KR20180058088A - Battery modules for electric vehicle with improved cooling characteristics - Google Patents
Battery modules for electric vehicle with improved cooling characteristics Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180058088A KR20180058088A KR1020160156768A KR20160156768A KR20180058088A KR 20180058088 A KR20180058088 A KR 20180058088A KR 1020160156768 A KR1020160156768 A KR 1020160156768A KR 20160156768 A KR20160156768 A KR 20160156768A KR 20180058088 A KR20180058088 A KR 20180058088A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cooling
- battery cell
- battery
- cooling flow
- battery cells
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
- B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
- B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
-
- B60L11/1874—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
- B60L53/53—Batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
- H01M10/625—Vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
-
- B60L2230/30—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
- B60L2240/545—Temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
- B60Y2200/00—Type of vehicle
- B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
- B60Y2200/91—Electric vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y02T10/7005—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/12—Electric charging stations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 관한 것으로, 특히 배터리 셀들 중 온도가 가장 높은 배터리 셀 쪽의 냉각 유로의 체적을 가장 크게 설계하고 나머지 배터리 셀들 쪽의 냉각 유로의 체적을 서서히 감소시켜 단부측 배터리 셀의 냉각 유로에서는 가장 작은 체적을 갖도록 설계함으로써 냉각특성을 향상시킬 수 있는, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a battery module for an electric vehicle having improved cooling characteristics, and more particularly, to a battery module for an electric vehicle in which the volume of the cooling channel on the side of the battery cell having the highest temperature among the battery cells is designed to be largest and the volume of the cooling channel on the remaining battery cells is gradually reduced And more particularly, to a battery module for an electric vehicle with improved cooling characteristics that can be improved in cooling characteristics by designing the smallest volume in the cooling channel of the end side battery cell.
통상적으로, 전기자동차에서 상당량의 열은 배터리 팩에서 생성된다. 생성된 열을 적정한 작동온도 값으로 변화시키기 위하여 여러 가지 냉각방법들이 제안되어 연구되고 있다.Typically, a significant amount of heat is generated in a battery pack in an electric vehicle. Various cooling methods have been proposed and studied in order to change the generated heat to an appropriate operating temperature value.
비특허문헌 1[Saw, L. H., Ye, Y., Tay, A. A., Chong, W. T., Kuan, S. H., and Yew, M. C. "Computational fluid dynamic and thermal analysis of Lithium-ion battery pack with air cooling." Applied Energy 177 (2016): 783-792.]에는 배터리 팩의 열적 성능을 정상 상태의 시뮬레이션을 이용하여 냉각공기의 다양한 질량 유량에 따라 분석하는 것이 개시되어 있다. 비특허문헌 2[Chen, D., Jiang, J., Kim, G. H., Yang, C., and Pesaran, A. "Comparison of different cooling methods for lithium ion battery cells." Applied Thermal Engineering 94 (2016): 846-854.]에는 리튬이온 배터리 셀 하나의 냉각을 Air cooling, Direct liquid cooling, Jacket cooling, Fin cooling 4가지 방법으로 비교, 분석하는 것이 개시되어 있다. 비특허문헌 3[Liu, Feifei, Fengchong Lan, and Jiqing Chen. "Dynamic thermal characteristics of heat pipe via segmented thermal resistance model for electric vehicle battery cooling." Journal of Power Sources 321 (2016): 57-70.]에는 Ultra-thin micro heat pipe battery pack을 이용한 열적 거동과 냉각성능 대해 개시되어 있다. 비특허문헌 4[Choi, Yong Seok, and Dal Mo Kang. "Prediction of thermal behaviors of an air-cooled lithium-ion battery system for hybrid electric vehicles." Journal of Power Sources 270 (2014): 273-280.]에는 공랭식 하이브리드 자동차에 적절한 배터리 냉각 용량을 결정하는 열 모델 구조를 개발하는 것이 개시되어 있다. 비특허문헌 5[Yeow, K., Teng, H., Thelliez, M., and Tan, E. "Comparative study on thermal behavior of lithium-ion battery systems with indirect air cooling and indirect liquid cooling." ASME/ISCIE 2012 International Symposium on Flexible Automation. American Society of Mechanical Engineers, 2012.]에는 핀 냉각 시스템에서 핀 끝단에 열을 제거하기 위해 액체를 사용하는 것에 비해 공기를 사용하는 장점이 개시되어 있다. 비특허문헌 6[Park, Heesung. "A design of air flow configuration for cooling lithium ion battery in hybrid electric vehicles." Journal of Power Sources 239 (2013): 30-36.]에는 기존 배터리 강제 공기 냉각의 디자인과 배치를 바꾸고 이론적인 분석이 개시되어 있다.Non-Patent Document 1 [Saw, L. H., Ye, Y., Tay, A. A., Chong, W. T., Kuan, S.H., and Yew, M.C. "Computational fluid dynamic and thermal analysis of Lithium-ion battery pack with air cooling." Applied Energy 177 (2016): 783-792.) Discloses that the thermal performance of a battery pack is analyzed according to various mass flow rates of cooling air using steady-state simulations. Non-Patent Document 2 [Chen, D., Jiang, J., Kim, G. H., Yang, C., and Pesaran, A. "Comparison of different cooling methods for lithium ion battery cells." Applied Thermal Engineering 94 (2016): 846-854.) Discloses comparing and analyzing the cooling of one lithium ion battery cell in four ways: air cooling, direct liquid cooling, jacket cooling, and fin cooling. Non-Patent Document 3 [Liu, Feifei, Fengchong Lan, and Jiqing Chen. &Quot; Dynamic thermal characteristics of heat pipe via segmented thermal resistance model for electric vehicle battery cooling. &Quot; Journal of Power Sources 321 (2016): 57-70.) Discloses thermal behavior and cooling performance using an ultra-thin micro heat pipe battery pack. Non-Patent Document 4 [Choi, Yong Seok, and Dal Mo Kang. "Prediction of thermal behaviors of an air-cooled lithium-ion battery system for hybrid electric vehicles." Journal of Power Sources 270 (2014): 273-280.) Discloses developing a thermal model structure that determines the appropriate battery cooling capacity for an air-cooled hybrid vehicle. Non-Patent Document 5 [Yeow, K., Teng, H., Thelliez, M., and Tan, E. "Comparative study on thermal behavior of lithium-ion battery systems with indirect air cooling and indirect liquid cooling." ASME / ISCIE 2012 International Symposium on Flexible Automation. American Society of Mechanical Engineers, 2012.] discloses the advantage of using air compared to using liquid to remove heat from the fin end of the pin cooling system. Non-Patent Document 6 [Park, Heesung. "A design of air flow configuration for cooling lithium ion batteries in hybrid electric vehicles." Journal of Power Sources 239 (2013): 30-36.) Has proposed a theoretical analysis that changes the design and placement of conventional battery forced air cooling.
이와 같은 비특허문헌들에서는 배터리 셀의 간격의 값을 일괄적으로 변화시키면서 해석을 진행하였으며, 배터리 셀의 간격마다 서로 다른 값을 가지고 해석을 진행한 연구는 아니었다.In such non-patent documents, the analysis is performed while collectively changing the value of the interval of the battery cells, and the analysis is not carried out with different values depending on intervals of the battery cells.
특허문헌 1(국내 특허 공개 2016-0041411호 공보)에는 배터리 모듈이 개시되어 있으며, 그 구성은 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 섀시(chassis)에 설치되어 전력을 공급하는 배터리 셀 모듈에 있어서 상호 이격되게 배치되는 복수 개의 배터리 셀, 및 상기 배터리 셀들 사이에 형성되는 이격공간에 삽입되되 적어도 일측은 상기 배터리 셀보다 길게 연장되어 상기 섀시와 접하도록 마련되는 복수 개의 냉각 플레이트를 포함하며, 상기 냉각 플레이트는 소정의 두께를 갖는 판상형으로 마련되고 내부에 적어도 하나의 히트파이프(heat pipe)가 내재되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.A battery module is disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2016-0041411). The battery module is installed in a chassis of an electric vehicle or a hybrid vehicle, And a plurality of cooling plates inserted in a space formed between the battery cells, at least one side of which extends longer than the battery cells and is in contact with the chassis, And at least one heat pipe is contained in the heat exchanger.
이와 같이 구성된 종래의 배터리 모듈은 구조 및 냉각 시스템의 운용이 단순하면서도 효과적이라는 장점이 있으며, 위의 비특허문허들과 마찬가지로 배터리 셀의 간격이 일정하다.The conventional battery module thus configured has an advantage that the operation of the structure and the cooling system is simple and effective, and the intervals of the battery cells are constant as in the case of the non-patent door hurdies described above.
한편, 배터리 셀 사이에 위치하는 냉각 유로의 전체 체적을 변경시키지 않으면서 배터리 셀의 간격을 상이하게 함으로써 냉각효율을 높이는 방안이 필요하게 되었다. On the other hand, it has become necessary to increase the cooling efficiency by making the intervals of the battery cells different from each other without changing the entire volume of the cooling flow path located between the battery cells.
따라서 본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 구성을 가지면서 냉각효율을 향상시킬 수 있는, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈을 제공하는 데에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a battery module for an electric vehicle with improved cooling characteristics that can improve cooling efficiency while having a simple structure.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시형태에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈은 우측 방향으로 진행하면서 간격이 좁아지도록 형성된 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해, 상기 복수의 배터리 셀 사이, 좌측으로부터 1번째 배터리 셀의 좌측 및 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀의 우측에 각각 설치된 복수의 배터리 셀측 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 하부에 설치되어 냉각 유체가 주입되는 유체 주입 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 상부에 설치되어 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로를 통과한 냉각 유체가 배출되는 유체 배출 냉각 유로를 포함하며, 전체적으로 Z형상을 이루는 Z 형상 냉각 유로를 포함하며: 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로는 좌측으로부터 1번째 배터리 셀측 냉각 유로가 가장 큰 체적을 가지며 우측으로 진행하면서 체적이 좁아져 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀측 냉각 유로에서 가장 작은 체적이 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery module for an electric vehicle having improved cooling characteristics, the battery module including: a plurality of battery cells formed to be spaced apart from each other in a clockwise direction; And a plurality of battery cell side cooling flow paths respectively provided between the plurality of battery cells, a first battery cell from the left side and a right side of the last battery cell from the left side of the battery cell, respectively, for cooling the heat generated in the plurality of battery cells, A fluid injection cooling flow path provided at a lower portion of the plurality of battery cells to inject a cooling fluid and a fluid discharge cooling flow path provided at an upper portion of the plurality of battery cells to discharge a cooling fluid passing through the plurality of battery cell side cooling flow paths, Wherein the plurality of battery cell side cooling flow paths have the largest volume of the first battery cell side cooling flow path from the left side and the volume is narrowed from the left to the right side, And the smallest volume in the cooling channel on the side of the first battery cell And that is characterized.
상기 실시형태에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀은 좌측으로부터 1번째 배터리 셀이 가장 높은 온도를 발생할 수 있다.In the battery module for an electric vehicle having improved cooling characteristics according to the above embodiment, the first battery cell from the left side of the plurality of battery cells can generate the highest temperature.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시형태에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈은 우측 방향으로 진행하면서 간격이 넓어지도록 형성된 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해, 상기 복수의 배터리 셀 사이, 좌측으로부터 1번째 배터리 셀의 좌측 및 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀의 우측에 각각 설치된 복수의 배터리 셀측 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 하부에 설치되어 냉각 유체가 주입되는 유체 주입 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 상부에 설치되어 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로를 통과한 냉각 유체가 배출되는 유체 배출 냉각 유로를 포함하며, 전체적으로 U형상을 이루는 U 형상 냉각 유로를 포함하며: 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로는 좌측으로부터 마지막 번 째 배터리 셀측 냉각 유로가 가장 큰 체적을 가지며 좌측으로 진행하면서 체적이 좁아져 좌측으로부터 1번째 배터리 셀측 냉각 유로에서 가장 작은 체적이 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a battery module for an electric vehicle having improved cooling characteristics, comprising: a plurality of battery cells formed to extend in a rightward direction and to be spaced apart from each other; And a plurality of battery cell side cooling flow paths respectively provided between the plurality of battery cells, a first battery cell from the left side and a right side of the last battery cell from the left side of the battery cell, respectively, for cooling the heat generated in the plurality of battery cells, A fluid injection cooling flow path provided at a lower portion of the plurality of battery cells to inject a cooling fluid and a fluid discharge cooling flow path provided at an upper portion of the plurality of battery cells to discharge a cooling fluid passing through the plurality of battery cell side cooling flow paths, And a U-shaped cooling passage which is generally U-shaped. The plurality of battery-cell-side cooling flow paths have the largest volume of the cooling channel on the last battery cell side from the left side, And the smallest volume in the first cooling channel on the battery cell side And that is characterized.
상기 다른 실시형태에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀은 좌측으로부터 마지막 번 째 배터리 셀이 가장 높은 온도를 발생할 수 있다. In the battery module for an electric vehicle having improved cooling characteristics according to the another embodiment, the plurality of battery cells may generate the highest temperature of the last battery cell from the left.
본 발명의 실시형태에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 의하면, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈은 우측 방향으로 진행하면서 간격이 좁아지도록 형성된 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해, 상기 복수의 배터리 셀 사이, 좌측으로부터 1번째 배터리 셀의 좌측 및 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀의 우측에 각각 설치된 복수의 배터리 셀측 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 하부에 설치되어 냉각 유체가 주입되는 유체 주입 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 상부에 설치되어 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로를 통과한 냉각 유체가 배출되는 유체 배출 냉각 유로를 포함하며, 전체적으로 Z형상을 이루는 Z 형상 냉각 유로를 포함하며: 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로는 좌측으로부터 1번째 배터리 셀측 냉각 유로가 가장 큰 체적을 가지며 우측으로 진행하면서 체적이 좁아져 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀측 냉각 유로에서 가장 작은 체적이 되도록 구성됨으로써, 즉 전체 냉각 유로의 체적이나 공기 출입구의 유량, 유속을 변화시키지 않으면서 배터리 셀의 온도가 가장 높은 1번째 배터리 셀측 냉각 유로의 체적에 가중치를 두는 간단한 방법에 의해 냉각효율을 향상시킬 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.According to the battery module for an electric vehicle having improved cooling characteristics according to the embodiment of the present invention, a battery module for an electric vehicle with improved cooling characteristics includes a plurality of battery cells formed to be narrowed in the rightward direction; And a plurality of battery cell side cooling flow paths respectively provided between the plurality of battery cells, a first battery cell from the left side and a right side of the last battery cell from the left side of the battery cell, respectively, for cooling the heat generated in the plurality of battery cells, A fluid injection cooling flow path provided at a lower portion of the plurality of battery cells to inject a cooling fluid and a fluid discharge cooling flow path provided at an upper portion of the plurality of battery cells to discharge a cooling fluid passing through the plurality of battery cell side cooling flow paths, Wherein the plurality of battery cell side cooling flow paths have the largest volume of the first battery cell side cooling flow path from the left side and the volume is narrowed from the left to the right side, And the smallest volume in the cooling channel on the side of the first battery cell The cooling efficiency can be improved by a simple method of weighting the volume of the first cooling channel on the battery cell side where the temperature of the battery cell is the highest without changing the volume of the entire cooling channel, the flow rate of the air inlet, It has excellent effect.
본 발명의 다른 실시형태에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 의하면, 우측 방향으로 진행하면서 간격이 넓어지도록 형성된 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해, 상기 복수의 배터리 셀 사이, 좌측으로부터 1번째 배터리 셀의 좌측 및 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀의 우측에 각각 설치된 복수의 배터리 셀측 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 하부에 설치되어 냉각 유체가 주입되는 유체 주입 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 상부에 설치되어 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로를 통과한 냉각 유체가 배출되는 유체 배출 냉각 유로를 포함하며, 전체적으로 U형상을 이루는 U 형상 냉각 유로를 포함하며: 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로는 좌측으로부터 마지막 번 째 배터리 셀측 냉각 유로가 가장 큰 체적을 가지며 좌측으로 진행하면서 체적이 좁아져 좌측으로부터 1번째 배터리 셀측 냉각 유로에서 가장 작은 체적이 되도록 구성됨으로써, 즉 전체 냉각 유로의 체적이나 공기 출입구의 유량, 유속을 변화시키지 않으면서 배터리 셀의 온도가 가장 높은 좌측으로부터 마지막 번 째 배터리 셀측 냉각 유로의 체적에 가중치를 두는 간단한 방법에 의해 냉각효율을 향상시킬 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a battery module for an electric vehicle having improved cooling characteristics, comprising: a plurality of battery cells formed to extend in a rightward direction and to be spaced apart; And a plurality of battery cell side cooling flow paths respectively provided between the plurality of battery cells, a first battery cell from the left side and a right side of the last battery cell from the left side of the battery cell, respectively, for cooling the heat generated in the plurality of battery cells, A fluid injection cooling flow path provided at a lower portion of the plurality of battery cells to inject a cooling fluid and a fluid discharge cooling flow path provided at an upper portion of the plurality of battery cells to discharge a cooling fluid passing through the plurality of battery cell side cooling flow paths, And a U-shaped cooling passage which is generally U-shaped. The plurality of battery-cell-side cooling flow paths have the largest volume of the cooling channel on the last battery cell side from the left side, And the smallest volume in the first cooling channel on the battery cell side The cooling efficiency can be improved by a simple method of weighting the volume of the last-time battery cell-side cooling flow path from the leftmost side where the temperature of the battery cell is the highest without changing the volume of the entire cooling flow path, the flow rate of the air inlet port, There is an excellent effect that can be made.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 대한 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한, 냉각 특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 대한 측단면도이다.
도 3a는 도 1의 배터리 모듈에 대한 사시도이다.
도 3b는 도 2의 배터리 모듈에 대한 사시도이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈에 있어서 배터리 셀 번호에 따른 배터리 셀 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 2의 배터리 모듈에 있어서 배터리 셀 번호에 따른 배터리 셀 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 Z 형상 배터리 모듈에 대한 기본 모델의 온도 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 Z 형상 배터리 모듈에 대한 타입 1 모델(본 발명의 제 1 실시예에 의한 배터리 모듈에 해당됨)의 온도 형태를 나타내는 도면이다.
도 8은 Z 형상 배터리 모듈에 대한 타입 2 모델의 온도 형태를 나타내는 도면이다.
도 9는 U 형상 배터리 모듈에 대한 기본 모델의 온도 형태를 나타내는 도면이다.
도 10은 U 형상 배터리 모듈에 대한 타입 1 모델의 온도 형태를 나타내는 도면이다.
도 11은 U 형상 배터리 모듈에 대한 타입 2 모델(본 발명의 제 2 실시예에 의한 배터리 모듈에 해당됨)의 온도 형태를 나타내는 도면이다.1 is a side sectional view of a battery module for an electric vehicle with improved cooling characteristics according to a first embodiment of the present invention.
2 is a side cross-sectional view of a battery module for an electric vehicle with improved cooling characteristics according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a perspective view of the battery module of FIG. 1. FIG.
3B is a perspective view of the battery module of FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a graph illustrating a battery cell temperature change according to a battery cell number in the battery module of FIG. 1;
FIG. 5 is a graph illustrating a battery cell temperature change according to a battery cell number in the battery module of FIG. 2. FIG.
6 is a view showing a temperature type of a basic model for a Z-shaped battery module.
7 is a diagram showing a temperature type of a
8 is a view showing the temperature type of the
Fig. 9 is a diagram showing a temperature pattern of a basic model for a U-shaped battery module. Fig.
10 is a view showing a temperature type of a
11 is a view showing the temperature type of the
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 대한 측단면도이며, 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한, 냉각 특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 대한 측단면도이며, 도 3a는 도 1의 배터리 모듈에 대한 사시도이며, 도 3b는 도 2의 배터리 모듈에 대한 사시도이다.FIG. 1 is a side cross-sectional view of a battery module for an electric vehicle with improved cooling characteristics according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of a battery module for an electric vehicle with improved cooling characteristics according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3A is a perspective view of the battery module of FIG. 1, and FIG. 3B is a perspective view of the battery module of FIG. 2. FIG.
[본 발명의 제 1 실시예][First embodiment of the present invention]
본 발명의 제 1 실시예에 의한 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈은, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀(130), Z 형상 냉각 유로를 포함한다.As shown in FIG. 1, a battery module for an electric vehicle having improved cooling characteristics according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of
복수의 배터리 셀(130)은 우측 방향으로 진행하면서 간격이 좁아지도록 형성되어 있으며, 복수의 배터리 셀(130) 사이에는 발생되는 열을 냉각시키기 위해 배터리 셀측 냉각 유로(140: 1401, 1402, 1403..., 14020, 14021)가 삽입 설치된다. 각각의 배터리 셀(130)은 일정 전압의 직류 전원을 생성하는 역할을 하며, 복수의 배터리 셀(130)이 연결되어 전기 자동차에서 필요로 하는 전압을 발생하게 된다. 복수의 배터리 셀(130)은 좌측으로부터 1번째 배터리 셀이 가능 높은 온도를 발생하며 그 좌측으로부터 1번째 배터리 셀로부터 우측 방향으로 진행할수록 온도가 낮아지는 경향을 나타낸다. The plurality of
Z 형상 냉각 유로는 복수의 배터리 셀(130)에서 발생되는 열을 냉각시키는 역할을 하며 전체적으로 Z형상을 이룬다. Z 형상 냉각 유로는 복수의 배터리 셀(130) 사이, 좌측으로부터 1번째 배터리 셀(130)의 좌측 및 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀(130)의 우측에 각각 설치된 복수의 배터리 셀측 냉각 유로(1401, 14021)와, 복수의 배터리 셀(130)의 하부에 설치되어 냉각 유체가 주입되는 유체 주입 냉각 유로(110)와, 복수의 배터리 셀(130)의 상부에 설치되어 복수의 배터리 셀측 냉각 유로(140)를 통과한 냉각 유체가 배출되는 유체 배출 냉각 유로(120)를 포함한다.The Z-shaped cooling flow path serves to cool the heat generated in the plurality of
복수의 배터리 셀측 냉각 유로(140)는 좌측으로부터 1번째 배터리 셀측 냉각 유로(1401)가 가장 큰 체적을 가지며 우측으로 진행하면서 체적이 좁아져 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀측 냉각 유로(14021)에서 가장 작은 체적이 되도록 구성된다.A plurality of battery cell side
[본 발명의 제 2 실시예][Second embodiment of the present invention]
본 발명의 제 2 실시예에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈은, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀(230), U 형상 냉각 유로를 포함한다. As shown in FIG. 2, a battery module for an electric vehicle with improved cooling characteristics according to a second embodiment of the present invention includes a plurality of
복수의 배터리 셀(230)은 우측 방향으로 진행하면서 간격이 넓어지도록 형성되어 있으며, 복수의 배터리 셀(230) 사이에는 발생되는 열을 냉각시키기 위해 배터리 셀측 냉각 유로(240:2401, 2402, 2403..., 24020, 24021)가 삽입 설치된다. 각각의 배터리 셀(230)은 일정 전압의 직류 전원을 생성하는 역할을 하며, 복수의 배터리 셀(230)이 연결되어 전기 자동차에서 필요로 하는 전압을 발생하게 된다. 복수의 배터리 셀(230)은 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀이 가장 높은 온도를 발생하며 그 마지막 번째 배터리 셀로부터 좌측 방향으로 진행할수록 온도가 낮아지는 경향을 나타낸다. The plurality of
U 형상 냉각 유로는 복수의 배터리 셀(230)에서 발생되는 열을 냉각시키는 역할을 하며 전체적으로 U 형상을 이룬다. U 형상 냉각 유로는 복수의 배터리 셀(230) 사이, 좌측으로부터 1번째 배터리 셀(230)의 좌측 및 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀(230)의 우측에 각각 설치된 복수의 배터리 셀측 냉각 유로(240:2401, 2402, 2403..., 24020, 24021)와, 복수의 배터리 셀(230)의 하부에 설치되어 냉각 유체가 주입되는 유체 주입 냉각 유로(210)와, 복수의 배터리 셀(230)의 상부에 설치되어 복수의 배터리 셀측 냉각 유로(240)를 통과한 냉각 유체가 배출되는 유체 배출 냉각 유로(220)를 포함한다.The U-shaped cooling flow path serves to cool the heat generated in the plurality of
복수의 배터리 셀측 냉각 유로(240)는 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀측 냉각 유로(24021)가 가장 큰 체적을 가지며 그 냉각 유로(24021)로부터 좌측으로 진행하면서 체적이 좁아져 좌측으로부터 1번째 배터리 셀측 냉각 유로(2401)에서 가장 작은 체적이 되도록 구성된다.A plurality of battery cell side
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예들에 의한 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모델의 작용을 유한 요소 기법을 활용하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of a battery model for an electric vehicle with improved cooling characteristics according to embodiments of the present invention will be described using a finite element technique.
1. 분석 모델 제작 1. Analysis model production
해석의 기본 모델은 U자형과 Z자형상의 냉각 유로를 가진 배터리 모듈을 제작하였다. 배터리 모듈은 20개의 배터리 셀(130, 230)과 21개의 냉각 유로(140, 240)로 이루어져 있다.The basic model of the analysis is the battery module with U-shaped and Z-shaped cooling channels. The battery module includes 20
하나의 배터리 셀(130, 230)은 파우치 셀 타입(Pouch Cell Type)으로 130(High)*30(Width)*6.5(Thickness)㎣의 치수를 가지고 있다.One of the
해석시간의 단축을 위해서 배터리 셀의 탭(Tap) 부분을 제거한 형상으로 모델링을 하였으며 냉각 유로의 2D 형상은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같고, 상세한 수치는 아래의 표 1In order to shorten the analysis time, the tap is modeled as a shape of the battery cell without the tap portion. The 2D shape of the cooling channel is as shown in FIG. 1 and FIG. 2,
[표 1][Table 1]
에 나타내었다. Respectively.
3D형상은 2D 형상에서 30mm 돌출 되어 있으며 도 3a, 도 3b에 나타내었다.The 3D shape protrudes 30 mm from the 2D shape and is shown in FIGS. 3A and 3B.
기본모델은 2*30*130㎣의 냉각 유로 21개가 배터리 셀과 인접해 있다.In the basic model, there are 21 cooling flow channels of 2 * 30 * 130 인접 adjacent to the battery cells.
비교 모델(Type 1)은 기본모델의 전체 체적을 변화시키지 않고, 냉각 유로의 INLET과 가장 가까운 냉각 유로(1401, 2401)의 체적을 130*30*3㎣로 하여 순차적으로 130*30*0.1㎣씩 줄여 21번째 냉각 유로(14021, 24021)의 체적은 130*30*1㎣까지 줄인다.The comparison model (Type 1) does not change the overall volume of the basic model, but the volume of the
비교 모델(Type 2)은 기본모델의 전체 체적을 변화시키지 않고, 냉각 유로의 INLET과 가장 멀리 떨어진 냉각 유로(14021, 24021)의 체적을 130*30*3㎣로 하여 좌측 방향으로 순차적으로 130*30*0.1㎣씩 줄여 1번째 냉각 유로(1401, 2401)의 체적은 130*30*1㎣까지 줄인다.The comparison model (Type 2) does not change the overall volume of the basic model, but the volume of the
위와 같은 방법으로 배터리 셀과 인접한 냉각 유로의 체적에 가중치를 준다.Weigh the volume of the cooling channel adjacent to the battery cell in the same way as above.
2. 격자생성 2. Grid creation
수치해석을 위하여 Ansys mesh를 이용하여 격자를 생성하였다. 계산에 사용된 격자는 Tetrahedrons와 Hex Dominant를 사용하였으며 모델 별 노드 수, 격자 수, 평균 엘리먼트 품질은 아래의 표 2For the numerical analysis, grid was created using Ansys mesh. Tetrahedrons and hex dominant were used for the calculation. The number of nodes, the number of grids, and the average element quality for each model are shown in Table 2
[표 2][Table 2]
와 같다..
3. 초기 및 경계 조건3. Initial and boundary conditions
초기 상태에서 10분 뒤의 유동의 흐름과 온도분포 상태를 분석하기 위해 분석 타입은 비정상상태 유동으로 설정하였고 전체 시간은 600s로 설정하였다.In order to analyze the flow and temperature distribution after 10 minutes from the initial state, the analysis type was set to an abnormal state flow and the total time was set to 600 s.
배터리 셀은 솔리드 도메인(Solid Domain)으로 하여 물질은 알루미늄으로 설정하였다. The battery cell was set to a solid domain and the material was set to aluminum.
배터리 셀의 초기온도는 65℃이고, 냉각 유체인 공기는 유체 도메인(Fluid Domain)으로 하였다. 배터리 모듈 내부의 공기 초기온도는 30℃로 설정하였다. 점성유동으로 벽면과의 마찰을 고려하였다.The initial temperature of the battery cell was 65 ° C, and the air as the cooling fluid was a fluid domain. The initial temperature of the air inside the battery module was set at 30 캜. The viscous flow was taken into account for friction with the wall.
난류해석을 고려하여 k-epsilon 모델을 사용하였으며, 배터리 셀의 열복사를 고려하여 Monte Carlo법칙에 따랐다. 중력에 의한 부력을 고려하기 위하여 X축 방향으로 중력을 적용시켰다. 솔리드 도메인(Solid Domain)과 유체 도메인(Fluid Domain) 모두 열류속(Heat Flux)은 400W/㎡을 주었다. The k-epsilon model was used for the turbulent analysis and the Monte Carlo law was applied considering the thermal radiation of the battery cell. Gravity was applied in the X-axis direction to account for buoyancy by gravity. In both the solid domain and the fluid domain, the heat flux was 400 W /
경계조건인 Inlet과 Outlet은 각각 4m/s의 공기가 출입한다. Inlet에서 유입되는 공기의 온도는 25℃로 설정하였다. Inlets and outlets, which are boundary conditions, have 4m / s of air in and out, respectively. The inlet air temperature was set at 25 ° C.
4. 결과4. Results
Z 형상 및 U 형상 배터리 모듈 냉각해석을 진행하여 배터리 셀의 중심부 온도를 아래의 표 3 및 표 4와Z-shaped and U-shaped battery modules Cooling analysis is performed to determine the temperature of the center of the battery cell as shown in Tables 3 and 4
[표 3][Table 3]
[표 4][Table 4]
같이 기본모델에서 온도가 높은 셀 사이의 냉각 유로의 체적을 크게 한 모델들이 Z 형상 및 U 형상 배터리 모듈 모두에서 낮은 평균온도와 낮은 표준편차온도를 나타내었다. 즉, Z 형상 배터리 모듈에서는 비교모델(Z Type 1)(본 발명의 제 1 실시예에 해당되는 모델)이, U 형상 배터리 모듈에서는 비교모델(Type 2)(본 발명의 제 2 실시예에 해당되는 모델)이 각각 낮은 평균온도와 낮은 표준편차온도를 나타내었다.Similarly, models with larger cooling channel volume between high temperature cells in the base model exhibited low average and low standard deviation temperatures in both Z and U shaped battery modules. That is, in the Z-shaped battery module, the comparative model (Z Type 1) (the model corresponding to the first embodiment of the present invention) and the comparative model (Type 2) ) Showed low mean and low standard deviation, respectively.
도 4를 참조하여 보면 Z형상 배터리 모듈에 있어서의 배터리 셀 번호에 따른 배터리 셀 온도 변화를 나타내는 그래프로서, 비교모델(Z Type 1)의 배터리 모듈은 기본 모델의 배터리 셀 온도가 가장 높은 1번 셀의 좌측에 있는 냉각 유로(1401)의 체적을 크게 한 모델이며, 기본모델(Z Basic)보다 1번 셀부터 15번 셀까지 온도가 더 낮고, 16번 셀부터 20번 셀까지는 온도가 높은 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, there is shown a graph illustrating a battery cell temperature change according to a battery cell number in a Z-shaped battery module, wherein a battery module of a comparative model (Z Type 1) and the volume of the cooling channel (140 1) to the left of the zoom model, the basic model (Z basic) that more than from 1 cell temperature is lower and 15 to the cell, a high temperature from the
기본 모델에서 20번 셀의 우측에 있는 냉각 유로의 체적을 크게 한 비교모델(Z Type 2)의 배터리 모듈은 18번 셀에서 20번 셀을 제외하고는 배터리 셀 온도가 기본모델보다 높은 것을 알 수 있다. The battery module of the comparative model (Z Type 2) in which the volume of the cooling channel on the right side of the
10번 셀과 11번 셀 사이의 냉각 유로의 체적은 기본모델과 비교모델(Z Type 1, (Z Type 2) 모두 같은 130*30*2㎣ 인 반면에 온도는 서로 상이한 결과를 보여준다. The volume of the cooling channel between
결과적으로, Z 형상 배터리 모듈에서는 비교모델(Z Type 1)(본 발명의 제 1 실시예에 해당되는 모델)이 기본모델 및 비교모델(Z Type 2)보다 낮은 평균온도와 낮은 표준편차온도를 나타내므로 냉각효과가 뛰어나다는 것을 알 수 있다.As a result, in the Z-shaped battery module, the comparative model (Z Type 1) (model corresponding to the first embodiment of the present invention) exhibits lower average temperature and lower standard deviation temperature than the basic model and the comparative model (Z Type 2) It can be seen that the cooling effect is excellent.
도 5를 참조하여 보면 U형상 배터리 모듈에 있어서의 배터리 셀 번호에 따른 배터리 셀 온도 변화를 나타내는 그래프로서, 기본 모델의 배터리 셀 온도가 낮은 1번 셀의 좌측의 냉각 유로의 체적을 크게 한 비교모델(U Type 1)의 배터리 모듈은 기본모델보다 1번 셀부터 7번 셀까지 온도가 더 낮고, 8번 셀부터 20번 셀까지는 온도가 더 높은 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, there is shown a graph illustrating a battery cell temperature change according to a battery cell number in a U-shaped battery module, wherein a comparison model in which the volume of the cooling channel on the left side of the
기본 모델에서 배터리 셀 온도가 높은 20번 셀의 우측에 있는 냉각 유로의 체적을 크게 한 비교모델(U Type 2)의 배터리 모듈은 1번 셀에서 6번 셀 까지를 제외하고는 배터리 셀 온도가 기본모델보다 낮았다 The battery module of the comparative model (U Type 2) in which the volume of the cooling channel on the right side of the cell No. 20 in the base model having a high battery cell temperature is increased, Lower than model
10번 셀과 11번 셀 사이의 냉각 유로의 체적은 기본모델과 비교모델(U Type 1, U Type 2) 모두 같은 130*30*2㎣ 인 반면에 온도는 서로 상이한 결과를 보여준다. The volume of the cooling channel between
결과적으로, U 형상 배터리 모듈에서는 비교모델(U Type 2)(본 발명의 제 2 실시예에 해당되는 모델)이 기본모델 및 비교모델(U Type 1)보다 낮은 평균온도와 낮은 표준편차온도를 나타내므로 냉각효과가 뛰어나다는 것을 알 수 있다.As a result, in the U-shaped battery module, the comparison model (U Type 2) (the model corresponding to the second embodiment of the present invention) exhibits lower average temperature and lower standard deviation temperature than the basic model and the comparative model (U Type 1) It can be seen that the cooling effect is excellent.
도 6은 Z 형상 배터리 모듈에 대한 기본 모델의 온도 형태를 나타내는 도면이며, 도 7은 Z 형상 배터리 모듈에 대한 타입 1 모델(본 발명의 제 1 실시예에 의한 배터리 모듈에 해당됨)의 온도 형태를 나타내는 도면이며, 도 8은 Z 형상 배터리 모듈에 대한 타입 2 모델의 온도 형태를 나타내는 도면으로서, 전체적으로 1번 배터리 셀 쪽의 온도가 높다는 것을 확인할 수 있다.FIG. 6 is a view showing a temperature form of the basic model for the Z-shaped battery module, and FIG. 7 is a view showing a temperature form of the
도 9는 U 형상 배터리 모듈에 대한 기본 모델의 온도 형태를 나타내는 도면이며, 도 10은 U 형상 배터리 모듈에 대한 타입 1 모델의 온도 형태를 나타내는 도면이며, 도 11은 U 형상 배터리 모듈에 대한 타입 2 모델(본 발명의 제 2 실시예에 의한 배터리 모듈에 해당됨)의 온도 형태를 나타내는 도면으로서, 전체적으로 20번 배터리 셀 쪽의 온도가 높다는 것을 확인할 수 있다.FIG. 9 is a view showing a temperature type of a basic model for a U-shaped battery module, FIG. 10 is a view showing a temperature type of a
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 의하면, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈은 우측 방향으로 진행하면서 간격이 좁아지도록 형성된 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해, 상기 복수의 배터리 셀 사이, 좌측으로부터 1번째 배터리 셀의 좌측 및 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀의 우측에 각각 설치된 복수의 배터리 셀측 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 하부에 설치되어 냉각 유체가 주입되는 유체 주입 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 상부에 설치되어 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로를 통과한 냉각 유체가 배출되는 유체 배출 냉각 유로를 포함하며, 전체적으로 Z형상을 이루는 Z 형상 냉각 유로를 포함하며: 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로는 좌측으로부터 1번째 배터리 셀측 냉각 유로가 가장 큰 체적을 가지며 우측으로 진행하면서 체적이 좁아져 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀측 냉각 유로에서 가장 작은 체적이 되도록 구성됨으로써, 즉 전체 냉각 유로의 체적이나 공기 출입구의 유량, 유속을 변화시키지 않으면서 배터리 셀의 온도가 가장 높은 1번째 배터리 셀측 냉각 유로의 체적에 가중치를 두는 간단한 방법에 의해 냉각효율을 향상시킬 수 있다.According to the battery module for an electric vehicle having improved cooling characteristics according to the first embodiment of the present invention configured as described above, the battery module for an electric vehicle with improved cooling characteristics is provided with a plurality of battery cells ; And a plurality of battery cell side cooling flow paths respectively provided between the plurality of battery cells, a first battery cell from the left side and a right side of the last battery cell from the left side of the battery cell, respectively, for cooling the heat generated in the plurality of battery cells, A fluid injection cooling flow path provided at a lower portion of the plurality of battery cells to inject a cooling fluid and a fluid discharge cooling flow path provided at an upper portion of the plurality of battery cells to discharge a cooling fluid passing through the plurality of battery cell side cooling flow paths, Wherein the plurality of battery cell side cooling flow paths have the largest volume of the first battery cell side cooling flow path from the left side and the volume is narrowed from the left to the right side, And the smallest volume in the cooling channel on the side of the first battery cell The cooling efficiency can be improved by a simple method of weighting the volume of the first cooling channel on the side of the battery cell with the highest temperature of the battery cell without changing the volume of the entire cooling channel, the flow rate of the air inlet, and the flow velocity .
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 의한, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈에 의하면, 우측 방향으로 진행하면서 간격이 넓어지도록 형성된 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해, 상기 복수의 배터리 셀 사이, 좌측으로부터 1번째 배터리 셀의 좌측 및 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀의 우측에 각각 설치된 복수의 배터리 셀측 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 하부에 설치되어 냉각 유체가 주입되는 유체 주입 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 상부에 설치되어 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로를 통과한 냉각 유체가 배출되는 유체 배출 냉각 유로를 포함하며, 전체적으로 U형상을 이루는 U 형상 냉각 유로를 포함하며: 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로는 좌측으로부터 마지막 번 째 배터리 셀측 냉각 유로가 가장 큰 체적을 가지며 좌측으로 진행하면서 체적이 좁아져 좌측으로부터 1번째 배터리 셀측 냉각 유로에서 가장 작은 체적이 되도록 구성됨으로써, 즉 전체 냉각 유로의 체적이나 공기 출입구의 유량, 유속을 변화시키지 않으면서 배터리 셀의 온도가 가장 높은 좌측으로부터 마지막 번 째 배터리 셀측 냉각 유로의 체적에 가중치를 두는 간단한 방법에 의해 냉각효율을 향상시킬 수 있다.According to the battery module for an electric vehicle having improved cooling characteristics according to the second embodiment of the present invention constructed as described above, a plurality of battery cells formed so as to be spaced apart from each other in the rightward direction; And a plurality of battery cell side cooling flow paths respectively provided between the plurality of battery cells, a first battery cell from the left side and a right side of the last battery cell from the left side of the battery cell, respectively, for cooling the heat generated in the plurality of battery cells, A fluid injection cooling flow path provided at a lower portion of the plurality of battery cells to inject a cooling fluid and a fluid discharge cooling flow path provided at an upper portion of the plurality of battery cells to discharge a cooling fluid passing through the plurality of battery cell side cooling flow paths, And a U-shaped cooling passage which is generally U-shaped. The plurality of battery-cell-side cooling flow paths have the largest volume of the cooling channel on the last battery cell side from the left side, And the smallest volume in the first cooling channel on the battery cell side The cooling efficiency can be improved by a simple method of weighting the volume of the last-time battery cell-side cooling flow path from the leftmost side where the temperature of the battery cell is the highest without changing the volume of the entire cooling flow path, the flow rate of the air inlet port, .
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the best mode has been shown and described in the drawings and specification, certain terminology has been used for the purpose of describing the embodiments of the invention and is not intended to be limiting or to limit the scope of the invention described in the claims. It is not. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
110, 210: 유체 주입 냉각 유로
120, 220: 유체 배출 냉각 유로
130, 230: 배터리 셀
140, 240: 배터리 셀 측 냉각 유로
1401, 2401: 좌측으로부터 1번째 배터리 셀 측 냉각 유로
1402, 2402: 좌측으로부터 2번째 배터리 셀 측 냉각 유로
1403, 2403: 좌측으로부터 3번째 배터리 셀 측 냉각 유로
14020, 24020: 좌측으로부터 20번째 배터리 셀 측 냉각 유로
14021, 24021: 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀 측 냉각 유로110, 210: fluid injection cooling flow path
120, 220: fluid discharge cooling flow path
130, 230: Battery cell
140, 240: cooling channel on the battery cell side
140 1 , 240 1 : the first cooling cell side cooling flow path from the left side
140 2 , 240 2 : The second cooling cell side cooling flow path from the left side
140 3 , 240 3 : The third cooling cell side cooling flow path from the left side
140 20 , 240 20 : the 20th battery cell side cooling flow path from the left side
140 21 , 240 21 : From the left to the last battery cell side cooling flow path
Claims (4)
상기 복수의 배터리 셀에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해, 상기 복수의 배터리 셀 사이, 좌측으로부터 1번째 배터리 셀의 좌측 및 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀의 우측에 각각 설치된 복수의 배터리 셀측 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 하부에 설치되어 냉각 유체가 주입되는 유체 주입 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 상부에 설치되어 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로를 통과한 냉각 유체가 배출되는 유체 배출 냉각 유로를 포함하며, 전체적으로 Z형상을 이루는 Z 형상 냉각 유로를 포함하며:
상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로는 좌측으로부터 1번째 배터리 셀측 냉각 유로가 가장 큰 체적을 가지며 우측으로 진행하면서 체적이 좁아져 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀측 냉각 유로에서 가장 작은 체적이 되도록 구성된, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈.A plurality of battery cells formed in such a manner as to be spaced apart from each other in a rightward direction; And
A plurality of battery cell side cooling flow paths respectively provided between the plurality of battery cells, a battery cell side right side of the first battery cell from the left side and a right side from the left side of the first battery cell, respectively, for cooling the heat generated in the plurality of battery cells, A fluid injection cooling channel provided at a lower portion of the plurality of battery cells to inject a cooling fluid and a fluid discharge cooling channel provided at an upper portion of the plurality of battery cells to discharge a cooling fluid passing through the plurality of battery cell side cooling flow channels, And includes a Z-shaped cooling passage which forms a Z-shape as a whole,
Wherein the plurality of battery cell side cooling flow paths are formed such that the first battery cell side cooling flow path from the left side has the largest volume and the right side progressively decreases the volume so as to be the smallest volume in the last battery cell side cooling flow path from the left side, Battery modules for electric vehicles.
상기 복수의 배터리 셀은 좌측으로부터 1번째 배터리 셀이 가장 높은 온도를 발생하는, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of battery cells generate the highest temperature of the first battery cell from the left side.
상기 복수의 배터리 셀에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해, 상기 복수의 배터리 셀 사이, 좌측으로부터 1번째 배터리 셀의 좌측 및 좌측으로부터 마지막 번째 배터리 셀의 우측에 각각 설치된 복수의 배터리 셀측 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 하부에 설치되어 냉각 유체가 주입되는 유체 주입 냉각 유로와, 상기 복수의 배터리 셀의 상부에 설치되어 상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로를 통과한 냉각 유체가 배출되는 유체 배출 냉각 유로를 포함하며, 전체적으로 U형상을 이루는 U 형상 냉각 유로를 포함하며:
상기 복수의 배터리 셀측 냉각 유로는 좌측으로부터 마지막 번 째 배터리 셀측 냉각 유로가 가장 큰 체적을 가지며 좌측으로 진행하면서 체적이 좁아져 좌측으로부터 1번째 배터리 셀측 냉각 유로에서 가장 작은 체적이 되도록 구성된, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈.A plurality of battery cells formed to extend in a rightward direction and to be spaced apart from each other; And
A plurality of battery cell side cooling flow paths respectively provided between the plurality of battery cells, a battery cell side right side of the first battery cell from the left side and a right side from the left side of the first battery cell, respectively, for cooling the heat generated in the plurality of battery cells, A fluid injection cooling channel provided at a lower portion of the plurality of battery cells to inject a cooling fluid and a fluid discharge cooling channel provided at an upper portion of the plurality of battery cells to discharge a cooling fluid passing through the plurality of battery cell side cooling flow channels, And a U-shaped cooling passage which is generally U-shaped,
Wherein the plurality of battery cell side cooling flow paths have the largest volume in the last battery cell side cooling flow path from the left side and the smallest volume in the left side to be the smallest volume in the first battery cell side cooling flow path from the left side, Improved battery module for electric vehicles.
상기 복수의 배터리 셀은 좌측으로부터 마지막 번 째 배터리 셀이 가장 높은 온도를 발생하는, 냉각특성이 향상된 전기자동차용 배터리 모듈.The method of claim 3,
Wherein the plurality of battery cells generate the highest temperature from the leftmost battery cell.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160156768A KR20180058088A (en) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Battery modules for electric vehicle with improved cooling characteristics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160156768A KR20180058088A (en) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Battery modules for electric vehicle with improved cooling characteristics |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180058088A true KR20180058088A (en) | 2018-05-31 |
Family
ID=62454404
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160156768A KR20180058088A (en) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Battery modules for electric vehicle with improved cooling characteristics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20180058088A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107579309A (en) * | 2017-09-14 | 2018-01-12 | 桑顿新能源科技有限公司 | A kind of high-multiplying-power battery heat management system |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20070105116A (en) * | 2006-04-25 | 2007-10-30 | 삼성에스디아이 주식회사 | Secondary battery module |
KR20090093852A (en) * | 2008-02-28 | 2009-09-02 | 주식회사 엘지화학 | Z-type Battery Pack for Vehicle |
KR20090129369A (en) * | 2008-06-11 | 2009-12-16 | 주식회사 엘지화학 | U-type battery pack for electric vehicle |
JP2012150977A (en) * | 2011-01-19 | 2012-08-09 | Tigers Polymer Corp | Battery cooling structure |
JP2016081771A (en) * | 2014-10-17 | 2016-05-16 | トヨタ自動車株式会社 | Power storage device |
-
2016
- 2016-11-23 KR KR1020160156768A patent/KR20180058088A/en active Search and Examination
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20070105116A (en) * | 2006-04-25 | 2007-10-30 | 삼성에스디아이 주식회사 | Secondary battery module |
KR20090093852A (en) * | 2008-02-28 | 2009-09-02 | 주식회사 엘지화학 | Z-type Battery Pack for Vehicle |
KR20090129369A (en) * | 2008-06-11 | 2009-12-16 | 주식회사 엘지화학 | U-type battery pack for electric vehicle |
JP2012150977A (en) * | 2011-01-19 | 2012-08-09 | Tigers Polymer Corp | Battery cooling structure |
JP2016081771A (en) * | 2014-10-17 | 2016-05-16 | トヨタ自動車株式会社 | Power storage device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
장인형 외 2명, Battery 사이 간격에 따른 냉각 성능의 비교 해석.대한기계학회 (Korea).2009.11, pp 1825-1829. 1부. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107579309A (en) * | 2017-09-14 | 2018-01-12 | 桑顿新能源科技有限公司 | A kind of high-multiplying-power battery heat management system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhou et al. | Thermal performance of cylindrical Lithium-ion battery thermal management system based on air distribution pipe | |
Akbarzadeh et al. | A comparative study between air cooling and liquid cooling thermal management systems for a high-energy lithium-ion battery module | |
Akinlabi et al. | Configuration, design, and optimization of air-cooled battery thermal management system for electric vehicles: A review | |
Yates et al. | Analysing the performance of liquid cooling designs in cylindrical lithium-ion batteries | |
Patil et al. | Investigation on thermal performance of water-cooled Li-ion pouch cell and pack at high discharge rate with U-turn type microchannel cold plate | |
Hong et al. | Design of flow configuration for parallel air-cooled battery thermal management system with secondary vent | |
Deng et al. | Thermal performance of lithium ion battery pack by using cold plate | |
Wang et al. | Thermal performance of lithium-ion batteries applying forced air cooling with an improved aluminium foam heat sink design | |
Afzal et al. | Effect of spacing on thermal performance characteristics of Li-ion battery cells | |
Wang et al. | Investigation on forced air-cooling strategy of battery thermal management system considering the inconsistency of battery cells | |
Zhang et al. | The impact of enclosure and boundary conditions with a wedge‐shaped path and air cooling for battery thermal management in electric vehicles | |
Li et al. | Numerical study of a novel battery thermal management system for a prismatic Li-ion battery module | |
Srinivaas et al. | Battery thermal management system design: role of influence of nanofluids, flow directions, and channels | |
Oyewola et al. | Performance improvement of air-cooled battery thermal management system using sink of different pin-fin shapes | |
Guo et al. | Novel battery thermal management system with different shapes of pin fins | |
Öztop et al. | Control of temperature distribution for Li-ion battery modules via longitudinal fins | |
Saechan et al. | Numerical investigation of air cooling system for a densely packed battery to enhance the cooling performance through cell arrangement strategy | |
Yang et al. | Optimization study of air-cooled stagger-arranged battery pack with reverse-layered airflow | |
Chen et al. | A novel optimization method based on inverse calculation model for efficient design of battery thermal management system | |
Hasan et al. | Numerical investigation on cooling cylindrical lithium-ion-battery by using different types of nanofluids in an innovative cooling system | |
Mahek et al. | Effects of control volume outlet variation on axial air cooling of lithium-ion batteries | |
Wang et al. | Study of the influence of objective functions on the topology optimization design of battery cold plate | |
Kremer et al. | Active cell balancing for life cycle extension of lithium-ion batteries under thermal gradient | |
Bhosale et al. | Efficient ways of thermal management of an EV battery | |
KR20180058088A (en) | Battery modules for electric vehicle with improved cooling characteristics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment |