KR20010036651A - Cooling structure of battery for electric vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기자동차의 배터리 냉각구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 케이스내 에어 가이드와 배터리 사이의 공기 통로(갭)내 유속을 다르게 하여 전체 배터리의 온도편차를 최소화하는 전기자동차의 배터리 냉각구조에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cooling structure of an electric vehicle, and more particularly, to a battery cooling structure of an electric vehicle that minimizes a temperature deviation of an entire battery by varying a flow rate in an air passage (gap) between an air guide and a battery in a battery case. It is about.
일반적으로 전기자동차는 나날이 심각해져 가는 대기오염을 방지하기 위한 대비책과 한정된 유체 에너지를 새로운 에너지원으로 대체하고자 하는 목적에서 개발된 것으로, 배터리의 전원으로 모터를 구동시켜 일정 차속 이상의 주행성을 확보하여 이동수단으로서의 역할을 담당하게 되는 것이다.In general, electric vehicles have been developed for the purpose of preventing air pollution, which is getting worse day by day, and to replace limited fluid energy with new energy sources. It will play a role as.
이러한 전기자동차의 배터리는 한정된 용량이나 사이즈 등의 여러 가지 문제로 몇 개의 셀(cell) 단위의 배터리를 모아 모듈(module)로 제작하여 사용되는데, 이 배터리는 사용중 열에너지를 발생시키기 때문에, 배터리 케이스 내부에 배터리의 온도상승을 억제하여 열화를 방지하기 위한 냉각장치들이 설치되는 것이 보통이다.The battery of the electric vehicle is used to produce a module by collecting the battery of several cell units due to various problems such as limited capacity or size, and since the battery generates heat energy during use, Cooling devices are usually installed in the battery to prevent the temperature rise of the battery to prevent deterioration.
여기서 상기한 냉각장치가 배터리의 열화를 방지하기 위한 장치라고 한다면, 배터리의 수명이나 균일한 전압을 얻기 위해서는 배터리간의 온도편차를 줄여야 하는데, 이는 배터리간의 큰 온도편차에 따라 하나의 배터리가 열화에 의해 손상되어 저항체로 작용하게 됨으로 고온을 발생시키게 되고, 이웃한 배터리에 또 다른 열화를 유도하여 전체 배터리가 손상되는 결과를 초래하게 되기 때문이며, 이때 각각의 배터리는 전압편차가 심하게 나타나게 됨은 물론, 균일한 전압을 최적의 이용조건으로 하는 전기자동차의 각 구동 모터부에 좋지 않은 결과를 초래하게 된다.If the cooling device is a device for preventing the deterioration of the battery, in order to obtain a battery life or a uniform voltage, it is necessary to reduce the temperature deviation between the batteries, which is caused by the degradation of one battery due to the large temperature deviation between the batteries. It is damaged and acts as a resistor to generate a high temperature, and induces another deterioration of the neighboring battery, which results in damage to the entire battery, each of the battery is a voltage deviation is severe, as well as uniform This results in unfavorable results in each drive motor section of the electric vehicle whose voltage is optimally used.
도 4는 종래 배터리 냉각구조의 일례를 보인 도면으로서, 배터리 케이스(50)에는 그 전방에 3개의 송풍팬(51)을 설치하고, 후방에는 2개의 배기팬(52)을 설치하여 전방으로부터 배터리(53) 사이의 공기 통로(54)로 냉각 공기를 불어넣어 후방으로 배기시킴으로서 배터리(53)를 냉각시키게 되는 것이다.4 is a view illustrating an example of a conventional battery cooling structure, in which the battery case 50 is provided with three blower fans 51 in front thereof, and two exhaust fans 52 in the rear thereof to install the battery from the front ( The battery 53 is cooled by blowing cooling air into the air passage 54 between the 53 and exhausting it backward.
그러나 상기한 바와 같이, 전기자동차용 배터리를 냉각함에 있어서, 다수개의 배터리로부터 균일한 전압과 장시간의 수명을 확보하기 위해서는 여러 가지 주변환경이 동일하게 유지되어야 하며, 특히 전압은 배터리가 온도차에 따라 전압차를 발생시킴으로 온도편차가 가장 큰 변수로 작용함에도 불구하고, 종래에는 냉각 공기가 일정한 유속으로 전방부의 배터리를 냉각시킨 후, 어느 정도의 열 에너지를 흡수한 상태에서 후방부의 배터리를 냉각하게 됨으로 그 냉각효율이 떨어져 전체 배터리에 있어서 온도편차가 크게 나타나게 하는 등의 문제점을 내포하고 있다.However, as described above, in cooling the battery for an electric vehicle, in order to ensure a uniform voltage and a long lifespan from a plurality of batteries, various environmental conditions must be kept the same. Although the temperature deviation acts as the largest variable by generating a difference, conventionally, after cooling air cools the front battery at a constant flow rate, the rear battery is cooled while absorbing a certain amount of thermal energy. The problem is that the cooling efficiency is poor, causing a large temperature deviation in the entire battery.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로써, 본 발명의 목적은 배터리 케이스 내에서 배터리 홀더 사이에 구성되는 에어 가이드와 배터리 사이의 공기 통로(갭)를 부분별로 다르게 구성하여 전체적인 냉각효율을 고르게 함으로서, 배터리의 온도편차를 최소화 할 수 있도록 한 전기자동차의 배터리 냉각구조를 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was created to solve the problems described above, an object of the present invention is to configure the air passage (gap) between the battery and the air guide configured between the battery holder in the battery case partly differently It is to provide the battery cooling structure of the electric vehicle to minimize the temperature deviation of the battery by uniformizing the overall cooling efficiency.
도 1은 본 발명이 적용되는 전기자동차의 배터리 설치구조를 보인 사이도이다.1 is a view showing a battery installation structure of an electric vehicle to which the present invention is applied.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 3은 도 1의 B-B선에 따른 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 1.
도 4는 종래 기술에 의한 전기자동차의 배터리 냉각구조를 보인 평면도이다.4 is a plan view showing a battery cooling structure of the electric vehicle according to the prior art.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전기자동차의 배터리 냉각구조는 배터리 케이스 내에서 다수개의 배터리를 행과 열을 맞추어 일정한 간격으로 고정하는 적어도 둘 이상의 배터리 홀더 사이에 에어 가이드를 형성하고, 상기 에어 가이드와 배터리 사이에 갭을 두어 공기 통로를 제공하며, 상기 공기 통로로 송풍기를 이용하여 냉각 공기를 송풍하도록 이루어지는 전기자동차의 배터리 냉각구조에서,In order to achieve the above object, the battery cooling structure of the electric vehicle according to the present invention forms an air guide between at least two battery holders for fixing a plurality of batteries in rows and columns at regular intervals in a battery case. In the battery cooling structure of the electric vehicle provided with a gap between the air guide and the battery to provide an air passage, and to blow the cooling air by using a blower to the air passage,
상기 에어 가이드와 배터리 사이의 갭은 상기 송풍기로부터 멀어질수록 부분별로 좁게 형성되어 공기의 유속을 빠르게 하는 것을 특징으로 하여 구성된다.The gap between the air guide and the battery is formed to be narrower for each part as it moves away from the blower, and is configured to accelerate the flow rate of air.
이하 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the preferred configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명이 적용되는 전기자동차의 배터리 설치구조를 보인 사이도로서, 본 발명은 배터리 케이스(미도시) 내에서 다수개의 배터리(1)를 행과 열을 맞추어 일정한 간격으로 고정하는 4개의 배터리 홀더(31) 사이에 에어 가이드(32)를 형성하고, 상기 에어 가이드(32)와 배터리(1) 사이에 갭을 두어 공기 통로를 제공하며, 상기 공기 통로로 송풍기(미도시)를 이용하여 냉각 공기를 하부로부터 송풍하도록 이루어진다.1 is a diagram showing a battery installation structure of an electric vehicle to which the present invention is applied, the present invention is a battery case (not shown) in the battery case (not shown) by fixing a plurality of batteries 1 in rows and columns at regular intervals An air guide 32 is formed between the battery holders 31, a gap is provided between the air guide 32 and the battery 1 to provide an air passage, and a blower (not shown) is used as the air passage. Cooling air is blown from the bottom.
상기 배터리(1)는 원기둥형으로 형성되며, 6개의 배터리(1)가 하나의 셀로 구성되고, 이 셀은 4개가 모여 하나의 모듈(34)로 이루어진다.The battery 1 is formed in a cylindrical shape, and six batteries 1 are constituted by one cell, and the cells are collectively composed of one module 34.
이러한 배터리(1)를 고정하는 배터리 홀더(31)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 그 단면에 가로 6개, 세로 4개의 배터리 장착구(35)를 형성하고, 배터리(1)와 직접 접촉함으로 열전달이 잘되는 재질로 형성된다.As shown in FIG. 2, the battery holder 31 for fixing the battery 1 forms six battery packs 35 vertically and four vertically in its cross-section, and directly contacts the battery 1. It is formed of a material that heat transfer well.
그리고, 도 3에서 도시한 바와 같이, 배터리(1)와의 사이에 갭을 형성하여 냉각 공기의 통로(36)를 제공하는 에어 가이드(32)는 플라스틱 재질로 이루어지며, 상기 갭은 송풍기(미도시)가 설치된 하부로부터 상로로 갈수록 좁게 형성된다.3, the air guide 32, which forms a gap between the battery 1 and provides a passage 36 for cooling air, is made of a plastic material, and the gap is a blower (not shown). ) Is narrower toward the top from the bottom installed.
또한, 냉각 공기의 흐름이 접촉하는 면(37)은 매끄럽게 다듬질되어 공기의 저항을 줄일 수 있도록 형성된다.In addition, the surface 37 to which the flow of cooling air contacts is formed to be smoothed to reduce the resistance of the air.
이러한 공기 통로(36)를 각각의 배터리(1~24)에 번호를 매겨, 그 작동과 함께 보다 상세히 설명하면, 먼저 전체 배터리(1~24)의 직경을 d1이라 하고, 1번에서 6번까지의 배터리를 감싸는 에어 가이드(32)의 내경을 D1, 7번에서 12까지의 배터리를 감싸는 에어 가이드(32)의 내경을 D2, 13번에서 18까지의 배터리를 감싸는 에어 가이드(32)의 내경을 D3, 19번에서 24까지의 배터리를 감싸는 에어 가이드(32)의 내경을 D4라고 할 때,The air passages 36 are numbered in the respective batteries 1 to 24 and described in more detail together with their operation. First, the diameters of the entire batteries 1 to 24 are referred to as d1, and the first to sixth times. The inner diameter of the air guide 32 to wrap the battery of D1, the inner diameter of the air guide 32 to wrap the battery 7 to 12 D2, the inner diameter of the air guide 32 to wrap the battery from the 13 to 18 When the inner diameter of the air guide 32 surrounding the battery of D3, Nos. 19 to 24 is D4,
각각의 공기 통로인 갭()은 다음 [수학식1]과 같으며,Each air passage is a gap ( ) Is as shown in [Equation 1],
상기 [수학식1]에서 각각의 갭()은 [수학식2]에서와 같은 관계를 갖는다.In the above Equation 1, each gap ( ) Has the same relationship as in [Equation 2].
따라서 일정한 유량이 동일한 조건에서 갭()이 작을수록 유속이 빨라지게 됨을 의미하며, 이는 최초 송풍기로부터 공급되는 냉각 공기가 갭(1)에서 유속이 느리게 작용하면서 열 에너지를 흡수하는 반면, 갭(4)에서는 유속이 빨라져 어느 정도의 열 에너지를 흡수한 냉각 공기의 단위시간당 접촉 유량을 증가시켜 냉각효율을 높임으로 갭(1)와 갭(4)에서의 온도편차를 최대한 줄일 수 있도록 하는 것이다.Therefore, if the constant flow rate is equal, the gap ( The smaller the), the faster the flow rate, which means that the cooling air supplied from the original blower has a gap ( In 1) the flow velocity is slow and absorbs thermal energy, while the gap ( In 4), the flow rate is increased to increase the contact flow rate per unit time of the cooling air absorbing a certain amount of thermal energy, thereby increasing the cooling efficiency. 1) and the gap ( This is to minimize the temperature deviation in 4).
따라서 본 발명은 냉각 공기의 유속을 부분별로 달리하여 전기자동차용 배터리(1~24)의 냉각성능을 높이는 것이 아니라, 배터리(1~24)간의 온도편차를 최대한 줄여 균일한 전압과 장시간의 수명을 확보할 수 있게 되는 유용한 발명인 것이다.Therefore, the present invention does not increase the cooling performance of the electric vehicle batteries 1 to 24 by varying the flow rate of the cooling air, but reduces the temperature deviation between the batteries 1 to 24 as much as possible to achieve a uniform voltage and a long service life. It is a useful invention that can be secured.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 냉각구조는 배터리와 에어 가이드 사이의 갭을 부분별로 조정하여 송풍기로부터 공급되는 냉각 공기의 유속을 달리함으로써 전체적인 배터리 냉각 효율을 균등화시키고, 이로써 배터리간의 온도편차를 최소화하여 균일한 전압과 장시간의 수명을 확보할 수 있게 된다.As described above, the battery cooling structure of the electric vehicle according to the present invention equalizes the overall battery cooling efficiency by varying the flow rate of the cooling air supplied from the blower by adjusting the gap between the battery and the air guide for each part, and thereby the temperature between the batteries. By minimizing the deviation, it is possible to secure a uniform voltage and a long life.
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