KR102537593B1 - 차량용 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 배터리 장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 차량용 배터리 장치는: 배터리셀이 구비되는 배터리부와, 배터리부에 장착되고, 외부로부터 유입된 공기를 이용하여 배터리부를 냉각시키는 냉각부와, 배터리셀의 온도를 감지하는 감지부와, 감지부로부터 감지정보를 전달받으며, 감지정보를 토대로 냉각부를 작동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 배터리 장치{APPARATUS OF BATTERY FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 배터리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 배터리셀의 온도변화에 따라 대응하여 배터리셀을 효율적으로 냉각시키는 차량용 배터리 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차에 장착되는 에너지 공급원인 배터리 시스템의 배터리셀에는 발열이 발생하게 된다. 배터리셀의 발열은 배터리 내구 수명에 치명적인 영향을 주기 때문에 일정 범위의 온도로 관리되어야 한다. 배터리셀의 온도 관리를 위해, 캐빈 내의 공기를 냉각팬을 이용하여 배터리 시스템에 공급하여 배터리셀의 냉각에 활용하는 공냉식 시스템 또는 차량 전방의 라디에이터 혹은 에어컨 컴프레서와 연동된 별도의 배터리 칠러에 의해 냉각된 냉각수를 펌프를 이용하여 배터리 시스템에 공급하여 배터리셀의 냉각에 활용하는 수냉식 시스템을 적용하고 있다. 그러나, 기존의 전기자동차의 경우 공냉식 시스템과 수냉식 시스템을 적용하기 위해 별도의 공간이 필요하므로, 배터리 모듈의 전체적인 부피가 증가됨은 물론, 구조가 복잡해지는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명에 대한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0080614호(발명의 명칭: 전기자동차의 수냉식 배터리모듈, 공개일: 2018.07.12.)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 배터리셀의 온도변화에 따라 대응하여 배터리셀을 효율적으로 냉각시키는 차량용 배터리 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 차량용 배터리 장치는: 배터리셀이 구비되는 배터리부; 상기 배터리부에 장착되고, 외부로부터 유입된 공기를 이용하여 상기 배터리부를 냉각시키는 냉각부; 상기 배터리셀의 온도를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부로부터 감지정보를 전달받으며, 상기 감지정보를 토대로 상기 냉각부를 작동시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각부는, 상기 배터리부에 장착되는 냉각케이스; 상기 냉각케이스의 유입부에 개폐가능하게 장착되고, 상기 제어부에 의해 작동되며, 상기 유입부를 개폐하는 개폐부; 상기 냉각케이스에 서로 이격되게 배치되어 상기 유입부로부터 유입되는 공기가 통과되는 냉각유로를 형성하는 냉각플레이트; 및 상기 냉각케이스와 연결되고, 상기 냉각유로로부터 전달받은 상기 공기를 배출하는 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각유로는 복수개로 차량의 전후 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배출부는 크기가 상기 냉각케이스의 크기보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각플레이트는 볼록부와 오목부가 교대로 배열되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각부는 상기 냉각케이스에 결합되고, 상기 냉각유로를 통과하는 공기의 난류를 형성하는 냉각촉진부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각촉진부는 상기 냉각케이스 상에서 상기 냉각유로를 따라 이격되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각케이스는 상기 배터리셀이 접촉되는 면에 복수개의 냉각촉진홀부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각케이스는, 상기 배터리부와 결합되고, 복수개의 상기 냉각촉진홀부가 형성되며, 상기 냉각플레이트가 서로 이격되게 결합되는 제1냉각케이스판; 상기 제1냉각케이스판과 마주보며, 상기 냉각플레이트가 서로 이격되게 결합되고, 상기 냉각촉진부가 장착되는 제2냉각케이스판; 상기 제1냉각케이스판과 상기 제2냉각케이스판 사이에 서로 이격되게 배치되어 상기 제1냉각케이스판과 상기 제2냉각케이스판을 연결하는 한 쌍의 제3냉각케이스판; 및 상기 제1냉각케이스판, 상기 제2냉각케이스판 및 한 쌍의 상기 제3냉각케이스판과 결합되고, 상기 배출부와 연결되는 제4냉각케이스판;을 포함하고, 상기 개폐부는 한 쌍의 상기 제3냉각케이스판에 회전가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 배터리 장치는 배터리셀의 온도를 감지하는 감지부와, 감지부의 온도정보를 토대로 냉각부를 작동시키는 제어부를 통해 냉각부가 외부의 공기를 유입하여 배터리셀의 온도변화에 따라 대응하여 배터리셀을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 냉각촉진부를 통해 공기의 난류를 발생시켜 배터리셀의 냉각을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 냉각케이스의 배터리셀이 접촉되는 면에 복수개의 냉각촉진홀부가 형성됨에 따라, 냉각유로를 따라 이동되는 공기가 복수개의 냉각촉진홀부를 통해 배터리셀과 활발하게 접촉됨에 따라, 공기와 배터리셀과의 열교환을 보다 원활하게 이룰 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에서는 냉각부의 냉각플레이트가 오목부와 볼록부를 구비함으로써, 유입부로 유입된 기체가 배출부를 통해 배출될 때까지 기체의 방향이 변화되면서 기체의 난류강도가 설정강도 이상으로 유지되어 슬라브 스카핑 장치의 냉각성능이 확보될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 장치가 차량에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 요부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 장치의 냉각부가 작동되는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 장치가 차량에 설치된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 요부 확대도이다.
도 6은 도 5의 전방 부분을 확대한 도면이다.
도 7은 도 5의 후방 부분을 확대한 도면이다.
도 8은 도 7의 A-A' 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 장치의 냉각부가 작동되는 것을 나타낸 반단면 사시도이다.
도 10은 도 9의 요부 확대 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리 장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 요부 확대도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 장치를 설명하도록 한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 장치가 차량에 설치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 요부 확대도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 장치의 냉각부가 작동되는 것을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 장치가 차량에 설치된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 요부 확대도이고, 도 6은 도 5의 전방 부분을 확대한 도면이고, 도 7은 도 5의 후방 부분을 확대한 도면이고, 도 8은 도 7의 A-A' 단면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 장치의 냉각부가 작동되는 것을 나타낸 반단면 사시도이고, 도 10은 도 9의 요부 확대 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 장치(1)는 배터리부(100), 냉각부(200), 감지부(300) 및 제어부(400)를 포함한다. 배터리부(100)는 배터리셀(120)이 구비된다. 배터리부(100)는 배터리케이스(110)와 배터리셀(120)을 구비한다. 배터리케이스(110)의 내부에는 복수개의 배터리셀(120)이 배치된다. 배터리셀(120)로부터 발생되는 열은 배터리케이스(110)로 전달된다.
냉각부(200)는 배터리부(100)에 장착되고, 외부로부터 유입된 공기를 이용하여 상기 배터리부(100)를 냉각시킨다. 구체적으로, 냉각부(200)는 배터리케이스(110)의 하부에 설치되고, 배터리셀(120)과 접촉되어 배터리셀(120)로부터 발생된 열을 냉각한다. 이때, 차량(10)이 운행될 때 배터리부(100)가 작동되면서 배터리셀(120)로부터 열이 발생된다. 냉각부(200)는 차량(10)이운행하게 되면서 발생되는 외부의 공기를 유입하여 배터리셀(120)을 냉각시킨다. 즉, 냉각부(200)는 외부의 공기를 매개로 배터리셀(120)과 열교환을 이루어 배터리셀(120)이 냉각되도록 한다. 이와 같이, 배터리셀(120)과 접촉되어 배터리셀(120)의 열을 냉각시킴에 따라, 배터리셀(120)은 설정이상의 온도가 높아지지 않고, 설정 온도로 유지할 수 있다.
감지부(300)는 배터리셀(120)의 온도를 감지한다. 감지부(300)는 배터리셀(120)과 접촉가능하게 배터리부(100)의 내부에 장착된다. 감지부(300)는 배터리셀(120)의 온도를 감지하여 감지정보를 후술된 제어부(400)로 전달한다.
제어부(400)는 감지부(300)로부터 감지정보를 전달받으며, 감지정보를 토대로 냉각부(200)를 작동시킨다. 제어부(400)는 감지부(300)로부터 전달받은 감지정보 즉, 배터리셀(120)의 온도가 설정온도 이상이면 냉각부(200)를 작동시켜 냉각부(200)가 배터리셀(120)의 열을 냉각시킬 수 있도록 한다.
도 5 내지 도 10을 참조하면, 냉각부(200)는 냉각케이스(210), 개폐부(220), 냉각플레이트(230) 및 배출부(240)를 포함한다. 냉각케이스(210)는 배터리부(100)에 장착된다.
개폐부(220)는 냉각케이스(210)의 유입부(270)에 개폐가능하게 장착되고, 제어부(400)에 의해 작동되며, 유입부(270)를 개폐한다. 개폐부(220)는 냉각케이스(210)에 회전가능하게 장착된다. 도 6을 참조하면, 개폐부(220)는 냉각케이스(210)의 한 쌍의 제3냉각케이스판(213,214) 사이에 회전가능하게 설치된다.
개폐부(220)는 제어부(400)가 배터리셀(120)의 온도가 설정온도 이상이라는 감지정보를 받으면, 제어부(400)에 의해 설정방향으로 회전되면서 냉각케이스(210)의 유입부(270)를 개방한다. 이로 인해, 냉각케이스(210)의 유입부(270)를 통해 외부의 공기가 유입되어 냉각케이스(210)의 내부를 통과한다.
냉각플레이트(230)는 냉각케이스(210)에 서로 이격되게 배치되어 유입부(270)로부터 유입되는 공기가 통과되는 복수개의 냉각유로(250)를 형성한다. 구체적으로, 냉각플레이트(230)는 냉각케이스(210) 내에서 Y축 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다(도 9 참조). 이에 따라, 냉각플레이트(230) 사이에 공기가 통과되는 복수개의 냉각유로(250)를 형성될 수 있다.
냉각유로(250)는 복수개로 차량(10)의 전후 방향으로 배치된다. 냉각플레이트(230)는 냉각케이스(210) 내에서 X축 방향으로 길게 배치된다(도 9 참조). 이로 인해, 차량(10)의 운행시 외부의 공기가 냉각케이스(210)의 내부로 원활하게 유입되어 냉각플레이트(230)로 인해 형성된 냉각유로(250)를 따라 이동될 수 있다. 그 결과, 배터리셀(120)을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
배출부(240)는 냉각케이스(210)와 연결되고, 복수개의 냉각유로(250)로부터 전달받은 공기를 배출한다. 배출부(240)에는 냉각유로(250)로부터 전달받은 공기가 배출되는 배출구(241)가 형성된다. 배출부(240)는 크기가 냉각케이스(210)의 크기보다 작다(도 7 참조). 이로 인해, 공기 흐름의 속도가 감소되어 토출됨에 따라 공기의 토출에 의해 발생하는 국부적 와류(eddy)를 줄일 수 있다.
냉각부(200)는 냉각촉진부(260)를 더 포함한다. 냉각촉진부(260)는 냉각케이스(210)에 결합되고, 냉각유로(250)를 통과하는 공기의 난류를 형성한다. 냉각촉진부(260)는 냉각케이스(210) 상에서 냉각유로(250)를 따라 이격되게 배치된다. 이로 인해, 냉각유로(250)를 통과하는 공기가 냉각촉진부(260)로 인해 공기의 난류강도가 증가됨에 따라 냉각부(200)의 냉각성능이 향상될 수 있다.
냉각케이스(210)는 배터리셀(120)이 접촉되는 면에 복수개의 냉각촉진홀부(211a)가 형성된다. 구체적으로, 냉각케이스(210)의 제1냉각케이스판(211)에 복수개의 냉각촉진홀부(211a)가 형성된다(도 10 참조). 이로 인해, 냉각유로(250)를 따라 이동되는 공기가 복수개의 냉각촉진홀부(211a)를 통해 배터리셀(120)과 활발하게 접촉됨에 따라, 공기와 배터리셀(120)과의 열교환을 보다 원할하게 이룰 수 있다. 그 결과, 배터리셀(120)의 냉각성능이 보다 향상될 수 있다.
냉각케이스(210)는 제1냉각케이스판(211), 제2냉각케이스판(212) 및 한 쌍의 제3냉각케이스판(213,214)을 포함한다. 제1냉각케이스판(211)은 배터리부(100)와 결합되고, 복수개의 냉각촉진홀부(211a)가 형성되며, 냉각플레이트(230)가 서로 이격되게 결합된다. 제1냉각케이스판(211)은 배터리케이스(110)와 결합되고, 냉각플레이트(230)의 상측면(도 3 기준)이 결합된다. 제1냉각케이스판(211)의 일측부에 개폐부(220)가 회전가능하게 장착된다.
제2냉각케이스판(212)은 제1냉각케이스판(211)과 마주보며, 냉각플레이트(230)가 서로 이격되게 결합되고, 냉각촉진부(260)가 장착된다. 제2냉각케이스판(212)에 X축 방향으로 냉각촉진부(260)가 이격되게 장착된다.
한 쌍의 제3냉각케이스판(213,214)은 제1냉각케이스판(211)과 제2냉각케이스판(212) 사이에 서로 이격되게 배치되어 제1냉각케이스판(211)과 제2냉각케이스판(212)을 연결한다.
제4냉각케이스판(215)은 제1냉각케이스판(211), 제2냉각케이스판(212) 및 한 쌍의 제3냉각케이스판(213, 214)과 결합되고, 배출부(240)와 연결된다.
제1냉각케이스판(211), 제2냉각케이스판(212) 및 한 쌍의 제3냉각케이스판(213,214)이 결합되면서, 일측에 유입부(270)가 형성된다. 이때, 제1냉각케이스판(211), 제2냉각케이스판(212) 및 한 쌍의 제3냉각케이스판(213,214)이 결합된 타측에는 제4냉각케이스판(215)이 결합된다.
개폐부(220)는 한 쌍의 제3냉각케이스판(213,214)에 회전가능하게 결합된다. 개폐부(220)는 회전축(221), 개폐판(222) 및 모터부(223)를 포함한다. 회전축(221)은 한 쌍의 제3냉각케이스판(213,214)에 회전가능하게 결합된다. 개폐판(222)은 회전축(221)과 연결되고, 회전축(221)의 회전에 의해 회전되면서 제1냉각케이스판(211), 제2냉각케이스판(212) 및 한 쌍의 제3냉각케이스판(213,214)이 결합되면서 형성된 유입부(270)를 개폐한다. 모터부(223)는 제어부(400)에 의해 작동되며, 회전축(221)을 회전시킨다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리 장치를 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11의 요부 확대도이다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리 장치에 관하여 설명한다. 이때 다른 실시예의 내용 중 일 실시예와 동일한 내용은 구체적인 설명을 생략한다.
도 11, 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리 장치(1)는 냉각플레이트(230)는 볼록부(231)와 오목부(232)가 교대로 배열되는 형상으로 형성된다. 이때, 냉각플레이트(230) 상에서 볼록부(231)와 오목부(232)가 좌우방향으로(도 11, 도 12 기준) 즉, Y축방향으로 교대로 배열되도록 형성된다.
이로써, 냉각플레이트(230) 사이에 형성되는 냉각유로(250)를 통과하는 공기의 난류가 활발하게 이루어진다. 즉, 냉각케이스(210)의 유입부(270)로 공기가 유입되어 배출부(240)를 통해 배출될 때까지 냉각유체의 방향이 변화되면서 공기의 난류강도가 설정강도 이상으로 유지될 수 있다. 그 결과, 냉각부(200)의 냉각성능이 확보될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 차량용 배터리 장치 10 : 차량
100 : 배터리부 110 : 배터리케이스
120 : 배터리셀 200 : 냉각부
210 : 냉각케이스 211 : 제1냉각케이스판
211a : 냉각촉진홀부 212 : 제2냉각케이스판
213, 214 : 제3냉각케이스판 215 : 제4냉각케이스판
220 : 개폐부 221 : 회전축
222 : 개폐판 223 : 모터부
230 : 냉각플레이트 231 : 볼록부
232 : 오목부 240 : 배출부
241 : 배출구 250 : 냉각유로
260 : 와류형성부 270 : 유입부
300 : 감지부 400 : 제어부

Claims (9)

  1. 배터리셀이 구비되는 배터리부;
    상기 배터리부에 장착되고, 외부로부터 유입된 공기를 이용하여 상기 배터리부를 냉각시키는 냉각부;
    상기 배터리셀의 온도를 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부로부터 감지정보를 전달받으며, 상기 감지정보를 토대로 상기 냉각부를 작동시키는 제어부;를 포함하고,
    상기 냉각부는,
    상기 배터리부에 장착되는 냉각케이스;
    상기 냉각케이스의 유입부에 개폐가능하게 장착되고, 상기 제어부에 의해 작동되며, 상기 유입부를 개폐하는 개폐부;
    상기 냉각케이스에 서로 이격되게 배치되어 상기 유입부로부터 유입되는 공기가 통과되는 냉각유로를 형성하는 냉각플레이트;
    상기 냉각케이스와 연결되고, 상기 냉각유로로부터 전달받은 상기 공기를 배출하는 배출부; 및
    상기 냉각케이스에 결합되고, 상기 냉각유로를 통과하는 공기의 난류를 형성하는 냉각촉진부;를 포함하고,
    상기 냉각케이스는 상기 배터리셀이 접촉되는 면에 복수개의 냉각촉진홀부가 형성되고,
    상기 냉각케이스는,
    상기 배터리부와 결합되고, 복수개의 상기 냉각촉진홀부가 형성되며, 상기 냉각플레이트가 서로 이격되게 결합되는 제1냉각케이스판;
    상기 제1냉각케이스판과 마주보며, 상기 냉각플레이트가 서로 이격되게 결합되고, 상기 냉각촉진부가 장착되는 제2냉각케이스판;
    상기 제1냉각케이스판과 상기 제2냉각케이스판 사이에 서로 이격되게 배치되어 상기 제1냉각케이스판과 상기 제2냉각케이스판을 연결하는 한 쌍의 제3냉각케이스판; 및
    상기 제1냉각케이스판, 상기 제2냉각케이스판 및 한 쌍의 상기 제3냉각케이스판과 결합되고, 상기 배출부와 연결되는 제4냉각케이스판;을 포함하고,
    상기 개폐부는 한 쌍의 상기 제3냉각케이스판에 회전가능하게 결합되고,
    상기 개폐부는,
    한 쌍의 상기 제3냉각케이스판에 회전가능하게 결합되는 회전축;
    상기 회전축과 연결되고, 상기 회전축의 회전에 의해 회동되면서 상기 유입부를 개폐하는 개폐판; 및
    상기 제어부에 의해 작동되며, 상기 회전축을 회전시키는 모터부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각유로는 복수개로 차량의 전후 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배출부는 크기가 상기 냉각케이스의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각플레이트는 볼록부와 오목부가 교대로 배열되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각촉진부는 상기 냉각케이스 상에서 상기 냉각유로를 따라 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
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