KR20030017821A

KR20030017821A - 전기자동차용 배터리 냉각시스템

Info

Publication number: KR20030017821A
Application number: KR1020010050852A
Authority: KR
Inventors: 박선순
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2003-03-04

Abstract

배터리 충전 시, 그 충전방식에 따라 강제 배기 및 강제 흡입 냉각방식을 병행하여 냉각효율을 개선함으로서 배터리의 충진효율을 향상시킬 수 있도록 하는 전기자동차용 배터리 냉각시스템을 제공할 목적으로,

다수개의 배터리 모듈을 서로 맞대어 공기통로를 형성하며, 하부에는 공기 흡입통로를 구성하는 에어 가이드와, 양측으로 엔드 플레이트를 통하여 상부에 커버를 덮어 제작되는 배터리 팩의 일측에 구성되어 배터리 팩 내부의 배터리를 냉각시키기 위한 전기자동차용 배터리 냉각시스템에서,

상기 커버의 일측에 공기 배출구를 구성하고, 이 공기 배출구와 연결되어 배터리 팩 내부의 공기를 외부로 배출하는 배기 송풍기와; 상기 일측 엔드 플레이트의 상부 일측에 공기 흡입구를 구성하고, 이 공기 흡입구와 연결되어 배터리 팩 내부에 냉각공기를 강제로 유입시키는 흡기 송풍기와; 배터리의 충전방식에 따라 배터리 충전신호를 출력하는 배터리 충전센서와; 상기 배터리 충전신호에 따라 상기 흡기 및 배기 송풍기의 작동을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 냉각시스템을 제공한다.

Description

전기자동차용 배터리 냉각시스템{COOLING SYSTEM of BATTERY FOR ELECTRIC VEHICLES}

본 발명은 전기자동차용 배터리 냉각시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 충전 시, 충전방식에 따라 강제 배기 및 강제 흡입 냉각방식을 병행하여 냉각효율을 개선할 수 있도록 하는 전기자동차용 배터리 냉각시스템에 관한 것이다.

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.

이러한 전기자동차의 배터리는 한정된 용량이나 사이즈 등의 여러 가지 문제로 다수개의 셀(cell) 단위의 배터리를 모아 모듈(module)로 제작하고, 다시 다수의 모듈을 모아 팩(pack)을 제작하여 사용되는데, 도 3은 종래 26개의 배터리 모듈(101)을 모아 하나의 팩으로 제작한 배터리 팩(107)과, 이를 냉각하기 위한 냉각시스템을 도시한 일례로서, 10개의 배터리 모듈(101)을 서로 맞대어 배치하고, 그 양측으로 엔드 플레이트(103,105)가 배치되어 배터리 팩(107)로 제작될 때, 10개의 배터리 모듈(101)의 좌우 양측으로 엔드 플레이트(103,105)가 각각 단면상에 일정한 간격으로 홈(109)을 형성하여 배치되고, 배터리 모듈(101) 사이에는 내부에 공기통로(111)가 형성되며, 배터리 모듈(101)의 하부에는 공기 흡입통로(113)를 갖는 에어 가이드(115)가 설치되어 에어가 흡입되도록 구성된다.

이러한 전기자동차용 배터리는 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 작용하게 된다.

여기서 상기한 온도편차가 배터리의 수명이나 전압발생에 미치는 영향은 온도변차가 크게 나타나는 하나의 배터리가 열화에 의해 손상되면, 손상된 배터리는저항체로 작용하게 되어 고온을 발생시키게 되고, 이웃한 배터리에 또 다른 열화를 유도하여 전체 배터리가 손상되는 결과를 초래하게 되며, 이때 각각의 배터리는 전압편차가 심하게 나타나게 되고, 이는 균일한 전압을 최적의 이용조건으로 하는 전기자동차의 각 구동 모터부에 좋지 않은 결과를 유도하게 되는 것이다.

이에 근거하여 종래에는 양측 엔드 플레이트의 상부 커버(117)의 일측에는 송풍기(119)가 송풍구(121)을 통하여 배터리 팩(107) 내부의 열기를 배출하도록 구성되나, 배터리 충전 시, 일반충전(충전시간이 8시간 정도 소요되는 보통 충전방식)방식에서는 무리가 없으나, 급속충전(충전시간이 1시간 이내의 빠른 충전방식) 시에는 배터리 팩(107)의 중앙부분(P)에서부터, 도 4의 온도 등고선(131)과 같이, 열집중 현상이 발생하여 배터리 손상의 원인이 되어 왔으며, 전체 배터리에 있어서 온도편차가 크게 나타나게 되어 큰 전압차를 발생시키는 등의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로써, 본 발명의 목적은 배터리 충전 시, 그 충전방식에 따라 강제 배기 및 강제 흡입 냉각방식을 병행하여 냉각효율을 개선함으로서 배터리의 충진효율을 향상시킬 수 있도록 하는 전기자동차용 배터리 냉각시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 냉각시스템의 강제 배기 작동상태를 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 냉각시스템의 강제 흡입 작동상태를 도시한 구성도이다.

도 3은 종래 기술에 따른 전기자동차용 배터리 냉각시스템의 작동상태를 도시한 구성도이다.

도 4는 종래 기술에 의한 전기자동차용 배터리의 온도 등고선을 도시한 평면도이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전기자동차용 배터리 냉각시스템은 다수개의 배터리 모듈을 서로 맞대어 공기통로를 형성하며, 하부에는 공기 흡입통로를 구성하는 에어 가이드와, 양측으로 엔드 플레이트를 통하여 상부에 커버를 덮어 제작되는 배터리 팩의 일측에 구성되어 배터리 팩 내부의 배터리를 냉각시키기 위한 전기자동차용 배터리 냉각시스템에서,

상기 커버의 일측에 공기 배출구를 구성하고, 이 공기 배출구와 연결되어 배터리 팩 내부의 공기를 외부로 배출하는 배기 송풍기와; 상기 일측 엔드 플레이트의 상부 일측에 공기 흡입구를 구성하고, 이 공기 흡입구와 연결되어 배터리 팩 내부에 냉각공기를 강제로 유입시키는 흡기 송풍기와; 배터리의 충전방식에 따라 배터리 충전신호를 출력하는 배터리 충전센서와; 상기 배터리 충전신호에 따라 상기 흡기 및 배기 송풍기의 작동을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 제어기는 상기 배터리 충전신호가 일반충전 신호인 경우, 상기 배기 송풍기를 작동 제어하며, 상기 배터리 충전신호가 급속충전 신호인 경우, 상기 흡기 송풍기를 작동 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 냉각시스템의 강제 배기 작동상태를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 냉각시스템의 강제 흡입 작동상태를 도시한 구성도로서, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 냉각시스템의 구성은, 다수개의 배터리 모듈(1)을 서로 맞대어 상호간에 공기통로 (3)를 형성하며, 하부에는 공기 흡입통로(5)를 구성하는 에어 가이드(7)가 구성되고, 양측으로 엔드 플레이트(9,11)를 통하여 상부에는 커버(13)를 덮어 배터리 팩(10)이 제작된다.

이러한 배터리 팩(10)의 일측에서 배터리 팩(10) 내부의 배터리를 냉각시키기 위하여 상기 커버(13)의 우측단에 공기 배출구(15)를 구성하고, 이 공기 배출구(15)와 연결되어 배터리 팩(10) 내부의 공기를 외부로 배출하도록 배기 송풍기(17)를 설치한다.

그리고 좌측의 상기 엔드 플레이트(9) 상부 일측에는 공기 흡입구(19)를 구성하고, 이 공기 흡입구(19)와 연결되어 배터리 팩(10) 내부에 냉각공기를 강제로 유입시킬 수 있도록 흡기 송풍기(21)를 설치한다.

이 때, 상기 흡기 송풍기(21)는 외기를 직접적으로 흡입하여 상기 공기 흡입구(19)를 통하여 배터리 팩(10) 내부로 유입시키거나, 또는, 별도의 냉방 공조장치(23)와 연결되어 냉각된 공기를 유입시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

그리고 배터리의 충전방식에 따라 배터리 충전신호를 출력하는 배터리 충전센서(25)를 구비하며, 상기 배터리 충전신호에 따라 상기 흡기 및 배기 송풍기 (21,17)의 작동을 제어할 수 있도록 제어기(27)를 구비한다.

이 때, 상기 제어기(27)는 상기 배터리 충전신호가 일반충전 신호인 경우, 상기 배기 송풍기(17)를 작동 제어하게 되며, 상기 배터리 충전신호가 급속충전 신호인 경우, 상기 흡기 송풍기(21)를 작동 제어하게 된다.

즉, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 전기자동차용 배터리 냉각시스템의 작동은, 먼저, 도 1에서 도시한 바와 같이, 상기 배터리 충전센서(25)로부터 배터리 충전방식이 일반충전 신호로 제어기(27)에 입력되면, 상기 제어기(27)는 상기 배기 송풍기(17)를 가동시켜 배터리 팩(10) 내부에 부압을 형성하여 상기 에어 가이드 (7)의 공기 흡입통로(5)로부터 외기를 흡입할 수 있도록 하여 배터리 팩(10) 내부를 냉각시키게 되는 것으로, 강제 배기에 의한 냉각방식으로 제어하게 된다.

또한, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 배터리 충전센서(25)로부터 배터리 충전방식이 급속충전 신호로 제어기(27)에 입력되면, 상기 제어기(27)는 상기 흡기 송풍기(21)를 가동시켜 배터리 팩(10) 내부에 공기 흡입구(19)를 통하여 외기 또는 냉각공기를 상부로부터 불어넣어 유입시킴으로서, 배터리 팩(10) 내부의 배터리 모듈(1)사이의 공기통로(3)를 통하여 상기 에어 가이드(7)의 공기 흡입통로(5)를 통하여 배출되도록 함으로서, 배터리를 냉각시키게 되는 것으로, 강제 흡입에 의한 냉각방식으로 제어하게 된다.

이 때, 상기 제어기(10)는 상기 배터리 충전센서(25)로부터의 충전신호에 따른 제어신호를 출력하는 것에 한정되는 것을 아니며, 배터리 온도센서(29)로부터 온도신호를 입력받아 배터리가 설정온도 이상의 고온으로 판단되며, 냉각효율이 우수한 강제 흡입에 의한 냉각방식으로 제어될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 냉각시스템에 의하면, 배터리 충전 시, 그 충전방식에 따라 강제 배기 및 강제 흡입 냉각방식을 병행함으로써, 냉각효율을 개선하여 전체 배터리 셀 간의 온도편차를 최소화할 수 있게 되고, 이로써 전체적인 배터리의 충진효율을 향상시킬 수 있으며, 균일한 전압과장시간의 수명을 확보할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims

다수개의 배터리 모듈을 서로 맞대어 공기통로를 형성하며, 하부에는 공기 흡입통로를 구성하는 에어 가이드와, 양측으로 엔드 플레이트를 통하여 상부에 커버를 덮어 제작되는 배터리 팩의 일측에 구성되어 배터리 팩 내부의 배터리를 냉각시키기 위한 전기자동차용 배터리 냉각시스템에 있어서,

상기 커버의 일측에 공기 배출구를 구성하고, 이 공기 배출구와 연결되어 배터리 팩 내부의 공기를 외부로 배출하는 배기 송풍기와;

상기 일측 엔드 플레이트의 상부 일측에 공기 흡입구를 구성하고, 이 공기 흡입구와 연결되어 배터리 팩 내부에 냉각공기를 강제로 유입시키는 흡기 송풍기와;

배터리의 충전방식에 따라 배터리 충전신호를 출력하는 배터리 충전센서와;

상기 배터리 충전신호에 따라 상기 흡기 및 배기 송풍기의 작동을 제어하는 제어기와;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 냉각시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제어기는

상기 배터리 충전신호가 일반충전 신호인 경우, 상기 배기 송풍기를 작동 제어하며, 상기 배터리 충전신호가 급속충전 신호인 경우, 상기 흡기 송풍기를 작동제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 냉각시스템.