KR102468383B1

KR102468383B1 - 차량의 배터리 냉각장치

Info

Publication number: KR102468383B1
Application number: KR1020170125981A
Authority: KR
Inventors: 오만주; 이상신; 박소윤; 김재웅; 정소라
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2022-11-21
Also published as: CN109585968A; US20190097288A1; US10483605B2; KR20190036728A

Abstract

차량에 구동에너지를 제공하는 배터리모듈; 상기 배터리모듈에 액체를 공급하는 액체공급부; 및 일측은 상기 액체공급부에 연결되어 상기 액체공급부로부터 저장된 액체를 공급받고, 타측은 상기 배터리모듈에 근접하여 상기 액체공급부로부터 공급받은 액체를 상기 배터리모듈의 외표면에 공급함으로써 액체의 증발 잠열을 이용하여 상기 배터리모듈을 냉각하는 분사부;를 포함하는 차량의 배터리 냉각장치가 소개된다.

Description

차량의 배터리 냉각장치 {BATTERY COOLING SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량에 구동에너지를 제공하는 배터리모듈이 장착된 배터리 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수냉식 시스템이 구비되어 차량의 배터리를 냉각하는 차량의 배터리 냉각장치에 관한 것이다.

차량에 구동에너지를 제공하는 배터리모듈이 장착된 전기자동차는 자동차의 구동에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차이다. 전기자동차는 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 공해문제의 심각화, 화석 연료의 고갈 등의 문제가 제기되면서 그 개발이 다시 가속화되고 있다. 특히, 전기자동차가 실용화되기 위해서는 전기 자동차의 연료공급원인 배터리모듈이 경량화 및 소형화됨과 동시에 그 충전시간이 단축되어야 하는바, 상기 배터리모듈에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

상기 배터리모듈은 직렬로 연결된 복수의 전지셀을 포함하고 있는데, 상기 배터리모듈의 충전과 방전이 이루어지면 상기 전지셀에 열이 발생한다. 그리고 상기 전지셀에 발생한 열이 그대로 방치할 경우 전지셀의 성능이 저하되고 전지셀의 수명이 단축된다. 따라서, 통상적으로 전기자동차에는 배터리모듈을 냉각하기 위한 냉각장치가 구비된다.

그러나 종래의 수냉식 배터리 구조의 경우 배터리모듈의 하단부에 냉각수를 순환시키는 구조로서, 약 7kg의 냉각수가 배터리의 하단을 통과하며, 상기 배터리모듈의 과열을 방지하기 위하여 공조시스템을 작동시키거나 별도의 공기/물 열교환기를 구동시켜야 한다. 이것은 전기자동차의 소모전력을 과도하게 소모하게 되어 주행거리가 짧아지는 문제가 발생된다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2012-0066340

A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 구동에너지를 제공하는 배터리모듈을 효율적으로 냉각할 수 있는 차량의 배터리 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 배터리 냉각장치는 차량에 구동에너지를 제공하는 배터리모듈; 상기 배터리모듈에 액체를 공급하는 액체공급부; 및 일측은 상기 액체공급부에 연결되어 상기 액체공급부로부터 저장된 액체를 공급받고, 타측은 상기 배터리모듈에 근접하여 상기 액체공급부로부터 공급받은 액체를 상기 배터리모듈의 외표면에 공급함으로써 액체의 증발 잠열을 이용하여 상기 배터리모듈을 냉각하는 분사부;를 포함한다.

상기 배터리모듈에는 최외곽을 감싸는 케이스가 구비되고, 상기 케이스의 외표면에는 친수 다공성 물질이 코팅된 코팅층이 형성되어 액체가 분사되는 경우 액체의 확산이 용이할 수 있다.

상기 분사부는 일측은 상기 액체공급부와 연결되고 타측은 상기 액체공급부로부터 연장되어 상기 배터리모듈에 근접되는 이동관과, 상기 이동관에 소정의 거리로 이격되어 설치되는 복수의 분사노즐로 구성되어, 상기 액체공급부의 액체가 상기 이동관을 따라 이동된 후 상기 분사노즐을 통해 분무될 수 있다.

상기 배터리모듈에는 상기 이동관에 대응되는 위치에 상기 배터리모듈 측으로 만입되는 설치홈이 형성되고, 상기 이동관이 상기 설치홈에 안착되도록 설치될 수 있다.

상기 배터리모듈은 차량 플로어로부터 하방으로 이격되어 위치됨으로써, 상기 차량 플로어와 배터리모듈 사이에는 이격공간이 형성되고, 상기 분사부가 상기 이격공간에 위치됨으로써, 상기 배터리모듈의 상부가 냉각될 수 있다.

상기 이격공간의 일측에는 차량의 외부로부터 공기가 유입되는 유입구가 형성되고, 타측에는 상기 이격공간 내를 이동한 공기가 배출되는 배출구가 형성되며, 차량의 주행 시 상기 분사부에 의해 분사되는 액체가 상기 유입구를 통해 유입된 주행풍에 의해 증발됨으로써, 증발 잠열에 의해 상기 배터리모듈이 냉각될 수 있다.

상기 유입구는 차량의 전방 측에 위치되고, 상기 배출구는 차량의 후방 측에 위치되되, 주행풍에 의해 공기가 상기 이격공간의 유입구에서 배출구로 이동될 수 있다.

상기 유입구 또는 배출구에는 상기 유입구 또는 배출구를 개폐하는 도어가 구비되어 상기 이격공간 내를 이동하는 공기량을 조절 가능할 수 있다.

상기 배터리모듈은 차체로부터 이격되어 위치됨으로써, 상기 차체와 배터리모듈 사이에는 이격공간이 형성되고, 상기 분사부는 상기 액체공급부의 액체가 이동되는 이동관을 포함하여 구성되되, 상기 이동관은 차량의 길이방향을 따라 연장형성되어 상기 이격공간 내를 통과하는 공기의 흐름에 저항이 발생되지 않도록 할 수 있다.

상기 액체공급부와 분사부 사이에는 펌프가 설치되고, 상기 펌프의 구동 시 상기 액체공급부의 액체가 상기 분사부를 통해 이동되어 상기 배터리모듈을 냉각할 수 있다.

상기 액체공급부는 상기 배터리모듈 보다 상방에 위치되는 리저버탱크이고, 상기 액체공급부에 저장되는 액체는 냉각수일 수 있다.

상기 액체공급부는 상기 배터리모듈 보다 상방에 위치되고, 상기 액체공급부에 저장되는 액체는 워셔액일 수 있다.

상기 액체공급부와 분사부 사이에는 제어부에 의해 제어되는 멀티웨이밸브가 구비되고, 상기 멀티웨이밸브는 상기 액체공급부, 분사부 및 워셔액 분사노즐과 연결되어 상기 제어부가 상기 멀티웨이밸브를 선택적으로 개폐제어함으로써, 상기 배터리모듈의 냉각 또는 상기 윈드실드의 세척을 수행할 수 있다.

상기 액체공급부는 차량의 공조시스템의 에바코어 보다 하방에 위치될 수 있다.

상기 액체공급부는 상기 공조시스템의 구동 시 발생되는 에바코어의 응축수를 하방에서 받아내는 물받이로서 응축수를 포집할 수 있다.

차체에는 차량의 외부로부터 액체를 포집하여 상기 액체공급부로 공급하는 유도관이 형성되어 상기 액체공급부에 별도로 액체를 공급하지 않더라도 상기 액체공급부에 상기 배터리모듈을 냉각하기 위한 액체가 지속적으로 충진될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 배터리 냉각장치에 따르면, 종래에 배터리모듈을 냉각하기 위해 에어컨이나 쿨링모듈을 작동하므로, 소모되는 동력이 1~4kW인 것과는 달리 본 발명에서는 펌프만을 구동하여 배터리모듈을 냉각할 수 있으므로, 펌프에 의해 소모되는 10W 정도만으로도 충분히 냉각이 가능하여 동력손실이 적어 전기차량의 주행거리를 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치가 구비된 차량을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 시스템을 간략하게 도시한 도면.
도 4는 도 2의 A-A선 단면도.
도 5는 배터리모듈의 상측을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치를 도시한 도면.
도 7은 도 6의 시스템을 간략하게 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치가 구비된 차량을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치를 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 배터리 냉각장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치가 구비된 차량을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치를 도시한 도면이다. 도 3은 도 2의 시스템을 간략하게 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 5는 배터리모듈(300)의 상측을 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 시스템을 간략하게 도시한 도면이다. 그리고 도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치가 구비된 차량을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 배터리 냉각장치는 차량에 구동에너지를 제공하는 배터리모듈(300); 상기 배터리모듈(300)에 액체를 공급하는 액체공급부(500); 및 일측은 상기 액체공급부(500)에 연결되어 상기 액체공급부(500)로부터 저장된 액체를 공급받고, 타측은 상기 배터리모듈(300)에 근접하여 상기 액체공급부(500)로부터 공급받은 액체를 상기 배터리모듈(300)의 외표면에 공급함으로써 액체의 증발 잠열을 이용하여 상기 배터리모듈(300)을 냉각하는 분사부(700);를 포함한다.

상기 배터리모듈(300)은 구동에너지를 제공하기 위하여 차량에 설치된다. 특히, 많은 수의 배터리(BAT)를 모듈로 구성하여 차량에 설치하는 경우에는 차량의 무게중심 배분과 안정적인 위치 확보 및 상기 배터리모듈(300)의 냉각 등을 위하여 차체(100) 중에서도 플로어패널(Floor Pannel) 아래에 설치한다. 본 발명은 이러한 위치에 상기 배터리모듈(300)이 설치된 경우, 상기 배터리모듈(300)의 냉각을 위한 차량의 배터리 냉각장치이다. 본 명세서에서는 상기 차량의 배터리 냉각장치가 상기 배터리모듈(300)의 상방에 형성된 것을 예를들어 도시하고 설명하였으나, 이러한 위치는 최적의 위치를 나타낸 것일 뿐, 측방 또는 하방 등에 모두 설치될 수 있으며 특별히 상방에 한정하는 것은 아니다.

상기 액체공급부(500)에는 상기 배터리모듈(300)의 냉각을 위해 공급되는 액체가 저장된다. 상기 액체공급부(500)에 저장되는 액체는 여러가지 종류일 수 있다. 제1실시예에서 상기 액체공급부(500)에 저장되는 액체는 냉각수일 수 있으며, 냉각수는 사용자가 별도로 주입할 수 있도록 설치될 수 있다. 제2실시예에서 상기 액체공급부(500)에 저장되는 액체는 워셔액일 수 있으며, 통상적으로 사용되는 윈드실드(150)를 세척하기 위한 워셔액이 저장되는 워셔액탱크를 상기 액체공급부(500)로 이용할 수 있다. 또한, 제3실시예에서 상기 액체공급부(500)에 저장되는 액체는 차량의 공조시스템(800)의 가동 시 에바코어(810)에 형성되는 응축수를 상기 액체공급부(500)로 드레인하여 포집한 후 상기 배터리모듈(300)의 냉각에 이용할 수 있을 것이다. 상기 액체공급부(500)에는 상기 액체공급부(500)의 액체를 상기 배터리모듈(300) 측으로 이동시키키 위한 펌프(530)와 상기 액체공급부(500) 내의 수위를 감지할 수 있는 수위센서(570)가 구비된다. 각각의 실시예에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다.

상기 분사부(700)는 일측은 상기 액체공급부(500)에 연결되어 상기 액체공급부(500)로부터 저장된 액체를 공급받고, 타측은 상기 배터리모듈(300)에 근접하여 상기 액체공급부(500)로부터 공급받은 액체를 상기 배터리모듈(300)의 외표면에 공급함으로써 액체의 증발 잠열을 이용하여 상기 배터리모듈(300)을 냉각하게 된다. 보다 상세하게는, 상기 분사부(700)는 일측은 상기 액체공급부(500)와 연결되고 타측은 상기 액체공급부(500)로부터 연장되어 상기 배터리모듈(300)에 근접되는 이동관(710)과, 상기 이동관(710)에 소정의 거리로 이격되어 설치되는 복수의 분사노즐(730)로 구성된다. 상기 이동관(710) 역시 복수개가 구비될 수 있을 것이다. 그러므로 상기 액체공급부(500)의 액체가 상기 이동관(710)을 따라 이동된 후 상기 분사노즐(730)을 통해 분무되어 상기 배터리모듈(300)을 냉각하게 된다. 또한, 상기 펌프(530)는 상기 액체공급부(500)와 분사부(700) 사이에 설치되고, 상기 펌프(530)의 구동 시 상기 액체공급부(500)의 액체가 상기 분사부(700)를 통해 이동되어 상기 배터리모듈(300)을 냉각하게 된다.

본 발명의 상기 배터리모듈(300)에는 최외곽을 감싸는 케이스(310)가 구비되고, 상기 케이스(310)의 외표면에는 친수 다공성(Poruos) 물질이 코팅된 코팅층(311)이 형성된다. 따라서, 상기 액체공급부(500)로부터 공급되는 액체가 상기 배터리모듈(300)에 분사되는 경우 상기 코팅층(311)에 형성된 미세한 구멍에 의해 상기 액체공급부(500)로부터 공급된 액체가 확산되어 증발이 용이하게 된다. 또한, 상기 배터리모듈(300)에는 상기 이동관(710)에 대응되는 위치에 상기 배터리모듈(300) 측으로 만입되는 설치홈(330)이 형성된다. 따라서, 상기 이동관(710)은 상기 설치홈(330)에 안착되도록 설치되어 고정됨으로써, 차량의 주행에 따른 진동이나 충격이 발생되더라도 안정적으로 고정된다.

상기 배터리모듈(300)은 차체(100) 중 특히 차량의 플로어 패널로부터 하방으로 이격되어 설치됨으로써, 상기 플로어 패널과 배터리모듈(300) 사이에는 이격공간(900)이 형성된다. 상기 이격공간(900)에는 상기 분사부(700)가 위치된다. 따라서, 상기 분사부(700)에 의해 상기 배터리모듈(300)의 상부가 냉각되며, 상기 배터리모듈(300)의 하면과 측면은 차량의 주행 시 발생되는 주행풍에 의해 냉각이 가능하여 상기 배터리모듈(300)의 상면, 하면 및 측면이 모두 냉각 가능해지는 것이다.

상기 이격공간(900)의 일측에는 차량의 외부로부터 공기가 유입되는 유입구(910)가 형성되며, 타측에는 상기 이격공간(900) 내를 이동한 공기가 배출되는 배출구(930)가 형성된다. 특히, 상기 유입구(910)는 차량의 전방 측에 위치되고, 상기 배출구(930)는 차량의 후방 측에 위치되되, 주행풍에 의해 공기가 상기 이격공간(900)의 유입구(910)에서 배출구(930)로 이동되는 것이다. 따라서, 차량의 주행시 차량의 전방에 있는 라디에이터(830)와 팬(850)을 지나 유입되는 공기가 상기 유입구(910)로 유입되어 상기 이격공간(900)을 통과한 후 상기 배출구(930)로 배출되는 것이다. 상기와 같이, 상기 이격공간(900) 내로 공기가 유입되도록 형성하는 이유는, 상기 분사부(700)를 통해 액체를 무화하여 분사하고 상기 배터리모듈(300)의 열을 이용하더라도 액체가 빠르게 증발되지 않아 상기 배터리모듈(300)을 냉각하기에는 충분하지 않기 때문이다. 그러므로 차량의 주행 시 상기 분사부(700)의 분사노즐(730)을 통해 상기 액체공급부(500)의 액체를 분무하고, 상기 이격공간(900)을 통해 공기가 유입된 후 배출되도록 함으로써, 분무되는 액체가 상기 이격공간(900) 내를 이동하는 공기에 의해 빠르게 증발되어 증발 잠열에 의한 상기 배터리모듈(300)의 냉각이 가능해지는 것이다.

특히, 상기 이동관(710)이 상기 이격공간(900)에 설치 시, 상기 이동관(710)이 차량의 길이방향을 따라 연장형성되도록 구성한다. 즉, 차량의 주행 시 상기 이격공간(900)으로 공기가 유입되어 이동될 때, 상기 이동관(710)에 의해 공기의 흐름에 저항이 발생되지 않도록 하는 것이다.

또한, 차체(100)에는 상기 유입구(910) 또는 배출구(930)가 형성되는 지점에 상기 유입구(910) 또는 배출구(930)에서 연장되어 실내외가 연통 가능한 그릴(933)이 형성되고, 상기 그릴(933)에는 상기 유입구(910) 또는 배출구(930)를 개폐하는 도어(931)가 구비되도록 할 수도 있을 것이다. 따라서, 상기 도어(931)를 통해 상기 유입구(910) 또는 배출구(930)의 개도량을 조절 가능하여 베르누이 현상이 적용되도록 함으로써, 상기 이격공간(900) 내를 이동하는 공기량을 조절하여 차속에 비례하는 풍량 유입 또는 배출이 가능하도록 구성된다.

도면을 통해 각 실시예를 보다 상세하게 살펴보도록 한다.

도 2 내지 도 3은 본 발명의 제1실시예를 도시한 것으로서, 상기 액체공급부(500)에 저장되는 액체는 냉각수인 경우를 도시하였다. 이때, 상기 액체공급부(500)는 상기 배터리모듈(300) 보다 상방에 위치되되는 리저버탱크인 것이 바람직할 것이다. 차량의 BMS(610, Battery Management System)에서는 상기 배터리모듈(300)의 냉각이 필요하다고 판단되는 경우 외기온과 상기 배터리모듈(300)의 온도 상승률을 감지하여 상기 액체공급부(500)부터 공급되는 액체의 분사량을 결정하고, 상기 제어부(600)에 신호를 보낸다. 그러면, 상기 제어부(600)에서는 상기 펌프(530)를 구동하도록 제어하고, 상기 배출구(930)의 도어(931)를 개도를 조절한다. 따라서, 상기 액체공급부(500)의 액체가 상기 이동관(710)을 지나 상기 분사노즐(730)을 통해 분무되고, 차량의 전방으로부터 유입되는 공기가 상기 유입구(910)를 통해 상기 배출구(930)에서 배출되도록 한다. 그러므로 상기 배터리모듈(300)의 상면에 분무되는 액체는 상기 코팅층(311)에서 넓게 퍼진 후, 공기에 의해 증발되어 증발 잠열을 발생하여 상기 배터리모듈(300)을 냉각하게 되는 것이다. 제1실시예서는 사용자가 별도로 주기적으로 상기 액체공급부(500)에 액체를 보충할 수 있다.

제1실시예에서 액체로 냉각수를 사용하는 이유는 냉각수로 사용되는 물의 증발열은 기준온도압력(STP)에서 2.23kJ/g으로, 액체 중 가장 크기 때문이다. 통상 상기 배터리모듈(300)의 1일 발열량(에너지량)은 1~3kWh(3.6~10.8kJ)이고, 이론적으로 1일 냉각수 사용량은 1.6~4.8g이 된다. 따라서, 상기 액체공급부(500)의 용량이 1.5리터라면, 300일을 사용할 수 있게 되고, 사용자가 1년에 한 번 정도 냉각수를 보충하더라도 큰 문제가 상기 배터리모듈(300)을 효율적으로 냉각하면서도 차량의 사용이 용이한 것이다.

도 6 내지 도 7은 본 발명의 제2실시예를 도시한 것으로서, 상기 액체공급부(500)에 저장되는 액체는 워셔액인 경우를 도시하였다. 이때, 상기 액체공급부(500)는 상기 배터리모듈(300) 보다 상방에 위치되는 것이 바람직할 것이다. 특히, 제2실시예에서는 통상적으로 차량에 마련되는 워셔액탱크를 상기 액체공급부(500)로 사용할 수 있을 것이다. 따라서, 상기 액체공급부(500)를 이용하여 상기 배터리모듈(300)의 냉각과 차량의 윈드실드(150)의 세척을 선택적으로 또는 동시에 수행하여야 하므로, 상기 액체공급부(500)와 분사부(700) 사이에는 상기 제어부(600)에 의해 제어되는 멀티웨이밸브(550)가 구비되는 것이 바람직할 것이다. 상기 멀티웨이밸브(550)는 상기 액체공급부(500), 분사부(700) 및 워셔액 분사노즐(130)과 연결되어 상기 제어부(600)가 상기 멀티웨이밸브(550)를 선택적으로 개폐제어함으로써, 상기 배터리모듈(300)의 냉각 또는 상기 윈드실드(150)의 세척을 수행하게 된다. 본 발명에서는 상기 멀티웨이밸브(550)가 3WAY밸브인 것을 도시하고 설명하였으나, 특별히 이러한 구성에 한정하는 것은 아니다.

따라서, 제1실시예에서와 마찬가지로 차량의 BMS(610)에서는 상기 배터리모듈(300)의 냉각이 필요하다고 판단되는 경우 외기온과 상기 배터리모듈(300)의 온도 상승률을 감지하여 상기 액체공급부(500)부터 공급되는 액체의 분사량을 결정하고, 상기 제어부(600)에 신호를 보낸다. 그러면, 상기 제어부(600)에서는 상기 펌프(530)를 구동하도록 제어하고, 상기 배출구(930)의 도어(931)를 개도를 조절한다. 또한, 상기 멀티웨이밸브(550)의 개도를 조절하여 상기 액체공급부(500)와 상기 분사부(700)를 연결하고, 상기 워셔액 분사노즐(130) 측의 포트는 폐쇄한다. 따라서, 상기 액체공급부(500)의 액체가 상기 이동관(710)을 지나 상기 분사노즐(730)을 통해 분무되고, 차량의 전방으로부터 유입되는 공기가 상기 유입구(910)를 통해 상기 배출구(930)에서 배출되도록 한다. 그러므로 상기 배터리모듈(300)의 상면에 분무되는 액체는 상기 코팅층(311)에서 넓게 퍼진 후, 공기에 의해 증발되어 증발 잠열을 발생하여 상기 배터리모듈(300)을 냉각하게 되는 것이다. 상기 제어부(600)는 상기 배터리모듈(300)의 냉각이 필요하지 않은 때에는 상기 멀티웨이밸브(550)의 상기 분사부(700)측 포트를 폐쇄한다.

도 8 내지 도 9는 본 발명의 제3실시예를 도시한 것으로서, 상기 액체공급부(500)에 저장되는 액체가 차량의 공조시스템(800)의 에바코어(810)에서 발생되는 응축수이고, 상기 액체공급부(500)는 상기 에바코어(810)에서 발생되는 응축수를 받아내는 물받이인 경우를 도시하였다. 이때, 상기 액체공급부(500)는 상기 공조시스템(800)의 에바코어(810) 보다 하방에 위치되는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 상기 액체공급부(500)에는 상기 에바코어(810)에서 발생되는 응축수를 상기 액체공급부(500)에 포집하기 위한 도입관(510)이 형성될 수 있다. 상기 도입관(510)은 일측은 상기 에바코어(810)와 연결되고, 타측은 상기 액체공급부(500)에 연결됨으로써, 상기 공조시스템(800)의 구동 시 발생되는 상기 에바코어(810)의 응축수를 상기 액체공급부(500)에 포집한다.

상기 에바코어(810)에서 발생되는 응축수는 200~300CMH 기준으로 0.57~2.01g/s이므로, 1일 4시간 운전하는 경우 0.8~2.9kg이 발생된다고 예측할 수 있다. 따라서, 상기 에바코어(810)의 응축수로 상기 배터리모듈(300)을 냉각하기에는 충분한 양이며, 이때에는 사용자가 별도로 상기 액체공급부(500)에 액체를 충진하지 않아도 되므로, 편리한 장점이 있다.

제1실시예에서와 마찬가지로 제3실시예에서도 차량의 BMS(610)에서는 상기 배터리모듈(300)의 냉각이 필요하다고 판단되는 경우 외기온과 상기 배터리모듈(300)의 온도 상승률을 감지하여 상기 액체공급부(500)부터 공급되는 액체의 분사량을 결정하고, 상기 제어부(600)에 신호를 보낸다. 그러면, 상기 제어부(600)에서는 상기 펌프(530)를 구동하도록 제어하고, 상기 배출구(930)의 도어(931)를 개도를 조절한다. 따라서, 상기 액체공급부(500)의 액체가 상기 이동관(710)을 지나 상기 분사노즐(730)을 통해 분무되고, 차량의 전방으로부터 유입되는 공기가 상기 유입구(910)를 통해 상기 배출구(930)에서 배출되도록 한다. 그러므로 상기 배터리모듈(300)의 상면에 분무되는 액체는 상기 코팅층(311)에서 넓게 퍼진 후, 공기에 의해 증발되어 증발 잠열을 발생하여 상기 배터리모듈(300)을 냉각하게 되는 것이다.

또한, 상기한 실시예 모두에서 차체(100)에는 차량의 외부로부터 액체를 포집하여 상기 액체공급부(500)로 공급하는 유도관(110)이 형성되어 상기 액체공급부(500)에 별도로 액체를 공급하지 않더라도 상기 액체공급부(500)에 상기 배터리모듈(300)을 냉각하기 위한 액체가 지속적으로 충진되도록 할 수도 있을 것이다.

따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 차량의 배터리 냉각장치에 의하면, 종래에 배터리모듈을 냉각하기 위해 에어컨이나 쿨링모듈을 작동하므로, 소모되는 동력이 1~4kW인 것과는 달리 본 발명에서는 펌프만을 구동하여 배터리모듈을 냉각할 수 있으므로, 펌프에 의해 소모되는 10W 정도만으로도 충분히 냉각이 가능하여 동력손실이 적어 전기차량의 주행거리를 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 차체 110 : 유도관
130 : 워셔액 분사노즐 150 : 윈드실드
300 : 배터리모듈 310 : 케이스
311 : 코팅층 330 : 설치홈
500 : 액체공급부 510 : 도입관
530 : 펌프 550 : 멀티웨이밸브
570 : 수위센서 600 : 제어부
610 : BMS 700 : 분사부
710 : 이동관 730 : 분사노즐
800 : 공조시스템 810 : 에바코어
830 : 라디에이터 850 : 팬
900 : 이격공간 910 : 유입구
930 : 배출구 931 : 도어
933 : 그릴

Claims

차량에 구동에너지를 제공하는 배터리모듈;
상기 배터리모듈에 액체를 공급하는 액체공급부; 및
일측은 상기 액체공급부에 연결되어 상기 액체공급부로부터 저장된 액체를 공급받고, 타측은 상기 배터리모듈에 근접하여 상기 액체공급부로부터 공급받은 액체를 상기 배터리모듈의 외표면에 공급함으로써 액체의 증발 잠열을 이용하여 상기 배터리모듈을 냉각하는 분사부;를 포함하고,
상기 배터리모듈은 차체로부터 이격되어 위치됨으로써, 상기 차체와 배터리모듈 사이에는 이격공간이 형성되고, 상기 분사부는 상기 액체공급부의 액체가 이동되는 이동관을 포함하여 구성되되, 상기 이동관은 차량의 길이방향을 따라 연장형성되어 상기 이격공간 내를 통과하는 공기의 흐름에 저항이 발생되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리모듈에는 최외곽을 감싸는 케이스가 구비되고, 상기 케이스의 외표면에는 친수 다공성 물질이 코팅된 코팅층이 형성되어 액체가 분사되는 경우 액체의 확산이 용이한 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 1에 있어서,
상기 분사부는 일측은 상기 액체공급부와 연결되고 타측은 상기 액체공급부로부터 연장되어 상기 배터리모듈에 근접되는 이동관과, 상기 이동관에 소정의 거리로 이격되어 설치되는 복수의 분사노즐로 구성되어, 상기 액체공급부의 액체가 상기 이동관을 따라 이동된 후 상기 분사노즐을 통해 분무되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 3에 있어서,
상기 배터리모듈에는 상기 이동관에 대응되는 위치에 상기 배터리모듈 측으로 만입되는 설치홈이 형성되고, 상기 이동관이 상기 설치홈에 안착되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리모듈은 차량 플로어로부터 하방으로 이격되어 위치됨으로써, 상기 차량 플로어와 배터리모듈 사이에는 이격공간이 형성되고, 상기 분사부가 상기 이격공간에 위치됨으로써, 상기 배터리모듈의 상부가 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 5에 있어서,
상기 이격공간의 일측에는 차량의 외부로부터 공기가 유입되는 유입구가 형성되고, 타측에는 상기 이격공간 내를 이동한 공기가 배출되는 배출구가 형성되며, 차량의 주행 시 상기 분사부에 의해 분사되는 액체가 상기 유입구를 통해 유입된 주행풍에 의해 증발됨으로써, 증발 잠열에 의해 상기 배터리모듈이 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 6에 있어서,
상기 유입구는 차량의 전방 측에 위치되고, 상기 배출구는 차량의 후방 측에 위치되되, 주행풍에 의해 공기가 상기 이격공간의 유입구에서 배출구로 이동되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 6에 있어서,
상기 유입구 또는 배출구에는 상기 유입구 또는 배출구를 개폐하는 도어가 구비되어 상기 이격공간 내를 이동하는 공기량을 조절 가능한 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 액체공급부와 분사부 사이에는 펌프가 설치되고, 상기 펌프의 구동 시 상기 액체공급부의 액체가 상기 분사부를 통해 이동되어 상기 배터리모듈을 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 1에 있어서,
상기 액체공급부는 상기 배터리모듈 보다 상방에 위치되는 리저버탱크이고, 상기 액체공급부에 저장되는 액체는 냉각수인 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 1에 있어서,
상기 액체공급부는 상기 배터리모듈 보다 상방에 위치되고, 상기 액체공급부에 저장되는 액체는 차량의 윈드실드를 세척하는 워셔액인 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 11 또는 12에 있어서,
상기 액체공급부와 분사부 사이에는 제어부에 의해 제어되는 멀티웨이밸브가 구비되고, 상기 멀티웨이밸브는 상기 액체공급부, 분사부 및 워셔액 분사노즐과 연결되어 상기 제어부가 상기 멀티웨이밸브를 선택적으로 개폐제어함으로써, 상기 배터리모듈의 냉각 또는 상기 윈드실드의 세척을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 1에 있어서,
상기 액체공급부는 차량의 공조시스템의 에바코어 보다 하방에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
청구항 14에 있어서,
상기 액체공급부는 상기 공조시스템의 구동 시 발생되는 에바코어의 응축수를 하방에서 받아내는 물받이로서 응축수를 포집하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.
차량에 구동에너지를 제공하는 배터리모듈;
상기 배터리모듈에 액체를 공급하는 액체공급부; 및
일측은 상기 액체공급부에 연결되어 상기 액체공급부로부터 저장된 액체를 공급받고, 타측은 상기 배터리모듈에 근접하여 상기 액체공급부로부터 공급받은 액체를 상기 배터리모듈의 외표면에 공급함으로써 액체의 증발 잠열을 이용하여 상기 배터리모듈을 냉각하는 분사부;를 포함하고,
차체에는 차량의 외부로부터 액체를 포집하여 상기 액체공급부로 공급하는 유도관이 형성되어 상기 액체공급부에 별도로 액체를 공급하지 않더라도 상기 액체공급부에 상기 배터리모듈을 냉각하기 위한 액체가 지속적으로 충진되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각장치.