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KR101428175B1 - 배터리 냉각 덕트 - Google Patents

배터리 냉각 덕트 Download PDF

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KR101428175B1
KR101428175B1 KR1020120078266A KR20120078266A KR101428175B1 KR 101428175 B1 KR101428175 B1 KR 101428175B1 KR 1020120078266 A KR1020120078266 A KR 1020120078266A KR 20120078266 A KR20120078266 A KR 20120078266A KR 101428175 B1 KR101428175 B1 KR 101428175B1
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extension
rear seat
battery
battery cooling
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전윤철
이용진
서정훈
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

차량의 리어시트와 플로어패널 사이에 배치되고, 개구된 단부가 차량 실내와 연통되어 실내 공기를 흡입하도록 마련된 흡입부; 상기 흡입부의 후단부가 리어시트와 플로어패널 사이에서 차량 후방측으로 연장되어, 실내 공기가 통과하는 유로를 형성하는 연장부; 및 상기 연장부의 후단부로부터 차량의 후방으로 연장되어 형성되고, 상기 연장부를 통과한 실내 공기를 개구된 단부를 통해 차량의 배터리측으로 배출하는 토출부;를 포함하는 배터리냉각덕트가 소개된다.

Description

배터리 냉각 덕트 {BATTERY COOLING DUCTS}
본 발명은 차량 실내 공기를 이용하여 친환경자동차(하이브리드 자동차, 전기 자동차, 연료전지 자동차)의 고전압 부품인 배터리, 인버터, 저전압직류변환장치(Low Voltage DC-to-DC Converter, LDC) 등을 냉각시키는 배터리냉각덕트에 관한 것이다.
친환경자동차는 기존의 내연기관자동차가 100% 기계의 힘으로 구동되는 것과는 달리, 고전압의 배터리를 사용하여 구동하기 때문에(하이브리드의 경우 내연기관과 배터리를 혼용하여 구동) 다수의 고전압 부품으로 구성된다. 배터리를 비롯한 고전압 부품은 온도에 따라 성능의 차이가 발생하므로 적정한 온도를 유지하는 것이 중요하다. 차량 구동 시 고전압 부품에는 계속 열이 발생하기 때문에 별도로 냉각을 하지 않으면, 과열로 인해 부품이 손상되거나 오작동하거나 파손의 위험이 있다.
그래서 고전압 부품이 적절한 온도를 유지하여 최상의 효율을 나타낼 수 있게 냉각시스템을 장착한다. 특히, 배터리로 구동되는만큼 배터리의 냉각이 중요한데, 배터리는 보통 20℃ ~ 40℃ 사이의 온도에서 최적의 효율로 구동하기 때문에 이 온도를 유지시켜주는 것이 중요하다. 그렇지만, 별도의 공조시스템을 차량에 장착하게 되면 구조도 복잡하게 되고, 추가 비용이 발생하게 된다.
보통 차량 실내는 운전자가 온도를 조절하는데, 통상 사람이 쾌적하게 느끼는 온도인 20℃ ~ 40℃를 유지하게 된다. 이렇게 일정한 범위에서 유지되는 차량의 실내 공기는 배터리 냉각에 필요한 최적 온도이므로, 별도의 공조시스템 없이 차량의 실내 공기를 이용하여 배터리를 냉각시키는 방법을 이용하게 된다.
기존에는 차량의 리어시트 옆면 아래쪽에 위치한 냉각장치의 흡입구가 차량 실내의 공기를 흡입하여 배터리측으로 연장된 유로를 통해 전달하게 된다. 리어시트의 옆면에서 중앙부를 통해 다시 트렁크 아래에 장착되어있는 배터리의 아래측으로 유로가 구성되니 유로가 굽어지는 부분이 생기고, 길어져서 복잡해지게 되어, 공기의 압력손실이 커져 효율이 저하된다.
이 점을 해결하기 위해 덕트를 리어시트와 플로어판넬 사이에 설치하고, 파손되는 것을 방지하기 위해 덕트의 상면에 덕트를 보호하는 커버를 장착하는 방법을 사용하기도 한다. 그렇지만, 이런 방법은 상기한 기존의 덕트보다 유로가 간단해지나, 보호 커버를 장착하기 때문에 조립공정이 늘어나고 별도의 비용이 발생하게 되는 단점이 있다.
상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 기존의 유로가 굽어지거나, 길게 형성되던 부분을 가능하면 직선의 짧은 유로로 형성하여, 공기가 흐를 때 충돌하여 압력손실이 발생하지 않으면서도 외부충격 등으로 유로가 훼손 또는 변형되거나 막히게 되는 것을 방지하고, 기존보다 냉각 효율을 향상시키는 배터리냉각덕트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리냉각덕트는, 차량의 리어시트와 플로어패널 사이에 배치되고, 개구된 단부가 차량 실내와 연통되어 실내 공기를 흡입하도록 마련된 흡입부; 상기 흡입부의 후단부가 리어시트와 플로어패널 사이에서 차량 후방측으로 연장되어, 실내 공기가 통과하는 유로를 형성하는 연장부; 및 상기 연장부의 후단부로부터 차량의 후방으로 연장되어 형성되고, 상기 연장부를 통과한 실내 공기를 개구된 단부를 통해 차량의 배터리측으로 배출하는 토출부;를 포함하여 구성된다.
상기 토출부는 개구된 단부가 배터리의 하우징과 직접 결합될 수 있다.
상기 흡입부에서부터 상기 토출부까지는 차량 리어시트의 좌측좌석과 우측좌석 사이 아래 지점에 배치될 수 있다.
상기 흡입부에서부터 상기 토출부까지의 하단부와 플로어패널 사이에는 패드가 마련되어 리어시트로부터 전달되는 충격으로부터 완충작용을 할 수 있다.
상기 토출부는 상기 연장부의 후단부에서 분기되는 다수의 덕트로 구성될 수 있다.
상기 연장부의 상면에는 길이방향을 따라 내측으로 만입된 포밍이 형성되고, 상기 포밍은 복수개가 평행하게 배열되도록 형성될 수 있다.
상기 연장부의 상면과 하면에는 대응하는 모양으로 형성되어 상기 포밍의 만입된 부분이 서로 맞닿아 리어시트로부터 전달되는 하중을 지지할 수 있다.
상기 연장부의 상면에는 내측으로 만입된 비딩이 길이방향으로 형성되고, 상기 비딩은 복수개가 평행하게 이격되어 배치될 수 있다.
상기 비딩은 지그재그 형상으로 배치될 수 있다.
상기 연장부의 하면에는 요철이 형성되어 상기 비딩의 끝단부와 맞닿아 리어시트로부터 전달되는 하중을 지지할 수 있다.
상기 연장부의 상면으로부터 하면으로 부싱이 관통하고, 상기 부싱은 상기 연장부의 길이 방향을 따라 복수개가 평행하게 배열될 수 있다.
상기 부싱은 지그재그 형상으로 배치될 수 있다.
상기 연장부의 하면에는 요철이 형성되어, 상기 부싱의 끝단부와 맞닿아 리어시트로부터 전달되는 하중을 지지할 수 있다.
상기 연장부에는 상면과 하면 사이에 복수개의 리브가 길이 방향으로 평행하게 설치될 수 있다.
상기 연장부의 하면에는 요철이 형성되어 상기 리브의 끝단부와 맞닿아 리어시트로부터 전달되는 하중을 지지할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 배터리냉각덕트는, 기존의 배터리냉각덕트가 굽어지고, 길게 형성된 유로에 비해 단순하고 짧은 유로를 형성하여, 차량의 실내에서 흡입된 공기의 압력 손실을 줄이는데 효과적이다. 유로의 단순화로 공기의 압력 손실이 줄어들기 때문에 냉각팬의 용량을 축소할 수 있고, 용량 축소에 따른 소음감소 및 원가 절감의 효과도 있다.
또한, 파손에 대비하여 기존에 있었던 보호 커버를 제거하는 대신에 연장부를 보강하여 강성을 확보하기 때문에 재료의 절감과 공정의 축소 그리고 원가 절감의 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 배터리냉각덕트는 기존의 배터리냉각덕트보다 배터리의 냉각 효율을 증대시키게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리냉각덕트가 장착되는 위치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 포밍이 형성된 배터리냉각덕트를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 비딩이 형성된 배터리냉각덕트를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 부싱이 형성된 배터리냉각덕트를 도시한 도면.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 리브가 형성된 배터리냉각덕트를 도시한 도면.
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리냉각덕트 장치에 대하여 살펴본다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리냉각덕트는 흡입부(100)와 연장부(200) 및 토출부(400)를 포함하여 구성된다. 상기 흡입부(100)가 차량의 리어시트(500)와 플로어패널(600) 사이, 리어시트(500)의 좌측좌석과 우측좌석 사이 아래 지점에 배치되고, 상기 흡입부(100)의 개구된 단부가 차량 실내와 연통된다. 상기 흡입부(100)가 차량의 리어시트(500)와 플로어패널(600) 사이에서 차량의 후방 배터리측으로 연장되어 상기 연장부(200)가 형성된다. 상기 연장부(200)의 후단부로부터 차량 후방의 배터리측으로 연장되어 상기 토출부(400)가 형성되고, 상기 토출부(400)의 개구된 단부가 차량의 배터리하우징(800)과 직접 결합되어 있다.
즉, 도 1에서 볼 수 있듯이 상기 흡입부(100)의 개구된 단부가 차량 실내와 연통되어 있으므로, 상기 흡입부(100)로 차량의 실내 공기가 흡입되고, 상기 흡입부(100)로 흡입된 실내 공기가 상기 연장부(200)를 통과하여, 상기 토출부(400)의 개구된 단부를 통해 상기의 배터리측으로 배출되는 공기의 유로가 형성된다. 차량의 실내에서 흡입된 공기가 직선에 가까운 유로를 따라 배터리측으로 배출되기 때문에 압력손실이 줄어든다.
상기 토출부(400)는 상기 연장부(200)의 후단부에서 분기된 덕트가 다수로 구성될 수도 있다. 그러면, 공기가 배출되는 면적이 넓어져 배터리의 냉각이 더 원활하게 될 수 있다.
통상 차량의 플로어패널(600)과 배터리냉각덕트는 다른 재질로 되어 있어 차량이 구동하게 되면, 플로어패널(600)과 배터리냉각덕트 간에 마찰이나 소음, 또는 충격이 발생할 수 있다. 또한 상기 리어시트(500)에 승객이 탑승하게 되면 아랫측으로 하중이 전달되어 배터리냉각덕트에 하중으로 인한 압력이 전달된다. 허용한도 이상의 압력이 가해지면 배터리냉각덕트가 파손되거나 훼손될 수 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 상기 흡입부(100)에서 상기 토출부(400)까지의 하단부와 플로어패널(600) 사이에는 패드(700)가 마련된다. 상기 패드(700)는 상기한 바와 같이 차량 구동 시 발생하는 마찰과 소음 및 충격을 방지하고, 승객으로부터 발생하는 하중의 압력으로부터 배터리냉각덕트가 파손되는 것을 보호하는 역할을 한다.
또한, 승객이 탑승하여 리어시트(500)로부터 허용한도 이상의 하중이 상기 연장부(200)에 집중되어 전달되면 상기 연장부(200)가 변형되거나 파손되어 흡입된 실내 공기의 유로가 막히는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에, 후술하는 몇가지 방법으로 상기 연장부(200)의 하중 지지 성능을 확보한다.
도 2와 도3은 상기 연장부(200)의 상면(210)에 길이방향을 따라 상기 연장부(200)의 내측으로 만입된 포밍(211)이 형성된 것을 도시하고 있는데, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다. 도 2에서 보듯이, 상기 포밍(211)은 복수개가 평행하게 배열된다. 또, 상기 연장부(200)의 상면(210)에서 내측으로 만입된 포밍(211)과 상기 연장부(200)의 하면(230)에서 내측으로 만입된 포밍(211)이 서로 대응되게 형성되어, 만입된 부분이 서로 맞닿는 것을 도시하고 있다. 상기 연장부(200)의 상면(210)의 포밍(211)과 하면(230)의 포밍(211)이 맞닿아 지지대가 형성되어 리어시트(500)로부터 전달되는 하중을 지지한다. 상기한 바와 같은 구조는 상기 연장부(200)의 강성확보에 유리하다.
도 4와 도5는 상기 연장부(200)의 상면(210)에 상기 연장부(200)의 내측으로 만입된 비딩(213)이 형성된 것을 도시하고 있고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다. 도 4에서 보듯이, 상기 비딩(213)은 복수개가 길이방향으로 평행하게 이격되어 배치될 수 있는데, 상기 비딩(213)은 지그재그 형상으로 배치될 수도 있다. 이것은 흡입된 공기가 상기 비딩(213)의 측면에 충돌하여 난류를 형성하여 공기의 흐름을 방해하거나 흡입된 공기가 상기 비딩(213)에 의해 유로가 차단되어 흡입된 공기의 압력이 손실되는 것을 방지한다.
또한, 상기 연장부(200)의 하면(230)에 요철(231)이 형성되어 상기 연장부(200)의 상면(210)에서 만입된 비딩(213) 끝단부와 맞닿은 형상을 도시하고 있다. 상기 연장부(200)의 상면(210)의 비딩(213)과 하면(230)의 요철(231)이 맞닿아 지지대가 형성되어 리어시트(500)로부터 전달되는 하중을 지지한다. 상기한 바와 같은 구조는 상기 연장부(200)의 강성확보에 유리하다.
상기 연장부의 하면(230) 요철은(231) 차량의 플로어패널(600)을 따라 형성될 수도 있다.
상기한 것처럼 상기 연장부(200)의 하면에는 상기 연장부(200)의 상면(210)에서와 같이 비딩(213)을 형성할 수도 있는데, 도 5의 실시예에서는 요철(231)을 사용했다.
도 6과 도 7은 상기 연장부(200)의 상면(210)으로부터 상기 연장부(200)의 하면(230)으로 부싱(215)이 관통하는 것을 도시하고 있고, 도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도이다. 도 6에서 보듯이, 상기 부싱(215)은 상기 연장부(200)의 길이 방향을 따라 복수개가 평행하게 이격되어 배열된다. 또한, 상기 부싱(215)은 지그재그 형상으로 배치될 수 있는데, 이것은 유입된 공기가 상기 부싱(215)의 측면에 충돌하여 난류를 형성하여 공기의 흐름을 방해하거나, 흡입된 공기가 상기 부싱(215)으로 인해 유로가 차단되어 흡입된 공기의 압력이 손실되는 것을 방지한다.
또한, 상기 연장부(200)의 하면(230)에 요철(231)이 형성되어 상기 부싱(215)의 끝단부와 맞닿은 형상을 도시하고 있다. 상기 부싱(215)과 상기 연장부(200)의 하면(230)의 요철(231)이 맞닿아 지지대가 형성되어 리어시트(500)로부터 전달되는 하중을 지지한다. 상기한 바와 같은 구조는 상기 연장부(200)의 강성확보에 유리하다.
상기 연장부의 하면(230) 요철은(231) 차량의 플로어패널(600)을 따라 형성될 수도 있다.
도 8과 도 9는 상기 연장부(200)의 상면(210)과 하면(230) 사이에 복수개의 리브(217)가 길이방향으로 평행하게 설치되는 것을 도시한 것으로, 도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선 단면도이다. 도 8에서 보듯이, 상기 연장부(200)의 하면(230)에는 요철(231)이 형성되어 상기 리브(217)의 끝단부와 맞닿은 형상을 도시하고 있다. 상기 리브(217)와 요철(231)에 의해 지지대가 형성되어 리어시트(500)로부터 전달되는 하중을 지지한다. 상기한 바와 같은 구조는 상기 연장부(200)의 강성확보에 유리하다.
상기 연장부의 하면(230) 요철은(231) 차량의 플로어패널(600)을 따라 형성될 수도 있다.
기존의 배터리냉각덕트는 차량의 리어시트(500) 옆면 아래측에서부터 차량 후방측의 배터리로 연장되어 각이 지고 긴 유로를 형성하여 복잡하게 된다. 그렇기 때문에 차량의 실내에서 흡입된 공기가 복잡한 유로를 통과하다보면 공기의 압력이 저하되게 된다. 본 발명은 배터리냉각덕트가 차량의 리어시트(500) 아래측에서부터 차량의 후방측으로 연장되기 때문에 기존보다 간단한 유로를 형성하여 흡입된 공기의 흐름을 원활하게 하고, 기존의 배터리냉각덕트에서 발생하는 압력손실을 저감하는데에도 유리하다. 유로의 단순화로 공기의 압력 손실이 줄어들기 때문에 냉각팬의 용량을 축소할 수 있고, 용량 축소에 따른 소음감소 및 원가 절감의 효과도 있다.
또한, 리어시트(500)로부터 전달되는 하중을 지지할 수 있게 상기한 방법으로 보강을 하기 때문에 적절한 성능을 안정적으로 발휘할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진자에 있어서 자명할 것이다.
100 : 흡입부 200 : 연장부
210 : 상면 211 : 포밍
213 : 비딩 215 : 부싱
217 : 리브 230 : 하면
231 : 요철 300 : 분기부
400 : 토출부 500 : 리어시트
600 : 플로어패널 700 : 패드
800 : 배터리하우징

Claims (15)

  1. 차량의 리어시트(500)와 플로어패널(600) 사이에 배치되고, 개구된 단부가 차량 실내와 연통되어 실내 공기를 흡입하도록 마련된 흡입부(100);
    상기 흡입부(100)의 후단부가 리어시트(500)와 플로어패널(600) 사이에서 차량 후방측으로 연장되어, 실내 공기가 통과하는 유로를 형성하는 연장부(200); 및
    상기 연장부(200)의 후단부로부터 차량의 후방으로 연장되어 형성되고, 상기 연장부(200)를 통과한 실내 공기를 개구된 단부를 통해 차량의 배터리측으로 배출하는 토출부(400);를 포함하고,
    상기 연장부(200)의 상면에는 내측으로 만입된 비딩(213)이 길이방향으로 형성되고, 상기 비딩(213)은 복수개가 평행하게 이격되어 배치되되 상기 비딩(213)은 지그재그 형상으로 배치된 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 토출부(400)는 개구된 단부가 배터리 하우징(800)과 직접 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡입부(100)에서부터 상기 토출부(400)까지는 차량 리어시트(500)의 좌측좌석과 우측좌석 사이 아래 지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡입부(100)에서부터 상기 토출부(400)까지의 하단부와 플로어패널(600) 사이에는 패드(700)가 마련되어 리어시트(500)로부터 전달되는 충격으로부터 완충작용을 하는 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 토출부(400)는 상기 연장부(200)의 후단부에서 분기되는 다수의 덕트로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연장부(200)의 상면(210)에는 길이방향을 따라 내측으로 만입된 포밍(211)이 형성되고, 상기 포밍(211)은 복수개가 평행하게 배열되도록 형성된 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연장부(200)의 상면(210)과 하면(230)에는 대응하는 모양으로 형성되어 상기 포밍(211)의 만입된 부분이 서로 맞닿아 리어시트(500)로부터 전달되는 하중을 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연장부(200)의 하면(230)에는 요철(231)이 형성되어 상기 비딩(213)의 끝단부와 맞닿아 리어시트(500)로부터 전달되는 하중을 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연장부(200)의 상면(210)으로부터 하면(230)으로 부싱(215)이 관통하고, 상기 부싱(215)은 상기 연장부(200)의 길이 방향을 따라 복수개가 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 부싱(215)은 지그재그 형상으로 배치된 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 연장부(200)의 하면(230)에는 요철(231)이 형성되어, 상기 부싱(215)의 끝단부와 맞닿아 리어시트(500)로부터 전달되는 하중을 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 연장부(200)에는 상면(210)과 하면(230) 사이에 복수개의 리브(217)가 길이 방향으로 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 연장부(200)의 하면(230)에는 요철(231)이 형성되어 상기 리브(217)의 끝단부와 맞닿아 리어시트(500)로부터 전달되는 하중을 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리냉각덕트.
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