KR20210015327A - 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템에 관한 것이다. 이는, 다수의 배터리셀을 포함하고 외부의 전력부하에 접속되는 배터리모듈과; 상기 배터리모듈에 장착되며 외부의 에어컨으로부터 공급된 냉매를 그 내부로 통과시키며 냉매로 하여금 배터리모듈을 냉각하게 하는 냉매유도부를 구비한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템은, 차량에 설치되어 있는 에어컨의 냉매를, 에어컨 외부로 우회시켜 배터리 내부의 셀과 직접 접하도록 함으로써, 그만큼 냉각효과가 뛰어나고, 장시간 사용에도 배터리가 최적 온도 범위를 유지할 수 있게 한다. 또한, 냉매에 의한 냉각효율이 월등하므로, 함께 설치된 냉각팬의 사용을 최소화 하거나 아예 가동을 중지하여, 진동과 소음에 의한 문제를 동시에 해결할 수 있다.

Description

에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템{Battery cooling system using air conditioner refrigerant}

본 발명은 전기차나 하이브리드차 또는 수소연료차량에 적용되는 배터리의 냉각에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량에 설치되어 있는 에어컨의 냉매를 냉열원으로 삼아 배터리를 냉각하는 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템에 관한 것이다.

리튬이차전지는, 에너지밀도와 작동전압이 높으며, 메모리현상이 없어 용량이 안정적으로 유지되므로 장시간 사용이 가능하다는 장점을 갖는다. 이에 따라, 리튬이차전지는 다양한 모바일 기기는 물론 최근 전기자동차나 하이브리드 자동차의 동력원으로 사용되기도 한다.

전기자동차나 하이브리드자동차(이하, 차량)에 적용되는 리튬이차전지는, 단시간에 큰 출력을 발휘할 수 있어야 함은 물론, 대전류에 의한 충방전이 반복되는 가혹 조건 하에서 적어도 10년 정도는 사용할 수 있어야 하므로, 그만큼 우수한 출력 안정성 및 내구성이 요구된다.

이러한 리튬이차전지는, 전해액의 종류에 따라 리튬이온전지와 리튬 폴리머전지로 구분할 수 있고, 또한, 구조적 특징에 따라 원통형, 각형, 파우치형으로 분류되기도 한다.

리튬이차전지의 기본 구조는, 양극 활물질이 코팅된 양극판, 음극 활물질이 코팅된 음극판, 양극판과 음극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬이온을 통과시키는 세퍼레이터로 구성된 전극조립체와, 전극조립체를 수용하는 케이스와, 케이스 내부에 주입되는 전해액 등으로 이루어진다.

그런데 리튬이차전지는, 전극조립체가 적층된 상태로 케이스 내부에 밀봉되어 있으므로, 방열이 제대로 이루어지지 못할 경우, 전지의 열화가 초래되어 수명이 저하될 뿐 아니라 안전성이 크게 훼손될 수 있다.

특히, 전기자동차나 하이브리드 자동차용 배터리와 같이, 고속 충전 및 방전이 요구되는 전지에서는 순간적으로 고출력을 제공하는 과정에서 많은 발열이 뒤따르므로 효과적인 방열의 필요성이 더욱 크다. 효과적 발열이 이루어지지 못한다면, 열축에 의한 열화가 시작되며, 심할 경우 발화 내지 폭발될 수 있다.

이와 같이, 배터리에 있어서의 발열 문제는 수명 및 출력을 결정짓는 중요한 요소이므로, 리튬이온전지의 사용 시 발생하는 열을 배출하는 기술은 매우 중요하다.

한편, 종래의 배터리에 있어서의 냉각방식은 냉각팬을 이용하는 방식이 대부분이었다. 즉, 배터리팩의 일측에 냉각팬을 설치하고 외부로부터 공급된 차가운 공기를 배터리팩으로 송풍하여 냉각을 도모하는 것이다.

그러나, 이러한 송풍냉각 방식은 냉각효율이 그다지 좋지 않다는 단점을 갖는다. 그 이유는 냉풍의 온도가, 전지셀의 내부까지 도달하는 것이 아니라 거의 대부분 케이스 정도에만 작용하기 때문이다. 전지셀의 코어부 까지 냉기가 도달하더라도 그 열량은 얼마 되지 않으며 또한 코어부까지 전달되는 시간도 많이 걸린다. 이는 냉각시간이 그만큼 길어진다는 의미이다.

이에 더하여, 송풍 냉각장치는 냉각팬으로부터 소음과 진동이 발생한다는 문제를 갖는다. 냉각팬의 회전 시 발생하는 소음은 사용 시간이 오래될수록 점차 커지며 진동과 함께 주변으로 퍼져 운전자에게 까지 전달될 수 있다.

국내 등록특허공보 제10-1191425호 (냉각팬을 구비하는 배터리 장치)

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 냉각효과가 뛰어나, 장시간 사용에도 배터리가 최적 온도 범위를 안정적으로 유지할 수 있게 하며, 진동과 소음에 의한 문제가 없는 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템은, 다수의 배터리셀을 포함하고 전력부하에 전력을 공급하는 배터리모듈과; 상기 배터리모듈에 장착되며 외부의 에어컨으로부터 공급된 냉매를 그 내부로 통과시키며, 냉매로 하여금 배터리모듈을 냉각하게 하는 냉매유도부를 구비한다.

또한, 상기 냉매유도부에는, 냉매공급관 및 냉매회수관을 통해 상기 에어컨에 연결되고, 상기 냉매공급관을 통해 유입한 냉매를 통과시킴과 아울러 배터리셀을 수용하는 냉각챔버가 포함된다.

또한, 상기 배터리셀은; 바디부와, 상기 바디부의 단부에 위치한 양극전극부 및 음극전극부로 이루어지고, 상기 냉각챔버는; 상기 배터리셀의 양극전극부와 음극전극부를 수용하여, 양극전극부 및 음극전극부를 집중 냉각시킬 수 있다.

아울러, 상기 냉각챔버는; 상기 배터리모듈의 상부를 커버할 수 있는 넓이를 가지고, 그 저면에 배터리셀의 양극전극부 또는 음극전극부가 끼워지는 장착홀을 구비한 제1냉각챔버와, 상기 배터리모듈의 하부를 커버할 수 있는 넓이를 가지며, 그 상면에 배터리셀의 음극전극부 또는 양극전극부가 끼워지는 장착홀을 구비한 제2냉각챔버를 포함한다.

또한, 상기 제1,2냉각챔버에는, 상기 각 장착홀을 차단하여 냉각챔버 내의 냉매통로를 밀폐하는 것으로서, 상기 배터리셀을 장착홀에 끼울 때, 배터리셀에 눌려 탄성 변형된 상태로 배터리셀의 양극전극부와 음극전극부를 감싸고, 그 두께 방향으로 열교환이 이루어지게 하는 차단막이 설치된다.

또한, 상기 제1냉각챔버와 제2냉각챔버의 사이에는, 배터리셀을 수용하며, 제1냉각챔버내의 냉매를 제2냉각챔버로 유도하는 셀하우징이 더 구비된다.

또한, 상기 셀하우징의 단면형상은, 다각형 또는 타원형의 형태를 취하며, 배터리셀과의 사이에 냉매를 통과시키는 연결통로를 제공한다.

아울러, 상기 배터리모듈은, 수용공간을 제공하는 케이스에 내장되고, 상기 케이스의 일단부에는 수용공간 내부에 냉각용 공기를 주입하는 급기팬이 설치되고, 타단부에는 배기팬이 설치된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템은, 차량에 설치되어 있는 에어컨의 냉매를, 에어컨 외부로 우회시켜 배터리 내부의 셀과 직접 접하도록 함으로써, 그만큼 냉각효과가 뛰어나고, 장시간 사용에도 배터리가 최적 온도 범위를 유지할 수 있게 한다.

또한, 냉매에 의한 냉각효율이 월등하므로, 함께 설치된 냉각팬의 사용을 최소화 하거나 아예 가동을 중지하여, 진동과 소음에 의한 문제를 동시에 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템의 전체 구조를 나타내 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템의 컨셉을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 배터리장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시한 제1,2냉각챔버를 배터리모듈과 함께 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 제1,2냉각챔버의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시한 제2냉각챔버의 절제 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템에 적용될 수 있는 다른 구조의 냉각챔버를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 냉각챔버의 분해 절제 사시도이다.
도 9a 내지 9d는 도 8에 도시한 셀하우징의 여러 변형 예를 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템은, 에어컨에 사용되는 냉매의 일부를 배터리로 보내어, 냉매로 하여금 배터리의 열을 냉각하게 하는 구성을 갖는다.

이러한 냉각시스템의 기본 구조는, 다수의 배터리셀을 포함하고 외부의 전력부하에 접속되는 배터리모듈과; 상기 배터리모듈에 장착되며 외부의 에어컨으로부터 공급된 냉매를 그 내부로 통과시키며 냉매로 하여금 배터리모듈을 냉각하게 하는 냉매유도부로 이루어진다.

후술하는 실시예는, 전기차나 하이브리드차량 또는 수소차에 설치되는 배터리를 냉각 대상으로 하지만, 차량이 아닌 다른 분야 또는 장비라 하더라도, 에어컨과 배터리를 구성요소로 한다면, 본 발명의 냉각시스템을 얼마든지 적용 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템(17)의 전체 구조를 나타내 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템의 컨셉을 설명하기 위한 블록도이다.

도시한 바와 같이, 차량(10)에, 배터리 냉각시스템(17)이 적용되어 있다. 차량(10)에는 전기차 하이브리드차 수소차가 포함된다.

상기 차량(10)에는, 에어컨(11), 배터리장치(20), 드라이브모터(90), 제어부(70), 펌프(80)가 구비되어 있다. 에어컨(11)은 차량의 내부공간에 냉기를 공급하는 일반적인 냉방기로서, 도 2의 구조를 갖는다.

에어컨(11)은, 압축기(11a), 응축기(11b), 팽창밸브(11c), 증발기(11d)를 구비하며, 통상적인 방법으로 냉기를 발생하여 차량의 실내공간으로 공급한다.

상기 배터리장치(20)는 차량(10)의 무게중심을 고려하여 바닥부에 설치되며, 그의 내부 구조는 도 3이하의 도면을 통해 후술하기로 한다. 배터리장치(20)는 전력선(15)을 통해 드라이브모터(90)와 접속된다. 드라이브모터(90)는 배터리장치(20)로부터 전력을 공급받아 차량의 바퀴를 회전시킨다.

아울러, 에어컨(11)과 배터리장치(20)는 냉매공급관(12) 및 냉매회수관(13)을 통해 접속되어 있다. 냉매공급관(12)은 에어컨(11) 내에서 순환하는 냉매의 일부를 배터리장치(20)로 유도하는 파이프로서 메인밸브(12a)에 의해 개폐된다. 냉매회수관(13)은 배터리장치(20)를 통과한 냉매를 에어컨(11)으로 돌려보내는 파이프이다. 냉매회수관(13)에는 펌프(80)가 장착될 수 있다.

또한, 냉매공급관(12)은, 팽창밸브(11c)와 증발기(11d)의 사이에 접속된다. 팽창밸브(11c)를 통과하면서 냉각된 냉매가 배터리장치(20)로 유도되는 것이다. 또한 냉매회수관(13)은 증발기(11d)와 압축기(11a)의 사이에 접속된다. 배터리장치(20)의 냉각 임무를 마친 냉매는 에어컨(11)으로 회수되어 압축기(11a)를 향하는 것이다.

도면부호 11e와 11f는 3방밸브이다. 3방밸브(11e,11f)는 제어부(70)에 의해 제어되며, 에어컨으로부터 배터리장치(20)로 전달되는 냉매의 양을 조절한다. 3방밸브(11e,11f)가 완전히 차단되면 배터리장치(20)로의 냉매 공급은 없다.

상기 펌프(80)는 배터리장치(20)를 통과하는 냉매를 펌핑하여 에어컨으로 강제 이송시키는 역할을 한다. 펌프(80)의 작동에 의해 냉매의 보다 원활한 바이패스 유동이 가능해진다. 이러한 역할을 할 수 있는 한 펌프(80)의 위치는 필요에 따라 달라질 수 있다.

도면부호 60은 센서이다. 센서(60)는 배터리장치(20)의 내부 온도를 감지하고, 감지한 내용을 제어부(70)로 전달한다. 제어부(70)는 메인밸브(12a)와 펌프(80)를 제어하는 것으로서, 배터리장치(20)의 과열 시, 메인밸브(12a)를 개방하고 펌프(80)를 동작시켜, 에어컨 내부의 냉매가 배터리장치(20)를 통과하게 한다. 배터리장치(20)가 과열되지 않은 상태에서는 메인밸브(12a)가 차단되고 펌프(80)도 작동하지 않는다. 이러한 일련의 동작이, 에어컨(11)의 가동 중 진행됨은 물론이다.

도 3은 도 1에 도시한 배터리장치(20)의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 배터리장치(20)는, 수용공간(21a)을 갖는 케이스(21), 케이스(21)의 내부에 배치되는 다수의 배터리모듈(22), 각 배터리모듈(22)의 상하부에 장착되는 냉매유도부를 구비한다. 냉매유도부는 제1냉각챔버(27) 및 제2냉각챔버(28)를 포함한다.

케이스(21)는 배터리모듈(22) 및 냉매유도부를 수용 보호하는 역할을 한다. 이를 위해, 케이스(21) 내부에 배터리모듈(22)을 지지하는 별도의 지지브라켓이나 완충부재(미도시) 등이 적용될 수 있다.

아울러 케이스(21)의 일단부에는 급기팬(26a)이, 타단부에는 배기팬(26b)이 설치된다. 급기팬(26a)은 외부의 공기를 수용공간(21a) 내부로 유도하는 역할을 하고, 배기팬(26b)은 케이스(21) 내부의 공기를 외부로 배출하는 역할을 한다. 급기팬(26a)과 배기팬(26b)은 다수의 배터리모듈(22)을 사이에 두고 반대편에 위치한다.

급기팬(26a)을 통해 수용공간(21a) 내부로 공급된 공기는, 케이스(21) 내부에서 유동하며 배터리모듈(22)을 냉각시킴과 아울러, 정체된 가스를 몰아 외부로 배출시킨다.

한편, 상기 배터리모듈(22)은 다수의 배터리셀(23)로 구성된 전력공급부로서, 전력선(15)을 통해 외부의 전력부하, 가령, 드라이브모터(90)와 전기적으로 접속된 상태를 유지한다. 또한 배터리셀(23)은 내부적으로 접속와이어(24)나 전도성 니켈테이프(미도시)를 통해 상호 접속된다.

배터리셀(23)은, 원통형상의 바디부(23a), 바디부(23a)의 일단부에 위치한 양극전극부(23b), 양극전극부(23b)의 반대편에 위치하는 음극전극부(23c)로 구성된다. 아울러, 배터리모듈(22)에 있어서, 개별적 배터리셀(23)의 설치 방향은 필요에 따라 달라질 수 있다. 가령, 개별적 배터리셀(23)의 양극전극부(23b)가 상부를 향하거나 하부를 향할 수 있는 것이다.

상기 냉매유도부는, 배터리모듈(22)의 상부를 커버하는 제1냉각챔버(27)와, 하부를 커버하는 제2냉각챔버(28)를 포함한다. 제1,2냉각챔버(27,28)의 구조는 다양하게 변경 가능하며 이에 대한 설명은 후수된다.

또한, 제1냉각챔버(27)와 제2냉각챔버(28)는 냉매이송튜브(25)을 통해 각각 연통한다. 말하자면, 제1냉각챔버(27)는 냉매이송튜브(25)를 통해 서로 직렬 연결되고, 제2냉각챔버(28)도 제2냉각챔버(28) 끼리 냉매이송튜브(25)로 연결되는 것이다.

따라서 냉매공급관(12)을 통해 화살표 a방향으로 공급된 냉매 중, 일부는 다수의 제1냉각챔버(27)와 냉매이송튜브(25)을 연속 통과하여 냉매회수관(13)으로 배출되고, 나머지 냉매는, 제2냉각챔버(28)와 냉매이송튜브(25)를 통과해 냉매회수관(13)으로 나간다. 냉매회수관(13)에서 다시 모인 냉매는 화살표 b방향으로 유동하여 에어컨으로 돌아간다.

한편, 제1,2냉각챔버(27,28)를 배터리모듈(22)의 상부 및 하부에 위치시킨 이유는, 배터리셀(23)의 양극전극부(23b) 및 음극전극부(23c)를 집중 냉각하기 위함이다. 알려진 바와 같이, 배터리셀(23)에서의 발열이 가장 심한 부분은 양극전극부(23b)와 음극전극부(23c)이므로, 양극전극부(23b)와 음극전극부(23c)만 냉각하더라도 충분한 냉각 효과를 얻을 수 있다.

상기 제1,2냉각챔버(27,28) 사이에서 노출된 바디부(23a)는 급기팬(26a)을 통해 유입된 차가운 공기에 의해 냉각된다.

도 4는 도 3에 도시한 제1,2냉각챔버(27,28)를 배터리모듈(22)과 함께 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 배터리모듈(22)의 상단부에 제1냉각챔버(27)가 장착되어 있다. 제1냉각챔버(27)는 배터리모듈(22)의 상부를 커버할 수 있는 넓이를 가진다. 배터리모듈(22)의 평면 형상이 사각형의 형태를 취하므로 제1냉각챔버(27)는 사각플레이트의 형태를 취한다.

아울러, 제1냉각챔버(27)는, 배터리셀(23)의 상단부를 수용함과 아울러 냉매를 통과시키기 위한 냉매통로(27a)를 갖는다. 냉매통로(27a)는 에어컨에서 공급된 냉매가 거쳐 가는 공간으로서, 배터리셀(23)의 상단부를 밀폐 수용한다. 배터리셀(23)의 양극전극부(23b) 및 음극전극부를 수용할 수 있도록 제1냉각챔버(27)의 두께(T)는 적절히 설계된다.

또한, 제1냉각챔버(27)의 저면에는 다수의 장착홀(27c)이 마련되어 있다. 장착홀(27c)은 배터리셀(23)의 상단부를 상향 통과시키는 관통구멍으로서 그 내주면에 시일(27d)을 구비한다. 시일(27d)은 장착홀(27c)과 배터리셀(23)의 틈새 사이로 냉매가 누설되는 것을 방지한다.

제2냉각챔버(28)는, 배터리모듈(22)의 하부를 커버할 수 있는 넓이를 가지며, 그 상면에 배터리셀(23)의 하단부가 끼워지는 다수의 장착홀(28c)이 형성되어 있다. 장착홀(28c)과 배터리셀(23)의 틈새에 시일(27d)이 끼워짐은 물론이다. 제2냉각챔버(28)의 사이즈와 구성은 제1냉각챔버(27)와 동일하다.

상기한 바와 같이, 배터리모듈(22)을 구성하는 배터리셀(23)의 상단부 및 하단부가, 제1,2냉각챔버(27,28)에 수용된 상태에서 냉매통로(27a,28a)를 통해 냉매를 통과시키면, 냉매와 배터리셀간의 열교환이 이루어져 배터리셀(23)이 냉각되게 된다. 배터리셀과의 열교환을 마친 냉매는, 냉매회수관(13)을 통해 압축기(도 2의 11a)로 전달된다.

도 5는 도 3에 도시한 제1,2냉각챔버(27,28)의 다른 예를 설명하기 위한 부분 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시한 제2냉각챔버(28)의 절제 사시도이다. 제1,2냉각챔버(27,28)의 구조는 상호 동일하다.

도시한 바와 같이, 제1냉각챔버(27)의 저면에는 일정폭을 가지며 길이방향으로 연장된 장공형 장착홀(27f)이 형성되어 있다. 장착홀(27f)은 장공의 형태를 취하며 다수의 배터리셀(23)의 상단부를 수용한다.

특히 제1냉각챔버(27)의 냉매통로(27a)는 차단막(29)으로 밀폐되어 있다. 냉매통로(27a)를 통과하는 냉매는 차단막(29)에 의해 제1냉각챔버(27)의 외부로 누설되지 안는 것이다. 차단막(29)은 내열성 탄력시트로서 열전도성, 신축성, 방수성을 갖는다.

차단막(29)은 장착홀(27f)의 테두리부에 접착 고정되며, 배터리셀(23)의 상단부를 장착홀(27f)에 끼울 때, 배터리셀에 눌려 탄성 변형된다. 말하자면, 배터리셀에 의해 냉매통로(27a) 내부로 밀려들어가는 것이다. 그렇다 하더라도, 차단막(29)은 신축성을 가지므로, 제1냉각챔버(27) 내부에서 배터리셀(23)을 감싸며 밀착한 상태를 유지한다. 냉매통로(27a)을 통과하는 냉매와 전극부(23b,23c)가, 차단막(29)을 통해 얼마든지 열교환 할 수 있는 것이다.

제2냉각챔버(28)도 제1냉각챔버(27)와 동일한 구조를 갖는다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제2냉각챔버(28)의 상면에는 다수의 장착홀(28f)이 형성되어 있고, 장착홀(28f)은 차단막(29)에 의해 차단되어 있다. 차단막(29)은 냉매통로(28a)를 밀폐하여, 냉매가 장착홀(28f)을 통해 외부로 누설되는 것을 차단한다.

차단막(29)은 배터리셀(23)을 장착홀(28f)에 끼울 때, 배터리셀(23)의 하단부에 눌려 탄성 변형하며, 제2냉각챔버(28) 내측으로 밀려들어간다. 냉매통로(28a)를 통과하는 냉매와 배터리셀(23)의 음극전극부(23c)가, 차단막(29)을 통해 열교환 함은 위에 설명한 바와 같다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템에 적용될 수 있는 다른 구조의 제1,2냉각챔버(27,28)를 도시한 도면이고, 도 8은 도 7에 도시한 제1,2냉각챔버의 분해 절제 사시도이다.

도면을 참조하면, 제1냉각챔버(27)와 제2냉각챔버(28)의 사이에, 수직의 셀하우징(33)이 설치되어 있음을 알 수 있다. 셀하우징(33)은, 제1냉각챔버(27)의 냉매통로(27a)를 제2냉각챔버(28)의 냉매통로(28a)로 연통시키는 튜브로서, 그 내부에 배터리셀(23)을 수용한다. 상기 배터리셀(23)과 셀하우징(33) 내벽면과의 사이에는 냉매를 통과시키는 연결통로(33a)가 마련되어 있다

상기 제1냉각챔버(27)와 제2냉각챔버(28)에 셀하우징(33)의 상하단부를 연결시키기 위해, 제1냉각챔버(27)의 저면과 제2냉각챔버(28)의 상면에는 결합구멍(27g,28g)이 형성되어 있다. 셀하우징(33)의 상하단부는 결합구멍(27g,28g) 끼워진 상태로 고정된다.

결국, 제1냉각챔버(27)와 제2냉각챔버(28)가 셀하우징(33)에 의해 상호 연통하므로, 제1냉각챔버(27)로 유입한 냉매는 냉매통로(27a)를 채움과 동시에 셀하우징(33)을 통과하여 제2냉각챔버(28)를 채운 후 냉매회수관(13)을 통해 외부로 배출된다. 냉매가 제1냉각챔버(27)에서 제2냉각챔버(28)로 이동하는 동안 배터리셀(23)과 열교환 함은 물론이다.

셀하우징(33)의 단면 형상은, 배터리셀(23)을 수용한 상태에서 연결통로(33a)를 제공할 수 있는 한 다양하게 변형 가능하다. 가령 도 9a 내지 9d에 도시한 것처럼, 육각형, 팔각형, 타원형, 톱니형의 형태를 취할 수 있는 것이다.

도 9a 내지 9d는 도 8에 도시한 셀하우징(33)의 여러 변형 예를 도시한 평면도이다.

도 9a에 도시한 셀하우징(33)은 속이 빈 육각기둥의 형태를 취한다. 셀하우징(33)에 끼워진 배터리셀(23)은 셀하우징(33)의 내벽면에 밀착 지지되며 그 주위에 다수의 연결통로(33a)를 갖는다. 도 9b의 셀하우징(33)은 중공형 팔각기둥의 형태를 취하며 배터리셀(23)을 지지함과 아울럴 연결통로(33a)를 제공한다.

또한 도 9c의 셀하우징(33)은 타원의 단면형태를 가지며 배터리셀(23)을 수용한다. 원형단면을 갖는 배터리셀(23)은 셀하우징(33)의 내벽면에 지지됨과 아울러 그 좌우측에 연결통로(33a)를 갖는다.

도 9d에 도시한 셀하우징(33)은 일정직경을 갖는 중공파이프의 형태를 취하되 그 내주면이 톱니의 구조를 갖는다. 상기 톱니에 의해 셀하우징(33)의 내주면과 배터리셀(23)의 외주면 사이에는 다수의 연결통로(33a)가 형성된다.

결국, 상기한 바와 같이 구성되는 본 실시예의 배터리 냉각시스템은, 에어컨의 냉매 일부를, 배터리 내부로 통과시켜 배터리를 냉각시키는 것으로서, 배터리 내부의 발열부위가 냉매와 직접 접하므로 그만큼 냉각효과가 뛰어나다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10:차량 11:에어컨 11a:압축기
11b:응축기 11c:팽창밸브 11d:증발기
11e,11f:3방밸브 12:냉매공급관 12a:메인밸브
13:냉매회수관 15:전력선 17:냉각시스템
20:배터리장치 21:케이스 21a:수용공간
22:배터리모듈 23:배터리셀 23a:바디부
23b:양극전극부 23c:음극전극부 24:접속와이어
25:냉매이송튜브 26a:급기팬 26b:배기팬
27:제1냉각챔버 27a:냉매통로 27c:장착홀
27d:시일 27f:장착홀 27g:결합구멍
28:제2냉각챔버 28a:냉매통로 28c:장착홀
28f:장착홀 28g:결합구멍 29:차단막
33:셀하우징 33a:연결통로 60:센서
70:제어부 80:펌프 90:드라이브모터

Claims (8)

1. 다수의 배터리셀을 포함하고 전력부하에 전력을 공급하는 배터리모듈과;
   상기 배터리모듈에 장착되며 외부의 에어컨으로부터 공급된 냉매를 그 내부로 통과시키며, 냉매로 하여금 배터리모듈을 냉각하게 하는 냉매유도부를 구비한 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉매유도부에는,
   냉매공급관 및 냉매회수관을 통해 상기 에어컨에 연결되고, 상기 냉매공급관을 통해 유입한 냉매를 통과시킴과 아울러 배터리셀을 수용하는 냉각챔버가 포함된 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 배터리셀은;
   바디부와, 상기 바디부의 단부에 위치한 양극전극부 및 음극전극부로 이루어지고,
   상기 냉각챔버는;
   상기 배터리셀의 양극전극부와 음극전극부를 수용하여, 양극전극부 및 음극전극부를 집중 냉각시키는 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 냉각챔버는;
   상기 배터리모듈의 상부를 커버할 수 있는 넓이를 가지고, 그 저면에 배터리셀의 양극전극부 또는 음극전극부가 끼워지는 장착홀을 구비한 제1냉각챔버와,
   상기 배터리모듈의 하부를 커버할 수 있는 넓이를 가지며, 그 상면에 배터리셀의 음극전극부 또는 양극전극부가 끼워지는 장착홀을 구비한 제2냉각챔버를 포함하는 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1,2냉각챔버에는, 상기 각 장착홀을 차단하여 냉각챔버 내의 냉매통로를 밀폐하는 것으로서,
   상기 배터리셀을 장착홀에 끼울 때, 배터리셀에 눌려 탄성 변형된 상태로 배터리셀의 양극전극부와 음극전극부를 감싸고, 그 두께 방향으로 열교환이 이루어지게 하는 차단막이 설치된 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제1냉각챔버와 제2냉각챔버의 사이에는, 배터리셀을 수용하며, 제1냉각챔버내의 냉매를 제2냉각챔버로 유도하는 셀하우징이 더 구비된 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 셀하우징의 단면형상은, 다각형 또는 타원형의 형태를 취하며, 배터리셀과의 사이에 냉매를 통과시키는 연결통로를 제공하는 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 배터리모듈은, 수용공간을 제공하는 케이스에 내장되고,
   상기 케이스의 일단부에는 수용공간 내부에 냉각용 공기를 주입하는 급기팬이 설치되고, 타단부에는 배기팬이 설치된 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템.
   
   
   

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