KR20200058248A - 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템 및 이를 위한 유량조절기구 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외함 내부에 수용되고 서로 연결된 복수개의 배터리 모듈; 상기 외함의 일측에 설치된 수냉식 냉각기; 상기 외함에 배치되어 상기 수냉식 냉각기로부터 공급되는 냉각수를 상기 복수개의 배터리 모듈에 공급하는 냉각룸과, 상기 냉각룸에 인접 배치되고 상기 복수개의 배터리 모듈과 열교환을 거친 냉각수를 상기 수냉식 냉각기로 다시 공급하는 히팅룸을 구비한 냉각탱크; 및 각각의 배터리 모듈에 대응하게 상기 냉각탱크에 설치되고 상기 배터리 모듈의 내부압력 변화에 대응하여 상기 냉각수의 인입 유량을 조절하여 균일한 유량 배분을 수행하는 압력가변밸브기구;를 포함하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템을 개시한다.

Description

수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템 및 이를 위한 유량조절기구 어셈블리{BATTERY SYSTEM INCLUDING WATER COOLING TYPE COOLING APPARATUS AND FLOW CONTROL DEVICE ASSEMBLY FOR THE SAME}
본 발명은 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템 및 이를 위한 유량조절기구 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 연결된 다수의 배터리 모듈에서 발생하는 열을 냉각수의 순환으로 냉각시키는 구조를 가진 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템 및 이를 위한 유량조절기구 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 충/방전 시 전기에너지의 일부는 열에너지로 소모되며 열은 배터리 효율과 수명에 직접적인 영향을 준다. 충/방전용량이 클수록 효율은 감소하며 더 많은 전기에너지가 열에너지로 소모된다.
배터리는 장기간 고온에서 동작하게 되면 열화가 발생하여 수명이 감소하고, 배터리 장치에서 발생되는 열을 효과적으로 방열하고 냉각하기 위하여 냉각장치가 필요하다. 냉각장치에 널리 사용되는 물은 비열이 공기보다 월등히 커서 열용량이 크므로 고온의 열을 발산하는 배터리의 냉각에 적합하다.
일반적으로 배터리 시스템은 직렬과 병렬구조로 연결된 다수의 배터리를 냉각시키기 위해 동일 수량의 냉각장치를 구성하기가 현실적으로 어려우므로 하나의 냉각장치에서 다수의 배터리들을 냉각시키는 방식이 사용된다.
그런데, 기존의 배터리 냉각 시스템은 하나의 냉각수 공급원으로부터 다수의 배관이 병렬 또는 직렬로 연결되어 연장되어야 하기 때문에 배관 내 냉각수의 압력, 속도 등의 물리적 성질이 냉각수 공급원으로부터의 거리가 멀어질수록 달라지는 문제가 있다. 냉각수의 물성이 다를 경우 각 배터리에 고른 유량분포가 되지 않아 냉각능력이 달라지게 된다. 또한, 냉각수의 냉각 능력이 달라질 경우 배터리의 온도편차가 발생하여 배터리의 온도 불균형으로 인한 전압편차, 효율감소, 수명저하 등의 문제가 발생하게 된다.
따라서, 고효율의 냉각 시스템을 제조하기 위해서는 다수의 배터리 모듈들에 대하여 균등한 냉각을 수행할 수 있는 냉각장치의 설계가 요구된다.
이와 관련하여, 특허문헌 1에는 인렛을 통해 유입되어 냉각채널 내부로 흐르는 냉각수의 유동분포를 균일하게 하여 냉각수가 각 분기유로에 균일하게 유입되도록 하는 유동가이드를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 냉각장치가 공개되어 있다.
그러나, 종래의 배터리 냉각장치는 각 배터리 모듈의 내부압력 변화에 대응하여 균일하게 냉각수를 공급하여 다수의 배터리 모듈들에 대하여 균일한 냉각을 수행하는 것은 곤란한 한계가 있다.
한편, 무가선 트램 배터리 시스템의 경우에는 주동력을 배터리를 이용하며 가속 및 속도를 유지하기 위해 고 P-Rate를 사용하여 배터리의 발열이 크므로 고효율의 수냉식 냉각장치가 요구된다.
무가선 트램은 주동력 에너지원을 지붕과 같은 별도의 공간에 설치하기 때문에 이를 통합적으로 관리하고 설치하기 위한 단일 외함을 구성하여 단일 배터리 시스템화가 되어야 하는 특성이 있으므로, 이에 걸맞는 냉각장치의 설계가 요구된다.
특허문헌 1: 한국등록특허공보 제10-1822304호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 다수의 배터리 모듈들에 대하여 냉각수를 공급하여 열교환 및 순환시키고 압력 가변형 설계에 의해 냉각수 공급원으로부터 거리에 따라 유량이 불균일하게 분배되는 문제를 해결할 수 있는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템 및 이를 위한 유량조절기구 어셈블리를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 배터리 모듈의 내부 압력증가로 배터리 모듈과 냉각룸 간의 차압이 증가하여 냉각수 유량이 감소할 경우 인입 유량을 자동으로 증가시킴으로써 균일한 냉각수 유량 배분이 이루어질 수 있는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템 및 이를 위한 유량조절기구 어셈블리를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 외함 내부에 수용되고 서로 연결된 복수개의 배터리 모듈; 상기 외함의 일측에 설치된 수냉식 냉각기; 상기 외함에 배치되어 상기 수냉식 냉각기로부터 공급되는 냉각수를 상기 복수개의 배터리 모듈에 공급하는 냉각룸과, 상기 냉각룸에 인접 배치되고 상기 복수개의 배터리 모듈과 열교환을 거친 냉각수를 상기 수냉식 냉각기로 다시 공급하는 히팅룸을 구비한 냉각탱크; 및 각각의 배터리 모듈에 대응하게 상기 냉각탱크에 설치되고 상기 배터리 모듈의 내부압력 변화에 대응하여 상기 냉각수의 인입 유량을 조절하여 균일한 유량 배분을 수행하는 압력가변밸브기구;를 포함하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템을 제공한다.
상기 냉각룸은 상기 수냉식 냉각기로부터 공급되는 냉각수가 유입되는 칠러냉각룸과, 일부가 상기 칠러냉각룸과 연통 가능하게 인접 배치되어 상기 칠러냉각룸으로부터 유입되는 냉각수를 상기 배터리 모듈로 공급하는 모듈냉각룸을 구비하고, 상기 히팅룸은 상기 배터리 모듈과 열교환을 거친 냉각수가 냉각수가 유입되는 모듈히팅룸과, 일부가 상기 모듈히팅룸과 연통 가능하게 인접 배치되어 상기 모듈히팅룸으로부터 유입되는 냉각수를 상기 수냉식 냉각기로 공급하는 칠러히팅룸을 구비할 수 있다.
상기 압력가변밸브기구는, 상기 칠러냉각룸과 상기 모듈냉각룸 사이의 통로를 개폐 가능하게 설치되는 제1유량조절피스톤과, 상기 제1유량조절피스톤에 체결되어 상기 제1유량조절피스톤의 하강에 의해 압축되는 제1압축스프링과, 상기 모듈히팅룸의 내부압력 감소 시 압력스프링의 탄성력에 의해 이동하는 가변피스톤과, 상기 가변피스톤과 일체로 하강하여 상기 제1압축스프링의 반발력을 변화시키는 압력가변로드를 구비하고, 상기 모듈히팅룸의 내부압력 감소 시 상기 가변피스톤 및 압력가변로드의 이동에 의해 상기 제1압축스프링의 반발력이 감소하여 상기 모듈냉각룸으로 유입되는 냉각수의 유량이 증가하는 것이 바람직하다.
상기 압력가변밸브기구는, 상기 모듈히팅룸과 상기 칠러히팅룸 사이의 통로를 개폐 가능하게 설치되는 제2유량조절피스톤과, 상기 제2유량조절피스톤에 체결되어 상기 제2유량조절피스톤의 하강에 의해 압축 가능한 제2압축스프링을 더 구비하고, 상기 모듈히팅룸의 내부가 정해진 압력 이상이 되었을 때 상기 제2유량조절피스톤이 하강하고 이와 동시에 상기 제2압축스프링이 압축되는 것이 바람직하다.
상기 압력스프링은 상기 가변피스톤의 상부에 배치되어 상기 모듈히팅룸의 내부압력 감소 시 상기 가변피스톤을 하강시키는 방향으로 탄성력을 제공하는 것이 바람직하다.
상기 냉각탱크는 상기 복수개의 배터리 모듈의 배열 방향으로 연장되게 배치되게 상기 외함의 내부 양편에 각각 배치되고, 상기 복수개의 배터리 모듈은 상기 냉각탱크에 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.
상기 냉각룸의 하부에 상기 히팅룸이 나란하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 칠러냉각룸의 하부에 상기 모듈냉각룸이 배치되고, 상기 모듈히팅룸의 하부에 상기 칠러히팅룸이 배치될 수 있다.
본 발명은 상기 외함의 타측에 설치되는 배터리 보호장치 및 통신장치를 더 포함하고, 상기 외함은 무가선 트램의 지붕에 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 시스템에 구비되는 유량조절기구 어셈블리에 있어서, 수냉식 냉각기로부터 공급되는 냉각수를 복수개의 배터리 모듈에 공급하는 냉각룸과, 상기 냉각룸에 인접 배치되고 상기 복수개의 배터리 모듈과 열교환을 거친 냉각수를 상기 수냉식 냉각기로 다시 공급하는 히팅룸을 구비한 냉각탱크; 및 각각의 배터리 모듈에 대응하게 상기 냉각탱크에 설치되고 상기 배터리 모듈의 내부압력 변화에 대응하여 상기 냉각수의 인입 유량을 조절하여 균일한 유량 배분을 수행하는 압력가변밸브기구;를 포함하는 배터리 시스템의 유량조절기구 어셈블리가 제공된다.
본 발명에 따르면 다수의 배터리 모듈들에 대하여 공급되는 냉각수의 유량을 자동으로 균일하게 제어하여 냉각수 공급원으로부터 거리에 따라 유량이 불균일하게 분배되는 문제를 해소할 수 있다.
또한, 특정 배터리 모듈의 내부 압력증가로 배터리 모듈과 냉각룸 간의 차압이 증가하여 냉각수 유량이 감소할 경우 인입 유량을 자동으로 증가시켜서 균일한 냉각수 유량 배분를 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명을 적용할 경우 다수의 배터리 모듈에 대하여 동일한 냉각 성능을 갖출 수 있으므로 고효율 냉각이 요구되는 무가선 트램의 배터리 시스템을 구현할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템의 내부 구성을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 도 1에서 냉각수의 유입 및 배출 방향을 도시한 부분 평면도이다.
도 4는 도 1에서 유량조절기구 어셈블리를 도시한 부분 단면도이다.
도 5는 도 4에서 압력가변밸브기구의 구성을 도시한 측면도이다.
도 6은 도 5의 단면도이다.
도 7은 도 4에서 냉각수가 니플을 통해 냉각룸으로 유입되고 열교환된 냉각수는 니플을 통해 수냉식 냉각기로 공급되는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7에서 압력가변밸브기구의 작동에 의해 모듈냉각룸의 냉각수가 배터리 모듈로 유입되고, 열교환이 이루어진 냉각수가 모듈히팅룸으로 유출되는 것을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템의 내부 구성을 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템은 소정 형상의 외함(10)과, 외함(10)에 수용되고 서로 연결된 복수개의 배터리 모듈(11)와, 외함(10)의 일측에 설치된 수냉식 냉각기(12)와, 외함(10)의 내부 양편에 배치되어 냉각수를 공급하는 냉각탱크(21)와, 각각의 배터리 모듈(11)에 대응하게 냉각탱크(21)의 내부에 설치된 압력가변밸브기구(도 4의 22 참조)를 포함한다.
외함(10)은 실질적으로 육면체로 구성되고 무가선 트램의 지붕에 설치될 수 있는 정도의 규격으로 이루어진다. 외함(10)의 사방 네지점에는 외함(10)을 크레인 등으로 들어올리기 위한 링볼트(60)가 체결된다. 외함(10)의 타측에는 소정의 배터리 보호장치(BDU: Battery Disconnect Unit, 30))와 통신장치(MCU: Master Controller Unit, 40), 단자대(50)가 배치된다.
배터리 모듈(11)은 외함(10)의 내부공간에 수용되고 무가선 트램의 전원장치로 사용될 수 있는 고전압을 얻기 위해 복수개가 직렬 및/또는 병렬로 서로 연결되어 있다.
수냉식 냉각기(12)는 외함(10)의 일측에 설치되어 냉각수를 복수개의 배터리 모듈(11)로 공급하고, 복수개의 배터리 모듈(11)과의 열교환에 의해 데워진 냉각수를 공급받아 냉각시킨 후 다시 공급하는 동작을 수행한다.
냉각탱크(21)는 도 3에 도시된 바와 같이 배터리 모듈(11)과 연결되어 수냉식 냉각기(12)로부터 공급되는 냉각수를 배터리 모듈(11)에 공급하고, 각각의 배터리 모듈(11)과의 열교환에 의해 데워진 냉각수는 다시 회수하여 수냉식 냉각기(12)로 공급한다.
도 4에 도시된 바와 같이 냉각탱크(21)는 그 내부에 각각의 배터리 모듈(11)에 대응하게 장착된 복수개의 압력가변밸브기구(22)와의 조합으로 유량조절기구 어셈블리(20)를 구성한다.
도 5에 도시된 바와 같이 냉각탱크(21)는 수냉식 냉각기(12)로부터 공급되는 냉각수를 복수개의 배터리 모듈(11)에 공급하는 냉각룸과, 냉각룸의 하부에 위치하되 나란하게 인접 배치되고 복수개의 배터리 모듈(11)과 열교환을 거친 냉각수를 수냉식 냉각기로 다시 공급하는 히팅룸을 구비한다.
상기 냉각룸은 수냉식 냉각기(12)로부터 공급되는 냉각수가 인렛 니플(1)을 통하여 유입되는 칠러냉각룸(21a)과, 일부가 상기 칠러냉각룸(21a)과 연통 가능하게 칠러냉각룸(21a)의 하부에 나란하게 인접 배치되어 상기 칠러냉각룸(21a)으로부터 유입되는 냉각수를 상기 배터리 모듈(11)로 공급하는 모듈냉각룸(21b)을 구비한다.
상기 히팅룸은 배터리 모듈(11)과 열교환을 거친 냉각수가 유입되는 모듈히팅룸(21c)과, 일부가 상기 모듈히팅룸(21c)과 연통 가능하게 모듈히팅룸(21c)의 하부에 나란하게 인접 배치되어 모듈히팅룸(21c)으로부터 유입되는 냉각수를 아웃렛 니플(2)을 통하여 수냉식 냉각기(12)로 공급하는 칠러히팅룸(21d)을 구비한다.
압력가변밸브기구(22)는 각각의 배터리 모듈(11)에 대응하게 냉각탱크(21)의 내부에 길이방향으로 가면서 정해진 간격으로 설치되고, 배터리 모듈(11)의 내부 압력증가에 의한 압력 변동 시 스프링의 탄성력으로 밸브의 개폐가 조절되어 냉각수의 인입 유량을 조절함으로써 균일한 유량 배분을 수행한다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 압력가변밸브기구(22)는, 칠러냉각룸(21a)과 모듈냉각룸(21b) 사이의 통로를 개폐 가능하게 설치되는 제1유량조절피스톤(22a)과, 제1유량조절피스톤(22a)을 하부에서 탄성적으로 지지하는 제1압축스프링(22b)과, 제1압축스프링(22b)의 하단과 접촉을 유지하는 가이드(22d)와, 모듈히팅룸(21c)의 내부압력 감소 시 압력스프링(22f)의 탄성력에 의해 이동하는 가변피스톤(22g)과, 상기 가변피스톤(22g)의 상단에 수직으로 고정되어 가변피스톤(22g)과 일체로 상하이동하고 상단은 가이드(22d)와 연결되는 압력가변로드(22e)를 구비한다. 가이드(22d)의 상부에는 상방으로 돌출된 봉형의 스토퍼(22o)가 배치되어 제1유량조절피스톤(22a)의 이동거리를 제한하는 역할을 하는 것이 바람직하다.
압력스프링(22f)은 실린더(22h) 내부에서 가변피스톤(22g)의 상부에 체결되어 모듈히팅룸(21c)의 내부압력 감소 시 상기 가변피스톤(22g)을 하강시키는 방향으로 탄성력을 제공한다.
모듈히팅룸(21c)의 내부압력 감소 시 압력스프링(22f)의 탄성력에 의해 가변피스톤(22g)이 하강하고 가변피스톤(22g)의 상단에 연결된 압력가변로드(22e)에 의해 가이드(22d)가 하강하면 이에 연동하여 제1압축스프링(22b)은 탄성에 의해 길이가 늘어나게 된다. 이에 따라 제1유량조절피스톤(22a)을 지지하는 제1압축스프링(22b)의 반발력이 감소하므로 모듈냉각룸(21b)으로 유입되는 냉각수의 유량은 증가하게 된다.
또한, 압력가변밸브기구(22)는 모듈히팅룸(21c)과 상기 칠러히팅룸(21d) 사이의 통로를 개폐 가능하게 설치되고 상기 모듈히팅룸(21c)의 내부가 일정 압력 이상이 되었을 때 아래로 이동하는 제2유량조절피스톤(22j)과, 상기 제2유량조절피스톤(22j)을 하부에서 지지하도록 체결되고 상기 제2유량조절피스톤(22j)의 이동에 의해 압축 가능한 제2압축스프링(22k)을 구비한다. 제2유량조절피스톤(22j)의 하방에는 상방으로 돌출된 봉형의 스토퍼(22p)가 배치되어 제2유량조절피스톤(22k)의 이동거리를 제한하는 역할을 하는 것이 바람직하다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이 압력가변밸브기구(22)의 설치 시 제1유량조절피스톤(22a)을 감싸는 밸브 하우징(22c)의 상단은 칠러냉각룸(21a)과 모듈냉각룸(21b) 사이의 격벽에 고정되고, 가변피스톤(22g)을 수용하는 실린더(22h)의 상단은 모듈냉각룸(21b)과 모듈히팅룸(21c) 사이의 격벽에 고정되고, 제2유량조절피스톤(22j)을 감싸는 밸브 하우징(22l)의 상단은 모듈히팅룸(21c)과 칠러히팅룸(21d) 사이의 격벽에 고정된다. 여기서, 밸브 하우징(22c), 실린더(22h), 밸브 하우징(22l)에는 도 6에 나타난 바와 같이 각각의 안팎으로 뚫려서 냉각수를 이동시키는 냉각수 통로(22m,22i,22n)가 형성되어 있다.
그러면, 도 7 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템의 작동을 설명하기로 한다.
수냉식 냉각기로부터 공급되는 냉각수는 인렛 니플(1)을 통해 칠러냉각룸(21a)에 유입된다. 칠러냉각룸(21a) 내부가 정해진 압력 이상이 되면 압력에 의해 제1유량조절피스톤(22a)이 하강하여 밸브가 열림과 동시에 제1압축스프링(22b)이 압축되고 냉각수는 모듈냉각룸(21b)으로 유입된다.
모듈냉각룸(21b)으로 유입된 냉각수는 냉각수 유입 니플(23)을 통해 배터리 모듈(11)로 공급되고 배터리 모듈(11) 내부의 소정 유로를 거치면서 열교환이 이루어진다.
배터리 모듈(11)과 열교환을 거친 냉각수는 냉각수 배출 니플(24)을 통해 배터리 모듈(11)에서 나와서 모듈히팅룸(21c)으로 유입된다. 모듈히팅룸(21c) 내부가 일정압력 이상이 되면 제2유량조절피스톤(22j)이 하강하여 밸브가 열림과 동시에 제2압축스프링(22k)이 압축되어 냉각수는 칠러히팅룸(21d)으로 유입되고 아웃렛 니플(2)을 통해 수냉식 냉각기(12)로 다시 공급된다.
한편, 특정 배터리 모듈(11)의 내부 압력 증가로 인해 모듈냉각룸(21b)과의 차압이 증가하여 인입 유량이 감소할 경우, 해당 배터리 모듈(11)에 대응하는 압력가변밸브기구(22)는 제1압축스프링(22b)의 반발력이 감소하여 인입 유량을 증가시키는 작동을 하게 된다.
즉, 해당 배터리 모듈(11)의 내부 압력 증가로 인해 모듈히팅룸(21c)의 내부 압력이 감소하면 압력스프링(22f)의 탄성력에 의해 가변피스톤(22g)이 아래로 하강하게 된다. 이에 연동하여 압력가변로드(22e)가 아래로 이동하게 되고 압력가변로드(22e)의 상단에 연결된 가이드(22d)가 아래로 이동하고 가이드(22d)의 상단에 접촉된 제1압축스프링(22b)이 벌어져서, 즉 스프링 길이가 확장되어 스프링 반발력이 감소하게 되므로 냉각수의 인입 유량은 증가하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템은 다수의 배터리 모듈들에 대하여 공급되는 냉각수의 유량을, 배관의 길이에 따라 유량이 불균일하게 분배되는 현상 없이, 배터리 모듈의 내부 압력변화에 대응하여 자동으로 균일하게 제어함으로써 동일한 냉각 성능을 갖출 수 있으므로 고효율 냉각이 요구되는 무가선 트램의 배터리 시스템에 이용될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 인렛 니플 2: 아웃렛 니플
10: 외함 11: 배터리 모듈
20: 유량조절기구 어셈블리 21: 냉각탱크
21a: 칠러냉각룸 21b: 모듈냉각룸
21c: 모듈히팅룸 21d: 칠러히팅룸
22: 압력가변밸브기구 22a: 제1유량조절피스톤
22b: 제1압축스프링 22c,22l: 밸브 하우징
22d: 가이드 22e: 압력가변로드
22f: 압력스프링 22g: 가변피스톤
22h: 실린더 22j: 제2유량조절피스톤
22k: 제2압축스프링 23: 냉각수 유입 니플
24: 냉각수 배출 니플

Claims (14)

  1. 외함 내부에 수용되고 서로 연결된 복수개의 배터리 모듈;
    상기 외함의 일측에 설치된 수냉식 냉각기;
    상기 외함에 배치되어 상기 수냉식 냉각기로부터 공급되는 냉각수를 상기 복수개의 배터리 모듈에 공급하는 냉각룸과, 상기 냉각룸에 인접 배치되고 상기 복수개의 배터리 모듈과 열교환을 거친 냉각수를 상기 수냉식 냉각기로 다시 공급하는 히팅룸을 구비한 냉각탱크; 및
    각각의 배터리 모듈에 대응하게 상기 냉각탱크에 설치되고 상기 배터리 모듈의 내부압력 변화에 대응하여 상기 냉각수의 인입 유량을 조절하여 균일한 유량 배분을 수행하는 압력가변밸브기구;를 포함하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각룸은 상기 수냉식 냉각기로부터 공급되는 냉각수가 유입되는 칠러냉각룸과, 일부가 상기 칠러냉각룸과 연통 가능하게 인접 배치되어 상기 칠러냉각룸으로부터 유입되는 냉각수를 상기 배터리 모듈로 공급하는 모듈냉각룸을 구비하고,
    상기 히팅룸은 상기 배터리 모듈과 열교환을 거친 냉각수가 냉각수가 유입되는 모듈히팅룸과, 일부가 상기 모듈히팅룸과 연통 가능하게 인접 배치되어 상기 모듈히팅룸으로부터 유입되는 냉각수를 상기 수냉식 냉각기로 공급하는 칠러히팅룸을 구비한 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압력가변밸브기구는,
    상기 칠러냉각룸과 상기 모듈냉각룸 사이의 통로를 개폐 가능하게 설치되는 제1유량조절피스톤과, 상기 제1유량조절피스톤에 체결되어 상기 제1유량조절피스톤의 하강에 의해 압축되는 제1압축스프링과, 상기 모듈히팅룸의 내부압력 감소 시 압력스프링의 탄성력에 의해 이동하는 가변피스톤과, 상기 가변피스톤과 일체로 하강하여 상기 제1압축스프링의 반발력을 변화시키는 압력가변로드를 구비하고,
    상기 모듈히팅룸의 내부압력 감소 시 상기 가변피스톤 및 압력가변로드의 이동에 의해 상기 제1압축스프링의 반발력이 감소하여 상기 모듈냉각룸으로 유입되는 냉각수의 유량이 증가하는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 압력가변밸브기구는,
    상기 모듈히팅룸과 상기 칠러히팅룸 사이의 통로를 개폐 가능하게 설치되는 제2유량조절피스톤과, 상기 제2유량조절피스톤에 체결되어 상기 제2유량조절피스톤의 하강에 의해 압축 가능한 제2압축스프링을 더 구비하고,
    상기 모듈히팅룸의 내부가 정해진 압력 이상이 되었을 때 상기 제2유량조절피스톤이 하강하고 이와 동시에 상기 제2압축스프링이 압축되는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 압력스프링은 상기 가변피스톤의 상부에 배치되어 상기 모듈히팅룸의 내부압력 감소 시 상기 가변피스톤을 하강시키는 방향으로 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 냉각탱크는 상기 복수개의 배터리 모듈의 배열 방향으로 연장되게 배치되게 상기 외함의 내부 양편에 각각 배치되고,
    상기 복수개의 배터리 모듈은 상기 냉각탱크에 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 냉각룸의 하부에 상기 히팅룸이 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 칠러냉각룸의 하부에 상기 모듈냉각룸이 배치되고,
    상기 모듈히팅룸의 하부에 상기 칠러히팅룸이 배치된 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 외함의 타측에 설치되는 배터리 보호장치 및 통신장치를 더 포함하고,
    상기 외함은 무가선 트램의 지붕에 설치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템.
  10. 배터리 시스템에 구비되는 유량조절기구 어셈블리에 있어서,
    수냉식 냉각기로부터 공급되는 냉각수를 복수개의 배터리 모듈에 공급하는 냉각룸과, 상기 냉각룸에 인접 배치되고 상기 복수개의 배터리 모듈과 열교환을 거친 냉각수를 상기 수냉식 냉각기로 다시 공급하는 히팅룸을 구비한 냉각탱크; 및
    각각의 배터리 모듈에 대응하게 상기 냉각탱크에 설치되고 상기 배터리 모듈의 내부압력 변화에 대응하여 상기 냉각수의 인입 유량을 조절하여 균일한 유량 배분을 수행하는 압력가변밸브기구;를 포함하는 배터리 시스템의 유량조절기구 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉각룸은 상기 수냉식 냉각기로부터 공급되는 냉각수가 유입되는 칠러냉각룸과, 상기 칠러냉각룸과 연통 가능하게 인접 배치되어 상기 칠러냉각룸으로부터 유입되는 냉각수를 상기 배터리 모듈로 공급하는 모듈냉각룸을 구비하고,
    상기 히팅룸은 상기 배터리 모듈과 열교환을 거친 냉각수가 냉각수가 유입되는 모듈히팅룸과, 상기 모듈히팅룸과 연통 가능하게 인접 배치되어 상기 모듈히팅룸으로부터 유입되는 냉각수를 상기 수냉식 냉각기로 공급하는 칠러히팅룸을 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 유량조절기구 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서, 상기 압력가변밸브기구는,
    상기 칠러냉각룸과 상기 모듈냉각룸 사이의 통로를 개폐 가능하게 설치되는 제1유량조절피스톤과, 상기 제1유량조절피스톤에 체결되어 상기 제1유량조절피스톤의 하강에 의해 압축되는 제1압축스프링과, 상기 모듈히팅룸의 내부압력 감소 시 압력스프링의 탄성력에 의해 이동하는 가변피스톤과, 상기 가변피스톤과 일체로 하강하여 상기 제1압축스프링의 반발력을 변화시키는 압력가변로드를 구비하고,
    상기 모듈히팅룸의 내부압력 감소 시 상기 가변피스톤 및 압력가변로드의 이동에 의해 상기 제1압축스프링의 반발력이 감소하여 상기 모듈냉각룸으로 유입되는 냉각수의 유량이 증가하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 유량조절기구 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서, 상기 압력가변밸브기구는,
    상기 모듈히팅룸과 상기 칠러히팅룸 사이의 통로를 개폐 가능하게 설치되는 제2유량조절피스톤과, 상기 제2유량조절피스톤에 체결되어 상기 제2유량조절피스톤의 하강에 의해 압축 가능한 제2압축스프링을 더 구비하고,
    상기 모듈히팅룸의 내부가 정해진 압력 이상이 되었을 때 상기 제2유량조절피스톤이 하강하고 이와 동시에 상기 제2압축스프링이 압축되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 유량조절기구 어셈블리.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 압력스프링은 상기 가변피스톤의 상부에 배치되어 상기 모듈히팅룸의 내부압력 감소 시 상기 가변피스톤을 하강시키는 방향으로 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 유량조절기구 어셈블리.
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