KR101855101B1 - 폐순환 배터리 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 폐순환 배터리 냉각장치에 있어서, 상기 배터리 냉각장치의 구성요소들을 내부에 포함하고, 외부의 공기가 유입되지 않게 밀폐되어 있는 하우징, 상기 하우징의 내부에 위치하는 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈에 냉각된 기체가 유입되는 흡기구를 포함하는 인렛덕트, 상기 배터리모듈의 내부에 있는 기체를 송출하는 배기구를 포함하고, 기체의 흡입 및 배출을 위한 송출팬, 일측이 상기 배기구에 연결되고, 타측이 상기 흡기구에 연결되어, 기체를 전달하는 루프덕트, 상기 루프덕트에 연결하여 가열된 기체를 냉각하는 열교환기 및 상기 열교환기를 냉각시키기 위한 냉각유체가 이동하는 파이프를 포함하 것을 특징으로 한다.

Description

폐순환 배터리 냉각 장치{Device for closed-loop cooling battery }

본 발명은 폐순환 배터리 냉각 장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 외부의 공기가 밀폐형 케이스 내부로 유입되는 것을 차단하여 배터리의 안정성을 높이는 배터리 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이고, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원의 경우에는 상기 전지 셀을 수십 개 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

상기 이차 전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적인 형상으로는 파우치형이나 원통형, 각형을 들 수 있으며, 파우치형의 경우 그 형상이 비교적 자유롭고 무게가 가벼워서 최근들어 슬림과 경량화되는 휴대용 전자기기용으로 많이 사용되고 있다.

상기 파우치형 이차 전지의 경우 케이스는 후막의 금속재로 성형한 원형이나 각형과는 달리 박막의 금속 필름과 그 양면에 절연성 필름이 부착되어 자유롭게 구부림이 가능한 구조로 되어 있으며, 내부에는 상기 전극군이 수용가능한 공간부가 형성되어 있다.

상기 파우치형 이차 전지가 적용되는 하이브리드 차량의 배터리는 얇은 판형 구조로 된 셀들을 하나의 모듈로만들어 사용되고 있고, 하이브리드 차량의 사양에 따라 다수의 모듈을 직렬로 연결하여 패키지를 구성한다.

상기 다수의 모듈이 직렬로 연결된 패키지는 충방전 시 셀에서 열이 발생되고 있고, 상기 셀의 온도에 따라 배터리의 충방전 전력이 달라지게 된다.

따라서, 배터리의 내부온도가 예를 들어 25~40도로 운전되도록 셀의 온도를 적절한 범위로 유지하여야 한다.

종래의 배터리 냉각구조는 배터리 팩이 조밀하게 수납되는 내부 케이스와, 상기 배터리 팩의 배터리를 제어하는 제어부품이 설치될 설치부를 구비함과 아울러 상기 내부 케이스를 수용하는 외부 케이스와, 상기 외부 케이스에 설치되어 상기 내부 케이스에 수납된 배터리 팩을 냉각시키는 쿨링 팬을 포함하여 이루어진 배터리 케이스를 제공한다.

종래의 배터리 냉각구조는 외부의 공기를 상기 쿨링 팬을 이용하여, 상기 외부 케이스의 내부에 위치한 상기 배터리 팩을 냉각하여 외부에 공기에 함유되어 있던 수분이 유입되어 상기 배터리 팩의 내부에 수분으로 인한 전기적인 쇼트가 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 외부의 공기를 이용하여, 상기 배터리 팩을 일정온도를 유지시킬 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 상기 배터리 팩에서 셀의 발화와 같은 유사시 유해가스가 상기 외부케이스의 외부로 유출되는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제 10-2011-0003912호(2011.01.13)에 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제 10-2011-0003912호(2011.01.13)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 배터리모듈의 전기적인 쇼트현상을 방지할 수 있고, 배터리모듈의 온도를 유지할 수 있으며, 배터리 모듈에서 발생하는 유해가스가 외부로 누출되지 않는 폐순환 배터리 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 폐순환 배터리 냉각장치에 있어서, 상기 배터리 냉각장치의 구성요소들을 내부에 포함하고, 외부의 공기가 유입되지 않게 밀폐되어 있는 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈에 냉각된 기체가 유입되는 흡기구를 포함하는 인렛덕트; 상기 배터리모듈의 내부에 있는 기체를 송출하는 배기구를 포함하고, 기체의 흡입 및 배출을 위한 송출팬; 일측이 상기 배기구에 연결되고, 타측이 상기 흡기구에 연결되어, 기체를 전달하는 루프덕트; 상기 루프덕트에 연결하여 가열된 기체를 냉각하는 열교환기; 및 상기 열교환기를 냉각시키기 위한 냉각유체가 이동하는 파이프를 포함하며, 상기 루프덕트는, 일부가 상기 하우징 내부에 위치하며, 일부가 상기 하우징의 외부로 돌출되는 형태로 제작되고, 상기 인렛덕트는, 상기 배터리 모듈에 설치되어 상기 루프덕트에서 전달되는 냉각풍을 흡기구를 통해 상기 배터리 모듈에 직접 전달하며, 상기 송출팬은 상기 하우징 내부 상기 배기구의 전단에 배치되고, 상기 열교환기는, 상기 루프덕트는 외부로 돌출된 부분 내부에 위치하되, 상기 흡기구 측 하우징에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 루프덕트는 일부가 상기 하우징의 외부에 돌출되는 형태로 제작되고, 상기 루프덕트는 외부로 돌출된 부분 내부에 상기 열교환기가 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 루프덕트는 상기 하우징으로부터 외부로 돌출되는 부분에 밀봉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폐순환 배터리 냉각장치는 상기 루프덕트와 상기 배터리모듈을 순환하는 기체가 비가연성가스인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐순환 배터리 냉각장치는 외부의 공기가 하우징 내부로 유입되지 않아 배터리모듈의 내부에 수분이 침투하지 않아 전기적인 쇼트현상을 방지할 수 있고, 열교환기를 사용하여 냉각기체의 온도를 조절하여 배터리모듈의 온도를 유지할 수 있으며, 배터리 모듈에서 발생하는 유해가스가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 배터리 냉각 장치 개략도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1을 이용하여 본 발명의 폐순환 배터리 냉각장치(100)에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명의 폐순환 배터리 냉각장치(100)는 크게 하우징(110), 배터리모듈(120), 인렛덕트(130), 송출팬(140), 루프덕트(150), 열교환기(160)를 포함한다.

상기 하우징(110)은 상기 배터리 냉각장치(100)의 구성요소들을 내부에 포함하고 있으며, 외부의 공기가 유입되지 않게 밀폐되어 형성된다.

상기 배터리모듈(120)은 상기 하우징(110)의 내부에 위치한다.

상기 인렛덕트(130)는 상기 배터리모듈(120)에 설치되어 있으며, 냉각된 기체가 유입되는 흡기구(131)가 형성되어 있다.

이때, 상기 흡기구(131)에서 냉각된 기체가 유입되어 상기 배터리모듈(120)을 냉각하게 된다.

상기 송출팬(140)은 상기 배터리모듈(120)의 내부에 있는 기체를 흡입하여 외부로 배출하는 역할을 하며, 상기 송출팬(140)은 기체가 외부로 배출되는 배기구(141)가 형성되어 있다.

즉, 상기 배터리모듈(120)에서 발생되는 열을 흡수하여 상대적으로 높은 온도의 기체를 상기 배기구(141)를 통해 외부로 배출하게 된다.

상기 루프덕트(150)는 일측이 상기 배기구(141)에 연결되어 있고, 타측이 상기 흡기구(131)에 연결되어, 상기 배기구(141)에서 나온 기체를 상기 흡기구(131)로 송출한다.

상기 열교환기(160)는 상기 루프덕트(150)에 연결하여 상기 배기구(141)에서 나온 가열된 기체를 냉각하여 상기 흡기구(131)로 송출하는 통로역할을 한다.

또한, 상기 열교환기(160)는 고온의 기체를 저온의 기체로 냉각시키는 장치로서, 일반적으로 사용되는 라디에이터와 같이 냉각유체를 공급받아 공기를 냉각시키는 장치로서, 일반적으로 많이 사용되고 있는 장치이므로 열교환기(160)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이때, 상기 열교환기(160)는 상기 흡기구(131)에 가까운 곳에 위치하여, 냉각된 기체를 열손실이 없이 바로 상기 흡기구(131)로 전달하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 루프덕트(150)는 일부가 상기 하우징(110)의 외부로 돌출되는 형태로 제작되고, 상기 루프덕트(150)는 외부로 돌출된 부분 내부에 상기 열교환기(160)가 위치한다.

또한, 상기 열교환기(160)는 상기 파이프(161)와 연결되어 냉각유체를 공급받아 기체를 냉각한다.

이때, 상기 파이프(161)가 상기 열교환기(160)에 연결될 경우, 상기 루프덕트(150)를 관통하게 되며, 관통되는 부분에 밀봉하여 외부의 공기가 상기 루프덕트(150)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 루프덕트(150)가 외부로 돌출되는 부분에 외부공기가 상기 하우징(110) 내부로 유지되지 않게 밀봉되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 열교환기(160)가 상기 루프덕트(150)의 외부로 돌출된 부분에 위치하여, 상기 열교환기(160)의 낮은 온도로 인해 생성될 수 있는 수분이 상기 하우징(110) 내부에 형성되는 것이 아니라, 상기 하우징(110) 외부에 형성되어 수분이 상기 하우징(110) 내부에 형성되어 본 발명의 구성요소들이 부식되는 것을 막을 수 있다.

또한, 상기 루프덕트와 상기 배터리모듈을 순환하는 기체가 질소와 같은 비가연성기체를 사용하여 상기 배터리모듈에서 스파크가 발생할 경우 화재나 폭발이 발생하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 폐순환 배터리 냉각장치(100)는 외부의 공기가 상기 하우징(110) 내부로 유입되지 않아 상기 배터리모듈(120)의 내부에 수분이 침투하지 않아 전기적인 쇼트현상을 방지할 수 있고, 상기 열교환기(160)를 사용하여 냉각기체의 온도를 조절하여 상기 배터리모듈(120)의 온도를 유지할 수 있으며, 상기 배터리모듈(120)에서 발생하는 유해가스가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

100 : 배터리 냉각장치
110 : 하우징 120 : 배터리모듈
130 : 인렛덕트 131 : 흡기구
140 : 송출팬 141 : 배기구
150 : 루프덕트 160 : 열교환기
161 : 파이프

Claims (4)

1. 배터리 냉각장치에 있어서,
   상기 배터리 냉각장치의 구성요소들을 내부에 포함하고, 외부의 공기가 유입되지 않게 밀폐되어 있는 하우징;
   상기 하우징의 내부에 위치하는 배터리 모듈;
   상기 배터리 모듈에 냉각된 기체가 유입되는 흡기구를 포함하는 인렛덕트;
   상기 배터리모듈의 내부에 있는 기체를 송출하는 배기구를 포함하고, 기체의 흡입 및 배출을 위한 송출팬;
   일측이 상기 배기구에 연결되고, 타측이 상기 흡기구에 연결되어, 기체를 전달하는 루프덕트;
   상기 루프덕트에 연결하여 가열된 기체를 냉각하는 열교환기; 및
   상기 열교환기를 냉각시키기 위한 냉각유체가 이동하는 파이프를 포함하며,
   상기 루프덕트는, 일부가 상기 하우징 내부에 위치하며, 일부가 상기 하우징의 외부로 돌출되는 형태로 제작되고,
   상기 인렛덕트는, 상기 배터리 모듈에 설치되어 상기 루프덕트에서 전달되는 냉각풍을 흡기구를 통해 상기 배터리 모듈에 직접 전달하며,
   상기 송출팬은 상기 하우징 내부 상기 배기구의 전단에 배치되고,
   상기 열교환기는, 상기 루프덕트는 외부로 돌출된 부분 내부에 위치하되, 상기 흡기구 측 하우징에 인접하여 배치되는, 폐순환 배터리 냉각장치.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 루프덕트는 상기 하우징으로부터 외부로 돌출되는 부분에 밀봉되는 것을 특징으로 하는 폐순환 배터리 냉각장치.
   
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 폐순환 배터리 냉각장치는 상기 루프덕트와 상기 배터리모듈을 순환하는 기체가 비가연성가스인 것을 특징으로 하는 폐순환 배터리 냉각장치.

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