WO2023128537A1 - 배터리팩 냉각 장치, 및 이를 포함하는 충전 스테이션 - Google Patents

배터리팩 냉각 장치, 및 이를 포함하는 충전 스테이션 Download PDF

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WO2023128537A1
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charging
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unit
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엄태기
공승진
양재훈
이정훈
김세호
김두승
박정기
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack cooling device and a charging station including the same, and in particular, a shared battery pack cooling device capable of improving the charging efficiency of a battery pack by directly cooling the battery pack by a water cooling method, and including the same It's about the charging station.
  • the motor receives power from a battery provided on one side of the motor.
  • the battery needs to be recharged when it is discharged, and the battery charging time is relatively long compared to the fossil fuel replenishment time.
  • a shared battery charging device In the shared battery charging device, the user does not directly charge the battery, but pays for the amount of electricity used by the charged battery pack at the charging station and replaces the discharged battery 1:1.
  • the shared battery charging device can increase the usability of the battery, but in order to realize this, it is assumed that the charged battery pack is always ready at the charging station.
  • An object of the present invention is to provide a battery pack cooling device capable of improving the charging efficiency of the battery pack by directly cooling the battery pack using a water cooling method, and a charging station including the same.
  • the present invention is a battery pack cooling device capable of preventing loss of cooling water when replacing a battery pack by firstly recovering cooling water after charging of the battery pack is completed and secondarily recovering the cooling water remaining in the battery pack by vaporizing it. , and to provide a charging station including the same.
  • a battery pack cooling device is electrically connected to a charging housing provided with an inlet, an outlet, and a pack insertion space into which a battery pack is inserted, and the battery pack inserted into the pack insertion space, and the battery pack
  • a charging unit for charging a circulation unit provided to supply cooling water to the pack insertion space through the inlet and recover the cooling water in the pack insertion space through the outlet, a heating unit provided to provide heat to the pack insertion space, and a charging unit.
  • a control unit for controlling the heating unit and the circulation unit.
  • control unit may supply cooling water to the pack insertion space and operate the circulation unit to recover the cooling water heat-exchanged with the battery pack.
  • control unit may be provided to stop the operation of the circulation unit and operate the heating unit to supply heat to the pack insertion space when the discharge of the heat-exchanged cooling water is completed from the pack insertion space.
  • control unit may be provided to operate the heating unit after stopping the operation of the charging unit in a state where the battery pack is accommodated in the pack insertion space.
  • the heating unit may supply heat to vaporize the cooling water remaining in the pack insertion space.
  • the circulation unit connects a cooling water tank in which cooling water is stored, an inlet of the charging housing and the cooling water tank, and connects a cooler provided to cool the cooling water, an outlet of the charging housing, and the cooling water tank, and connects the outlet of the charging housing.
  • a pump for recovering cooling water in the pack insertion space may be included.
  • control unit may, when the charging unit operates, the cooling water passes through the cooler in the cooling water tank and flows into the pack insertion space, and the cooling water exchanges heat with the battery pack while passing through the pack insertion space.
  • the circulation unit may be controlled to flow into the cooling water tank through a pump.
  • control unit may control the circulation unit so that the vaporized particles of the cooling water are supplied to the cooler through the pump, liquefied in the cooler, and then supplied to the cooling water tank when the heating unit operates.
  • the pump is connected to a cooling water tank and a cooler to allow fluid movement, and the control unit cools the cooling water supplied from the cooling water tank through a cooler and then supplies the circulation unit to the inlet during a charging operation of the charging unit. You can control it. Also, when the heating unit operates, the control unit may control the circulation unit to supply vaporized particles of the cooling water to the cooler through a pump, liquefy the particles in the cooler, and supply the vaporized particles to the cooling water tank.
  • the battery pack cooling device may further include a pipe part connecting the circulation part and the charging housing.
  • the pipe part includes a first pipe connecting the cooler and the cooling water tank, a second pipe connecting the cooler and the inlet of the charging housing, a third pipe connecting the outlet of the charging housing and the pump, and the pump A fourth pipe connecting the cooling water tank and a fifth pipe connecting the pump and the cooler may be included.
  • the battery pack cooling device is provided at the inlet of the charging housing and controls the opening and closing of the inlet
  • a first valve is provided at the outlet of the charging housing and controls the opening and closing of the outlet
  • a first pipe It may further include a third valve provided on the fourth pipe, a fourth valve provided on the fourth pipe, and a fifth valve provided on the fifth pipe.
  • control unit opens the first valve, the second valve, the third valve, and the fourth valve, closes the fifth valve, and the cooling water passes through the cooler in the cooling water tank during the charging operation of the charging unit.
  • a circulation unit may be controlled such that the cooling water introduced into the pack insertion space and heat-exchanged with the battery pack while passing through the pack insertion space flows into the cooling water tank through the pump.
  • control unit opens the second valve, the third valve, and the fifth valve, and closes the first valve and the fourth valve when the heating unit operates, and the vaporized particles of the cooling water pass through the pump.
  • a circulation unit may be controlled to be supplied to a cooler, liquefied in the cooler, and then supplied to the cooling water tank.
  • a charging station including a battery pack cooling device is provided.
  • the charging efficiency of the battery pack can be improved by directly cooling the battery pack using a water cooling method.
  • cooling water is firstly recovered from the charging housing, and the cooling water remaining on the outer surface of the battery pack is vaporized and secondarily recovered, so that the cooling water introduced into the charging housing can be recovered as much as possible.
  • the present invention completely removes water from the cooling water from the battery pack through the process of recovering the cooling water from the charging housing as described above, thereby preventing problems such as skin troubles of the replacement person due to components present in the cooling water in advance. .
  • FIG. 1 schematically illustrates a charging station to which a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an installation state of a battery pack inserted into a charging housing in one embodiment of the present invention.
  • 3 to 5 schematically illustrate a configuration diagram of a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 schematically illustrates an operating state of a battery pack cooling device when a battery pack is charged in one embodiment of the present invention.
  • FIG 7 and 8 schematically illustrate an operating state of the battery pack cooling device after charging of the battery pack is completed in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 schematically illustrates a charging station 10 to which a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention is applied
  • FIG. 2 is a diagram showing a battery pack installed in a charging housing according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 5 schematically show a configuration diagram of a battery pack cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7 and 8 show the battery pack in one embodiment of the present invention. After charging is completed, it schematically shows an operating state of the battery pack cooling device.
  • the cooling water W1 used in the direct water cooling method may be insulated special cooling water W1.
  • NOVEC trade name
  • 3M may be used as the special cooling water W1.
  • the special cooling water (W1) which is non-polar and has corrosion resistance, has excellent performance as the cooling water (W1) of the battery cell.
  • the special cooling water W1 is expensive, a loss prevention structure is required.
  • a battery pack cooling device 100 is applied to a charging station 10 .
  • the battery pack cooling device 100 directly cools the battery pack 110 by a water cooling method, and after the battery pack 110 is completely charged, the cooling water W1 cools the battery pack 110. ) is provided to recover the coolant W1 from the battery pack 110 so as not to remain in the battery pack 110 .
  • the charging station 10 is a charging station for charging the battery pack 110 .
  • the charging station 10 includes a battery pack cooling device 100 , a station box 11 and a control unit 12 .
  • the control unit 12 is provided outside the station box 11, and the user can control whether the battery pack 110 is charged or not through the control unit 12.
  • the shared battery pack cooling device 100 is installed in the station box 11 .
  • the battery pack cooling device 100 includes a charging housing 120, a charging unit 130, a circulation unit 140, a heating unit 150, and a control unit 170.
  • the battery pack cooling device 100 may include a pipe part 160 connecting the circulation part 140 and the charging housing 120 .
  • the battery pack cooling device 100 includes a charging housing 120 provided with an inlet 121, an outlet 122, and a pack insertion space 125 into which the battery pack 110 is inserted. It is electrically connected to the battery pack 110 inserted into the pack insertion space 125, and to the pack insertion space 125 through the charging unit 130 for charging the battery pack 110 and the inlet 121.
  • a circulation unit 140 provided to provide cooling water and recover the cooling water in the pack insertion space through the outlet 122, a heating unit 150 provided to provide heat to the pack insertion space 125, and a charging unit 130 , It includes a control unit 170 for controlling the heating unit 150 and the circulation unit 140.
  • the battery pack 110 may include a plurality of battery cells (not shown) and has a charging connector 111 to be connected to the charging unit 130 . Since the battery pack 110 is a well-known product, a detailed description of the structure of the battery pack 110 will be omitted.
  • the charging station 10 may include a plurality of charging housings 120 for simultaneously charging a plurality of battery packs 110 respectively.
  • the charging unit 130 may be individually provided in each charging housing 120 .
  • the charging unit 130 is electrically connected to the charging connector 111 of the battery pack 110 and applies a current to the battery pack 110 to charge the battery pack 110 .
  • the charging housing 120 is provided in the station box 11 .
  • the charging housing 120 may have a cylindrical structure in which a pack insertion space 125 is provided.
  • the pack insertion space 125 is a space into which the battery pack 110 is inserted.
  • an inlet 121 and an outlet 122 are provided in the charging housing 120 .
  • the inlet 121 and the outlet 122 are provided to enable fluid movement with the pack insertion space 125 .
  • the inlet 121 is an opening through which the cooling water W1 flows into the pack insertion space 125
  • the outlet 122 is an opening through which the cooling water W1 is discharged from the pack insertion space 125.
  • a first valve 121a is installed at the inlet 121 .
  • the first valve 121a is a valve that controls opening and closing of the inlet 121 .
  • the first valve 121a opens the inlet 121 during a charging operation of the charging unit 130 to allow the cooling water W1 to flow from the cooler 141 to the pack insertion space 125 .
  • a second valve 122a is installed at the outlet 122 .
  • the second valve 122a is a valve that controls opening and closing of the outlet 122 .
  • the second valve 122a opens the outlet 122 when the pump 143 operates, allowing the heat-exchanged coolant W2 to flow from the pack insertion space 125 to the pump 143 .
  • the charging housing 120 is connected to the circulation unit 140 by a pipe unit 160.
  • the pipe part 160 includes the first pipe 161 to the fifth pipe 165 .
  • the first pipe 161 connects the cooler 141 and the cooling water tank 145
  • the second pipe 162 connects the cooler 141 and the inlet 121 of the charging housing
  • the third pipe 163 Connects the outlet 122 of the charging housing 120 and the pump 143
  • the fourth pipe 164 connects the pump 143 and the cooling water tank 145
  • the fifth pipe 165 connects the pump ( 143) and the cooler 141 are connected.
  • the first valve 121a may be provided on the second pipe
  • the second valve 122a may be provided on the third pipe 163.
  • the pipe unit 160 includes a third valve 161a provided on the first pipe 161, a fourth valve 164a provided on the fourth pipe 164, and a third valve provided on the fifth pipe 165.
  • 5 may include a valve (165a). Opening and closing of each of the valves 121a, 122a, 163a, 164a, and 165a may be controlled by the control unit 170.
  • the charging housing 120 and the circulation unit 140 are connected so that the coolant W1 can circulate.
  • a heating unit 150 may be installed on an outer surface of the charging housing 120 .
  • the heating unit 150 may be provided to apply heat from the outside of the charging housing 120 to the pack insertion space 125 .
  • the heating unit 150 provides heat to the pack insertion space 125 when the heat-exchanged cooling water W2 is primarily discharged from the pack insertion space 125, and the cooling water remaining in the pack insertion space 125 ( It performs the function of vaporizing W1).
  • the heating temperature of the heating unit 150 may vary according to the boiling point of the cooling water W1.
  • a cooling liquid having a boiling point within a range of 30 to 50 degrees may be used as the cooling water W1 , and the heating unit 150 may heat the cooling water W1 to a temperature higher than the boiling point.
  • the circulation unit 140 provides cooling water W1 to the pack insertion space 125 during the charging operation of the charging unit 130 and is provided to recover the cooling water W2 heat-exchanged with the battery pack 110, and the circulation unit ( 140 cools the battery pack 110 by a direct water cooling method in which cooling water directly contacts the battery pack 110 during charging.
  • the controller 170 supplies cooling water to the pack insertion space 125 and cools the heat exchanged with the battery pack 110. It is possible to operate the circulation unit 140 to recover.
  • the pack insertion space 125 has a larger volume than the volume of the battery pack 110, and in this structure, the cooling water W1 may flow into the space between the inner circumferential surface of the pack insertion space 125 and the outer circumferential surface of the battery pack 110.
  • the control unit 170 stops the operation of the circulation unit 140 and operates the heating unit 150 so that the pack insertion space 125 ) to supply heat.
  • the controller 170 may operate the heating unit 150 after stopping the operation of the charging unit 130 while the battery pack is accommodated in the pack insertion space 125 .
  • the heating unit 150 supplies heat to vaporize the cooling water remaining in the pack insertion space 125 (or the cooling water remaining on the surface of the battery pack).
  • the heating unit 150 may include one or more heaters, and each heater may be provided to enable temperature control.
  • the circulation unit 140 includes a cooler 141 , a pump 143 and a cooling water tank 145 .
  • the cooling water W1 is stored in the cooling water tank 145 .
  • the cooling water tank 145 is connected to the cooler 141 and the pump 143 respectively.
  • the cooler 141 connects the inlet 121 of the charging housing 120 and the cooling water tank 145 and is provided to cool the cooling water.
  • the pump 143 connects the outlet 122a of the charging housing 120 and the cooling water tank 145, and is provided to recover the cooling water in the pack insertion space 125 through the outlet 122a. That is, the pump 143 performs a function of suctioning and discharging the coolant W1 in the pack insertion space 125 by applying pressure.
  • One or more pumps 143 may be provided.
  • the primary recovery pump (recovers cooling water when the charging unit is operated) and the secondary recovery pump (recovers particles vented by the cooling water when the heating unit is operated). can be used separately.
  • the primary recovery pump and the secondary recovery pump may be installed in parallel to the second pipe and the fifth pipe, respectively.
  • the cooler 141 may connect the inlet 121 of the charging housing and the cooling water tank 145, or may be provided to supply the cooling water supplied through the pump 143 to the cooling water tank 145 again.
  • the cooler 141 is controlled to connect the cooling water tank 145 and the charging housing 120, and after cooling the cooling water W1 supplied from the cooling water tank 145, , It is operated to provide to the charging housing 120.
  • the controller 170 controls the pack insertion space 125 after the coolant W1 passes from the coolant tank 145 to the cooler 141 during the charging operation of the charger 130.
  • the circulation unit is controlled so that the cooling water W2 introduced into the cooling water tank 145 flows through the pump 143 and heat-exchanged with the battery pack 110 while passing through the pack insertion space 125. can
  • the control unit 170 opens the first valve 121a, the second valve 122a, the third valve 161a, and the fourth valve 164a during the charging operation of the charging unit 130, and the fifth valve (165a) can be closed.
  • the cooler 141 cools the cooling water W1 provided from the cooling water tank 145 and discharges it toward the inlet 121 .
  • the cooler 141 various types of coolers that cool the cooling water W1 may be used.
  • the cooler 141 may be implemented as a refrigerator for cooling cooling water using a refrigerant.
  • the cooler 141 may be controlled to connect the pump 143 and the cooling water tank 145 .
  • the cooler 141 is operated to liquefy the particles and provide them to the cooling water tank 145. Accordingly, the particles W3 in which the cooling water is vaporized are liquefied while being cooled in the cooler 141, and are returned to the cooling water tank 145 in the form of cooling water W1.
  • the control unit 170 when the heating unit 150 operates, the control unit 170 provides the vaporized particles W3 of the cooling water to the cooler through the pump 143, liquefies in the cooler 141, and then The circulation unit 140 may be controlled to be supplied to the cooling water tank 145 . At this time, the control unit 170 opens the second valve 122a, the third valve 161a, and the fifth valve 165a when the heating unit 150 operates, and opens the first valve 121a and the second valve 121a. 4 The valve 164a can be closed.
  • the pump 143 is connected to the cooling water tank 145 and the cooler 141 to allow fluid movement, respectively, and the pump 143 is connected to the charging housing 120 and the cooling water tank 145 or the charging housing 120. and the cooler 141 may be provided to be selectively connected.
  • the control unit 170 controls the circulation unit 140 to transfer the cooling water discharged from the charging housing 120 to the cooling water tank 145 during the charging operation of the charging unit 130 . That is, during the charging operation of the charging unit 130, the controller 170 controls the circulation unit to cool the cooling water supplied from the cooling water tank 145 through the cooler 141 and then supply it to the inlet 121a. .
  • the pump 143 connects the charging housing and the cooler 141 to provide vaporized particles W3 of the cooling water discharged from the charging housing 120 to the cooler 141. do.
  • control unit 170 supplies the vaporized particles (W) of the cooling water to the cooler 141 through the pump 143, liquefies them in the cooler 141, and It is possible to control the circulation part to supply the cooling water to the tank 145 .
  • the battery pack 110 is inserted into the pack insertion space 125 of the charging housing 120, and the charging connector 111 of the battery pack 110 is electrically connected to the charging unit 130.
  • the circulation unit 140 is operated. Specifically, the cooling water W1 flows from the cooling water tank 145 to the cooler 141 along the first pipe 161 .
  • the cooler 141 cools the cooling water W1 to a preset temperature.
  • the first valve (121a) is operated to open the inlet (121).
  • Cooling water W1 cooled in the cooler 141 flows into the inlet 121 along the second pipe 162 .
  • Cooling water (W1) flows into the pack insertion space (125) through the inlet (121).
  • the cooling water W1 may directly cool the battery pack 110 by a water cooling method while exchanging heat with the battery pack 110 installed in the pack insertion space 125 . That is, the cooling water W1 cools the heat Q generated from the battery pack 110 .
  • the heat-exchanged coolant W2 in the pack insertion space 125 is discharged to the third pipe 163 through the outlet 122 .
  • the outlet 122 is in an open state by the second valve 122a.
  • the heat-exchanged coolant W2 flows to the pump 143 along the third pipe 163 and is discharged to the fourth pipe 164 via the pump 143.
  • the heat-exchanged cooling water W2 flows into the cooling water tank 145 along the fourth pipe 164 .
  • the circulation unit 140 allows the cooling water W1 to pass through the cooling water tank 145, the cooler 141, the pack insertion space 125, and the pump 143 sequentially, and then the cooling water again. It is operated to circulate to the tank 145. Accordingly, the present invention can improve the charging efficiency of the battery pack 110 by directly cooling the battery pack 110 using a water cooling method.
  • the second valve 122a is operated to open the discharge port 122 .
  • the pump 143 When the pump 143 is operated, the heat-exchanged coolant W2 in the pack insertion space 125 is discharged to the third pipe 163 through the outlet 122 . Then, it flows into the cooling water tank 145 via the pump 143.
  • the heating unit 150 When the discharge of the cooling water W1 is primarily completed in the pack insertion space 125, the heating unit 150 is operated.
  • the particles W3 in which the cooling water is vaporized flow to the cooler 141 via the pump 143 .
  • the particles W3 in which the cooling water is vaporized pass through the pack insertion space 125, the third pipe 163, the pump 143, and the fifth pipe 165 sequentially, and are provided to the cooler 141. .
  • the particles W3 in which the cooling water is vaporized are cooled in the cooler 141 and liquefied.
  • the cooling water W1 liquefied in the cooler 141 flows into the cooling water tank 145 .
  • the cooling water is firstly recovered from the charging housing 120, and the cooling water remaining on the outer surface of the battery pack 100 is vaporized and recovered, and the cooling water injected into the charging housing is recovered. can be recovered as much as possible. As a result, loss of cooling water can be prevented, and maintenance costs of the battery pack cooling device can be reduced.
  • the cooling water on the surface of the battery pack can be completely removed.
  • cooling water is firstly recovered from the charging housing, and the cooling water remaining on the outer surface of the battery pack is vaporized and secondarily recovered, so that the cooling water introduced into the charging housing can be recovered as much as possible.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각 장치는, 유입구, 배출구 및 배터리팩이 삽입되는 팩삽입공간이 마련된 충전 하우징, 상기 팩삽입공간에 삽입된 상기 배터리팩과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 충전부, 상기 유입구를 통해 팩삽입공간으로 냉각수를 제공하고, 상기 배출구를 통해 팩삽입공간의 냉각수를 회수하도록 마련된 순환부, 상기 팩삽입공간으로 열을 제공하도록 마련된 가열부, 및 충전부, 가열부 및 순환부를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.

Description

배터리팩 냉각 장치, 및 이를 포함하는 충전 스테이션
본 발명은 배터리팩 냉각 장치, 및 이를 포함하는 충전 스테이션에 관한 것이며, 특히 직접 수냉 방식으로 배터리팩을 냉각시킴으로써, 배터리팩의 충전 효율을 향상시킬 수 있는 공유형 배터리팩 냉각 장치, 및 이를 포함하는 충전 스테이션에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 12월 27일자 한국 특허 출원 제10-2021-0187932호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
지구 온난화에 따라, 이산화탄소 배출량이 제한되고 있다. 이에 따라, 화석 연료를 사용하는 내연기관의 사용이 점차 줄어 들고 있으며, 작동시에 이산화탄소를 배출하지 않는 모터가 내연기관을 대체하고 있다.
모터는, 모터 일측에 구비된 배터리로부터 전력을 공급받는다. 배터리는, 방전시에 재충전을 해야 하는데, 배터리 충전 시간은 화석연료 보충시간에 비해 상대적으로 긴 편이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 공유형 배터리 충전 장치가 개발되었다. 공유형 배터리 충전 장치는 사용자가 직접 배터리를 충전하지 않고, 충전 스테이션에서 충전된 배터리팩을 사용한 전기량만큼의 비용을 지불하고, 방전된 배터리와 1:1로 교체하는 방식이다.
공유형 배터리 충전장치는 배터리의 사용 편의성을 높일 수 있으나, 이를 실현하기 위해서는 충전 스테이션에 충전된 배터리팩이 항상 준비되어 있는 것을 전제로 한다.
따라서 공유형 배터리 충전 장치에서 배터리팩이 충전되는 충전부의 설치 개수를 증가시킬 필요가 있으며, 충전 시 배터리팩의 충전 효율을 향상시킬 필요가 있다.
본 발명은 직접 수냉 방식으로 배터리팩을 냉각시켜, 배터리팩의 충전 효율을 향상시킬 수 있는 배터리팩 냉각 장치, 및 이를 포함하는 충전 스테이션을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배터리팩의 충전 완료 후에, 냉각수를 1차 회수하고, 배터리팩에 잔존하는 냉각수를 기화시켜 2차 회수함으로써, 배터리팩의 교체시 냉각수의 손실을 방지할 수 있는 배터리팩 냉각 장치, 및 이를 포함하는 충전 스테이션을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각 장치는, 유입구, 배출구 및 배터리팩이 삽입되는 팩삽입공간이 마련된 충전 하우징, 상기 팩삽입공간에 삽입된 상기 배터리팩과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 충전부, 상기 유입구를 통해 팩삽입공간으로 냉각수를 제공하고, 상기 배출구를 통해 팩삽입공간의 냉각수를 회수하도록 마련된 순환부, 상기 팩삽입공간으로 열을 제공하도록 마련된 가열부, 및 충전부, 가열부 및 순환부를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
또한, 제어부는 배터리팩이 팩 삽입공간에 삽입된 상태에서 충전부 작동 시, 상기 팩삽입공간으로 냉각수를 제공하고, 상기 배터리팩과 열교환된 냉각수를 회수하도록 순환부를 작동시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 열교환된 냉각수가 팩삽입공간에서 배출이 완료되면, 상기 순환부의 작동을 멈추고, 가열부를 작동시켜 상기 팩삽입공간으로 열을 공급하도록 마련될 수 있다.
또한, 제어부는 팩 삽입공간에 배터리팩이 수용된 상태에서, 충전부의 작동을 정지시킨 후, 가열부를 작동시키도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 가열부는 팩삽입공간에 잔존하는 냉각수를 기화시키도록 열을 공급할 수 있다.
또한, 상기 순환부는, 냉각수가 저장되는 냉각수 탱크, 상기 충전 하우징의 유입구 및 상기 냉각수 탱크를 연결하며, 상기 냉각수를 냉각시키도록 마련된 냉각기 및 상기 충전 하우징의 배출구 및 상기 냉각수 탱크를 연결하며, 상기 배출구를 통해 상기 팩삽입공간의 냉각수를 회수하기 위한 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 제어부는, 충전부의 충전 작동시, 상기 냉각수가 상기 냉각수 탱크에서 상기 냉각기를 통과한 후 상기 팩삽입공간으로 유입되고, 상기 팩삽입공간을 통과하는 과정에서 상기 배터리팩과 열교환된 냉각수가 상기 펌프를 통해 상기 냉각수 탱크로 유동되도록 순환부를 제어할 수 있다.
또한, 제어부는, 상기 가열부 동작 시, 상기 냉각수가 기화된 입자가 상기 펌프를 통해 상기 냉각기로 제공되고, 상기 냉각기에서 액화된 후 상기 냉각수 탱크로 공급되도록 순환부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 펌프는 냉각수 탱크 및 냉각기에 각각 유체 이동 가능하게 연결되며, 상기 제어부는 상기 충전부의 충전 작동시, 상기 냉각수 탱크로부터 공급된 냉각수를 냉각기를 통해 냉각한 후, 상기 유입구로 공급하도록 순환부를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 가열부의 작동 시, 상기 냉각수가 기화된 입자를 펌프를 통해 냉각기로 공급하고, 냉각기에서 액화시킨 후, 상기 냉각수 탱크로 제공하게 순환부를 제어할 수 있다.
또한, 배터리팩 냉각장치는 상기 순환부 및 상기 충전 하우징을 연결하는 배관부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 배관부는, 상기 냉각기와 상기 냉각수 탱크를 연결하는 제1 배관, 상기 냉각기와 상기 충전 하우징의 유입구를 연결하는 제2 배관, 상기 충전 하우징의 배출구와 상기 펌프를 연결하는 제3 배관, 상기 펌프와 상기 냉각수 탱크를 연결하는 제4 배관 및 상기 펌프와 상기 냉각기를 연결하는 제5 배관을 포함할 수 있다.
또한, 배터리팩 냉각장치는 충전하우징의 유입구에 마련되며, 상기 유입구의 개폐를 조절하는 제1 밸브, 상기 충전하우징의 배출구에 마련되며, 상기 배출구의 개폐를 조절하는 제2 밸브, 제1 배관 상에 마련된 제3 밸브, 제4 배관 상에 마련된 제4 밸브, 및 제5 배관 상에 마련된 제5 밸브를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 제어부는, 충전부의 충전 작동시, 제1 밸브, 제2 밸브, 제3 밸브 및 제4 밸브를 개방하고, 제5 밸브를 닫으며, 상기 냉각수가 상기 냉각수 탱크에서 상기 냉각기를 통과한 후 상기 팩삽입공간으로 유입되고, 상기 팩삽입공간을 통과하는 과정에서 상기 배터리팩과 열교환된 냉각수가 상기 펌프를 통해 상기 냉각수 탱크로 유동되도록 순환부를 제어할 수 있다.
또한, 제어부는, 상기 가열부 동작 시, 제2 밸브, 제3 밸브, 및 제 5 밸브를 개방하고, 제1 밸브 및 제4 밸브를 닫으며, 상기 냉각수가 기화된 입자가 상기 펌프를 통해 상기 냉각기로 제공되고, 상기 냉각기에서 액화된 후 상기 냉각수 탱크로 공급되도록 순환부를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리팩 냉각 장치를 포함하는 충전 스테이션이 제공된다.
본 발명은 직접 수냉 방식으로 배터리팩을 냉각시켜, 배터리팩의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 배터리팩의 충전 완료 후에, 충전 하우징에서 냉각수를 1차적으로 회수하고, 배터리팩의 외면에 잔존하는 냉각수를 기화시켜 2차로 회수하여, 충전 하우징으로 투입된 냉각수를 최대한 회수할 수 있다.
또한, 냉각수의 손실을 방지하여, 공유형 배터리팩의 냉각 장치의 유지 보수 비용을 절감시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 상기와 같은 충전 하우징에서의 냉각수 회수 과정을 통해, 배터리팩에서 냉각수로 인한 물기를 완전히 제거하여, 냉각수에 존재하는 성분으로 인한 교체자의 피부 트러블 등의 문제를 사전에 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각 장치가 적용된 충전 스테이션을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서, 충전 하우징에 삽입된 배터리팩의 설치 상태도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각 장치의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서, 배터리팩의 충전시, 배터리팩 냉각 장치의 일 작동상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에서, 배터리팩의 충전 완료 후, 배터리팩 냉각 장치의 일 작동상태를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각장치 및 이를 포함하는 충전 스테이션을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각 장치가 적용된 충전 스테이션(10)을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에서, 충전 하우징에 삽입된 배터리팩의 설치 상태도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각 장치의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에서, 배터리팩의 충전시, 배터리팩 냉각 장치의 일 작동상태를 개략적으로 도시한 것이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에서, 배터리팩의 충전 완료 후, 배터리팩 냉각 장치의 일 작동상태를 개략적으로 도시한 것이다
본 문서에서, 직접 수냉 방식에 사용되는 냉각수(W1)는 절연 처리된 특수 냉각수(W1)일 수 있다. 예를 들어, 특수 냉각수(W1)로는 3M사의 NOVEC(상표명)이 사용될 수 있다. 무극성이고 내부식성을 갖는 특수 냉각수(W1)는 배터리셀의 냉각수(W1)로서 우수한 성능을 갖는다. 그러나 특수 냉각수(W1)는 고가이므로, 손실 방지 구조가 필요하다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각 장치(100)은 충전 스테이션(10)에 적용된다. 상기 배터리팩 냉각장치(100)는 배터리팩(110)의 충전시, 직접 수냉 방식으로 배터리팩(110)을 냉각시키고, 배터리팩(110)의 충전 완료 후에, 냉각수(W1)가 배터리팩(110)에 잔존하지 않게 냉각수(W1)를 배터리팩(110)으로부터 회수하도록 마련된다.
도 1을 참조하면, 충전 스테이션(10)은 배터리팩(110)을 충전하는 충전소이다. 상기 충전 스테이션(10)은 배터리팩 냉각 장치(100), 스테이션 박스(11) 및 조작부(12)를 포함한다. 여기서, 조작부(12)는 스테이션 박스(11)의 외부에 마련되며, 사용자는 조작부(12)를 통해 배터리팩(110)의 충전 여부를 조작할 수 있다. 그리고, 공유형 배터리팩 냉각 장치(100)은 스테이션 박스(11)에 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 냉각 장치(100)는, 충전 하우징(120), 충전부(130), 순환부(140), 가열부(150) 및 제어부(170)를 포함한다. 또한, 상기 배터리팩 냉각 장치(100)는 상기 순환부(140) 및 상기 충전 하우징(120)을 연결하는 배관부(160)를 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 배터리팩 냉각장치(100)는 유입구(121), 배출구(122) 및 배터리팩(110)이 삽입되는 팩삽입공간(125)이 마련된 충전 하우징(120), 상기 팩삽입공간(125)에 삽입된 상기 배터리팩(110)과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리팩(110)을 충전하기 위한 충전부(130), 상기 유입구(121)를 통해 팩삽입공간(125)으로 냉각수를 제공하고, 상기 배출구(122)를 통해 팩삽입공간의 냉각수를 회수하도록 마련된 순환부(140), 상기 팩삽입공간(125)으로 열을 제공하도록 마련된 가열부(150) 및 충전부(130), 가열부(150) 및 순환부(140)를 제어하기 위한 제어부(170)를 포함한다.
배터리팩(110)은 복수의 배터리셀(미도시)을 포함할 수 있고, 충전부(130)와 연결되기 위한 충전 커넥터(111)를 갖는다. 배터리팩(110)은 공지된 제품으로서, 배터리팩(110)의 구조에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
상기 충전 스테이션(10)은 복수 개의 배터리팩(110)을 각각 동시에 충전하기 위한 복수 개의 충전 하우징(120)을 포함할 수 있다.
충전부(130)는 각각의 충전 하우징(120)에 개별적으로 마련될 수 있다. 충전부(130)는 배터리팩(110)의 충전 커넥터(111)에 전기적으로 연결되며, 배터리팩(110)으로 전류를 인가하여, 배터리팩(110)을 충전하는 기능을 수행한다.
충전 하우징(120)은 스테이션 박스(11)에 마련된다. 충전 하우징(120)은 팩삽입공간(125)이 마련된 통형 구조를 가질 수 있다. 여기서, 팩삽입공간(125)은 배터리팩(110)이 삽입되는 공간이다.
도 2를 참조하면, 충전 하우징(120)에는 유입구(121) 및 배출구(122)가 마련된다. 유입구(121)와 배출구(122)는 팩삽입공간(125)과 유체 이동 가능하게 마련된다. 본 실시예에서, 유입구(121)는 냉각수(W1)가 팩삽입공간(125)으로 유입되는 개구이며, 배출구(122)는 팩삽입공간(125)으로부터 냉각수(W1)가 배출되는 개구이다.
도 3을 참조하면, 유입구(121)에는 제1 밸브(121a)가 설치된다. 제1 밸브(121a)는 유입구(121)의 개폐를 조절하는 밸브이다. 제1 밸브(121a)는, 충전부(130)의 충전 작동시 유입구(121)를 개방하여, 냉각수(W1)가 냉각기(141)에서 팩삽입공간(125)으로 유동되게 한다.
배출구(122)에는 제2 밸브(122a)가 설치된다. 제2 밸브(122a)는 배출구(122)의 개폐를 조절하는 밸브이다. 제2 밸브(122a)는, 펌프(143)의 작동시 배출구(122)를 개방하여, 열교환된 냉각수(W2)가 팩삽입공간(125)에서 펌프(143)로 유동되게 한다.
충전 하우징(120)은 배관부(160)에 의해 순환부(140)와 연결된다. 배관부(160)는 제1 배관(161) 내지 제5 배관(165)을 포함한다.
제1 배관(161)은 냉각기(141)와 냉각수 탱크(145)를 연결하며, 제2 배관(162)은 냉각기(141)과 충전 하우징의 유입구(121)를 연결하고, 제3 배관(163)은 충전 하우징(120)의 배출구(122)와 펌프(143)을 연결하며, 제4 배관(164)은 펌프(143)과 냉각수 탱크(145)를 연결하고, 제5 배관(165)은 펌프(143)과 냉각기(141)을 연결한다. 한편, 제1 밸브(121a)는 제2 배관 상에 마련될 수도 있고, 제2 밸브(122a)는 제3 배관(163)상에 마련될 수도 있다.
또한, 배관부(160)는 제1 배관(161) 상에 마련된 제3 밸브(161a), 제4 배관(164) 상에 마련된 제4 밸브(164a) 및 제5 배관(165) 상에 마련된 제5 밸브(165a)를 포함할 수 있다. 각각의 밸브(121a 122a, 163a, 164a, 165a)는 제어부(170)에 의해 개폐가 조절될 수 있다.
충전 하우징(120) 및 순환부(140)는 냉각수(W1)가 순환가능하게 가 연결된다. 그리고, 충전 하우징(120)의 외면에는 가열부(150)가 설치될 수 있다. 일예로, 가열부(150)는 충전 하우징(120) 외부에서 팩삽입공간(125)으로 열을 가하도록 마련될 수 있다. 여기서, 가열부(150)는 열교환된 냉각수(W2)가 팩삽입공간(125)에서 1차로 배출되면, 팩삽입공간(125)으로 열을 제공하여, 팩삽입공간(125)에 잔존하는 냉각수(W1)를 기화시키는 기능을 수행한다.
가열부(150)의 가열 온도는 냉각수(W1)의 끓는 점에 따라 가변될 수 있다. 일 예로, 냉각수(W1)로는 30도 내지 50도 범위 내의 끓는 점을 가진 냉각 액체가 사용 가능하며, 가열부(150)는 냉각수(W1)가 끓는 점 이상의 온도가 되도록 가열할 수 있다.
순환부(140)는 충전부(130)의 충전 작동시 팩삽입공간(125)으로 냉각수(W1)를 제공하고, 배터리팩(110)과 열교환된 냉각수(W2)를 회수하도록 마련되며, 순환부(140)는 배터리팩(110)의 충전 시에 배터리팩(110)에 직접 냉각수가 접촉하는 직접 수냉 방식으로 냉각시킨다.
제어부(170)는 배터리팩(110)이 팩 삽입공간(125)에 삽입된 상태에서 충전부 작동 시, 상기 팩삽입공간(125)으로 냉각수를 제공하고, 상기 배터리팩(110)과 열교환된 냉각수를 회수하도록 순환부(140)를 작동시킬 수 있다. 팩삽입공간(125)은 배터리팩(110)의 체적보다 큰 체적을 가지며, 이러한 구조에서, 팩삽입공간(125)의 내주면과 배터리팩(110)의 외주면 사이 공간으로 냉각수(W1)가 흐를 수 있게 된다.
또한, 상기 제어부(170)는 상기 열교환된 냉각수가 팩삽입공간(125)에서 배출이 완료되면, 상기 순환부(140)의 작동을 멈추고, 가열부(150)를 작동시켜 상기 팩삽입공간(125)으로 열을 공급할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제어부(170)는 팩삽입공간(125)에 배터리팩이 수용된 상태에서, 충전부(130)의 작동을 정지시킨 후, 가열부(150)를 작동시킬 수 있다. 상기 가열부(150)는 팩삽입공간(125)에 잔존하는 냉각수(또는 배터리팩 표면에 잔존하는 냉각수)를 기화시키도록 열을 공급한다. 상기 가열부(150)는 하나 이상의 히터를 포함할 수 있으며, 각각의 히터는 온도 조절이 가능하게 마련될 수 있다.
순환부(140)는 냉각기(141), 펌프(143) 및 냉각수 탱크(145)를 포함한다. 여기서, 냉각수 탱크(145)에는 냉각수(W1)가 저장된다. 냉각수 탱크(145)는 냉각기(141)과 펌프(143)와 각각 연결된다.
또한, 냉각기(141)는 상기 충전 하우징(120)의 유입구(121) 및 상기 냉각수 탱크(145)를 연결하며, 상기 냉각수를 냉각시키도록 마련된다.
상기 펌프(143)는 상기 충전 하우징(120)의 배출구(122a) 및 상기 냉각수 탱크(145)를 연결하며, 상기 배출구(122a)를 통해 상기 팩삽입공간(125)의 냉각수를 회수하도록 마련된다. 즉, 펌프(143)는 압력을 가하여 팩삽입공간(125) 내 냉각수(W1)를 흡입하여 배출시키는 기능을 수행한다. 상기 펌프(143)는 하나 또는 복수 개로 마련될 수도 있다. 또한, 상기 펌프(143)가 복수 개로 구비되는 경우, 1차 회수용 펌프(충전부 작동 시, 냉각수를 회수) 및 2차 회수용 펌프(가열부 작동 시, 냉각수가 기환된 입자를 회수) 등으로 구분되어 사용될 수 있다. 이러한 구조에서, 1차 회수용 펌프 및 2차 회수용 펌프는 각각 제2 배관 및 제5 배관에 병렬로 설치될 수 있다.
냉각기(141)는 충전 하우징의 유입구(121)와 냉각수 탱크(145)를 연결할 수도 있고, 펌프(143)를 통해 공급된 냉각수를 다시 냉각수 탱크(145)로 공급하도록 마련될 수 있다.
구체적으로, 충전부(130)의 충전 작동시, 냉각기(141)는 냉각수 탱크(145)와 충전 하우징(120)을 연결하도록 제어되며, 냉각수 탱크(145)에서 공급받은 냉각수(W1)를 냉각한 후, 충전하우징(120)으로 제공하게 작동된다.
도 6을 참조하면, 제어부(170)는, 충전부(130)의 충전 작동시, 상기 냉각수(W1)가 상기 냉각수 탱크(145)에서 상기 냉각기(141)를 통과한 후 상기 팩삽입공간(125)으로 유입되고, 상기 팩삽입공간(125)을 통과하는 과정에서 상기 배터리팩(110)과 열교환된 냉각수(W2)가 상기 펌프(143)를 통해 상기 냉각수 탱크(145)로 유동되도록 순환부를 제어할 수 있다. 이때 제어부(170)는, 충전부(130)의 충전 작동시, 제1 밸브(121a), 제2 밸브(122a), 제3 밸브(161a) 및 제4 밸브(164a)를 개방하고, 제5 밸브(165a)를 닫을 수 있다.
이때, 냉각기(141)은 냉각수 탱크(145)에서 제공받은 냉각수(W1)를 냉각시켜, 유입구(121)를 향해 배출한다. 냉각기(141)은 냉각수(W1)를 냉각시키는 다양한 종류의 쿨러가 사용 가능하다. 예를 들어, 냉각기(141)는 냉매를 이용하여 냉각수를 냉각시키기 위한 냉동기 등으로 구현될 수 있다.
그리고, 가열부(150)의 작동시, 냉각기(141)는 펌프(143) 및 냉각수 탱크(145)를 연결하도록 제어될 수 있다. 냉각수가 기화된 입자(W3)를 펌프(143)로부터 제공받으면, 냉각기(141)는 상기 입자를 액화시켜, 냉각수 탱크(145)로 제공하도록 작동된다. 이에 따라, 냉각수가 기화된 입자(W3)는 냉각기(141)에서 냉각되면서 액화되어, 냉각수(W1) 상태로 냉각수 탱크(145)로 회수된다.
즉, 제어부(170)는, 상기 가열부(150) 동작 시, 상기 냉각수가 기화된 입자(W3)가 상기 펌프(143)를 통해 상기 냉각기로 제공되고, 상기 냉각기(141)에서 액화된 후 상기 냉각수 탱크(145)로 공급되도록 순환부(140)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(170)는, 상기 가열부(150) 동작 시, 제2 밸브(122a), 제3 밸브(161a), 및 제 5 밸브(165a)를 개방하고, 제1 밸브(121a) 및 제4 밸브(164a)를 닫을 수 있다.
한편, 펌프(143)은 냉각수 탱크(145) 및 냉각기(141)에 각각 유체 이동 가능하게 연결되며, 상기 펌프(143)는 충전 하우징(120)과 냉각수 탱크(145), 또는 충전 하우징(120)과 냉각기(141)을 선택적으로 연결하도록 마련될 수 있다.
상기 제어부(170)는 충전부(130)의 충전 작동시, 충전 하우징(120)으로부터 배출된 냉각수를 냉각수 탱크(145)로 전달시키도록 순환부(140)를 제어한다. 즉, 제어부(170)는 상기 충전부(130)의 충전 작동시, 상기 냉각수 탱크(145)로부터 공급된 냉각수를 냉각기(141)를 통해 냉각한 후, 상기 유입구(121a)로 공급하도록 순환부를 제어한다.
가열부(150)의 작동시, 펌프(143)은 충전하우징과 냉각기(141)을 연결하여, 충전 하우징(120)에서 배출된 냉각수가 기화된 입자(W3)를 냉각기(141)으로 제공하게 작동된다.
상기 제어부(170)는 상기 가열부(150)의 작동 시, 상기 냉각수가 기화된 입자(W)를 펌프(143)를 통해 냉각기(141)로 공급하고, 냉각기(141)에서 액화시킨 후, 상기 냉각수 탱크(145)로 제공하게 순환부를 제어할 수 있다.
이하, 배터리팩(110)의 충전시, 순환부(140) 및 가열부(150)의 작동에 대해 설명하기로 한다.
우선, 배터리팩(110)이 충전 하우징(120)의 팩삽입공간(125)으로 삽입되고, 배터리팩(110)의 충전 커넥터(111)가 충전부(130)에 전기적으로 연결된다.
도 6을 참조하면, 충전부(130)의 충전 작동시, 순환부(140)가 작동된다. 구체적으로, 냉각수(W1)가 제1 배관(161)을 따라 냉각수 탱크(145)에서 냉각기(141)으로 유동한다. 냉각기(141)는 냉각수(W1)를 기설정된 온도로 냉각한다. 그리고, 제1 밸브(121a)는 유입구(121)를 개방하게 작동된다.
냉각기(141)에서 냉각된 냉각수(W1)는 제2 배관(162)을 따라 유입구(121)로 유동한다. 냉각수(W1)는 유입구(121)를 통해 팩삽입공간(125)으로 유입된다. 냉각수(W1)는 팩삽입공간(125)에서 설치된 배터리팩(110)과 열교환하면서, 배터리팩(110)을 직접 수냉 방식으로 냉각시킬 수 있다. 즉, 냉각수(W1)는 배터리팩(110)으부터 발생하는 열(Q)을 냉각시킨다.
펌프(143)의 작동시, 팩삽입공간(125) 내의 열교환된 냉각수(W2)는 배출구(122)를 통해 제3 배관(163)으로 배출된다. 이때, 배출구(122)는 제2 밸브(122a)에 의해 개방된 상태이다.
열교환된 냉각수(W2)는 제3 배관(163)을 따라 펌프(143)로 유동하고, 펌프(143)를 경유하여 제4 배관(164)으로 배출된다. 열교환된 냉각수(W2)는 제4 배관(164)을 따라 냉각수 탱크(145)로 유동한다.
배터리팩(110)의 충전 과정 동안, 순환부(140)는 냉각수(W1)가 냉각수 탱크(145), 냉각기(141), 팩삽입공간(125), 및 펌프(143)을 순차적으로 거쳐 다시 냉각수 탱크(145)로 순환되게 작동된다. 이에 따라, 본 발명은 직접 수냉 방식으로 배터리팩(110)을 냉각시켜, 배터리팩(110)의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
이후, 배터리팩(110)의 충전이 완료되면, 팩삽입공간(125)에서 냉각수(W1)가 회수되는 과정이 진행된다(도 7참조). 냉각수(W1)의 회수 시, 제1 밸브(121a)는 유입구(121)를 폐쇄하게 작동된다.
그리고, 제2 밸브(122a)는 배출구(122)를 개방하게 작동된다. 펌프(143)의 작동시, 팩삽입공간(125) 내의 열교환된 냉각수(W2)는 배출구(122)를 통해 제3 배관(163)으로 배출된다. 그리고, 펌프(143)을 경유하여 냉각수 탱크(145)로 유동한다.
팩삽입공간(125)에서 냉각수(W1)의 배출이 1차적으로 완료되면, 가열부(150)가 작동된다.
도 8을 참조하면, 가열부(150)의 작동시, 팩삽입공간(125)으로 열(Q)이 가해지며, 팩삽입공간(125)에 잔존하는 냉각수는 기화된다. 냉각수가 기화된 입자(W3)는 펌프(143)의 작동시 배출구(122)를 통해 제3 배관(163)으로 배출된다.
냉각수가 기화된 입자(W3)는 펌프(143)을 경유하여 냉각기(141)로 유동한다. 구체적으로, 냉각수가 기화된 입자(W3)는 팩삽입공간(125), 제3 배관(163), 펌프(143) 및 제5 배관(165)을 순차적으로 경유하여, 냉각기(141)로 제공된다.
냉각수가 기화된 입자(W3)는 냉각기(141)에서 냉각되어 액화된다. 냉각기(141)에서 액화된 냉각수(W1)는 냉각수 탱크(145)로 유동한다.
본 발명은 배터리팩(110)의 충전 완료 후에, 충전 하우징(120)에서 냉각수를 1차적으로 회수하고, 배터리팩(100)의 외면에 잔존하는 냉각수를 기화시켜 회수하여, 충전 하우징으로 투입된 냉각수를 최대한 회수할 수 있다. 그 결과, 냉각수의 손실을 방지하여, 배터리팩의 냉각 장치의 유지 보수 비용을 절감시킬 수 있다.
아울러, 배터리팩 표면의 냉각수를 완전히 제거할 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명은 배터리팩의 충전 완료 후에, 충전 하우징에서 냉각수를 1차적으로 회수하고, 배터리팩의 외면에 잔존하는 냉각수를 기화시켜 2차로 회수하여, 충전 하우징으로 투입된 냉각수를 최대한 회수할 수 있다.

Claims (14)

  1. 유입구, 배출구 및 배터리팩이 삽입되는 팩삽입공간이 마련된 충전 하우징;
    상기 팩삽입공간에 삽입된 상기 배터리팩과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 충전부;
    상기 유입구를 통해 팩삽입공간으로 냉각수를 제공하고, 상기 배출구를 통해 팩삽입공간의 냉각수를 회수하도록 마련된 순환부;
    상기 팩삽입공간으로 열을 제공하도록 마련된 가열부 및
    충전부, 가열부 및 순환부를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 배터리팩 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 배터리팩이 팩 삽입공간에 삽입된 상태에서 충전부 작동 시, 상기 팩삽입공간으로 냉각수를 제공하고, 상기 배터리팩과 열교환된 냉각수를 회수하도록 순환부를 작동시키는 배터리팩 냉각 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 열교환된 냉각수가 팩삽입공간에서 배출이 완료되면, 상기 순환부의 작동을 멈추고, 가열부를 작동시켜 상기 팩삽입공간으로 열을 공급하는 배터리팩 냉각 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 팩 삽입공간에 배터리팩이 수용된 상태에서, 충전부의 작동을 정지시킨 후, 가열부를 작동시키는 배터리팩 냉각 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 가열부는 팩삽입공간에 잔존하는 냉각수를 기화시키도록 열을 공급하는 배터리팩 냉각 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 순환부는,
    냉각수가 저장되는 냉각수 탱크;
    상기 충전 하우징의 유입구 및 상기 냉각수 탱크를 연결하며, 상기 냉각수를 냉각시키도록 마련된 냉각기; 및
    상기 충전 하우징의 배출구 및 상기 냉각수 탱크를 연결하며, 상기 배출구를 통해 상기 팩삽입공간의 냉각수를 회수하기 위한 펌프를 포함하는 배터리팩 냉각 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제어부는, 충전부의 충전 작동시,
    상기 냉각수가 상기 냉각수 탱크에서 상기 냉각기를 통과한 후 상기 팩삽입공간으로 유입되고,
    상기 팩삽입공간을 통과하는 과정에서 상기 배터리팩과 열교환된 냉각수가 상기 펌프를 통해 상기 냉각수 탱크로 유동되도록 순환부를 제어하는 배터리팩 냉각 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    제어부는, 상기 가열부 동작 시, 상기 냉각수가 기화된 입자가 상기 펌프를 통해 상기 냉각기로 제공되고, 상기 냉각기에서 액화된 후 상기 냉각수 탱크로 공급되도록 상기 순환부를 제어하는 배터리팩 냉각 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 펌프는 냉각수 탱크 및 냉각기에 각각 유체 이동 가능하게 연결되며,
    제어부는 상기 충전부의 충전 작동시, 상기 냉각수 탱크로부터 공급된 냉각수를 냉각기를 통해 냉각한 후, 상기 유입구로 공급하도록 상기 순환부를 제어하고,
    상기 가열부의 작동 시, 상기 냉각수가 기화된 입자를 펌프를 통해 냉각기로 공급하고, 냉각기에서 액화시킨 후, 상기 냉각수 탱크로 제공하게 순환부를 제어하는 배터리팩 냉각 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 순환부 및 상기 충전 하우징을 연결하는 배관부를 추가로 포함하고,
    상기 배관부는,
    상기 냉각기와 상기 냉각수 탱크를 연결하는 제1 배관;
    상기 냉각기와 상기 충전 하우징의 유입구를 연결하는 제2 배관;
    상기 충전 하우징의 배출구와 상기 펌프를 연결하는 제3 배관;
    상기 펌프와 상기 냉각수 탱크를 연결하는 제4 배관; 및
    상기 펌프와 상기 냉각기를 연결하는 제5 배관을 포함하는 배터리팩 냉각 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    충전하우징의 유입구에 마련되며, 상기 유입구의 개폐를 조절하는 제1 밸브;
    상기 충전하우징의 배출구에 마련되며, 상기 배출구의 개폐를 조절하는 제2 밸브;
    제1 배관 상에 마련된 제3 밸브;
    제4 배관 상에 마련된 제4 밸브; 및
    제5 배관 상에 마련된 제5 밸브를 추가로 포함하는, 배터리팩 냉각 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제어부는, 충전부의 충전 작동시, 제1 밸브, 제2 밸브, 제3 밸브 및 제4 밸브를 개방하고, 제5 밸브를 닫으며,
    상기 냉각수가 상기 냉각수 탱크에서 상기 냉각기를 통과한 후 상기 팩삽입공간으로 유입되고,
    상기 팩삽입공간을 통과하는 과정에서 상기 배터리팩과 열교환된 냉각수가 상기 펌프를 통해 상기 냉각수 탱크로 유동되도록 순환부를 제어하는 배터리팩 냉각 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가열부 동작 시, 제2 밸브, 제3 밸브, 및 제 5 밸브를 개방하고, 제1 밸브 및 제4 밸브를 닫으며,
    상기 냉각수가 기화된 입자가 상기 펌프를 통해 상기 냉각기로 제공되고, 상기 냉각기에서 액화된 후 상기 냉각수 탱크로 공급되도록 순환부를 제어하는 배터리팩 냉각 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 배터리팩 냉각 장치를 포함하는 충전 스테이션.
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