KR101818917B1 - 배터리팩 냉각장치용 공기덕트 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은, 배터리팩 냉각장치용 공기덕트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리모듈의 온도를 적절하게 냉각시켜 배터리의 성능을 최적의 상태로 유지할 수 있도록, 전기자동차의 배터리팩을 보다 효율적으로 냉각시키는 효과가 있는 다수의 냉각유로가 형성된 전기자동차용 배터리팩 냉각장치용 공기덕트에 관한 것이다.
냉매인 공기가 냉각유로를 통과하면서 배터리모듈을 냉각시키는데, 냉각유로의 유입공을 통해 유입된 공기가 폭이 넓게 형성된 광폭부에서 폭이 좁게 형성된 협폭부를 지나면서 냉각유로를 통과하는 유속이 증가하게 되어 열전달 효율이 증가되어 냉각효율이 향상된다.

Description

배터리팩 냉각장치용 공기덕트 {Air Duct for Cooling Battery Pack}
본 명세서에 개시된 내용은 배터리팩 냉각장치용 공기덕트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 냉각유로가 형성된 전기자동차용 배터리팩 냉각장치용 공기덕트에 관한 것이다.
21세기 미국, 유럽, 일본 등 세계 곳곳의 환경 규제가 강화되면서 석유의 시대가 저물고 있다. 그로 인해 자동차 업계에서는 석유를 연소하여 엔진을 가동하는 기존 내연기관에서 벗어나 전기 자동차에 눈을 돌리고 있다. 전기 모터와 전기 배터리를 이용하는 친환경적인 작동 원리 덕분에 소음도 없고, 유해물질도 만들지 않아 자동차의 미래로 스포트라이트를 받고 있는 것이 전기 자동차이다. 미래적인 생김새에 첨단 기술을 적용한 터라 디지털 시대의 총아처럼 느껴지지만, 전기 자동차는 엄연히 자동차의 탄생 시절부터 끊임없이 연구되던 동력 방식의 하나였다.
1873년에 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 중량이 무겁고 충전 시간이 너무 긴 문제 때문에 실용화되지 못했다. 그래도 구조가 간단하고 내구성이 크며 운전하기가 쉬운 점 등이 있어 주로 여성용으로 미국에서 1920년대 중반까지 소량 생산되었다. 최근 공해문제가 심각해지면서 주행 중 배기가스를 내지 않는 전기자동차가 1990년대부터 다시 개발되고 있다.
전기자동차의 특징은 앞서 이야기했듯, 에너지원을 석유에서 전기 배터리로, 에너지 발생 기관을 내연기관에서 전기 모터로 바꾸었다는 점이다. 에너지를 전기 배터리에 의존하는 전기차는 배터리 기술의 비약적인 발전이 요구되고 있다.
특히, 종래의 전기 배터리는 도 1에 도시된 바와 같이 방수 방진을 위한 하우징(20) 안에 금속프레임(30)을 형성하고, 그 위에 배터리모듈(40)을 고정하는 구조를 포함한 배터리팩(10)의 형태를 가지고 있다. 이 배터리팩(10)의 배터리모듈(40)을 동력원으로 전기자동차의 모터가 구동되는데, 여기서 배터리모듈(40)은 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수 개의 배터리셀로 구성될 수 있으며, 이렇게 구성된 배터리모듈 역시 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수 개로 구성될 수 있어, 배터리모듈의 수에 따라 금속프레임(30)의 형성이 가능하다. 이 배터리모듈(40)이 작동되면서 장시간 사용시 방전에 따른 발열이 생기게 되며, 특히 충전시에 발열이 심하여, 이러한 배터리모듈(40)의 발열을 그대로 방치하게 되면, 온도상승으로 배터리의 수명이 단축되고 성능이 저하되어 배터리를 최적의 상태로 사용할 수 없게 된다.
따라서, 전기자동차의 수명에 중요한 인자인 배터리의 효율적인 관리를 위해 배터리모듈(40)의 과열을 제어하기 위해 적절히 냉각시켜줄 필요가 있다. 통상적으로, 배터리의 냉각은 배터리모듈(40)의 냉각을 위해 형성된 냉각유로를 통해 공랭식 또는 수랭식으로 이루어지는데, 뛰어난 냉각성능을 가졌지만 상대적으로 복잡한 구성과 불리한 상품성을 가진 수랭식에 비하여 공랭식이 많이 적용되고 있다.
상기와 같은 공랭식은 제작이 용이한 장점을 가지고 있어, 한국등록특허 제10-1053267호(종래기술)에 제시된 바와 같이, 종래의 냉각유로는 입구와 출구의 폭이 동일하게 형성되어 왔다.
그러나, 종래기술에 따라 형성된 냉각유로는 입구와 출구의 폭 길이가 동일하여 냉각유로를 통과하면서 일측에서 유입된 냉매가 데워지게 되고, 이로 인하여 냉각효율이 떨어지는 문제가 있다.
1. KR 등록특허공보 제10-0494936호 (2005. 06. 02) 2. KR 등록특허공보 제10-1091211호 (2011. 12. 01) 3. KR 등록특허공보 제10-1053267호 (2011. 07. 26)
배터리모듈의 온도를 적절하게 냉각시켜 배터리의 성능을 최적의 상태로 유지할 수 있도록, 전기자동차의 배터리팩을 보다 효율적으로 냉각시키는 효과가 있는 냉각유로를 형성한 배터리팩 냉각장치용 공기덕트를 제공하고자 한다.
본 개시는 상기의 목적을 달성하기 위해 다음의 특징을 갖는다.
본 개시는 전기자동차의 배터리팩(100)에 있어서, 냉매가 출입할 수 있는 유입구(220)와 배출구(230)가 형성된 하우징(200), 하우징(200) 내부에 배치된 금속프레임(300), 금속프레임(300)의 상부에 배치되어 외부로부터 유입된 냉매가 내부에서 유동 되도록 하는 공기덕트(500), 공기덕트(500) 위에 배치된 배터리모듈을 포함하고, 상기 공기덕트(500)는, 배터리모듈의 냉각을 위해 형성된 다수의 냉각유로(510); 냉각유로(510)에 냉매가 유입되도록 형성된 유입공(520); 및 냉각유로(510)를 통과한 냉매가 배출되도록 형성된 배출공(530);이 포함된 것을 특징으로 한다.
본 개시의 공기덕트는 상기 냉각유로(510)에 폭이 넓게 형성된 광폭부(511); 및 폭이 좁게 형성된 협폭부(512);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 공기덕트는 상기 냉각유로(510)의 상부 전체가 덮이는 상기 전도부(501)로 이루어지거나, 상기 냉각유로(510)의 상부 전체가 덮이지 않은 대류부(502)로 이루어지거나, 상기 전도부(501)와 상기 대류부(502)가 번갈아 나타나는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 공기덕트는 상기 배터리모듈의 길이방향을 따라 형성되되, 복수개가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 복수개의 공기덕트(500)는 상기 냉각유로(510)의 상기 광폭부(511)와 상기 협폭부(512)의 위치가 교차되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 공기덕트는 공기를 냉매로 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 전기자동차의 배터리팩 냉각장치용 공기덕트는, 냉매인 공기가 냉각유로(510)를 통과하면서 배터리모듈을 냉각시키는데, 유입공(520)을 통해 유입된 공기가 폭이 넓게 형성된 광폭부(511)에서 폭이 좁게 형성된 협폭부(512)를 지나면서 냉각유로(510)를 통과하는 유속이 증가하게 되어 열전달 효율이 증가되어 냉각효율이 향상되는 장점을 갖는다.
아울러, 공기덕트를 복수 개 형성하되, 냉각유로(510)의 광폭부(511)와 협폭부(512)가 교차되도록 탑재하여 배터리팩(100)의 일면만이 아니라 양면에서 온도 편차를 줄여서 배터리모듈을 고르게 냉각시켜, 냉각효율이 보다 향상될 뿐 아니라, 가용에너지의 영역을 넓게 사용할 수 있게 된다.
또한, 냉각유로(510)의 상부를 덮는 전도부(501)의 형성 또는 덮지 않는 대류부(502)의 형성을 통하여 공기덕트(500)가 배터리모듈에서 발생한 열을 전달받아 냉각시키는 구조에서, 대류부(502)의 형성으로 냉매인 공기가 냉각유로(510)를 지나면서 배터리팩(100)의 금속프레임(300)과 배터리모듈이 보다 밀착되어 결합 가능하게 한다.
이렇게 형성된 배터리팩 냉각장치용 공기덕트가 배치된 배터리팩을 장착함으로써, 배터리모듈의 수명을 증가시킬 수 있게 되어, 배터리모듈의 잦은 교체와 그에 따른 비용 및 차량 관리의 불편함을 줄일 수 있고, 배터리의 내구성을 높여 고장을 방지하며, 전기자동차는 운행거리의 증대, 동력성능의 향상을 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 배터리팩을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 개시에 따른 배터리팩을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 개시에 따른 배터리팩에 탑재되어 있는 공기덕트의 사시도이다.
도 4는 본 개시에 따른 배터리팩에 탑재되어 있는 공기덕트의 평면도이다.
도 5는 본 개시와 종래의 배터리모듈의 발열해석 비교도이다.
도 6은 본 개시와 종래의 공기덕트의 냉각유로 하나에 대한 배터리모듈의 발열해석 비교도이다.
본 명세서에 개시된 내용의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이지 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 개시의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 개시의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 개시와 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.
본 개시에 따른 배터리팩 냉각장치용 공기덕트는, 전기자동차의 전원 공급을 위해 탑재되는 배터리팩(100)의 구성요소이다.
상기 전기자동차는 최근 자동차 시장의 '고성능 친환경' 트렌드에 발맞추어 떠오르고 있으며, 자동차의 탄소 배출 절감 및 연비 향상으로 차세대 미래형 자동차로서 주목받고 있다. 전기자동차는 EV(Electrical Vehicle), HEV(Hybrid Electrical Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electrical Vehicle) 등의 종류가 있다. EV는 순수 전기자동차로 엔진없이 배터리를 통한 전기 에너지를 주 동력원으로 모터를 구동하여 배출가스가 전혀 발생하지 않는다. HEV는 하이브리드 자동차로 정상주행시에는 엔진을 주 동력원으로 사용하고, 더 큰 출력이 필요시에 배터리를 보조로 사용하는데, 엔진과 전기모터를 함께 구동하여 엔진의 부하를 감소시켜 에너지 효율을 높일 수 있는 자동차이다. PHEV는 플러그-인 하이브리드 자동차로 단거리는 전기만을 사용하고 장거리 주행 시 엔진을 사용하는, 엔진과 전기모터를 함께 구동하는 자동차이다.
상기 배터리팩(100)은 전기자동차의 모터 구동을 위한 동력원인 복수 개의 배터리셀, 즉 배터리모듈과, 배터리모듈을 배치하는 금속프레임(300) 및 금속프레임이 형성되어 배터리모듈을 수용하는 하우징(200)을 포함한다.
상기 하우징(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 금속프레임(300)이 형성되어 배터리모듈을 수용하고, 상기 금속프레임(300)과 배터리모듈 사이에 배치되는 공기덕트(500)로 외부로부터의 냉매가 유입되는 유입구(220)와 상기 공기덕트(500)의 냉각유로(510)를 따라 이동한 냉매가 배출되는 배출구(230)가 형성되며, 상기 유입구(220)는 하우징(200)과 배터리팩(100)의 내부를 연통시켜 냉매가 하우징(200) 내부로 유입되도록 한다. 또한, 배터리모듈을 하우징(200)내부에 수용하여 배터리모듈이 외부로 노출되지 않도록 한다.
상기 베터리팩(100)은 일정한 크기로 제작된 복수 개의 배터리모듈을 포함하여 형성이 가능하고, 이들은 직렬 또는 병렬로 나열될 수 있으며, 그 수에 따라 금속프레임(300)이 형성되어 금속프레임(300)에 배치되는데, 이러한 배터리팩(100)이 모여 전기자동차의 배터리 시스템이 되며, 이는 전기자동차에 탑재되는 배터리 시스템의 최종형태로 볼 수 있다. 전기자동차의 다양한 제조구성에 따라, 전기자동차의 운행시간을 증가시키고 동력성능을 향상시킬 수 있도록 하기 위하여, 상기 배터리모듈 또는 상기 배터리팩(100)을 내부공간에 맞추어 상하 또는 수평방향으로 적층되게 배치하고 차량 내부의 다양한 위치에 탑재가 가능하다.
이때, 상기 배터리모듈은 상기 배터리셀을 복수 개 직렬 또는 병렬로 나열하여 형성되며, 이 배터리셀에 전압을 충전하여 전기자동차가 구동되고, 방전되면 재충전을 통하여 동력원인 전기의 공급을 유지하는데, 이렇게 충전과 방전을 반복하게 되면서 배터리셀에서 열이 발생하게 되어 배터리모듈의 온도가 상승한다.
본 개시에서는 발열된 배터리모듈의 온도 저감을 위하여 배터리팩(100)에 형성된 금속프레임(300)과, 금속프레임의 상부에 배치되는 배터리모듈 사이에, 외부로부터 냉매가 유입될 수 있는 냉각유로(510)가 형성된 공기덕트(500)가 배치되어, 배터리팩(100)의 저면과 차량의 바닥면 사이에서 냉매가 유동하는 냉각유로(510)를 형성함으로써, 이를 해결하도록 한다.
상기 공기덕트(500)는 상기 배터리모듈의 길이방향을 따라 형성된다. 바람직하게는, 상기 공기덕트(500)의 냉각유로(510)가 상기 배터리모듈의 길이방향을 따라 형성된다. 이렇게 배터리모듈과 냉각유로(510)가 나란히 배열되면 배터리모듈을 냉각시키는 냉매의 유동방향이 배터리모듈과 나란하므로, 냉매의 유동을 방해하지 않고 원활하게 유입이 가능하게 된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공기덕트(500)는 배터리모듈의 냉각을 위해 냉각유로(510)가 형성되고, 공기덕트(500)의 일단에 냉각유로(510)로 배터리팩(100) 내부로 냉매를 유입 시킬 수 있는 입구인 유입공(520)이 형성되며, 공기덕트(500)의 타단에 냉각유로(510)를 통과하면서 배터리모듈을 냉각시킨 냉매를 배출시킬 수 있는 출구인 배출구(530)가 형성된다.
본 개시에 따른 배터리팩 냉각장치용 공기덕트에서, 상기 냉각유로(510)에 유입되어 배터리모듈을 냉각시키고 배출되는 냉매는 공기인 것이 바람직하다.
상기 공기덕트(500)의 일단에 형성된 유입공(520)은 배터리팩(100)의 하우징(200)에 형성된 유입구(220)와 연통되며, 유입구(220)로부터 유입공(520)으로 냉매인 외부의 공기가 유입되어, 배터리모듈의 길이방향을 따라 형성된 냉각유로(510)를 따라 흐르게 된다. 바람직하게는, 상기 하우징(200)의 일측에는 공기를 유입시키는 팬이 구비되어 하우징(200) 내부로 외부의 공기를 유입한다. 이렇게 외부의 공기가 유입되어, 공기덕트(500)에 형성된 냉각유로(510)로의 공기 흐름을 통해 배터리모듈 및 배터리팩(100) 전체를 냉각시킨다. 상기 냉각유로(510)의 타단에 형성된 배출구(530)는 상기 하우징(200)에 형성된 배출공(230)과 연통되어, 냉각유로(510)를 따라 흘러온 공기는 배출공(530)으로부터 하우징(200)의 배출구(230)로 배출된다.
상기 냉각유로(510)로 공기가 흐르면서 배터리모듈에서 발생한 열이, 물질을 따라 이동하는 전도와 대류 현상에 의하여, 공기를 따라 이동하게 되어 배터리모듈의 온도를 저감시키게 된다.
전도는 물체간의 직접적인 접촉을 통하여 열에너지가 고온 쪽에서 저온 쪽으로 전달되는 현상을 말한다. 접촉하고 있는 두 물체의 온도 차에 의해서 열에너지가 흐르는 방식으로, 한 물체 내에서도 한 쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 일어날 수도 있고, 제3의 물체를 매개로 하여 일어날 수도 있다. 금속의 경우 한쪽 끝에서 발열하면 그 부분의 원자들이 열에너지를 얻어 열 진동을 하는데, 이 열 진동이 순차적으로 이웃한 원자를 진동시켜 다른 쪽 끝까지 열전도가 일어난다. 미시적 규모에서 보면 전도는 빠르게 진동하거나 움직이는 원자 또는 분자들이 이웃 원자 또는 분자들과의 상호작용을 통해서 열에너지가 전달되는 것이다. 열은 이웃 원자들이 다른 원자에 대해서 진동하거나 전자들이 한 원자에서 다른 원자로 옮겨가는 형태로 전달된다. 전도는 물질의 모든 상태, 고체, 액체 및 기체에서 일어나지만, 고체에서는 결정을 이루는 분자들의 진동의 조합과 자유전자의 이동에 의해서 일어나고, 기체와 액체에서는 분자들의 충돌과 그들의 무작위 운동이 일어나는 동안의 확산에 의해서 일어난다.
대류는 매질의 이동에 의한 열전달 현상으로 온도차에 의해서 생겨난 유체의 흐름에 의해서 열이 전달되는 것이다. 대류의 방법 중, 유체를 강제로 순환시키기 위해 팬이나 펌프를 이용하는 강제대류가 있다. 이는 냉각장치 등에서 사용된다.
본 개시에서는 배터리팩(100)의 배터리모듈의 발열을 냉각시키는 냉매로 공기를 이용하는 바, 온도가 상승된 배터리모듈의 열에너지가 냉각유로(510)을 통과하는 공기로 확산되면서 냉각효과를 가지게 되고, 배터리모듈의 열이 냉매인 공기(유체)의 흐름에 의하여 열이 전달되어 냉각효과를 가지게 된다.
특히, 본 개시에서는 종래기술(한국등록특허 제10-1053267호)과 같이 냉각유로(510)의 입구와 출구의 폭을 동일하게 형성하지 않고, 공기덕트(500)의 일단에서 유입공(520)으로부터 폭이 넓게 형성된 광폭부(511)에서 폭이 좁게 형성된 협폭부(512)로 전환되어 이어지며, 협폭부(512)에서부터 공기덕트(500)의 타단의 배출공(530)으로 연결되는 구조의 냉각유로(510)을 형성하여, 광폭구간과 협폭구간이 연결되어 냉각유로(510)가 좁아지게 되는 구조로, 공기의 유속을 증가시켜서 열전달 효율이 증대된다.
위와 같이 구성된 본 개시의 바람직한 제1 실시예로써, 전기자동차의 배터리팩 냉각장치용 공기덕트 하나를 베터리팩(100)의 금속프레임(300)과 배러티모듈 사이에 배치하되, 냉매인 공기가 냉각유로(510)를 통과하면서 배터리모듈을 냉각시키는데, 유입공(520)을 통해 유입된 공기가 폭이 넓게 형성된 광폭부(511)에서 폭이 좁게 형성된 협폭부(512)를 지나면서 냉각유로(510)를 통과하는 유속이 증가하게 되어 열전달 효율이 증가되어 냉각효율이 향상된다.
이는, 유체의 위치에너지와 운동에너지의 합이 항상 일정하다는 성질을 이용한 것으로, 유체역학의 기본적인 법칙이다. 점성과 압축성이 없는 유체가 규칙적으로 흐르는 경우에 대해서 적용되므로 본 개시의 냉매인 공기에도 적용 가능하다. 예를 들어, 굵기가 변하는 관에 공기를 흐르게 하고 굵기가 다른 부분의 아래로 가는 유리관을 연결하여, 가는 유리관 속에서의 물의 높이를 관찰하면 굵은 쪽에 연결된 물기둥을 그 높이가 낮아지고, 가는 쪽에 연결된 물기둥을 높이가 높아진다. 같은 높이에서 흐르는 경우, 유체의 속력은 좁은 통로를 흐를 때 증가하고 넓은 통로를 흐를 때 감소한다. 이에 따르면 유체의 속력이 증가하면 유체 내부의 압력이 낮아지고, 반대로 속력이 감소하면 내부 압력이 높아진다. 압력이 높아지면 유리관 속의 물기둥을 더 세게 누르므로 물기둥의 높이가 낮아지고, 압력이 낮아지면 유리관 속의 물기중을 약하게 누르므로 물기둥의 높이는 높아지는 것이다
본 개시에서 이를 생각해보면, 공기가 흐를 때, 냉각유로(510)의 광폭구간인 광폭부(511)에서는 내부의 압력이 높아 공기의 속력이 낮았다가, 협폭구간인 협폭부(512)로 전환되어 이어지면서 내부의 압력이 낮아지면서 공기의 속력이 증가하게 되어, 유속이 빨라지게 되는 것이다. 이는 도 6에 도시한 본 개시와 종래의 공기덕트의 냉각유로(510) 하나에 대한 배터리모듈의 발열해석 비교도를 보면, 좁아진 냉각유로(510)를 통해서 공기가 가속됨을 알 수 있고, 도 5에 도시한 본 개시와 종래의 배터리모듈의 발열해석 비교도를 참고하여, 유속이 증가하여 협폭부(512) 쪽으로 빠른 속도로 배터리모듈의 열을 가져가게 되면서 광폭부(511)의 온도 저감 효과가 나타남을 쉽게 알 수 있다.
이와 같이 형성된 상기 공기덕트(500)는 상기 냉각유로(510)의 상부 전체가 덮이는 전도부(501)로 이루어지거나, 상기 냉각유로(510)의 상부 전체가 덮이지 않은 대류부(502)로 이루어지거나, 상기 전도부(501)와 상기 대류부(502)가 번갈아 나타나게 형성이 가능하다. 이때, 대류부(502)의 형성으로 냉매인 공기가 지나면서 배터리팩(100)의 금속프레임(300)과 배터리모듈이 보다 밀착되어 결합 가능하게 한다.
아울러, 본 개시의 바람직한 제2 실시예로써, 배터리팩(100) 내부에 복수 개의 공기덕트(500)를 형성하여, 여기서 냉각유로(510)의 광폭부(511)와 협폭부(512)가 교차되도록 탑재가 가능하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각유로(510)의 광폭부(511)에서 협폭부(512)로 전환되면서 유속이 증가하여, 광폭부(511)의 열이 빠른 속도로 협폭부(512)로 이동하면서 일면의 냉각효율이 향상되는데, 이를 복수 개 형성하여, 광폭부(511)와 협폭부(512)의 위치가 교차되도록 배치하면 서로 교차되면서 배터리팩(100)의 일면만이 아니라, 양면에서 온도 편차를 줄여서 배터리모듈을 고르게 냉각시켜, 냉각효율이 보다 향상되고, 가용에너지의 영역을 넓게 사용할 수 있게 된다.
보다 상세히 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리팩(100)의 하우징(200)의 일면에 형성된 유입구(220)와 연통되는 공기덕트(500)의 일단에 형성된 유입공(520)으로부터, 냉각유로(510)가 금속프레임(300)위에 배치된 배터리모듈의 길이방향을 따라 나란하게 형성되어, 공기덕트(500)의 타단에 형성된 배출공(530)이 하우징(200)의 타면에 형성된 배출구(230)와 연통되며 형성되는데, 이렇게 형성된 제1의 배터리모듈과 공기덕트(500)와 금속프레임(300)의 구성이 배터리팩(100)의 넓이방향을 따라 복수 개 형성이 가능하다. 배터리팩(100)의 넓이방향으로 금속프레임(300)이 형성되고, 그 위에 배터리모듈이 배치되는데, 이 사이에 공기덕트(500)가 배치되는 것이다. 이때, 넓이방향으로 형성되는 제2의 배터리모듈과 공기덕트(500)와 금속프레임(300)의 구성은 배터리팩(100)의 하우징(200)에 형성되는 유입구(220)가 반대방향으로 형성되어, 하우징(200)의 타면에서 유입구(220)와 공기덕트(500)의 일단에 형성된 유입공(520)이 연통되는 것이다. 이로부터, 냉각유로(510)가 금속프레임 위에 위치한 배터리모듈의 길이방향을 따라 나란하게 형성되고, 공기덕트(500)의 타단에 형성된 배출공(530)은 하우징(200)의 일면에 형성되는 배출구(230)와 연통된다. 이때, 배터리팩(100)의 하우징(200)은 복수개의 유입구(220)와 배출구(230)가 형성 가능하며, 하우징(200)의 일면에 유입구(220)와 배출구(230)가 번갈아 형성되고, 타면에 배출구(230)와 유입구(220)가 번갈아 형성된다. 이렇게 하여 냉각유로(510)의 광폭부(511)와 협폭부(512)가 교차되게 위치하게 되고, 제1의 구성에서는 광폭부(511)가 위치한 일면의 냉각효율이 증가하고, 제2의 구성에서는 광폭부(511)가 위치한 타면의 냉각효율이 증가하게 되어, 배터리팩(100)의 양면에서 냉각효율의 향상이 이루어지게 된다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 개시의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 않는다. 본 개시의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 배터리팩
20 : 하우징
30 : 금속프레임
40 : 배터리모듈
100 : 배터리팩
200 : 하우징 220 : 유입구
230 : 배출구
300 : 금속프레임
500 : 공기덕트 501 : 전도부
502 : 대류부 510 : 냉각유로
511 : 냉각유로의 광폭부 512 : 냉각유로의 협폭부
520 : 유입공 530 : 배출공

Claims (6)

  1. 전기자동차의 배터리팩(100)에 있어서,
    냉매가 출입할 수 있는 유입구(220)와 배출구(230)가 형성된 하우징(200),
    상기 하우징(200) 내부에 배치된 금속프레임(300),
    상기 금속프레임(300)의 상부에 배치되어 외부로부터 유입된 냉매가 내부에서 유동 되도록 하는 공기덕트(500),
    상기 공기덕트(500) 위에 배치된 배터리모듈을 포함하고,
    상기 공기덕트(500)는,
    상기 배터리모듈의 냉각을 위해 형성된 다수의 냉각유로(510);
    상기 냉각유로(510)에 냉매가 유입되도록 형성된 유입공(520); 및
    상기 냉각유로(510)를 통과한 냉매가 배출되도록 형성된 배출공(530)을 포함하고,
    상기 냉각유로(510)는 상기 배터리모듈의 길이방향을 따라 동일한 폭을 가지는 광폭부(511), 및 상기 배터리모듈의 길이방향을 따라 동일한 폭을 가지는 협폭부(512)를 포함하되, 상기 광폭부(511)가 상기 협폭부(512) 보다 폭이 넓게 형성되어 있으며,
    상기 공기덕트(500)는 상기 배터리모듈의 길이방향을 따라 형성되되, 복수 개가 형성되는 것을 특징으로 하는 공기덕트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공기덕트(500)는 상기 냉각유로(510)의 상부 전체가 덮이는 전도부(501)로 이루어지거나,
    상기 냉각유로(510)의 상부 전체가 덮이지 않은 대류부(502)로 이루어지거나,
    상기 전도부(501)와 상기 대류부(502)가 번갈아 나타나는 것을 특징으로 하는 공기덕트.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    복수 개의 상기 공기덕트(500)는 상기 냉각유로(510)의 상기 광폭부(511)와 상기 협폭부(512)의 위치가 교차되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 공기덕트.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매는 공기인 것을 특징으로 하는 공기덕트.
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