KR20180069988A - 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조 - Google Patents

전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 배터리팩 내부에 배터리모듈과 제어유닛이 구비되고 배터리모듈과 제어유닛의 배치를 통해 블로워유닛에 의한 냉각공기로 효율적인 냉각이 수행되는 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조가 소개된다.

Description

전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조 {COOLING STRUCTURE OF BATTERY SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES}
본 발명은 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조에 관한 것으로, 배터리팩 내부에 구비되는 구성들의 효율적인 냉각을 수행하기 위한 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조에 관한 것이다.
최근에는 환경문제, 고유가 등의 원인으로 환경 차량에 대한 관심이 높아지고 있으며, 전기 에너지를 이용하여 차량이 주행되도록 하는 전기 차량 및 하이브리드 차량이 다양하게 개발되고 있다.
이러한 전기 차량 및 하이브리드 차량에 적용되는 배터리 모듈은 하나의 배터리 셀을 파우치에 수용하는 파우치 형의 배터리 셀 유닛이 많이 이용되고 있다. 여기서, 배터리 셀 유닛들은 하나의 배터리 팩 케이스 내부에 다수개가 적층되어 수용되며, 요구되는 전력크기에 따라 배터리 셀 유닛의 개수가 결정된다.
한편, 종래의 전기 차량 및 하이브리드 차량의 경우 LDC(Low DC-DC Converter)가 엔진룸 내에 위치하여 고전압 배터리와 별도로 장착된다. 이에 따라, 고전압 배터리와 LDC 간의 파워케이블이 복잡하게 연결됨은 물론 작업 공수가 증가되는 문제가 있다.
아울러, 엔진룸 내부에 LDC가 적용되어 엔진룸 내부 공간을 차지함으로써 엔진룸 내부의 패키지가 커지는 문제가 있다.
또한, 고전압 배터리를 냉각시키기 위한 냉각장치는 냉각팬 릴레이를 통하여 BMS로 신호 제어를 함에 따라 제어 및 구조적으로 복잡해지는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 20-1998-0045122 U (1998.09.25)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리팩 내부에 배터리모듈과 LDC와 같은 전장부품을 구성하고, 각 전장부품들이 효율적으로 냉각되도록 하는 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조는 흡입구와 토출구가 형성된 배터리팩; 배터리팩에서 흡입구에 인접하게 마련되고 흡입구를 통해 유입되는 냉각공기가 통과되도록 구성된 배터리모듈; 배터리모듈에 장착되고 동작시 흡입구를 통해 냉각공기가 유입되도록 하여 배터리모듈이 냉각되도록 하는 블로워유닛; 및 배터리팩의 토출구에 인접하게 마련되고 블로워유닛으로부터 토출되는 냉각공기에 의해 냉각되는 제어유닛;을 포함한다.
배터리팩에는 흡입구가 마련된 외측면에 냉각공기가 유입되는 경로를 제공하는 흡입덕트가 설치된 것을 특징으로 한다.
배터리팩에는 흡입구가 마련된 내측면에 연결덕트가 설치되고, 연결덕트는 배터리모듈의 일측단부를 감싸도록 형성되며 흡입구에 대응되는 유통홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
배터리모듈에는 흡입구를 통해 유입된 냉각공기가 제어유닛으로 유통되도록 하는 냉각유로가 형성된 것을 특징으로 한다.
블로워유닛은, 배터리모듈의 타측단부를 감싸도록 형성된 블로워커버; 및 블로워커버에 설치되고 회전에 의해 냉각공기를 흡입하여 토출하는 냉각팬;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
블로워커버는 중심부에 냉각팬이 설치되도록 형성되고 냉각팬을 통해 흡입된 냉각공기가 제어유닛으로 이동되도록 경로를 제공하는 배출통로가 형성된 것을 특징으로 한다.
제어유닛은, 블로워유닛에 의해 토출된 냉각공기를 유입받는 유입구와 냉각공기가 토출하는 배출구 형성된 냉각커버; 및 배터리모듈 및 블로워유닛을 제어하기 위한 전장부품이 구비되고 냉각커버에 연결되게 설치되어 전장부품에서 발생되는 열이 냉각커버에 유입된 냉각공기에 의해 냉각되는 제어기판;을 포함한다.
제어유닛은 냉각커버와 제어유닛 사이에 설치되어 제어유닛의 열을 흡수하고 냉각커버에 유입된 냉각공기에 의해 냉각 및 방열하는 방열기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조에 따르면, 배터리팩 내부에 배터리모듈과 제어유닛이 구비되고 배터리모듈과 제어유닛의 배치를 통해 블로워유닛에 의한 냉각공기로 효율적인 냉각이 수행된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조를 나타낸 도면.
도 2 내지 4는 도 1에 도시된 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조를 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조를 나타낸 도면이고, 도 2 내지 4는 도 1에 도시된 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 흡입구(120)와 토출구(140)가 형성된 배터리팩(100); 배터리팩(100)에서 흡입구(120)에 인접하게 마련되고 흡입구(120)를 통해 유입되는 냉각공기가 통과되도록 구성된 배터리모듈(200); 배터리모듈(200)에 장착되고 동작시 흡입구(120)를 통해 냉각공기가 유입되도록 하여 배터리모듈(200)이 냉각되도록 하는 블로워유닛(300); 및 배터리팩(100)의 토출구(140)에 인접하게 마련되고 블로워유닛(300)으로부터 토출되는 냉각공기에 의해 냉각되는 제어유닛(400);을 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 배터리팩(100)이 구비되는 배터리모듈(200), 블로워유닛(300), 제어유닛(400)이 구성되고, 48V MHEV(Mile Hybrid electric vehicle)에 적용될 수 있다. 여기서, 배터리모듈(200)은 다수개의 배터리 셀 및 카트리지가 구성되어 전기 에너지의 충전 및 생성되도록 구성되고, 블로워유닛(300)은 송풍장치로 이루어져 냉각공기를 흡입 및 토출한다. 특히, 본 발명에서는 블로워유닛(300)의 동작시 흡입되는 냉각공기에 의해 배터리모듈(200)이 냉각되고 배터리모듈(200)을 냉각한 냉각공기로 제어유닛(400)이 냉각되도록 구성된다.
즉, 배터리팩(100)에 구비되는 배터리모듈(200), 블로워유닛(300), 제어유닛(400)은 블로워유닛(300) 동작시 배터리모듈(200)이 먼저 냉각된 후 제어유닛(400)이 냉각되도록 배치됨으로써 각 부품의 동작 온도를 고려하여 배터리팩(100)에 배터리모듈(200)과 제어유닛(400)을 배치하더라도 원활한 냉각이 수행될 수 있다.
상세하게, 배터리모듈(200)에 구비되는 배터리 셀의 동작 온도는 -35℃ ~ 60℃이고, 하기 설명할 제어유닛(400)의 전장부품(442)의 동작 온도는 -40℃ ~ 75℃이므로, 동작 온도 범위가 상대적으로 낮은 제어유닛(400)을 배터리모듈(200)보다 공기흐름의 후방에 배치하여 냉각공기가 배터리모듈(200)을 냉각 후 제어유닛(400)을 냉각시키도록 한다.
이렇게, 본 발명에서는 배터리모듈(200)과 제어유닛(400)은 각 부품의 동작 온도를 고려하여 배터리팩(100) 내부에 배치함에 따라 시스템 부피를 최소한으로 줄이면서 효율적인 냉각이 수행될 수 있다.
상술한 본 발명에 대해서 구체적으로 설명하면, 도 2 내지 3에 도시된 바와 같이, 배터리팩(100)에는 흡입구(120)가 마련된 외측면에 냉각공기가 유입되는 경로를 제공하는 흡입덕트(160)가 설치될 수 있다.
이러한 흡입덕트(160)는 외부의 냉각공기가 배터리팩(100) 내부로 유동할 수 있도록 공기유로의 역할을 수행하며, 차량의 실내공간 또는 공조장치와 연결되어 냉각공기의 이동 경로를 제공한다. 일반적으로 배터리팩(100)은 차량의 하부에 설치되는바, 흡입덕트(160)는 배터리팩(100)에서 상측으로 연장되도록 형성되어 냉각공기가 유통되게 할 수 있다.
한편, 배터리팩(100)에는 흡입구(120)가 마련된 내측면에 연결덕트(180)가 설치되고, 연결덕트(180)는 배터리모듈(200)의 일측단부를 감싸도록 형성되며 흡입구(120)에 대응되는 유통홀(182)이 형성될 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 연결덕트(180)는 배터리팩(100)의 내부에서 흡입구(120)측에 고정 설치되고, 배터리모듈(200)의 일측단부를 감싸도록 형성되어 흡입구(120)를 통해 유입되는 냉각공기가 배터리모듈(200)로 유동되도록 한다. 연결덕트(180)가 배터리모듈(200)의 일측단부를 감싸도록 연결된 상태에서, 연결덕트(180)와 배터리모듈(200)의 연결 부분이 패킹되어 공기가 외부로 새지 않도록 할 수 있다. 이러한 연결덕트(180)에는 배터리팩(100)의 흡입구(120)에 대응되는 유통홀(182)이 형성되어 냉각공기가 흡입구(120) 및 유통홀(182)을 통과하여 배터리모듈(200)로 유동될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리모듈(200)에는 흡입구(120)를 통해 유입된 냉각공기가 제어유닛(400)으로 유통되도록 하는 냉각유로(220)가 형성될 수 있다.
배터리모듈(200)은 다수개의 배터리 셀 및 카트리지로 구성되는데, 냉각유로(220)는 배터리 셀을 구획하는 카트리지에 형성될 수 있다. 이러한 냉각유로(220)는 배터리모듈(200)의 일측에서 타측으로 관통되게 형성되어 흡입구(120)를 통해 유입된 냉각공기가 블로워유닛(300)을 통과하여 제어유닛(400)으로 유통되도록 할 수 있다. 특히, 냉각유로(220)는 카트리지에 형성됨에 따라 냉각유로(220)를 통과하는 냉각공기가 배터리 셀과 열교환하여 배터리 셀의 냉각이 수행될 수 있다.
한편, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 블로워유닛(300)은, 배터리모듈(200)의 타측단부를 감싸도록 형성된 블로워커버(320); 및 블로워커버(320)에 설치되고 회전에 의해 냉각공기를 흡입하여 토출하는 냉각팬(340);을 포함한다.
이렇게, 블로워유닛(300)은 블로워커버(320)와 냉각팬(340)으로 구성되며, 블로워커버(320)의 경우 배터리모듈(200)의 타측단부를 감싸도록 형성되어 배터리모듈(200)을 냉각한 냉각공기가 배터리팩(100) 외부로 새지 않고 냉각팬(340)을 통해 제어유닛(400)으로 원활히 유동되도록 할 수 있다. 블로워커버(320)가 배터리모듈(200)의 타측단부를 감싸도록 연결된 상태에서, 블로워커버(320)와 배터리모듈(200)의 연결 부분이 패킹되어 공기가 외부로 새지 않도록 할 수 있다.
냉각팬(340)의 경우 회전모터가 회전 동작됨에 따라 원심력이 발생되어 냉각공기를 흡입하고 반대편으로 토출되도록 이루어진다. 즉, 냉각팬(340)의 회전 동작시 발생되는 흡입력에 의해 배터리팩(100)의 흡입구(120), 배터리모듈(200)의 냉각유로(220)를 통과하여 냉각공기가 유동되고, 배터리모듈(200)을 냉각한 냉각공기는 제어유닛(400) 측으로 토출되어 제어유닛(400)의 냉각이 수행되는 것이다.
여기서, 블로워커버(320)는 중심부에 냉각팬(340)이 설치되도록 형성되고 냉각팬(340)을 통해 흡입된 냉각공기가 제어유닛(400)으로 이동되도록 경로를 제공하는 배출통로(322)가 형성될 수 있다.
도 3에서 볼 수 있듯이, 블로워커버(320)의 중심부에는 냉각팬(340)이 설치되어 배터리모듈(200)을 통과한 냉각공기가 균일하게 냉각팬(340)으로 유입되도록 할 수 있으며, 냉각팬(340)을 통해 유입된 냉각공기는 블로워커버(320)의 배출통로(322)를 통해 가이드되어 제어유닛(400)으로 유동될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 제어유닛(400)은, 블로워유닛(300)에 의해 토출된 냉각공기를 유입받는 유입구(422)와 냉각공기가 토출하는 배출구(424) 형성된 냉각커버(420); 및 배터리모듈(200) 및 블로워유닛(300)을 제어하기 위한 전장부품(442)이 구비되고 냉각커버(420)에 연결되게 설치되어 전장부품(442)에서 발생되는 열이 냉각커버(420)에 유입된 냉각공기에 의해 냉각되는 제어기판(440);으로 구성된다.
이처럼, 제어유닛(400)은 냉각커버(420)와 제어기판(440)으로 구성되며, 냉각커버(420)의 경우 블로워유닛(300)에서 토출된 냉각공기를 유입받아 제어기판(440)이 냉각되도록 형성된다. 이에 따라, 냉각커버(420)에는 블로워유닛(300)에서 토출된 냉각공기가 유입되는 유입구(422)가 형성되고, 유입된 냉각공기가 제어기판(440)을 냉각 후 배출되도록 형성된 배출구(424)가 형성된다.
제어기판(440)은 배터리모듈(200) 및 블로워유닛(300)을 제어하기 위한 전장부품(442) 외에 LDC를 포함하는 것으로, 각종 유닛 제어 및 전기 제어를 위한 제어기가 구비된다. 이러한 제어기판(440)은 다양한 전자 제어 장치를 제어함에 따라 발열되는데, 냉각커버(420)에 유입된 냉각공기가 제어기판(440)을 냉각함에 따라 적정 수준의 온도가 유지될 수 있다.
이와 더불어, 제어유닛(400)은 냉각커버(420)와 제어기판(440) 사이에 설치되어 제어기판(440)의 열을 흡수하고 냉각커버(420)에 유입된 냉각공기에 의해 냉각 및 방열하는 방열기(460);를 더 포함할 수 있다.
도 4에서 볼 수 있듯이, 냉각커버(420)와 제어기판(440) 사이에는 방열기(460)가 개재되도록 설치될 수 있으며, 방열기(460)는 제어기판(440)의 열을 흡수하고 냉각커버(420)에 유입된 냉각공기에 의해 냉각 및 방열하는 히트싱크로 구성될 수 있다.
이로 인해, 제어기판(440)에서 발생되는 열은 히트싱크에 흡수되고 히트싱크는 흡수한 열을 냉각공기를 통해 방출시켜, 효율적인 냉각이 수행되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조에 따르면, 배터리팩(100) 내부에 배터리모듈(200)과 제어유닛(400)은 각 부품의 동작 온도를 고려하여 중앙에 배치된 블로워유닛(300)의 동작시 배터리모듈(200)이 먼저 냉각된 후 제어유닛(400)이 배터리모듈(200)을 냉각한 공기에 의해 냉각되도록 함으로써 시스템 부피를 최소함은 물론 효율적인 냉각이 수행되도록 한다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100:배터리팩 120:흡입구
140:토출구 160:흡입덕트
180:연결덕트 182:유통홀
200:배터리모듈 220:냉각유로
300:블로워유닛 320:블로워커버
322:배출통로 340:냉각팬
400:제어유닛 420:냉각커버
422:유입구 424:배출구
440:제어기판 460:방열기

Claims (8)

  1. 흡입구와 토출구가 형성된 배터리팩;
    배터리팩에서 흡입구에 인접하게 마련되고 흡입구를 통해 유입되는 냉각공기가 통과되도록 구성된 배터리모듈;
    배터리모듈에 장착되고 동작시 흡입구를 통해 냉각공기가 유입되도록 하여 배터리모듈이 냉각되도록 하는 블로워유닛; 및
    배터리팩의 토출구에 인접하게 마련되고 블로워유닛으로부터 토출되는 냉각공기에 의해 냉각되는 제어유닛;을 포함하는 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    배터리팩에는 흡입구가 마련된 외측면에 냉각공기가 유입되는 경로를 제공하는 흡입덕트가 설치된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    배터리팩에는 흡입구가 마련된 내측면에 연결덕트가 설치되고,
    연결덕트는 배터리모듈의 일측단부를 감싸도록 형성되며 흡입구에 대응되는 유통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    배터리모듈에는 흡입구를 통해 유입된 냉각공기가 제어유닛으로 유통되도록 하는 냉각유로가 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    블로워유닛은, 배터리모듈의 타측단부를 감싸도록 형성된 블로워커버; 및
    블로워커버에 설치되고 회전에 의해 냉각공기를 흡입하여 토출하는 냉각팬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    블로워커버는 중심부에 냉각팬이 설치되도록 형성되고 냉각팬을 통해 흡입된 냉각공기가 제어유닛으로 이동되도록 경로를 제공하는 배출통로가 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제어유닛은, 블로워유닛에 의해 토출된 냉각공기를 유입받는 유입구와 냉각공기가 토출하는 배출구 형성된 냉각커버; 및
    배터리모듈 및 블로워유닛을 제어하기 위한 전장부품이 구비되고 냉각커버에 연결되게 설치되어 전장부품에서 발생되는 열이 냉각커버에 유입된 냉각공기에 의해 냉각되는 제어기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제어유닛은 냉각커버와 제어유닛 사이에 설치되어 제어유닛의 열을 흡수하고 냉각커버에 유입된 냉각공기에 의해 냉각 및 방열하는 방열기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리시스템 냉각 구조.
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