KR102329216B1 - 차량용 배터리 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 차량용 배터리모듈로부터 발생된 열을 냉각시킬 수 있는 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
본 발명의 차량용 배터리 냉각장치는, 다수개의 전지셀이 적층된 배터리모듈을 냉각시키는 차량용 배터리 냉각장치에 있어서, 내부에 냉각수가 수용되고, 상기 배터리모듈의 상부에 배치되어 상기 배터리모듈로부터 발생된 열을 배출시키는 유로블록부, 상기 배터리모듈과 상기 유로블록부 사이에 배치되어 상기 배터리모듈로부터 발생된 열을 상기 유로블록부로 전달하는 방열패드를 포함하여 이루어지되, 상기 방열패드는 연성재질로 이루어져 상기 배터리모듈과 상기 유로블록부에 면접촉한다.

Description

차량용 배터리 냉각장치{BATTERY COOLING DEVICE FOR VEHICLES}
본 발명은 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 차량용 배터리모듈로부터 발생된 열을 냉각시킬 수 있는 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
최근 환경 보호에 대한 관심 증가에 따라 기존의 연소식 엔진을 사용하는 자동차에서 환경 친화적이고, 연비를 고려한 또 다른 형태의 자동차, 즉, 하이브리드 자동차나 연료전지 자동차의 개발이 활발하게 개발되고 있는 실정이다.
하이브리드 자동차는 기존의 엔진과 전기에너지로 구동되는 모터를 연계하여 두 가지의 동력원으로 차량을 구동하는 만큼, 배기가스에 의한 환경오염의 저감과 함께 연비향상의 효과로 인하여 미국과 일본을 중심으로 최근 각광을 받고 있는 현실대안적인 차세대 자동차로 자리매김하고 있다.
일반적으로 하이브리드 차량의 동력원으로는 가솔린 및 디젤로 구동되는 엔진과 보조 동력원으로 모터를 사용하고 있다.
즉, 저속 운전 시는 상기 모터를 동력원으로 하여 주행하고, 일정 속도 이상에서는 동력원을 엔진으로 전환하여 주행하게 된다.
한편, 상기 모터의 구동에 필요한 동력원으로 배터리를 사용하고 있는데, 이러한 배터리는 하이브리드 차량은 물론 전기자동차에서 수명에 중요한 인자로 작용하고 있으므로 이 배터리를 효율적으로 운용하기 위해서는 이에 대한 관리가 철저하게 이루어져야 한다.
특히, 하이브리드 차량 및 전기자동차 등의 모터 구동용 전원으로는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지(RECHARGEABLE BATTERY)를 널리 사용한다.
그리고, 저용량의 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용될 수 있다.
그런데 종래의 배터리를 장시간 사용할 경우 배터리로부터 열이 발생하게 되고, 특히 대용량의 배터리의 경우, 충전 또는 방전 시 전류양의 증가에 따라 더 많은 열을 수반하게 되며, 이때 발생한 열이 충분히 제거되지 않는 경우, 배터리의 성능이 저하되거나, 나아가 발화 또는 폭발에 이르기도 한다.
이로 인해, 배터리의 성능을 유지 및 향상시키기 위해서는 배터리의 냉각이 필수적이며, 기존의 배터리 냉각 장치에서는 공냉식이 주로 사용되고 있었다.
그러나, 공냉식의 경우, 냉각팬의 설치 위치에 따라, 입구에서 데워진 공기가 뒤쪽으로 흐르면서 배터리가 균일하게 냉각되지 못하는 문제점을 구조적으로 갖고 있으며, 열전도율이 낮은 공기를 사용한다는 점에서 대용량 배터리에 적용하기에는 한계가 존재한다.
따라서, 최근에는 공냉식의 한계를 극복하기 위하여 수냉식 냉각장치에 관한 연구가 주류를 이루고 있다.
상기 수냉식 냉각장치는 대한민국 공개특허공보 10-2013-0062056호에 나타나 있는 바와 같이 도 1을 참조하면, 일정거리 이격되어 나란히 형성되는 다수개의 전지셀(10)과, 상기 전지셀(10)들 사이에 각각 개재되어 밀착되며, 상기 전지셀(10)의 전극체(11)보다 넓게 형성되는 방열판(20)과, 냉매 파이프(21)들의 유입구(22)에 연결되어 일측에 유입관(31)이 형성되는 입구 매니폴드(30) 및 상기 냉매 파이프(21)들의 유출구(23)에 연결되어 일측에 유출관(41)이 형성되는 출구 매니폴드(40)를 포함하여 이루어진다.
상기 종래의 수냉식 냉각장치는 나란하게 적층되는 다수개의 상기 전지셀(10)들 사이에 각각 개재되어 밀착되는 상기 방열판(20)의 테두리부에 상기 냉매 파이프(21)가 일체형으로 형성됨으로써, 상기 방열판(20)과 상기 냉매 파이프(21)가 접촉되는 부분의 열전도도가 향상되어 상기 전지셀(10)들의 냉각 효율이 높아지는 장점이 있다.
그러나 위와 같은 수냉식 냉각장치는 도 1에 도시된 바와 같이 매니폴드(30, 40)를 사용함으로써, 한 개의 유입관(31) 및 유출관(41)과 다수개의 좁은 직경의 냉매 파이프(21)의 존재로 인해 상기 유입관(31) 및 유출관(41)과 가까운 곳의 냉매 파이프(21)에는 냉각수의 유출입압력이 크게 발생하고 상기 유입관(31) 및 유출관(41)과 먼 곳은 냉각수의 유출입압력이 적게 발생한다.
즉, 상기 유입관(31) 및 유출관(41)으로부터 거리가 가까운 상기 냉매 파이프(21)와 상기 유입관(31) 및 유출관(41)으로부터 거리가 먼 상기 냉매 파이프(21)간의 상호 유출입압력에 대한 차압이 존재한다.
따라서, 고사양의 냉각장치의 필요로 인해 배터리 시스템의 크기가 커지고 이에 따라 중량 및 가격도 상승하게 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 냉각장치의 내부에서 발생되는 차압을 최소화하면서 배터리모듈의 냉각효율을 높이고, 배터리시스템을 경량화할 수 있는 차량용 배터리 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 배터리 냉각장치는, 다수개의 전지셀이 적층된 배터리모듈을 냉각시키는 차량용 배터리 냉각장치에 있어서, 내부에 냉각수가 수용되고, 상기 배터리모듈의 상부에 배치되어 상기 배터리모듈로부터 발생된 열을 배출시키는 유로블록부, 상기 배터리모듈과 상기 유로블록부 사이에 배치되어 상기 배터리모듈로부터 발생된 열을 상기 유로블록부로 전달하는 방열패드를 포함하여 이루어지되, 상기 방열패드는 연성재질로 이루어져 상기 배터리모듈과 상기 유로블록부에 면접촉한다.
상기 방열패드는 TIM(THERMAL INTERFACE MATERIAL)으로 이루어진다.
상기 유로블록부는, 'U' 형상으로 이루어져 내부에 냉각수가 수용되는 베이스부, 상기 베이스부의 상부에 배치되어 상기 베이스부의 내부를 밀폐하는 블록덮개를 포함하여 이루어지고, 상기 베이스부는, 직선형상의 제1유로부, 직선형상으로 이루어져 상기 제1유로부와 상호 평행하게 이격배치되는 제2유로부, 곡선 형상으로 이루어져 상기 제1유로부의 일단과 상기 제2유로부의 일단을 상호 연결하는 제3유로부를 포함하여 이루어지되, 상기 제1유로부의 타단에는 상기 제1유로부의 내부와 연통되어 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 제2유로부의 타단에는 상기 제2유로부의 내부와 연통되어 상기 유입구로부터 유입된 냉각수가 유출되는 유출구가 형성된다.
상기 방열패드는 상기 제1유로부의 하부 및 상기 제2유로부의 하부에 배치된다.
상기 베이스부의 내부에는 냉각수의 흐름을 가이드하는 유로가이드부가 상방향으로 돌출형성된다.
상기 유로가이드부는, 'U' 형상으로 형성되어 상기 제1유로부와 상기 제3유로부 및 상기 제2유로부를 가로질러 배치된 메인유로가이드를 포함하여 이루어진다.
상기 메인유로가이드는 다수개로 이루어져 상호 이격배치되고, 상기 유로가이드부는, 다수개로 이루어진 상기 메인유로가이드 사이에서 상기 메인유로가이드와 평행하게 이격배치된 서브유로가이드를 포함하여 이루어진다.
상기 서브유로가이드는 상기 제1유로부 및 상기 제2유로부에 형성된다.
상기 베이스부는, 내측벽, 상기 내측벽과 상호 이격되어 그 사이에 상기 제1유로부와 상기 제2유로부 및 상기 제3유로부를 형성하는 외측벽을 포함하여 이루어지고, 상기 메인유로가이드부는, 상기 내측벽과 상기 외측벽에 사이에 배치된 제1메인가이드, 상기 제1메인가이드와 상기 내측벽 사이에 배치된 제2메인가이드로 이루어지고, 상기 서브유로가이드는, 상기 외측벽과 상기 제1메인가이드 사이에 배치된 제1서브가이드, 상기 제1메인가이드와 상기 제2메인가이드 사이에 배치된 제2서브가이드, 상기 제2메인가이드와 상기 내측벽 사이에 배치된 제3서브가이드로 이루어진다.
상기 유입구는 상기 제1유로부의 타단면 가운데 형성되고, 상기 유출구는 상기 제2유로부의 타단면 가운데 형성되되, 상기 유입구 및 유출구에 인접한 상기 제1메인가이드와 상기 제2메인가이드 및 상기 제2서브가이드의 끝단부는 상기 제1서브가이드와 상기 제3서브가이드의 끝단부보다 상기 유입구 및 상기 유출구 방향으로 더 돌출된다.
상기 유입구 및 상기 유출구에 인접한 상기 제1메인가이드 및 상기 제2메인가이드의 양끝단부는 상기 제2서브가이드 방향으로 절곡형성된다.
상기 방열패드와 상기 배터리모듈 사이에 배치되어 상기 배터리모듈로부터 발생된 열을 상기 방열패드로 전달하는 열전달부재를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의하면, 상기 유로블록부가 상기 배터리모듈의 상부에 배치되고, 상기 방열패드가 상기 배터리모듈과 상기 유로블록부 사이에 면접촉함으로써, 상기 배터리모듈의 열을 상기 배터리모듈로부터 상기 유로블록부로 용이하게 전달하여 상기 배터리모듈의 온도를 효과적으로 배출할 수 있다.
또한, 배터리모듈의 냉각효율을 높이면서 종래의 매니폴드로 인한 차압이 최소화되어 배터리시스템을 경량화할 수 있다.
상기 제1유로부의 타단에 상기 제1유로부의 내부와 연통되어 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 제2유로부의 타단에 상기 제2유로부의 내부와 연통되어 상기 유입구로부터 유입된 냉각수가 유출되는 유출구가 형성됨으로써, 냉각수는 상기 유입구를 통해 상기 유로블록부의 내부로 용이하게 유입될 수 있고, 상기 유출구를 통해 상기 유로블록부로부터 외부로 용이하게 배출될 수 있다.
상기 방열패드가 냉각수의 체류시간이 긴 상기 제1유로부의 하부 및 상기 제2유로부의 하부에 배치됨으로써, 상기 배터리모듈로부터 발생된 열을 더욱 효과적으로 낮출 수 있다.
상기 베이스부의 내부에 냉각수의 흐름을 가이드하는 유로가이드부가 상방향으로 돌출형성됨으로써, 상기 유로가이드부가 상기 유입구를 통해 상기 유로블록부에 유입된 냉각수의 흐름을 상기 베이스부의 내부 형상을 따라 용이하게 가이드할 수 있다.
다수개로 이루어진 상기 메인유로가이드 사이에서 상기 메인유로가이드와 평행하게 이격배치된 서브유로가이드를 포함하여 이루어짐으로써, 상기 메인유로가이드와 상기 서브유로가이드 사이로 냉각수 유로가 형성되어 상기 유입구를 통해 상기 베이스부의 내부로 유입된 냉각수가 상기 베이스부의 면적에 따라 고르게 흐를 수 있다.
상기 서브유로가이드가 상기 제1유로부 및 상기 제2유로부에 형성됨으로써, 냉각수가 상기 제1유로부에서 상기 제3유로부를 거쳐 상기 제2유로부로 흐를 때, 상기 제3유로부 구간에서는 상기 유로가이드부로 인한 저항이 감소된다.
따라서, 냉각수는 상기 유로가이드부로 인한 저항이 줄어들어 일정한 속도로 고르게 흐를 수 있다.
상기 유입구 및 유출구에 인접한 상기 제1메인가이드와 상기 제2메인가이드 및 상기 제2서브가이드의 끝단부가 상기 제1서브가이드와 상기 제3서브가이드의 끝단부보다 상기 유입구 및 상기 유출구 방향으로 더 돌출되고, 상기 유입구 및 상기 유출구에 인접한 상기 제1메인가이드 및 상기 제2메인가이드의 양끝단부가 상기 제2서브가이드 방향으로 절곡형성됨으로써, 상기 유입구를 통해 상기 베이스부의 내부로 유입된 냉각수가 상기 제1메인가이드 및 상기 제2메인가이드의 절곡된 양끝단부를 따라 상기 베이스부의 내측벽 및 외측벽 방향으로 고르게 퍼질 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 배터리 냉각장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 유로블록부가 분해된 상태를 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 베이스부를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 베이스부 내부에 냉각수가 흐르는 경로를 나타낸 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 유로블록부가 분해된 상태를 나타낸 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 유로블록부를 나타낸 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 냉각장치의 베이스부 내부에 냉각수가 흐르는 경로를 나타낸 평면도이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 차량용 배터리 냉각장치는 다수개의 전지셀(410)이 일정거리 이격되어 적층된 배터리모듈(400)을 냉각시키는 것으로서, 유로블록부(100)와, 방열패드(200)와, 열전달부를 포함하여 이루어진다.
상기 유로블록부(100)는 내부에 냉각수가 수용되고, 상기 배터리모듈(400)의 상부에 배치되어 상기 배터리모듈(400)로부터 발생된 열을 배출시킨다.
상기 유로블록부(100)의 길이는 다수의 전지셀(410)이 적층되어 형성된 상기 배터리모듈(400)의 길이에 맞춰지거나 약간 크게 형성되고, 상기 유로블록부(100)의 폭은 상기 배터리모듈(400)의 폭과 같거나 상대적으로 작게 형성됨이 바람직하다.
여기서, 상기 유로블록부(100)는 도면에 도시된 바와 같이 상기 배터리모듈(400)의 상부에 한 개만 배치되는 것으로 도시하였지만, 상기 배터리모듈(400)로부터 발생된 열을 효과적으로 배출시킬 수 있고, 상기 배터리 냉각장치와 상기 배터리모듈(400)로 이루어진 배터리시스템(500)의 크기가 과도하게 커지지 않는다면, 상기 유로블록부(100)의 다른 실시예에서는 상기 유로블록부(100)를 본 발명의 일실시예보다 작게 형성하여 상기 배터리모듈(400)의 상부 및 하부 또는 좌우측면 등 다수개가 배치될 수 있다.
따라서, 상기 유로블록부(100)의 개수를 늘려 상기 배터리모듈(400)로부터 발생된 열을 더욱 효율적으로 배출시킬 수 있다.
이러한 상기 유로블록부(100)는 베이스부(110)와, 블록덮개(120)를 포함하여 이루어진다.
상기 베이스부(110)는 바람직하게는 'U'형상으로 이루어진 것으로서, 하부는 상기 배터리모듈(400)의 상부와 접하고 내부에 냉각수가 수용되어 상기 배터리모듈(400)의 충전 또는 방전시 발생하는 열을 흡수한다.
여기서, 베이스부(110)는 상기 배터리모듈(400)에서 발생하는 열을 효율적으로 흡수할 수 있도록 알루미늄 합금, 구리와 같은 열 전도성이 우수한 소재로 이루어짐이 바람직하다.
이때, 상기 베이스부(110)의 하부는 상기 배터리모듈(400)의 상부와 직접적으로 접할 수 있으나, 간접적으로 접하여 열을 흡수할 수도 있다.
이러한 상기 베이스부(110)는 제1유로부(111)와, 제2유로부(112)와, 제3유로부(113)와, 유로가이드부(114)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1유로부(111)는 상기 배터리모듈(400)의 전지셀(410)의 적층방향으로 직선형상으로 형성된다.
상기 제2유로부(112)는 직선형상으로 이루어져 상기 제1유로부(111)와 상호 평행하게 이격배치된다.
상기 제3유로부(113)는 바람직하게는 곡선형상으로 이루어져 상기 제1유로부(111)의 일단과 상기 제2유로부(112)의 일단을 상호 연결한다.
여기서, 상기 제3유로부(113)는 도면에는 곡선형상으로 형성된 것으로 도시하였지만, 상기 제1유로부(111)의 일단과 상기 제2유로부(112)의 일단으로부터 절곡되어 직선형상으로 이루어짐도 가능하다.
그리고, 상기 제1유로부(111)의 타단면 가운데에는 냉각수가 유입되는 유입구(111_1)가 형성되고, 상기 제2유로부(112)의 타단면 가운데에는 상기 제2유로부(112)의 내부와 연통되어 상기 유입구(111_1)로부터 유입된 냉각수가 유출되는 유출구(112_1)가 형성된다.
이로 인해, 냉각수는 상기 유입구(111_1)를 통해 상기 유로블록부(100)의 내부로 용이하게 유입될 수 있고, 상기 유출구(112_1)를 통해 상기 유로블록부(100)로부터 외부로 용이하게 배출될 수 있다.
따라서, 상기 유입구(111_1) 및 유출구(112_1)를 통해 상기 유로블록부(100)의 내부에 흐르는 냉각수에 의해 상기 배터리모듈(400)로부터 발생된 열을 효과적으로 배출시킬 수 있다.
또한, 상기 유로블록부(100)가 'U'형상으로 이루어짐으로써, 상기 유로블록부(100)에 수용된 냉각수가 상기 배터리모듈(400)에 고르게 전달되어 상기 배터리모듈(400)의 냉각효율을 높일 수 있다.
아울러, 상호 평행하게 배치된 상기 제1유로부(111)와 상기 제2유로부(112)의 전체적인 폭은 상술한 바와 같이 상기 배터리모듈(400)의 폭과 같거나 상대적으로 작게 형성됨이 바람직하고, 상기 베이스부(110)의 내부에는 유로가이드부(114)가 형성된다.
상기 유로가이드부(114)는 상기 베이스부(110)의 내부에서 냉각수의 흐름을 가이드하는 것으로서, 상기 베이스부(110)의 상면으로부터 상방향으로 돌출 형성된다.
이로 인해, 상기 유로가이드부(114)가 상기 유입구(111_1)를 통해 상기 유로블록부(100)에 유입된 냉각수의 흐름을 상기 베이스부(110)의 내부 형상을 따라 용이하게 가이드할 수 있다.
이러한 상기 유로가이드부(114)는 메인유로가이드(115)와, 서브유로가이드(116)를 포함하여 이루어진다.
상기 메인유로가이드(115)는 상기 베이스부(110)와 동일하게 'U'형상으로 형성되어 상기 제1유로부(111)와 상기 제3유로부(113) 및 상기 제2유로부(112)를 가로질러 배치된다.
그리고, 상기 메인유로가이드(115)는 바람직하게는 다수개가 상호 평행하게 이격배치되어 형성된다.
상기 서브유로가이드(116)는 다수개로 이루어져 상기 메인유로가이드(115) 사이에서 상기 메인유로가이드(115)와 평행하게 이격배치된다.
이로 인해, 상기 메인유로가이드(115)와 상기 서브유로가이드(116) 사이로 냉각수 유로가 형성되어 상기 유입구(111_1)를 통해 상기 베이스부(110)의 내부로 유입된 냉각수가 상기 베이스부(110)의 면적에 따라 고르게 흐를 수 있다.
여기서, 상기 서브유로가이드(116)는 상기 제1유로부(111)와 상기 제3유로부(113) 및 상기 제2유로부(112)를 가로질러 배치될 수 있으나, 상기 서브유로가이드(116)의 다른 실시예에서는 상기 서브유로가이드(116)는 상기 메인유로가이드(115) 달리 상기 제1유로부(111)와 상기 제2유로부(112)에 배치될 수도 있다.
따라서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1유로부(111) 및 상기 제2유로부(112)에는 상기 메인유로가이드(115) 및 상기 서브유로가이드(116)가 함께 배치되고, 상기 제3유로부(113)에는 상기 메인유로가이드(115)만 배치됨으로써, 상기 제3유로부(113)에는 상기 제1유로부(111) 및 상기 제2유로부(112)에 비해 상기 유로가이드부(114)가 더 적게 배치된다.
이로 인해, 냉각수가 상기 제1유로부(111)에서 상기 제3유로부(113)를 거쳐 상기 제2유로부(112)로 흐를 때, 상기 제3유로부(113) 구간에서는 상기 유로가이드부(114)로 인한 저항이 감소된다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 냉각수는 상기 유로가이드부(114)로 인한 저항이 줄어들어 일정한 속도로 고르게 흐를 수 있다.
이러한 상기 메인유로가이드(115)는 제1메인가이드(115_1)와, 제2메인가이드(115_2)로 이루어지고, 상기 서브유로가이드(116)는 제1서브가이드(116_1)와, 제2서브가이드(116_2)와, 제3서브가이드(116_3)로 이루어진다.
여기서, 상기 베이스부(110)는 내측벽(117)과, 상기 내측벽(117)과 상호 이격되어 그 사이에 상기 제1유로부(111)와 상기 제2유로부(112) 및 상기 제3유로부(113)를 형성하는 외측벽(118)으로 이루어진다.
그리고, 본 실시예에서는 상기 메인유로가이드(115)와 상기 서브유로가이드(116)의 배치위치를 설명하기 쉽도록 도 4에 도시된 제1유로부(111)를 기준으로 우측을 내측벽(117)으로 정의하고 좌측을 외측벽(118)으로 정의하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1메인가이드(115_1)는 상기 내측벽(117)과 상기 외측벽(118)에 사이에 배치된다.
상기 제2메인가이드(115_2)는 상기 제1메인가이드(115_1)와 상기 내측벽(117) 사이에 배치된다.
상기 제1서브가이드(116_1)는 상기 외측벽(118)과 상기 제1메인가이드(115_1) 사이에 배치된다.
상기 제2서브가이드(116_2)는 상기 제1메인가이드(115_1)와 상기 제2메인가이드(115_2) 사이에 배치된다.
상기 제3서브가이드(116_3)는 상기 제2메인가이드(115_2)와 상기 내측벽(117) 사이에 배치된다.
여기서, 상기 유입구(111_1) 및 유출구(112_1)에 인접한 상기 제1메인가이드(115_1)와 상기 제2메인가이드(115_2) 및 상기 제2서브가이드(116_2)의 끝단부는 상기 제1서브가이드(116_1)와 상기 제3서브가이드(116_3)의 끝단부보다 상기 유입구(111_1) 및 상기 유출구(112_1) 방향으로 더 돌출되어 형성된다.
그리고, 상기 유입구(111_1) 및 상기 유출구(112_1)에 인접한 상기 제1메인가이드(115_1) 및 상기 제2메인가이드(115_2)의 양끝단부는 상기 제2서브가이드(116_2) 방향으로 절곡형성 된다.
여기서, 상술한 바와 같이 상기 유입구(111_1)는 상기 제1유로부(111)의 타단면 가운데에 형성되고, 상기 유출구(112_1)는 상기 제2유로부(112)의 타단면 가운데에 형성된다.
이로 인해, 상기 유입구(111_1)를 통해 상기 베이스부(110)의 내부로 유입된 냉각수가 상기 제1메인가이드(115_1) 및 상기 제2메인가이드(115_2)의 절곡된 양끝단부를 따라 상기 베이스부(110)의 내측벽(117) 및 외측벽(118) 방향으로 고르게 퍼질 수 있다.
따라서, 상기 베이스부(110)에는 상기 제1메인가이드(115_1) 및 제2메인가이드(115_2)와 상기 제1서브가이드(116_1) 내지 제3서브가이드(116_3)로 인해 상기 메인유로가이드(115)와 상기 서브유로가이드(116) 사이에 냉각수 유로가 형성된다.
그리고, 냉각수 유로를 따라 흐르는 냉각수를 통해 상기 배터리모듈(400)의 충전 또는 방전 시에 발생하는 열을 효율적으로 배출시킬 수 있다.
즉, 상기 베이스부(110)는 상기 배터리모듈(400)에서 열이 발생하게 되면, 상기 배터리모듈(400)의 상부에 배치된 상기 열을 흡수하게 되고, 흡수된 열을 다시 상기 메인유로가이드(115)와 상기 서브유로가이드(116) 사이의 냉각수 유로를 따라 흐르는 냉각수에 흡수되어 상기 배터리모듈(400)을 효율적으로 냉각시킨다.
따라서, 상기 유로블록부(100)는 냉각수 유로를 따라 흐르는 냉각수의 양과 비례하여 상기 배터리모듈(400)의 냉각의 효율이 더욱 높아지게 된다.
이를 위해 상기 베이스부(110)의 내부에 냉각수가 많이 유입될 수 있도록 상기 베이스부(110)의 크기를 증대시켜야 하는데 이러한 경우, 상기 베이스부(110)의 중량이 커지게되는 문제가 발생된다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 일면에는 한 개의 유입관(31)이 형성되고 타면에는 다수개의 좁은 직경의 냉매 파이프(21)가 형성된 입구 매니폴드(30) 및 일면에는 한 개의 유출관(41)이 형성되고 타면에는 다수개의 좁은 직경의 냉매 파이프(21)가 형성된 출구 매니폴드(40)의 존재로 인해 유입관(31) 및 유출관(41)과 가까운 곳의 냉매 파이프(21)에는 냉각수의 유출입압력이 크게 발생하고, 유입관(31) 및 유출관(41)과 먼 곳의 냉매 파이프(21)에는 냉각수의 유출입압력이 적게 발생한다.
즉, 유입관(31) 및 유출관(41)으로부터 거리가 가까운 냉매 파이프(21)와 유입관(31) 및 유출관(41)으로부터 거리가 먼 냉매 파이프(21)간의 상호 유출입압력에 대한 차압이 존재한다.
따라서, 고사양의 냉각장치의 필요로 인해 배터리시스템의 크기가 커지고 이에 따라 중량 및 가격도 상승하게 된다.
또한, 종래에는 한 개의 유입관(31) 및 유출관(41)을 통해 다수개의 냉매 파이프(21)로 냉각수를 유출입시켰던 입구 매니폴드(30) 및 출구 매니폴드(40)를 사용함으로써, 유입관(31) 및 유출관(41)과 가까운 곳의 냉매 파이프(21)에는 냉각수의 유출입압력이 크게 발생하고 유입관(31) 및 유출관(41)과 먼 곳은 냉각수의 유출입압력이 작게 발생하는 차압이 발생하였으며, 이로 인해, 고사양 및 크기가 큰 베터리시스템을 사용하였다.
따라서, 본 발명의 베이스부(110)는 최적의 냉각 효율을 갖도록 설계되는 것이 바람직하다.
이를 위해 본 발명의 상기 유로가이드부(114)의 두께는 약 2mm로 형성하고, 상기 두께를 바탕으로 상기 베이스부(110) 내부에 형성되는 상기 유로가이드부(114)는 약 6개가 배치됨이 가장 바람직하다.
즉, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 상기 베이스부(110)의 내부에 배치되는 상기 유로가이드부(114)을 효율적으로 배치 및 설계함으로써, 상기 유로블록부(100)의 내부에서 발생되는 차압을 최소화 할 수 있다.
이로 인해, 본 발명에서는 상기 배터리시스템(500)의 경량화를 도모할 수 있다.
상기 블록덮개(120)는 상기 베이스부(110)의 상부에 배치되어 상기 베이스부(110)의 내부를 밀폐한다.
따라서, 상기 블록덮개(120)는 상기 베이스부(110)의 내부에 수용된 냉각수가 상기 베이스부(110)의 외부로 유출되는 것을 저지한다.
이러한 상기 블록덮개(120)에는 도면에는 도시되지 않았지만, 전압, 전류 및 온도와 같은 상기 배터리모듈(400)에 대한 동작 상태를 표시하는 표시부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 블록덮개(120)의 하면 둘레 및/또는 상기 베이스부(110)의 상면 둘레에는 가스켓(130)이 장착되어 상기 블록덮개(120)와 상기 베이스부(110) 사이로 냉각수가 유출되는 것을 더욱 효과적으로 차단한다.
또한, 소형 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM), 외부 시스템이나 외부의 BMS와 연결되는 통신용 연결부를 더 포함하는 구성될 수 있다.
상기 방열패드(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 배터리모듈(400)과 상기 유로블록부(100) 사이에 배치되어 상기 배터리모듈(400)의 충전 또는 방전 시 상기 배터리모듈(400)로부터 발생된 열을 상기 유로블록부(100)로 전달하는 것으로서, 연성재질로 이루어져 상기 배터리모듈(400)과 상기 유로블록부(100)에 면접촉한다.
상기 방열패드(200)는 상기 베이스부(110)의 하면과 상기 배터리모듈(400)사이의 접촉저항을 낮출 수 있는 열전도 소재인 TIM(THERMAL INTERFACE MATERIAL)으로 이루어짐이 바람직하다.
그리고, 상기 방열패드(200)는 상기 제1유로부(111)의 하부 및 상기 제2유로부(112)의 하부에 배치된다.
따라서, 상기 방열패드(200)가 냉각수의 체류시간이 긴 상기 제1유로부(111)의 하부 및 상기 제2유로부(112)의 하부에 배치됨으로써, 상기 배터리모듈(400)로부터 발생된 열을 더욱 효과적으로 배출할 수 있다.
상기 열전달부재(300)는 상기 방열패드(200)와 상기 배터리모듈(400) 사이에 배치되어 상기 배터리모듈(400)로부터 발생된 열을 상기 방열패드(200)로 전달한다.
여기서, 상기 베이스부(110) 및 상기 배터리모듈(400)은 상술한 바와 같이 상기 베이스부(110)의 하부와 상기 배터리모듈(400)의 상부를 간접적으로 접하여 열을 흡수할 때, 상기 베이스부(110)와 상기 배터리모듈(400)은 상기 열전달부재(300)를 매개로 하여 상호 연결될 수 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명의 차량용 배터리 냉각장치는 상기 유로블록부(100)가 상기 배터리모듈(400)의 상부에 배치되고, 상기 방열패드(200)가 상기 배터리모듈(400)과 상기 유로블록부(100) 사이에 면접촉함으로써, 상기 배터리모듈(400)의 열을 상기 배터리모듈(400)로부터 상기 유로블록부(100)로 용이하게 전달하여 상기 배터리모듈(400)의 온도를 효과적으로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 냉각장치에서는 종래의 입구 매니폴드(30) 및 출구 매니폴드(40)로 인한 차압이 최소화된다.
이로 인해, 배터리모듈(400)의 냉각효율을 높이면서 냉각장치의 구조를 단순화하여 상기 배터리시스템(500)을 경량화 및 중량을 낮출 수 있다.
그리고, 상기 방열패드(200)가 냉각수의 체류시간이 긴 상기 제1유로부(111)의 하부 및 상기 제2유로부(112)의 하부에 배치됨으로써, 상기 배터리모듈(400)로부터 발생된 열을 더욱 효과적으로 낮출 수 있다.
아울러, 상기 유입구(111_1) 및 유출구(112_1)에 인접한 상기 제1메인가이드(115_1)와 상기 제2메인가이드(115_2) 및 상기 제2서브가이드(116_2)의 끝단부가 상기 제1서브가이드(116_1)와 상기 제3서브가이드(116_3)의 끝단부보다 상기 유입구(111_1) 및 상기 유출구(112_1) 방향으로 더 돌출되고, 상기 유입구(111_1) 및 상기 유출구(112_1)에 인접한 상기 제1메인가이드(115_1) 및 상기 제2메인가이드(115_2)의 양끝단부가 상기 제2서브가이드(116_2) 방향으로 절곡형성됨으로써, 상기 유입구(111_1)를 통해 상기 베이스부(110)의 내부로 유입된 냉각수가 상기 제1메인가이드(115_1) 및 상기 제2메인가이드(115_2)의 절곡된 양끝단부를 따라 상기 베이스부(110)의 내측벽(117) 및 외측벽(118) 방향으로 고르게 퍼질 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100: 유로블록부
110: 베이스부, 111: 제1유로부, 111_1: 유입구, 112: 제2유로부, 112_1: 유출구, 113: 제3유로부, 114: 유로가이드부, 115: 메인유로가이드, 115_1: 제1메인가이드, 115_2: 제2메인가이드, 116: 서브유로가이드, 116_1: 제1서브가이드, 116_2: 제2서브가이드, 116_3: 제3서브가이드, 117: 내측벽, 118: 외측벽
120: 블록덮개, 130: 가스켓
200: 방열패드
300: 열전달부재
400: 배터리모듈, 410: 전지셀
500: 배터리시스템

Claims (12)

  1. 다수개의 전지셀이 적층된 배터리모듈을 냉각시키는 차량용 배터리 냉각장치에 있어서,
    내부에 냉각수가 수용되고, 상기 배터리모듈의 상부에 배치되어 상기 배터리모듈로부터 발생된 열을 배출시키는 유로블록부;
    상기 배터리모듈과 상기 유로블록부 사이에 배치되어 상기 배터리모듈로부터 발생된 열을 상기 유로블록부로 전달하는 방열패드;를 포함하여 이루어지되,
    상기 방열패드는 연성재질로 이루어져 상기 배터리모듈과 상기 유로블록부에 면접촉하고,
    상기 유로블록부는,
    'U' 형상으로 이루어지고, 직선형상의 제1유로부;
    직선형상으로 이루어져 상기 제1유로부와 상호 평행하게 이격배치되는 제2유로부; 및
    곡선 형상으로 이루어져 상기 제1유로부의 일단과 상기 제2유로부의 일단을 상호 연결하는 제3유로부;를 포함하며,
    상기 유로블록부의 내부에는 냉각수의 흐름을 가이드하는 유로가이드부가 상방향으로 돌출형성되고,
    상기 유로가이드부는 'U' 형상으로 형성되어 상기 제1유로부와 상기 제3유로부 및 상기 제2유로부를 가로질러 배치된 메인유로가이드를 포함하며, 상기 메인유로가이드는 다수개로 이루어져 상호 이격배치되고,
    상기 유로가이드부는 다수개로 이루어진 상기 메인유로가이드 사이에서 상기 메인유로가이드와 평행하게 이격배치된 서브유로가이드;를 포함하며,
    상기 서브유로가이드는 직선 형상으로써 상기 제1유로부 및 상기 제2유로부에 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열패드는 TIM(THERMAL INTERFACE MATERIAL)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열패드는 상기 제1유로부의 하부 및 상기 제2유로부의 하부에 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로블록부는,
    내측벽;
    상기 내측벽과 상호 이격되어 그 사이에 상기 제1유로부와 상기 제2유로부 및 상기 제3유로부를 형성하는 외측벽;을 포함하여 이루어지고,
    상기 메인유로가이드부는,
    상기 내측벽과 상기 외측벽에 사이에 배치된 제1메인가이드;
    상기 제1메인가이드와 상기 내측벽 사이에 배치된 제2메인가이드;로 이루어지고,
    상기 서브유로가이드는,
    상기 외측벽과 상기 제1메인가이드 사이에 배치된 제1서브가이드;
    상기 제1메인가이드와 상기 제2메인가이드 사이에 배치된 제2서브가이드;
    상기 제2메인가이드와 상기 내측벽 사이에 배치된 제3서브가이드;로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    유입구는 상기 제1유로부의 타단면 가운데 형성되고,
    유출구는 상기 제2유로부의 타단면 가운데 형성되되,
    유입구 및 유출구에 인접한 상기 제1메인가이드와 상기 제2메인가이드 및 상기 제2서브가이드의 끝단부는 상기 제1서브가이드와 상기 제3서브가이드의 끝단부보다 상기 유입구 및 상기 유출구 방향으로 더 돌출된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 유입구 및 상기 유출구에 인접한 상기 제1메인가이드 및 상기 제2메인가이드의 양끝단부는 상기 제2서브가이드 방향으로 절곡형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열패드와 상기 배터리모듈 사이에 배치되어 상기 배터리모듈로부터 발생된 열을 상기 방열패드로 전달하는 열전달부재;를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각장치.
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