KR20130000060A

KR20130000060A - 차량의 배터리 냉각 구조

Info

Publication number: KR20130000060A
Application number: KR20110060525A
Authority: KR
Inventors: 오세민; 김상준
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-01-02
Also published as: JP2013006576A; US20120328928A1; CN102842741A

Abstract

본 발명은 하나의 배터리팩을 이루는 다수의 배터리모듈이 종래와 같이 단순히 일측으로부터 타측으로 유동하는 냉각풍에 의해 냉각되는 것보다 더욱 균일한 냉각 성능을 확보할 수 있도록 함으로써, 배터리팩의 성능을 향상시키고 그 내구성을 증대할 수 있도록 한다.

Description

차량의 배터리 냉각 구조{Battery Cooling Structure of Vehicle}

본 발명은 차량의 배터리 냉각 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기차량 등에 탑재되는 다수의 배터리셀을 포함하는 배터리모듈을 냉각시키는 기술에 관한 것이다.

전기차량이나 하이브리드 차량 등에 탑재되는 배터리팩은 다수의 배터리셀이 적층되어 배터리모듈을 구성하고, 다수의 배터리모듈이 다시 하나의 배터리팩을 구성하도록 되어 있다.

상기한 바와 같은 배터리팩의 기술에 있어서 가장 중요한 것 중 하나는, 배터리팩을 구성하는 각 배터리모듈, 나아가 각 배터리셀들이 균일하게 냉각이 이루어지도록 하는 것이다.

도 1은 종래의 배터리팩 냉각 구조를 설명한 것으로서, 제1배터리모듈로부터 제4배터리모듈이 차례로 배열되어 있고, 냉각을 위한 냉각풍의 유입은 일측의 흡기덕트(500)를 통해 이루어지고, 상기 흡기덕트(500)를 통해 유입된 냉각풍은 상기 제1배터리모듈로부터 제4배터리모듈을 차례로 거치면서 냉각 작용을 한 후 상기 배터리모듈들의 타측에 위치한 배기덕트(502)를 통해 외부로 배출되도록 되어 있다.

물론, 상기한 바와 같은 냉각풍의 강제 유동을 위해 상기 배기덕트(502)의 출구부에는 블로워(504)가 구비되어 더워진 냉각풍을 외부로 배출하도록 한다.

종래 상기한 바와 같이 구성된 배터리 냉각구조에서는 상기 제1배터리모듈은 상대적으로 외부로부터 바로 유입된 차가운 공기에 의해 냉각이 잘 이루어지지만, 상기 제1배터리모듈의 냉각에 사용된 공기가 이후 차례로 제2배터리모듈과 제3배터리모듈 및 제4배터리모듈의 냉각에 사용되므로, 이미 더워진 공기에 의해 상기 제4배터리모듈을 냉각하게 되면, 상기 제4배터리모듈은 상대적으로 냉각이 잘 이루어지지 않게 되고, 이와 같이 국부적인 냉각성능의 차이는 전체 배터리백의 성능을 저하시키고 그 내구성을 크게 떨어뜨리는 원인이 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하나의 배터리팩을 이루는 다수의 배터리모듈이 종래와 같이 단순히 일측으로부터 타측으로 유동하는 냉각풍에 의해 냉각되는 것보다 더욱 균일한 냉각 성능을 확보할 수 있도록 함으로써, 배터리팩의 성능을 향상시키고 그 내구성을 증대할 수 있도록 한 차량의 배터리 냉각 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 배터리 냉각 구조는

입구와 출구 사이에 열을 지어 배치되고 상대적으로 상기 입구에 가깝게 배치된 적어도 하나 이상의 배터리모듈로 이루어진 제1군모듈 및 상대적으로 상기 출구에 가깝게 배치된 적어도 하나 이상의 배터리모듈로 이루어진 제2군모듈과;

상기 입구 쪽으로부터 상기 제1군모듈을 냉각하며 통과한 공기가 상기 제2군모듈을 바이패스하여 상기 출구로 유도되도록 배치한 제1덕트와;

상기 입구 쪽으로부터 상기 제1군모듈을 바이패스한 공기가 상기 제2군모듈을 냉각하면서 통과하도록 유도하도록 배치된 제2덕트;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량의 배터리 냉각 구조는 입구와 출구 사이에 열을 지어 배치된 일련의 배터리모듈과;

상기 입구 측의 공기가 상기 일련의 배터리모듈 중 일부만을 냉각하면서 통과하고 나머지는 바이패스하여 상기 출구 측에 이르게 가이드하도록 구비된 적어도 2개 이상의 분리덕트;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 차량의 배터리 냉각 구조를 설명한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 배터리 냉각 구조의 실시예를 설명한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 차량의 배터리 냉각 구조가 적용된 버스의 구조를 설명한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명 실시예의 차량의 배터리 냉각 구조는, 입구(1)와 출구(3) 사이에 열을 지어 배치되고 상대적으로 상기 입구(1)에 가깝게 배치된 적어도 하나 이상의 배터리모듈로 이루어진 제1군모듈(5) 및 상대적으로 상기 출구(3)에 가깝게 배치된 적어도 하나 이상의 배터리모듈로 이루어진 제2군모듈(7)과; 상기 입구(1) 쪽으로부터 상기 제1군모듈(5)을 냉각하며 통과한 공기가 상기 제2군모듈(7)을 바이패스하여 상기 출구(3)로 유도되도록 배치한 제1덕트(9)와; 상기 입구(1) 쪽으로부터 상기 제1군모듈(5)을 바이패스한 공기가 상기 제2군모듈(7)을 냉각하면서 통과하도록 유도하도록 배치된 제2덕트(11)를 포함하여 구성된다.

즉, 입구(1)와 출구(3) 사이에 열을 지어 배치된 일련의 배터리모듈이 있을 때, 상기 입구(1) 측의 공기가 상기 일련의 배터리모듈 중 일부만을 냉각하면서 통과하고 나머지는 바이패스하여 상기 출구(3) 측에 이르게 가이드하도록 구비된 적어도 2개 이상의 분리덕트(13)인 제1덕트(9)와 제2덕트(11)를 구비하도록 함으로써, 입구(1) 측의 비교적 낮은 온도의 공기를 배터리팩(15)을 구성하는 모든 배터리모듈에 고르게 공급하고, 특정 배터리모듈만 열이 누적된 공기로 냉각되는 상황이 없게 한 것이다.

상기 제1덕트(9)는 상기 입구(1)로부터 출구(3)를 향한 방향으로 공기가 유동하도록 형성된 제1덕트부(17)와, 상기 제1덕트부(17)에 연결되어 상기 제1덕트부(17)를 통과한 공기를 상기 제2군모듈(7)로 공급하도록 상기 제2군모듈(7)을 향해 단면이 확대되는 제1확관부(19)를 포함하여 구성된다.

상기 제2덕트(11)는 상기 입구(1)로부터 출구(3)를 향한 방향으로 공기가 유동하도록 형성된 제2덕트부(21)와, 상기 제2덕트부(21)에 연결되어 상기 제1군모듈(5)을 통과한 공기를 상기 제2덕트부(21)로 공급하도록 상기 제1군모듈(5)을 향해 단면이 확대되는 제2확관부(23)를 포함하여 구성된다.

또한, 본 실시예에서, 상기 제1덕트(9)의 제1덕트부(17)는 상기 제1군모듈(5)의 하측에 배치되고, 상기 제2덕트(11)의 제2덕트부(21)는 상기 제2군모듈(7)의 상측에 배치된 구조이며, 상기 제1확관부(19)와 제2확관부(23)는 상기 제1군모듈(5)과 제2군모듈(7)의 경계에서 서로 어긋난 상태로 배치됨으로써, 공간의 활용도를 높이도록 하였다.

본 실시예에서, 상기 제1군모듈(5)은 상기 입구(1) 측으로부터 출구(3) 측을 향하여 차례로 배열된 제1배터리모듈(25)과 제2배터리모듈(27)로 이루어지며, 상기 제2군모듈(7)은 상기 제2배터리모듈(27)에 인접하게 상기 입구(1) 측으로부터 출구(3) 측을 향하여 차례로 배열된 제3배터리모듈(29)과 제4배터리모듈(31)로 이루어지는 바, 상기 제1확관부(19)와 제2확관부(23)는 상기 제2배터리모듈(27)과 제3배터리모듈(29)의 경계에서 서로 어긋난 상태로 배치된 구조이다.

물론, 상기 제1군모듈(5)과 제2군모듈(7)의 개수는 다르게 설정될 수 있을 것이며, 상기 분리덕트(13)의 개수를 증가시켜서 더 많은 배터리모듈의 군집을 동일한 개념으로 냉각하도록 구성할 수 있을 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 구성된 차량의 배터리 냉각 구조에서는 상기 입구(1)로 유입된 공기는 상기 제1군모듈(5)과 제2덕트(11)를 통과하는 한 개의 공기 흐름과, 상기 제1덕트(9)와 제2군모듈(7)을 통과하는 또 다른 한 개의 공기 흐름이 형성된다.

즉, 도시된 바와 같이 블로워(33)가 작동함에 따라 상기 입구(1)로 유입된 공기는 상기 제1군모듈(5)을 이루는 제1배터리모듈(25)과 제2배터리모듈(27)을 차례로 냉각시킨 후 상기 제2덕트(11)를 통해 출구(3)로 유출되므로 상기 제1배터리모듈(25)과 제2배터리모듈(27)로부터 공기로 전달된 열은 상기 제3배터리모듈(29)과 제4배터리모듈(31)에 영향을 주지 않고 배터리팩(15)의 외부로 배출되게 되며, 상기 입구(1)로 유입된 공기의 일부분은 상기 제1덕트(9)를 통과함으로써 상기 제1배터리모듈(25)과 제2배터리모듈(27)을 거치지 않고 바이패스하여 상기 제3배터리모듈(29)과 제4배터리모듈(31)을 차례로 냉각하고 외부로 배출됨으로써, 상기 제1배터리모듈(25)과 제2배터리모듈(27)의 냉각성능과 동등의 냉각성능을 기대할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 배터리팩(15)을 구성하는 모든 배터리모듈 중 특별히 다른 배터리모듈들의 모두 냉각시키고 난 공기에 의해 냉각이 이루어지게 되는 최악조건의 특정 배터리모듈이 존재하지 않게 되어, 비교적 고른 냉각성능의 확보로, 배터리팩(15)의 성능 향상 및 내구성 증대의 효과를 얻을 수 있다.

참고로, 도 3은 본 발명에 따른 배터리팩(15)들을 버스의 루프(35)에 장착한 예로서, 각 배터리팩(15)에서는 화살표로 도시된 방향을 따라 공기가 배터리팩(15) 내부로 유동하여 각 배터리모듈을 냉각시키고 배출되게 되는데, 각 배터리팩(15)의 입구(1)를 에어컨덕트로 연결하여 보다 효과적인 냉각이 이루어질 수 있도록 구성할 수 있다.

1; 입구
3; 출구
5; 제1군모듈
7; 제2군모듈
9; 제1덕트
11; 제2덕트
13; 분리덕트
15; 배터리팩
17; 제1덕트부
19; 제1확관부
21; 제2덕트부
23; 제2확관부
25; 제1배터리모듈
27; 제2배터리모듈
29; 제3배터리모듈
31; 제4배터리모듈
33; 블로워
35; 루프

Claims

입구(1)와 출구(3) 사이에 열을 지어 배치되고 상대적으로 상기 입구(1)에 가깝게 배치된 적어도 하나 이상의 배터리모듈로 이루어진 제1군모듈(5) 및 상대적으로 상기 출구(3)에 가깝게 배치된 적어도 하나 이상의 배터리모듈로 이루어진 제2군모듈(7)과;
상기 입구(1) 쪽으로부터 상기 제1군모듈(5)을 냉각하며 통과한 공기가 상기 제2군모듈(7)을 바이패스하여 상기 출구(3)로 유도되도록 배치한 제1덕트(9)와;
상기 입구(1) 쪽으로부터 상기 제1군모듈(5)을 바이패스한 공기가 상기 제2군모듈(7)을 냉각하면서 통과하도록 유도하도록 배치된 제2덕트(11);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 제1덕트(9)는 상기 입구(1)로부터 출구(3)를 향한 방향으로 공기가 유동하도록 형성된 제1덕트부(17)와, 상기 제1덕트부(17)에 연결되어 상기 제1덕트부(17)를 통과한 공기를 상기 제2군모듈(7)로 공급하도록 상기 제2군모듈(7)을 향해 단면이 확대되는 제1확관부(19)를 포함하여 구성되고;
상기 제2덕트(11)는 상기 입구(1)로부터 출구(3)를 향한 방향으로 공기가 유동하도록 형성된 제2덕트부(21)와, 상기 제2덕트부(21)에 연결되어 상기 제1군모듈(5)을 통과한 공기를 상기 제2덕트부(21)로 공급하도록 상기 제1군모듈(5)을 향해 단면이 확대되는 제2확관부(23)를 포함하여 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각 구조.
청구항 2에 있어서,
상기 제1덕트(9)의 제1덕트부(17)는 상기 제1군모듈(5)의 하측에 배치되고;
상기 제2덕트(11)의 제2덕트부(21)는 상기 제2군모듈(7)의 상측에 배치된 것
을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각 구조.
청구항 2에 있어서,
상기 제1확관부(19)와 제2확관부(23)는 상기 제1군모듈(5)과 제2군모듈(7)의 경계에서 서로 어긋난 상태로 배치된 것
을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각 구조.
청구항 2에 있어서,
상기 제1군모듈(5)은 상기 입구(1) 측으로부터 출구(3) 측을 향하여 차례로 배열된 제1배터리모듈(25)과 제2배터리모듈(27)로 이루어지며;
상기 제2군모듈(7)은 상기 제2배터리모듈(27)에 인접하게 상기 입구(1) 측으로부터 출구(3) 측을 향하여 차례로 배열된 제3배터리모듈(29)과 제4배터리모듈(31)로 이루어지고;
상기 제1확관부(19)와 제2확관부(23)는 상기 제2배터리모듈(27)과 제3배터리모듈(29)의 경계에서 서로 어긋난 상태로 배치된 것
을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각 구조.
입구(1)와 출구(3) 사이에 열을 지어 배치된 일련의 배터리모듈과;
상기 입구(1) 측의 공기가 상기 일련의 배터리모듈 중 일부만을 냉각하면서 통과하고 나머지는 바이패스하여 상기 출구(3) 측에 이르게 가이드하도록 구비된 적어도 2개 이상의 분리덕트(13);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각 구조.
청구항 6에 있어서,
상기 분리덕트(13)는
상기 입구(1) 측에 상대적으로 가까운 배터리모듈을 바이패스하여 상대적으로 출구(3) 측에 가까운 배터리모듈로 상기 입구(1) 측의 공기를 가이드하는 제1덕트(9)와;
상기 입구(1) 측에 상대적으로 가까운 배터리모듈을 통과하면서 냉각한 공기가 상기 출구(3)측에 가까운 배터리모듈을 바이패스하도록 가이드하는 제2덕트(11);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 냉각 구조.