KR101272922B1 - Teg module and system for harvesting and managing thermal energy for battery of electric vehicle - Google Patents

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Abstract

배터리 하우징에 구비되어 저온의 외기에 접촉되는 복수의 히트싱크; 제1열전재료와 제2열전재료가 핫정션과 콜드정션을 형성하도록 증착된 평판형상이며, 콜드정션이 상기 히트싱크에 접촉되도록 배터리 하우징에 마련된 평판형 TEG모듈; 일단부가 배터리팩에 연결되고 타단부가 상기 평판형 TEG모듈의 핫정션에 연결된 히트파이프; 및 상기 TEG모듈에 연결되어 전압에 의해 전력을 충전하고 이를 다시 배터리팩에 방출하는 충전부;를 포함하는 평판형 TEG모듈 및 이를 이용한 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템이 소개된다.A plurality of heat sinks provided in the battery housing and in contact with low temperature outdoor air; A flat TEG module in which a first thermoelectric material and a second thermoelectric material are deposited to form a hot junction and a cold junction, and a flat TEG module provided in a battery housing so that the cold junction contacts the heat sink; A heat pipe having one end connected to the battery pack and the other end connected to a hot junction of the flat TEG module; And a charging unit connected to the TEG module to charge power by a voltage and discharge the power back to the battery pack. The planar TEG module and a heat energy harvesting and management system of an electric vehicle battery using the same are introduced.

Description

평판형 ＴＥＧ모듈 및 이를 이용한 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템 {TEG MODULE AND SYSTEM FOR HARVESTING AND MANAGING THERMAL ENERGY FOR BATTERY OF ELECTRIC VEHICLE}TEG MODULE AND SYSTEM FOR HARVESTING AND MANAGING THERMAL ENERGY FOR BATTERY OF ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기자동차의 배터리에서 발생하는 열에너지를 관리(감지,방열)하고 수확하여 배터리의 에너지 효율을 높이기 위한 평판형 TEG모듈 및 이를 이용한 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a flat panel TEG module for managing (detecting, radiating) and harvesting thermal energy generated from a battery of an electric vehicle to increase energy efficiency of the battery, and a heat energy harvesting and management system of an electric vehicle battery using the same.

본 발명은 전기자동차 고전압 배터리의 충/방전시 발생하는 열 에너지를 관리 및 수확하여 전기 에너지로 변환, 배터리에 저장함으로써 전기자동차 배터리의 에너지 효율 및 수명을 높이는 기술에 관한 것이다. 여기서 말하는 전기자동차란, 배터리와 모터를 이용하여 구동할 수 있는 하이브리드 차량 등을 포함하는 개념이다.The present invention relates to a technology for increasing energy efficiency and lifespan of an electric vehicle battery by managing and harvesting thermal energy generated during charging / discharging of an electric vehicle high voltage battery, converting the electric energy into electric energy, and storing the same in an electric vehicle. The electric vehicle here is a concept including a hybrid vehicle which can be driven using a battery and a motor.

최근 환경문제, 고유가 등의 원인으로 전기자동차 등 환경차량에 대한 관심이 높아지고 있으며, 고전압 배터리는 모터, 인버터 등과 함께 그 핵심 부품 중 하나이다. 그러나 상기 배터리의 충/방전시 발생하는 열은 낭비되는 에너지로서 배터리의 에너지 효율을 낮추는 주요 요인으로 지목되고 있다.Recently, interest in environmental vehicles such as electric vehicles is increasing due to environmental problems and high oil prices, and high voltage batteries are one of the core components along with motors and inverters. However, heat generated during charging / discharging of the battery is wasted energy and is considered as a major factor for lowering energy efficiency of the battery.

또한 배터리 성능 역시 온도에 따라 크게 좌우되기 때문에, 배터리의 열 에너지는 관리해야 할 대상이다.Battery performance also depends heavily on temperature, so the thermal energy of the battery is something to manage.

그러나 이러한 필요성에도 불구하고 아직 배터리의 충/방전시 발생되는 열을 에너지로 전환하여 관리하는 기술이 발전되지 못하고 있으며, 배터리에 장착되는 복수의 배터리팩간 온도차이 역시 극복하지 못하고 있는 실정이다.However, despite these needs, the technology for converting heat generated during charging / discharging of the battery into energy has not been developed, and the temperature difference between the plurality of battery packs mounted on the battery has not been overcome.

현재 열전 모듈을 이용한 에너지 수확 및 관리에 관한 기술은 태동기에 있으며, 신재생 에너지의 개념으로 연구되고 있다. 그 중 일부에서 자동차와 관련된 연구가 있었으나, 친환경 차량에 직접 적용하기에는 무리가 있다. At present, technologies related to energy harvesting and management using thermoelectric modules are in the early stages of development and are being researched in terms of renewable energy. Some of them have been related to automobiles, but it is not possible to apply them directly to eco-friendly vehicles.

예를 들어, 종래 가솔린 차량의 경우 에너지 효율을 높이기 위해 엔진 및 배기구에 열전 모듈을 부착하여 사용한 기술이 있다. 그러나 이 경우에는 좁은 면적에서 고열이 집중되어 있어 발열 부위에 직립형 열전모듈을 직접적으로 부착하여 사용하였다. 이에 대하여는 KR 10-2011-0083415 A "자동차의 배열회수용 열전발전 시스템"을 참고할 수 있다.For example, in the case of a conventional gasoline vehicle, there is a technique used by attaching a thermoelectric module to an engine and an exhaust port to increase energy efficiency. However, in this case, since high heat is concentrated in a small area, an upright thermoelectric module is directly attached to the heat generating site. For this, reference can be made to KR 10-2011-0083415 A "Thermoelectric power generation system for heat recovery of a vehicle".

반면, 환경차량의 배터리팩은 대면적의 열원이며, 부착 위치상 큰 하중을 견뎌야 하기 때문에 기존의 직립형 열전모듈 및 그에 따른 에너지 수확방식을 적용하기에는 한계가 있다.On the other hand, the battery pack of the environmental vehicle is a heat source of a large area, there is a limit to apply the conventional upright thermoelectric module and the energy harvesting method according to the large load on the mounting position.

전기자동차 배터리 열 관리의 중요성이 강조됨에 따라, 온도 조절을 위한 다양한 냉각 방식이 연구되고 있다. 그 중 대다수의 차량에서 택하고 있는 공랭식의 경우, 단순히 공기의 대류 만을 통하여 배터리의 열을 외부로 방열하는 방식을 취하고 있다. 따라서, 배터리 셀간 온도 밸런싱 및 효과적인 방열을 위하여 배터리의 열을 효과적으로 외부로 전달할 수 있는 대류 및 전도를 복합적으로 고려한 구조가 요구되고 있다.
As the importance of electric vehicle battery thermal management is emphasized, various cooling methods for temperature control have been studied. In the case of the air-cooled type that is adopted in most of the vehicles, the heat dissipation of the battery to the outside by simply convection of air. Accordingly, there is a demand for a structure that considers convection and conduction that can transfer heat of the battery to the outside effectively for temperature balancing between battery cells and effective heat dissipation.

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.
It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.

KRKR 10-2011-008341510-2011-0083415 AA

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 히트파이프 구조를 통해 배터리에서 발생하는 열 에너지를 효과적으로 관리한다. 이를 통해 배터리 모듈 간의 온도 차를 최소화하여 배터리의 안정성 및 성능을 보장하고 수명을 연장시키는 역할을 한다. 또한 히트파이프를 통해 배터리팩 외곽의 배터리 하우징으로 전달된 열과, 배터리 하우징 외부와의 온도 차에 기반하여, TEG모듈을 통해 전력을 생산한다. 낭비되는 에너지를 통해 전력을 생산함으로써 전기자동차 배터리의 에너지 효율을 높일 수 있는 전기자동차 배터리의 평판형 TEG모듈 및 이를 이용한 열에너지 수확, 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve this problem, and effectively manages the heat energy generated from the battery through the heat pipe structure. This minimizes the temperature difference between the battery modules to ensure the stability and performance of the battery and to extend the life. In addition, based on the heat transferred from the heat pipe to the battery housing outside the battery pack and the temperature difference between the outside of the battery housing, the TEG module produces power. The purpose of the present invention is to provide a flat-panel TEG module of an electric vehicle battery and a thermal energy harvesting and management system using the same.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 평판형 TEG모듈을 이용한 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템은, 배터리 하우징에 구비되어 저온의 외기에 접촉되는 복수의 히트싱크; 제1열전재료와 제2열전재료가 핫정션과 콜드정션을 형성하도록 증착된 평판형상이며, 콜드정션이 상기 히트싱크에 접촉되도록 배터리 하우징에 마련된 평판형 TEG모듈; 일단부가 배터리팩에 연결되고 타단부가 상기 평판형 TEG모듈의 핫정션에 연결된 히트파이프; 및 상기 TEG모듈에 연결되어 전압에 의해 전력을 충전하고 이를 다시 배터리팩에 방출하는 충전부;를 포함한다.Thermal energy harvesting, management system of an electric vehicle battery using a flat-panel TEG module according to the present invention for achieving the above object is provided with a battery housing a plurality of heat sinks in contact with low temperature outside air; A flat TEG module in which a first thermoelectric material and a second thermoelectric material are deposited to form a hot junction and a cold junction, and a flat TEG module provided in a battery housing so that the cold junction contacts the heat sink; A heat pipe having one end connected to the battery pack and the other end connected to a hot junction of the flat TEG module; And a charging unit connected to the TEG module to charge power by a voltage and discharge the power back to the battery pack.

상기 평판형 TEG모듈은 중앙부에 핫정션이 형성되고 양 측단부에 콜드정션이 형성되며, 상기 히트싱크는 인접하는 평판형 TEG모듈의 양 측단부에 형성된 콜드정션에 함께 연결될 수 있다.The flat TEG module may have a hot junction formed at a central portion thereof and a cold junction formed at both side ends thereof, and the heat sink may be connected together to a cold junction formed at both side ends of adjacent flat TEG modules.

상기 히트파이프는 일단부가 배터리팩에 면접촉을 이루도록 연결되고 타단부가 연장되어 상기 핫정션에 연결될 수 있다.One end of the heat pipe may be connected to the battery pack in surface contact, and the other end thereof may be extended to be connected to the hot junction.

상기 충전부는 슈퍼 커패시터로서 일정수준까지 전력을 저장한 후 상기 배터리팩에 방출할 수 있다.The charging unit may store the power to a predetermined level as a supercapacitor and release the power to the battery pack.

상기 충전부에 충전되는 전력을 통해 배터리의 온도를 산출하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.And a controller configured to calculate a temperature of the battery through the power charged in the charging unit.

상기 배터리팩은 높이 방향으로 순차적으로 적층되며, 상기 히트파이프는 적층되는 배터리팩의 사이마다 배터리팩과 면접촉을 이루도록 설치될 수 있다.
The battery packs are sequentially stacked in the height direction, and the heat pipes may be installed to make surface contact with the battery packs between the stacked battery packs.

한편, 상기 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템을 위한 평판형 TEG모듈은, 판상의 실리콘 웨이퍼; 상기 실리콘 웨이퍼에 지그재그 형상으로 증착된 제1열전재료; 상기 실리콘 웨이퍼에 지그재그 형상으로 증착되되 제1열전재료와 꺾임부분에서 상호 만나도록 하여 꺾임부분이 핫정션과 콜드정션을 형성하도록 하는 제2열전재료; 상기 핫정션들과 콜드정션들끼리 연결되도록 부착된 박막형 핫정션 열전도부 및 콜드정션 열전도부; 및 상기 실리콘 웨이퍼의 외면에 코팅된 절연층;을 포함한다.On the other hand, the flat TEG module for the thermal energy harvesting, management system of the electric vehicle battery, the plate-shaped silicon wafer; A first thermoelectric material deposited in a zigzag shape on the silicon wafer; A second thermoelectric material deposited on the silicon wafer in a zigzag shape so that the first thermoelectric material and the bent portion meet each other so that the bent portion forms a hot junction and a cold junction; A thin film hot junction heat conduction unit and a cold junction heat conduction unit attached to the hot junctions and the cold junctions; And an insulating layer coated on an outer surface of the silicon wafer.

상기 실리콘 웨이퍼의 좌반면과 우반면에는 각각 제1열전재료와 제2열전재료의 쌍이 증착되고, 실리콘 웨이퍼의 중앙부에 모인 꺾임부분과 양 측단부에 위치한 꺾임부분에는 각각 핫정션 열전도부와 콜드정션 열전도부가 부착될 수 있다.A pair of first and second thermoelectric materials is deposited on the left and right half surfaces of the silicon wafer, respectively, and a hot junction heat conducting part and a cold junction are respectively formed on the bent portion gathered at the center portion of the silicon wafer and the bent portions located at both side ends thereof. Thermally conductive portions can be attached.

상기 실리콘 웨이퍼의 중앙부에 모인 꺾임부분들은 핫정션을 이루며 하나의 핫정션 열전도부로 연결되고, 실리콘 웨이퍼의 양 측단부에 위치한 꺾임부분들은 콜드정션을 이루어 각각 콜드정션 열전도부를 통해 연결될 수 있다.
The bent portions gathered at the center portion of the silicon wafer form a hot junction and are connected to one hot junction heat conducting portion, and the bent portions located at both side ends of the silicon wafer form cold junctions and may be connected to each other through the cold junction heat conductive portion.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 평판형 TEG모듈 및 이를 이용한 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템에 따르면, 아래와 같은 효과가 있다.According to the heat energy harvesting, management system of the flat-panel TEG module and the electric vehicle battery using the same structure as described above, has the following effects.

1) 성능 향상 : 전기자동차의 배터리에서 발생하는 열에너지를 수확하여 관리함으로써, 낭비되는 에너지를 재사용하여 배터리의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, TEG 모듈의 에너지 변환 효율을 10%로 가정했을 경우, 배터리의 재충전을 통하여 수명 및 주행거리를 11%가량 상승시키는 효과가 있다.1) Performance improvement: By harvesting and managing the heat energy generated from the battery of the electric vehicle, it is possible to reuse the wasted energy to improve the energy efficiency of the battery. For example, if the energy conversion efficiency of the TEG module is assumed to be 10%, the battery life may be increased by about 11% by recharging the battery.

2) 안정성 향상 : TEG 모듈은 발전 소자의 역할과 동시에 온도 센서 역할을 수행할 수 있다. 따라서 배터리의 모듈의 온도를 실시간으로 모니터링하여 관리할 수 있으며, 이를 통해 배터리 안정성을 향상시킨다.2) Improved stability: TEG module can act as a temperature sensor as well as a power generation element. Therefore, the temperature of the battery module can be monitored and managed in real time, thereby improving battery stability.

3) 상품성 향상 : 본 발명의 히트파이프는 간단한 구조로 배터리 모듈의 열에너지를 배터리팩 외곽의 TEG 모듈로 전달함으로써, 모듈의 성능을 향상시키는 동시에 배터리의 열을 방출하는 효과가 있다. 이를 통해 배터리의 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있다. 즉, 전기자동차의 주행가능거리를 향상시킴으로써 신뢰성과 상품성을 상승시키는 효과가 있다.
3) Improved marketability: The heat pipe of the present invention has a simple structure and transfers heat energy of the battery module to the TEG module outside the battery pack, thereby improving the performance of the module and dissipating heat from the battery. This can improve battery stability and lifespan. In other words, by improving the driving distance of the electric vehicle there is an effect of increasing the reliability and commerciality.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템의 배터리를 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 절개한 단면도.
도 3은 도 2의 B 부분을 확대한 도면.
도 4 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 평판형 TEG모듈의 조립과정을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 평판형 TEG모듈의 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템을 나타낸 도면.1 is a view showing a battery of the thermal energy harvesting, management system of an electric vehicle battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1.
3 is an enlarged view of a portion B of FIG. 2;
4 to 9 is a view showing the assembly process of the flat-panel TEG module of the electric vehicle battery according to an embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of a flat panel TEG module of an electric vehicle battery according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing a thermal energy harvesting, management system of an electric vehicle battery according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 평판형 TEG모듈 및 이를 이용한 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템에 대하여 살펴본다.
참고로, TEG란 열전력발전장치(TEG, Thermo Electric Generators)를 말하는 것으로서, PN접합으로 이루어진 판에서 어느 한쪽으로 열을 가하면 두 판의 온도차이만큼의 기전력이 발생하는데, 이를 이용하여 발전을 수행하는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings looks at the heat energy harvesting, management system of the flat-panel TEG module and an electric vehicle battery using the same according to an embodiment of the present invention.
For reference, TEG refers to Thermo Electric Generators (TEG). When heat is applied to either side of a plate made of PN junction, electromotive force is generated as much as the temperature difference between the two plates. will be.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템의 배터리를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A선을 따라 절개한 단면도이며, 도 3은 도 2의 B 부분을 확대한 도면이다.1 is a view showing a battery of the thermal energy harvesting, management system of the electric vehicle battery according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of Figure 1, Figure 3 is a portion B of Figure 2 Is an enlarged view.

본 발명의 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템은, 배터리 하우징(100)에 구비되어 저온의 외기에 접촉되는 복수의 히트싱크(400); 제1열전재료(520)와 제2열전재료(530)가 핫정션(540)과 콜드정션(550)을 형성하도록 증착된 평판형상이며, 콜드정션(550)이 상기 히트싱크(400)에 접촉되도록 배터리 하우징(100)에 마련된 평판형 TEG모듈(500); 일단부(320)가 배터리팩(200)에 연결되고 타단부(340)가 상기 평판형 TEG모듈(500)의 핫정션(540)에 연결된 히트파이프(300); 및 상기 TEG모듈(500)에 연결되어 전압에 의해 전력을 충전하고 이를 다시 배터리팩(200)에 방출하는 충전부(600);를 포함한다.
Thermal energy harvesting, management system of the electric vehicle battery of the present invention, the battery housing 100 is provided with a plurality of heat sinks 400 in contact with the low temperature outside air; The first thermoelectric material 520 and the second thermoelectric material 530 are flat plates deposited to form the hot junction 540 and the cold junction 550, and the cold junction 550 contacts the heat sink 400. Flat TEG module 500 provided in the battery housing 100 so as to; A heat pipe 300 having one end 320 connected to the battery pack 200 and the other end 340 connected to the hot junction 540 of the flat TEG module 500; And a charging unit 600 connected to the TEG module 500 to charge power by a voltage and discharge the power back to the battery pack 200.

기본적으로, 배터리는 하우징(100)과 그 내부에 내장된 배터리팩(200)으로 구성될 수 있다. 배터리팩(200)의 고열원을 에너지로 저장하기 위하여 평판형 TEG모듈(500)이 이용된다.Basically, the battery may include a housing 100 and a battery pack 200 embedded therein. The flat plate type TEG module 500 is used to store the high heat source of the battery pack 200 as energy.

도시된 바와 같이 배터리 하우징(100)에는 복수의 배터리팩(200)들이 적층구조로 나열되어 있다. 이러한 배터리 하우징(100)에는 저온의 외기에 접촉되는 복수의 히트싱크(400)가 마련된다. 히트싱크(400)는 하우징 상에 이격되어 복수로 적절한 위치에 마련된다.As shown, a plurality of battery packs 200 are arranged in a stacked structure in the battery housing 100. The battery housing 100 is provided with a plurality of heat sinks 400 in contact with low temperature outdoor air. The heat sink 400 is provided at a plurality of suitable positions spaced apart on the housing.

이러한 히트싱크(400)측에는 복수의 평판형 TEG모듈(500)이 마련되는데, TEG모듈(500)은 일반적인 직립형과는 달리 제1열전재료(520)와 제2열전재료(530)가 핫정션(540)과 콜드정션(550)을 형성하도록 증착된 평판형상이며, 콜드정션(550)이 상기 히트싱크(400)에 접촉되도록 배터리 하우징(100)에 마련된다.The heat sink 400 side is provided with a plurality of flat TEG module 500, the TEG module 500, unlike the general upright type, the first thermoelectric material 520 and the second thermoelectric material 530 is hot junction ( 540 and a flat plate deposited to form a cold junction 550, the cold junction 550 is provided in the battery housing 100 to be in contact with the heat sink 400.

또한, 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템에는 히트파이프가 마련된다. 히트파이프는 일단부(320)가 배터리팩(200)에 연결되고 타단부(340)가 상기 평판형 TEG모듈(500)의 핫정션(540)에 연결됨으로써 배터리팩의 고열을 핫정션에 전달한다.In addition, a heat pipe is provided in a thermal energy harvesting and management system of an electric vehicle battery. The heat pipe has one end 320 connected to the battery pack 200 and the other end 340 connected to the hot junction 540 of the flat TEG module 500 to transfer the high temperature of the battery pack to the hot junction. .

이를 통해 TEG모듈(500)은 콜드정션(550)과 핫정션(540)의 온도차이로 전기에너지를 생산하고, 이를 충전부에 전달하며, 충전부(600)는 축적된 전력이 일정량 이상이 될 경우 다시 배터리팩(200)에 전달하여 낭비되는 열에너지를 재생하고, 자연스럽게 배터리의 충전시 고열문제를 덜어주도록 한다. 이는 실시간으로 생성되는 전기에너지의 경우 그 양이 미약하여 전달과정에서 손실이 많이 발생되기 때문에 축적된 전력을 배터리팩(200)에 전달토록 하는 것이다. 즉, 상기 충전부(600)는 슈퍼 커패시터로서 일정수준까지 전력을 저장한 후 상기 배터리팩(200)에 방출하도록 할 수 있다.Through this, the TEG module 500 produces electrical energy at a temperature difference between the cold junction 550 and the hot junction 540, and transfers the electrical energy to the charging unit. The waste heat energy is transferred to the battery pack 200 and the waste energy is naturally relieved. This is because the amount of the electric energy generated in real time is so small that the loss occurs in the transfer process to deliver the accumulated power to the battery pack 200. That is, the charging unit 600 may store the power to a predetermined level as a supercapacitor and then discharge it to the battery pack 200.

구체적으로, 상기 평판형 TEG모듈(500)은 중앙부에 핫정션(540)이 형성되고 양 측단부에 콜드정션(550)이 형성되며, 상기 히트싱크(400)는 인접하는 평판형 TEG모듈(500)의 양 측단부에 형성된 콜드정션(550)에 함께 연결되도록 할 수 있다. 이를 통해 하나의 히트싱크(400)로 복수의 콜드정션(550)에 냉기를 공급하는 효율적인 구조를 달성할 수 있도록 한다.Specifically, the flat TEG module 500 has a hot junction 540 is formed in the center and the cold junction 550 is formed at both side ends, the heat sink 400 is adjacent to the flat TEG module 500 It may be connected to the cold junction 550 formed on both side ends of the). Through this, it is possible to achieve an efficient structure for supplying cold air to the plurality of cold junctions 550 with one heat sink 400.

또한, 상기 히트파이프(300)는 일단부(320)가 배터리팩(200)에 면접촉을 이루도록 연결되고 타단부(340)가 연장되어 상기 핫정션(540)에 연결되도록 한다. 히트파이프의 면접촉은 다양한 실시예로 구현될 수 있을 것이나, 배터리팩(200)은 높이 방향으로 순차적으로 적층되며, 상기 히트파이프(300)는 적층되는 배터리팩(200)의 사이마다 배터리팩(200)과 면접촉을 이루도록 설치될 수 있을 것이다. 이러한 구조를 통해 히트파이프(300)와 배터리팩(200)의 내구성 및 강건성을 유지하며 최대의 열전도를 구현할 수 있다.In addition, the heat pipe 300 has one end 320 connected to the battery pack 200 to make a surface contact, and the other end 340 extends to be connected to the hot junction 540. The surface contact of the heat pipes may be implemented in various embodiments, but the battery packs 200 are sequentially stacked in the height direction, and the heat pipes 300 are disposed between the battery packs 200 that are stacked. It may be installed to make a surface contact with the 200). Through such a structure, the heat pipe 300 and the battery pack 200 may maintain the durability and robustness while maintaining the maximum thermal conductivity.

또한, 본 발명의 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템은, 상기 충전부(600)에 충전되는 전력을 통해 배터리의 온도를 산출하는 제어부(700);를 더 포함할 수 있다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템을 나타낸 도면으로서, 배터리팩(200)은 히트파이프(300)를 통해 TEG모듈(500)에 고온을 전달한다. 또한 TEG모듈(500)에는 히트싱크(400)를 통해 저온을 전달받고 전기에너지를 생성한다. 구체적으로, 복수의 TEG모듈(500)을 통해 발생된 전압은 슈퍼 커패시터를 통해 전력으로 축적되고 일정 수준 이상의 전력이 확보되면 이를 다시 배터리팩에 전달하여 충전한다. 또한, 슈퍼 커패시터에는 BMS(배터리관리시스템)가 연결되어 제어부(700)로서 각 TEG모듈(500)을 통해 충전되는 전력을 측정하고, 이를 통해 각 배터리팩(200)의 온도를 추정할 수 있는 것이다. 따라서 별도의 온도센서를 설치하지 않아도 배터리의 온도분포를 파악할 수 있게 된다.
In addition, the thermal energy harvesting, management system of the electric vehicle battery of the present invention, the control unit 700 for calculating the temperature of the battery through the power charged in the charging unit 600; may further include a. 11 is a view showing a thermal energy harvesting, management system of an electric vehicle battery according to an embodiment of the present invention, the battery pack 200 transmits a high temperature to the TEG module 500 through the heat pipe (300). In addition, the TEG module 500 receives low temperature through the heat sink 400 and generates electric energy. In detail, the voltage generated through the plurality of TEG modules 500 is accumulated as power through the super capacitor, and when a certain level or more of power is secured, the voltage is transferred to the battery pack and charged again. In addition, the BMS (battery management system) is connected to the supercapacitor to measure the power charged through each TEG module 500 as the control unit 700, through which it is possible to estimate the temperature of each battery pack 200. . Therefore, it is possible to determine the temperature distribution of the battery without installing a separate temperature sensor.

도 4 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 평판형 TEG모듈의 조립과정을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 평판형 TEG모듈의 단면도이다.4 to 9 are views showing the assembly process of the flat-panel TEG module of the electric vehicle battery according to an embodiment of the present invention, Figure 10 is a cross-sectional view of the flat-panel TEG module of the electric vehicle battery according to an embodiment of the present invention. to be.

본 발명의 전기자동차 배터리의 평판형 TEG모듈은, 판상의 실리콘 웨이퍼(510); 상기 실리콘 웨이퍼(510)에 지그재그 형상으로 증착된 제1열전재료(520); 상기 실리콘 웨이퍼(510)에 지그재그 형상으로 증착되되 제1열전재료(520)와 꺾임부분에서 상호 만나도록 하여 꺾임부분이 핫정션(540)과 콜드정션(550)을 형성하도록 하는 제2열전재료(530); 상기 핫정션(540)들과 콜드정션(550)들끼리 연결되도록 부착된 박막형 핫정션 열전도부(560) 및 콜드정션 열전도부(570); 및 상기 실리콘 웨이퍼(510)의 외면에 코팅된 절연층(580);을 포함한다.The flat TEG module of the electric vehicle battery of the present invention, the plate-shaped silicon wafer 510; A first thermoelectric material 520 deposited in a zigzag shape on the silicon wafer 510; The second thermoelectric material is deposited on the silicon wafer 510 in a zigzag shape so as to meet the first thermoelectric material 520 and the bent portion so that the bent portion forms the hot junction 540 and the cold junction 550. 530); A thin film type hot junction heat conducting unit 560 and a cold junction heat conducting unit 570 attached to be connected to the hot junctions 540 and cold junctions 550; And an insulating layer 580 coated on an outer surface of the silicon wafer 510.

도 4부터 순차적으로 살펴보면, 실리콘 웨이퍼에는 지그재그 형상으로 제1열전재료(520)가 증착된다. 그리고 제2열전재료(530)는 실리콘 웨이퍼(510)에 동일하게 지그재그 형상으로 증착되되 제1열전재료(520)와 꺾임부분에서 상호 만나도록 하여 꺾임부분이 핫정션(540)과 콜드정션(550)을 형성하도록 한다. 즉, 제1열전재료(520)와 제2열전재료(530)는 일정거리 이격되어 동일한 방식으로 증착됨으로써 꺾임부분이 서로 만나도록 하고, 이 부분을 통해 핫정션(540)과 콜드정션(550)을 형성하는 것이다. 도시된 실시예의 경우는 상기 실리콘 웨이퍼(510)의 좌반면과 우반면에 각각 제1열전재료(520)와 제2열전재료(530)의 쌍이 증착되도록 하여 공간 활용과 열효율을 최적화한 것이다.4, the first thermoelectric material 520 is deposited in a zigzag shape on the silicon wafer. The second thermoelectric material 530 is deposited on the silicon wafer 510 in the same zig-zag shape, and the first thermoelectric material 520 and the first thermoelectric material 520 meet each other at the bent portion so that the bent portion is the hot junction 540 and the cold junction 550. ) To form. That is, the first thermoelectric material 520 and the second thermoelectric material 530 are spaced apart by a predetermined distance to be deposited in the same manner so that the bent portions meet each other, and through this portion the hot junction 540 and the cold junction 550. To form. In the illustrated embodiment, a pair of the first thermoelectric material 520 and the second thermoelectric material 530 is deposited on the left and right half surfaces of the silicon wafer 510 to optimize space utilization and thermal efficiency.

그 후 매우 얇은 박막형의 핫정션 열전도부(560) 및 콜드정션 열전도부(570)가 상기 핫정션(540)들과 콜드정션(550)들끼리 연결되도록 부착된다. 즉, 실리콘 웨이퍼(510)의 중앙부에 모인 꺾임부분과 양 측단부에 위치한 꺾임부분에는 각각 핫정션 열전도부(560)와 콜드정션 열전도부(570)가 부착되도록 하며, 도시된 실시예의 경우 실리콘 웨이퍼(510)의 중앙부에 모인 꺾임부분들은 핫정션(540)을 이루며 하나의 핫정션 열전도부(560)로 연결되도록 하고, 실리콘 웨이퍼(510)의 양 측단부에 위치한 꺾임부분들은 콜드정션(550)을 이루어 각각 콜드정션 열전도부(570)를 통해 연결되도록 하는 것이다.Thereafter, a very thin thin-film hot junction thermal conduction unit 560 and a cold junction thermal conduction unit 570 are attached to be connected to the hot junctions 540 and the cold junctions 550. That is, the hot junction heat conducting portion 560 and the cold junction heat conducting portion 570 are attached to the bent portions gathered at the central portion of the silicon wafer 510 and the bent portions positioned at both side ends thereof, respectively. The bent portions gathered at the center of the 510 form a hot junction 540 and are connected to one hot junction thermally conductive portion 560, and the bent portions located at both side ends of the silicon wafer 510 are cold junction 550. This is to be connected to each through the cold junction heat conduction unit 570.

그 후 상기 실리콘 웨이퍼(510)의 외면에는 최종적으로 절연층(580)이 코팅되도록 한다. 그리고, 도 9와 같이 이러한 TEG모듈은 직렬로 연결하여 하나의 라인을 형성하도록 할 수 있다.After that, the insulating layer 580 is finally coated on the outer surface of the silicon wafer 510. And, as shown in FIG. 9, such a TEG module may be connected in series to form one line.

이와 같이 구성된 TEG모듈은 앞서 살핀 바와 같이, 배터리 하우징에 설치되어 각각의 핫정션 열전도부(560)와 콜드정션 열전도부(570)가 히트파이프와 히트싱크를 통해 고온과 저온을 받고 이를 통해 전력을 생산하도록 하는 것이다. As described above, the TEG module configured as described above is installed in the battery housing so that each of the hot junction heat conducting unit 560 and the cold junction heat conducting unit 570 receives high and low temperatures through a heat pipe and a heat sink to receive power. To produce.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기자동차 배터리의 평판형 TEG모듈 및 이를 이용한 열에너지 수확, 관리 시스템에 따르면, 전기자동차의 배터리에서 발생하는 열에너지를 수확하여 관리함으로써, 낭비되는 에너지를 재사용하여 배터리의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. According to the flat-panel TEG module of the electric vehicle battery and the heat energy harvesting and management system using the same as the structure described above, by harvesting and managing the heat energy generated from the battery of the electric vehicle, by reusing the wasted energy, the battery energy efficiency Can improve.

또한, TEG 모듈은 발전 소자의 역할과 동시에 온도 센서 역할을 수행할 수 있다. 따라서 배터리의 모듈의 온도를 실시간으로 모니터링하여 관리할 수 있으며, 이를 통해 배터리 안정성을 향상시킨다.In addition, the TEG module may serve as a temperature sensor at the same time as the power generation element. Therefore, the temperature of the battery module can be monitored and managed in real time, thereby improving battery stability.

그리고, 본 발명의 히트파이프는 간단한 구조로 배터리 모듈의 열에너지를 배터리팩 외곽의 TEG 모듈로 전달함으로써, 모듈의 성능을 향상시키는 동시에 배터리의 열을 방출하는 효과가 있다. 이를 통해 배터리의 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있다. 즉, 전기자동차의 주행가능거리를 향상시킴으로써 신뢰성과 상품성을 상승시키는 효과가 있다.
In addition, the heat pipe of the present invention has a simple structure and transfers heat energy of the battery module to the TEG module outside the battery pack, thereby improving the performance of the module and dissipating heat from the battery. This can improve battery stability and lifespan. In other words, by improving the driving distance of the electric vehicle there is an effect of increasing the reliability and commerciality.

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.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

100 : 하우징 200 : 배터리팩
300 : 히트파이프 400 : 히트싱크
500 : TEG모듈 520 : 제1열전재료
530 : 제2열전재료 540 : 핫정션
550 : 콜드정션 560 : 핫정션 열전도부
570 : 콜드정션 열전도부100: housing 200: battery pack
300: heat pipe 400: heat sink
500: TEG module 520: first thermoelectric material
530: second thermoelectric material 540: hot junction
550: cold junction 560: hot junction heat conduction unit
570: cold junction heat conduction unit

Claims (9)

배터리 하우징(100)에 구비되어 저온의 외기에 접촉되는 복수의 히트싱크(400);
제1열전재료(520)와 제2열전재료(530)가 핫정션(540)과 콜드정션(550)을 형성하도록 증착된 평판형상이며, 콜드정션(550)이 상기 히트싱크(400)에 접촉되도록 배터리 하우징(100)에 마련된 평판형 TEG모듈(500);
일단부(320)가 배터리팩(200)에 연결되고 타단부(340)가 상기 평판형 TEG모듈(500)의 핫정션(540)에 연결된 히트파이프(300); 및
슈퍼 커패시터로서 일정수준까지 전력을 저장한 후 상기 배터리팩(200)에 방출하는 것으로서, 상기 TEG모듈(500)에 연결되어 전압에 의해 전력을 충전하고 이를 다시 배터리팩(200)에 방출하는 충전부(600);를 포함하는 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템.A plurality of heat sinks 400 provided in the battery housing 100 and contacting outside air at low temperatures;
The first thermoelectric material 520 and the second thermoelectric material 530 are flat plates deposited to form the hot junction 540 and the cold junction 550, and the cold junction 550 contacts the heat sink 400. Flat TEG module 500 provided in the battery housing 100 so as to;
A heat pipe 300 having one end 320 connected to the battery pack 200 and the other end 340 connected to the hot junction 540 of the flat TEG module 500; And
After storing the power to a certain level as a super capacitor to be discharged to the battery pack 200, the charging unit is connected to the TEG module 500 to charge the power by the voltage and discharge it to the battery pack 200 again ( 600); the thermal energy harvesting, management system of an electric vehicle battery comprising. 청구항 1에 있어서,
상기 평판형 TEG모듈(500)은 중앙부에 핫정션(540)이 형성되고 양 측단부에 콜드정션(550)이 형성되며, 상기 히트싱크(400)는 인접하는 평판형 TEG모듈(500)의 양 측단부에 형성된 콜드정션(550)에 함께 연결된 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템.The method according to claim 1,
The flat TEG module 500 has a hot junction 540 is formed in the center and the cold junction 550 is formed at both side ends, the heat sink 400 is the amount of the adjacent flat TEG module 500 Thermal energy harvesting, management system of an electric vehicle battery, characterized in that connected to the cold junction 550 formed on the side end. 청구항 1에 있어서,
상기 히트파이프(300)는 일단부(320)가 배터리팩(200)에 면접촉을 이루도록 연결되고 타단부(340)가 연장되어 상기 핫정션(540)에 연결된 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템.The method according to claim 1,
The heat pipe 300 has one end 320 connected to the battery pack 200 to make a surface contact, and the other end 340 extends to be connected to the hot junction 540. Harvesting, management system. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 충전부(600)에 충전되는 전력을 통해 배터리의 온도를 산출하는 제어부(700);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템.The method according to claim 1,
Control unit 700 for calculating the temperature of the battery through the power charged in the charging unit 600; Thermal energy harvesting, management system of the electric vehicle battery further comprises. 청구항 1에 있어서,
상기 배터리팩(200)은 높이 방향으로 순차적으로 적층되며, 상기 히트파이프(300)는 적층되는 배터리팩(200)의 사이마다 배터리팩(200)과 면접촉을 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 열에너지 수확, 관리 시스템.The method according to claim 1,
The battery packs 200 are sequentially stacked in a height direction, and the heat pipe 300 is installed to make surface contact with the battery packs 200 between the stacked battery packs 200. Battery thermal energy harvesting and management system. 판상의 실리콘 웨이퍼(510);
상기 실리콘 웨이퍼(510)에 지그재그 형상으로 증착된 제1열전재료(520);
상기 실리콘 웨이퍼(510)에 지그재그 형상으로 증착되되 제1열전재료(520)와 꺾임부분에서 상호 만나도록 하여 꺾임부분이 핫정션(540)과 콜드정션(550)을 형성하도록 하는 제2열전재료(530);
상기 핫정션(540)들과 콜드정션(550)들끼리 연결되도록 부착된 박막형 핫정션 열전도부(560) 및 콜드정션 열전도부(570); 및
상기 실리콘 웨이퍼(510)의 외면에 코팅된 절연층(580);을 포함하는 평판형 TEG모듈.Plate-shaped silicon wafer 510;
A first thermoelectric material 520 deposited in a zigzag shape on the silicon wafer 510;
The second thermoelectric material is deposited on the silicon wafer 510 in a zigzag shape so as to meet the first thermoelectric material 520 and the bent portion so that the bent portion forms the hot junction 540 and the cold junction 550. 530);
A thin film type hot junction heat conducting unit 560 and a cold junction heat conducting unit 570 attached to be connected to the hot junctions 540 and cold junctions 550; And
Flat TEG module comprising a; insulating layer 580 coated on the outer surface of the silicon wafer (510). 청구항 7에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼(510)의 좌반면과 우반면에는 각각 제1열전재료(520)와 제2열전재료(530)의 쌍이 증착되고, 실리콘 웨이퍼(510)의 중앙부에 모인 꺾임부분과 양 측단부에 위치한 꺾임부분에는 각각 핫정션 열전도부(560)와 콜드정션 열전도부(570)가 부착된 것을 특징으로 하는 평판형 TEG모듈.The method of claim 7,
A pair of the first thermoelectric material 520 and the second thermoelectric material 530 is deposited on the left and right half surfaces of the silicon wafer 510, respectively, and the bent portions and both side ends of the silicon wafer 510 are collected at the center portion. The plate-type TEG module, characterized in that the hot junction heat conduction unit 560 and the cold junction heat conduction unit 570 are attached to each of the bent portions. 청구항 8에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼(510)의 중앙부에 모인 꺾임부분들은 핫정션(540)을 이루며 하나의 핫정션 열전도부(560)로 연결되고, 실리콘 웨이퍼(510)의 양 측단부에 위치한 꺾임부분들은 콜드정션(550)을 이루어 각각 콜드정션 열전도부(570)를 통해 연결된 것을 특징으로 하는 평판형 TEG모듈.The method according to claim 8,
The bent portions gathered at the central portion of the silicon wafer 510 form a hot junction 540 and are connected to one hot junction thermally conductive portion 560, and the bent portions positioned at both side ends of the silicon wafer 510 are cold junction ( 550) to form a flat TEG module, characterized in that each connected via a cold junction heat conducting unit (570).
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