KR20140135898A - 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체에 관한 것으로, 제1 면에 함몰되는 적어도 하나의 제1 수용부와 상기 적어도 하나의 제1 수용부를 중심으로 양 면들에 배치되는 복수의 제2 수용부들을 포함하는 프레임, 상기 복수의 제2 수용부들에 각각 삽입되는 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들 및 상기 적어도 하나의 제1 수용부에 삽입되는 적어도 하나의 열전 모듈을 포함한다. 따라서 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체는 열전소자를 통해 배터리의 적정 온도를 유지시킬 수 있다.

Description

열전 모듈을 탑재한 배터리 함체{BATTERY HOUSING WITH THERMOELECTRIC MODULE}

본 발명은 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열전소자의 특성을 통해 리튬 계열의 배터리를 냉각 및 가열하여 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들의 적정 온도를 유지시킬 수 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리는 복수의 셀들이 직렬로 연결되어 방전과 충전을 반복하며 열을 방출한다. 배터리의 수명을 연장시키기 위해서는 방출되는 열을 냉각시켜야 하는데, 이때, 배터리는 공냉식(공기를 통한 냉각 방식)을 통해 냉각된다.

한국등록특허 제10-0552527호는 배터리의 표면에 열전소자를 설치하여 강제 냉각 또는 강제 가열시키는 자동차의 배터리 온도 제어 장치를 개시한다. 이러한 자동차의 배터리 온도 제어 장치는 배터리 전해액의 온도를 최적의 온도로 유지하여 배터리의 성능을 향상시키고, 엔진에 열 발전용 소자를 설치하여 엔진의 온도와 외기의 온도차를 기 전력으로 전환하여 배터리 온도 제어에 따른 전원으로 이용할 수 있다.

한국공개특허 제10-2012-0046980호는 차량에 탑재된 배터리가 차량의 실내온도나 에어컨 및 히터의 작동에 종속되지 않고 항상 적절한 온도 범위 내에서 작동될 수 있도록 배터리와 PE장치를 가열 및 냉각시키는 차량의 배터리 시스템 냉각 장치 및 제어 방법을 개시한다. 이러한 냉각 장치는 배터리의 작동 성능을 향상시키고 내구성을 안정되게 확보할 수 있다.

배터리는 충전 및 방전하는 동안 발생되는 열이 냉각되어야 하고, 저온시 배터리의 성능을 향상시키기 위해서 가열을 통해 적절한 온도 범위(즉, 상온)를 유지해야 한다.

한국등록특허 제10-0552527호 한국공개특허 제10-2012-0046980호

본 발명의 일 실시예는 열전소자의 특성을 통해 리튬 계열의 배터리를 냉각 및 가열하여 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들의 적정 온도를 유지시킬 수 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들과 열전 모듈이 인접하도록 배치하여 배터리의 온도를 제어하는 효율을 향상시킬 수 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체를 제공하고자 한다.

실시예들 중에서, 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체는 제1 면에 함몰되는 적어도 하나의 제1 수용부와 상기 적어도 하나의 제1 수용부를 중심으로 양 면들에 배치되는 복수의 제2 수용부들을 포함하는 프레임, 상기 복수의 제2 수용부들에 각각 삽입되는 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들 및 상기 적어도 하나의 제1 수용부에 삽입되는 적어도 하나의 열전 모듈을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 열전 모듈은 상기 프레임의 가장 자리를 따라 배치되는 제1 직렬 삽입부들 및 상기 프레임의 다른 가장 자리를 따라 배치되는 제2 직렬 삽입부들에 삽입되는 상기 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들과 이웃하도록 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 열전 모듈은 열전소자, 흡열 블록, 복수의 흡열 핀들 및 흡열 팬을 포함하고 상기 열전소자의 일 면에 결합된 흡열부 및 발열 블록, 복수의 발열 핀들 및 복수의 발열 팬들을 포함하고 상기 열전소자의 다른 일 면에 결합된 발열부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체는 열전소자의 특성을 통해 리튬 계열의 배터리를 냉각 및 가열하여 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들의 적정 온도를 유지시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체는 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들과 열전 모듈이 인접하도록 배치하여 배터리의 온도를 제어하는 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체를 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체의 프레임을 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 1에 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체의 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들을 설명하는 사시도이다.
도 4는 도 1에 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체의 열 순환도를 예시한 도면이다.
도 5는 도 1에 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체의 열전 모듈을 설명하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체를 설명하는 사시도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체(100)는 프레임(110), 리튬 계열 배터리 모듈(120) 및 열전 모듈(130)을 포함한다.

프레임(110)은 제1 면(111)에 함몰되는 적어도 하나의 제1 수용부(111-1, 111-2)와 적어도 하나의 제1 수용부(111-1, 111-2)를 중심으로 양 면들(112, 113)에 배치되는 복수의 제2 수용부들(112-1 내지 112-N, 113-1 내지 113-N)을 포함한다.

복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)은 복수의 제2 수용부들(112-1 내지 112-N, 113-1 내지 113-N)에 각각 삽입된다.

일 실시예에서, 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)은 복수 개로 형성되어 프레임(110)의 일 면(112)에 배치된 복수의 제1 직렬 삽입부들(112-1 내지 112-N) 및 복수의 제2 직렬 삽입부들(113-1 내지 113-N)에 직렬로 삽입될 수 있다. 여기에서, 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)은 적어도 하나의 열전 모듈(130)의 흡열 또는 발열 시 공기의 흐름에 따라 배치될 수 있다.

열전 모듈(130)은 적어도 하나의 제1 수용부(111-1, 111-2)에 삽입된다.

일 실시예에서, 열전 모듈(130)은 프레임(110)의 제1 면(111)에 함몰된 적어도 하나의 제1 수용부(111-1, 111-2)에 일정 간격으로 삽입될 수 있다. 여기에서, 열전 모듈(130)은 흡열 또는 발열 시 공기의 흐름에 따라 배치될 수 있다.

다른 일 실시예에서, 열전 모듈(130)은 프레임의 가장 자리를 따라 배치되는 제1 직렬 삽입부들(112-1 내지 112-N) 및 프레임의 다른 가장 자리를 따라 배치되는 제2 직렬 삽입부들(113-1 내지 113-N)에 삽입되는 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)과 이웃하도록 배치될 수 있다. 여기에서, 열전 모듈(130)은 열전소자(132)의 효율을 높일 수 있도록 배치되어 열 순환 구조를 형성할 수 있다.

도 2는 도 1에 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체의 프레임을 설명하는 사시도이다.

도 2를 참조하면, 프레임(110)은 제1 면(111)에 제1 수용부(111-1, 111-2)를 배치하고, 제1 면(111)의 양 측면(112, 113)에 제2 수용부(112-1 내지 112-N, 113-1 내지 113-N)를 배치할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 면(111)은 프레임(110)의 상부에 형성되어 일정 간격으로 적어도 하나의 제1 수용부(111-1, 111-2)를 배치할 수 있다. 여기에서, 적어도 하나의 제1 수용부(111-1, 111-2)는 사각형 형상으로 형성되어 적어도 하나의 열전 모듈(130)이 삽입될 수 있는 사각 홈을 구비할 수 있다.

다른 일 실시예에서, 프레임(110)의 양 면들(112, 113)은 제1 면(111)의 양 측면에 형성되어 복수의 제2 수용부들(112-1 내지 112-N, 113-1 내지 113-N)을 배치할 수 있다. 여기에서, 복수의 제2 수용부들(112-1 내지 112-N, 113-1 내지 113-N)은 일정 공간(예를 들어, 직육면체 형상)을 가지도록 형성되어 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)이 삽입될 수 있다.

도 3은 도 1에 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체의 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들을 설명하는 사시도이다.

도 3을 참조하면, 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120)은 프레임(110)의 복수의 제2 수용부들(112-1 내지 112-N, 113-1 내지 113-N)에 삽입될 수 있다.

일 실시예에서, 복수의 제2 수용부들(112-1 내지 112-N, 113-1 내지 113-N)은 프레임(110)의 가장 자리를 따라 배치되는 제1 직렬 삽입부들(112-1 내지 112-N) 및 프레임(110)의 다른 가장 자리를 따라 배치되는 제2 직렬 삽입부들(113-1 내지 113-N)을 포함하고, 제1 직렬 삽입부들(112-1 내지 112-N)과 제2 직렬 삽입부들(113-1 내지 113-N)은 병렬로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 리튬 계열 배터리 모듈(120a-1)은 제1 직렬 삽입부(112-1)에 삽입되고 제2 리튬 계열 배터리 모듈(120a-2)은 제1 직렬 삽입부(112-2)에 삽입되고 제N 리튬 계열 배터리 모듈(120a-N)은 제1 직렬 삽입부(112-N)에 삽입되고 제N+1 리튬 계열 배터리 모듈(120b-1)은 제2 직렬 삽입부(113-1)에 삽입되고 제N+2 리튬 계열 배터리 모듈(120b-2)은 제2 직렬 삽입부(113-2)에 삽입되며 제N+N 리튬 계열 배터리 모듈(120b-N)은 제2 직렬 삽입부(113-N)에 삽입될 수 있다.

도 4는 도 1에 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체의 열 순환도를 예시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체(100)는 적어도 하나의 열전 모듈(130)을 통해 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)의 적정 온도를 유지시킬 수 있다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 열전 모듈(130)은 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)에서 발생한 내부 열기(d)를 흡열 팬(131-3)을 통해 흡수할 수 있다. 여기에서, 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)에서 발생한 내부 열기(d)는 열전소자(132)에 의해 냉각된 복수의 흡열 핀들(131-2)을 통과하여 내부 냉기(c)로 전환될 수 있다. 내부 냉기(c)는 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)에 공급되어 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b) 내에 있는 복수의 배터리 셀들이 냉각되도록 할 수 있다.

적어도 하나의 열전 모듈(130)은 적어도 하나의 열전소자(132)의 외부에서 생성된 열을 방출하기 위해 복수의 발열 팬들(133-3a, 133-3b)을 통해 외부 냉기(a)를 유입하고 복수의 발열 핀들(133-2)에서 전달받은 열 에너지를 외부 열기(b)로 방출하여 열전소자(132)의 냉각 효율을 높일 수 있다.

다른 일 실시예에서, 적어도 하나의 열전 모듈(130)은 열전소자(132)에 인가되는 전압의 극성을 변경하여 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)이 히팅되도록 할 수 있다.

도 5는 도 1에 있는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체의 열전 모듈을 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 열전 모듈(130)은 열전소자(132), 흡열부(131) 및 발열부(133)를 포함할 수 있다.

열전 모듈(130)은 발열부(133)가 함몰된 제1 면(111)을 향해 배치되고 흡열부(131)가 함몰된 제1 면(111)에 대향하는 제2 면을 향해 배치되도록 적어도 하나의 제1 수용부(111-1, 111-2)에 삽입될 수 있다.

열전소자(132)는 복수의 반도체들을 통해 전류를 생성하여 전류의 흐름에 따라 흡열부(131)에서 흡수된 열 에너지를 이동시킬 수 있다.

일 실시예에서, 열전소자(132)는 복수의 N형 반도체와 복수의 P형 반도체로 형성되어 전류를 생성할 수 있다. 여기에서, 전류는 정공(+전하를 가지는 전자와 같은 거동을 하는 입자)을 포함하고 있어 정공을 통해 흡열부(131)에서 흡수된 열 에너지를 일정 방향으로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 열전소자(132)는 전류가 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르면 오른쪽의 열전소자(132)면이 차가워지고 왼쪽의 열전소자(132)면이 뜨거워질 수 있다. 이때, 열전소자(132)는 상황에 따라 전류가 흐르는 방향을 바꿀 수 있다.

흡열부(131)는 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)과 직접 또는 간접적으로 인접하게 형성되어 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b) 내부의 온도를 조절할 수 있다.

흡열부(131)는 열전소자(132)의 일 면과 결합된 흡열 블록(131-1), 흡열 블록(131-1)과 결합되고 열전소자(132)의 일 면과 반대 방향으로 형성된 복수의 흡열 핀들(131-2) 및 복수의 흡열 핀들(131-2)과 결합된 흡열 팬(131-3)을 포함할 수 있다. 여기에서, 흡열부(131)는 흡열 팬(131-3)을 통해 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들(120a, 120b)로부터 발생되는 열 에너지를 흡수할 수 있고 복수의 흡열 핀들(131-2)을 통해 흡열 블록(131-1)으로 전달된 열 에너지를 열전소자(132)로 전달할 수 있다. 이때, 흡열 블록(131-1)은 단열재(134)와 결합되어 온도가 일정하게 유지될 수 있고, 단열재(134)는 열전소자(132)의 정공을 통해 이동된 열 에너지의 열이 흡열 블록(131-1)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

발열부(133)는 외부로부터 열 에너지를 흡수하여 열전소자(132)로 전달할 수 있다.

발열부(133)는 발열 블록(133-1)이 열전소자(132)의 일 면 및 열전소자(132)의 일 면과 반대 방향으로 형성된 복수의 발열 핀들(133-2)과 결합되고, 흡열 팬(131-3)보다 그 크기가 작은 복수의 발열 팬들(133-3a, 133-3b)을 포함할 수 있다. 여기에서, 발열부(133)는 발열 블록(133-1)을 통해 열전소자(132)에서 이동된 열 에너지를 복수의 발열 핀들(133-2)로 전달할 수 있고 복수의 발열 팬들(133-3a, 133-3b)을 통해 복수의 발열 핀들(133-2)에서 전달받은 열 에너지를 외부로 방출할 수 있다. 이때, 발열 블록(133-1)은 단열재(134)와 결합되어 온도가 일정하게 유지될 수 있고, 단열재(134)는 열전소자(132)의 정공을 통해 이동된 열 에너지의 열이 발열 블록(133-1)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체
110: 프레임
120: 리튬 계열 배터리 모듈
130: 열전 모듈

Claims (3)

1. 제1 면에 함몰되는 적어도 하나의 제1 수용부와 상기 적어도 하나의 제1 수용부를 중심으로 양 면들에 배치되는 복수의 제2 수용부들을 포함하는 프레임;
   상기 복수의 제2 수용부들에 각각 삽입되는 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들; 및
   상기 적어도 하나의 제1 수용부에 삽입되는 적어도 하나의 열전 모듈을 포함하는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전 모듈은
   상기 프레임의 가장 자리를 따라 배치되는 제1 직렬 삽입부들 및 상기 프레임의 다른 가장 자리를 따라 배치되는 제2 직렬 삽입부들에 삽입되는 상기 복수의 리튬 계열 배터리 모듈들과 이웃하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전 모듈은
   열전소자;
   흡열 블록, 복수의 흡열 핀들 및 흡열 팬을 포함하고 상기 열전소자의 일 면에 결합된 흡열부; 및
   발열 블록, 복수의 발열 핀들 및 복수의 발열 팬들을 포함하고 상기 열전소자의 다른 일 면에 결합된 발열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 탑재한 배터리 함체.
   

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