KR20130076661A

KR20130076661A - 전기자동차의 배터리 냉각 시스템

Info

Publication number: KR20130076661A
Application number: KR1020120005041A
Authority: KR
Inventors: 주은아; 이현주; 정혜문
Original assignee: 주식회사 피엠그로우
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2013-07-08
Also published as: KR101306575B1

Abstract

본 발명은 전기자동차 배터리의 공랭식 냉각 시스템에 관한 기술이다. 특히, 본 발명의 냉각시스템은 대형 버스와 같은 지붕에 설치되는 배터리 모듈의 냉각에 적합한 기술로서, 전기자동차의 실내 공기와 방열판을 이용하여 배터리 모듈의 냉각을 실행하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차의 배터리 냉각 시스템{SYSTEM FOR COOLING BATTERY OF ELECTRIC CAR}

본 발명은 전기자동차의 배터리 냉각 시스템에 관한 기술로서, 보다 구체적으로는 전기자동차의 외부 공기가 아닌 전기자동차의 실내 공기를 강제 이송시켜 배터리를 냉각시키는 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전기자동차의 실내 공기를 강제 이송시킬 뿐만 아니라, 배터리 모듈 위에 방열판을 설치함으로써, 효율적으로 배터리모듈로부터 열을 흡수하여 제거하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 오늘날의 자동차는 휘발유를 그 연료로 하는 가솔린 엔진 및 경유를 연료로 하는 디젤 엔진이 일반적이나, 디젤 및 가솔린 엔진을 장착한 자동차의 배기가스로 인한 대기 오염이 날로 심각해짐에 따라 배기가스의 발생이 없는 전기 자동차에 대한 관심이 날로 지대해지고 있으며, 이에 대한 연구 및 개발이 급속히 진행되고 있다.

한편, 기존의 전기 자동차의 배터리 팩은 차체 하부의 전방부와 중앙부 및 트렁크 쪽에 각각 분산되어 설치된다. 또한, 대형차의 경우 차의 지붕 위에 설치되기도 한다. 이와 같이 각각 분산 설치되는 배터리 팩은 일정 개수의 배터리 모듈로 구성된다. 따라서, 배터리 팩을 구성하는 각 배터리 모듈은 전기 자동차의 구동시 동력원으로 작용하게 되며, 이때 배터리 모듈에서는 방전 작용에 따라 열이 발생하게 되는데, 배터리 모듈이 과열될 경우에는 배터리의 성능에 나쁜 영향을 미치게 되므로 배터리 모듈이 과열되지 않고 제대로 성능을 유지하도록 적절히 냉각시켜줄 필요가 있다. 즉, 배터리 모듈의 온도가 65℃ 이상으로 상승하면 배터리 모듈에 손상 및 수명 저하를 야기하게 되며, 55℃ 이상 65℃ 이하일 경우에는 성능의 손실(55℃에서 80％)을 가져오게 된다. 이에 따라, 배터리 모듈의 온도를 45℃ 이하로 유지해야만 배터리의 성능 손실이 없을 뿐만 아니라 최대 수명을 유지할 수 있다.

그러나 종래 전기자동차의 배터리 모듈의 냉각 방식은 물을 사용하는 수랭식이 사용되었으나, 수랭식의 경우 물을 순환하여 주어야 하기 때문에 구조가 복잡해지고, 누수의 위험이 있다. 한편, 수랭식과는 달리 공기를 이용한 공랭식도 사용되고 있는데, 효율적으로 공기와 배터리 모듈과의 열전달을 위한 다양한 구조가 제시되었으나, 대부분 비용이 고가이거나 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 구조가 간단하고 냉각 효율이 우수한 전기자동차 배터리의 공랭식 냉각 시스템을 제공하는 데 있다. 특히, 본 발명의 목적은 습도에 민감한 배터리의 냉각을 위하여 습도가 높은 실외 공기에 비하여 습도가 일정하게 조절되었을 뿐만 아니라, 매연 등의 오염물질이 상대적으로 적은 실내 공기를 이용하여 전기자동차 배터리의 냉각을 가능하도록 하는 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명은 전기자동차의 배터리를 냉각하기 위한 시스템에 있어서, 전기자동차의 실내 공기가 유입되는 덕트; 상기 덕트의 전단에 설치되어 전기자동차의 실내 공기를 덕트로 강제 송풍시키기 위한 블로워; 및 상기 덕트의 후단과 연통되며, 배터리 모듈이 내장된 배터리케이스를 포함하여 이루어지며, 상기 배터리케이스는 케이스몸체와 케이스덮개로 이루어지며, 상기 케이스몸체의 일 측면에는 상기 덕트와 연통되는 실내 공기유입구가 구비되며, 케이스몸체 타 측면에는 실내 공기배출구가 구비되고, 상기 배터리모듈의 상부에서 열을 흡수하기 위한 실내 공기가 흐를 수 있는 공간을 제공하는 상부유로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 냉각 시스템을 제공한다.

특히, 상기 배터리케이스에는 한 개 이상의 덕트 및 블로워가 설치될 수도 있다.

특히, 상기 덕트 내부에 제습을 위한 제습장치가 더 구비될 수 있다.

특히, 상기 배터리모듈 위에 방열판이 더 구비되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 방열판에는 방열핀이 더 구비되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 하부케이스는 하나 이상의 측면케이스와 바닥케이스로 이루어질 수 있다.

특히, 상기 덕트 및 블로워는 전기자동차의 지붕에 고정형이며, 상기 배터리케이스는 전기자동차의 지붕과는 탈착형인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 전기자동차의 실내 공기를 이용하여 배터리 모듈 상부에서 배터리로부터 발생하는 열을 제거하는 효율적인 방법을 제공할 수 있다. 이는 실내 공기의 경우 여름철에 사용하는 에어컨으로 인하여 습도가 조절되었으므로, 이러한 습도가 조절된 공기를 배터리의 냉각에 사용하는 경우 습도로 인한 배터리 성능 저하를 막을 수 있는 장점이 있다. 또한, 방열판을 사용함으로써, 종래 공랭식에 비하여 배터리로부터 열을 효율적으로 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 4 실시예를 설명하는 도면이다.

본 발명은 버스와 같은 대형 전기자동차의 지붕에 설치되는 배터리모듈의 냉각을 위한 시스템이다. 실외 공기를 배터리모듈의 냉각을 위하여 사용할 수는 있으나, 이는 습도에 민감한 배터리모듈에 나쁜 영향을 줄 수 있으므로, 상대적으로 습도 및 온도가 조절된 실내 공기를 배터리모듈의 냉각에 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 차량으로부터 분리 가능한 배터리케이스를 사용함으로써, 배터리케이스만을 분리하여 교체하는 것이 용이한 것을 특징으로 한다. 또한, 방열판을 배터리모듈 위에 접촉설치함으로써, 배터리로부터 발생하는 열을 효율적으로 흡수하여 상부에 흐르는 실내 공기로 열을 발산할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 한 개 이상의 덕트를 설치함으로써, 실내 공기를 흡입하는 위치를 다양화할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 전기자동차 실내의 공기를 배터리모듈의 냉각에 사용하기 위하여, 전기자동차의 실내와 연결된 덕트(20)와, 배터리모듈이 내장된 배터리케이스(10) 및 상기 덕트(20)에 전기자동차의 실내 공기를 강제 송풍하기 위한 블로워(30)를 포함하여 이루어진다.

이하 도면을 참고하면서 본 발명에 대하여 설명하기로 한다.

제 1 실시예

도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 전기자동차 배터리의 냉각 시스템의 도면이다. 본 발명의 냉각 시스템이 대상으로 하는 전기자동차(40)는 대형 버스와 같이 지붕 위에 배터리모듈이 설치되는 경우에 적용되는 것이 바람직하나, 지붕이 아니더라도 전기자동차의 하부 샤시나 트렁크에 적용할 수도 있다.

제 1 실시예에 의한 배터리 냉각 시스템은 배터리케이스(10), 덕트(20) 및 블로워(30)로 이루어져 있다.

배터리케이스(10)

본 발명의 배터리케이스(10)는 케이스몸체(16)와 케이스덮개(13)로 이루어진다. 전체적인 외관 형상은 사각형 가방(트렁크) 형태를 기본으로 한다. 하부 및 측면의 역할을 하는 케이스몸체(16)는 하나 이상의 측면케이스와 바닥케이스로 이루어질 수도 있으며, 하나의 구조체일 수도 있다. 특히 케이스몸체(16)의 하부에는 지게차를 이용하여 배터리케이스의 운반이 가능하도록 2개 이상의 홈 형태의 이동가이드부(도면 미도시)를 더 구비할 수 있다.

상기 케이스몸체(16)의 일 측면에는 상기 덕트와 연통되는 실내 공기유입구(11)가 구비된다. 실내 공기유입구(11)는 덕트(20)와 연통되어, 덕트(20)로 유입된 전기자동차의 실내 공기가 배터리케이스(10) 내부로 유입되도록 개방된 통공 구조를 갖는다.

한편, 배터리케이스(10)의 내부에는 다수개의 배터리모듈(40)이 일정한 패턴을 가지고 배열되어 있다. 이러한 배터리모듈(40)에서 발생하는 열을 제거하여 배터리의 성능을 일정하게 유지하기 위하여, 냉각이 필요한데, 본 발명에서는 습도가 조절된 전기자동차의 실내 공기를 이용하여 배터리를 냉각하는 것을 특징으로 한다. 습도는 여름철이 문제가 되는데, 실내의 경우 에어컨의 가동으로 습도가 대기보다 낮을 뿐만 아니라, 온도도 대기 중의 공기에 비하여 낮으므로 배터리의 냉각에 적합하다. 덕트(20)를 지나 배터리케이스(10)의 실내 공기유입구(11)로 유입된 실내 공기는 배터리모듈의 상부에 형성된 공기의 통로 역할을 하는 공간을 제공하는 상부유로(14)를 통하여 흐르면서 배터리로부터 열을 흡수한 후, 실내 공기배출구(12)를 통하여 대기 중으로 방출된다.

케이스몸체(16)의 덕트와 반대쪽 측면에는 실내 공기배출구(12)가 구비되어, 덕트(20)로부터 유입되어 상부유로(14)를 통하여 배터리모듈로부터 열을 흡수한 공기가 대기로 배출된다. 실내 공기유입구(11)는 덕트와 연결되므로 비와 눈 등의 대기 중의 물질이 들어올 염려가 없지만, 실내 공기배출구(12)는 대기에 바로 노출되므로 비와 눈 등의 대기 중 오염물질에 노출되어 실내 공기배출구(12)를 통하여 배터리케이스(10) 내부로 유입될 수 있으므로, 하나의 통공 형태가 아닌 격자 형태로 다수의 통공으로 이루어져, 오염 물질의 유입을 최소화하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상부유로(14)의 후단에는 배터리모듈(40)과 실내 공기배출구(12) 사이에 위치하는 배출공간(15)을 더 갖는 것이 바람직하다. 이는 실내 공기배출구(12)가 배터리몸체(16)의 측면에 수직 및 수평방향으로 길게 배치되어 있는데, 상부유로(14)는 실내 공기배출구(12)의 상부에만 위치하고 있으므로, 상부유로(14)를 지난 공기가 실내 공기배출구(12)의 빠져나가기 원활하도록 일종의 여유 공간으로서 배출공간(15)을 더 갖는 것이 바람직하다.

덕트(20) 및 블로워 (30)

도 1과 같이 본 발명의 덕트(20)는 전기자동차(50)의 지붕 위에 설치되며, 전기자동차(50)의 실내 공기를 배터리케이스(10)로 이송하기 위한 중간 배관 역할을 한다. 덕트(200)는 도 1과 같이 "ㄱ"자 형태로 한 번 꺾인 형태가 바람직하나, 일자형 덕트가 배터리케이스(10)와 차량(50) 사이를 연결할 수도 있다. 덕트(20)는 전술한 바와 같이 배터리케이스(10)의 실내 공기유입구(11)와 연통되도록 결합되며, 배터리케이스(10)가 탈착이 가능한 것과는 달리 덕트(20)는 차량에 고정결합되도록 설치된다. 따라서, 필요에 따라 배터리케이스(10)만을 분리하여 차량으로부터 떼어내고 수리하거나, 새로운 배터리케이스(10)로 교체할 수 있다.

블로워(30)는 덕트(20)의 내부에 설치되는 것이 바람직하나, 블로워(30)의 위치는 필요에 따라 덕트(20)의 밖에도 설치될 수도 있다.

또한, 블로워(30)와 덕트(20)가 전기자동차 내의 승객에게 보이는 것을 막기 위하여 실내측으로 실내 공기가 통과할 수 있으며, 시야를 가릴 수 있는 통공 형태의 덕트덮개(도면 미도시)를 더 갖는 것이 바람직하다.

제 2 실시예

도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 의한 전기자동차 배터리의 냉각 시스템을 나타낸다. 본 발명의 제 2 실시예에서는 전술한 제 1 실시예와는 달리 배터리모듈 위에 판 형태의 방열판(17)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

방열판(17)은 배터리모듈(40)의 위에 직접 접촉하도록 설치되어, 배터리모듈로부터 발생하는 열을 전달받아 상부유로(14)로 열을 발산한다. 방열판(17)은 열을 전도하는 금속재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어, 알루미늄 또는 구리 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 제 2 실시예에서는 방열판을 사용함으로써, 유입된 실내 공기가 방열판의 위로만 흐르게 해도 충분히 배터리로부터 열을 흡수제거할 수 있다. 즉, 종래의 방열판이 없는 경우에는 효율적인 방열 설계를 위하여 상부에서 실내 공기가 유입된 후, 배터리를 지나, 배터리 하부의 공기 유로를 통하여 빠져나가는 설계와 같이 유로가 복잡하게 설계되었으나, 본 발명에서는 상부유로의 간단한 유로설계만으로도 충분히 배터리로부터 발생하는 열을 외부로 제거할 수 있다.

제 3 실시예

도 3은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 의한 전기자동차 배터리의 냉각 시스템에 관한 것으로, 상기 제 1 실시예 및 제 2 실시예와는 달리 배터리케이스(10)에 덕트(20)가 2개 결합된 실시예이다. 도 3의 제 3 실시예에서는 덕트를 2개 설치하였으나, 필요에 따라 3개 이상 설치할 수도 있다.

덕트(20)를 2개 구비함으로써, 배터리케이스(10) 내로 공급되는 전기자동차의 실내 공기를 균일하게 분포시킬 수 있는 장점이 있다. 물론 하나의 덕트(20)를 폭이 넓게 구성함으로써 배터리케이스(10) 내로 공급되는 실내 공기의 양 및 위치적 유입 분포도를 조절할 수 있으나, 전기자동차의 폭이 넓은 경우에는 하나의 대형 덕트보다는 여러 개의 소형 덕트를 배터리케이스(10)에 연결하여 배터리케이스(10)로 공급하는 것이 실내 공기의 유입량 및 유입 공기의 분포를 균일하게 제어하는 데 유리하다.

제 4 실시예

도 4는 본 발명의 바람직한 제 4 실시예로서, 제 1 실시예와는 달리 덕트의 중간에 제습장치(60)가 더 구비되는 것이다. 제습장치(60)는 제습필터, 제습제, 가열장치 등 다양한 형태의 제습이 가능한 구조를 의미하며, 기계적 장치를 통한 제습장치와, 화학적인 물질을 이용한 제습을 포함하는 포괄적인 의미로 사용한다. 특히, 제습장치의 위치는 덕트(20)의 전단, 중간 또는 후단 중 어느 위치라도 상관없다. 상기 제습장치의 구동을 위하여 온도 센서(도면 미도시)나 습도 센서(도면 미도시)가 덕트(20)의 적절한 위치에 구비되는 것이 바람직하다.

Claims

전기자동차의 실내 공기가 유입되는 덕트;
상기 덕트의 전단에 설치되어 전기자동차의 실내 공기를 덕트로 강제 송풍시키기 위한 블로워; 및 상기 덕트의 후단과 연통되며, 배터리 모듈이 내장된 배터리케이스를 포함하여 이루어지며,
상기 배터리케이스는 케이스몸체와 케이스덮개로 이루어지며, 상기 케이스몸체의 일 측면에는 상기 덕트와 연통되는 실내 공기유입구와, 상기 케이스몸체 타 측면에는 실내 공기배출구가 구비되고, 상기 배터리모듈의 상부에서 열을 흡수하기 위한 실내 공기가 흐를 수 있는 공간을 제공하는 상부유로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 냉각 시스템.
제1항에서, 상기 배터리케이스에는 한 개 이상의 덕트가 설치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 냉각 시스템.
제1항에서, 상기 덕트 내부에 제습을 위한 제습장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 냉각 시스템.
제1항에서, 상기 배터리모듈 위에 방열판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 냉각 시스템.
제4항에서, 상기 방열판에는 방열핀이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 냉각 시스템.
제1항에서, 상기 하부케이스는 하나 이상의 측면케이스와 바닥케이스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 냉각 시스템.
제1항에서, 상기 덕트 및 블로워는 전기자동차의 지붕에 고정형이며, 상기 배터리케이스는 전기자동차의 지붕과는 탈착형인 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 냉각 시스템.