KR20080048138A - 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 팬에 의해 송풍되어 배터리패키지의 내부를 유동하는 공기의 흐름을 적절히 조절할 수 있도록 하여 배터리패키지 내에 배치된 다수의 배터리모듈이 고르게 냉각 또는 가열될 수 있도록 함으로써, 배터리모듈의 내구성을 향상시키고, 배터리패키지의 원활하고 안정된 작동성을 확보할 수 있도록 한다.

Description

배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조{COOLING OR HEATING APPARATUS STRUCTURE OF BATTERY MODULES}
도 1은 본 발명에 따른 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조의 제1실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 홀더중간체에 형성된 핀을 입체적으로 설명한 도면,
도 3은 도 1의 실시예의 작용을 설명한 도면,
도 4는 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제3실시예를 도시한 도면,
도 6 내지 도 9는 본 발명에 사용되는 핀의 단면형상의 다양한 예를 설명한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1; 배터리모듈 3; 홀더
5; 배터리패키지 7; 핀
9; 홀더외곽체 11; 홀더중간체
I; 공기유입측 O; 공기유출측
본 발명은 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 배터리모듈이 홀더에 의해 일정한 간격으로 배치되어 이루어진 배터리패키지에서, 각 배터리모듈의 주위를 흐르는 공기를 이용하여 배터리모듈을 냉각시키거나 가열시킬 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
배터리패키지는 주로 전기차량이나 하이브리드차량에 사용되며, 상기 배터리패키지를 이루는 각 배터리모듈은 통모양의 전지셀을 복수개 종렬로 배치하고 전기적 으로 접속 및 기계적으로 연결한 것이다.
상기한 바와 같이 배터리모듈은 홀더에 의해 일정한 간격으로 배치되고 다시 전기적으로 접속되어 상기 배터리패키지를 이루는데, 상기 배터리모듈은 사용에 의해 온도가 고온이 되며, 고온 상태가 계속되면 배터리모듈의 수명이 단축되고 성능이 저하된다.
따라서, 상기 배터리패키지를 이루는 배터리모듈들을 골고루 냉각할 필요성이 생기고 있다.
또한, 배터리모듈은 온도가 매우 낮은 환경에서는 그 작동이 원활하게 이루어지지 못하는 성질이 있으므로, 겨울철과 같은 경우에는 배터리패키지를 이루는 배터리모듈들을 골고루 가열하여 배터리패키지가 전체적으로 원활하게 작동하도록 할 필요가 있다.
상기와 같이 배터리모듈들이 일정한 간격으로 홀더에 배치되어 배터리패키지를 이루는 경우에, 배터리모듈을 냉각하거나 가열하는 방법으로는 주로 배터리패 키지의 일측 또는 양측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 각 배터리모듈과 열전달을 이루도록 하는 방식이 사용된다.
이와 같은 방식에서는, 흔히 송풍된 공기의 상류에 있는 배터리모듈은 쉽게 냉각 또는 가열되고, 상대적으로 송풍된 공기의 하류에 있는 배터리모듈은 이미 상류에 위치한 배터리모듈들과 열교환을 하고 난 공기와 열교환을 해야 하므로 쉽게 냉각 또는 가열되지 못한다. 즉, 각 배터리모듈들이 고르게 냉각되거나 가열되기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리모듈들이 일정한 간격으로 홀더에 배치되어 배터리패키지를 이루고, 배터리패키지의 일측 또는 양측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 배터리패키지의 내부를 통과하면서 상기 각 배터리모듈과 열전달을 이루도록 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치에 있어서, 상기 팬에 의해 송풍되어 배터리패키지의 내부를 유동하는 공기의 흐름을 적절히 조절할 수 있도록 하여 배터리패키지 내에 배치된 다수의 배터리모듈이 고르게 냉각 또는 가열될 수 있도록 한 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조는
배터리모듈들이 홀더에 배치되어 배터리패키지를 이루고, 배터리패키지의 일측 또는 양측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 상기 각 배터리모듈과 열전달을 이루도록 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치에 있어서;
상기 홀더에는 상기 배치된 배터리모듈들의 사이에서 상기 팬에 의해 송풍된 공기의 유동방향에 수직하거나 경사진 방향으로 돌출된 다수의 핀을 구비하고;
상기 다수의 핀은 상기 배터리패키지의 공기유입측으로부터 공기유출측을 향한 거리가 멀어질수록 그 돌출된 높이가 단계적으로 감소하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조는
배터리모듈들이 홀더에 배치되어 배터리패키지를 이루고, 배터리패키지의 일측 또는 양측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 상기 각 배터리모듈과 열전달을 이루도록 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치에 있어서;
상기 홀더에는 상기 배치된 배터리모듈들의 사이에서 상기 팬에 의해 송풍된 공기의 유동방향에 수직하거나 경사진 방향으로 돌출된 다수의 핀을 구비하고;
상기 다수의 핀은 배터리모듈을 중심으로 상측과 하측에서 각각 돌출되어 형성되며;
상기 상측과 하측 중 어느 일측은 상기 배터리패키지의 공기유입측으로부터 공기유출측을 향한 거리가 길어질수록 핀의 돌출된 높이가 단계적으로 감소하도록 형성되고, 타측은 상기 배터리패키지의 공기유입측으로부터 공기유출측을 향한 거리가 멀어질수록 핀의 돌출된 높이가 단계적으로 증가하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조는
배터리모듈들이 홀더에 배치되어 배터리패키지를 이루고, 배터리패키지의 일측 또는 양측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 상기 각 배터리모듈과 열전달을 이루도록 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치에 있어서;
상기 홀더에는 상기 배치된 배터리모듈들의 사이에서 상기 팬에 의해 송풍된 공기의 유동방향에 수직하거나 경사진 방향으로 돌출된 다수의 핀을 구비하고;
상기 다수의 핀은 상기 배터리패키지의 공기유입측으로부터 공기유출측을 향한 거리가 멀어질수록 배터리모듈과의 거리가 단계적으로 증가되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 발명 제1실시예는 배터리모듈(1)들이 홀더(3)에 의해 배치되어 배터리패키지(5)를 이루고, 배터리패키지(5)의 일측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 상기 각 배터리모듈(1)과 열전달을 이루도록 되어 있고; 상기 홀더(3)에는 상기 배치된 배터리모듈(1)들의 사이에서 상기 팬에 의해 송풍된 공기의 유동방향에 수직한 방향으로 돌출된 다수의 핀(7)을 구비하고; 상기 다수의 핀(7)은 상기 배터리패키지(5)의 공기유입측(I)으로부터 공기유출측(O)을 향한 거리가 멀어질수록 그 돌출된 높이가 단계적으로 감소하도록 형성되어 있다.
도 1에서 상기 홀더(3)는 배터리패키지(5)의 상하 외곽을 이루는 홀더외곽체(9)와, 상기 홀더외곽체(9) 사이에 배치되는 다수의 홀더중간체(11)로 이루어지 고, 상기 다수의 핀(7)은 상기 홀더중간체(11)에서 돌출되어 형성된 구조이다.
물론, 도 1과 약간 다른 변형으로 도 10과 같이 상측과 하측의 어느 한 홀더외곽체(9)에서도 상기와 같은 다수의 핀(7)이 내측으로 돌출되고, 홀더중간체(11)들도 차례로 상기 홀더외곽체(9)의 핀(7)들이 돌출된 방향과 같은 방향으로 돌출되며, 나머지 한 홀더외곽체(9)에서는 핀(7)들이 돌출되지 않도록 하여, 결과적으로 한 열의 배터리모듈(1)들에 대하여 일측에서만 핀(7)들이 돌출된 구조를 취하도록 할 수도 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 도 3을 참조로 살펴보면, 배터리패키지(5)의 공기유입측(I)에 가까운 쪽에 형성된 핀(7)은 높이가 높아서 배터리모듈(1)이 직접 송풍된 공기와 접촉하여 열교환이 원활히 이루어질 수 있는 부분(X)은 비교적 적다.
배터리패키지(5)의 공기유출측(O)으로 감에 따라서 상기 핀(7)의 높이는 점차 낮아져서, 송풍되어 유동하는 공기는 점차 배터리모듈(1)과 접촉하여 열교환이 원활히 이루어질 수 있는 부분(X)이 증가하게 된다.
따라서, 배터리패키지(5)로 송풍된 공기는 초기에 만나는 배터리모듈(1)과는 비교적 적게 접촉하고, 나중에 만나는 배터리모듈(1)과는 점차 접촉면적이 증가하여, 결과적으로 배터리패키지(5)로 유입되었다가 유출되는 공기가 만나는 모든 배터리모듈(1)들과의 열교환 량은 모두 비슷한 수준이 되게 된다.
따라서, 상기 송풍된 공기가 냉각을 위한 냉풍이면 배터리패키지(5)의 배터리모듈(1)들을 모두 고르게 냉각시키게 되고, 가열을 위한 온풍이면 배터리패키지(5)의 모든 배터리모듈(1)들을 고르게 가열시킬 수 있게 되어, 배터리모듈(1)들의 수명을 극대화하고 항상 원활하고 안정된 작동상태를 확보할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예를 도시한 것으로서, 배터리모듈(1)들이 홀더(3)에 의해 배치되어 배터리패키지(5)를 이루고, 배터리패키지(5)의 일측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 상기 각 배터리모듈(1)과 열전달을 이루도록 되어 있고; 상기 홀더(3)에는 상기 배치된 배터리모듈(1)들의 사이에서 상기 팬에 의해 송풍된 공기의 유동방향에 수직한 방향으로 돌출된 다수의 핀(7)을 구비하되; 상기 다수의 핀(7)은 배터리모듈(1)을 중심으로 상측과 하측에서 각각 돌출되어 형성되며; 상기 상측과 하측 중 어느 일측은 상기 배터리패키지(5)의 공기유입측(I)으로부터 공기유출측(O)을 향한 거리가 멀어질수록 핀(7)의 돌출된 높이가 단계적으로 감소하도록 형성되고, 타측은 상기 배터리패키지(5)의 공기유입측(I)으로부터 공기유출측(O)을 향한 거리가 길어질수록 핀(7)의 돌출된 높이가 단계적으로 증가하도록 형성되어 있는 구조이다.
상기 배터리패키지(5)의 공기유입측(I)으로부터 공기유출측(O)을 향한 거리가 길어질수록 돌출된 높이가 단계적으로 감소하도록 형성된 핀(상측의 핀; 7-1)들의 높이는, 상기 핀(7-1)들이 돌출된 홀더(3)의 벽면으로부터 해당 배터리모듈(1)의 가장 먼 부위까지의 거리보다 낮고, 상기 배터리모듈(1)의 가장 가까운 부위까지의 거리보다 높은 범위 내로 형성되고; 상기 배터리패키지(5)의 공기유입측(I)으 로부터 공기유출측(O)을 향한 거리가 길어질수록 돌출된 높이가 단계적으로 증가하도록 형성된 핀(하측의 핀; 7-2)들의 높이는, 상기 핀(7-2)들이 돌출된 홀더(3)의 벽면으로부터 해당 배터리모듈(1)의 가장 가까운 부위까지의 거리보다 낮은 범위 내로 형성되어; 상기 핀(7-1,7-2; 7)들과 배터리모듈(1) 사이에 형성되는 공기통로가 상기 공기유입측(I)으로부터 공기유출측(O)으로 갈수록 작아지도록 형성되어 있다.
상기와 같은 구조에서는 도 4에 도시된 바와 같이 좌측으로부터 유입된 공기의 유동이 배터리모듈(1)의 상측과 하측에서 돌출되어 형성된 핀(7)들에 의해 가이드되며, 공기유입측(I)에 가까운 배터리모듈(1)은 유입되는 공기와 거의 접촉하지 않지만, 공기유입측(I)으로부터 멀어져서 공기유출측(O)으로 갈수록 배터리모듈(1)들은 상기 유입된 공기와 접촉면적이 점차 넓어지고, 특히 핀(7)들과 배터리모듈(1) 사이에 형성되는 공기통로의 단면적을 점차 축소시키게 되어 공기의 유속을 빠르게 함으로써, 공기유출측(O)으로 갈수록 공기가 배터리모듈(1)과 보다 큰 접촉면적을 가지고 빠르게 이동함으로써, 열전달이 더욱 원활히 이루어질 수 있도록 한다.
상기한 바와 같은 구조에 의해서도, 상기 배터리패키지(5)를 이루는 모든 배터리모듈(1)들이 고르게 냉각되거나 가열될 수 있어서 배터리모듈(1)의 내구성을 확보하고 안정되고 원활한 작동성을 확보할 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예를 도시한 것으로서, 배터리모듈(1)들이 홀더(3)에 의해 배치되어 배터리패키지(5)를 이루고, 배터리패키지(5)의 일측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 상기 각 배터리모듈(1)과 열전달을 이루도록 되어 있고; 상기 홀더(3)에는 상기 배치된 배터리모듈(1)들의 사이에서 상기 팬에 의해 송풍된 공기의 유동방향에 수직한 방향으로 돌출된 다수의 핀(7)을 구비하고; 상기 다수의 핀(7)은 상기 배터리패키지(5)의 공기유입측(I)으로부터 공기유출측(O)을 향한 거리가 멀어질수록 배터리모듈(1)과의 거리가 단계적으로 증가되도록 형성된 구조이다.
즉, 공기유입측(I)으로 들어온 공기가 핀(7)에 부딪힌 후, 핀(7)의 뒷면으로 돌면서 배터리모듈(1)과 핀(7)의 사이에 형성되는 공간으로 유동하는 양을 공기유출측(O)으로 갈수록 증가시킨 것이다.
따라서, 공기유입측(I)으로 들어온 공기는 공기유출측(O)으로 갈수록 핀(7)의 뒷면으로 돌아서 배터리모듈(1)과 핀(7) 사이에 형성된 공간으로 유동하는 양이 많아지면서 점차 배터리모듈(1)과의 접촉면적을 증대시켜서, 점차 열교환이 더 용이해지는 상태를 형성함으로써, 전체적으로는 상기 공기유입측(I)으로부터 유입되어 공기유출측(O)으로 빠져나가는 공기의 유동에 의해, 그 공기의 유동 경로상에 있는 모든 배터리모듈(1)들의 냉각 또는 가열이 동등한 수준으로 이루어질 수 있도록 하게 된다.
상기한 바와 같은 제1 내지 제3실시예에 사용된 핀(7)은 홀더(3)의 벽면으로부터 배터리모듈(1)의 전체 길이에 상응하는 길이로 돌출되는 구조인데, 그 단면 형상은 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같은 다양한 형상으로의 변형이 가능하다.
도 6에서 상기 핀(7)은 단면 형상이 직선형으로 돌출되어 형성되고, 모서리나 구석에만 가공의 용이성 및 강도를 고려한 모따기가 되어 있는 형상이다.
도 7에서, 상기 핀(7)의 단면 형상은 상기 송풍되는 공기의 유동방향을 따라 점차 상승하는 경사면을 가진 삼각형으로 돌출되어 형성된 구조이다.
도 8에서는 상기 핀(7)은 단면 형상이 상기 송풍되는 공기의 유동방향을 기준으로 하류에 위치한 배터리모듈(1)의 외곽선 형상을 따라 점차 하강하는 형상으로 돌출된 구조이다.
또한, 도 9에서 상기 핀(7)은 단면 형상이 상기 송풍되는 공기의 유동방향을 따라 점차 상승하다가 점차 하강하는 삼각형으로 돌출되어 형성된 구조로서, 상기 도 7과 도 8의 형상을 병합한 형상과 유사하다.
상기한 바와 같은 다양한 핀(7)의 형상은 실제 적용되는 배터리패키지(5)에 따라 홀더(3)의 가공성 및 배터리모듈(1)의 냉각 또는 가열 특성을 고려하여, 적절히 선택 또는 혼합되어 사용될 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 팬에 의해 송풍되어 배터리패키지의 내부를 유동하는 공기의 흐름을 적절히 조절할 수 있도록 하여 배터리패키지 내에 배치된 다수의 배터리모듈이 고르게 냉각 또는 가열될 수 있도록 함으로써, 배터리모듈의 내구성을 향상시키고, 배터리패키지의 원활하고 안정된 작동성을 확보할 수 있도록 한다.

Claims (9)

  1. 배터리모듈들이 홀더에 배치되어 배터리패키지를 이루고, 배터리패키지의 일측 또는 양측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 상기 각 배터리모듈과 열전달을 이루도록 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치에 있어서;
    상기 홀더에는 상기 배치된 배터리모듈들의 사이에서 상기 팬에 의해 송풍된 공기의 유동방향에 수직하거나 경사진 방향으로 돌출된 다수의 핀을 구비하고;
    상기 다수의 핀은 상기 배터리패키지의 공기유입측으로부터 공기유출측을 향한 거리가 멀어질수록 그 돌출된 높이가 단계적으로 감소하도록 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀더는 배터리패키지의 상하 외곽을 이루는 홀더외곽체와, 상기 홀더외곽체 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 홀더중간체로 이루어지고;
    상기 다수의 핀은 상기 홀더중간체 및/또는 상기 홀더외곽체에서 돌출되어 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조.
  3. 배터리모듈들이 홀더에 배치되어 배터리패키지를 이루고, 배터리패키지의 일측 또는 양측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 상기 각 배터리모듈과 열전달을 이루도록 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치에 있어서;
    상기 홀더에는 상기 배치된 배터리모듈들의 사이에서 상기 팬에 의해 송풍된 공기의 유동방향에 수직하거나 경사진 방향으로 돌출된 다수의 핀을 구비하고;
    상기 다수의 핀은 배터리모듈을 중심으로 상측과 하측에서 각각 돌출되어 형성되며;
    상기 상측과 하측 중 어느 일측은 상기 배터리패키지의 공기유입측으로부터 공기유출측을 향한 거리가 길어질수록 핀의 돌출된 높이가 단계적으로 감소하도록 형성되고, 타측은 상기 배터리패키지의 공기유입측으로부터 공기유출측을 향한 거리가 멀어질수록 핀의 돌출된 높이가 단계적으로 증가하도록 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리패키지의 공기유입측으로부터 공기유출측을 향한 거리가 길어질수록 돌출된 높이가 단계적으로 감소하도록 형성된 핀들의 높이는, 상기 핀들이 돌출된 홀더의 벽면으로부터 해당 배터리모듈의 가장 먼 부위까지의 거리보다 낮고, 상기 배터리모듈의 가장 가까운 부위까지의 거리보다 높은 범위 내로 형성되며;
    상기 배터리패키지의 공기유입측으로부터 공기유출측을 향한 거리가 길어질수록 돌출된 높이가 단계적으로 증가하도록 형성된 핀들의 높이는, 상기 핀들이 돌출된 홀더의 벽면으로부터 해당 배터리모듈의 가장 가까운 부위까지의 거리보다 낮은 범위 내로 형성되어;
    상기 핀들과 배터리모듈 사이에 형성되는 공기통로가 상기 공기유입측으로부터 공기유출측으로 갈수록 작아지도록 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조.
  5. 배터리모듈들이 홀더에 배치되어 배터리패키지를 이루고, 배터리패키지의 일측 또는 양측에서 팬으로 공기를 송풍하여, 송풍된 공기가 상기 각 배터리모듈과 열전달을 이루도록 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치에 있어서;
    상기 홀더에는 상기 배치된 배터리모듈들의 사이에서 상기 팬에 의해 송풍된 공기의 유동방향에 수직하거나 경사진 방향으로 돌출된 다수의 핀을 구비하고;
    상기 다수의 핀은 상기 배터리패키지의 공기유입측으로부터 공기유출측을 향한 거리가 멀어질수록 배터리모듈과의 거리가 단계적으로 증가되도록 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조.
  6. 청구항 1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀은 홀더의 벽면으로부터 배터리모듈의 전체 길이에 상응하는 길이로 돌출되며, 단면 형상이 직선형으로 돌출되어 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조.
  7. 청구항 1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀은 홀더의 벽면으로부터 배터리모듈의 전체 길이에 상응하는 길이로 돌출되며, 단면 형상이 상기 송풍되는 공기의 유동방향을 따라 점차 상승하는 높이를 가진 삼각형으로 돌출되어 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조.
  8. 청구항 1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀은 홀더의 벽면으로부터 돌출되며, 단면 형상이 상기 송풍되는 공기의 유동방향을 기준으로 하류에 위치한 배터리모듈의 외곽선 형상을 따라 점차 하강하는 형상으로 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조.
  9. 청구항 1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀은 홀더의 벽면으로부터 배터리모듈의 전체 길이에 상응하는 길이로 돌출되며, 단면 형상이 상기 송풍되는 공기의 유동방향을 따라 점차 상승하다가 점차 하강하는 삼각형으로 돌출되어 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리모듈의 냉각 또는 가열장치의 구조.
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