KR20140110233A - 전기 자동차의 배터리 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 냉각 시스템은, 냉각수가 통과하는 냉각수 유로의 내벽면에 복수의 딤플들이 형성됨으로써, 냉각수의 와류를 발생시켜 냉각 효율이 증가될 수 있는 이점이 있다.

Description

전기 자동차의 배터리 냉각 시스템{Battery cooling system of an Electric Vehicle}

본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있는 전기 자동차의 배터리 냉각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 원동기를 동력원으로 하여 주행하고 사람이나 화물을 운반하거나 각종 작업을 하는 기계를 말한다. 상기 자동차는 원동기의 종류에 따라 분류할 수 있다. 상기 자동차는 가솔린 기관을 원동기로 하는 가솔린 자동차와, 디젤 기관을 원동기로 하는 디젤 자동차와, 액화 석유가스를 연료로 하는 LPG차와, 가스 터빈을 원동기로 하는 가스 터빈 자동차와, 모터를 원동기로 하고 배터리에 충전된 전기를 사용하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)로 분류할 수 있다. 가솔린, 디젤, LPG 등의 화석 연료를 사용하는 자동차의 경우, 배기 가스로 인한 환경오염과 석유 자원의 고갈을 일으켜 그 대안으로 전기를 동력으로 움직이는 전기 자동차가 대두되고 있다.

전기 자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 얻는 구동 모터를 이용함으로써, 가솔린이나 디젤 등의 화석연료를 이용하여 동력을 얻는 엔진에 비해 이산화탄소의 배출이 없으므로 친환경 자동차로 각광받고 있다. 최근 들어 치솟는 유가와 배기가스 규제 강화가 전기 자동차 개발의 속도를 빠르게 하고 있으며, 시장 규모도 급성장 중이다.

그러나, 전기 자동차의 경우 고효율을 내기 위해서는 전체 중량이 가볍고 전체 크기가 보다 컴팩트화 되어야 하므로, 컴팩트화된 배터리의 내부를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명의 목적은, 배터리를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있는 전기자동차의 배터리 냉각 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 냉각 시스템은, 복수의 셀들이 적층된 셀 모듈과, 상기 셀 모듈의 일측면에 접하도록 배치되고, 상기 복수의 셀들의 적층방향으로 냉각수가 흐르도록 냉각수 유로를 형성하는 냉각판을 포함하고, 상기 냉각판에서 상기 셀 모듈에 접하는 접촉면의 내벽면에는 복수의 딤플들이 형성된다.

본 발명에 따른 배터리 냉각 시스템은, 연직방향으로 세워져 수평방향으로 적층된 복수의 셀들과, 상기 복수의 셀들에 결합되고 하측으로 돌출되게 구비된 냉각 핀과, 상기 냉각 핀에 접하도록 형성되고, 내부에는 냉각수가 통과하는 냉각수 유로를 형성하는 냉각 판과, 상기 냉각 판에서 상기 냉각 핀과 접하는 면의 내벽면에 형성된 복수의 제1딤플들과, 상기 냉각핀에서 상기 제1딤플들에 맞대어지도록 형성된 복수의 냉각핀 딤플들을 포함한다.

본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 냉각 시스템은, 냉각수가 통과하는 냉각수 유로의 내벽면에 복수의 딤플들이 형성됨으로써, 냉각수의 와류를 발생시켜 냉각 효율이 증가될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 냉각 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈과 냉각판이 도시된 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀 모듈과 냉각판이 도시된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉각판의 사시도이다.

이하, 본 발명에 따른 전기 자동차

의 배터리 냉각 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 냉각 시스템은, 배터리(100), 공기조화유닛(10) 및 배터리 냉각유닛(20)을 포함한다.

상기 배터리(100)는, 에너지 저장 모듈(ESM, Energy Storage Module or RESS, Rechargeable Energy Storage System)이라고도 하며, 이하 배터리라고 한다. 상기 배터리(100)는, 배터리 커버(101), 배터리 캐리어(102), 복수의 셀 모듈 어셈블리(CMA, Cell Module Assembly)(110)를 포함한다.

상기 복수의 셀 모듈 어셈블리(110)는 전류를 생성하는 것으로, 복수의 셀 모듈들(40)이 상하 또는 수평방향으로 적층되어 이루어진다.

상기 셀 모듈(40)은 복수의 셀들(50)과, 상기 복수의 셀들(50)에 결합된 냉각 핀(90)을 포함한다.

상기 복수의 셀들(50)은 연직방향으로 세워져 수평방향으로 적층된다. 본 실시예에서는, 상기 복수의 셀들(50)은 좌우방향으로 적층 배치된 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 냉각 핀(90)은, 상기 복수의 셀들(50)에 결합된다. 상기 복수의 셀들(50)사이에 삽입되는 복수의 삽입핀부들(91)과, 상기 삽입핀부들(91)에서 연장되고 후술하는 냉각판에 접촉하는 접촉판부(92)로 이루어진다. 상기 삽입핀부들(91)은 상기 복수의 셀들(50)의 각 사이에 삽입되어, 상기 셀들(50)에서 발생되는 열을 흡수하여 전달한다. 상기 접촉판부(92)는 상기 복수의 삽입핀부들(91)이 모두 연결되고, 상기 삽입핀부들(91)로부터 흡수된 열을 후술하는 냉각판(80)으로 전달하도록 일측으로 돌출되게 형성된다.

상기 공기조화 유닛(10)은 차실을 냉방시키기 위한 공기조화 장치이다. 상기 공기조화유닛(10)은, 압축기(2), 응축기(3), 증발기(4), 제1팽창밸브(5), 송풍팬(6), 제1,2냉매유로(7)(8)를 포함한다. 상기 제1냉매 유로(7)는 상기 응축기(3)와 상기 팽창장치(5)를 연결한다. 상기 제2냉매 유로(8)는 상기 증발기(4)와 상기 압축기(2)를 연결한다. 상기 제1냉매 유로(7)에는 상기 응축기(3)에서 응축된 냉매 중 적어도 일부를 후술하는 냉각기(30)로 바이패스하는 바이패스 유로(12)가 연결된다. 상기 바이패스 유로(12)에는 제2팽창밸브(16)가 설치된다. 상기 제2냉매 유로(8)에는 상기 냉각기(30)를 통과한 냉매를 안내하는 냉각기 토출 유로(14)가 연결된다.

상기 배터리 냉각 유닛(20)은, 냉각기(30), 냉각수 유로(21)(22), 냉각수 탱크(24), 냉각수 펌프(25), 셀 모듈(40)에 결합된 냉각판(80)을 포함한다.

상기 냉각기(30)는 상기 제1바이패스 유로(12)로 바이패스된 냉매와 냉각수를 열교환시키는 장치이다.

상기 냉각수 탱크(24)는 상기 냉각기(30)에서 열교환을 통해 냉각된 냉각수가 일시 저장되는 저장소이다.

도 3을 참조하면, 상기 냉각판(80)은, 상기 셀들(50)의 적층방향인 좌우방향으로 평행하게 배치된다. 상기 냉각판(80)의 내부에는 냉각수(W)가 통과하는 냉각수 유로(81)가 형성된다. 상기 냉각판(80)은, 상기 냉각 핀(90)의 접촉판부(92)에 접하도록 배치된다. 상기 냉각판(80)에서 상기 접촉판부(92)와 접하는 접촉면의 내벽면에는 복수의 제1딤플들(dimple)(82)이 형성된다.

상기 제1딤플들(82)은 상기 냉각판(80)의 내벽면에서 오목하게 형성된 홈이다. 상기 제1딤플들(82)은 서로 소정간격 이격된 위치에 복수개가 형성된다. 상기 제1딤플들(82)은 상기 냉각 핀(90)의 삽입핀부(91)에 대응되는 위치에 형성된다. 상기 제1딤플들(82)은 상기 냉각수 유로(81)를 통과하는 냉각수에 와류를 발생시켜, 열전달 효율을 향상시킨다.

상기 냉각 핀(90)의 접촉판부(92)에는 상기 제1딤플들(82)에 대응되도록 복수의 제2딤플들(92a)이 형성된다. 상기 냉각 핀(90)의 접촉판부(92)과 상기 냉각판(80)이 딤플 형상으로 맞대어지기 때문에, 평평한 경우보다 접촉 면적이 증대되어 열전달 효율이 향상될 수 있다.

상기 실시예에 한정되지 않고, 상기 냉각판(80)과 상기 냉각 핀(90)의 접촉판부(92)사이에는 전열 패드가 구비되는 것도 가능하다.

본 실시예에서는, 상기 냉각판(80)으로 공급되는 냉각수가 상기 공기조화유닛(10)에서 냉각된 냉매와 열교환되어 공급되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 외부로부터 냉각수를 직접 공급받는 것도 물론 가능하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작용을 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 상기 공기조화유닛(10)이 작동되면, 상기 공기조화유닛(10)을 순환하면서 상기 응축기(3)에서 냉각된 냉매가 상기 제1바이패스 유로(12)를 통해 상기 냉각기(30)로 유입된다.

상기 냉각기(30)에서는 상기 공기조화유닛(10)의 냉매와 상기 배터리 냉각 유닛(20)의 냉각수가 열교환한다.

상기 냉각기(30)에서 냉각된 냉각수는 상기 냉각수 공급유로(21)를 통해 상기 냉각판(80)으로 공급된다.

상기 냉각판(80)으로 공급된 냉각수는 상기 복수의 제1딤플들(82)을 지나면서 와류를 발생하게 되고, 냉각수의 와류에 의해 상기 냉각 핀(90)의 접촉판부(92)를 냉각시키는 냉각 효율이 향상될 수 있다.

또한, 상기 냉각 핀(90)의 접촉판부(92)와 상기 냉각판(90)의 접촉면이 딤플 형상으로 이루어지기 때문에, 접촉 면적이 증가되어 냉각 효율이 보다 향상될 수 있다.

40: 셀 모듈 50: 셀
80: 냉각 판 82: 제1딤플
90: 냉각 핀 91: 삽입핀부
92: 접촉판부 92: 제2딤플

Claims (6)

1. 복수의 셀들이 적층된 셀 모듈과;
   상기 셀 모듈의 일측면에 접하도록 배치되고, 상기 복수의 셀들의 적층방향으로 냉각수가 흐르도록 냉각수 유로를 형성하는 냉각판을 포함하고,
   상기 냉각판에서 상기 셀 모듈에 접하는 접촉면의 내벽면에는 복수의 딤플들이 형성된 전기 자동차의 배터리 냉각 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 셀 모듈은,
   상기 복수의 셀들에 구비되어, 상기 복수의 셀들에서 발생하는 열을 상기 냉각판으로 전달하는 냉각 핀(fin)을 더 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 냉각 핀은,
   상기 복수의 셀들의 각 사이에 삽입되는 복수의 삽입핀부들과, 상기 삽입핀부들에서 연장되고 상기 냉각판에 접촉하는 접촉판부를 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 접촉판부는,
   상기 복수의 삽입핀부들을 연결하는 플레이트 형상이고, 상기 냉각판의 딤플들에 맞대어지도록 복수의 딤플들이 형성된 전기 자동차의 배터리 냉각시스템.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 복수의 딤플들은, 상기 복수의 삽입핀부들에 대응되는 위치에 형성된 전기 자동차의 배터리 냉각 시스템.
6. 연직방향으로 세워져 수평방향으로 적층된 복수의 셀들과;
   상기 복수의 셀들에 결합되고 하측으로 돌출되게 구비된 냉각 핀과;
   상기 냉각 핀에 접하도록 형성되고, 내부에는 냉각수가 통과하는 냉각수 유로를 형성하는 냉각 판과
   상기 냉각 판에서 상기 냉각 핀과 접하는 면의 내벽면에 형성된 복수의 제1딤플들과;
   상기 냉각핀에서 상기 제1딤플들에 맞대어지도록 형성된 복수의 제2딤플들을 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 시스템.

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