KR101721256B1 - 차량용 배터리 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리를 냉각하기 위한 것으로, 하나 또는 하나 이상의 배터리팩(10)과; 상기 배터리팩(10)의 한쪽 면에 접촉하도록 설치되는 튜브(20)와; 상기 튜브(20)가 안착되도록 병렬로 형성되는 다수의 튜브설치부(31)와, 상기 튜브설치부(31) 사이에 돌출 형성되어 배터리팩(10)의 한쪽 면과 맞닿는 안착부(32)를 구비하는 장착 프레임(30)으로 구성된 차량용 배터리 냉각장치에 있어서, 상기 장착 프레임(30)은 튜브(20)를 탄성 지지하는 탄지부(A)를 구비하여 된 것을 기술적 특징으로 한다.
이에 의해 냉매가 흐르는 튜브와 배터리의 한쪽 면을 항상 밀착 유지시킬 수 있어 열 전도 효율이 향상되므로 배터리의 냉각효과가 향상되고, 설치 구조가 간단하여 배터리의 장, 탈착이 용이하다.

Description

차량용 배터리 냉각장치{A BATTERY COOLING DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 배터리의 냉각장치에 관한 것으로, 배터리의 과열을 방지할 수 있도록 배터리와 적어도 한쪽 면이 접촉하도록 장착 프레임을 설치하고, 이 배터리 장착 프레임과 배터리 사이에 냉매가 흐르는 튜브를 설치함으로서 배터리가 냉각되도록 구성된 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 자동차는 시동을 걸거나 주요 장치에 전원을 공급하기 위해 차량용 배터리가 장착되어 있는데, 이러한 배터리는 여러개의 셀로 이루어진 케이스가 구비되고, 각 셀마다 양극판과 음극판 및 격리판이 설치되며, 이러한 셀 마다 전해액이 저장된 구조로 실시된다.
이상과 같은 배터리는 각 셀에 저장된 전해액이 심하게 요동되거나 여름철의 경우, 전해액이 온도가 급격히 상승하여 65℃ 이상으로 상승하면, 배터리의 수명이 단축됨은 물론, 폭발할 위험이 있어 안전상의 문제가 있기 때문에 배터리의 온도가 적정 온도를 유지할 수 있도록 관리가 필요하다.
이와 같이 내연기관에 설치된 배터리의 온도를 관리하기 위한 선출원된 기술로는 한국공개특허 제1998-092965호(자동차의 배터리 냉각장치)가 개시된 바 있다.
상기 문헌의 기술은 도 1에서와 같이 배터리가 위로부터 끼워지고 배터리와 간격을 두고 이격되며, 상단은 배터리와 밀착되고, 상단에 냉각수가 주입되는 주입구가 형성된 케이스(100)와; 상기 케이스의 주입구에 체결된 캡(110)과; 상기 케이스의 외측면에 설치된 다수의 냉각핀(120)을 포함한 것입니다.
또한 케이스(100)의 바닥으로는 배터리가 안착되는 트레이(130)가 더 설치되며, 상기 트레이(130)의 바닥면에는 내외로 연통되는 다수개의 방열공(131)이 더 설치되는 것입니다.
이러한 구조는 배터리가 케이스(100) 내에 수납 설치되어야 하므로, 배터리의 장, 탈착이 용이하지 못하고, 더욱이 케이스(100)와 냉각핀(120)은 배터리를 감싸는 형태이기 때문에 오히려 배터리의 자연 방열을 저해하게 된다.
더욱이 케이스(100)와 배터리 하부의 트레이(130)는 배터리와 밀착 설치되어 열전도를 통해 배터리의 열을 외부로 방출하는 것이나, 케이스(100)와 트레이(130)는 배터리와 조립되기 위한 조립 공차가 있으므로 열전도 효율이 떨어져 실제로 배터리를 냉각하는 효과를 기대하기 어렵다.
한편, 최근에는 배터리의 전기에너지를 동력원으로 하여 구동되는 모터를 통해 주행하는 전기자동차(하이브리드 자동차)가 개발되고 있는데, 이러한 전기자동차는 차량의 주행을 위해 전기에너지를 사용하므로 보통 26개 이상의 배터리로 구성된 한 개의 배터리팩이 차량 내에 설치된다.
전기자동차의 경우 주행 정도에 따라 배터리의 온도가 지속적으로 상승하기 때문에 배터리의 온도를 적정온도로 유지하기 위한 배터리 냉각장치가 필연적으로 설치되어 있다.
상기 배터리 냉각장치로는 공랭식과 수냉식 중에서 선택되어 실시되는데, 먼저 공랭식은 냉각팬을 배터리 트레이에 부착하여 공기를 외부에서 흡입하여 배터리 트레이의 입구 쪽부터 냉각시켜 출구 쪽으로 공기를 흘려보내면서 냉각하는 장치이다.
이러한 공랭식 냉각방법은 입구 쪽에서 데워진 공기가 뒤쪽으로 흐르면서 배터리의 위치에 따른 냉각 정도의 차이가 발생하고, 이에 따라 부분적인 온도 차가 생길 수 있어 배터리의 성능이 저하되는 문제가 있다.
따라서 다수개의 배터리를 고르게 냉각하여 성능을 유지할 수 있는 다양한 냉각장치가 개발되고 있다.
이와 같은 전기자동차용 배터리 냉각장치의 종래기술로는 한국등록특허 제10-0534730호(전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치)가 개시된 바 있다.
상기 문헌의 기술은 자동차 배터리 트레이(200)의 일측에 장착되어 배터리 트레(200)이 내부로 공기를 흡입하도록 하는 냉각팬(210)과; 상기 배터리 트레이(200) 내부의 온도를 측정하도록 장착되는 온도센서와; 상기 배터리 트레이 내부에 설치되는 배터리(220)의 하부에 장착되어 배터리에서 발생하는 열을 흡열하는 흡열부재(230)와; 상기 흡열부재(230)에 일단이 장착되어 열을 전달하는 히트파이프(240)와; 상기 히트파이프(240)의 타단에 장착되는 발열부재(250)와; 상기 발열부재(250)에 장착되며 양단에 직류전류를 인가하면 일단은 발열하며 타단은 흡열하여 온도 제어되도록 발열부재(250)에 장착되는 펠티에소자(260)와; 상기 냉각팬(210)을 작동하여 배터리 트레이(200)로 공기가 흡입되며 펠티에소자(260)의 작동을 제어하여 히트파이프(240)로 전달되는 배터리(220)의 열이 냉각되도록 구성된다.
이와 같은 종래의 배터리 냉각장치는 다수개 설치되는 배터리를 한번에 냉각시킬 수 있는 장점이 있으나, 각각의 배터리에 흡열부재와 발열부재 및 펠티에 소자와 히트파이프 및 이들을 수납하는 배터리 트레이를 설치해야 하므로 구조가 복잡하고, 더욱이 냉각팬과 펠티에소자에 별도의 전원을 공급해야 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 배터리가 과열되지 않도록 냉각하기 위해 설치되는 튜브와 배터리가 밀착 유지되도록 구성된 차량용 배터리 냉각장치를 제공하는 데에 있다.
또한 설치되는 튜브의 유동을 방지하고, 배터리와의 열교환 면적을 넓혀 열교환 효율을 향상시키는 개선된 구조의 장착 프레임을 포함한 차량용 배터리 냉각장치를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적에 따른 본 발명은 하나 또는 하나 이상의 배터리팩과; 상기 배터리팩의 한쪽 면에 접촉하도록 설치되는 튜브와; 상기 튜브가 안착되도록 병렬로 형성되는 다수의 튜브설치부와, 상기 튜브설치부 사이에 돌출 형성되어 배터리팩의 한쪽 면과 맞닿는 안착부를 구비하는 장착 프레임으로 구성된 차량용 배터리 냉각장치에 있어서, 상기 장착 프레임은 튜브를 탄성 지지하는 탄지부를 구비하여 된 것에 의해 달성된다.
본 발명의 사용으로 차량용 배터리가 과열되어 배터리의 성능과 안전성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 설치된 튜브가 차량의 진동에도 유동 없이 고정되어 배터리와 튜브 간의 긴밀한 접촉을 유지할 수 있어 열교환 효율이 향상된다.
또한 튜브가 설치되는 장착 프레임에 탄지부가 구비되어 튜브를 항상 배터리에 밀착시키므로 사용 중에 배터리와 튜브가 쉽게 벌어지지 않고, 장착 프레임에 설치된 튜브가 안착부와 맞닿으면서 열이 전도되어 배터리와 튜브의 직접적인 접촉을 통한 냉각 이외에도 안착부와 접촉되는 배터리의 접촉면을 통해서도 배터리를 냉각시킬 수 있으므로, 결과적으로는 배터리를 냉각시키는 면적을 넓어져 배터리를 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
도 1은 종래의 자동차의 배터리 냉각장치의 예를 보인 사시도,
도 2는 종래의 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치의 예를 보인 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 예를 보인 사시도,
도 4(a, b)는 본 발명에 따른 장착 프레임의 예를 보인 사시도,
도 5(a, b, c)는 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 예를 보인 설치 단면도,
도 6은(a, b)는 본 발명에 따른 장착 프레임의 다른 실시예를 보인 설치 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각장치에 냉매를 공급하는 예를 보인 구성도이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 도시한 첨부도면을 통해 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 차량용 배터리를 냉각하는 배터리 냉각장치에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명은 하나 또는 하나 이상의 배터리팩(10)과; 상기 배터리팩(10)의 한쪽 면에 접촉하도록 설치되는 튜브(20)와; 상기 튜브(20)가 안착되도록 병렬로 형성되는 다수의 튜브설치부(31)와, 상기 튜브설치부(31) 사이에 돌출 형성되어 배터리팩(10)의 한쪽 면과 맞닿는 안착부(32)를 구비하는 장착 프레임(30)으로 구성된 차량용 배터리 냉각장치에 있어서, 상기 장착 프레임(30)은 튜브(20)를 탄성 지지하는 탄지부(A)를 포함한다.
상기 배터리팩(10)은 일반 내연기관에 설치되어 발전기의 미구동시에 필요 전기를 공급하기 위해 전해액이 수용된 하나의 배터리 또는 전기자동차에서 전기 모터를 구동하기 위해 설치되는 다수개의 배터리가 될 수 있는데, 이러한 배터리를 통해 차량의 초기 시동에 필요한 전기를 공급하거나, 엔진이 정지한 상태에서 차량에 필요한 전기를 원활하게 공급하기 위해 사용된다.
튜브(20)는 배터리팩(10)의 한쪽 면과 접촉시켜 튜브(20) 내측을 통과하는 냉매에 의해 배터리팩(10)을 냉각시키는 것으로, 이는 도 3에서와 같이 단면 형상이 좌우로 긴 직사각형의 튜브로 실시되되, 장변이 배터리팩(10)에 의해 하중을 받아 처지거나 변형되는 것을 방지하기 위해 그 내측을 수직으로 가로지르는 다수의 보강대(21)가 형성된다.
본 발명의 튜브(20)는 압출 성형을 통해 일정 길이를 갖도록 제작되고, 튜브(20) 내로 냉매를 공급 및 배출하기 위해 그 일단은 급수라인(L1)에 연결되며, 다른 끝단은 환수라인(L2)에 연결되고, 배터리팩(10)의 설치 규모에 따라 단열 배치되거나 다수의 튜브(20)를 병렬로 배치되며, 이러한 튜브(20)는 후술하는 장착 프레임(30)의 튜브설치부(31)에 삽입되어 좌우 유동 없이 고정 설치된다.
장착 프레임(30)은 튜브(20)가 상부면에 장착되어 유동 없이 고정되도록 지지하고, 튜브(20)와 배터리팩(10)이 서로 밀착 유지될 수 있도록 탄성 지지하는 구성으로서, 이러한 장착 프레임(30)은 도 3에서와 같이 튜브(20)가 안착되도록 병렬로 형성되는 다수의 튜브설치부(31)와; 상기 튜브설치부(31) 사이에 돌출 형성되어 배터리팩(10)의 한쪽 면과 맞닿는 안착부(32)와; 상기 튜브설치부(31) 내에 탄지부(A)가 형성되되; 상기 탄지부(A)는 튜브설치부(31)의 바닥면을 부분 절개하여 그 자유단을 상부로 절곡된 것으로 실시된다.
이와 같은 장착 프레임(30)은 요홈과 요부가 번갈아 형성되어 요홈부에 대응하여 튜브설치부(31)가 형성되고, 요부에 대응하여 안착부(32)가 형성된 것으로, 이러한 튜브설치부(31)에 설치되는 튜브(20)는 양측으로 안착부(32)가 돌출되어 있어 튜브(20)를 고정하게 되고, 이에 의해 튜브(20)가 차량의 진동에 의해 유동되어도 장착 프레임(30)을 이탈하지 않고 고정유지된다.
장착 프레임(30)에 설치되는 튜브(20)는 그 상부면에 안착되는 배터리팩(10)과 항상 밀착 유지될 수 있도록 탄지부(A)를 구비하고 있는데, 이는 도 4(a)에서와 같이 튜브설치부(31)의 바닥면을 부분 절개하여 그 끝단을 상부로 절곡하여 그 끝단이 튜브설치부(31)의 상부로 돌출되도록 구성하고, 이러한 탄지부(A)를 그 길이방향을 따라 교대로 형성한 것으로 실시될 수 있다.
이렇게 탄지부(A)가 형성된 튜브설치부(31)에 도 5(a, b)에서와 같이 튜브(20)를 안착하면 탄지부(A)에 의해 튜브(20)의 상부면이 안착부(32)의 상부면 보다 돌출되고, 이러한 튜브(20)의 상부에 배터리팩(10)을 안착하면 배터리의 무게로 인해 튜브(20)가 탄지되면서 눌려 결과적으로는 도 5(c)에서와 같이 배터리팩(10)이 안착부(32)에 의해 지지되면서 튜브(20)가 탄지된 상태를 유지하게 된다.
따라서 튜브(20)는 탄지부(A)의 지지를 받으면서 항상 배터리팩(10)의 한쪽 면에 밀착된 상태를 유지하게 되어 열의 전도 효과가 향상되는데, 이에 더해 튜브(20) 양측의 안착부(32)를 통해서도 열의 전도 효과가 발생하여 결과적으로는 배터리팩(10)과 접촉하는 면이 확대되는 것이며, 이에 의해 배터리팩(10)의 냉각효과가 향상된다.
이처럼 안착부(32)를 이용해 전도 효과를 향상하기 위해서는 튜브(20)가 배터리팩(10)에 의해 완전히 눌렸을 때에 그 상부면이 양측의 안착부(32)보다 높으면 안착부(32)에 배터리팩(10)이 밀착되지 못하므로 상기 안착부(32)에 배터리가 안착된 후, 튜브설치부(31)의 튜브(20)가 탄성 지지되어 면 접촉할 수 있도록 도 5(a)에서와 같이 안착부(32)의 높이(H)는 튜브의 높이(H')보다 높고, 튜브높이(H')와 탄지부 높이(H")의 합보다 작게 실시된다.
한편, 탄지부(A)의 다른 실시예로서 도 4(b) 및 도 6(a, b)에서와 같이 튜브설치부(31)를 만곡지게 절곡하여 그 가운데가 상부로 돌출되도록 형성한 탄지부(A')로 실시될 수 있는데, 이는 장착 프레임(30)이 유동 없이 고정된 상태에서 탄지부(A')가 눌리면 만곡지게 돌출된 탄지부(A')가 적절히 눌리면서 튜브(20)를 탄성 지지한다.
이상에서와 같이 실시되는 본 발명은 도 7에서와 같이 차량 내의 에어컨 시스템에 연결되어 냉매를 공유하는 것으로 실시될 수 있는데, 이는 압축기(1)와 응축기(2) 및 팽창밸브(3)와 증발기(4)로 구성되는 에어컨 시스템에서 팽창 밸브를 통과한 저온의 냉매가 차량용 에어컨 냉매라인에서 분기된 급수라인(L1)을 통해 증발기(4)와 튜브(20)로 분기되어 공급되고, 증발기(4)로 공급된 냉매는 차량 실내를 냉각하는 데에 사용된 후, 다시 압축기(1)로 공급되며, 튜브(20)로 공급된 냉매는 배터리팩(10)을 냉각한 후, 환수라인(L2)을 통해 차량용 에어컨 냉매라인의 압축기(1)측으로 회수된다.
이러한 본 발명은 에어컨의 냉매를 공유하여 배터리팩(10)을 냉각하는 것으로 명시되었으나, 이는 일실시예로서, 다른 방법으로는 냉각수를 사용하는 수냉방식이 있고, 이 경우에는 냉각수를 냉각시켜주는 라디에이터와 냉각수를 순환시켜주는 펌프가 구비되어, 튜브(20) 내로 냉각수를 순환 공급함으로서 배터리팩(10)을 냉각하는 것으로 실시되어도 무관하다.
본 발명은 하나 또는 하나 이상의 배터리팩(10)을 냉각하는 동안에 차량의 주행 진동에 의해 냉각장치와 배터리팩(10) 간의 긴밀한 접촉이 이루어지지 못하여 냉각효율이 저하되는 문제를 해소할 수 있으며, 장착 프레임(30)의 안착부(32)를 통한 열전도를 이용해 배터리팩(10)과의 열교환 효율이 더욱 향상되는 장점이 있다.
10: 배터리팩 20: 튜브
21: 보강대 30: 장착 프레임
31: 튜브설치부 32: 안착부
A, A': 탄지부 L1: 급수라인
L2: 환수라인 H: 안착부의 높이
H': 튜브의 높이 H": 탄지부의 높이

Claims (5)

  1. 하나 또는 하나 이상의 배터리팩(10)과;
    상기 배터리팩(10)의 한쪽 면에 접촉하도록 설치되는 튜브(20)와;
    상기 튜브(20)가 안착되도록 병렬로 형성되는 다수의 튜브설치부(31)와, 상기 튜브설치부(31) 사이에 돌출 형성되어 배터리팩(10)의 한쪽 면과 맞닿는 안착부(32)를 구비하는 장착 프레임(30)으로 구성된 차량용 배터리 냉각장치에 있어서,
    상기 장착 프레임(30)의 상기 튜브설치부(31)에는 상기 튜브(20)를 탄성 지지하는 탄지부(A)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄지부(A)는 튜브설치부(31)의 바닥면을 부분 절개하여 그 자유단을 상부로 절곡하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄지부(A)는 튜브설치부(31)의 바닥면이 상부로 만곡지게 볼록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 안착부(32)의 높이(H)는 튜브의 높이(H')보다 높고, 튜브높이(H')와 탄지부 높이(H")의 합보다 작은 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜브(20)는 단면형상이 직사각형인 압출 튜브로 구비되고, 차량용 에어컨 냉매라인에서 분기되는 급수라인(L1)을 통해 상기 튜브(20) 내로 냉매가 공급되고, 튜브(20)를 통과한 냉매는 환수라인(L2)을 통해 차량용 에어컨 냉매라인으로 환수되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
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