KR20200075516A - 전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차의 배터리 열관리 장치에 있어서, 일측이 전기 자동차의 배터리(100)와 밀접하게 설치되고 내측에 물이 흐르도록 형성되며 전기 자동차의 배터리(100)에서 발생하는 폐열을 수집하여 내측에 흐르는 물을 1차로 가열시키는 몸체(20)와, 상기 몸체(20) 내측의 물이 누수되지 않도록 하는 상부덮개(30)와, 상기 몸체(20)를 배터리(100)측에 설치하기 위한 하부덮개(40)와, 상기 몸체(20)와 상부덮개(30) 사이에 설치되어 배터리(100)의 폐열에 의해 1차 가열된 온수를 열선(51)에 의해 2차로 가열하는 가열판(50)으로 구성되어 전기 자동차의 배터리(100)에서 발생하는 폐열을 차량의 실내 난방을 위한 온수를 생산하기 위한 용도로 재활용함으로써 배터리(100)의 냉각기능과 함께 차량 실내의 난방 기능을 동시에 갖는 효과가 있으며, 전기 자동차의 배터리 냉각시스템과 차량 실내의 난방 시스템이 하나의 장치에 의해 구동가능함에 따라 전기 자동차 부품수의 감소와 함께 원가절감의 효과가 있다.

Description

전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치{ HEAT MANAGEMENT APPARATUS FOR RECYCLING HEAT FROM ELECTRIC VEHICLE BATTERY}

본 발명은 전기자동차용 배터리의 열관리 장치에 관한 것으로, 특히 하나의 장치에 의해 배터리 냉각과 차량 실내 난방이 가능한 전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치에 관한 것이다.

최근 환경문제와 고유가 등으로 인해 전기차와 같은 환경차량에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이같은 환경차량에 있어서 고전압 배터리는 전기차를 구성하는 핵심 부품 중 하나이다.

이러한, 고전압 배터리는 충방전시에 고온의 열이 발생되는데, 이는 배터리의 성능 및 효율에 상당한 영향을 미치는 주요 요인으로써 필수적으로 관리할 필요성이 있다.

이런 전기 자동차를 구현함에 있어 핵심기술은 배터리 모듈과 관련한 기술이며, 최근 배터리의 경량, 소형화, 짧은 충전시간 등에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 배터리 모듈은 최적의 온도환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있다. 그러나 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어렵다.

배터리 모듈의 최적의 온도환경 유지를 위해 종래에는, 배터리 모듈 온도조절을 위한 냉난방 시스템을 차량 실내 공조를 위한 냉난방 시스템과는 별도로 운용하는 기술을 채택하고 있다. 즉, 독립된 2개의 냉난방 시스템을 구축하여 하나는 실내 냉난방에 사용하고, 다른 하나는 배터리 모듈 온도조절을 위한 용도로 활용하고 있는 것이다.

즉, 배터리 냉각을 위한 냉각시스템과 차량의 실내 난방용 전기 히터를 별도로 구성하여야 함에 따른 전기 자동차의 연비가 줄어들게 되고 전기 자동차의 부품수 증가와 차량의 냉난방 시스템의 구조가 복잡해지는 문제가 있는 것이다.

국내공개특허 제10-2014-0144802호, '전기차용 배터리 열관리 장치'

따라서 본 발명은 전기 자동차의 배터리에서 발생하는 열을 재활용하여 차량의 실내 난방에 활용할 수 있도록 하는 전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치를 제공하는데에 있다.

상기의 목적에 따른 본 발명은 전기 자동차의 배터리 열관리 장치에 있어서, 일측이 전기 자동차의 배터리(100)와 밀접하게 설치되고 내측에 물이 흐르도록 형성되며 전기 자동차의 배터리(100)에서 발생하는 폐열을 수집하여 내측에 흐르는 물을 1차로 가열시키는 몸체(20)와, 상기 몸체(20) 내측의 물이 누수되지 않도록 하는 상부덮개(30)와, 상기 몸체(20)를 배터리(100)측에 설치하기 위한 하부덮개(40)와, 상기 몸체(20)와 상부덮개(30) 사이에 설치되어 배터리(100)의 폐열에 의해 1차 가열된 온수를 열선(51)에 의해 2차로 가열하는 가열판(50)으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 몸체(20)의 일측에는 열관리 장치(10)의 부품이 설치되는 공간부(21)가 형성되고 타측에는 배터리(100)에서 발생한 열에 의해 물이 1차로 가열되는 가열챔버(23)가 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 공간부(21)이 일측에는 공간부(21) 내에서 발생한 열에 의한 장치의 고장을 방지하기 위한 환풍통로(22)가 형성됨을 특징으로 하는 한다.

또한, 몸체(20)는 알루미늄 소재인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전기 자동차의 배터리에서 발생하는 폐열을 차량의 실내 난방을 위한 온수를 생산하기 위한 용도로 재활용함으로써 배터리의 냉각기능과 함께 차량 실내의 난방 기능을 동시에 갖는 효과가 있다.

또한, 전기 자동차의 배터리 냉각시스템과 차량 실내의 난방 시스템이 하나의 장치에 의해 구동가능함에 따라 전기 자동차 부품수의 감소와 함께 원가절감의 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 분해사진도,
도 3 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치의 내부 구성을 도시한 상하부 사진도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 열관리 장치가 전기자동차에 설치되는 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치의 전체구성을 보여주는 도면이며, 도 2는 이를 분해한 도면이다.

본 발명의 전기 자동차의 배터리 열관리 장치(10)는 일측이 전기 자동차의 배터리(100)와 밀접하게 설치되고 내측에 물이 흐르도록 형성되며 전기 자동차의 배터리(100)에서 발생하는 폐열을 수집하여 내측에 흐르는 물을 1차로 가열시키는 몸체(20)와, 상기 몸체(20) 내측의 물이 누수되지 않도록 하는 상부덮개(30)와, 상기 몸체(20)를 배터리(100)측에 설치하기 위한 하부덮개(40)와, 상기 몸체(20)와 상부덮개(30) 사이에 설치되어 배터리(100)의 폐열에 의해 1차 가열된 온수를 열선(51)에 의해 2차로 가열하는 가열판(50)으로 구성된다.

상기 몸체(20)는 전기 자동차의 배터리(100)에 설치되며, 일측은 공간부(21)가 형성되고 타측에는 배터리(100)에서 발생한 열에 의해 물이 1차로 가열되는 가열챔버(23)가 형성된다.

본 발명의 실시 예로서 상기 몸체(20)는 열전도가 높은 알루미늄소재를 사용하는 것이 바람직하며, 전기 자동차의 주행중 또는 배터리(100) 충전시에 발생하는 열을 몸체(20)를 통해 전달시켜 배터리(100)의 열을 감소시키면서 전달된 폐열을 이용하여 차량 실내 난방을 위한 온수를 생산하기 위해 사용한다.

전기 자동차의 배터리(100)에 밀착되어 설치되는 몸체(20)의 일측에는 도 3에서와 같이 열관리 장치(10)의 부품이 설치되는 공간부(21)가 형성되며, 상기 공간부(21)에 하부덮개(40)를 덮어 배터리(100)에 부착하여 몸체(20)가 실제 배터리(100)와 밀착되도록 설치하게 된다.

이때, 공간부(21)이 일측에는 공간부(21) 내에서 발생한 열에 의한 장치의 고장을 방지하기 위한 환풍통로(22)가 형성될 수 있다.

몸체(20)에 형성된 공간부(21)의 반대편에는 배터리(100)로부터 전달된 폐열에 의해 1차로 물이 가열되는 가열챔버(23)가 형성된다.

도 4를 참조하여 몸체(20)의 구성을 보면, 내측에는 물이 가열되는 가열챔버(23)가 다수의 공간으로 분리형성되고, 가열챔버(23)의 양측단에는 물이 가열챔버(23)내로 들어오는 유입구(24)와, 가열된 물이 배출되어 차량 난방용으로 사용될 수 있도록 하는 배출구(25)가 형성되며, 가열챔버(23)의 가장자리를 빙둘러서는 가열챔버(23)의 누수방지를 위해 상부에 설치되는 가열판(50)과 밀착되도록 하는 실링부재(27)가 설치된다.

가열챔버(23) 내의 물이 가열되는 구성을 보면, 우선 배터리(100)에서 발생한 폐열을 몸체(20)를 통해 물리적으로 전달받아 가열챔버(23) 내의 물이 1차로 소정의 온도까지 가열되시키게 되고, 배터리(100)의 폐열에 의해 1차 가열된 물을 몸체(20) 상부에 설치된 가열판(50)의 열선(51)에 의해 2차로 난방을 위한 온도까지 물을 가열하여 배출구(25)를 통해 배출하게 된다.

즉, 배터리(100)의 폐열에 의해 1차로 가열된 물을 가열판(50)의 열선(51)에 의해 2차로 가열함에 따라 가열판(50)에 의한 2차 가열의 열효율을 높일 수 있게 된다.

상기 가열챔버(23) 내에는 다수의 공간으로 분리되어 물이 지그재그로 흘러갈 수 있도록 하며, 유입구(24)를 통해 공급된 물이 가열챔버(23)를 따라 흘러가면서 가열되어 배출구(25)를 통해 난방용 온수로 공급된다.

이때, 가열챔버(23) 내에는 물이 흐르는 유로에 다수의 격벽(26)이 형성되어 가열챔버(23)를 따라 흐르는 물에 열 전달이 잘되게 하여 열효율을 높임과 함께 물이 격벽(26)에 의해 형성된 좁은 유로를 통해 용이하게 흘러갈 수 있도록 한다.

상기 격벽(26)은 가열챔버(23) 전체에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 다수의 공간으로 분리된 가열챔버(23)의 꺾임부분에 형성될 수 있다. 즉, 지그재그로 물이 꺾이는 위치에 격벽(26)에 의해 좁은 유로를 형성하여 유속이 빠르게 함으로써 물이 쉽게 흐를 수 있도록 한다.

또한, 격벽(26)은 가열챔버(23) 내에 흐르는 물과 몸체(20)가 닿는 면적을 증가시켜 배터리(100)의 폐열이 보다 많은 면적을 통해 물로 전달되도록 하여 가열효율을 높일 수 있는 것이며, 가열판(50)에 의한 2차 가열시에도 격벽(26)을 따라 흐르는 소량의 물을 가열시킴으로써 빠른시간 내에 물이 가열될 수 있는 것이다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

(10)-- 열관리 장치
(20)-- 몸체
(21)-- 공간부 (22)-- 환풍통로
(23)-- 가열챔버 (24)-- 유입구
(25)-- 배출구 (26)-- 격벽
(27)-- 실링부재
(30)-- 상부덮개 (40)-- 하부덮개
(50)-- 가열판
(51)-- 열선
(100)-- 전기자동차용 배터리

Claims (4)

1. 전기 자동차의 배터리 열관리 장치에 있어서,
   일측이 전기 자동차의 배터리(100)와 밀접하게 설치되고 내측에 물이 흐르도록 형성되며 전기 자동차의 배터리(100)에서 발생하는 폐열을 수집하여 내측에 흐르는 물을 1차로 가열시키는 몸체(20)와, 상기 몸체(20) 내측의 물이 누수되지 않도록 하는 상부덮개(30)와, 상기 몸체(20)를 배터리(100)측에 설치하기 위한 하부덮개(40)와, 상기 몸체(20)와 상부덮개(30) 사이에 설치되어 배터리(100)의 폐열에 의해 1차 가열된 온수를 열선(51)에 의해 2차로 가열하는 가열판(50)으로 구성됨을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   몸체(20)의 일측에는 열관리 장치(10)의 부품이 설치되는 공간부(21)가 형성되고 타측에는 배터리(100)에서 발생한 열에 의해 물이 1차로 가열되는 가열챔버(23)가 형성됨을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   공간부(21)이 일측에는 공간부(21) 내에서 발생한 열에 의한 장치의 고장을 방지하기 위한 환풍통로(22)가 형성됨을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   몸체(20)는 알루미늄 소재인 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리에서 발생하는 열을 재활용하기 위한 열관리 장치.
   

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