KR20180070764A - 차량용 고전압 배터리 - Google Patents

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김민욱
안진한
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압 배터리는 차량 하부에 설치되는 차량용 고전압 배터리로서, 복수의 배터리 모듈; 및 평면에 복수의 삽입홈이 형성되어 상기 배터리 모듈이 상기 삽입홈에 삽입되어 고정되고, 내부로 냉각수가 유동되어 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 냉각 유닛;을 포함한다.

Description

차량용 고전압 배터리{HIGH VOLTAGE BATTERY APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 하이브리드나 전기자동차에서 사용되는 차량용 고전압 배터리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 냉각 유닛과 배터리 모듈 간의 열교환을 용이하게 하면서 그 부피 및 중량을 최소화되도록 구조를 개선한 차량용 고전압 배터리 장치에 관한 것이다.
전기자동차 또는 하이브리드 자동차와 같은 친환경 자동차는 차량의 구동원으로 모터를 탑재하고 있으며, 모터의 에너지원은 전기를 사용하는 바, 배터리가 필수적으로 탑재된다.
일반 차량의 경우 연료탱크의 용량이 클수록 주행 가능한 거리가 증가되 듯, 친환경 차량도 배터리의 용량이 증가될수록 주행거리가 비례하기 때문에, 최근 배터리의 용량을 점차 증가시키는 추세이다.
다만, 배터리의 용량이 증가하면서 배터리의 발열은 많이 지는데 이를 효과적으로 배출시켜주지 못하면 배터리의 성능은 급격히 저하되는바 배터리의 동작온도를 적절히 유지시키는 것은 매우 중요하다.
기존의 공냉방식은 배터리 모듈 사이에 공기유로를 형성하여 공기를 유동시킴으로써 배터리 모듈을 냉각시켰으나, 차량이라는 한정된 공간에 설치되는 배터리의 특성상 많아지는 배터리 모듈을 냉각시키기 위한 공기 유로를 형성하는데 한계가 있을 뿐더러 그 효율에도 한계점이 나타났다.
이에, 배터리 모듈을 직접 냉각시키기지 않고, 냉각수를 이용하여 간접 냉각시키는 냉각 유닛을 적용한 방식이 제시되었다.
도 1은 종래 일반적인 간접 냉각 방식의 냉각 유닛이 설치된 차량용 고전압 배터리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 냉각수를 이용한 간접 냉각 방식은 냉각 유닛(21)을 하부 배터리 케이스(31)에 고정시킨 후, 냉각 유닛(21) 상부에 배터리 모듈(11)이 위치하도록, 배터리 모듈(11)의 양 측을 하부 배터리 케이스(31)에 구비된 지지 프레임(32)에 고정하여 구성하였다.
그러나 배터리 모듈(11)과 냉각 유닛(21)을 결합시키기 위한 지지 프레임(32) 등 구성으로 인하여 차량용 고전압 배터리 중량을 증가시킬 뿐만 아니라, 배터리 모듈(11) 양 측으로 사공간이 형성됨에 따라 그 부피가 증가되어 차량의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같은 차량용 고전압 배터리는 일반적으로 차량 하부에 장착되는데, 종래 냉각 유닛(21)은 외부 충격 등에 의해 쉽게 파손될 수 있어 차량 하부를 감싸는 별도의 언더커버(41) 등을 필요로 하여 차량의 성능을 보다 저하시키며 제조원가를 상승시키는 문제점이 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2013-0036824 A(2013. 04. 15.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 냉각 유닛의과 배터리 모듈의 열교환 효율을 향상시키고, 배터리 모듈을 효과적으로 고정할 수 있도록 구조를 개선한 차량용 고전압 배터리를 제공한다.
또한, 중량 및 부피를 최소화하여 차량의 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 고전압 배터리을 제공한다.
또한, 냉각 유닛의 강도를 향상되도록 구조를 개선하여 별도의 언더커버를 생략할 수 있는 차량용 고전압 배터리를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 고전압 배터리는 차량 하부에 설치되는 차량용 고전압 배터리로서, 복수의 배터리 모듈; 및 평면에 복수의 삽입홈이 형성되어 상기 배터리 모듈이 상기 삽입홈에 삽입되어 고정되고, 내부로 냉각수가 유동되어 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 냉각 유닛;을 포함한다.
상기 냉각 유닛은, 평면에 복수의 상기 고정홈이 상기 배터리 모듈의 폭에 대응되는 너비로 이격되어 형성되고, 내부로 냉각수가 유동되는 냉각 플레이트; 및 각각의 상기 고정홈에 삽입되어 복수의 상기 삽입홈을 형성하는 복수의 지지 블럭;을 포함할 수 있다.
상기 냉각 유닛은, 상기 배터리 모듈이 고정되도록, 상기 냉각 플레이트의 테두리를 감싸면서 상방으로 연장된 액자 형상으로 형성되어 내부로 냉각수가 유동되는 메인 냉각 프레임;을 더 포함할 수 있다.
상기 냉각 플레이트는, 하부 플레이트; 상기 배터리 모듈의 저면과 접촉되어 상기 배터리 모듈을 냉각시키되, 복수의 상기 삽입홈이 형성되도록 상기 하부 플레이트의 상부에서 이격되어 배치되는 복수의 상부 플레이트; 상기 하부 플레이트 및 상부 플레이트를 매개하여 연통시키는 복수의 지지부; 및 상기 메인 냉각 프레임에서 분기되어 복수의 상부 플레이트 내부로 냉각수를 공급 또는 배출시키는 복수의 냉각수 유동구;를 포함할 수 있다.
상기 냉각수 유동구는, 상기 배터리 모듈의 측면에 접하도록 설치되어 상기 상부 플레이트에 안착된 상기 배터리 모듈의 길이방향 이동을 제한하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 상부 플레이트는, 알루미늄 재질로 형성된 것이 바람직하고, 상기 하부 플레이트 및 지지부는, 상기 상부 플레이트에 비하여 강도가 높은 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 배터리 모듈은, 측면에서 상기 지지 블럭의 평면방향으로 연장되어 상기 지지 블럭에 고정되는 복수의 고정 브라켓;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 차량용 고전압 배터리 조립을 용이하게 실시할 수 있으며, 배터리 모듈의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 차량용 고전압 배터리의 사공간을 최소화하고, 냉각 유닛의 강도를 향상시켜 별도의 언더커버 구성을 생략할 수 있어 부피 및 중량을 절감할 수 있고 나아가 차량의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 일반적인 간접 냉각 방식의 냉각 유닛이 설치된 차량용 고전압 배터리를 설명하기 위한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 고전압 배터리를 보여주는 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 모듈과 냉각 유닛의 결합을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 고전압 배터리를 설명하기 위한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압 배터리는 복수의 배터리 모듈을 냉각시키는 냉각 유닛의 구조를 개선하여 냉각 유닛을 보호하기 위한 별도의 언더커버 등을 필요로 하지 않고, 사공간을 최소화함으로써, 부피 및 중량을 절감시키는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 고전압 배터리를 보여주는 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압 배터리는 복수의 배터리 모듈(100)과 복수의 배터리 모듈(100)이 삽입 고정되고, 내부에 유동되는 냉각수로 배터리 모듈(100)을 냉각시키는 냉각 유닛(200)을 포함한다.
이때, 냉각 유닛(200)은 그 평면에 배터리 모듈(100)의 폭에 대응되는 너비를 갖는 복수의 삽입홈(240)이 길이 방향으로 이격되어 형성되어 복수의 배터리 모듈(100)이 삽입홈(240)에 삽입되어 고정된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 모듈과 냉각 유닛의 결합을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 고전압 배터리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 유닛(200)은 평면에 길이 방향으로 복수의 고정홈(210a)이 이격 형성된 복수의 냉각 플레이트(210)와 각각의 고정홈(210a)에 삽입되어 복수의 삽입홈(240)을 형성하는 복수의 지지 블럭(220)을 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 유닛(200)은 냉각 플레이트(210)의 가장자리를 감싸면서 상방으로 연장되어 각각의 삽입홈(240)에 삽입된 배터리 모듈(100)을 보다 견고히 고정시키는 메인 냉각 프레임(230)을 더 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시에에 따른 메인 냉각 프레임(230)은 냉각 플레이트(210)의 가장자리 및 배터리 모듈(100)을 감싸도록 액자형상으로 형성되되, 그 내부로 냉각수가 유동될 수 있도록 환형관 형상으로 형성되고, 냉각 플레이트(210)와 냉각수가 교환될 수 있도록 냉각 플레이트(210)와 연통되도록 구성될 수 있다.
이에, 배터리 모듈(100)과의 열교환 면적을 증가시켜 배터리 냉각 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 플레이트(210)는 하부 플레이트(211), 하부 플레이트(211)의 상방에 냉각 유닛(200)의 길이방향으로 이격 배치되되 배터리 모듈(100)의 폭에 대응되는 폭을 갖는 복수의 상부 플레이트(212), 상부 플레이트(212)와 하부 플레이트(211)를 매개하는 복수의 지지부(213) 및 상부 플레이트(212) 내부로 냉각수를 공급 또는 배출시키는 복수의 냉각수 유동구(214)를 포함한다.
이때, 상부 플레이트(212)는 내부로 냉각수가 유동되고 그 평면이 배터리 모듈(100)의 저면과 접촉되어 배터리 모듈(100)을 냉각시키는 구성으로 열전도도가 우수한 알루미늄 또는 그 합금 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이에, 배터리 모듈(100)의 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 플레이트(211)는 내부로 냉각수가 유동되며, 복수의 상부 플레이트(212)가 폭 방향으로 이격 배치될 수 있도록 충분한 길이를 갖도록 형성되며, 상부 플레이트(212)와 냉각수를 공유할 수 있도록 복수의 지지부(213)를 매개로 연결된다.
즉, 환형관 형상을 갖는 복수의 지지부(213)를 매개로 상부 플레이트(212) 및 하부 플레이트(211)가 연통되도록 구성됨으로써, 냉각수가 상부 플레이트(212) 및 하부 플레이트(211) 내부로 유동되도록 구성될 수 있다.
이에, 복수의 지지부(213)가 상부 플레이트(212) 및 하부 플레이트(211)의 강성을 보강하는 보강재 역할을 수행함에 따라 냉각 플레이트(210)의 강성을 향상시켜 차량 하부에 배치되는 냉각 유닛(200)을 보호하기 위한 별도의 언더커버 등의 구성을 생략할 수 있어 제조되는 차량용 고전압 배터리의 무게 및 부피를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상부 및 하부 플레이트(212, 211)가 서로 연통되도록 구성됨으로써, 이물질 충돌 등 충격으로 인한 냉각 플레이트(210) 파손시 냉각수를 즉시 외부로 배출시킴으로써, 종래 냉각 유닛의 파손 등으로 인한 냉각수 유출시 냉각수가 언더커버 내부에 고여 배터리 모듈의 단락 등이 발생되는 것을 방지하여 안전사고를 예방할 수있는 효과가 있다.
이때, 하부 플레이트(211) 및 지지부(213)는 상부 플레이트(212)에 비하여 강도가 우수한 탄소강 또는 스테인리스 스틸 등의 재질로 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는, 하부 플레이트(211) 및 지지부(213)는 배터리 모듈(100)과 직접적으로 접촉되어 열교환되는 구성이 아니며, 차량 운행시 발생될 수 있는 이물질 충돌 등 충격에 손상을 최소화할 수 있어야 하기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 냉각수 유동구(214)는 냉각 플레이트(210) 내부로 냉각수를 공급 또는 배출시키는 구성으로 배터리 모듈(100)의 측면에 접촉되도록 상부 플레이트(212)의 평면에 설치되어 배터리 모듈(100)의 길이방향 즉, 냉각 유닛(200)의 폭 방향으로 배터리 모듈(100)의 이동을 제한하는 것이 바람직하다. 이에, 배터리 모듈(100)을 보다 견고히 고정시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 측면에서 지지 블럭(220)의 평면으로 연장되는 복수의 고정 브라켓(110)이 형성되고, 각각의 고정 브라켓(110)은 지지 블럭(220)과 볼트 또는 용접 방식 등 다양한 결합방식으로 결합될 수 있다.
이에, 배터리 모듈(100)을 보다 견고히 고정함으로써, 삽입홈(240)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 냉각 유닛(200)의 구조를 개선하여 배터리 모듈(100)과의 결합력 및 냉각효율을 향상시키면서, 기계적 강도를 향상시킴으로써, 별도의 언더커버 등 구성을 필요로 하지 않아 부피 및 무게를 절감시킬 수 있으며 제조원가를 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 배터리 모듈 110: 고정 브라켓
200: 냉각 유닛 210: 냉각 플레이트
210a: 고정홈 211: 하부 플레이트
212: 상부 플레이트 213: 지지부
214: 냉각수 유동구 220: 지지 블럭
230: 메인 냉각 프레임 240: 삽입홈

Claims (8)

  1. 차량 하부에 설치되는 차량용 고전압 배터리로서,
    복수의 배터리 모듈; 및
    평면에 복수의 삽입홈이 형성되어 상기 배터리 모듈이 상기 삽입홈에 삽입되어 고정되고, 내부로 냉각수가 유동되어 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 냉각 유닛;을 포함하는, 차량용 고전압 배터리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    평면에 복수의 상기 고정홈이 상기 배터리 모듈의 폭에 대응되는 너비로 이격되어 형성되고, 내부로 냉각수가 유동되는 냉각 플레이트; 및
    각각의 상기 고정홈에 삽입되어 복수의 상기 삽입홈을 형성하는 복수의 지지 블럭;을 포함하는, 차량용 고전압 배터리.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 배터리 모듈이 고정되도록, 상기 냉각 플레이트의 테두리를 감싸면서 상방으로 연장된 액자 형상으로 형성되어 내부로 냉각수가 유동되는 메인 냉각 프레임;을 더 포함하는, 차량용 고전압 배터리.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는,
    하부 플레이트;
    상기 배터리 모듈의 저면과 접촉되어 상기 배터리 모듈을 냉각시키되, 복수의 상기 삽입홈이 형성되도록 상기 하부 플레이트의 상부에서 이격되어 배치되는 복수의 상부 플레이트;
    상기 하부 플레이트 및 상부 플레이트를 매개하여 연통시키는 복수의 지지부; 및
    상기 메인 냉각 프레임에서 분기되어 복수의 상부 플레이트 내부로 냉각수를 공급 또는 배출시키는 복수의 냉각수 유동구;를 포함하는, 차량용 고전압 배터리.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 냉각수 유동구는,
    상기 배터리 모듈의 측면에 접하도록 설치되어 상기 상부 플레이트에 안착된 상기 배터리 모듈의 길이방향 이동을 제한하는 것을 특징으로 하는, 차량용 고전압 배터리.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 상부 플레이트는,
    알루미늄 재질로 형성된 것을 특징으로 하는, 차량용 고전압 배터리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 하부 플레이트 및 지지부는,
    상기 상부 플레이트에 비하여 강도가 높은 재질로 형성된 것을 특징으로 하는, 차량용 고전압 배터리.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    측면에서 상기 지지 블럭의 평면방향으로 연장되어 상기 지지 블럭에 고정되는 복수의 고정 브라켓;을 더 포함하는, 차량용 고전압 배터리.
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