KR20110121710A - 축전 장치의 온도 조절 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 온도 조절 구조체는 복수개의 축전 소자(11)가 미리 결정된 방향(X 방향)으로 병렬 배치되는 축전 장치(10)의 온도를 조절하고, 온도-조절 가스가 축전 장치의 상이한 영역(제1 영역 및 제2 영역)을 통과하게 하는 제1 통로 및 제2 통로를 갖는다. 제1 통로(21a, 21b)는 온도-조절 가스가 제1 영역에서 미리 결정된 방향에서 서로 인접 축전 소자(11) 사이의 공간을 통과하게 한다. 제2 통로(21c, 21d)는 제1 영역을 통과한 가스가 미리 결정된 방향에서 서로 인접한 제2 영역의 축전 소자들 사이의 공간을 제1 영역에서의 가스의 유동 방향과 상이한 방향으로 통과하게 한다.

Description

축전 장치의 온도 조절 구조체{TEMPERATURE ADJUSTMENT STRUCTURE OF ELECTRICITY STORAGE APPARATUS}
본 발명은 복수개의 축전 소자가 일방향으로 정렬된 축전 장치의 온도를 조절하는 온도 조절 구조체에 관한 것이다.
2차 전지는 충전/방전 등으로 인해 가열될 수 있고, 그 단전지 특성(바꿔 말하면, 입력/출력 특성)은 2차 전지의 온도 상승에 따라 열화될 수 있다. 이러한 결점을 극복하기 위해, 일부의 2차 전지는 2차 전지로 냉각 공기를 공급함으로써 온도 상승을 억제하도록 구성된다. 이러한 기술에 대한 참고 문헌이 예컨대 일본 특허 출원 공개 제2007-188715호(JP-A-2007-188715호)이다.
복수개의 단전지(2차 전지)로 구성된 전지 모듈(배터리 조립체)을 냉각하기 위해, 냉각 공기가 각각의 단전지로 공급된다.
전지 모듈의 구성에서, 복수개의 단전지(즉, 소위 직사각형 단전지)가 일방향으로 배열된다. 이러한 전지 모듈의 구성에서, 방열 특성이 단전지의 배열 방향에서의 위치에 따라 변동한다. 구체적으로, 방열은 배열 방향에서의 전지 모듈의 단부에서보다 단전지의 배열 방향에서의 전지 모듈의 중심부에서 낮을 수 있어, 전지 모듈의 중심부의 온도가 단부의 온도보다 높아질 수 있다.
상기 구성에서, 냉각 공기가 전지 모듈을 구성하는 단전지로 실질적으로 균일하게 공급되더라도, 온도가 단전지들 사이에서 변동하기 쉽다.
본 발명은 복수개의 축전 소자들 사이에서의 온도 분포의 변동을 억제할 수 있는 온도 조절 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양은 복수개의 축전 소자가 미리 결정된 방향으로 병렬 배치된 축전 장치의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 구조체에 관한 것이다. 온도 조절 구조체는, 축전 장치에서의 제1 영역에 제공되고 온도 조절용 가스가 제1 영역에서 미리 결정된 방향으로 병렬 배치된 인접 축전 소자들 사이의 공간을 통과하게 하는 제1 통로와, 제1 영역에 인접한 축전 장치에서의 제2 영역에 제공되고 제1 영역을 통과한 가스가 미리 결정된 방향으로 병렬 배치된 인접 축전 소자들 사이의 공간을 제1 영역에서의 유동 방향과 상이한 방향으로 통과하게 하는 제2 통로를 포함한다.
상기 태양에서, 온도 조절용 가스는 예컨대 공기일 수 있다. 또한, 상기 태양에서, 제2 영역을 통과하는 가스의 주 유동 방향은 제1 영역을 통과하는 가스의 주 유동 방향에 대향일 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 가스가 제1 영역 및 제2 영역에서 매끄럽게 유동할 수 있다.
상기 태양에서, 제1 영역은 제2 영역에서보다 낮은 방열 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 태양에서, 제1 영역은 미리 결정된 방향으로 축전 장치의 중심부에 위치된 축전 소자들 중 적어도 1개를 수용할 수 있고, 제2 영역은 미리 결정된 방향으로 대향하는 축전 장치에서의 제1 영역의 2개의 대향 측면 중 어느 한쪽에 위치된 축전 소자들 중 적어도 1개를 수용한다. 상기 태양에서, 제1 영역은 축전 장치의 상부면을 따라 미리 결정된 방향으로 연장하는 평면에서 축전 장치의 중심부에 위치될 수 있고, 제2 영역은 상기 평면의 제1 영역으로부터 축전 장치의 외부측 모서리측을 향해 위치될 수 있다.
상기 태양에서, 제1 영역은 열원 근처에 있을 수 있고, 제2 영역은 제1 영역이 열원으로부터 떨어져 있는 것보다 축전 장치의 상부면을 따라 미리 결정된 방향으로 연장하는 평면에서 열원으로부터 멀리 떨어져 있을 수 있다.
상기 태양에서, 온도 조절 구조체는 제2 영역에 인접한 축전 장치에서의 제3 영역에 제공되고 제2 영역을 통과한 가스가 제2 영역에서의 가스의 유동 방향과 상이한 방향으로 제3 영역을 통과하게 하는 제3 통로를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 제3 영역은 제1 영역 및 제2 영역에서보다 높은 방열 특성을 가질 수 있고, 축전 장치의 외부면을 포함할 수 있다. 축전 장치가 이러한 구성에서와 같이 증가된 개수의 영역(제1 내지 제3 영역)으로 분할되면, 축전 장치를 구성하는 축전 소자들 사이에서의 온도 변동을 억제하는 것이 더 쉬워질 것이다. 또한, 상기 구성에서, 제3 영역을 통과하는 가스의 유동 방향은 제1 영역을 통과하는 가스의 유동 방향과 동일할 수 있다.
상기 구성에 따른 온도 조절 장치는 축전 장치의 외부면에 위치되고 제2 영역과 제3 영역을 분리하는 구획판을 더 포함할 수 있다.
상기 구성에 따른 온도 조절 장치는 축전 장치의 상단부면으로부터 하단부면까지 연장하고 제2 영역과 제3 영역을 분리하는 제1 스페이서를 더 포함할 수 있다.
상기 태양에서, 온도 조절 장치는 축전 장치의 외부면에 위치되고 제1 영역과 제2 영역을 분리하는 구획판을 더 포함할 수 있다.
상기 태양에서, 온도 조절 구조체는 축전 장치의 상단부면으로부터 하단부면까지 연장하고 제1 영역과 제2 영역을 분리하는 제2 스페이서를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 영역 및 제2 영역을 통과하게 되는 가스의 상태가 축전 장치에서의 제1 영역 및 제2 영역의 온도 특성에 따라 서로 상이해질 수 있다. 예컨대, 제1 영역이 제2 영역에서보다 높은 온도를 갖기 쉬운 환경에서, 온도-조절 가스가 우선 제1 영역으로 공급되고, 제1 영역에서의 열교환된 가스가 제2 영역으로 공급된다. 이러한 방식으로 온도 조절 장치를 구성함으로써, 축전 장치를 구성하는 복수개의 축전 소자를 사이에서의 온도 변동이 억제될 수 있다.
본 발명의 상기 및 추가 목적, 특징 및 장점은, 동일한 구성요소를 동일한 도면 부호로 나타내는 첨부 도면을 참조하여 이루어진 이하의 양호한 실시예에 대한 설명으로부터 명확해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에서의 배터리의 구성을 도시하는 외관도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 온도 조절 구조체를 도시하는 외관도이다.
도 3은 제1 실시예의 변형예에서의 배터리 케이스의 저부면의 구조를 도시하는 외관도이다.
도 4는 제1 실시예의 또 다른 변형예에 따른 온도 조절 구조체의 위에서 본 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 온도 조절 구조체를 도시하는 평면도이다.
도 6은 도 5에서의 선 A-A 상에서 취해지는 단면도이다.
도 7은 도 5에서의 선 B-B 상에서 취해지는 단면도이다.
이후, 본 발명의 실시예가 설명될 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리(축전 장치)의 온도 조절 구조체를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1은 배터리의 구성을 도시하는 사시도이고, 도 2는 온도 조절 구조체를 도시하는 사시도이다. 도 1 및 도 2에서, X축, Y축 및 Z축은 서로 직각이고, 본 실시예에서, Z축은 수직 방향에 대응하는 축으로서 정의된다.
우선, 본 실시예에서의 배터리의 구성이 도 1을 참조하여 설명한다. 본 실시예의 배터리(10)는 예컨대 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등인 차량에 장착된다. 본 실시예에서, 하이브리드 자동차는 배터리(10)와, 차량의 주행에 사용되는 에너지를 출력하는 동력원으로서 연료 전지 및 내연 기관을 사용하는 차량을 나타낸다. 또한, 본 실시예에서의 전기 자동차는 차량의 동력원으로서 배터리(10)만을 사용하는 차량을 나타낸다.
배터리(10)로부터 출력되는 전력은 차량의 주행에 사용될 운동 에너지를 발생시키는 전기 모터로 공급된다. 또한, 차량의 제동 중에, 모터에 의해 발생되는 재생 전력이 배터리(10)에 저장될 수 있다. 또한, 배터리(10)는 차량 외부측으로부터 전력이 공급됨으로써 충전될 수 있다.
배터리(10)는 X축의 방향(X 방향)으로 나란히 배치된 복수개의 전지 모듈(축전 소자, 11)을 갖는다. 각각의 전지 모듈(11)에는, (도시되지 않은) 복수개의 단전지가 Y축의 방향(Y 방향)으로 나란히 배치되고 직렬로 서로 전기접속된다. 본 실시예에서 단전지는 니켈 하이브리드 전지이지만, 이러한 단전지로 제한되는 것은 아니고, 리튬-이온 전지 등의 다른 형태의 2차 전지도 단전지로서 사용될 수 있다. 또한, 전기 이중층 커패시터도 2차 전지 대신에 사용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서 각각 복수개의 단전지를 갖는 전지 모듈(11)은 X 방향으로 병렬 배치되지만, 본 발명에 따른 축전 소자로서 단전지가 X 방향으로 나란히 배치되는 구성에도 적용 가능하다.
각각의 전지 모듈(11)은 제1 측면(11a) 및 제2 측면(11b)을 갖는다. 제1 측면(11a)은 전지 모듈(11)이 배열되는 방향에 직각인 (Y-Z 평면을 따르는) 표면을 형성하고, 각각의 전지 모듈(11)은 2개의 제1 측면(11a)을 갖는다. 제2 측면(11b)은 전지 모듈(11)의 배열 방향에 평행인 (X-Z 평면을 따르는) 표면을 형성하고, 각각의 전지 모듈(11)은 2개의 제2 측면(11b)을 갖는다. 각각의 전지 모듈(11)의 제1 측면(11a)은 X 방향에서 인접한 전지 모듈(11)의 제1 측면(11a)과 대면한다. 유동 공기를 위한 공간이 후술하는 것과 같이 서로 대면하는 인접한 제1 측면(11a)들 사이에 형성된다. 구체적으로, 상기 공간을 형성하는 (도시되지 않은) 스페이서가 X 방향에서 서로 인접한 전지 모듈(11)들 사이에 배치된다.
또한, 각각의 전지 모듈(11)의 2개의 제2 측면(11b)에는 각각 양단자(11c) 및 음단자(11d)가 제공된다. 도 1에서, 2개의 단부 위치식 전지 모듈(11)을 제외하면, 배터리(10)의 전지 모듈(11)의 양단자(11c) 및 음단자(11d)가 생략되어 있다는 것이 주목되어야 한다.
2개의 버스 바 모듈(12)이 전지 모듈(11)의 각각의 제2 측면(11b)과 대면하도록 배치된다. 각각의 버스 바 모듈(12)은 서로 인접하게 배치된 모든 2개의 전지 모듈(11) 중 하나의 양단자(11c)와 2개의 인접한 전지 모듈(11) 중 다른 하나의 음단자(11d)를 전기접속한다. 배터리(10)를 구성하는 전지 모듈(11)은 직렬로 전기접속된다. 또한, 각각의 버스 바 모듈(12)은 양단자(11c) 및 음단자(11d)를 전기접속하는 복수개의 버스 바를 갖는다.
한 쌍의 단부판(13)이 전지 모듈(11)을 개재하는 위치에 배치된다. X 방향으로 연장하는 (도시되지 않은) 구속 로드가 2개의 단부판(13)에 연결된다. 2개의 단부판(13)에 각각의 구속 로드의 2개의 단부를 연결함으로써, 구속력이 전지 모듈(11)에 제공될 수 있다. 이러한 구속력은 X 방향에서 서로 인접하게 배치된 전지 모듈(11)이 서로 더 근접해지게 하는 힘으로서 역할을 한다.
또한, 본 실시예에서는 2개의 구속 로드가 전지 모듈(11)의 상부면측 및 하부면측 각각에 배치되지만, 제공된 구속 로드의 개수는 적절하게 설정될 수 있다. 또한, 복수개의 전지 모듈(11)에 상기 구속력을 제공하는 구조체는 본 실시예와 연계하여 상술한 구조로 제한되지 않고, 구조가 상술한 바와 같이 구속력을 제공하는 한 임의의 구조일 수 있다. 또한, 전지 모듈(11)에 이러한 구속력을 제공하는 구조도 생략될 수 있다.
다음에, 본 실시예의 온도 조절 구조체에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에서의 블랭크 화살표는 공기의 유동 방향을 도시한다.
배터리(10)는 X 방향에서 중심에 위치된 제1 전지 블록(10A)과, X 방향으로 제1 전지 블록(10A)의 2개의 대향 측면에 배치된 제2 전지 블록(10B) 및 제3 전지 블록(10C)으로 구성된다. 각각의 전지 블록(10A 내지 10C)은 복수개의 전지 모듈(11)로 구성된다. 제2 전지 블록(10B)을 구성하는 전지 모듈(11)의 개수는 제3 전지 블록(10C)을 구성하는 전지 모듈(11)의 개수와 동일하다. 또한, 제1 전지 블록(10A)을 구성하는 전지 모듈(11)의 개수는 제2 전지 블록(10B)[또는 제3 전지 블록(10C)]을 구성하는 전지 모듈(11)의 개수보다 많다.
또한, 각각의 전지 블록(10A 내지 10C)을 구성하는 전지 모듈(11)의 개수는 적절하게 설정될 수 있다. 예컨대, 전지 블록(10A 내지 10C)을 구성하는 전지 모듈(11)의 개수는 서로 동일해질 수 있거나, 또한 서로 상이해질 수 있다. 구체적으로, 배터리(10)를 구성하는 전지 모듈(11)은 전지 모듈(11)의 방열 특성 등을 고려하여 3개의 전지 블록(10A 내지 10C)으로 분할되는 것으로 충분하다.
배터리(10)는 배터리 케이스(20)에 의해 덮인다. 연결 개구(20a)가 배터리 케이스(20)의 상부의 측면에 형성된다. 공기 흡기 덕트(31)의 일단부는 연결 개구(20a)에 연결되고, 공기 흡기 덕트(31)의 타단부에 형성된 개방부(공기 흡기 개구)는 차량의 객실의 내부 공간과 대면한다. 따라서, 객실 내의 공기가 공기 흡기 덕트(31)로 흡입될 수 있다. 여기에서의 객실은 차량의 승객이 착석 또는 체류하는 공간을 말한다. 또한, 공기 흡기 덕트(31)에는 팬(40)이 제공된다. 팬(40)이 구동됨에 따라, 객실 내의 공기가 공기 흡기 덕트(31)를 통해 배터리 케이스(20) 내로 유동된다.
연결 개구(20a)에 연결된 제1 구획판(21a) 및 제2 구획판(21b)이 배터리(10)의 상부면과 배터리 케이스(20)의 상부면 사이에 제공된다. 제1 구획판(21a)은 Z 방향에서 보았을 때 제1 전지 블록(10A)과 제2 전지 블록(10B) 사이의 경계부에 위치된다. 또한, 제2 구획판(21b)은 Z 방향에서 보았을 대 제1 전지 블록(10A)과 제3 전지 블록(10C) 사이의 경계부에 위치된다.
공기 흡기 덕트(31)로부터의 공기는 연결 개구(20a)를 통과하고, 제1 전지 블록(10A) 위에 형성된 공간(S1)에 도달한다. 공간(S1)은 제1 구획판(21a)과 제2 구획판(21b) 사이에 개재된다. 공간(S1)으로 유동된 공기는 이후 제1 전지 블록(10A)을 통과하면서 하향 유동한다. 구체적으로, X 방향에서 서로 인접한 전지 모듈(11)들 사이에 형성된 공간을 통해 공기가 유동한다.
제1 및 제2 구획판(21a, 21b)의 제공은 공기 흡기 덕트(31)로부터 공급된 공기가 제2 또는 제3 전지 블록(10B, 10C)을 향해 유동하는 것을 방지하여 공기가 제1 전지 블록(10A)으로만 유동하게 한다는 것을 알 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 공기 흡기 덕트(31)로부터의 공기는 제1 전지 블록(10A)을 구성하는 전지 모듈(11)에만 직접적으로 접촉한다.
공기가 제1 전지 블록(10A)을 구성하는 전지 모듈(11)과 접촉하므로, 제1 전지 블록(10A)의 전지 모듈(11)과 공기 사이에서 열교환이 수행될 수 있다. 구체적으로, 제1 전지 블록(10A)을 구성하는 전지 모듈(11)이 전기 충전 또는 방전으로 인해 가열되는 경우, 전지 모듈(11)의 온도 상승은 냉각용 공기를 전지 모듈(11)과 접촉시킴으로써 억제될 수 있다. 또한, 제1 전지 블록(10A)을 구성하는 전지 모듈(11)이 과도하게 냉각되는 경우, 전지 모듈의 온도 강하는 가열용 공기를 전지 모듈(11)과 접촉시킴으로써 억제될 수 있다. 이러한 방식으로 특정 온도 범위에서 제1 전지 블록(10A)을 구성하는 전지 모듈(11)의 온도를 유지함으로써, 전지 모듈(11)의 입력/출력 특성(전기 충전 및 방전과 관련된 특성)의 열화가 억제될 수 있다.
제1 전지 블록(10A)을 구성하는 전지 모듈(11)과 열교환된 공기는 제1 전지 블록(10A) 아래에 위치된 공간(S2)으로 유동한다. [전지 모듈(11) 아래에 있는] 배터리(10)의 저부면이 배터리 케이스(20)의 저부면 위에 위치되어, 공간(S2)이 2개의 저부면 사이에 형성된다.
제3 구획판(21c) 및 제4 구획판(21d)이 배터리(10)의 저부면과 배터리 케이스(20)의 저부면 사이에 배치된다. 공간(S2)은 제3 구획판(21c)과 제4 구획판(21d) 사이에 개재된다. 제3 구획판(21c)은 X 방향에서 배터리(10)의 2개의 단부 중 하나에 위치된 배터리(10)의 측면과 동일한 평면에 배치된다. 또한, 제4 구획판(21d)은 X 방향에서 배터리(10)의 타단부에 위치된 배터리(10)의 측면과 동일한 평면에 배치된다.
공간(S2)으로 유동된 공기는 배터리 케이스(20)의 저부면에서 유동 방향이 변경된 후, 제2 및 제3 전지 블록(10B, 10C)을 향해 유동한다. 즉, 제1 전지 블록(10A)으로부터 공간(S2)으로 유동한 공기는 제2 전지 블록(10B)을 향해 유동하는 공기와 제3 전지 블록(10C)을 향해 유동하는 공기로 분할된다.
본 실시예에서, 배터리 케이스(20)의 저부면은 평탄면으로 형성되지만, 배터리 케이스(20)의 저부면에도 공기를 제1 전지 블록(10A)으로부터 제2 전지 블록(10B)을 향해 그리고 제3 전지 블록(10C)을 향해 안내하는 안내면이 제공될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 것과 같이, 배터리 케이스(20)의 저부면에는 2개의 경사면(안내면, 51)을 갖는 돌출부(50)가 제공될 수 있다. 또한, 도 3에서 블랭크 화살표는 공기의 유동 방향을 도시한다. 또한, 경사면(51)은 평탄면으로 형성될 수 있거나 곡면으로 형성될 수 있다.
제2 전지 블록(10B)을 향해 유도된 공기는 제2 전지 블록(10B)을 통과하면서 상향 유동한다. 구체적으로, X 방향에서 서로 인접한 제2 전지 블록(10B)의 전지 모듈(11)들 사이에 형성된 공간을 통해 공기가 유동한다. 마찬가지로, 제3 전지 블록(10C)을 향해 유도된 공기는 제3 전지 블록(10C)을 통과하면서 상향 유동한다. 구체적으로, X 방향에서 서로 인접한 제3 전지 블록(10C)의 전지 모듈(11)들 사이에 형성된 공간을 통해 공기가 유동한다. 공기가 제2 전지 블록(10B) 또는 제3 전지 블록(10C)을 통과함에 따라, 제2 또는 제3 전지 블록(10B 또는 10C)을 구성하는 전지 모듈(11)과 공기 사이에서 열교환이 수행된다는 것을 알 수 있다. 또한, 제2 또는 제3 전지 블록(10B 또는 10C)을 통과하는 공기의 유동 방향은 제1 전지 블록(10A)을 통과하는 공기의 유동 방향에 대향한다.
제2 전지 블록(10B)과 열교환된 공기는 제2 전지 블록(10B) 위에 위치된 공간(S3)으로 유동한다. 이후, 공간(S3)에 도달한 공기는 배터리 케이스(20)의 상부면에서 유동 방향이 변경(역전)된 후, 배터리 케이스(20)의 (Y-Z 평면에서의) 측면과 제2 전지 블록(10B) 사이에 형성된 공간에서 [후술하는 연결 개구(20b)를 향해] 하향 유동한다. 이러한 통과 중, 공기는 배터리 케이스(20)의 (Y-Z 평면에서의) 측면과 대면하는 제2 전지 블록(10B)의 영역과 열교환된다. 단부판(13, 도 1 참조) 중 하나가 배터리 케이스(20)의 측면과 대면하는 제2 전지 블록(10B)의 영역에 위치된다는 것을 알 수 있다.
연결 개구(20b)가 배터리 케이스(20)의 저부면에 형성된다. 제1 배기 덕트(32)의 단부는 연결 개구(20b)에 연결된다. 이러한 구성으로 인해, 제2 전지 블록(10B)의 측면과 열교환된 공기는 연결 개구(20b)를 통과하고, 제1 배기 덕트(32)로 안내된다. 제1 배기 덕트(32)의 타단부에 형성된 (도시되지 않은) 배기 개구는 차량의 외부면에 위치된다. 그러므로, 연결 개구(20b)를 통해 제1 배기 덕트(32)로 진입한 공기는 차량의 외부(대기)로 방출된다.
반면, 제3 전지 블록(10C)과 열교환된 공기는 제3 전지 블록(10C) 위에 위치된 공간(S4)로 이동한다. 이후, 공간(S4)에 도달한 공기는 배터리 케이스(20)의 상부면에서 유동 방향이 변경(역전)된 뒤, 배터리 케이스(20)의 (Y-Z 평면에서의) 측면과 제3 전지 블록(10C) 사이에 형성된 공간에서 [후술하는 연결 개구(20c)를 향해] 하향 유동된다. 이러한 통과 중, 공기는 배터리 케이스(20)의 (Y-Z 평면에서의) 측면과 대면하는 제3 전지 블록(10C)의 영역과 열교환된다. 단부판(13, 도 1 참조) 중 하나는 배터리 케이스(20)의 측면과 대면하는 제3 전지 블록(10C)의 영역에 위치된다는 것을 알 수 있다.
연결 개구(20c)가 배터리 케이스(20)의 저부면에 형성된다. 제2 배기 덕트(33)의 단부가 연결 개구(20c)에 연결된다. 이러한 구성으로 인해, 제3 전지 블록(10C)의 측면과 열교환된 공기는 연결 개구(20c)를 통과하고, 제2 배기 덕트(33)로 안내된다. 제2 배기 덕트(33)의 타단부에 형성된 (도시되지 않은) 배기 개구는 차량의 외부면에 위치된다. 그러므로, 연결 개구(20c)를 통해 제2 배기 덕트(33)로 진입한 공기는 차량의 외부(대기)로 방출된다.
또한, 본 실시예에서 제1 및 제2 배기 덕트(32, 33)는 서로 상이한 위치에 배기 개구를 갖지만, 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 및 제2 배기 덕트(32, 33)는 서로 연결될 수 있고, 2개의 배기 덕트의 공기가 1개의 배기 개구를 통해 배출될 수 있다.
복수개의 전지 모듈(11)이 본 실시예의 배터리(10)에서와 같이 X 방향으로 배열되는 구성에서, X 방향에서 중심에 위치된 전지 모듈(11)[제1 전지 블록(10A)] 및 X 방향에서 2개의 대향 단부에 위치된 전지 모듈(11)은 종종 방열 특성 면에서 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, [제2 및 제3 전지 블록(10B, 10C)을 구성하는] 배터리(10)의 단부에 위치된 전지 모듈(11)은 외부측으로 전지 모듈(11)에 의해 발생되는 열을 용이하게 방출하지만, [제1 전지 블록(10A)을 구성하는] 배터리(10)의 중심부에 위치된 전지 모듈(11)은 전지 모듈(11)에 의해 발생되는 열을 외측으로 용이하게 방출할 수 없다. 그러므로, [제1 전지 블록(10A)을 구성하는] 배터리(10)의 중심부에 위치된 전지 모듈(11)의 온도는 [제2 및 제3 전지 블록(10B, 10C)을 구성하는] 배터리(10)의 2개의 단부에 위치된 전지 모듈(11)의 온도보다 높아질 수 있다.
본 실시예의 구조에서, 냉각 공기는 우선 배터리(10)의 중심부에 위치된 제1 전지 블록(10A)과 접촉한다. 그러므로, 제1 전지 블록(10A)을 구성하는 전지 모듈(11)이 효과적으로 냉각될 수 있다.
제1 전지 블록(10A)과 열교환된 공기는 X 방향으로 제1 전지 블록(10A)의 2개의 단부측에 위치된 제2 및 제3 전지 블록(10B, 10C)과 접촉하도록 안내된다. 제2 및 제3 전지 블록(10B, 10C)은 제1 전지 블록(10A)보다 높은 방열 특성을 가지므로, 제1 전지 블록(10A)과 열교환된 공기는 전지 블록과 접촉할 때에 제2 및 제3 전지 블록(10B, 10C)을 냉각하기에 충분하다.
또한, 본 실시예에서, 제2 전지 블록(10B)[또는 제3 전지 블록(10C)]과 열교환된 공기는 제2 전지 블록(10B)[또는 제3 전지 블록(10C)]의 측면을 따라 유동하도록 안내되어, 공기와 측면 사이에서 열교환이 이루어진다. 제2 전지 블록(10B)의 측면은 가장 높은 방열 특성을 가지므로, 제2 전지 블록(10B)과 열교환된 공기가 측면과 접촉되더라도, 충분한 냉각 성능을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 전지 블록(10A 내지 10C)으로 공기를 안내함으로써, 온도 변동이 배터리(10)를 구성하는 모든 전지 모듈(11)에 대해 억제될 수 있다. 전지 모듈(11)들 사이에서의 온도 변동이 억제될 수 있으면, 배터리(10)를 구성하는 모든 전지 모듈(11)의 효율적인 충전 및 방전이 가능할 수 있다.
온도 변동이 전지 모듈(11)들 사이에서 일어나면, 전지 모듈(11)들 사이의 입력/출력 특성 면에서의 변동도 일어나고, 그에 따라, 입력/출력 특성이 최대로 열화된 전지 모듈(11)에 대한 배터리(10)의 충전/방전에 대한 제어가 요구될 수 있다는 것을 알 수 있다. 반면에, 전지 모듈(11) 사이에서의 온도 변동이 억제되고 그에 따라 전지 모듈(11)들 사이에서의 입력/출력 특성 면에서의 변동이 본 실시예에서와 같이 억제되면, 배터리(10)의 효율적인 충전 및 방전이 가능해질 수 있다.
또한, 이 실시예에서 팬(40)은 공기 흡기 덕트(31)에 제공되지만, 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니고, 상기 공기의 유동이 배터리 케이스(20)에서 발생될 수 있는 것으로 충분하다. 구체적으로, 배기 덕트(32, 33)에는 팬(40)이 제공될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서 공기는 배터리(10) 위로부터 공급되지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 즉, 공기 흡기 덕트로부터의 공기가 우선 제1 전지 블록(10A)과 접촉한 후, 공기는 제2 및 제3 전지 블록(10B, 10C)과 접촉하게 될 수 있는 것으로 충분하다.
구체적으로, 도 2에 도시된 구성은 뒤집혀 전도될 수 있다. 전도된 구성에서, 공기는 배터리(10) 아래로부터 공급되고, 제1 전지 블록(10A)을 통과하면서 상향 유동한다. 이후, 제1 전지 블록(10A)의 상부에 도달한 후, 공기는 제2 및 제3 전지 블록(10B, 10C)을 향해 유동한 뒤, 전지 블록(10B, 10C)을 통과하면서 하향 유동한다. 전지 블록(10B, 10C)을 통과한 후, 공기는 유동 방향이 변경되고, 전지 블록(10B, 10C)의 측면을 따라 상향 유동된 후, 배기 덕트로 안내된다.
또한, 도 4에 도시된 것과 같이 공기가 전지 모듈(11, 도 1 참조)의 제2 측면(11b)의 측면으로부터 제1 전지 블록(10A)으로 공급되는 구성을 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 도 4는 공기의 유동 방향을 블랭크 화살표로 도시한 배터리(10)의 평면도이다. 도 4에 도시된 구성에서도, 공기 흡기 덕트로부터의 공기가 제1 전지 블록(10A)을 통과한 후, 제2 및 제3 전지 블록(10B, 10C)을 통과한다. 이러한 구성도 상기 실시예의 구성과 실질적으로 동일한 효과를 성취할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서 각각의 전지 블록(10A 내지 10C)을 통과하는 공기는 Z 방향(상방 또는 하방)로 유동하게 되지만, 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 전지 블록(10A)을 통과하는 공기의 유동 방향이 X 방향인 경우, 제2 전지 블록(10B)을 통과하는 공기의 유동 방향은 Y 방향일 수 있다. 이러한 공기 유동은 예컨대 배터리 케이스(20)에 배치된 구획판의 위치, 형상 등을 적절하게 설정함으로써 성취될 수 있다.
상술한 실시예에서 배터리(10)를 구성하는 전지 모듈(11)은 3개의 전지 블록(10A, 10B, 10C)으로 분할되지만, 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니고, 배터리(10)에서의 전지 블록의 개수는 적절하게 설정될 수 있다. 구체적으로, 배터리(10)를 구성하는 복수개의 전지 모듈(11) 중에서 X 방향에서 중심에 위치된 적어도 1개의 전지 모듈(11)이 제1 전지 블록으로서 제공되고, 복수개의 전지 블록이 X 방향에서 제1 전지 블록의 2개의 대향 측면에 배치되는 배열의 적용이 가능하다. X 방향으로 제1 전지 블록의 2개의 대향 측면에 배치된 전지 블록의 개수는 서로 동일하거나 서로 상이할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 경우도, 배터리 케이스에서의 공기의 유동 방향은, X 방향에서 서로 인접한 2개의 전지 블록에서 공기가 상호 상이한 방향(예컨대, 상방 및 하방)으로 유동되도록 하나의 전지 블록으로부터 또 다른 전지 블록으로 변경되기에 충분하다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 온도 조절 구조체에 대해 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 5는 본 실시예의 온도 조절 구조체의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 6은 도 5에서의 선 A-A 상에서 취해지는 단면도이고, 도 7은 도 5에서의 선 B-B 상에서 취해지는 단면도이다. 또한, 제1 실시예와 연계하여 상술한 부재와 동일한 기능을 수행하는 부재는 도면에서 동일한 도면 부호로 도시하고, 상세한 설명은 이하 생략한다. 제1 실시예와 제2 실시예의 차이를 아래에서 설명한다.
제1 구획판(23a)이 배터리 케이스(20)의 상부면과 배터리(10)의 상부면 사이에 배치된다. 공기 흡기 덕트(31)의 단부(즉, 단부 모서리)가 제1 구획판(23a)에 연결된다. 제1 구획판(23a)은 수직 방향에서 보았을 때 타원 형상을 갖는다(도 5 참조). 공기 흡기 덕트(31) 내로 흡입된 공기는 제1 구획판(23a)에 의해 포위된 공간(S1)에 도달한다.
공간(S1)으로 안내된 공기는 공간(S1)에 대응하는 배터리(10)의 영역(R1)을 통과하면서 하향 유동한다. 여기에서의 영역(R1)은 배터리(10)가 수직 방향으로 관찰될 때에 공간(S1) 상에서 중첩되는 영역이다. 제1 실시예에서와 같이, 공기가 X 방향에서 서로 인접한 모든 2개의 전지 모듈(11)들 사이에 형성된 공간을 통해 유동한다. 그러나, 제2 실시예는 전지 모듈(11)들 사이의 이들 공간들 각각에서 영역(R1)에 있는 공간의 일부만이 공기의 통과를 허용하는 구성을 갖는다.
구체적으로, 인접한 전지 모듈(11)들 사이에 배치되는 스페이서(스페이서들 중 일부)는 공기가 그들 사이에서 영역(R1)에 대응하는 공간을 통해 유동하게 한다. 이들 스페이서는 전지 모듈(11)의 상단부면으로부터 하단부면까지 연장한다. 도 6 및 도 7에 도시된 영역(R1)과 영역(R2) 사이의 경계선은 이들 스페이서를 나타낸다.
공기가 배터리(10)의 영역(R1)을 통과함에 따라, 열교환이 영역(R1)에 있는 전지 모듈(11)과 공기 사이에서 수행된다. 배터리(10)의 영역(R1)에서 열교환된 후, 공기는 배터리(10) 아래에 형성된 공간(S2)으로 유동한다. 제2 구획판(23b)은 공간(S2)이 제2 구획판(23b)에 의해 형성되도록 배터리 케이스(20)의 하부면과 배터리(10)의 하부면 사이에 배치된다. 제2 구획판(23b)은 수직 방향에서 보았을 때 타원 형상을 갖는다(도 5 참조).
공간(S2)에 도달한 후, 공기는 배터리 케이스(20)의 저부면에서 유동 방향이 변경되고, 배터리(10)의 영역(R2)를 통과하면서 상향 유동한다. 영역(R2)는 배터리(10)가 수직 방향으로 관찰될 때에 제1 구획판(23a)과 제2 구획판(23b) 사이에 개재되는 영역이다. 또한, 영역(R2)를 통과하는 공기는, 모든 2개의 인접한 전지 모듈(11)들 사이에 형성된 공간들 중에서 영역(R2)에 있는 공간을 통해 유동하는 공기를 의미한다. 그러므로, 열교환이 영역(R2)에 있는 전지 모듈(11)과 공기 사이에서 일어난다.
인접한 전지 모듈(11)들 사이에 제공되는 스페이서(스페이서들 중 일부)는 공기가 그들 사이에서 영역(R2)에 대응하는 공간을 통해 유동하게 한다는 것을 알 수 있다. 이들 스페이서는 전지 모듈(11)의 상단부면으로부터 하단부면까지 연장한다. 도 7에 도시된 영역(R2)와 영역(R3) 사이의 경계선은 이들 스페이서를 나타낸다.
배터리(10)의 영역(R2)에서 열교환된 공기는 배터리(10) 위에 형성된 공간(S3)으로 유동한다. 이후, 공간(S3)에 도달한 후, 공기는 배터리 케이스(20)의 상부면에서 유동 방향이 변경되고, 영역(R1) 및 영역(R2) 이외의 배터리(10)의 영역(R3)을 통과하면서 하향 유동한다.
영역(R3)은 배터리(10)가 수직 방향에서 관찰될 때 제2 구획판(23b)과 배터리(10)의 외부 모서리 사이에 위치된다. 또한, 영역(R3)을 통과하는 공기는, 인접한 전지 모듈(11)들 사이에 형성된 공간들 중에서 영역(R3)의 공간을 통해 유동하거나 배터리(10)의 외부면을 따라 이동하는 공기를 의미한다. 그러므로, 열교환이 영역(R3)에 있는 전지 모듈(11)과 공기 사이에서 일어난다. 열교환된 공기는 배기 덕트(32) 또는 다른 배기 덕트(33)를 통해 유동한다.
본 실시예에서, 공기가 상술한 바와 같이 전지 모듈(11)과 접촉하도록 순차적으로 유입되는 영역은 X-Y 평면의 위치에 따라 분할된다. 또한, 제1 실시예에서, 공기가 전지 모듈(11)과 접촉하도록 순차적으로 유입되는 영역[전지 블록(10A 내지 10C)]은 X 방향으로의 전지 모듈(11)의 위치에 따라 분할된다.
본 실시예에 따르면, 전지 모듈(11)과 접촉하게 되는 공기의 상태는 배터리(10)를 구성하는 전지 모듈(11)들 사이의 온도 변동이 억제될 수 있는 방식으로 X 방향에서의 전지 모듈(11)의 위치에 따라 상이해진다. 여기에서의 공기의 상태는 전지 모듈(11)과 열교환되거나 열교환되지 않은 공기의 상태를 말한다.
또한, 본 실시예에서, 전지 모듈(11)과 접촉하게 되는 공기의 상태는 전지 모듈(11)에서의 위치(Y 방향으로의 위치)에 따라 상이해질 수 있다. 구체적으로, 각각의 전지 모듈(11)에서, 열이 용이하게 방출되지 않는 부분이 공기 흡기 덕트로부터 직접 나오는 공기와 접촉하게 되고, 열이 용이하게 방출되는 전지 모듈(11)의 부분이 열교환된 공기와 접촉하게 된다. 그러므로, 각각의 전지 모듈(11)에서의 온도 변동이 억제될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서, 복수개의 단전지가 각각의 전지 모듈(11)에서 Y 방향으로 병렬 배치되므로, 각각의 전지 모듈(11)의 단전지들 사이에서의 온도 변동이 억제될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 제1 및 제2 구획판(23a, 23b)은 도 5에 도시된 바와 같이 타원 형상을 갖지만, 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니고, 구획판(23a, 23b)의 형상은 배터리(10)의 X-Y 평면에서의 온도 분포를 기초로 하여 적절하게 설정될 수 있다. 즉, 배터리(10)의 X-Y 평면에서, 상이한 방열 특성을 갖는 영역[본 실시예에서 영역(R1) 내지 영역(R3)]이 미리 구체적으로 결정되고, 구획판(23a, 23b)은 이들 영역에 따라 배치되는 것으로 충분하다. 또한, 전지 모듈(11)들 사이에 배치되는 스페이서의 위치는 구획판(23a, 23b)의 위치에 따라 결정되는 것으로 충분하다.
또한, 본 실시예에서 배터리(10)는 3개의 영역(R1 내지 R3)으로 분할되지만, 이것으로 제한되는 것은 아니고, 배터리(10)는 4개 이상의 영역으로 분할될 수도 있다. 이러한 구성에서도, 공기 흡기 덕트로부터 직접 나오는 공기가 X-Y 평면에서 가장 낮은 방열 특성을 갖는 영역과 접촉하게 되고 열교환된 공기는 다른 영역과 접촉하기에 충분하다. 배터리(10)에서의 공기의 유동 방향은 변경되고 X-Y 평면에서 서로 인접한 영역에서의 공기의 유동 방향은 서로 상이해지기에 충분하다.
본 실시예에서 배터리(10)는 배터리(10) 자체의 방열 특성을 고려하여 X-Y 평면에서 복수개의 영역(R1) 내지 영역(R3)으로 분할되지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
예컨대, 열원(엔진 등)이 배터리(10) 근처에 배치되는 경우, 배터리(10)는 열원에 가장 가까운 배터리(10)의 부분을 기준으로서 사용하여 복수개의 영역으로 분할될 수 있다. 구체적으로, 공기 흡기 덕트로부터의 공기가 열원에 가장 가까운 배터리(10)의 영역으로 안내될 수 있고, 열원에 가장 가까운 영역에 적용된 공기는 다른 영역과 접촉하게 될 수 있다. 공기가 이동되는 경로에 대해서는, 제1 및 제2 실시예에서와 같이 공기의 유동 방향이 배터리 케이스(20)에서 변경되고, X-Y 평면에서 서로 인접한 영역에서의 공기의 유동 방향은 서로 상이해지는 것으로 충분하다.
또한, 제1 및 제2 실시예에서 온도 조절용 공기가 배터리(10)로 공급되지만, 이것으로 제한되는 것은 아니고, 공기 이외의 가스도 사용될 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 설명된 실시예 또는 구성으로 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다. 반대로, 본 발명은 다양한 변형예 및 등가 배열을 포함하는 것으로 의도된다. 추가로, 개시된 발명의 다양한 요소가 다양한 예시 조합 및 구성으로 되어 있지만, 그 이상, 그 이하 또는 단지 1개의 요소를 포함하는 다른 조합 및 구성이 또한 첨부된 특허청구범위의 범주에 있다.

Claims (13)

  1. 복수개의 축전 소자가 미리 결정된 방향으로 병렬 배치되는 축전 장치의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 구조체이며,
    상기 축전 장치에서의 제1 영역에 제공되고 온도 조절용 가스가 제1 영역에서 미리 결정된 방향으로 병렬 배치된 인접 축전 소자들 사이의 공간을 통과하게 하는 제1 통로와,
    상기 제1 영역에 인접한 축전 장치에서의 제2 영역에 제공되고 상기 제1 영역을 통과한 가스가 미리 결정된 방향으로 병렬 배치된 인접 축전 소자들 사이의 공간을 제1 영역에서의 유동 방향과 상이한 방향으로 통과하게 하는 제2 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 온도 조절 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역은 제2 영역에서보다 낮은 방열 특성을 갖는, 온도 조절 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 영역을 통과하는 가스의 유동 방향은 상기 제1 영역을 통과하는 가스의 유동 방향에 대향하는, 온도 조절 구조체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 영역은 미리 결정된 방향으로 축전 장치의 중심부에 위치된 축전 소자들 중 적어도 1개를 수용하고,
    상기 제2 영역은 미리 결정된 방향으로 대향하는 축전 장치에서의 제1 영역의 2개의 대향 측면 중 어느 한쪽에 위치된 축전 소자들 중 적어도 1개를 수용하는, 온도 조절 구조체.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 영역은 축전 장치의 상부면을 따라 미리 결정된 방향으로 연장하는 평면에서 축전 장치의 중심부에 위치되고,
    상기 제2 영역은 상기 평면에서 제1 영역으로부터 축전 장치의 외부측 모서리측을 향해 위치된, 온도 조절 구조체.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 영역은 열원 근처에 있고,
    상기 제2 영역은, 상기 제1 영역이 열원으로부터 떨어져 있는 것보다, 상기 축전 장치의 상부면을 따라 미리 결정된 방향으로 연장하는 평면에서 상기 열원으로부터 멀리 떨어져 있는, 온도 조절 구조체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 영역에 인접한 축전 장치에서의 제3 영역에 제공되고 상기 제2 영역을 통과한 가스가 제2 영역에서의 가스의 유동 방향과 상이한 방향으로 상기 제3 영역을 통과하게 하는 제3 통로를 더 포함하는, 온도 조절 구조체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제3 영역은 제1 영역 및 제2 영역에서보다 높은 방열 특성을 갖고, 상기 축전 장치의 외부면을 포함하는, 온도 조절 구조체.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제3 영역을 통과하는 가스의 유동 방향은 상기 제1 영역을 통과하는 가스의 유동 방향과 동일한, 온도 조절 구조체.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축전 장치의 외부면에 위치되고 상기 제2 영역과 제3 영역을 분리하는 구획판을 더 포함하는, 온도 조절 구조체.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축전 장치의 상단부면으로부터 하단부면까지 연장하고 상기 제2 영역과 제3 영역을 분리하는 제1 스페이서를 더 포함하는, 온도 조절 구조체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축전 장치의 외부면에 위치되고 상기 제1 영역과 제2 영역을 분리하는 구획판을 더 포함하는, 온도 조절 구조체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축전 장치의 상단부면으로부터 하단부면까지 연장하고 상기 제1 영역과 제2 영역을 분리하는 제2 스페이서를 더 포함하는, 온도 조절 구조체.
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