KR20130053790A - 배터리팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리팩에 관한 것으로서, 일면의 일정영역이 천공된 제 1통기부가 형성된 케이스; 적어도 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하여 상기 케이스의 내부에 구비되는 배터리팩; 및 일단의 일정영역이 천공되어 형성된 제 2통기부와 상기 제 2통기부로부터 일정 간격을 두고 서로 대향하는 내부면에서 서로 대향하는 방향으로 교대로 소정의 길이로 돌출 형성되는 차단부와 타단에 개구되어 형성된 제 3통기부로 이루어지는 덕트 커버;를 포함한다.

Description

배터리팩{Battery Pack}
본 발명은 배터리팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리팩의 냉각 성능을 높이면서도 배터리팩의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 장치가 구비된 배터리팩에 관한 것이다.
내연기관의 발명에 의해 출현하게 된 자동차는 인류의 생활에 없어서는 아니 되는 필수품이긴 하나 환경오염의 주범 및 막대한 에너지의 소비에 의한 에너지 고갈 문제를 초래하게 되었으며, 내연기관을 동력으로 하는 자동차 대신 전기나 수소연료 또는 내연기관과 이들을 조합한 하이브리드 자동차가 개발되어 사용되고 있는 추세에 있다.
하이브리드 자동차는 크게 세 종류로 나뉠 수 있는데, 첫 번째는 열이나 화학반응 등으로 직접 전기를 발생하는 연료전지나 태양전지 등을 사용하는 것으로, 태양전지로 달리는 자동차가 유망하긴 하지만 평균시속이 느리기 때문에 보다 고성능의 태양전지 개발이 요구되고 있다. 두 번째는 축전지에 미리 비축한 전력으로 달리는 차인데, 이 자동차는 전기모터를 사용하므로 소음과 진동이 발생하지 않고 배기가스를 내뿜지 않으므로 대기를 오염시키는 일도 없으며, 중량에 대해 출력이 충분하면 변속기를 내장하고 있는 것이나 다름없이 별도의 클러치나 변속기를 필요로 하지 않아 운전이 매우 쉬운 반면, 전지의 축전 능력에 한계가 있고, 크고 무거우며, 1회 충전 당 주행거리가 짧다. 세 번째는 축전지식 자동차를 보충하는 방법으로 소형의 가솔린 기관을 싣고 항상 정속으로 발전하여 축전지에 충전하면서 달리는 하이브리드방식인데, 발전용 가솔린 기관은 상대적으로 작고 또 정속운전을 하므로 연료 소모량도 적으며 배기가스 대책도 세우기 쉽다.
하이브리드 자동차는 차량의 동력원으로 충전과 방전이 가능한 이차전지를 사용한다. 동력원으로서의 이차전지는 니켈 금속수소전지를 주로 사용하고 있지만, 리튬 이온전지도 사용하고 있다.
또한, 이차전지가 하이브리드 자동차의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되기 때문에 다수의 소형이차전지(단위전지)들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 모듈을 형성하고 이러한 배터리모듈을 다수 개 병렬 또는 직렬로 연결하여 하나의 배터리팩을 구성하여 사용한다.
그러나 배터리팩의 내부에 형성된 다수의 소형이차전지는 충전과 방전의 과정에서 다량의 열이 발생된다.
이를 해결하기 위해, 한국 공개특허 2008-0053717의 하이브리드 전기 차량의 배터리 온도 및 습도 조절 장치는 배터리 시스템 내에 설치된 온도센서 및 습도센서의 신호로부터 배터리 시스템 내 온, 습도 상황을 판단하여 각 상황에 따라 에어컨 및 가열수단(열선)의 작동상태를 제어해주고, 배터리팩의 온도 조절 및 제습기에 의한 습도 조절을 수행함으로써, 배터리 시스템 주변 환경 및 운전조건(초기 시동/운전 중)에 관계없이 배터리팩의 온도 및 습도를 일정 온도 범위로 유지시키고, 배터리 충/방전 효율을 최적화시키는 하이브리드 전기 차량의 배터리 온도 및 습도 조절 장치를 제공하는 기술을 제시하였다.
그러나 종래기술은 배터리팩의 많은 부분이 노출되어 있기 때문에 수분 및 먼지 같은 이물질이 배터리팩의 내부로 쉽게 유입될 수 있으며, 유입된 이물질이 배터리팩의 내부에 과도하게 적층됨으로써, 배터리팩에 설치된 배선과 회로기관에 오작동 내지 단락을 유발하는 문제점이 있다.
또한, 종래기술은 단순히 충전과 방전의 과정에서 다량의 열을 제거하기 위한 구조로서, 내부로 유입되는 이물질을 제거할 수 없음에 따라. 냉각 공기의 유동이 원활하지 않는 문제점이 있다.
한국공개특허 2008-0053717(2008.06.16)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 배터리팩의 냉각 성능 효율을 높이면서 배터리팩의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 배터리팩을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리팩은, 일면의 일정영역이 천공된 제 1통기부가 형성된 케이스; 적어도 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하여 상기 케이스의 내부에 구비되는 배터리팩; 및 일단의 일정영역이 천공되어 형성된 제 2통기부와 상기 제 2통기부로부터 일정 간격을 두고 서로 대향하는 내부면에서 서로 대향하는 방향으로 교대로 소정의 길이로 돌출 형성되는 차단부와 타단에 개구되어 형성된 제 3통기부로 이루어지는 덕트 커버;를 포함한다.
또한, 상기 덕트 커버는 상기 제 2통기부와 상기 제 1통기부가 서로 마주보며 상기 제 1통기부의 외측에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차단부는 상기 제 2통기부와 일정 간격을 두고 덕트 커버 내부의 일측면에서 돌출 형성된 제 1차단막, 상기 제 1차단막의 하측으로 일정 간격을 두고 덕트 커버 내부의 타측면에 돌출 형성된 제 2차단막으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1차단막 및 상기 제 2차단막은 상기 덕트 커버의 내측면과 60°~120°의 각도를 두고 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다,
또한, 상기 제 1차단막 및 제 2차단막은 상기 제 2통기부의 다른 일단으로부터 상기 제 1차단막까지의 상하간격(A) 및 상기 제 1차단막으로부터 상기 제 2차단막까지의 상하간격(B)의 비가 0.4×n:1.0×n(A:B)~0.4×n:1.5×n(A:B) 로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 n은 1~10인 정수인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 배터리팩은, 배터리팩을 둘러싸는 케이스의 천공된 제 1통기부에 덕트 커버를 장착함으로서, 수분 및 먼지 같은 이물질이 배터리팩의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리팩은 덕트 커버의 내부에 지그재그 형태로 돌출 형성되는 제 1, 2 차단막을 구성하여 배터리팩의 온도가 최저가 되는 지점에 배치함으로써, 배터리팩의 냉각 성능 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 덕트 커버의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1차단막 및 제 2차단막의 상하간격에 따른 유동 해석 그래프.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩의 평면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리팩(1000)는 크게 케이스(100), 케이스(100)의 내부에 구비되는 배터리팩(200), 케이스(100)에 장착되는 덕트 커버(300)로 구성된다.
케이스(100)는 공기가 유입 또는 유출될 수 있도록 일면의 일정영역이 천공된 제 1통기부(110)가 형성된다.
또한, 제 1통기부(110)는 케이스(100)의 우측면에 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정 하지 않고, 좀 더 다양한 위치로도 적용이 가능하다.
배터리팩(200)은 직렬 연결 또는 병렬 연결된 다수개의 배터리모듈(210)이 일정한 간격을 두고 병렬 배치되어 형성되며, 케이스(100)의 내부에 구비된다.
덕트 커버(300)는 공기가 이동할 수 있도록 내부가 중공 되며, 상측면이 우측으로 갈수록 낮아지는 사각통형으로 형성된다.
또한, 덕트 커버(300)는 좌측면 상측의 일정영역이 천공된 제 2통기부(310)와, 하측면이 개구된 제 3통기부(330)가 형성된다.
또한, 제 2통기부(310)는 외부로부터의 이물질 유입을 막을 수 있는 공기 필터가 구비될 수 있다.
또한, 덕트 커버(300)는 제 2통기부(310)와 제 1통기부(110)가 서로 마주보며 제 2통기부(310)가 형성된 좌측면이 케이스(100)의 제 1통기부(110)가 형성된 일면의 외측에 장착된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 배터리팩(1000)은 배터리팩(200)를 둘러싸는 케이스(100)의 천공된 제 1통기부(110)에 덕트 커버(300)를 장착함으로서, 수분 및 먼지 같은 이물질이 배터리팩(200)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 덕트 커버(300)의 내부면에는 제 2통기부(310)로부터 일정 간격을 두고 서로 대향하는 내부면에서 서로 대항하는 방향으로 교대로 소정의 길이로 돌출 형성되는 차단부(320)가 형성되며, 차단부(320)는 제 1차단막(321) 및 제 2차단막(322)으로 구성된다.
제 1차단막(321)은 덕트 커버(300) 내부의 좌측면 상측에 형성된 제 2통기부(310)로부터 일정 간격 떨어진 덕트 커버(300) 내부의 좌측면에서 60°~120°의 각도를 두고 판형태로 돌출 형성된다.
제 2차단막(322)은 제 1차단막(321)로부터 하측으로 일정 간격 떨어진 덕트 커버(300) 내부의 우측면에서 60ㅀ~120ㅀ의 각도를 두고 판형태로 돌출 형성된다.
이 때, 제 2차단막(322)은 덕트 커버(300)의 외부 공기와 노출된 제 3통기부(330)와 가깝게 형성되어 이물질의 유입을 1차적으로 막는 역할을 하며, 제 1차단막(321)은 케이스(100)의 천공된 제 1통기부(110)와 가깝게 형성되어 이물질의 유입을 2차적으로 막는 역할을 한다.
또한, 차단부(320)는 2개의 차단막으로 한정하지 않고, 적어도 2개 이상의 차단막이 서로 대향하는 내부면에서 서로 대향하는 방향으로 교대로 소정의 길이로 판형태로 돌출 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 덕트 커버의 단면도이다.
덕트 커버(300)의 내부에 형성된 제 1차단막(321) 및 제 2차단막(322)의 각 위치는 배터리 팩의 냉각 성능에 많은 영향을 끼치는데, 이는 제 1차단막(321) 및 제 2차단막(322)이 덕트 커버(300)의 내부에 형성된 위치에 따라, 냉각 공기의 유동 흐름이 변화하기 때문이다.
그러므로 배터리팩(200)의 냉각 성능을 향상시키기 위해서는 제 1차단막(321) 및 제 2차단막(322)은 제 2통기부(310)의 다른 일단으로부터 제 1차단막(321)까지의 상하간격(A) 및 제 1차단막(321)으로부터 제 2차단막(322)까지의 상하간격(B)의 비가 중요하다
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1차단막 및 제 2차단막의 상하간격에 따른 유동 해석 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1차단막(321) 및 제 2차단막(322)이 형성된 위치에 따른 유체 흐름에 대해 아래의 실험 예를 통해 설명하기로 한다.
배터리팩(200)에 덕트 커버(300)를 장착하여 냉각 공기가 유동되도록 구성하고, 열유동 해석(Icepark, ANSYS Fluent Solver)를 통해 케이스(100) 내부에 구비된 배터리모듈(210)의 온도변화를 제 1차단막(321) 및 제 2차단막(322)이 형성된 위치를 변화시켜 가면서 분석을 실시하였다.
열유동 해석 결과, 도 4의 그래프를 참조하면, 제 1차단막(321) 및 제 2차단막(322)은 제 2통기부(310)의 다른 일단으로부터 제 1차단막(321)까지의 상하간격(A) 및 제 1차단막(321)으로부터 제 2차단막(322)까지의 상하간격(B)의 비가 0.4×n:1.0×n(A:B)~0.4×n:1.5×n(A:B)이고, n은 1~10인 정수로 형성되는 것이 케이스(100) 내부에 구비된 배터리모듈(210)의 온도가 가장 낮을 것을 알 수 있다.
그러므로 제 1차단막(321) 및 제 2차단막(322)은 제 2통기부(310)의 다른 일단으로부터 제 1차단막(321)까지의 상하간격(A) 및 제 1차단막(321)으로부터 제 2차단막(322)까지의 상하간격(B)의 비가 0.4×n:1.0×n(A:B)~0.4×n:1.5×n(A:B)이고, n은 1~10인 정수로 형성되는 것이 배터리팩(200)의 냉각 성능을 향상 시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 덕트 커버(300)의 내부에 지그재그 형태로 형성되는 제 1, 2차단막(321, 322)을 온도가 최저가 되는 지점에 배치함으로써, 배터리팩(200)의 냉각 성능 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 본 발명의 배터리팩
100 : 케이스 110 : 제 1통기부
200 : 배터리팩 210 : 배터리모듈
300 : 덕트 커버 310 : 제 2통기부
320 : 차단부 321 : 제 1차단막
322 : 제 2차단막 330 : 제 3통기부

Claims (6)

  1. 일면의 일정영역이 천공된 제 1통기부가 형성된 케이스;
    적어도 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하여 상기 케이스의 내부에 구비되는 배터리팩; 및
    일단의 일정영역이 천공되어 형성된 제 2통기부와 상기 제 2통기부로부터 일정 간격을 두고 서로 대향하는 내부면에서 서로 대향하는 방향으로 교대로 소정의 길이로 돌출 형성되는 차단부와 타단에 개구되어 형성된 제 3통기부로 이루어지는 덕트 커버;를 포함하는 배터리팩.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 덕트 커버는
    상기 제 2통기부와 상기 제 1통기부가 서로 마주보며 상기 제 1통기부의 외측에 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 차단부는
    상기 제 2통기부와 일정 간격을 두고 덕트 커버 내부의 일측면에서 돌출 형성된 제 1차단막, 상기 제 1차단막의 하측으로 일정 간격을 두고 덕트 커버 내부의 타측면에 돌출 형성된 제 2차단막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1차단막 및 상기 제 2차단막은
    상기 덕트 커버의 내측면과 60°~120°의 각도를 두고 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 제 1차단막 및 제 2차단막은
    상기 제 2통기부의 다른 일단으로부터 상기 제 1차단막까지의 상하간격(A) 및 상기 제 1차단막으로부터 상기 제 2차단막까지의 상하간격(B)의 비가 0.4×n:1.0×n(A:B)~0.4×n:1.5×n(A:B) 로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 n은
    1~10인 정수인 것을 특징으로 하는 배터리팩.
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