KR20180116869A - Battery system for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량용 배터리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 모듈의 냉각을 위한 냉각시스템의 다층 구조를 제거하고, 냉각시스템의 열 회수구간과 냉매 회수구간의 유로의 단면적을 가변시킴으로써, 열교환 증대 및 냉각 성능을 개선시킬 수 있는 차량용 배터리 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
하이브리드 자동차 및 전기자동차 등의 친환경자동차에는 전기에너지를 저장할 수 있는 고전압 배터리가 탑재되고, 고전압 배터리 내부에는 배터리 모듈을 냉각시키기 위한 냉각시스템이 탑재된다.Eco-cars such as hybrid cars and electric vehicles are equipped with high-voltage batteries that can store electrical energy, and high-voltage batteries are equipped with cooling systems to cool battery modules.
종래 수냉각 배터리 모듈은 배터리 모듈 바닥 접촉 경계 다층 구조로 열교환 저항이 크고, 냉매 입출구의 단면적이 일정하여 모듈간 냉각 온도 편차가 발생하였다. 이로인해, 배터리 셀단위 온도 편차가 많이 벌어져 배터리 내구측면에서 불리한 문제점이 있었다. 또한, 흡수한 열을 냉각수 배출 유턴과정에서 재환원되어 냉각효율이 저하되는 문제점이 있었다.Conventionally, the water-cooled battery module has a large heat exchange resistance due to the battery module bottom contact boundary multi-layer structure, and the cross-sectional area of the coolant inlet / outlet is constant. As a result, there is a problem that the battery cell unit temperature deviation becomes large, which is disadvantageous in terms of the battery endurance. Further, there is a problem that the absorbed heat is re-circulated in the process of discharging the cooling water, thereby lowering the cooling efficiency.
따라서, 열교환 증대 및 냉각 성능을 개선시킬 수 있는 솔루션이 필요하였던 것이다.Therefore, a solution that can improve the heat exchange enhancement and cooling performance was needed.
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.It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리 모듈의 냉각을 위한 냉각시스템의 다층 구조를 제거하고, 냉각시스템의 열 회수구간과 냉매 회수구간의 유로의 단면적을 가변시킴으로써, 열교환 증대 및 냉각 성능을 개선시킬 수 있는 차량용 배터리 시스템을 제공하고자 함이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve such problems, and it is an object of the present invention to eliminate the multi-layered structure of the cooling system for cooling the battery module and to change the heat recovery section of the cooling system and the sectional area of the flow path of the refrigerant recovery section, And to provide a vehicle battery system capable of improving performance.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배터리 시스템은, 배터리 셀에 접하는 일면을 갖는 냉각판; 및 냉각판의 타면에 결합되어 냉매가 흐르는 냉각채널을 형성하는 케이스;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a vehicle battery system including: a cooling plate having a surface contacting a battery cell; And a case coupled to the other surface of the cooling plate to form a cooling channel through which the refrigerant flows.
냉각채널은, 냉매가 입력되는 입구부, 냉매가 출력되는 출구부, 입구부로부터 연장된 열 회수구간, 열 회수구간과 출구부 사이에 배치된 냉매 회수구간을 포함하는 것을 특징으로 한다.The cooling channel includes an inlet for inputting the refrigerant, an outlet for outputting the refrigerant, a heat recovery section extending from the inlet, and a refrigerant recovery section disposed between the heat recovery section and the outlet section.
열 회수구간은, 입구부로부터 열 회수구간과 냉매 회수구간의 연결지점으로 갈수록 유로가 넓어지는 것을 특징으로 한다.The heat recovery section is characterized in that the flow path extends from the inlet section toward the connection point between the heat recovery section and the refrigerant recovery section.
냉각채널의 냉매 회수구간의 유로는, 열 회수구간의 유로보다 좁은 것을 특징으로 한다.And the flow path of the refrigerant recovery section of the cooling channel is narrower than the flow path of the heat recovery section.
냉각판의 하면 중 냉각채널의 열 회수구간을 형성하는 영역은 냉각핀 구조가 형성된 것을 특징으로 한다.And a cooling fin structure is formed in a region of the lower surface of the cooling plate where a heat recovery section of the cooling channel is formed.
냉매 회수구간은, 열 회수구간의 양측으로 분기된 두 개의 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.The refrigerant recovery section includes two flow paths branched to both sides of the heat recovery section.
본 발명의 차량용 배터리 시스템에 따르면, 배터리 모듈의 냉각을 위한 냉각시스템의 다층 구조를 제거하고, 냉각시스템의 열 회수구간과 냉매 회수구간의 유로의 단면적을 가변시킴으로써, 열교환 증대 및 냉각 성능을 개선시킬 수 있다.According to the in-vehicle battery system of the present invention, the multi-layer structure of the cooling system for cooling the battery module is removed, and the heat recovery section of the cooling system and the cross-sectional area of the flow path of the refrigerant recovery section are varied, .
또한, 배터리 모듈간 또는 접촉 면적의 균일한 온도분포가 구현 가능하다.In addition, a uniform temperature distribution between the battery modules or the contact area can be realized.
또한, 열 회수구간은 냉각판이 냉각채널에 직접 접하게 되어 열교환 저항을 최소화할 수 있고, 냉매 회수구간은 냉각판이 냉각채널에 접하는 부분이 최소화되어 열이 배터리 셀로 재환원되는 것을 막을 수 있다.Also, the heat recovery section can minimize the heat exchange resistance by directly contacting the cooling plate with the cooling channel, and the portion of the cooling plate contacting the cooling channel can be minimized, thereby preventing the heat from being recycled to the battery cell.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 시스템의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 시스템의 단면도를 나타내는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing the structure of a vehicle battery system according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a sectional view of a vehicle battery system according to an embodiment of the present invention;
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a vehicle battery system according to various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 시스템의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 시스템의 단면도를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a view showing a structure of a vehicle battery system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a vehicle battery system according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 시스템은, 배터리 셀(10)에 접하는 일면을 갖는 냉각판(100); 및 냉각판(100)의 타면에 결합되어 냉매가 흐르는 냉각채널을 형성하는 케이스(200);를 포함할 수 있다.1 and 2, a vehicle battery system according to an embodiment of the present invention includes: a
여기서, 냉각판(100)은 배터리 모듈(11)의 하면에 위치할 수 있으며, 케이스(200)는 고전압배터리의 로어케이스일 수 있다. 그리고, 냉각채널은 별도의 틀에 의해 유로가 형성되는 것이 아닌, 냉각판(100)과 케이스(200)가 결합되어 일체형 냉각채널을 형성할 수 있다. 그리고, 도 1에서 배터리 모듈(11)의 하면에 위치하는 냉각판(100)과 케이스(200)가 결합하는 부분이외의 부분은 별도의 부재를 사용하여 수냉각 회로를 실링을 할 수 있을 것이다.Here, the
도 1을 참조하면, 냉각채널은, 냉매가 입력되는 입구부(22), 냉매가 출력되는 출구부(24), 입구부(22)로부터 연장된 열 회수구간(26), 열 회수구간(26)과 출구부(24) 사이에 배치된 냉매 회수구간(28)을 포함할 수 있다.1, the cooling channel includes an
그리고, 열 회수구간(26)에 배터리 모듈(11)의 냉각판(100)이 배치되어 배터리 셀(10)의 열 회수가 가능하다.The
여기서, 열 회수구간(26)은 하나의 유로를 형성함으로써, 유동저항이 개선되어 소용량 냉각펌프를 사용 가능하고, 이로 인해 차량의 연비가 향상될 수 있다.Here, by forming one flow path in the
열 회수구간(26)은, 입구부(22)로부터 열 회수구간(26)과 냉매 회수구간(28)의 연결지점으로 갈수록 유로가 넓어질 수 있다.The
여기서, 열 회수구간(26)은 단면적이 점진적으로 증대될 수 있고, 이로 인해 유속이 느려지고 배터리 셀(10)과 접촉면적이 증대되어 열교환시간을 늘릴 수 있는 장점이 있다.Here, the cross-sectional area of the
그리고, 열 회수구간(26)의 단면적을 점진적으로 증대시키기 위해 Baffle block(70)을 배치할 수 있다. 이로 인해, 냉각채널의 유속 및 접촉면적을 최적화할 수 있다.The
한편, 냉각채널의 냉매 회수구간(28)의 유로는, 열 회수구간(26)의 유로보다 좁을 수 있다. On the other hand, the flow path of the
여기서, 냉매 회수구간(28)의 유로를 좁게 하여 유속을 높이고, 배터리 셀(10)과 접촉면적을 최소화함으로써, 열 회수구간(26)에서 배터리 셀(10)로부터 흡수한 열을 배터리 셀(10)에 재환원되는 것을 막을 수 있고, 이로 인해 냉각성능을 향상시킬 수 있다.The heat absorbed by the
종래에는 배터리 열교환 영역에 냉각판 이외에 써멀그리스와 냉각파이프의 다층구조로 인해 열교환저항이 큰 문제점이 있었는데, 본 발명은 도 2를 참조하면, 열 회수구간(26)은 냉각판(100)이 냉각채널에 직접 접하게 되어 열교환 저항을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 냉매 회수구간(28)은 냉각판(100)이 냉각채널에 접하는 부분을 최소화함으로써 열이 배터리 셀(10)로 재환원되는 것을 막을 수 있다.2, the
도 2를 참조하면, 냉각판(100)의 하면 중 냉각채널의 열 회수구간(26)을 형성하는 영역은 냉각핀 구조(50)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2, a
여기서, 본 발명의 일 실시예로서 냉각핀 구조는 그루브(GROOVE) 형상일 수있다. 이로 인해, 냉각판(100)의 하면 중 냉각채널의 열 회수구간(26)을 형성하는 일부영역에 그루브 형상을 적용함으로써, 냉각성능을 향상시킬 수 있다.Here, as an embodiment of the present invention, the cooling fin structure may have a groove shape. Therefore, by applying the groove shape to a part of the lower surface of the
도 2를 참조하면, 냉매 회수구간(28)은, 열 회수구간(26)의 양측으로 분기된 두 개의 유로를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the
여기서, 냉매 회수구간(28)을 두 개의 유로로 분기시킴으로써, 배터리 셀(10)로부터 열을 흡수한 냉매를 신속하고 효율적으로 배출시킴으로써, 열환원을 억제할 수 있다.By dividing the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템은 배터리 모듈의 냉각을 위한 냉각시스템의 다층 구조를 제거하고, 냉각시스템의 열 회수구간과 냉매 회수구간의 유로의 단면적을 가변시킴으로써, 열교환 증대 및 냉각 성능을 개선시킬 수 있다.As described above, the automotive battery system according to various embodiments of the present invention can eliminate the multi-layered structure of the cooling system for cooling the battery module and change the cross-sectional area of the flow path of the refrigerant recovery section and the heat recovery section of the cooling system , Heat exchange enhancement and cooling performance can be improved.
또한, 배터리 모듈간 또는 접촉 면적의 균일한 온도분포가 구현 가능하다.In addition, a uniform temperature distribution between the battery modules or the contact area can be realized.
또한, 열 회수구간은 냉각판이 냉각채널에 직접 접하게 되어 열교환 저항을 최소화할 수 있고, 냉매 회수구간은 냉각판이 냉각채널에 접하는 부분이 최소화되어 열이 배터리 셀로 재환원되는 것을 막을 수 있다.Also, the heat recovery section can minimize the heat exchange resistance by directly contacting the cooling plate with the cooling channel, and the portion of the cooling plate contacting the cooling channel can be minimized, thereby preventing the heat from being recycled to the battery cell.
본 발명의 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.While the invention has been shown and described with respect to the specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
1: 차량용 배터리 시스템의 절단면 10: 배터리 셀
11: 배터리 모듈 22: 입구부
24: 출구부 26: 열 회수구간
28: 냉매 회수구간 100: 냉각판
200: 케이스1: Cutting
11: Battery module 22:
24: outlet part 26: heat recovery section
28: Refrigerant recovery section 100: Cooling plate
200: Case
Claims (6)
냉각판의 타면에 결합되어 냉매가 흐르는 냉각채널을 형성하는 케이스;를 포함하는 차량용 배터리 시스템.A cooling plate having one surface contacting the battery cell; And
And a case coupled to the other surface of the cooling plate to form a cooling channel through which the refrigerant flows.
냉각채널은,
냉매가 입력되는 입구부, 냉매가 출력되는 출구부, 입구부로부터 연장된 열 회수구간, 열 회수구간과 출구부 사이에 배치된 냉매 회수구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.The method according to claim 1,
The cooling channel,
And a refrigerant recovery section disposed between the heat recovery section and the outlet section, the heat recovery section extending from the inlet section, the refrigerant recovery section, and the refrigerant recovery section.
열 회수구간은,
입구부로부터 열 회수구간과 냉매 회수구간의 연결지점으로 갈수록 유로가 넓어지는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.The method of claim 2,
In the heat recovery section,
And the flow path is widened from the inlet to the connection point between the heat recovery section and the refrigerant recovery section.
냉각채널의 냉매 회수구간의 유로는,
열 회수구간의 유로보다 좁은 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.The method according to claim 1,
The flow path of the refrigerant recovery section of the cooling channel,
And is narrower than the flow path of the heat recovery section.
냉각판의 하면 중 냉각채널의 열 회수구간을 형성하는 영역은 냉각핀 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.The method according to claim 1,
Wherein a cooling fin structure is formed in a region of the lower surface of the cooling plate where a heat recovery section of the cooling channel is formed.
냉매 회수구간은,
열 회수구간의 양측으로 분기된 두 개의 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.The method of claim 2,
In the refrigerant recovery section,
And two flow paths branched to both sides of the heat recovery section.
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