은 커버로 덮을 수 있도록 되며;

   상기 홀더의 커버측에는 상기 냉각풍을 유동시키는 냉각팬이 구비된 것

   을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 외곽파이프에 형성되는 외측통기구는, 각각의 외측통기구가 상기 냉각팬으로부터 멀어질수록 상기 외곽파이프의 길이방향을 따라 자체의 개구면적이 증가하도록 형성된 것

   을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 외곽파이프에 형성되는 외측통기구는, 다수가 상기 외곽파이프의 길이방향을 따라 직선적으로 배치되고, 상기 직선적으로 배치된 외측통기구들은 상기 냉각팬으로부터 멀어질수록 그 크기가 증가하도록 형성된 것

   을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
7. 청구항 4에 있어서,

   상기 중심파이프에 형성되는 내측통기구는, 각각의 내측통기구가 상기 냉각팬으로부터 멀어질수록 상기 중심파이프의 길이방향을 따라 자체의 개구면적이 증가하도록 형성된 것

   을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
8. 청구항 4에 있어서,

   상기 중심파이프에 형성되는 내측통기구는, 다수가 상기 중심파이프의 길이방향을 따라 직선적으로 배치되고, 상기 직선적으로 배치된 내측통기구들은 상기 냉각팬으로부터 멀어질수록 그 크기가 증가하도록 형성된 것

   을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
9. 청구항 4에 있어서,

   상기 중심파이프에 형성되는 내측통기구는, 상기 중심파이프의 외측으로부터 내측으로 상측을 향하여 경사지게 형성된 것

   을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
10. 청구항 4에 있어서,

    상기 중심파이프에 형성되는 내측통기구는, 상기 중심파이프의 반경에 대하 여, 상기 중심파이프의 외측으로부터 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 경사의 방향은 중심파이프의 외측으로부터 내측으로 상기 냉각팬의 회전방향을 따르는 방향으로 형성되는 것

    을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 외곽파이프에 형성되는 외측통기구는, 상기 외곽파이프의 반경에 대하여, 상기 외곽파이프의 외측으로부터 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 경사의 방향은 외곽파이프의 외측으로부터 내측으로 상기 냉각팬의 회전방향을 따르는 방향으로 형성되는 것

    을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.
12. 삭제
13. 청구항 4에 있어서,

    상기 유속조절돌기는 내부가 빈 중공원뿔 형상으로 형성되고, 하단이 상기 베이스플레이트와 일체로 연결되는 것

    을 특징으로 하는 배터리셀 냉각장치.

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