KR20210015328A - 냉매 침지식 배터리 냉각장치 - Google Patents

냉매 침지식 배터리 냉각장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210015328A
KR20210015328A KR1020190094011A KR20190094011A KR20210015328A KR 20210015328 A KR20210015328 A KR 20210015328A KR 1020190094011 A KR1020190094011 A KR 1020190094011A KR 20190094011 A KR20190094011 A KR 20190094011A KR 20210015328 A KR20210015328 A KR 20210015328A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
battery
cooling
air conditioner
gas
Prior art date
Application number
KR1020190094011A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102304159B1 (ko
Inventor
이정민
이충원
Original Assignee
이정민
이충원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이정민, 이충원 filed Critical 이정민
Priority to KR1020190094011A priority Critical patent/KR102304159B1/ko
Publication of KR20210015328A publication Critical patent/KR20210015328A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102304159B1 publication Critical patent/KR102304159B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/643—Cylindrical cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H01M10/663—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells the system being an air-conditioner or an engine
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/291—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/317—Re-sealable arrangements
    • H01M50/325—Re-sealable arrangements comprising deformable valve members, e.g. elastic or flexible valve members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 냉매 침지식 배터리 냉각장치에 관한 것이다. 이는, 밀폐된 수용공간을 제공하며, 외부로 전력을 공급하는 배터리 배터리모듈을 내장한 냉각케이스와; 상기 냉각케이스와 에어컨을 연결하며 에어컨의 냉매 일부를 상기 냉각케이스로 유도하여, 배터리모듈이 냉매에 침지된 상태로 냉각되게 하는 냉매공급관과; 상기 냉각케이스 내에서의 사용을 마친 냉매를 에어컨으로 돌려보내는 냉매회수관을 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 냉매 침지식 배터리 냉각장치는, 차량에 설치되어 있는 에어컨의 냉매 일부를, 에어컨 외부로 유도하고 배터리 배터리모듈을 냉매에 침지시키는 냉각방식을 가져 냉각효과가 뛰어나고, 혹서기라 하더라도 배터리가 최적 온도 범위를 유지할 수 있게 한다. 또한, 액체 상태의 냉매 내부에 버블을 발생시켜, 냉각 대상물에 대한 냉매의 접촉면적을 확장함으로써, 적은양의 냉매로 최대의 냉각 효과를 얻을 수 있다.

Description

냉매 침지식 배터리 냉각장치{Refrigerant immersion type battery cooling device}
본 발명은 전기차나 하이브리드차 또는 수소연료차량에 적용되는 배터리의 냉각에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량에 설치되어 있는 에어컨의 냉매를 냉열원으로 활용하여 배터리를 냉각하는 냉매 침지식 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
리튬이차전지는, 에너지밀도와 작동전압이 높으며, 메모리현상이 없어 전력 용량이 안정적으로 유지되므로 장시간 사용이 가능하다는 장점을 갖는다. 이에 따라, 리튬이차전지는 다양한 모바일 전자기기는 물론 최근 전기자동차나 하이브리드 자동차에 이르기까지 다양한 분야에서의 전원으로 사용되고 있다.
특히, 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.
리튬이차전지는, 전해액의 종류에 따라 리튬 이온전지와 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 전기적 쇼트를 방지하고 리튬이온을 통과시키는 세퍼레이터로 구성된 전극조립체와, 전극조립체를 밀폐 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.
전기자동차나 하이브리드 자동차의 배터리와 같이, 고속 충전 및 방전이 요구되는 전지에서는 순간적으로 고출력을 제공하는 과정에서 많은 발열이 뒤따르므로 효과적인 방열의 필요성이 더욱 크다. 효과적 방열이 이루어지지 못한다면, 열축적에 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 않다. 그 이유는 냉풍의 온도가, 전지셀의 내부까지 도달하는 것이 아니라 거의 대부분 케이스 정도에만 작용하기 때문이다. 또한, 냉기가 전지셀의 코어부 까지 도달하더라도 그 열량은 얼마 되지 않으며 또한 코어부까지 전달되는 시간도 많이 걸린다.
더욱이, 송풍식 냉각장치는, 냉각팬으로부터 소음과 진동이 발생한다는 또 다른 단점을 갖는다. 냉각팬의 회전 시 발생하는 기계적 소음과 진동은, 사용 시간이 오래될수록 점차 커지며 주변으로 퍼져 운전자에게 까지 전달될 수 있다.
국내 등록실용신안공보 제20-0162190호 (전기자동차의 배터리 냉각장치)
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 냉각효과가 뛰어나고, 혹서기라 하더라도 배터리가 최적 온도 범위를 유지할 수 있게 하는 냉매 침지식 배터리 냉각장치를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 냉매 침지식 배터리 냉각장치는, 밀폐된 수용공간을 제공하며, 외부로 전력을 공급하는 배터리 배터리모듈을 내장한 냉각케이스와; 상기 냉각케이스와 에어컨을 연결하며 에어컨의 냉매 일부를 상기 냉각케이스로 유도하여, 배터리모듈이 냉매에 침지된 상태로 냉각되게 하는 냉매공급관과; 상기 냉각케이스 내에서의 사용을 마친 냉매를 에어컨으로 돌려보내는 냉매회수관을 포함한다.
또한, 상기 냉각케이스의 내부에는 상기 수용공간을 다수의 구획공간으로 나누는 격판이 장착되고, 상기 배터리모듈은 격판 사이의 구획공간내에 고정된 상태로 냉매에 침지된다.
또한, 상기 격판에는; 각 구획공간 내부에 채워져 있는 냉매의 액면을 균일하게 유지하기 위하여 냉매가 통과하는 연통구멍이 형성된다.
아울러, 상기 배터리모듈 하부의 냉매에 기체를 분출하여, 냉매 내에 기포를 형성함으로써, 기포로 하여금 냉매의 온도분포를 균일화시키게 하는 기포발생부가 더 포함된다.
또한, 상기 기포발생부는; 기체를 공급하는 기체공급부와, 상기 기체공급부의 기체를 냉각케이스 내부로 유도하는 유도파이프과, 상기 배터리모듈의 하부에 배치되며, 유도파이프를 통해 공급된 기체를 받아 분출하는 기체분출패널을 포함한다.
또한, 상기 냉각케이스의 상측부에는, 기체 주입에 따른 냉각케이스 내부의 압력 상승을 방지하는 압력배출수단이 구비된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 냉매 침지식 배터리 냉각장치는, 차량에 설치되어 있는 에어컨의 냉매 일부를, 에어컨 외부로 유도하고 배터리 배터리모듈을 냉매에 침지시키는 냉각방식을 가져 냉각효과가 뛰어나고, 혹서기라 하더라도 배터리가 최적 온도 범위를 유지할 수 있게 한다.
또한, 액체 상태의 냉매 내부에 버블을 발생시켜, 냉각 대상물에 대한 냉매의 접촉면적을 확장함으로써, 적은양의 냉매로 최대의 냉각 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 냉매 침지식 배터리 냉각장치의 전체 구조를 나타내 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 침지식 배터리 냉각장치의 컨셉을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 침지식 배터리 냉각장치에서 배터리의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시한 기체분출패널의 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시한 배터리의 다른 구현 예를 나타내 보인 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
기본적으로, 본 발명의 냉매 침지식 배터리 냉각장치는, 에어컨에 사용되는 냉매의 일부를 배터리측으로 보내어, 냉매로 하여금 배터리의 열을 냉각하게 하는 구성을 갖는다. 특히 배터리를 액체 상태의 냉매에 침지시키므로 냉각효과가 뛰어나다.
이러한 본 발명의 냉각장치는, 전기차나 하이브리드차량 또는 수소차에 설치되는 배터리를 냉각 대상으로 하지만, 차량이 아닌 다른 분야 또는 장비라 하더라도, 에어컨과 배터리를 구비하고 있다면, 본 발명의 냉각방식을 얼마든지 적용 할 수 있다.
본 발명의 냉각장치의 기본 구성은, 밀폐된 수용공간을 제공하며, 외부로 전력을 공급하는 배터리 배터리모듈을 내장한 냉각케이스와; 상기 냉각케이스와 에어컨을 연결하며 에어컨의 냉매 일부를 상기 냉각케이스로 유도하여, 배터리모듈이 냉매에 침지된 상태로 냉각되게 하는 냉매공급관과; 상기 냉각케이스 내에서의 사용을 마친 냉매를 에어컨으로 돌려보내는 냉매회수관으로 이루어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 냉매 침지식 배터리 냉각장치(17)의 전체 구조를 나타내 보인 구성도이고, 도 2는 상기 냉각장치의 기본 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도시한 바와 같이, 차량(10)에, 본 실시예의 배터리 냉각장치(17)가 설치되어 있다. 차량(10)에는 전기차, 하이브리드차, 수소차가 포함될 수 있다.
또한, 차량(10)에는, 에어컨(11), 배터리(20), 드라이브모터(90), 제어부(70), 펌프(80)가 구비되어 있다. 에어컨(11)과 제어부(70)와 펌프(80)와, 후술할 냉매공급관(12) 및 냉매회수관(13)이, 배터리(20)를 냉각시키기 위한 냉각장치(17)에 포함된다. 에어컨(11) 자체는 실내 공간를 냉방시키는 것이지만, 그 일부, 즉, 냉매가 배터리(20)의 냉각에 참여하므로 넓은 의미로 냉각장치(17)에 포함시킬 수도 있다.
에어컨(11)은 차량에 설치되는 일반적인 냉방기로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 압축기(11a), 응축기(11b), 팽창밸브(11c), 증발기(11d)를 구비하며, 통상적인 방법으로 냉기를 발생하여 실내공간으로 공급한다.
냉각의 대상이 되는 배터리(20)는 차량(10)의 무게중심을 고려하여 바닥부에 설치되며, 그의 내부 구조는 도 3 내지 도 5를 통해 후술하기로 한다. 배터리(20)는 전력선(15)을 통해 드라이브모터(90)와 접속된다. 드라이브모터(90)는 배터리(20)로부터 전력을 공급받아 차량의 바퀴를 회전시킨다.
아울러, 에어컨(11)과 배터리(20)는 냉매공급관(12) 및 냉매회수관(13)을 통해 접속되어 있다. 냉매공급관(12)은 에어컨(11) 내에서 순환하는 냉매의 일부를 배터리(20)로 유도하는 파이프로서 메인밸브(12a)에 의해 개폐된다. 냉매회수관(13)은 배터리(20)를 통과한 냉매를 에어컨(11)으로 돌려보내는 파이프이다. 냉매회수관(13)에는 펌프(80)가 장착될 수 있다.
냉매공급관(12)은, 3방밸브(11e)를 통해 팽창밸브(11c)와 증발기(11d) 사이에 접속된다. 팽창밸브(11c)를 통과하면서 냉각된 냉매가 냉매공급관(12)을 거쳐 배터리(20)로 유도되는 것이다.
또한 냉매회수관(13)은, 다른 3방밸브(11f)를 통해 증발기(11d)와 압축기(11a)의 사이에 접속된다. 배터리(20)의 냉각 임무를 마친 냉매는, 냉매회수관(13)과 3방밸브(11f)를 거쳐 에어컨(11)으로 회수되어 압축기(11a)를 향한다.
상기 3방밸브(11e,11f)는 제어부(70)에 의해 제어되며, 에어컨(11)으로부터 배터리(20)로, 배터리(20)로부터 에어컨(11)으로, 전달되는 냉매의 유량을 조절한다. 3방밸브(11e,11f)가 완전히 차단되면, 에어컨(11)과 배터리(20) 사이의 냉매 교환은 없다.
펌프(80)는 후술할 냉각케이스(도 3의 41) 내에 수용되어 있는 냉매(42) 펌핑하여 에어컨(11)으로 강제 이송시키는 역할을 한다. 펌프(80)의 작동에 의해 냉매의 보다 원활한 귀환이 이루어진다. 펌프(80)의 작동도 제어부(70)에 의해 컨트롤된다. 펌프(80)의 위치는 필요에 따라 달라질 수 있다.
도면부호 60은 센서이다. 센서(60)는 배터리(20)의 내부 온도를 감지하고, 감지한 내용을 제어부(70)로 전달한다. 제어부(70)는 메인밸브(12a)와 펌프(80)를 컨트롤하여, 가령, 배터리(20)의 과열 시, 메인밸브(12a)를 개방하고 펌프(80)를 동작시킨다. 즉, 배터리(20)의 냉각케이스(41) 내부에 냉매가 공급되도록 함과 아울러, 냉각케이스(41) 내부에서 열교환을 통해 가열된 냉매를 에어컨으로 유도하는 것이다. 이러한 일련의 동작이, 에어컨(11)의 가동 중 진행됨은 물론이다.
배터리(20)가 과열되지 않은 상태에서는 메인밸브(12a)가 차단되고 펌프(80)도 작동하지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 침지식 배터리 냉각장치(17)의 구성을 설명하기 위하여 배터리(20)의 내부 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시한 기체분출패널(53)의 사시도이다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 배터리 냉각장치에는, 냉각케이스(41), 냉매공급관(12), 냉매회수관(13), 기포발생부가 포함된다.
냉매공급관(12)은, 위에 설명한 바와 같이, 에어컨(11) 내부의 냉매 일부를 냉각케이스(41)로 유도하는 파이프라인이다. 냉매공급관(12)에 메인밸브(12a)가 장착됨은 물론이다.
또한, 냉매회수관(13)은, 냉각케이스(41) 내부의 냉매(42)를 에어컨(11)으로 유도하는 파이프로서 기체분리부(55)를 갖는다. 기체분리부(55)는, 냉매에 포함되어 있을 수 있는 기체를 분리하여 회수탱크(56)로 보내고, 냉매만 취하여 냉매회수관(13)으로 보내는 역할을 한다.
상기 기체는, 기체공급부(51)를 통해 냉각케이스(41) 내에 공급된 것으로서, 냉매(42) 내부에 기포를 형성한다. 기포를 형성하는 이유는, 냉매(42)를 혼합하여 냉매의 온도분포를 균일화시킴과 아울러, 냉매의 부피를 증가시키기 위함이다. 이와 관련된 설명은 후술하기로 한다.
상기 공급 기체로서, 아르곤가스나 질소가스 또는 공기를 사용할 수 있다. 또한 경우에 따라, 냉매와 동일한 가스를 적용할 수도 있다. 이를테면, 냉매로서 프레온을 사용할 경우, 프레온 가스를 공급하는 것이다. 냉매와 동일한 가스를 공급할 경우 기체분리부(55)는 생략 가능하므로 장치의 구조가 한결 간단해진다.
한편, 상기 냉각케이스(41)는, 다수의 배터리모듈(43)과 냉매(42)를 밀폐 수용하는 사각 박스형 하우징이다. 배터리모듈(43)은, 수직으로 배열된 다수의 배터리셀(44)과, 배터리셀(44)을 상호 연결하는 접속와이어(45)로 구성된 유니트화 된 전원으로서, 다수개가 직렬 또는 병렬로 접속된 상태로, 전력선(도 1의 15)을 통해 외부의 전력부하에 전력을 공급한다. 냉각케이스(41) 내부에서의 배터리모듈(43)의 고정 방식은 다양하게 구현될 수 있으며, 다만 그 하부에 기체분출패널(53)이 마련되어 있어야 한다.
또한, 냉각케이스(41)의 내부에는 다수의 격판(23)이 고정되어 있다. 격판(23)은 수직으로 고정된 판상부재로서, 냉각케이스(41) 내에 다수의 구획공간(41c)을 형성한다. 각 구획공간(41c) 내부에는, 냉매(42)와, 배터리모듈(43)이 위치한다. 특히 배터리모듈(43)은 냉매(42)에 침지되어 있다.
격판(41a)의 기본 기능은, 차량의 주행 시, 냉매(42)가 냉각케이스(41) 내부에서 과도히 출렁거리지 않게 하는 것이다. 격판(41a)이 없다면, 차량의 흔들림에 의해 냉매가 좌우로 몰리며, 배터리모듈(43)에 물리적 손상을 입힐 수 있다. 예를 들어, 냉매의 운동에너지가, 접속와이어(45)를 단선시킬 수 있는 것이다.
상기 각 격판(23)의 하단부에는 유동로(41d)가 형성되어 있다. 유동로(41d)는 격판(23)의 두께 방향으로 관통되어 있는 구멍으로서 냉매(42)를 통과시킨다. 이와 같이 유동로(41d)를 적용함으로써, 각 구획공간(41c) 내에 채워져 있는 냉매의 액면이 균일하게 유지될 수 있다.
아울러 격판(23)의 상단부에는 연통구멍(41b)이 위치한다. 연통구멍(41b)은, 각 구획공간(41c)의 액면 상부 공간을 상호 연통시키는 구멍으로서, 구획공간(41c) 내부의 압력이 빠져나가는 통로이다. 연통구멍(41b)을 형성함으로써 각 구획공간(41c)별 액면 상부의 압력도 전제적으로 동일하다.
도면부호 57은 릴리프밸브이다. 릴리프밸브(57)는, 후술할 기체공급부(51)로부터 공급된 기체에 의한 냉각케이스(41) 내부의 압력 상승을 방지하는 압력배출수단이다.
상기 냉매(42)는 각 구획공간(41c)에 채워진 상태로 배터리모듈(43)을 그 액면 하부에 둔다. 냉매(42)는 팽창밸브를 통과한 상태이므로 냉각된 상태로서 배터리모듈(43)을 냉각시킨다. 배터리모듈(43)의 작동 시 발생하는 열이 냉매(42)와 열교환 되어 제거되는 것이다.
한편, 상기 기포발생부는, 각 배터리모듈(43)의 하부에 기체를 분출하여, 냉매 내에 기포를 형성함으로써, 기포로 하여금 냉매의 온도분포를 균일화시키게 하는 역할을 한다.
이러한 기포발생부는, 기체공급부(51), 유도파이프(52), 다수의 기체분출패널(53)을 포함한다. 기체공급부(51)는, 냉각케이스(41)의 외부에 설치되며 유도파이프(52) 측으로 기체를 압입한다.
또한 유도파이프(52)는 기체공급부(51)로부터 공급된 기체를 통과시켜 각 기체분출패널(53)로 전달한다. 유도파이프(52)에는 다수의 유량조절밸브(52a)가 구비되며 기체분출패널(53)로 전달되는 기체의 유량을 조절할 수 있다.
기체분출패널(53)은, 각 배터리모듈(43)의 하부에 배치된 상태로, 유도파이프(52)를 통해 공급된 기체를 받아 상향 분출하는 것으로서 도 4에 도시한 구조를 갖는다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기체분출패널(53)은 속이 빈 사각판의 형태를 취하며 그 상부에 다수의 미세공(53a)을 갖는다. 미세공(53a)은 기체분출패널(53)의 내부로 공급된 기체를 상부로 분출하는 미세한 구멍이다. 미세공(53a)을 통해 분출된 기체는 냉매(42)의 내부에 기포를 형성한다. 생성된 기포는 분출압력의 작용을 받아 냉매(42)의 내부에서 불규칙적으로 유동하며 냉매(42)를 고르게 혼합한다.
특히, 기포는 물리적인 체적을 가지고 또한 계속적으로 생성되므로, 냉매(42)의 액면을 상승시키는 역할도 겸한다. 기포가 발생하기 전의 냉매의 액면에 비해, 발생한 후의 액면이 상승하는 것이다. 이는 구획공간(41c)에 수용되어 있는 냉매(42)의 양을 최소화 할 수 있다는 의미이다.
다시 말하면, 기포발생부를 작동한 상태에서의 냉매(42)의 액면이, 배터리모듈(43)의 상단부의 높이보다 같거나 높을 정도의 유량만 공급하여 유지해도 되는 것이다.
본 실시예에서는 기체분출패널(53)을 배터리모듈(43) 하부에 설치하였지만, 필요에 따라 배터리모듈(43)의 측부에 배치할 수도 있다.
도 5는 도 3에 도시한 배터리의 다른 구현 예를 나타내 보인 도면이다. 상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리킨다.
도면을 참조하면, 배터리모듈(43)을 구성하는 배터리셀(44)이 수평으로 배치되어 있음을 알 수 있다. 말하자면, 도 4에 도시한 배터리모듈(43)을 90도 회전시킨 구조를 갖는 것이다. 이와 같이 배터리셀(44)이 수평으로 위치하므로, 기체분출패널(53)에서 분출된 기포가, 배터리모듈(43)을 구성하는 배터리셀(44)의 사이를 보다 천천히 통과하며 활발한 믹싱 및 열교환 작용을 한다.
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:냉각장치
20:배터리 41:냉각케이스 41a:격판
41b:연통구멍 41c:구획공간 41d:유동로
42:냉매 43:배터리모듈 44:배터리셀
45:접속와이어 51:기체공급부 52:유도파이프
52a:유량조절밸브 53:기체분출패널 53a:미세공
55:기체분리부 56:회수탱크 57:릴리프밸브
60:센서 70:제어부 80:펌프
90:드라이브모터

Claims (6)

  1. 밀폐된 수용공간을 제공하며, 외부로 전력을 공급하는 배터리 배터리모듈을 내장한 냉각케이스와;
    상기 냉각케이스와 에어컨을 연결하며 에어컨의 냉매 일부를 상기 냉각케이스로 유도하여, 배터리모듈이 냉매에 침지된 상태로 냉각되게 하는 냉매공급관과;
    상기 냉각케이스 내에서의 사용을 마친 냉매를 에어컨으로 돌려보내는 냉매회수관을 포함하는 냉매 침지식 배터리 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각케이스의 내부에는 상기 수용공간을 다수의 구획공간으로 나누는 격판이 장착되고,
    상기 배터리모듈은 격판 사이의 구획공간내에 고정된 상태로 냉매에 침지되는 냉매 침지식 배터리 냉각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 격판에는;
    각 구획공간 내부에 채워져 있는 냉매의 액면을 균일하게 유지하기 위하여 냉매가 통과하는 연통구멍이 형성된 냉매 침지식 배터리 냉각장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배터리모듈 하부의 냉매에 기체를 분출하여, 냉매 내에 기포를 형성함으로써, 기포로 하여금 냉매의 온도분포를 균일화시키게 하는 기포발생부가 더 포함되는 냉매 침지식 배터리 냉각장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기포발생부는;
    기체를 공급하는 기체공급부와,
    상기 기체공급부의 기체를 냉각케이스 내부로 유도하는 유도파이프과,
    상기 배터리모듈의 하부에 배치되며, 유도파이프를 통해 공급된 기체를 받아 분출하는 기체분출패널을 포함하는 냉매 침지식 배터리 냉각장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각케이스의 상측부에는, 기체 주입에 따른 냉각케이스 내부의 압력 상승을 방지하는 압력배출수단이 구비된 냉매 침지식 배터리 냉각장치.
KR1020190094011A 2019-08-01 2019-08-01 냉매 침지식 배터리 냉각장치 KR102304159B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190094011A KR102304159B1 (ko) 2019-08-01 2019-08-01 냉매 침지식 배터리 냉각장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190094011A KR102304159B1 (ko) 2019-08-01 2019-08-01 냉매 침지식 배터리 냉각장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210015328A true KR20210015328A (ko) 2021-02-10
KR102304159B1 KR102304159B1 (ko) 2021-09-17

Family

ID=74561486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190094011A KR102304159B1 (ko) 2019-08-01 2019-08-01 냉매 침지식 배터리 냉각장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102304159B1 (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102355919B1 (ko) 2021-04-28 2022-01-25 울산과학기술원 침지배터리 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR102375754B1 (ko) 2021-08-13 2022-03-18 울산과학기술원 선박에 적용되는 수중전지 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102389863B1 (ko) 2021-08-13 2022-04-22 울산과학기술원 침지배터리를 수용하는 하우징 모듈
KR102389851B1 (ko) 2022-01-12 2022-04-22 울산과학기술원 침지배터리 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR102402025B1 (ko) 2021-04-02 2022-05-24 울산과학기술원 실링구조를 포함하는 전자기기 및 이를 실링하는 방법
KR102412886B1 (ko) 2021-08-13 2022-06-24 울산과학기술원 차량에 적용되는 수중전지 시스템 및 이를 포함하는 차량
KR102427869B1 (ko) 2021-07-23 2022-08-01 울산과학기술원 침지배터리를 내장하는 배터리하우징 및 이를 포함하는 배터리 모듈
WO2023074975A1 (ko) * 2021-10-29 2023-05-04 엠에이치기술개발 주식회사 배터리 냉각장치
KR20230067063A (ko) 2021-11-09 2023-05-16 울산과학기술원 액침용액을 포함하는 전자기기 보관함, 전자기기 보관모듈 및 전자기기의 실링 방법
KR102554177B1 (ko) * 2022-11-30 2023-07-11 주식회사 일렉트린 배터리 팩 및 배터리 팩 냉각장치

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0972585A (ja) * 1995-09-05 1997-03-18 Daikin Plant Kk 蓄熱式冷水装置
KR200162190Y1 (ko) 1995-12-11 1999-12-01 정몽규 전기자동차의 배터리 냉각장치
KR20060068931A (ko) * 2004-12-17 2006-06-21 현대자동차주식회사 하이브리드 차량의 배터리 온도 조절 장치 그 제어 방법
JP2007311290A (ja) * 2006-05-22 2007-11-29 Toyota Motor Corp 電源装置
JP4134359B2 (ja) * 1997-07-17 2008-08-20 株式会社デンソー 電池冷却装置
JP2010118239A (ja) * 2008-11-12 2010-05-27 Denso Corp 電池冷却装置
KR20110024954A (ko) * 2009-09-03 2011-03-09 삼성전자주식회사 냉각용 유로를 갖는 이차 전지 모듈
KR20170132514A (ko) * 2016-05-24 2017-12-04 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0972585A (ja) * 1995-09-05 1997-03-18 Daikin Plant Kk 蓄熱式冷水装置
KR200162190Y1 (ko) 1995-12-11 1999-12-01 정몽규 전기자동차의 배터리 냉각장치
JP4134359B2 (ja) * 1997-07-17 2008-08-20 株式会社デンソー 電池冷却装置
KR20060068931A (ko) * 2004-12-17 2006-06-21 현대자동차주식회사 하이브리드 차량의 배터리 온도 조절 장치 그 제어 방법
JP2007311290A (ja) * 2006-05-22 2007-11-29 Toyota Motor Corp 電源装置
JP2010118239A (ja) * 2008-11-12 2010-05-27 Denso Corp 電池冷却装置
KR20110024954A (ko) * 2009-09-03 2011-03-09 삼성전자주식회사 냉각용 유로를 갖는 이차 전지 모듈
KR20170132514A (ko) * 2016-05-24 2017-12-04 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102402025B1 (ko) 2021-04-02 2022-05-24 울산과학기술원 실링구조를 포함하는 전자기기 및 이를 실링하는 방법
KR102355919B1 (ko) 2021-04-28 2022-01-25 울산과학기술원 침지배터리 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR102427869B1 (ko) 2021-07-23 2022-08-01 울산과학기술원 침지배터리를 내장하는 배터리하우징 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR102375754B1 (ko) 2021-08-13 2022-03-18 울산과학기술원 선박에 적용되는 수중전지 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102389863B1 (ko) 2021-08-13 2022-04-22 울산과학기술원 침지배터리를 수용하는 하우징 모듈
KR102412886B1 (ko) 2021-08-13 2022-06-24 울산과학기술원 차량에 적용되는 수중전지 시스템 및 이를 포함하는 차량
WO2023074975A1 (ko) * 2021-10-29 2023-05-04 엠에이치기술개발 주식회사 배터리 냉각장치
KR20230067063A (ko) 2021-11-09 2023-05-16 울산과학기술원 액침용액을 포함하는 전자기기 보관함, 전자기기 보관모듈 및 전자기기의 실링 방법
KR102389851B1 (ko) 2022-01-12 2022-04-22 울산과학기술원 침지배터리 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR102554177B1 (ko) * 2022-11-30 2023-07-11 주식회사 일렉트린 배터리 팩 및 배터리 팩 냉각장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102304159B1 (ko) 2021-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102304159B1 (ko) 냉매 침지식 배터리 냉각장치
KR102104383B1 (ko) 전력 저장 장치 및 전력 저장 장치 냉각 방법
CN102104122B (zh) 电池组和包括该电池组的车辆
KR101293211B1 (ko) 배터리 모듈 수납장치, 배터리 모듈 온도조절 장치 및 이들을 포함하는 전력 저장 시스템
KR100648704B1 (ko) 이차 전지 모듈
CN108701790B (zh) 电池系统及具备电池系统的电动车辆
US10177422B2 (en) Battery module
US20110206970A1 (en) Battery module, method for fabricating the same, and temperature adjusting system
KR20060037600A (ko) 전지 모듈 및 전지 모듈용 냉각장치
KR101535975B1 (ko) 이차 전지 및 이를 포함하는 전력 저장 장치
KR20130104615A (ko) 배터리 충전 시스템 및 그 충전 방법
US20220102792A1 (en) Battery rack and power storage device comprising same
KR20160037542A (ko) 통합 냉각 방식의 전력 저장 장치
CN217182265U (zh) 电池和用电设备
KR102061292B1 (ko) 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102304158B1 (ko) 에어컨 냉매를 이용한 배터리 냉각시스템
US20220359931A1 (en) Power storage device
KR20190106540A (ko) 전력 저장 장치
KR102067709B1 (ko) 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20220033796A (ko) 전기차용 배터리 냉각시스템
JP2019096399A (ja) バッテリモジュール及び電動車両
CN110915029B (zh) 具有减小的温度差的用于二次电池化成过程的充电/放电设备
KR102529969B1 (ko) 냉각 효율이 향상된 전기 에너지 저장 모듈
CN109148753B (zh) 车载电池以及电动汽车
KR20180125313A (ko) 에너지 저장 장치

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant