KR20150102782A

KR20150102782A - 자동차용 배터리 냉각 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20150102782A
Application number: KR1020130143543A
Authority: KR
Inventors: 이정수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-09-08
Also published as: KR102008533B1

Abstract

본 발명은 차량에 탑재된 배터리팩 모듈의 냉각유량을 조절하여 모듈 내 배터리팩들 간에 온도편차를 최소화하는 자동차용 배터리 냉각 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는 복수의 배터리팩으로 이루어진 배터리팩 모듈의 냉각을 위한 것으로, 모듈 케이스 내에 수납되며 공기 유입을 위한 인렛덕트와 공기 배출을 위한 아웃렛덕트가 개별적으로 형성된 복수의 배터리팩; 상기 각 배터리팩의 아웃렛덕트 내에 설치되는 압력센서; 상기 각 배터리팩의 아웃렛덕트를 개폐가능하게 설치되고, 상기 압력센서와 연동하여 작동하는 전동식 도어; 상기 모듈 케이스의 일측에 설치되는 냉각팬;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 시스템을 제공한다.

Description

자동차용 배터리 냉각 시스템 및 방법 {Battery cooling system and method for vehicle}

본 발명은 자동차용 배터리 냉각 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에 탑재된 배터리팩 모듈의 냉각유량을 조절하여 모듈 내 배터리팩들 간에 온도편차를 최소화하는 자동차용 배터리 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다.

하이브리드 차량 및 전기자동차는 전기를 동력으로 이용하여 운행하는 차량으로서 전기 공급을 위해 배터리팩을 탑재하며, 특히 대용량의 배터리를 사용하는 전기상용차의 경우 운행을 위해 다수의 배터리팩으로 구성된 배터리팩 모듈을 탑재한다.

배터리팩은 보통 20~30℃에서 운용되어야 최고의 성능을 낼 수 있으며, 이에 운용중 온도 조절을 위해 냉각팬을 이용한 냉각 시스템을 사용한다.

다수의 배터리팩으로 구성된 배터리팩 모듈의 경우 냉각중 가장 중요한 요소는 배터리팩 최고온도와 배터리팩 간 온도편차이다. 이중 배터리팩의 최고온도는 배터리팩의 냉각 유량과 유입공기 온도를 이용하여 제어 가능하나, 각 배터리팩별로 일정 냉각 유량을 유지시켜주어 배터리팩 간 온도편차를 줄이는 것은 매우 어려운 일이다.

그 이유는 종래에는 냉각팬의 단수(작동속도)에 따라서 각 배터리팩의 냉각 유량이 달라지고 냉각 유량이 많을 때와 가장 적을 때의 유동 특성이 달라지기 때문에 각 배터리팩별로 유량의 차이가 발생하게 되고, 이러한 유량 차이로 인하여 배터리팩 간에 온도 편차가 크게 발생하기 때문이다.

또한 종래의 배터리팩 모듈은 상기한 온도편차로 인해 전체적인 성능 저하를 초래할 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 고안한 것으로서, 배터리팩 모듈에 설치한 압력센서와 전동식 도어를 이용하여 각 배터리팩의 공기유동저항을 일치시킴으로써 모듈 내 배터리팩들이 서로 동일한 냉각유량을 갖게 하여 배터리팩 간에 온도편차를 최소화하는 자동차용 배터리 냉각 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에서는 복수의 배터리팩으로 이루어진 배터리팩 모듈의 냉각을 위한 것으로, 모듈 케이스 내에 수납되며 공기 유입을 위한 인렛덕트와 공기 배출을 위한 아웃렛덕트가 개별적으로 형성된 복수의 배터리팩; 상기 각 배터리팩의 아웃렛덕트 내에 설치되는 압력센서; 상기 각 배터리팩의 아웃렛덕트를 개폐가능하게 설치되고, 상기 압력센서와 연동하여 작동하는 전동식 도어; 상기 모듈 케이스의 일측에 설치되는 냉각팬; 및 상기 각 압력센서로부터 수신한 압력신호를 이용하여 판단한 결과에 따라 상기 전동식 도어의 작동을 제어하는 제어유닛;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어유닛은 각각의 아웃렛덕트에 설치된 압력센서로부터 수신한 압력신호를 통해 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고 검출 결과에 따라 각 배터리팩에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 제어하며, 예를 들면 냉각팬에 가장 근접하게 위치한 배터리팩을 기준으로 하여 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고 검출한 압력차에 따라 냉각팬에 가장 근접한 배터리팩에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 기준으로 나머지 배터리팩에 설치된 전동식 도어를 작동시켜 개폐하거나, 또는 냉각팬에 가장 멀리 위치한 배터리팩을 기준으로 하여 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고 검출한 압력차에 따라 냉각팬에 가장 멀리 위치한 배터리팩에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 기준으로 나머지 배터리팩에 설치된 전동식 도어를 작동시켜 개폐한다.

아울러, 상기 각 배터리팩의 인렛덕트는 차량 실내와 공기 유동가능하게 연결되고, 냉각팬의 작동시 이 인렛덕트를 통해 차량 실내공기가 유입되게 된다.

또한 본 발명에서는 복수의 배터리팩으로 이루어진 배터리팩 모듈의 냉각을 위해, 공기 유입을 위한 인렛덕트와 공기 배출을 위한 아웃렛덕트를 개별적으로 갖는 복수의 배터리팩이 수납된 배터리팩 모듈의 냉각팬을 작동시키는 제1과정; 상기 각 배터리팩의 아웃렛덕트에 설치된 압력센서의 압력신호를 수신하는 제2과정; 상기 각 압력센서의 압력신호를 이용하여 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고, 검출 결과에 따라 각 배터리팩의 아웃렛덕트에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 제어하는 제3과정;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 방법을 제공한다.

예를 들면, 상기 제3과정에서는 냉각팬에 가장 근접하게 위치한 배터리팩을 기준으로 하여 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고 검출한 압력차에 따라 냉각팬에 가장 근접한 배터리팩에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 기준으로 나머지 배터리팩에 설치된 전동식 도어를 작동시켜 개폐하거나, 또는 냉각팬에 가장 멀리 위치한 배터리팩을 기준으로 하여 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고 검출한 압력차에 따라 냉각팬에 가장 멀리 위치한 배터리팩에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 기준으로 나머지 배터리팩에 설치된 전동식 도어를 작동시켜 개폐한다.

본 발명에 따른 자동차용 배터리 냉각 시스템 및 방법에 의하면, 배터리팩 모듈 내 배터리팩의 냉각 유량을 모두 동일하게 형성시켜줌으로써 배터리팩 간 냉각 유량이 다름으로 인해 발생하는 일부 배터리팩의 발열 원인을 차단하여 배터리팩 간 온도편차를 최소화하고, 이로써 온도편차로 인한 성능 저하를 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 배터리 냉각 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 냉각 시스템을 적용한 전기상용차를 나타낸 예시도

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 배터리팩 모듈의 능동형 냉각 시스템에 관한 것으로, 배터리팩 모듈 내에 수납된 각 배터리팩의 공기유동저항(시스템 저항)을 일치시켜주어 각 배터리팩의 냉각유량을 동일하게 유지함으로써 배터리팩 간에 온도편차를 최소화한다.

이에 본 발명에서는 배터리팩 모듈의 냉각시 배터리팩 간에 발생하는 압력차를 고려하여 각 배터리팩의 전동식 도어의 작동량(열림각)을 개별적으로 제어함으로써 모듈 내 각 배터리팩에 발생하는 공기유동저항을 동일하게 일치시켜 각 배터리팩이 모두 동일한 냉각유량을 갖도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 냉각 시스템은 차량에 탑재된 배터리팩 모듈의 능동적인 냉각을 위한 것으로, 도 1을 참조로 설명하면, 배터리팩 모듈(100)용 케이스(모듈 케이스)(110) 내에 복수의 배터리팩(120)이 수납되어 있고, 각 배터리팩(120)에는 공기 유입을 위한 인렛덕트(121)와 공기 배출을 위한 아웃렛덕트(122)가 개별적으로 형성되어 있다.

상기 모듈 케이스(110)는 차량의 루프에 설치되어 있으며, 상기 각 인렛덕트(121)는 차량 실내와 공기 유동가능하게 연결된다.

그리고 상기 모듈 케이스(110)의 일측에는 냉각팬(130)이 설치되어 있어서 냉각팬(130)의 작동시 각 인렛덕트(121)를 통해 차량 실내공기가 유입가능하게 된다.

상기 각 배터리팩(120)의 아웃렛덕트(122)에는 배터리팩(120)의 압력 측정을 위한 압력센서(123) 및 이 압력센서(123)와 연동하여 작동하는 전동식 도어(124)가 설치된다.

예를 들면 상기 전동식 도어(124)는 액추에이터를 이용한 개폐 동작이 가능한 도어로서 아웃렛덕트(122)의 후단에 아웃렛덕트(122)를 개폐가능하게 설치될 수 있다.

상기 압력센서(123)는 각 아웃렛덕트(122)의 내측에서 해당 배터리팩(120)의 압력을 측정하여 생성한 압력신호를 제어유닛(140)으로 전송하고, 상기 제어유닛(140)은 각 압력센서(123)에서 수신한 압력신호를 이용하여 검출한 배터리팩(120) 간 압력차에 따라 각 전동식 도어(124)의 액추에이터(미도시)를 구동하여 도어 작동량(열림각)을 제어한다.

예를 들면, 상기 제어유닛(140)은 냉각팬(130)에 가장 근접하게 위치한 배터리팩(제4배터리팩)(120d) 또는 냉각팬(130)에 가장 멀리 위치한 배터리팩(제1배터리팩)(120a)을 기준으로 하여 배터리팩(120a,120b,120c,120d) 간에 압력차를 검출하고, 검출한 압력차에 따라 제1배터리팩(120a) 또는 제4배터리팩(120d)에 설치된 전동식 도어(120)의 작동량을 기준으로 나머지 배터리팩에 설치된 전동식 도어를 작동시킨다.

상기 각 전동식 도어(124)는 제어유닛(140)의 신호에 따라 작동하여서, 즉 검출된 배터리팩(120) 간에 압력차에 따라 작동하여서, 각 배터리팩(120)의 공기유동저항을 동일하게 일치시켜주게 된다.

여기서 상기 제어유닛(140)으로는 배터리팩 모듈(100)의 BMS(Battery Management System)이 사용될 수 있다.

여기서, 상기한 배터리 냉각 시스템의 작동과정을 도 1을 참조로 설명하도록 하며, 이해를 돕기 위해 도 1에 도시한 4개의 배터리팩(120), 즉 제1배터리팩, 제2배터리팩, 제3배터리팩, 제4배터리팩을 각각 도면부호 120a, 120b, 120c, 120d로 표시하여 설명하기로 한다.

배터리팩 모듈(100)의 냉각팬(130)이 작동함에 의해 차량 실내공기가 제1인렛덕트(121a), 제2인렛덕트(121b), 제3인렛덕트(121c), 제4인렛덕트(121d)를 통해 각각 유입되어 제1배터리팩(120a), 제2배터리팩(120b), 제3배터리팩(120c), 제4배터리팩(120d) 내에 개별적으로 유입된 뒤 제1아웃렛덕트(122a), 제2아웃렛덕트(122b), 제3아웃렛덕트(122c), 제4아웃렛덕트(122d)를 통해 각각 배출된다.

이때 제1압력센서(123a), 제2압력센서(123b), 제3압력센서(123c), 제4압력센서(123d)가 각각 제1 내지 제4배터리팩(120a,120b,120c,120d)의 압력을 측정하여 제어유닛(140)으로 전송한다.

상기 제어유닛(140)은 제1 내지 제4압력센서(123a,123b,123c,123d)로부터 입력받은 압력신호를 이용하여 제1 내지 제4배터리팩(120a,120b,120c,120d) 간에 압력차를 검출하고, 검출 결과에 따라 제1전동식 도어(124a), 제2전동식 도어(124b), 제3전동식 도어(124c), 제4전동식 도어(124d)의 작동량(개폐량)을 결정한 뒤, 그에 따라 제1 내지 제4전동식 도어(124a,124b,124c,124d)를 각각 작동시킨다.

예를 들면, 냉각팬(130)에 가장 멀리 위치한 제1배터리팩(120a)의 제1전동식 도어(124a)를 A°로 오픈하고, 제2전동식 도어(124b)를 B°로 오픈하고, 제3전동식 도어(124c)를 C°로 오픈하고, 냉각팬(130)에 가장 근접하게 위치한 제4배터리팩(120d)의 제4전동식 도어(124d)를 D°로 오픈시킬 수 있다. 이때 A > B > C > D이다.

이와 같이 본 발명에 따른 자동차의 배터리 냉각 시스템은 압력센서 및 이와 연동하는 전동식 도어 등을 이용하여 각 배터리팩별 공기유동저항을 일정하게 일치시킴으로써 배터리팩 모듈을 구성하는 각 배터리팩의 공기유량을 모두 동일하게 유지시킬 수 있으며, 이에 냉각팬의 단수(작동속도)에 상관없이 각 배터리팩의 일정 냉각 유량을 개별적, 능동적으로 동일하게 유지시켜주게 된다.

아울러, 본 발명의 시스템은 배터리팩 모듈 내에 모든 배터리팩의 냉각 유량을 항상 일정하게 유지시켜 배터리팩 간에 냉각유량 차 발생을 차단해줌으로써 배터리팩 간 냉각 유량이 다름으로 발생하는 일부 배터리팩의 발열 원인을 차단하여 배터리팩 간 온도편차를 최소화하며, 이에 하나의 배터리팩 모듈에 탑재되는 배터리팩의 수량을 증가시킬 수 있게 된다.

한편, 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 냉각 시스템을 적용한 전기상용차가 도시되어 있다.

도 2에 보이듯이, 전기상용차의 루프에는 2개의 배터리팩 모듈(100)을 연속적으로 장착할 수 있으며, 각 모듈은 수납된 배터리팩(120)의 안정적인 개별 냉각이 가능하다.

상기 배터리팩 모듈(100)은 압력센서(123)와 연동하는 전동식 도어(124)를 설치하고 있기 때문에 모듈(100) 내 배터리팩(120) 간에 온도편차가 발생할 때 전동식 도어(124)의 개폐량 조절을 통해 각 배터리팩(20)의 공기유동저항을 일치시켜 각 배터리팩(120)이 서로 동일한 냉각유량을 갖게 함으로써 온도 밸런싱을 통해 각 배터리팩 간에 온도편차를 최소화할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

100 : 배터리팩 모듈
110 : 모듈 케이스
120 : 배터리팩
121 : 인렛덕트
122 : 아웃렛덕트
123 : 압력센서
124 : 전동식 도어
130 : 냉각팬
140 : 제어유닛

Claims

복수의 배터리팩으로 이루어진 배터리팩 모듈의 냉각을 위한 것으로,
모듈 케이스 내에 수납되며, 공기 유입을 위한 인렛덕트와 공기 배출을 위한 아웃렛덕트가 개별적으로 형성된 복수의 배터리팩;
상기 각 배터리팩의 아웃렛덕트 내에 설치되는 압력센서;
상기 각 배터리팩의 아웃렛덕트를 개폐가능하게 설치되고, 상기 압력센서와 연동하여 작동하는 전동식 도어;
상기 모듈 케이스의 일측에 설치되는 냉각팬;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 각 압력센서로부터 수신한 압력신호를 이용하여 판단한 결과에 따라 상기 전동식 도어의 작동을 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제어유닛은 각각의 아웃렛덕트에 설치된 압력센서로부터 수신한 압력신호를 통해 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고, 검출 결과에 따라 각 배터리팩에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 시스템.
청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 제어유닛은 냉각팬에 가장 근접하게 위치한 배터리팩을 기준으로 하여 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고, 검출한 압력차에 따라 냉각팬에 가장 근접한 배터리팩에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 기준으로 나머지 배터리팩에 설치된 전동식 도어를 작동시켜 개폐하는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 시스템.
청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 제어유닛은 냉각팬에 가장 멀리 위치한 배터리팩을 기준으로 하여 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고, 검출한 압력차에 따라 냉각팬에 가장 멀리 위치한 배터리팩에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 기준으로 나머지 배터리팩에 설치된 전동식 도어를 작동시켜 개폐하는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 각 인렛덕트는 차량 실내와 공기 유동가능하게 연결되고, 냉각팬의 작동시 이 인렛덕트를 통해 차량 실내공기가 유입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 시스템.
복수의 배터리팩으로 이루어진 배터리팩 모듈의 냉각을 위해,
공기 유입을 위한 인렛덕트와 공기 배출을 위한 아웃렛덕트를 개별적으로 갖는 복수의 배터리팩이 수납된 배터리팩 모듈의 냉각팬을 작동시키는 제1과정;
상기 각 배터리팩의 아웃렛덕트에 설치된 압력센서의 압력신호를 수신하는 제2과정;
상기 각 압력센서의 압력신호를 이용하여 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고, 검출 결과에 따라 각 배터리팩의 아웃렛덕트에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 제어하는 제3과정;
으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 제3과정에서는 냉각팬에 가장 근접하게 위치한 배터리팩을 기준으로 하여 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고, 검출한 압력차에 따라 냉각팬에 가장 근접한 배터리팩에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 기준으로 나머지 배터리팩에 설치된 전동식 도어를 작동시켜 개폐하는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 제3과정에서는 냉각팬에 가장 멀리 위치한 배터리팩을 기준으로 하여 배터리팩들 간에 압력차를 검출하고, 검출한 압력차에 따라 냉각팬에 가장 멀리 위치한 배터리팩에 설치된 전동식 도어의 개폐량을 기준으로 나머지 배터리팩에 설치된 전동식 도어를 작동시켜 개폐하는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 냉각 방법.