KR20080047640A - Power supply device for hybrid-typed electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리를 포함하고 있는 전원장치의 모식도이다;1 is a schematic diagram of a power supply including a battery module assembly and an electrical device assembly according to one embodiment of the present invention;
도 2는 전지모듈 어셈블리에서 장방형 전지모듈들의 육면 적층체가 프레임 부재들에 의해 고정되어 있는 구조의 사시도이다;2 is a perspective view of a structure in which a hexagonal stack of rectangular battery modules is fixed by frame members in the battery module assembly;
도 3은 도 2의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체를 제외한 상태에서 프레임 부재의 일 측면에 PSM이 장착되어 있는 구조의 사시도이다;3 is a perspective view of a structure in which the PSM is mounted on one side of the frame member in a state in which the six-sided laminate is excluded from the battery module assembly of FIG. 2;
도 4는 도 2의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체의 일 측면에 PSM과 BMS가 장착된 상태의 정면 사시도이다;4 is a front perspective view of a state in which the PSM and the BMS is mounted on one side of the hexahedral stack in the battery module assembly of FIG. 2;
도 5는 도 4의 후면 사시도이다;5 is a rear perspective view of FIG. 4;
도 6은 도 4에서 PSM의 구조를 나타내는 사시도이다;6 is a perspective view showing the structure of the PSM in FIG. 4;
도 7은 도 4에서 BMS의 구조를 나타내는 사시도이다;7 is a perspective view showing the structure of the BMS in FIG. 4;
도 8 및 9는 장착용 프레임을 전지모듈 어셈블리에 장착하는 형태의 분해 사시도 및 전지모듈 어셈블리를 외부 장치 또는 디바이스에 효과적으로 장착하는 장착용 프레임의 사시도이다;8 and 9 are exploded perspective views of mounting the mounting frame to the battery module assembly and a perspective view of the mounting frame for effectively mounting the battery module assembly to an external device or device;
도 10은 도 1에서 인버터의 구조를 나타내는 사시도이다;10 is a perspective view showing the structure of the inverter in FIG. 1;
도 11은 도 1에서 LDC의 구조를 나타내는 사시도이다.FIG. 11 is a perspective view illustrating a structure of an LDC in FIG. 1.
본 발명은 하이브리드 전기자동차의 전원장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진과 모터의 가변적인 작동에 의해 구동하는 하이브리드 전기자동차용 전원장치로서, 충방전이 가능한 다수의 이차전지들로 구성된 전지모듈 어셈블리와, 상기 전지모듈 어셈블리와 연동되어 차량의 모터 및 전장의 작동을 위한 전기로 변환시키는 전기장치 어셈블리를 포함하고 있으며, 상기 각각의 어셈블리는 차량의 소정 부위에 결합 및 장착하기 위한 프레임 부재(장착용 프레임 부재)를 포함하고 있고, 상기 어셈블리들은 서로 근접한 상태에서 하나의 하우징 케이스에 내장된 상태에서 차량의 소정 부위에 장착되는 전원장치에 관한 것이다. The present invention relates to a power supply device for a hybrid electric vehicle, and more particularly, to a hybrid electric vehicle power supply device driven by variable operation of an engine and a motor, comprising a battery module assembly including a plurality of secondary batteries capable of charging and discharging And an electric device assembly interlocked with the battery module assembly and converting the electric motor into electricity for the operation of the motor and the electric field of the vehicle, wherein each assembly includes a frame member for coupling and mounting to a predetermined portion of the vehicle. Frame member), and the assemblies are related to a power supply unit mounted to a predetermined portion of a vehicle in a state of being embedded in one housing case in proximity to each other.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.Recently, secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices. Secondary batteries are also attracting attention as a power source for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), which are proposed as a way to solve air pollution in conventional gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels. .
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성 으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.One or two or three battery cells are used for small mobile devices, whereas medium and large battery modules, which are electrically connected to a plurality of battery cells, are used in medium and large devices such as automobiles due to the necessity of high output capacity.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다. Since the medium-large battery module is preferably manufactured in a small size and weight, the rectangular battery, the pouch-type battery, etc., which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of the medium-large battery module. In particular, a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to its advantages such as low weight, low manufacturing cost, and easy deformation.
중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다. In order for the medium-large battery module to provide the output and capacity required by a given device or device, it is necessary to electrically connect a plurality of battery cells in series and maintain a stable structure against external force.
따라서, 다수의 전지셀들을 사용하여 중대형 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하므로, 이러한 부재들을 조립하는 과정은 매우 복잡하다. 더욱이, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위한 다수의 부재들의 결합, 용접, 솔더링 등을 위한 공간이 요구되며, 그로 인해 시스템 전체의 크기는 커지게 된다. 이러한 크기 증가는 중대형 전지모듈이 장착되는 장치 내지 디바이스의 공간상의 한계 측면에서 바람직하지 않다. 더욱이, 차량 등과 같이 한정된 내부공간에 효율적으로 장착되기 위해서는 더욱 콤팩트한 구조의 중대형 전지모듈이 요구된다. Therefore, in the case of constructing a medium-large battery module using a plurality of battery cells, since a large number of members are generally required for their mechanical fastening and electrical connection, the process of assembling these members is very complicated. Moreover, space is required for joining, welding, soldering, etc. a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection, thereby increasing the size of the entire system. This increase in size is undesirable in view of the space limitations of the apparatus or device in which the medium-large battery module is mounted. Furthermore, in order to be efficiently mounted in a limited interior space such as a vehicle, a medium to large battery module having a more compact structure is required.
또한, 하이브리드 전지자동차에 사용되는 전원장치는 충방전이 가능한 이차전지로 구성된 중대형 전지모듈과 중대형 전지모듈에서 발생한 전기를 차량의 모터 및 전장기기에 적합한 전기로 변환시키기 위한 다수의 전기장치로 구성되므로 구조가 더욱 복잡하고 조립하기가 용이하지 않게 된다.In addition, the power supply unit used in the hybrid battery vehicle is composed of a medium-large battery module composed of secondary batteries capable of charging and discharging, and a plurality of electrical devices for converting the electricity generated from the medium-large battery module into electricity suitable for the motor and electric equipment of the vehicle. The structure is more complicated and not easy to assemble.
따라서, 앞서 설명한 바와 같이 보다 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수하며, 조립이 용이하게 하이브리드 전기자동차에 장착할 수 있는 전원장치에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, as described above, there is a high need for a power supply device that can be mounted on a hybrid electric vehicle, which is more compact, has excellent structural stability, and is easily assembled.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 차량 등과 같은 제한된 공간에서 최소의 공간으로 안정적으로 장착될 수 있는 콤팩트한 구조를 가지며, 조립이 용이하고, 외부의 충격에 대해 구조적 안정성이 우수한 하이브리드 전기자동차용 전원장치를 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention has a compact structure that can be stably mounted in a limited space in a limited space, such as a vehicle, easy to assemble, excellent structural stability against external impact power supply for a hybrid electric vehicle To provide.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전원장치는, 엔진과 모터의 가변적인 작동에 의해 구동하는 하이브리드 전기자동차용 전원장치로서, 충방전이 가능한 다수의 이차전지들로 구성된 전지모듈 어셈블리와, 상기 전지모듈 어셈블리와 연동되어 차량의 모터 및 전장의 작동을 위한 전기로 변환시키는 전기장치 어셈블리를 포함하고 있으며, 상기 각각의 어셈블리는 차량의 소정 부위에 결합 및 장착 하기 위한 프레임 부재(장착용 프레임 부재)를 포함하고 있고, 상기 어셈블리들은 서로 근접한 상태에서 하나의 하우징 케이스에 내장된 상태에서 차량의 소정 부위에 장착되는 것으로 구성되어 있다. The power supply device according to the present invention for achieving this object is a power supply device for a hybrid electric vehicle that is driven by the variable operation of the engine and motor, a battery module assembly consisting of a plurality of secondary batteries capable of charging and discharging, It includes an electric device assembly which is linked to the battery module assembly to convert the electric motor for the operation of the motor and the electric field of the vehicle, each assembly is a frame member for mounting and mounting to a predetermined portion of the vehicle (mounting frame member) It includes, the assembly is configured to be mounted to a predetermined portion of the vehicle in a state in which it is embedded in one housing case in close proximity to each other.
본 발명에 따른 상기 자동차용 전원장치는 상기 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리가 서로 인접하여 하나의 일체형 하우징 케이스 내에 적재되어 있어서, 전지모듈 어셈블리와 전지장치 어셈블리가 차량의 소정 위치에 분리되어 장착되는 경우와 비교하여, 전기 배선의 단축에 의해 전기 전송 효율이 증가되고, 전원장치를 차량에 장착 및 탈착하기가 용이하여 조립 작업 및 필요에 따른 분해 작업을 손쉽게 행할 수 있다. In the vehicle power supply apparatus according to the present invention, when the battery module assembly and the electric device assembly are stacked in one integrated housing case adjacent to each other, the battery module assembly and the battery device assembly are separately mounted at a predetermined position of the vehicle. Compared with that, the electrical transmission efficiency is increased by shortening the electrical wiring, and the power supply device can be easily attached and detached to the vehicle, so that the assembly work and the disassembly work as necessary can be easily performed.
전체적인 크기를 최소화하고 한정된 공간내에 더욱 콤팩트하게 장착되면서 구조적인 안정성을 높일 수 있도록, 바람직하게는, 상기 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리가 전체적으로 육면체의 형상으로 대략 유사한 크기를 가지고, 일측이 개방된 하우징 케이스의 좌측부와 우측부에 서로 근접한 상태로 장착되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 대략 유사한 크기를 가지면서 상호 근접하여 배치된 이들 어셈블리들은 그것의 외면에 장착되는 하우징 케이스에 의해 안정적인 고정 상태를 유지하면서 콤팩트한 구조를 형성한다. Preferably, the battery module assembly and the electrical device assembly have an overall size similar to that of a hexahedron so as to minimize overall size and increase structural stability while being more compactly mounted in a limited space. It may be a structure that is mounted in a state in which the left side and the right side of the case in close proximity to each other. That is, these assemblies having approximately similar sizes and disposed in close proximity to each other form a compact structure while maintaining a stable fixed state by a housing case mounted on its outer surface.
본 발명에 따른 전원장치를 차량의 소정 부위에 결합 및 장착하는 역할을 하는 상기 장착용 프레임 부재들은 각각의 어셈블리들에 결합되어 있는 구조로 이루어져 있으므로, 어셈블리들을 하우징 케이스에 탑재한 상태에서 하우징 케이스를 차량의 해당 부위에 직접 장착하는 경우와 비교하여, 장착 상태의 구조적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 어셈블리들(특히, 전지모듈 어셈블리)은 그 자체로 상당한 중량을 가지므로, 차량의 운행 중 흔들림, 충격 등에 의해 어셈블리에 큰 힘이 가해질 수 있는 바, 차량의 장착 부위에 대한 결합력이 하우징 케이스의 결합력에 의존하도록 설계된 경우에는 하우징 케이스에 매우 큰 힘이 부가된다. 따라서, 하우징 케이스가 고강도 소재 또는 큰 크기의 구조로 만들어지지 않은 경우에는 그러한 외력에 의해 파괴될 가능성이 높다. 반면에, 본원발명에서는 외력에 의해 큰 힘을 받게 되는 각각의 어셈블리들이 이들에 직접 결합되어 있는 장착용 프레임 부재에 의해 차량의 장착 부위에 대한 결합력을 제공하므로, 상기와 같은 문제점이 발생하지 않는다. Since the mounting frame members, which serve to couple and mount the power supply device according to the present invention to a predetermined portion of the vehicle, have a structure that is coupled to the respective assemblies, the housing case is mounted in a state where the assemblies are mounted in the housing case. Compared with the case of mounting directly on the corresponding part of the vehicle, the structural stability of the mounted state can be further improved. Specifically, since the assemblies (particularly, the battery module assembly) have a considerable weight per se, a large force may be applied to the assembly due to shaking, impact, etc. while driving the vehicle, and thus the coupling force to the mounting portion of the vehicle may be reduced. If designed to rely on the coupling force of the housing case, a very large force is added to the housing case. Therefore, when the housing case is not made of a high strength material or a structure of a large size, there is a high possibility of being destroyed by such external force. On the other hand, in the present invention, since the respective assembly that is subjected to a large force by the external force provides a coupling force to the mounting portion of the vehicle by the mounting frame member is directly bonded to them, such a problem does not occur.
하나의 바람직한 예에서, 상기 장착용 프레임 부재는 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리의 일 측면에 각각 한 쌍의 부재들로 설치된 구조일 수 있다. In one preferred example, the mounting frame member may be a structure installed as a pair of members on each side of the battery module assembly and the electrical device assembly.
본 발명에 따른 전원장치에서 필요에 따라 전기를 충전 및 방전하는 전지모듈 어셈블리의 구조는 다양할 수 있는 바, 바람직하게는, 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 장방형 전지모듈 다수 개가 그것의 폭 방향(종 방향) 및 높이 방향(횡 방향)으로 2 개 또는 그 이상씩 적층되어 전체적으로 육면체 구조(육면 적층체)를 이루고 있고, 상기 육면 적층체의 외주 모서리들이 프레임 부재에 의해 고정되어 있는 것으로 구성될 수 있다.The structure of the battery module assembly for charging and discharging electricity as needed in the power supply device according to the present invention may vary, preferably, a plurality of rectangular battery modules in which a plurality of battery cells or unit modules are connected in series The dog is laminated two or more in its width direction (longitudinal direction) and height direction (lateral direction) to form a hexahedral structure (hexahedral stack) as a whole, and the outer peripheral edges of the hexahedral stack are fixed by a frame member. It can be configured as.
이와 같은 구조의 전지모듈 어셈블리는, 종 방향과 횡 방향으로 장방형 전지모듈 다수 개가 적층되어 육면 적층체를 이루고 있고 이러한 육면 적층체가 프레임 부재에 의해 고정됨으로써, 전체적으로 콤팩트하고 안정적인 구조를 가지며, 많은 수의 부재들을 사용하지 않고도 기계적 체결과 전기적 접속을 이룰 수 있다.In the battery module assembly having such a structure, a plurality of rectangular battery modules are stacked in a longitudinal direction and a lateral direction to form a six-sided laminate, and the six-sided laminate is fixed by a frame member, thereby providing a compact and stable structure as a whole. Mechanical fastening and electrical connection can be made without the use of members.
육면 적층체를 이루는 상기 다수의 장방형 전지모듈들은, 앞서 설명한 바와 같이, 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 서로 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 판상형 전지셀들을 2 또는 그 이상의 개수로 적층하면 상기 장방형 전지모듈이 만들어진다. 바람직하게는, 2 또는 그 이상의 개수로 단위모듈들을 적층하여 상기 장방형 전지모듈을 구성할 수 있다. The plurality of rectangular battery modules constituting the hexahedral stack, as described above, has a structure in which a plurality of battery cells or unit modules are connected to each other. For example, the rectangular battery module is formed by stacking two or more plate-shaped battery cells. Preferably, the rectangular battery module may be configured by stacking two or more unit modules.
상기 장방형 전지모듈이 폭 대비 높이가 큰 직육면체 형상을 이루며 이들이 다수 조합된 육면 적층체가 전체적으로 대략 정육면체 형상을 이루는 구조는, 전체적으로 매우 콤팩트하고 안정적인 구조를 제공한다. The rectangular battery module has a rectangular parallelepiped shape with a large width to height, and a structure in which a six-sided laminate in which a plurality thereof is combined to form an approximately cube shape as a whole provides a very compact and stable structure as a whole.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈들 각각의 입출력 단자들은 상기 육면 적층체의 일면(a)을 향하도록 배향되어 있고, 입출력 단자들의 배향면(a)에 PSM(Power Switching Module)가 장착되어 있고, 상기 입출력 단자 배향면(a) 또는 그것의 대향면(b)에 BMS(Battery Management System)가 장착되어 있는 구조일 수 있다. BMS가 PSM과 입출력 단자 배향면(a)에 함께 장착되어 있는 구조가 더욱 바람직하다. In one preferred example, the input / output terminals of each of the battery modules are oriented to face one side (a) of the hexahedral stack, and a power switching module (PSM) is mounted on the alignment surface (a) of the input / output terminals. It may have a structure in which a BMS (Battery Management System) is mounted on the input / output terminal alignment surface (a) or its opposite surface (b). More preferably, the BMS is attached to the PSM and the input / output terminal alignment surface a.
과전류 및 과전압을 방지하고 전기를 제어하기 위한 전원 스위칭 모듈인 PSM(Power Switching Module)와 배터리 관리 시스템인 BMS(Battery Management System)은 중대형 전지 모듈 어셈블리를 구성함에 있어서 필수적인 제어 및 안전 부재로서, 장방형 전지모듈의 입출력 단자에 인접하여 장착됨으로써, 전기적 접속 구조와 그에 따라 조립 과정을 더욱 간소화할 수 있다. 또한, 전기적 접속수단의 길이를 감소시켜, 내부 저항의 증가를 방지하고 외부 충격 등에 의해 접속수단이 단전되는 위험성을 감소시키며, 구조적으로 취약할 수 있는 전지모듈의 입출력 단자 부위를 효과적으로 보호할 수 있다. The power switching module (PSM), a power switching module (BSM), and the battery management system (BMS), which are essential for the construction of medium-large battery module assemblies, are rectangular batteries. By being mounted adjacent to the input and output terminals of the module, it is possible to further simplify the electrical connection structure and thus the assembly process. In addition, by reducing the length of the electrical connection means, it is possible to prevent the increase of internal resistance, reduce the risk of disconnection of the connection means by external impact, etc., it is possible to effectively protect the input and output terminal portion of the battery module that can be structurally weak. .
상기 PSM와 선택적으로 BMS는, 바람직하게는, 육면 적층체 중 1 면의 모서리들을 고정하는 프레임 부재에 체결되는 판재에 당해 안전소자들 및 제어소자들이 탑재되어 있는 구조로 장착될 수 있다. 구체적으로, PSM과 BMS는 플라스틱 기판에 다수의 소자들을 탑재하고 이들을 버스 바에 의해 전기적으로 연결하는 구조로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 플라스틱 기판은 프레임 부재에 결합되므로 프레임 부재의 형틀을 유지하는 역할도 병행할 수 있다. The PSM and optionally the BMS, preferably, may be mounted in a structure in which the safety elements and the control elements are mounted on a plate that is fastened to a frame member that fixes corners of one side of the six-sided stack. Specifically, the PSM and the BMS may be configured to mount a plurality of devices on a plastic substrate and electrically connect them by a bus bar. Here, since the plastic substrate is coupled to the frame member, the plastic substrate may also serve to maintain the mold of the frame member.
본 발명의 전원장치에서, 전지모듈 어셈블리와 연동되어 차량의 모터 및 전장의 작동을 위한 전기로 변환시키는 작용을 하는 전기장치 어셈블리는, 차량의 모터를 작동시키기 위한 교류전원으로 사용하기 위하여 전지셀의 방전시 전지모듈 어셈블리에서 발생하는 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터(Inverter)와, 차량의 전장 기기들을 작동시키기 위하여 전지셀의 방전시 발생하는 전지모듈 어셈블리의 고전압 전기를 저전압의 직류 전기로 변환하는 LDC(Low voltage DC to DC converter)를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.In the power supply device of the present invention, the electrical device assembly which works in conjunction with the battery module assembly to convert the electric motor for the operation of the motor and the electric field of the vehicle, the battery cell for use as an AC power source for operating the motor of the vehicle Inverter that converts DC electricity generated from battery module assembly to AC electricity when discharging, and converts high voltage electricity of battery module assembly generated when battery cell is discharged into low voltage DC electricity to operate electric equipment of vehicle It may be configured to include a low voltage DC to DC converter (LDC).
이러한 인버터와 LDC에 장착용 프레임 부재가 결합되는 구조는 다양할 수 있지만, 결합 효율성을 높이고 인버터와 LDC의 적절히 이격시킨 구조로서, 장착용 프레임 부재의 상면에는 LDC가 결합되고 하면에는 인버터가 결합되는 구조일 수 있다. 이러한 결합 구조가 가능할 수 있도록, 장착용 프레임 부재는 LDC의 하면을 감쌀 수 있도록 LDC의 두께에 대응하는 깊이로 절곡되어 있다. 이와 반대로, 장착용 프레임 부재의 상면에 인버터가 결합되고 하면에 LDC가 결합되는 구조도 가능할 수 있음은 물론이다. The structure in which the mounting frame member is coupled to the inverter and the LDC may vary, but the coupling efficiency is increased and the structure is properly spaced between the inverter and the LDC. The LDC is coupled to the upper surface of the mounting frame member and the inverter is coupled to the lower surface. It may be a structure. In order to enable such a coupling structure, the mounting frame member is bent to a depth corresponding to the thickness of the LDC so as to cover the lower surface of the LDC. On the contrary, the inverter may be coupled to the upper surface of the mounting frame member and the LDC may be coupled to the lower surface.
본 발명에 따른 전원장치에서 하우징 케이스는 그것의 내부에 장착된 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리를 외부로부터 보호하는 역할을 하며, 예를 들어, 장착용 프레임 부재가 결합된 면을 제외하고 어셈블리들의 외면을 감싸는 구조일 수 있다. In the power supply according to the present invention, the housing case serves to protect the battery module assembly and the electrical device assembly mounted therein from the outside, for example, the outer surfaces of the assemblies except for the surface to which the mounting frame member is coupled. It may be a structure surrounding the.
하나의 바람직한 예에서, 상기 하우징 케이스는, 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리의 적재를 위한 수납부를 포함하고 있는 케이스 본체와, 상기 본체에 결합되는 케이스 커버로 이루어져 있고, 상기 어셈블리들을 케이스 본체에 수납한 상태에서 케이스 커버를 이용하여 케이스 본체를 밀봉한 후, 차량의 소정 부위에 장착하는 구조일 수 있다. 앞서의 설명과 같이, 이러한 장착 과정에서 차량의 해당 부위에 대한 결합력은 각각의 어셈블리에 결합되어 있는 장착용 프레임 부재에 의해 실질적으로 제공되며, 하우징 케이스는 그러한 프레임 부재에 부가적으로 결합되어 있는 형태를 이룬다. In one preferred embodiment, the housing case comprises a case body including a battery module assembly and an accommodating portion for loading the electrical device assembly, and a case cover coupled to the body, and storing the assemblies in the case body. The case body may be sealed by using a case cover in a state, and then mounted on a predetermined portion of the vehicle. As described above, in this mounting process, the coupling force to the corresponding part of the vehicle is substantially provided by the mounting frame member coupled to each assembly, and the housing case is additionally coupled to the frame member. To achieve.
전기장치 어셈블리를 구성하는 인버터, LDC 등은 대략 80 내지 90℃의 고열을 발생시키므로, 그러한 고열이 전지모듈 어셈블리로 복사될 경우 전지모듈을 구성하는 전지셀의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 유발될 수 있다. Since the inverter, LDC, etc. constituting the electric assembly generate high heat of approximately 80 to 90 ° C., when such high heat is radiated to the battery module assembly, deterioration of the battery cells constituting the battery module is promoted, and in some cases, fired. Or an explosion may be caused.
따라서, 이러한 전지모듈 어셈블리로부터의 복사열을 방지하기 위하여, 바람 직하게는, 상기 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리 사이에, 전기장치 어셈블리로부터 전지모듈 어셈블리로의 열복사를 방지하기 위한 구조를 포함하는 것으로 구성되어 있다.Therefore, in order to prevent radiant heat from such a battery module assembly, it is preferable to include a structure between the battery module assembly and the electrical device assembly to prevent heat radiation from the electrical device assembly to the battery module assembly. It is.
이러한 복사열 방지 구조는 매우 다양할 수 있는, 앞서 설명한 바와 같이 BMS, PSM 등이 전기장치 어셈블리에 대면하는 전지모듈 어셈블리 상에 위치하는 경우에는 그 자체로서 어느 정도 복사열의 차단 효과를 얻을 수 있지만, BMS, PSM 등도 상기 복사열에 의해 열화 내지 오작동 등이 유발될 수 있으므로, 보다 효율적인 복사열 방지 구조가 요구된다. Such radiation protection schemes can be very diverse, as described above, when the BMS, PSM, etc. are located on the battery module assembly facing the electrical device assembly, as a result, the heat shielding effect can be obtained to some extent, but the BMS , PSM, etc. may also cause deterioration or malfunction due to the radiant heat, so a more efficient radiant heat prevention structure is required.
첫 번째 예에서, 상기 복사열 방지 구조는 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리 사이에 장착되는 단열부재일 수 있다. 상기 단열부재는 전기장치 어셈블리의 복사열이 전지모듈 어셈블리로 전달되는 것을 방지할 수 있는 형태 및 소재로 이루어져 있다면, 특별히 제한되지는 않는다. In a first example, the radiation protection structure may be a heat insulating member mounted between the battery module assembly and the electrical device assembly. The heat insulating member is not particularly limited as long as it is made of a shape and a material which can prevent radiant heat of the electrical device assembly from being transferred to the battery module assembly.
두 번째 예에서, 상기 복사열 방지 구조는 케이스 본체와 케이스 커버로 구성되는 하우징 케이스에서 그것의 적어도 일측으로부터 연장된 차단벽 등일 수 있다. 상기 차단벽은 케이스 본체로부터 연장된 형태와 케이스 커버로부터 연장된 형태가 모두 가능하다. 경우에 따라서는, 케이스 본체 또는 케이스 커버 상에 별도의 차단벽을 부착하는 방식으로 부가할 수도 있다.In a second example, the radiation protection structure may be a barrier wall or the like extending from at least one side thereof in a housing case consisting of a case body and a case cover. The barrier wall may have both a form extending from the case body and a form extending from the case cover. In some cases, it may be added by attaching a separate barrier wall on the case body or case cover.
세 번째 예에서, 상기 복사열 방지 구조는, 하우징 케이스의 중앙 부분을 관통하는 통로가 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리 사이의 공간을 통과하도록 형성되어 있고, 여기에 별도의 구조물을 삽입하는 형태일 수 있다. 예를 들어, 상 기 관통 통로가 스키쓰루(Ski Through)와 연결되어 있고, 관통 통로를 통해 스키를 삽입하면 그 자체로서 차단벽이 형성될 수 있다. 상기 '스키쓰루'는 중형 또는 대형차에 스키 플레이트를 트렁크에서 탑재하기 위하여 차량의 실내 뒷좌석을 지지하는 금속 판넬에 사각형으로 형성된 관통구이며, 일반적으로 뒷좌석의 암레스트(Armrest)와 연결되어 있다.In a third example, the radiation protection structure is formed so that a passage through the central portion of the housing case passes through the space between the battery module assembly and the electrical device assembly, it may be in the form of inserting a separate structure therein. . For example, the through passage is connected to a ski through, and when a ski is inserted through the through passage, a barrier wall may be formed by itself. The 'ski-thru' is a through-hole formed in a rectangular shape on a metal panel that supports an indoor rear seat of the vehicle for mounting a ski plate in a trunk of a medium or large vehicle, and is generally connected to an armrest of the rear seat.
하이브리드 전기자동차용 전원장치는 전지모듈 어셈블리의 충방전 과정과 전기장치 어셈블리의 작동 과정에서 많은 열이 발생하므로, 이를 효율적으로 제거하는 것이 필요하다. Power supply for a hybrid electric vehicle generates a lot of heat during the charging and discharging process of the battery module assembly and the operation of the electric assembly, it is necessary to efficiently remove it.
이를 위해, 하우징 케이스는 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리의 냉각을 효율적으로 수행할 수는 구조로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 구체적으로, 케이스 본체의 측면에는 외부와 관통되는 개구(a)가 형성되어 있고, 상기 개구(a)와 동일한 케이스 본체의 측면에는 외부로 통하는 개구(b)가 형성되어 있는 구조일 수 있다. 바람직하게는, 상기 개구(b)에는 흡입식 냉각 팬이 장착되어 있어서, 개구(a)를 통해 케이스 내부로 유입된 냉매가 전지 모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리를 순차적으로 통과한 후, 개구(b)를 통해 외부로 배출됨으로써, 전지셀의 충방전으로 인해 발생되는 전지모듈 어셈블리의 열과, 인버터, 전압강하 변환기 등의 전기장치 어셈블리에서 발생되는 고열을 순차적으로 제거할 수 있다. To this end, the housing case is preferably made of a structure capable of efficiently cooling the battery module assembly and the electrical device assembly. Specifically, an opening a penetrating the outside may be formed in the side of the case body, and an opening b may be formed in the side of the same case main body as the opening a. Preferably, the opening (b) is equipped with a suction cooling fan, the refrigerant introduced into the case through the opening (a) sequentially passes through the battery module assembly and the electrical device assembly, and then the opening (b) By being discharged to the outside, the heat of the battery module assembly generated by the charge and discharge of the battery cell, and the high heat generated in the electrical device assembly, such as an inverter, a voltage drop converter may be sequentially removed.
본 발명에 따른 전원장치는 차량의 어느 부위에라도 장착이 가능하며, 바람직하게는 차량의 실내 공간 중 뒷좌석 후면에 장착될 수 있다. 이러한 장착은 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리에 각각 결합되어 있는 장착용 프레임 부재에 의해 달성됨은 물론이다.The power supply device according to the present invention can be mounted on any part of the vehicle, and preferably can be mounted on the rear seat rear of the vehicle interior space. Such mounting is, of course, achieved by a mounting frame member that is coupled to the battery module assembly and the electrical device assembly, respectively.
본 발명에 따른 전원장치는 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 하이브리드 전기 자동차의 전원으로 유용하게 적용될 수 있다.The power supply device according to the present invention may be used as a power source of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle having a limited mounting space and exposed to frequent vibrations and strong shocks, in consideration of mounting efficiency, structural stability, and the like. It can be usefully applied as a power source.
따라서, 본 발명은 또한 상기 전원 시스템을 포함하고 있는 하이브리드 전지자동차를 제공하는 바, 충방전이 가능한 전원 시스템을 포함하는 하이브리드 전기자동차는 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다. Therefore, the present invention also provides a hybrid battery vehicle including the power system, the hybrid electric vehicle including a power system capable of charging and discharging is known in the art, a detailed description thereof is omitted herein. do.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 하이브리드 전기자동차용 전원장치에서 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리가 하우징 케이스에 탑재되어 있는 전원장치가 모식적으로 도시되어 있다. 1 schematically shows a power supply device in which a battery module assembly and an electric device assembly are mounted on a housing case in a power supply device for a hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 전원장치(800)는 하나의 하우징 케이스 본체(700) 내부에 충방전이 가능한 여러 개의 이차전지들로 구성되는 전지모듈 어셈블리(100)와, 전지모듈 어셈블리로(100)부터 발생되는 전기를 차량의 모터 및 전장의 작동을 위한 전기로 변환시키는 전기장치 어셈블리(600)가 서로 인접하여 내장되어 있으며, 전 기장치 어셈블리로(600)부터 전지모듈 어셈블리(100)로의 열복사를 방지하기 위한 구조(복사열 차단 구조: 730)로 이루어져 있다.Referring to FIG. 1, the
또한, 전지모듈 어셈블리(100)와 전기장치 어셈블리(600)가 차량의 소정 부위에 결합 및 장착될 수 있도록, 이들 어셈블리들(100, 600)에 직접 결합되어 있는 장착용 프레임 부재들이 포함되어 있다. 구체적으로, 전지모듈 어셈블리의 장착을 위한 한 쌍의 프레임 부재(이하, '제 1 장착용 프레임'으로 약칭함: 380)와, 전기장치 어셈블리의 장착을 위한 한 쌍의 프레임 부재(이하, '제 2 장착용 프레임'으로 약칭함: 630)로 구성된 장착용 프레임 부재를 포함하고 있다. 하우징 케이스 본체(700)는 이러한 장착용 프레임 부재들(380, 630)에 결합되는 구조로 설치되어 있다. In addition, mounting frame members directly coupled to the
전지모듈 어셈블리(100)는, 이후 도 2 내지 도 5에서 상세히 설명하느 바와 같이, 이차전지로 구성된 6 개의 장방형 전지모듈들이 횡방향으로 2 개씩, 종방향으로 3 개씩 육면 적층체의 구조로 이루어져 있고, 입출력 단자들이 위치하는 육면 적층체의 정면 상에는, 장방향 전지모듈의 전기적 접속을 행하고 과전류 또는 과전압으로부터의 회로를 보호하기 위한 PSM(400)이 장착되어 있으며, 전지모듈의 작동을 제어하는 BMS(500)가 PSM(400)과 인접한 위치에 함께 장착되어 있다.The
전기장치 어셈블리(600)는, 전지모듈 어셈블리(100)와 연동되어 이차전지의 직류 전원을 차량의 모터의 작동을 위한 교류 전원으로 변환시키는 인버터(610)와, 인버터(610)에서 변환된 전기를 차량의 전장기기를 작동시키기 위한 저전압의 전기로 변환하는 LDC(620)로 구성되어 있다. The
전기장치 어셈블리(600)는 제 2 장착용 프레임(630)에 의해 차량의 소정 부위에 장착되며, 제 2 장착용 프레임은 상면에 LDC(620)가 결합되고, 하면에 인버터(610)가 결합될 수 있도록, 완만하게 절곡되어 있는 구조로 이루어져 있다. 구체적으로, 제 2 장착용 프레임(630)은 LDC(620)의 하면을 감싸는 형태로 LDC(620)의 두께에 대응하는 깊이로 절곡되어 있다.The
하우징 케이스 본체(700)의 일 측면에는 전지모듈 어셈블리(100)과 전기장치 어셈블리(600)에 인접한 위치에 각각 개구(702, 704)가 형성되어 있고, 하우징 케이스 본체(700)의 수납부에 전지모듈 어셈블리(100)과 전기장치 어셈블리(600)이 각각 탑재된 상태에서 케이스 커버(도시하지 않음)가 결합된다.
따라서, 전원장치(800)의 작동시 발생하는 열을 효율적으로 제거할 수 있도록, 냉매는 전지모듈 어셈블리(100)에 인접한 케이스 본체(700)의 측면에 위치한 개구(702)로부터 유입되어, 전지모듈 어셈블리(100)과 전기장치 어셈블리(600)를 순차적으로 통과한 후에, 전기장치 어셈블리(600)에 인접한 케이스 본체(700)의 측면에 위치한 개구(704)에 설치된 흡입식 냉각팬(도시하지 않음)에 의해 외부로 배출된다.Therefore, the refrigerant is introduced from the
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 어셈블리에서 장방형 전지모듈들의 육면 적층체가 프레임 부재들에 의해 고정되어 있는 구조의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 이해를 돕기 위해, 도 3에는 도 2의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체를 제외한 상태에서 프레임 부재의 일 측면에 PSM이 장착되어 있는 구조의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 4에는 도 2의 전지모 듈 어셈블리에서 육면 적층체의 일 측면에 PSM가 장착된 상태의 정면 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 후면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.2 is a perspective view schematically illustrating a structure in which a hexahedral stack of rectangular battery modules is fixed by frame members in a battery module assembly according to an exemplary embodiment of the present invention. 3 is a perspective view schematically illustrating a structure in which the PSM is mounted on one side of the frame member in a state in which the hexahedral stack is excluded from the battery module assembly of FIG. 2. In addition, FIG. 4 schematically shows a front perspective view of a state in which the PSM is mounted on one side of the hexahedral stack in the battery module assembly of FIG. 2, and FIG. 5 is a rear perspective view of FIG. 4. have.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈 어셈블리(100)는 6 개의 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)과, 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)의 육면 적층체(200a)의 외주 모서리들을 고정하는 프레임 부재(300), 및 PSM(400)으로 구성되어 있으며, 전체적으로 정육면체 형상을 나타낸다. Referring to these drawings, the
6 개의 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)은 횡 방향으로 2 개씩, 종 방향으로 3 개씩 충적되어 있고, 그것의 일 측면에 형성되어 있는 입출력 단자들(240)이 서로 인접하도록 대향 배열 구조로 적층되어 있다. 즉, 상부 행의 전지모듈들(201, 202, 203)과 하부 행의 전지모듈들(204, 205, 206)이 가상 중심선을 중심으로 서로 대칭 구조를 이루도록, 상부 행의 전지모듈들(201, 202, 203)은 뒤집힌 형태로 하부 행의 전지모듈들(204, 205, 206) 상에 적층되어 있다. The six
각각의 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)은 다수의 판상형 단위모듈들이 세워진 형태로 내장되어 있는 구조로 이루어져 있고, 프레임 부재(300)는 육면 적층체(200a)의 12 개 외주 모서리를 안정적으로 고정할 수 있도록 다수의 프레임들이 결합되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 육면 적층체(200a)를 장착한 상태에서 육면 적층체(200a)의 6 개 면은 외부로 개방되게 된다. Each of the
입출력 단자들(240)이 위치하는 육면 적층체(200a)의 정면 상에는, 필요에 따라 전류를 통전시켜 충전 및 방전을 행하고, 전지 시스템의 작동 개시 또는 분해 과정에서 적절한 전압 강하를 행하며, 장방형 전지모듈들의 전기적 접속을 행하고, 과전류, 과전압 등으로부터의 회로를 보호하기 위한 PSM(400) 부재가 장착되어 있다. 장방형 전지모듈들의 입출력 단자들이 서로 인접해 있으므로, PSM(400)의 연결이 용이하고, 전기적 접속을 위한 부재의 길이를 대폭 줄일 수 있다. PSM(400)의 더욱 자세한 내용은 도 6을 참조하여 별도로 설명한다. On the front side of the
도 6에는 PSM의 구조가 모식적으로 도시되어 있다. 6 schematically illustrates the structure of the PSM.
도 6을 참조하면, PSM(400)는 두터운 플라스틱 기판(410) 상에 각종 소자들이 탑재되어 있고, 이들이 버스 바와 와이어에 의해 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다. Referring to FIG. 6, the
절연성의 플라스틱 기판(410)은 도 3에서 일체형 전면 프레임(350)과 일체형 후면 프레임(360)과 우측 상단 프레임(310)과 우측 하단 프레임(330)으로 이루어진 개방된 우측면에 일치하게 설치될 수 있는 형상과 크기로 이루어져 있고, 양 측면에 결합용 체결부(412)가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.The insulating
따라서, PSM(400)의 플라스틱 기판(410)은 관련 소자들과 버스 바 및 와이어가 탑재되는 공간을 제공할 뿐만 아니라, 프레임 부재의 골격을 지지하는 구조체로서의 역할도 동시에 수행한다. Accordingly, the
도 7에는 BMS의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.In FIG. 7, the structure of BMS is shown typically.
도 7을 참조하면, BMS(500)는 도 1에서 하우징 케이스 본체(700) 내부에서 전지모듈 어셈블리의 PSM(400)와, 전기장치 어셈블리의 LDC(620) 및 인버터(610) 사이에 장착된다. 그러나, BMS(500)는 도 6의 플라스틱 기판(410) 상에 PSM과 함 께 탑재되거나, 도 1의 전지모듈 어셈블리에서 입출력 전극 단자측의 대향면에 장착될 수도 있음은 물론이다. Referring to FIG. 7, the
BMS(500)의 일측 하단부에는 체결부(504)가 일측면으로 돌출되어 있어서, 체결부(504)에 형성되어 있는 체결홈(502)에 볼트와 같은 부재를 삽입 및 체결하여, 하우징 케이스 본체의 하단부 등에 고정할 수 있다. The
도 8 및 9에는 장착용 프레임 부재를 전지모듈 어셈블리에 장착하는 형태의 분해 사시도 및 전지모듈 어셈블리를 외부 장치 또는 디바이스에 효과적으로 장착하는 장착용 프레임 부재의 사시도가 각각 도시되어 있다. 8 and 9 illustrate an exploded perspective view of mounting the mounting frame member to the battery module assembly and a perspective view of the mounting frame member for effectively mounting the battery module assembly to an external device or a device, respectively.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈 어셈블리를 해당 부위에 장착하는 제 1 장착용 프레임 부재(380)는 양측 단부가 일체형 전면 프레임(350)의 절곡 연장부(353)에 결합된 상태에서 외측으로 돌출되도록 완만하게 절곡되어 있는 구조로 이루어져 있다. 또한, 제 1 장착용 프레임 부재(380)에는 양측 단부 부근에 전면 프레임(350)에 결합되는 체결홈(381) 이외에 차량(도시하지 않음)의 해당 부위에 결합되는 체결홈(382)도 형성되어 있다. Referring to these drawings, the first
따라서, PSM(400)이 일 측면에 설치된 상태에서 전지모듈 어셈블리(100)는 제 1 장착용 프레임(380)에 의해 차량의 해당 부위에 효과적으로 장착될 수 있으며, BMS(500)는 PSM(400)에 인접 부위에 함께 장착된다.Therefore, the
도 10 및 11에는 전기장치 어셈블리를 구성하는 요소인 인버터와 LDC에 대한 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 10 and 11 schematically show perspective views of the inverter and the LDC, which constitute the electric device assembly.
우선 도 10을 참조하면, 인버터(610)는 볼트와 같은 부재를 인버터(610)의 네 모서리에 있는 체결홈들(618a, 618b, 618c, 618d)에 삽입하여 도 1의 제 2 장착용 프레임의 하면에 결합된다. 전지모듈 어셈블리(도시하지 않음)에서 발생하는 고전압의 직류는 인버터(610)의 좌측면에 있는 입력 접속단자(614)를 통해 인버터 본체(616) 내부에 인입되어 교류전기로 변환되고, 인버터 본체(616)에서 변환된 3상 교류 전기는 출력 접속단자(611)를 통해 자동차 구동용 모터(도시하지 않음)에 전달된다. First, referring to FIG. 10, the
도 11을 참조하면, 전압 강하 장치인 LDC(620)는 도 1의 제 2 장착용 프레임 부재의 상면에 결합된다. 전지모듈 어셈블리(도시하지 않음)에서 발생하는 고전압의 직류 전기는 LDC(620)의 좌측에 위치한 입력 접속단자(622)를 통해 LDC 본체(626) 내부에 인입되고, LDC 본체(626) 내부에서 저전압으로 강하된 직류 전기는 LDC의 우측에 위치한 출력 접속단자(624)를 통해 계기판, 오디오 기기 등으로 구성되는 자동차 전장(도시하지 않음)에 전달된다. Referring to FIG. 11, the voltage
도 10과 도 11을 함께 참조하면, 인버터 본체(616)의 상단부와 LDC 본체(626)의 하단부에는 방열부재(617,627)가 각각 부착되어 있어서, 인버터(610)와 LDC(620)에서 발생하는 고온의 열을 자체적으로 냉각시키게 된다. 10 and 11,
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although described above with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, those of ordinary skill in the art will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전원장치는 하이브리드 전기자동차의 제한된 공간에서 최소의 공간으로 안정적으로 장착될 수 있는 콤팩트한 구조를 가지며, 조립이 용이하고, 외부의 충격에 대해 구조적 안정성이 우수하다는 장점을 가진다.As described above, the power supply device according to the present invention has a compact structure that can be stably mounted in a limited space in a limited space of a hybrid electric vehicle, easy to assemble, and excellent structural stability against external impacts. Has the advantage.
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