KR101769753B1 - 자동차용 배터리 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 에어컨 시스템의 냉매를 이용하여 배터리를 냉각시키는 자동차용 배터리 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부케이스와 하부케이스가 결합되어 내부에 냉매의 유동 공간이 형성되고, 상기 상부케이스의 양측에 냉매가 유입 또는 유출되는 유입관 및 유출관이 형성되며, 상기 상부케이스의 상측에는 관통공이 형성되어 배터리 팩 또는 셀이 삽입되어 상측으로 배터리 팩 또는 셀의 전극단자 또는 전극탭이 돌출되도록 결합되고, 상기 배터리 팩 또는 셀은 상기 상부케이스에 밀폐부에 의해 결합되어 전기적으로 절연이 유지되며, 구조가 간단하고 열전달이 빠르게 일어나므로 냉각 효율이 높으며 배터리 팩 또는 셀 간의 온도편차를 최소화 할 수 있는 자동차용 배터리 냉각장치에 관한 것이다.

Description

자동차용 배터리 냉각장치 {Battery cooler for vehicle}
본 발명은 차량의 에어컨 시스템의 냉매를 이용하여 배터리를 냉각시키는 자동차용 배터리 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부케이스와 하부케이스가 결합되어 내부에 냉매의 유동 공간이 형성되고, 상기 상부케이스의 양측에 냉매가 유입 또는 유출되는 유입관 및 유출관이 형성되고, 상기 상부케이스의 상측에는 관통공이 형성되어 배터리 팩 또는 셀이 삽입되어 상측으로 배터리 팩 또는 셀의 전극단자 또는 전극탭이 돌출되도록 결합되고, 상기 배터리 팩 또는 셀은 상기 상부케이스에 밀폐부에 의해 결합되어 전기적으로 절연이 유지되며, 구조가 간단하고 열전달이 빠르게 일어나므로 냉각 효율이 높으며 배터리 팩 또는 셀 간의 온도편차를 최소화 할 수 있는 자동차용 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에는 다수개의 배터리 셀 또는 배터리 팩이 연결되어 구성되는 대용량의 배터리가 장착된다. 하지만 이러한 배터리는 온도에 따라 성능이 크게 좌우되며, 특히 고온에서는 전해질의 분해가 일어나고 이에 따라 수명이 현저하게 저하된다.
따라서 이와 같은 배터리의 온도 상승을 방지하기 위해 다양한 방법들이 개발되고 있으며 대표적으로 배터리 내부에 공기를 강제 순환 시키는 공랭 방식과 그 제어 방법들이 개발되고 있다.
일례로 도 1과 같이 증발기(11), 압축기(12), 응축기(13) 및 팽창밸브(14)를 포함하여 이루어지는 차량의 에어컨 시스템(10)에서 상기 증발기(11)로 유입되는 냉매를 이용하여 배터리팩(20)의 내부를 순환하며 냉각하는 배터리 냉각 방식이 있다.
그러나 이는 냉매를 상기 배터리팩(20)과 접촉되도록 형성되는 튜브로 유동시켜 냉각시키는 방식이므로, 응축수가 발생하여 배터리의 부식 및 절연상 문제점이 있으며, 튜브가 접촉된 부분만 냉각되어 배터리 셀을 전체적으로 균일하게 냉각시키기 어려운 문제점이 있다.
그리고 배터리 내부에 접촉되도록 튜브가 구성되고, 열교환기에 상기 튜브가 연결되어, 냉각수를 이용하여 배터리를 냉각시키는 방식이 있으나 역시 상기와 같은 문제점이 있으며 냉각 효율이 낮은 단점이 있다.
또한, 종래의 배터리 냉각장치의 다른 예로, 도 2와 같이 배터리(40)의 일측면에 접하도록 냉각 라인(50)이 형성되고, 상기 냉각 라인(50)에 냉매를 공급 및 회수할 수 있도록 에어컨 시스템과 연결되는 냉매 라인(60)을 구성한 기술이 공개되어 있다.
그러나 이 또한 배터리(40)의 일측면에 접촉되어 냉각이 이루어지므로 냉각 효율이 낮은 문제점이 있다.
JP 10-2008-044476 A (2008.02.28.) 도1
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 에어컨 시스템의 냉매를 이용하여 배터리를 냉각시키며, 상부케이스와 하부케이스가 결합되어 내부에 냉매의 유동 공간이 형성되고, 상기 상부케이스의 양측에 냉매가 유입 또는 유출되는 유입관 및 유출관이 형성되고, 상기 상부케이스의 상측에는 관통공이 형성되어 배터리 팩 또는 셀이 삽입되어 상측으로 배터리 팩 또는 셀의 전극단자 또는 전극탭이 돌출되도록 결합되고, 상기 배터리 팩 또는 셀은 상기 상부케이스에 밀폐부에 의해 결합되어, 전기적으로 절연이 유지되며 구조가 간단하고 열전달이 빠르게 일어나므로 냉각 효율이 높으며 배터리 팩 또는 셀 간의 온도편차를 최소화 할 수 있는 자동차용 배터리 냉각장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치는, 내부에 형성되는 수용공간과, 일측에 형성되어 열교환매체가 수용공간으로 유입되는 유입관(130)과, 타측에 형성되어 열교환매체가 외부로 유출되는 배출관(140)과, 상부에 다수 형성되는 관통공 및 상기 관통공의 위치에 대응하여 수용공간에 형성되는 슬롯을 포함하는 케이스(100); 일측은 상기 관통공을 통과하여 상기 슬롯에 삽입되어 수용공간에 수용된 열교환매체와 접촉되고, 전극단자/탭이 형성된 타측은 전기적으로 연결 가능하도록 상기 케이스(100)의 외부로 돌출되도록 결합되는 복수개의 배터리 팩/셀(200); 및 상기 관통공에 상기 케이스(100)와 배터리 팩/셀(200)을 결합 가능하게 형성되어 상기 케이스(100) 내부의 열교환매체가 외부로 누출되지 않도록 형성되는 밀폐부(300); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이스(100)는 상측에 복수개의 슬롯이 형성되며 일측에 상기 유입관(130)이 형성되고 타측에 상기 배출관(140)이 형성되는 상부 케이스(110); 및 상기 상부 케이스(110)와 결합되는 하부 케이스(120); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상부 케이스(110)는 하측에 고정후크(111)가 형성되어 상기 하부 케이스(120)의 상측에 형성되는 걸림단(121)에 고정되고, 상기 하부 케이스(120)의 상측에는 실링홈(122)이 형성되어 상기 실링홈(122)에 실링재(150)가 개재되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 케이스(110)는 하측에 돌출부(112)가 형성되어 상기 하부 케이스(120)의 상측에 형성되는 결합홈(123)에 결합되되, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)가 접합되는 접합부(160)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 밀폐부(300)는 외측에 결합홈(300a)이 형성되어 상기 케이스(100)의 슬롯에 결합되고, 내측에는 관통홀(300b)이 형성되어 상기 배터리 팩/셀(200)의 일측이 상기 관통홀(300b)에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이스(100)는 슬롯의 상측에 테이퍼부(116)가 형성되며, 상기 밀폐부(300)는 상기 케이스(100)의 테이퍼부(116)와 상기 배터리 팩/셀(200)의 사이에 개재되는 실링재(320); 및 상기 실링재(320)를 상측에서 압축하도록 결합되는 되는 커버(310); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치는 냉매가 수용되는 케이스에 삽입되어 내부에 배터리 팩 또는 셀의 일부가 포함되도록 형성되며, 밀폐부에 의해 배터리 팩 또는 셀의 전극탭 및 전극단자가 외부로 돌출 되도록 형성되므로 전기적으로 절연이 유지되며, 구조가 간단하고 열전달이 빠르게 일어나므로 냉각 효율이 높으며 배터리 팩 또는 셀 간의 온도편차를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 자동차용 배터리 냉각장치를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치를 나타낸 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 케이스 결합부의 실시 예를 나타낸 단면도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 실링부의 다른 예를 나타낸 사시도 및 부분단면 개략도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치(1000)는 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브를 포함하여 이루어지는 차량의 에어컨 시스템에 연결되어 설치될 수 있으며, 상기 팽창밸브에서 증발기로 유입되는 냉매를 이용하여 케이스(100)의 일측에 형성되는 유입관(130)으로 유입되어 상기 케이스(100)의 내부를 순환한 후 배출관(140)으로 유출되면서 배터리 팩/셀(200)을 냉각시키도록 구성된다.
그리고 상기 배터리 팩/셀(200)을 냉각시킨 후 유출되는 열교환매체는 열을 흡수하여 기화되어 상기 압축기로 유입되도록 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치에 대해 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치(1000)는, 내부가 중공되게 형성되며, 열교환매체가 유입 또는 유출되도록 유입관(130) 및 배출관(140)이 형성되는 케이스(100); 상기 케이스(100)에 형성되는 복수개의 슬롯에 일측이 각각 삽입되며, 전극단자/탭이 형성되는 타측이 상기 케이스(100)의 외부로 돌출되도록 결합되는 복수개의 배터리 팩/셀(200); 및 상기 케이스(100)와 배터리 팩/셀(200)을 결합하는 밀폐부(300); 를 포함하여 이루어진다.
우선, 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치(1000)는 상기 케이스(100)의 내부가 중공되게 형성되며, 일측에 열교환매체가 유입되는 유입관(130)이 형성되고 타측에는 열교환매체가 유출되는 배출관(140)이 형성된다.
그리고 상기 케이스(100)는 상측에 복수개의 슬롯이 일정거리 이격되어 나란하게 형성된다.
여기에서 상기 배터리 팩/셀(200)들이 상기 케이스(100)에 형성되는 슬롯에 각각 삽입되어 고정된다.
이때, 상기 배터리 팩/셀(200)은 하나로 이루어지는 배터리 셀 또는 복수개의 배터리 셀이 결합되어 전기적으로 직렬 및 병렬로 연결되는 배터리 팩이 될 수 있다.
단, 상기 배터리 팩/셀(200)은 전기적으로 절연되어 도 4와 같이 그 외측이 커버나 케이스로 둘러싸인 형태를 이루어야 한다. 즉, 상기 배터리 팩/셀(200)은 양극판, 음극판, 전해질 및 분리판 등으로 구성되어 전기를 발생시키는 전극체(220)가 절연이 확보되는 각형의 파우치 또는 케이스 등에 감싸진 형태로 구성된다.
그리고 상기 배터리 팩/셀(200)은 일측으로 전극단자 또는 전극탭(210)이 인출되도록 형성되어, 상기 전극단자 또는 전극탭(210) 부분은 전기가 통할 수 있다.
그리하여 상기 케이스(100)에 형성되는 복수개의 슬롯에 상기 배터리 팩/셀(200)의 전극단자 또는 전극탭(210)이 형성되는 부분을 제외한 나머지 부분이 상기 케이스(100)의 내부에 포함되도록 삽입 결합된다.
또한, 상기 케이스(100)의 슬롯에 배터리 팩/셀(200)이 삽입되어 결합될 때 상기 밀폐부(300)에 의해 밀폐되어, 상기 케이스(100)의 내부를 유동하는 열교환매체가 누출되지 않도록 형성된다.
이때, 상기 밀폐부(300)는 외측에 결합홈(300a)이 형성되어 상기 케이스(100)의 슬롯에 결합되고, 상기 밀폐부(300)의 내측에는 관통홀(300b)이 형성되어 상기 배터리 팩/셀(200)의 일측이 상기 관통홀(300b)에 삽입되어 결합된다.
즉, 상기 밀폐부(300)를 상기 케이스(100)의 슬롯에 끼워 결합하고, 상기 배터리 팩/셀(200)을 상측에서 상기 관통홀(300b)에 삽입하여 결합할 수 있다.
그리하여 상기 케이스(100) 내부의 열교환매체의 누출이 방지되며, 상기 케이스(100)의 외부에 상기 배터리 팩/셀(200)의 전극단자/탭이 구성되므로 전기적인 절연이 유지될 수 있다.
여기에서, 상기 배터리 팩/셀(200)들은 일정거리 이격되도록 나란히 배열된 상태가 되며, 상기 배터리 팩/셀(200)들의 하면이 상기 케이스(100) 내부의 바닥면에 닿아 지지되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이스(100)는 상기 배터리 팩/셀(200)이 수직으로 삽입되기 용이하며 일정한 간격을 유지할 수 있도록, 내벽 측면 또는 바닥면에는 가이드 리브(170)가 돌출 형성될 수도 있다.
이때, 상기 가이드 리브(170)는 상부 내측을 테이퍼 또는 라운드로 형성하여 상기 배터리 팩/셀(200)이 더욱 조립되기 용이하게 할 수 있다.
그리고 상기 배터리 팩/셀(200)이 배열되는 방향에 수직하도록 상기 유입관(130) 및 배출관(140)이 형성됨으로써, 상기 배터리 팩/셀(200)의 주변을 유동하는 열교환매체의 흐름이 원활하게 이루어질 수 있어 냉각 효율을 높일 수 있으며, 상기 열교환매체가 직접 상기 배터리 팩/셀(200)들에 접촉되므로 냉각 효율을 높이고 각각의 배터리 팩/셀(200)의 냉각 편차를 줄일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치(1000)의 실시 예와 세부적인 구성에 대해 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 상기 케이스(100)의 실시 예로 상측에 복수개의 슬롯이 형성되며 일측에 상기 유입관(130)이 형성되고 타측에 상기 배출관(140)이 형성되는 상부 케이스(110); 및 상기 상부 케이스(110)와 결합되는 하부 케이스(120); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
이는, 상기 케이스(100)가 두 개로 분리 제작되어 결합되는 형태이다.
즉, 상기 케이스(100)의 제작 및 조립을 위해 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)를 각각 제작하여 결합되도록 할 수 있다.
여기에서 상기 유입관(130) 및 배출관(140)은 상기 상부 케이스(110)에 형성되는 것을 나타내었으나 상기 하부 케이스(120)에 형성될 수도 있으며, 상기 유입관(130) 및 배출관(140)이 형성되는 위치 또한 다양하게 형성될 수 있다.
이때, 도 5와 같이 상기 상부 케이스(110)는 하측에 고정후크(111)가 형성되어 상기 하부 케이스(120)의 상측에 형성되는 걸림단(121)에 고정되고, 상기 하부 케이스(120)의 상측에는 실링홈(122)이 형성되어 상기 실링홈(122)에 실링재(150)가 개재되어 결합될 수 있다.
즉, 상기 실링홈(122)에 개재되는 실링재(150)에 의해 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)가 눌려진 상태에서 밀폐되고, 상기 걸림단(121)에는 고정후크(111)가 걸려 고정되도록 결합될 수 있다.
이와 같은 구성은 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)를 밀폐되도록 결합하면서도, 간단하게 제작할 수 있으며 조립이 용이하다.
또한, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 결합부의 다른 실시예로, 도 6과 같이 상기 상부 케이스(110)는 하측에 돌출부(112)가 형성되어 상기 하부 케이스(120)의 상측에 형성되는 결합홈(123)에 결합되되, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)가 접합되는 접합부(160)가 형성될 수 있다.
이는, 상기 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(120)가 폴리프로필렌수지(P.P)로 형성될 때, 상기 돌출부(112)의 하면과 상기 결합홈(123)을 열판에 접촉시켜 일부 용융시킨 후 상하에서 압착되도록 결합하여 상기와 같이 접합부(160)가 형성되도록 하여 밀폐되도록 결합할 수 있다.
또한, 상기 결합홈(123)에 접착성 수지를 도포한 후 상기 결합홈(123)에 상기 돌추부(112)가 삽입되도록 결합하여 상기 접합부(160)를 형성할 수도 있다.
그리고 상기 밀폐부(300)의 다른 실시 예로, 도 7 및 도 8과 같이 상기 케이스(100)는 슬롯의 상측에 테이퍼부(116)가 형성되며, 상기 밀폐부(300)는 상기 케이스(100)의 테이퍼부(116)와 상기 배터리 팩/셀(200)의 사이에 개재되는 실링재(320); 및 상기 실링재(320)를 상측에서 압축하도록 결합되는 되는 커버(310); 를 포함하여 이루어지도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 케이스(100) 또는 상부 케이스(110)에 형성되는 슬롯의 상측을 테이퍼지게 형성하여 상기 배터리 팩/셀(200)을 상측에서 삽입하여 조립이 용이하도록 할 수 있으며, 상기 배터리 팩/셀(200)이 조립된 후에 오링(O-ring)과 같은 상기 실링재(320)를 상기 테이퍼부(116)와 배터리 팩/셀(200) 사이에 개재하고, 그 상측에서 상기 커버(310)를 이용하여 상기 실링재(320)를 눌러 밀폐되도록 할 수 있다.
이때, 상기 슬롯은 상기 배터리 팩/셀(200)의 두께 및 폭 보다 약간 크게 형성하여 상기 배터리 팩/셀(200)을 삽입하기 쉽게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 커버(310)는 상기 케이스(100)에 볼트 및 고정후크 등과 같은 다양한 형태의 체결수단을 이용하여 결합될 수 있다.
그리하여 상기 케이스(100)에 테이퍼부(116)가 형성되고, 상기 밀폐부(300)가 실링재(320)와 커버(310)로 구성됨으로써, 상기 케이스(100)에 상기 배터리 팩/셀(200)의 조립이 매우 용이하면서 상기 케이스(100)의 외부로 열교환매체가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 자동차용 배터리 냉각장치는 열교환매체가 유동되는 케이스의 내부에 배터리 팩 또는 셀의 일부가 포함되도록 형성되며, 밀폐부에 의해 배터리 팩 또는 셀의 전극탭 및 전극단자가 외부로 돌출 되도록 형성되므로 전기적으로 절연이 유지되며, 구조가 간단하고 열전달이 빠르게 일어나므로 냉각 효율이 높으며 배터리 팩 또는 셀 간의 온도편차를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : (본 발명의) 자동차용 배터리 냉각장치
100 : 케이스
110 : 상부 케이스
111 : 고정후크 112 : 돌출부
116 : 테이퍼부
120 : 하부 케이스
121 : 걸림단 122 : 실링홈
123 : 결합홈
130 : 유입관 140 : 배출관
150 : 실링재 160 : 접합부
170 : 가이드 리브
200 : 배터리 팩/셀
210 : 전극탭 220 : 전극체
300 : 밀폐부
300a : 결합홈 300b : 관통홀
320 : 실링재 310 : 커버

Claims (6)

  1. 내부에 형성되는 수용공간과, 일측에 형성되어 열교환매체가 수용공간으로 유입되는 유입관(130)과, 타측에 형성되어 열교환매체가 외부로 유출되는 배출관(140)과, 상부에 다수 형성되는 관통공 및 상기 관통공의 위치에 대응하여 수용공간에 형성되는 슬롯을 포함하는 케이스(100);
    일측은 상기 관통공을 통과하여 상기 슬롯에 삽입되어 수용공간에 수용된 열교환매체와 접촉되고, 전극단자/탭이 형성된 타측은 전기적으로 연결 가능하도록 상기 케이스(100)의 외부로 돌출되도록 결합되는 복수개의 배터리 팩/셀(200); 및
    상기 관통공에 상기 케이스(100)와 배터리 팩/셀(200)을 결합 가능하게 형성되어 상기 케이스(100) 내부의 열교환매체가 외부로 누출되지 않도록 형성되는 밀폐부(300); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스(100)는 상측에 복수개의 슬롯이 형성되며 일측에 상기 유입관(130)이 형성되고 타측에 상기 배출관(140)이 형성되는 상부 케이스(110); 및
    상기 상부 케이스(110)와 결합되는 하부 케이스(120); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 케이스(110)는 하측에 고정후크(111)가 형성되어 상기 하부 케이스(120)의 상측에 형성되는 걸림단(121)에 고정되고, 상기 하부 케이스(120)의 상측에는 실링홈(122)이 형성되어 상기 실링홈(122)에 실링재(150)가 개재되는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상부 케이스(110)는 하측에 돌출부(112)가 형성되어 상기 하부 케이스(120)의 상측에 형성되는 결합홈(123)에 결합되되, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)가 접합되는 접합부(160)가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐부(300)는 외측에 결합홈(300a)이 형성되어 상기 케이스(100)의 슬롯에 결합되고, 내측에는 관통홀(300b)이 형성되어 상기 배터리 팩/셀(200)의 일측이 상기 관통홀(300b)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케이스(100)는 슬롯의 상측에 테이퍼부(116)가 형성되며,
    상기 밀폐부(300)는 상기 케이스(100)의 테이퍼부(116)와 상기 배터리 팩/셀(200)의 사이에 개재되는 실링재(320); 및 상기 실링재(320)를 상측에서 압축하도록 결합되는 커버(310); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각장치.
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