KR101855685B1

KR101855685B1 - 배터리 냉각장치

Info

Publication number: KR101855685B1
Application number: KR1020150103100A
Authority: KR
Inventors: 엄희철
Original assignee: 주식회사 아모텍
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2018-05-09
Also published as: KR20170012639A

Abstract

본 발명의 배터리 냉각장치는 배터리 팩에 설치되고 상기 배터리 팩을 통과한 공기가 흡입되는 흡입구 및 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 외부로 토출되는 토출구가 구비되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 간격을 두고 설치되어 상기 흡입구를 통해 공기를 흡입하여 상기 토출구를 통해 공기를 토출하는 복수의 냉각팬과, 상기 하우징 내부에 설치되고, 복수의 냉각팬과 전기적으로 연결되어, 상기 냉각팬의 동작을 제어하는 메인 PCB와, 상기 복수의 냉각팬에 각각 장착되어 상기 냉각팬과 전원 연결되는 서브 PCB를 포함하고, 상기 서브 PCB 중 적어도 하나는 상기 메인 PCB와 분리되고 상기 메인 PCB와 터미널로 연결되어, 냉각팬 및 서브 PCB의 교체가 편리하다.

Description

배터리 냉각장치{COOLING SYSTEM FOR BATTERY}

본 발명은 배터리 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 충방전시 발생되는 열을 냉각하는 배터리 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기 자동차나 하이브리드 자동차에는 고용량 배터리가 장착되어 모터 및 자동차의 전기장치에 전력을 공급하고 자동차의 주행시 생성되는 전기 에너지가 배터리에 충전된다.

배터리는 충전과 방전을 반복하는 동안 발열하게 되고 배터리의 온도가 급격하게 상승할 경우 배터리의 수명이 단축되기 때문에 배터리 냉각 시스템을 필요로 한다.

종래의 차량용 배터리 냉각장치는 등록특허공보 10-1264623(2013년 05월 09일)에 개시된 바와 같이, 배터리를 내장한 배터리 하우징 내부의 더운 공기를 외부로 배출시켜 배터리를 냉각하는 것으로, 상기 배터리하우징에 상호 일정간격 이격되어 연통되게 연결됨과 아울러 배터리하우징 내의 공기를 흡입하여 토출하도록 내부에 송풍팬을 각각 구비한 복수개의 송풍장치와, 상기 복수개 송풍장치를 연통되게 연결함과 아울러 각 송풍장치에서 토출된 공기를 합류시켜 토출하는 합류부를 포함하고, 상기 송풍장치는 상기 송풍팬으로부터 송풍되는 공기가 유동하도록 송풍팬의 둘레에 스크롤 형태의 공기유로를 형성함과 아울러 상기 배터리하우징과 마주하는 일측면에는 배터리하우징으로부터 흡입되는 공기를 송풍팬의 내측으로 안내하는 인렛링이 형성되고 타측면에는 상기 송풍팬을 구동하도록 모터를 내장한 모터하우징이 결합된 스크롤부와, 상기 스크롤부로부터 연장 형성되어 상기 합류부의 외주면에 연결됨과 아울러 상기 스크롤부를 따라 유동하는 공기를 합류부 내로 토출하는 토출부로 이루어진다.

이와 같은 배터리 냉각장치는 배터리 하우징이 한 쌍으로 구비되고, 한 쌍의 배터리 하우징 각각에 송풍팬이 구비되며, 중간에 합류부가 구비되어 한 쌍의 송풍팬에서 송풍되는 공기가 합류된 후 배출덕트를 통해 외부로 배출된다.

이러한 배터리 냉각장치는 하나의 배터리 팩에 하나의 송풍팬이 구비되고 별도로 구비되는 배출덕트를 통해 공기가 외부로 배출되기 때문에 사이즈가 커지게 되고, 이에 따라 냉각장치 설치공간이 커지는 문제가 있다.

또한, 종래의 배터리 냉각장치는 하나의 배터리에 하나의 냉각팬이 설치되고 하나의 흡입구를 통해 공기가 흡입되기 때문에 흡입구와 가까운 부분은 흡입력이 강하고 흡입구와 멀어지는 부분은 흡입력이 약해서 배터리가 국부적으로 냉각되고, 이에 따라 배터리의 수명이 단축되는 문제가 있다.

또한, 종래의 배터리 냉각장치는 한 쌍의 송풍팬을 제어하기 위한 PCB가 송풍팬 각각에 설치되므로 구조가 복잡해지는 문제가 있다.

등록특허공보 10-1264623(2013년 05월 09일)

본 발명의 목적은 복수의 냉각팬에 의해 배터리 냉각을 수행함으로써, 배터리의 균일한 냉각이 가능하고, 하나의 하우징에 복수의 냉각팬이 설치되어 소형화가 가능한 배터리 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 복수의 냉각팬이 하나의 메인 PCB에 연결되어 조립공정을 단순화할 수 있고 복수의 냉각팬의 전원 연결을 하나의 PCB에 통합함으로써, 배선을 단순화할 수 있는 배터리 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 복수의 냉각팬에 설치되어 전원 연결되는 서브 PCB 중 적어도 하나가 메인 PCB와 터미널로 연결되어 냉각팬의 교체가 편리한 배터리 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 배터리 냉각장치는 배터리 팩에 설치되고 상기 배터리 팩을 통과한 공기가 흡입되는 흡입구 및 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 외부로 토출되는 토출구가 구비되는 하우징, 상기 하우징 내부에 간격을 두고 설치되어 상기 흡입구를 통해 공기를 흡입하여 상기 토출구를 통해 공기를 토출하는 복수의 냉각팬, 상기 하우징 내부에 설치되고, 복수의 냉각팬과 전기적으로 연결되어, 상기 냉각팬의 동작을 제어하는 메인 PCB 및 상기 복수의 냉각팬에 각각 장착되어 상기 냉각팬과 전원 연결되는 서브 PCB를 포함하고, 상기 서브 PCB 중 적어도 하나는 상기 메인 PCB와 분리되고 상기 메인 PCB와 터미널로 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각팬은 상기 하우징에 간격으로 두고 배치되는 제1냉각팬, 제2냉각팬 및 제3냉각팬을 포함하고, 상기 서브 PCB는 상기 제1냉각팬에 전원 연결되도록 상기 제1냉각팬에 고정되는 제1서브 PCB와, 상기 제2냉각팬에 전원 연결되도록 제2냉각팬에 고정되는 제2서브 PCB와, 상기 제3냉각팬에 전원 연결되도록 제3냉각팬에 고정되는 제3서브 PCB를 포함할 수 있다.

상기 서브 PCB는 그 중앙에 상기 냉각팬의 회전축이 통과하는 관통홀이 형성되고, 상기 냉각팬과 전기적으로 연결되는 복수의 단자가 장착될 수 있다.

상기 제1서브 PCB는 상기 메인 PCB에 일체로 형성되고, 상기 제2서브 PCB 및 상기 제3서브 PCB는 제1터미널 및 제2터미널에 의해 메인 PCB와 연결될 수 있다.

상기 제1서브 PCB, 제2서브 PCB 및 제3서브 PCB는 상기 메인 PCB와 별도로 형성되고, 제1터미널, 제2터미널 및 제3터미널에 의해 메인 PCB와 연결될 수 있다.

상기 하우징의 내부에는 상기 냉각팬의 축방향으로 유입되는 공기를 반경방향으로 토출하도록 공기 흐름을 가이드하는 가이드부와, 상기 가이드부의 상측에 형성되어 상기 냉각팬에서 송풍되는 공기가 유입되는 덕트부가 형성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 배터리 냉각장치는 복수의 냉각팬에 의해 배터리 냉각을 수행함으로써, 배터리의 균일한 냉각이 가능하고, 하나의 하우징에 복수의 냉각팬이 설치되어 소형화가 가능하다.

본 발명의 배터리 냉각장치는 복수의 냉각팬이 하나의 메인 PCB에 연결되어 조립공정을 단순화할 수 있고 복수의 냉각팬의 전원 연결을 하나의 PCB에 통합함으로써, 배선을 단순화할 수 있다.

본 발명의 배터리 냉각장치는 복수의 냉각팬에 설치되어 전원 연결되는 서브 PCB 중 적어도 하나가 메인 PCB와 터미널로 연결되어 냉각팬의 교체가 편리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 냉각장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 냉각장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 냉각장치가 배터리 팩에 설치된 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 냉각장치의 하우징 및 냉각팬을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 PCB 및 서브 PCB를 보여주는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 메인 PCB 및 서브 PCB를 보여주는 평면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 배터리 냉각장치는 배터리 팩(100)의 측면에 설치되고, 배터리 팩(100)을 통과한 공기가 흡입되는 흡입구(30) 및 공기가 외부로 토출되는 토출구(40)가 구비되는 하우징(10)과, 하우징(10)에 간격을 두고 복수로 설치되어 송풍력을 발생시키는 냉각팬(20)과, 하우징(10)에 설치되고 냉각팬(20)에 전기적으로 연결되어 냉각팬(20)의 제어 및 전원을 공급하는 메인 PCB(50)를 포함한다.

배터리 팩(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀(110)이 간격을 두고 배치되어 하나의 배터리 팩(100)을 형성하고, 배터리 팩(100)의 일면에는 냉각장치(200)가 설치된다. 냉각장치(200)가 구동되면 배터리 셀(110) 사이의 공간으로 공기가 흡입되어 배터리 셀(110) 사이를 통과하면서 각각의 배터리 셀(110)을 냉각한다.

그리고, 배터리 팩(100)의 타면 즉, 냉각장치(200)가 설치되는 측면의 반대쪽 측면에는 외부의 공기가 흡입되는 흡입 덕트(120)가 별도로 설치될 수 있다.

하우징(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 토출구(40)가 형성되고 냉각팬(20) 및 메인 PCB(50)가 설치되는 제1하우징(12)과, 제1하우징(12)에 결합되고 흡입구(30)가 형성되는 제2하우징(14)을 포함한다.

냉각팬(20)은 하우징(10)에 일정 간격으로 설치되는 제1냉각팬(22), 제2냉각팬(24) 및 제3냉각팬(26)으로 구성될 수 있다. 이러한 냉각팬(20)은 배터리 팩(100)의 사이즈에 따라 2개 또는 3개 이상으로 구성되는 것도 가능하다.

하우징(10)의 내부에는 복수의 냉각팬(20)이 배치되고 냉각팬(20)의 축방향으로 유입되는 공기를 반경방향으로 토출하도록 공기 흐름을 가이드하는 가이드부(62)가 냉각팬(20)의 개수와 동일한 개수로 형성된다.

일 예로, 냉각팬(20)이 3개일 경우 가이드부(62)는 냉각팬의 개수와 동일하게 3 개가 형성된다.

가이드부(62)의 상측에는 복수의 냉각팬(20)에서 송풍되는 공기가 모아지는 덕트부(66)가 형성되고, 하우징(10)의 후방에는 덕트부(66)에 모아진 공기가 후방으로 토출하는 토출구(40)가 형성된다.

상기 토출구(40)는 제1토출구(42)와 제2토출구(44)로 형성될 수 있다. 이러한 토출구(40)는 하나의 토출구로 형성될 수 있고, 냉각팬(20)의 개수와 동일한 세 개의 토출구로 형성될 수 있다.

한편, 도시하지는 않았으나 이러한 토출구(40)는 하우징(10)의 상방으로 공기가 토출되도록 하우징(10)의 상방에 형성되는 것도 가능하다.

본 발명의 냉각장치는 자동차 등의 배터리가 설치되는 부분의 특성에 맞게 토출구의 위치를 하우징의 후방 및 하우징의 상측방향 나아가 하우징의 전방으로도 형성할 수 있다.

하우징(10)의 전면은 배터리 팩(100)의 일면에 밀착된다. 배터리 팩(100)에 부착되는 하우징(10)의 전면에는 내측으로 오목하게 들어간 형태의 공간부(16)가 형성되어 배터리 셀(110) 사이를 통과한 공기가 공간부(16)로 유입될 수 있도록 한다.

즉, 하우징(10)의 전면 가장자리 부분은 배터리 팩(100)의 일면에 밀착되어 공기가 새는 것을 방지하고, 배터리 셀(110) 사이를 통과한 공기가 공간부(16)로 유입되고 공간부(16)에 형성되는 복수의 흡입구(30)를 통해 흡입된다.

그리고, 하우징(10)의 전면에는 냉각팬(20)과 동일한 개수의 흡입구(30)가 형성된다. 즉, 흡입구(30)는 제1냉각팬(22)으로 공기가 흡입되는 제1흡입구(32)와, 제2냉각팬(24)으로 공기가 흡입되는 제2흡입구(34)와, 제3냉각팬(26)으로 공기가 흡입되는 제3흡입구(36)를 포함한다.

본 발명의 냉각장치는 복수의 냉각팬(30)이 구비되어 배터리 팩(100)의 일면에 배치되기 때문에 배터리 셀(110)의 전체 면에 고르게 공기가 분포될 수 있어 배터리 셀(110)이 국부적으로 냉각되는 것을 방지한다. 즉, 냉각팬(20)이 3 개일 경우, 흡입구(30)도 3개로 구성되고 3 개의 흡입구(30)가 배터리 팩(100)의 일면에 일정 간격으로 배치되므로 배터리 셀(110)의 전체면에 걸쳐 고르게 공기가 분포될 수 있다.

기존의 냉각장치와 같이, 공기가 흡입되는 흡입구가 하나일 경우 흡입구의 중앙부분은 흡입력이 강하게 되고, 흡입구의 가장자리로 갈수록 흡입력이 떨어진다. 따라서, 배터리 셀(110)의 중앙부분은 공기 송풍량이 많아 빠르게 냉각되고, 배터리 셀(110)의 가장자리 부분은 공기 송풍량이 상대적으로 적어 천천히 냉각된다.

이와 같이, 배터리 셀(110)이 위치에 따라 냉각 속도가 서로 다르면 배터리 셀(110)의 위치에 따라 온도가 달라지게 되고, 이에 따라 배터리 셀(110)의 수명이 단축될 수 있다.

본 발명의 냉각장치는 복수의 냉각팬(20) 및 복수의 흡입구(30)가 구비되어 배터리 셀(110)의 전체면에 걸쳐 고르게 공기가 송풍되도록 하여 배터리 셀(110)의 국부적인 냉각을 방지한다.

냉각팬(20)은 하우징(10)에 장착된 지지부(72)에 회전 가능하게 지지되는 회전축(74)과, 지지부(72)의 외주면에 고정되고 PCB(50)가 연결되는 스테이터(80)와, 회전축(74)에 고정되어 회전축(74)과 같이 회전되는 로터(82)와, 로터(82)에 설치되어 축방향으로 공기가 흡입되고 반경방향으로 공기가 토출되는 블레이드(84)를 포함한다.

스테이터(80)는 지지부(72)의 외주면에 고정되는 스테이터 코어(73)와, 스테이터 코어(73)에 권선되는 코일(75)을 포함한다.

로터(82)는 스테이터(80)의 외주면에 일정 갭을 두고 환형으로 배열되는 마그넷(77)과, 마그넷(77)이 고정되고 블레이드(84)가 일체로 형성되는 로터 지지체(79)를 포함한다.

지지부(72)의 내부에는 제1베어링(86) 및 제2베어링(88)이 장착되어 회전축(74)을 회전 가능하게 지지한다.

메인 PCB(50)는 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(10)의 내부에 하나의 보드로 배치되고, 제1냉각팬(22), 제2냉각팬(24) 및 제3냉각팬(26)이 메인 PCB(50)에 전기적으로 연결된다.

하우징(10) 내부에는 메인 PCB(50)가 설치되는 PCB 수납부(250)가 형성되고, 메인 PCB(50)를 PCB 수납부(250)에 배치한 후 제1하우징(12)과 제2하우징(14)을 조립하면 메인 PCB(50)가 하우징(10) 내부에 고정된다.

그리고, PCB 수납부(250)에는 메인 PCB(50)가 이탈되는 것을 방지하기 위한 메인 PCB가 끼움 결합되는 이탈 방지홈이나 후크부가 형성될 수 있다.

따라서, 메인 PCB(50)를 하우징(10)에 고정하기 위해 별도의 볼트나 고정용 부품이 불필요하여 조립공정을 단순화하고 부품수를 줄일 수 있다.

복수의 냉각팬(20)에는 각각 전원 연결을 위한 서브 PCB(92,94,96)가 고정되고, 복수의 서브 PCB(92,94,96) 중 적어도 하나는 메인 PCB(50)와 분리되게 형성되고, 터미널(260,270)에 의해 연결된다.

서브 PCB(92,94,96)는 제1냉각팬(22)에 전원 연결되도록 제1냉각팬(22)에 고정되는 제1서브 PCB(92)와, 제2냉각팬(24)에 전원 연결되도록 제2냉각팬(24)에 고정되는 제2서브 PCB(94)와, 제3냉각팬(26)에 전원 연결되도록 제3냉각팬(26)에 고정되는 제3서브 PCB(96)를 포함한다.

이러한 서브 PCB(92,94,96)는 일 실시예로서, 제1서브 PCB(92)는 메인 PCB(50)에 일체로 형성되고, 제2서브 PCB(94)는 메인 PCB(50)와 별도로 형성되어 제1터미널(260)로 연결되고, 제3서브 PCB(96)는 메인 PCB(50)와 별도로 형성되어 제2터미널(270)로 연결된다.

서브 PCB(92,94,96)의 다른 실시예로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1서브 PCB(92)는 메인 PCB(50)와 별도로 형성되어 제1터미널(162)에 의해 전기적으로 연결되고, 제2서브 PCB(94)는 메인 PCB(50)와 별도로 형성되어 제2터미널(164)에 의해 전기적으로 연결되고, 제3서브 PCB(96)는 메인 PCB(50)와 별도로 형성되어 제3터미널(166)에 의해 전기적으로 연결된다.

서브 PCB(92,94,96)는 냉각팬(20)의 스테이터(80)의 하면에 고정될 수 있도록 원판 형태로 형성되고 그 중앙에는 냉각팬(20)의 회전축(74)이 통과하는 관통홀(98)이 형성된다.

그리고, 서브 PCB(92,94,96)의 냉각팬(20)의 스테이터(80)와 접촉되는 일면에는 단자(52,54)가 형성되고, 단자(52,54)는 스테이터(80)에 전기적으로 연결된다. 즉, 서브 PCB(92,94,96)를 냉각팬(20)에 조립하면, 스테이터(80)의 코일(75)이 단자(52,54)와 접촉되어 전기적으로 연결된다.

이와 같이, 본 발명의 배터리 냉각장치는 서브 PCB(92,94,96) 중 적어도 하나는 메인 PCB(50)와 별도로 제조되어 메인 PCB(50)와 터미널(260,270)에 의해 연결됨으로써, 냉각팬(20)에 손상이 발생되거나 서브 PCB(92,94,96)에 이상이 발생될 경우 교체작업을 편리하게 할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

10: 하우징 12: 제1하우징
14: 제2하우징 20: 냉각팬
30: 흡입구 40: 토출구
50: PCB 52,54: 단자
72: 지지부 74: 회전축
80: 스테이터 82: 로터
84: 블레이드 92: 제1서브 PCB
94: 제2서브 PCB 96: 제3서브 PCB
260: 제1터미널 270: 제2터미널

Claims

배터리 팩에 설치되고 상기 배터리 팩을 통과한 공기가 흡입되는 흡입구 및 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 외부로 토출되는 토출구가 구비되는 하우징;
상기 하우징 내부에 간격을 두고 설치되어, 상기 흡입구를 통해 공기를 흡입하여 상기 토출구를 통해 공기를 토출하는 복수의 냉각팬;
상기 하우징 내부에 설치되고, 상기 복수의 냉각팬과 전기적으로 연결되어 상기 복수의 냉각팬의 동작을 제어하는 하나의 메인 PCB; 및
각 냉각팬의 스테이터가 고정되고, 중앙에는 각 냉각팬의 회전축이 통과하는 관통홀이 형성되어 있으며, 각 냉각팬의 스테이터와 전기적으로 연결되는 단자가 형성되는 복수의 서브 PCB;를 포함하고,
상기 하우징의 내부에는 상기 각 냉각팬의 축방향으로 유입되는 공기를 반경방향으로 토출하도록 공기 흐름을 가이드하는 가이드부와, 상기 가이드부의 상측에 형성되어 상기 각 냉각팬에서 송풍되는 공기가 유입되는 덕트부가 형성되어 있고,
상기 토출구는 상기 하우징의 후방에 형성되어 상기 하우징의 후방으로 공기를 배출하거나, 또는 상기 하우징의 상방에 형성되어 상기 하우징의 상방으로 공기를 배출하며,
상기 복수의 냉각팬은 상기 하우징에 간격을 두고 배치되는 제1냉각팬, 제2냉각팬 및 제3냉각팬을 포함하고,
상기 복수의 서브 PCB는 상기 제1냉각팬에 전원 연결되도록 상기 제1냉각팬에 고정되는 제1서브 PCB와, 상기 제2냉각팬에 전원 연결되도록 상기 제2냉각팬에 고정되는 제2서브 PCB와, 상기 제3냉각팬에 전원 연결되도록 상기 제3냉각팬에 고정되는 제3서브 PCB를 포함하며,
상기 제1서브 PCB, 제2서브 PCB 및 제3서브 PCB는 상기 메인 PCB와 별도로 형성되고, 상기 제1서브 PCB, 제2서브 PCB 및 제3서브 PCB 각각은, 제1터미널, 제2터미널 및 제3터미널에 의해 상기 메인 PCB와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
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제1항에 있어서,
상기 냉각팬은 상기 하우징에 형성된 지지부에 회전 가능하게 지지되는 회전축과,
상기 지지부의 외주면에 고정되고 상기 PCB가 연결되는 스테이터와,
상기 회전축에 고정되어 회전축과 같이 회전되는 로터와,
상기 로터에 설치되어 축방향으로 공기가 흡입되고 반경방향으로 공기가 토출되는 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.