KR102334216B1 - 전기 자동차용 배터리의 냉각수 흐름을 개선하기 위한 열관리 장치의 냉각수 유로 구조 - Google Patents

전기 자동차용 배터리의 냉각수 흐름을 개선하기 위한 열관리 장치의 냉각수 유로 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 자동차용 배터리의 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환되는 몸체(10)가 구비되고, 몸체(10) 내부로 냉각수를 순환되도록 하기 위한 유입구(20)와 배출구(30)가 설치되며, 배터리에서 발생된 열을 냉각수에 의해 빠르게 냉각될 수 있도록 전달하는 가열판(40)이 설치되고, 몸체(10) 내에는 유입구(20)를 통해 유입된 냉각수가 가열판(40) 전체에 고르게 분산되어 유입될 수 있도록 하면서 냉각수의 유입압력과 배출압력이 같도록 하여 냉각수가 몸체(10) 내에서 빠르게 순환되어 배출될 수 있도록 하는 다수의 가이드벽(50)이 설치되어 전기 자동차의 배터리 냉각을 위한 냉각수의 흐름 구조를 개선함으로써 유로 내에서의 기포 발생에 의해 냉각수의 흐름이 방해되어 가열판이 타지 않도록 하는 효과가 있다.

Description

전기 자동차용 배터리의 냉각수 흐름을 개선하기 위한 열관리 장치의 냉각수 유로 구조{COOLING WATER CHANNEL STRUCTURE OF HEAT MANAGEMENT APPARATUS FOR IMPROVE THE COOLING WATER FOLW OF THE BATTERY FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 자동차용 배터리의 냉각수 흐름을 개선함으로써 냉각수의 기포발생으로 인해 가열판이 타는 현상을 방지할 수 있는 것이다.
최근 환경문제와 고유가 등으로 인해 전기차와 같은 환경차량에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이같은 환경차량에 있어서 고전압 배터리는 전기차를 구성하는 핵심 부품 중 하나이다.
이러한, 고전압 배터리는 충방전시에 고온의 열이 발생되는데, 이는 배터리의 성능 및 효율에 상당한 영향을 미치는 주요 요인으로써 필수적으로 관리할 필요성이 있다.
이런 전기 자동차를 구현함에 있어 핵심기술은 배터리 모듈과 관련한 기술이며, 최근 배터리의 경량, 소형화, 짧은 충전시간 등에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 배터리 모듈은 최적의 온도환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있다. 그러나 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어렵다.
이러한 배터리의 발열은 빠른 시간 내에 냉각시켜주어야 하며 이를 위해 배터리를 냉각하기 위한 냉각수의 흐름이 막힘없이 순환되어야 하며, 냉각수의 흐름이 지체되는 경우에는 냉각수 미유입에 따라 가열판이 타버리는 문제가 발생하게 된다.
공개특허공보 제10-2016-0144646호, '전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈'
따라서 본 발명의 목적은 전기 자동차용 배터리의 냉각수의 흐름 구조를 개선하여 냉각수의 흐름 지체에 의해 가열판이 타는 것을 방지하기 위한 전기 자동차용 배터리의 냉각수 흐름을 개선하기 위한 열관리 장치의 냉각수 유로 구조를 제공하는데에 있다.
상기의 목적에 따른 본 발명은 전기 자동차용 배터리의 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환되는 몸체(10)가 구비되고, 몸체(10) 내부로 냉각수를 순환되도록 하기 위한 유입구(20)와 배출구(30)가 설치되며, 배터리에서 발생된 열을 냉각수에 의해 빠르게 냉각될 수 있도록 전달하는 가열판(40)이 설치되고, 몸체(10) 내에는 유입구(20)를 통해 유입된 냉각수가 가열판(40) 전체에 고르게 분산되어 유입될 수 있도록 하면서 냉각수의 유입압력과 배출압력이 같도록 하여 냉각수가 몸체(10) 내에서 빠르게 순환되어 배출될 수 있도록 하는 다수의 가이드벽(50)이 설치됨을 특징으로 한다.
또한, 몸체(10) 내측에는 유입구(20)를 통해 몸체(10) 내측으로 유입되는 냉각수의 유속을 감속시킴과 함께 냉각수가 몸체(10) 내측으로 분산되어 유입되도록 유입구(20)의 입구측에 'V'자 형태로 제1 가이드벽(51)이 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 몸체(10) 내측에는 유속이 감속되어 몸체(10) 내측 전체에 분산되어 유입된 냉각수의 순환방향이 변경되도록 하기 위해 냉각수의 순환방향이 꺾이는 위치까지 냉각수가 안내되도록 하는 제2 가이드벽(52)이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전기 자동차의 배터리 냉각을 위한 냉각수의 흐름 구조를 개선함으로써 유로 내에서의 기포 발생에 의해 냉각수의 흐름이 방해되어 가열판이 타지 않도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 냉각수 흐름을 개선하기 위한 열관리 장치의 유로 구조를 설명하는 도면이며,
도 2는 본 발명의 실시 예에 가이드벽에 의해 냉각수 흐름이 제어되는 구조를 설명하는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 냉각수 흐름을 개선하기 위한 열관리 장치의 유로 구조를 설명하는 도면이며, 도 2는 냉각수의 흐름방향이 제어되는 구성을 설명하는 도면이다.
본 발명의 전기 자동차용 배터리의 냉각수 흐름을 개선하기 위한 열관리 장치의 냉각수 유로 구조는 전기 자동차용 배터리의 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환되는 몸체(10)가 구비되고, 몸체(10) 내부로 냉각수를 순환되도록 하기 위한 유입구(20)와 배출구(30)가 설치되며, 배터리에서 발생된 열을 냉각수에 의해 빠르게 냉각될 수 있도록 전달하는 가열판(40)이 설치되고, 몸체(10) 내에는 유입구(20)를 통해 유입된 냉각수가 가열판(40) 전체에 고르게 분산되어유입될 수 있도록 하면서 냉각수의 유입압력과 배출압력이 같도록 하여 냉각수가 몸체(10) 내에서 빠르게 순환되어 배출될 수 있도록 하는 다수의 가이드벽(50)이 설치된다.
상기 몸체(10) 내에는 냉각수가 순환되며, 유입구(20)를 통해 유입된 냉각수가 배터리의 열을 수집하여 배출구(30)를 통해 배출되어 배터리를 냉각하게 된다.
이때 유입구(20)를 통해 유입되어 몸체(10) 내부에서 순환되는 냉각수는 그 흐름이 막히지 않고 연속적으로 흘러 배출구(30)를 통해 배출되어야 하며, 냉각수가 몸체(10) 내에서 흐름이 지체되어 끓는 점 발생에 따른 기포가 생성되면 기포발생으로 인해 냉각수의 흐름이 방해받게 되어 냉각수가 흐르지 못하는 위치의 가열판(40)이 타버리게 된다.
가열판(40)이 타버림에 따라 이는 전기 자동차의 배터리 수명에 직접적인 영향을 줄 수 있어 냉각수가 정체 없이 몸체(10)를 통과하여 배터리를 냉각시켜주는 것이 중요한 것이다.
본 발명에서는 유입구(20)를 통해 유입된 냉각수가 몸체(10) 내에서 지체없이 배출구(30)를 통해 배출되어 몸체(10)를 순환되도록 함으로써 배터리의 냉각성능을 높일 수 있는 것이다.
상기 몸체(10) 내에는 유입구(20)를 통해 유입되는 냉각수의 유입압력과 배출구(30)의 배출압력을 동기화시키기 위해 냉각수의 흐름을 제어하는 다수의 가이드벽(50)이 설치될 수 있다.
몸체(10) 내에 설치되는 가이드벽(50)의 구조를 보면, 도 1에서와 같이 몸체(10)의 내부 공간의 가운데를 기준으로 입구측과 출구측으로 분리된 공간에서 유입구(20)를 통해 유입된 냉각수가 몸체(10) 전체를 순환하면서 배터리의 열을 수집한 후 배출구(30)를 통해 배출되도록 한다.
이때, 몸체(10) 내측에서 순환되는 냉각수가 몸체(10) 내의 공간 전체, 즉 가열판(40) 위의 모든 면적을 고르게 흐르도록 제어하는 다수 가이드벽(50)이 설치된다.
냉각수가 유입되는 유입구(20) 측에 설치되는 유입구(20)를 통해 몸체(10) 내측으로 유입되는 냉각수의 유속을 감속시킴과 함께 냉각수가 몸체(10) 내측으로 분산되어 유입되도록 하는 제1 가이드벽(51)이 설치된다.
제1 가이드벽(51)은 유입되는 냉각수가 유입되면서 몸체(10)의 공간부 전체, 즉 가열판(40)의 전체면적에 고르게 유입되도록 유입구(20)의 입구측에 'V'자 형태로 설치되어 유입구(20)를 통해 유입되는 냉각수가 유입되면서 양측으로 분산되도록 한다.
상기 제1 가이드벽(51)은 입구측에 대향하도록 설치되어 유입구(20)를 통해 유입된 냉각수의 유속을 늦춰주는 역할을 하면서 냉각수가 유입됨과 함께 양측으로 분리되어 몸체(10) 내부로 유입되도록 하게 된다.
유입구(20)를 통해 유입되는 냉각수는 유입되면서 유속이 빨라져 가열판(40) 전체에 고르게 퍼지지 못하고 흐르게 되며, 이런 경우 냉각수가 흐르지 못하는 위치가 발생하게 되고 냉각수가 유입되지 못한 곳의 가열판(40)은 냉각성능이 떨어져 타게 되어 배터리 손상의 원인이 된다.
본 발명에서는 유입구(20) 측에 제1 가이드벽(51)을 형성함으로써 유입되는 냉각수의 유속을 낮춰주면서 냉각수가 분산되도록 하여 가열판(40) 전체에 고르게 퍼질 수 있도록 하는 것이다.
제1 가이드벽(51)에 의해 유속이 감속되고 몸체(10) 내측 전체에 분산되어 유입된 냉각수는 냉각수의 순환방향이 변경되도록 하기 위해 냉각수의 순환방향이 꺾이는 위치까지 냉각수가 안내되도록 하는 제2 가이드벽(52)이 설치되어 냉각수가 배출구(30)로 배출되도록 한다.
이때 제2 가이드벽(52)은 냉각수의 순환경로를 따라 배출구(30)까지 냉각수를 안내하도록 모두 형성되지 않고 몸체(10) 내측의 중앙까지만 형성되어 냉각수를 안내하게 설치된다.
제2 가이드벽(52)이 몸체(10) 내부의 냉각수의 흐름을 안내하기 위해 배출구(30)에 근접하는 위치까지 설치되면 냉각수의 흐름을 안내하는 기능을 할 수는 있으나 도 1에서와 같이 몸에 내측에서 곡선부분이 존재하는 경우 냉각수가 부딪히면서 냉각수의 흐름이 지체되며, 냉각수의 흐름이 지체되면 냉각수가 끓어 기포가 발생하게 된다.
발생된 기포는 다시 냉각수의 흐름을 방해하게 됨에 따라 결국 냉각수가 몸체(10) 내측 전체에 고르게 유입되지 못하고 냉각수가 유입되지 못하는 위치의 가열판(40)은 타게 되는 문제가 발생하는 것이다.
본 발명에서는 제2 가이드벽(52)을 몸체(10) 내측의 중앙위치인 냉각수의 흐름방향이 꺾이는 곡선부분까지만 설치되어 냉각수의 흐름을 안내하며, 그 이후는 냉각수가 배출구(30)를 통해 자유로이 흘러 배출되도록 한다.
이는 앞서 설명한 냉각수의 유입압력과 배출압력을 동기화시키는 역할을 하는 것이며, 제1 가이드벽(51)에 의해 냉각수의 유속이 늦춰진 상태대로 배출구(30)를 통해 배출되도록 하여 자연스럽게 냉각수가 가열판(40) 전체를 거치면서 순환되어 배출될 수 있는 것이다.
즉, 제1 가이드벽(51)이 설치되지 않은 경우에는 상대적으로 좁은 유입구(20)를 통해 유입되는 냉각수가 넓은 공간의 몸체(10) 내측으로 공급되면서 빠르게 순환되고, 반대로 몸체(10) 내측의 공간 넓이에 비해 좁은 배출구(30)를 통해 냉각수가 배출되는 경우 냉각수의 흐름이 지체될 수밖에 없는 것이다.
냉각수의 흐름이 정체되어 있으면 냉각수가 끓는점에 도달하여 기포가 발생하게 되고 이는 앞서 설명한 가열판(40)이 타게 되는 원인이 되어 배터리의 성능이 저하되는 것이다.
따라서 제2 가이드벽(52)은 몸체(10) 내측에서 냉각수의 순환방향이 꺾이는 곡선부분까지 설치되도록 함으로써 냉각수의 순환방향이 꺾이도록 안내한 후에는 냉각수가 자연스럽게 배출구(30)를 통해 일정한 유속으로 흘러 배출되도록 한다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
(10)-- 몸체 (20)-- 유입구
(30)-- 배출구 (40)-- 가열판
(50)-- 가이드벽 (51)-- 제1 가이드벽
(52)-- 제2 가이드벽

Claims (3)

  1. 전기 자동차용 배터리 열관리 장치의 냉각수 유로 구조에 있어서,
    전기 자동차용 배터리의 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환되는 몸체(10)와,
    몸체(10) 내부로 냉각수를 순환되도록 하기 위한 유입구(20)와 배출구(30)와,
    배터리에서 발생된 열을 냉각수에 의해 빠르게 냉각될 수 있도록 전달하는 가열판(40)과,
    몸체(10) 내에는 유입구(20)를 통해 유입된 냉각수가 가열판(40) 위의 모든 면적에 고르게 분산되어 유입될 수 있도록 하면서 냉각수의 유입압력과 배출압력이 같도록 하여 냉각수가 몸체(10) 내에서 빠르게 순환되어 배출될 수 있도록 하는 다수의 가이드벽(50)이 설치되되,
    몸체(10) 내측에는 유입구(20)를 통해 몸체(10) 내측으로 유입되는 냉각수의 유속을 감속시킴과 함께 냉각수가 몸체(10) 내측에서 양측으로 분산되어 유입되도록 유입구(20)와 대향하게 유입구(20)의 입구측에 'V'자 형태로 설치되는 하나의 제1 가이드벽(51)과,
    유속이 감속되어 몸체(10) 내측 전체에 분산되어 유입된 냉각수의 순환방향이 변경되도록 하기 위해 냉각수의 순환방향이 꺾이는 곡선부분인 몸체(10) 내측 중앙까지만 형성되어 냉각수가 안내되도록 하는 두개의 제2 가이드벽(52)이 설치됨을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 냉각수 흐름을 개선하기 위한 열관리 장치의 냉각수 유로 구조.
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