JP2022545886A - 冷却流路構造の効率化及び安定性を向上させたバッテリーパック及びそれを含む自動車 - Google Patents

冷却流路構造の効率化及び安定性を向上させたバッテリーパック及びそれを含む自動車 Download PDF

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Abstract

本発明によると、ヒートシンクを備えたバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールが置かれる上面部及びバッテリーモジュールのヒートシンクに冷却水を供給または排出するためのクーラントチャンネルが形成されている下面部を有するフロアパネルと、フロアパネルの下に層状で配置されるベースプレートと、を備えるパックハウジングと、各々がクーラントチャンネルと選択的に連通し、フロアパネルの上面部に結合可能に設けられ、フロアパネルの右サイドラインに沿って配置される冷却水供給パイプと、フロアパネルの左サイドラインに沿って配置される冷却水排出パイプと、を含み、クーラントチャンネルは、その下端がベースプレートに固定結合したバッテリーパックが提供される。

Description

本発明は、バッテリーパックに関し、より詳しくは、冷却流路構成の効率化及び冷却水の安定的供給及び排出のための組立構造が適用されたバッテリーパックに関する。
本出願は、２０２０年４月２９日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００５２８３３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
製品群に応じた適用性が高く、且つ、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器のみならず、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギー使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目を集めている。
バッテリーパックは、高出力を得るために複数の単位セル（ｃｅｌｌ）を含む複数のセルアセンブリーを直列に接続した構造を有している。そして、単位セルは、正極集電体、負極集電体、セパレーター、活物質及び電解液などを含み、構成要素間の電気化学的な反応によって反復的な充放電が可能である。
一方、最近、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高くなるにつれ、複数の二次電池が直列及び／または並列接続された複数のバッテリーモジュールを集合したマルチモジュール構造のバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。
電気自動車に適用されるマルチモジュール構造のバッテリーパックは、何よりも車両内における設置空間の制約があるため、可能な限り単位体積当たりのエネルギー密度が高く、集約的に配置されたバッテリーモジュールで発生する熱を放出しやすく設計することが重要である。バッテリーモジュールで発生した熱を放出する多様な方法のうち特許文献１または特許文献２に開示されているような間接水冷式方法が広く使用されている。
従来技術による間接水冷式バッテリーパックの冷却構成を見ると、パックケースの底面を形成するトレイの上面にヒートシンクを結合し、ヒートシンクの上にサーマルパッドを介在した後、サーマルパッドの上にバッテリーモジュールを載置してバッテリーモジュールの熱がサーマルパッドとヒートシンクを通して外部へ放熱されるように構成されている。
しかし、特許文献１や特許文献２のような従来技術によるバッテリーパックは、トレイの上面にヒートシンクを固定するのに必要な部品及び固定構造物の増加、ヒートシンクへの冷却水供給のためのインレットホース及びアウトレットホースのレイアウトの難しさなどで組立工程が容易でない。
また、ヒートシンクをトレイにリベットなどで固定してもヒートシンクの下面全体がトレイの上面に完全に密着することではないため、これらの間に隙間が存在するようになり、このため外部衝撃がトレイに加えられてトレイが振動するようになると、ヒートシンクが衝撃を受け得る。このような状況が持続するにつれ、ヒートシンクにクラックが発生して冷却水の漏水事故が起こることもある。
そこで、従来技術による水冷式バッテリーパックの問題点を補完可能な新しい冷却構成を有するバッテリーパックの開発が求められる。
韓国公開特許公報第１０－２０１５－０１００３６５号 韓国公開特許公報第１０－２０１８－００８１９９６号
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却流路構成を効率化することでパックハウジング内部の冷却構成部品の数を減らし、組立工程を単純化可能なバッテリーパックを提供することを目的とする。
また、本発明は、レイアウトが容易であり、耐久性が優秀な冷却流路構成をパックハウジングに安定的に統合させることを他の目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
本発明によると、ヒートシンクを備えたバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールが置かれる上面部及びバッテリーモジュールのヒートシンクに冷却水を供給または排出するためのクーラントチャンネルが形成されている下面部を有するフロアパネルと、フロアパネルの下に層状で配置されるベースプレートと、を備えるパックハウジングと、各々がクーラントチャンネルと選択的に連通し、フロアパネルの上面部に結合可能に設けられ、フロアパネルの右サイドラインに沿って配置される冷却水供給パイプと、フロアパネルの左サイドラインに沿って配置される冷却水排出パイプと、を含み、クーラントチャンネルは、その下端がベースプレートに固定結合したバッテリーパックが提供され得る。
クーラントチャンネルは、四角管状で右サイドラインから左サイドラインまで延びるように設けられ、四角管状のクーラントチャンネルの下端とベースプレートとは摩擦撹拌溶接され得る。
フロアパネルは、フロアパネルの下面部にクーラントチャンネルの厚さだけ突出して形成された支持部材をさらに含み得る。
支持部材は、縦断面が逆になった「Ｔ」字形態で右サイドラインから左サイドラインまで延びるように設けられ得る。
ヒートシンクは、バッテリーモジュールの底面を形成し得る。
クーラントチャンネルは、いずれか一つのバッテリーモジュールに冷却水を流入させるための第１クーラントチャンネルと、いずれか一つのバッテリーモジュールから冷却水を流出させるための第２クーラントチャンネルと、を含み、第１クーラントチャンネル及び第２クーラントチャンネルを一対として複数個が備えられ、パックハウジングの前後方向に沿って一定のパターン間隔で配列され得る。
一対をなす第１クーラントチャンネルと第２クーラントチャンネルとの間隔が、バッテリーモジュールの幅以内に決定され得る。
フロアパネルの中央領域に第１クーラントチャンネル一つ当たり二つずつの注入ポートと、第２クーラントチャンネル一つ当たり二つずつの排出ポートが設けられ得る。
バッテリーモジュールは、二つずつ互いに対向して配置され、対向して配置された二つのバッテリーモジュールは、二つの注入ポートのいずれか一つから各々冷却水が供給され、二つの排出ポートのいずれか一つから各々冷却水が排出されるように設けられ得る。
パックハウジングが各々フロアパネルと垂直に結合し、前面壁体を形成する前フレーム、後面壁体を形成する後フレーム、右側面壁体を形成する右側フレーム及び左側面壁体を形成する左側フレームをさらに含み得る。
右側フレームは、冷却水供給パイプを覆う第１パイプ保護膜を備え、左側フレームは、冷却水排出パイプを覆う第２パイプ保護膜を備え得る。
第１パイプ保護膜は、冷却水供給パイプの上部に配置される第１水平板と、第１水平板の一端から下方へ折り曲げられて延び、端部エッジがフロアパネルに溶接される第１垂直板と、を備え、第２パイプ保護膜は、冷却水排出パイプの上部に配置される第２水平板と、第２水平板の一端から下方へ折り曲げられて延び、端部エッジがフロアパネルに溶接される第２垂直板と、を備え得る。
バッテリーモジュールは、少なくとも一側が第１水平板または第２水平板にボルト締結され得る。
フロアパネル、前フレーム、後フレーム、右側フレーム、左側フレームが各々アルミニウム押出構造物であり得る。
なお、本発明の他の様態によると、前述したバッテリーパックを含む自動車が提供され得る。
本発明の一面によると、冷却流路構成を効率化することでパックハウジング内部の冷却装置部品数を減らし、組立工程を単純化できるバッテリーパックが提供される。
より具体的には、本発明のバッテリーパックは、冷却板のようなヒートシンクを統合したバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールへ冷却水を供給または排出するためのクーラントチャンネルが内蔵されているパックハウジングと、を備えており、既存に比べてパックハウジングの内部に設置される冷却装置構成品やこれらを固定するための締結手段のような部品数が少なくなり、組立工程が非常に単純化される。
また、本発明のバッテリーパックは、クーラントチャンネルがベースプレートと接合されていることを含め、冷却流路構造が安定的に設計されているため、衝撃や振動にも冷却機能の信頼性を維持することができる。
本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は特許請求範囲の記載から当業者により明らかに理解されるだろう。
本発明の一実施例によるバッテリーパックの概略的な斜視図である。 図１のバッテリーパックの構成を概略的に示した分解斜視図である。 図２のバッテリーモジュールが装着されたパックハウジングを示した斜視図である。 図３のパックハウジングの分解斜視図である。 図４のパックハウジングの結合斜視図である。 図４のフロアパネルの上面部を示した図である。 図６のフロアパネルの下面部を示した図である。 図７のフロアパネルにベースプレートを溶接した状態を示した図である。 本発明の一実施例によるパックハウジングの部分断面図である。 図５のＩ－Ｉ’によるパックハウジングの切開斜視図である。 図５のII－II’によるパックハウジングの切開斜視図である。 図３のIII－III’による断面図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの概略的な斜視図であり、図２は、図１のバッテリーパックの構成を概略的に示した分解斜視図であり、図３は、図２のバッテリーモジュールがパックハウジングに装着された状態を示した斜視図である。
これらの図面を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーパック１０は、複数のバッテリーモジュール１００、電装品アセンブリー２００、パックハウジング３００及びパックカバー６００を含む。
バッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセル（図示せず）を積層して形成したセル組立体（図示せず）と、セル組立体を収容するモジュールケース１１０と、ヒートシンク１３０（図１２参照）と、を含み得る。
例えば、バッテリーセルとしてはパウチ型二次電池が採用され得、パウチ型二次電池は、広い面が上下方向へ立てられて一方向へ積層されてセル組立体をなすように構成され得る。
モジュールケース１１０は、このようなセル組立体が内部で把持されるようにセル組立体の外郭を囲む直方体のボックス状で構成され得る。パウチ型二次電池のスウェリング現象と外部衝撃からセル組立体を充分に保護できるように、モジュールケース１１０は機械的剛性の高い金属材質で製作することが望ましい。
ヒートシンク１３０（図１２参照）とは、熱接触によって他の物体から熱を吸収して発散する物体を指し、内部に流路を備えた板状体の形態で設けられ得る。ヒートシンク１３０は、モジュールケース１１０の一部分である下部プレートの下に装着されるか、またはそのものがモジュールケース１１０の下部プレートとして働くように設けられ、バッテリーモジュール１００と統合されるように構成され得る。
ヒートシンク１３０は、バッテリーモジュール１００を後述するフロアパネル３１１の上面部に装着するとき、いずれか一つのクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂと垂直に連結される入口部と、他の一つのクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂに垂直に連結される出口部と、を備え得る。
詳しくは後述するが、冷却水は、いずれか一つのクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂからヒートシンク１３０の入口部を通してヒートシンク１３０の内部に形成されている流路に沿って循環しながらバッテリーセルの熱を吸収し、ヒートシンク１３０の出口部から他の一つのクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂを通してヒートシンク１３０の外へ排出され得る。
一方、バッテリーパック１０の容量と出力を高めるためには、複数のバッテリーモジュール１００が必要であり、これによって、バッテリーモジュール１００同士を連結するためのインターバスバーや、各バッテリーモジュール１００の電圧データと温度データなどをＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝送するためのワイヤーハーネス、コネクター類などのような部品数が増加する。
本実施例のバッテリーパック１０は、既存の一般的なバッテリーモジュールよりサイズが二倍～四倍まで大きい大容量のバッテリーモジュール１００を採用したものであり、同じ容量と出力を有する従来のバッテリーパックと比較すると、パックハウジング３００に搭載したバッテリーモジュール１００の総個数が少ない。即ち、バッテリーモジュール１００の容量を増加させて既存よりも少ない数の大容量のバッテリーモジュール１００をパックハウジング３００に搭載することによって、インターバスバー、ハーネスケーブル、コネクター類などのような部品数を減らすことができる。
また、大容量のバッテリーモジュール１００を搭載した本発明のバッテリーパック１０は、パックハウジング３００内でモジュールケース１１０とその付属品が占める空間占有率に比べてバッテリーセルが純粋に占める空間占有率を、従来の一般的なバッテリーモジュール１００を搭載したバッテリーパック１０よりも高めることができ、単位体積当たりのエネルギー密度が顕著に向上するという長所がある。
参考までに、本実施例の大容量のバッテリーモジュール１００は、１個当り約４８個のロングセルを含み得る。参考までに、既存のパウチ型二次電池を適用したバッテリーモジュールは幅（パウチセルの積層方向）が約１５０ｍｍ～２５０ｍｍ水準であるが、本実施例による大容量のバッテリーモジュール１００は、その幅が約８００ｍｍ水準である。
電装品アセンブリー２００は、リレー装置、電流センサー、ヒューズ、ＢＭＳ、ＭＳＤ（Ｍａｎｕａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）などを含み得る。リレー装置は、電流が流れる充放電経路を選択的に開閉するスイッチング部品であって、バッテリーパック１０に異常状況が発生したとき、充放電電流の流れを遮断し得る。ＢＭＳは、バッテリーモジュール１００の充放電動作を全般的に制御するバッテリー管理装置を指し、バッテリーパック１０に通常的に含まれる構成要素であると言える。そして、ＭＳＤは、高電圧バッテリーの電源を物理的な方法によって選択的に遮断するためのシステムであって、必要時にサービスプラグを分離して電源を遮断する。
このような電装品アセンブリー２００は、バッテリーモジュール１００と共にパックハウジング３００とパックカバー６００によって外部に露出しないようにパッケージングされ得る。
パックハウジング３００は、バッテリーモジュール１００と電装品アセンブリー２００を内部に収納できる空間を提供し、車体に結合可能にブラケット３３２やマウンティング構造体３４３、３５３が設けられている構造物であると言える。
パックハウジング３００は、バッテリーモジュール１００と電装品アセンブリー２００に機械的支持力を提供し、外部の衝撃などからこれらを保護する役割を果たすため、剛性が高い金属材質で製作することが望ましい。
具体的には、図４及び図５に示したように、本実施例によるパックハウジング３００は、バッテリーモジュール１００が装着されるように広い板状体の形態で提供される下部フレーム３１０と、このような下部フレーム３１０の周縁部に沿って垂直に結合して壁体を形成する前フレーム３２０と、後フレーム３３０と、右側フレーム３４０と、左側フレーム３５０と、そして右側フレーム３４０と左側フレーム３５０に両端が結合するクロスビーム３６０と、を含み得る。
下部フレーム３１０と、前フレーム３２０と、後フレーム３３０と、右側フレーム３４０と、左側フレーム３５０と、クロスビーム３６０とは、各々アルミニウム押出構造物であり、パックハウジング３００は、フレームを溶接及びボルト締結して形成され得る。
例えば、内部に空間とリブが混在するようにアルミニウムを押出してフレームを製作し、これらを溶接してパックハウジング３００を形成することで、パックハウジング３００の重量は減少し、機械的剛性は信頼性のあるレベルに維持することが可能である。
一方、本発明のパックハウジング３００を構成する下部フレーム３１０には、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂが一体化されており、以下では下部フレーム３１０の構成について詳しく説明する。
本発明による下部フレーム３１０は、フロアパネル３１１とベースプレート３１７で構成された二重層構造で設けられ得る。例えば、フロアパネル３１１の下にベースプレート３１７が層状で配置され、フロアパネル３１１とベースプレート３１７は、同じ面積を有するように設けられ得る。
フロアパネル３１１は、図６及び図７に示したように、バッテリーモジュール１００が置かれる上面部と、バッテリーモジュール１００のヒートシンク１３０に冷却水を供給または排出するためのクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂ、及びベースプレート３１７との層間間隔を維持するための支持部材３１５が形成されている下面部とからなる。
フロアパネル３１１の上面部は、複数のバッテリーモジュール１００を同じ平面上に行列で配置可能に表面が平坦で広く形成され、フロアパネル３１１の下面部は、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂと支持部材３１５が管やバー状で突出して凸パターンを形成するように構成され得る。
クーラントチャンネル３１３Ａ，３１３Ｂは、フロアチャンネルの右サイドラインから左サイドラインまで（Ｙ軸方向へ）延びた四角管状で設けられ得る。このようなクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂは、フロアチャンネルの左側から右側またはフロアチャンネルの右側から左側へ冷却水の流れを案内する通路の役割を果たし得る。
また、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂは、下端がベースプレート３１７に固定結合するように構成され得る。図８及び図９を参照すると、本実施例の場合、四角管状のクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂの下端面とベースプレート３１７を重ね合わせてこれらを摩擦撹拌溶接Ｗして相互に接合されるようにした。
例えば、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂとベースプレート３１７との間に若干のギャップが存在しても、ベースプレート３１７の振動時、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂが持続的に衝撃を受けて損傷する虞れがある。これに対し、本発明はこのような状況を防止するために、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂとベースプレート３１７とを接合することで、ベースプレート３１７の振動時にクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂが衝撃を受けないようにする。
参考までに、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂを備えたフロアパネル３１１は、アルミニウム押出が容易になるように４個のパートに分割して製作され得、パックハウジング３００の最下端になるベースプレート３１７は、剛性を極大化するために鋼板で製作され得る。
通常、アルミニウムと鉄のような異種金属は互いに接合しにくくてリベットで結合する場合が多い。しかし、リベットが差し込まれていない接合面は浮き上がることがあり、接触が不完全になり得る。このようなリベット方式の問題点を解決するために本実施例は、摩擦撹拌溶接（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ）でベースプレート３１７にクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂがその延び方向に沿って完全に接合されるようにしている。
言い換えれば、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂの下端面とベースプレート３１７を重ねた後、ベースプレート３１７側からツールを押して押圧し、回転させて圧力を加えてこれらを接合することができる。即ち、一定の限度を超えた圧力によってベースプレート３１７とクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂの下端面が固体状態から液体のように変形され、二つの金属が接合されるようになるのである。
このような摩擦撹拌溶接は別の溶接材料が不要であり、有害光線、有害ガスなどが発生しないため、環境に優しい。
支持部材３１５は、縦断面が逆になった「Ｔ」字形態であり、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂと並んで右サイドラインから左サイドラインまで延びるように設けられ、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂと同様にベースプレート３１７に摩擦撹拌溶接され得る。このようにフロアパネル３１１とベースプレート３１７とが堅固に固定結合して下部フレーム３１０が形成され得る。
図６及び図７と共に図１０～図１２を参照すると、本発明によるバッテリーパック１０は、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂに冷却水を供給するための冷却水供給パイプ４００と、クーラントチャンネル３１３Ａ、１３Ｂから冷却水を排出するための冷却水排出パイプ５００をさらに含む。
冷却水供給パイプ４００は、フロアパネル３１１の上面部に結合可能であり、フロアパネル３１１の右サイドラインに沿って配置され得る。そして、冷却水供給パイプ４００の入口ポート４１０は、前フレーム３２０を通過してパックハウジング３００の外部に露出し得、外部から冷却水供給パイプ４００の入口ポート４１０に冷却水を注入してパックハウジング３００の内部へ流入させ得る。
冷却水供給パイプ４００は、右側フレーム３４０をフロアパネル３１１に結合する過程で右側フレーム３４０によって覆われ得る。このために、右側フレーム３４０は、冷却水供給パイプ４００をカバーするように設けられた第１パイプ保護膜３４１を備え得る。図１０を参照すると、第１パイプ保護膜３４１は、冷却水供給パイプ４００の上部に配置される第１水平板３４１ａと、第１水平板３４１ａの一端から下方へ折り曲げられて延びて端部エッジがフロアパネル３１１に結合する第１垂直板３４１ｂで構成され得る。
第１パイプ保護膜３４１は、第１水平板３４１ａと第１垂直板３４１ｂがフロアパネル３１１の右サイドラインに沿って長く延びて冷却水供給パイプ４００全体を囲むように構成され得る。そして、フロアパネル３１１に第１垂直板３４１ｂの端部エッジを溶接することで、冷却水供給パイプ４００から冷却水が漏水されてもフロアパネル３１１の上面部へ冷却水が流出しないようにして短絡事故を防止する。
また、第１水平板３４１ａは、バッテリーモジュール１００を固定するための場所として用いられ得る。例えば、図１２に示したように、バッテリーモジュール１００は、モジュールケースから突出して上下方向へボルトＢを挿入するように設けられた締結ブロック１２０を備え得る。締結ブロック１２０は、バッテリーモジュール１００において第１水平板３４１ａの上面に置かれ得る高さに設けられ得る。バッテリーモジュール１００は、第１水平板３４１ａの上に置かれた締結ブロック１２０にボルトＢが締結されることで右側フレーム３４０に固定され得る。
冷却水排出パイプ５００は、フロアパネル３１１の上面部に結合可能であり、フロアパネル３１１の左サイドラインに沿って配置されるように設けられ得る。
冷却水排出パイプ５００の出口ポート５１０は、前フレーム３２０を通過してパックハウジング３００の外部に露出するように設けられ得る。パックハウジング３００内部の冷却水は、冷却水排出パイプ５００の出口ポート５１０を通して前フレーム３２０側の外部へ抜け出され得る。
前述した冷却水供給パイプ４００と同様に、冷却水排出パイプ５００は、左側フレーム３５０をフロアパネル３１１に結合する過程で左側フレーム３５０によって外部に露出しないように覆われ得る。
このために、左側フレーム３５０は、冷却水排出パイプ５００を覆うように設けられた第２パイプ保護膜３５１を備え得る。第２パイプ保護膜３５１は、冷却水排出パイプ５００の上部に配置される第２水平板３５１ａと、第２水平板３５１ａの一端から下方へ折り曲げられて延び、端部エッジがフロアパネル３１１に溶接される第２垂直板３５１ｂと、で構成され得る。
即ち、第２パイプ保護膜３５１は、前述した第１パイプ保護膜３４１と対称的に設けられ得、冷却水排出パイプ５００を外部衝撃から保護し、冷却水が漏水されてもフロアパネル３１１の上面部へ冷却水が流出しないようにして短絡事故を防止する役割を果たす。
また、第２水平板３５１ａは、前述した第１水平板３４１ａと同様に、バッテリーモジュール１００の締結ブロック１２０とボルト締結されてバッテリーモジュール１００の固定に用いられ得る。
以下では、図６及び図７と図１０～図１２をさらに参照して、本発明のバッテリーパック１０の冷却流路構造をより詳しく説明する。
クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂは、パックハウジング３００の前後方向（Ｘ軸方向）に沿って次のようなパターンで離隔して配置され得る。
図６及び図７を参照すると、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂは、いずれか一つのバッテリーモジュール１００に冷却水を流入させるためのクーラントチャンネルである第１クーラントチャンネル３１３Ａと、いずれか一つのバッテリーモジュール１００から冷却水を流出させるためのクーラントチャンネルである第２クーラントチャンネル３１３Ｂと、に分けられ得、第１クーラントチャンネル３１３Ａ及び第２クーラントチャンネル３１３Ｂを一対にして複数の対が備えられ得る。一対の第１クーラントチャンネル３１３Ａ及び第２クーラントチャンネル３１３Ｂ同士の間隔は、バッテリーモジュール１００の幅以内に決定され得る。本実施例の場合、３対のクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂが上述したパターンでフロアパネル３１１の下面部に備えられている。
冷却水供給パイプ４００と冷却水排出パイプ５００は、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂと選択的に連通するように連結される。
より具体的には、冷却水供給パイプ４００は、第１クーラントチャンネル３１３Ａと連通するように連結され、冷却水排出パイプ５００は、第２クーラントチャンネル３１３Ｂと連通するように連結される。
この際、冷却水供給パイプ４００と第１クーラントチャンネル３１３Ａは各々パイプコネクター４２０によって連結され得る。例えば、図１０のように、第１クーラントチャンネル３１３Ａの右側エッジに上下方向へホールが備えられ、ホールと冷却水供給パイプ４００との間にパイプコネクター４２０が介在され得る。冷却水排出パイプ５００も冷却水供給パイプ４００と同様の方式で第２クーラントチャンネル３１３Ｂのみに連通するように連結され得る。
このような構成によると、冷却水供給パイプ４００に流れる冷却水は、第１クーラントチャンネル３１３Ａのみへ移動可能であり、第２クーラントチャンネル３１３Ｂに流れる冷却水は、冷却水排出パイプ５００のみへ移動可能である。
図６と図１１を参照すると、フロアパネル３１１の中央領域に第１クーラントチャンネル３１３Ａ一つ当たり二つずつの注入ポートＰ１が設けられ、第２クーラントチャンネル３１３Ｂ一つ当たり二つずつの排出ポートＰ２が設けられ得る。
注入ポートＰ１は、第１クーラントチャンネル３１３Ａの内部空間と上下方向へ連通するホール形態であり、ホールの周りには封止材が備えられ得る。二つの注入ポートＰ１のいずれか一つは、フロアパネル３１１の前後方向センターライン（仮想線）を基準で右側に位置し、残りの一つは、左側に位置するように備えられ得る。
排出ポートＰ２は、注入ポートＰ１と同じ構造で第２クーラントチャンネル３１３Ｂの内部空間と上下方向へ連通するように設けられ得る。したがって、注入ポートＰ１と排出ポートＰ２は、フロアパネル３１１の前後方向（Ｘ軸方向）に沿って交互に備えられる。
即ち、本実施例の場合、フロアパネル３１１の上部面に６個の注入ポートＰ１と６個の排出ポートＰ２が備えられ、二つずつの注入ポートＰ１と二つずつの排出ポートＰ２が前後方向（Ｘ軸方向）に沿って交互に備えられている。
また、本実施例によるバッテリーモジュール１００は合計６個であり（図３参照）、これらは二つずつフロアパネル３１１をセンターラインを基準で対向するように２行３列に配置されている。
各バッテリーモジュール１００は、底面がヒートシンク１３０からなり、ヒートシンク１３０は、バッテリーモジュール１００の幅方向へ離隔し、フロアパネル３１１の注入ポートＰ１と排出ポートＰ２に垂直に挿入可能な入口部及び出口部（図示せず）を備え得る。
対向して配置された二つのバッテリーモジュール１００Ａ、１００Ｂは、同じ第１クーラントチャンネル３１３Ａと連通する二つの注入ポートＰ１のうち一つずつから各々冷却水が供給され、同じ第２クーラントチャンネル３１３Ｂと連通する二つの排出ポートＰ２のうち一つずつから各々冷却水が排出され得る。
言い換えれば、図１２に示したように、冷却水供給パイプ４００に沿って流れる冷却水は３個の第１クーラントチャンネル３１３Ａに分枝されて入り、注入ポートＰ１を通してバッテリーモジュール１００のヒートシンク１３０へ流入し得る。そして、ヒートシンクで熱を吸収した冷却水は、排出ポートＰ２から第２クーラントチャンネル３１３Ｂへ排出され得る。
即ち、６個のバッテリーモジュール１００は、各々のヒートシンク１３０の入口部及び出口部（図示せず）がフロアパネル３１１の注入ポートＰ１及び排出ポートＰ２に対応するように連結され、フロアパネル３１１に装着される。これによって、６個のバッテリーモジュールのいずれもが、冷却水供給パイプ４００、第１クーラントチャンネル３１３Ａ、各々のバッテリーモジュール１００、第２クーラントチャンネル３１３Ｂ、冷却水排出パイプ５００の順に流れる冷却水によってこれらの中に収納されているバッテリーセルが冷却される。
以上のように、本発明のバッテリーパック１０は、バッテリーモジュール１００に冷却水を供給するか、またはバッテリーモジュール１００から冷却水を排出することができるクーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂ、注入ポートＰ１、排出ポートＰ２の構成がフロアパネル３１１に統合されており、ヒートシンク１３０は、バッテリーモジュール１００に統合されている。このような構成からなる本発明のバッテリーパック１０は、冷却水供給パイプ４００と冷却水排出パイプ５００を除いてはパックハウジング３００内に固定または設置されなければならない他の冷却装置部品が不要となるため、従来に比べてバッテリーパック１０の組立工程を大幅単純化することができる。
また、冷却水供給パイプ４００と冷却水排出パイプ５００を各々右側フレーム３４０と左側フレーム３５０によって覆って保護し、クーラントチャンネル３１３Ａ、３１３Ｂをベースプレート３１７に摩擦撹拌溶接することで、衝撃や振動にも冷却流路構造が安定的に維持される。
一方、本発明によるバッテリーパック１０は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車の動力エネルギー源として含まれ得る。即ち、本発明による自動車は、前述したバッテリーパック１０を含み得る。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
１００ バッテリーモジュール
１３０ ヒートシンク
３００ パックハウジング
３１１ フロアパネル
３１３Ａ、３１３Ｂクーラントチャンネル
３１７ ベースプレート
４００ 冷却水供給パイプ
５００ 冷却水排出パイプ

Claims (15)

  1. ヒートシンクを備えたバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールが置かれる上面部及び前記バッテリーモジュールのヒートシンクに冷却水を供給または排出するためのクーラントチャンネルが形成されている下面部を有するフロアパネルと、前記フロアパネルの下に層状で配置されるベースプレートと、を備えるパックハウジングと、
    各々が前記クーラントチャンネルと選択的に連通し、前記フロアパネルの上面部に結合可能に設けられ、前記フロアパネルの右サイドラインに沿って配置される冷却水供給パイプと、前記フロアパネルの左サイドラインに沿って配置される冷却水排出パイプと、
    を含み、
    前記クーラントチャンネルは、その下端が前記ベースプレートに固定結合したことを特徴とする、バッテリーパック。
  2. 前記クーラントチャンネルは、
    四角管状で前記右サイドラインから前記左サイドラインまで延びるように設けられ、前記四角管状のクーラントチャンネルの下端と前記ベースプレートとが摩擦撹拌溶接されたことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記フロアパネルが、
    前記フロアパネルの下面部に前記クーラントチャンネルの厚さだけ突出して形成された支持部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
  4. 前記支持部材は、縦断面が逆になった「Ｔ」字形態で前記右サイドラインから前記左サイドラインまで延びるように設けられたことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
  5. 前記ヒートシンクが、前記バッテリーモジュールの底面を形成することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
  6. 前記クーラントチャンネルは、
    いずれか一つの前記バッテリーモジュールに冷却水を流入させるための第１クーラントチャンネルと、いずれか一つの前記バッテリーモジュールから冷却水を流出させるための第２クーラントチャンネルと、を含み、
    前記第１クーラントチャンネル及び前記第２クーラントチャンネルを一対として複数個が備えられ、前記パックハウジングの前後方向に沿って一定のパターン間隔で配列されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
  7. 一対をなす前記第１クーラントチャンネルと前記第２クーラントチャンネルとの間隔が、前記バッテリーモジュールの幅以内であることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。
  8. 前記フロアパネルの中央領域に前記第１クーラントチャンネル一つ当たり二つずつの注入ポートと、前記第２クーラントチャンネル一つ当たり二つずつの排出ポートが設けられていることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。
  9. 前記バッテリーモジュールが、二つずつ互いに対向して配置され、
    対向して配置された二つの前記バッテリーモジュールは、前記二つの注入ポートのいずれか一つから各々冷却水が供給され、前記二つの排出ポートのいずれか一つから各々冷却水が排出されるように設けられることを特徴とする、請求項８に記載のバッテリーパック。
  10. 前記パックハウジングが各々前記フロアパネルと垂直に結合し、
    前面壁体を形成する前フレーム、後面壁体を形成する後フレーム、右側面壁体を形成する右側フレーム、及び左側面壁体を形成する左側フレームをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
  11. 前記右側フレームが、前記冷却水供給パイプを覆う第１パイプ保護膜を備え、
    前記左側フレームが、前記冷却水排出パイプを覆う第２パイプ保護膜を備えることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリーパック。
  12. 前記第１パイプ保護膜は、前記冷却水供給パイプの上部に配置される第１水平板と、前記第１水平板の一端から下方へ折り曲げられて延び、端部エッジが前記フロアパネルに溶接された第１垂直板と、を備え、
    前記第２パイプ保護膜は、前記冷却水排出パイプの上部に配置される第２水平板と、前記第２水平板の一端から下方へ折り曲げられて延び、端部エッジが前記フロアパネルに溶接された第２垂直板と、を備えることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリーパック。
  13. 前記バッテリーモジュールは、少なくとも一側が前記第１水平板または前記第２水平板にボルト締結されることを特徴とする、請求項１２に記載のバッテリーパック。
  14. 前記フロアパネル、前記前フレーム、前記後フレーム、前記右側フレーム、及び前記左側フレームが各々、アルミニウム押出構造物であることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリーパック。
  15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含むことを特徴とする、自動車。
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