KR20140138412A - 전기 자동차의 배터리 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단순한 구성으로 배터리 스택의 열을 냉각시킬 수 있는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 전기 자동차의 배터리 냉각 장치는, 배터리 스택(battery stack)을 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치로, 상기 배터리 스택에 구비되는 열교환 유닛; 및 상기 배터리 스택에 상기 열교환 유닛을 고정하는 고정부를 포함하고, 상기 열교환 유닛은 하나 이상의 유로가 각각 형성된 복수의 플레이트를 포함하고, 상기 유로가 서로 마주한 상태에서 상기 복수의 플레이트가 용접되어 이루어진다.

Description

전기 자동차의 배터리 냉각 장치{Battery cooling apparatus in electric vehicle}
본 발명은 전기 자동차의 배터리 냉각 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 자동차는 전기를 동력으로 하여 움직이는 자동차로, 순수 전기 자동차와, 하이브리드 전기 자동차로 대별된다. 순수 전기 자동차는 화석 연료를 전혀 사용하지 않고 배터리로만 움직이는 것이고, 하이브리드 전기 자동차는 화석연료와 배터리를 병행 사용하여 움직이는 것이다.
이러한 전기 자동차는 다수의 배터리로 이루어진 고전압의 배터리 스택을 포함한다. 특히, 배터리 스택은 충전 및 방전이 이루어지는 동안 상당한 열을 발생시키게 된다.
하지만, 배터리 스택에서 발생되는 열로 인해 배터리의 성능이 저하되거나 배터리의 수명이 짧아지는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 단순한 구성으로 배터리 스택의 열을 냉각시킬 수 있는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 냉각 장치는, 배터리 스택(battery stack)을 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치로, 상기 배터리 스택에 구비되는 열교환 유닛; 및 상기 배터리 스택에 상기 열교환 유닛을 고정하는 고정부를 포함하고, 상기 열교환 유닛은 하나 이상의 유로가 각각 형성된 복수의 플레이트를 포함하고, 상기 유로가 서로 마주한 상태에서 상기 복수의 플레이트가 용접되어 이루어진다.
상기 복수의 플레이트는, 일면에 하나 이상의 제1 유로가 형성된 제1 플레이트; 및 상기 제1 유로에 마주하는 면에 상기 하나 이상의 제1 유로에 대응되는 하나 이상의 제2 유로가 형성되는 제2 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 열교환 유닛은, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 구비되는 적어도 하나의 스페이서를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 스페이서 각각은, 상기 제1 플레이트 중 상기 제1 유로가 형성된 면에 형성되는 제1 돌기; 상기 제2 플레이트 중 상기 제2 유로가 형성된 면에 형성되는 제2 돌기를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 돌기는 서로 접촉될 수 있다.
상기 제1 및 제2 유로와 상기 제1 및 제2 돌기는 프레스 가공되어 형성될 수 있다.
상기 열교환 유닛은, 상기 복수의 플레이트 중 어느 하나의 플레이트에 구비되어 상기 유로로 냉각수를 공급하는 유입부; 및 상기 복수의 플레이트 중 상기 어느 하나의 플레이트 또는 다른 하나의 플레이트에 구비되어 상기 유로의 상기 냉각수를 배출시키는 배출부를 더 포함할 수 있다.
상기 유입부는 상기 어느 하나의 플레이트의 길이 방향에 대해 수직하거나 수평되게 구비될 수 있고, 상기 배출부는 상기 어느 하나의 플레이트의 길이 방향에 대해 수직하거나 수평되게 구비될 수 있다.
상기 유입부 및 상기 배출부 각각은 관 형상 또는 사각 터널 형상을 가질 수 있다.
상기 하나 이상의 유로 각각은 복수로 절곡된 형태로 이루어질 수 있다.
상기 복수의 플레이트는 알루미늄 재질로 이루어지고, 브레이징 용접되어 결합될 수 있다.
상기 유로의 깊이는 1.5 내지 10.0mm로 설정될 수 있다.
상기 복수의 플레이트의 각 두께는 0.5 내지 3mm로 설정될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 냉각 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 열교환 유닛이 배터리 스택에 고정부에 의해 고정되는 기술구성을 가지므로, 단순한 구성으로 배터리 스택의 열을 냉각시킬 수 있어, 배터리 스택의 온도를 정상적인 작동 온도 범위로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 냉각 장치가 배터리 스택에 장착된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 전기 자동차의 배터리 냉각 장치 중 열교환 유닛의 조립 과정을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 전기 자동차의 배터리 냉각 장치 중 열교환 유닛의 요부를 잘라본 단면도이다.
도 4는 플레이트의 유로의 깊이에 따른 열전달량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 플레이트의 두께에 따른 열전달량의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 냉각 장치가 배터리 스택에 장착된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 전기 자동차의 배터리 냉각 장치 중 열교환 유닛의 조립 과정을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이며, 그리고 도 3은 도 1의 전기 자동차의 배터리 냉각 장치 중 열교환 유닛의 요부를 잘라본 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 냉각 장치는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 스택(10)을 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치로, 열교환 유닛(110)과, 고정부(120)를 포함한다.
열교환 유닛(110)은 배터리 스택(10)에 구비되어 배터리 스택(10)의 열을 냉각시킨다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환 유닛(110)은 판 형상으로 이루어질 수 있고, 배터리 스택(10)의 저면에 구비되어 배터리 스택(10)을 지지할 수 있다.
고정부(120)는 배터리 스택(10)에 열교환 유닛(110)을 고정하는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 밴드 형태(band type)로 이루어질 수도 있고, 도시되지는 않았지만 브라켓 형태(bracket type) 또는 접착 부재 등 다양한 고정 방식으로 이루어질 수도 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 다시 참조하여, 상술한 열교환 유닛(110)에 대해 보다 상세히 설명한다.
열교환 유닛(110)은 하나 이상의 유로(112)가 각각 형성된 복수의 플레이트(111)를 포함할 수 있다. 또한, 유로(112)가 서로 마주한 상태에서 복수의 플레이트(111)는 용접되어 이루어질 수 있다.
특히, 복수의 플레이트(111)는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 알루미늄의 특성에 따라 복수의 플레이트(111)는 강성을 가지면서도 가볍고 프레스 가공을 쉽게 할 수 있다. 이와 함께, 알루미늄 재질로 이루어진 복수의 플레이트(111)는 브레이징 용접(brazing welding)되어 결합되므로 그 구조 및 제작을 단순할 수 있다.
예시적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 플레이트(111)는 제1 및 제2 플레이트(111a)(111b)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(111a)는 일면에 하나 이상의 제1 유로(112a)가 형성될 수 있고, 제1 유로(112a)는 복수로 절곡된 형태로 이루어질 수 있다. 제2 플레이트(111b)는 제1 유로(112a)에 마주하는 면에 하나 이상의 제1 유로(112a)에 대응되는 하나 이상의 제2 유로(도 2의 "112b" 참조)가 형성될 수 있고, 제2 유로(도 2의 "112b" 참조)는 복수로 절곡된 형태로 이루어질 수 있다. 나아가, 제1 및 제2 유로(112a)(112b)는 프레스(press) 가공되어 형성될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5을 참조하여, 상술한 복수의 플레이트(111)에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 4는 플레이트의 유로의 깊이에 따른 열전달량의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 5는 플레이트의 두께에 따른 열전달량의 변화를 나타낸 그래프이다.
각 플레이트(111)에 형성되는 유로(112)의 깊이(도 3의 h1)는 1.5 내지 10.0mm로 설정될 수 있다. 실험에 의하면, 유로(112)의 깊이(h1)가 1.5mm보다 작을 경우 열교환 유닛(110)의 내부에서 냉각수의 이동이 원활하게 이루어지지 않았고, 10.0mm보다 클 경우 도 4에 도시된 바와 같이 열전달양의 변화가 거의 일어나지 않았다. 따라서, 실험 결과에 따르면, 유로(112)의 깊이(h1)를 1.5 내지 10.0mm로 설정하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.
각 플레이트(111)의 두께(도 3의 t1)는 0.5 내지 3mm로 설정될 수 있다. 실험에 의하면, 플레이트(111)의 두께(t1)가 0.5mm보다 작을 경우 강성이 낮아져 플레이트(111)의 역할을 제대로 할 수 없었고, 3mm보다 클 경우 도 5에 도시된 바와 같이 열전달양의 변화가 거의 일어나지 않았다. 따라서, 실험 결과에 따르면, 플레이트(111)의 두께(t1)를 0.5 내지 3mm로 설정하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.
한편, 상술한 열교환 유닛(110)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(111a)와 제2 플레이트(111b) 사이에 구비되는 적어도 하나의 스페이서(113)를 더 포함할 수 있다. 이러한 적어도 하나의 스페이서(113)는 배터리 스택(10)의 무게에 대한 강성을 제공할 뿐만 아니라 유로(112)를 따라 흐르는 냉각수에 난류 유동을 야기시켜 열교환 효율을 증대시킬 수 있다.
예시적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 스페이서(113) 각각은, 제1 플레이트(111a) 중 제1 유로(112a)가 형성된 면에 형성되는 제1 돌기(113a)와, 제2 플레이트(111b) 중 제2 유로(112b)가 형성된 면에 형성되는 제2 돌기(113b)를 포함할 수 있다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 돌기(113a)(113b)는 서로 접촉될 수 있다. 나아가, 제1 및 제2 돌기(113a)(113b)는 프레스 가공에 의해 엠보싱(embossing)되어 형성될 수 있다.
이와 더불어, 상술한 열교환 유닛(110)은, 냉각수를 열교환 유닛(110)으로 유출입시키는 유입부(114)와 배출부(115)를 더 포함할 수 있다.
유입부(114)는 복수의 플레이트(111) 중 제1 플레이트(111a)에 구비되어 제1 및 제2 유로(112a)(112b)로 냉각수를 공급할 수 있고, 배출부(115)는 복수의 플레이트(111) 중 제1 플레이트(111a)[또는 제2 플레이트(111b)]에 구비되어 제1 및 제2 유로(112a)(112b)의 냉각수를 배출시킬 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유입부(114)는 제1 플레이트(111a)의 길이 방향에 대해 수직하게 구비되거나, 도시되지는 않았지만 제1 플레이트(111a)의 길이 방향에 대해 수평되게 구비될 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배출부(115)는 제1 플레이트(111a)의 길이 방향에 대해 수직하게 구비되거나, 도시되지는 않았지만 제1 플레이트(111a)의 길이 방향에 대해 수평되게 구비될 수 있다. 따라서, 주위에 있는 부품과의 간섭을 최소화하는 방향으로 수직 또는 수평 중 어느 하나의 장착 형태가 선택될 수 있을 것이다.
나아가, 유입부(114) 및 배출부(115) 각각은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 관 형상을 가질 수도 있고, 도시되지는 않았지만 사각 터널 형상을 가질 수도 있다. 이러한 형상은 주위에 있는 부품과의 간섭을 최소화하는 방향으로 선택될 수 있을 것이다.
이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 냉각 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 열교환 유닛(110)이 배터리 스택(10)에 고정부(120)에 의해 고정되는 기술구성을 가지므로, 단순한 구성으로 배터리 스택(10)의 열을 냉각시킬 수 있어, 배터리 스택(10)의 온도를 정상적인 작동 온도 범위로 유지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 배터리 스택 110: 열교환 유닛
111: 복수의 플레이트 111a: 제1 플레이트
111b: 제2 플레이트 112: 유로
112a: 제1 유로 112b: 제2 유로
113: 스페이서 113a: 제1 돌기
113b: 제2 돌기 114: 유입부
115: 배출부 120: 고정부

Claims (13)

  1. 배터리 스택을 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치로,
    상기 배터리 스택에 구비되는 열교환 유닛; 및
    상기 배터리 스택에 상기 열교환 유닛을 고정하는 고정부를 포함하고,
    상기 열교환 유닛은
    하나 이상의 유로가 각각 형성된 복수의 플레이트를 포함하고,
    상기 유로가 서로 마주한 상태에서 상기 복수의 플레이트가 용접되어 이루어지는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 플레이트는
    일면에 하나 이상의 제1 유로가 형성된 제1 플레이트; 및
    상기 제1 유로에 마주하는 면에 상기 하나 이상의 제1 유로에 대응되는 하나 이상의 제2 유로가 형성되는 제2 플레이트를 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 열교환 유닛은
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 구비되는 적어도 하나의 스페이서를 더 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 적어도 하나의 스페이서 각각은
    상기 제1 플레이트 중 상기 제1 유로가 형성된 면에 형성되는 제1 돌기;
    상기 제2 플레이트 중 상기 제2 유로가 형성된 면에 형성되는 제2 돌기를 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 및 제2 돌기는 서로 접촉되는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 및 제2 유로와 상기 제1 및 제2 돌기는 프레스 가공되어 형성되는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 열교환 유닛은
    상기 복수의 플레이트 중 어느 하나의 플레이트에 구비되어 상기 유로로 냉각수를 공급하는 유입부; 및
    상기 복수의 플레이트 중 상기 어느 하나의 플레이트 또는 다른 하나의 플레이트에 구비되어 상기 유로의 상기 냉각수를 배출시키는 배출부를 더 포함하는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 유입부는 상기 어느 하나의 플레이트의 길이 방향에 대해 수직하거나 수평되게 구비되고,
    상기 배출부는 상기 어느 하나의 플레이트의 길이 방향에 대해 수직하거나 수평되게 구비되는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 유입부 및 상기 배출부 각각은
    관 형상 또는 사각 터널 형상을 갖는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 하나 이상의 유로 각각은 복수로 절곡된 형태로 이루어지는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 복수의 플레이트는 알루미늄 재질로 이루어지고, 브레이징 용접되어 결합되는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 유로의 깊이는 1.5 내지 10.0mm로 설정되는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 복수의 플레이트의 각 두께는 0.5 내지 3mm로 설정되는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
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