KR20120056462A - 고전압 배터리팩의 차량 설치구조 - Google Patents

고전압 배터리팩의 차량 설치구조 Download PDF

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KR20120056462A KR1020100118016A KR20100118016A KR20120056462A KR 20120056462 A KR20120056462 A KR 20120056462A KR 1020100118016 A KR1020100118016 A KR 1020100118016A KR 20100118016 A KR20100118016 A KR 20100118016A KR 20120056462 A KR20120056462 A KR 20120056462A
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Abstract

본 발명은 고전압 배터리팩의 차량 설치구조에 관한 것으로, 설치구조 부품의 감축을 이룩하여 중량 감소와 연비 향상 및 원가 절감을 도모할 수 있게 되고, 차고를 높일 수 있어서 고전압 배터리팩(50)의 안정성을 한층 더 향상시킬 수 있으며, 차량 주행 중 상기 고전압 배터리팩(50)을 통해 차실내로 전달되는 진동과 소음이 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 노면과 직접 대면하는 하부케이스(51b)의 강성을 국부적으로 크게 증대시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

고전압 배터리팩의 차량 설치구조{Structure for mounting high voltage battery pack in vehicle}
본 발명은 고전압 배터리팩의 배수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 모듈이 탑재된 배터리 케이스가 실외측에서 언더 플로어패널에 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 배터리팩(10)은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 상부케이스(11a)와 하부케이스(11b)가 기밀이 유지되도록 결합되고 내부에 밀폐된 공간을 갖춘 배터리 케이스(11)와, 상기 배터리 케이스(11)내에 고정 설치된 배터리 모듈(12)과, 상기 배터리 모듈(12)을 구성하는 각 단위전지의 전압과 전류 및 온도 등을 감지하고 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System; 미도시) 등을 포함하여 이루어진 구성으로 되어 있다.
상기와 같이 구성된 고전압 배터리팩(10)은 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 배터리팩(10)을 설치할 수 없어서, 도시된 바와 같이 차량의 실외측에서 차체 패널을 이루는 언더 플로어패널(1)의 하부에 위치하도록 설치하게 되었다.
즉, 고전압 배터리팩(10)을 구성하는 하부케이스(11b)의 밑면이 박스구조로 된 다수개의 스틸재질 사각빔(21)에 의해 횡방향 및 종방향으로 지지되고, 상기 스틸재질 사각빔(21)의 단부에는 박스구조를 갖춘 마운팅브라켓(22)이 결합되며, 상기 사각빔(21)의 단부와 상기 마운팅브라켓(22)이 볼트(23)에 의해 관통되고, 상기 볼트(23)가 차체멤버(2)에 구비된 너트(24)에 체결됨에 따라, 상기 고전압 배터리팩(10)이 차량의 실외측에서 상기 언더 플로어패널(1)의 하부에 위치하도록 설치되었다.
여기서, 상기 차체멤버(2)는 차체의 좌우방향을 가로질러서 설치된 크로스멤버 및 차체의 양측에서 전후방향을 따라 설치된 사이드멤버를 함께 일컫는 용어이다.
그리고, 도 2에 도시된 미설명 도면번호 3은 차체멤버(2)에 용접 결합된 멤버브라켓이고, 상기 너트(24)는 상기 멤버브라켓(3)에 용접으로 일체로 결합된 너트이다.
그런데, 상기와 같은 종래의 구조는 고전압 배터리팩(10)의 설치를 위해 길이가 긴 다수개의 사각빔(21)을 사용한 구조로, 상기 사각빔(21)을 사용함에 따라 차량의 중량 증가하고 연비가 감소하며 원가가 상승하는 단점이 있고, 또한 상기 사각빔(21)의 높이만큼 차고가 낮아지는 단점이 있었다.
또한, 종래의 구조는 언더 플로어패널(1)과 상부케이스(11a) 사이에 절연구조가 없어서 차량 주행 중 고전압 배터리팩(10)을 통해 전달되는 진동 및 소음이 상기 언더 플로어패널(1)을 통해 차실내로 전달되는 단점도 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 단점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 고전압 배터리팩을 언더 플로어패널의 하부에 위치하도록 설치할 때에 사각빔을 사용하여 설치하지 않고 배터리 케이스를 직접 차체멤버에 결합시켜서 설치하는 구조가 되도록 함으로써 중량 감소와 연비 향상 및 원가 절감을 이룩할 수 있도록 하고, 또한 사용하지 않는 상기 사각빔의 높이만큼 차고를 높일 수 있게 됨에 따라 상기 고전압 배터리팩의 안정성을 더욱 증대시킬 수 있도록 된 고전압 배터리팩의 차량 설치구조를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 언더 플로어패널과 고전압 배터리팩을 구성하는 상부케이스 사이에 절연구조를 갖추어서 차량 주행 중 상기 고전압 배터리팩을 통해 전달되는 진동 및 소음이 상기 언더 플로어패널을 통해 차실내로 전달되는 것을 예방할 수 있도록 하는 데에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상부케이스와 하부케이스가 결합되어 이루어진 배터리 케이스가 언더 플로어패널의 하부에 위치하도록 설치된 고전압 배터리팩의 차량 설치구조에 있어서, 상기 상,하부케이스의 결합부에 해당하는 상기 배터리 케이스의 테두리부가 차체멤버의 하부까지 연장되어서 상기 차체멤버와 직접 결합되어 설치되고; 상기 언더 플로어패널에 형성된 패널덕트속으로 상기 상부케이스에 형성된 케이스덕트가 삽입되어서 상기 패널덕트와 상기 케이스덕트가 직접 결합되어 설치된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 배터리 케이스의 테두리부에 해당하는 상기 상부케이스의 테두리부와 상기 하부케이스의 테두리부는 각각 밀폐된 공간을 갖는 박스부로 형성되고; 상기 밀폐된 공간의 박스부가 상하로 중첩된 상태로 상기 차체멤버와 직접 결합되어 설치된다.
즉, 상기 밀폐된 공간의 박스부를 볼트가 일체로 관통하여 설치되고; 상기 볼트의 선단이 상기 차체멤버를 관통한 다음 상기 차체멤버에 결합된 너트와 체결되어 설치된 구조가 바람직하다.
그리고, 상기 패널덕트와 상기 케이스덕트를 볼트가 일체로 관통하여 설치되고; 상기 볼트의 선단에 너트가 체결되어 설치된 구조이다.
상기 언더 플로어패널의 밑면과 상기 상부케이스의 윗면 사이의 공간에 진동 및 소음 절연을 위한 방진부재가 설치되고, 상기 하부케이스의 바닥면에는 강성을 보강하기 위한 다수개의 비드홈이 차체의 전후방향 또는 좌우방향을 따라서 일체로 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 설치구조 부품의 감축을 이룩하여 중량 감소와 연비 향상 및 원가 절감을 도모할 수 있게 되고, 차고를 높일 수 있어서 고전압 배터리팩의 안정성을 한층 더 향상시킬 수 있으며, 차량 주행 중 상기 고전압 배터리팩을 통해 차실내로 전달되는 진동과 소음이 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 노면과 직접 대면하는 하부케이스의 강성을 국부적으로 크게 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 구조에 따라 고전압 배터리팩이 차량의 실외측에서 언더 플로어패널에 설치된 상태의 도면,
도 2는 종래 구조를 설명하기 위한 도 1의 단면도,
도 3은 본 발명의 구조에 따라 고전압 배터리팩이 차량의 실외측에서 언더 플로어패널에 설치된 상태의 차량 저면도,
도 4는 본 발명의 구조를 설명하기 위한 도 3의 단면도,
도 5는 본 발명의 구조에서 언더 플로어패널과 상부케이스의 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 구조에서 비드홈이 형성된 하부케이스의 도면이다.
이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 고전압 배터리팩(50)은 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상부케이스(51a)와 하부케이스(51b)가 기밀이 유지되도록 결합되고 내부에 밀폐된 공간을 갖춘 배터리 케이스(51)와, 상기 배터리 케이스(51)내에 고정 설치된 배터리 모듈(52)과, 상기 배터리 모듈(52)을 구성하는 각 단위전지의 전압과 전류 및 온도 등을 감지하고 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System; 미도시) 등을 포함하여 이루어진 구성이다.
상기와 같이 구성된 고전압 배터리팩(50)은 차량의 실외측에서 차체 패널을 이루는 언더 플로어패널(1)의 하부에 위치하도록 설치된다.
즉, 본 발명에 따른 고전압 배터리팩(50)이 차량 설치구조는 상기 상부케이스(51a)와 하부케이스(51b)의 결합부에 해당하는 상기 배터리 케이스(10)의 테두리부가 차체멤버(2)의 하부까지 연장되어서 상기 차체멤버(2)와 직접 결합되어 설치되고, 상기 언더 플로어패널(1)에 형성된 패널덕트(1a)속으로 상기 상부케이스(51a)에 형성된 케이스덕트(51c)가 삽입되어서 상기 패널덕트(1a)와 상기 케이스덕트(51c)가 직접 결합되어 설치된 구조가 특징인 것이다.
다시 말해서, 상기 배터리 케이스(51)의 테두리부에 해당하는 상기 상부케이스(51a)의 테두리부와 상기 하부케이스(51b)의 테두리부는 각각 밀폐된 공간을 갖는 박스부(51d,51e)로 형성되고, 상기 밀폐된 공간의 박스부(51d,51e)가 상하로 중첩된 상태로 상기 차체멤버(2)와 직접 결합되어 설치된 구조인 것이다.
여기서, 상기 상부케이스(51a)의 테두리부인 밀폐된 공간의 박스부(51d)와 상기 하부케이스(51b)의 테두리부인 밀폐된 공간의 박스부(51e)는 상하로 중첩된 상태에서 구조용 접착제(61)를 매개로 서로 결합되어 설치된다.
또한, 상기 상부케이스(51a)의 테두리 끝단이 밀폐된 공간의 박스부(51d)를 이루도록 절곡 형성된 다음 상기 상부케이스(51a)의 안쪽면과 구조용 접착제(62)를 매개로 결합되어 설치되고, 상기 하부케이스(51b)의 테두리 끝단이 밀폐된 공간의 박스부(51e)를 이루도록 절곡 형성된 다음 상기 하부케이스(51b)의 안쪽면과 구조용 접착제(63)를 매개로 결합되어 설치된다.
본 발명은 상기 구조용 접착제(61,62,63)로 에폭시(epoxy) 수지도 된 발포형 경화재를 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 배터리 케이스(10)의 설치구조에 대해 보다 자세히 설명하면, 상기 상,하부케이스(51a,51b)에서 밀폐된 공간의 박스부(51d,51e)를 볼트(64)가 일체로 관통하여 설치되고, 상기 볼트(64)의 선단이 상기 차체멤버(2)를 관통한 다음 상기 차체멤버(2)에 결합된 너트(65)와 체결됨에 따라, 상기 배터리 케이스(10)가 차량의 실외측에서 차체 패널을 이루는 언더 플로어패널(1)의 하부에 위치하도록 설치된 구조가 되는 것이다.
여기서, 상기 너트(65)는 멤버브라켓(3)에 용접으로 일체로 결합된 구조이고, 상기 멤버브라켓(3)은 상기 차체멤버(2)에 용접 결합된 구조이다.
그리고, 상기 차체멤버(2)는 차체의 좌우방향을 가로질러서 설치된 크로스멤버 및 차체의 좌우 양측에 전후방향을 따라 설치된 사이드멤버인 바, 즉 배터리 케이스(10)의 전후방 테두리는 크로스멤버에 해당하는 차체멤버(2)에 결합되어 설치되고, 상기 배터리 케이스(10)의 좌우측 테두리는 사이드멤버에 해당하는 차체멤버(2)에 결합되어 설치된 구조인 것이다.
상기와 같이 차체멤버(2)와 결합되는 상부케이스(51a)의 테두리부와 하부케이스(51b)의 테두리부가 밀폐된 공간을 갖는 박스부(51d,51e)로 형성되면, 상기 박스부(51d,51e)가 각각 종래의 사각빔(21)과 마운팅브라켓(22)의 역할을 대신 수행하게 됨에 따라 구조적 설치강도에는 큰 변화가 없다.
그러나, 본 발명의 구조는 종래의 사각빔(21)과 마운팅브라켓(22)을 사용하지 않음에 따라 중량 감소, 연비 향상, 원가 절감 등을 도모할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명은 전술한 바와 같이 상기 언더 플로어패널(1)에 패널덕트(1a)가 형성되고, 상기 상부케이스(51a)에 케이스덕트(51c)가 형성되되, 상기 패널덕트(1a)속으로 상기 케이스덕트(51c)가 삽입된 상태에서, 상기 패널덕트(1a)와 상기 케이스덕트(51c)를 볼트(66)가 일체로 관통하여 설치되고, 상기 볼트(66)의 선단에 너트(67)가 체결되어 설치된 구조이다.
여기서, 상기 패널덕트(1a)와 케이스덕트(51c)는 배터리 모듈(52)과 연결되는 와이어(전선)가 통과하는 구멍으로, 상기 패널덕트(1a)와 케이스덕트(51c)는 각각 적어도 4개 이상 형성된 구조가 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 패널덕트(1a)와 케이스덕트(51c)가 다수개로 형성되고, 또한 상기 패널덕트(1a)와 케이스덕트(51c)가 볼트(66)와 너트(67)의 체결력으로 직접 결합된 구조가 되면, 종래의 사각빔(21)이 고전압 배터리팩의 하중을 지지하던 역할을 상기 패널덕트(1a)와 케이스덕트(51c)의 결합력으로 대신 수행할 수 있게 되므로 구조적 설치강도는 종래와 비교하여 볼 때 큰 변화가 없다.
그러나, 본 발명의 구조는 종래의 사각빔(21)을 사용하지 않음에 따라 중량 감소, 연비 향상, 원가 절감 등을 도모할 수 있는 장점이 있으며, 더 나아가 상기 사각빔(21)을 사용하지 않는 높이 만큼 차고를 높일 수 있어서 고전압 배터리팩(50)의 안정성을 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 구조는 상기 언더 플로어패널(1)의 밑면과 상기 상부케이스(51a)의 윗면 사이의 공간에 방진부재(68)가 설치된 구조로, 상기 방진부재(68)는 차량 주행 중 상기 고전압 배터리팩(50)을 통해 차실내로 전달되는 진동과 소음이 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 구조는 상기 하부케이스(51b)의 바닥면에 강성 보강을 위한 다수개의 비드홈(51f)이 차체의 전후방향 또는 좌우방향을 따라서 일체로 형성된 구조로, 상기 비드홈(51f)에 의해 노면과 직접 대면하는 상기 하부케이스(51b)의 강성을 국부적으로 크게 증대시킬 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 구조는, 종래에 사용하던 사각빔(21)과 마운팅브라켓(22)을 사용하지 않는 구조로서 이로 인한 중량 감소와 연비 향상 및 원가 절감을 도모할 수 있고, 특히 사각빔(21)을 사용하지 않는 높이 만큼 차고를 높일 수 있어서 고전압 배터리팩(50)의 안정성을 한층 더 향상시킬 수 있으며, 방진부재(68)를 통해 차량 주행 중 상기 고전압 배터리팩(50)을 통해 차실내로 전달되는 진동과 소음이 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 비드홈(51f)에 의해 노면과 직접 대면하는 하부케이스(51b)의 강성을 국부적으로 크게 증대시킬 수 있게 된다.
1 - 언더 플로어패널 1a - 패널덕트
2 - 차체멤버 50 - 고전압 배터리팩
51 - 배터리 케이스 51a - 상부케이스
51b - 하부케이스 51c - 케이스덕트
51d,51e - 박스부 51f - 비드홈

Claims (10)

  1. 상부케이스와 하부케이스가 결합되어 이루어진 배터리 케이스가 언더 플로어패널의 하부에 위치하도록 설치된 고전압 배터리팩의 차량 설치구조에 있어서,
    상기 상,하부케이스의 결합부에 해당하는 상기 배터리 케이스의 테두리부가 차체멤버의 하부까지 연장되어서 상기 차체멤버와 직접 결합되어 설치되고;
    상기 언더 플로어패널에 형성된 패널덕트속으로 상기 상부케이스에 형성된 케이스덕트가 삽입되어서 상기 패널덕트와 상기 케이스덕트가 직접 결합되어 설치된 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 케이스의 테두리부에 해당하는 상기 상부케이스의 테두리부와 상기 하부케이스의 테두리부는 각각 밀폐된 공간을 갖는 박스부로 형성되고;
    상기 밀폐된 공간의 박스부가 상하로 중첩된 상태로 상기 차체멤버와 직접 결합되어 설치된 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 상부케이스의 테두리부인 밀폐된 공간의 박스부와 상기 하부케이스의 테두리부인 밀폐된 공간의 박스부는 상하로 중첩된 상태에서 구조용 접착제를 매개로 서로 결합된 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 상부케이스의 테두리 끝단이 밀폐된 공간의 박스부를 이루도록 절곡 형성된 다음 상기 상부케이스의 안쪽면과 구조용 접착제를 매개로 결합되어 설치되고;
    상기 하부케이스의 테두리 끝단이 밀폐된 공간의 박스부를 이루도록 절곡 형성된 다음 상기 하부케이스의 안쪽면과 구조용 접착제를 매개로 결합되어 설치된 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 구조용 접착제는 에폭시(epoxy) 수지도 된 발포형 경화재인 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 밀폐된 공간의 박스부를 볼트가 일체로 관통하여 설치되고;
    상기 볼트의 선단이 상기 차체멤버를 관통한 다음 상기 차체멤버에 결합된 너트와 체결되어 설치된 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 차체멤버는 차체의 좌우방향을 가로질러서 설치된 크로스멤버 및 차체의 좌우 양측에 전후방향을 따라 설치된 사이드멤버인 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 패널덕트와 상기 케이스덕트를 볼트가 일체로 관통하여 설치되고;
    상기 볼트의 선단에 너트가 체결되어 설치된 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 언더 플로어패널의 밑면과 상기 상부케이스의 윗면 사이의 공간에 진동 및 소음 절연을 위한 방진부재가 설치된 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 하부케이스의 바닥면에는 강성을 보강하기 위한 다수개의 비드홈이 차체의 전후방향 또는 좌우방향을 따라서 일체로 형성된 것
    을 특징으로 하는 고전압 배터리팩의 차량 설치구조.
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