KR20010036651A

KR20010036651A - 전기자동차의 배터리 냉각구조

Info

Publication number: KR20010036651A
Application number: KR1019990043756A
Authority: KR
Inventors: 박선순
Original assignee: 이계안; 현대자동차 주식회사
Priority date: 1999-10-11
Filing date: 1999-10-11
Publication date: 2001-05-07

Abstract

배터리 케이스 내에서 배터리 홀더 사이에 구성되는 에어 가이드와 배터리 사이의 공기 통로(갭)를 부분별로 다르게 구성하여 전체적인 냉각효율을 고르게 함으로서, 배터리의 온도편차를 최소화 할 수 있도록 한 전기자동차의 배터리 냉각구조를 제공할 목적으로,

배터리 케이스 내에서 다수개의 배터리를 행과 열을 맞추어 일정한 간격으로 고정하는 적어도 둘 이상의 배터리 홀더 사이에 에어 가이드를 형성하고, 상기 에어 가이드와 배터리 사이에 갭을 두어 공기 통로를 제공하며, 상기 공기 통로로 송풍기를 이용하여 냉각 공기를 송풍하도록 이루어지는 전기자동차의 배터리 냉각구조에서,

상기 에어 가이드와 배터리 사이의 갭은 상기 송풍기로부터 멀어질수록 부분별로 좁게 형성되어 공기의 유속을 빠르게 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 냉각구조를 제공한다.

Description

전기자동차의 배터리 냉각구조{COOLING STRUCTURE OF BATTERY FOR ELECTRIC VEHICLES}

본 발명은 전기자동차의 배터리 냉각구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 케이스내 에어 가이드와 배터리 사이의 공기 통로(갭)내 유속을 다르게 하여 전체 배터리의 온도편차를 최소화하는 전기자동차의 배터리 냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차는 나날이 심각해져 가는 대기오염을 방지하기 위한 대비책과 한정된 유체 에너지를 새로운 에너지원으로 대체하고자 하는 목적에서 개발된 것으로, 배터리의 전원으로 모터를 구동시켜 일정 차속 이상의 주행성을 확보하여 이동수단으로서의 역할을 담당하게 되는 것이다.

이러한 전기자동차의 배터리는 한정된 용량이나 사이즈 등의 여러 가지 문제로 몇 개의 셀(cell) 단위의 배터리를 모아 모듈(module)로 제작하여 사용되는데, 이 배터리는 사용중 열에너지를 발생시키기 때문에, 배터리 케이스 내부에 배터리의 온도상승을 억제하여 열화를 방지하기 위한 냉각장치들이 설치되는 것이 보통이다.

여기서 상기한 냉각장치가 배터리의 열화를 방지하기 위한 장치라고 한다면, 배터리의 수명이나 균일한 전압을 얻기 위해서는 배터리간의 온도편차를 줄여야 하는데, 이는 배터리간의 큰 온도편차에 따라 하나의 배터리가 열화에 의해 손상되어 저항체로 작용하게 됨으로 고온을 발생시키게 되고, 이웃한 배터리에 또 다른 열화를 유도하여 전체 배터리가 손상되는 결과를 초래하게 되기 때문이며, 이때 각각의 배터리는 전압편차가 심하게 나타나게 됨은 물론, 균일한 전압을 최적의 이용조건으로 하는 전기자동차의 각 구동 모터부에 좋지 않은 결과를 초래하게 된다.

도 4는 종래 배터리 냉각구조의 일례를 보인 도면으로서, 배터리 케이스(50)에는 그 전방에 3개의 송풍팬(51)을 설치하고, 후방에는 2개의 배기팬(52)을 설치하여 전방으로부터 배터리(53) 사이의 공기 통로(54)로 냉각 공기를 불어넣어 후방으로 배기시킴으로서 배터리(53)를 냉각시키게 되는 것이다.

그러나 상기한 바와 같이, 전기자동차용 배터리를 냉각함에 있어서, 다수개의 배터리로부터 균일한 전압과 장시간의 수명을 확보하기 위해서는 여러 가지 주변환경이 동일하게 유지되어야 하며, 특히 전압은 배터리가 온도차에 따라 전압차를 발생시킴으로 온도편차가 가장 큰 변수로 작용함에도 불구하고, 종래에는 냉각 공기가 일정한 유속으로 전방부의 배터리를 냉각시킨 후, 어느 정도의 열 에너지를 흡수한 상태에서 후방부의 배터리를 냉각하게 됨으로 그 냉각효율이 떨어져 전체 배터리에 있어서 온도편차가 크게 나타나게 하는 등의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로써, 본 발명의 목적은 배터리 케이스 내에서 배터리 홀더 사이에 구성되는 에어 가이드와 배터리 사이의 공기 통로(갭)를 부분별로 다르게 구성하여 전체적인 냉각효율을 고르게 함으로서, 배터리의 온도편차를 최소화 할 수 있도록 한 전기자동차의 배터리 냉각구조를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전기자동차의 배터리 설치구조를 보인 사이도이다.

도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.

도 3은 도 1의 B-B선에 따른 단면도이다.

도 4는 종래 기술에 의한 전기자동차의 배터리 냉각구조를 보인 평면도이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전기자동차의 배터리 냉각구조는 배터리 케이스 내에서 다수개의 배터리를 행과 열을 맞추어 일정한 간격으로 고정하는 적어도 둘 이상의 배터리 홀더 사이에 에어 가이드를 형성하고, 상기 에어 가이드와 배터리 사이에 갭을 두어 공기 통로를 제공하며, 상기 공기 통로로 송풍기를 이용하여 냉각 공기를 송풍하도록 이루어지는 전기자동차의 배터리 냉각구조에서,

상기 에어 가이드와 배터리 사이의 갭은 상기 송풍기로부터 멀어질수록 부분별로 좁게 형성되어 공기의 유속을 빠르게 하는 것을 특징으로 하여 구성된다.

이하 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전기자동차의 배터리 설치구조를 보인 사이도로서, 본 발명은 배터리 케이스(미도시) 내에서 다수개의 배터리(1)를 행과 열을 맞추어 일정한 간격으로 고정하는 4개의 배터리 홀더(31) 사이에 에어 가이드(32)를 형성하고, 상기 에어 가이드(32)와 배터리(1) 사이에 갭을 두어 공기 통로를 제공하며, 상기 공기 통로로 송풍기(미도시)를 이용하여 냉각 공기를 하부로부터 송풍하도록 이루어진다.

상기 배터리(1)는 원기둥형으로 형성되며, 6개의 배터리(1)가 하나의 셀로 구성되고, 이 셀은 4개가 모여 하나의 모듈(34)로 이루어진다.

이러한 배터리(1)를 고정하는 배터리 홀더(31)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 그 단면에 가로 6개, 세로 4개의 배터리 장착구(35)를 형성하고, 배터리(1)와 직접 접촉함으로 열전달이 잘되는 재질로 형성된다.

그리고, 도 3에서 도시한 바와 같이, 배터리(1)와의 사이에 갭을 형성하여 냉각 공기의 통로(36)를 제공하는 에어 가이드(32)는 플라스틱 재질로 이루어지며, 상기 갭은 송풍기(미도시)가 설치된 하부로부터 상로로 갈수록 좁게 형성된다.

또한, 냉각 공기의 흐름이 접촉하는 면(37)은 매끄럽게 다듬질되어 공기의 저항을 줄일 수 있도록 형성된다.

이러한 공기 통로(36)를 각각의 배터리(1~24)에 번호를 매겨, 그 작동과 함께 보다 상세히 설명하면, 먼저 전체 배터리(1~24)의 직경을 d1이라 하고, 1번에서 6번까지의 배터리를 감싸는 에어 가이드(32)의 내경을 D1, 7번에서 12까지의 배터리를 감싸는 에어 가이드(32)의 내경을 D2, 13번에서 18까지의 배터리를 감싸는 에어 가이드(32)의 내경을 D3, 19번에서 24까지의 배터리를 감싸는 에어 가이드(32)의 내경을 D4라고 할 때,

각각의 공기 통로인 갭()은 다음 [수학식1]과 같으며,

상기 [수학식1]에서 각각의 갭()은 [수학식2]에서와 같은 관계를 갖는다.

따라서 일정한 유량이 동일한 조건에서 갭()이 작을수록 유속이 빨라지게 됨을 의미하며, 이는 최초 송풍기로부터 공급되는 냉각 공기가 갭(1)에서 유속이 느리게 작용하면서 열 에너지를 흡수하는 반면, 갭(4)에서는 유속이 빨라져 어느 정도의 열 에너지를 흡수한 냉각 공기의 단위시간당 접촉 유량을 증가시켜 냉각효율을 높임으로 갭(1)와 갭(4)에서의 온도편차를 최대한 줄일 수 있도록 하는 것이다.

따라서 본 발명은 냉각 공기의 유속을 부분별로 달리하여 전기자동차용 배터리(1~24)의 냉각성능을 높이는 것이 아니라, 배터리(1~24)간의 온도편차를 최대한 줄여 균일한 전압과 장시간의 수명을 확보할 수 있게 되는 유용한 발명인 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 냉각구조는 배터리와 에어 가이드 사이의 갭을 부분별로 조정하여 송풍기로부터 공급되는 냉각 공기의 유속을 달리함으로써 전체적인 배터리 냉각 효율을 균등화시키고, 이로써 배터리간의 온도편차를 최소화하여 균일한 전압과 장시간의 수명을 확보할 수 있게 된다.

Claims

배터리 케이스 내에서 다수개의 배터리를 행과 열을 맞추어 일정한 간격으로 고정하는 적어도 둘 이상의 배터리 홀더 사이에 에어 가이드를 형성하고, 상기 에어 가이드와 배터리 사이에 갭을 두어 공기 통로를 제공하며, 상기 공기 통로로 송풍기를 이용하여 냉각 공기를 송풍하도록 이루어지는 전기자동차의 배터리 냉각구조에 있어서,

상기 에어 가이드와 배터리 사이의 갭은 상기 송풍기로부터 멀어질수록 부분별로 좁게 형성되어 공기의 유속을 빠르게 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 냉각구조.
청구항 1에 있어서, 상기 에어 가이드는

플라스틱 재질로 형성되고, 냉각 공기의 흐름이 접촉하는 면이 매끄럽게 형성되어 공기의 저항을 줄일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 냉각구조.