KR102181352B1

KR102181352B1 - 배터리 공조 모듈 및 시스템

Info

Publication number: KR102181352B1
Application number: KR1020140173780A
Authority: KR
Inventors: 이세민; 박태용; 안용남; 원종보; 이성제
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2020-11-20
Also published as: KR20160068285A

Abstract

본 발명은 냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기(100); 상기 압축기(100)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(200); 상기 응축기(200)에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창수단(300); 상기 팽창수단(300)을 통해 공급된 냉매를 증발시키는 증발기(400); 공기가 상기 증발기(400)를 통과하여 냉각되도록 송풍하는 제1송풍부(500); 공기가 상기 응축기(200)를 통과하여 가열되도록 송풍하는 제2송풍부(600); 및 개폐수단(800)에 의해 선택적으로 상기 제1송풍부(500) 및 제2송풍부(600)를 통해 공급되는 공기가 배터리(B) 측으로 이송되는 토출덕트(700)를 포함함으로써, 배터리(B)를 용이하게 예열(난방)하거나 냉각할 수 있어 배터리(B)의 전기적인 성능을 안정적으로 확보할 수 있다.

Description

배터리 공조 모듈 및 시스템{AIR CONDITIONING MODULE AND SYSTEM FOR BATTERY}

본 발명은 배터리 공조 모듈 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 배터리의 성능을 안정적으로 유지할 수 있도록 배터리를 적합한 온도로 유지할 수 있으며, 모듈 형태로서 장착이 용이한 배터리 공조 모듈 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관이 장착된 차량에서는 엔진의 가동 시 발생하는 열이 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 등에 전도되며, 이로 인하여 이 부품들의 온도가 과도하게 높아지면 열팽창이나 열화에 따라 부품의 강도가 떨어지고, 엔진 수명이 단축되며, 연소상태도 나빠져 노킹이나 조기점화가 발생하여 엔진의 출력도 저하된다.

또한, 엔진의 냉각이 불완전하게 이루어지는 경우에는 실린더 내주면의 유막이 끊어지는 등 윤활기능도 저하됨과 아울러 엔진오일이 변질됨으로써 실린더의 이상마모를 일으키게 될 뿐만 아니라 피스톤이 실린더 내벽 면에 융착되는 현상도 발생하게 된다.

한편, 차량에서는 엔진 외에도 모터, 인버터, 배터리 스택 등을 포함하는 전기, 전자 구성품인 전장부품 역시 냉각해야하는 데, 상기 엔진을 통과한 냉각수와 전장부품을 통과한 냉각수는 일정 온도 차이가 발생되어 하나의 냉각 시스템을 갖지 못한다.

도 1은 차량용 냉각 시스템을 나타낸 것으로서, 도 1 (a) 는 엔진 냉각 시스템을, 도 1 (b)는 전장부품 냉각 시스템을 나타내었다. 더욱 상세하게, 상기 엔진 냉각 시스템(10)은 엔진(1)을 냉각하기 위한 냉각수를 순환하는 워터펌프(15), 냉각수를 냉각하는 제1라디에이터(11), 상기 제1라디에이터(11)로 냉각수를 공급하기 위한 제1냉각수저장탱크(13), 및 제1냉각수조절캡(12)을 포함하여 형성된다. 이 때, 상기 엔진 냉각 시스템(10)은 상기 제1라디에이터(11)와, 워터펌프(14), 및 엔진(1)이 제1연결라인(14)을 통해 연결되며, 일반적으로, 상기 워터펌프(15)는 기계식으로 구비되어 상기 엔진의 작동과 연동되어 냉각수가 순환되도록 한다. 또, 상기 전장부품 냉각 시스템(20)은 전장부품(2)을 냉각하기 위한 냉각수를 순환하는 워터펌프(25), 및 냉각수를 냉각하는 제2라디에이터(21), 상기 제2라디에이터(21)로 냉각수를 공급하기 위한 제2냉각수저장탱크(23), 및 제2냉각수조절캡(22)을 포함하여 형성된다. 이 때, 상기 전장부품 냉각 시스템(20)은 상기 전장부품(2)이 인버터 및 스타터 겸용 제너레이터를 포함하도록 형성된 예를 도시하였다. 아울러, 상기 전장부품 냉각 시스템(20) 역시 상기 엔진 냉각 시스템(10)과 마찬가지로, 상기 제2라디에이터(21)와, 워터펌프(24), 및 전장부품(2)은 제2연결라인(24)을 통해 연결된다.

즉, 엔진 냉각 시스템과 전장부품 냉각 시스템은 유사한 구성요소를 가지고 있으나, 하나의 시스템으로 냉각되지 못하고 개별 시스템을 갖게 형성됨으로써 구성이 복잡하고, 그만큼 공간이 소요되어 소형화를 방해하는 요소로 작용하게 된다. 또한, 개별 시스템으로 존재함에 따라 동일한 냉각수를 이용한다 할지라도 각각 시스템에 냉각수를 주입해야하는 등 유지 / 보수 작업 역시 반복적으로 행해져야 하는 문제점이 있다. 특히, 배터리 스택은 효율을 높이기 위해서는 적절한 온도로 유지되는 것이 중요한데, 냉각수만으로는 적절하게 냉각하는 것이 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 차량용 공조장치의 냉방 시스템을 이용하는 방안이 제안된 바 있다. 그러나, 이와 같은 방안은 배터리 스택을 효과적으로 냉각할수는 있으나, 차량 내부의 냉방이 필요치 않은 상태에서 배터리 스택의 냉각만을 위하여 냉방 시스템이 작동되면 그만큼 차량 연비를 저하시키는 원인이 된다.

이에 따라, 배터리 스택을 효과적으로 온도 조절할 수 있으면서도 차량 공조장치와는 개별적으로 작동되어 소모되는 에너지를 절감할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

특허1) 대한민국등록특허 0507058호 (발명의 명칭 : 자동차 배터리 냉각 시스템)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리의 성능을 안정적으로 유지할 수 있도록 배터리를 적합한 온도로 유지할 수 있으며, 모듈 형태로서 장착이 용이한 배터리 공조 모듈 및 시스템을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 배터리를 예열하거나, 냉각할 수 있어 배터리를 최적의 온도로 유지할 수 있으며, 차량 실내 공조와는 개별적으로 작동가능하여 배터리에 인접하게 장착할 수 있어 소형화가 가능하고, 장착성능을 높일 수 있는 배터리 공조 모듈 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창수단; 상기 팽창수단을 통해 공급된 냉매를 증발시키는 증발기; 공기가 상기 증발기를 통과하여 냉각되도록 송풍하는 제1송풍부; 공기가 상기 응축기를 통과하여 가열되도록 송풍하는 제2송풍부; 및 개폐수단에 의해 선택적으로 상기 제1송풍부 및 제2송풍부를 통해 공급되는 공기가 배터리 측으로 이송되는 토출덕트를 포함함으로써, 배터리를 용이하게 예열(난방)하거나 냉각할 수 있어 배터리의 전기적인 성능을 안정적으로 확보할 수 있다.

이 때, 상기 배터리 공조 모듈은 상기 압축기, 응축기, 팽창수단, 증발기, 제1송풍부, 제2송풍부 및 토출덕트가 판형의 베이스부에 구비되며, 상기 베이스부에는 상기 증발기가 장착되고 상기 제1송풍부의 작동에 의해 공기가 유입되는 제1장착공 및 상기 응축기가 장착되고 상기 제2송풍부의 작동에 의해 공기가 유입되는 제2장착공이 형성될 수 있다. 본 발명의 배터리 공조 모듈은 판형의 베이스부에 나머지 구성이 모두 장착된 단위 모듈로서, 차량 내부의 다양한 위치에 장착하는 것이 용이하며, 소형화가 가능하다.

또한, 상기 토출덕트는, 외부몸체; 상기 외부몸체 내부를 상측영역 및 하측영역으로 구획하는 제1격벽; 상기 외부몸체의 길이방향으로 상기 제1격벽의 양측에 각각 상측영역과 하측영역을 연통하도록 중공되는 제1연통공 및 제2연통공; 상기 제1연통공 및 제2연통공 사이의 상기 상측영역을 상기 외부몸체의 길이방향으로 구획하여 그 내부에 제1공간부를 형성하며, 상기 제1공간부를 감싸는 "ㄷ"자 형태의 제2공간부를 형성하는 제2격벽 및 제3격벽; 상기 외부몸체의 일정 영역이 중공되며, 상기 제1송풍부의 토출측과 연결되어 냉각된 공기가 상기 제2격벽에 의해 구획되는 제1공간부 및 제2공간부로 각각 유입되는 제1-1유입부 및 제1-2유입부; 상기 외부몸체의 일정 영역이 중공되며, 상기 제2송풍부의 토출측과 연결되어 가열된 공기가 상기 제3격벽에 의해 구획되는 제1공간부 및 제2공간부로 각각 유입되는 제2-1유입부 및 제2-2유입부; 상기 제1공간부로 유입된 공기가 배터리 측으로 공급되도록 상기 외부몸체의 일정 영역이 중공되는 제1벤트; 상기 제2공간부로 유입된 공기가 배출되도록 상기 외부몸체의 일정 영역이 중공되는 제2벤트를 포함하는 형태일 수 있다.

또한, 상기 배터리 공조 모듈은 상기 베이스부의 상측에 상기 토출덕트가 "ㄱ"자 형태로 절곡형성되며, 상기 토출덕트의 절곡된 내측에 인접하여 상기 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기가 구비되고, 상기 토출덕트의 외측 면에 상기 제1벤트 및 제2벤트가 형성되어 더욱 소형화할 수 있다.

또, 상기 개폐수단은 상기 제1-1유입부 및 제2-2유입부를 개방하고 상기 제1-2유입부 및 제2-1유입부를 폐쇄하거나, 상기 제1-1유입부 및 제2-2유입부를 폐쇄하고 상기 제1-2유입부 및 제2-1유입부를 개방한다.

특히, 상기 배터리 공조 모듈은 상기 상측영역에 상기 토출덕트의 길이방향으로 상기 제1-1유입부 및 제1-2유입부가 서로 인접하게 위치되며, 상기 제2-1유입부 및 제2-2유입부가 서로 인접하게 위치되고, 상기 개폐수단이 상기 토출덕트의 상측영역에 위치되는 판형태로 상기 토출덕트의 길이방향으로 이동되는 판부와, 상기 판부의 일정 영역이 중공되어 상기 제1-1유입부 또는 제1-2유입부를 개방하도록 중공되는 제1개방공과, 상기 판부의 일정 영역이 중공되어 상기 제2-1유입부 또는 제2-2유입부를 개방하도록 중공되는 제2개방공을 포함할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 배터리 공조 모듈은 판형태의 개폐수단이 토출덕트를 따라 이동됨에 따라 가열된 공기 또는 냉각된 공기를 이용하여 배터리의 온도를 조절할 수 있다.

또, 상기 배터리 공조 모듈은 상기 개폐수단의 판부 일면이 상기 토출덕트의 내벽에 밀착되고, 상기 계폐수단의 판부 타면이 밀착되도록 상기 제1격벽으로부터 연장되는 밀착부가 더 형성되어 개폐수단이 더욱 안정적으로 작동할 수 있도록 할 수 있다.

즉, 상기 배터리 공조 모듈은, 냉방 시 상기 개폐수단의 제1개방공이 상기 제1-1유입부를 개방하고 상기 제2개방공이 제2-2유입부를 개방하며 상기 판부가 상기 제1-2유입부 및 제2-1유입부를 폐쇄함에 따라 상기 증발기를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1-1유입부, 제1공간부 및 제1벤트를 통해 배터리 측으로 이송되고 상기 응축기를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2-2유입부, 제2공간부 및 제2벤트를 통해 배출되며, 난방 시 상기 개폐수단의 판부가 상기 제1-1유입부 및 제2-2유입부를 폐쇄하고 상기 제1개방공이 상기 제1-2유입부를 개방하며 상기 제2개방공이 상기 제2-1유입부를 개방함에 따라 상기 증발기를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1-2유입부, 제2공간부 및 제2벤트를 통해 배출되고 상기 응축기를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2-1유입부, 제1공간부 및 제1벤트를 통해 배터리 측으로 이송된다.

또한, 상기 제1송풍부는 유입측이 상기 제1장착공을 감싸도록 상기 베이스부에 고정되며 토출측이 상기 제1-1유입부 및 제1-2유입부를 감싸도록 상기 토출덕트에 고정되며, 상기 제2송풍부는 유입측이 상기 제2장착공을 감싸도록 상기 베이스부에 고정되며 토출측이 상기 제2-1유입부 및 제2-2유입부를 감싸도록 상기 토출덕트에 고정된다.

특히, 상기 배터리 공고 모듈은 탑승객이 차량으로부터 탈착 및 장착가능하여, 차량 외부에서 온도 조절이 필요한 경우, 차량으로부터 탈착하여 차량 외부에서 이용가능한 장점이 있다. 이 때, 상기 배터리 공조 모듈은 독립적으로 제어가능하다.

한편, 본 발명의 배터리 공조 시스템은 내부에 배터리를 포함하는 배터리 케이스; 상술한 바와 같은 특징을 가지는 배터리 공조 모듈; 상기 배터리의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 온도센서를 통해 측정된 실제온도와 배터리의 적합온도를 비교하여 상기 배터리 공조 모듈의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.

이 때, 상기 제어부는, 상기 실제온도가 최저 적합온도 미만이면 상기 응축기를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2-1유입부, 제1공간부 및 제1벤트를 통해 공급되도록 제어하고, 상기 실제온도가 최고 적합온도 초과이면 상기 증발기를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1-1유입부, 제1공간부 및 제1벤트를 통해 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배터리 공조 모듈은 상기 배터리 케이스에 직접 연결되어, 상기 토출덕트의 제1벤트를 통해 상기 배터리 케이스 내부로 공기가 공급될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 배터리 공조 모듈 및 시스템은 배터리의 성능을 안정적으로 유지할 수 있도록 배터리를 적합한 온도로 유지할 수 있으며, 모듈 형태로서 장착이 용이한 장점이 있다.

특히, 본 발명의 배터리 공조 모듈 및 시스템은 배터리를 예열하거나, 냉각할 수 있어 배터리를 최적의 온도로 유지할 수 있으며, 차량 실내 공조와는 개별적으로 작동가능하여 배터리에 인접하게 장착할 수 있어 소형화가 가능하고, 장착성능을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 배터리 공고 모듈은 탑승객이 차량으로부터 탈착 및 장착가능하여, 차량 외부에서 온도 조절이 필요한 경우, 차량으로부터 탈착하여 차량 외부에서 이용가능한 장점이 있다.

도 1은 종래의 차량용 냉각 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 공조 모듈을 나타낸 개략도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 배터리 공조 모듈은 나타낸 사시도, 분해사시도, 단면사시도.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 공조 모듈의 부분 사시도.(토출덕트 및 베이스부)
도 7은 본 발명에 따른 배터리 공조 모듈의 단면 분해사시도.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 배터리 공조 모듈의 냉방 상태를 나타낸 도면.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 배터리 공조 모듈의 난방 상태를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 배터리 공조 시스템을 나타낸 개략도.

이하, 본 발명의 배터리(B) 공조 모듈(D) 및 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 배터리(B) 공조 모듈(D)을 설명한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 배터리(B) 공조 모듈(D)은 나타낸 사시도, 분해사시도, 단면사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 배터리(B) 공조 모듈(D)의 부분 사시도(토출덕트(700) 및 베이스부(900))이며, 도 7은 본 발명에 따른 배터리(B) 공조 모듈(D)의 단면 분해사시도이다.

본 발명의 배터리(B) 공조 모듈(D)은 압축기(100), 응축기(200), 팽창수단(300), 증발기(400), 제1송풍부(500), 제2송풍부(600), 및 토출덕트(700)를 포함한다.

상기 압축기(100)(Compressor)는 기상 냉매를 흡입하여 압축시키는 구성으로서, 고온 고압의 기체 상태로 상기 응축기(200)로 공급한다. 이 때, 상기 압축기(100)는 배터리(B)에 의해 동력을 전달받아 구동하여 차량 정지 시에도 배터리(B) 공조 모듈(D)이 작동되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 응축기(200)는(Condenser) 상기 압축기(100)에서 토출된 고온 고압의 기상 냉매를 외기와 열교환시켜 고온 고압의 액체로 응축하여 상기 팽창수단(300)으로 토출한다. 이 때, 상기 응축기(200)는 상기 냉매가 응축됨에 따라 상기 응축기(200)를 통과하는 공기를 가열하는 난방원으로 작용된다. 상기 도 4에서, 상기 응축기(200)는 한 쌍의 헤더탱크, 상기 헤더탱크에 양단이 고정되는 튜브, 상기 튜브 사이에 개재되는 핀, 상기 팽창수단(300)으로 액상의 냉매만 공급되도록 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기를 포함하는 예를 나타내었으나, 더욱 다양한 형태로 형성될 수 있다.

상기 팽창수단(300)(Expansion Valve)은 상기 응축기(200)로에서 토출된 고온 고압의 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창하여 저온 저압의 습포화 상태로 하여 상기 증발기(400)로 토출한다.

상기 증발기(400)(Evaporator)는 상기 팽창수단(300)에서 교축된 저압의 액상 냉매를 외기와 열교환하여 증발시킨 후, 상기 압축기(100)로 토출한다. 이 때, 응축기(200)는 상기 냉매가 증발됨에 따라 상기 증발기(400)를 통과하는 공기를 냉각하는 냉각원으로 작용된다. 상기 도 4에서, 상기 증발기(400)는 한 쌍의 헤더탱크, 상기 헤더탱크에 양단이 고정되는 튜브, 상기 튜브 사이에 개재되는 핀을 포함하는 예를 나타내었다.

즉, 냉매는 압축기(100)-응축기(200)-팽창수단(300)-증발기(400)를 순차적으로 순환하는 것으로, 각각의 구성은 배관(미도시)을 통해 연결될 수 있으며, 도 3 내지 도 11에서는 이들을 연결하는 배관은 나타내지 않았다.

상기 제1송풍부(500)는 공기가 상기 증발기(400)를 통과하여 냉각되도록 송풍하는 수단이며, 상기 제2송풍부(600)는 공기가 상기 응축기(200)를 통과하여 가열되도록 송풍하는 수단이다.

상기 토출덕트(700)는 상기 제1송풍부(500)를 통해 공급되는 냉각된 공기 및 상기 제2송풍부(600)를 통해 공급되는 가열된 공기가 이송되는 부분으로서, 이 때, 차량 배터리(B) 측으로는 개폐수단(800)에 의해 선택적으로 상기 제1송풍부(500)를 통해 공급되는 냉각된 공기 또는 상기 제2송풍부(600)를 통해 공급되는 가열된 공기가 이송된다. 상기 토출덕트(700)는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 구체적인 형상은 아래에서 다시 설명한다.

이를 통해, 본 발명의 배터리(B) 공조 모듈(D)은 하나의 냉매가 순환되는 사이클을 구성하는 전체가 냉방 및 난방을 수행하는 하나의 모듈을 형성함으로써 소형화가 가능하며, 배터리(B)의 온도를 용이하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 배터리(B) 공조 모듈(D)은 베이스부(900)가 더 구비될 수 있다. 상기 베이스부(900)는 상술한 배터리(B) 공조 모듈(D)을 구성하는 압축기(100), 응축기(200), 팽창수단(300), 증발기(400), 제1송풍부(500), 제2송풍부(600) 및 토출덕트(700)들이 장착되는 부분으로서, 판형태로 형성될 수 있다. 상기 베이스부(900)는 상기 증발기(400)가 장착되고 상기 제1송풍부(500)의 작동에 의해 공기가 유입되도록 중공되는 제1장착공(910)이 형성되며, 상기 응축기(200)가 장착되고 상기 제2송풍부(600)의 작동에 의해 공기가 유입되도록 중공되는 제2장착공(920)이 형성된다. 상기 제1장착공(910) 및 제2장착공(920)은 각각 상기 증발기(400) 및 응축기(200)가 베이스부(900)에 장착될 수 있으면서도 공기가 유입될 수 있는 정도의 크기로 형성되어야 하며, 이 때, 공기가 용이하게 열교환(증발기(400)의 경우 냉각, 응축기(200)의 경우 가열)될 수 있도록, 상기 제1장착공(910)은 상기 증발기(400)의 코어부(튜브 및 핀 형성 영역)에 대응되는 크기 이상으로 형성되고, 상기 제2장착공(920)은 상기 응축기(200)의 코어부(튜브 및 핀 형성 영역)에 대응되는 크기 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 배터리(B) 공조 모듈(D)은 베이스부(900)에 다른 구성품들이 모두 장착됨으로써 소형화가 가능하며, 차량 내부에 어떤 곳이든 자유롭게 설치가 가능한 장점이 있다.

이 때, 상기 제1송풍부(500)는 유입측이 상기 제1장착공(910)을 감싸도록 상기 베이스부(900)에 고정되며 토출측이 상기 제1-1유입부(751) 및 제1-2유입부(752)를 감싸도록 상기 토출덕트(700)에 고정되며, 상기 제2송풍부(600)는 유입측이 상기 제2장착공(920)을 감싸도록 상기 베이스부(900)에 고정되며 토출측이 상기 제2-1유입부(753) 및 제2-2유입부(754)를 감싸도록 상기 토출덕트(700)에 고정된다. 상기 도 5에서, 상기 제1송풍부(500) 및 제2송풍부(600)는 크로스 플로우 팬(Cross flow fan) 형태가 이용된 예를 나타내었으나, 이 외에도 상기 제1장착공(910) 또는 제2장착공(920)으로부터 공기를 유입하여 상기 토출덕트(700) 측으로 공급할 수 있다면 더욱 다양한 형태가 이용될 수 있다.

상기 토출덕트(700)는 상기 증발기(400)를 통과하여 냉각된 공기 및 상기 응축기(200)를 통과하여 가열된 공기가 유입되어 상기 개폐수단(800)의 작동에 의해 선택적으로 배터리(B)측으로 토출되도록 하는 부분으로서, 외부몸체(710), 제1격벽(720), 제1연통공(721) 및 제2연통공(722), 제2격벽(730) 및 제3격벽(740), 제1-1유입부(751) 및 제1-2유입부(752), 제2-1유입부(753) 및 제2-2유입부(754), 제1벤트(760), 및 제2벤트(770)를 포함하여 형성될 수 있다.

상기 외부몸체(710)는 상기 토출덕트(700)의 외형을 형성하는 부분이다.

상기 제1격벽(720)은 상기 외부몸체(710) 내부를 상측영역 및 하측영역으로 구획하는 부분이다.

상기 제1연통공(721) 및 제2연통공(722)은 상기 외부몸체(710)의 길이방향으로 상기 제1격벽(720)의 양측에 각각 상측영역과 하측영역을 연통하도록 중공되는 부분이다.

상기 제2격벽(730) 및 제3격벽(740)은 상기 제1연통공(721) 및 제2연통공(722) 사이의 상기 상측 영역을 상기 외부몸체(710)의 길이방향으로 구획하도록 형성되는 부분으로서, 상기 제2격벽(730) 및 제3격벽(740)은 상기 제1격벽(720)에 수직하게 형성된다. 이를 통해, 상기 외부몸체(710), 제1격벽(720) 내지 제3격벽(740)에 의해 형성되는 내부 공간에 제1공간부(711)를 형성하며, 상기 제1공간부(711)를 감싸는 "ㄷ"자 형태의 제2공간부(712)를 형성한다. 즉, 상기 제2공간부(712)는 상측영역에서, 상기 외부몸체(710)의 길이방향으로 양측인 상기 제1연통공(721) 및 제2연통공(722) 형성 영역과 하측영역을 의미한다.

상기 제1-1유입부(751) 및 제1-2유입부(752)는 상기 외부몸체(710)의 일정 영역이 중공되며, 상기 제1송풍부(500)의 토출측과 연결되어 냉각된 공기가 상기 제2격벽(730)에 의해 구획되는 제1공간부(711) 및 제2공간부(712)로 각각 유입되는 부분이며, 상기 제2-1유입부(753) 및 제2-2유입부(754)는 상기 외부몸체(710)의 일정 영역이 중공되며, 상기 제2송풍부(600)의 토출측과 연결되어 가열된 공기가 상기 제3격벽(740)에 의해 구획되는 제1공간부(711) 및 제2공간부(712)로 각각 유입되는 부분이다. 즉, 상기 제1-1유입부(751)는 상기 제1송풍부(500)의 작동에 의해 상기 증발기(400)를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1공간부(711)로 유입되는 부분이며, 상기 제1-2유입부(752)는 상기 제1송풍부(500)의 작동에 의해 상기 증발기(400)를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제2공간부(712)로 유입되는 부분이다. 또한, 상기 제2-1유입부(753)는 상기 제2송풍부(600)의 작동에 의해 상기 응축기(200)를 통과하여 가열된 공기가 상기 제1공간부(711)로 유입되는 부분이며, 상기 제2-2유입부(754)는 상기 제2송풍부(600)의 작동에 의해 상기 응축기(200)를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2공간부(712)로 유입되는 부분이다. 이 때, 상기 제1-1유입부(751) 및 제1-2유입부(752)는 서로 인접하게 위치되어 개별적으로 각각 중공될 수도 있고, 상기 외부몸체(710) 내부에서 상기 제2격벽(730)에 의해 구획되므로 상기 제1-1유입부(751) 및 제1-2유입부(752)가 연속적으로 하나가 중공된 형태일 수 있다. 또한, 상기 제2-1유입부(753) 및 제2-2유입부(754)는 서로 인접하게 위치되어 개별적으로 각각 중공될 수도 있고, 상기 외부몸체(710) 내부에서 상기 제3격벽(740)에 의해 구획되므로 상기 제2-1유입부(753) 및 제2-2유입부(754)가 연속적으로 하나가 중공된 형태일 수 있다. 상기 도 6은 상기 제1-1유입부(751) 및 제1-2유입부(752)가 하나로 중공된 형태이고, 상기 제2-1유입부(753) 및 제2-2유입부(754)가 하나로 중공된 형태를 나타내었다.

상기 제1벤트(760)는 상기 제1공간부(711)로 유입된 공기가 배터리(B) 측으로 공급되도록 상기 외부몸체(710)의 제1공간부(711)가 형성된 일정 영역이 중공되는 부분이며, 상기 제2벤트(770)는 상기 제2공간부(712)로 유입된 공기가 배출되도록 상기 외부몸체(710)의 제2공간부(712)가 형성된 일정 영역이 중공되는 부분이다.

다시 말해, 상기 토출덕트(700)는 상기 개폐수단(800)의 작동에 의해 상기 증발기(400)를 통과한 냉각된 공기 및 상기 응축기(200)를 통과한 가열된 공기 중 하나가 상기 제1공간부(711)로 유입되어 상기 제1벤트(760)를 통해 배터리(B) 측으로 이송되며, 나머지가 제2공간부(712)로 유입되어 상기 제2벤트(770)를 통해 배출된다.

이와 같은 토출덕트(700)의 내부 공기 흐름을 조절하는 수단이 개폐수단(800)이며, 상기 제1-1유입부(751) 및 제2-2유입부(754)를 개방하고 상기 제1-2유입부(752) 및 제2-1유입부(753)를 폐쇄하(냉방 모드)거나, 상기 제1-1유입부(751) 및 제2-2유입부(754)를 폐쇄하고 상기 제1-2유입부(752) 및 제2-1유입부(753)를 개방(난방 모드)한다. 더욱 상세하게, 상기 개폐수단(800)은 판부(810)와, 제1개방공(820)과, 제2개방공(830)을 포함할 수 있다.

상기 판부(810)는 상기 토출덕트(700)의 상측영역에 위치되어 상기 제1-1유입부(751), 제1-2유입부(752), 제2-1유입부(753) 및 제2-2유입부(754)를 폐쇄가능한 판 형태로 상기 토출덕트(700)의 길이방향으로 이동된다. 이 때, 상기 판부(810)에는 상기 제1-1유입부(751) 또는 제1-2유입부(752)를 개방하도록 중공되는 제1개방공(820) 및 상기 판부(810)의 일정 영역이 중공되어 상기 제2-1유입부(753) 또는 제2-2유입부(754)를 개방하도록 중공되는 제2개방공(830)이 형성된다. 즉, 상기 개폐수단(800)의 판부(810)는 일측 면이 상기 토출덕트(700)의 외부몸체(710) 내벽에 밀착되어 상기 제1-1유입부(751), 제1-2유입부(752), 제2-1유입부(753) 및 제2-2유입부(754)의 개폐를 조절한다.

본 발명의 배터리(B) 공조 모듈(D)은 이 때, 상기 토출덕트(700) 내부에 상기 개폐수단(800) 판부(810)의 타면(상기 판부(810)의 외부몸체(710) 내벽에 밀착되는 일측의 반대면)을 지지하도록 밀착부(780)가 더 형성될 수 있다. 상기 밀착부(780)는 상기 제1-1유입부(751), 제1-2유입부(752), 제2-1유입부(753) 및 제2-2유입부(754)를 통한 공기의 유입을 방해하지 않는 크기로 형성되어야 함은 당연하다.

이 때, 상기 토출덕트(700)(외부몸체(710))는 상기 판형의 베이스부(900)에 구비되어 소형화가 가능하도록 "ㄱ"자 형태로 절곡형성될 수 있다. 즉, 상기 도 3 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 베이스부(900)의 이웃하는 두 변을 따라 상기 베이스부(900)의 일측 면에 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 토출덕트(700)의 절곡된 내측에 인접하여 상기 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브, 및 증발기(400)가 구비되고, 상기 토출덕트(700)의 외측 면에 상기 제1벤트(760) 및 제2벤트(770)가 형성되는 것이 바람직하다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 배터리(B) 공조 모듈(D)의 냉방 상태를 나타낸 도면이고, 도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 배터리(B) 공조 모듈(D)의 난방 상태를 나타낸 도면이다. 도 9 및 도 11에서, 상기 토출덕트(700)는 상측영역의 제1벤트(760)가 형성된 부분의 단면을 나타내었으며, 이해를 위하여 상기 제1송풍부(500) 및 제2송풍부(600)의 내부 구성은 나타내지 않았다. 상기 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 배터리(B) 공조 모듈(D)은 냉방 시, 상기 개폐수단(800)의 제1개방공(820)이 상기 제1-1유입부(751)를 개방하고 상기 제2개방공(830)이 제2-2유입부(754)를 개방하며, 상기 판부(810)가 상기 제1-2유입부(752) 및 제2-1유입부(753)를 폐쇄하고, 이에 따라, 상기 증발기(400)를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1-1유입부(751), 제1공간부(711) 및 제1벤트(760)를 통해 배터리(B) 측으로 이송되고, 상기 응축기(200)를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2-2유입부(754), 제2공간부(712) 및 제2벤트(770)를 통해 차량 외부로 배출된다. 또한, 상기 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 난방 시, 상기 개폐수단(800)의 판부(810)가 상기 제1-1유입부(751) 및 제2-2유입부(754)를 폐쇄하고, 상기 제1개방공(820)이 상기 제1-2유입부(752)를 개방하며, 상기 제2개방공(830)이 상기 제2-1유입부(753)를 개방함에 따라 상기 증발기(400)를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1-2유입부(752), 제2공간부(712) 및 제2벤트(770)를 통해 차량 외부로 배출되고, 상기 응축기(200)를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2-1유입부(753), 제1공간부(711) 및 제1벤트(760)를 통해 배터리(B) 측으로 이송된다.

특히, 본 발명의 배터리 공조 모듈(D)은 탑승객이 차량으로부터 탈착 및 장착가능하여 차량 외부에서 온도 조절이 필요한 경우, 차량으로부터 탈착하여 차량 외부에서 이용가능하다. 이 때, 본 발명에서, 상술한 "배터리 측"으로의 의미는 차량 외부에서 이용할 경우 배터리 공조 모듈(D)을 이용하는 "사용자 측"으로 해석될 수 있으며, 그 방향은 상기 제1벤트(760)를 통해 공기가 토출되는 측이다. 외부 활동 시, 차량 외부에서 공조가 필요한 경우, 본 발명의 배터리 공조 모듈(D)은 차량의 배터리(B) 또는 외부 전원을 이용하여 작동될 수 있다. 또한, 상기 배터리 공조 모듈(D)은 차량 실내에서 탈착이 가능한 다양한 위치에 장착될 수 있으며, 그 예로서, 글로브박스(Glove box), 콘솔박스(Console box), 뒷좌석과 뒷유리 사이의 공간, 및 차량 바닥부분 등을 예로 들 수 있으며, 이에 한정되지 않고 본 발명의 냉난방 모듈(D)이 장착될 수 있는 공간을 형성할 수 있다면 더욱 다양한 위치에 장착될 수 있다. 본 발명의 배터리 공조 모듈(D)은 차량의 메인제어시스템에 의해 제어될 수도 있고, 또, 이와는 독립적으로 제어될 수 있다. 즉, 본 발명의 배터리 공조 모듈(D)은 차량 실내 공조를 담당하는 경우 및 차량 외부에서 이용하는 경우 모두 차량 실내 공조를 제어하는 메인제어시스템과는 개별적으로 작동 가능하다.

아래에서, 상술한 바와 같은 배터리 공조 모듈(D)을 이용하여 차량 실내 공조를 담당하는 경우의 일 예를 설명한다. 도 12는 본 발명에 따른 배터리 공조 시스템(1000)을 나타낸 개략도로, 본 발명의 배터리 공조 시스템(1000)은 배터리 케이스(C), 상술한 바와 같은 특징을 가지는 배터리(B) 공조 모듈(D), 온도센서(T), 및 제어부(E)를 포함한다.

상기 배터리 케이스(C)는 내부에 배터리(B)를 포함하는 수단으로, 배터리(B)가 위치되는 폐쇄된 공간을 형성한다.

상기 배터리(B) 공조 모듈(D)은 상술한 바와 같은 특징을 가지며, 상기 제1벤트(760)를 통해 공급되는 공기가 상기 배터리 케이스(C)로 공급되어 상기 배터리(B)의 온도를 용이하게 조절한다. 이 때, 상기 배터리(B) 공조 모듈(D)과 상기 배터리 케이스(C)는 직접 연결될 수도 있고, 송풍 배관을 통해 연결될 수도 있다.

상기 온도센서(T)는 상기 배터리(B)의 온도를 측정하는 수단으로, 상기 배터리 케이스(C) 내부 또는 외부에 구비될 수 있다.

상기 제어부(E)는 상기 온도센서(T)를 통해 측정된 실제온도와 배터리(B)의 적합온도를 비교하여 상기 배터리(B) 공조 모듈(D)의 작동을 제어한다. 다시 말해, 상기 제어부(E)는, 상기 실제온도가 최저 적합온도 미만이면 상기 응축기(200)를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2-1유입부(753), 제1공간부(711) 및 제1벤트(760)를 통해 공급되도록 제어하고, 상기 실제온도가 최고 적합온도 초과이면 상기 증발기(400)를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1-1유입부(751), 제1공간부(711) 및 제1벤트(760)를 통해 공급되도록 제어한다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

D : 배터리 공조 모듈
100 : 압축기
200 : 응축기
300 : 팽창수단
400 : 증발기
500 : 제1송풍부
600 : 제2송풍부
700 : 토출덕트 710 : 외부몸체
711 : 제1공간부 712 : 제2공간부
720 : 제1격벽 721 : 제1연통공
722 : 제2연통공
730 : 제2격벽
740 : 제3격벽
751 : 제1-1유입부 752 : 제1-2유입부
753 : 제2-1유입부 754 : 제2-2유입부
760 : 제1벤트
770 : 제2벤트
780 : 밀착부
800 : 개폐수단
810 : 판부 820 : 제1개방공
830 : 제2개방공
900 : 베이스부 910 : 제1장착공
920 : 제2장착공
B : 배터리 C : 배터리 케이스
T : 온도센서
E : 제어부
1000 : 배터리 공조 시스템

Claims

삭제
냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기;
상기 응축기에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창수단;
상기 팽창수단을 통해 공급된 냉매를 증발시키는 증발기;
공기가 상기 증발기를 통과하여 냉각되도록 송풍하는 제1송풍부;
공기가 상기 응축기를 통과하여 가열되도록 송풍하는 제2송풍부; 및
개폐수단에 의해 선택적으로 상기 제1송풍부 및 제2송풍부를 통해 공급되는 공기가 배터리 측으로 이송되는 토출덕트를 포함하고,
상기 압축기, 응축기, 팽창수단, 증발기, 제1송풍부, 제2송풍부 및 토출덕트는 판형의 베이스부에 구비되며,
상기 베이스부에는 상기 증발기가 장착되고 상기 제1송풍부의 작동에 의해 공기가 유입되는 제1장착공 및 상기 응축기가 장착되고 상기 제2송풍부의 작동에 의해 공기가 유입되는 제2장착공이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 공조 모듈.
제2항에 있어서,
상기 토출덕트는,
외부몸체;
상기 외부몸체 내부를 상측영역 및 하측영역으로 구획하는 제1격벽;
상기 외부몸체의 길이방향으로 상기 제1격벽의 양측에 각각 상측영역과 하측영역을 연통하도록 중공되는 제1연통공 및 제2연통공;
상기 제1연통공 및 제2연통공 사이의 상기 상측영역을 상기 외부몸체의 길이방향으로 구획하여 그 내부에 제1공간부를 형성하며, 상기 제1공간부를 감싸는 "ㄷ"자 형태의 제2공간부를 형성하는 제2격벽 및 제3격벽;
상기 외부몸체의 일정 영역이 중공되며, 상기 제1송풍부의 토출측과 연결되어 냉각된 공기가 상기 제2격벽에 의해 구획되는 제1공간부 및 제2공간부로 각각 유입되는 제1-1유입부 및 제1-2유입부;
상기 외부몸체의 일정 영역이 중공되며, 상기 제2송풍부의 토출측과 연결되어 가열된 공기가 상기 제3격벽에 의해 구획되는 제1공간부 및 제2공간부로 각각 유입되는 제2-1유입부 및 제2-2유입부;
상기 제1공간부로 유입된 공기가 배터리 측으로 공급되도록 상기 외부몸체의 일정 영역이 중공되는 제1벤트;
상기 제2공간부로 유입된 공기가 배출되도록 상기 외부몸체의 일정 영역이 중공되는 제2벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 공조 모듈.
제3항에 있어서,
상기 배터리 공조 모듈은 상기 베이스부의 상측에 상기 토출덕트가 "ㄱ"자 형태로 절곡형성되며, 상기 토출덕트의 절곡된 내측에 인접하여 상기 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기가 구비되고, 상기 토출덕트의 외측 면에 상기 제1벤트 및 제2벤트가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 공조 모듈.
제3항에 있어서,
상기 개폐수단은 상기 제1-1유입부 및 제2-2유입부를 개방하고 상기 제1-2유입부 및 제2-1유입부를 폐쇄하거나,
상기 제1-1유입부 및 제2-2유입부를 폐쇄하고 상기 제1-2유입부 및 제2-1유입부를 개방하는 것을 특징으로 하는 배터리 공조 모듈.
제5항에 있어서,
상기 배터리 공조 모듈은 상기 상측영역에 상기 토출덕트의 길이방향으로 상기 제1-1유입부 및 제1-2유입부가 서로 인접하게 위치되며, 상기 제2-1유입부 및 제2-2유입부가 서로 인접하게 위치되고,
상기 개폐수단이 상기 토출덕트의 상측영역에 위치되는 판형태로 상기 토출덕트의 길이방향으로 이동되는 판부와, 상기 판부의 일정 영역이 중공되어 상기 제1-1유입부 또는 제1-2유입부를 개방하도록 중공되는 제1개방공과, 상기 판부의 일정 영역이 중공되어 상기 제2-1유입부 또는 제2-2유입부를 개방하도록 중공되는 제2개방공을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 공조 모듈.
제6항에 있어서,
상기 배터리 공조 모듈은 상기 개폐수단의 판부 일면이 상기 토출덕트의 내벽에 밀착되고, 상기 개폐수단의 판부 타면이 밀착되도록 상기 제1격벽으로부터 연장되는 밀착부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 공조 모듈.
제7항에 있어서,
상기 배터리 공조 모듈은,
냉방 시 상기 개폐수단의 제1개방공이 상기 제1-1유입부를 개방하고 상기 제2개방공이 제2-2유입부를 개방하며 상기 판부가 상기 제1-2유입부 및 제2-1유입부를 폐쇄함에 따라 상기 증발기를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1-1유입부, 제1공간부 및 제1벤트를 통해 배터리 측으로 이송되고 상기 응축기를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2-2유입부, 제2공간부 및 제2벤트를 통해 배출되며,
난방 시 상기 개폐수단의 판부가 상기 제1-1유입부 및 제2-2유입부를 폐쇄하고 상기 제1개방공이 상기 제1-2유입부를 개방하며 상기 제2개방공이 상기 제2-1유입부를 개방함에 따라 상기 증발기를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1-2유입부, 제2공간부 및 제2벤트를 통해 배출되고 상기 응축기를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2-1유입부, 제1공간부 및 제1벤트를 통해 배터리 측으로 이송되는 것을 특징으로 하는 배터리 공조 모듈.
제3항에 있어서,
상기 제1송풍부는 유입측이 상기 제1장착공을 감싸도록 상기 베이스부에 고정되며 토출측이 상기 제1-1유입부 및 제1-2유입부를 감싸도록 상기 토출덕트에 고정되며,
상기 제2송풍부는 유입측이 상기 제2장착공을 감싸도록 상기 베이스부에 고정되며 토출측이 상기 제2-1유입부 및 제2-2유입부를 감싸도록 상기 토출덕트에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 공조 모듈.
제2항 내지 제9항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리 공조 모듈은 차량으로부터 탈착 및 장착가능한 것을 특징으로 하는 배터리 공조 모듈.
제10항에 있어서,
상기 배터리 공조 모듈은 독립적으로 제어가능한 것을 특징으로 하는 배터리 공조 모듈.
내부에 배터리를 포함하는 배터리 케이스;
제3항 내지 제9항 중 선택되는 어느 한 항에 의한 배터리 공조 모듈;
상기 배터리의 온도를 측정하는 온도센서; 및
상기 온도센서를 통해 측정된 실제온도와 배터리의 적합온도를 비교하여 상기 배터리 공조 모듈의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 공조 시스템.
제12항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 실제온도가 최저 적합온도 미만이면 상기 응축기를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2-1유입부, 제1공간부 및 제1벤트를 통해 공급되고 상기 증발기를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1-2유입부, 제2공간부 및 제2벤트를 통해 차량 외부로 배출되도록 제어하고,
상기 실제온도가 최고 적합온도 초과이면 상기 증발기를 통과하여 냉각된 공기가 상기 제1-1유입부, 제1공간부 및 제1벤트를 통해 공급되고 상기 응축기를 통과하여 가열된 공기가 상기 제2-1유입부, 제2공간부 및 제2벤트를 통해 차량 외부로 배출되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 공조 시스템.
제13항에 있어서,
상기 배터리 공조 모듈은 상기 배터리 케이스에 직접 연결되어, 상기 토출덕트의 제1벤트를 통해 상기 배터리 케이스 내부로 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 배터리 공조 시스템.