KR102228616B1 - 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 상측에 배터리팩이 장착될 수 있도록 일체형으로 제작된 메인트레이와 메인트레이의 하측에 하부플레이트가 결합할 때 볼트 및 나사를 포함한 체결수단을 이용하여 결합함으로서, 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 냉각 장치 내부에 작동 유체가 유동할 수 있는 유로를 다채널로 형성하고, 작동 유체의 유동 저항을 감소시켜 배터리의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 하면 외측 가장자리 둘레를 따라 양각 형태로 돌출되어 형성된 메인테두리부, 중앙부에는 일측이 메인테두리부와 연결되고, 타측은 메인테두리부와 소정거리 이격되어 양각 형태로 형성되는 메인중앙분리부, 메인중앙분리부를 기준으로 일측에 소정간격 이격되어 양각형태로 형성되어 있는 다수 개의 메인유입유로분리부, 메인중앙분리부를 기준으로 메인유입유로분리부의 타측에 소정간격 이격되어 양각형태로 형성되어 있는 다수 개의 메인유출유로분리부, 메인중앙분리부를 사이에 두고 소정 간격 이격되어 형성되어 있는 복수 개의 포트관통공, 상면 내측에는 소정 간격 이격되어 음각으로 형성되는 분리패널결합부를 포함하는 메인트레이; 다수의 배터리팩이 나란하게 장착될 수 있도록 메인트레이의 분리패널결합부에 결합되고 탈부착이 가능한 다수 개의 분리패널; 상면 외측에 메인트레이의 메인테두리부와 상응하는 위치에 가장자리 둘레를 따라 돌출되게 형성되는 하부테두리부, 메인트레이의 메인중앙분리부과 상응하는 위치에 돌출되어 형성되는 하부중앙분리부, 메인트레이의 메인유입유로분리부와 상응하는 위치에 돌출되게 형성되는 하부유입유로분리부, 메인트레이의 메인유출유로분리부와 상응하는 위치에 돌출되게 형성되는 하부유출유로분리부를 포함하는 하부플레이트; 메인트레이의 메인중앙분리부을 기준으로 일측 포트관통공에 삽입되며, 작동유체가 유입되는 작동유체유입포트; 메인트레이의 메인중앙분리부을 기준으로 타측 포트관통공에 삽입되며, 작동유체가 유출되는 작동유체유출포트; 및 작동유체의 누수를 방지하고, 유로의 기밀상태를 유지하기 위하여 메인트레이의 하측과 하부플레이트가 상호 결합할때, 메인트레이의 하측과 하부플레이트의 상측 사이에 구비되는 가스켓을 포함하고, 메인트레이의 하측과 하부플레이트가 상호 결합할 때, 메인테두리부와 하부테두리부가 상호 밀착하여 테두리부를 형성하고, 메인중앙분리부와 하부중앙분리부가 상호 밀착하여 중앙분리부를 형성하며, 메인유입유로분리부와 하부유입유로분리부가 상호 밀착하여 다수 개의 유입유로분리부를 형성하고, 다수 개의 유입유로분리부에 의하여 유입유로가 형성되며, 메인유출유로분리부와 하부유출유로분리부가 상호 밀착하여 다수 개의 유출유로분리부를 형성하고, 다수 개의 유출유로분리부에 의하여 유출유로가 형성되어 작동유체유입포트에서 유입된 작동유체가 유입유로 및 유출유로를 따라 유동하여 작동유체유출포트로 배출되는 것을 포함하며, 메인트레이의 메인중앙분리부, 메인유입유로부 및 메인유출유로부와 하부플레이트의 하부중앙분리부, 하부유입유로부 및 하부유출유로부에 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단에 의한 결합을 위한 결합용 통공이 형성되어 있고, 메인트레이의 하측과 하부플레이트가 상호 결합할 때 결합용 통공에 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단이 삽입되어 결합되는 것을 포함하는 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치를 제공한다.
이를 위해 본 발명은 하면 외측 가장자리 둘레를 따라 양각 형태로 돌출되어 형성된 메인테두리부, 중앙부에는 일측이 메인테두리부와 연결되고, 타측은 메인테두리부와 소정거리 이격되어 양각 형태로 형성되는 메인중앙분리부, 메인중앙분리부를 기준으로 일측에 소정간격 이격되어 양각형태로 형성되어 있는 다수 개의 메인유입유로분리부, 메인중앙분리부를 기준으로 메인유입유로분리부의 타측에 소정간격 이격되어 양각형태로 형성되어 있는 다수 개의 메인유출유로분리부, 메인중앙분리부를 사이에 두고 소정 간격 이격되어 형성되어 있는 복수 개의 포트관통공, 상면 내측에는 소정 간격 이격되어 음각으로 형성되는 분리패널결합부를 포함하는 메인트레이; 다수의 배터리팩이 나란하게 장착될 수 있도록 메인트레이의 분리패널결합부에 결합되고 탈부착이 가능한 다수 개의 분리패널; 상면 외측에 메인트레이의 메인테두리부와 상응하는 위치에 가장자리 둘레를 따라 돌출되게 형성되는 하부테두리부, 메인트레이의 메인중앙분리부과 상응하는 위치에 돌출되어 형성되는 하부중앙분리부, 메인트레이의 메인유입유로분리부와 상응하는 위치에 돌출되게 형성되는 하부유입유로분리부, 메인트레이의 메인유출유로분리부와 상응하는 위치에 돌출되게 형성되는 하부유출유로분리부를 포함하는 하부플레이트; 메인트레이의 메인중앙분리부을 기준으로 일측 포트관통공에 삽입되며, 작동유체가 유입되는 작동유체유입포트; 메인트레이의 메인중앙분리부을 기준으로 타측 포트관통공에 삽입되며, 작동유체가 유출되는 작동유체유출포트; 및 작동유체의 누수를 방지하고, 유로의 기밀상태를 유지하기 위하여 메인트레이의 하측과 하부플레이트가 상호 결합할때, 메인트레이의 하측과 하부플레이트의 상측 사이에 구비되는 가스켓을 포함하고, 메인트레이의 하측과 하부플레이트가 상호 결합할 때, 메인테두리부와 하부테두리부가 상호 밀착하여 테두리부를 형성하고, 메인중앙분리부와 하부중앙분리부가 상호 밀착하여 중앙분리부를 형성하며, 메인유입유로분리부와 하부유입유로분리부가 상호 밀착하여 다수 개의 유입유로분리부를 형성하고, 다수 개의 유입유로분리부에 의하여 유입유로가 형성되며, 메인유출유로분리부와 하부유출유로분리부가 상호 밀착하여 다수 개의 유출유로분리부를 형성하고, 다수 개의 유출유로분리부에 의하여 유출유로가 형성되어 작동유체유입포트에서 유입된 작동유체가 유입유로 및 유출유로를 따라 유동하여 작동유체유출포트로 배출되는 것을 포함하며, 메인트레이의 메인중앙분리부, 메인유입유로부 및 메인유출유로부와 하부플레이트의 하부중앙분리부, 하부유입유로부 및 하부유출유로부에 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단에 의한 결합을 위한 결합용 통공이 형성되어 있고, 메인트레이의 하측과 하부플레이트가 상호 결합할 때 결합용 통공에 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단이 삽입되어 결합되는 것을 포함하는 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치를 제공한다.
Description
본 발명은 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 상측에 배터리팩이 장착될 수 있도록 일체형으로 제작된 메인트레이와 메인트레이의 하측에 하부플레이트가 결합할 때 볼트 및 나사를 포함한 체결수단을 이용하여 결합함으로서, 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 냉각 장치 내부에 작동 유체가 유동할 수 있는 유로를 다채널로 형성하고, 작동 유체의 유동 저항을 감소시켜 배터리의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전 및 방전 가능한 전지로서, 전기 자동차의 모터 구동용 배터리의 경우, 다수의 전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.
다수의 모듈이 직렬로 연결된 배터리팩은 충/방전 시 셀에서 열이 발생하고, 셀의 온도에 따라 배터리의 충방전 전력이 달라지게 된다. 따라서, 배터리의 내부온도가 예를 들어 25~40도로 운전되도록 셀의 온도를 적절한 범위로 유지하여야 한다.
현재 사용되고 있는 전기 자동차용 배터리의 냉각방식은 크게 공랭식과 수냉식으로 나눌 수 있으며, 공냉 및 수냉식 냉각방식은 배터리 모듈 단위로 이루어지는 것이 일반적이다.
공랭식 냉각방식은 냉각팬을 배터리 트레이에 부착하고, 공기를 외부에서 흡입하여 배터리 트레이의 입구 쪽부터 냉각을 시켜 배터리 트레이의 뒤쪽 출구로 공기를 배기시킨다. 그러나 배터리의 냉각성능은 입구 단에서 데워진 공기가 뒤쪽으로 전달됨으로 배터리의 위치에 따라 냉각특성에 차이가 발생할 수 있으며, 특히 앞쪽보다는 뒤쪽에 위치한 배터리의 냉각효율이 떨어진다고 볼 수 있으며, 전체적으로 공기에 의한 냉각속도가 느린 단점이 있다.
또한, 발열이 상대적으로 많은 배터리 모듈에 대해 수냉판으로 냉각수를 유입시켜 배터리팩을 냉각시키는 수냉식 냉각방식이 주로 사용되고 있다.
그러나, 종래의 수냉식 냉각장치는 배터리팩 케이스가 일체형이 아닌 배터리 모듈의 하측에 히트 싱크 또는 배터리팩에 냉각 파이프를 직접 삽입시켜 배터리 모듈을 냉각하고 있는데 이러한 방식은 별도의 부품으로 구성되어 부품수 증가 및 제조 공정이 복잡해 지고, 누수에 의한 화재 발생을 포함한 2차 사고의 위험성인 높고, 중량 상의 문제로 전기 자동차의 주행거리가 줄어드는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 수냉식 냉각장치에서 작동유체가 열교환을 하며 유동할 때, 작동유체의 유동방향이 변하는 부위에 유동저항이 증가하여 냉각효율이 낮아지는 문제점이 이 발생한다.
또한, 배터리 냉각장치를 결합할때, 레이저 용접방식으로 결합하는 경우 내부의 작동유체의 압력이 높아지는 경우, 배부름현상 및 누수가 발생할 수 있고, 로브레이징방식으로 결합하는 경우, 연질화가 발생하여 제품의 내구성이 낮아지는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 수냉식 냉각채널을 배터리팩 케이스와 일체로 하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있고, 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 냉각 장치의 중량을 줄여 전기 자동차의 주행거리를 늘릴 수 있는 새로운 배터리 냉각 장치가 필요한 실정이다.
선행기술문헌 : KR등록특허공보 제10-1091665호(2011.12.08. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 상측에 배터리팩이 장착될 수 있도록 일체형으로 제작된 메인트레이와 메인트레이의 하측에 하부플레이트가 결합할 때 볼트 및 나사를 포함한 체결수단을 이용하여 결합함으로서 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 냉각 장치 내부에 작동 유체가 유동할 수 있는 유로를 다채널로 형성하고, 작동 유체의 유동 저항을 감소시켜 배터리의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치에 관한 것이다.를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치는 하면 외측 가장자리 둘레를 따라 양각 형태로 돌출되어 형성된 메인테두리부, 중앙부에는 일측이 메인테두리부와 연결되고, 타측은 메인테두리부와 소정거리 이격되어 양각 형태로 형성되는 메인중앙분리부, 메인중앙분리부를 기준으로 일측에 소정간격 이격되어 양각형태로 형성되어 있는 다수 개의 메인유입유로분리부, 메인중앙분리부를 기준으로 메인유입유로분리부의 타측에 소정간격 이격되어 양각형태로 형성되어 있는 다수 개의 메인유출유로분리부, 메인중앙분리부를 사이에 두고 소정 간격 이격되어 형성되어 있는 복수 개의 포트관통공, 상면 내측에는 소정 간격 이격되어 음각으로 형성되는 분리패널결합부를 포함하는 메인트레이; 다수의 배터리팩이 나란하게 장착될 수 있도록 메인트레이의 분리패널결합부에 결합되고 탈부착이 가능한 다수 개의 분리패널; 상면 외측에 메인트레이의 메인테두리부와 상응하는 위치에 가장자리 둘레를 따라 돌출되게 형성되는 하부테두리부, 메인트레이의 메인중앙분리부과 상응하는 위치에 돌출되어 형성되는 하부중앙분리부, 메인트레이의 메인유입유로분리부와 상응하는 위치에 돌출되게 형성되는 하부유입유로분리부, 메인트레이의 메인유출유로분리부와 상응하는 위치에 돌출되게 형성되는 하부유출유로분리부를 포함하는 하부플레이트; 메인트레이의 메인중앙분리부을 기준으로 일측 포트관통공에 삽입되며, 작동유체가 유입되는 작동유체유입포트; 메인트레이의 메인중앙분리부을 기준으로 타측 포트관통공에 삽입되며, 작동유체가 유출되는 작동유체유출포트; 및 작동유체의 누수를 방지하고, 유로의 기밀상태를 유지하기 위하여 메인트레이의 하측과 하부플레이트가 상호 결합할때, 메인트레이의 하측과 하부플레이트의 상측 사이에 구비되는 가스켓을 포함하고, 메인트레이의 하측과 하부플레이트가 상호 결합할 때, 메인테두리부와 하부테두리부가 상호 밀착하여 테두리부를 형성하고, 메인중앙분리부와 하부중앙분리부가 상호 밀착하여 중앙분리부를 형성하며, 메인유입유로분리부와 하부유입유로분리부가 상호 밀착하여 다수 개의 유입유로분리부를 형성하고, 다수 개의 유입유로분리부에 의하여 유입유로가 형성되며, 메인유출유로분리부와 하부유출유로분리부가 상호 밀착하여 다수 개의 유출유로분리부를 형성하고, 다수 개의 유출유로분리부에 의하여 유출유로가 형성되어 작동유체유입포트에서 유입된 작동유체가 유입유로 및 유출유로를 따라 유동하여 작동유체유출포트로 배출되는 것을 포함하며, 메인트레이의 메인중앙분리부, 메인유입유로부 및 메인유출유로부와 하부플레이트의 하부중앙분리부, 하부유입유로부 및 하부유출유로부에 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단에 의한 결합을 위한 결합용 통공이 형성되어 있고, 메인트레이의 하측과 하부플레이트가 상호 결합할 때 결합용 통공에 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단이 삽입되어 결합되는 것을 포함한다.
또한, 유입유로에서 유출유로로 작동유체가 유입될 때, 작동유체의 유동저항을 감소시키기 위하여, 유출유로분리부가 중앙분리부에서 외측으로 갈수록 길이가 짧아져 유출유로 도입부의 폭이 넓어지는 것을 포함할 수 있다.
또한, 작동유체의 유동압력에 의해 하부플레이트에 발생하는 응력을 분산시키기 위해 하부플레이트의 외측면에는 양각 형태로 연속되는 다각형 형상의 양각돌출부가 형성되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 배터리팩과 냉각 장치를 일체화할 수 있어 냉각 장치의 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 나사 또는 볼트를 포함하는 체결수단을 이용하여 결합하여 배부름현상 및 누수를 방지할 수 있다.
또한, 작동 유체가 유동할 수 있는 유로를 다채널로 형성하고, 작동 유체의 유동 저항을 감소시켜 배터리의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리팩 냉각을 위한 일체형 수냉식 냉각장치를 도시한 사시도,
도 2는 메인트레이와 하부플레이트의 분리 사시도,
도 3은 메인트레이와 포트를 도시한 사시도,
도 4는 메인트레이의 하측면을 도시한 도면,
도 5는 메인트레이의 하측면과 가스켓을 도시한 도면,
도 6은 메인트레이와 하부플레이트의 접합상태를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리팩 냉각을 위한 일체형 수냉식 냉각장치에서 유로를 따라 유동하는 작동유체의 유입 및 유출 흐름을 도시한도면,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리팩 냉각을 위한 일체형 수냉식 냉각장치에서 작동유체의 유동 방향을 도시한 도면,
도 9는 유출유로의 길이가 동일한 경우의 작동 유체의 온도분포를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유출유로의 길이가 외측으로 갈수록 짧게 형성된 경우의 작동 유체의 온도분포를 도시한 도면,
도 11은 하부플레이트의 상측면을 도시한 도면,
도 12는 메인트레이, 가스켓 및 하부플레이트의 분리 사시도,
도 13은 분리패널과 메인트레이의 분리 사시도,
도 14는 메인트레이과 결합된 하부플레이트의 하측면을 도시한 도면,
도 15는 메인트레이의 하측면를 도시한 도면
도 16은 커버케이스를 도시한 도면.
도 2는 메인트레이와 하부플레이트의 분리 사시도,
도 3은 메인트레이와 포트를 도시한 사시도,
도 4는 메인트레이의 하측면을 도시한 도면,
도 5는 메인트레이의 하측면과 가스켓을 도시한 도면,
도 6은 메인트레이와 하부플레이트의 접합상태를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리팩 냉각을 위한 일체형 수냉식 냉각장치에서 유로를 따라 유동하는 작동유체의 유입 및 유출 흐름을 도시한도면,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리팩 냉각을 위한 일체형 수냉식 냉각장치에서 작동유체의 유동 방향을 도시한 도면,
도 9는 유출유로의 길이가 동일한 경우의 작동 유체의 온도분포를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유출유로의 길이가 외측으로 갈수록 짧게 형성된 경우의 작동 유체의 온도분포를 도시한 도면,
도 11은 하부플레이트의 상측면을 도시한 도면,
도 12는 메인트레이, 가스켓 및 하부플레이트의 분리 사시도,
도 13은 분리패널과 메인트레이의 분리 사시도,
도 14는 메인트레이과 결합된 하부플레이트의 하측면을 도시한 도면,
도 15는 메인트레이의 하측면를 도시한 도면
도 16은 커버케이스를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리팩 냉각을 위한 일체형 수냉식 냉각장치를 도시한 사시도, 도 2는 메인트레이와 하부플레이트의 분리 사시도, 도 3은 메인트레이와 포트를 도시한 사시도, 도 4는 메인트레이의 하측면을 도시한 도면, 도 5는 메인트레이의 하측면과 가스켓을 도시한 도면, 도 6은 메인트레이와 하부플레이트의 접합상태를 도시한 도면, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리팩 냉각을 위한 일체형 수냉식 냉각장치에서 유로를 따라 유동하는 작동유체의 유입 및 유출 흐름을 도시한 도면, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리팩 냉각을 위한 일체형 수냉식 냉각장치에서 작동유체의 유동 방향을 도시한 도면, 도 9는 유출유로의 길이가 동일한 경우의 작동 유체의 온도분포를 도시한 도면, 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유출유로의 길이가 외측으로 갈수록 짧게 형성된 경우의 작동 유체의 온도분포를 도시한 도면, 도 11은 하부플레이트의 상측면을 도시한 도면, 도 12는 메인트레이, 가스켓 및 하부플레이트의 분리 사시도, 도 13은 분리패널과 메인트레이의 분리 사시도, 도 14는 메인트레이와 결합된 하부플레이트의 하측면을 도시한 도면, 도 15는 메인트레이의 하측면을 도시한 도면, 도 16은 커버케이스를 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치는, 도 1 내지 도 3를 참조하면, 메인트레이(10), 분리패널(20), 하부플레이트(30), 작동유체유입포트(40), 작동유체유출포트(50), 커버케이스(60), 가스켓(Gasket)(70)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 본 발명에 따른 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치는 전기 자동차용 배터리와 일체로 구성된 수냉식 냉각장치로서, 다수의 배터리팩이 메인트레이(10)의 상측에 나란하게 안착되며, 메인트레이(10)의 하측 외면에 작동 유체가 유동할 수 있는 유로의 일부가 형성되고, 하부플레이트(30)에 유로의 일부가 형성되며, 메인트레이(10)와 하부플레이트(30)가 상호 결합된 상태에서 작동 유체가 유동할 수 있는 완전한 유로를 형성하도록 하여 냉각 장치의 구조를 단순화함으로써 제조공정을 단순화할 수 있고, 경제성을 도모할 수 있는 데 그 특징이 있다.
또한, 메인트레이와 하부플레이트의 결합을 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단을 이용하여 결합함으로써 배부름 현상을 방지하고 내구성을 향상시킬수 있는데 그 특징이 있다.
또한, 다량의 작동 유체가 유동할 수 있도록 냉각 채널을 다채널로 유로를 형성하는 동시에 작동 유체의 유동 방향을 단순화하여 곡면에 따른 마찰 저항 및 와류발생을 줄이고, 작동 유체의 유동 속도를 높여 냉각 효율을 향상시킬 수 있는데 그 특징이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치를 구성하는 구성 요소에 대해 상세하게 설명한다.
메인트레이(10)는 도 1 내지 도 3 및 도13을 참조하면, 상측에 다수의 배터리팩이 나란하게 장착될 수 있도록 길이방향으로 다수의 분리패널결합부(17)가 소정간격 이격되어 구비되며, 분리패널결합부(17)에는 분리패널(20)이 결합될 수 있으며, 분리패널결합부(17)에 분리패널(20)이 결합되는 경우 분리패널(20) 사이로 배터리팩이 삽입되어 안착된다.
분리패널이 메인트레이에 일체형으로 구비되는 경우 주조제작을 할 때 분리패널부분에 의하여 주괴용탕의 와류현상이 발생할 수 있다.
이러한 주괴용탕의 와류현상이 발생하는 경우 와류로 인하여 메인트레이 내부에 다공성 기공이 발생하여 메인트레이의 내구성이 저하되고 제품의 불량이 발생한다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 메인트레이(10)를 분리패널결합부(17)가 형성된 상태로 제작하고 분리패널(20)을 메인트레이(10)와 별도로 제작하여 메인트레이의 분리패널결합부(17)에 볼트 및 나사를 포함한 체결수단을 이용하여 조립결합하는 방식을 채택함으로써 제품의 내구성 및 생산성을 향상하였다.
또한, 박판에서의 냉각에 의한 급냉 조직을 개선하고 기계적 성질을 향상 시키기 위하여 주괴 제조시에 인(P)성분을 첨가하여 주괴를 제조할 수 있다.
또한, 메인트레이, 하부플레이트 및 분리패널을 제조할 때 TAC(Tech Arc Coating)을 포함한 PEO(Plasma Electrolyte Oxidizing)공법을 이용하여 표면처리를 수행할 수 있다.
플라즈마 반응을 이용항 TAC공법으로 표면처리를 하는 경우 표면처리의 시간이 줄어들고 내식성과 경도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 분리패널(20)의 일 측면에는 각 분리패널(20) 사이로 삽입되는 배터리를 상호 연결하기 위한 케이블이 지나갈 수 있도록 케이블연결홈(22)이 형성된다.
메인트레이(10)의 하면 외측에는 도 4를 참조하면, 메인트레이(10)의 가장자리 둘레에 해당하는 메인테두리부(11a)가 양각 형태로 바닥면에 대해 돌출되게 형성되며, 중앙부에는 길이방향으로 일측이 메인테두리부(11a)와 연결되고, 타측은 메인테두리부(11a)와 소정거리 이격된 메인중앙분리부(12a)가 양각 형태로 형성된다.
또한, 메인중앙분리부(12a)를 기준으로 일측에 메인중앙분리부(12a)에 비해 폭이 좁은 다수의 메인유입유로분리부(13a)가 소정간격 이격되어 양각 형태로 형성된다. 이때 메인유입유로분리부(13a)의 단부는 메인테두리부(11a)와 소정거리 이격되어 형성된다.
또한, 메인중앙분리부(12a)를 기준으로 메인유입유로분리부(13a)의 타측에 메인유출유로분리부(15a)가 소정간격 이격되어 양각 형태로 형성된다.
이 경우, 메인유출유로분리부(15a)는 메인중앙분리부(12a)에서 외측으로 갈수록 길이가 짧게 형성된다.
또한, 도 4 및 도 15를 참조하면, 메인트레이(10)의 일측에는 메인중앙분리부(12a)를 사이에 두고 소정 간격 이격되어 복수 개의 포트관통공(18)이 나란하게 형성된다.
포트관통공(18)에는 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 아래에 서술된 작동유체유입포트(40)와 작동유체유출포트(50)가 각각 삽입되어 결합한다.
또한, 메인트레이(10)에서 양각 형태로 형성된 메인테두리부(11a), 메인중앙분리부(12a), 메인유입유로분리부(13a) 및 메인유출유로분리부(15a)사이를 따라 트레이유로(2)가 음각 형태로 형성된다.
트레이유로(2)는 아래에서 서술된 하부플레이트(30)에 형성되는 플레이트유로와 상호 대응하는 형상으로 합쳐서 작동유체가 유동할 수 있는 공간을 형성하게 된다.
한편, 메인트레이(10)의 가장자리에는 차량 하측에 조립 마운팅을 위해 다수의 조립가이드홈이 구비된다.
하부플레이트(30)는 도 11를 참조하면, 메인트레이(10)의 하측 면에 결합하는 구성요소로서, 상면 외측에 메인트레이의 메인테두리부와 상응하는 위치에 하부테부리부가 가장자리 둘레를 따라 돌출되게 형성되며, 메인트레이의 메인중앙분리부과 상응하는 위치에 돌출된 하부중앙분리부가 형성되고, 메인트레이의 메인유입유로분리부와 상응하는 위치에 하부유입유로분리부가 돌출되게 형성되며, 메인트레이의 메인유출유로분리부와 상응하는 위치에 하부유출유로분리부가 돌출되게 형성된다.
하부플레이트(30)의 돌출되게 형성된 하부테두리부(11b), 하부중앙분리부(12b), 하부유입유로분리부(13b) 및 하부유출유로분리부(15b) 사이를 따라 플레이트유로(4)가 오목하게 형성된다.
한편, 도 4, 도 11 및 도 14 내지 도 15를 참고하면, 메인트레이(10)의 메인중앙분리부(12a), 메인유입유로분리부(13a) 및 메인유출유로분리부(15a)와 하부플레이트(30)의 하부중앙분리부(12b), 하부유입유로분리부(13b) 및 하부유출유로분리부(15b)에 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단에 의한 결합을 할 수 있는 결합용 통공(80)이 형성되어 있다.
메인트레이(10)의 하측과 하부플레이트(30)가 상호 결합 할 때 결합용 통공(80)에 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단이 삽입되어 결합할 수 있다.
레이저 용접으로 결합하는 경우, 내부의 작동유체의 압력이 높아지는 경우, 배부름현상 및 누수가 발생하는 문제점이 있고, 로브레이징으로 결합하는 경우, 연질화가 발생하여 제품의 내구성이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 메인트레이(10)와 하부플레이트(30)에 결합용통공(80)을 형성하여, 메인트레이의 하측과 하부플레이트가 상호 결합 할 때 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단을 이용하여 결합하는 방식을 채택하였다.
볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단을 이용하여 결합하는 경우, 작동유체의 누수를 방지하고, 유로의 기밀상태를 유지하기 위하여 메인트레이의 하측과 하부플레이트의 상측 사이에 가스켓(Gasket)이 구비될 수 있다.
이 경우, 가스켓(Gasket)은 중앙부에 스테인레스스틸을 포함한 금속재질로 이루어진 금속부가 구비되고 금속부의 양측면에 고무 또는 실리콘을 포함한 탄성을 가진 탄성재질로 이루어진 탄성부가 구비되어 이루질 수 있다.
메인트레이(10)의 하측과 하부플레이트(30)가 상호 결합할 때, 메인테두리부(11a)와 하부테두리부(11b)가 상호 밀착하여 테두리부를 형성하고, 메인중앙분리부(12a)와 하부중앙분리부(12b)가 상호 밀착하여 중앙분리부(12)를 형성하며, 메인유입유로분리부(13a)와 하부유입유로분리부(13b)가 상호 밀착하여 다수 개의 유입유로분리부(13)를 형성하고, 다수 개의 유입유로분리부(13)에 의하여 유입유로가 형성된다.
또한, 메인유출유로분리부(15a)와 하부유출유로분리부(15b)가 상호 밀착하여 다수 개의 유출유로분리부(15)를 형성하고, 다수 개의 유출유로분리부(15)에 의하여 유출유로가 형성되어, 작동유체유입포트(40)에서 유입된 작동유체가 유입유로 및 유출유로를 따라 유동하여 작동유체유출포트(50)로 배출될 수 있다.
즉, 메인트레이(10)의 양각 형태로 형성된 부분과 하부트레이에서 상방으로 볼록하게 돌출된 부분이 상호 밀착할 때, 메인트레이(10)의 음각 형태로 형성된 트레이유로(2)와 하부플레이트(30)의 오목하게 형성된 플레이트유로(4)가 상호 대응되는 형상으로 합쳐져 완전한 유로를 형성하게 된다.
또한, 유입유로에서 유출유로로 작동유체가 유입될 때, 작동유체의 유동저항을 감소시키기 위하여, 유출유로분리부가 중앙분리부에서 외측으로 갈수록 길이가 짧아져 유출유로 도입부의 폭이 넓게 형성될 수 있다.
도 9를 참고하면, 유출유로의 길이가 같은 길이로 형성되는 경우 작동유체가 중앙분리부를 지나 유출유로 도입부로 유입되는 구간에서 작동유체의 흐름이 원활하지 않아 메인트레이에 안착되어 있는 배터리팩의 위치별로 냉각효과의 차이가 발생할 수 있다.
이러한 냉각효과의 차이로 인하여 배터리팩의 위치별 온도편차가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 유출유로의 길이를 각각 다르게 구성하여, 유출유로가 동일한 길이로 형성되는 경우보다 작동유체의 유동이 원활하게 할 수 있고, 배터리팩의 위치별 온도편차도 줄어들어 배터리팩의 냉각을 더욱 효율적으로 수행될 수 있다.
유출유로의 길이가 동일한 경우와 유출유로의 길이를 각각 다르게 구성한 경우의 배터리최대온도, 배터리온도편차, 셀 초대온도 및 셀 온도편차는 표 1과 같다.
| 구분 | 유출유로의 길이가 동일한 경우 |
유출유로의 길이가 다른경우 |
| 배터리 최대온도 | 46.73℃ | 46.23℃ |
| 배터리온도편차 | 1.41℃ | 1.04℃ |
| 셀 최대온도 | 24.41℃ | 24.35℃ |
| 셀 온도편차 | 2.26℃ | 2.24℃ |
작동유체유입포트(40)는 도 1 및 도 3을 참조하면, 메인트레이(10)의 제1 중앙분리부(14)을 기준으로 일측 포트관통공(18)에 삽입되며, 메인트레이(10)의 트레이유로(2)와 하부플레이트(30)의 플레이트유로가 합쳐서 형성하는 유로로 통해 유동할 수 있는 작동 유체가 유입된다.
작동유체유출포트(50)는 도 1 및 도 3을 참조하면, 작동유체유입포트(40)와 동일한 형상으로 메인트레이(10)의 메인중앙분리부(12a)을 기준으로 작동유체유입포트(40)가 설치된 위치에서 타측 포트관통공(18)에 삽입되며, 작동유체유입포트(40)를 통해 유입된 작동 유체가 유출된다.
한편, 도 3을 참조하면, 작동유체유입포트(40)와 작동유체유출포트(50)의 하측에는 소정 간격을 두고 상부돌출부(42)와 하부돌출부(44)가 형성되고, 각 돌출부 사이에 체결수단안착부(46)가 형성된다. 이 체결수단안착부(46)에는 각 포트와 연결되는 배관을 외측에서 가압하여 결합시킬 수 있는 버클 또는 클램프 등을 포함한 다양한 가압체결수단이 결합된다.
한편, 작동유체유입포트(40)와 작동유체유출포트(50)가 메인트레이(10)에 결합할 때 메인트레이(10)에 형성된 포트관통공(18)에 각 포트에 형성된 하부돌출부(44)의 하측이 억지끼워맞춤을 포함한 압입 방식으로 결합할 수 있고, 또는 압입 후 고주파 브레이징을 포함한 융착방식에 의해 접합시켜 기밀상태를 유지함으로써 작동 유체의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 작동유체유입포트(40)와 작동유체유출포트(50)는 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 메인트레이(10)의 하면에 대해 수직한 방향으로 설치되어 전기 자동차 내부에 냉각 장치가 설치되는 공간을 줄일 수 있는 효과가 발생한다.
한편, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리팩 냉각을 위한 일체형 수냉식 냉각장치에서는 배터리 냉각을 위한 작동유체가 서로 밀착된 메인유로분리부 및 하부유로분리부에 의해 형성되는 유입유로 및 유출유로가 각각 다채널로 구성하고, 서로 밀착된 메인중앙분리부와 하부중앙분리부를 중심에 두고 유입 유로에서 유출 유로로 방향을 전환하는 유로를 단일 유로로 형성하여 작동 유체의 유동 방향을 단순화함으로써, 관로 저항과 와류발생을 줄이고, 유체의 유동속도를 빠르게 하여 배터리의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
여기서, 도 7 및 8을 참조하면, 메인트레이(10)와 하부플레이트(30)가 상호 결합한 상태에서 서로 밀된 메인중앙분리부(14)와 제2 중앙분리부(34)를 기준으로 작동유체유입포트(40)에서 유입된 작동 유체는 작동유체유입포트(40)가 위치하는 방향에 형성된 다수의 유로를 따라 유동하며, 작동유체유출포트(50)가 위치하는 방향에 형성된 다수의 유로 방향으로 유동하여 작동유체유출포트로 배출된다.
이때, 밀착된 메인중앙분리부와 하부중앙분리부를 기준으로 다채널의 유입 유로로 유입된 작동 유체가 다채널의 유출 유로로 전환될 때 하나의 채널로 된 유로를 통과함으로써 유체의 유동 압력을 높여 와류의 발생을 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.
즉, 작동 유체가 유입에서 유출되는 과정이 다채널의 유입 유로와 단채널의 경로 전환 유로 및 다채널의 유출 유로 과정이 "ㄷ" 자 형태로 되게 하여 작동 유체의 유동 흐름을 단순화하고, 다량의 작동 유체가 빠른 속도로 유동할 수 있도록 하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 2차적으로 냉각 효율을 높이기 위해 하부플레이트(30)의 하면에는 다수의 냉각핀(미도시)이 형성되어 보다 신속하게 열교환을 수행할 수 있다.
또한, 하부플레이트의 외측면에 도 14에 도시한 바와 같이 하부플레이트의 내구성 향상과 작동유체의 유동 압력에 의해 발생하는 응력이 하부플레이트의 특정부위에 집중되지 않고, 하부플레이트 전체에 균등하게 분산될 수 있도록 하기 위해 양각 형태로 형성된 연속되는 다각형 형상의 양각돌출부(32)가 형성될 수 있고, 이 경우, 내구성을 고려하여 결합용 통공(80)은 양각돌출부를 따라 형성될 수 있다.
커버케이스(60)는 도 16을 참조하면, 양 측면의 상부 모서리 부분의 단부에는 배터리와 연결되는 케이블을 외측으로 인출하기 위한 케이블인출홈(62)이 형성되어 있으며, 도 1에 도시한 바와 같이 메인트레이(10)의 상측과 양 측면에 결합하여 메인트레이(10)의 내부가 기밀상태를 유지하게 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
2 - 트레이유로 4 - 플레이트유로
10 - 메인트레이 11a - 메인테두리부
11b - 하부테두리부 11 - 테두리부
12a - 메인중앙분리부 12b - 하부중앙분리부
12 - 중앙분리부 13a - 메인유입유로분리부
13b - 하부유입유로분리부 13 - 유입유로분리부
14 - 유입유로 15a - 메인유출유로분리부
15b - 하부유출유로분리부 15 - 유출유로분리부
16 - 유출유로 17 - 분리패널결합부
18 - 포트관통공 20 - 분리패널
22 - 케이블연결홈 30 - 하부플레이트
32 - 양각돌출부 40 - 작동유체유입포트
50 - 작동유체유출포트 60 - 커버케이스
80 - 결합용 통공
10 - 메인트레이 11a - 메인테두리부
11b - 하부테두리부 11 - 테두리부
12a - 메인중앙분리부 12b - 하부중앙분리부
12 - 중앙분리부 13a - 메인유입유로분리부
13b - 하부유입유로분리부 13 - 유입유로분리부
14 - 유입유로 15a - 메인유출유로분리부
15b - 하부유출유로분리부 15 - 유출유로분리부
16 - 유출유로 17 - 분리패널결합부
18 - 포트관통공 20 - 분리패널
22 - 케이블연결홈 30 - 하부플레이트
32 - 양각돌출부 40 - 작동유체유입포트
50 - 작동유체유출포트 60 - 커버케이스
80 - 결합용 통공
Claims (3)
- 하면 외측 가장자리 둘레를 따라 양각 형태로 돌출되어 형성된 메인테두리부(11a),
중앙부에는 일측이 메인테두리부(11a)와 연결되고, 타측은 메인테두리부(11a)와 소정거리 이격되어 양각 형태로 형성되는 메인중앙분리부(12a),
메인중앙분리부(12a)를 기준으로 일측에 소정간격 이격되어 양각형태로 형성되어 있는 다수 개의 메인유입유로분리부(13a),
메인중앙분리부(12a)를 기준으로 메인유입유로분리부(13a)의 타측에 소정간격 이격되어 양각형태로 형성되어 있는 다수 개의 메인유출유로분리부(15a),
메인중앙분리부(12a)를 사이에 두고 소정 간격 이격되어 형성되어 있는 복수 개의 포트관통공(18),
상면 내측에는 소정 간격 이격되어 음각으로 형성되는 분리패널결합부(17)
를 포함하는 메인트레이(10);
다수의 배터리팩이 나란하게 장착될 수 있도록 메인트레이(10)의 분리패널결합부(17)에 결합되고 탈부착이 가능한 다수 개의 분리패널(20);
상면 외측에 메인트레이(10)의 메인테두리부(11a)와 상응하는 위치에 가장자리 둘레를 따라 돌출되게 형성되는 하부테두리부(11b),
메인트레이(10)의 메인중앙분리부(12a)과 상응하는 위치에 돌출되어 형성되는 하부중앙분리부(12b),
메인트레이(10)의 메인유입유로분리부(13a)와 상응하는 위치에 돌출되게 형성되는 하부유입유로분리부(13b),
메인트레이(10)의 메인유출유로분리부(15a)와 상응하는 위치에 돌출되게 형성되는 하부유출유로분리부(15b),
를 포함하는 하부플레이트(30);
메인트레이(10)의 메인중앙분리부(12a)을 기준으로 일측 포트관통공(18)에 삽입되며, 작동유체가 유입되는 작동유체유입포트(40);
메인트레이(10)의 메인중앙분리부(12a)을 기준으로 타측 포트관통공(18)에 삽입되며, 작동유체가 유출되는 작동유체유출포트(50); 및
작동유체의 누수를 방지하고, 유로의 기밀상태를 유지하기 위하여 메인트레이(10)의 하측과 하부플레이트(30)가 상호 결합할때, 메인트레이(10)의 하측과 하부플레이트(30)의 상측 사이에 구비되는 가스켓(70)
을 포함하고,
메인트레이(10)의 하측과 하부플레이트(30)가 상호 결합할 때,
메인테두리부(11a)와 하부테두리부(11b)가 상호 밀착하여 테두리부를 형성하고,
메인중앙분리부(12a)와 하부중앙분리부(12b)가 상호 밀착하여 중앙분리부(12)를 형성하며,
메인유입유로분리부(13a)와 하부유입유로분리부(13b)가 상호 밀착하여 다수 개의 유입유로분리부(13)를 형성하고,
다수 개의 유입유로분리부(13)에 의하여 유입유로가 형성되며,
메인유출유로분리부(15a)와 하부유출유로분리부(15b)가 상호 밀착하여 다수 개의 유출유로분리부(15)를 형성하고,
다수 개의 유출유로분리부(15)에 의하여 유출유로가 형성되어
작동유체유입포트(40)에서 유입된 작동유체가 유입유로 및 유출유로를 따라 유동하여 작동유체유출포트(50)로 배출되는 것
을 포함하며,
메인트레이(10)의 메인중앙분리부(12a), 메인유입유로분리부(13a) 및 메인유출유로분리부(15a)와 하부플레이트(30)의 하부중앙분리부(12b), 하부유입유로분리부(13b) 및 하부유출유로분리부(15b)에 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단에 의한 결합을 할 수 있는 결합용 통공(80)이 형성되어 있고,
메인트레이(10)의 하측과 하부플레이트(30)가 상호 결합할 때 결합용통공(80)에 볼트 또는 나사를 포함하는 체결수단이 삽입되어 결합되는 것
을 포함하고,
유입유로에서 유출유로로 작동유체가 유입될 때, 작동유체의 유동저항을 감소시키기 위하여, 유출유로분리부(15)가 중앙분리부(12)에서 외측으로 갈수록 길이가 짧아져 유출유로 도입부의 폭이 넓어지는 것
을 포함하며,
작동유체의 유동압력에 의해 하부플레이트(30)에 발생하는 응력을 분산시키기 위해 하부플레이트(30)의 외측면에는 양각 형태로 연속되는 다각형 형상의 양각돌출부(32)가 형성되는 것
을 포함하고,
메인트레이(10)에는 분리패널결합부(17)가 형성된 상태로 제작되고, 분리패널(20)을 메인트레이(10)와 별도로 제작하여 메인트레이(10)의 분리패널결합부(17)에 볼트 및 나사를 포함한 체결수단을 이용하여 조립결합 하는 것
을 포함하며,
분리패널(20)의 일 측면에는 각 분리패널(20) 사이로 삽입되는 배터리를 상호 연결하기 위한 케이블이 지나갈 수 있도록 케이블연결홈(22)이 형성되는 것
을 포함하고,
양 측면의 상부 모서리 부분의 단부에는 배터리와 연결되는 케이블을 외측으로 인출하기 위한 케이블인출홈(62)이 형성되어 있으며, 메인트레이의 상측과 양 측면에 결합하여 메인트레이의 내부가 기밀상태를 유지하게 하는 커버케이스(60)
를 포함하는, 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치. - 삭제
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| KR1020190016444A KR102228616B1 (ko) | 2019-02-13 | 2019-02-13 | 작동유체 유동저항 감소를 위한 수냉식 배터리팩 냉각장치 |
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