KR101325201B1

KR101325201B1 - 전기자동차용 배터리팩

Info

Publication number: KR101325201B1
Application number: KR1020120049884A
Authority: KR
Inventors: 신정록; 안길찬
Original assignee: (주)에프엠산업
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-04

Abstract

본 발명은 배터리 모듈 사이의 간격을 자유롭게 조절하기 위해 관통홀을 따라 간격조절수단을 이동시켜 배터리팩에 적재되는 배터리 모듈의 갯수를 달리할 수 있게 함으로써, 자동차의 출력에 따라 달라지는 배터리 모듈의 갯수를 효율적으로 조절할 수 있는 효과가 있다. 이를 위해 특히, 복수의 배터리 모듈을 내부에 수용하는 공간을 구비한 하우징; 하우징의 서로 대칭되는 양 측면에 배터리 모듈이 적재되는 방향과 평행한 방향으로 연장되어 형성된 복수의 관통홀; 및 관통홀을 따라 이동함으로써 복수의 배터리 모듈을 일정 간격으로 이격되게 적재시키는 간격조절수단;를 포함하되, 간격조절수단은, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 양측 일단부 또는 모서리부를 수용하도록 일측에 형성된 수용부; 관통홀에 삽입되는 몸체부; 및 간격조절수단을 하우징의 양 측면에 고정하여, 적재된 배터리 모듈 간의 간격이 유지되도록 타측에 형성된 결합부;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩이 개시된다.

Description

전기자동차용 배터리팩{Battery Pack for electric vehicle}

본 발명은 전기자동차용 배터리팩에 관한 것이다. 보다 상세하게는 내부에 복수의 배터리 모듈을 수용할 수 있는 전기자동차용 배터리팩에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차란 자동차의 가솔린이나 디젤엔진 등의 동력발생장치 대신에 미리 전기 충전된 다수개의 배터리로 이루어진 배터리팩에 의해 이것을 동력원으로 하여 전동기를 회전시키고, 이 회전력을 바퀴에 전달하도록 구성되는 구조를 이루게 되는데, 이 전기자동차의 제어는 일반으로 전기회로에 의하므로 그 제어가 쉽고, 자동차용으로서 바람직한 토오크 곡선 등을 가지고 있는 반면, 배터리팩을 사용하는 경우 그 중량이 커지며, 이에따라 출력성능이 낮아지게 되고, 또한 배터리팩의 충전, 교환 등의 설비와 손질이 필요하기 때문에 사용이 활성화되지 않다가 가솔린 또는 디젤 등의 석유연료의 사용에 의한 배기가스규제가 전 세계적으로 강화됨으로써, 대기오염 방지의 차원에서 중량이 가벼우면서도 출력성능이 우수한 전기자동차의 개발이 이루어지고 있는 추세이다.

이러한 전기자동차의 동력원으로서 사용되는 전기는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수개의 배터리 모듈에 충전되어 장방형의 용기인 배터리팩(10)에 장착되게 되며, 배터리 모듈은 배터리팩(10)의 개방되어 있는 상부로부터 이격돌출부(30) 사이로 삽입되어 서로 직렬 연결되도록 배터리팩(10)에 내부에 적재되며 그 상단부는 배터리팩 커버(60)에 의해 닫혀지게 된다. 이때, 배터리 모듈과 결합되어 있는 배터리셀(20)은 배터리팩(10)의 둘레 방향으로 형성되어 있는 수용홈부(20)에 삽입되어 고정되며, 공기유입구(40)를 통해 유입된 공기에 의해 배터리 모듈에서 발생한 열이 식혀지면서 데워진 공기는 공기유출구(50)를 통해 배출되게 된다.

그러나, 종래의 배터리팩은 배터리셀을 수용하여 고정하는 수용홈부가 배터리팩의 둘레를 따라 고정된 특정 위치에 형성됨으로써 배터리 모듈 사이의 간격을 조절할 수 없는 문제가 있었다.

또한, 배터리 모듈의 온도 상승은 배터리의 성능 저하를 유발시킨다. 일반적으로 배터리팩 내부의 온도는 공기유입구나 공기유출구로부터 가까운 거리에 있는 가장자리 부분보다는 공기유입구나 공기유출구로부터 먼 거리에 있는 중앙부분이 높게 된다. 따라서, 종래기술과 같이 배터리팩 가장자리 부분과 중앙 부분에 적재되는 배터리팩 사이의 간격을 일정하게 하면 중앙부분의 배터리 성능 저하 문제를 유발시킬 수 있는 문제가 있었다.

아울러, 배터리 모듈과 수평한 위치에 있는 배터리팩의 측면에 공기유입구와 공기유출구를 형성함으로써 공기유입구를 통해 배터리 모듈과 직각방향으로 유입된 공기가 배터리 모듈과 충돌되어 원활하게 공기유출구로 빠져나가지 못하므로 배터리 모듈의 냉각 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

한편, 종래의 배터리팩은 충격흡수장치를 구비하지 않고 있기 때문에 전기자동차가 노면이 고르지 않은 도로를 주행시 배터리 모듈에 가해지는 충격을 흡수할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 제1목적은 배터리팩에 적재되는 복수의 배터리 모듈 사이의 간격을 자유롭게 조절할 수 있는 전기자동차용 배터리팩을 제공하는 데 있다.

또한, 제2목적은 전기자동차에서 필요로 하는 출력에 맞추어 동일한 크기의 배터리팩을 사용하면서도 배터리팩에 적재되는 배터리 모듈의 개수를 조절할 수 있는 전기자동차용 배터리팩을 제공하는데 있다.

또한, 배터리팩 내부에 발생된 열을 효율적으로 외부로 방출시킬 수 있는 전기자동차용 배터리팩을 제공하는 데 있다.

아울러, 외부로부터 배터리 모듈에 가해지는 충격을 흡수할 수 있는 전기자동차용 배터리팩을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 복수의 배터리 모듈을 내부에 수용하는 공간을 구비한 하우징; 하우징의 서로 대칭되는 양 측면에 배터리 모듈이 적재되는 방향과 평행한 방향으로 연장되어 형성된 복수의 관통홀; 및 관통홀을 따라 이동함으로써 복수의 배터리 모듈을 일정 간격으로 이격되게 적재시키는 간격조절수단;를 포함하되, 간격조절수단은, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 양측 일단부 또는 모서리부를 수용하도록 일측에 형성된 수용부; 관통홀에 삽입되는 몸체부; 및 간격조절수단을 하우징의 양 측면에 고정하여, 적재된 배터리 모듈 간의 간격이 유지되도록 타측에 형성된 결합부;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩을 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 관통홀은, 상면 또는 하면이 관통홀의 길이 방향을 따라 오목부가 반복적으로 형성된 요철 형상을 이루고, 몸체부는 오목부에 삽입되어 형상 맞춤될 수 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 배터리 모듈의 모서리부가 수용되는 수용부는, 배터리 모듈이 하우징의 상면 또는 하면과 일정 간격으로 이격된 상태로 지지되도록 상측, 하측 또는 상하측이 개방된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 관통홀이 형성되어 있는 하우징의 일 측면에는, 전기자동차가 주행시 외부로부터 공기가 유입될 수 있도록 복수 개의 공기유입구가 형성되고, 관통홀이 형성되어 있는 하우징의 타 측면에는, 공기유입구로 유입되어 배터리 모듈을 냉각시키면서 배터리모듈에서 발생되는 열에 의해 승온된 공기가 외부로 방출될 수 있도록 복수 개의 공기유출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 첫째, 배터리 모듈 사이의 간격을 자유롭게 조절하기 위해 관통홀을 따라 간격조절수단을 이동시켜 배터리팩에 적재되는 배터리 모듈의 개수를 달리할 수 있게 함으로써, 자동차의 출력에 따라 달라지는 배터리 모듈의 개수를 효율적으로 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 자동차의 출력에 따라 필요로 하는 배터리 모듈의 개수도 달라지므로 수용되는 배터리 모듈의 개수에 따라 각기 다른 크기의 배터리팩을 제조할 필요가 없게 되어 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 배터리 모듈들 사이와 대응되는 하우징의 측면부에 다수의 공기 유통공을 형성함으로써 배터리 모듈 내부로 유입된 공기가 배터리 모듈과 충돌하지 않고 배터리 모듈과 평행하게 이동하여 보다 효율적으로 배터리 모듈을 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 배터리팩의 저면에 탄성부재로 된 지지부를 형성하여 배터리 모듈에 가해지는 충격을 최소화함으로써 배터리팩의 충격으로 인한 배터리팩의 수명단축을 최소화시키면서 성능을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래 전기자동차용 배터리팩의 구조를 도시한 사시도,
도2는 본 발명인 배터리팩에 수용되는 배터리 모듈의 구조를 도시한 사시도,
도3은 본 발명인 배터리팩에 배터리 모듈이 결합된 형상을 도시한 사시도,
도4는 하우징의 구조를 도시한 사시도,
도5는 하우징에 형성된 관통홀의 형상을 도시한 정면도,
도6은 간격조절수단의 구조를 도시한 사시도,
도7a 내지 도7c는 배터리팩의 내부에 배터리 모듈이 적재된 상태를 상태를 도시한 평면도,
도8은 배터리팩의 방열 경로를 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<배터리팩의 구성>

도2는 본 발명인 배터리팩에 수용되는 배터리 모듈의 구조를 도시한 사시도, 도3은 본 발명인 배터리팩에 배터리 모듈이 결합된 형상을 도시한 사시도, 도4는 하우징의 구조를 도시한 사시도, 도5는 하우징에 형성된 관통홀의 형상을 도시한 정면도, 도6은 간격조절수단의 구조를 도시한 사시도, 도7a 내지 7c는 배터리팩의 내부에 배터리 모듈이 적재된 상태를 도시한 평면도, 도8은 배터리팩의 방열 경로를 도시한 평면도이다. 한편, 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명인 배터리팩에 수용되는 배터리 모듈(100)은 양극단자(110)와 음극단자(120), 판상의 배터리셀(130), 절연부(150), 본체부(140)로 구성되며, 특히, 본체부(140)는 금속 재질의 박판, 예를 들면, 알루미늄 박판, 스테인레스 박판 등의 재질로 마련될 수 있으며, 이러한 배터리 모듈(100)의 구성은 이미 공지된 기술에 해당하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명인 전기자동차용 배터리팩(이하, '배터리팩'이라 함)은 하우징(200), 관통홀(300) 및 간격조절수단(400)을 포함하고, 특히, 간격조절수단(400)은 수용부(410), 몸체부(420), 결합부(430)를 포함하여 구성된다.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 하우징(200)은 내부에 마련된 공간에 복수의 배터리 모듈(100)을 수용한다. 여기서 하우징(200)은 상부가 개방된 형태일 수 있으며, 복수의 배터리 모듈(100)이 수용된 후 개방된 상부를 덮는 덮개부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 복수의 배터리 모듈(100)은 하우징(200) 내부에 일정한 간격으로 이격되어 수평 방향으로 적재되면서 수용된다. 하우징(200)은 장방형의 용기 형태일 수 있으며, 그 밖에 내부에 배터리 모듈(100)을 수용할 수 있는 공간을 형성하고 있는 다른 형태이어도 무방하다.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 관통홀(300)은 하우징(200)의 서로 대칭되는 양 측면에 배터리 모듈(100)이 적재되는 방향으로 연장되어 형성된다. 즉, 관통홀(300)은 배터리 모듈(100)이 적재되는 방향으로 길쭉하게 늘어진 직사각형의 형태일 수 있다. 또한, 관통홀(300)의 폭(배터리 모듈(100)이 적재되는 방향으로 한면과 이와 대칭되는 타면 사이의 폭)은 관통홀(300)을 따라 간격조절수단(400)을 이동시킬 수 있도록 관통홀(300)의 몸체부(420)의 폭보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 관통홀(300)은 하우징(200)의 양 측면에 복수 개가 형성될 수 있으며, 바람직하게는 하우징(200)의 일 측면의 상하에 하나씩 두 개가 형성되고, 하우징(200)의 일 측면에 대향되는 위치의 하우징(200)의 타 측면에 두 개가 형성될 수 있다. 여기서, 하우징(200)의 일 측면의 상부에 형성되는 관통홀(300)은 하우징(200)의 타 측면의 하부에 형성되는 관통홀(300)과 서로 대각의 위치에 있을 수 있다.

또한, 도5의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 관통홀(300)은 상면 또는 하면이 관통홀(300)의 길이 방향을 따라 오목부가 반복적으로 형성되는 요철 형상을 이루고 있을 수 있으며, 간격조절수단(400)의 몸체부(420)는 오목부에 삽입되어 형상 맞춤될 수 있는 구조로 이루어질 수 있다. 오목부는 반원형, 사각형 그 밖의 도형 형태로 형성될 수 있으며 간격조절수단(400)의 몸체부(420)는 대응되는 오목부에 끼워 맞춰질 수 있는 형태를 가질 수 있다.

도6의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 간격조절수단(400)은 관통홀(300)을 따라 이동함으로써 복수의 배터리 모듈(100)을 일정 간격으로 이격되게 적재시키며, 배터리 모듈(100)의 양측 일단부 또는 모서리부를 수용하는 수용부(410), 관통홀(300)에 삽입되어 관통홀(300)을 따라 이동할 있는 몸체부(420), 간격조절수단(400)을 하우징(200)의 양 측면에 고정하여 적재된 배터리 모듈(100) 간의 간격이 일정하게 유지되도록 하는 결합부(430)로 구성된다.

수용부(410)는 하우징(200)의 내측 방향으로 형성되어 있으며, 결합부(430)는 하우징(200)의 외측 방향으로 형성되어 있다. 여기서, 수용부(410)는 배터리 모듈(100)이 하우징(200)의 상면 또는 하면과 일정 간격으로 이격된 상태로 지지되도록 상측, 하측 또는 상하측이 개방된 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 수용부(410)는 판상의 배터리 모듈(100)의 일단이 끼워질 수 있도록 'ㄷ'자 형상으로 이루어지거나 판상의 배터리 모듈(100)의 모서리 부분이 끼워질 수 있도록 양 측면이 막힌 'ㄴ'자 형상일 수 있다. 이와 같이 모서리 부분이 끼워지는 수용부(410)를 'ㄴ'자 형상으로 함으로써 배터리 모듈(100)이 수용부(410)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

결합부(430)는 간격조절수단(400)을 하우징(200)의 양 측면에 고정시킬 수 있도록 나사수단을 구비할 수 있다. 구체적으로, 결합부(430)는 암나사부로 이루어질 수 있으며 몸체부(420)의 일단에 형성된 수나사부에 결합되어 조여짐으로써 간격조절수단(400)을 하우징(200)에 고정시킬 수 있다. 그 밖에 간격조절수단(400)을 하우징(200)의 양 측면에 단단하게 고정시킬 수 있는 다양한 결합수단들이 결합부(430)로 사용될 수 있다.

도7a 내지 도7c에 도시된 바와 같이, 본 발명인 배터리팩은 하우징(200) 내부에 다양한 간격으로 적재될 수 있다. 본 발명인 배터리팩은 관통홀(300)을 길쪽한 직사각형 또는 오목부가 반복적으로 형성되게 구비함으로써 하우징(200)의 크기는 변화시키지 않으면서 하우징(200)의 내부에 수용되는 배터리 모듈(100)의 개수를 조절할 수 있게 된다. 즉 큰 출력을 요구하는 전기자동차의 경우, 도7a와 같이 하우징(200)의 내부 공간에 수용되는 배터리 모듈(100) 사이의 간격을 좁히면서 배터리 모듈(100)의 갯수를 증가시킬 수 있으며, 반면에 작은 출력을 요구하는 전기자동차의 경우, 도7b와 같이 하우징(200)의 내부 공간에 수용되는 배터리 모듈(100) 사이의 간격을 넓게 하면서 하우징(200)의 내부 공간에 수용되는 배터리 모듈(100)의 개수를 감소시킬 수 있다.

또한, 일반적으로 배터리팩 내부에 복수의 배터리 모듈(100)이 등간격으로 적재된 공냉식 배터리팩의 경우, 배터리팩 내부로 공기가 유입되거나 방출되는 홀과 가까운 곳보다는 배터리팩의 중앙부분에 위치한 배터리 모듈(100)에서 발생한 열 때문에 배터리팩의 가장자리보다는 중앙부분의 온도가 더 높게 된다. 배터리팩의 온도 상승은 배터리 성능을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 그러나, 본 발명인 배터리팩은 적재되는 배터리 모듈(100) 사이의 간격 조절이 가능하므로 도7c와 같이, 배터리팩의 가장자리에 위치하는 배터리 모듈(100)들 사이의 간격보다 배터리팩의 중앙부분에 위치하는 배터리 모듈(100)을 사이의 간격을 더 크게 하여 유입된 공기의 순환이 더 잘 되게 함으로써 배터리팩의 가장자리 부분과 중앙부분의 온도차를 줄일 수 있다.

한편, 도8은 배터리팩의 방열 경로를 도시한 평면도이다. 본 발명인 배터리팩에는 관통홀(300)이 형성되어 있는 하우징(200)의 일 측면에는 전기자동차가 주행시 외부로부터 공기가 유입될 수 있도록 복수 개의 공기유입구(500)를 형성할 수 있으며, 하우징(200)의 타 측면에는 공기유입구(500)로 유입되어 배터리 모듈(100)을 냉각시키면서 배터리모듈에서 발생되는 열에 의해 승온된 공기가 외부로 방출될 수 있도록 복수 개의 공기유출구(600)를 형성할 수 있다. 이때, 공기유입구(500) 및 공기유출구(600)는 배터리 모듈(100)과 배터리 모듈(100) 사이의 공간과 대응되는 하우징(200)의 측면에 형성될 수 있으며, 특히, 배터리 모듈(100)들 사이의 공간마다 복수의 공기유입구(500) 및 공기유출구(600)가 형성됨으로써 배터리 모듈(100)(전체적으로는 배터리팩)을 보다 효율적으로 냉각시킬 수가 있게 된다. 또한, 온도가 올라간 공기는 상승하는 점을 감안하여 공기유입구(500)는 하우징(200)의 일 측면의 하측에 형성하고 공기유출구(600)는 하우징(200)의 타 측면의 상측에 형성함으로써 배터리 모듈(100)에 의해 승온된 공기가 효율적으로 배출되도록 할 수 있다.

본 발명인 전기자동차용 배터리팩은 저면에 전기자동차용 배터리팩을 지지하는 지지부(미도시)가 결합될 수 있으며, 여기서, 지지부는 배터리 모듈(100)에 가해지는 충격을 흡수할 수 있도록 스프링, 고무 등의 탄성부재로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 전기자동차가 울퉁불퉁한 도로를 주행하거나 과속방지턱 등을 넘어갈 때 발생하는 충격에 의해 배터리 모듈(100)이 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100 : 배터리 모듈
200 : 하우징
300 : 관통홀
400 : 간격조절수단
410 : 수용부
420 : 몸체부
430 : 결합부
500 : 공기유입구
600 : 공기유출구

Claims

복수의 배터리 모듈을 내부에 수용하는 공간을 구비한 하우징;
상기 하우징의 서로 대칭되는 양 측면에 상기 배터리 모듈이 적재되는 방향과 평행한 방향으로 연장되어 형성된 복수의 관통홀; 및
상기 관통홀을 따라 이동함으로써 상기 복수의 배터리 모듈을 일정 간격으로 이격되게 적재시키는 간격조절수단;를 포함하되,
상기 간격조절수단은,
상기 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 양측 일단부 또는 모서리부를 수용하도록 일측에 형성된 수용부;
상기 관통홀에 삽입되는 몸체부; 및
상기 간격조절수단을 상기 하우징의 양 측면에 고정하여, 적재된 상기 배터리 모듈 간의 간격이 유지되도록 타측에 형성된 결합부;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩.
제 1항에 있어서,
상기 관통홀은,
상면 또는 하면이 상기 관통홀의 길이 방향을 따라 오목부가 반복적으로 형성되는 요철 형상을 이루고, 상기 몸체부는 상기 오목부에 삽입되어 형상 맞춤될 수 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩.
제 1항에 있어서,
상기 배터리 모듈의 모서리부가 수용되는 수용부는,
상기 배터리 모듈이 상기 하우징의 상면 또는 하면과 일정 간격으로 이격된 상태로 지지되도록 상측, 하측 또는 상하측이 개방된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩.
제 1항에 있어서,
상기 관통홀이 형성되어 있는 상기 하우징의 일 측면에는,
상기 전기자동차가 주행시 외부로부터 공기가 유입될 수 있도록 복수개의 공기유입구가 형성되고,
상기 관통홀이 형성되어 있는 상기 하우징의 타 측면에는,
상기 공기유입구로 유입되어 상기 배터리 모듈을 냉각시키면서 상기 베터리모듈에서 발생되는 열에 의해 승온된 공기가 외부로 방출될 수 있도록 복수개의 공기유출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩.