KR20050041323A

KR20050041323A - 배터리의 냉각장치 및 방법

Info

Publication number: KR20050041323A
Application number: KR1020030076451A
Authority: KR
Inventors: 박선순
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2005-05-04
Also published as: KR100581251B1

Abstract

배터리의 냉각장치 및 방법이 개시된다. 그러한 배터리의 냉각장치는 배터리 인접 위치에 구비되어 그 내부에 공기가 유동함으로써 상기 배터리를 냉각시키는 공기통로와, 상기 공기통로의 내부에 회전가능하게 장착되어 상기 공기통로 내부의 단면적을 가변화시킴으로써 공기 유동량을 조절하여 상기 배터리의 각 부위의 온도를 조절 가능한 가변수단과, 상기 배터리의 온도를 감지하여 상기 가변수단을 적절하게 구동시키는 제어부와, 그리고 상기 배터리에 장착되어 구동시 상기 공기통로에 흡입력을 발생시키는 냉각팬을 포함한다.

Description

배터리의 냉각장치 및 방법{APPARATUS FOR COOLING BATTERY AND METHOD OF THE SAME}

본 발명은 배터리 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리를 냉각시기 위한 공기통로를 가변화시킴으로써 효율적으로 배터리를 냉각시킬 수 있는 배터리 냉각장치에 관한 것이다.

통상적으로, 전기 자동차 혹은 하이브리드 전지자동차에는 대용량의 배터리가 장착된다. 이러한 배터리로는 주로 니켈 메탈 하이드라이드 전지, 리튬이온전지, 리튬이온 폴리머전지 등이 사용되고 있다.

그중, 리튬 이온 폴리머 전지는 다른 전지에 비해 고출력, 고밀도 전지로써 차세대 전지로 각광을 받고 있다.

하지만, 이러한 배터리들은 온도에 따라 성능이 크게 좌우되며, 특히 고온에서는 전해질 분해가 일어나며, 이에 따라 수명이 현저하게 떨어진다.

따라서, 이와 같은 배터리의 온도상승을 방지하기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있으며, 그 일예가 도1 에 도시된다.

즉, 배터리(1)가 케이스(2)의 내부에 구비되고, 이러한 케이스(2)의 하부에는 배터리(1)를 냉각시키기 위한 공기통로(3)가 배치된다. 그리고, 이러한 공기통로(3)의 후방(Ⅱ)에는 냉각팬(4)이 장착된다.

따라서, 상기 냉각팬(4)이 구동하는 경우, 공기통로(3)의 내부에 흡입력이 작용하여 공기통로(3)의 전방(Ⅰ)으로부터 공기가 흡입되어 후방(Ⅱ)으로 흐르게 됨으로써, 흐르는 공기들에 의하여 배터리(4)들이 일정 온도 이하로 냉각된다.

그러나, 이러한 구조의 냉각방식은 공기통로의 단면적이 고정되어 있음으로 연속적인 배터리의 사용으로 배터리 내부 저항값이 변하면 발열량이 달라져 일정한 냉각 공기만으로는 배터리의 온도편차를 줄이는 것이 어려운 문제점이 있다.

또한, 배터리의 온도편차에 적절하게 대응하지 못함으로써 배터리의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 배터리를 냉각시키기 위한 공기통로의 단면적을 가변화시킴으로써 배터리의 온도 상승부위로 보다 많은 공기를 공급함으로서 배터리를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 전기자동차용 배터리의 냉각장치 및 방법을 제공하는데 있다,

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배터리 인접 위치에 구비되어 그 내부에 공기가 유동함으로써 상기 배터리를 냉각시키는 공기통로와; 상기 공기통로의 내부에 회전가능하게 장착되어 상기 공기통로 내부의 단면적을 가변화시킴으로써 공기 유동량을 조절하여 상기 배터리의 각 부위의 온도를 조절 가능한 가변수단과; 상기 배터리의 온도를 감지하여 상기 가변수단을 적절하게 구동시키는 제어부와; 그리고 상기 배터리에 장착되어 구동시 상기 공기통로에 흡입력을 발생시키는 냉각팬을 포함하는 배터리 냉각장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차용 배터리의 냉각장치 및 방법을 상세하게 설명한다.

도2 내지 도4 에 도시된 바와 같이, 배터리(Battery;10)는 케이스(Case;12)의 내부에 적절하게 배치되며, 상기 배터리(10)는 단면적의 가변화가 가능한 배터리 냉각장치(14)에 의하여 적절하게 냉각되는 구조를 갖는다.

이러한 배터리 냉각장치(14)는 케이스(12)의 하부에 배치되어 배터리(10)를 냉각시키기 위한 공기가 흐르는 공기통로(15)와, 상기 공기통로(15)의 내부에 회전가능하게 장착되어 공기통로(15) 내부의 단면적을 가변화시킴으로써 공기 유동량을 조절하는 가변수단(17)과, 상기 배터리(10)의 온도를 감지하여 상기 가변수단(17)을 적절하게 구동시키는 제어부(19)와, 상기 케이스(12)의 후방에 장착되어 구동시 상기 공기통로(15)에 흡입력을 발생시키는 냉각팬(20)을 포함한다.

따라서, 상기 냉각팬(20)이 구동하는 경우, 공기통로(15)의 내부에 흡입력이 작용하여 공기통로(15)의 전방(Ⅰ)으로부터 공기가 흡입되어 후방(Ⅱ)으로 흐르게 됨으로써, 흐르는 공기들에 의하여 배터리(10)들이 일정 온도 이하로 냉각된다.

그리고, 상기 가변수단(17)은 공기통로(15)의 내부에 회전가능하게 장착되는 댐퍼 플레이트(16)와, 상기 댐퍼 플레이트(16)를 회전시키는 모터 조립체(22)로 이루어진다.

이러한 가변수단(17)은 상기 모터 조립체(22)의 회전축(18)에 상기 댐퍼(16)가 고정된 구조를 갖는다. 그리고, 상기 모터 조립체(22)는 상기 제어부(19)에 전기적으로 연결된다.

따라서, 상기 제어부(19)의 제어신호에 의하여 상기 모터 조립체(22)가 구동하게 되고, 이러한 모터 조립체(22)의 구동에 의하여 상기 댐퍼 플레이트(16)가 적절하게 일정 각도로 기울어지거나 수평상태를 유지하게 된다.

결과적으로, 상기 댐퍼 플레이트(16)가 기울어짐에 따라 상기 공기통로(15)의 내부를 개폐하게 되므로 공기통로(15)의 내부를 흐르는 공기의 양이 각 부위에 따라 적절하게 조절되어 공기가 다량 흐르는 부위는 충분한 냉각이 이루어진다.

그리고, 상기한 바와 같이 공기통로(15)가 케이스(12)의 하부에 배치되는 구조에 의하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 공기통로(15)가 케이스(12)의 상부에 배치되는 구조도 가능함은 물론이다.

한편, 상기 제어부(19)는 배터리(10)의 각 부분에 설치되어 배터리(10)의 온도를 감지하는 적어도 하나 이상의 온도센서(도시안됨)와 상기 가변수단(17)의 모터 조립체(22)와 연결된 구조를 갖는다.

따라서, 상기 제어부(19)는 상기 온도센서로부터 신호를 접수함으로써 배터리(10)의 각 부분의 온도를 인식하게 되며, 이러한 신호에 의하여 상기 모터 조립체(22)를 구동시킴으로써 댐퍼 플레이트(16)의 기울기를 조절하여 공기의 유량을 변화시킬 수 있다.

즉, 댐퍼 플레이트(16)가 후방(Ⅱ)이 더 상승하게 되어 눈금부(21)의 "1" 위치에 도달하는 경우, 전방(Ⅰ)의 공기유량이 증가하게 되므로 이 부위의 배터리(10)가 냉각된다.

그리고, 댐퍼 플레이트(16)가 수평상태인 경우, 공기통로(15)를 흐르는 공기의 양이 균일하게 분포함으로써 배터리(10)를 균일하게 냉각시킨다.

또한, 댐퍼 플레이트(16)가 전방(Ⅰ)이 더 상승하여 눈금이 "4" 위치에 도달하는 경우, 후방(Ⅱ)의 공기유량이 증가하게 되므로 이 부위의 배터리(10)가 냉각된다.

이와 같은 과정을 통하여 배터리(10)의 각 부위를 균일하게 냉각시킴으로써 배터리(10)의 특정 부위가 더 상승하는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 냉각장치의 냉각방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

도2 내지 도5 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 배터리 냉각장치에 의하여 배터리(10)를 냉각하는 경우, 먼저 제어부(19)는 온도센서를 통하여 배터리(10)의 각 부위의 온도를 감지하게 된다(S100).

감지결과, 다음식을 만족하는지 여부를 판단하게 된다(S110).

T1〉T2〉T3〉T4〉T5〉T6 ------식1

즉, T1부위의 온도가 가장 높고 점차로 하강하여 T6의 온도가 가장 낮다고 판단되는 경우, 다음의 조건을 만족하는지를 판단하게 된다(S120).

｜(T1+T2)-(T5+T6)｜〉2*const1 ----- 식2 (const1:5)

상기 조건을 만족하는 경우, 배터리(10)의 T1 부위가 가장 온도가 높다는 의미이므로 상기 제어부(19)는 제어신호를 송출하여 상기 모터 조립체(22)를 구동시킴으로써 댐퍼 플레이트(16)의 기울기가 1/4 위치, 즉 댐퍼 플레이트(16)의 후방이 눈금"1"에 도달하도록 한다(S124).

이와 같이, 댐퍼 플레이트(16)를 기울이면, 공기통로(15)의 T1부위의 공기의 유량이 증가하게 되므로 T1 부위의 온도가 하강함으로써 배터리(10)가 과열되는 것을 방지할 수 있다.

상기 조건식 2에 해당하지 않는 경우에는 댐퍼를 2/4 위치에 도달하도록 제어한다(S122).

한편, 상기 조건식 1에 해당하지 않는 경우에는, 다음의 조건을 만족하는지 여부를 판단하게 된다(S130).

T1〈T2〈T3〈T4〈T5〈T6 ------식3

즉, T6 부위의 온도가 가장 높은지 여부를 판단하게 되며, 이 조건을 만족하는 경우에는 다시 다음의 조건식에 해당하는지를 판단하게 된다(S140).

｜(T1+T2)-(T5+T6)｜〉2*const1 ----- 식4

상기 조건식을 만족하는 경우, 즉 공기통로(15)의 전방(Ⅰ)과 후방(Ⅱ)의 온도편차가 큰 경우에는 댐퍼 플레이트(16)를 4/4위치에 도달하도록 제어한다(S144).

그리고, 상기 조건식에 해당하지 않는 경우, 즉 온도편차가 크지 않은 경우에는 댐퍼 플레이트(16)를 3/4에 도달하도록 제어한다(S142).

또한, 상기 조건식 3에 해당하지 않는 경우에는 다음 조건에 해당하는지 여부를 판단하게 된다(S150).

T1〉T3 & T6〈T4 ----- 식5

상기 조건을 만족하는 경우, 즉 배터리(10)의 중간부 온도가 양단부보다 높은 경우 다음 조건에 해당하는지를 판단하게 된다(S160).

｜T1-T3｜〉const2 & ｜T6-T4｜〉const2 ----- 식6

이 조건을 만족하는 경우에는 댐퍼 플레이트(16)를 2/4 위치에 도달하도록 제어한다(S164). 그리고, 다시 댐퍼 플레이트(16)를 3/4 위치로 기울인 상태에서 약 1 분간 시간지연을 하게 된다(S166).

그리고, 상기 조건에 해당하지 않는 경우에는 댐퍼 플레이트(16)를 2/4 위치에 도달하도록 제어한다(S162).

또한, 상기 식5에 해당하지 않는 경우에도(S150) 상기한 바와 같이 댐퍼 플레이트(16)를 2/4 위치에 도달하도록 제어하고, 이 상태에서 약1 분간 시간지연을 하게 된다(S164). 그리고, 다시 댐퍼 플레이트(16)를 3/4 위치로 기울인 상태에서 약 1 분간 시간지연을 하게 된다(S166).

상기한 바와 같이, 제어부(19)가 댐퍼 플레이트(16)를 각 온도조건에 따라 적절하게 제어함으로써 배터리(10)의 각 부위를 효율적으로 냉각시키게 된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리의 냉각장치 및 방법은 배터리를 냉각시키기 위한 공기통로의 단면적을 가변화시킴으로써 배터리의 온도 상승부위로 보다 많은 공기를 공급함으로서 배터리를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 장점이 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.

도1 은 종래 기술에 따른 전기 자동차용 배터리 및 냉각장치를 도시하는 측면도이다.

도2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 배터리 및 냉각장치를 도시하는 측면도이다.

도3 은 도2 에 도시된 냉각장치를 확대하여 도시하는 측 단면도이다.

도4 는 도3 에 도시된 냉각장치의 평면도이다.

도5 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 배터리의 냉각방법을 도시하는 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10... 배터리 12...케이스

14... 냉각장치 15...공기통로

17: 가변수단

Claims

배터리 인접 위치에 구비되어 그 내부에 공기가 유동함으로써 상기 배터리를 냉각시키는 공기통로와;

상기 공기통로의 내부에 회전가능하게 장착되어 상기 공기통로 내부의 단면적을 가변화시킴으로써 공기 유동량을 조절하여 상기 배터리의 각 부위의 온도를 조절 가능한 가변수단과;

상기 배터리의 온도를 감지하여 상기 가변수단을 적절하게 구동시키는 제어부와; 그리고

상기 배터리에 장착되어 구동시 상기 공기통로에 흡입력을 발생시키는 냉각팬을 포함하는 배터리 냉각장치.
제1 항에 있어서, 상기 공기통로는 상기 배터리의 상부 혹은 하부에 선택적으로 구비될 수 있는 배터리 냉각장치.
제1 항에 있어서, 상기 가변수단은 상기 공기통로의 내부에 회전가능하게 장착되어 상기 공기통로의 내부 단면적을 개폐시키는 댐퍼 플레이트와, 상기 댐퍼 플레이트를 회전시키는 모터 조립체로 이루어지는 배터리 냉각장치.
제3 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 배터리의 온도를 감지하는 온도센서 및 상기 모터 조립체에 연결됨으로써, 상기 온도센서의 신호에 의하여 상기 모터 조립체를 구동하여 상기 댐퍼 플레이트를 회전시키는 배터리 냉각장치.
전원 공급시 배터리 온도를 감지하는 제1 단계와;

온도 감지 결과, 배터리의 전방 및 후방의 온도가 다음 조건에 해당하는 지 여부를 판단하는 제2 단계와;

T1〉T2〉T3〉T4〉T5〉T6 ------식1 (T1: 전방, T6:후방)

상기 제2 단계를 만족하는 경우, 공기통로의 T1부위에(전방) 공기유량을 증가시킬 수 있도록 댐퍼 플레이트를 1/4 방향으로 기울이는 제3 단계와;

상기 제2 단계에 해당하지 않는 경우, 배터리의 전방 및 후방의 온도가 다음 조건에 해당하는지 여부를 판단하는 제4 단계와;

T1〈T2〈T3〈T4〈T5〈T6 ------식2

상기 제4 단계를 만족하는 경우, 공기통로의 T6 부위에(후방) 공기유량을 증가시킬 수 있도록 댐퍼 플레이트를 4/4 방향으로 기울이는 제5 단계와; 그리고

상기 제4 단계에 해당하지 않는 경우, 배터리의 중간부가 전방 및 후방보다 온도가 높다고 판단하여 댐퍼 플레이트를 2.5/4 방향으로 제어하는 제6 단계를 포함하는 배터리 냉각방법.
제5 항에 있어서, 상기 제3 단계에서는 온도조건이 다음의 조건을 만족하는지를 판단하는 제7 단계와;

｜(T1+T2)-(T5+T6)｜〉2*const1 ----- 식3 (const1:5)

상기 제7 단계에 해당하는 경우, 온도편차가 크다고 판단하여 댐퍼 플레이트를 1/4 위치에 도달하도록 제어하는 제8 단계와;

상기 제7 단계에 해당하지 않는 경우, 온도편차가 제8 단계보다 작다고 판단하여 댐퍼 플레이트를 2/4 위치에 도달하도록 제어하는 제9 단계를 포함하는 배터리의 냉각방법.
제5 항에 있어서, 상기 제5 단계에서는 온도조건이 다음의 조건을 만족하는지를 판단하는 제10 단계와;

｜(T1+T2)-(T5+T6)｜〉2*const1 ----- 식4 (const1:5)

상기 제10 단계에 해당하는 경우, 댐퍼 플레이트를 4/4 위치에 도달하도록 제어하는 제11 단계와;

상기 제10 단계에 해당하지 않는 경우, 댐퍼 플레이트를 3/4 위치에 도달하도록 제어하는 제12 단계를 포함하는 배터리의 냉각방법.
제5 항에 있어서, 상기 제6 단계에서는 T1〉T3 & T6〈T4 의 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 제13 단계와;

상기 제13 단계의 조건에 해당하는 경우에는 다음 조건에 해당하는지 여부를 판단하는 제14 단계와;

｜T1-T3｜〉const2 & ｜T6-T4｜〉const2 ----- 식5(const2:3)

상기 제14 단계를 만족하는 경우에는 댐퍼 플레이트를 2/4 위치에 1분간 위치시키고, 다시 3/4 위치에 1분간 위치시키는 제15 단계와;

상기 제14 단계에 해당하지 않는 경우에는 댐퍼 플레이트를 2/4 위치에 도달하도록 제어하는 제16 단계를 포함하는 배터리 냉각방법.
제8 항에 있어서, 상기 제13 단계에서 T1〉T3 & T6〈T4 의 조건에 해당하지 않는 경우에는 상기 제15 단계 및 제16 단계를 실행하는 배터리 냉각방법.