KR20160101382A - 전기자동차용 배터리 팩 - Google Patents

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KR20160101382A
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Abstract

본 발명은 전기자동차용 배터리 팩에 관한 것으로서, 특히, 배터리 셀 모듈과, 상기 배터리 셀 모듈을 지지하는 셀 모듈 지지부가 구비된 배터리 수용부와, 상기 배터리 셀 모듈과 상기 셀 모듈 지지부 사이에 상기 배터리 셀 모듈 형상에 대응되는 형상으로 구비된 쿨링 플레이트와, 상기 배터리 셀 모듈을 상기 배터리 수용부에 고정 시 상기 쿨링 플레이트와 상기 배터리 셀 모듈간 간극이 형성되는 것을 방지하는 간극 방지 패드를 포함하여, 냉각 성능 저하 및 내구성 저하를 방지할 수 있는 이점을 제공한다.

Description

전기자동차용 배터리 팩{Battery Pack for Elecetronic Vehicles}
본 발명은 전기자동차용 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀 모듈의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 전기자동차용 배터리 팩에 관한 것이다.
가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 있다. 따라서, 배터리만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지가 사용되고 있지만, 최근에는 리튬 이온전지 등의 사용도 시도되고 있다.
이러한 이차전지가 EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되는 바, 이를 위하여 다수의 소형 이차전지(단위전지)들을 직렬로 연결하거나, 경우에 따라서는 직렬 및 병렬로 연결하여 배터리 셀 모듈을 구성하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 일예를 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀 모듈을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 배터리 셀 모듈을 나타낸 분해사시도이고, 도 4는 배터리 셀 모듈의 형상에 따른 냉각 성능 저하 모습을 나타낸 개념도이다.
종래 기술에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 일예는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 캐리어(미도시)의 내부에 다수의 배터리 셀 모듈(20A,30A,40A)을 설치하기 위하여 병렬 배치된 프레임 어셈블리(5A,5B)와, 프레임 어셈블리(5A,5B)의 상부에 배설된 장착 트레이(7)와, 장착 트레이(7)의 상부에 수평 방향으로 병렬 배치되거나 연직 방향으로 적층 배치된 복수개의 배터리 셀 모듈(20A,30A,40A) 및 배터리 캐리어의 상부를 덮는 배터리 팩 커버(10)를 포함한다.
여기서, 배터리 셀 모듈(20A,30A,40A)의 하면에는 배터리 셀 모듈(20A,30A,40A)로부터 발생된 열을 냉각시키기 위하여 각각 쿨링 플레이트(20B,30B,40B)가 배치된다. 쿨링 플레이트(20B,30B,40B)는 미도시의 냉매 호스를 통하여 냉매를 공급받아 배터리 셀 모듈(20A,30A,40A)을 냉각시키는 역할을 한다.
배터리 셀 모듈(100,(20A,30A,40A))은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 이차전지(110)가 상하 수직으로 세워져 좌우 방향으로 길게 적층 배치되고, 양단부에 제1엔드 플레이트(120A) 및 제2엔드 플레이트(120B)가 각각 최외각의 이차전지(110)에 밀착된 상태로 결합된다. 배터리 셀 모듈(100)은 대략 좌우 방향으로 길게 직육면체 형상으로 형성되며, 제1엔드 플레이트(120A) 및 제2엔트 플레이트(120B)를 제외한 나머지 측면부에 내부 회로 기판부(ICB : Internal Circuit Board)(130)가 배치된다.
이와 같이 좌우 방향으로 길게 적층 배치된 복수개의 이차전지(110)들은 단위전지 마다 양극의 전지(111) 및 음극의 전지(112)로 이루어지되, 각각의 모서리 부위를 길이방향으로 관통하는 복수개의 롱볼트(140)에 의하여 결속되어 하나의 배터리 셀 모듈(100)을 구성하게 되는 것이다.
그러나, 종래 기술에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 일예는, 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 캐리어 내부에 형성된 수용 공간의 형상 또는 하중에 따라 배터리 셀 모듈(100(20A,30A,40A))의 하면 형상의 변경으로 인하여 배터리 셀 모듈(100)의 냉각을 위하여 구비되는 쿨링 플레이트(8,(20B,30B,40B))와 소정의 간극이 발생되어 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있다.
보다 상세하게는, 배터리 셀 모듈(100(20A,30A,40A))의 하면과 쿨링 플레이트(8(20B,30B,40B)) 사이에 간극이 형성되지 않도록 서멀 패드(9)가 배치되나, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 모듈(100(20A,30A,40A))의 하면 형상이 가운데로 갈수록 상부로 볼록하게 형성된 경우에는 그 하면에 면접되게 배치된 쿨링 플레이트(8(20B,30B,40B))가 좌우 방향으로 길게 형성된 관계로 하중에 의한 가운데 부분의 처짐 현상이 발생되어 서멀 패드(9)의 상면과 배터리 셀 모듈(100(20A,30A,40A))의 하면 사이에 냉각 성능이 저하되는 간극이 형성될 수 있음은 물론, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 모듈(100(20A,30A,40A))의 하면 형상이 가운데로 갈수록 하부로 오목하게 형성된 경우에는 하중에 의한 좌우 양단부의 처짐 현상이 발생되어 서멀 패드(9)의 상면과 배터리 셀 모듈(100(20A,30A,40A))의 하면 사이에 상술한 간극이 형성될 수 있어 여전히 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리 셀 모듈의 형상에 관계없이 냉각 성능을 향상시키고, 차량의 주행 중 노면으로부터 전달되는 진동을저감시킬 수 있는 전기자동차용 배터리 팩을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예는, 배터리 셀 모듈과, 상기 배터리 셀 모듈을 지지하는 셀 모듈 지지부가 구비된 배터리 수용부와, 상기 배터리 셀 모듈과 상기 셀 모듈 지지부 사이에 상기 배터리 셀 모듈 형상에 대응되는 형상으로 구비된 쿨링 플레이트와, 상기 배터리 셀 모듈을 상기 배터리 수용부에 고정 시 상기 쿨링 플레이트와 상기 배터리 셀 모듈간 간극이 형성되는 것을 방지하는 간극 방지 패드를 포함한다.
여기서, 상기 간극 방지 패드는, 상기 셀 모듈 지지부와 서로 다른 높이 및 서로 다른 재질로서 적어도 하나 이상이 상기 쿨링 플레이트에 접촉되게 구비될 수 있다.
또한, 상기 간극 방지 패드는, 상기 셀 모듈 지지부와 서로 다른 높이 또는 서로 다른 재질로서 적어도 하나 이상이 상기 쿨링 플레이트에 접촉되게 구비될 수 있다.
또한, 상기 간극 방지 패드는, 상기 배터리 셀 모듈과 상기 셀 모듈 지지부의 고정을 위한 체결부재 중 길이방향 양단의 최외곽 체결부재 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 간극 방지 패드는, 상기 셀 모듈 지지부를 둘러싸면서 상기 배터리 셀 모듈의 하면을 지지하는 위치에 구비될 수 있다.
또한, 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기로 구성된 공조모듈을 더 포함하고, 상기 쿨링 플레이트에는, 상기 공조모듈의 어느 일측에서 분기된 냉매를 공급받기 위한 유입 포트와, 상기 셀 모듈 지지부와 열교환된 냉매를 상기 공조모듈의 타측으로 공급하기 위한 토출 포트가 구비될 수 있다.
또한, 압축기와 응축기 사이 또는 응축기와 팽창기 사이 또는 팽창기와 증발기 사이 또는 증발기와 압축기 사이 중 어느 하나로부터 분기된 냉매와 열교환하도록 형성된 내부 열교환기와, 상기 내부 열교환기를 통해 열교환된 브라인(Brine)을 상기 쿨링 플레이트로 안내하도록 구비된 펌프를 더 포함하고, 상기 쿨링 플레이트는, 상기 브라인 유입을 위한 유입 포트 및 토출을 위한 토출 포트를 구비할 수 있다.
또한, 상기 쿨링 플레이트의 상기 냉매 또는 상기 쿨링 플레이트의 상기 브라인이 각각 상기 유입 포트 및 상기 토출 포트와 연결되는 쿨링 공급 호스 및 쿨링 배출 호스를 더 포함하고, 상기 쿨링 공급 호스와 상기 쿨링 배출 호스는 상기 배터리 셀 모듈의 개수에 대응되게 형성되되, 상기 배터리 셀 모듈의 용량에 비례하도록 상기 쿨링 공급 호스 및 상기 쿨링 배출 호스를 유동하는 상기 냉매 또는 상기 브라인의 유량이 제어될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩은, 배터리 셀 모듈과, 상기 배터리 셀 모듈이 수용되는 수용 공간이 형성되고, 차체에 체결부재를 통하여 고정되는 배터리 캐리어와, 상기 배터리 캐리어의 수용 공간 저부에 배치된 셀 모듈 지지부와, 상기 셀 모듈 지지부의 상부에 적층 배치되는 쿨링 플레이트와, 상기 배터리 셀 모듈과 상기 쿨링 플레이트 사이에 배치되어 상기 배터리 셀 모듈로부터 발생된 열을 상기 쿨링 플레이트로 전달하는 서멀 패드와, 상기 배터리 캐리어의 수용 공간 저부에 배치되되, 상기 셀 모듈 지지부와 함께 상기 쿨링 플레이트의 하면 일부를 지지하도록 배치되어 상기 배터리 셀 모듈의 하면과 상기 서멀 패드 사이 및 상기 서멀 패드와 상기 쿨링 플레이트 사이에 간극이 형성되는 것을 방지하는 간극 방지 패드를 포함한다.
여기서, 상기 간극 방지 패드는, 상기 셀 모듈 지지부 중 상기 쿨링 플레이트의 하면 중 가운데 부분을 지지하는 위치에 구비된 설치 홀에 배치될 수 있다.
또한, 상기 간극 방지 패드는, 상기 설치 홀에 적어도 2개 이상의 복수개로 구비될 수 있다.
또한, 상기 간극 방지 패드는, 상기 쿨링 플레이트의 좌우 양단부를 지지하는 위치에 배치될 수 있다.
또한 , 상기 간극 방지 패드는, 그 상면 높이가 상기 셀 모듈 지지부의 상면보다 높게 형성될 수 있다.
또한, 상기 간극 방지 패드는, 상기 셀 모듈 지지부의 테두리를 감싸도록 상기 배터리 캐리어의 수용 공간 저부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 간극 방지 패드는, 탄성 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 간극 방지 패드는, 탄성 스프링, 고무 및 발포 플라스틱 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 쿨링 플레이트의 내부로 냉매 또는 브라인을 공급하는 쿨링 공급 호스 및 상기 쿨링 플레이트로부터 열교환된 냉매 또는 브라인을 배출하는 쿨링 배출 호스를 더 포함하고, 상기 쿨링 플레이트는, 상기 쿨링 공급 호스로부터 상기 냉매 또는 브라인을 공급받기 위한 유입 포트가 형성되며, 상기 쿨링 배출 호스로 상기 열교환된 냉매 또는 브라인을 배출하기 위한 토출 포트가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예에 따르면 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.
첫째, 배터리 셀 모듈의 하면이 상부로 볼록하게 형성되었거나 하부로 오목하게 형성된 경우에도 쿨링 플레이트로의 열 전달이 간극없이 이루어지는 바 냉각 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
둘째, 간극 방지 패드는 탄성재질로 이루어진 바, 차량의 주행 중 노면으로부터 발생되는 진동을 저감시키는 효과를 가진다.
본 발명의 효과는 이상의 효과들로 한정되는 것은 아니고, 본 명세서에서 언급되지 않은 효과들은 본 발명의 특허청구범위로부터 당업자에게 당연하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 일예를 나타낸 개념도이고,
도 2는 도 1의 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀 모듈을 나타낸 사시도이며,
도 3은 도 2의 배터리 셀 모듈을 나타낸 분해사시도이고,
도 4는 배터리 셀 모듈의 형상에 따른 냉각 성능 저하 모습을 나타낸 개념도이며,
도 5는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예를 나타낸 사시도이고,
도 6은 도 5의 분해 사시도이며,
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예의 조립 과정을 나타낸 조립도이고,
도 8a는 도 7b의 A-A선을 따라 취한 단면도이며,
도 8b는 도 7d의 B-B선을 따라 취한 단면도이고,
도 9는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예의 구성 중 제1실시예에 따른 간극 방지 패드의 다양한 적용 형태를 나타낸 사시도이고,
도 10은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예의 구성 중 제2실시예에 따른 간극 방지 패드를 나타낸 분해 사시도이며,
도 11은 도 10에 의한 배터리 셀 모듈의 장착시의 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 다른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 분해 사시도이며, 도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예의 조립 과정을 나타낸 조립도이고, 도 8a는 도 7b의 A-A선을 따라 취한 단면도이며, 도 8b는 도 7d의 B-B선을 따라 취한 단면도이다.
본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩(200)의 바람직한 일실시예는, 도 5 내지 도 7d에 참조된 바와 같이, 배터리 셀 모듈(220,230)과, 배터리 셀 모듈(220,230)을 지지하는 셀 모듈 지지부(240)가 구비된 배터리 수용부(도 5의 도면부호 210 참조)와, 배터리 셀 모듈(220,230)과 셀 모듈 지지부(240) 사이에 배터리 셀 모듈(220,230) 형상에 대응되는 형상으로 구비된 쿨링 플레이트(400)와, 배터리 셀 모듈(220,230)을 배터리 수용부에 고정 시 쿨링 플레이트(400)와 배터리 셀 모듈(220,230)간 간극이 형성되는 것을 방지하는 간극 방지 패드(300)를 포함한다.
여기서, 배터리 수용부는, 후술하는 바와 같이 상부가 개구된 배터리 캐리어(210)를 동일하게 지칭하는 용어일 수 있다. 이하에서는, 상술한 배터리 셀 모듈(220,230)이 수용되는 공간부 전체를 지시하는 의미로서 '배터리 수용부'라 칭하기로 하고, 실질적으로 배터리 수용부를 구비한 구성 요소를 '배터리 캐리어(210)'라 칭하기로 한다.
보다 상세하게는, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예는, 배터리 셀 모듈(220,230)과, 배터리 셀 모듈(220,230)이 수용되는 수용 공간이 형성되고, 차체에 체결부재(미도시)를 통하여 고정되는 배터리 캐리어(210)와, 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 배치된 셀 모듈 지지부(240)와, 셀 모듈 지지부(240)의 상부에 적층 배치되는 쿨링 플레이트(400)와, 배터리 셀 모듈(220,230)과 쿨링 플레이트(400) 사이에 배치되어 배터리 셀 모듈(220,230)로부터 발생된 열을 쿨링 플레이트(400)로 전달하는 서멀 패드(500)(Thermal Pad)와, 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 배치되되, 셀 모듈 지지부(240)와 함께 쿨링 플레이트(400)의 하면 일부를 지지하도록 배치되어 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면과 서멀 패드(500) 사이 및 서멀 패드(500)와 쿨링 플레이트(400) 사이에 간극이 형성되는 것을 방지하는 간극 방지 패드(300)를 포함할 수 있다.
배터리 셀 모듈(220,230)은, 앞서 종래 기술 항목에서 잘 설명하고 있는 바와 같이, 복수개의 이차전지(단위전지:셀)가 조립되어 하나의 모듈로서 구성된 것으로서, 하나의 모듈만으로도 차량의 구동을 위한 전원 공급 및 자체 충방전이 가능하다.
배터리 셀 모듈(220,230)은, 대략 좌우 방향으로 길게 형성된 장방형의 수평 단면을 가지는 직육면체 형상으로 복수개의 이차전지가 조립되는 것이고, 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부의 형상에 따라 배터리 셀 모듈(220,230)의 형상 또한 하면을 포함하는 전체 형상이 가운데로 갈수록 상부로 볼록하게 형성되거나 가운데로 갈수록 하부로 오목하게 형성될 수 있음은 물론 전체적으로 평평한 하면을 가지도록 형성될 수 있다.
셀 모듈 지지부(240)는, 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어지되, 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 배치되는 배터리 셀 모듈(220,230)의 개수에 대응되는 개수로 배열되고, 배터리 셀 모듈(220,230)의 배치 위치를 지정하여 주는 역할을 한다.
이와 같은 셀 모듈 지지부(240)는, 상술한 간극 방지 패드(300)와 동일 높이 또는 약간 상이한 높이의 상면을 가지도록 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 배치되어 실질적으로 쿨링 플레이트(400)의 하면을 지지하는 역할을 한다.
쿨링 플레이트(400)는, 미도시의 냉매가 일측으로 유입되어 내부를 순환하면서 열교환된 후 타측으로 토출될 수 있도록 소정의 두께를 가지되, 대략 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면 전부에 대하여 열교환이 균일하게 이루어지도록 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
쿨링 플레이트(400)는, 배터리 셀 모듈(220,230)로부터 발생된 열을 제거하여 배터리 셀을 냉각시키는 기능을 수행하는 구성으로서, 쿨링 플레이트(400)의 내부로 유입되는 유체는 기체상의 유체 또는 액체상의 유체 중 어느 것이라도 무방하나, 기체상의 유체인 경우에는 송풍기 등을 이용해 배터리 셀 모듈(220,230) 전체에 동시에 기체를 송풍시키는 것이 유리하므로, 본 발명의 바람직한 일실시예에서의 쿨링 플레이트(400)와 같이 한정된 부분으로 유동되는 유체는 액체상의 유체로 한정하여 설명하기로 하며, 액체상의 유체라면 냉매 기능을 수행하는 액체의 어느 것으로 채용되어도 무방하다.
예를 들면, 도면에 도시되지 않았으나, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예는, 압축기, 응축기, 팽칭기 및 증발기로 구성된 공조모듈로서, 상술한 배터리 수용부의 외측에 별도로 구비된 공조모듈을 더 포함하고, 쿨링 플레이트(400)에는, 냉매가 공조모듈의 어느 일측에서 분기되어 공급된 다음, 배터리 셀 모듈(220,230)과 열교환 한 후 다시 공조모듈의 타측으로 공급되도록 구비될 수 있다.
또 다른 예를 들면, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예는, 도시되지 않았으나, 압축기와 응축기 사이, 응축기와 팽창기 사이, 팽창기와 증발기 사이 및 증발기와 압축기 사이 중 어느 하나로부터 분기된 냉매와 열교환하도록 형성된 내부 열교환기와, 내부 열교환기를 통해 열교환된 브라인(Brine)을 쿨링 플레이트(400)로 안내하도록 구비된 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있고, 이 때에는 실질적으로 브라인이 배터리 셀 모듈(220,230)과 열교환하는 열교환 유체가 된다.
브라인은, 공지된 바와 같이, 간접적인 냉동 작용을 하는 중간 물질로서, 염화 칼슘, 염화 나트륨, 염화 마그네슘 등의 수용액을 의미할 수 있으며, 직접 열교환하는 상기 냉매와는 달리 열교환 매개체로서의 역할을 하는 냉각수의 의미를 가질 수 있다.
쿨링 플레이트(400)에는, 도 6에 참조된 바와 같이, 냉매 또는 브라인이 유입되는 유입 포트(411)와 냉매 또는 브라인이 토출되는 토출 포트(413)가 각각 형성되고, 도 7d에 참조된 바와 같이, 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 내외부에 배설된 쿨링 공급 호스(600A) 및 쿨링 배출 호스(600B)가 유입 포트(411) 및 토출 포트(413)에 각각 연결되어 냉매 또는 브라인이 공급되거나 배출될 수 있다.
여기서, 쿨링 플레이트(400)의 유입 포트(411) 및 토출 포트(413)는, 공조모듈의 냉매가 직접 유입되도록 쿨링 공급 호스(600A) 및 쿨링 배출 호스(600B)가 공조모듈과 연결될 수 있고, 내부 열교환기의 브라인이 직접 유입되도록 쿨링 공급 호스(600A) 및 쿨링 배출 호스(600B)가 내부 열교환기와 연결될 수 있다.
또한, 쿨링 공급 호스(600A) 및 쿨링 배출 호스(600B)는, 배터리 셀 모듈(220,230)이 2개 이상의 복수개로 구비된 경우, 이에 대응되는 개수로 구비됨이 바람직하고, 각 배터리 셀 모듈(220,230)의 용량에 비례하도록 쿨링 공급 호스(600A) 및 쿨링 배출 호스(600B) 내부를 유동하는 냉매 또는 브라인의 유량이 제어될 수 있음은 당연하다. 냉매 또는 브라인의 유량 제어는 미도시의 단속 밸브의 개별 제어를 통한 공지된 제어 기술이 적용될 수 있다.
한편, 서멀 패드(500)는, 배터리 셀 모듈(220,230)과 쿨링 플레이트(400) 사이에 배치되어 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면과 쿨링 플레이트(400)의 상면 사이에 발생되는 간극을 제거함과 아울러, 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면을 통하여 제공되는 열을 쿨링 플레이트(400)로 전달하는 역할을 한다. 따라서, 서멀 패드(500)는 열전도율이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하고, 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면과 쿨링 플레이트(400) 사이에 열전달 성능을 저하시키는 간극이 발생하지 않도록 배터리 셀 모듈(220,230)의 하중을 흡수할 수 있는 플렉서블한 재질로 이루어짐이 바람직하다.
간극 방지 패드(300)는, 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 상술한 셀 모듈 지지부(240)와 함께 배치되어 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면과 서멀 패드(500) 사이에 간극이 형성되거나 서멀 패드(500)와 쿨링 플레이트(400) 사이에 간극이 형성되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이는, 상술한 바와 같이, 쿨링 플레이트(400)가 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면에 대응되게 길이 방향으로 길게 형성되고 내부에 냉매 또는 브라인이 충진되는 바 자중에 의하여 쿨링 플레이트(400)의 일부에 처짐이 발생되어 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면으로부터 서멀 패드(500)의 일부가 분리되거나 쿨링 플레이트(400)와 서멀 패드(500) 사이의 일부가 분리되는 현상이 발생되는 것을 방지하는 것이다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩(200)의 바람직한 일실시예의 조립 과정을 첨부된 도면(특히, 도 7a 내지 도 7d)을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7a에 참조된 바와 같이, 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 셀 모듈 지지부(240)를 배치 결합시킨다. 이때, 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 배치되는 배터리 셀 모듈(220,230)의 개수에 대응되게 셀 모듈 지지부(240)를 배치시킴이 바람직하다.
또한, 도 7a에 참조된 바와 같이, 셀 모듈 지지부(240)에 형성된 설치 홀(242)(후술하는 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)에 한함)에 간극 방지 패드(300)를 위치시킨다. 간극 방지 패드(300)는 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 별도의 체결부재(미도시)를 이용하여 결합시킬 수 있음은 물론 접착제 등의 접착부재를 이용하여 결합시킬 수 있음은 당연하다.
다음으로, 도 7b에 참조된 바와 같이, 볼트와 같은 체결부재(423)를 이용하여 쿨링 플레이트(400)를 셀 모듈 지지부(240) 및 간극 방지 패드(300)를 덮도록 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 결합시킨다.
그리고, 도 7c에 참조된 바와 같이, 쿨링 플레이트(400)의 상부에 순차적으로 서멀 패드(500) 및 배터리 셀 모듈(220,230)을 적층 배치시킨다. 이때, 배터리 셀 모듈(220,230)은 직접적으로 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 볼트와 같은 체결부재(223)를 이용하여 결합시켜, 쿨링 플레이트(400), 서멀 패드(500) 및 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면 사이에 간극이 해소되도록 결합시킴이 바람직하다.
이와 같이, 배터리 캐리어(210)의 수용 공간에 셀 모듈 지지부(240), 간극 방지 패드(300), 쿨링 플레이트(400), 서멀 패드(500) 및 배터리 셀 모듈(220,230)을 적층 배치시키면 도 7d에 참조된 바와 같이 하나의 패터리 팩을 조립 완성할 수 있다.
한편, 간극 방지 패드(300)는 후술하는 바와 같이 2가지의 실시 형태로 구현될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예의 구성 중 제1실시예에 따른 간극 방지 패드의 다양한 적용 형태를 나타낸 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예의 구성 중 제2실시예에 따른 간극 방지 패드를 나타낸 분해 사시도이며, 도 11은 도 10에 의한 배터리 셀 모듈의 장착시의 단면도이다.
제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)는, 도 9에 참조된 바와 같이, 셀 모듈 지지부(240) 중 쿨링 플레이트(400)의 하면 중 가운데 부분을 지지하는 위치에 구비된 설치 홀(242)에 배치되는 것을 그 주요 기술적 특징으로 한다.
또한, 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)는, 배터리 셀 모듈(220,230)과 셀 모듈 지지부(240)의 고정을 위해 구비된 체결부재(423) 중 길이방향 양단의 최외곽 체결부재(423) 사이에 배치되는 형상으로 형성됨이 바람직하다.
보다 상세하게는, 셀 모듈 지지부(240)의 가운데에는 대략 장방형의 설치 홀(242)이 상하로 관통되게 형성되어 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부 일부가 노출되고, 이와 같은 설치 홀(242)에 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)가 구비된다.
여기서, 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)는, 셀 모듈 지지부(240)와 서로 다른 높이 및/또는 서로 다른 재질로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 간극 방지 패드(300)는 그 상면 높이가 셀 모듈 지지부(240)의 상면 높이보다 높게 형성되고, 그 재질이 셀 모듈 지지부(240)보다 더 탄성률이 좋은 것일 수 있다.
이와 같은 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)는, 도 9에 참조된 바와 같이, 설치 홀(242)에 2개 이상의 복수개로 구비될 수 있다.
즉, 도 9의 (a)에 참조된 바와 같이, 장방형으로 형성된 설치 홀(242)의 내부에 길이 방향으로 길게 2개의 간극 방지 패드(300B)가 병렬 배치될 수 있고, 도 9의 (b)에 참조된 바와 같이 길이 방향에 직교되게 2개의 간극 방지 패드(300C)가 병렬 배치될 수 있으며, 도 9의 (c)에 참조된 바와 같이 길이 방향 및 그에 직교되는 방향으로 4개의 간극 방지 패드(300D)가 각각 병렬 배치될 수 있다.
한편, 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')는, 도 10에 참조된 바와 같이, 쿨링 플레이트(400)의 좌우 양단부를 지지하는 위치에 배치된 기술적 구성을 가진다.
보다 상세하게는, 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')는, 도 10에 참조된 바와 같이, 셀 모듈 지지부(240')의 테두리를 감싸도록 배터리 캐리어(210)의 수용 공간 저부에 배치될 수 있다.
또한, 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')는, 셀 모듈 지지부(240')를 둘러싸면서 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면을 지지하는 위치에 구비되는 형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')는, 제1실시예의 간극 방지 패드(300)와 마찬가지로, 셀 모듈 지지부(240')와 서로 다른 높이 및/또는 서로 다른 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 그 상면 높이가 셀 모듈 지지부(240')의 상면보다 높게 형성되고, 그 재질이 셀 모듈 지지부(240')보다 더 탄성률이 좋은 것으로 채용될 수 있다.
한편, 제1실시예 및 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300,300')는, 탄성 재질로 이루어짐이 바람직하다. 보다 상세하게는, 간극 방지 패드(300,300')는, 탄성 스프링, 고무 및 발포 플라스틱 중 어느 하나로 이루어짐으로써, 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면 형상에 대응되게 면접되도록 구비되는 쿨링 플레이트(400)를 효율적으로 탄성 지지할 수 있도록 한다.
도 8a 및 도 8b에 참조된 바와 같이, 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)가 구비된 경우를 예로 설명하면 다음과 같다. 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)가 구비된 곳에 하면이 평평하게 형성된 배터리 셀 모듈(220,230)을 적층하면, 먼저 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)가 배터리 셀 모듈(220,230)의 가운데 부분으로부터 하중을 제공받아 수축되되 배터리 셀 모듈(220,230)의 좌우 양단부의 하중이 셀 모듈 지지부(240)에 의하여 지지될 때까지 수축된다. 그러면, 결국 본래 형상의 배터리 셀 모듈(220,230)의 평평한 상태로 장착되는 바, 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면과 서멀 패드(500) 사이 및 서멀 패드(500)와 쿨링 플레이트(400) 사이에 간극이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 도면에 도시되지 않았으나, 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)가 구비된 경우로서, 하면이 가운데로 갈수록 상부로 볼록하게 형성된 배터리 셀 모듈(220,230)을 적층하면, 먼저 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)가 배터리 셀 모듈(220,230)의 가운데 부분으로부터 하중을 제공받아 수축되나 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면이 가운데로 갈수록 상부로 볼록하게 형성된 것인 바, 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)의 수축률은 적어지므로 본래 형상의 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면 형상을 유지하면서도 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면과 서멀 패드(500) 사이 및 서멀 패드(500)와 쿨링 플레이트(400) 사이에 간극이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
마찬가지로, 도면에 도시되지 않았으나, 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)가 구비된 경우로서, 하면이 가운데로 갈수록 하부로 오목하게 형성된 배터리 셀 모듈(220,230)을 적층하면, 먼저 제1실시예에 따른 간극 방지 패드(300)가 배터리 셀 모듈(220,230)의 가운데 부분으로부터 하중을 제공받아 수축되되 배터리 셀 모듈(220,230)의 좌우 양단부가 셀 모듈 지지부(240)를 통하여 하중을 제공받을 때까지 수축되므로, 본래 형상의 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면 형상을 유지하면서도 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면과 서멀 패드(500) 사이 및 서멀 패드(500)와 쿨링 플레이트(400) 사이에 간극이 형성되는 것을 방지한다.
또한, 도 10에 참조된 바와 같이, 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')가 구비된 경우를 예로 설명하면 다음과 같다. 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')가 구비된 곳에 하면이 평평하게 형성된 배터리 셀 모듈(220,230)을 적층하면, 먼저 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')가 배터리 셀 모듈(220,230)의 좌우 양단부로부터 하중을 제공받아 수축되되 가운데의 셀 모듈 지지부(240')의 높이까지 수축됨으로써 결국 본래 형상의 배터리 셀 모듈(220,230)의 평평한 상태로 장착되는 바, 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면과 서멀 패드(500) 사이 및 서멀 패드(500)와 쿨링 플레이트(400) 사이에 간극이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 도면에 도시되지 않았으나, 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')가 구비된 경우로서, 하면이 가운데로 갈수록 상부로 볼록하게 형성된 배터리 셀 모듈(220,230)을 적층하면, 먼저 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')가 배터리 셀 모듈(220,230)의 좌우 양단부로부터 하중을 제공받아 수축되되 배터리 셀 모듈(220,230)의 가운데 부분이 셀 모듈 지지부(240')에 의하여 하중 지지될 때까지 수축됨으로써 본래 형상의 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면 형상을 유지하면서도 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면과 서멀 패드(500) 사이 및 서멀 패드(500)와 쿨링 플레이트(400) 사이에 간극이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
마찬가지로, 도면에 도시되지 않았으나, 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')가 구비된 경우로서, 하면이 가운데로 갈수록 하부로 오목하게 형성된 배터리 셀 모듈(220,230)을 적층하면, 먼저 제2실시예에 따른 간극 방지 패드(300')가 배터리 셀 모듈(220,230)의 좌우 양단부로부터 하중을 제공받아 수축되나 배터리 셀 모듈(220,230)의 가운데 부분이 셀 모듈 지지부(240')에 의하여 하중 지지될 때까지 수축되는 결과 수축률이 적어지므로, 결국 본래 형상의 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면 형상을 유지하면서도 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면과 서멀 패드(500) 사이 및 서멀 패드(500)와 쿨링 플레이트(400) 사이에 간극이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩(200)의 바람직한 일실시예에 따르면, 간극 방지 패드(300,300')에 의하여 배터리 셀 모듈(220,230)의 형상을 유지하면서도 배터리 셀 모듈(220,230)과 서멀 패드(500) 사이 및 서멀 패드(500)와 쿨링 플레이트(400) 사이에 간극이 형성되는 것을 방지함으로써 냉각 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 간극 방지 패드(300,300')는 진동 등에 취약한 배터리 셀 모듈(220,230)의 하면을 탄성적으로 지지하는 바, 배터리 셀 모듈(220,230)의 내구성의 저하를 방지할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 팩의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 바람직한 일실시에에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
200: 배터리 팩 210: 배터리 캐리어
220,230: 배터리 셀 모듈 240,240': 셀 모듈 지지부
300,300': 간극 방지 패드 400: 쿨링 플레이트
411: 유입 포트 413: 토출 포트
423: 체결부재 500: 서멀 패드

Claims (17)

  1. 배터리 셀 모듈과;
    상기 배터리 셀 모듈을 지지하는 셀 모듈 지지부가 구비된 배터리 수용부와;
    상기 배터리 셀 모듈과 상기 셀 모듈 지지부 사이에 상기 배터리 셀 모듈 형상에 대응되는 형상으로 구비된 쿨링 플레이트와;
    상기 배터리 셀 모듈을 상기 배터리 수용부에 고정 시 상기 쿨링 플레이트와 상기 배터리 셀 모듈간 간극이 형성되는 것을 방지하는 간극 방지 패드를 포함하는 전기자동차용 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는, 상기 셀 모듈 지지부와 서로 다른 높이 및 서로 다른 재질로서 적어도 하나 이상이 상기 쿨링 플레이트에 접촉되게 구비된 전기자동차용 배터리 팩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는, 상기 셀 모듈 지지부와 서로 다른 높이 또는 서로 다른 재질로서 적어도 하나 이상이 상기 쿨링 플레이트에 접촉되게 구비된 전기자동차용 배터리 팩.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는,
    상기 배터리 셀 모듈과 상기 셀 모듈 지지부의 고정을 위한 체결부재 중 길이방향 양단의 최외곽 체결부재 사이에 배치되는 전기자동차용 배터리 팩.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는,
    상기 셀 모듈 지지부를 둘러싸면서 상기 배터리 셀 모듈의 하면을 지지하는 위치에 구비된 전기자동차용 배터리 팩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기로 구성된 공조모듈을 더 포함하고,
    상기 쿨링 플레이트에는, 상기 공조모듈의 어느 일측에서 분기된 냉매를 공급받기 위한 유입 포트와, 상기 배터리 셀 모듈과 열교환된 냉매를 상기 공조모듈의 타측으로 공급하기 위한 토출 포트가 구비된 전기자동차용 배터리 팩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    압축기와 응축기 사이 또는 응축기와 팽창기 사이 또는 팽창기와 증발기 사이 또는 증발기와 압축기 사이 중 어느 하나로부터 분기된 냉매와 열교환하도록 형성된 내부 열교환기와;
    상기 내부 열교환기를 통해 열교환된 브라인(Brine)을 상기 쿨링 플레이트로 안내하도록 구비된 펌프를 더 포함하고,
    상기 쿨링 플레이트는, 상기 브라인 유입을 위한 유입 포트 및 토출을 위한 토출 포트를 구비한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 팩.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트의 상기 냉매 또는 상기 쿨링 플레이트의 상기 브라인이 각각 상기 유입 포트 및 상기 토출 포트와 연결되는 쿨링 공급 호스 및 쿨링 배출 호스를 더 포함하고,
    상기 쿨링 공급 호스와 상기 쿨링 배출 호스는 상기 배터리 셀 모듈의 개수에 대응되게 형성되되, 상기 배터리 셀 모듈의 용량에 비례하도록 상기 쿨링 공급 호스 및 상기 쿨링 배출 호스를 유동하는 상기 냉매 또는 상기 브라인의 유량이 제어되는 전기자동차용 배터리 팩.
  9. 배터리 셀 모듈과;
    상기 배터리 셀 모듈이 수용되는 수용 공간이 형성되고, 차체에 체결부재를 통하여 고정되는 배터리 캐리어와;
    상기 배터리 캐리어의 수용 공간 저부에 배치된 셀 모듈 지지부와;
    상기 셀 모듈 지지부의 상부에 적층 배치되는 쿨링 플레이트와;
    상기 배터리 셀 모듈과 상기 쿨링 플레이트 사이에 배치되어 상기 배터리 셀 모듈로부터 발생된 열을 상기 쿨링 플레이트로 전달하는 서멀 패드와;
    상기 배터리 캐리어의 수용 공간 저부에 배치되되, 상기 셀 모듈 지지부와 함께 상기 쿨링 플레이트의 하면 일부를 지지하도록 배치되어 상기 배터리 셀 모듈의 하면과 상기 서멀 패드 사이 및 상기 서멀 패드와 상기 쿨링 플레이트 사이에 간극이 형성되는 것을 방지하는 간극 방지 패드를 포함하는 전기자동차용 배터리 팩.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는, 상기 셀 모듈 지지부 중 상기 쿨링 플레이트의 하면 중 가운데 부분을 지지하는 위치에 구비된 설치 홀에 배치되는 전기자동차용 배터리 팩.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는,
    상기 설치 홀에 적어도 2개 이상의 복수개로 구비된 전기자동차용 배터리 팩.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는, 상기 쿨링 플레이트의 좌우 양단부를 지지하는 위치에 배치된 전기자동차용 배터리 팩.
  13. 청구항 10 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는,
    그 상면 높이가 상기 셀 모듈 지지부의 상면보다 높게 형성된 전기자동차용 배터리 팩.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는,
    상기 셀 모듈 지지부의 테두리를 감싸도록 상기 배터리 캐리어의 수용 공간 저부에 배치된 전기자동차용 배터리 팩.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는, 탄성 재질로 이루어진 전기자동차용 배터리 팩.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 간극 방지 패드는, 탄성 스프링, 고무 및 발포 플라스틱 중 어느 하나로 이루어진 전기자동차용 배터리 팩.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트의 내부로 냉매 또는 브라인을 공급하는 쿨링 공급 호스 및 상기 쿨링 플레이트로부터 열교환된 냉매 또는 브라인을 배출하는 쿨링 배출 호스를 더 포함하고,
    상기 쿨링 플레이트는,
    상기 쿨링 공급 호스로부터 상기 냉매 또는 브라인을 공급받기 위한 유입 포트가 형성되며,
    상기 쿨링 배출 호스로 상기 열교환된 냉매 또는 브라인을 배출하기 위한 토출 포트가 형성된 전기자동차용 배터리 팩.
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