KR20050018518A - 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치 - Google Patents
전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치Info
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Abstract
본 발명은 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치에 관한 것으로서, 전기 자동차 배터리 트레이의 일측에 장착되어 배터리 트레이 내부로 공기를 흡입하도록 하는 냉각팬과, 배터리 트레이 내부의 온도를 측정하도록 장착되는 온도센서와, 배터리의 하부에 장착되어 상기 배터리의 발생열을 흡열하는 흡열부재와, 흡열부재에 일단이 장착되어 열을 전달하는 히트파이프와, 히트파이프의 타단에 장착되는 발열부재와, 발열부재에 장착되며 양단에 직류전류를 인가하면 일단은 발열하며 타단은 흡열하여 온도 제어되도록 상기 발열부재에 장착되는 펠티어소자와, 냉각팬을 작동하여 상기 배터리 트레이로 공기가 흡입되도록 하며, 상기 펠티어소자의 작동을 제어하여 상기 히트파이프로 전달되는 상기 배터리의 열을 냉각하도록 하는 BMS를 구비한다.
Description
본 발명은 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외기의 온도가 상승하여 배터리의 공랭식 냉각 효율이 저하되어도 펠티어 소자 채택으로 능동적인 냉각이 실시되도록 하는 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차는 충방전이 가능한 배터리를 동력원으로 하여 모터구동으로 작동된다.
통상 전기자동차의 하부에 있는 트레이에 배터리를 장착하여 사용하는데 보통 26개 정도의 모듈이 한 개의 팩을 구성하여 트레이 내부에 설치되며, 상온인 25℃에서 배터리의 방전 용량 및 효율이 최대가 된다. 상기 배터리는 운행모드에 따라 배터리의 온도가 상승하므로 배터리의 성능을 유지 및 향상시키기 위하여 냉각이 필요하다. 즉, 각 모듈들의 온도편차가 발생하면 모듈간의 특성이 조금씩 차이가 생기므로 전체적인 배터리의 성능저하가 발생됨으로 냉각을 실시한다. 또한 주행후 충전을 할 때 상승하는 온도를 제어하는 것은 무엇 보다 중요한 요소이다.
현재 사용되고 있는 전기자동차용 배터리 시스템의 냉각방식은 크게 공랭식과 수냉식으로 나뉜다.
공랭식 냉각방식은 냉각팬을 배터리 트레이에 부착하여 공기를 외부에서 흡입하여 배터리 트레이의 입구쪽부터 냉각을 시켜 배터리 트레이의 뒤쪽 출구로 공기를 배기시킨다. 그러나 배터리의 냉각성능은 입구단에서 데워진 공기가 뒤쪽으로 전달됨으로 배터리의 위치에 따라 냉각특성에 차이가 발생할 수 있으며, 특히 앞쪽보다는 뒤쪽에 위치한 배터리의 냉각효율이 떨어진다고 볼 수 있으며, 전체적으로 공기에 의한 냉각속도가 느린 단점이 있다.
또한 전술한 공랭식 냉각방식의 단점을 보완하기 위하여 열전달 해석을 통한 배터리 트레이 설계로 해결하고 있으나, 이는 배터리 트레이의 공랭식 냉각의 수동적인 보완으로 냉각효율성이 떨어진다. 반면, 배터리 트레이의 수냉식 냉각은 그 냉각속도가 빠르며 냉각효율이 공랭식보다 우수하지만 냉각수로가 배터리와 트레이에 마련되야 하며 부가적으로 열교환기 및 순환펌프가 필요하여 제작비용이 과다하게 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 외기의 온도가 상승하여 배터리의 공랭식 냉각 효율이 저하되어도 펠티어 소자 채택으로 능동적인 냉각이 실시되도록 하는 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치는, 전기 자동차 배터리 트레이의 일측에 장착되어 배터리 트레이 내부로 공기를 흡입하도록 하는 냉각팬; 상기 배터리 트레이 내부의 온도를 측정하도록 장착되는 온도센서; 상기 배터리의 하부에 장착되어 상기 배터리의 발생열을 흡열하는 흡열부재; 상기 흡열부재에 일단이 장착되어 열을 전달하는 히트파이프; 상기 히트파이프의 타단에 장착되는 발열부재; 상기 발열부재에 장착되며 양단에 직류전류를 인가하면 일단은 발열하며 타단은 흡열하여 온도 제어되도록 상기 발열부재에 장착되는 펠티어소자; 및 상기 냉각팬을 작동하여 상기 배터리 트레이로 공기가 흡입되도록 하며, 상기 펠티어소자의 작동을 제어하여 상기 히트파이프로 전달되는 상기 배터리의 열을 냉각하도록 하는 BMS;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 히트파이프의 타단은 상기 배터리 트레이 외부로 돌출되어 그 타단에 상기 발열부재가 장착되고 보호커버의 장착으로 보호되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 흡열부재의 재질은 알루미늄으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 발열부재의 재질은 알루미늄으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치(100)는, 배터리 트레이(11) 일측에 장착되는 냉각팬(10)과, 배터리 트레이(11)의 온도를 측정하는 온도센서(30)와, 배터리(13) 하부에 장착되는 흡열부재(40)와, 흡열부재(40)에 일단이 장착되는 히트파이프(50)와, 히트파이프(50)의 타단에 장착되는 발열부재(60)와, 발열부재(60)에 장착되는 펠티어소자(70) 및 BMS(20)를 구비한다.
상기 냉각팬(10)은 배터리 트레이(11)의 일측에 장착되며 BMS(20)의 제어로 작동되어 배터리 트레이(11) 내부로 냉각공기가 흡입되도록 한다. 상기 배터리 트레이(11)에는 온도센서(20)가 장착된다.
상기 온도센서(20)는 배터리 트레이(11)에 다수개 장착되어 배터리 트레이(11)의 온도를 센싱하여 BMS(20)로 전송한다. 상기 BMS(20)는 온도센서(30)를 통해 센싱된 배터리(13)의 온도가 설정치 이상으로 과열되었다고 판단되면, 냉각팬(10)을 제어하여 냉각공기가 배터리 트레이(11)로 유입되어 냉각이 실시되도록 한다. 상기 배터리(13)의 하측에는 흡열부재(40)가 장착된다.
상기 흡열부재(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 트레이(11)에 내재되는 다수개의 배터리(13) 각각에 장착되는 것으로서, 그 재질은 열전달이 용이한 알루미늄으로 구비되는 것이 바람직한다. 상기 흡열부재(40)에는 히트파이프(50)가 장착된다.
상기 히트파이프(50)는 열전달이 용이한 부재로 이루어지며, 일단에는 흡열부재(40)가 장착되며, 타단은 배터리 트레이(11) 외부로 연장되어 발열부재(60)가 장착된다.
상기 발열부재(60)는 히트파이프(50)의 타단에 장착되며, 열전달이 용이한 알루미늄 재질로 구비된다. 상기 발열부재(60)는 히트파이프(50)로 전달된 배터리(13)의 발생열이 전달되는 부분을 말하는 것으로서, 상기 발열부재(60)에는 펠티어소자(70)가 장착된다.
상기 펠티어소자(70)는 N,P 타입 열전 반도체를 전기적으로 직렬, 열적으로 병렬이 되도록 연결한 모듈의 형태로 사용되는 것으로, 상기 발열부재(60)에 블록형으로 장착된다. 상기 펠티어소자(70)는 BMS(20)의 제어로 작동된다. 상기 펠티어 소자(70)는 양단에 직류전류를 인가하면 일단은 발열하고 타단은 흡열하는 펠티어(PELTIER) 효과가 발생되고, 전류의 방향이 반대가 되면 발열과 흡열 방향이 반대가 되며, -30℃~180℃의 정밀한 온도제어가 가능한 특징을 갖는 소자를 말한다.
상기 펠티어소자(70)는 히트파이프(50)의 타단에 장착되어 열전달된 증기를 냉각하여 액체로 응축시키는 냉각장치로 사용한다. 즉, 배터리의 충방전 중 배터리의 온도가 상승하면 배터리 각각의 고른 온도 제어의 단점은 개별 부착된 히트파이프(50)에 의해 열이 외부로 전달되므로, 결국 트레이 내부 더운 공기의 배출 및 배터리 개별 냉각이 이루어지게 되어 그 냉각효율이 향상된다. 또한 히트파이프(50)는 외부공기와 열전달로 냉각할 수 있기 때문에 외기 온도가 상대적으로 높은 경우에만 펠티어소자(70)로 냉각시키므로, 펠티어소자(70)를 작동시키기 위한 파워손실을 줄일 수 있고, 전압 온,오프를 통한 능동적인 온도제어가 가능하다.
상기 펠티어소자(70)는 배터리 트레이(11) 하부에 장착되는 보호커버(15)로 보호됨이 바람직하다.
상기 BMS(20)는 냉각팬(10) 및 펠티어소자(70)의 작동제어를 실시한다. 즉, 전기자동차의 충방전 모드에 따라 배터리 트레이의 온도가 30℃ 이상으로 상승하면 BMS(20)는 냉각팬(10)을 작동하여 공기(17)의 대류현상을 이용하여 냉각을 실시한다. 이러한 냉각팬(10)을 이용한 냉각실시는 외기의 온도에 따라 냉각성능 저하가 발생된다. 그러므로 냉각팬(10)의 작동 유무에 상관없이 상기 히트파이프(50)에 의해 배터리(13)의 열을 매우 빠른 속도로 열전도에 의한 열전달이 이루어지도록 하여 펠티어소자(70)의 작동으로 냉각이 실시되도록 함으로써, 외기온도와 상관없이 배터리 냉각이 원활하게 실시될 수 있다. 즉, 여름과 같이 외기 온도가 40℃ 가까이 고온으로 올라갈 경우 배터리와 외기의 온도차이가 크지 않아, 냉각팬의 냉각작용은 온도상승 억제 역할만 할 뿐 실질적인 냉각을 수행할 수 없는 단점을 보완하는 것으로서, 배터리의 열은 히트파이프(50)를 통하여 전달받아 BMS(20)로 제어되는 펠티어 소자(70)로서 배터리 열을 냉각함으로써, 배터리의 냉각을 원활히 수행하는 것이다.
상기의 구성을 갖는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치의 작용을 설명한다.
전기자동차 배터리(13)의 열을 히트파이프(50)로 전달받고, 이 히트파이프 (50)로 전달된 열을 BMS(20)의 제어로 작동되는 펠티어 소자(70)를 통해 냉각을 실시함으로써, 외기온도 상승에 따른 공랭식 냉각의 단점으로 보완하여 원활한 배터리 냉각이 실시된다.
또한, 빠른 열전달을 수행하는 히트 파이프(50)로 냉각을 수행할 수 있으며 내외부 온도측정을 통하여 냉각속도 조절이 필요한 경우에 펠티어 소자(70)로 냉각시킴으로 효율적이고 능동적인 온도제어가 실시된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
전기자동차 배터리에 히트파이프를 장착하여, 히트파이프를 통하여 배터리의 열을 전달받고, 이 전달된 배터리 열을 펠티어 소자를 통하여 냉각을 실시함으로써, 공랭식 냉각을 보완하여 효율적으로 배터리의 냉각을 실시할 수 있다.
또한 외기온도 상승으로 인한 냉각속도 저하시 펠티어 소자를 작동하여 냉각을 실시함으로써, 펠티어 소자의 능동적 제어를 통한 히트 파이프의 냉각 속도를 조절함으로써 배터리의 열전달을 빠르게 하여 전체적인 배터리 트레이의 냉각성능을 향상 시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치를 개략적으로 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 A-A 선단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...냉각팬 11...배터리 트레이
20...BMS 30...온도센서
40...흡열부재 50...히트파이프
60...발열부재 70...펠티어소자
Claims (4)
- 전기 자동차 배터리 트레이의 일측에 장착되어 배터리 트레이 내부로 공기를 흡입하도록 하는 냉각팬;상기 배터리 트레이 내부의 온도를 측정하도록 장착되는 온도센서;상기 배터리의 하부에 장착되어 상기 배터리의 발생열을 흡열하는 흡열부재;상기 흡열부재에 일단이 장착되어 열을 전달하는 히트파이프;상기 히트파이프의 타단에 장착되는 발열부재;상기 발열부재에 장착되며 양단에 직류전류를 인가하면 일단은 발열하며 타단은 흡열하여 온도 제어되도록 상기 발열부재에 장착되는 펠티어소자; 및상기 냉각팬을 작동하여 상기 배터리 트레이로 공기가 흡입되도록 하며, 상기 펠티어소자의 작동을 제어하여 상기 히트파이프로 전달되는 상기 배터리의 열을 냉각하도록 하는 BMS;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치.
- 제1항에 있어서,상기 히트파이프의 타단은 상기 배터리 트레이 외부로 돌출되어 그 타단에 상기 발열부재가 장착되고 보호커버의 장착으로 보호되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치.
- 제1항에 있어서,상기 흡열부재의 재질은 알루미늄으로 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치.
- 제1항에 있어서,상기 발열부재의 재질은 알루미늄으로 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 트레이 냉각장치.
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