KR101623940B1 - 차량용 배터리 냉각장치 - Google Patents

차량용 배터리 냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전소자모듈을 이용해 배터리케이스로 공급되는 공기를 냉각하여 가열된 배터리를 냉각시키는 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것이다. 개시발명은, 배터리스택(112)이 내장된 배터리케이스(110)와, 상기 배터리케이스(110)와 연결되어 공기의 흐름을 유발하는 블로어(120)와, 상기 배터리케이스(110)의 입구측에 연결되는 유입덕트(130)와, 상기 배터리케이스(110)의 출구측에 연결되는 배출덕트(140)와, 상기 배터리케이스(110)의 입구측에 설치되어 상기 유입덕트(130)를 통해 유입되는 공기를 냉각시키는 열전소자모듈(150), 및 상기 열전소자모듈(150)의 작동을 제어하는 제어부(160)를 포함하며, 상기 유입덕트(130)는 내부에 개폐도어(132)를 구비하여 차량의 트렁크룸 또는 차량 외부의 공기를 선택적으로 유입하고, 상기 열전소자모듈(150)에서 냉각된 공기가 상기 배터리스택(112)에서 발생된 열을 흡수하여 생기는 폐열은 차량의 트렁크룸 또는 차량 외부로 배출된다. 따라서, 본 발명에 따르면 차 실내의 공기를 강제로 흡입하지 않고서도 열전소자모듈을 이용해 베터리 케이스로 공급되는 공기를 냉각하도록 이루어짐으로써, 차 실내의 쾌적성을 유지할 수 있고, 냉각용량이 커져 배터리를 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

Description

차량용 배터리 냉각장치{BATTERY COOLING SYSTEM FOR VEHICLES}
본 발명은 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것으로, 특히 열전소자모듈을 이용하여 배터리케이스로 공급되는 공기를 냉각하고 냉각 공기로 배터리를 냉각시키는 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
최근 자동차는 연소식 엔진을 사용하는 자동차에서 환경친화적이고, 연비를 고려한 또 다른 형태의 자동차, 즉 하이브리드 자동차나 연료전지 자동차의 개발이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있는 실정이다.
하이브리드 자동차는 기존의 엔진과 전기에너지로 구동되는 모터를 연계하여 두 가지의 동력원으로 차량을 구동하는 만큼, 배기가스에 의한 환경오염의 저감과 함께 연비향상의 효과로 인하여 미국과 일본을 중심으로 최근 각광을 받고 있는 차세대 자동차로 자리매김하고 있다.
이러한 하이브리드 자동차에는 고용량 배터리가 장착되어 필요시 모터로 전력을 공급하고 차량의 감속, 정지시 재생 동력원으로부터 전기에너지를 배터리로 충전하는 역할을 하고 있다.
그러나, 이와 같은 고용량 배터리는 충전과 방전을 반복하는 동안 발열이 생기게 되고 온도가 급격히 상승할 경우 배터리의 수명을 단축시키게 됨은 물론 배터리를 최적의 상태로 사용할 수 없게 된다. 따라서, 배터리의 최적성능을 유지하기 위해서는 배터리를 적절히 냉각하는 시스템이 필요하게 된다.
이러한 배터리 냉각시스템의 형태로 다양하게 존재할 수 있으나, 대부분은 공기냉각식 방법을 채택하고 있으며, 이는 덕트를 통해 공기를 배터리로 공급하여 냉각시킨 다음 더워진 공기를 차량의 외부로 배출하는 방식이다.
종래기술에 따른 차량용 배터리 냉각장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 트렁크룸에 설치되고 배터리(10)가 내장된 배터리케이스(20)와, 배터리케이스(20)의 일단에 연결되어 차실내의 공기를 흡입하는 흡입덕트(30)와, 배터리케이스(20)의 타단에 연결되어 흡입된 공기를 배출하는 배출덕트(40), 및 배출덕트(40)에 설치되어 원활한 공기의 흐름을 유도하는 블로어(50)를 포함한다.
이러한 차량용 배터리 냉각장치에 의하면, 블로어(50)의 작동에 의해 차실내의 공기가 흡입덕트(30)를 통해 배터리케이스(20)로 유입되어 가열된 배터리(10)를 냉각시키게 되고, 이 과정에서 더워진 공기는 배출덕트(40)를 통해 차량의 외부로 배출된다.
그런데, 종래기술에 따른 차량용 배터리 냉각장치에 의하면, 차실내의 공기를 강제로 흡입하여 배터리를 냉각하는 방식이기 때문에 차실내의 냉각성능이 저하되어 차실내의 쾌적함을 유지할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 차실내의 쾌적함을 유지하면서 배터리를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 차량용 배터리 냉각장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 배터리스택이 내장된 배터리케이스와, 상기 배터리케이스와 연결되어 공기의 흐름을 유발하는 블로어와, 상기 배터리케이스의 입구측에 연결되는 유입덕트와, 상기 배터리케이스의 출구측에 연결되는 배출덕트와, 상기 배터리케이스의 입구측에 설치되어 상기 유입덕트를 통해 유입되는 공기를 냉각시키는 열전소자모듈, 및 상기 열전소자모듈의 작동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 유입덕트는 내부에 개폐도어를 구비하여 차량의 트렁크룸 또는 차량 외부의 공기를 선택적으로 유입하고, 상기 열전소자모듈에서 냉각된 공기가 상기 배터리스택에서 발생된 열을 흡수하여 생기는 폐열은 차량의 트렁크룸 또는 차량 외부로 배출된다.
상기 블로어는 상기 유입덕트 또는 배출덕트에 설치된다.
상기 열전소자모듈은, 복수의 열전소자, 및 상기 열전소자 사이에 설치되고 공기가 관통하면서 열교환되는 복수의 루버핀을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치에 의하면, 차실내의 공기를 강제로 흡입하지 않고서도 열전소자모듈을 이용해 베터리 케이스로 공급되는 공기를 냉각하도록 이루어짐으로써, 차실내의 쾌적성을 유지할 수 있고, 냉각용량이 커져 배터리를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 차량용 배터리 냉각장치를 나타낸 개념도이고,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치를 나타낸 개념도이고,
도 3은 도 2에 도시된 블로어와 열전소자모듈을 나타낸 사시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치를 나타낸 개념도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치를 나타낸 개념도이고, 도 3은 도 2에 도시된 블로어와 열전소자모듈을 나타낸 사시도이다.
본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리케이스(110), 블로어(120), 유입덕트(130), 배출덕트(140), 열전소자모듈(150), 및 제어부(160)를 포함한다.
상기 배터리케이스(110)는 차량의 트렁크룸(미도시)에 설치되며, 내부에 배터리스택(112)이 내장된다. 이러한 배터리케이스(110)에는 배터리케이스(110) 내의 온도를 감지하기 위한 제1온도센서(170)가 내장된다. 상기 제1온도센서(170)는 제어부(160)와 전기적으로 연결되어 감지된 신호를 제어부(160)로 전송한다.
상기 블로어(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 유입덕트(130)에 설치되어 공기의 흐름을 유발하는 것으로, 그 입구측에는 유입되는 공기를 정화하는 필터(122)가 설치된다.
상기 유입덕트(130)는 배터리케이스(110)의 입구측에 연결되어 블로어(120)의 작동에 의해 배터리케이스(110)로 공기가 공급되는 통로가 된다. 유입덕트(130)의 입구단은 차량의 외부 공기 및 트렁크룸의 공기를 각각 유입할 수 있도록 분기되어 있다. 이러한 유입덕트(130)의 입구단 내에는 차량의 외부공기와 트렁크룸의 공기를 선택적으로 유입하기 위한 개폐도어(132)가 설치된다. 한편, 유입덕트(130) 내에는 유입되는 공기의 온도를 감지하기 위한 제2온도센서(180)가 내장되며, 이 제2온도센서(180)는 제어부(160)와 전기적으로 연결되어 감지된 신호를 제어부(160)로 전송한다.
상기 배출덕트(140)는 배터리케이스(110)의 출구측에 연결되어 배터리케이스(110)를 경유하면서 더워진 공기를 차량의 외부로 배출하는 통로가 된다.
상기 열전소자모듈(150)은 블로어(120)의 출구측 즉, 배터리케이스(110)의 입구측에 설치되어 배터리케이스(110)로 공급되는 공기를 냉각시키는 것으로, 복수 개의 열전소자(151)와, 열전소자(151) 사이에 설치되어 공기와 열전소자 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 복수 개의 루버핀(152)으로 구성된다. 열전소자모듈(150)의 중심부에는 공기 토출구(153)가 형성되어 냉각된 공기를 배터리케이스(110)로 공급해준다. 열전소자모듈(150)의 상하부측을 통해서는 열전소자모듈(150)에서 냉각된 공기가 배터리스택(112)에서 발생되는 열을 흡수하여 생기는 폐열을 차량의 트렁크룸으로 직접 배출하거나 별도로 연결된 덕트를 통해 차량의 외부로 배출하게 된다. 상기 열전소자(151)는 전원의 변경(스위칭)에 따라 공기를 냉각하거나 가열하게 된다.
상기 제어부(160)는 배터리스택(112)의 온도를 하강시키고자 하는 경우 배터리케이스(110) 및 유입덕트(130)에 내장된 제1,2온도센서(170,180)로부터 감지신호를 전송받아 유입덕트(130)로부터 공급되는 공기의 온도가 배터리케이스(110) 내의 공기온도보다 낮아지도록 열전소자모듈(150)을 제어한다.
한편, 배터리스택(112)의 온도를 상승시키고자 하는 경우에는 배터리케이스(110)로 공급되는 공기의 온도가 배터리케이스(110) 내의 공기온도보다 높아지도록 열전소자모듈(150)을 제어하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 작용을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 차량의 트렁크룸에 있는 공기 또는 차량 외부의 공기는 개폐도어(132)의 작동에 의해 선택적으로 유입덕트(130) 내로 유입된다. 유입덕트(130)를 통한 공기의 흐름은 유입덕트(130)에 설치된 블로어(120)의 작동에 의해 이루어진다. 유입덕트(130)를 통해 유입되는 공기의 온도는 제2온도센서(180)에 의해 감지되고, 감지된 신호는 제어부(160)로 전송된다.
상기 유입덕트(130)를 통해 유입되는 공기는 블로어(120)의 입구측에 설치되는 필터(122)를 통과하면서 정화된 후 블로어(120)의 출구를 통해 열전소자모듈(150)로 공급된다.
상기 열전소자모듈(150)로 공급되는 공기는 루버핀(152)을 통과하면서 열전소자(151)와 열교환을 하여 냉각된다. 이 때, 열전소자(151)에 의해 냉각되는 공기의 온도는 제어부(160)의 제어에 의해 자동으로 이루어진다.
상기 열전소자모듈(150)을 통과하면서 냉각된 공기는 열전소자모듈(150)의 출구측에 형성된 공기 토출구(153)를 통해 배터리케이스(110)로 공급되며, 열전소자모듈(150)의 상하부를 통해서는 폐열이 방출된다. 열전소자모듈(150)로부터 방출되는 폐열은 트렁크룸으로 직접 방출되거나 별도의 덕트를 통해 차량의 외부로 배출된다.
상기 배터리케이스(110)로 공급되는 공기는 배터리케이스(110) 내를 흐르면서 가열된 배터리스택(112)을 냉각하게 된다. 배터리케이스(110) 내의 온도는 제1온도센서(170)에 의해 감지되고, 감지된 신호는 제어부(160)로 전송된다.
상기 배터리케이스(110)를 통과하면서 배터리스택(112)과의 열교환을 통해 더워진 공기는 배출덕트(140)를 통해 차량의 외부로 배출된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치를 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치는, 배터리가 내장된 배터리케이스(110)와, 공기의 흐름을 유발하는 블로어(120)와, 배터리케이스(110)의 입구측에 연결되는 유입덕트(130)와, 배터리케이스(110)의 출구측에 연결되는 배출덕트(140)와, 유입덕트(130)를 통해 유입되는 공기를 냉각시키는 열전소자모듈(150), 및 열전소자모듈(150)의 작동을 제어하는 제어부(160)를 포함한다. 그리고, 배터리케이스(110) 내의 온도를 감지하기 위한 제1온도센서(170)와 유입덕트(130) 내부의 온도를 감지하기 위한 제2온도센서(180)를 포함한다.
상기 블로어(120)는 배출덕트(140)에 설치되며, 상기 열전소자모듈(150)은 배터리케이스(110)의 입구측에 설치된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 기재된 범주 내에서 변경할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 배터리케이스로 공급되는 공기를 냉각하는 것에 관한 것이나, 전술한 바와 같이 열전소자모듈에 공급되는 전원의 방향을 바꿔줌으로써 배터리케이스로 공급되는 공기를 가열하여 배터리를 가열할 수 있으며, 이러한 실시예 역시 본원발명의 권리범위에 포함되는 것으로 보아야 한다.
110 : 배터리케이스 112 : 배터리스택
120 : 블로어 122 : 필터
130 : 유입덕트 132 : 개폐도어
140 : 배출덕트 150 : 열전소자모듈
151 : 열전소자 152 : 루버핀
153 : 공기 토출구 160 : 제어부
170 : 제1온도센서 180 : 제2온도센서

Claims (3)

  1. 배터리스택(112)이 내장된 배터리케이스(110)와,
    상기 배터리케이스(110)와 연결되어 공기의 흐름을 유발하는 블로어(120)와,
    상기 배터리케이스(110)의 입구측에 연결되는 유입덕트(130)와,
    상기 배터리케이스(110)의 출구측에 연결되는 배출덕트(140)와,
    상기 배터리케이스(110)의 입구측에 설치되어 상기 유입덕트(130)를 통해 유입되는 공기를 냉각시키는 열전소자모듈(150) 및,
    상기 열전소자모듈(150)의 작동을 제어하는 제어부(160)를 포함하며,
    상기 유입덕트(130)는 내부에 개폐도어(132)를 구비하여 차량의 트렁크룸 또는 차량 외부의 공기를 선택적으로 유입하고, 상기 열전소자모듈(150)에서 냉각된 공기가 상기 배터리스택(112)에서 발생된 열을 흡수하여 생기는 폐열은 차량의 트렁크룸 또는 차량 외부로 배출되며,
    상기 열전소자모듈(150)은, 상기 배터리케이스(110)의 입구 측에 설치되는 복수의 열전소자(151)와, 상기 열전소자(151) 사이에 설치되고 공기가 관통하면서 열교환되는 복수의 루버핀(152)을 포함하며,
    상기 열전소자모듈(150)의 상하부측을 통해서 폐열이 방출되어 별도로 연결된 덕트를 통해 차량의 외부로 배출되고, 상기 열전소자모듈(150)의 중심부에는 냉각된 공기를 배터리케이스(110)로 공급하기 위한 공기 토출구(153)가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블로어(120)는 상기 유입덕트(130) 또는 배출덕트(140)에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  3. 삭제
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