KR20080047641A - 열복사 방지 구조를 포함하고 있는 전원 시스템 - Google Patents

열복사 방지 구조를 포함하고 있는 전원 시스템 Download PDF

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KR20080047641A
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Abstract

본 발명은 열복사 방지구조를 포함하고 있는 차량용 전원 시스템 장치로서, 더욱 상세하게는 충방전이 가능한 다수의 이차전지들로 구성된 전지모듈 어셈블리와, 차량의 모터 및 전장의 작동을 위한 전기로 변환시키는 전기장치 어셈블리를 하나의 하우징 케이스에 내장하고, 상기 어셈블리들 사이에는 전기장치 어셈블리로부터 전지모듈 어셈블리로의 열복사를 방지하기 위한 구조로 구성되어 있는 차량용 전원 시스템을 제공한다.

Description

열복사 방지 구조를 포함하고 있는 전원 시스템 {Power Supply System Having Heat Radiation-Preventing Structure}
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리를 포함하고 있는 전원 시스템의 모식도이다;
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 시스템에서 하우징 케이스에 열복사 방지 차단벽이 형성되어 있는 케이스 커버를 장착하기 전과 후의 모식도들이다;
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 시스템을 차량에 부착한 경우의 평면 투시도 및 측면 투시도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전원 시스템의 전지모듈 어셈블리에서 장방형 전지모듈들의 육면 적층체가 프레임 부재들에 의해 고정되어 있는 구조의 사시도이다;
도 7는 도 6의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체를 제외한 상태에서 프레임 부재의 일 측면에 PSM이 장착되어 있는 구조의 사시도이다;
도 8은 도 6의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체의 일 측면에 PSM과 BMS가 장착된 상태의 정면 사시도이다;
도 9는 도 8의 후면 사시도이다;
도 10 및 11은 본 발명의 하나의 실시예 따른 전지모듈 어셈블리를 외부 장치 또는 디바이스에 효과적으로 장착용 프레임의 사시도 및 이를 전지모듈 어셈블리에 장착하는 형태의 분해 사시도이다.
본 발명은 차량용 전원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열복사 방지 구조를 포함하고 있는 차량용 전원 시스템 장치로서, 충방전이 가능한 다수의 이차전지들로 구성된 전지모듈 어셈블리와, 차량의 모터 및 전장의 작동을 위한 전기로 변환시키는 전기장치 어셈블리를 하나의 하우징 케이스에 내장하고, 상기 어셈블리들 사이에는 전기장치 어셈블리로부터 전지모듈 어셈블리로의 열복사를 방지하기 위한 구조로 구성되어 있는 차량용 전원 시스템에 관한 것이다.
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.
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.
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 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 및 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
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.
또한, 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 작동 과정에서 필연적으로 많은 열이 발생하는 바, 이러한 열 이 효율적으로 제거되지 않으면, 전지셀의 열화를 촉진하고 경우에 따라서는 발화 또는 폭발의 위험성도 존재한다. 따라서, 전지셀들의 방열이 효율적으로 진행될 수 있어야 하므로, 유로의 확보가 필요하며, 이러한 유로는 전지모듈의 크기 증가를 유발하는 요인들 중의 하나이다.
일반적으로 차량용 전원 시스템은 다수의 이차전지들이 적층되어 있는 전지모듈 어셈블리와 전지모듈 어셈블리에서 발생하는 전원을 차량의 구동을 위한 모터와 전장 기기들의 작동을 위해 전기로 변환시키는 전기장치 어셈블리로 구성된다.
그러나, 상기 전기장치 어셈블리에서 차량의 구동 모터와 전장기기들의 작동을 위한 전기로 변환하는 과정에서 고온의 열이 발생하게 되고 이는 전지모듈 어셈블리로 열이 복사되면서 전지모듈을 열화시키고 전지모듈 어셈블리의 발화 또는 폭발의 위험성이 증가한다. 구체적으로, 차량용 전원 시스템은 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리가 조합된 구조체이고, 전기장치 어셈블리 중 인버터 등은 고열을 유발하는 소자이기 때문에, 인버터 등에서 발생한 고열이 그대로 전지모듈 어셈블리에 전달되는 경우, 전지모듈을 구성하고 있는 전지셀들이 전지 내부의 반응에 의해 팽창하면서 발화 또는 폭발을 초래할 수 있으므로, 이들을 방지하기 위한 수단이 필요하다.
따라서, 앞서 설명한 바와 같이 보다 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수하며, 간단한 구조로 전기장치 어셈블리로부터 전지모듈 어셈블리로의 열전달을 방지하기 위한 구조가 포함되어 있는 차량용 전원 시스템에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리로 구성되는 차량용 전원 시스템에서 상대적으로 많은 열이 발생하는 전지장치 어셈블리로 인하여 전지모듈 어셈블리가 과열되는 것을 방지할 수 있는 열복사 방지 구조를 포함하는 차량용 전원 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 전원 시스템은, 충방전이 가능한 다수의 이차전지들로 구성된 전지모듈 어셈블리와, 상기 전지모듈 어셈블리와 연동되어 차량의 모터 및 전장의 작동을 위한 전기로 변환시키는 전기장치 어셈블리를 포함하고 있고, 상기 어셈블리들은 서로 인접한 상태에서 하나의 하우징 케이스에 내장되어 있으며, 상기 어셈블리들 사이에는 전기장치 어셈블리로부터 전지모듈 어셈블리로의 열복사를 방지하기 위한 구조를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
본 출원의 발명자들은 다양한 실험과 연구를 거듭한 끝에, 전기장치 어셈블리로부터 전지모듈 어셈블리로의 열전달은 주로 복사열에 의해 이루어지며, 이러한 복사열을 차단하는 경우, 전지모듈 어셈블리의 열화를 현저히 방지할 수 있음을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 전원 시스템에서는 열복사를 방지하기 위한 구조를 전기장치 어셈블리와 전지모듈 어셈블리 사이에 설치하여, 상기와 같은 고열의 전달에 의한 문제점을 해결하고 있다.
본 발명에 따른 차량 전원 시스템은 차량의 소정부위에 용이하게 장착될 수 있도록, 바람직하게는, 상기 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리가 전체적으로 육면체의 형상으로 대략 유사한 크기를 가지고, 하우징 케이스의 좌측부와 우측부에 서로 인접한 상태로 장착되며, 상호간에 케이블을 이용하여 전기적 접속을 이루는 구조로 이루어져 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈 어셈블리는 종 방향과 횡 방향으로 장방형 전지모듈 다수 개가 적층되어 육면 적층체를 형성하고 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.
또한, 바람직한 예에서, 전지모듈의 입출력 단자들이 위치하는 면에 전지 관리 시스템인 BMS(Battery Management System)와, 과전류 및 과전압 방지, 전지모듈 어셈블리 분리시의 전압 강하 등을 위한 PSM(Power Switching Module)이 장착되어 있는 구조일 수 있다. PSM과 BMS는 중대형 전지 시스템을 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 감소시킬 수 있다.
상기 전기장치 어셈블리는 전지모듈 어셈블리와 연동되어 이차전지의 직류 전원을 차량의 모터의 작동을 위한 교류 전원으로 변환시키는 인버터, 상기 인버터에서 변환된 교류전원을 차량의 전장기기를 작동시키기 위한 저전압의 직류로 변환하는 전압강하 변환기(Low Voltage DC-DC Converter) 등으로 구성할 수 있다.
그러나, 전기장치 어셈블리를 구성하는 인버터, 전압강하 변환기 등은 앞서 설명한 바와 같이 대략 80 내지 90℃의 높은 열을 발생시키므로, 그러한 고열이 전지모듈 어셈블리로 복사될 경우 전지모듈을 구성하는 전지셀의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 유발될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 전지모듈 어셈블리로부터의 복사열을 방지하기 위한 구조가 전기장치 어셈블리 사이에 포함되어 있는 바, 이러한 복사열 방지 구조는 매우 다양할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같은 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.
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.
두 번째 예에서, 상기 복사열 방지 구조는 케이스 본체와 케이스 커버로 구성되는 하우징 케이스에서 그것의 적어도 일측으로부터 연장된 차단벽 등일 수 있 다. 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.
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, 상기 관통 통로가 스키쓰루(Ski Through)와 연결되어 있고, 관통 통로를 통해 스키를 삽입하면 그 자체로서 차단벽이 형성될 수 있다. 상기 '스키쓰루'는 중형차에 스키 플레이트를 트렁크에서 탑재하기 위하여 차량의 실내 뒷좌석을 지지하는 금속 판넬에 사각형으로 형성된 관통구이며, 일반적으로 뒷좌석의 암레스트(Armrest)와 연결되어 있다.
본 발명의 차량용 전원 시스템에서 상기 전지모듈 어셈블리는 다양한 구조가 가능하며, 하나의 바람직한 예에서, 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 구조일 수 있다.
상기 구조('대향 배열 구조')의 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 구조 를 가지며, 많은 수의 부재들을 사용하지 않고도 기계적 체결과 전기적 접속을 이룰 수 있다.
육면 적층체를 이루는 상기 다수의 장방형 전지모듈들은, 앞서 설명한 바와 같이, 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 직렬로 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.
상기 단위모듈의 구조는 다양한 구성으로 이루어질 수 있으며, 바람직한 예를 하기에서 설명한다.
단위모듈은 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들이 직렬로 상호 연결되어 있는 구조로서, 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 2 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 결합되는 고강도 셀 커버를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
상기 판상형 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 이차전지이다. 그러한 바람직한 예로는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 상하 양단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 파우치형 전지셀로 칭하기도 한다.
이러한 전지셀들은 2 또는 그 이상의 단위로 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 셀 커버에 감싸인 구조로 하나의 단위모듈을 구성하는 바, 상기 고강도 셀 커버는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 따라서, 궁극적으로 더욱 안전성이 우수한 중대형 전지모듈의 제조가 가능해 진다.
단위모듈 내부 또는 단위모듈 상호간의 전지셀들은 직렬 및/또는 병렬 방식으로 연결되어 있으며, 바람직한 예에서, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서 전극단자들을 결합시킨 뒤, 2 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되게 접고 소정의 단위로 셀 커버에 의해 감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제조할 수 있다.
상기 전극단자들의 결합은 용접, 솔더링, 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 용접으로 달성될 수 있다.
전극단자들이 상호 연결되어 있고 높은 밀집도로 충적된 다수의 전지셀 또는 단위모듈들은, 바람직하게는, 조립식 체결구조로 결합되는 상하 분리형의 케이스에 수직으로 장착되어 상기 장방형 전지모듈을 구성할 수 있다.
단위모듈과 이러한 단위모듈 다수 개를 사용하여 제조되는 장방형 전지모듈의 더욱 구체적인 내용은 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-45443호에 개시되어 있으며, 상기 내용은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.
앞서의 대향 배열 구조의 예에서, 바람직하게는, 상기 입출력 단자들이 위치 하는 면(단자 배향면: a)에는 앞서 설명한 바와 같은 BMS와 PSM이 장착되는 구조일 수 있다.
본 발명의 전원 시스템에서, 상기 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리를 장착하기 위한 하우징 케이스는, 수납부를 포함하고 있는 케이스 본체와, 상기 어셈블리들을 케이스 본체에 수납한 상태에서 케이스 커버를 이용하여 케이스 본체를 밀봉한 후, 차량의 소정 부위에 장착된다.
이러한 하우징 케이스는 바람직하게는 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리의 냉각을 효율적으로 수행할 수는 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 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.
하나의 바람직한 예로서, 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.
본 발명의 차량용 전원 시스템을 차량의 소정 부위에 장착하기 위한 일 예로서, 상기 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리는 차량의 소정 부위에 결합 및 장착하기 위한 장착용 프레임 부재를 포함하는 구조일 수 있다. 이러한 장착용 프레임 부재는, 예를 들어, 두 개의 전지모듈 프레임들과 한 개의 일체형 전기장치 프레임으로 구성되어 있으며, 본 발명의 전원 시스템을 차량의 뒷좌석 배면에 설치하는 것을 가능하게 된다.
본 발명에 따른 차량용 전원 시스템은 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.
따라서, 본 발명은 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.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정된 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 차량용 전원 시스템에서 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리가 하우징 케이스에 적재되어 있는 전원 시스템의 모식도가 도시되어 있다. 또한, 도 2 및 도 3에는 또 다른 예로서, 전원 시스템이 장착되어 있는 하우징 케이스에 열복사 방지 차단벽이 형성되어 있는 케이스 커버를 장착하기 전과 후의 모식도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전원 시스템(800)은 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, 전기장치 어셈블리로(600)부터 전지모듈 어셈블리(100)로의 열복사를 방지하기 위한 구조, 즉, 복사열 차단 구조(720, 730)로 구성되어 있다.
전지모듈 어셈블리(100)는 이차전지로 구성된 6 개의 장방형 전지모듈들이 횡방향으로 2 개씩, 종방향으로 3 개씩 육면 적층체(100a)의 구조로 이루어져 있고, 입출력 단자들이 위치하는 육면 적층체(100a)의 정면 상에는, 장방향 전지모듈의 전기적 접속을 행하고 과전류 또는 과전압으로부터의 회로를 보호하기 위한 PSM(400)이 장착되어 있으며, 중대형 전지모듈(100)의 작동을 제어하는 BMS(500)가 PSM(400)과 인접한 위치에 함께 장착되어 있다.
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 전압강하 변환기(620)로 구성되어 있다. 구체적으로, 인버터 프레임(612)의 하부면에는 인버터(610)가 장착되어 있고, 상부면에는 전압강하 변환기(620)가 부착되어 케이스 본체(700) 내부에 내장되어 있다.
복사열 방지 구조는, 도 1에서와 같이, 전기장치 어셈블리(600)에서 발생한 열이 전지모듈 어셈블리(100)로 복사되는 것을 차단할 수 있도록, 전지모듈 어셈블리(100)와 전기장치 어셈블리(600) 사이에 장착된 단열부재(730)의 형태이거나, 도 2에서와 같이, 하우징 케이스 커버(710)로부터 상향 연장된 차단벽(720)의 구조일 수 있다.
하우징 케이스는 전지모듈 어셈블리(100)와 전기장치 어셈블리(600)를 장착하기 위한 케이스 본체(700)와, 케이스 본체(700)를 밀봉하는 케이스 커버(710)로 구성되어 있다. 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.
또한, 전지모듈 어셈블리(100)와 전기장치 어셈블리(600)는 차량의 소정 부위에 결합 및 장착하기 위한 전지 프레임 부재(380)와 인버터 프레임 부재(630)로 구성된 장착용 프레임 부재를 포함하고 있다.
도 4 및 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 시스템을 차량에 부착한 경우에 대한 평면도 및 측면도가 모식적으로 도시되어 있다. 이들 도면을 참조하면, 전원 시스템(800)은 차량(900)의 뒷좌석(910) 배면에 장착용 프레임 부재(도시하지 않음)를 이용하여 설치되고, 전원 시스템(800)을 구성하는 하우징 케이스 본체의 중앙 부분에 소정의 관통구(740)가 형성되어 있다. 관통구(740)는 전지모듈 어셈블리(도 1: 100)와 전기장치 어셈블리(도 1: 600) 사이를 지나가도록 하우징 케이스 본체 상에 천공되어 있다.
트렁크에 탑재된 스키 플레이트(920)는 하우징 케이스의 관통구(740)를 지나 실내 뒷좌석(910)의 암레스트(Armrest)와 연결되어 있는 스키쓰루(Ski Through; 912)를 통과하여 차량에 탑재될 수 있다.
따라서, 전원 시스템(800)에서, 전지모듈 어셈블리(도 1: 100)와 전기장치 어셈블리(도 1: 600) 사이의 관통구(740)를 지나는 스키 플레이트(920)는 전기장치 어셈블리로부터의 복사열을 차단하는 구조물로서 사용될 수 있다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기 시스템에서 전지모듈 어셈블리를 구성하는 장방형 전지모듈들의 육면 적층체가 프레임 부재들에 의해 고정되어 있는 구조의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 이해를 돕기 위해, 도 7에는 도 6의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체를 제외한 상태에서 프레임 부재의 일 측면에 PSM이 장착되어 있는 구조의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 8에는 도 6의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체의 일 측면에 PSM과 BMS가 장착된 상태의 정면 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 9에는 도 8의 후면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
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)과 BMS(500)로 구성되어 있으며, 전체적으로 정육면체 형상을 나타낸다.
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 열의 전지모듈들(201)과 하부 열의 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)이 가상 중심선을 중심으로 서로 대칭 구조를 이루도록, 상부 열의 전지모듈들(201, 202, 203)은 뒤집힌 형태로 하부 열의 전지모듈들(204, 205, 206) 상에 적층되어 있다.
각각의 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)은 다수의 판상형 단위모듈들이 세워진 형태로 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
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.
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)이 장착되어 있다. 장방형 전지모듈들의 입출력 단자들이 서로 인접해 있으므로, PSM(400)의 연결이 용이하고, 전기적 접속을 위한 부재의 길이를 대폭 줄일 수 있다.
또한, PSM(400) 상에는 전지모듈의 작동을 제어하는 BMS(500)가 함께 장착되어 있다.
도 10 및 11에는 본 발명의 하나의 실시예 따른 전지모듈 어셈블리를 외부 장치 또는 디바이스에 효과적으로 장착용 프레임의 사시도 및 이를 전지모듈 어셈블리에 장착하는 형태의 분해 사시도가 각각 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 장착용 프레임(380)은 양측 단부가 일체형 전면 프레 임(350)의 절곡 연장부(353)에 결합된 상태에서 외측으로 돌출되도록 완만하게 절곡되어 있는 구조로 이루어져 있다. 또한, 장착용 프레임 부재(380)에는 양측 단부 부근에 전면 프레임(350)에 결합되는 체결홈(381) 이외에 외부 장치 또는 디바이스(도시하지 않음)에 결합되는 체결홈(382)도 형성되어 있다.
따라서, PSM(400)과 BMS(500) 등이 일 측면에 설치된 상태에서 전지모듈 어셈블리(100)는 장착용 프레임(380)에 의해 외부 장치 또는 디바이스에 효과적으로 장착될 수 있다.
또한, BMS(500)는 전지모듈 어셈블리(100)의 일측면에 설치될 수도 있고, 도 1에서와 같이 하우징 케이스 내부 케이블을 이용하여 전지모듈 어셈블리와 소정의 이격된 위치에 장착되어질 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 열복사 방지 구조를 포함하고 있는 전원 시스템의 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전원 시스템은 차량 등과 같은 제한된 공간에서 최소의 공간으로 안정적으로 장착될 수 있는 콤팩트한 구조를 가지며, 전기장치 어셈블리로부터 발생하는 복사열이 전지모듈 어셈블리에 전도되는 것을 차단함으로써 전지셀의 발화 또는 폭발을 방지할 수 있으며, 외부의 충격에 대해 구조적 안정성이 우수하다는 장점을 가진다.

Claims (14)

  1. 충방전이 가능한 다수의 이차전지들로 구성된 전지모듈 어셈블리와, 상기 전지모듈 어셈블리와 연동되어 차량의 모터 및 전장의 작동을 위한 전기로 변환시키는 전기장치 어셈블리를 포함하고 있고, 상기 어셈블리들은 서로 인접한 상태에서 하나의 하우징 케이스에 내장되어 있으며, 상기 어셈블리들 사이에는 전기장치 어셈블리로부터 전지모듈 어셈블리로의 열복사를 방지하기 위한 구조를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열복사 방지 구조는 어셈블리들 사이에 장착되는 단열 부재인 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열복사 방지 구조는 하우징 케이스의 일측으로부터 연장된 차단 벽인 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 차단 벽에 의해 하우징 케이스를 관통하는 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리는 전체적으로 육면체의 형상으로 대략 유사한 크기를 가지며, 하우징 케이스의 좌우에 나란히 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리는, 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 모서리들은 프레임 부재에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전지모듈들 각각의 입출력 단자들은 상기 육면 적층체의 일면(A)을 향하도록 배향되어 있고, 입출력 단자들의 배향 면(A)에는 PSM(Power Switching Module)와 BMS(Battery Management System)가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전기장치 어셈블리는, 전지셀의 방전시 전지모듈 어셈블리로부터 발생한 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터와, 전지셀의 방전시 전지모듈 어셈블리로부터 발생한 고전압 전기를 저전압 전기로 변환하는 변환기를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징 케이스는 상기 어셈블리들이 장착되기 위한 수납부를 포함하고 있는 케이스 본체와, 상기 어셈블리들이 장착된 상태에서 케이 스 본체를 밀봉하는 케이스 커버로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리에 인접한 케이스 본체의 측면에는 외부로 관통하는 개구(a)가 형성되어 있고, 상기 개구(a)와 동일한 케이스 본체 측면에는 전기장치 어셈블리가 외부로 통하는 개구(b)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 개구(b)에는 흡입식 냉각 팬이 장착되어 있어서, 개구(a)를 통해 유입된 냉매가 전지모듈 어셈블리와 전기장치 어셈블리를 순차적으로 통과한 후 개구(b)를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 어셈블리는 차량의 소정 부위에 결합 및 장착하기 위한 프레임 부재(장착용 프레임 부재)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 장착용 프레임 부재에 의해 전원 시스템은 차량의 뒷좌석 배면에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 전원장치를 포함하고 있는 하이브리드 전기자동차.
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