KR20120074465A - 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩에 관한 것으로 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 외부에 장착되는 배터리 팩의 구조적 제한을 극복하기 위하여 냉각매체의 유입구와 유출구가 수직 구조로 형성되는 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩 {Outside installation battery pack of hybrid vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩에 관한 것으로 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 외부에 장착되는 배터리 팩의 구조적 제한을 극복하기 위하여 냉각매체의 유입구와 유출구가 수직 구조로 형성되는 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩에 관한 것이다.

가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중의 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 있다. 따라서 배터리만으로 운행될 수 있는 전기 자동차, 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 자동차 등이 개발되었고 일부는 상용화되어 있다. 상기 하이브리드 자동차의 동력원으로 사용되는 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 리튬 이차 전지가 작동 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.

이러한 이차전지가 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되기 때문에 다수의 소형 이차전지(battery cell; 단위전지)들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리 셀 모듈을 형성하고 상기 배터리 셀 모듈을 다수 병렬 또는 직렬로 연결하여 하나의 배터리 팩을 형성하여 사용하고 있다.

이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시키기 때문에 충방전 과정에서 발생한 단위전지의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 단위전지의 열화를 초래한다. 따라서 고출력 대용량의 차량용 배터리 팩에는 냉각 시스템이 필요하다.

그러나 하이브리드 차량의 내부에 상기와 같은 배터리 팩을 장착하게 되면, 차량 내부의 한정된 공간에 장착되어야 하므로 구조적 제한이 따르고, 냉각 시스템의 구동에 따른 소음이 탑승공간으로 전달될 수 있으며, 배터리 팩의 비정상적인 작동으로 유발되는 화재 및 폭발 시 화염이나 유독가스가 탑승공간으로 역류될 수 있는 문제점을 가지고 있다.

또한, 하이브리드 차량의 외부에 상기와 같은 배터리 팩을 장착하게 되면, 하이브리드 차량 외부의 수분이나 먼지가 배터리 팩 내부로 유입되어 전장부가 손상될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 배터리 팩을 하이브리드 차량 외부에 장착하면서 차량 외부의 수분이나 먼지로부터 배터리 팩을 보호하고, 냉각효율을 높일 수 있는 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩을 제공하려는 것이다.

본 발명의 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩은, 케이스; 상기 케이스의 내부에 구비되며, 배터리 셀이 평행하게 다수 적층되는 셀 모듈; 상기 케이스의 너비방향으로 일측면에 형성되어 냉각매체가 유입되는 유입구; 상기 케이스의 길이방향으로 일측면에 형성되어 상기 냉각매체가 유출되는 유출구; 및 상기 케이스 내부의 셀 모듈 하측에 구비되어 상기 냉각매체를 유통시키는 냉각팬;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 셀 모듈은, 상기 배터리 셀과 배터리 셀 사이를 일정간격 이격시켜 상기 냉각매체의 유로를 형성할 수 있다.

이때, 상기 배터리 셀은 상기 케이스의 길이방향으로 적층될 수 있다.

상기와 같은 하이브리드 차량의 외부장착용 배터리 팩은, 상기 유입구가 상기 케이스의 길이방향으로 일정간격 이격되어 다수 형성될 수 있다.

또한, 상기 냉각팬은 래디얼 팬(radial fan)을 사용할 수 있다.

본 발명은, 냉각매체의 유입구와 유출구가 수직으로 위치되는 냉각시스템이 구비된 배터리 팩을 하이브리드 차량 외부에 장착함으로써, 배터리 팩을 차량 외부의 수분이나 먼지로부터 보호할 수 있다.

또한, 본 발명은, 냉각팬으로 래디얼 팬을 사용함으로써, 공기 흐름이 복잡하게 형성된 배터리 팩 내부의 냉각매체를 원활하게 유통시킬 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩의 사시도.
도2은 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩의 평면도.
도3은 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩이 하이브리드 차량에 장착된 측면도.
도4는 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩이 하이브리드 차량에 장착된 저면도.
도5는 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩의 측면도.
도6은 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩 내부의 냉각매체 유동 경로를 나타내는 사시도.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 고안의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 배터리 팩(100)을 하이브리드 차량(10) 외부에 장착하면서 하이브리드 차량(10) 외부의 수분이나 먼지로부터 상기 배터리팩(100)을 보호하고, 냉각효율을 높일 수 있는 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)을 제공하려는 것이다.

도1은 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)의 사시도를, 도2은 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)의 평면도를, 도3은 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)이 하이브리드 차량(10)에 장착된 측면도를, 도4는 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)이 하이브리드 차량(10)에 장착된 저면도를, 도5는 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)의 측면도를, 도6은 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100) 내부의 냉각매체 유동 경로를 나타내는 사시도를 나타낸다.

도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)은 외부 충격으로 부터 배터리 팩을 보호하는 케이스(110)가 구비된다. 상기 케이스는 내부에 상기 배터리 팩(100)을 하이브리드 차량(10)의 전기적인 부품과 연결해 주는 전장부(120)가 구비된다. 또한, 상기 케이스(110)는 내부에 셀 모듈(130)이 구비된다. 상기 셀 모듈(130)은 배터리 셀(131)이 평행하게 다수 적층되어 이루어진다. 상기 케이스(110)는 유입구(111)가 형성되어 상기 배터리 셀(131)의 충방전에 의해 발생하는 열을 냉각시키는 냉각매체가 유입된다. 상기 유입구(111)는 상기 케이스(110)의 너비방향으로 일측면에 형성된다. 상기와 같은 케이스(110)는 유출구(112)가 형성되어 상기 냉각매체가 유출된다. 상기 유출구(112)는 상기 케이스(110)의 길이방향으로 일측면에 형성된다. 상기 배터리 팩(100)은 일반적으로 공냉식을 사용하기 때문에 상기 냉각매체는 차량 외부의 공기일 수 있다.

상기와 같은 배터리 팩(100)은 일반적인 배터리보다 부피가 크기 때문에 하이브리드 차량(10)의 엔진룸 내부나 트렁크에 장착하기가 용이하지 못하다. 도3을 참조하면, 하이브리드 차량(10) 중 엔진 룸의 공간이 협소하며 트렁크가 없는 화물차량의 경우 상기 배터리 팩(10)이 하이브리드 차량(10) 외부에 장착될 수 있으며, 상기 하이브리드 차량(10) 하부의 앞바퀴(11)와 뒷바퀴(12) 사이에 설치될 수 있다.

도3 및 도4를 참조하면, 상기와 같은 배터리 팩(100)은 상기 하이브리드 차량(10)의 주행 시 상기 앞바퀴(11)의 회전에 의해 수분이나 먼지가 상기 배터리 팩(100) 내부로 유입될 수 있다. 따라서, 상기 배터리 팩(100)은 상기 유입구(111)가 상기 하이브리드 차량(10)의 진행방향과 수직이 되도록 설치될 수 있다. 이때, 상기 유출구(112)는 차량의 진행방향과 반대방향에 위치되도록 한다.

도4를 참조하면, 상기 배터리 팩(100)은 교환 및 수리가 용이하도록 상기 하이브리드 차량(10) 하부의 외측에 설치될 수 있다. 이때, 상기 유입구(111)는 상기 하이브리드 차량(10) 하부의 내측을 향하도록 형성될 수 있다. 이와 같은 구조는 상기 하이브리드 차량(10)의 측면 세차 등으로 인한 상기 배터리 팩(100) 내부로 수분이 유입되는 것을 최소화할 수 있다.

도면에는 도시되지 않았지만, 상기와 같은 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)은 상기 유입구(111)에 필터가 구비될 수 있다. 상기 필터는 상기 냉각매체로 사용되는 하이브리드 차량(10) 외부의 공기에 포함되어 있는 수분이나 먼지가 상기 배터리 팩(100)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도5를 참조하면, 상기와 같이 유입구(111)와 유출구(1112)가 수직으로 위치되는 상기 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)은 냉각 팬(140)이 내부에 구비될 수 있다.

상기 냉각팬(140)이 내부에 구비되지 않으면 상기 배터리 팩(100)은 상기 배터리 팩(100)의 외부에 배치되어 상기 유출구(112)와 연통되는 냉각 덕트가 필요하다. 이와 같은 냉각 덕트는 형상 변화가 심하고 냉각유로의 방향이 바뀌는 구조가 대부분이기 때문에 냉각 시스템의 압력 강하를 크게 만드는 요인으로 작용하며, 상기 배터리 팩(100) 내부의 압력 강하가 커지게 되면 상기 배터리 팩(100)을 통과하는 상기 냉각매체의 유량이 줄어들게 되어 냉각 효율이 저하된다. 따라서 냉각 효율을 높이기 위해 상기 냉각팬(140)을 상기 배터리 팩(140)의 내부에 구비한다.

도5를 참조하면, 상기와 같이 배터리 팩(100)의 내부에 구비되는 냉각팬(140)은 상기 셀 모듈(130)의 하측에 배치된다.

상기 냉각팬(140)을 상기 셀 모듈(130)의 측면에 구비하게 되면, 상기 배터리 팩(100)이 너비방향으로 넓어진다. 상기 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)은 상기 하이브리드 차량(10)의 앞바퀴와 뒷바퀴 사이의 공간적 제약 때문에 상기 배터리 팩(100)이 너비방향으로 넓어지는 구조는 적합하지 않다. 따라서 상기 냉각팬(140)을 상기 셀 모듈(130)의 높이방향으로 일측에 배치하되, 상기 배터리 팩(100)은 상단부가 상기 하이브리드 차량(10)의 하단부에 고정 설치되기 때문에 상기 셀 모듈(130)의 하측에 배치될 수 있다.

도2 및 도6을 참조하면, 상기 셀 모듈(130)은, 상기 배터리 셀(131)과 배터리 셀(131) 사이를 일정간격 이격시켜 상기 냉각매체의 유로를 형성할 수 있다.

상기 셀 모듈(130)의 외측으로만 상기 냉각매체의 유로가 형성되면, 열이 발생하는 다수의 적층된 상기 배터리 셀(131)을 직접 냉각할 수 없으므로 냉각 효율이 떨어지게 된다. 따라서 상기 배터리 셀(131)과 배터리 셀(131) 사이를 일정간격 이격시켜 상기 냉각매체의 유로를 형성하는 것이 바람직하다.

도1 및 도2를 참조하면, 상기 배터리 셀(131)은 상기 케이스(110)의 길이방향으로 적층될 수 있다. 상기와 같은 구조는 상기 케이스(110)의 너비방향으로 일측면에 형성된 상기 유입구(111)를 통해 상기 냉각매체가 유입되는 방향과 상기 배터리 셀(131)의 적층면을 평행하게 한다. 따라서 상기 유입구(111)를 통해 상기 냉각매체가 유입되어 상기 배터리 셀(131)과 배터리 셀(131) 사이에 형성되는 상기 냉각매체의 유로를 통과하는 구간이 직선이 되기 때문에 상기 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)의 냉각 효율을 높일 수 있다.

도1 및 도2를 참조하면, 상기 유입구(111)는, 길이방향으로 이격되어 다수 형성될 수 있다.

상기 유입구(111)를 상기 배터리 셀(131)이 적층된 길이만큼 길게 연장 형성하게 되면, 상기 케이스(110)가 구조적으로 취약해질 수 있다. 또한, 상기 유입구(111)가 상기 배터리 셀(131)이 적층된 길이에 비해 짧게 형성하게 되면, 상기 냉각매체가 상기 배터리 팩(100) 내부로 유입되어 상기 배터리 셀(131)과 배터리 셀(131) 사이에 다수 형성된 냉각유로에 균일하게 분배될 수 없기 때문에 다수 적층되는 상기 배터리 셀(131)의 균일한 냉각 효과를 기대할 수 없게 된다. 따라서 상기 유입구(131)를 길이방향으로 서로 이격시키며 다수 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각팬(140)은 래디얼 팬을 사용할 수 있다. 상기 냉각팬(140)은 일반적으로 엑셀 팬(axial fan)을 많이 사용한다. 그러나 상기와 같이 유입구(111)와 유출구(112)가 수직인 구조로 형성되었을 때 상기 배터리 팩(100) 내부의 상기 냉각매체 흐름이 복잡하게 형성되기 때문에 상기 냉각매체 흐름을 직선으로 만들어주는 엑셀 팬으로는 적절하게 냉각 구조를 설계하기 어렵다. 따라서 팬 자체에 이미 공기 덕트가 형성되어 있으며, 공기 유입과 유출의 방향을 수직으로 바꿔주는 래디얼 팬을 사용하는 것이 냉각 구조를 설계하기 용이하다.

도6을 참조하면, 상기와 같은 구조의 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩(100)은, 상기 케이스(110)의 너비방향으로 일측면에 형성되는 상기 유입구(111)로 유입된 상기 냉각매체가 상기 배터리 셀(131)과 배터리 셀(131) 사이에 형성된 냉각유로를 일직선으로 통과하여 상기 배터리 셀(131)을 냉각시킨 후 상기 셀 모듈(130)의 하측에 배치되는 상기 냉각팬(140)의 작동에 의해 유통되어 상기 케이스(110)의 길이방향으로 일측면에 형성된 유출구로 빠져 나간다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

10 : 하이브리드 차량 11 : 앞바퀴
12 : 뒷바퀴
100 : 배터리 팩
110 : 케이스 111 : 유입구
112 : 유출구
120 : 전장부
130 : 셀 모듈 131 : 배터리 셀
140 : 냉각팬

Claims (5)

1. 케이스(110);
   상기 케이스(110)의 내부에 구비되며, 배터리 셀(131)이 평행하게 다수 적층되는 셀 모듈(131);
   상기 케이스(110)의 너비방향으로 일측면에 형성되어 냉각매체가 유입되는 유입구(111);
   상기 케이스(110)의 길이방향으로 일측면에 형성되어 상기 냉각매체가 유출되는 유출구(112); 및
   상기 케이스(110) 내부의 셀 모듈(130)의 하측에 배치되어 상기 냉각매체를 유통시키는 냉각팬(140);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 셀 모듈(130)은,
   상기 배터리 셀(131)과 배터리 셀(131) 사이를 일정간격 이격시켜 상기 냉각매체의 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 배터리 셀(131)은, 상기 케이스(110)의 길이방향으로 적층되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 유입구(111)는, 상기 케이스(110)의 길이방향으로 일정간격 이격되어 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩.
   
5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 냉각팬(140)은 래디얼 팬을 사용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 외부 장착용 배터리 팩.

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