KR20130113741A - 전기자동차용 배터리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전원을 제공하는 복수의 전지셀들이 적층되어 차량에 전원을 공급하는 전기자동차용 배터리에 관한 것으로, 상기 전지셀들의 사이에 제각기 개재되는 방열판; 상기 방열판을 냉각시키는 냉각관; 상기 냉각관을 상기 방열판에 고정하고, 적어도 한 쌍의 결합공이 양단부에 관통형성되어 적층되는 틀체형태의 냉각프레임; 및 상기 냉각프레임들의 결합공을 따라 삽입되어 상기 전지셀들을 적층된 상태로 고정하는 고정부재;를 포함하며, 상기 고정부재는, 상기 냉각프레임들의 결합공을 따라 삽입되는 막대형태의 관통바; 상기 관통바의 일측에 마련되어 상기 냉각프레임들 중 하단냉각프레임의 외측면에 밀착되면서 상기 하단냉각프레임을 지지하는 제1플랜지; 및 상기 제1플랜지의 타측에 형성되어 상기 냉각프레임들 중 상단냉각프레임의 결합공으로 돌출되고, 가압에 의해 변형되어 상기 상단냉각프레임의 외측면에 압착되면서 상기 냉각프레임들을 적층상태로 고정하는 제2플랜지;를 포함한다. 본 발명은 고정부재를 구성하는 관통바가 양측에 마련된 제1플랜지 및 제2플랜지에 의해 냉각프레임의 외곽을 밀착상태로 지지함에 따라 냉각프레임 및 전지셀들이 적층상태로 고정되므로 조립이 용이하며, 제2플랜지가 가압에 의해 냉각프레임에 압착됨에 따라 균일한 가압이 가능하므로 냉각프레임의 파손이 방지되고, 전지셀들이 견고하게 영구적으로 고정될 수 있다.

Description

전기자동차용 배터리{BATTERY FOR ELECTRIC VEHICHLE}
본 발명은 전기자동차용 배터리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원을 제공하는 복수의 전지셀들이 적층상태로 고정되어 차량에 전원을 공급하는 전기자동차용 배터리에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차에는 대용량의 배터리가 장착되어 배터리의 전원공급에 의해 구동한다.
이러한 배터리는 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이 전원을 제공하는 전지셀(1)들이 적층된 상태로 직렬연결되며, 전지셀(1)들의 외곽에 마련된 고정프레임(2)들이 밀착상태로 고정됨에 따라 적층된 상태로 고정되어 미도시된 배터리케이스에 설치된다.
여기서, 전지셀(1)들은 도 1에 도시된 바와 같이 고정프레임(2)들을 적층된 상태로 관통하는 장볼트(3)의 단부에 미도시된 너트가 체결됨에 따라 외곽에 배치된 고정프레임(2)이 장볼트(3)의 헤드 및 너트에 의해 가압되면서 적층상태로 고정된다.
그런데, 통상의 배터리는 각각의 장볼트(3)에 일일이 너트를 체결하여야 하므로 조립이 번거로우며, 특히 너트가 각각의 장볼트(3)에 균일한 체결력으로 체결되어야만 하는 번거로움이 있다.
예컨대, 통상의 배터리는 너트가 과도한 체결력으로 장볼트(3)에 체결될 경우 너트 및 장볼트(3)의 헤드에 의해 고정프레임(2)이 파손되는 문제점이 있으며, 너트의 체결력이 약할 경우에는 전지셀(1)들이 유동하면서 단락이나 단선이 발생하여 전지셀(1)들의 성능이 저하됨과 아울러 나아가 차량의 진동에 의해 너트가 풀리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 선행기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 선행기술의 볼트 및 너트에 의한 체결이 없이도 전지셀들의 외곽에 마련된 냉각프레임의 외곽을 균일하게 지지할 수 있으며, 풀림의 우려가 없이 영구적으로 전지셀들을 적층상태로 고정할 수 있는 전기자동차용 배터리를 제공하기 위함이 그 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차용 배터리는, 전원을 제공하는 복수의 전지셀들이 적층되어 차량에 전원을 공급하는 전기자동차용 배터리에 있어서, 상기 전지셀들의 사이에 제각기 개재되어 상기 전지셀들의 열을 방열하는 방열판; 상기 방열판들의 외곽을 따라 제각기 마련되고, 냉매를 내부로 관류시키면서 상기 방열판을 냉각시키는 냉각관; 상기 냉각관이 내장된 상태로 상기 방열판들의 외곽을 따라 제각기 마련되어 상기 냉각관을 상기 방열판에 고정하면서 상기 방열판 및 상기 냉각관과 함께 하나의 전지모듈을 이루고, 적어도 한 쌍의 결합공이 양단부에 관통형성됨에 따라 상기 결합공이 또 다른 전지모듈의 결합공과 연통된 상태로 적층되는 틀체형태의 냉각프레임; 및 상기 적층된 냉각프레임들의 결합공을 따라 삽입되어 상기 냉각프레임들 중 외곽에 배치된 냉각프레임을 지지하면서 상기 전지셀들을 적층된 상태로 고정하는 고정부재;를 포함하며, 상기 고정부재는, 상기 냉각프레임들의 결합공을 따라 제각기 삽입되면서 상기 냉각프레임들을 적층상태로 관통하는 막대형태의 관통바; 상기 관통바의 일측에 마련되어 상기 관통바와 동일체를 이루며, 상기 냉각프레임들 중 최하단에 배치된 하단냉각프레임의 외측면에 밀착되면서 상기 하단냉각프레임을 지지하는 제1플랜지; 및 상기 제1플랜지의 타측에 형성되어 상기 관통바와 동일체를 이루며, 상기 냉각프레임들 중 최상단에 배치된 상단냉각프레임의 결합공으로 돌출되고, 가압에 의해 변형되어 상기 상단냉각프레임의 외측면에 압착되면서 상기 냉각프레임들을 적층상태로 고정하는 제2플랜지;를 포함한다.
예컨대, 상기 고정부재는 상기 관통바가 중공을 갖는 관체형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 고정부재는 상기 관통바에 마련되어 상기 제2플랜지의 변형에 따른 가압하중을 완충하여 상기 관통바의 변형을 방지하는 업소버; 더 포함한다.
예컨대, 상기 업소바는 상기 관통바의 일부분에 주름형태로 형성되어 상기 관통바와 동일체를 이루고, 상기 관통바에 가중되는 상기 가압하중에 의해 수축되면서 상기 가압하중을 완충하는 적어도 하나의 벨로즈;로 구성될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의한 전기자동차용 배터리는, 고정부재를 구성하는 관통바가 양측에 마련된 제1플랜지 및 제2플랜지에 의해 냉각프레임의 외곽을 밀착상태로 지지함에 따라 냉각프레임 및 전지셀들이 적층상태로 고정되므로 조립이 용이하며, 제2플랜지가 가압에 의해 냉각프레임에 압착됨에 따라 균일한 가압이 가능하므로 냉각프레임의 파손이 방지되고, 전지셀들이 견고하게 영구적으로 고정될 수 있다.
또한, 관통바가 중공체로 형성됨에 따라 관통바의 중공을 통해 결합부재의 삽입이 가능하므로 전지셀들을 배터리케이스나 차량의 구조물에 결합할 수 있다.
또, 관통바에 마련된 업소버에 의해 관통바의 변형이 방지되므로 관통바가 수직상태로 냉각프레임들을 지지할 수 있다.
구체적으로, 업소바가 주름형태의 벨로즈로 구성되어 가압하중에 의해 수축되므로 제2플랜지의 변형에 따른 가압하중이 완충될 수 있다.
도 1은 통상적인 전기자동차용 배터리를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리를 나타내는 종단면도.
도 3은 본 발명의 냉각프레임의 구성을 나타내는 분해사시도.
도 4는 본 발명의 고정부재를 나타내는 종단면도.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 전기자동차용 배터리는 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀(10), 방열판(20), 냉각관(30), 냉각프레임(40) 및 고정부재(50)를 포함하여 구성할 수 있다.
전지셀(10)은 차량에 전원을 제공하는 부재로써 본 발명이 속하는 업계에 알려진 통상의 셀로 구성될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 적층상태로 서로 연결되어 차량에 전원을 공급한다.
방열판(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀(10)들의 사이에 제각기 개재되어 전지셀(10)들의 열기를 방열한다. 이러한 방열판(20)은 열전도성이 높은 소재로 구성되어 전지셀(10)들의 열기를 방열하며, 외곽단부가 전지셀(10)들의 바깥쪽으로 돌출됨에 따라 전지셀(10)의 열기를 외곽으로 방출시킨다.
냉각관(30)은 방열판(20)을 냉각시키는 부재로써, 도 2에 도시된 바와 같이 방열판(20)의 외곽을 따라 배관되고, 미도시된 냉매공급기에 연결되어 냉매를 관류시키면서 방열판(20)을 냉각시킨다.
냉각프레임(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 냉매관(30)을 방열판(20)에 고정하면서 전지셀(10)들과 함께 적층되는 부재로써, 도 3에 도시된 바와 같이 하부프레임(41) 및 상부프레임(43)으로 구성되며, 하부프레임(41)과 상부프레임(43)의 사이에 방열판(20)의 단부 및 냉각관(30)이 개재된 상태로 결합됨에 따라 방열판(20) 및 냉각관(30)과 함께 하나의 전지모듈을 구성한다.
이러한 냉각프레임(40)은 도 3에 도시된 바와 같이 양단부에 관통형성되는 적어도 한 쌍의 결합공(42)을 가지며, 도 2에 도시된 바와 같이 결합공(42)이 또 다른 전지모듈의 결합공(42)과 연통된 상태로 적층된다.
여기서, 냉각프레임(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀(10)들의 상부 및 하부를 차폐하는 커버(CV)와 함께 적층될 수 있으며, 냉각관(30)들을 이격시키는 스페이서(SP)와 교호상태를 이루면서 적층될 수 있다.
스페이서(SP)는 도 2에 도시된 바와 같이 냉각프레임(40)의 결합공(42)과 연통하는 연통공(SP1)이 마련될 수 있으며, 커버(CV)는 냉각프레임(40) 및 스페이서(SP)와 함께 체결될 경우 미도시된 연통공이 마련될 수 있다.
고정부재(50)는 도 2에 도시된 바와 같이 적층된 냉각프레임(40)들의 결합공(42)을 따라 삽입되어 냉각프레임(40) 및 전지셀(10)들을 적층된 상태로 고정하는 부재이다.
이러한 고정부재(50)는 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 관통바(51)와, 제1플랜지(53) 및 제2플랜지(55)를 포함하여 구성할 수 있다.
관통바(51)는 도 2에 도시된 바와 같이 막대형태로 형성되어 냉각프레임(40)들의 결합공(42)을 따라 삽입되어 냉각프레임(40)들을 적층상태로 관통한다.
이러한 관통바(51)는 봉형태로 형성될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 중공(51a)을 갖는 관체형태로 형성될 수도 있다.
여기서, 관통바(51)는 도 2에 도시된 바와 같이 냉각프레임(40)이 스페이서(SP)와 함께 적층된 경우, 결합공(42) 및 스페이서(SP)의 연통공(SP1)을 따라 삽입된다.
제1플랜지(53)는 도 2에 도시된 바와 같이 관통바(51)의 일단부에 마련되어 관통바(51)와 동일체를 이루며, 적층된 복수의 냉각프레임(40)들 중 최하단에 배치된 하단 냉각프레임(40a)의 외측면에 밀착되면서 하단 냉각프레임(40a)을 지지한다.
이러한 제1플랜지(53)는 관통바(51)와 함께 성형될 수 있으며, 이와 달리 결합공(42)에 관통바(51)가 삽입된 후 프레스와 같은 가압기에 의해 플랜지형태로 변형되면서 하단 냉각프레임(40a)에 밀착될 수도 있다.
제2플랜지(55)는 도 2에 도시된 바와 같이 관통바(51)와 동일체를 이루면서 제1플랜지(53)의 타측에 형성되며, 적층된 복수의 냉각프레임(40)들 중 최상단에 배치된 상단 냉각프레임(40b)의 외측면에 압착되면서 상단 냉각프레임(40b)을 지지한다.
여기서, 제2플랜지(55)는 상단 냉각프레임(40b)의 결합공(42)에 관통바(51)가 삽입된 후 프레스와 같은 가압기에 의해 플랜지형태로 변형되면서 상단 냉각프레임(40b)의 외측면에 압착된다. 이러한 제2플랜지(55)는 가압기에 의해 압착됨에 따라 가압기의 균일한 가압력으로 압착될 수 있다.
따라서, 냉각프레임(40)들은 도 2에 도시된 바와 같이 제1플랜지(53)에 의해 하단 냉각프레임(40a)의 외측면이 지지되고, 제2플랜지(55)에 의해 상단 냉각프레임(40b)의 외측면이 지지되므로 적층된 상태로 고정되며, 이에 따라 전지셀(10)들이 적층된 상태로 유동없이 고정될 수 있다.
즉, 고정부재(50)는 통상의 리벳형태로 냉각프레임(40)들을 고정함으로써 냉각프레임(40) 및 전지셀(10)들을 영구적으로 고정한다.
여기서, 제1플랜지(53) 및 제2플랜지(55)는 냉각프레임(40)이 전술한 커버(CV)와 함께 고정될 경우 하부커버 및 상부커버의 외측면에 제각기 밀착되면서 냉각프레임(40)들을 적층상태로 고정한다.
한편, 고정부재(50)는 전술한 관통바(51)가 도 4에 도시된 바와 같이 중공(51a)을 갖는 관체형태로 형성된 경우, 중공(51a)에 미도시된 장볼트와 같은 결합부재의 삽입이 가능함에 따라 결합부재의 삽입에 의해 차량의 구조물이나 배터리케이스 등에 설치될 수 있다.
다른 한편, 고정부재(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 업소버(57)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
업소버(57)는 전술한 제2플랜지(55)가 가압기에 의해 변형됨에 따라 관통바(51)에 가중되는 가압하중을 완충하여 관통바(51)에 변형이 발생하는 것을 방지하는 구성요소이다.
이러한 업소버(57)는 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 관통바(51)의 일부분에 주름형태로 형성되어 관통바(41)와 동일체를 이루는 벨로즈(57a)로 구성할 수 있다.
벨로즈(57a)는 도 4에 도시된 바와 같이 복수로 형성될 수 있으며, 확대도시된 바와 같이 관통바(51)에 가중되는 가압하중에 의해 수축되면서 가압하중을 완충한다.
따라서, 관통바(51)는 제2플랜지(55)의 변형에 따른 가압하중이 벨로즈(57a)의 수축에 의해 완충됨에 따라 좌굴현상이나 진동에 의한 변형이 없이 수직상태로 제1플랜지(53) 및 제2플랜지(55)를 지지할 수 있다.
상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명의 조립방법 및 작용을 설명한다.
냉각프레임(40)은 도 3에 도시된 바와 같이 냉각관(30)을 방열판(20)의 외곽에 고정하면서 냉각관(30) 및 방열판(20)과 함께 하나의 전지모듈로 조립되고, 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀(10)들과 교호상태를 이루면서 적층된다.
이에 따라, 전지셀(10)들은 도 2에 도시된 바와 같이 방열판(20)들의 사이에 개재된 상태로 적층된다.
이때, 냉각프레임(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 스페이서(SP)와 함께 적층되며, 상부 및 하부가 커버(CV)에 의해 차폐된다.
관통바(51)는 도 2에 도시된 바와 같이 적층상태로 연통되는 냉각프레임(40)들의 결합공(42)을 따라 삽입된다. 이때, 관통바(51)는 하단 냉각프레임(40a)의 결합공(42)을 통해 삽입되는 것이 바람직하며, 이에 따라 제1플랜지(53)의 타단부가 상단 냉각프레임(40b)의 결합공(42)으로 돌출된다.
그리고, 제1플랜지(53)는 도 2에 도시된 바와 같이 하단프레임(40a)의 외측면에 밀착된다.
이어서, 제2플랜지(55)는 상단 냉각프레임(40b)의 결합공(42)으로 돌출된 관통바(51)의 타단부가 프레스나 펀칭기와 같은 가압기에 의해 가압됨에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 플랜지형태로 변형되면서 상단 냉각프레임(40b)의 외측면에 압착된다.
이때, 벨로즈(57a)는 도 4에 도시된 바와 같이 가압기에 의한 가압하중에 의해 수축하면서 관통바(51)에 가중되는 가압하중을 완충한다.
이에 따라, 냉각프레임(40)들은 도 2에 도시된 바와 같이 적층된 상태로 조립되어 전지셀(10)들을 적층된 상태로 고정한다.
이와 같이 조립된 본 발명의 배터리는 관통바(51)의 중공(51a)에 삽입되는 장볼트를 통해 차량의 구조물이나 배터리 케이스에 설치되어 차량에 전원을 공급한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 전기자동차용 배터리는, 고정부재(50)를 구성하는 관통바(51)가 양측에 마련된 제1플랜지(53) 및 제2플랜지(55)에 의해 냉각프레임(40)의 외곽을 밀착상태로 지지함에 따라 냉각프레임(40) 및 전지셀(10)들이 적층상태로 고정되므로 조립이 용이하며, 제2플랜지(55)가 가압에 의해 냉각프레임(40)에 압착됨에 따라 균일한 가압이 가능하므로 냉각프레임(40)의 파손이 방지되고, 전지셀(10)들이 견고하게 영구적으로 고정될 수 있다.
또한, 관통바(51)가 중공체로 형성됨에 따라 관통바(51)의 중공(51a)을 통해 결합부재의 삽입이 가능하므로 전지셀(10)들을 배터리케이스나 차량의 구조물에 결합할 수 있다.
또, 관통바(51)에 마련된 업소버(57)에 의해 관통바(51)의 변형이 방지되므로 관통바(51)가 수직상태로 냉각프레임(40)들을 지지할 수 있다.
구체적으로, 업소바(57)가 주름형태의 벨로즈(57a)로 구성되어 가압하중에 의해 수축되므로 제2플랜지(55)의 변형에 따른 가압하중이 완충될 수 있다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10 : 전지셀 20 : 방열판
30 : 냉각관 40 : 냉각프레임
41 : 하부프레임 43 : 상부프레임
42 : 결합공 50 : 고정부재
51 : 관통바 51a : 중공
53 : 제1플랜지 55 : 제2플랜지
57 : 업소버 57a : 벨로즈

Claims (4)

  1. 전원을 제공하는 복수의 전지셀들이 적층되어 차량에 전원을 공급하는 전기자동차용 배터리에 있어서,
    상기 전지셀들의 사이에 제각기 개재되어 상기 전지셀들의 열을 방열하는 방열판;
    상기 방열판들의 외곽을 따라 제각기 마련되고, 냉매를 내부로 관류시키면서 상기 방열판을 냉각시키는 냉각관;
    상기 냉각관이 내장된 상태로 상기 방열판들의 외곽을 따라 제각기 마련되어 상기 냉각관을 상기 방열판에 고정하면서 상기 방열판 및 상기 냉각관과 함께 하나의 전지모듈을 이루고, 적어도 한 쌍의 결합공이 양단부에 관통형성됨에 따라 상기 결합공이 또 다른 전지모듈의 결합공과 연통된 상태로 적층되는 틀체형태의 냉각프레임; 및
    상기 적층된 냉각프레임들의 결합공을 따라 삽입되어 상기 냉각프레임들 중 외곽에 배치된 냉각프레임을 지지하면서 상기 전지셀들을 적층된 상태로 고정하는 고정부재;를 포함하며,
    상기 고정부재는,
    상기 냉각프레임들의 결합공을 따라 제각기 삽입되면서 상기 냉각프레임들을 적층상태로 관통하는 막대형태의 관통바;
    상기 관통바의 일측에 마련되어 상기 관통바와 동일체를 이루며, 상기 냉각프레임들 중 최하단에 배치된 하단냉각프레임의 외측면에 밀착되면서 상기 하단냉각프레임을 지지하는 제1플랜지; 및
    상기 제1플랜지의 타측에 형성되어 상기 관통바와 동일체를 이루며, 상기 냉각프레임들 중 최상단에 배치된 상단냉각프레임의 결합공으로 돌출되고, 가압에 의해 변형되어 상기 상단냉각프레임의 외측면에 압착되면서 상기 냉각프레임들을 적층상태로 고정하는 제2플랜지;를 포함하는 전기자동차용 배터리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정부재는,
    상기 관통바가 중공을 갖는 관체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고정부재는,
    상기 관통바에 마련되어 상기 제2플랜지의 변형에 따른 가압하중을 완충하여 상기 관통바의 변형을 방지하는 업소버; 더 포함하는 전기자동차용 배터리.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 업소바는,
    상기 관통바의 일부분에 주름형태로 형성되어 상기 관통바와 동일체를 이루고, 상기 관통바에 가중되는 상기 가압하중에 의해 수축되면서 상기 가압하중을 완충하는 적어도 하나의 벨로즈;로 구성된 것을 특징으로 하는 전지자동차용 배터리.
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