KR102554999B1

KR102554999B1 - 와류를 통해 유속이 감속되는 전기자동차 배터리의 냉각 파이프

Info

Publication number: KR102554999B1
Application number: KR1020230075939A
Authority: KR
Inventors: 김병수
Original assignee: (주)제이앤에스
Priority date: 2023-04-04
Filing date: 2023-06-14
Publication date: 2023-07-17
Also published as: KR102545847B1; KR102555002B1; KR102555000B1; KR102554998B1; KR102555001B1

Abstract

본 발명은 라디에이터(radiator)의 일측 및 타측에 각각 결합되어, 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈과 배터리 모듈 사이를 통과하여, 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 전기자동차 배터리의 냉각 파이프에 있어서, 내부에는 냉각 유체가 흐르는 유로가 형성되도록 파이프 형상으로 이루어지되, 일측에는 유입구가 형성되고, 타측에는 배출구가 형성되며, 상기 유입구는 상기 라디에이터의 일측에, 상기 배출구는 상기 라디에이터의 타측에 각각 결합되는 본체관; 및 상기 본체관과 일체 형성되되, 상기 유입구 및 상기 배출구 사이에 한 개 이상의 주름 형태로 형성되는 주름관을 포함하는 전기자동차 배터리의 냉각 파이프에 관한 것이다.

Description

와류를 통해 유속이 감속되는 전기자동차 배터리의 냉각 파이프{Cooling pipe of electric vehicle battery with reduced flow rate using vortex}

본 발명은 전기자동차 배터리의 냉각 파이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각 파이프에 와류를 발생시키는 주름관이 형성되어, 전기자동차용 배터리 냉각 성능을 향상시키는 전기자동차 배터리의 냉각 파이프에 관한 것이다.

최근에, 전기자동차 또는 하이브리드 차량의 대중화로 인해 배터리에 대한 중요성은 날로 증가되고 있다.

이러한 관심은 단순히 배터리의 용량에 대한 것뿐만 아니라, 배터리의 효율성이나 수명 등에 영향을 주는 요소까지 확장되고 있다.

전기자동차 또는 하이브리드 차량에 사용되는 고전압, 고용량 배터리는 일반적으로 복수개의 배터리 셀을 하나의 모듈로 만든 배터리 모듈로 구성되고, 이러한 배터리 모듈 또한 복수개로 구비되어 배터리 팩을 구성한다.

이러한 복수개의 배터리 모듈은 한정된 좁은 공간에 함께 설치되어 고열의 열이 발생하게 되고, 이는 배터리 전체의 수명에 악영향을 미치는 요소로 작용할 수 있다.

따라서 전기자동차 또는 하이브리드 차량은 고전압, 고용량 배터리의 고열을 제어하기 위한 냉각 시스템의 구축이 필수적이다.

일반적으로 상기한 고전압, 고용량 배터리의 냉각 방식은 공냉식과 수냉식으로 구분되며, 각각은 다시 간접 냉각 방식과 직접 냉각 방식으로 구분될 수 있다.

종래 기술에서 주로 사용되는 간접 공냉식 또는 간접 수냉식은 배터리 모듈의 표면에 별도의 방열판을 접촉시켜 열을 전도시키고, 방열판 한쪽에 열교환을 위해 위치시킨 방열핀을 통해 배터리 모듈을 냉각시키는 방식이다.

또한, 종래 기술의 직접 공냉식 또는 수냉식은 배터리 모듈의 표면에 직접 공기를 흘려 보냄으로써 배터리 모듈을 냉각시키는 방식이다.

그러나 종래의 간접방식은 배터리 모듈 사이에 방열핀을 적용해야 하므로 부피 증대 및 부품 증가로 인한 원가가 상승한다는 한계점이 있었고, 직접방식은 배터리 모듈 사이에 냉각을 위한 유로 갭을 확보해야 했으므로 전체적인 부피가 증가한다는 한계점이 있었다.

특허문헌1 : 등록특허공보 제10-2269221호(전기 자동차 배터리 냉각 장치)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 라디에이터(rediator)에서 냉각 파이프로 유입되는 냉각 유체를 와류 발생시키기 위해 냉각 파이프에 주름관이 형성되고, 주름관 형상으로 인해 냉각 유체의 속도가 감소되어, 배터리 모듈이 냉각되는 냉각 성능이 향상될 수 있는 전기자동차 배터리의 냉각 파이프를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프는, 라디에이터(radiator)의 일측 및 타측에 각각 결합되어, 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈과 배터리 모듈 사이를 통과하여, 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 전기자동차 배터리의 냉각 파이프에 있어서, 내부에는 냉각 유체가 흐르는 유로가 형성되도록 파이프 형상으로 이루어지되, 일측에는 유입구가 형성되고, 타측에는 배출구가 형성되며, 상기 유입구는 상기 라디에이터의 일측에, 상기 배출구는 상기 라디에이터의 타측에 각각 결합되는 본체관; 및 상기 본체관과 일체 형성되되, 상기 유입구 및 상기 배출구 사이에 한 개 이상의 주름 형태로 형성되는 주름관을 포함한다.

상기 주름관은, 둘레가 상기 본체관의 둘레보다 더 확장된 복수의 확관부와, 상기 복수의 확관부 사이 각각에 배치되어 상기 복수의 확관부 사이 각각에 간격을 형성시키고, 둘레가 상기 본체관의 둘레 이하로 형성되는 하나 이상의 간격부를 포함하고, 상기 복수의 확관부와 상기 복수의 간격부는 상기 본체관의 길이 방향에 따라 일정간격으로 교차 배열될 수 있다.

상기 주름관은, 내부에 상기 라디에이터를 통해 상기 유입구로 유입되는 냉각 유체가 상기 확관부의 내경에 충돌되면서 상기 확관부의 내경 형상을 따라 이동함으로써, 와류가 발생되어, 냉각 유체의 속도를 감소시킬 수 있다.

상기 확관부는, 단면적이 상기 본체관의 단면적보다 넓게 형성됨으로써, 상기 확관부에 흐르는 냉각 유체의 유속이 상기 본체관에 흐르는 냉각 유체의 유속보다 더 감소될 수 있다.

상기 냉각 파이프는, 알루미늄 재질일 수 있다.

이와 같이 본 발명은 라디에이터(rediator)에서 냉각 파이프로 유입되는 냉각 유체를 와류 발생시키기 위해 냉각 파이프에 주름관이 형성되고, 주름관 형상으로 인해 냉각 유체의 속도가 감소되어, 배터리 모듈이 냉각되는 냉각 성능이 향상될 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프의 본체관에 주름관이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프의 주름관을 통해 와류가 발생되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 이 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프에 밀착 결합되는 팽창 방지부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 이 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프의 팽창 방지부를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프의 본체관에 주름관이 형성된 상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프의 주름관을 통해 와류가 발생되는 상태를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 라디에이터(radiator)의 일측 및 타측에 각각 결합되어, 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈(B)과 배터리 모듈(B) 사이를 통과하여, 상기 배터리 모듈(B)을 냉각시키는 전기자동차 배터리의 냉각 파이프는, 본체관(100) 및 주름관(200)을 포함한다.

본체관(100)은, 내부에 냉각 유체가 흐르는 유로가 형성되도록 파이프 형상으로 이루어지되, 일측에는 유입구(110)가 형성되고, 타측에는 배출구(120)가 형성된다.

이때 유입구(110)는 라디에이터의 일측에, 배출구(120)는 라디에이터의 타측에 각각 결합된다.

또한 본체관(100)은 직선, 절곡, 만곡 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 라디에이터는 배터리 모듈에서 발생되고, 냉각수에 흡수된 열을 방출하는 장치이다. 이는 공지기술이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

주름관(200)은, 본체관(100)과 일체 형성되되, 유입구(110) 및 배출구(120) 사이에 한 개 이상의 주름 형태로 형성된다.

또한 주름관(200)은 복수의 확관부(210)와, 하나 이상의 간격부(220)를 포함할 수 있다.

복수의 확관부(210)는 둘레가 본체관(100)의 둘레보다 더 확장될 수 있다. 그리고 하나 이상의 간격부(220)는 복수의 확관부(210) 사이 각각에 배치되어 복수의 확관부(210) 사이 각각에 간격을 형성시키고, 둘레가 본체관(100)의 둘레 이하로 형성될 수 있다. 즉, 하나 이상의 간격부(220)는 도 3과 같이 본체관(100)과 동일한 둘레일 수 있다. 다만 이는 예시일 뿐, 본체관(100)보다 더 작은 둘레로 형성될 수 있다.

또한 복수의 확관부(210)와 복수의 간격부(220)는 본체관(100)의 길이 방향에 따라 일정간격으로 교차 배열될 수 있다.

도시된 도 3을 참조하면, 주름관(200)은 내부에 라디에이터를 통해 유입구(110)로 유입되는 냉각 유체가 확관부(210)의 내경에 충돌되면서 확관부(210)의 내경 형상을 따라 이동함으로써, 와류가 발생되어, 냉각 유체의 속도를 감소시킬 수 있다.

와류가 발생되는 구체적인 설명은 유입구(110)로 유입되는 냉각 유체가 본체관(100)의 길이 방향을 따라 이동하다가 본체관(100)의 둘레보다 더 확장된 확관부(210)로 이동되면서 확관부(210)의 내경에 충돌되어, 이동 방향이 변경되면서 와류가 형성될 수 있다.

뿐만 아니라, 유입구(110)로 유입되는 냉각 유체가 동일한 유속으로 유입되는데 확관부(210)의 단면적(물이 흐르는 범위)이 확장됨에 따라 유속이 감소될 수 있다.

즉, 확관부(210)는 단면적이 본체관(100)의 단면적보다 넓게 형성됨으로써, 확관부(210)에 흐르는 냉각 유체의 유속이 본체관(200)에 흐르는 냉각 유체의 유속보다 더 감소될 수 있다.

또한 주름관(200)은 본체관(100)이 배터리 모듈(B)의 직선 길이에 대응되는 직선 구간에 해당하는 경우, 소정의 간격으로 한 개 이상의 주름관(200)이 형성될 수 있다.

한편, 전기자동차 배터리의 냉각 파이프는 알루미늄 재질일 수 있다. 알루미늄 재질로 제작됨으로서 발생되는 효과는 온도의 전도율이 높아지고, 스테인리스에 비해 저렴하고 가벼워 이동이 간편할 뿐만 아니라, 가공하기도 쉬워 다양한 디자인으로 제작될 수 있다.

도 4는 본 발명의 이 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프에 밀착 결합되는 팽창 방지부를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 이 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프의 팽창 방지부를 나타낸 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 이 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프 대비, 주름관(200)에 밀착 결합되는 팽창 방지부(300)를 더 포함하고, 다른 구성 요소는 동일하게 포함할 수 있다.

따라서, 반복되는 설명은 생략하도록 한다.

구체적으로, 이 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 냉각 파이프는 냉각 유체의 부피가 열(온도)에 따라 팽창되어 파손되는 등의 문제점을 방지하기 위해, 주름관(200)에 팽창 방지부(300)가 밀착 결합될 수 있다.

팽창 방지부(300)는 고무재질로 제작되고, 주름관(200)에 물리적으로 압박을 가하여, 주름관(200)이 팽창되는 것을 방지할 수 있다.

또한 팽창 방지부(300)는, 파손되거나, 재기능을 하지 못하게 되어, 주름관(200)이 팽창 시 파손되는 잔해물 등이 분산되는 것을 방지할 수 있다.

또한 팽창 방지부(300)는, 복수의 확관부(210)와 하나 이상의 간격부(220) 사이 사이에 간격을 주름관(200) 팽창으로부터 유지 및 보호할 수 있도록 하나 이상의 교차 돌기(310)가 형성되되, 상, 하 방향으로 각각 교차 나열될 수 있다.

즉, 도 4 및 5를 참조하면, 복수의 확관부(210) 중 하나의 확관부(210)는 하측 방향으로 하나 이상의 교차 돌기(310)가 형성되고, 복수의 확관부(210) 중 다른 하나의 확관부(210)는 상측 방향으로 하나 이상의 교차 돌기(310)가 형성될 수 있다.

이때, 상측 방향 및 하측 방향의 기준은 도시된 도 4를 기준으로 하였으며, 실 제품에서 주름관(200) 및 팽창 방지부(300)가 형성되는 위치에 따라 좌측 및 우측이 될 수 있다.

또한 하나 이상의 교차 돌기(310)는 상측 또는 하측 방향으로 형성될 때의 꼭지점이 확관부(210)의 상면 및 하면에 각각 대응되도록 직선으로 형성될 수 있다.

또한 도시된 도 4 및 도 5를 기준으로 설명하면, 팽창 방지부(300)는 수직으로 소정의 절개홈(320)이 형성될 수 있다. 이러한 절개홈(320)은 주름관(200)에 팽창 방지부(300)를 결합시킬 때, 절개홈(320)을 따라 외력(사용자의 힘 등)에 의해 벌어지면서 끼움 결합될 수 있다.

도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 본체관
110 : 유입구
120 : 배출구
200 : 주름관
210 : 확관부
220 : 간격부
300 : 팽창 방지부
310 : 교차 돌기
320 : 절개홈
B : 배터리 모듈

Claims

라디에이터(radiator)의 일측 및 타측에 각각 결합되어, 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈과 배터리 모듈 사이를 통과하여, 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 와류를 통해 유속이 감속되는 전기자동차 배터리의 냉각 파이프에 있어서,
내부에는 냉각 유체가 흐르는 유로가 형성되도록 파이프 형상으로 이루어지되, 일측에는 유입구가 형성되고, 타측에는 배출구가 형성되며, 상기 유입구는 상기 라디에이터의 일측에, 상기 배출구는 상기 라디에이터의 타측에 각각 결합되는 본체관; 및
상기 본체관과 일체 형성되되, 상기 유입구 및 상기 배출구 사이에 한 개 이상의 주름 형태로 형성되는 주름관을 포함하고,
상기 주름관은,
둘레가 상기 본체관의 둘레보다 더 확장된 복수의 확관부와,
상기 복수의 확관부 사이 각각에 배치되어 상기 복수의 확관부 사이 각각에 간격을 형성시키는 하나 이상의 간격부를 포함하고,
상기 하나 이상의 간격부는
상기 본체관 보다 더 작은 둘레로 형성되고,
상기 복수의 확관부와 상기 하나 이상의 간격부는
상기 본체관의 길이 방향에 따라 일정간격으로 교차 배열되고,
상기 전기자동차 배터리의 냉각 파이프는
상기 주름관의 팽창을 방지하도록 상기 주름관에 밀착 결합되고 고무재질로 제작되는 팽창 방지부를 더 포함하고,
상기 팽창 방지부는
상기 주름관의 팽창으로부터 상기 복수의 확관부와 상기 하나 이상의 간격부 사이의 간격이 유지되도록, 상기 주름관을 향해 상하 방향으로 교차 나열되는 교차 돌기가 형성되고,
상기 팽창 방지부는
상기 주름관에 결합될 때 외력에 의해 벌어져 상기 주름관에 끼움 결합되도록 소정의 절개홈이 형성되고,
상기 본체관은
직선 형상 및 절곡 형상으로 형성되고,
상기 주름관은
상기 직선 형상으로 형성된 상기 본체관의 직선 구간에 형성되는,
와류를 통해 유속이 감속되는 전기자동차 배터리의 냉각 파이프.