KR20220105841A - Battery cooling apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리팩 냉각장치에 관한 것으로, 배터리팩을 보다 효율적으로 냉각하며 냉각성능을 향상시키는 배터리팩 냉각장치에 관한 것이다. The present invention relates to a battery pack cooling device, and to a battery pack cooling device for cooling a battery pack more efficiently and improving cooling performance.
일반적으로 하이브리드 자동차, 전기 자동차와 같은 친환경 자동차에는 구동모터에 전원을 인가하기 위한 배터리 팩이 장착된다.In general, an eco-friendly vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle is equipped with a battery pack for applying power to a driving motor.
상기 배터리 팩은 복수의 단위 배터리 모듈로 이루어지고, 하나의 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀로 이루어진다.The battery pack includes a plurality of unit battery modules, and one battery module includes a plurality of battery cells.
이러한 배터리 팩은 가동에 따라 발열되게 되므로 배터리 팩이 적정온도를 유지하도록 냉각이 필요하다.Since these battery packs generate heat during operation, cooling is required to maintain the appropriate temperature of the battery pack.
상기 배터리 팩을 냉각하는 방식은 공랭식과 수냉식이 있다.A method of cooling the battery pack includes an air cooling type and a water cooling type.
그러나, 최근에는 하이브리드 자동차에서 플러그인 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차로 개발이 진행되면서, 배터리의 용량은 더욱 고용량화가 되어가고 있으며, 공랭식으로는 배터리 냉각에 한계가 있어 수냉식의 적용이 확대되어 가고 있다.However, in recent years, as the development of a hybrid vehicle into a plug-in hybrid vehicle or an electric vehicle progresses, the capacity of the battery is becoming more high-capacity.
상기 수냉식은 다시 직접 수냉식과 간접 수냉식으로 나뉠 수 있는데, 상기 간접 수냉식은 냉각수가 직접 배터리 셀을 냉각시키기 않고, 냉각 플레이트를 매개로 냉각시키는 방식이다.The water cooling type may be further divided into a direct water cooling type and an indirect water cooling type. In the indirect water cooling type, the cooling water does not directly cool the battery cells, but cools the battery cells through a cooling plate.
이러한 수냉식 또한, 상기 배터리가 고용량화됨에 따라 냉각 성능의 향상을 필요로 한다.Such water cooling also requires improvement in cooling performance as the battery increases in capacity.
이에 따라, 고용량화가 이루어지는 상기 배터리를 냉각하는 방법에 대한 연구개발이 필요하다.Accordingly, there is a need for research and development on a method of cooling the battery having a high capacity.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.Matters described in the background section are prepared to promote understanding of the background of the invention, and may include matters that are not already known to those of ordinary skill in the art to which this technology belongs.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 배터리 모듈의 하부에 직접적으로 접촉되는 냉각수 유로를 형성하여 냉각효율을 향상시키는 배터리팩 냉각장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised in the background described above, and it is an object of the present invention to provide a battery pack cooling device that improves cooling efficiency by forming a coolant flow path in direct contact with a lower portion of a battery module.
또한, 유입유로와 유출유로를 열적으로 연결하는 열평형부재가 구비되어 유출유로의 냉각성능이 저하되는 것을 방지하며, 배터리팩을 전체적으로 고르게 냉각할 수 있는 배터리팩 냉각장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, a thermal balance member for thermally connecting the inflow flow path and the outflow flow path is provided to prevent the cooling performance of the outlet flow path from being deteriorated, and to provide a battery pack cooling device capable of uniformly cooling the battery pack as a whole. have.
또한, 유로가 유턴 형상 구조로 마련되어 입구와 출구를 한쪽으로 배치할 수 있어서 전체적인 구조의 소형화가 가능한 배터리팩 냉각장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a battery pack cooling device in which the flow path is provided in a U-turn shape structure so that the inlet and the outlet can be arranged on one side, so that the overall structure can be miniaturized.
또한, 유입유로와 유출유로가 서로 비대칭적으로 구비되어 배터리팩을 보다 효과적으로 냉각하며, 배터리팩을 전체적으로 균일하게 냉각하여 배터리팩의 평균온도와 최고온도의 편차를 줄일 수 있고 이에 따라 배터리팩의 성능을 향상시키는 배터리팩 냉각장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, the inflow passage and the outflow passage are provided asymmetrically to cool the battery pack more effectively, and by uniformly cooling the battery pack as a whole, it is possible to reduce the deviation between the average temperature and the maximum temperature of the battery pack, and accordingly, the performance of the battery pack An object of the present invention is to provide a battery pack cooling device that improves the
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited thereto, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 따르면 복수개의 배터리팩이 설치되도록 수용공간이 형성된 로워케이스, 로워케이스의 하부에 부착되는 냉각 플레이트, 로워케이스와 냉각 플레이트 사이에 마련되어 냉각된 유체가 순환하며, 길이방향의 일측 끝단에서 시작하여 그 반대편 끝단까지 진행하는 유입유로와 다시 유턴하여 일측 끝단으로 돌아오게 되는 유출유로를 포함하는 유턴 형상 구조로 형성된 유로, 로워케이스에 부착되며 유입유로와 유출유로를 열적으로 연결하는 열평형부재를 포함하는 배터리팩 냉각장치가 제공될 수 있다.According to the present invention, a lower case in which an accommodation space is formed to install a plurality of battery packs, a cooling plate attached to the lower portion of the lower case, and a cooled fluid provided between the lower case and the cooling plate circulate, starting from one end in the longitudinal direction. A flow path formed in a U-turn shape including an inflow flow path that advances to the opposite end and an outflow flow path that returns to one end by u-turning, a thermal balance member attached to the lower case and thermally connecting the inflow flow path and the outflow flow path. A battery pack cooling device comprising a may be provided.
여기서, 로워케이스는 폭방향으로 길게 형성되어 수용공간을 분할하도록 설치되는 공간분리부를 구비할 수 있다.Here, the lower case may be provided with a space separation unit which is formed to be long in the width direction and is installed to divide the accommodation space.
그리고, 복수개의 배터리모듈은 길이방향으로 이격되어 배치되고, 열평형부재가 배터리모듈 사이에 폭방향으로 길게 배치될 수 있다.In addition, the plurality of battery modules may be disposed to be spaced apart in the longitudinal direction, and the thermal balance member may be disposed long in the width direction between the battery modules.
또한, 로워케이스는 상부면에서 열평형부재가 삽입되도록 함몰되어 형성된 안착홈을 구비할 수 있다.In addition, the lower case may have a seating groove formed by being depressed so that the thermal balance member is inserted from the upper surface.
이러한 열평형부재는 히트파이프일 수 있다.The thermal balance member may be a heat pipe.
또한, 유로는 유입유로와 유출유로 사이의 길이방향의 축을 기준으로 서로 비대칭적으로 구비되며, 유입유로에 의해 냉각되는 로워케이스의 면적이 유출유로에 의해 냉각되는 로워케이스의 면적 보다 넓게 형성될 수 있다.In addition, the flow passages are provided asymmetrically with respect to the longitudinal axis between the inflow passage and the outlet passage, and the area of the lower case cooled by the inflow passage may be formed to be wider than the area of the lower case cooled by the outflow passage. have.
이와 같은 본 발명에 의하면, 배터리팩의 하부에 직접적으로 접촉되어 냉각된 유체가 순환하는 유로를 형성하여 냉각효율이 향상되는 효과가 있다.According to the present invention as described above, there is an effect that the cooling efficiency is improved by forming a flow path through which the fluid cooled by being in direct contact with the lower part of the battery pack circulates.
또한, 유입유로와 유출유로를 열적으로 연결하는 열평형부재가 구비되어 유출유로의 냉각성능이 저하되는 것을 방지하며, 배터리팩을 전체적으로 고르게 냉각할 수 있는 효과가 있다.In addition, a thermal balance member for thermally connecting the inflow passage and the outflow passage is provided to prevent the cooling performance of the outflow passage from being deteriorated, and to evenly cool the battery pack as a whole.
또한, 로워케이스와 냉각 플레이트 사이에 구비되는 유로가 유턴 형상 구조로 마련됨에 따라 입구와 출구를 한쪽으로 배치할 수 있으며, 전체적인 구조의 소형화가 가능한 효과가 있다.In addition, as the flow path provided between the lower case and the cooling plate is provided in a U-turn structure, the inlet and the outlet can be arranged on one side, and the overall structure can be miniaturized.
또한, 유입유로와 유출유로가 서로 비대칭적으로 구비되어 배터리팩이 보다 효과적으로 냉각되며, 배터리팩이 전체적으로 균일하게 냉각됨에 따라 배터리팩의 평균온도와 최고온도의 편차를 줄일 수 있고 이에 따라 배터리팩의 성능이 향상되는 효과가 있다.In addition, the inflow and outflow channels are provided asymmetrically, so that the battery pack is cooled more effectively, and as the battery pack is cooled uniformly as a whole, the deviation between the average temperature and the maximum temperature of the battery pack can be reduced. It has the effect of improving performance.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 배터리팩 냉각장치가 부착된 로워케이스의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 배터리팩 냉각장치가 부착된 로워케이스의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 배터리팩 냉각장치의 냉각 플레이트의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 배터리팩 냉각장치의 열평형부재의 내부구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리팩 냉각장치의 냉각 플레이트의 정면도이다.
도 7은 동일한 배터리팩 배치구조에서 본 발명과 비교예에 따른 배터리팩 냉각장치를 비교하여 간략하게 도시한 도면이다.1 is a perspective view of a lower case to which a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention is attached.
2 is an exploded perspective view of a lower case to which a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention is attached.
FIG. 3 is an enlarged view of part A of FIG. 2 .
4 is a front view of a cooling plate of a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the internal structure of the thermal balance member of the battery pack cooling device according to the embodiment of the present invention.
6 is a front view of a cooling plate of a battery pack cooling device according to another embodiment of the present invention.
7 is a diagram schematically illustrating a battery pack cooling apparatus according to the present invention and a comparative example in the same battery pack arrangement structure by comparison.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated in different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 배터리팩 냉각장치가 부착된 로워케이스의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 배터리팩 냉각장치가 부착된 로워케이스의 분해사시도이고, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 배터리팩 냉각장치의 냉각 플레이트의 정면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 배터리팩 냉각장치의 열평형부재의 내부구조를 보여주는 도면이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리팩 냉각장치의 냉각 플레이트의 정면도이고, 도 7은 동일한 배터리팩 배치구조에서 본 발명과 비교예에 따른 배터리팩 냉각장치를 비교하여 간략하게 도시한 도면이다.1 is a perspective view of a lower case to which a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention is attached, FIG. 2 is an exploded perspective view of a lower case to which a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention is attached, and FIG. 3 is 2 is an enlarged view of part A, FIG. 4 is a front view of a cooling plate of a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a thermal balance member of a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention 6 is a front view of a cooling plate of a battery pack cooling device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a battery pack cooling device according to the present invention and a comparative example in the same battery pack arrangement structure It is a diagram briefly showing a comparison.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩 냉각장치는 복수개의 배터리팩이 설치되도록 수용공간이 형성된 로워케이스, 로워케이스의 하부에 부착되는 냉각 플레이트, 로워케이스와 냉각 플레이트 사이에 마련되어 냉각된 유체가 순환하며, 길이방향의 일측 끝단에서 시작하여 그 반대편 끝단까지 진행하는 유입유로와 다시 유턴하여 일측 끝단으로 돌아오게 되는 유출유로를 포함하는 유턴 형상 구조로 형성된 유로, 로워케이스에 부착되며 유입유로와 유출유로를 열적으로 연결하는 열평형부재를 포함한다.As shown in these drawings, the battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention includes a lower case having an accommodation space for installing a plurality of battery packs, a cooling plate attached to the lower part of the lower case, and a space between the lower case and the cooling plate. The provided cooled fluid circulates, and the flow path formed in a U-turn shape including an inflow flow path starting from one end in the longitudinal direction and proceeding to the opposite end and an outlet flow path returning to one end by making a U-turn again, attached to the lower case and a thermal balance member for thermally connecting the inflow passage and the outflow passage.
단, 설명의 편의를 위해 로워케이스(100)의 냉각 플레이트(200)가 부착되는 방향을 하부로 설명하며, 로워케이스(100)의 냉각 플레이트(200)가 부착되는 방향의 반대방향을 상부로 설명하고, 도 4를 기준으로 상하방향을 길이방향으로 설명하며, 좌우방향을 폭방향으로 설명하나, 이에 한정하는 것은 아니다.However, for convenience of explanation, the direction in which the
본 발명의 배터리팩 냉각장치는 친환경 자동차의 배터리 팩에 적용될 수 있다.The battery pack cooling device of the present invention may be applied to a battery pack of an eco-friendly vehicle.
이때, 친환경 자동차는 전기 차량뿐만 아니라, 하이브리드 차량을 포함할 수 있다.In this case, the eco-friendly vehicle may include a hybrid vehicle as well as an electric vehicle.
이러한 배터리팩은 복수개의 단위 배터리모듈(10)로 이루어지고, 하나의 배터리모듈(10)은 복수개의 배터리셀로 이루어진다.Such a battery pack consists of a plurality of
배터리셀은 배터리팩에 사용되는 임의 종류의 각 배터리 요소를 지칭하기 위해 교환되어 사용될 수 있다.Battery cells may be used interchangeably to refer to each battery element of any type used in a battery pack.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리셀은 전기 차량에 사용될 수 있는 일반적인 리튬계 배터리들을 포함하지만, 철인산염(iron phosphate), 메탈 옥사이드(metal oxide), 리튬 이온 폴리머(lithium-ion polymer), 니켈 메탈 하이브리드(nickel metal hydride), 니켈 카드뮴(nickel cadmium, 니켈 배터리(수소, 아연, 카드뮴 등)을 포함하는 다양한 화학 물질 구성 및 전기 차량과 호환 가능한 다른 배터리 종류들을 포함할 수 있다.The battery cell according to an embodiment of the present invention includes general lithium-based batteries that can be used in electric vehicles, but includes iron phosphate, metal oxide, lithium-ion polymer, and nickel metal. Various chemical compositions including nickel metal hydride, nickel cadmium, nickel batteries (hydrogen, zinc, cadmium, etc.) and other battery types compatible with electric vehicles.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리셀은 원통형 또는 각형 전지를 모두 적용할 수 있다.In addition, the battery cell according to the embodiment of the present invention can be applied to both cylindrical or prismatic batteries.
상기와 같은 배터리팩은 가동에 따라 발열되게 되므로, 배터리팩이 적정 온도를 유지하도록 냉각이 필요하다.Since the battery pack as described above generates heat according to operation, cooling is required to maintain the battery pack at an appropriate temperature.
특히, 배터리팩의 각 배터리셀의 온도는 일정 구간의 온도범위 내에 있어야 원하는 배터리성능을 제공할 수 있고, 온도편차가 작을수록 배터리성능이 향상된다.In particular, a desired battery performance can be provided only when the temperature of each battery cell of the battery pack is within a temperature range of a certain section, and the smaller the temperature deviation, the better the battery performance.
이에 따라 본 발명은 복수개의 배터리모듈(10)이 설치되는 로워케이스(100)의 하부에 유로(300)를 형성하는 냉각 플레이트(200)를 부착하며, 유로(300)에 냉각된 유체가 순환하여 배터리팩을 냉각하는 구조를 제공한다.Accordingly, the present invention attaches the
로워케이스(100)는 복수개의 배터리모듈(10)이 설치되도록 수용공간(110)이 형성되고, 수용공간(110)은 각각 공간분리부(120)에 의해 구획된다.In the
공간분리부(120)는 로워케이스(100)에 수용공간(110)을 수평 또는 수직으로 분할하도록 설치되어 복수개의 배터리모듈(10)이 서로 이격되며 나란하게 배치되어 열이 집중되는 것을 방지한다.The
이때, 복수개의 배터리모듈(10)은 복수개의 배터리셀이 단위체로 형성되어 로워케이스(100)의 공간분리부(120)로 구획된 수용공간(110)에 길이방향 또는 폭방향으로 이격되어 배치된다.At this time, the plurality of
냉각 플레이트(200)는 로워케이스(100)의 하부에 부착되며, 냉각된 유체가 순환하도록 로워케이스(100)와의 사이에 유로(300)를 형성한다.The
이러한 냉각 플레이트(200)는 로워케이스(100)의 하부에 별도의 체결부재를 매개로 결합되거나 유로(300)가 밀폐된 공간으로 제공되도록 용접 등의 접합방법으로 일체로 결합되는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.The
또한, 냉각 플레이트(200)는 로워케이스(100)의 하부를 덮도록 로워케이스(100)의 하부면과 대응되는 크기의 판형상으로 마련될 수 있고, 로워케이스(100)와 마주보는 면에서 함몰되어 형성된 유로형성부(210)를 구비한다.In addition, the
이러한 유로형성부(210)는 일예로 한 장의 냉각 플레이트(200) 상에 유로(300)의 형상으로 프레스 성형되어 형성될 수 있으며 로워케이스(100) 측으로만 개구되도록 형성된다.The flow
이렇게 로워케이스(100)와 냉각 플레이트(200) 사이에 형성된 유로(300)는 입구(301)와 출구(302)가 로워케이스(100)의 한쪽으로 위치되도록 입구(301)에서 시작하여 유턴하여 돌아오게 되는 유턴 형상 구조로 마련된다.In this way, the
즉, 유로(300)는 길이방향의 일측 끝단에서 시작하여 그 반대편 끝단까지 진행하는 유입유로(310)와, 다시 유턴하여 일측 끝단으로 돌아오게 되는 유출유로(320)를 포함하여 유턴 형상 구조로 마련된다.That is, the
이러한 유로(300)는 냉각된 유체를 저장하는 탱크 또는 유체를 순환시키는 펌프 등을 포함하는 냉각 시스템과 연결되는데, 입구(301)와 출구(302)가 한쪽으로 위치함에 따라 냉각 시스템과의 연결이 용이하고, 전체적인 냉각 시스템의 소형화가 가능하게 된다.The
또한, 로워케이스(100)는 냉각 플레이트(200)와의 사이에 형성된 유로(300)의 입구(301)와 출구(302)가 연결되는 2개의 연통홀(130)이 형성된다.In addition, in the
그리고, 로워케이스(100)의 상부면에는 내부에 2개의 연결홀(510)이 형성된 블록 형상의 커넥팅 블록(500)이 결합된다.In addition, a block-shaped connecting
2개의 연결홀(510) 중 하나는 일단이 연통홀(130)과 연통하여 유로(300)의 입구(301)와 연결되며 타단이 외측으로 개구되어 냉각된 유체를 공급하는 관이 연결될 수 있고, 나머지 하나는 일단이 연통홀(130)과 연통하여 유로(300)의 출구(302)와 연결되며 타단이 외측으로 개구되어 유로(300)를 순환한 유체를 배출시키는 관이 연결될 수 있다.One of the two
이처럼 유로(300)의 입구(301)와 출구(302)는 로워케이스(100)의 연통홀(130)과 커넥팅 블록(500)의 연결홀(510)을 매개로 유체를 공급받거나 배출한다.As such, the
이때, 로워케이스(100)에는 폭방향 일측과 타측을 열적으로 연결하는 열평형부재(400)가 결합될 수 있다.In this case, the
유로(300)는 구조상 냉각된 유체가 유입유로(310)를 흐르면서 배터리팩의 열을 흡수하므로 유출유로(320)를 흐를 때에는 온도가 다소 높아지게 되는데, 열평형부재(400)가 구비되어 유입유로(310)와 유출유로(320)의 온도편차를 작아지게 한다.The
열평형부재(400)는 열전달 속도가 빠른 재질로 형성되되 길이방향으로 긴 바형상으로 형성되며, 폭방향으로 길게 배치되어 유입유로(310)와 유출유로(320)를 열적으로 연결한다.The
이에 따라 열평형부재(400)는 유출유로(320)가 위치하는 폭방향 타측의 온도가 유입유로(310)가 위치하는 폭방향 일측의 온도 보다 높은 경우 열을 폭방향 타측에서 폭방향 일측으로 이동시킨다.Accordingly, the
이러한 열평형부재(400)는 일예로, 히트파이프로 마련될 수 있다.The
열평형부재(400)에 대해 도 5를 참고하여 구체적으로 설명하면, 열평형부재(400)는 내부에 작동유체가 수용되고, 중앙에는 작동유체에서 증발하는 기체가 이동할 수 있도록 진공상태의 빈공간이 마련된다.The
그리고, 열평형부재(400)는 유출유로(320) 상에 위치하는 폭방향의 타측에 배터리모듈(10)의 열이 가해지면 내부에 수용되어 있던 작동유체가 증발하여 빈공간으로 기화하며 증발한 기체는 압력차로 인해 폭방향의 일측으로 이동하게 된다.And, when the heat of the
폭방향의 일측으로 이동한 기체는 상대적으로 온도가 낮아 갖고있던 열을 외부로 방출하면서 작동유체로 변하게 되고, 작동유체는 다시 폭방향의 타측으로 이동된다.The gas moving to one side in the width direction has a relatively low temperature and is changed into a working fluid while dissipating the heat it has to the outside, and the working fluid is again moved to the other side in the width direction.
이처럼 열평형부재(400)는 일측과 타측 중 어느 한측에 상대적으로 열이 가해지면 반대측으로 열을 전달하고, 로워케이스(100)의 유출유로(320)가 구비되는 측의 열을 유입유로(310)가 구비되는 측으로 빠르게 이동시켜 유입유로(310)와 유출유로(320)를 열적으로 연결시키며, 평형을 이루도록 작용한다.As such, the
이와 같이 로워케이스(100)에 별도로 히트파이프인 열평형부재(400)가 부착됨에 따라, 유로(300)를 흐르는 유체의 유동 방향을 단순화할 수 있으면서 유입유로(310)와 유출유로(320)의 온도 차이가 줄어들게 된다.As described above, as the
이러한 열평형부재(400)는 로워케이스(100)의 상부면 중 이격되는 복수개의 배터리모듈(10) 사이에 배치된다. 특히, 열평형부재(400)는 로워케이스(100)의 유로(300)의 입구(301)와 출구(302)가 구비된 일측의 반대편인 타측에 결합되는 것이 바람직하며, 로워케이스(100)에 복수개로 구비되어 배터리모듈(10)의 사이사이에 각각 배치될 수도 있다.The
로워케이스(100)에는 공간분리부(120)가 설치되는 상부면에서 열평형부재(400)가 삽입되도록 함몰되어 형성된 안착홈(140)이 구비되어 열평형부재(400)가 유로(300)와 근접하게 배치되도록 한다.The
이러한 안착홈(140)은 열평형부재(400)와 대응되는 사각홈 형상으로 형성되고, 열평형부재(400)가 용이하게 조립되도록 각 모서리에 둥근홈 형상의 가공여유부가 각각 형성될 수도 있다.The
그리고, 공간분리부(120)에는 열평형부재(400)의 설치가 용이하도록, 열평형부재(400)와 대응되는 형상의 통과홀(121)이 형성된다.In addition, in the
이에 따라 로워케이스(100)에 공간분리부(120)가 설치되어도, 작업자는 통과홀(121)을 통해 열평형부재(400)를 설치하거나 용이하게 교체할 수 있다.Accordingly, even when the
이러한 유로(300)는 배터리팩을 전체적으로 고르게 냉각하기 위해 유입유로(310)와 유출유로(320) 사이의 길이방향의 축을 기준으로 서로 비대칭적으로 구비되며, 유입유로(310)가 냉각하는 면적이 유출유로(320)가 냉각하는 면적보다 넓도록 구비된다.These
이에 따라 유입유로(310)는 폭방향 일측에 배치되는 배터리모듈(10) 전체와 함께 폭방향 타측에 배치되는 배터리모듈(10)의 일부분도 냉각하여 배터리팩이 고르게 냉각된다.Accordingly, the
따라서, 유출유로(320)의 온도가 유입유로(310)의 온도 보다 낮기 때문에 유로(300)는 유입유로(310)를 확장시키고 유출유로(320)를 축소시킨 비대칭적 구조로 구비되어 배터리팩을 보다 효율적으로 냉각한다.Therefore, since the temperature of the
즉, 유로(300)는 유입유로(310)에 의해 냉각되는 로워케이스(100)의 면적이 유출유로(320)에 의해 냉각되는 로워케이스(100)의 면적 보다 넓도록 비대칭적으로 형성된다.That is, the
또한, 유체가 배터리팩을 충분히 냉각하도록 유입유로(310)와 유출유로(320)는 구불구불한 모양으로 반복적으로 굽은 형상을 가지도록 형성된다.In addition, the
그리고, 유입유로(310)와 유출유로(320)는 복수개의 배터리모듈(10)과 대응되는 위치에서 단면적이 넓어지도록 형성된 복수개의 체류공간(311, 321)을 구비하여 배터리모듈(10)과의 열교환이 진행된다.In addition, the
이러한 체류공간(311, 321)은 대략적으로 길이방향의 길이가 배터리모듈(10)의 길이방향의 길이와 대응되도록 형성될 수 있으며, 유체가 배터리모듈(10)과 열교환하도록 마련된다.The staying
그리고, 유입유로(310)에 형성된 유입측 체류공간(311)은 유출유로(320)에 형성된 유출측 체류공간(321)의 폭보다 넓은 폭으로 형성되어 폭방향으로 일측과 타측에 배치된 배터리모듈(10)을 냉각하도록 구비된다.In addition, the inflow-
이때, 체류공간(311, 321)에 유체가 전체적으로 퍼지면서 유체의 흐름을 가이드하도록, 냉각 플레이트(200)는 유로형성부(210)에서 돌출되어 형성되며 로워케이스(100)의 하부에 밀착되어 유로(300)를 다채널로 형성하는 유로분리부(220)를 구비한다.At this time, the
특히 유로분리부(220)는 체류공간(311, 321)에 복수개 형성되어 폭방향의 일측에서 타측으로 진행하는 유체가 복수개의 유로분리부(220) 사이로 흐르면서 유체의 유동 방향이 단순해진다.In particular, a plurality of
이러한 복수개의 유로분리부(220)는 그 사이의 간격이 유입유로(310)의 단면적 보다 좁게 형성되어 유체의 속도를 늦추며 배터리모듈(10)이 충분히 냉각되도록 한다.The plurality of
또한, 도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉각 플레이트(200)가 도시되어 있으며, 유출유로(320)를 흐르는 유체의 속도를 높이기 위해 유출유로(320)의 체류공간(322)이 구불구불한 모양으로 반복적으로 굽은 'S' 형상으로 형성된다.In addition, FIG. 6 shows a
이때, 유출측 체류공간(322)의 단면적은 유입측 체류공간(311)의 복수개의 유로분리부(220)로 구획된 부분의 단면적 보다 넓게 형성되어 유체의 유출속도가 유입속도 보다 빨라지게 된다.At this time, the cross-sectional area of the outlet-
또한, 유입유로(310)는 유체의 속도가 느려지도록 단면적이 유출유로(320)의 단면적과 같거나 보다 작게 형성될 수도 있다.Also, the
도 7은 로워케이스(100)에 대칭구조의 유로(300')를 형성하는 냉각 플레이트(200')가 부착된 상태의 비교예와, 로워케이스(100)에 비대칭구조의 유로(300)를 형성하는 냉각 플레이트(200)가 부착된 상태의 본 발명이 도시되어 있다.7 shows a comparative example in which a
여기서, 배터리모듈(10)은 일예로 공간절약을 위해 유로(300)의 입구(301) 측과 출구(302) 측에 배터리셀이 낱개로 각각 2개씩 배치되고, 폭방향의 일측과 타측에 길이방향으로 이격되어 단위로 3개씩 배치될 수 있다.Here, in the
그리고 도 7의 (a)에 도시된 유로(300')는 유입유로가 폭방향의 일측에 배치된 배터리모듈(10)만을 직접적으로 냉각하며 유출유로가 폭방향의 타측에 배치된 배터리모듈(10)만을 직접적으로 냉각함에 따라, 서로 이격된 폭방향의 일측과 타측의 배터리모듈(10) 사이에는 온도차가 발생하게 된다.And the flow path 300' shown in FIG. 7 (a) directly cools only the
즉, 유입유로를 흐르는 유체의 온도가 유출유로를 흐르는 유체의 온도보다 낮아서, 폭방향 일측에 배치된 배터리모듈(10)이 폭방향 타측에 배치된 배터리모듈(10) 보다 더 냉각되어 배터리모듈(10) 간에 온도차이가 커지게 되어 배터리 성능이 떨어지게 된다.That is, since the temperature of the fluid flowing through the inlet flow path is lower than the temperature of the fluid flowing through the outlet flow path, the
그리고, 유출유로 상에 배치된 배터리모듈(10)은 충분히 냉각되지 못하여 열을 가지고 있는 상태이며 이로 인해 유입유로 상에 배치된 배터리모듈(10)에도 열이 전달되어 전체적인 배터리팩의 온도가 높아지게 되는 것이다.In addition, the
특히, 폭방향의 일측에 배치된 배터리모듈(10)과 폭방향의 타측에 배치된 배터리모듈(10)은 일정간격 이격되어 있어서, 배터리모듈(10) 사이는 배터리셀 사이에 비해 열교환이 잘 이루어지지 못하기 때문에, 유입유로가 폭방향의 일측에 배치된 배터리모듈(10)만을 냉각할 경우 폭방향의 타측에 배치된 배터리모듈(10)과의 온도차가 커지게 된다.In particular, since the
반면에, 도 7의 (b)에 도시된 유로(300)는 유입유로(310)의 폭방향 너비가 유출유로(320)의 폭방향 너비보다 길게 형성되어, 유입유로(310)가 폭방향의 일측에 배치된 배터리모듈(10)과 폭방향의 타측에 배치된 배터리모듈(10) 중 일부 배터리셀을 함께 냉각한다.On the other hand, in the
이에 따라, 폭방향의 타측에 배치된 배터리모듈(10)도 유입유로(310)에 의해 냉각될 수 있고, 유출유로(320)에 의해 한번더 냉각됨에 따라 종래에 국부적으로 냉각성능이 저하되던 것을 방지할 수 있게 된다.Accordingly, the
뿐만 아니라, 폭방향의 일측과 타측을 열적으로 연결하는 열평형부재(400)가 구비되어 유출유로(320) 상에 배치된 배터리모듈(10)의 열이 일부 유입유로(310) 상에 배치된 배터리모듈(10) 측으로 이동되며 배터리팩이 전체적으로 고르게 냉각된다.In addition, a
실제로 도 7의 (a)와 (b)의 구조로 냉각성능을 비교해보면, 도 7의 (a)의 경우 최저온도는 26.13℃, 최고온도는 31.38℃, 평균온도는 28.19℃로, 최고온도와 평균온도의 편차는 3.19℃라서 전체적으로 온도가 높고 고르게 냉각되지 못하여 폭방향의 타측 끝에 배치된 배터리셀은 온도가 다소 높아지며 작동성능이 저하된다.In fact, comparing the cooling performance with the structures of (a) and (b) of Figure 7, in the case of (a) of Figure 7, the lowest temperature is 26.13 ℃, the highest temperature is 31.38 ℃, the average temperature is 28.19 ℃, the highest temperature and The average temperature deviation is 3.19℃, so the overall temperature is high and the temperature is not uniformly cooled, so the temperature of the battery cell arranged at the other end of the width direction is slightly higher and the operating performance is deteriorated.
반면에 도 7의 (b)의 경우 최저온도는 25.95℃, 최고온도는 29.97℃, 평균온도는 28.09℃로, 최고온도와 평균온도의 편차는 1.88℃라서 전체적으로 온도가 낮아지며 고르게 냉각됨에 따라 배터리팩 전체가 작동성능이 향상되며 폭방향의 타측 끝에 배치된 배터리셀도 종래에 비해 작동성능이 향상된다.On the other hand, in the case of (b) of FIG. 7, the lowest temperature is 25.95°C, the highest temperature is 29.97°C, and the average temperature is 28.09°C, and the difference between the highest temperature and the average temperature is 1.88°C. The overall operating performance is improved, and the operating performance of the battery cell disposed at the other end in the width direction is also improved compared to the prior art.
이때, 배터리팩 중 유입유로(310)의 입구(301)와 연결되는 부분 상에 배치된 배터리셀이 최고온도를 가지며, 유출유로(320)의 폭방향 타측 끝에 배치된 배터리셀이 최저온도를 갖는다.At this time, the battery cell disposed on the portion connected to the
이러한 형상과 구조를 갖는 본 발명의 실시예들에 의하면 배터리팩의 하부에 직접적으로 접촉되어 냉각된 유체가 순환하는 유로를 형성하여 냉각효율이 향상되는 효과가 있다.According to the embodiments of the present invention having such a shape and structure, the cooling efficiency is improved by forming a flow path through which the cooled fluid circulates in direct contact with the lower part of the battery pack.
또한, 유입유로와 유출유로를 열적으로 연결하는 열평형부재가 구비되어 유출유로의 냉각성능이 저하되는 것을 방지하며, 배터리팩을 전체적으로 고르게 냉각할 수 있는 효과가 있다.In addition, a thermal balance member for thermally connecting the inflow passage and the outflow passage is provided to prevent the cooling performance of the outflow passage from being deteriorated, and to evenly cool the battery pack as a whole.
또한, 로워케이스와 냉각 플레이트 사이에 구비되는 유로가 유턴 형상 구조로 마련됨에 따라 입구와 출구를 한쪽으로 배치할 수 있으며, 전체적인 구조의 소형화가 가능한 효과가 있다.In addition, as the flow path provided between the lower case and the cooling plate is provided in a U-turn structure, the inlet and the outlet can be arranged on one side, and the overall structure can be miniaturized.
또한, 유입유로와 유출유로가 서로 비대칭적으로 구비되어 배터리팩이 보다 효과적으로 냉각되며, 배터리팩이 전체적으로 균일하게 냉각됨에 따라 배터리팩의 평균온도와 최고온도의 편차를 줄일 수 있고 이에 따라 배터리팩의 성능이 향상되는 효과가 있다.In addition, the inflow and outflow channels are provided asymmetrically, so that the battery pack is cooled more effectively, and as the battery pack is cooled uniformly as a whole, the deviation between the average temperature and the maximum temperature of the battery pack can be reduced. It has the effect of improving performance.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.In the above, even though all the components constituting the embodiment of the present invention are described as being combined or operating in combination, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, within the scope of the object of the present invention, all the components may operate by selectively combining one or more.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
10: 배터리팩
100: 로워케이스
110: 수용공간
120: 공간분리부
121: 통과홀
130: 연통홀
140: 안착홈
200: 냉각 플레이트
210: 유로형성부
220: 유로분리부
300: 유로
301: 입구
302: 출구
310: 유입유로
320: 유출유로
400: 열평형부재10: battery pack 100: lower case
110: accommodation space 120: space separation unit
121: through hole 130: through hole
140: seating groove 200: cooling plate
210: flow path forming unit 220: flow path separation unit
300: Euro 301: Entrance
302: exit 310: inflow path
320: outflow passage 400: thermal balance member
Claims (6)
상기 로워케이스의 하부에 부착되는 냉각 플레이트;
상기 로워케이스와 냉각 플레이트 사이에 마련되어 냉각된 유체가 순환하며, 길이방향의 일측 끝단에서 시작하여 그 반대편 끝단까지 진행하는 유입유로와 다시 유턴하여 일측 끝단으로 돌아오게 되는 유출유로를 포함하는 유턴 형상 구조로 형성된 유로; 및
상기 로워케이스에 부착되며 상기 유입유로와 유출유로를 열적으로 연결하는 열평형부재;를 포함하는 배터리팩 냉각장치.
a lower case having an accommodating space in which a plurality of battery packs are installed; and
a cooling plate attached to a lower portion of the lower case;
A U-turn-shaped structure comprising an inflow passage that is provided between the lower case and the cooling plate and circulates a cooled fluid, and proceeds from one end of the longitudinal direction to the opposite end, and an outlet passage that returns to one end by making a U-turn again. a flow path formed by; and
and a thermal balance member attached to the lower case and thermally connecting the inflow passage and the outflow passage.
상기 복수개의 배터리모듈은 길이방향으로 이격되어 배치되고, 상기 열평형부재가 상기 배터리모듈 사이에 폭방향으로 길게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리팩 냉각장치.
The method of claim 1,
The battery pack cooling device, characterized in that the plurality of battery modules are arranged to be spaced apart in the longitudinal direction, and the thermal balance member is arranged long in the width direction between the battery modules.
상기 로워케이스는 상부면에서 상기 열평형부재가 삽입되도록 함몰되어 형성된 안착홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 냉각장치.
The method of claim 1,
The battery pack cooling device, characterized in that the lower case is provided with a seating groove formed by being depressed so that the thermal balance member is inserted from the upper surface.
상기 열평형부재는 히트파이프인 것을 특징으로 하는 배터리팩 냉각장치.
The method of claim 1,
The heat balancing member is a battery pack cooling device, characterized in that the heat pipe.
상기 로워케이스는 폭방향으로 길게 형성되어 상기 수용공간을 분할하도록 설치되는 공간분리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 냉각장치.
The method of claim 1,
The lower case is formed to be long in the width direction, and the battery pack cooling device, characterized in that it has a space separation unit installed to divide the receiving space.
상기 유로는 상기 유입유로와 유출유로 사이의 길이방향의 축을 기준으로 서로 비대칭적으로 구비되며, 상기 유입유로에 의해 냉각되는 상기 로워케이스의 면적이 상기 유출유로에 의해 냉각되는 상기 로워케이스의 면적 보다 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리팩 냉각장치.
The method of claim 1,
The flow passages are provided asymmetrically with respect to a longitudinal axis between the inflow passage and the outlet passage, and the area of the lower case cooled by the inflow passage is greater than the area of the lower case cooled by the outflow passage. A battery pack cooling device, characterized in that it is formed widely.
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CN116436340A (en) * | 2023-05-26 | 2023-07-14 | 中国原子能科学研究院 | Thermoelectric generation device and nuclear power source |
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2021
- 2021-01-21 KR KR1020210008691A patent/KR20220105841A/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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