KR101760022B1 - 전기자동차의 배터리 냉각장치 - Google Patents

전기자동차의 배터리 냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 배터리 냉각장치에 관한 것으로서, 과열될 우려가 있는 배터리 팩에 공기를 집중적으로 공급해줌으로써, 배터리 팩의 냉각효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 수납실을 갖추고 있는 배터리 하우징과, 배터리 하우징의 수납실에 간격을 두고 수납되는 다수의 배터리 팩들을 포함하는 전기자동차의 배터리 냉각장치에 있어서, 배터리 하우징의 수납실에 구역별로 설치되며, 해당 구역에 설치되는 배터리 팩의 온도를 각각 감지하는 다수의 온도감지센서들과; 온도감지센서들로부터 입력된 각 구역별 온도 중, 특정구역의 온도가 미리 설정된 기준온도 이상일 경우에 특정구역에 공기를 공급하여 특정구역에 설치된 배터리 팩을 냉각시키는 공기공급수단을 구비한다.

Description

전기자동차의 배터리 냉각장치{BATTERY COOLING SYSTEM OF ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차의 배터리 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다수의 배터리 팩 중에 과열될 우려가 있는 배터리 팩을 감지하여 공기를 집중적으로 공급해줌으로써, 배터리 팩의 과열을 방지하고 냉각효율을 높일 수 있는 전기자동차의 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
최근 들어, 에너지 소비가 적고 환경오염을 줄여줄 수 있는 친환경 전기 차량이 다양하게 개발되고 있다. 그 일례로서, 연료전지 차량과 하이브리드(Hybrid) 차량이 있다.
연료전지 차량은, 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 발생된 전기를 에너지원으로 사용하는 차량이다. 하이브리드 차량은, 고속주행시나 오르막길 주행시에는 내연기관을 사용하고 저속주행이나 정차시에는 전기를 에너지원으로 사용하는 차량이다.
이러한 연료전지 차량과 하이브리드 차량(이하, "전기자동차"라 통칭함)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전기를 공급하기 위한 배터리(1)를 갖추고 있다.
배터리(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 하우징(3)과, 배터리 하우징(3)의 내부에 설치되는 다수의 배터리 팩(Battery Pack)(5)들을 구비한다. 특히, 배터리 팩(5)들은, 배터리 하우징(3)의 내부에 행과 열을 맞춰서 간격을 두고 배열된다.
한편, 전기자동차는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(1)의 배터리 팩(5)들을 냉각시키기 위한 배터리 냉각장치(7)를 구비한다.
배터리 냉각장치(7)는, 공랭식으로서, 차실내의 공기를 배터리 하우징(3)의 내부로 도입시키는 일측의 도입구(7a)와, 배터리 하우징(3)을 통과한 공기를 배출시키는 타측의 배출구(7b)를 구비한다.
이러한 배터리 냉각장치(7)는, 차실내의 공기를 흡입하여 배터리 하우징(3)의 내부로 공급한다. 따라서, 배터리 하우징(3)의 내부로 공급된 공기가 배터리 팩(5)들의 사이를 통과하면서 상기 배터리 팩(5)들을 냉각시킬 수 있게 한다. 이로써, 배터리 팩(5)의 과열을 방지하고, 배터리 팩(5)의 수명을 연장시킨다.
그런데, 이러한 종래의 배터리 냉각장치(7)는, 배터리 하우징(3)으로 도입된 공기가 어느 특정 부분으로만 집중적으로 흐른다는 단점이 있다. 특히, 도입구(7a)와 배출구(7b)를 직접 연결하는 통로부분(8)으로만 공기의 흐름이 집중된다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에 공기의 흐름이 집중되는 곳의 배터리 팩(5)만 집중적으로 냉각된다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 공기의 흐름이 상대적으로 적은 곳의 배터리 팩(5), 예를 들면, 도입구(7a)와 배출구(7b)로부터 상대적으로 먼부분인 가장자리 부분(9)의 배터리 팩(5)은 냉각효율이 떨어진다는 결점이 있다.
그리고 이러한 결점 때문에, 냉각효율이 떨어지는 배터리 팩(5)이 과열될 우려가 있다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 배터리 팩(5)의 성능이 저하되고 그 수명이 단축된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 각 배터리 팩을 골고루 균일하게 냉각시킬 수 있는 전기자동차의 배터리 냉각장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 각 배터리 팩을 골고루 균일하게 냉각시킬 수 있도록 구성함으로써, 배터리의 성능을 향상시킬 수 있고, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 전기자동차의 배터리 냉각장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 과열될 우려가 있는 배터리 팩에 공기를 자동으로 공급할 수 있도록 구성함으로써, 배터리의 냉각효율을 극대화시킬 수 있고, 이로써, 배터리의 성능을 최대한 향상시킬 수 있는 전기자동차의 배터리 냉각장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전기자동차의 배터리 냉각장치는, 수납실을 갖추고 있는 배터리 하우징과, 상기 배터리 하우징의 수납실에 간격을 두고 수납되는 다수의 배터리 팩들을 포함하는 전기자동차의 배터리 냉각장치에 있어서, 상기 배터리 하우징의 수납실에 구역별로 설치되며, 해당 구역에 설치되는 배터리 팩의 온도를 각각 감지하는 다수의 온도감지센서들과; 상기 온도감지센서들로부터 입력된 각 구역별 온도 중, 특정구역의 온도가 미리 설정된 기준온도 이상일 경우에 상기 특정구역에 공기를 공급하여 상기 특정구역에 설치된 배터리 팩을 냉각시키는 공기공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 공기공급수단은, 차실내의 공기를 상기 배터리 하우징의 수납실로 도입시키는 도입구와; 상기 도입구로 도입된 공기를 상기 수납실의 각 구역으로 이송하는 복수의 공기이송덕트들과; 상기 공기이송덕트의 공기를 상기 수납실의 각 구역으로 토출시킬 수 있도록, 상기 공기이송덕트에 형성되는 다수의 공기토출구들과; 인가되는 제어신호에 따라 상기 각 공기토출구를 각각 개폐하는 다수의 개폐도어와; 상기 온도감지센서들로부터 입력된 각 구역별 온도 중 특정구역의 온도가 기준온도 이상일 시에 상기 특정구역에 근접한 공기토출구가 개방될 수 있도록, 해당 개폐도어를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 냉각장치에 의하면, 과열될 우려가 있는 배터리 팩 부분을 미리 감지한 다음, 감지된 부분에 공기를 집중적으로 공급해주는 구조이므로, 각 배터리 팩을 편차없이 균일하게 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 과열될 우려가 있는 배터리 팩 부분에 공기를 집중적으로 공급해주는 구조이므로, 배터리 팩들의 냉각효율을 극대화시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 배터리 팩들의 냉각효율을 극대화시킬 수 있으므로, 배터리 전체를 효율좋게 냉각시킬 수 있으며, 이로써, 배터리의 성능을 향상시킬 수 있고, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전기자동차의 배터리 냉각장치를 나타내는 측면도,
도 2는 종래의 전기자동차의 배터리 냉각장치를 상세하게 나타내는 평단면도,
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 냉각장치를 나타내는 평단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 냉각장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 배터리 냉각장치의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 3을 참조하여 전기자동차에 대해 간략하게 설명한다.
전기자동차는, 전기를 제공하기 위한 배터리(1)를 갖추고 있다. 배터리(1)는, 배터리 하우징(3)과, 배터리 하우징(3)의 내부에 설치되는 다수의 배터리 팩(5)들을 구비한다.
배터리 하우징(3)은, 일반적으로 차량의 트렁크 룸에 설치되며, 다수의 배터리 팩(5)들을 수납할 수 있는 수납실(3a)을 갖추고 있다.
배터리 팩(5)들은, 배터리 하우징(3)의 수납실(3a)에 행과 열을 맞춰서 간격을 두고 배열되며, 이렇게 배열된 각 배터리 팩(5)들의 사이에는 통로(10, 12)들이 형성되어 있다. 이들 통로(10, 12)들은, 서로들 간에 교차되면서 격자형 통로(14)를 형성한다.
여기서, 격자형 통로(14)중에, 배출구(7b)의 방향을 향해 나란하게 형성되는 통로(10)들을 "가로통로(10)"라 칭하기로 하고, 가로통로(10)와 직교하는 방향으로 형성되는 통로(12)를 "세로통로(12)"라 칭하기로 한다.
그리고 전기자동차는, 배터리 팩(5)들을 냉각시키기 위한 배터리 냉각장치(7)를 구비한다.
배터리 냉각장치(7)는, 공랭식으로서, 차실내의 공기를 배터리 하우징(3)의 내부로 도입시키는 일측의 도입구(7a)와, 배터리 하우징(3)을 통과한 공기를 배출시키는 타측의 배출구(7b)를 구비한다.
이러한 배터리 냉각장치(7)는, 차실내의 공기를 흡입하여 배터리 하우징(3)의 수납실(3a)로 공급한다. 따라서, 배터리 팩(5)들을 냉각시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 배터리 냉각장치의 특징부를 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 배터리 냉각장치는, 배터리 하우징(3)의 수납실(3a)에 설치되는 복수의 공기이송덕트(20)를 구비한다.
공기이송덕트(20)들은, 도입구(7a)와 연결되며, 상기 도입구(7a)로 도입된 공기를 배터리 하우징(3) 수납실(3a)의 각 구역으로 이송하는 역할을 한다.
여기서, 공기이송덕트(20)는, 수납실(3a)의 양쪽 가장자리부분을 따라 설치되는 것이 바람직하다. 특히, 행과 열을 맞춰 배열된 배터리 팩(5)들의 양쪽 가장자리 둘레 부분을 따라 설치되는 것이 바람직하다. 이렇게 설치된 공기이송덕트(20)는, 도입된 공기를 배터리 팩(5)들의 가장자리 둘레 부분으로 이송시킨다.
한편, 각 공기이송덕트(20)들은, 다수의 공기토출구(30)들을 각각 갖추고 있다.
공기토출구(30)들은, 공기이송덕트(20)를 따라 이송된 공기를 토출하기 위한 것으로, 공기이송덕트(20)의 길이방향을 따라 간격을 두고 형성되며, 수납실(3a)의 내측방향을 향해 형성되어 있다.
이렇게 형성된 공기토출구(30)는, 공기이송덕트(20)의 공기를 배터리 팩(5)들을 향해 토출한다. 따라서, 토출된 공기가 배터리 팩(5)들의 사이를 통과하면서 상기 배터리 팩(5)들을 냉각시킬 수 있게 한다.
이러한 공기토출구(30)는, 배터리 팩(5)들 사이에 형성된 통로(12)에 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.
이는, 공기이송덕트(20)의 공기가 배터리 팩(5)들 사이의 통로(12)로 토출될 수 있게 하기 위함이다. 이로써, 배터리 팩(5)들 사이의 통로(12)로 토출된 공기가 상기 통로(10, 12)들을 따라 이동하면서 배터리 팩(5)들을 효율좋게 냉각시킨다.
더욱 바람직하게는, 상기 공기토출구(30)는 배터리 팩(5)들 사이에 형성된 통로(10. 12) 중에 세로통로(12)에 각각 대응되게 형성되는 것이 좋다.
이는, 공기이송덕트(20)의 공기가 세로통로(12)로 토출될 수 있게 하기 위함이며, 이는, 세로통로(12)로 토출된 공기가 상기 세로통로(12)를 따라 이동하면서 배터리 팩(5)들을 효율좋게 냉각시킬 수 있게 하기 위함이다. 그리고 세로통로(12)를 따라 이동한 공기가 가로통로(10)로 다시 이동하면서 배터리 팩(5)들을 효율좋게 냉각시킬 수 있게 하기 위함이다.
한편, 이러한 공기토출구(30)들은, 개폐도어(32)를 각각 갖추고 있다.
개폐도어(32)는, 인가되는 제어신호에 의해 자동으로 작동되는 액츄에이터식 도어로서, 해당 공기토출구(30)를 여닫는다. 따라서, 공기토출구(30)로부터 토출되는 공기를 차단하거나 공기의 토출을 허용한다.
다시, 도 3을 참조하면, 본 발명의 배터리 냉각장치는, 배터리 하우징(3)의 수납실(3a)에 설치되는 다수의 온도감지센서(40)들을 구비한다.
온도감지센서(40)들은, 수납실(3a)의 각 구역에 분산 설치되며, 이렇게 설치된 각 구역별 온도감지센서(40)들은, 해당 구역의 온도를 감지하는 역할을 한다. 특히, 해당 구역에 설치되는 배터리 팩(5)의 온도를 감지하는 역할을 한다.
이러한 온도감지센서(40)들은, 공기이송덕트(20)의 각 공기토출구(30)에 각각 대응되게 설치되는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명의 배터리 냉각장치는, 온도감지센서(40)들로부터 입력된 수납실(3a)의 각 구역별 온도 데이터를 처리하는 제어부(50)를 구비한다.
제어부(50)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 온도감지센서(40)들로부터 각 구역별 온도 데이터가 입력되면, 입력된 각 구역별 온도 데이터가 미리 설정된 "기준온도" 이상인지를 비교한다.
비교 결과, 어느 특정구역의 온도 데이터가 "기준온도"이상이면, 특정구역에 배치된 배터리 팩(5)의 온도가 상승되어 과열될 우려가 있는 것으로 판단한다.
그리고 이러한 판단에 따라, 특정구역에 가장 가까운 공기이송덕트(20)의 공기토출구(30)를 개방할 수 있도록 해당 개폐도어(32)를 제어한다.
따라서, 특정구역에 가장 가까운 공기토출구(30)로부터 공기가 토출될 수 있게 한다. 이로써, 공기이송덕트(20)의 공기가 특정구역에 토출될 수 있게 한다.
그 결과, 토출된 공기가 특정구역에 배치된 배터리 팩(5)을 냉각시킬 수 있게 한다. 이에 따라, 온도가 상승된 특정구역의 배터리 팩(5)은 효율좋게 냉각된다.
이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 과열될 우려가 있는 배터리 팩(5) 부분을 미리 감지한 다음, 감지된 부분에 공기를 집중적으로 공급해주는 구조이므로, 각 배터리 팩(5)을 편차없이 균일하게 냉각시킬 수 있다.
또한, 과열될 우려가 있는 배터리 팩(5) 부분에 공기를 집중적으로 공급해주는 구조이므로, 배터리 팩(5)들의 냉각효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 배터리 팩(5)들의 냉각효율을 극대화시킬 수 있으므로, 배터리 전체를 효율좋게 냉각시킬 수 있으며, 이로써, 배터리의 성능을 향상시킬 수 있고, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
1: 배터리(Battery) 3: 배터리 하우징(Battery Housing)
3: 수납실 5: 배터리 팩(Battery Pack)
7: 냉각장치 7a: 도입구
7b: 배출구 10: 가로통로
12: 세로통로 14: 격자형 통로
20: 공기이송덕트 30: 공기토출구
32: 개폐도어 40: 온도감지센서
50: 제어부

Claims (5)

  1. 수납실(3a)을 갖추고 있는 배터리 하우징(3)과, 상기 배터리 하우징(3)의 수납실(3a)에 간격을 두고 수납되는 다수의 배터리 팩(5)들을 포함하는 전기자동차의 배터리 냉각장치에 있어서,
    상기 배터리 하우징(3)의 수납실(3a)에 구역별로 설치되며, 해당 구역에 설치되는 배터리 팩(5)의 온도를 각각 감지하는 다수의 온도감지센서(40)들과;
    상기 온도감지센서(40)들로부터 입력된 각 구역별 온도 중, 특정구역의 온도가 미리 설정된 기준온도 이상일 경우에, 상기 특정구역에 공기를 공급하여 상기 특정구역에 설치된 배터리 팩(5)을 냉각시키는 공기공급수단을 포함하고;
    상기 공기공급수단은,
    차실내의 공기를 상기 배터리 하우징(3)의 수납실(3a)로 도입시키는 도입구(7a)와;
    상기 도입구(7a)로 도입된 공기를 상기 수납실(3a)의 각 구역으로 이송하는 복수의 공기이송덕트(20)들과;
    상기 공기이송덕트(20)의 공기를 상기 수납실(3a)의 각 구역으로 토출시킬 수 있도록, 상기 공기이송덕트(20)에 형성되는 다수의 공기토출구(30)들과;
    인가되는 제어신호에 따라 상기 각 공기토출구(30)를 각각 개폐하는 다수의 개폐도어(32)와;
    상기 온도감지센서(40)들로부터 입력된 각 구역별 온도 중 특정구역의 온도가 기준온도 이상일 시에 상기 특정구역에 근접한 공기토출구(30)가 개방될 수 있도록, 해당 개폐도어(32)를 제어하는 제어부(50)와;
    상기 배터리 팩(5)들을 냉각시킨 공기를 배출시키기 위한 배출구(7b)를 포함하며;
    상기 배터리 팩(5)들은, 서로들 간에 격자형 통로(14)가 형성될 수 있도록 상기 수납실(3a)에 행과 열을 맞춰서 간격을 두고 설치되어 있되, 상기 격자형 통로(14)는, 세로통로(12)와 가로통로(10)로 형성되고,
    상기 공기토출구(30)는, 상기 배터리 팩(5)들 사이에 형성된 격자형 통로(14)에 대응되게 형성되어 있되, 상기 배터리 팩(5)들 사이에 형성된 격자형 통로(14) 중에 상기 배출구(7b)에 대해 직교하는 방향으로 형성되는 세로통로(12)에 각각 대응되게 형성되어, 상기 공기토출구(30)에서 토출된 공기가 상기 세로통로(12)를 따라 이동하면서 상기 배터리 팩(5)들을 냉각시키고, 상기 세로통로(12)에 직교하는 방향에 형성되는 상기 배출구(7b)측으로 이동하면서 상기 가로통로(10)를 지나 상기 배터리 팩(5)들을 냉각시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 냉각장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공기이송덕트(20)들은, 상기 수납실(3a)의 양쪽 가장자리부분을 따라 설치되며,
    상기 공기토출구(30)들은, 상기 공기이송덕트(20)의 공기를 상기 수납실(3a)의 내측부분을 향해 토출할 수 있도록, 상기 수납실(3a)의 내측부분을 향해 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 냉각장치.
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