KR101877996B1 - 배터리 시스템 - Google Patents

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KR101877996B1
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Abstract

공기출입이 차단된 밀폐형 하우징; 상기 하우징 내부공간의 전방과 후방에 각각 마련되어 중앙으로 공기를 흡입/토출한 후 양측방으로 토출/흡입하는 송풍기; 상기 양 송풍기의 사이에 복수의 행을 이루도록 배치되며 각 행마다 전후방을 관통하는 통기홀이 연속적으로 형성되고, 하우징 중앙에 위치하는 행과 행 사이는 일정거리 이격되어 공기가 섞이는 믹싱구간을 형성하는 배터리팩; 및 상기 송풍기 양측방의 공기 유동 경로에 마련된 펠티어소자;를 포함하는 배터리 시스템이 소개된다.

Description

배터리 시스템 {BATTERY SYSTEM}
본 발명은 차량 등에 활용되는 배터리의 냉각 또는 난방을 통하여 효율성을 높이는 배터리 시스템에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 문제로서 내연기관을 전기기관으로 대체하고자 하는 움직임이 많은 산업분야에서 발생되고 있다. 그리고 이러한 전기기관에서의 연료역할은 바로 배터리가 담당하고 있는데, 특히 차량의 경우 연비나 내구성의 측면에서 전기차 및 하이브리드 차량의 배터리 온도를 상승/냉각시킴으로써 배터리의 상태를 최적으로 유지시킬 필요가 있다.
그러나 종래의 배터리 냉난방 기술의 대부분은 배터리를 냉각하기 위해 차량 내부/외부의 공기를 흡입하여 배터리로 이송시켜 대류에 의한 냉각이 되도록 하였는데, 이러한 냉각과 난방이 동시에 되도록 한 배터리 냉/난방 구조에 있어서 배터리 하우징의 내부에는 배터리팩과 다른 전기 장치가 다수 구비되어 있으므로 열교환을 위한 공기 유로가 배터리팩 내부로만 한정되어 유동될 수 있도록 구성하기 위해 흡입부와 출구부에 별도의 덕트가 필요한 문제가 있었다.
또한, 배터리팩 주변으로도 별도의 flow channel이 구성되어 공기의 유로를 한정하도록 구성됨으로써 설계공간의 제약이 따르고 효율적인 냉방구조를 이루지 못한 문제가 있었던 것이다.
일 예로, KR 10-2012-0069274 A "래디얼 팬을 포함한 배터리 팩"의 경우 배터리 팩의 냉각을 위해 내부에 래디얼 팬을 설치함으로써, 냉각 공기의 유입 및 유출 방향과 수개의 배터리 셀(cell)들 사이를 통과하는 냉각 공기의 방향이 수직이 되도록 구성할 수 있어 배터리 팩의 냉각 유로를 보다 효율적으로 설계할 수 있도록 한 래디얼 팬을 포함한 배터리 팩에 관한 것인데, 이러한 구조에 의하더라도 별도의 냉각기 유통을 위한 채널과 덕트를 구비해야 하기 때문에 효과적인 공간의 활용에서 떨어지고 냉각기의 흐름이 길어 냉각손실이 발생되는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2012-0069274 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 냉각기의 흐름을 최소화하고 공간의 집적도를 높여 활용도를 최상으로 높이는 배터리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 공기출입이 차단된 밀폐형 하우징; 상기 하우징 내부공간의 전방과 후방에 각각 마련되어 중앙으로 공기를 흡입/토출한 후 양측방으로 토출/흡입하는 송풍기; 상기 양 송풍기의 사이에 복수의 행을 이루도록 배치되며 각 행마다 전후방을 관통하는 통기홀이 연속적으로 형성되고, 하우징 중앙에 위치하는 행과 행 사이는 일정거리 이격되어 공기가 섞이는 믹싱구간을 형성하는 배터리팩; 및 상기 송풍기 양측방의 공기 유동 경로에 마련된 펠티어소자;를 포함한다.
상기 송풍기와 배터리팩은 상호 밀착됨으로써 송풍기는 배터리팩의 통기홀을 통해 중앙으로 공기를 흡입/토출하고 양측방으로 공기를 토출/흡입할 수 있다.
상기 송풍기와 인접하는 배터리팩의 사이에는 송풍기의 테두리를 두르는 위치에 밀폐가이드가 설치되고 밀폐가이드의 양측방에는 통풍구가 형성되어, 송풍기는 배터리팩의 통기홀을 통해 중앙으로 공기를 흡입/토출하고 양측방으로 공기를 토출/흡입할 수 있다.
상기 배터리팩과 하우징의 전단 또는 후단 사이에는 밀폐가이드 폭 만큼의 이격공간이 형성되고, 상기 펠티어소자는 이격공간에서 밀폐가이드의 통풍구에 인접하도록 마련되어 토출되는 공기를 냉각 또는 가열할 수 있다.
상기 펠티어소자에는 방열핀이 형성되며 방열핀의 방향은 토출/흡입되는 공기의 방향과 동일할 수 있다.
상기 밀폐가이드 양측방의 통풍구는 상하방향으로 엇갈리게 형성되고, 펠티어소자는 각각 하우징의 상단 또는 하단에서 통풍구에 인접하도록 마련되며, 방열핀이 하우징의 내부를 향해 형성될 수 있다.
상기 배터리팩은 복수개가 측방으로 나란히 인접하여 하나의 행을 이루고, 행을 이룬 상태에서 하우징의 상단 및 하단 내벽과 밀착될 수 있다.
상기 배터리팩은 복수개가 측방으로 나란히 인접하여 하나의 행을 이루고, 송풍기와 대면하는 측에는 배터리팩과 배터리팩의 사이에서 송풍기측으로 돌출된 격막이 형성되어 송풍기의 토출/흡입되는 공기가 인접하는 배터리팩들에 균일하게 분배될 수 있다.
상기 각각의 배터리팩은 일정 폭을 갖는 수평방향의 통기홀이 상하방향으로 복수개 이격되어 형성될 수 있다.
상기 각각의 배터리팩은 복수의 배터리셀이 수직으로 중첩되어 이루어지며, 각 배터리셀의 상면과 하면에 홈이 형성되어 중첩시 통기홀을 이룰 수 있다.
상기 송풍기는 하우징의 전단과 후단 중앙에 각각 마련되고 펠티어소자는 송풍기 양측방의 공기 유동 경로에 각각 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 시스템에 따르면, 배터리 하우징에 별도의 플로우 덕트나 채널이 불필요하여 냉난방을 위한 공간과 부품이 현저히 줄어드는 효과를 볼 수 있다.
또한, 최소한의 냉각기류 흐름을 달성하여 냉각효율의 저하를 방지할 수 있게 된다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 시스템에 대하여 살펴본다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성도로서, 본 발명의 배터리 시스템은, 공기출입이 차단된 밀폐형 하우징(100); 상기 하우징(100) 내부공간의 전방과 후방에 각각 마련되어 중앙으로 공기를 흡입/토출한 후 양측방으로 토출/흡입하는 송풍기(300); 상기 양 송풍기(300)의 사이에 복수의 행(720)을 이루도록 배치되며 각 행(720)마다 전후방을 관통하는 통기홀(760)이 연속적으로 형성되고, 하우징(100) 중앙에 위치하는 행(720)과 행(720) 사이는 일정거리 이격되어 공기가 섞이는 믹싱구간(160)을 형성하는 배터리팩(700); 및 상기 송풍기(300) 양측방의 공기 유동 경로에 마련된 펠티어소자(500);를 포함한다.
먼저, 도 1은 배터리 시스템의 사시도이며 도 2는 수평방향의 단면도이고 도 3은 수직방향의 단면도이다.
본 발명의 배터리 시스템은 밀폐형 하우징(100)으로 구성하여 외부와의 공기출입이 없는 구조이다. 물론, 제작상 일부의 손실이 있을 수는 있지만, 기본적으로는 내부에 있는 공기만으로 배터리의 냉난방을 실시하여 열유출을 최소화하고 에너지 효율성을 높이는데 목적이 있다.
그러한 하우징(100)의 내부공간에는 전방과 후방으로 각각 송풍기(300)가 마련된다. 송풍기(300)는 중앙으로 공기를 흡입한 후 양측방으로 토출하거나, 양측방으로 공기를 흡입하여 중앙으로 토출할 수 있게 된다. 다만, 토출의 경우 양측방으로 함이 유동저항이 적어 송풍기의 과부하를 덜어낼 수 있게 때문에 바람직하게는 중앙으로 배터리팩을 통해 공기를 흡입하고 양측방의 빈 공간으로 공기를 토출하는 것이 좋다. 이하에서 살펴볼 설명과 도면에서는 송풍기의 중앙으로 흡입하고 양측방으로 토출하는 실시예를 살펴본다.
이와 같이 전방과 후방의 송풍기(300)를 통해 하우징(100)의 내부공간은 크게 전방공간과 후방공간에서 중앙을 기준으로 양측방으로 분할된 4-WAY의 공기흐름을 갖게 된다.
한편, 각 송풍기(300)의 토출측에는 펠티어소자(500)가 마련된다. 펠티어소자(500)는 하우징(100)에 매립되는 형식으로 설치되는데, 외부에서는 전기를 공급받고 열을 교환하며 하우징(100)의 내부에서는 하우징(100) 내부공기를 공조하게 된다. 이러한 펠티어소자(500)는 송풍기(300)의 토출측에 마련되어 하우징(100) 내부공기의 순환시 냉각 또는 난방을 실시하는 것이다.
한편, 상기 송풍기(300)와 배터리팩(700)은 상호 밀착됨으로써 송풍기(300)는 배터리팩(700)의 통기홀(760)을 통해 중앙으로 공기를 흡입하고 양측방으로 공기를 토출하도록 한다. 즉, 상기 송풍기(300)와 인접하는 배터리팩(700)의 사이에는 송풍기(300)의 테두리를 두르는 위치에 밀폐가이드(320)가 설치되고 밀폐가이드(320)의 양측방에는 통풍구(322)가 형성되어, 송풍기(300)의 팬은 밀폐가이드(320)의 내부에서 회전하며 배터리팩(700)의 통기홀(760)을 통해 중앙으로 공기를 흡입하고 양측방의 통풍구(322)를 통해 공기를 토출하도록 하는 것이다. 이러한 구조를 통해 흡입과 토출을 완벽히 분리하여 공기의 흐름을 빠르게 할 수 있으며 온도가 다른 공기를 분리시킴으로써 냉각 또는 난방 효율을 높이고 각 배터리팩(700)마다 균일한 공조가 이루어지도록 하는 것이다.
그리고, 상기 배터리팩(700)과 하우징(100)의 전단 또는 후단 사이에는 밀폐가이드(320) 폭 만큼의 이격공간(120,140)이 형성되고, 상기 펠티어소자(500)는 이격공간(120,140)에서 밀폐가이드(320)의 통풍구(322)에 인접하도록 마련되어 토출되는 공기를 냉각 또는 가열하도록 한다. 또한, 상기 펠티어소자(500)에는 방열핀(520)이 형성되며 방열핀(520)의 방향은 토출되는 공기의 방향과 동일하도록 설계한다.
이러한 구조를 통해 하우징(100) 내부의 공기는 각각의 이격공간(120,140)에서 냉각 또는 난방이 이루어져 배터리팩(700)으로 공급되고 중앙의 믹싱공간(160)을 통해 공기혼합이 이루어짐으로써 하우징(100)의 내에서 좁은 공간을 차지함에도 불구하고 별다른 덕트나 채널의 생략이 가능하게 되는 것이다.
구체적으로, 상기 밀폐가이드(320) 양측방의 통풍구(322)는 상하방향으로 엇갈리게 형성되고, 펠티어소자(500)는 각각 하우징(100)의 상단 또는 하단에서 통풍구(322)에 인접하도록 마련되며, 방열핀(520)이 하우징(100)의 내부를 향해 형성되도록 함으로써 송풍기(300)의 토출 저항을 최소화하고 토출되며 바로 공조가 이루어지도록 함으로써 효율을 높일 수 있게 된다.
한편, 상기 배터리팩(700)은 복수개가 측방으로 나란히 인접하여 하나의 행(720)을 이루고, 행(720)을 이룬 상태에서 하우징(100)의 상단 및 하단 내면과 밀착되도록 함으로써 공기의 순환이 대부분 배터리팩(700)을 관통하도록 하여 빠른 열전달과 별도 채널의 삭제가 가능해지도록 한다.
또한, 상기 배터리팩(700)은 복수개가 측방으로 나란히 인접하여 하나의 행(720)을 이루고, 송풍기(300)와 대면하는 측에는 배터리팩(700)과 배터리팩(700)의 사이에서 송풍기(300)측으로 돌출된 격막(900)이 형성되어 송풍기(300)로부터 토출된 공기가 인접하는 배터리팩(700)들로 균일하게 분배되도록 한다.
즉, 송풍기(300)의 토출측에서 토출된 공기는 각각의 배터리팩(700)에 균일하게 공급되어야 하는데, 이를 위해 배터리팩(700)과 배터리팩(700)의 사이에서 송풍기(300)측으로 돌출된 격막(900)을 둠으로써 각각의 배터리팩에 공조된 공기가 오래 머무를 수 있도록 하고, 결국 송풍기(300)의 흡입력에 의해 격막(900) 사이에서 머물러 있는 균일한 양의 공기가 각각의 배터리팩(700)으로 흡수되도록 하는 것이다. 만약, 격막(900)이 없다면 각각의 배터리팩(700)에는 불균일한 양의 공기가 유통될 우려가 있다.
또한, 각각의 배터리팩(700)은 일정 폭을 갖는 수평방향의 통기홀(760)이 상하방향으로 복수개 이격되어 형성되도록 하여 골고루 공조가 이루어지도록 하고, 이를 위해 상기 각각의 배터리팩(700)은 복수의 배터리셀(720)이 수직으로 중첩되어 이루어지며, 각 배터리셀(720)의 상면과 하면에 홈이 형성되어 중첩시 통기홀(760)을 이루도록 할 수 있다. 즉, 배터리팩(700)을 이루는 각각의 배터리셀(720)들에 미리 그 상면과 하면에 홈을 형성할 경우 수직 중첩에 따라 그 홈이 만나 자연스럽게 통기홀(760)을 이루도록 하는 것이다. 그리고 앞서 살핀 바와 같이 배터리팩(700)을 하우징(100)의 상하 내벽에 밀착하여 완벽한 일체형 채널을 형성하도록 하는 것이다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 시스템에 따르면, 배터리 하우징에 별도의 플로우 덕트나 채널이 불필요하여 냉난방을 위한 공간과 부품이 현저히 줄어드는 효과를 볼 수 있다.
또한, 최소한의 냉각기류 흐름을 달성하여 냉각효율의 저하를 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 하우징 300 : 송풍기
500 : 펠티어소자 700 : 배터리팩
900 : 격막

Claims (11)

  1. 공기출입이 차단된 밀폐형 하우징(100);
    상기 하우징(100) 내부공간의 전방과 후방에서 배터리팩을 사이에 두고 서로 마주보도록 마련된 복수의 송풍기(300);
    상기 양 송풍기(300)의 사이에 복수의 행(720)을 이루도록 배치되며 각 행(720)마다 전후방을 관통하는 통기홀(760)이 연속적으로 형성되고, 하우징(100) 중앙에 위치하는 행(720)과 행(720) 사이는 일정거리 이격되어 공기가 섞이는 믹싱구간(160)을 형성하는 배터리팩(700); 및
    상기 송풍기(300) 양측방의 공기 유동 경로에 마련되어 공기 유동 경로를 흐르는 공기를 공조하는 펠티어소자(500);를 포함하고,
    상기 송풍기(300)와 배터리팩(700)은 상호 밀착되되, 상기 송풍기(300)와 인접하는 배터리팩(700)과 하우징(100) 사이에는 송풍기(300)의 테두리를 두르는 위치에 밀폐가이드(320)가 설치되고 밀폐가이드(320)의 양측방에는 통풍구(322)가 형성되어, 송풍기(300)는 배터리팩(700)의 통기홀(760)을 통해 중앙에서 공기를 흡입한 후 양측방으로 토출하거나, 중앙으로 공기를 토출하고 양측방에서 공기를 흡입하며,
    상기 배터리팩(700)과 하우징(100)의 전단 또는 후단 사이에는 밀폐가이드(320) 폭 만큼의 이격공간(120,140)이 형성되고, 상기 펠티어소자(500)는 이격공간(120,140)에서 밀폐가이드(320)의 통풍구(322)에 인접하도록 마련되어 토출/흡입되는 공기를 냉각 또는 가열하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 펠티어소자(500)에는 방열핀(520)이 형성되며 방열핀(520)의 방향은 토출/흡입되는 공기의 방향과 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀폐가이드(320) 양측방의 통풍구(322)는 상하방향으로 엇갈리게 형성되고, 펠티어소자(500)는 각각 하우징(100)의 상단 또는 하단에서 통풍구(322)에 인접하도록 마련되며, 방열핀(520)이 하우징(100)의 내부를 향해 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리팩(700)은 복수개가 측방으로 나란히 인접하여 하나의 행(720)을 이루고, 행(720)을 이룬 상태에서 하우징(100)의 상단 및 하단 내면과 밀착된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리팩(700)은 복수개가 측방으로 나란히 인접하여 하나의 행(720)을 이루고, 송풍기(300)와 대면하는 측에는 배터리팩(700)과 배터리팩(700)의 사이에서 송풍기(300)측으로 돌출된 격막(900)이 형성되어 송풍기(300)의 토출/흡입되는 공기가 인접하는 배터리팩(700)들에 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 각각의 배터리팩(700)은 일정 폭을 갖는 수평방향의 통기홀(760)이 상하방향으로 복수개 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 각각의 배터리팩(700)은 복수의 배터리셀(720)이 수직으로 중첩되어 이루어지며, 각 배터리셀(720)의 상면과 하면에 홈이 형성되어 중첩시 통기홀(760)을 이루는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 송풍기(300)는 하우징(100)의 전단과 후단 중앙에 각각 마련되고 펠티어소자(500)는 송풍기(300) 양측방의 공기 유동 경로에 각각 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
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