KR20130005004A - 배터리 냉각장치 - Google Patents

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KR20130005004A KR1020110066291A KR20110066291A KR20130005004A KR 20130005004 A KR20130005004 A KR 20130005004A KR 1020110066291 A KR1020110066291 A KR 1020110066291A KR 20110066291 A KR20110066291 A KR 20110066291A KR 20130005004 A KR20130005004 A KR 20130005004A
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주원석
권대복
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한라공조주식회사
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Abstract

본 발명은 복수의 배터리셀(110)을 수용하는 케이스를 포함하는 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
상기 케이스는 사출성형된 수지재질로 이루어진다. 그리고 상기 케이스는 상기 복수의 배터리셀(110)의 측면들과 접촉하는 측면부(120); 상기 측면부(120)의 일단에 구비되고, 상기 배터리셀(110)의 삽입을 위해 삽입구(132)를 구비한 제1탱크(130); 상기 측면부(120)의 반대단에 구비되고, 상기 배터리셀(110)과 접촉하는 제2탱크(140); 상기 제1탱크(130)에 구비된 제1냉각수유로(134); 상기 제2탱크(140)에 구비된 제2냉각수유로(144); 및 상기 제1냉각수유로(134) 및 제2냉각수유로(144)와 연통하도록 상기 측면부(120)에 구비된 제3냉각수유로(126);를 포함한다.

Description

배터리 냉각장치{DEVICE FOR COOLING BATTERY}
본 발명은 배터리 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동모터를 비롯한 각종 탑재 기기에 전원을 공급하기 위해 하이브리드 자동차 또는 전기자동차에 구비된 배터리를 냉각하기 위한 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
전기자동차는 자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차이다. 전기자동차는 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 공해문제의 심각화, 화석 연료의 고갈 등의 문제가 제기되면서 그 개발이 다시 가속화되고 있다. 특히, 전기자동차가 실용화되기 위해서는 전기 자동차의 연료공급원인 배터리가 경량화 및 소형화됨과 동시에 그 충전시간이 단축되어야 하는바, 상기 배터리에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
상기 배터리는 복수의 배터리셀 및 이들을 지지하는 케이스를 포함하고 있는데, 상기 배터리의 충전과 방전이 이루어지면 상기 배터리셀에 열이 발생한다. 그리고 상기 배터리셀에 발생한 열이 그대로 방치될 경우 배터리셀의 성능이 저하되고 배터리셀의 수명이 단축된다. 따라서 상기 배터리는 냉각되어야 한다.
배터리의 냉각 방식은 냉각 유체의 유형에 따라 공냉식과 수냉식으로 구분될 수 있다. 공냉식에서는 배터리 냉각을 위해 냉각 기체가 이용되고 수냉식에서는 배터리 냉각을 위해 냉각수가 이용된다. 이하 공냉식 배터리 냉각장치와 수냉식 배터리 냉각장치를 도 1 및 도 2를 각각 참조하여 설명한다.
종래의 공냉식 배터리 냉각장치는 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 배터리셀(10)을 지지하는 케이스(20)로 이루어진다. 상기 케이스(20)는 배터리셀(10)을 서로 평행한 상태로 내장하고, 상기 배터리셀(10)들 사이에 냉각 기체를 통과시키기 위한 통로를 구비한다. 냉각 기체는 상기 통로에서 배터리셀(10)로부터 열을 흡수한 후 상기 통로의 외부로 이동한다. 그러나 이와 같은 공냉식 배터리 냉각장치에 의하면 냉각 기체와 배터리셀(10) 간 열교환 효율이 좋지 않다.
종래의 수냉식 배터리 냉각장치는 도 2에 도시된 바와 같이 제1헤더(40)와, 제2헤더(50)와, 한 쌍의 튜브(30)를 포함한다.
제1헤더(40)는 베터리셀(10)의 일측에 위치한다. 그리고 제1헤더(40)는 유입구(41)를 통해 냉각수를 유입받아 한 쌍의 튜브(30) 중 어느 하나로 전달한다. 또한 제1헤더(40)는 나머지 하나의 튜브로부터 냉각수를 유입받아 배출구(42)를 통해 배출한다.
상기 튜브(30)는 배터리셀(10)의 대향하는 두 측면과 접촉하면서 상기 배터리셀(10)을 지지하고, 제1헤더(40) 및 제2헤더(50)를 연결한다. 한 쌍의 튜브(30) 중 어느 하나는 제1헤더(40)로 유입된 냉각수를 제2헤더(50)로 전달하고, 이 과정에서 냉각수는 배터리셀(10)을 냉각시킨다. 그리고 한 쌍의 튜브(30) 중 나머지 하나는 제2헤더(50)에 도달한 냉각수를 제1헤더(40)로 되돌리고, 이 과정에서도 냉각수는 배터리셀(10)을 냉각시킨다.
제2헤더(50)는 배터리셀(10)을 기준으로 제1헤더(40)와 반대되는 곳에 위치한다. 또한 제2헤더(50)는 상기 한 쌍의 튜브(30) 모두와 연통한다.
상기 수냉식 배터리 냉각장치는 공냉식 배터리 냉각장치에 비해 높은 냉각효율을 갖는다. 그러나 상기 수냉식 배터리 냉각장치에 의하면 배터리셀을 장착하는 과정이 공냉식 배터리 냉각장치보다 번거롭고 어려운 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 공냉식 배터리 냉각장치에 비해 높은 냉각효율을 보유함과 동시에 배터리셀의 장착을 종래의 수냉식 배터리 냉각장치에 비해 보다 용이케 하는 배터리 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 배터리셀(110)을 수용하는 케이스를 포함하는 배터리 냉각장치이다. 여기서, 상기 케이스는 사출성형된 수지재질로 이루어진다. 그리고 상기 케이스는 상기 복수의 배터리셀(110)의 측면들과 접촉하는 측면부(120); 상기 측면부(120)의 일단에 구비되고, 상기 배터리셀(110)의 삽입을 위해 삽입구(132)를 구비한 제1탱크(130); 상기 측면부(120)의 반대단에 구비되고, 상기 배터리셀(110)과 접촉하는 제2탱크(140); 상기 제1탱크(130)에 구비된 제1냉각수유로(134); 상기 제2탱크(140)에 구비된 제2냉각수유로(144); 및 상기 제1냉각수유로(134) 및 제2냉각수유로(144)와 연통하도록 상기 측면부(120)에 구비된 제3냉각수유로(126);를 포함한다.
상기 측면부(120)는 외벽(122) 및 상기 외벽(122)에 의해 형성된 공간을 복수로 구획하는 격벽(124)을 포함하고, 상기 제3냉각수유로(126)는 복수로 이루어져 상기 외벽(122) 및 격벽(124) 모두에 구비된다.
상기 제3냉각수유로(126)는 번갈아 나열된 복수의 골과 마루를 연결한 형태의 단면을 갖고, 상기 제1냉각수유로(134) 및 제2냉각수유로(144) 각각은 상기 복수의 제3냉각수유로(126) 모두와 연통하는 하나의 공간으로 이루어진다.
상기 측면부(120)의 양단에는 제1돌출부(136) 및 제2돌출부(146)가 각각 구비되고, 상기 제1돌출부(136)는 상기 제1냉각수유로(134)에 삽입되어 상기 제1냉각수유로(134)의 내면과 접촉하고, 상기 제2돌출부(146)는 상기 제2냉각수유로(134)에 삽입되어 상기 제2냉각수유로(144)의 내면과 접촉한다.
본 발명에 의하면, 배터리셀을 내장하는 케이스에 냉각수 유로가 형성되고 상기 케이스의 일측면에 배터리셀의 삽입 및 인출을 위한 삽입구가 형성된다. 따라서 본 발명은 종래의 공냉식 배터리 냉각장치에 비해 높은 냉각효율을 보유함과 동시에 종래의 수냉식 배터리 냉각장치에 비해 배터리셀의 장착을 보다 용이케 한다.
도 1은 종래의 공냉식 배터리 냉각장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 종래의 수냉식 배터리 냉각장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 냉각장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A'에 따른 종단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B'에 따른 종단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 배터리 냉각장치의 횡단면도이다.
도 7은 도 6의 변형예를 도시한 횡단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 배터리 냉각장치의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 배터리 냉각장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리셀(110)을 내장한 케이스로 이루어진다. 그리고 상기 케이스는, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 측면부(120)와, 제1탱크(130)와, 제2탱크(140)와, 냉각수유로를 포함한다.
상기 측면부(120)는 외벽(122) 및 복수의 격벽(124)을 포함한다. 상기 외벽(122)은 복수의 배터리셀(110) 중 최외곽에 위치하는 것들의 세 측면, 그리고 나머지 배터리셀(110)들의 두 측면과 접촉하도록 구비된다. 상기 격벽(124)은 외벽(122)에 의해 형성된 공간을 복수의 공간으로 구획하고, 상기 최외곽 배터리셀(110) 이외의 배터리셀들(110)의 두 측면과 접촉하도록 구비된다.
상기 제1탱크(130)는 상기 측면부(120)의 상단에 구비된다. 그리고 제1탱크(130)는 상기 복수의 격벽(124) 및 외벽(122)에 의해 형성된 공간과 연통하는 복수의 삽입구(132)를 포함한다. 상기 삽입구(132)로 인해 배터리셀(110)의 인입 및 인출이 용이하게 이루어질 수 있다. 한편, 상기 제2탱크(140)는 상기 측면부(120)의 하단에 구비되고, 배터리셀(110)과 접촉한 상태로 배터리셀(110)을 지지한다.
상기 냉각수유로는 배터리셀(110)을 냉각시키기 위해 상기 케이스로 유입된 후 다시 상기 케이스로부터 유출되는 냉각수의 이동로로서, 제1냉각수유로(134)와, 제2냉각수유로(144)와, 복수의 제3냉각수유로(126)를 포함한다.
상기 복수의 제3냉각수유로(126)는 배터리셀(110)의 높이방향을 따라 연장하도록 상기 측면부(120)에 구비된 유로이다. 냉각수는 상기 제3냉각수유로(126)를 따라 이동하는 동안 배터리셀(110)을 냉각시키게 된다. 한편, 냉각수와 배터리셀(110) 간의 열교환 효율 향상을 위해 상기 제3냉각수유로(126)는 외벽(122)과 복수의 격벽(124) 모두에 구비된다.
상기 제3냉각수유로(126)는 다양한 형상으로 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 제3냉각수유로(126)는 원 형태, 삼각형 형태, 사각형 형태 등의 단면을 갖도록 구비될 수 있다. 그러나 제3냉각수유로(126)의 표면적 증가를 위해 상기 제3냉각수유로(126)는 도 7에 도시된 바와 같이 번갈아 위치하는 골과 마루를 연결한 형태의 단면을 갖는 것이 바람직하다. 상기 제3냉각수유로(126)의 표면적 증가는 냉각수와 배터리셀(110) 간의 열교환 효율을 향상시킨다.
상기 제1냉각수유로(134)는 제1탱크(130)의 내부에 구비된 유로로서, 상기 복수의 제3냉각수유로(126)와 연통한다. 상기 제1냉각수유로(134)는 복수로 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 제1냉각수유로(134)는 상기 격벽(124)의 상단과 맞닿는 부위들 각각에 하나씩 형성되고, 상기 외벽(122)의 부위 중 상기 격벽(124)과 평행한 부위의 상단과 맞닿는 부위들 각각에 하나씩 형성될 수 있다.
그러나 이와 같은 경우에는 상기 제1냉각수유로(134)와 제1탱크(130)의 외부공간을 연통시키는 제1홀(150)이 복수로 구비되어야 하는 문제가 발생한다. 도 3의 경우 상기 제1홀(150)은 5개로 구비되어야 한다. 또한 외벽(122)의 부위 중 격벽(124)과 수직한 부위에 형성되는 제3냉각수유로(126)의 개수가 상기 제1홀(150)의 개수와 동일하게 한정되어야 하는 문제가 발생한다. 이 문제는 냉각수와 배터리셀(110) 간의 열교환 효율 향상에 한계를 부여한다.
이러한 문제점들을 고려하여 보았을 때 상기 제1냉각수유로(134)는 외벽(122) 및 격벽(124)에 구비된 복수의 제3냉각수유로(126) 모두와 연통하는 하나의 공간으로 구비됨이 바람직하다. 이와 같은 경우, 제1홀(150)이 하나로 구비되어도 되기 때문에 제1탱크(130)의 제조가 간단하여 지고, 외벽(122)의 부위 중 격벽(124)과 수직한 부위에 형성되는 제3냉각수유로(126)의 개수가 한정되지 않기 때문에 냉각수와 배터리셀(110) 간의 열교환 효율이 보다 향상될 수 있다.
상기 제2냉각수유로(144)는 제2탱크(140)의 내부에 구비된 유로로서, 상기 복수의 제3냉각수유로(126)와 연통한다. 상기 제2냉각수유로(144)는 복수로 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 제2냉각수유로(144)는 상기 격벽(124)의 하단과 맞닿는 부위들 각각에 하나씩 형성되고, 상기 외벽(122)의 부위 중 상기 격벽(124)과 평행한 부위의 하단과 맞닿는 부위들 각각에 하나씩 형성될 수 있다.
그러나 이와 같은 경우에는 상기 제2냉각수유로(144)와 제2탱크(140)의 외부공간을 연통시키는 제2홀(160)이 복수로 구비되어야 하는 문제가 발생한다. 도 3의 경우 상기 제2홀(160)은 5개로 구비되어야 한다. 또한 냉각수가 제2탱크(140)에서 배터리셀(110)의 나열방향을 따라서는 흐르지 않기 때문에 냉각수와 배터리셀(110) 간의 열교환 효율을 향상시킴에 있어 한계가 있다.
이러한 문제점들을 고려하여 보았을 때 상기 제2냉각수유로(144)는 외벽(122) 및 격벽(124)에 구비된 복수의 제3냉각수유로(126) 모두와 연통하는 하나의 공간으로 구비됨이 바람직하다. 이와 같은 경우, 제2홀(160)이 하나로 구비되어도 되기 때문에 제2탱크(140)의 제조가 간단하여 지고, 냉각수가 제2탱크(140)에서 배터리셀(110)의 나열방향을 따라서도 흐르기 때문에 냉각수와 배터리셀(110) 간의 열교환 효율이 보다 향상될 수 있다.
상기 측면부(120)와, 제1탱크(130)와, 제2탱크(140)는 모두 수지재질로 이루어지고, 각각 사출성형으로 제조된다. 제조된 제1탱크(130)는 제조된 측면부(120)의 상단에 결합된 후 융착을 통해 고정되고, 제조된 제2탱크(130)는 제조된 측면부(120)의 하단에 결합된 후 융착을 통해 고정된다.
제1탱크(130)와 측면부(120)의 결합은 상기 제3냉각수유로(126)의 입구 주변에 위치하도록 측면부(120)의 상단에 구비된 제1돌출부(136)가 제1냉각수유로(134)의 내면과 면접하도록 상기 제1냉각수유로(134)에 삽입됨으로써 이루어진다. 그리고 제2탱크(140)와 측면부(120)의 결합은 상기 제3냉각수유로(126)의 출구 주변에 위치하도록 측면부(120)의 하단에 구비된 제2돌출부(146)가 제2냉각수유로(144)의 내면과 면접하도록 상기 제2냉각수유로(144)에 삽입됨으로써 이루어진다. 상기 제1돌출부(136) 및 제2돌출부(146)로 인해 측면부(120)에 대한 탱크들(130, 140)의 결합이 위치 오차 없이 용이하게 이루어질 수 있다.
이하, 상기 배터리 냉각장치(100)의 작동 과정을 설명한다.
제1홀(150)을 거쳐 제1탱크(130)로 유입된 냉각수는 제1냉각수유로(134)에 고르게 퍼지면서 배터리셀(110)을 1차로 냉각시킨다. 이후 냉각수는 측면부(120)에 구비된 복수의 제3냉각수유로(126)를 따라 제2탱크(140)로 이동하고, 이 과정에서 냉각수는 배터리셀(110)을 2차로 냉각한다. 상기 복수의 제3냉각수유로(126)를 빠져나온 냉각수는 제2탱크(140)에 도달하여 제2냉각수유로(144)를 따라 이동하고, 이 과정에서 냉각수는 배터리셀(110)을 3차로 냉각한다. 이후 냉각수는 제2홀(160)을 거쳐 외부로 배출된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 배터리 냉각장치 110 : 배터리셀
120 : 측면부 122 : 외벽
124 : 격벽 126 : 제3냉각수유로
130 : 제1탱크 132 : 삽입구
134 : 제1냉각수유로 136 : 제1돌출부
140 : 제2탱크 144 : 제2냉각수유로
146 : 제2돌출부 150 : 제1홀
160 : 제2홀

Claims (5)

  1. 복수의 배터리셀(110)을 수용하는 케이스를 포함하는 배터리 냉각장치에 있어서,
    상기 케이스는 사출성형된 수지재질로 이루어지고,
    상기 복수의 배터리셀(110)의 측면들과 접촉하는 측면부(120);
    상기 측면부(120)의 일단에 구비되고, 상기 배터리셀(110)의 삽입을 위해 삽입구(132)를 구비한 제1탱크(130);
    상기 측면부(120)의 반대단에 구비되고, 상기 배터리셀(110)과 접촉하는 제2탱크(140);
    상기 제1탱크(130)에 구비된 제1냉각수유로(134);
    상기 제2탱크(140)에 구비된 제2냉각수유로(144); 및
    상기 제1냉각수유로(134) 및 제2냉각수유로(144)와 연통하도록 상기 측면부(120)에 구비된 제3냉각수유로(126);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측면부(120)는 외벽(122) 및 상기 외벽(122)에 의해 형성된 공간을 복수로 구획하는 격벽(124)을 포함하고, 상기 제3냉각수유로(126)는 복수로 이루어져 상기 외벽(122) 및 격벽(124) 모두에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3냉각수유로(126)는 번갈아 나열된 복수의 골과 마루를 연결한 형태의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1냉각수유로(134) 및 제2냉각수유로(144) 각각은 상기 복수의 제3냉각수유로(126) 모두와 연통하는 하나의 공간으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측면부(120)의 양단에는 제1돌출부(136) 및 제2돌출부(146)가 각각 구비되고, 상기 제1돌출부(136)는 상기 제1냉각수유로(134)에 삽입되어 상기 제1냉각수유로(134)의 내면과 접촉하고, 상기 제2돌출부(146)는 상기 제2냉각수유로(134)에 삽입되어 상기 제2냉각수유로(144)의 내면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치.
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