KR101241162B1 - 고전압 배터리팩의 차량 설치구조 - Google Patents

고전압 배터리팩의 차량 설치구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압 배터리팩의 차량 설치구조에 관한 것으로, 고전압 배터리팩을 구성하는 배터리 케이스(10)가 차체멤버(3)와 직접 결합되어 설치되면서, 차체멤버(3)의 단절된 부위를 연결하도록 설치될 때에 차체멤버(3)의 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조가 되게 설치된 것이다.

Description

고전압 배터리팩의 차량 설치구조{Structure for mounting high voltage battery pack in vehicle}
본 발명은 고전압 배터리팩의 차량 설치구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 모듈이 탑재된 배터리 케이스가 실외측에서 언더 플로어패널의 차체멤버에 고정 설치된 고전압 배터리팩의 차량 설치구조에 관한 기술이다.
하이브리드 전기 자동차와 연료전지 자동차 그리고 전기 자동차는 모두 전기모터를 이용하여 차량을 구동시키는 차량으로서, 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리팩이 필수적으로 장착되어 있다.
상기 고전압 배터리팩은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상부케이스(11)와 하부케이스(13)가 기밀이 유지되도록 결합되고 내부에 밀폐된 공간을 갖춘 배터리 케이스(10)와, 상기 배터리 케이스(10)내에 고정 설치된 배터리 모듈(미도시)과, 상기 배터리 모듈을 구성하는 각 단위전지의 전압과 전류 및 온도 등을 감지하고 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System; 미도시) 등을 포함하여 이루어진 구성이다.
상기와 같이 구성된 고전압 배터리팩은 트렁크룸의 공간에 설치된 구조가 주를 이루고 있지만, 최근에는 차량의 성능이 향상됨에 따라 이에 부합되도록 배터리 사이즈가 커지고 또한 수량이 증가하는 추세인 바, 이로 인해 공간이 협소한 트렁크룸에 더 이상 고전압 배터리팩을 설치할 수 없어서, 도시된 바와 같이 차량의 실외측에서 언더 플로어패널(1)의 차체멤버(3)에 고정 설치하게 되었다.
즉, 하부케이스(11)의 밑면에 2개의 스틸밴드(21)를 결합시켜서 배터리 케이스(10)를 지지하고, 상기 스틸밴드(21)의 양단에는 사각단면 형태의 마운팅멤버(23)를 각각 결합하고, 상기 마운팅멤버(23)를 언더 플로어패널(1)의 하부에 위치한 차체멤버(3)에 결합시킴으로써, 고전압 배터리팩을 구성하는 배터리 케이스(10)를 차량의 실외측에서 상기 차체멤버(3)에 고정 설치하였었다.
상기와 같은 구조로 배터리 케이스(10)를 설치할 때에는 상기 배터리 케이스(10)의 지상고를 확보하기 위하여 차체멤버(3)의 일정구간을 절단하고, 절단된 상기 차체멤버(3)의 구간에 상기 배터리 케이스(10)가 삽입되는 형태로 설치하였다.
그런데, 상기와 같은 종래의 구조는 배터리 케이스(10)의 설치를 위해 2개의 스틸밴드(21)와 2개의 마운팅멤버(23)를 사용한 구조이고, 또한 상기 마운팅멤버(23)는 각각이 사각단면 형태를 이루도록 디귿(ㄷ)자 단면으로 형성된 상부멤버(23a) 및 하부멤버(23b)가 상호 결합되어 이루어진 구조로, 상기 스틸밴드(21)와 마운팅멤버(23)의 사용으로 인해 원가가 상승하고 차량의 중량이 증가하며 이로 인해 연비가 감소하는 단점이 있었다.
또한, 종래의 구조는 전방 충돌 및 측면 충돌시에 발생한 하중이 차체멤버(3)를 통해 용이하게 전달 및 분산되지 못하고 배터리 케이스(10)와 결합된 부위에서 집중됨에 따라 골격강성(비틀림강성, 굽힘강성)이 약한 단점이 있으며, 특히 로드 노이즈(road noise)에 의한 차량의 NVH(Noise Vibration Harshness) 성능이 나쁜 단점도 있었다.
즉, 배터리 케이스(10)가 차체멤버(3)의 절단된 구간에 설치될 때에는 상기 배터리 케이스(10)가 단절된 차체멤버(3)를 전후방향 및 좌우방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조가 되게 설치되어야만, 충돌시 발생하는 하중을 상기 차체멤버(3)를 통해 용이하게 전달 및 분산시킬 수 있고, 또한 주행중 입력되는 로드 노이즈(road noise)를 효과적으로 분산시킬 수 있게 된다.
하지만, 종래의 구조는 배터리 케이스(10)가 단절된 차체멤버(3)를 전후방향 및 좌우방향을 따라 일직선으로 연결하는 못하도록 설치된 구조이다.
따라서, 전방 충돌 및 측면 충돌시 발생한 하중이 차체멤버(3)를 통해 전달되다가 배터리 케이스(10)에서 단절되어 반대편 쪽으로 전달되지 못하게 되는 바(도 3의 화살표 참조), 이로 인해 배터리 케이스(10)와 결합된 부위에서 하중이 집중되는 현상이 발생하게 되고, 이 결과 차량의 골격강성(비틀림강성, 굽힘강성)이 약해지는 단점이 있으며, 특히 로드 노이즈(road noise)도 효과적으로 분산되지 않음에 따라 차량의 NVH 성능이 나쁜 단점도 있었던 것이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 단점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 케이스를 언더 플로어패널의 하부에 위치한 차체멤버에 결합시켜서 설치할 때에 스틸밴드와 마운팅멤버를 사용하지 않고 상기 배터리 케이스를 직접 차체멤버에 결합시켜서 설치하는 구조가 되도록 함으로써, 원가 절감과 차량의 중량 감소 및 연비 향상을 도모할 수 있도록 된 고전압 배터리팩의 차량 설치구조를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 차체멤버의 절단된 구간에 설치되는 배터리 케이스가 상기 절단된 차체멤버를 전후방향 및 좌우방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조가 되게 설치됨으로써, 전방 충돌 및 측면 충돌시 발생한 하중이 상기 차체멤버를 통해 용이하게 전달 및 분산될 수 있도록 해서 차량의 골격강성(비틀림강성, 굽힘강성)을 개선할 수 있도록 하고, 특히 로드 노이즈의 효과적인 분산을 통해 차량의 NVH 성능을 크게 개선할 수 있도록 하는 데에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 언더 플로어패널의 하부에서 차체멤버의 절단된 구간에 배터리 케이스가 위치하도록 설치된 고전압 배터리팩의 차량 설치구조에 있어서, 상기 배터리 케이스는 절단된 상기 차체멤버를 연결하도록 상기 차체멤버에 직접 결합되어 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 케이스는 절단된 상기 차체멤버를 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조가 되게 설치된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 배터리 케이스의 테두리에는 상기 차체멤버와의 결합을 위한 다수개의 케이스플랜지가 일체로 돌출 형성되고, 상기 케이스플랜지는 절단된 상기 차체멤버를 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조가 되게 상기 차체멤버에 결합된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 케이스플랜지의 내부공간에는 파이프부시가 고정 설치되고; 상기 케이스플랜지와 상기 파이프부시를 볼트가 관통하며; 상기 볼트의 선단이 상기 차체멤버에 고정된 너트와 체결되어 설치되는 것이 바람직하다.
상기 차체멤버는 차체의 좌우방향을 따라 가로질러서 설치되는 다수개의 크로스멤버 및 차체의 전후방향을 따라 가로질러서 설치되는 다수개의 전후방멤버로 구성되는데; 상기 크로스멤버와 상기 전후방멤버는 격자형 구조로 형성된 것이 바람직하다.
상기 케이스플랜지가 상기 차체멤버에 결합된 상태에서 상기 크로스멤버와 상기 전후방멤버의 연결이 단절된 부위에는 상기 크로스멤버와 상기 전후방멤버를 연결시키기 위한 보강멤버가 추가로 더 구비된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배터리 케이스는 기밀이 유지된 밀폐된 공간이 내부에 구비되도록 상부케이스와 하부케이스가 결합되어 이루어진 구조이다.
본 발명에 의하면, 고전압 배터리팩을 구성하는 배터리 케이스의 설치시 부품수의 감축을 통해 원가 절감과 차량의 중량 감소 및 연비 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 작업공수의 감축으로 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 되고, 전방 충돌 및 측면 충돌시에 발생한 하중이 배터리 케이스를 통해 차체멤버로 용이하게 전달 및 분산될 수 있게 됨에 따라 차량의 골격강성(비틀림강성, 굽힘강성)을 개선할 수 있으며, 특히 로드 노이즈(road noise)의 효과적인 분산을 통해 차량의 NVH 성능을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 구조에 따라 고전압 배터리팩이 차량의 실외측에서 언더 플로어패널의 하부에 위치하도록 설치된 상태의 도면,
도 2는 종래 고전압 배터리팩의 설치구조를 설명하기 위한 분해 사시도,
도 3은 종래 구조에 따라 고전압 배터리팩이 설치된 상태를 차량의 밑에서 바라본 저면도,
도 4는 종래 구조에 따라 고전압 배터리팩이 설치되는 차체멤버를 차량의 밑에서 바라본 저면도,
도 5는 본 발명에 따른 고전압 배터리팩의 설치구조에서 사용되는 배터리 케이스의 분해 사시도,
도 6은 본 발명에 따라 고전압 배터리팩이 설치된 상태를 차량의 밑에서 바라본 저면도,
도 7은 본 발명에 따라 고전압 배터리팩이 설치되는 차체멤버를 차량의 밑에서 바라본 저면도,
도 8은 본 발명에 따른 케이스플랜지의 설치구조를 보여주기 위한 단면도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명에 따라 고전압 배터리팩은 도 5에 도시된 바와 같이 상부케이스(11)와 하부케이스(13)가 기밀이 유지되도록 결합되고 내부에 밀폐된 공간을 갖춘 배터리 케이스(10)와, 상기 배터리 케이스(10)내에 고정 설치된 배터리 모듈(미도시)과, 상기 배터리 모듈을 구성하는 각 단위전지의 전압과 전류 및 온도 등을 감지하고 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System; 미도시) 등을 포함하여 이루어진 구성으로, 상기 배터리 케이스(10)는 도 1과 같이 차량의 실외측에서 차체멤버(3)에 결합되어 설치된다.
즉, 차량의 성능이 향상됨에 따라 이에 부합되도록 배터리 사이즈가 커지고 또한 수량이 증가하는 추세인 바, 이로 인해 공간이 협소한 트렁크룸에 더 이상 고전압 배터리팩을 설치할 수 없어서, 도시된 바와 같이 차량의 실외측에서 언더 플로어패널(1)의 차체멤버(3)에 고정 설치하게 된다.
상기와 같이 배터리 케이스(10)를 설치할 때에는 상기 배터리 케이스(10)의 지상고를 확보하기 위하여 도 6 및 도 7과 같이 차체멤버(3)의 일정구간을 절단하고, 절단된 상기 차체멤버(3)의 구간에 상기 배터리 케이스(10)가 삽입되는 형태로 설치된다.
한편, 본 발명에 따라 배터리 케이스(10)가 절단된 차체멤버(3)의 구간에 삽입되는 형태로 설치될 때에는 상기 배터리 케이스(10)가 절단된 상기 차체멤버(3)를 연결하도록 상기 차체멤버(3)에 직접 결합되어 설치된다.
즉, 상기 배터리 케이스(10)의 테두리에는 상기 차체멤버(3)와의 결합을 위한 다수개의 케이스플랜지(15)가 일체로 돌출 형성되는데, 상기 다수개의 케이스플랜지(15)가 상기 차체멤버(3)에 직접 결합되어 설치되는 구조인 것이다.
본 발명에 따라 배터리 케이스(10)가 차체멤버(3)에 직접 결합되어 설치되는 구조가 되면, 종래의 설치구조에서 사용하던 스틸밴드(21)와 마운팅멤버(23)를 사용하지 않아도 되는 바, 이로 인해 원가 절감과 차량의 중량 감소 및 연비 향상을 도모할 수 있으며, 특히 작업공수를 감축시킬 수 있음으로 인해 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 배터리 케이스(10)가 절단된 상기 차체멤버(3)를 연결하도록 상기 차체멤버(3)에 직접 결합되어 설치될 때에 상기 배터리 케이스(10)는 절단된 상기 차체멤버(3)를 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조가 되게 설치되는 바, 다시 말해서 상기 케이스플랜지(15)가 절단된 상기 차체멤버(3)를 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조가 되게 상기 차체멤버(3)에 결합된다.
상기와 같이 절단된 차체멤버(3)가 케이스플랜지(15)에 의해 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결된 구조가 되면, 전방 충돌 및 측면 충돌시에 발생한 하중은 상기 케이스플랜지(15)를 통해 차체멤버(3)로 용이하게 전달 및 분산되며(도 6의 활살표 참조), 이로 인해 차량의 골격강성(비틀림강성, 굽힘강성)을 개선할 수 있게 되고, 특히 로드 노이즈(road noise)의 효과적인 분산을 통해 차량의 NVH 성능을 크게 개선할 수 있게 된다.
즉, 종래의 구조는 배터리 케이스(10)가 절단된 차체멤버(3)를 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결하지 못하는 구조로 전방 충돌 및 측면 충돌시에 발생한 하중은 차체멤버(3)를 통해 전달되다가 배터리 케이스(10)와의 결합부위에서 단절되어 반대편 쪽으로 전달되지 못하게 되게(도 3의 화살표 참조) 이로 인해 배터리 케이스(10)와 결합된 부위에서 하중이 집중되는 현상이 발생하였으며, 이 결과 차량의 골격강성(비틀림강성, 굽힘강성)이 약해지고, 특히 로드 노이즈(road noise)도 효과적으로 분산되지 않음에 따라 차량의 NVH 성능이 나쁜 단점이 있었다.
하지만, 본 발명에 따른 실시예는 배터리 케이스(10)의 케이스플랜지(15)가 절단된 차체멤버(3)를 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조가 됨에 따라, 전방 충돌 및 측면 충돌시에 발생한 하중은 차체멤버(3) → 케이스플랜지(15) → 배터리 케이스(10) → 케이스플랜지(15)를 통해 반대편의 차체멤버(3)쪽으로 전달 및 분산된다.(도 6의 활살표 참조)
따라서, 본 발명의 구조는 충돌시의 하중이 배터리 케이스(10)를 통해 이동해서 차체멤버(3)를 통해 효과적으로 전달 및 분산됨에 따라 배터리 케이스(10)와 결합부위에서 하중이 집중되는 현상을 없앨 수 있게 되고, 이 결과 차량의 골격강성(비틀림강성, 굽힘강성)을 개선할 수 있게 될 뿐만 아니라, 로드 노이즈(road noise)의 효과적인 분산을 통해 차량의 NVH 성능도 크게 개선할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 차체멤버(3)는 차체의 좌우방향을 따라 가로질러서 설치되는 다수개의 크로스멤버(3a) 및 차체의 전후방향을 따라 가로질러서 설치되는 다수개의 전후방멤버(3b)로 구성되는데, 상기 크로스멤버(3a)와 상기 전후방멤버(3b)는 차량의 골격강성을 향상시키기 위해 격자형 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에 따른 실시예는 상기 케이스플랜지(15)가 상기 차체멤버(3)에 결합된 상태에서 상기 크로스멤버(3a)와 상기 전후방멤버(3b)의 연결이 단절된 부위에는 상기 크로스멤버(3a)와 상기 전후방멤버(3b)를 연결시키기 위한 보강멤버(3c)가 추가로 더 구비된 구조가 특징이다.
상기와 같이 보강멤버(3c)를 통해 크로스멤버(3a)와 전후방멤버(3b)가 단절됨이 없이 완전히 연결된 구조가 되면, 충돌시에 발생한 하중이 차체멤버(3)를 통해 보다 더 효과적으로 전달 및 분산되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 배터리 케이스(10)의 케이스플랜지(15)가 차체멤버(3)에 결합되어 설치될 때에 보다 안정적인 설치구조가 될 수 있도록 결합강성을 향상시킨 구조가 특징이다.
즉, 상기 케이스플랜지(15)의 내부공간에는 도 8과 같이 파이프부시(31)가 수직하게 고정 설치되고, 상기 케이스플랜지(15)와 상기 파이프부시(31)를 볼트(33)가 관통하며, 상기 볼트(33)의 선단이 상기 차체멤버(3)에 고정된 너트(35)와 체결되어 설치된 구조인 것이다.
상기와 같이 케이스플랜지(15)의 내부공간에 파이프부시(31)가 적용되면 상기 파이프부시(31)를 통해 케이스플랜지(15)의 강성을 충분히 확보할 수 있게 되는 바, 이 결과 배터리 케이스(10)를 보다 안정적으로 차체멤버(3)에 결합시킬 수 있게 되므로 상기 배터리 케이스(10)의 결합강성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 구조는, 배터리 케이스(10)가 차체멤버(3)에 직접 결합되어 설치되는 구조로 종래에 설치구조에서 사용하던 스틸밴드(21)와 마운팅멤버(23)를 사용하지 않는 구조가 됨에 따라 원가 절감과 차량의 중량 감소 및 연비 향상을 도모할 수 있으며, 특히 작업공수를 감축시킬 수 있음으로 인해 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 배터리 케이스(10)가 절단된 차체멤버(3)를 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조로 설치됨에 따라, 전방 충돌 및 측면 충돌시에 발생한 하중이 배터리 케이스(10)를 통해 차체멤버(3)로 용이하게 전달 및 분산되고, 이 결과 차량의 골격강성(비틀림강성, 굽힘강성)을 개선할 수 있게 되며, 특히 로드 노이즈(road noise)의 효과적인 분산을 통해 차량의 NVH 성능을 크게 개선할 수 있게 된다.
1 - 언더 플로어패널 3 - 차체멤버
3a - 크로스멤버 3b - 전후방멤버
3c - 보강멤버 10 - 배터리 케이스
11 - 상부케이스 13 - 하부케이스
15 - 케이스플랜지 31 - 파이프부시
33 - 볼트 35 - 너트

Claims (8)

  1. 언더 플로어패널의 하부에서 차체멤버의 절단된 구간에 배터리 케이스가 위치하도록 설치된 고전압 배터리팩의 차량 설치구조에 있어서,
    상기 배터리 케이스(10)는 절단된 상기 차체멤버(3)를 연결하도록 상기 차체멤버(3)에 직접 결합되어 설치되는데;
    상기 배터리 케이스(10)의 테두리에는 상기 차체멤버(3)와의 결합을 위한 다수개의 케이스플랜지(15)가 일체로 돌출 형성되고;
    상기 케이스플랜지(15)의 내부공간에는 파이프부시(31)가 고정 설치되며;
    상기 케이스플랜지(15)와 상기 파이프부시(31)를 볼트(33)가 관통하고;
    상기 볼트(33)의 선단이 상기 차체멤버(3)에 고정된 너트(35)와 체결되어 설치되는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 케이스(10)는 절단된 상기 차체멤버(3)를 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조가 되게 설치된 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스플랜지(15)는 절단된 상기 차체멤버(3)를 전후 및 좌우의 길이방향을 따라 일직선으로 연결하는 구조가 되게 상기 차체멤버(3)에 결합된 것을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 차체멤버(3)는 차체의 좌우방향을 따라 가로질러서 설치되는 다수개의 크로스멤버(3a) 및 차체의 전후방향을 따라 가로질러서 설치되는 다수개의 전후방멤버(3b)로 구성되고;
    상기 크로스멤버(3a)와 상기 전후방멤버(3b)는 격자형 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 케이스플랜지(15)가 상기 차체멤버(3)에 결합된 상태에서 상기 크로스멤버(3a)와 상기 전후방멤버(3b)의 연결이 단절된 부위에는 상기 크로스멤버(3a)와 상기 전후방멤버(3b)를 연결시키기 위한 보강멤버(3c)가 추가로 더 구비된 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 케이스(10)는 기밀이 유지된 밀폐된 공간이 내부에 구비되도록 상부케이스(11)와 하부케이스(13)가 결합되어 이루어진 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
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