KR102274365B1 - 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템 - Google Patents

초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102274365B1
KR102274365B1 KR1020190071027A KR20190071027A KR102274365B1 KR 102274365 B1 KR102274365 B1 KR 102274365B1 KR 1020190071027 A KR1020190071027 A KR 1020190071027A KR 20190071027 A KR20190071027 A KR 20190071027A KR 102274365 B1 KR102274365 B1 KR 102274365B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
cooling
water
electric vehicle
line
Prior art date
Application number
KR1020190071027A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200143120A (ko
Inventor
송연수
이주엽
Original Assignee
송연수
이주엽
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 송연수, 이주엽 filed Critical 송연수
Priority to KR1020190071027A priority Critical patent/KR102274365B1/ko
Publication of KR20200143120A publication Critical patent/KR20200143120A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102274365B1 publication Critical patent/KR102274365B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/633—Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/659—Means for temperature control structurally associated with the cells by heat storage or buffering, e.g. heat capacity or liquid-solid phase changes or transition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면은, 물의 높은 잠열을 활용하여 냉각 효과를 높이고 수냉식보다 적은 양의 물이 사용되므로 경량화가 가능한 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템을 제공하는 것에 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템은, 전기차용 배터리 모듈이 고정 설치된 냉각 채널;과, 상기 전기차용 배터리 모듈의 일단에 접속되어 상기 냉각 채널로 냉각수를 제공하는 라인으로 정의되는 콜드 워터 라인;과, 상기 전기차용 배터리 모듈의 타단에 접속되어 상기 냉각 채널에서 배출된 수증기를 제공받는 라인으로 정의되는 핫 베이퍼 라인;과, 상기 콜드 워터 라인과 핫 베이퍼 라인의 사이에 설치되는 쿨러;와, 상기 냉각 채널 내부에 고정되며 상기 콜드 워터 라인에서 제공된 냉각수를 미세한 물방울 입자로 상태 변화시켜 상기 전기차용 배터리 모듈과 열교환이 수행되게 하는 초음파 진동자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템{COOLING SYSTEM OF BATTERY FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 모듈 사이에 냉각 채널을 설치하고 냉각 채널 하단부에 초음파 진동차를 설치하여 분무되는 물방울의 잠열로 배터리를 효율적으로 냉각할 수 있는 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템에 관한 것이다.
최근 환경오염 문제 및 대체 에너지 개발에 대한 노력으로 전기자동차의 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
일반적으로, 전기 자동차에는 차량을 구동시키기 위한 전기모터(구동모터)와, 그 전기모터에 전력을 공급하는 배터리가 탑재되어 있다. 배터리는 전기모터를 구동시키는 에너지원으로 인버터를 통해 전기모터에 전력을 공급할 수 있다.
이러한 배터리는 충전 및 방전 가능한 이차 전지로서, 배터리팩의 형태로 전기 자동차에 탑재되며, 필요 전력을 얻기 위해 다수 개의 셀들로 이루어진 배터리 모듈을 직렬로 연결한다.
상기와 같은 전기 자동차용 배터리의 성능은 주변 환경의 온도에 따라 크게 좌우되며, 충전 및 방전 시 자체적으로 발생하는 열 또한 배터리의 성능 및 효율을 낮추는 주요 요인으로 작용하고 있다.
이러한 전기 자동차용 배터리의 열을 관리하기 위한 기술은 공냉식과 수냉식 등의 방식의 존재한다.
전기 자동차용 배터리의 공냉식 냉각 시스템은, 흐르는 공기로 배터리를 냉각시키는 방법이기 때문에 냉각 능력이 크지 않다는 문제가 있다.
또한, 전기 자동차용 배터리의 수냉식 냉각 시스템은, 냉각 능력을 향상시킬 수 있지만 냉각 채널이 물로 채워져 있기 때문에 무게가 많이 나가게 되고 이는 곧 차량 주행거리에 단점으로 작용하게 되는 문제가 있다.
본 발명의 일 측면은, 물의 높은 잠열을 활용하여 냉각 효과를 높이고 수냉식보다 적은 양의 물이 사용되므로 경량화가 가능한 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 측면은, 배터리 모듈 사이에 채널을 설치하고 채널 하단부에 초음파 진동차를 설치하여 분무되는 물방울의 잠열로 배터리를 효율적으로 냉각할 수 있는 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템은, 전기차용 배터리 모듈이 고정 설치된 냉각 채널;과, 상기 전기차용 배터리 모듈의 일단에 접속되어 상기 냉각 채널로 냉각수를 제공하는 라인으로 정의되는 콜드 워터 라인;과, 상기 전기차용 배터리 모듈의 타단에 접속되어 상기 냉각 채널에서 배출된 수증기를 제공받는 라인으로 정의되는 핫 베이퍼 라인;과, 상기 콜드 워터 라인과 핫 베이퍼 라인의 사이에 설치되는 쿨러;와, 상기 냉각 채널 내부에 고정되며 상기 콜드 워터 라인에서 제공된 냉각수를 미세한 물방울 입자로 상태 변화시켜 상기 전기차용 배터리 모듈과 열교환이 수행되게 하는 초음파 진동자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 냉각 채널은, 상기 콜드 워터 라인의 저부와 연결되며 하부가 움푹 패인 형태로 상기 초음파 진동자가 위치하는 바닥부와, 상기 바닥부의 상측에 위치하되 상기 미세한 물방울 입자가 상기 전기차용 배터리 모듈로부터 고온의 열을 빼앗아 수증기로 상태 변환하게 되는 열교환부;와, 상기 핫 베이퍼 라인과 접속되며 상기 열교환부에서 배출되는 수증기를 포집하는 포집부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열교환부는, 상기 배터리 모듈의 단위셀의 배열방향과 동일한 방향으로 연장 형성된 열교환 통로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 쿨러는, 상기 수증기의 열을 외부로 방출시키기 위해 넓은 표면적을 가지는 방열판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 포집부는, 깔대기 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 냉각 채널과 콜드 워터 라인과 핫 베이퍼 라인 및 쿨러는 일체형으로 형성되어 전체적으로 ㄷ자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 전기차용 배터리 모듈의 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어기는, 상기 온도 센서에 의해 감지된 상기 배터리 모듈의 온도가 기설정된 온도를 초과하여 상승하는 경우, 상기 초음파 진동자에 전원을 인가하며, 상기 초음파 진동자는 냉각수를 미세한 물방울 입자로 상태 변화시켜 상기 배터리 모듈의 열을 흡열하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템은 수냉식 및 메탈 소재를 활용한 냉각 방식에 비해 더 나은 냉각 효과를 보여주면서도 수냉식의 무게에서 오는 단점을 극복할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템은 일반적으로 사용되는 공냉식 방식은 외부 날씨에 대한 영향을 많이 받게 되는 것에 비하여 비열이 높은 물을 사용하기 때문에 외부 날씨에 영향을 덜 받을 뿐만 아니라, 같은 전력으로도 배터리 표면 온도를 더욱 낮게 유지할 수 있어 배터리의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템은 수냉식과 비교하여 훨씬 낮은 무게로 제작할 수 있기 때문에 자동차 주행거리에서도 확실한 장점을 보일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전기차용 배터리 냉각 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템(10a)은, 전기차용 배터리 모듈(20)이 고정 설치된 냉각 채널(100);과, 상기 전기차용 배터리 모듈(20)의 일단에 접속되어 상기 냉각 채널(100)로 냉각수를 제공하는 라인으로 정의되는 콜드 워터 라인(200);과, 상기 전기차용 배터리 모듈(20)의 타단에 접속되어 상기 냉각 채널(100)에서 배출된 수증기를 제공받는 라인으로 정의되는 핫 베이퍼 라인(300);과, 상기 콜드 워터 라인(200)과 핫 베이퍼 라인(300)의 사이에 설치되는 쿨러(400);와, 상기 냉각 채널(100) 내부에 고정되며 상기 콜드 워터 라인(200)에서 제공된 냉각수를 미세한 물방울 입자로 상태 변화시켜 상기 전기차용 배터리 모듈(20)과 열교환이 수행되게 하는 초음파 진동자(500);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템(10a)은 배터리(20)에 충전된 전기 에너지로서 전기 모터를 작동시키고, 그 전기 모터의 구동력으로서 주행 가능한 전기 자동차에 적용될 수 있다. 예를 들면, 배터리(20)는 충전 및 방전 가능한 이차 전지로서, 배터리 모듈(20) 형태로 전기 자동차에 탑재될 수 있다.
이러한 배터리 모듈(20)은 전기적으로 직렬 연결된 복수의 배터리 단위셀(20a)을 조합하여 이루어진 것으로 각각의 배터리 단위셀(20a)은 전기 생성을 위한 최소 유닛으로서 다른 배터리 단위셀(20a)과 구조적으로 분리될 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템(10a)은 전기차 배터리 단위셀(20a)의 온도를 제어하기 위한 것으로서, 온도 상승된 배터리 단위셀(20a)의 냉각을 실시하여 배터리 단위셀(20a)의 내부 온도를 적정 수준으로 유지시킴으로써 배터리 단위셀(20a)의 에너지 효율 및 수명을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
전기차용 배터리 모듈(20)의 단위셀(20a) 냉각을 위한 냉각수가 유동하는 냉각 채널(100)은 배터리 모듈(20)과 열교환이 가능하게 배치되며, 냉각 채널(100)의 일부는 배터리 단위셀들(20a) 사이를 통과하여 복수의 배터리 단위셀(20a)과 열전달 가능하게 접촉한 상태로 배치될 수 있다.
이러한 냉각 채널(100)은 복수의 배터리 단위셀(20a)의 배열방향과 동일한 방향으로 연장 형성된 열교환 통로(111)를 구비한 열교환부(110)와, 열교환부(110)의 하부에 위치하면서 냉각수가 흐르는 바닥부(120)와, 열교환부(110)의 상부에 위치하면서 수증기가 흐르는 포집부(130)를 포함하여 구성된다.
냉각 채널(100)의 바닥부(120)는, 콜드 워터 라인(200)의 저부와 연결되며 하부가 움푹 패인 형태인데, 이러한 냉각 채널(100)의 바닥부(120)에는 후술하는 초음파 진동자(500)가 위치하게 된다.
냉각 채널(100)의 열교환부(110)는, 바닥부(120)의 상부에 위치하되 미세한 물방울 입자가 열교환 통로(111)를 지나면서 전기차용 배터리 모듈(20)로부터 고온의 열을 빼앗아 수증기로 상태 변환하게 된다. 열교환 통로(111)는 후술하는 초음파 진동자(500)에 의해 상태 변화된 물방울 입자가 열교환부(110) 측으로 원활하게 비산되도록 한다.
냉각 채널(100)의 포집부(130)는, 핫 베이퍼 라인(300)과 접속되며 열교환부(110)에서 배출되는 수증기를 포집하게 된다. 여기서, 냉각 채널(100)의 포집부(130)는 열교환부(110)에서 배출되는 수증기가 손쉽게 포집될 수 있도록 깔때기 형상으로 이루어질 수 있다.
냉각 채널(100)의 바닥부(120)에는 콜드 워터 라인(200)이 접속되어 있는데, 여기서, 콜드 워터 라인(200)은, 전기차용 배터리 모듈(20)의 일단에 접속되어 냉각 채널(100)로 냉각수를 제공하는 라인으로 정의된다.
또한, 이러한 콜드 워터 라인(200)은, 수증기를 냉각하여 냉각수를 생성하는 쿨러(400)와 냉각 채널(100)의 바닥부(120) 사이를 연결하는 접속관으로 정의될 수 있다.
냉각 채널(100)의 포집부(130)에는 핫 베이퍼 라인(300)이 접속되어 있는데, 여기서, 핫 베이퍼 라인(300)은, 전기차용 배터리 모듈(20)의 타단에 접속되어 냉각 채널(100)에서 배출된 수증기를 제공받는 라인으로 정의된다.
또한, 이러한 핫 베이퍼 라인(300)은, 냉각 채널(100)의 포집부(130)와 수증기를 냉각하여 냉각수를 생성하는 쿨러(400) 사이를 연결하는 접속관으로 정의될 수 있다.
콜드 워터 라인(200)과 핫 베이퍼 라인(300)의 사이에는 쿨러(400)가 배치된다. 이러한 쿨러(400)는 핫 베이퍼 라인(300)에서 제공되는 수증기를 냉각시켜서 콜드 워터 라인(200)에 물의 형태로 제공할 수 있는 다양한 냉각 수단일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템(10a)의 쿨러(400)는 핫 베이퍼 라인(300)과 콜드 워터 라인(200)의 사이에 배치되는 방열판을 포함할 수 있는데, 넓은 열방사면을 가진 방열판(400)은 배터리 모듈(20)에 의해 온도 상승된 핫 베이퍼 라인(300)의 수증기의 뜨거운 열을 외부로 방사시켜 수증기를 공냉시켜 물로 변환할 수 있다.
이러한 방열판(400)은 열을 외부로 방출시키기 위해 동 또는 알루미늄으로 구현될 수 있으며, 공지의 방열판과 같이 넓은 표면적을 가진 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템(10a)은 배터리 모듈(20)에서 발생한 열을 핫 베이퍼 라인(300)과 콜드 워터 라인(200)의 사이에 배치된 방열판(400)을 이용하여 효과적으로 냉각시키 때문에, 배터리 모듈(20)의 내부 온도를 적정 수준으로 유지시킴으로써 배터리 모듈(20)의 에너지 효율 및 수명을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
초음파 진동자(500)는, 진동판에 의해 냉각수를 미세한 물방울 입자로 상태 변화시켜 열교환부(110)로 비산시키기 위한 구성으로, 이러한 초음파 진동판(500)은 냉각 채널의 바닥부(120)에 설치된다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템(10a)은, 진동자의 진동에 초음파가 발생되어 냉각 채널(100)의 바닥부(120)에 저장된 물은 미세한 물방울 입자로 변화되어 열교환부(110)로 비산하게 된다.
물방울 입자는 열교환부(110)의 열교환 통로(111)를 통과하면서 열교환부(110)와 접촉한 상태로 배치된 배터리 단위셀(20a)과 열교환되며 특히 배터리 모듈(20)로부터 고온의 열을 빼앗아 자신은 수증기로 상태 변화하게 된다.
여기서, 고온부 및 저온부의 온도에 따라 포화수증기량이 달라지고, 고온부 및 저온부의 수증기 분압 차이에 의해 '핫 베이퍼 라인(300) -> 쿨러(400) -> 콜드 워터 라인(200)' 방향으로 수증기 유동 발생하게 된다.
계속해서, 물에서 상태 변화된 수증기는 포집부(130)에서 포집된 다음 핫 베이퍼 라인(300)을 따라 유동되면서 쿨러(400)로 인입된 다음 다시 냉각되어 냉각수로 상태 변환될 수 있다.
다음, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템을 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 전기차용 배터리 냉각 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차용 배터리의 냉각 시스템(10a)은, 전기차용 배터리 모듈(20)이 고정 설치된 냉각 채널(100);과, 상기 전기차용 배터리 모듈(20)의 일단에 접속되어 상기 냉각 채널(100)로 냉각수를 제공하는 라인으로 정의되는 콜드 워터 라인(200);과, 상기 전기차용 배터리 모듈(20)의 타단에 접속되어 상기 냉각 채널(100)에서 배출된 수증기를 제공받는 라인으로 정의되는 핫 베이퍼 라인(300);과, 상기 콜드 워터 라인(200)과 핫 베이퍼 라인(300)의 사이에 설치되는 쿨러(400);와, 상기 냉각 채널(100) 내부에 고정되며 상기 콜드 워터 라인(200)에서 제공된 냉각수를 미세한 물방울 입자로 상태 변화시켜 상기 전기차용 배터리 모듈(20)과 열교환이 수행되게 하는 초음파 진동자(500);를 포함하여 구성되며, 여기서 냉각 채널(100)과 콜드 워터 라인(200)과 핫 베이퍼 라인(300) 및 쿨러(400)는 일체형으로 형성되어 전체적으로 ㄷ자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차용 배터리의 냉각 시스템(10a)은 배터리 모듈(20)의 단위셀(20a)을 ㄷ자 형상으로 된 일체형의 콜드 워터 라인(200)과 핫 베이퍼 라인(300) 및 쿨러(400) 조립체와 조합하여 전기차용 배터리의 냉각 시스템(10a)을 저가로 간편하게 제조할 수 있다는 이점이 있다.
다음, 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템(10a)은 전기차용 배터리 모듈이 고정 설치된 냉각 채널(100);과, 상기 전기차용 배터리 모듈(20)의 일단에 접속되어 상기 냉각 채널(100)로 냉각수를 제공하는 라인으로 정의되는 콜드 워터 라인(200);과, 상기 전기차용 배터리 모듈(20)의 타단에 접속되어 상기 냉각 채널(100)에서 배출된 수증기를 제공받는 라인으로 정의되는 핫 베이퍼 라인(300);과, 상기 콜드 워터 라인(200)과 핫 베이퍼 라인(300)의 사이에 설치되는 쿨러(400);와, 상기 냉각 채널(100) 내부에 고정되며 상기 콜드 워터 라인(200)에서 제공된 냉각수를 미세한 물방울 입자로 상태 변화시켜 상기 전기차용 배터리 모듈(20)과 열교환이 수행되게 하는 초음파 진동자(500);와, 전기차용 배터리 모듈(20)의 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 온도 센서(600)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차용 배터리 냉각 시스템(10a)의 온도 센서(600)는 배터리 모듈(20)의 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(700)로 출력한다.
여기서, 제어기(700)는 배터리의 온도 컨트롤에 맞게 초음파 진동자(500)에 전원을 인가하거나 인가하지 않는 방식으로 초음파 진동자(500)의 구동을 제어할 수 있다.
구체적으로, 온도 센서(600)에 의해 감지된 배터리 모듈(20)의 온도가 기설정된 온도를 초과하여 상승하는 경우, 제어기(700)는 초음파 진동자(500)에 전원을 인가하며, 초음파 진동자(500)는 냉각수를 미세한 물방울 입자로 상태 변화시켜 전기차용 배터리 모듈(20)의 열을 흡열하여 전기차용 배터리의 냉각 시스템(10a)의 외부로 방출될 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리의 냉각 시스템은 배터리 모듈 사이에 냉각 채널을 설치하고 냉각 채널 하단부에 초음파 진동차를 설치하여 분무되는 물방울의 잠열로 배터리를 효율적으로 냉각하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.
10a, 10b, 10c...전기차용 배터리 냉각 시스템 20...배터리 모듈
100...냉각 채널 110...열교환부
120...바닥부 130...포집부
200...콜드 워터 라인 300...핫 베이퍼 라인
400...쿨러 500..초음파 진동자

Claims (8)

  1. 복수의 배터리 단위셀을 포함하는 전기차용 배터리 모듈과의 열교환을 위하여 상기 배터리 모듈에 고정 설치되며, 상기 복수의 배터리 단위셀들 사이를 통과하도록 배치되고 상기 배터리 단위셀의 길이방향과 동일한 방향으로 연장 형성된 복수의 열교환 통로를 포함하는 냉각 채널;
    상기 냉각 채널의 상부와 연결되어 상기 냉각 채널에서 배출되는 수증기를 제공받는 라인으로 정의되는 핫 베이퍼 라인;
    상기 핫 베이퍼 라인으로부터 상기 수증기를 공급받아 이를 냉각시켜 냉각수로 상변화시키기 위한 쿨러;
    상기 쿨러에서 배출되는 상기 냉각수를 다시 상기 냉각 채널로 제공하여 순환시키는 콜드 워터 라인;및
    상기 냉각 채널의 하부 내부에 설치되며 상기 콜드 워터 라인에서 제공된 상기 냉각수를 초음파 진동을 통해 미세한 물방울 입자로 변화시켜 상기 복수의 열교환 통로들에 제공하도록 마련되는 초음파 진동자;를 포함하며,
    상기 열교환 통로는 상기 초음파 진동자에서 제공되는 상기 미세한 물방울 입자가 상기 전기차용 배터리 모듈로부터 고온의 열을 빼앗아 수증기로 상변환되도록 유도하도록 마련되고,
    상기 냉각 채널은,
    상기 콜드 워터 라인의 하부와 연결되며 하부가 움푹 패인 형태로 형성되고 상기 초음파 진동자가 위치하는 바닥부와,
    상기 핫 베이퍼 라인과 상기 열교환 통로들사이에 배치되어 상기 열교환 통로서 배출되는 수증기를 포집하여 상기 핫 베이퍼 라인으로 제공하는 포집부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 냉각 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 쿨러는,
    상기 수증기의 열을 외부로 방출시키기 위해 넓은 표면적을 가지는 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 냉각 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포집부는,
    깔대기 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 냉각 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 채널과 콜드 워터 라인과 핫 베이퍼 라인 및 쿨러는 일체형으로 형성되어 전체적으로 ㄷ자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 냉각 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기차용 배터리 모듈의 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 냉각 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 온도 센서에 의해 감지된 상기 배터리 모듈의 온도가 기설정된 온도를 초과하여 상승하는 경우, 상기 초음파 진동자에 전원을 인가하며, 상기 초음파 진동자는 냉각수를 미세한 물방울 입자로 상태 변화시켜 상기 배터리 모듈의 열을 흡열하는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 냉각 시스템.
KR1020190071027A 2019-06-14 2019-06-14 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템 KR102274365B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190071027A KR102274365B1 (ko) 2019-06-14 2019-06-14 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190071027A KR102274365B1 (ko) 2019-06-14 2019-06-14 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200143120A KR20200143120A (ko) 2020-12-23
KR102274365B1 true KR102274365B1 (ko) 2021-07-06

Family

ID=74089336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190071027A KR102274365B1 (ko) 2019-06-14 2019-06-14 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102274365B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100599693B1 (ko) 2005-03-25 2006-07-12 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
JP2011146320A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Kawasaki Heavy Ind Ltd 二次電池の冷却システム
JP2012109185A (ja) 2010-11-19 2012-06-07 Calsonic Kansei Corp 車両用バッテリ冷却装置
WO2018047529A1 (ja) * 2016-09-09 2018-03-15 株式会社デンソー 機器温調装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150042103A (ko) * 2013-10-10 2015-04-20 현대자동차주식회사 차량의 고전압배터리 공조시스템 및 공조방법
CN111799411B (zh) * 2015-02-27 2023-05-30 株式会社Lg新能源 电池模块

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100599693B1 (ko) 2005-03-25 2006-07-12 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
JP2011146320A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Kawasaki Heavy Ind Ltd 二次電池の冷却システム
JP2012109185A (ja) 2010-11-19 2012-06-07 Calsonic Kansei Corp 車両用バッテリ冷却装置
WO2018047529A1 (ja) * 2016-09-09 2018-03-15 株式会社デンソー 機器温調装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200143120A (ko) 2020-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1641067B1 (en) System for controlling temperature of a secondary battery module
JP4325721B2 (ja) 温度調節機構
US7867663B2 (en) Heat exchanging system of battery pack using thermoelectric element
JP2009512983A (ja) バッテリーパックの冷却装置
JP3513846B2 (ja) 電気自動車用放熱装置
JP2010015955A (ja) 蓄電装置
KR20110134960A (ko) 차량용 배터리 냉각장치
KR20200111842A (ko) 전기자동차용 배터리 조립체
JP2011183862A (ja) 車両走行用バッテリーの温度調整装置
KR101185720B1 (ko) 전기자동차용 배터리 트레이
KR20210124828A (ko) 상변화물질과 열전모듈을 이용한 배터리팩 냉각 시스템과 냉각 방법
CN201285784Y (zh) 一种基于半导体热电效应的蓄电池热管理装置
JP2010146883A (ja) 蓄電装置
KR101964354B1 (ko) 자동차
KR102274365B1 (ko) 초음파 진동자를 포함한 전기차용 배터리 냉각 시스템
KR102329210B1 (ko) 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 열관리 장치
KR20050018518A (ko) 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치
CN110994069B (zh) 一种风冷散热电池包和车
JP6737138B2 (ja) 電源装置、及び電力供給システム
KR102480994B1 (ko) 전기자동차용 배터리 온도조절 시스템 및 그 방법
KR102317986B1 (ko) 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 열관리 장치
KR101247363B1 (ko) 전기자동차용 배터리 냉각장치
JP7512216B2 (ja) 鉄道車両用の蓄電装置及びその冷却方法
KR100627344B1 (ko) 이차 전지 모듈
CN218887288U (zh) 电池热保护在线循环续容系统

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant