KR100844684B1 - 배터리모듈의 지지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리모듈의 지지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각풍의 상류에서 하류방향으로 갈수록 반으로 나뉘어진 지지홈을 갖는 모듈지지부의 형상을 작게함으로써, 모듈과 냉각풍의 접촉면적을 변화시켜 모듈간의 온도차를 소정값이하로 유지할 수 있도록 한 배터리모듈의 지지장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 다수의 배터리모듈을 지지하는 모듈지지부와; 상기 모듈지지부에 상기 배터리모듈이 지지되도록 일정한 간격으로 형성된 지지홈을 포함하여 구성되고, 상기 모듈지지부는 배터리모듈의 양단부 또는 전단부, 중간부 및 후단부를 지지하고, 상기 배터리모듈이 1단의 모듈지지부에 장착되는 모듈수를 초과하는 경우에 다수단으로 모듈지지부를 적층시킨 후 전기적인 접속 및 기계적인 결합을 하되, 냉각풍의 상류측에서 하류측으로 향해 냉각풍과 모듈 사이의 접촉면적이 커지도록 상기 모듈지지부의 폭이 작아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리모듈의 지지장치를 제공한다.
배터리모듈

Description

배터리모듈의 지지장치{Holder for battery module}
도 1은 본 발명에 따른 배터리모듈의 지지장치의 종래예를 나타내는 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 배터리모듈의 지지장치의 종래예를 나타내는 측단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 모듈지지부의 일실시예를 나타내는 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 배터리모듈의 지지장치의 다른 실시예를 나타내는 평면도이고,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 지지홈의 절개부를 나타내는 측단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 배터리모듈 11,110 : 모듈지지부
12 : 지지홈 13,130 : 절개부
본 발명은 배터리모듈의 지지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각풍의 상류에서 하류방향으로 갈수록 반으로 나뉘어진 지지홈을 갖는 모듈지지부의 형상을 작게함으로써, 모듈의 냉각풍 접촉면적을 변화시켜 모듈간의 온도차를 소정값이하로 유지할 수 있도록 한 배터리모듈의 지지장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 배터리는 자동차의 각 요소에 대한 전기 제공 부품으로서 차량의 전장 부하와 발전부에 의하여 충방전을 반복하게 된다.
이러한 과정 중 배터리의 온도 상승은 배터리 내부 저항의 변화를 가져오게 되고 전기적인 성능이 저하되며, 차량의 효율적인 전기 관리가 이루어지지 못하는 문제 및 배터리 수명의 단축을 가져오는 문제가 있다.
특히 최근의 하이브리드 자동차용 2차전지의 개발 및 적용의 일반화에 따라 배터리의 내부 온도를 적정 수준으로 냉각시켜야 할 현실적 필요성이 더욱 요구되게 되었다.
한편, 일본특허공개 2005-183343호에는 복수의 배터리모듈(이하, '모듈'이라고 함)을 수납하는 경우에 각 모듈간의 온도차를 소정의 값 이하로 유지하기 위해, 수납케이스 내부에 냉각풍의 정류부재, 안내홈 및 도풍판(fin)이 설치된 구조가 개시되어 있다.
또한, 일본특허공개 2000-223096호 및 일본특허공개 2003-331807에는 수평으로 배치한 복수의 모듈을 반으로 나뉜 홀더로 상하에서부터 끼우는 구조가 개시되어 있다.
그러나, 상기 홀더의 모듈지지부의 형상은 전체적으로 동일하기 때문에, 냉각풍의 상류와 하류와는 각 모듈간에 큰 온도차가 생기게 되므로, 그 온도차를 소정의 값 이하로 하기 위해서는 큰 냉각팬을 장착하게 되어 부품 가격이나 소비전력이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 모듈지지부의 형상을 냉각풍의 상류에서 하류를 향해 면적을 변화시킴으로써, 각 모듈간의 온도차를 종래의 냉각핀이나 냉각팬을 사용하지 않아도 소정의 온도차 내로 유지할 수 있어 비용 및 전력을 현저하게 절감할 수 있으며, 모듈 온도의 불균형을 억제하여 모듈 수명의 장기화를 할 수 있도록 한 배터리모듈의 지지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 배터리모듈의 지지장치에 있어서,
다수의 배터리모듈을 지지하는 모듈지지부와; 상기 모듈지지부에 상기 배터리모듈이 지지되도록 일정한 간격으로 형성된 지지홈을 포함하여 구성되고, 상기 모듈지지부는 배터리모듈의 양단부 또는 전단부, 중간부 및 후단부를 지지하고, 상기 배터리모듈이 1단의 모듈지지부에 장착되는 모듈수를 초과하는 경우에 다수단으로 모듈지지부를 적층시킨 후 전기적인 접속 및 기계적인 결합을 하되, 냉각풍의 상류측에서 하류측으로 향해 냉각풍과 모듈과의 접촉면적이 커지도록 상기 모듈지지부의 폭이 작아지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 모듈지지부는 하단에 위치한 제1모듈지지부와, 중간에 위치한 제2모듈지지부와, 상단에 위치한 제3모듈지지부로 구성되고, 상기 제1모듈지지부의 상면 및 제3모듈지지부의 하면에는 반원으로 나뉜 지지홈이 일정한 간격으로 형성되고, 상기 제2모듈지지부의 상면 및 하면에는 상기 지지홈이 일정한 간격으로 형성되며, 상기 지지홈은 배터리모듈의 외주면을 반씩 접촉하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 실시예로서, 상기 모듈지지부는 일면이 수직방향으로 형성된 평면부와, 상기 평면부에 대해 일정한 각도로 경사지게 형성된 경사면부를 포함하고, 상기 모듈지지부는 배터리모듈의 전단부, 중간부 및 후단부를 각각 지지하는 전단측, 중간측 및 후단측 모듈지지부로 배치되되, 상기 중간측 모듈지지부는 평면부가 접하도록 2개의 모듈지지부를 설치하고, 상기 전단측 및 중간측 모듈지지부와, 상기 후단측 및 중간측 모듈지지부는 경사면부가 서로 마주보게 일정한 간격으로 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지홈에는 모듈지지부의 길이방향으로 절개부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절개부는 냉각풍의 상류측에서 하류측으로 갈수록 컷팅량이 커져서 상기 절개부를 통해 냉각풍과 모듈의 접촉면적이 커지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2모듈지지부의 상면에 형성된 지지홈은 상기 제2모듈지지부의 하면에 형성된 지지홈 사이에 엇갈리게 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 모듈(10)을 지지하는 모듈지지부(11,110)는 수지재로 구성되어, 전기적인 절연성을 갖고, 동시에 수지 성형에 의한 생산성을 향상시킬 수 있다. 이때, 조립되는 모듈수에 따라 모듈지지부(11,110)의 수나 적층 단수를 설정하게 된다.
상기 모듈지지부(11,110)에는 반원의 지지홈(12)이 일정한 간격으로 다수 형성되고, 다수의 모듈지지부(11,110)가 모듈(10)의 횡방향으로 배치되며, 다수 모듈(10)의 외주면이 지지홈(12)에 지지되어 지지된다.
상기 모듈지지부(110)는 가장 하단에 위치한 제1모듈지지부(110a)와, 제1모듈지지부(110a)의 상면에 적층되는 제2모듈지지부(110b)와, 가장 상단에 위치한 제3모듈지지부(110c)로 구성되어 있다.
상기 제1모듈지지부(110a)의 하면 및 제3모듈지지부(110c)의 상면에는 지지홈(12)이 없고, 제2모듈지지부(110b)의 하면 및 상면에는 지지홈(12)이 일정한 간격으로 형성되어 있다. 이때, 상면의 지지홈(12)은 하면의 지지홈(12) 사이에 위치하여 엇갈리게 형성되어 있으며, 다수 모듈(10)의 외주면이 제1 및 제2모듈지지부(110a,110b)의 안착홈(12)에 반씩 끼워지게 된다.
상기 제1 내지 제3모듈지지부(110a~110c)는 동일한 형상으로 적층되되, 모듈지지부(110)의 폭이 냉각풍의 유입측에서 배출측으로 갈수록 작게 형성되어 있다.
즉, 상기 모듈지지부(110)의 일측면에는 일직선으로 평면부가 형성되어 있 고, 모듈지지부(110)의 타측면에는 평면부에 대해 일정각도로 경사면부가 경사지게 형성되어 있다.
본 발명에 따른 모듈지지부의 일실시예로서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 상기 모듈지지부(110)의 경우에 냉각풍 유입측의 폭은 L1이고, 냉각풍 배출측의 폭은 L2이다. 이때, 상기 L1이 L2보다 크다.
또한, 상기 모듈지지부(110)는 모듈(10)의 전단부를 지지하는 전단측 모듈지지부(110a')와, 모듈(10)의 중간부를 지지하는 중간측 모듈지지부(110b')와, 모듈의 후단부를 지지하는 후단측 모듈지지부(110c')로 구성되어 있다.
상기 전단측 및 후단 모듈지지부(110a',110c')는 평면부(111)가 바깥쪽을 향하도록 배치되고, 중간측 모듈지지부(110b')는 두개의 모듈지지부 평면부(111)가 서로 접촉하고 경사면부가 전단측 및 후단측 모듈지지부(110a',110c')의 경사면부와 마주보도록 배치된다.
이와 같은 구성에서 모듈지지부(110) 사이의 폭이 큰 쪽이 냉각풍 유입측이고, 모듈지지부(110) 사이의 폭이 작은 쪽이 냉각풍 배출측이다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 배터리모듈의 지지장치의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
상기 L1치수를 L2치수보다 크게 함으로써, L1측(상류측)에서는 온도가 낮은 냉각풍이 모듈(10)에 접촉하는 면적이 줄어들고, 이에 반해 L2측(하류측)으로 향할수록 냉각풍이 모듈(10)에 접촉하는 면적이 늘어나게 된다.
따라서, 상류측으로부터 하류측까지 모듈(10)간의 온도차를 소정값이 이하로 유지할 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 상기 반원으로 나뉜 지지홈(12)에 절개부(13,130)를 형성하되, 냉각풍의 상류에서 모듈지지부(110)의 컷팅량을 줄이고 하류로 갈수록 컷팅량을 늘림으로써, 상기 절개부(130)를 통해 냉각풍이 모듈(10)과 접촉하여 상류측에서 하류측으로 갈수록 냉각풍이 더 많이 접촉하여 모듈(10)간의 온도차를 소정값이 이하로 유지할 수 있다.
더욱, 본 발명의 냉각구조는 종래의 냉각을 목적으로 한 정류부재나 안내홈 및 도풍판 등의 전용부품(FIN)이 불필요하게 되므로, 모듈지지부(110)의 외측 치수가 냉각용의 기구로서 증가하지 않아서, 소형, 경량, 저가격 및 전력 절약을 도모할 수 있다.
미설명부호 230a 및 230b는 절개부이고, 14는 적층된 모듈지지부를 체결하기 위한 관통홀이다.
실험예
다음은 종래기술과 본 발명에 따른 모듈을 냉각한 후의 온도차를 비교한 결과이다.
1) 모듈간 온도차의 최소화 예측치
이때, 냉각조건으로 풍량은 60m3/h이고, 모듈 발열량은 5W/module이다.
종래품(L1=L2)의 경우에 최고 모듈온도는 35.3℃이고, 최저 모듈온도는 29.4℃이며, 온도차는 5.9℃이다.
본 발명(L1>L2)의 경우(도 4)에 최고 모듈온도는 34.0℃이고, 최저 모듈온도는 31.1℃이며, 온도차는 2.9℃이다.
2) 모듈간 온도차의 최소화 예측치
이때, 냉각조건으로 풍량은 150m3/h이고, 모듈 발열량은 21W/module이다.
종래품(컷팅없는 제품)의 경우에 최고 모듈온도는 48.5℃이고, 최저 모듈온도는 39.4℃이며, 온도차는 9.1℃이다.
본 발명(절개부(13,130)가 있음)의 경우에 최고 모듈온도는 44℃이고, 최저 모듈온도는 39℃이며, 온도차는 5℃이다.
상기 1) 및 2)의 결과에 의하면 전지 수명이 약 15% 연장될 것으로 추정된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예를 모두 포함한다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리모듈의 지지장치에 의하면, 반원으로 나뉜 지지홈을 갖는 모듈지지부의 폭이 냉각풍의 상류측에서 하류측으로 갈수록 작게 형성되고, 지지홈의 컷팅량을 냉각풍의 상류측에서 하류측으로 갈수록 크게 함으로써, 모듈과 냉각풍의 접촉면적을 하류방향으로 갈수록 크게하여 모듈간의 온도차를 소정값 이하로 유지할 수 있다.
또한, 종래의 종래의 냉각을 목적으로 한 정류부재나 안내홈 및 도풍판 등의 전용부품(FIN)이 불필요하게 되므로, 부품 및 소비전력을 현저하게 절감할 수 있으며, 또한 모듈 온도의 불균형을 억제하여 모듈 수명의 장기화를 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 배터리모듈의 지지장치에 있어서,
    다수의 배터리모듈(10)을 지지하는 모듈지지부(110)와;
    상기 모듈지지부(110)에 상기 배터리모듈(10)이 안착되도록 일정한 간격으로 형성된 지지홈(12)을 포함하여 구성되고, 상기 모듈지지부(110)는 배터리모듈의 양단부 또는 전단부, 중간부 및 후단부를 지지하고, 상기 배터리모듈(10)이 1단의 모듈지지부(110)에 장착되는 모듈수를 초과하는 경우에 다수단으로 모듈지지부(110)를 적층시킨 후 전기적인 접속 및 기계적인 결합을 하되, 냉각풍의 상류측에서 하류측으로 향해 냉각풍과 모듈(10)과의 접촉면적이 커지도록 상기 모듈지지부(110)의 폭이 작아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리모듈의 지지장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모듈지지부(110)는 하단에 위치한 제1모듈지지부(110a)와, 중간에 위치한 제2모듈지지부(110b)와, 상단에 위치한 제3모듈지지부(110c)로 구성되고, 상기 제1모듈지지부의 상면 및 제3모듈지지부의 하면에는 반원으로 나뉜 지지홈(12)이 일정한 간격으로 형성되고, 상기 제2모듈지지부의 상면 및 하면에는 상기 지지홈(12)이 일정 또는 부정한 간격으로 형성되며, 상기 지지홈(12)은 배터리모듈(10)의 외주면을 반씩 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈의 지지장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 모듈지지부(110)는 일면이 수직방향으로 형성된 평면부와, 상기 평면부에 대해 일정한 각도로 경사지게 형성된 경사면부를 포함하고, 상기 모듈지지부(110)는 배터리모듈의 전단부, 중간부 및 후단부를 각각 지지하는 전단측, 중간측 및 후단측 모듈지지부(110a',110b',110c')로 배치되되, 상기 중간측 모듈지지부(110b')는 평면부(111)가 접하도록 2개의 모듈지지부가 합쳐지고, 상기 전단측 및 중간측 모듈지지부(110a',110b')와, 상기 후단측 및 중간측 모듈지지부(110c',110b')는 경사면부(112)가 서로 마주보게 일정한 간격으로 설치된 것을 특징으로 하는 배터리모듈의 지지장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지홈(12)에는 모듈지지부(110)의 길이방향으로 절개부(13,130)가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리모듈의 지지장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 절개부(130)는 냉각풍의 상류측에서 하류측으로 갈수록 컷팅량이 커져 서 상기 절개부(130)를 통해 냉각풍과 모듈(10)과의 접촉면적이 커지는 것을 특징으로 하는 배터리모듈의 지지장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2모듈지지부(110b)의 상면에 형성된 지지홈(12)은 상기 제2모듈지지부의 하면에 형성된 지지홈(12) 사이에 엇갈리게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리모듈의 지지장치.
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