KR100872147B1 - 전기 장치의 탑재 구조 - Google Patents

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Abstract

배터리 어셈블리(100A, 100B)는 수하물 공간, 또는 뒷좌석 아래에 탑재된다. 배터리 어셈블리(100A, 100B)에서, 차량의 측면에서 보았을 때 실질적으로 직사각형의 구조를 가지는 배터리 팩(130)은, 배터리 커버와 하부 케이스를 가지면서 차량의 측면에서 보았을 때 실질적으로 평행사변형의 구조를 가지는 케이싱 내에 경사지는 방식으로 수납된다. 수지 챔버(102, 104)는 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 앞쪽 위치 및 뒤쪽 위치 내 간극에 제공된다. 냉각 공기의 통로는 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 상부 영역 및 하부 영역 내 간극으로 형성된다. 배터리 어셈블리(100A, 100B)는 그 바닥부가 차량의 전방 쪽으로 돌출되도록 탑재된다.

Description

전기 장치의 탑재 구조{MOUNTING STRUCTURE OF ELECTRICAL EQUIPMENT}
본 발명은 차량에 탑재되는 전기 장치(배터리, 캐패시터, 연료전지, PCU(Power Control Unit) 등)에 관한 것이고, 특히 냉각이 필요한 전기 장치의 탑재구조에 관한 것이다.
전기 자동차, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 등 모터로 차량을 구동시키는 형식의 차량에는, 비교적 대용량의 2차 전지를 가지는 전원 유닛(배터리 팩)이 탑재된다. 이와 같은 배터리 팩은 납축 전지, 니켈 수소 전지, 그리고 리튬 이온 전지 등을 직렬로 다수 개 접속함으로써 높은 전압을 얻게 된다..
일반적으로, 집합형(assembly type) 2차 전지(배터리 모듈)가 배터리 팩으로 사용된다. 배터리 모듈은, 필요한 전력 용량이 얻어지도록 일체형으로 연결되는 복수 개의(예를 들면, 6개) 전기 셀(예를 들면, 1.2V의 출력 전압을 가지는 배터리 셀)을 가지는 것으로 구성된다. 이와 같은, 소정 개수의 배터리 모듈이 직렬로 연결되어 200V 내지 300V의 높은 출력 전압을 가질 수 있는 배터리 팩을 구성한다.
이러한 배터리 팩에서는, 복수 개의 직육면체 배터리 모듈 중 그 폭이 넓은 면을 서로 대항시켜서 적층 구조로 배치된다. 끝판(end plate)은, 양끝에 위치하는 배터리 모듈 셀의 바깥쪽에 접한다. 이 끝판은, 구속 밴드로 결속되어서 서로 연결된다.
배터리 팩 내의 배터리 셀(예를 들면, 니켈 수소 전지)의 구조가 이하에 설명된다. 양극판(anode plate)과 음극판(cathode plate)의 층들은 그 사이에 세퍼레이터가 있는 상태로 적층되어, 전력 생성 요소로서 정의되는 하나의 그룹의 극판들을 형성한다. 이 그룹의 극판들은 전해액과 함께 셀 내에 수용된다. 각 셀의 개구부는 안전 밸브가 장착된 뚜껑(lid)에 의해 닫힌다. 한 그룹의 극판을 이루는 각 음극판의 일측 상단으로부터 위쪽으로 리드(lead)가 양극 단자에 연결된다. 마찬가지로 각 양극판의 일측 상단으로부터 위쪽으로 리드(lead)가 음극 단자에 연결된다. 이들 양극 단자와 음극 단자는 뚜껑(lid)에 부착된다.
배터리 팩에서는 배터리 셀 내에서 발생하는 화학 반응에 의해 열이 발생된다. 이렇게 발생되는 열을 무시하면 배터리 성능 및 수명의 저하와 같은 결함으로 이어진다. 배터리 모듈이 차량 내에 설치되는 경우에는, 냉각 매체로 정의되는 공기 통로에 상당하는 간극(gap)이 제공되어 차량 내부 또는 외부로부터 공기를 들여오거나 내보냄으로써 배터리 팩이 냉각된다.
일본 공개 특허 공보 2004-47426 호에서는 배터리 모듈과 냉각 장치의 높이를 억제하면서도 각 2차 전지를 효율적으로, 그리고 균일하게 냉각시키는 배터리 모듈용 냉각 장치에 관하여 개시하고 있다. 이 배터리 모듈용 냉각 장치는, 배터리 모듈 내에 병렬로 배치되는 복수 개의 각 2차 전지 사이에, 수직 방향에 대하여 직교하는 가로 방향 내에 냉각 매체를 통과시키도록 형성된 냉각 매체 통로와, 그 냉각 매체 통로로 냉각 매체를 공급하는 냉각 매체 공급수단을 포함한다. 이 냉각 매체 공급 수단은, 배터리 모듈의 좌우 양측에 배치되고 각 냉각 매체 통로에 대하여 반대쪽 가로 방향으로 냉각 매체를 선택적으로 공급하도록 형성된 출구를 가지는 한 쌍의 냉각 매체 도입 덕트와, 이 두 개의 공급 매체 도입 덕트에 대하여 냉각 매체를 공급하는 냉각 매체 압력 공급 수단을 포함한다.
이 배터리 모듈용 냉각 장치에서, 냉각 매체가 가로 방향으로 흐르는 냉각 매체 통로는, 높이 치수가 두께 치수보다 크고 좌우 폭이 높이 치수보다 큰, 인접하는 입방형(cuboid) 2차 전지의 각진 옆면들 사이에 형성된다. 이 냉각 매체 공급 수단은, 냉각 매체 통로 쪽으로 냉각 매체가 흐르도록 형성된다. 배터리 모듈의 좌우 방향으로부터 2차 전지의 각각의 각진 옆면들 사이의 냉각 매체 통로로 냉각 매체를 흐르게 함으로써, 작은 두께의 각각의 2차 전지는 효과적으로 냉각될 수 있다. 또한, 냉각 매체 공급 수단이 배터리 모듈의 위, 아래 쪽에 제공될 필요가 없기 때문에 냉각 장치를 포함하는 배터리 모듈의 높이가 억제될 수 있다. 이는 차량의 구동 전원 공급원으로서의 배터리 모듈을 장착하는 공간을 확보한다는 점에서 우수하다.
일본 특개 2004-47426 호에 개시된 냉각 장치를 가지는 배터리 모듈에서는, 2차 전지의 높이 방향 치수가 억제될 수 있다고 하더라도, 다음과 같은 문제점을 가진다. 그와 같이 형성된 2차 전지는, 차량의 폭 방향(가로 방향)에 상당하는 2차 전지의 배열방향으로 차량에 장착되는 것을 예정하고 있다(대부분의 사용 어플리케이션도 이와 같은 탑재 방향에 대응한다). 높이 방향의 치수가 억제되기 때문에, 플로어 패널 위쪽 그리고 시트 아래쪽에 배터리 모듈을 장착가능한 장착용이성 이 뛰어나기는 하나, 차량의 길이 방향, 즉 차량의 전방으로부터 후방까지 또는 후방으로부터 전방까지의 세로방향으로 제공되는 냉각 매체 통로는 그 방향으로 증가된 치수를 가지게 될 것이다. 이는, 그 배터리 모듈이 앞좌석 밑에 장착되는 경우, 뒷좌석 탑승자의 발끝 근방의 공간이 줄어들 수 있다는 것을 의미한다. 배터리 모듈이, 2열 시트를 가지는 차량의 뒷바퀴 부근에 장착되는 경우에는, 플로어 패널에 제공되는 오목한 곳에 수납되어 있던 스페어 타이어를 꺼낼 때 지장을 받을 수도 있다.
그와 같은 문제는 하나의 2차 전지에 한정되지 않고, 공기 또는 공기 순환에 의한 냉각을 필요로 하는 2차 전지들(충전가능한 배터리들), 캐패시터, 연료전지, PCU 등에서도 흔히 발생할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 목적은 높이 방향의 치수를 억제하면서도 탑재성이 뛰어난 전기 장치의 탑재 구조를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 전기 장치의 탑재 구조는 전기 장치 자체를 수납하는 적어도 6개의 면을 가지는 케이싱과, 케이싱의 바닥면을 차량의 플로어 패널 상에 유지하기 위한 유지부를 포함한다. 전기 장치 자체는 실질적으로 직육면체의 구조를 가진다. 케이싱은 차량 길이 방향의 뒤쪽에서 케이싱의 상면 측이 바닥면 측보다 차량의 후방으로 더 길게 연장되는 구조를 가진다.
본 발명에 따르면, 예를 들어, 니켈 금속 수소 전지로 형성되는 실질적으로 직육면체 구조의 대용량 배터리 팩이 차량의 전기 장치로서 장착되는 경우, 배터리 팩(이하 배터리 팩과 케이싱을 '배터리 어셈블리'라고 함)을 수납하는 케이싱은 차량의 뒤쪽에서, 상면 측이 바닥면 측보다 차량의 후방으로 더욱 연장되는 기울기를 가진다. 이 기울기로 인하여 배터리 어셈블리는 수하물 공간에 탑재되는 경우, 배터리 어셈블리보다 더욱 뒤쪽에 배치되는 스페어 타이어(임시 스페어 휠)를 싣고 꺼내는 동안에 지장을 받지 않는다. 이 배터리 어셈블리가 앞좌석의 아래에 탑재되는 경우, 이 기울기로 인하여 뒷좌석 탑승자의 발끝 부근에 공간이 확보된다. 뒷좌석 탑승자의 발은 이 배터리 어셈블리에 의해 방해받지 않는다. 배터리 어셈블리의 내부에 있어서 직육면체의 형상을 가지는 배터리 팩과 경사를 가지는 케이싱 사이에 공간이 확보된다. 이 공간은 냉각 매체(공기)의 챔버 또는 통로로 사용될 수 있어, 높이 방향의 치수가 증가되지 않는다. 결과적으로, 높이 방향의 치수를 억제하면서도 탑재성이 더욱 우수한 전기 장치의 탑재 구조가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 케이싱이 차량 길이 방향의 앞쪽에서 케이싱의 바닥면 측이 상면 측보다 차량의 전방으로 더욱 연장되는 구조를 가진다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩을 수납하는 케이싱은 차량 길이 방향의 앞쪽에서 바닥면 측이 상면 측보다 차량의 전방으로 더욱 연장되는 기울기를 가진다. 배터리 어셈블리가 수하물 공간에 탑재되는 경우, 이 기울기는 차량의 후방으로 경사지는 파티션 패널을 따라 설정될 수 있다. 따라서 배터리 어셈블리는 종래의 직육면체 케이싱과 비교하여 차량의 전방 측에 불필요한 공간 없이 탑재될 수 있다. 배터리 어셈블리가 앞좌석의 아래에 탑재되는 경우, 이 기울기는 차량의 후방 쪽으로 경사진 시트 부착 브라켓을 따라 설정될 수 있다. 따라서 배터리 어셈블리는 종래의 직육면체 케이싱에 비하여 불필요한 공간 없이 차량에 탑재될 수 있다. 배터리 어셈블리의 내부에 있어서, 직육면체 배터리 팩과 경사를 가지는 케이싱 사이에 차량의 앞쪽과 뒤쪽으로 두 개의 간극이 형성된다. 이 간극은 냉각 매체(공기)의 챔버 또는 통로로 사용될 수 있기 때문에, 특히 높이 방향의 치수가 증가되지 않는다. 결과적으로, 높이 방향의 치수를 억제하면서도 탑재성이 더욱 뛰어난 전기 장치의 탑재 구조가 제공될 수 있다.
차량의 측면에서 보았을 때 케이싱의 단면은 밑변이 수평한 평행사변형인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 실질적으로 직사각형의 단면을 가지는 배터리 팩이 실질적으로 평행사변형의 단면을 가지는 케이싱 내에 수납되기 때문에 평행사변형의 기울어지 변과 배터리 팩의 짧은 변 사이에 간극이 형성된다. 이 간극은 냉각 매체(공기)의 챔버 또는 통로로 사용될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 케이싱의 바닥면이 전기 장치 자체의 바닥면과 평행하지 않도록 전기 장치가 케이싱 내에 수납된다.
본 발명에 따르면, 예를 들어, 실질적으로 직사각형의 단면을 가지는 배터리 팩이 실질적으로 평행사변형의 단면을 가지는 케이싱 내에 경사지는 방식으로 수납되기 때문에 평행사변형의 기울어진 변과 배터리 팩의 짧은 변 사이에 차량의 앞쪽과 뒤쪽으로 생기는 간극들과는 별도로 상부 영역과 하부 영역에 간극이 형성된다. 이 간극은 챔버와 연통되는 냉각 매체(공기)의 통로로 사용될 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 전기 장치를 냉각시키기 위한 덕트가, 전기 장치 자체의 바닥면과 평행하지 않은 케이싱의 바닥면으로 인하여 형성되는 공간에 제공된다.
전기 장치를 냉각하기 위한 덕트가, 실질적으로 평행사변형의 단면을 가지는 케이싱과 실질적으로 직사각형의 단면을 가지는 배터리 팩 사이의 공간에 제공되기 때문에 냉각 매체(공기)는 덕트를 통하여 압력에 의해 이동될 수 있다.
이 덕트는 수지로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서 덕트는 수지로 형성되기 때문에 성형이 용이하다. 또한, 차량의 충돌 등으로 인해 배터리 팩에 응력(stress)이 발생하는 경우, 수지로 형성된 덕트가 이 응력을 흡수하여 배터리 팩의 충격을 완화하고, 케이싱(금속)과 배터리 팩의 단자 사이의 접촉으로 인한 쇼트를 방지할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 차량의 측면에서 보았을 때, 전기 장치 자체의 상면 단부는 케이싱 상면의 일측 단부와 접하고, 전기 장치 자체의 바닥면 단부는 케이싱 바닥면의 일측 단부와 다른 타측 단부와 접하도록 케이싱 내에 전기장치가 수납되는 것이다.
본 발명에 따라 차량의 측면에서 보았을 때, 간극이 케이싱 상면의 일측 단부에서 타단부 측으로 점차 커지는 한편, 간극이 케이싱 바닥면의 타단부 측에서 일측 단부로 점차 커지도록 형성된다. 냉각 기류가 배터리 팩의 상부에서 하부로, 또는 배터리 팩의 하부에서 상부로 흐르는 경우, 도관(conduit)으로 사용되는 간극에서의 도관 단면이 점차 커지기 때문에 압력 손실이 억제되어 충분한 양의 냉각 기류를 하류 측까지 흘려보낼 수 있다.
더욱 바람직하게는, 차량의 측면에서 보았을 때, 전기 장치 자체의 단면이 실질적으로 직사각형이고, 평행사변형의 밑변은 직사각형의 밑변과 평행하지 않도록 전기 장치가 케이싱 내에 수납되는 것이다.
본 발명에 따르면, 실질적으로 직사각형의 단면을 가지는 배터리 팩이 실질적으로 평행사변형의 단면을 가지는 케이싱 내에 경사지는 방식으로 수납되기 때문에, 평행사변형의 기울어진 변과 배터리 팩의 짧은 변 사이에 형성되는 차량의 전방 위치와 후방 위치 사이의 간극과 더불어, 차량의 상부 영역과 하부 영역에 간극이 형성된다. 이 간극은 챔버와 연통하는 냉각매체(공기)의 통로로서 이용될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 전기 장치를 냉각시키는 덕트가 평행사변형과 직사각형의 간극 사이에 제공되는 것이다.
본 발명에 따르면, 전기 장치를 냉각시키는 덕트가 평행사변형과 직사각형의 간극 사이에 제공되기 때문에, 냉각 매체(공기)가 덕트를 통해 가해지는 압력에 의해 전달될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 차량의 측면에서 보았을 때, 직사각형의 윗변 단부가 평행사변형의 윗변의 일측 단부와 접하는 한편, 직사각형의 아랫변 단부가 평행사변형의 아랫변의 타측 단부와 접하는 것이다.
본 발명에 따르면, 차량의 측면에서 보았을 때 간극이 평행사변형의 케이싱 상부의 일측 단부에서 타측 단부로 점차 커지도록 형성되는 한편, 케이싱 하부의 타측 단부에서 일측 단부로 점차 커지도록 형성된다. 냉각 기류가 배터리 팩의 상부에서 하부로, 또는 배터리 팩의 하부에서 상부로 흐르는 경우, 도관으로 사용되는 간극에서의 도관 단면이 점차 커지기 때문에 압력 손실이 억제되어 충분한 양의 냉각 기류를 하류 측까지 흘려보낼 수 있다.
전기 장치는, 2차 전지, 캐패시터 및 연료 전지 중 하나를 포함하는 것 더욱 바람직하다.
본 발명은 2차 전지, 캐패시터, 연료 전지 등이 설치되더라도 불필요한 공간이 없고, 스페어 타이어를 지장 없이 싣고 꺼낼 수 있으며, 뒷좌석 탑승자의 발이 방해받지 않는다는 점에서 효과적이다.
전기 장치는 수하물 공간에 탑재되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따르면, 전기 장치로서의 배터리 어셈블리가 수하물 공간에 탑재되는 경우에, 배터리 어셈블리보다 차량의 더욱 뒤쪽에 배치되는 스페어 타이어(임시 스페어 휠)를 싣고 꺼내더라도 경사로 인하여 배터리 어셈블리에 의한 지장을 받지 않는다. 배터리 어셈블리가 차량의 후방 측으로 경사진 파티션 패널을 따라 경사지게 탑재될 수 있기 때문에, 배터리 어셈블리는 종래의 직육면체 케이싱과 비교하여 불필요한 공간 없이 차량의 전방 위치에 탑재될 수 있다.
전기 장치는 앞좌석의 아래쪽에 탑재되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따르면, 전기 장치로서의 배터리 어셈블리가 앞좌석의 아래쪽에 탑재되는 경우, 경사로 인하여 뒷좌석 탑승자의 발끝 부근에 간극이 형성될 수 있다. 배터리 어셈블리는 뒷좌석 탑승자의 발에 지장을 주지 않는다. 또한, 배터리 어셈블리가 차량의 후방쪽으로 경사진 시트 부착 브라켓을 따라 경사져서 탑재될 수 있기 때문에, 종래의 직육면체 케이싱과 비교하여, 배터리 어셈블리가 불필요한 공간 없이 차량에 탑재될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 어셈블리가 탑재된 차량의 측면도이다.
도 2는 본 실시형태의 배터리 어셈블리가 탑재된 차량의 상면도이다.
도 3은 수하물 공간에 탑재된 배터리 어셈블리의 사시도이다.
도 4는 배터리 팩의 사시도이다.
도 5는 도 4의 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 배터리 어셈블리의 단면도이다.
도 7은 수하물 공간에 탑재된 배터리 어셈블리의 단면도이다.
도 8은 앞좌석의 아래에 탑재된 배터리 어셈블리의 단면도이다.
본 발명의 실시예는 도면을 참고하여 이하에서 설명하기로 한다. 이하에서, 동일한 구성요소는 동일한 부호가 부여된다. 또한 이들의 명칭 및 기능 역시 동일하다. 그러므로, 이들에 관한 상세한 설명을 반복하지 않는다. 이하에서는 전기 장치로서의 배터리 어셈블리에 기초하여 실시예가 설명되더라도, 전기 장치는 배터리 어셈블리 이외의 캐피시터, 연료 전지, PCU 등이어도 무방하다. 또한, 배터리 어셈블리를 구성하는 배터리 팩의 배터리 종류는, 납축전지, 리튬 이온 전지, 및 니켈 금속 수소 전지이어도 무방하고, 특별히 이에 한정되는 것도 아니다. 이하에 서는, 2차 전지(니켈 금속 수소 전지)의 경우를 상정한다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 차량(10)은 뒷좌석(12)의 뒤쪽의 수하물 공간 플로어의 상면 상에 탑재되는 배터리 어셈블리(100A), 또는 앞좌석의 바로 아래쪽의 플로어 시트의 상면 상에 탑재되는 배터리 어셈블리(100B)를 가진다. 배터리 어셈블리(100A, 100B)중 어느 하나 또는 둘 모두 장착될 수 있다.
배터리 어셈블리(100A, 100B)는 복수 개의 배터리 모듈로 형성되는 배터리 팩을 수납한다. 각각의 모듈은 복수 개의 배터리 셀로 형성된다. 예를 들면, 6개의 셀이 1개의 모듈을 구성하고, 30개의 모듈이 1개의 배터리 팩을 구성한다.
도 3은, 뒷좌석(12) 뒤쪽의 수하물 공간 플로어의 상면 상에 탑재되는 배터리 어셈블리(100A)의 사시도이다. 배터리 어셈블리(100A)는 수하물 공간 플로어 상의 배터리 어셈블리(100A)를 지지하기 위한 지지 부재로서의 스테이(stay, 100A1)를 포함한다. 스테이(100A1)를 이용하여, 배터리 어셈블리는 수하물 공간 플로어에 고정될 수 있는 볼트 등에 의하여 체결된다.
배터리 어셈블리(100A)는, 차량의 후면 방향으로 기울어지고 뒷좌석(12)의 뒤쪽에 위치하는 파티션 패널의 기울기를 따라 경사진 차량의 길이 방향 내 전면부를 포함한다. 스페어 타이어의 수납 공간(112)은 배터리 어셈블리(100A)의 뒤쪽에 제공된다.
도 4는, 도 3의 배터리 어셈블리(100A, 100B) 내에 배치되는 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈(130)의 사시도이다. 도 5는, 도 4의 배터리 모듈의 사시도이다.
도 4는, 배터리 팩이 배터리 커버 및 하부 케이스로 형성되는 케이싱 내에 수납되는 구조를 나타낸다. 후술하는 바와 같이, 차량의 측면에서 보았을 때, 배터리 커버 및 하부 케이스로 형성되는 케이싱의 단면은 실질적으로 평행사변형이다. 복수 개의 배터리 모듈(130)은 차량의 폭 방향으로 적층되어 배터리 팩을 구성한다. 상술한 바와 같이, 배터리 모듈(130)은 니켈 메탈 수소 전지와 같은 2차 전지를 이용할 수 있다. 배터리 모듈(130)은 소위 블록형 플레이트의 외형을 가진다.
배터리 모듈(130)은 복수 개의 배터리 셀을 포함한다. 특히, 도 5에 도시되는 바와 같이, 모듈 외부 부재로서 일체의 블록형 셀(138)과, 블록형 셀(138) 내 각각의 벽에 의해 구획되는 6개의 배터리 셀(140~150)을 포함한다. 단자(128)가 블록형 셀(138)의 단부 면상에 길이방향으로 형성된다. 블록형 셀(138)의 측면상에는, 배터리 모듈(130) 사이에 냉각 기류 통로로서의 간극을 형성하기 위한 돌기부(152)가 형성된다. 적층되는 배터리 모듈(130)을 포함하는 배터리 팩에서, 인접하는 배터리 모듈(130)의 각각의 돌기부(152) 사이가 접합되거나, 돌기부(152)와 배터리 모듈(130)의 벽 사이가 접합됨으로써, 인접하는 배터리 모듈(130) 사이에 간극이 형성된다. 도 5에서, 배기 단자(126)는 도시되지 않고, 배터리 셀(140~150)을 설명하기 위하여 블록형 셀(138)의 일부가 생략된 채로 도시된다.
배터리 셀(140~150)의 각각은 기본적으로 동일한 구조를 가진다. 대표적으로 제 1 배터리 셀(140)은, 복수 개의 전극 부재 시트가 그 각각의 사이에 세퍼레이터가 끼워진 절연상태로 적층되어 형성되는 층상(layered) 전극 유닛(154)과, 그 층상 전극 유닛(154)을 그 사이에 끼우도록 배치되는 한 쌍의 집전판(156)을 포함한다. 층상 전극 유닛(154)은 전해액에 잠기거나 전해액으로 채워진다.
층상 전극 유닛(154)은, 양극으로서 복수 개의 전극 부재와 음극으로서 복수 개의 전극 부재를 가지고, 이들은 교대로 적층된다. 음극으로서의 전극 부재들의 단부는 모두 집전판(156)에 접속된다. 양극으로서의 전극 부재들의 단부는 모두 다른 집전판(미도시)에 접속된다. 결과적으로, 음극에 대응하는 전극 부재들은 집전판(156)과 전기적으로 접속되는 한편, 양극에 대응하는 전극 부재들은 다른 집전판과 전기적으로 접속된다. 배터리 모듈(130) 내 배터리 셀(140~150)은 전기적으로 직렬 접속된다. 예를 들면, 배터리 셀(140~150) 각각의 정격 전압이 1.2V인 경우, 배터리 모듈(130) 전체의 정격 전압은 7.2V가 된다. 배터리 셀(140~150)의 구조는 상술한 바에 한정되지 않고, 다른 구조가 사용되어도 무방하다.
배터리 팩의 양측 단부에는 구속판(restrain plate)이 배치된다. 이 구속판은 구속 파이프를 통하여 서로 연결되고 고정된다. 이 구속판은 배터리 모듈(130) 각각이 체결되는 하부 케이스에 고정된다. 배터리 모듈(130)은, 후술하는 바와 같이 하부 케이스에 대하여 경사지는 방식으로 고정된다는 점에 유의하여야 한다.
배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 모듈(130)의 측면(단부 면) 상에는, 상술한 바와 같이 배터리 모듈(130)에 대하여 전류를 입/출력하기 위한 단자(128)가 형성된다. 배터리 모듈(130)의 단자(128)를 서로 접속시키기 위하여 배터리 팩의 측면에는 버스바(bus bar) 모듈이 배치된다. 버스바 모듈이 각각의 배터리 모듈(130)의 단자(128)에 연결됨으로써, 배터리 모듈(130)은 배터리 팩 내에서 전기 적으로 직렬 접속된다.
배터리 팩의 상부 표면상에는 배터리 모듈(130)로부터 배기되는 수소 가스 등을 한꺼번에 배출하기 위한 안전 밸브가 내장된 배기 단자(126)가 형성된다. 배기 호스는 배기 단자(126) 상에 배치된다. 이 배기 호스는 배기 단자(126)에 접속되어, 배터리 모듈(130)로부터 배기되는 수소 가스 등을 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 외부로 배출한다. 배터리 팩의 온도를 측정하기 위한 온도 센서 및 하네스(harness)가 배터리 팩의 바닥면에 배치된다. 이 온도 센서의 출력에 따라, 배터리 팩의 온도를 소정 범위로 유지하기 위하여, 냉각 공기가 차량 실내로부터 송풍기(blower fan)를 거쳐 배터리 팩으로 공급된다.
배터리 모듈(130)이 도 4에 도시된 바와 같이 제공되는 경우, 배터리 모듈(130)에 돌기부(152)가 설치됨으로써, 배터리 모듈(130) 사이의 돌기부(152)로 인하여 배터리 모듈(130) 사이에는 공극(void)이 형성된다. 이 간극을 통하여, 배터리 모듈(130)의 상부측으로부터 하부측으로 냉각 기류가 흐르게 된다.(하강 기류 방식) 배터리 모듈(130)은 이 냉각 공기에 의해 냉각된다.
직육면체 구조를 가지는 소정 개수의 배터리 모듈(130)은, 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 배터리 커버 내부에서 차량의 폭 방향으로 적층된다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 단면도이다. 배터리 모듈(130)이, 단자(128)의 돌기부를 제외하고는 실질적으로 직육면체이기 때문에, 배터리 모듈(130)의 단면은 실질적으로 직사각형이다. 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 케이싱으로서의 배터리 커버와 하부 케이스는, 실질적으로 평행사변형의 단면을 가진다. 차량의 전방측에서 케이싱의 기울기는, 뒷좌석 뒤쪽에 제공되는 파티션 패널의 기울기를 따라 설정된다.
케이싱이 실질적으로 평행사변형의 단면을 가지고, 배터리 모듈(130)이 실질적으로 직사각형의 구조를 가지기 때문에, 간극이 차량의 전방 측과 후방 측에 형성된다. 수지로 형성되는 제 1 챔버(102)(차량의 전방 측)와 제 2 챔버(104)(차량의 후방 측)가 그 간극들 내에 설치된다. 제 1 및 제 2 챔버(102, 104)는 도면의 지면을 관통하는 방향으로 공동(hollow)이어서, 도면의 지면을 관통하는 방향으로 공기를 흐르게 한다. 제 2 챔버(104)로 흐르는 공기는 냉각 팬 등에 의해 배터리 모듈(130)의 상부에 공급되어, 하강 기류 방식으로 배터리 모듈(130) 사이의 간극을 통하여 배터리 모듈(130)의 하부로부터 제 1 챔버(102)에 도입되고 난 후, 차량의 실내 또는 외부로 배출된다. 이러한 흐름은 단순히 일 예에 불과하고, 반대의 흐름이어도 무방하다.
실질적으로 직사각형의 단면을 가지는 배터리 모듈(130)은, 실질적으로 평행사변형의 단면을 가지는 케이싱 내에 경사지는 방식으로 고정된다. 따라서, 각각의 간극들이 케이싱 내 배터리 모듈(130)의 상, 하부에 형성된다. 이러한 간극들은 냉각 공기의 통로로서 기능한다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 배터리 어셈블리(100A, 100B) 및 배터리 모듈(130)은, 배터리 모듈(130)이 경사지도록 배치된다. 특히, 배터리 모듈(130)의 양 단부(차량의 전방 측 단부 및 차량의 후방 측 단부)는 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 상면 및 하면의 내벽과 접하도록 되어 있다. 도 6의 예에서, 배터리 모듈(130)의 상면 단부는 차량의 앞쪽 위치에서 배터리 어 셈블리(100A, 100B)의 상면의 내벽과 접하도록 형성되는 한편, 배터리 모듈(130)의 하면 단부는 차량의 뒤쪽 위치에서 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 하면의 내벽과 접하도록 형성된다. 그 반대의 구조이어도 무방하다.
배터리 모듈(130)은, 상술한 바와 같이 경사지고 접한 상태로 배터리 어셈블리(100A, 100B) 내에 수납된다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 차량의 측면에서 보았을 때, 차량의 전방 측에서 후방 측으로 점차 커지는 간극이 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 상부 영역에 형성되는 한편, 차량의 후방 측에서 전방 측으로 점차 커지는 간극이 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 하부 영역에 형성된다. 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 상부 영역 또는 하부 영역에서, 배터리 팩 내 아래쪽으로 또는 위쪽으로 냉각 기류를 흐르게 하는 도관으로 사용되는 간극에 있어, 도관의 단면적은 점차 커진다. 냉각 기류가 도 6의 화살표 방향으로 흐를 경우, 도관의 상류측에서 그 작은 단면적에 의해 높은 공기압이 실현 가능하여, 배터리 모듈(130)은 높은 효율로 냉각이 가능해진다. 도관의 단면적이 커지는 하류측에서는, 압력 손실이 억제되어 하류측에서도 충분한 냉각 공기를 확보할 수 있다.
도 6에 도시되는 바와 같이, 단자(128)는 수지로 형성되는 제 1 챔버(102) 또는 제 2 챔버(104)에 접합되거나 근접하여 위치한다. 설령, 차량의 충돌에 의해 차량의 길이방향으로 응력이 발생하더라도, 단자(128)는 수지 챔버에 의해 보호된다. 예를 들면, 배터리 모듈(130)에 발생되는 응력은 챔버가 변형됨으로써 흡수된다. 따라서, 단자(128)의 변형 또는 케이싱과의 접촉으로 인한 단락(short-circuiting)은 발생하지 않는다.
도 7은, 수하물 공간에 탑재되는 배터리 어셈블리(100A)의 측면도이다. 차량의 앞쪽 위치에서의 배터리 어셈블리(100A, 100B)의 경사는, 파티션 패널(14)의 경사에 대응된다. 따라서, 배터리 어셈블리(100A)가 직육면체의 구조를 가지는 경우에 비하여, 배터리 어셈블리(100A)는 차량의 더욱 앞쪽에 설치될 수 있다. 또한, 배터리 어셈블리(100A)는 후방측에서의 배터리 어셈블리(100A)의 기울기로 인하여, 스페어 타이어 수납 공간(112)으로부터 스페어 타이어(100)(임시 스페어 휠이어도 무방)를 꺼낼 때 지장을 주지 않는다. 따라서, 배터리 어셈블리(100A)가 직육면체의 구조를 가지는 경우에 비하여, 스페어 타이어는 배터리 어셈블리(100A)의 지장을 받지 않고 꺼낼 수 있다.
도 8은 앞좌석의 아래에 탑재되는 배터리 어셈블리(100B)의 측면도이다 탑승자가 뒷좌석에 승차하는 경우, 차량의 후방측에서의 배터리 어셈블리(100B)의 기울기로 인하여 탑승자의 발끝 부근에 공간이 생긴다. 따라서, 뒷좌석 탑승자는 배터리 어셈블리(100B)의 기울기로 인하여 자신의 발을 더욱 편안히 둘 수 있다. 그러므로, 배터리 어셈블리(100B)가 직육면체 구조를 가지는 경우에 비하여, 배터리 어셈블리(100B)는 뒷좌석 탑승자에게 지장을 주지 않는다.
설령 직육면체의 구조를 가지는 배터리 팩이더라도, 평행사변형의 단면을 가지는 케이싱에 대하여 경사지게 수납하도록 케이싱을 사용함으로써, 차량의 전방 측 및 후방측 공간에 수지 챔버가 제공되는 한편, 케이싱의 상부 영역 및 하부 영역에서 냉각 공기의 통로가 제공된다. 이로 인해, 배터리 어셈블리가 뒷좌석의 뒤쪽 수하물 공간 내에 탑재되는 경우, 종래의 케이스에 비하여 배터리 어셈블리가 차량의 더욱 앞쪽에 탑재될 수 있고, 케이싱의 전방 측 기울기로 인하여 스페어 타이어를 꺼내는 데 지장을 주지 않는다. 배터리 어셈블리가 앞좌석의 아래에 탑재되는 경우, 차량의 후방 측에서의 케이싱의 기울기로 인하여 뒷좌석 탑승자는 더 넓은 공간에 자신의 발을 더욱 편안히 둘 수 있다.
비록 본 발명이 상세히 설명되고 도시되었더라도, 이는 도시 및 예시에 불과한 것이고, 첨부되는 청구의 범위에 의해서만 제한되는 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아님에 유의하여야 한다.

Claims (14)

  1. 차량(10)에 탑재되는 전기 장치의 탑재 구조에 있어서,
    상기 전기 장치(100A,100B) 자체를 수납하기 위해 6개 이상의 면을 가지는 케이싱과,
    상기 케이싱의 바닥면을 상기 차량(10)의 플로어 패널 상에 유지하는 유지부(100A1)를 가지고,
    상기 전기 장치(100A,100B) 자체는 직육면체의 구조를 가지고,
    상기 케이싱은, 상기 차량(10)의 길이 방향의 뒤쪽에서, 상기 케이싱의 상면 측이 바닥면 측보다 차량(10)의 후방으로 더 길게 연장되는 구조를 가지고, 상기 차량(10)의 길이 방향의 앞쪽에서, 상기 케이싱의 바닥면 측이 상면 측보다 상기 차량(10)의 전방으로 더욱 연장되는 구조를 가지며,
    상기 차량의 측면에서 보았을 때, 상기 케이싱의 단면은, 수평한 밑변을 가지는 평행사변형이고,
    상기 전기 장치(100A,100B)는, 상기 케이싱의 바닥면이 상기 전기 장치(100A,100B) 자체의 바닥면과 평행하지 않도록 상기 케이싱 내에 수납되고,
    상기 케이싱의 바닥면과 상기 전기 장치(100A,100B) 자체의 상기 바닥면이 평행하지 않음으로써, 상기 평행사변형의 윗변 및 밑변과 상기 전기 장치(100A,100B) 자체와의 사이에, 상기 전기 장치(100A,100B)의 냉각공기가 흐르는 간극이 형성되고, 상기 평행사변형의 한 쌍의 측변과 상기 전기 장치(100A,100B) 자체와의 사이에, 상기 전기 장치(100A,100B)를 냉각하기 위한 덕트(102,104)가 설치되는 간극이 형성되고,
    상기 전기 장치(100A,100B)는 전류의 입출력을 행하기 위한 단자를 가지고, 상기 단자가 상기 덕트(102,104)에 접합되는 것을 특징으로 하는 전기 장치의 탑재구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 덕트(102,104)는 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 장치의 탑재 구조.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량(10)의 측면에서 보았을 때, 상기 전기 장치(100A,100B)는,
    상기 전기 장치(100A,100B) 자체의 상면 단부가 상기 케이싱 상면의 일측 단부와 접하고,
    상기 전기 장치(100A,100B) 자체의 바닥면 단부가 상기 케이싱 바닥면의 상기 일측 단부와는 다른 타측 단부와 접하도록 상기 케이싱 내에 수납되는 것을 특징으로 하는 전기 장치의 탑재 구조.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량(10)의 측면에서 보았을 때, 상기 전기 장치(100A,100B) 자체가 직사각형의 단면을 가지고, 상기 평행사변형의 밑변이 상기 직사각형의 밑변과 평행하지 않도록 상기 전기 장치(100A,100B)는 상기 케이싱 내에 수납되는 것을 특징으로 하는 전기 장치의 탑재 구조.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 장치(100A,100B)를 냉각하기 위한 덕트(102,104)가 상기 평행사변형 및 상기 직사각형 사이의 간극에 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 장치의 탑재 구조.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 덕트는 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 장치의 탑재 구조.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 차량(10)의 측면에서 보았을 때, 상기 전기 장치(100A,100B)는,
    상기 직사각형의 윗변의 단부가 상기 평행사변형의 윗변의 일측 단부와 접하 고,
    상기 직사각형의 밑변의 단부가 상기 평행사변형의 밑변의, 상기 일측 단부와는 다른 타측 단부와 접하도록 상기 케이싱 내에 수납되는 것을 특징으로 하는 전기 장치의 탑재 구조.
  12. 제 1 항, 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 장치(100A,100B)는 2차 전지, 캐패시터, 및 연료전지 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 장치의 탑재 구조.
  13. 제 1 항, 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 장치(100A)는 수하물 공간에 탑재되는 것을 특징으로 하는 전기 장치의 탑재 구조.
  14. 제 1 항, 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 장치(100B)는 앞좌석(11) 아래쪽에 탑재되는 것을 특징으로 하는 전기 장치의 탑재 구조.
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