KR101383721B1

KR101383721B1 - 차량용 고전압 배터리팩

Info

Publication number: KR101383721B1
Application number: KR1020120135804A
Authority: KR
Inventors: 오만주; 김재웅; 박재우
Original assignee: 기아자동차(주); 현대자동차(주)
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-04-10

Abstract

본 발명은 차량용 고전압 배터리팩에 관한 것으로, 배터리 케이스(51)가 단열재(52)에 의해 완전한 밀폐공간을 이루면서 우수한 단열성능을 갖출 수 있도록 된 것이다.

Description

차량용 고전압 배터리팩{HIGH VOLTAGE BATTERY PACK FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 고전압 배터리팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단열성능이 향상된 배터리 케이스가 차량 외부에서 언더 플로어패널에 고정 설치된 차량용 고전압 배터리팩에 관한 기술이다.

하이브리드 전기 자동차와 연료전지 자동차 그리고 전기 자동차는 모두 전기모터를 이용해서 차량을 구동시키는 구성으로, 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리팩이 필수적으로 장착되어 있다.

상기 고전압 배터리팩(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 상부케이스(11a)와 하부케이스(11b)가 내부에 공간을 구비하도록 결합된 배터리 케이스(11), 상기 배터리 케이스(11)내에 고정 설치된 배터리 모듈(12), 상기 배터리 모듈(12)을 구성하는 각 단위전지의 전압과 전류 및 온도 등을 감지하고 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System; 미도시)를 포함한 구성으로 되어 있다.

상기와 같이 구성된 고전압 배터리팩(10)은 트렁크룸의 공간에 설치된 구조가 주를 이루고 있지만, 최근 차량의 성능이 향상됨에 따라 이에 부합되도록 배터리 사이즈가 커지고 또한 수량이 증가하는 추세인 바, 이로 인해 공간이 협소한 트렁크룸에 더 이상 고전압 배터리팩(10)을 설치할 수 없어서, 도시된 바와 같이 차량 외부에서 언더 플로어패널(1)에 고정 설치하게 되었다.

종래의 고전압 배터리팩(10)은 대부분 배터리 케이스(11)가 개방형으로 구성되어 있어서 하절기시 차량 내부 및 외부공기를 이용하여 배터리 모듈(12)을 냉각시키는 구성이고, 또한 배터리 케이스(11)가 개방형으로 이루어진 구성이기에 단열성능이 우수하지 못한 단점이 있다.

따라서, 하절기에 차량 주정차시 외부 지열에 의한 열량이 케이스의 내부로 쉽게 침투됨에 따라 배터리 모듈(12)의 온도가 급격하게 상승하는 단점이 있고, 반대로 동절기에 차량 주정차시 배터리 케이스(11)의 내부 열량이 쉽게 케이스의 외부로 방출됨에 따라 배터리 모듈(12)의 온도가 급격하게 떨어지는 단점이 있는 바, 이로 인해 배터리 모듈(12)의 내구성 감소 및 수명이 감소하는 단점이 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 10-2012-0033181호.

이에 본 발명은 상기한 바의 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 케이스를 밀폐시켜서 단열성능을 향상시킬 수 있도록 하고, 이를 통해 하절기 및 동절기시 배터리 모듈이 온도에 의한 영향을 덜 받도록 함으로써 내구성 향상과 사용수명 연장을 도모할 수 있는 차량용 고전압 배터리팩을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 고전압 배터리팩은, 밀폐된 내부공간을 구비하도록 상부케이스와 하부케이스가 조립되어 이루어진 배터리 케이스; 상기 배터리 케이스의 안쪽면과 접촉하도록 설치되어서 상기 내부공간의 밀폐성능과 단열성능을 향상시키는 단열재; 및 상기 배터리 케이스의 밀폐된 내부공간에 고정되게 설치된 배터리 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 배터리 케이스는 차량 외부에서 언더 플로어패널에 고정되게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 상부케이스는 중량감소 및 원가절감을 위해 고강도 플라스틱재질로 형성되고; 상기 하부케이스는 배터리 모듈의 보호를 위해 스틸재질로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 단열재는 상기 상부케이스의 안쪽면 전체와 접촉하도록 설치된 상부단열재; 및 상기 하부케이스의 안쪽면 전체와 접촉하도록 설치된 하부단열재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부단열재와 하부단열재는 밀폐성능 및 단열성능의 향상을 위해 외곽 테두리부가 서로 접촉하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 하부케이스의 안쪽 바닥에는 다수개의 베이스브래킷이 고정되게 설치되고; 상기 베이스브래킷에 베이스프레임이 고정되게 설치되며; 상기 베이스프레임상에 상기 배터리 모듈이 고정되게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 베이스브래킷과 상기 베이스프레임의 직접적인 접촉을 방지해서 단열성능을 향상시킬 수 있도록 상기 베이스브래킷과 상기 베이스프레임사이에 서포트단열재가 추가로 더 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 고전압 배터리팩에 의하면, 배터리 케이스가 단열재에 의해 완전한 밀폐공간을 이루면서 우수한 단열성능을 갖출 수 있게 됨에 따라, 하절기 및 동절기시 배터리 모듈이 온도에 의한 영향을 덜 받도록 할 수 있게 되고, 이를 통해 배터리 모듈의 내구성 향상 및 수명 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 고전압 배터리팩을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따라 차량의 언더 플로어패널에 설치된 고전압 배터리팩의 단면도,
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 고전압 배터리팩에서 상부케이스와 하부케이스의 구조를 보여주기 위한 단면도로, 도 2의 'A'부 와'B'부에 대한 확대도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 고전압 배터리팩에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 차량용 고전압 배터리팩(50)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 밀폐된 내부공간(51a)을 구비하도록 상부케이스(51b)와 하부케이스(51c)가 조립되어 이루어진 배터리 케이스(51); 상기 배터리 케이스(51)의 안쪽면과 접촉하도록 설치되어서 상기 내부공간(51a)의 밀폐성능과 단열성능을 향상시키는 단열재(52); 및 상기 배터리 케이스(51)의 밀폐된 내부공간(51a)에 고정되게 설치된 배터리 모듈(53);을 포함한다.

상기 배터리 케이스(51)는 차량 외부에서 차체를 구성하는 언더 플로어패널(1)에 고정되게 설치된 구조이다.

상기 상부케이스(51b)와 하부케이스(51c)는 각각의 테두리를 따라 플랜지부(미도시)가 형성되고, 상기 플랜지부가 서로 중첩되어서 볼트 및 너트와 같은 결합부재(61)를 매개로 서로 조립이 이루어진 구조가 된다.

그리고, 상기 배터리 케이스(51)는 상부케이스(51b)와 하부케이스(51c)의 플랜지부를 통해서 차체를 구성하는 언더 플로어패널(1)에 고정되게 설치된 구조가 된다.

상기 상부케이스(51b)는 스틸(steel)재질 대비 중량감소 및 원가절감을 도모하면서 충분한 강도를 확보할 수 있는 고강도 플라스틱(plastic)재질로 형성되고, 상기 하부케이스(51c)는 배터리 모듈(53)의 보호를 위해 스틸재질로 형성된 것이 바람직하다.

상기 고강도 플라스틱은 플라스틱 수지에 열가소성 수지를 함침시켜서 기계적 강도를 현저히 향상시킨 강화 플라스틱(reinforced plastics)으로, 플라스틱 수지로는 폴리에스터, 에폭시화 폴리우레탄을 주로 사용하고, 열가소성 수지로는 나일론, 폴리프로필렌, 폴리브틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트 등을 주로 사용한다.

상기 상부케이스(51b)는 언더 플로어패널(1)에 의해 가려져 있기 때문에 외부 이물질에 의한 파손 및 손상의 우려가 적으며, 이로 인해 스틸재질 대신에 중량감소 및 원가절감을 도모하면서 충분한 강도를 확보할 수 있는 고강도 플라스틱(plastic)재질로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 하부케이스(51c)는 외부로 직접 노출되는 것으로 외부 이물질에 의한 파손 및 손상의 우려가 크고, 또한 배터리 모듈(53)을 보다 효과적으로 보호할 수 있도록 하기 위해 일반적인 스틸재질로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 단열재(52)는 유기질 단열재 및 무기질 단열재에 상관없이 열전도율이 작은 것을 사용하는 것을 원칙으로 한다.

상기 단열재(52)는 상기 상부케이스(51b)의 안쪽면 전체와 접촉하도록 설치된 상부단열재(52a); 및 상기 하부케이스(51c)의 안쪽면 전체와 접촉하도록 설치된 하부단열재(52b)를 포함한다.

상기 상부단열재(52a)와 하부단열재(52b)는 수지형태로 도포되어 설치되거나 또는 접착제와 같은 별도의 결합부재를 매개로 조립되는 형식으로 설치될 수 있다.

여기서, 상기 상부케이스(51b)와 상부단열재(52a)는 동일재질로 형성될 수도 있고, 동일재질로 형성된 것이면 상기 상부케이스(51b)는 상부단열재(52a)보다 강도를 더 확보하기 위해 고밀도로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 상부단열재(52a)와 하부단열재(52b)는 밀폐성능 및 단열성능의 향상을 위해 외곽 테두리부가 서로 접촉하도록 설치된 구조가 바람직하다.

즉, 배터리 케이스(51)의 내부공간(51a)을 완전히 밀폐시킬 수 있도록 상부단열재(52a)와 하부단열재(52b)가 바깥 테두리끼리 면접촉을 이루도록 설치된 구조가 바람직한 것이다.

한편, 상기 하부케이스(51c)의 안쪽 바닥에는 다수개의 베이스브래킷(62)이 고정되게 설치되고, 상기 베이스브래킷(62)에 베이스프레임(63)이 고정되게 설치되며, 상기 베이스프레임(63)상에 상기 배터리 모듈(53)이 고정되게 설치된다.

그리고, 상기 베이스브래킷(62)과 상기 베이스프레임(63)의 직접적인 접촉을 방지해서 단열성능을 향상시킬 수 있도록 상기 베이스브래킷(62)과 상기 베이스프레임(63)사이에 서포트단열재(64)가 추가로 더 설치된다.

상기 베이스브래킷(62)은 용접과 같은 결합방법을 이용해서 하부케이스(51c)의 안쪽 바닥에 고정되게 설치되고, 상기 베이스브래킷(62)과 베이스프레임(63) 및 서포트단열재(64)는 볼트 및 너트와 같은 결합부재(65)를 매개로 일체로 결합되어서 설치되는 구조가 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 고전압 배터리팩(50)은, 배터리 케이스(51)의 내부공간(51a)이 단열재(52)에 의해 완전한 밀폐공간을 이루면서 외부와의 열전도를 최대한 차단할 수 있도록 구성됨에 따라 단열성능이 우수한 장점이 있다.

따라서, 단열성능이 우수한 본 발명에 따른 차량용 고전압 배터리팩(50)은 하절기에 차량 주정차시 외부 지열에 의한 열량이 배터리 케이스(51)의 내부로 침투하는 것을 최대한 차단할 수 있게 되고, 이를 통해 배터리 모듈(53)의 과열을 방지할 수 있으며, 더 나아가 배터리의 냉각을 위해 사용하는 에너지를 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 단열성능이 우수한 본 발명에 따른 차량용 고전압 배터리팩(50)은 동절기에 차량 주정차시 배터리 케이스(51)의 내부 열량이 쉽게 케이스의 외부로 방출되는 것을 차단할 수 있게 되고, 이를 통해 배터리 모듈(53)의 온도가 급격하게 떨어지는 것을 예방할 수 있으며, 특히 배터리 승온을 위해 사용하는 에너지를 크게 줄일 수 있게 되고, 더 나아가 배터리 모듈(53)의 내구성 향상 및 수명 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1 - 언더 플로어패널 50 - 고전압 배터리팩
51 - 배터리 케이스 51b - 상부케이스
51c - 하부케이스 52 - 단열재
52a - 상부단열재 52b - 하부단열재
53 - 배터리 모듈 64 - 서포트단열재

Claims

밀폐된 내부공간(51a)을 구비하도록 상부케이스(51b)와 하부케이스(51c)가 조립되어 이루어진 배터리 케이스(51);
상기 배터리 케이스(51)의 안쪽면과 접촉하도록 설치되어서 상기 내부공간(51a)의 밀폐성능과 단열성능을 향상시키는 단열재(52); 및
상기 배터리 케이스(51)의 밀폐된 내부공간(51a)에 고정되게 설치된 배터리 모듈(53);을 포함하는 차량용 고전압 배터리팩.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리 케이스(51)는 차량 외부에서 언더 플로어패널(1)에 고정되게 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩.
청구항 1에 있어서,
상기 상부케이스(51b)는 중량감소 및 원가절감을 위해 고강도 플라스틱재질로 형성되고;
상기 하부케이스(51c)는 배터리 모듈의 보호를 위해 스틸재질로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩.
청구항 1에 있어서,
상기 단열재(52)는 상기 상부케이스(51b)의 안쪽면 전체와 접촉하도록 설치된 상부단열재(52a); 및
상기 하부케이스(51c)의 안쪽면 전체와 접촉하도록 설치된 하부단열재(52b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩.
청구항 4에 있어서,
상기 상부단열재(52a)와 하부단열재(52b)는 밀폐성능 및 단열성능의 향상을 위해 외곽 테두리부가 서로 접촉하도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩.
청구항 1에 있어서,
상기 하부케이스(51c)의 안쪽 바닥에는 다수개의 베이스브래킷(62)이 고정되게 설치되고;
상기 베이스브래킷(62)에 베이스프레임(63)이 고정되게 설치되며;
상기 베이스프레임(63)상에 상기 배터리 모듈(53)이 고정되게 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩.
청구항 6에 있어서,
상기 베이스브래킷(62)과 상기 베이스프레임(63)의 직접적인 접촉을 방지해서 단열성능을 향상시킬 수 있도록 상기 베이스브래킷(62)과 상기 베이스프레임(63)사이에 서포트단열재(64)가 추가로 더 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩.