KR101190736B1 - 자동차의 배터리 온도 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 배터리가 내장된 배터리 트레이와, 차량 실내의 공기를 도입받아 상기 배터리 트레이의 내부로 공급하는 인렛덕트와, 상기 배터리 트레이 내부의 공기를 차량 외부로 배출되도록 하는 아웃렛덕트와, 상기 인렛덕트와 아웃렛덕트와 배터리 트레이중 어느 하나에 설치되어 차량 실내의 공기를 상기 인렛덕트로 강제 흡입하여 상기 배터리 트레이의 내부를 지나 상기 아웃렛덕트를 통해 차량 외부로 배출되도록 하는 송풍유니트로 이루어진 자동차의 배터리 온도 조절장치에 있어서, 상기 아웃렛덕트로부터 분기되어 상기 배터리 트레이의 내부로 공기가 리턴되도록 하는 리턴덕트와; 상기 아웃렛덕트의 분기부내에 설치되어 배출 공기의 유동 방향을 상기 리턴덕트와 차량 실외중의 어느 한 방향으로 전환되도록 하는 공기유동 방향전환수단을 구비한 것을 특징으로 하며,

이와 같은 본 발명의 특징적인 구성에 의해 특히 혹한기에 실내 난방을 위한 온기를 이용할 경우에 배터리의 온도가 일정하게 되도록 배터리의 예열을 신속하게 실시할 수 있으며, 부가적으로 실내 난방을 위한 온기를 이용하지 않고서도 배터리의 온도가 일정하게 되도록 배터리의 예열을 신속하게 실시할 수 있다.

자동차, 하이브리드, 배터리, 히터, 예열

Description

자동차의 배터리 온도 조절장치{A battery temperature arranging apparatus of vehicle}

본 발명은 자동차의 배터리 온도 조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특히 혹한기에 실내 난방을 위한 온기를 이용할 경우에 배터리의 온도가 일정하게 되도록 배터리의 예열을 신속하게 실시할 수 있으며, 부가적으로 실내 난방을 위한 온기를 이용하지 않고서도 배터리의 온도가 일정하게 되도록 배터리의 예열을 신속하게 실시할 수 있도록 한 자동차의 배터리 온도 조절장치에 관한 것이다.

최근 자동차는 연소식 엔진을 사용하는 자동차에서 환경친화적이고, 연비를 고려한 또 다른 형태의 자동차, 즉, 기존의 엔진과 전기에너지로 구동되는 모터를 연계하여 두 가지의 동력원으로 구동시키는 하이브리드 자동차와, 순순하게 모터로만 구동되는 전기자동차의 개발이 전 세계적으로 활발히 개발되고 있는 실정이다.

이러한 하이브리드 자동차와 전기자동차에는 모터의 구동에 필요한 동력원으로 대용량의 배터리가 장착되어 있는데, 이 배터리는 하이브리드 차량은 물론 전기자동차에서 수명에 중요한 인자로 작용하고 있으므로 이 배터리를 효율적으로 운용하기 위해서는 이에 대한 철저하게 이루어져야 한다.

즉, 배터리의 온도를 일정하게 유지하지 않으면 성능이나 효율이 떨어지게 되는데, 일반적으로 23℃~26℃ 정도로 유지될 때, 최적의 성능을 발휘하는 것으로 알려져 있다.

이와 같이, 배터리의 온도를 일정하게 조절하기 위한 종래 기술로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 트렁크룸(1)내에 배터리(2)가 수납된 함체 형상의 배터리 트레이(3)와, 일측은 차량의 실내와 연통됨과 아울러 타측은 상기 배터리 트레이(3)의 일측에 연통되게 설치되어 실내 공기를 도입받아 배터리 트레이(3)의 내부로 공급하는 인렛덕트(4)와, 일측은 배터리 트레이(3)의 타측에 연통되게 설치됨과 아울러 타측은 트렁크룸(1)의 외부로 연통되게 설치되는 아웃렛 덕트(5)와, 이 아웃렛 덕트(5)상에 설치되어 실내 공기를 인렛덕트(4)로 강제 흡입하여 배터리 트레이(3)를 경유하여 아웃렛 덕트(5)를 통해 트렁크룸(1)의 외부로 배출되도록 구동모터에 의해 구동되는 팬(6)으로 이루어져 있다.

즉, 외기온이 높은 여름과 같은 혹서기의 경우, 배터리(2)의 온도를 일정하게 유지하기 위해서는 차량 에어컨을 가동시켜 차량 실내의 온도를 하강시킨 다음, 팬(6)을 가동시키면, 실내의 차가운 공기는 인렛덕트(4)로 유입된 후, 배터리 트레이(3)의 내부 공간을 지나면서 배터리(2)의 온도를 적정 온도인 23℃~26℃가 되게 하강시킨 다음, 아웃렛 덕트(5)를 통해 외부로 배출되는 것이다.

한편, 외기온이 낮은 겨울과 혹한기의 경우, 배터리(2)의 온도를 일정하게 유지하기 위해서는 차량 히터를 가동시켜 차량 실내의 온도를 상승시킨 다음, 팬(6)을 작동시키면, 실내의 따뜻한 공기는 인렛덕트(4)로 유입된 후, 배터리 트레 이(3)의 내부 공간을 지나면서 배터리(2)의 온도를 적정 온도인 23℃~26℃가 되게 상승시킨 다음, 아웃렛 덕트(5)를 통해 외부로 배출되는 것이다.

상기와 같이 종래 기술에 의한 배터리의 온도를 조절하는 장치는, 혹서기인 경우 에어컨을 가동한 후 팬(6)을 가동하여 차량 실내 냉기로써 배터리를 적정 온도로 낮추어줄 수 있으며, 혹한기의 경우 히터를 가동한 후 상기 팬(6)을 가동하여 차량 실내 온기로써 배터리를 적정 온도로 상승시켜 줄 수 있다.

종래 배터리의 온도를 조절하는 장치에서는 혹서인 경우 배터리의 온도를 조절하기 위해 실내 냉기중의 일부를 이용하더라도 차량 실내 냉방 공조에 큰 영향을 주지않았으나, 혹한기의 경우 배터리의 온도를 조절하기 위해 실내 온기중의 일부를 이용하게 되면 배터리의 온도 상승에 사용된 열을 빼앗기기 때문에 차량 실내 난방 공조에 큰 영향을 주어, 탑승자에게 성능이 우수한 난방 공조 환경을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 혹한기에 차량을 실외에 장시간 정차한 상태에서, 차량을 다시 운행하기 위해서는 온도가 매우 낮아진 배터리의 온도를 대략 23℃~26℃의 적정 온도가 되도록 예열해주어야 하는데, 이 배터리를 예열하게 되는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 특히 혹한기에 실내 난방을 위한 온기를 이용할 경우에 배터리의 온도가 일정하게 되도록 배터리의 예열을 신속하게 실시할 수 있으며, 부가적으로 실내 난방을 위한 온기를 이용하지 않고서도 배터리의 온도가 일정하게 되도록 배터리의 예열을 신속하게 실시할 수 있도록 한 자동차의 배터리 온도 조절장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배터리가 내장된 배터리 트레이와, 차량 실내의 공기를 도입받아 상기 배터리 트레이의 내부로 공급하는 인렛덕트와, 상기 배터리 트레이 내부의 공기를 차량 외부로 배출되도록 하는 아웃렛덕트와, 상기 인렛덕트와 아웃렛덕트와 배터리 트레이중 어느 하나에 설치되어 차량 실내의 공기를 상기 인렛덕트로 강제 흡입하여 상기 배터리 트레이의 내부를 지나 상기 아웃렛덕트를 통해 차량 외부로 배출되도록 하는 송풍유니트로 이루어진 자동차의 배터리 온도 조절장치에 있어서, 상기 아웃렛덕트로부터 분기되어 상기 배터리 트레이의 내부로 공기가 리턴되도록 하는 리턴덕트와; 상기 아웃렛덕트의 분기부내에 설치되어 배출 공기의 유동 방향을 상기 리턴덕트와 차량 실외중의 어느 한 방향으로 전환되도록 하는 공기유동 방향전환수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차의 배터리 온도 조절장치에 따르면, 특히 혹한기에 실 내 난방을 위한 온기를 이용할 경우에 배터리의 온도가 일정하게 되도록 배터리의 예열을 신속하게 실시할 수 있으며, 부가적으로 실내 난방을 위한 온기를 이용하지 않고서도 배터리의 온도가 일정하게 되도록 배터리의 예열을 신속하게 실시할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 자동차의 배터리 온도 조절장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 자동차의 배터리 온도 조절장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 공기유동 방향전환수단의 구성의 요부를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명에 의한 배터리 트레이의 내부로 실내 공기와 리턴 공기를 유입하기 위하여, 배터리 트레이에 리턴덕트 및 인렛덕트가 연결 설치된 상태를 나타낸 부분 단면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 전기히터가 설치된 상태를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 제어 블럭도이다.

본 발명은 배터리(20)가 내장된 배터리 트레이(30)와, 차량 실내의 공기를 도입받아 배터리 트레이(30)의 내부로 공급하는 인렛덕트(40)와, 배터리 트레이(30) 내부의 공기를 차량 외부로 배출되도록 하는 아웃렛덕트(50)와, 인렛덕트(40)와 아웃렛덕트(50)와 배터리 트레이(30)중 어느 하나에 설치되어 차량 실내의 공기를 인렛덕트(40)로 강제 흡입하여 배터리 트레이(30)의 내부를 지나 아웃렛덕트(50)를 통해 차량 외부로 배출되도록 하는 송풍유니트(60)로 이루어진 자동차 의 배터리 온도 조절장치에 관련된 것이다.

여기서, 배터리 트레이(30)는 종래와 마찬가지로 차량의 트렁크룸(1)내에 설치된다.

본 발명은 아웃렛덕트(50)로부터 분기되어 배터리 트레이(30)의 내부로 공기가 리턴되도록 하는 리턴덕트(100)와, 아웃렛덕트(50)의 분기부내에 설치되어 배출 공기의 유동 방향을 상기 리턴덕트(100)와 차량 실외중의 어느 한 방향으로 전환되도록 하는 공기유동 방향전환수단(200)을 구비함으로써, 특히 혹한기에 실내 난방을 위한 온기를 이용할 경우에 배터리의 온도가 일정하게 되도록 배터리의 예열을 신속하게 실시할 수 있다. 그 이유로는 송풍유니트(60)가 구동되고 있는 상태에서, 실내 난방을 위한 온기가 인렛덕트(40)를 통해 강제 유입된 후, 배터리 트레이(30)의 내부를 경유한 다음, 아웃렛덕트(50)를 통해 차량의 실외로 배출되도록 하지 않고 다시 리턴덕트(100)를 통해 배터리 트레이(30)의 내부로 리턴되도록 하였기 때문이다.

즉, 본 발명은 차량 실내로부터 공급되는 실내 난방을 위한 온기가 배터리 트레이(30)의 내부를 통과하면서 냉각 상태의 배터리(20)와 열교환시키는 과정을 반복하여 일정 시간 동안 인렛덕트(40)-->배터리 트레이(30)-->아웃렛덕트(50)-->리턴덕트(100)의 경로로 유동되도록 한 것으로, 실내 난방을 위한 온기를 1회에 걸쳐서만 배터리(20)를 예열한 후 차량 실외로 버리는 종래의 방식보다 배터리(20)의 온도가 적정온도(23℃~26℃)로 도달되도록 하는 예열 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다는 것이다. 부언하면, 인렛덕트(40)-->배터리 트레이(30)-->아웃렛덕트(50)--> 리턴덕트(100)의 경로로 공기가 유동되도록 반복적으로 순환시키면 리턴덕트(100)로 리턴되는 공기는 점차적으로 그 온도가 상승하게 됨에 따라 배터리(20)의 예열 시간을 현저하게 단축시킬 수 있는 것으로, 본 발명은 종래와 달리 배터리(20)와 열교환되고 난 후 온도가 상승되는 공기를 버리지 않고 온도가 상승된 공기의 폐열을 활용한 것이다.

그리고, 본 발명의 구성인 공기유동 방향전환수단(200)은 도 3에 도시된 바와 같이, 아웃렛덕트(50)로부터 리턴덕트(100)가 분기된 분기부내에 설치되는 것으로, 일례로 회전축(201)을 중심으로 회전되는 도어(202)로 구성할 수 있다.

여기서, 공기유동 방향전환수단(200)을 구성하는 도어는 별도의 구동모터(미도시)에 의해 구동되는 것으로, 도 6에 도시된 배터리 온도 감지센서(400)로부터 검출된 배터리 온도가 일정치 이하일 때 제어부(500)의 제어에 의해 점선의 상태로 회전되며, 이로 인해 아웃렛덕트(50)로 배출되는 공기는 화살표 "a"와 같은 유동 방향으로 리턴덕트(100)를 통해 바이패스된 후 배터리 트레이(30)의 내부로 유입된다.

반면에, 배터리(20)의 온도가 적정 온도(23℃~26℃)로 도달된 것으로 배터리 온도 감지센서(400)에 의해 검출된 경우에는 제어부(500)는 공기유동 방향전환수단(200)을 구성하는 도어가 실선 상태의 위치로 회전되도록 상기 구동모터가 구동되도록 한다. 이로 인해, 아웃렛덕트(50)로 배출되는 공기는 화살표 "b"와 같은 유동 방향으로 더 이상 리턴덕트(100)를 통해 바이패스되지 못하고, 차량 실외로 배출된다.

한편, 본 발명의 실시예로, 송풍유니트(60)를 아웃렛덕트(50)내에 설치하는 경우에, 리턴덕트(100)는 송풍유니트(60)의 후단측의 아웃렛덕트(50)에서 분기 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 송풍유니트(50)를 아웃렛덕트(50) 이외에 도시하지는 않았지만 인렛덕트(40)와 배터리 트레이(30)내에 설치할 경우에는 송풍유니트(50)의 설치 위치에 제한을 받지 않고 아웃렛덕트(50)의 임의의 위치에서 리턴덕트(100)를 분기 형성하여도 무방하다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예로, 리턴덕트(100)의 출구(110)측에는 리턴되는 공기가 인렛덕트(40)측으로 유동되지 않고 배터리 트레이(30)의 내부로 유동되도록 리턴 공기 안내판(120)이 더 구비하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 리턴덕트(100)의 출구(110)의 방향을 인렛덕트(40)로부터 유동되는 공기의 유동 흐름과 충돌을 일으키지 않도록 설계를 할 경우에는 리턴 공기 안내판(120)을 필수적으로 구성할 필요는 없다.

이제까지는 실내 난방을 위한 온기를 이용하여 배터리(20)를 예열할 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명은 실내 난방을 위한 온기를 이용하지 않고서도 배터리의 온도가 일정하게 되도록 배터리의 예열을 신속하게 실시할 수 있는데, 일례로 인렛덕트(40)의 내부, 배터리 트레이(30)의 내부, 리턴덕트(100)의 내부중 적어도 어느 하나에는 흡입되는 공기를 가열하는 전기 가열식 전기 히터(300)를 설치함으로써, 혹한기에 배터리(20)의 온도를 적정 온도로 유지하기 위해 차량 실내 난방을 위한 히터를 작동시키지 않아도 되며, 이로 인해 실내 난방을 위한 히터를 작동시키기 위해 엔진을 구동시키지 않아도 되어, 연비 절감 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 의한 전기 히터(300)는 피티씨(positive temperature coefficient) 소자를 이용한 피티씨 히터를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 적용되는 피티씨 히터는 도 5에 도시된 바와 같이 인렛덕트(40)의 내부, 리턴덕트(100)의 내부 공간을 상하 또는 좌우로 구획하는 구획벽(320)의 양측면에 다수개가 일정 간격 이격되게 배치된다. 이들 피티씨 히터 사이에는 방열핀(310)이 설치된다. 여기서, 인렛덕트(40)의 내부, 리턴덕트(100)의 내부 공간 뿐만 아니라 배터리 트레이(30)의 전단, 즉 공기 유입측의 내부 공간에도 피티씨 히터를 설치할 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 다수의 피티씨 히터는 배터리 온도 감지센서(400)로부터 검출된 배터리(20)의 온도에 따라 모두 동시에 구동될 수 있고, 다단으로 구동될 수 있다.

특히, 본 발명의 제어부(500)는 피티씨 히터를 다단으로 구동시킬 경우에, PWM(Pulse Width Modulation;펄스 폭변조)방식으로 다수의 피티씨 히터에 공급되는 전류 또는 전압을 제어함이 바람직하다.

도 1은 종래 기술에 의한 자동차의 배터리 온도 조절장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 의한 자동차의 배터리 온도 조절장치의 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 의한 공기유동 방향전환수단의 구성의 요부를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 의한 배터리 트레이의 내부로 실내 공기와 리턴 공기를 유입하기 위하여, 배터리 트레이에 리턴덕트 및 인렛덕트가 연결 설치된 상태를 나타낸 부분 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 전기히터가 설치된 상태를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 제어 블럭도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 배터리 30 : 배터리 트레이

40 : 인렛덕트 50 : 아웃렛덕트

60 : 송풍유니트 100 : 리턴덕트

120 : 리턴 공기 안내판 200 : 공기유동 방향전환수단

300 : 전기 히터

Claims (6)

1. 배터리(20)가 내장된 배터리 트레이(30)와, 차량 실내의 공기를 도입받아 상기 배터리 트레이(30)의 내부로 공급하는 인렛덕트(40)와, 상기 배터리 트레이(30) 내부의 공기를 차량 외부로 배출되도록 하는 아웃렛덕트(50)와, 상기 인렛덕트(40)와 아웃렛덕트(50)와 배터리 트레이(30)중 어느 하나에 설치되어 차량 실내의 공기를 상기 인렛덕트(40)로 강제 흡입하여 상기 배터리 트레이(30)의 내부를 지나 상기 아웃렛덕트(50)를 통해 차량 외부로 배출되도록 하는 송풍유니트(60)로 이루어진 자동차의 배터리 온도 조절장치에 있어서,

   상기 아웃렛덕트(50)로부터 분기되어 상기 배터리 트레이(30)의 내부로 공기가 리턴되도록 하는 리턴덕트(100)와;

   상기 아웃렛덕트(50)의 분기부내에 설치되어 배출 공기의 유동 방향을 상기 리턴덕트(100)와 차량 실외중의 어느 한 방향으로 전환되도록 하는 공기유동 방향전환수단(200); 및

   상기 인렛덕트(40)의 내부, 상기 배터리 트레이(30)의 내부, 상기 리턴덕트(100)의 내부중 적어도 어느 하나에 설치되는 것으로, 흡입되는 공기를 가열하는 전기 히터(300)를 포함하며,

   상기 전기 히터(300)는 피티씨 소자를 이용한 피티씨 히터이고,

   상기 피티씨 히터는 다수개가 배치되되, PWM 방식에 의해 전류 또는 전압을 공급하여 상기 다수의 피티씨 히터를 다단으로 구동 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 배터리 온도 조절장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 리턴덕트(100)의 출구(110)측에는 리턴되는 공기가 상기 인렛덕트(40)측으로 유동되지 않고 상기 배터리 트레이(30)의 내부로 유동되도록 리턴 공기 안내판(120)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 자동차의 배터리 온도 조절장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 송풍유니트(60)를 아웃렛덕트(50)내에 설치하는 경우에, 상기 리턴덕트(100)는 상기 송풍유니트(60)의 후단측의 아웃렛덕트(50)에서 분기 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차의 배터리 온도 조절장치.
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