KR101371739B1

KR101371739B1 - 배터리 시스템

Info

Publication number: KR101371739B1
Application number: KR20120099403A
Authority: KR
Inventors: 오만주; 김재웅; 박재우
Original assignee: 기아자동차(주); 현대자동차(주)
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-03-12
Also published as: JP6097058B2; JP2014053279A; DE102012222754A1; CN103682522B; US9147917B2; CN103682522A; US20140072846A1

Abstract

공기출입이 차단된 밀폐형 하우징; 상기 하우징 내부공간의 일측 단부에 마련되어 중앙으로 공기를 흡입한 후 측방으로 토출하는 송풍기; 상기 하우징 내부공간에 복수의 행을 이루도록 배치되며 각 행마다 전후방을 관통하는 통기홀이 연속적으로 형성되고, 통기홀은 상기 송풍기의 중앙과 매칭되게 위치되어 흡입유로를 형성하고, 하우징의 일측 내벽과는 일정거리 이격되고 이격된 공간은 송풍기의 토출측과 연결되어 토출유로를 형성하는 배터리팩; 및 상기 하우징 내부공간의 토출유로에 마련된 펠티어소자;를 포함하는 배터리 시스템이 소개된다.

Description

배터리 시스템 {BATTERY SYSTEM}

본 발명은 차량 등에 활용되는 배터리의 냉각 또는 난방을 통하여 효율성을 높이는 배터리 시스템에 관한 것이다.

최근 환경에 대한 문제로서 내연기관을 전기기관으로 대체하고자 하는 움직임이 많은 산업분야에서 발생되고 있다. 그리고 이러한 전기기관에서의 연료역할은 바로 배터리가 담당하고 있는데, 특히 차량의 경우 연비나 내구성의 측면에서 전기차 및 하이브리드 차량의 배터리 온도를 상승/냉각시킴으로써 배터리의 상태를 최적으로 유지시킬 필요가 있다.

그러나 종래의 배터리 냉난방 기술의 대부분은 배터리를 냉각하기 위해 차량 내부/외부의 공기를 흡입하여 배터리로 이송시켜 대류에 의한 냉각이 되도록 하였는데, 이러한 냉각과 난방이 동시에 되도록 한 배터리 냉/난방 구조에 있어서 배터리 하우징의 내부에는 배터리팩과 다른 전기 장치가 다수 구비되어 있으므로 열교환을 위한 공기 유로가 배터리팩 내부로만 한정되어 유동될 수 있도록 구성하기 위해 흡입부와 출구부에 별도의 덕트가 필요한 문제가 있었다.

또한, 배터리팩 주변으로도 별도의 flow channel이 구성되어 공기의 유로를 한정하도록 구성됨으로써 설계공간의 제약이 따르고 효율적인 냉방구조를 이루지 못한 문제가 있었던 것이다.

일 예로, KR 10-2012-0069274 A "래디얼 팬을 포함한 배터리 팩"의 경우 배터리 팩의 냉각을 위해 내부에 래디얼 팬을 설치함으로써, 냉각 공기의 유입 및 유출 방향과 수개의 배터리 셀(cell)들 사이를 통과하는 냉각 공기의 방향이 수직이 되도록 구성할 수 있어 배터리 팩의 냉각 유로를 보다 효율적으로 설계할 수 있도록 한 래디얼 팬을 포함한 배터리 팩에 관한 것인데, 이러한 구조에 의하더라도 별도의 냉각기 유통을 위한 채널과 덕트를 구비해야 하기 때문에 효과적인 공간의 활용에서 떨어지고 냉각기의 흐름이 길어 냉각손실이 발생되는 문제가 있었다.

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.

KR

10-2012-0069274

A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 냉각기의 흐름을 최소화하고 공간의 집적도를 높여 활용도를 최상으로 높이는 배터리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 공기출입이 차단된 밀폐형 하우징; 상기 하우징 내부공간의 일측 단부에 마련되어 중앙으로 공기를 흡입한 후 측방으로 토출하는 송풍기; 상기 하우징 내부공간에 복수의 행을 이루도록 배치되며 각 행마다 전후방을 관통하는 통기홀이 연속적으로 형성되고, 통기홀은 상기 송풍기의 중앙과 매칭되게 위치되어 흡입유로를 형성하고, 하우징의 일측 내벽과는 일정거리 이격되고 이격된 공간은 송풍기의 토출측과 연결되어 토출유로를 형성하는 배터리팩; 및 상기 하우징 내부공간의 토출유로에 마련된 펠티어소자;를 포함한다.

상기 배터리팩은 복수의 행 및 열을 이루도록 배치되며 각 열의 사이에는 상호 흡입유로가 섞이지 않도록 분리하는 격벽이 마련될 수 있다.

상기 송풍기는 각각의 배터리팩 열에 대응되도록 복수개가 마련되고 토출유로가 각 열마다 분리되도록 독립적으로 구성될 수 있다.

상기 배터리팩은 하우징의 내부공간에 2열로 구성되고, 각 열의 배터리팩은 대면하는 하우징의 측단 내벽과 각각 이격되어 토출유로를 형성할 수 있다.

상기 배터리팩의 상면과 하면은 하우징의 내벽과 밀착되어 유로를 형성하지 않도록 할 수 있다.

상기 송풍기는 중앙이 배터리팩의 통기홀과 대면하도록 마련되되 송풍기와 배터리팩은 일정거리 이격되고 이격된 공간에 송풍기의 테두리를 두르며 통기홀과 폐유로를 형성하는 밀폐가이드가 마련되고, 밀폐가이드에는 토출유로로 연결되는 토출구가 형성될 수 있다.

상기 펠티어소자는 밀폐가이드 상에 마련되되 토출구측에 치우쳐 위치될 수 있다.

상기 펠티어소자는 송풍기의 토출측에 방열핀이 위치되도록 설치될 수 있다.

상기 펠티어소자에는 방열핀이 형성되며 방열핀의 방향은 토출되는 공기의 방향과 동일할 수 있다.

상기 배터리팩은 하우징의 내부공간에 2열로 구성되고, 각 열의 배터리팩은 대면하는 하우징의 측단 내벽 및 후단 내벽과 이격되어 토출유로를 형성하며, 배터리팩의 상면과 하면은 하우징의 내벽과 밀착되어 유로를 형성하지 않고, 각 열의 배터리팩에는 상호 인접하는 후단부에서 유로가 분리되도록 격벽이 형성될 수 있다.

상기 배터리팩의 각 행은 전후로 일정거리 이격되며 이격된 공간에는 토출유로로부터 공기가 일부만 유입되도록 에어가이드가 설치될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 시스템에 따르면, 배터리 하우징에 별도의 플로우 덕트나 채널이 불필요하여 냉난방을 위한 공간과 부품이 현저히 줄어드는 효과를 볼 수 있다.

또한, 최소한의 냉각기류 흐름을 달성하여 냉각효율의 저하를 방지할 수 있게 된다.

도 1 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 시스템에 대하여 살펴본다.

도 1 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성도로서, 이 중 도 1은 배터리 시스템의 사시도이도 도 2는 정면도이며, 도 3은 측단면도 도 4는 평단면도이다.

본 발명의 배터리 시스템은, 공기출입이 차단된 밀폐형 하우징(100); 상기 하우징(100) 내부공간의 일측 단부에 마련되어 중앙으로 공기를 흡입한 후 측방으로 토출하는 송풍기(300); 상기 하우징(100) 내부공간에 복수의 행(720)을 이루도록 배치되며 각 행(720)마다 전후방을 관통하는 통기홀(760)이 연속적으로 형성되고, 통기홀(760)은 상기 송풍기(300)의 중앙과 매칭되게 위치되어 흡입유로(A)를 형성하고, 하우징(100)의 일측 내벽과는 일정거리 이격되고 이격된 공간은 송풍기(300)의 토출측과 연결되어 토출유로(B)를 형성하는 배터리팩(700); 및 상기 하우징(100) 내부공간의 토출유로(B)에 마련된 펠티어소자(500);를 포함한다.

본 발명의 배터리 시스템은 밀폐형 하우징(100)으로 구성하여 외부와의 공기출입이 없는 구조이다. 물론, 제작상 일부의 손실이 있을 수는 있지만, 기본적으로는 내부에 있는 공기만으로 배터리의 냉난방을 실시하여 열유출을 최소화하고 에너지 효율성을 높이는데 목적이 있다.

그러한 하우징(100)의 내부공간에는 일측 단부로 송풍기(300)가 설치되는데, 도시된 실시예에서는 전방에 설치된 것을 나타낸다. 송풍기(300)는 팬이 구비되어 중앙으로 공기를 빨아들이고 측방으로 배출하는 형식이다. 따라서 송풍기에 의해 하우징의 내부공기를 중앙으로 빨아들이고 측방으로 배출하여 순환하는 구조를 갖는다.

한편, 각 송풍기(300)의 흡입측 또는 토출측에는 펠티어소자(500)가 마련된다. 펠티어소자(500)는 하우징(100)에 매립되는 형식으로 설치되는데, 외부에서는 전기를 공급받고 열을 교환하며 하우징(100)의 내부에서는 하우징(100) 내부공기를 공조하게 된다. 이러한 펠티어소자(500)는 송풍기(300)의 흡입 또는 토출측에 마련되어 하우징(100) 내부공기의 순환시 냉각 또는 난방을 실시하는 것이다.

배터리팩(700)은 하우징(100)의 내부공간에 복수의 행(720)으로 구성되도록 설치되고, 각 배터리팩(700)에는 전후방을 관통하는 통기홀(760)이 연속적으로 형성되어 하나의 열(740)로 구분되는 배터리팩(700)의 열(740)에서 하나의 흡입유로(A)를 형성하고 그 흡입유로(A)를 따라 송풍기(300)가 공기를 흡입하는 것이다. 그리고 열(740)을 구성하는 배터리팩(700)은 그 열(740)이 하우징(100)의 일측 내벽과는 일정거리 이격되고 이격된 공간(120)은 송풍기(300)의 토출측과 연결되어 토출유로(B)를 형성하도록 하는 것이다.

따라서, 송풍기(300)로 흡입유로(A)를 따라 흡입된 공기는 토출유로(B)로 배출되고 배터리팩(700)을 돌아나가 다시 배터리팩(700)으로 유입되어 흡입됨으로써 공조가 일어나며, 펠티어소자(500)는 그 토출유로(B)상에 마련되어 냉각 또는 난방을 수행함으로써 밀폐공간상에서 공조가 일어나 공조효율이 월등하고 별도의 덕트나 채널을 형성하지 않고도 좁은 공간에서 효과적인 공조를 수행할 수 있는 구조인 것이다.

한편, 상기 배터리팩(700)은 복수의 행(720) 및 열(740)을 이루도록 배치되며 각 열(740)의 사이에는 상호 흡입유로(B)가 섞이지 않도록 분리하는 격벽(160,170)이 마련된다. 격벽(160,170)은 각각의 배터리팩(700)이 일정간격씩 이격되어 설치될 경우 흡입유로(A)가 섞일 염려가 있기 때문에 흡입유로(A) 상에서 각 열(740)간에 공기가 섞이지 않도록 하기 위함이다. 이를 통하여 각 열(740)의 배터리팩(700)에서는 고유의 흡입유로(A)를 갖기 때문에 공기의 흐름이 일직선으로 형성되어 유동저항이 줄어들고 공조효율이 상승되는 것이다.

또한, 상기 송풍기(300)는 각각의 배터리팩 열(740)에 대응되도록 복수개가 마련되고 토출유로(B)가 각 열(740)마다 분리되도록 독립적으로 구성된다. 이와 같이 구성함으로써 하나의 배터리팩 열(740)에는 각각 송풍기(300), 흡입유로(A), 토출유로(B)가 하나씩 구비됨으로써 유동저항을 줄일 수 있게 된다. 그리고 각 열(740)의 배터리팩(700)마다 독립적인 공조제어도 가능하게 된다.

좀 더 구체적으로, 도시된 실시예에서는 상기 배터리팩(700)은 하우징(100)의 내부공간에 2열(740)로 구성되고, 각 열(740)의 배터리팩(700)은 대면하는 하우징(100)의 측단 내벽과 각각 이격되어 토출유로(B)를 형성하는 것을 나타낸다. 매터리팩인 2열로 구성될 경우에는 각 열(740)의 배터리팩(700)이 마주하는 하우징(100)의 내측면과 이격되어 토출유로(B)를 형성하고 각 열(740) 역시도 일정거리 이격되어 공간을 형성할 수 있다. 그리고 각 열(740)마다 이격된 공간(140)에서는 불필요한 유동을 차단하기 위해 상호 분리하는 격벽(160,170)이 설치됨은 앞서 살핀 바와 같다.

그리고 상기 배터리팩(700)의 상면과 하면은 하우징(100)의 내벽과 밀착되어 유로를 형성하지 않도록 함으로써 공기는 측방의 토출유로(B)와 배터리팩(700) 내부의 흡입유로(A)만으로 이동하도록 하여 공조효율을 높이고, 상기 송풍기(300)는 중앙이 배터리팩(700)의 통기홀(760)과 대면하도록 마련되되 송풍기(300)와 배터리팩(700)은 일정거리 이격되고 이격된 공간에 송풍기(300)의 테두리를 두르며 통기홀(760)과 폐유로를 형성하는 밀폐가이드(320)가 마련되고, 밀폐가이드(320)에는 토출유로(B)로 연결되는 토출구(322)가 형성되도록 함으로써 송풍기(300) 측에서도 공기가 상호 섞이지 않도록 하는 것이다.

밀폐가이드(320)는 도시된 바와 같이 송풍기(300)와 하우징(100) 전단의 사이에서 배터리팩(700)의 통기홀(760)을 지나가는 공기가 바로 송풍기(300)로만 유입되도록 가이드한다. 그리고 그러한 밀폐가이드(320)의 일측방에는 토출구(322)가 형성되는데, 토출구(322)는 배터리팩(700)과 하우징(100)의 사이에 형성되는 토출유로(B)로 연결되도록 함이 바람직하다.

그리고 상기 펠티어소자(500)는 밀폐가이드(320) 상에 마련되되 토출구(322) 측에 치우쳐 위치되며, 상기 펠티어소자(500)는 송풍기(300)의 토출측에 방열핀(520)이 위치되도록 설치된다. 펠티어소자(500)는 이와 같이 설치됨으로써 송풍기(300)에서 흡입된 공기를 바로 공조한 후 토출유로(B)로 토출하도록 하는 것이다. 한편, 상기 펠티어소자(500)에는 방열핀(520)이 형성되며 방열핀(520)의 방향은 토출되는 공기의 방향과 동일하게 함으로써 유동저항을 줄이고 빠른 흐름을 만들어내는 것이 공조효율상 바람직할 것이다.

한편, 상기 배터리팩(700)은 하우징(100)의 내부공간에 2열(740)로 구성되고, 각 열(740)의 배터리팩(700)은 대면하는 하우징(100)의 측단 내벽 및 후단 내벽과 이격되어 토출유로(B)를 형성하며, 배터리팩(700)의 상면과 하면은 하우징(100)의 내벽과 밀착되어 유로를 형성하지 않고, 각 열(740)의 배터리팩(700)에는 상호 인접하는 후단부에서 유로가 분리되도록 격벽(160)이 형성될 수 있다. 격벽(160,170)은 각 배터리팩(700)의 사이에서 형성되는 것도 가능하지만, 하우징(100)의 후단부 공간(140)에서도 형성함으로써 독립된 유로를 확실히 형성하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 배터리팩(700)의 각 행(720)은 전후로 일정거리 이격되며 이격된 공간에는 토출유로(B)로부터 공기가 일부만 유입되도록 에어가이드(900)가 설치될 수 있다. 에어가이드(900)는 배터리팩(700)이 상호 이격되어 설치될 경우 그 사이를 일부 막거나 전부 개방하거나 하는 것이 가능하다. 만약 하나의 열(740)을 이루는 배터리팩(700)들 중에서 일부의 배터리팩(700)의 온도가 불균형이 심할 경우에는 해당하는 부분의 에어가이드(900)를 개방함으로써 토출유로(B)에서 바로 해당 배터리팩(700)으로 공조된 공기가 유입되도록 하여 해당 배터리팩(700)을 선택적으로 신속히 공조할 수 있게 되는 것이다. 즉, 공조도어의 역할을 수행하도록 하는 것도 가능한 것이다.

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.

100 : 하우징 300 : 송풍기
500 : 펠티어소자 700 : 배터리팩
900 : 에어가이드

Claims

공기출입이 차단된 밀폐형 하우징(100);
상기 하우징(100) 내부공간의 일측 단부에 마련되어 중앙으로 공기를 흡입한 후 측방으로 토출하는 송풍기(300);
상기 하우징(100) 내부공간에 복수의 행(720)을 이루도록 배치되며 각 행(720)마다 전후방을 관통하는 통기홀(760)이 연속적으로 형성되고, 통기홀(760)은 상기 송풍기(300)의 중앙과 매칭되게 위치되어 흡입유로(A)를 형성하고, 하우징(100)의 일측 내벽과는 일정거리 이격되고 이격된 공간은 송풍기(300)의 토출측과 연결되어 토출유로(B)를 형성하는 배터리팩(700); 및
상기 하우징(100) 내부공간의 토출유로(B)에 마련된 펠티어소자(500);를 포함하는 배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리팩(700)은 복수의 행(720) 및 열(740)을 이루도록 배치되며 각 열(740)의 사이에는 상호 흡입유로(B)가 섞이지 않도록 분리하는 격벽(160,170)이 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 송풍기(300)는 각각의 배터리팩 열(740)에 대응되도록 복수개가 마련되고 토출유로(B)가 각 열(740)마다 분리되도록 독립적으로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리팩(700)은 하우징(100)의 내부공간에 2열(740)로 구성되고, 각 열(740)의 배터리팩(700)은 대면하는 하우징(100)의 측단 내벽과 각각 이격되어 토출유로(B)를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리팩(700)의 상면과 하면은 하우징(100)의 내벽과 밀착되어 유로를 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 송풍기(300)는 중앙이 배터리팩(700)의 통기홀(760)과 대면하도록 마련되되 송풍기(300)와 배터리팩(700)은 일정거리 이격되고 이격된 공간에 송풍기(300)의 테두리를 두르며 통기홀(760)과 폐유로를 형성하는 밀폐가이드(320)가 마련되고, 밀폐가이드(320)에는 토출유로(B)로 연결되는 토출구(322)가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 펠티어소자(500)는 밀폐가이드(320) 상에 마련되되 토출구(322) 측에 치우쳐 위치된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 펠티어소자(500)는 송풍기(300)의 토출측에 방열핀(520)이 위치되도록 설치된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 펠티어소자(500)에는 방열핀(520)이 형성되며 방열핀(520)의 방향은 토출되는 공기의 방향과 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리팩(700)은 하우징(100)의 내부공간에 2열(740)로 구성되고, 각 열(740)의 배터리팩(700)은 대면하는 하우징(100)의 측단 내벽 및 후단 내벽과 이격되어 토출유로(B)를 형성하며, 배터리팩(700)의 상면과 하면은 하우징(100)의 내벽과 밀착되어 유로를 형성하지 않고, 각 열(740)의 배터리팩(700)에는 상호 인접하는 후단부에서 유로가 분리되도록 격벽(160)이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리팩(700)의 각 행(720)은 전후로 일정거리 이격되며 이격된 공간에는 토출유로(B)로부터 공기가 일부만 유입되도록 에어가이드(900)가 설치된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.