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KR101386673B1 - 전기자동차용 배터리 - Google Patents

전기자동차용 배터리 Download PDF

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KR101386673B1
KR101386673B1 KR1020120036167A KR20120036167A KR101386673B1 KR 101386673 B1 KR101386673 B1 KR 101386673B1 KR 1020120036167 A KR1020120036167 A KR 1020120036167A KR 20120036167 A KR20120036167 A KR 20120036167A KR 101386673 B1 KR101386673 B1 KR 101386673B1
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cooling
drain
frame
battery
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조은상
박종만
임종대
이명헌
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인지컨트롤스 주식회사
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Abstract

본 발명은 전원을 제공하는 복수의 전지셀들이 적층되어 차량에 전원을 공급하는 전기자동차용 배터리에 관한 것으로, 상기 전지셀들의 사이에 제각기 개재되어 상기 전지셀들의 열을 방열하는 방열판; 상기 방열판들의 외곽을 따라 제각기 마련되고, 냉매를 내부로 관류시키면서 상기 방열판을 냉각시키는 냉각관; 상기 냉각관이 내장된 상태로 상기 방열판들의 외곽을 따라 제각기 마련되어 상기 냉각관을 상기 방열판에 고정하고, 상기 방열판 및 상기 냉각관과 함께 하나의 전지모듈을 이루면서 상기 전지셀들의 외곽에서 적층되는 틀체형태의 냉각프레임; 및 상기 냉각프레임에 마련되고, 상기 냉각관의 냉각에 의해 상기 방열판에서 발생하는 응축수를 포집하여 상기 냉각프레임의 외부로 배출하는 배출수단;을 포함한다. 본 발명은 냉각관의 냉각에 의해 방열판의 표면에서 발생하는 응축수가 배출수단에 의해 포집되면서 냉각프레임의 외부로 배출됨에 따라 내부에 물고임이 방지되므로 전지셀들의 단락이 방지되어 성능이 향상될 수 있다.

Description

전기자동차용 배터리{BATTERY FOR ELECTRIC VEHICHLE}
본 발명은 전기자동차용 배터리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원을 제공하는 복수의 전지셀들이 적층상태로 고정되어 차량에 전원을 공급하는 전기자동차용 배터리에 관한 것이다.
현대사회에 들어 환경문제가 중요한 화두로 떠오름에 따라 가솔린이나 디젤엔진과 같이 연소식 엔진을 이용한 자동차는 하이브리드 자동차나 전기자동차로 진화하고 있다.
일반적으로 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차에는 대용량의 배터리가 장착되어 배터리의 전원공급에 의해 구동한다.
전기자동차용 배터리는 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이 전원을 제공하는 전지셀(1)들이 적층된 상태로 직렬연결되어 차량에 전원을 공급한다.
이러한 배터리(100)는 전지셀(1)들이 충전과 방전을 하는 동안에 열이 발생됨에 따라 온도가 상승하게 되면 전해질 분해가 일어나 성능이 떨어지고 수명이 현저하게 단축되기 때문에 수명이 현저하게 단축된다.
따라서, 통상의 배터리(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 전지셀(1)들의 사이에 방열판(2)이 개재되어 전지셀(1)에서 발생하는 열을 방열하며, 미도시된 냉각관로가 방열판(2)에 밀착된 상태로 마련되어 냉각관로에 관류하는 냉매를 통해 방열판(2)을 냉각시킨다.
여기서, 방열판(2)은 열기를 방열하면서 냉각관로에 의해 냉각됨에 따라 표면에 응축수가 발생하게 된다.
그런데, 통상의 배터리(100)는 방열판(2)에서 발생하는 응축수를 외부로 배출시킬 수 없는 구조이므로 응축수가 내부에 집수됨에 따라 전지셀(1)들의 단락을 일으키는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 선행기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 냉각관의 냉각에 의해 방열판에서 발생하는 응축수를 방열판의 하부로 포집하면서 포집된 응축수를 외부로 배출할 수 있는 전기자동차용 배터리를 제공하기 위함이 그 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차용 배터리는, 전원을 제공하는 복수의 전지셀들이 적층되어 차량에 전원을 공급하는 전기자동차용 배터리에 있어서, 상기 전지셀들의 사이에 제각기 개재되어 상기 전지셀들의 열을 방열하는 방열판; 상기 방열판들의 외곽을 따라 제각기 마련되고, 냉매를 내부로 관류시키면서 상기 방열판을 냉각시키는 냉각관; 상기 냉각관이 내장된 상태로 상기 방열판들의 외곽을 따라 제각기 마련되어 상기 냉각관을 상기 방열판에 고정하고, 상기 방열판 및 상기 냉각관과 함께 하나의 전지모듈을 이루면서 상기 전지셀들의 외곽에서 적층되는 틀체형태의 냉각프레임; 및 상기 냉각프레임에 마련되고, 상기 냉각관의 냉각에 의해 상기 방열판에서 발생하는 응축수를 포집하여 상기 냉각프레임의 외부로 배출하는 배출수단;을 포함한다.
예컨대, 상기 배출수단은 상기 적층된 냉각프레임들의 각각에 홈형태로 형성되어 상기 응축수를 상기 방열판의 하부로 포집하고, 상기 냉각관을 따라 연장되어 상기 포집된 응축수를 이동시키는 포집유로; 및 상기 냉각프레임의 일부분에 구멍형태로 관통형성되어 상기 포집유로를 외부와 연통시키면서 상기 포집유로에 포집된 상기 응축수를 외부로 배출시키는 드레인;을 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 상기 배출수단은 상기 적층된 냉각프레임들의 각각에 관통형성되어 상기 드레인이나 상기 포집유로를 상기 냉각프레임의 하부에 적층된 또 다른 냉각프레임의 드레인이나 또 다른 포집유로와 연통시키는 적어도 하나의 연통유로;를 더 포함하여 구성할 수 있다.
이에 더하여, 상기 배출수단은 상기 냉각프레임에 마련되어 상기 드레인을 개폐하면서 상기 응축수를 외부로 배출시키는 배출밸브;를 더 포함하여 구성할 수 있다.
예컨대, 상기 배출밸브는 상기 드레인에 일측이 착탈가능하게 삽입되면서 상기 냉각프레임에 타측이 고정되며, 상기 일측이 상기 응축수의 수압에 의해 상기 타측을 중심으로 유동하면서 상기 드레인을 개폐하는 유동캡;으로 구성된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의한 전기자동차용 배터리는, 냉각관의 냉각에 의해 방열판의 표면에서 발생하는 응축수가 배출수단에 의해 포집되면서 냉각프레임의 외부로 배출됨에 따라 내부에 물고임이 방지되므로 전지셀들의 단락이 방지되어 성능이 향상될 수 있다.
특히, 배출수단을 구성하는 포집유로가 방열판의 하부에서 냉각관을 따라 연장되므로 냉각관의 배관부위에서 주로 발생하는 응축수가 즉시 포집되어 이동할 수 있으며, 포집된 응축수가 드레인을 통해 원활하게 외부로 배출될 수 있다.
또한, 적층상태의 냉각프레임에 제각기 마련된 포집유로 및 드레인이 연통유로에 의해 연통되므로 포집된 응축수가 드레인으로 배출되면서 연통유로를 통해 하부의 냉각프레임으로 이동하여 배출될 수도 있다.
이에 더하여, 냉각프레임에 마련되는 배출밸브가 드레인을 개폐시키므로 드레인이 응축수가 배출될 경우에만 개방될 수 있으며, 배출밸브가 유동캡으로 구성되어 응축수의 수압에 의해 유동하면서 드레인을 개폐하므로 드레인이 임의로 개방되는 것이 방지될 수 있다.
도 1은 통상적인 전기자동차용 배터리를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리를 나타내는 종단면도.
도 3은 본 발명의 냉각프레임의 구성을 나타내는 분해사시도.
도 4는 본 발명의 요부를 나타내는 확대단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 종단면도.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 전기자동차용 배터리는 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀(10), 방열판(20), 냉각관(30), 냉각프레임(40) 및 배출수단(50)를 포함하여 구성할 수 있다.
전지셀(10)은 차량에 전원을 제공하는 부재로써 본 발명이 속하는 업계에 알려진 통상의 셀로 구성될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 적층상태로 서로 연결되어 차량에 전원을 공급한다.
방열판(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀(10)들의 사이에 제각기 개재되어 전지셀(10)들의 열기를 방열한다. 이러한 방열판(20)은 열전도성이 높은 소재로 구성되어 전지셀(10)들의 열기를 방열하며, 외곽단부가 전지셀(10)들의 바깥쪽으로 돌출됨에 따라 전지셀(10)의 열기를 외곽으로 방출시킨다. 이러한 방열판(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 후술되는 냉각관(30)이 매립상태로 밀착되는 밀착홈(21)이 외곽을 따라 형성된다.
냉각관(30)은 방열판(20)을 냉각시키는 부재로써, 도 3에 도시된 바와 같이 방열판(20)의 밀착홈(21)을 따라 삽입되면서 방열판(20)의 외곽을 따라 배관되고, 미도시된 냉매공급기에 연결되어 냉매를 관류시키면서 방열판(20)을 냉각시킨다.
냉각프레임(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 냉매관(30)을 방열판(20)의 외곽에 고정하는 부재로써, 도 3에 도시된 바와 같이 틀체형태로 형성되는 하부프레임(41) 및 상부프레임(43)으로 구성되며, 각 프레임(41)(43)에 형성된 매립홈(45)에 냉각관(30) 및 방열판(20)이 개재된 상태로 미도시된 결합부재에 의해 결합됨에 따라 방열판(20) 및 냉각관(30)과 함께 하나의 전지모듈을 구성한다.
이러한 냉각프레임(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀(10)들의 외곽에서 적층되며, 도 3에 도시된 바와 같이 외곽에 결합공(42)이 마련되어 결합공(42)들이 연통된 상태로 적층되고, 연통된 결합공(42)들에 체결되는 미도시된 고정부재에 의해 적층된 상태로 고정된다.
여기서, 냉각프레임(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀(10)들의 상부 및 하부를 차폐하는 커버(CV)가 상부 및 하부에 결합될 수 있으며, 냉각관(30)들을 이격시키는 스페이서(SP)와 교호상태를 이루면서 적층될 수 있다.
배출수단(50)은 냉각관(30)의 냉각에 의해 방열판(20)에서 발생하는 응축수를 포집하여 냉각프레임(40)의 외부로 배출하는 수단으로써, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 포집유로(51) 및 드레인(53)을 포함하여 구성할 수 있다.
포집유로(51)는 도 3에 도시된 바와 같이 전술한 하부프레임(41)에 홈형태로 형성되어 응축수를 방열판(20)의 하부에서 포집하고, 냉각관(30)을 따라 연장형성되어 포집된 응축수를 이동시킨다.
즉, 포집유로(51)는 응축수가 주로 발생하는 부위인 냉각관(30)의 인접부위에 마련되어 응축수를 방열판(20)의 하부로 포집하고, 포집된 응축수를 후술되는 드레인(53)으로 이동시킨다.
드레인(53)은 도 3에 도시된 바와 같이 냉각프레임(40)의 일부분에 관통형성되면서 도 4에 도시된 바와 같이 포집유로(51)를 외부와 연통시킨다. 이러한 드레인(53)은 도 3에 도시된 바와 같이 포집유로(51)의 일부분에 단수로 형성될 수 있으며, 이와 달리 복수로 구성되어 포집유로(51)에 이격상태로 형성될 수도 있다.
이에 따라, 적층상탱의 냉각프레임(40)들은 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 방열판(20)에서 발생하는 응축수를 각각에 마련된 포집유로(51) 및 드레인(53)을 통해 외부로 배출시킨다.
한편, 배출수단(50)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 연통유로(55)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
연통유로(55)는 도 4에 도시된 바와 같이 적층상태의 냉각프레임(40)들의 각각에 구멍형태로 관통형성되어 전술한 포집유로(51)나 드레인(53)을 하부에 적층된 또 다른 포집유로(51)나 드레인(53)으로 연통시킨다.
이에 따라, 응축수는 도 4에 도시된 바와 같이 연통유로(55)를 통해 하부의 포집유로(51)나 드레인(53)으로 이동한다. 이러한 연통유로(55)는 도 4에 도시된 바와 같이 방열판(20)을 관통하며, 전술한 스페이서(SP)에도 마련되어 스페이서(SP)의 상하부에 적층된 냉각프레임(40)을 연통시킨다.
여기서, 전술한 드레인(53)은 냉각프레임(40)들에 연통유로(55)가 형성된 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 최하단에 배치된 냉각프레임(40)에만 형성되어 상부에 적층된 포집유로(51)에서 연통유로(55)를 통해 하강하는 응축수를 외부로 배출할 수 있다.
물론, 드레인(53) 및 연통유로(55)는 도 5에 도시된 바와 같이 냉각프레임(40)들에 제각기 마련되어 응축수를 제각기 외부로 배출하면서 하부의 냉각프레임(40)으로 하강시킬 수도 있다.
한편, 배출수단(50)은 도 3에 도시된 바와 같이 드레인(53)을 개폐가능하게 차폐면서 응축수를 외부로 배출시키는 배출밸브;를 더 포함하여 구성할 수 있다.
이러한 배출밸브는 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 일측이 드레인(53)의 단부에 삽입되고, 타측이 냉각프레임(40)에 고정되어 일측이 응축수의 수압에 의해 타측을 중심으로 유동하면서 드레인(53)을 개폐시키는 고무재의 유동캡(57)으로 구성할 수 있다.
유동캡(57)은 도 3에 도시된 바와 같이 일측에 마련된 드레인콕(57a)에 의해 드레인(53)의 단부에 착탈가능하게 삽입되고, 타측에 마련된 고정돌기(57b)에 의해 냉각프레임(40)에 끼움상태로 고정되며, 드레인(53)으로 배출되는 응축수의 수압에 의해 드레인콕(57a)이 고정돌기(57b)를 중심으로 유동하면서 드레인(53)을 개폐한다.
다른 한편, 배출밸브는 도 3에 도시된 바와 같이 유동캡(57)이 임의로 유동되는 것을 방지하는 가이드(59)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
가이드(59)는 도 3에 도시된 바와 같이 전술한 유동캡(57)의 수용이 가능한 형성으로 이루어져서 드레인(53)의 단부에 보스형태로 돌출되며, 도 4에 도시된 바와 같이 유동캡(57)의 외주면을 지지하면서 유동캡(57)이 응축수의 배출방향과 상이한 방향으로 유동되는 것을 방지한다.
따라서, 유동캡(57)은 가이드(59)에 의해 외주면이 지지됨에 따라 응축수의 배출방향으로만 유동하면서 드레인(53)을 개폐한다.
상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명의 작용을 설명한다.
전지셀(10)들은 도 2에 도시된 바와 같이 적층된 상태로 직렬연결되어 차량에 전원을 공급하며, 충전 및 방전이 반복됨에 따라 고열이 발생된다.
방열판(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀(10)에서 발생하는 열기를 외곽으로 방열시키면서 냉각관(30)으로 관류하는 냉매에 의해 냉각된다. 이때, 방열판(20)은 냉각관(30)과의 온도차에 의해 응축수가 표면에 발생한다.
응축수는 도 3에 도시된 바와 같이 방열판(20)의 하부로 낙하하여 하부프레임(41)에 형성된 포집유로(51)에 포집되며, 포집유로(51)를 따라 드레인(53)으로 이동한다.
이때, 유동캡(57)을 구성하는 드레인콕(57a)은 도 3에 도시된 바와 같이 드레인(53)으로 이동한 응축수의 수압에 의해 고정돌기(57b)를 중심으로 유동하면서 드레인(53)의 단부에서 탈거된다. 이에 따라 응축수는 드레인(53)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 응축수는 도 4에 도시된 바와 같이 드레인(53)이 최하단의 냉각프레임(40)에만 형성된 경우, 연통유로(55)를 통해 하단의 냉각프레임(40)으로 하강하여 하단의 드레인(53)을 통해 외부로 배출된다.
다른 한편, 응축수는 도 5에 도시된 바와 같이 적층상태의 냉각프레임(40)들에 드레인(53)이 제각기 마련된 경우 각각의 드레인(53)을 통해 외부로 배출되며, 각각의 냉각프레임(40)들에 드레인(53) 및 연통유로(55)가 모두 마련된 경우에는 연통유로(55)를 통해 하부의 냉각프레임(40)으로 이동하면서 각각의 드레인(53)을 통해 외부로 배출된다.
이상과 같이 본 발명에 의한 전기자동차용 배터리는, 냉각관(30)의 냉각에 의해 방열판(20)의 표면에서 발생하는 응축수가 배출수단(50)에 의해 포집되면서 냉각프레임(40)의 외부로 배출됨에 따라 내부에 물고임이 방지되므로 전지셀(10)들의 단락이 방지되어 성능이 향상될 수 있다.
특히, 배출수단(50)을 구성하는 포집유로(51)가 방열판(20)의 하부에서 냉각관(30)을 따라 연장되므로 냉각관(30)의 배관부위에서 주로 발생하는 응축수가 즉시 포집되어 이동할 수 있으며, 포집된 응축수가 드레인(53)을 통해 원활하게 외부로 배출될 수 있다.
또한, 적층상태의 냉각프레임(40)에 제각기 마련된 포집유로(51) 및 드레인(53)이 연통유로(55)에 의해 연통되므로 포집된 응축수가 드레인(53)으로 배출되면서 연통유로(55)를 통해 하부의 냉각프레임(40)으로 이동하여 배출될 수도 있다.
이에 더하여, 냉각프레임(40)에 마련되는 배출밸브가 드레인(53)을 개폐시키므로 드레인(53)이 응축수가 배출될 경우에만 개방될 수 있으며, 배출밸브가 유동캡(57)으로 구성되어 응축수의 수압에 의해 유동하면서 드레인(53)을 개폐하므로 드레인이 임의로 개방되는 것이 방지될 수 있다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10 : 전지셀 20 : 방열판
30 : 냉각관 40 : 냉각프레임
41 : 하부프레임 43 : 상부프레임
50 : 배출수단 51 : 포집유로
53 : 드레인 55 : 연통유로
57 : 유동캡 57a : 드레인콕
57b : 고정돌기 59 : 가이드

Claims (5)

  1. 전원을 제공하는 복수의 전지셀들이 적층되어 차량에 전원을 공급하는 전기자동차용 배터리에 있어서,
    상기 전지셀들의 사이에 제각기 개재되어 상기 전지셀들의 열을 방열하는 방열판;
    상기 방열판들의 외곽을 따라 제각기 마련되고, 냉매를 내부로 관류시키면서 상기 방열판을 냉각시키는 냉각관;
    상기 냉각관이 내장된 상태로 상기 방열판들의 외곽을 따라 제각기 마련되어 상기 냉각관을 상기 방열판에 고정하고, 상기 방열판 및 상기 냉각관과 함께 하나의 전지모듈을 이루면서 상기 전지셀들의 외곽에서 적층되는 틀체형태의 냉각프레임; 및
    상기 냉각프레임에 마련되고, 상기 냉각관의 냉각에 의해 상기 방열판에서 발생하는 응축수를 포집하여 상기 냉각프레임의 외부로 배출하는 배출수단;을 포함하고,
    상기 배출수단은,
    상기 적층된 냉각프레임들의 각각에 홈형태로 형성되어 상기 응축수를 상기 방열판의 하부로 포집하고, 상기 냉각관을 따라 연장되어 상기 포집된 응축수를 이동시키는 포집유로; 및
    상기 냉각프레임의 일부분에 구멍형태로 관통형성되어 상기 포집유로를 외부와 연통시키면서 상기 포집유로에 포집된 상기 응축수를 외부로 배출시키는 드레인;을 포함하는 전기자동차용 배터리.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배출수단은,
    상기 적층된 냉각프레임들의 각각에 관통형성되어 상기 드레인이나 상기 포집유로를 상기 냉각프레임의 하부에 적층된 또 다른 냉각프레임의 드레인이나 또 다른 포집유로와 연통시키는 적어도 하나의 연통유로;를 더 포함하는 전기자동차용 배터리.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 배출수단은,
    상기 냉각프레임에 마련되어 상기 드레인을 개폐하면서 상기 응축수를 외부로 배출시키는 배출밸브;를 더 포함하는 전기자동차용 배터리.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 배출밸브는,
    상기 드레인에 일측이 착탈가능하게 삽입되면서 상기 냉각프레임에 타측이 고정되며, 상기 일측이 상기 응축수의 수압에 의해 상기 타측을 중심으로 유동하면서 상기 드레인을 개폐하는 유동캡;으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리.
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