KR102009221B1 - 배터리 냉각 장치 및 배터리 냉각 방법 - Google Patents

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이정호
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Abstract

본 발명의 일실시예는 상변화유체를 이용하여 배터리를 효과적으로 냉각할 수 있는 배터리 냉각 장치 및 배터리 냉각 방법을 제공한다. 여기서, 배터리 냉각 장치는 다공질 흡습부, 상변화유체 그리고 순환공급부를 포함한다. 다공질 흡습부는 배터리를 둘러싸도록 마련된다. 상변화유체는 다공질 흡습부에 흡습된 상태에서 배터리의 열을 흡수하여 액체에서 기체로 상변화한다. 순환공급부는 기화된 상변화유체를 액체로 상변화시켜 다시 다공질 흡습부로 공급한다.

Description

배터리 냉각 장치 및 배터리 냉각 방법{APPARATUS FOR COOLING BATTERY AND METHOD OF COOLING BATTERY}
본 발명은 배터리 냉각 장치 및 배터리 냉각 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상변화유체를 이용하여 배터리를 효과적으로 냉각할 수 있는 배터리 냉각 장치 및 배터리 냉각 방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목을 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 배터리셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있다.
일반적으로, 배터리셀은 충방전 과정 또는 장시간 사용될 경우, 많은 열이 발생하게 되어 내부의 온도가 급격히 상승하게 되는데, 이러한 배터리셀 내부의 급격한 온도 상승은 배터리셀의 수명을 단축시킬뿐만 아니라, 배터리의 효율을 저하시키게 된다.
따라서 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 다양한 배터리 냉각기술의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제2014-0034413호(2014.03.20. 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상변화유체를 이용하여 배터리를 효과적으로 냉각할 수 있는 배터리 냉각 장치 및 배터리 냉각 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 배터리를 둘러싸도록 마련되는 다공질 흡습부; 상기 다공질 흡습부에 흡습된 상태에서 상기 배터리의 열을 흡수하여 액체에서 기체로 상변화하는 상변화유체; 그리고 기화된 상기 상변화유체를 액체로 상변화시켜 다시 상기 다공질 흡습부로 공급하는 순환공급부를 포함하는 배터리 냉각 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배터리, 상기 다공질 흡습부, 상기 순환공급부를 내측에 수용하는 하우징을 더 포함하고, 상기 순환공급부는 상기 하우징에 구비되어 상기 기화된 상기 상변화유체를 유동시키는 송풍부와, 기화된 상기 상변화유체가 유동하는 유동경로 상에 구비되고 기화된 상기 상변화유체를 응축시키는 응축부와, 상기 응축부에 의해 응축되는 상변화유체를 모아 전달하는 전달부와, 상기 다공질 흡습부의 상측에 구비되고, 상기 전달부에 의해 전달되는 액체 상태의 상변화유체를 상기 다공질 흡습부로 분사하는 분사부를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 분사부는 액체 상태의 상기 상변화유체가 상기 다공질 흡습부에 넓게 분사되도록 상기 분사부의 중심축을 기준으로 양방향으로 틸트될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배터리의 온도를 실시간으로 센싱하는 센싱부; 그리고 상기 센싱부에서 센싱하는 상기 배터리의 측정온도가 미리 설정된 허용 온도 범위를 벗어나면 상기 순환공급부를 작동시켜 상기 분사부에서 상기 액체 상태의 상변화유체가 상기 다공질 흡습부로 공급되도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배터리, 상기 다공질 흡습부, 상기 순환공급부를 내측에 수용하는 하우징을 더 포함하고, 상기 순환공급부는 상기 하우징에 구비되고, 상기 다공질 흡습부의 상측에 구비되어 상기 기화된 상기 상변화유체를 상측으로 유동시키는 송풍부와, 상기 송풍부 및 상기 다공질 흡습부의 사이에 구비되고, 상측으로 유동하는 기화된 상기 상변화유체를 응축시키고, 응축된 액체 상태의 상변화유체가 상기 다공질 흡습부로 낙하하여 공급되도록 하는 응축부를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 응축부는 응축된 액체 상태의 상변화유체가 상기 다공질 흡습부의 상부에 고르게 분포되어 낙하하도록, 하부에 수직방향으로 돌출 형성되는 복수의 낙하유도핀을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공질 흡습부는 상기 배터리의 전극을 제외한 상기 배터리의 표면을 덮도록 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상변화유체는 절연성 유체일 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 배터리를 둘러싸도록 마련되는 다공질 흡습부에 흡습된 액체 상태의 상변화유체가 상기 배터리의 열을 흡수하여 기체로 상변화하면서 상기 배터리를 냉각시키는 냉각단계; 그리고 순환공급부가 기화된 상기 상변화유체를 액체로 상변화시키고, 액체 상태의 상변화물질을 다시 상기 다공질 흡습부로 공급하는 순환공급단계를 포함하는 배터리 냉각 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 순환공급단계는 센싱부가 상기 배터리의 온도를 실시간으로 센싱하는 센싱단계와, 제어부가 상기 센싱부에서 센싱하는 상기 배터리의 측정온도가 미리 설정된 허용 온도 범위를 비교하여 상기 측정온도가 상기 허용 온도 범위 내에 있는 지를 판정하는 판정단계와, 상기 측정온도가 상기 허용 온도 범위를 벗어나면 상기 제어부가 상기 순환공급부를 작동시켜 상기 분사부에서 상기 액체 상태의 상변화유체가 상기 다공질 흡습부로 분사되도록 하는 분사단계를 가지고, 상기 센싱단계 및 상기 판정단계는 상기 분사단계가 진행되는 동안에도 실행되고, 상기 분사단계는 상기 판정단계 결과 상기 배터리의 측정온도가 미리 설정된 허용 온도 범위 내에 들면 중지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 다공질 흡습부는 배터리와의 열교환 면적이 증가될 수 있도록 배터리의 표면을 덮도록 마련될 수 있으며, 이를 통해, 배터리의 냉각 효율을 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리의 열을 흡수하여 기화된 상변화유체를 응축하여 액체 상태의 상변화유체로 다시 상변화시키고 이를 다공질 흡습부로 공급함으로써 상변화유체를 순환 사용할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 냉각 장치를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 냉각 장치의 다공질 흡습부를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 냉각 장치의 분사부의 작동예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 냉각 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 냉각 장치를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 냉각 장치를 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 냉각 장치의 다공질 흡습부를 나타낸 예시도이다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 배터리 냉각 장치는 다공질 흡습부(100), 상변화유체(200) 그리고 순환공급부(300)를 포함할 수 있다.
다공질 흡습부(100)는 배터리(10)를 둘러싸도록 마련될 수 있다.
여기서, 배터리(10)는 복수의 배터리로 구성되는 배터리팩을 포함하는 의미로 해석될 수 있으며, 원통형 배터리(Cylindrical Cell), 각형 배터리(Prismatic Cell), 파우치형 배터리(Pouch Cell) 등의 다양한 형태의 배터리를 포함할 수 있다.
다공질 흡습부(100)는 배터리(10)와의 열교환 면적이 증가될 수 있도록 배터리(10)의 표면을 덮도록 마련될 수 있다. 이때, 배터리(10)의 전극(11)은 전기적 연결을 위해 외부로 노출될 필요가 있기 때문에, 바람직하게는 다공질 흡습부(100)는 배터리(10)의 전극(11)을 제외한 배터리(10)의 표면을 덮도록 마련될 수 있다.
다공질 흡습부(100)는 다공성을 가지는 소재로 이루어질 수 있다. 다공질 흡습부(100)는 다양한 방법에 의해 형성될 수 있는데, 예를 들면, 배터리(10)가 마련된 상태에서 다공성을 가지는 소재를 발포 성형하는 방법 등이 이용될 수 있다.
다공질 흡습부(100)는 표면 및 내부에 미세한 크기로 형성되는 기공을 가질 수 있다.
그리고, 배터리 냉각 장치는 커버(110)를 더 포함할 수 있다. 커버(110)는 다공질 흡습부(100)가 단독으로는 구조적으로 형태를 유지하기 어려운 경우에 다공질 흡습부(100)의 외부에 구비되어 다공질 흡습부(100)가 구조적 형태를 유지하도록 할 수 있다. 더하여, 커버(110)는 다공질 흡습부(100)에 흡습된 상변화유체(200)가 외부로 누출되지 않도록 할 수도 있다.
커버(110)는 전기적 연결을 위해 배터리(10)의 전극(11)과 연결되는 구성이 설치되는 것을 방해하지 않도록 마련됨이 바람직하다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(10)가 원통형 배터리이고, 외부와 전기적으로 연결되는 전극(11)이 상측으로 노출되는 경우, 커버(110)는 다공질 흡습부(100)의 상부는 개방되도록 하고 측부 및 하부를 덮도록 마련될 수 있을 것이다.
커버(110)는 배터리(10)를 덮도록 다공질 흡습부(100)가 마련된 후 다공질 흡습부(100)의 표면에 코팅되어 마련될 수 있다. 또는, 커버(110)는 별도로 미리 만들어지고, 커버(110)의 내측에 배터리(10)가 위치된 상태에서 커버(110)의 내측에 다공질 흡습부(100)가 채워지도록 성형될 수도 있다.
상변화유체(Phase Change Fluid)(200)는 다공질 흡습부(100)에 흡습된 상태에서 배터리(10)의 열을 흡수하여 액체에서 기체로 상변화할 수 있다.
상변화유체(200)는 상태 변화가 일어나는 포화점의 온도가 낮고, 비체적이 작은 물질 즉, 동일한 질량에 많은 열을 흡수할 수 있는 물질이 유리하다. 상변화유체(200)는 배터리(10)에서 발생하는 열의 온도범위에서 비등할 수 있고, 요구되는 포화점과 비열을 고려하여 적당하게 선택될 수 있을 것이다.
통상적으로 배터리는 사용 시 발생하는 열이 20 내지 40 ℃ 의 범위로 관리되는 것이 바람직하고, 절연성 유체(Dielectric Fluid)는 대기압에서 20 내지 30 ℃의 낮은 온도에서 기화하는 특성을 가지기 때문에, 상변화유체(200)로는 절연성 유체가 사용되는 것이 적합할 수 있다.
상변화유체(200)는 다공질 흡습부(100)에 흡습되어 넓게 분포될 수 있고, 이 상태에서 배터리(10)의 열을 흡수할 수 있다. 상변화유체(200)에 흡수된 열은 상변화유체(200)가 비등(Boiling)하는데 필요한 잠열(Latent Heat)로 이용될 수 있으며, 이를 통해, 배터리(10)는 냉각될 수 있다.
그리고, 배터리 냉각 장치는 하우징(400)을 더 포함할 수 있다.
하우징(400)은 내측에 배터리(10), 다공질 흡습부(100) 및 순환공급부(300)를 수용할 수 있다. 하우징(400)은 밀폐된 형태로 이루어질 수 있다.
예들 들어, 배터리(10)가 차량용 배터리인 경우, 하우징(400)은 차량에 구비되는 배터리를 내측에 수용하도록 별도로 제공될 수 있을 것이다. 그리고, 배터리(10)가 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)용 배터리인 경우, 에너지 저장 장치에서 배터리를 내측에 수용하도록 마련되는 밀폐 컨테이너(Closed Container)가 하우징(400)으로 대체될 수 있을 것이다.
순환공급부(300)는 기체 상태의 상변화유체(210)를 액체로 상변화시켜 다시 다공질 흡습부(100)로 공급할 수 있다.
순환공급부(300)는 송풍부(310), 응축부(320), 전달부(330) 및 분사부(340)를 가질 수 있다.
송풍부(310)는 하우징(400)의 내측에 구비되고, 기체 상태의 상변화유체(210)를 유동시킬 수 있다. 본 실시예에서 송풍부(310)는 배터리(10)의 측면부 외측에 구비될 수 있으며, 다공질 흡습부(100)에서 멀어지는 방향으로 송풍방향이 형성되도록 할 수 있다.
다공질 흡습부(100)에서 발생하는 기체 상태의 상변화유체(210)는 하우징(400)의 내측에 채워지게 되며, 송풍부(310)에 의해 생성되는 송풍흐름에 의해 유동하게 된다.
응축부(320)는 기체 상태의 상변화유체(210)가 유동하는 유동경로 상에 구비될 수 있다. 응축부(320)는 기체 상태의 상변화유체(210)를 응축시켜 액체 상태의 상변화유체(200)로 상변화시킬 수 있다.
응축부(320)는 기체 상태의 상변화유체(210)가 유동하는 유동경로를 기준으로 송풍부(310)의 입구측 또는 출구측에 구비될 수 있는데, 바람직하게는 송풍부(310)의 입구측에 구비될 수 있다.
기체 상태의 상변화유체(210)의 유동속도는 송풍부(310)의 출구측보다는 입구측에서 더 느릴 수 있다. 따라서, 응축부(320)가 송풍부(310)의 입구측에 구비되면 응축부(320)로 유입되는 기체 상태의 상변화유체(210)의 유동속도가 상대적을 느려 응축부(320)에 머무르는 시간이 증가될 수 있고, 응축부(320)에서 상변화유체의 응축 효율은 더 높을 수 있다.
전달부(330)는 응축부(320)에 의해 응축되는 상변화유체(200)를 모아 분사부(340)로 전달할 수 있다.
전달부(330)는 집액부(331), 전달유로(332) 및 공급펌프(333)를 가질 수 있다.
집액부(331)는 응축부(320)의 하측에 구비될 수 있으며, 응축부(320)에서 응축되어 낙하하는 액체 상태의 상변화유체(200)가 모이도록 할 수 있다.
전달유로(332)는 일단부는 집액부(331)에 연결되고, 타단부는 분사부(340)에 연결될 수 있다. 전달유로(332)는 집액부(331)에 모이는 액체 상태의 상변화유체(200)를 분사부(340)로 안내할 수 있다.
공급펌프(333)는 전달유로(332)와 연결될 수 있으며, 집액부(331)에 모이는 액체 상태의 상변화유체(200)가 분사부(340)로 흐르도록 압력을 제공할 수 있다.
분사부(340)는 다공질 흡습부(100)의 상측에 구비될 수 있다. 분사부(340)는 전달유로(332)를 통해 전달되는 액체 상태의 상변화유체(200)를 다공질 흡습부(100)로 분사할 수 있다. 이러한 방법을 통해, 상변화유체를 순환 사용할 수 있다.
분사부(340)는 액체 상태의 상변화유체(200)가 분사되는 복수의 노즐(341)을 가질 수 있다. 노즐(341)은 벤츄리 효과에 의한 공기 유입으로 거품형태의 분사가 가능한 공기유도(Air Induction)형, 분무 입자의 크기가 작도록 하는 트윈 플랫(Twin Flat)형, 부챗살 형태의 분사가 이루어지는 플랫(Flat)형, 속이 빈 원뿔 모양의 분사가 이루어지는 할로우 콘(Hollow Cone)형, 원뿔 모양의 분사가 이루어지는 풀 콘(Full Cone)형 등의 다양한 노즐이 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 냉각 장치의 분사부의 작동예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3을 더 포함하여 보는 바와 같이, 분사부(340)는 분사부(340)의 중심축(A)을 기준으로 양방향으로 틸트되도록 구동할 수 있다. 이를 통해, 분사부(340)는 액체 상태의 상변화유체(200)가 다공질 흡습부(100)에 넓게 분사되도록 할 수 있다.
분사부(340)의 이러한 틸트 구동은 제1구동부(350)에 의해 구현될 수 있다.
더하여, 분사부(340)는 제2구동부(360)에 의해 다공질 흡습부(100)의 길이방향으로 왕복 이동될 수 있다. 분사부(340)는 다공질 흡습부(100)의 길이방향으로 왕복 이동되면서 동시에 중심축(A)을 중심으로 양방향으로 틸트될 수 있으며, 이를 통해, 다공질 흡습부(100)의 상부 전체에 액체 상태의 상변화유체(200)가 고르게 분사될 수 있다.
그리고, 배터리 냉각 장치는 센싱부(500) 및 제어부(600)를 더 포함할 수 있다.
센싱부(500)는 배터리(10)의 온도를 실시간으로 센싱할 수 있다.
제어부(600)는 센싱부(500)에서 센싱하는 배터리(10)의 측정온도를 미리 설정된 허용 온도와 비교할 수 있다. 허용 온도는 배터리(10)의 동작 안정성 확보를 위한 배터리(10)의 권장 유지온도일 수 있다. 허용 온도는 범위값으로 저장될 수 있다.
배터리(10)의 측정온도 및 허용 온도의 비교 결과, 배터리(10)의 측정온도가 허용 온도 범위 내에 있는 경우 제어부(600)는 순환공급부(300)가 작동하도록 제어하지 않을 수 있다.
그러나, 배터리(10)의 측정온도와 허용 온도를 비교한 결과, 배터리(10)의 측정온도가 허용 온도 범위를 벗어나면 제어부(600)는 순환공급부(300)가 작동하도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(600)는 송풍부(310), 응축부(320), 공급펌프(333), 제1구동부(350) 및 제2구동부(360)의 작동을 제어할 수 있다.
배터리(10)의 측정온도가 허용 온도 범위를 벗어나면 제어부(600)는 순환공급부(300)를 작동시켜 분사부(340)에서 액체 상태의 상변화유체(200)가 다공질 흡습부(100)로 공급되도록 할 수 있다. 즉, 송풍부(310)를 작동시켜 기화된 기체 상태의 상변화유체(210)가 응축부(320)로 이동되도록 할 수 있다. 또한, 응축부(320)를 작동시켜 기체 상태의 상변화유체(210)가 응축되어 액체 상태의 상변화유체(200)가 되도록 할 수 있다. 그리고, 공급펌프(333)를 작동시켜 액체 상태의 상변화유체(200)가 다공질 흡습부(100)로 다시 순환 공급되도록 함으로써 배터리(10)가 냉각되도록 할 수 있다.
이후, 배터리(10)의 측정온도가 허용 온도 범위에 들어오면 제어부(600)는 순환공급부(300)의 작동을 중지시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 배터리 냉각 방법에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 냉각 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 냉각 방법은 냉각단계(S710) 그리고 순환공급단계(S720)를 포함할 수 있다.
냉각단계(S710)는 배터리를 둘러싸도록 마련되는 다공질 흡습부에 흡습된 액체 상태의 상변화유체가 배터리의 열을 흡수하여 기체로 상변화하면서 배터리를 냉각시키는 단계일 수 있다. 액체 상태의 상변화유체는 기체로 상변화하면서 배터리의 열을 흡수하여 잠열로 활용하여 배터리의 온도가 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
순환공급단계(S720)는 순환공급부가 기화된 상변화유체를 액체로 상변화시키고, 액체 상태의 상변화물질을 다시 상기 다공질 흡습부로 공급하는 단계일 수 있다.
순환공급단계(S720)는 센싱단계(S721), 판정단계(S722) 및 분사단계(S723)를 가질 수 있다.
센싱단계(S721)는 센싱부가 배터리의 온도를 실시간으로 센싱하는 단계일 수 있다.
판정단계(S722)는 제어부가 센싱부에서 센싱하는 배터리의 측정온도가 미리 설정된 허용 온도 범위를 비교하여 측정온도가 허용 온도 범위 내에 있는 지를 판정하는 단계일 수 있다.
분사단계(S723)는 측정온도가 허용 온도 범위를 벗어나면 제어부가 순환공급부를 작동시켜 분사부에서 액체 상태의 상변화유체가 다공질 흡습부로 분사되도록 하는 단계일 수 있다.
센싱단계(S721) 및 판정단계(S722)는 분사단계(S723)가 진행되는 동안에도 계속해서 실행될 수 있다. 그리고, 분사단계(S723)는 판정단계(S722) 결과 배터리의 측정온도가 미리 설정된 허용 온도 범위 내에 들면 중지될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 냉각 장치를 개략적으로 나타낸 예시도이다. 본 실시예에서는 순환공급부(1300)의 구성이 전술한 제1실시예와 다를 수 있으며 다른 구성은 전술한 제1실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 반복되는 내용은 가급적 설명을 생략한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 순환공급부(1300)는 송풍부(1310) 및 응축부(1320)를 가질 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 제1실시예에서 설명한 전달부(330) 및 분사부(340)의 구성이 생략될 수 있다.
송풍부(1310)는 하우징(400)의 내측에서 다공질 흡습부(100)의 상측에 이격되어 구비될 수 있다. 그리고, 송풍부(1310)는 다공질 흡습부(100)에서 생성되는 기체 상태의 상변화유체(210)가 상향으로 유동시킬 수 있다.
응축부(1320)는 송풍부(1310) 및 다공질 흡습부(100)의 사이에 구비될 수 있다. 응축부(1320)는 상측으로 유동하는 기체 상태의 상변화유체(210)를 응축시키고, 응축된 액체 상태의 상변화유체(200)가 다시 다공질 흡습부(100)로 낙하하여 다공질 흡습부(100)에 공급되도록 할 수 있다.
응축부(1320)는 낙하유도핀(1321)을 가질 수 있다. 낙하유도핀(1321)은 응축부(1320)의 하부에 돌출 형성될 수 있다. 낙하유도핀(1321)은 수직방향으로 연장 형성될 수 있으며, 복수개가 균일하게 분포되어 형성될 수 있다.
응축부(1320)에서 응축되어 생성되는 액체 상태의 상변화유체(200)는 낙하유도핀(1321)에 맺히고 자유 낙하할 수 있다.
응축부(1320)에서 응축되어 생성되는 액체 상태의 상변화유체(200)가 다공질 흡습부(100)의 상부에 고르게 분포되어 낙하할 수 있도록, 낙하유도핀(1321)은 배터리(10)의 수직 상측 영역을 제외한 영역으로 마련될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 응축부(1320)에서 응축된 액체 상태의 상변화유체(200)를 공급하기 위한 구성이 생략될 수 있기 때문에, 순환공급부(1300)의 구성이 더욱 간단하게 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 배터리 100: 다공질 흡습부
200: (액체 상태의) 상변화유체 210: 기체 상태의 상변화유체
300, 1300: 순환공급부 310, 1310: 송풍부
320, 1320: 응축부 330: 전달부
340: 분사부 350: 제1구동부
360: 제2구동부 400: 하우징
500: 센싱부 600: 제어부
1321: 낙하유도핀

Claims (10)

  1. 배터리를 둘러싸도록 마련되는 다공질 흡습부;
    상기 다공질 흡습부에 흡습된 상태에서 상기 배터리의 열을 흡수하여 액체에서 기체로 상변화하는 상변화유체;
    기화된 상기 상변화유체를 액체로 상변화시켜 다시 상기 다공질 흡습부로 공급하는 순환공급부;
    상기 배터리의 온도를 센싱하는 센싱부; 그리고
    상기 센싱부에서 센싱하는 상기 배터리의 측정온도가 미리 설정된 허용 온도 범위를 벗어나면 상기 순환공급부를 작동시켜 액체 상태의 상변화유체가 상기 다공질 흡습부로 공급되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 순환공급부는 상기 기화된 상기 상변화유체를 유동시키는 송풍부와, 기화된 상기 상변화유체가 유동하는 유동경로 상에 구비되고 기화된 상기 상변화유체를 응축시키는 응축부와, 상기 응축부에 의해 응축되는 상변화유체를 모아 전달하는 전달부와, 상기 다공질 흡습부의 상측에 구비되고, 상기 전달부에 의해 전달되는 액체 상태의 상변화유체를 상기 다공질 흡습부로 분사하는 분사부를 가지고,
    상기 제어부는 상기 액체 상태의 상변화유체가 상기 다공질 흡습부에 넓게 분사되도록 제1구동부의 작동을 제어하여 상기 분사부가 상기 분사부의 중심축을 기준으로 양방향으로 틸트구동되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리, 상기 다공질 흡습부, 상기 순환공급부를 내측에 수용하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다공질 흡습부는 상기 배터리의 전극을 제외한 상기 배터리의 표면을 덮도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상변화유체는 절연성 유체인 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 장치.
  9. 배터리를 둘러싸도록 마련되는 다공질 흡습부에 흡습된 액체 상태의 상변화유체가 상기 배터리의 열을 흡수하여 기체로 상변화하면서 상기 배터리를 냉각시키는 냉각단계; 그리고
    순환공급부가 기화된 상기 상변화유체를 액체로 상변화시키고, 액체 상태의 상변화물질을 다시 상기 다공질 흡습부로 공급하는 순환공급단계를 포함하고,
    상기 순환공급부는 상기 기화된 상기 상변화유체를 유동시키는 송풍부와, 기화된 상기 상변화유체가 유동하는 유동경로 상에 구비되고 기화된 상기 상변화유체를 응축시키는 응축부와, 상기 응축부에 의해 응축되는 상변화유체를 모아 전달하는 전달부와, 상기 다공질 흡습부의 상측에 구비되고, 상기 전달부에 의해 전달되는 액체 상태의 상변화유체를 상기 다공질 흡습부로 분사하는 분사부를 가지며,
    상기 순환공급단계는
    센싱부가 상기 배터리의 온도를 실시간으로 센싱하는 센싱단계와,
    제어부가 상기 센싱부에서 센싱하는 상기 배터리의 측정온도가 미리 설정된 허용 온도 범위를 비교하여 상기 측정온도가 상기 허용 온도 범위 내에 있는 지를 판정하는 판정단계와,
    상기 측정온도가 상기 허용 온도 범위를 벗어나면 상기 제어부가 상기 순환공급부를 작동시켜 상기 분사부에서 상기 액체 상태의 상변화유체가 상기 다공질 흡습부로 분사되도록 하는 분사단계를 가지고,
    상기 제어부는 상기 액체 상태의 상변화유체가 상기 다공질 흡습부에 넓게 분사되도록 제1구동부의 작동을 제어하여 상기 분사부가 상기 분사부의 중심축을 기준으로 양방향으로 틸트구동되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센싱단계 및 상기 판정단계는 상기 분사단계가 진행되는 동안에도 실행되고,
    상기 분사단계는 상기 판정단계 결과 상기 배터리의 측정온도가 미리 설정된 허용 온도 범위 내에 들면 중지되는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 방법.
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