KR101200672B1

KR101200672B1 - 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리 장치

Info

Publication number: KR101200672B1
Application number: KR1020050093387A
Authority: KR
Inventors: 정인권
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2012-11-12
Also published as: KR20070038265A

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치에 관한 것으로, 냉각팬을 배터리트레이의 측면으로 배치하면서 흐름통로를 이중으로 하여 외기의 흐름을 통한 전지 위치에 따른 냉각 편차를 해소함과 더불어, 열전소자를 통한 전지의 열에너지를 흡수하여 보다 효율적인 냉각이 이루어지도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, NI-MH 배터리를 적재한 배터리트레이를 공기강제송풍방식을 열 관리하는 장치를 구비한 연료전지 차량에 있어서,

상기 열 관리 장치는 배터리 탑재 공간을 차단하여 배터리공간으로 외부 공기가 유입되는 인너공기통로(b)와, 상기 인너공기통로(b)에 인접되어 외부 공기가 유입된 후 배출되는 아우터공기통로(a)를 형성하는 배터리트레이(1)와; 상기 배터리트레이(1)의 양측면으로 장착되어 외부 공기를 상기 공기통로(a,b)로 강제 유입시키는 냉각팬(6), 상기배터리와 유입 공기로부터 열을 빼앗도록 배터리의 양쪽 측면을 따라 배열된 열전소자(5) 및; 상기 배터리의 온도에 따라 냉각팬(6)을 구동하면서 전체적인 열 관리를 수행하는 전지관리시스템(8)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치{Battery heat management system in hybride electric vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치에 대한 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 배터리트레이 2 : 인너하우징

3 : 아우터하우징 3a : 개구홀

4 : 끝단차단벽 5 : 열전소자

6 : 냉각팬 7 : 온도센서

8 : 전지관리시스템

a : 아우터공기통로 b : 인너공기통로

본 발명은 하이브리드 전기 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전 소자를 이용하여 전지간의 온도 편차를 방지할 수 있도록 된 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 전기 자동차의 동력원은 가솔린 및 디젤로 구동되는 엔진과 보조 동력원으로 모터를 구동하기 위한 전지 시스템으로 구성되는데, 이러한 전지 시스템은 보조 배터리와는 달리 전압 범위가 크며, 출력 성능 및 수명등이 우수한 전지를 선택하여 사용하기 때문에 안전성을 위해 전지 관리 시스템(BMS)을 이용하여 제어하게 됨은 물론이다.

이와 같은, 하이브리드 전기 자동차의 전지인 배터리로는 주로 니켈 메탈 하이드라이드(NI-MH) 전지나 리튬이온전지 또는 리튬이온 폴리머 전지 등이 사용되며, 이와 같은 배터리들은 온도에 따라 성능이 크게 좌우되는데 특히, 고온에서는 전해질 분해가 일어나므로 고온이 유지되면 수명이 현저하게 떨어지는 현상이 있게된다.

대표적인 예로는, 배터리인 전지 셀(Cell)을 적재한 배터리트레이에 냉각팬을 통해 강제 유입되는 외부 공기를 흐르도록 하는 공기강제송풍방식을 이용하는데 즉, 배터리트레이의 상?하부에 공기통로를 형성시켜주고 적재된 전지중 대표적인 곳(통상 3곳 정도)에 온도 센서를 부착해, 상기 온도 센서가 감지한 온도가 일정 온도 이상이면 무조건 냉각팬을 구동해 외기를 공기통로로 유입하여 온도의 상승을 억제하게 된다.

그러나, 이와 같이 냉각팬을 구동해 외부에서 공기를 유입해 전지를 흐르게 하면서 냉각하는 경우는, 전지의 냉각 성능이 단지 유입되는 외부 공기의 온도 정도에 따라 전지의 냉각 정도가 결정되므로 보다 효율적인 냉각이 이루어지지 못하 게 된다.

또한, 이와 같은 냉각 구조는 통상적으로 외기를 유입하는 냉각팬이 배터리트레이의 뒤쪽에 위치하므로, 적재된 전지의 위치에 따라 온도 편차가 발생되는 현상이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 냉각팬을 배터리트레이의 측면으로 배치하면서 흐름통로를 이중으로 하여 외기의 흐름을 통한 전지 위치에 따른 냉각 편차를 해소함과 더불어, 열전소자를 통한 전지의 열에너지를 흡수하여 보다 효율적인 냉각이 이루어지도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, NI-MH 배터리인 전지 셀(Cell)을 적재한 배터리트레이로 외부 공기를 강제송풍방식으로 유입시키는 열 관리 장치를 구비한 차량에 있어서,

상기 열 관리 장치는 다수의 전지 셀로 이루어진 배터리가 탑재되면서 상기 배터리 탑재 공간을 차단하여 배터리공간으로 외부 공기가 유입되는 인너공기통로와, 상기 인너공기통로에 인접되게 배열되어 별도 외부 공기 유입 통로를 형성해 유입된 후 상기 인너공기통로로 유입된 공기와 함께 외부로 배출되는 아우터공기통로를 형성하는 배터리트레이와;

상기 배터리트레이의 양 측면으로 장착되어 외부 공기를 상기 공기통로로 강제 유입시키는 냉각팬,

상기 배터리의 온도 초과 시 배터리와 유입 공기로부터 열을 빼앗아 주도록 배터리의 양쪽 측면을 따라 배열된 열전소자 및;

상기 배터리의 온도를 측정하여 필요 시 상기 냉각팬을 구동하면서 전체적인 열 관리를 수행하는 전지관리시스템; 으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치에 대한 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 NI-MH 배터리인 전지 셀(Cell)을 적재한 배터리트레이로 외부 공기를 강제송풍방식으로 유입시키는 열 관리 장치를 구비한 차량에 있어서,

상기 열 관리 장치는 다수의 전지 셀로 이루어진 배터리가 탑재되면서 상기 배터리 탑재 공간을 차단하여 배터리공간으로 외부 공기가 유입되는 인너공기통로(b)와, 상기 인너공기통로(b)에 인접되게 배열되어 별도 외부 공기 유입 통로를 형성해 유입된 후 상기 인너공기통로(b)로 유입된 공기와 함께 외부로 배출되는 아우터공기통로(a)를 형성하는 배터리트레이(1)와; 상기 배터리트레이(1)의 양측면으로 장착되어 외부 공기를 상기 공기통로(a,b)로 강제 유입시키는 냉각팬(6), 상기 배터리의 온도 초과 시 배터리와 유입 공기로부터 열을 빼앗아 주도록 배터리의 양쪽 측면을 따라 배열된 열전소자(5) 및; 상기 배터리의 온도를 측정하여 필요 시 상기 냉각팬(6)을 구동하면서 전체적인 열 관리를 수행하는 전지관리시스템(8)으로 이루 어진다.

여기서, 상기 배터리트레이(1)의 인너공기통로(b)는 배터리트레이(1)에 탑재된 배터리의 양측에 대해 이격된 위치에서 배터리가 탑재된 내부 공간으로 구획하는 인너하우징(2)과, 외부 공기가 유입되는 배터리트레이(1)의 반대 부위에서 배터리의 끝단 위치를 잡아주도록 돌출되면서 배터리 탑재 공간을 양분하는 끝단차단벽(4)을 통해 형성되어진다.

그리고, 상기 아우터공기통로(a)는 배터리트레이(1)의 외부 공기 유입부에서 끝단부위까지 이어지면서 상기 인너하우징(2)에 대해 이격 되도록 배열된 아우터하우징(3)에 의해 이루어지되, 상기 아우터하우징(3)에는 전체 길이를 따라 일정 간격으로 다수의 개구홀(3a)을 형성해 냉각팬(6)의 구동에 따라 유입된 외부 공기를 다시 외부로 배출하게 된다.

이때, 상기 아우터공기통로(a)는 끝단차단벽(4)이 형성된 배터리트레이(1)의 끝단부위에서 인너공기통로(b)와 서로 연통되어져, 상기 인너공기통로(b)로 유입된 공기가 아우터공기통로(a)쪽으로 배출될 수 있도록 함은 물론이다.

또한, 상기 냉각팬(6)은 아우터하우징(3)을 그 내부로 형성하면서 가리는 배터리트레이(1)에 장착되어, 구동 시 상기 아우터하우징(3)의 내부 공간을 통해 부압을 형성시켜 외부 공기를 유입시켜 주게된다.

그리고, 상기 열전소자(5)는 전지관리시스템(8)에 의해 전원이 공급되어 열전 효과를 통해 열에너지를 흡수하게 되며 이는, 배터리의 양 측면으로 직접 부착될 수 도 있으며 또한, 인너하우징(2)을 따라 배터리쪽 면에 부착될 수 도 있음은 물론이다.

여기서, 상기 열전소자(5)는 열과 전기가 서로 변환되는 현상을 이용한 소자의 총칭으로서, 전기저항의 온도변화를 이용한 소자(thermistor)나 온도차에 의해 기전력이 발생하는 현상(제베크효과)을 이용한 소자나, 전류에 따라 열의 흡수 또는 발생이 생기는 현상(펠티에효과)을 이용한 소자(펠티에소자)등이 있다.

또한, 배터리의 온도 측정은 온도센서(7)를 통해 이루어지며 이는, 배터리 전체에서 소정 간격으로 다수 개 설치됨은 물론이다.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차용 NI-MH 타입 배터리(전지)에 대한 보다 효과적인 열 관리를 통해, 배터리의 충전이나 방전 시 상승되는 배터리 온도를 신속하면서도 적층 된 각 셀 간 온도 편차를 크게 줄여, 배터리의 내구성 강화는 물론 충전 효율 향상과 더불어 급속 충전도 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

즉, 배터리 충전 시 배터리의 온도를 측정하는 온도센서(7)를 통해 측정된 온도 값이 냉각이 필요한 온도일 경우는, 상기 온도센서(7)의 신호를 받는 전지관리시스템(8)이 냉각팬(6)을 구동해 외부 공기를 배터리트레이(1)내부로 유입시켜 주면, 상기 냉각팬(6)의 회전에 따라 아우터공기통로(a)내 공기를 외부로 배출하면서 배터리트레이(1)내부에 부압을 형성시켜 외부로부터 공기를 빨아들여 주게 된다.

이와 같이, 상기 냉각팬(6)에 의해 외부에서 유입되는 공기는 아우터공기통로(a)와 인너공기통로(b)를 통해 동시에 유입되며, 이중 상기 인너공기통로(b)를 통해 유입된 외부 공기는 인너하우징(2)안으로 탑재된 배터리를 지나면서 냉각하고, 상기 아우터공기통로(a)를 통해 동시에 유입된 외부공기는 인너하우징(2)과 아우터하우징(3)사이로 유입되어 다수의 개구홀(3a)을 통해 상기 인너공기통로(b)를 통해 유입된 외부 공기와 함께 외부로 배출되어진다.

즉, 상기 인너공기통로(b)를 통해 유입된 외부 공기는 배터리를 냉각하면서 배터리트레이(1)의 끝단차단벽(4)까지 이동한 후, 상기 끝단차단벽(4)에 의해 양측의 공기가 서로 반대 방향으로 나누어지면서 서로 연통된 아우터공기통로(a)쪽으로 유입되어 진다.

이어, 상기 아우터공기통로(a)쪽으로 유입되어진 공기는 아우터공기통로(a)를 따라 흐르는 유입 공기와 함께 냉각팬(6)의 구동에 의해 외부로 배출 즉, 상기 냉각팬(6)의 회전에 의해 아우터공기통로(a)를 따라 흐르는 유입 공기와 인너공기통로(b)로 유입된 공기가 아우터하우징(3)의 개구홀(3a)을 통해 빨아 들여져 외부로 배출되고, 이와 같은 아우터공기통로(a)와 인너공기통로(b)를 통한 외부 공기의 흐름에 따라 배터리의 온도를 낮추어주게 된다.

이때, 상기 아우터공기통로(a)와 인너공기통로(b)가 배터리를 기준으로 하여 배터리트레이(1)의 양쪽으로 동일하게 형성되고, 이는 배터리트레이(1)를 반으로 나누어 내부공간을 냉각하게 되어 배터리의 냉각 성능이 크게 향상됨은 물론이다.

한편, 배터리의 온도가 크게 초과되어 보다 신속한 냉각이 이루어져야 하는 경우에는, 상기 배터리의 온도를 측정하는 온도센서(7)의 측정값에 따라 전지관리시스템(8)은 냉각팬(6)을 구동함과 동시에 열전소자(5)에 전원을 공급하게 되는데 이는, 상기 열전소자(5)가 갖는 펠티에 효과를 통해 주변의 열을 흡수하여 보다 신속한 냉각 성능을 갖도록 하게 된다.

즉, 상기 전지관리시스템(8)의 제어에 의해 전류를 공급받은 열전소자(5)가 배터리가 위치된 인너공기통로(b)내 열을 흡수하여 공기를 냉각함과 더불어, 상기 냉각팬(6)의 구동에 따라 인너공기통로(b)로 유입되어 흐르는 외부 공기에 의한 냉각 작용이 더해져, 배터리에 대한 냉각 효과가 이중으로 발생되어 보다 신속하게 배터리의 과열을 방지할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 배터리를 탑재한 배터리트레이의 양쪽으로 냉각팬을 설치하여 냉각 영역을 양분하면서, 냉각 시 이중 통로로 유입된 외부 공기가 배터리트레이의 끝단 부위까지 도달한 후 외부로 배출되도록 해, 배터리의 셀 간 위치에 따른 온도차를 없애면서 냉각 성능도 크게 향상할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 배터리의 양 측면부위에서 열을 흡수하는 열전소자를 배열시켜 냉각 시 외부 공기에 의한 냉각과 더불어 열전소자에 의한 열 흡수를 통한 냉각을 동시에 작용시켜 신속한 냉각 작용을 할 수 있는 효과가 있음은 물론이다.

Claims

NI-MH 배터리인 전지 셀(Cell)을 적재한 배터리트레이로 외부 공기를 강제송풍방식으로 유입시키는 열 관리 장치를 구비한 차량에 있어서,

상기 열 관리 장치는 다수의 전지 셀로 이루어진 배터리가 탑재되면서 배터리 탑재 공간을 차단하여 배터리공간으로 외부 공기가 유입되는 인너공기통로(b)와, 상기 인너공기통로(b)에 인접되게 배열되어 별도 외부 공기 유입 통로를 형성해 유입된 후 상기 인너공기통로(b)로 유입된 공기와 함께 외부로 배출되는 아우터공기통로(a)를 형성하는 배터리트레이(1)와;

상기 배터리트레이(1)의 외부 공기 유입부에서 끝단부위까지 이어지면서 인너하우징(2)에 대해 이격 되도록 배열되어 상기 아우터공기통로(a)를 형성하는 아우터하우징(3)과;

상기 아우터하우징(3)의 전체 길이를 따라 일정 간격으로 다수 형성된 개구홀(3a)과;

상기 배터리트레이(1)의 양 측면으로 장착되어 외부 공기를 상기 공기통로(a,b)로 강제 유입시키는 냉각팬(6)과;

상기 배터리의 온도 초과 시 배터리와 유입 공기로부터 열을 빼앗아 주도록 배터리의 양쪽 측면을 따라 배열된 열전소자(5) 및;

상기 배터리의 온도를 측정하여 필요 시 상기 냉각팬(6)을 구동하면서 전체적인 열 관리를 수행하는 전지관리시스템(8);

으로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치.
제 1항에 있어서, 상기 아우터공기통로(a)는 배터리트레이(1)의 끝단부위에 서 인너공기통로(b)와 서로 연통되어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치.
제 1항에 있어서, 상기 인너공기통로(b)는 배터리트레이(1)에 탑재된 배터리의 양측에 대해 이격된 위치에서 배터리가 탑재된 내부 공간으로 구획하는 인너하우징(2)과, 외부 공기가 유입되는 배터리트레이(1)의 반대 부위에서 배터리의 끝단 위치를 잡아주도록 돌출되면서 배터리 탑재 공간을 양분하는 끝단차단벽(4)을 통해 형성되어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치.
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제 1항에 있어서, 상기 열전소자(5)는 배터리의 양 측면으로 직접 부착된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치.
제 1항에 있어서, 상기 열전소자(5)는 인너하우징(2)을 따라 배터리쪽 면에 부착된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치.
제 1항에 있어서, 상기 배터리의 온도 측정용 온도센서(7)는 배터리에서 간격을 두고 다수 개 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 배터리 열관리장치.