KR20200001781A - 차량의 배터리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일면이 배터리모듈에 접촉하여 배터리모듈을 냉각하도록 내부에 냉매가 순환하는 냉각채널이 구비된 채널플레이트와; 유입포트를 통해 외부로부터 전달된 냉매를 상기 채널플레이트로 공급하고 상기 채널플레이트를 경유한 냉매를 유출포트를 통해 외부로 전달할 수 있도록 형성되고, 상기 채널플레이트와 결합되어 상기 배터리모듈을 감싸는 공간을 구성하는 제1엔드플레이트와; 상기 제1엔드플레이트에 대향되게 상기 채널플레이트에 결합되어 상기 배터리모듈을 감싸는 공간을 구성하는 제2엔드플레이트와; 상기 채널플레이트에 대향되게 상기 제1엔드플레이트 및 제2엔드플레이트에 결합되어 상기 배터리모듈을 감싸는 공간을 구성하는 커버플레이트를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 배터리 시스템{BATTERY SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 배터리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 차량이나 전기차 등에 사용되는 배터리 시스템의 냉각 기술에 관한 것이다.
하이브리드 차량이나 전기차 등은 차량의 구동에 필요한 전기적 에너지를 저장하기 위한 배터리 시스템의 탑재가 필수적이며, 이러한 배터리 시스템은 다수의 배터리모듈을 포함하여 구성되고, 상기 배터리모듈은 다수의 배터리셀들로 이루어진다.
상기와 같은 배터리시스템은 작동 안정성 확보를 위해 배터리모듈에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각장치를 포함하는데, 최근에는 효과적이고 안정적인 냉각성능 확보를 위해 냉매를 이용한 수냉각 방식이 고려되고 있다.
상기한 바와 같은 수냉각 방식의 냉각장치는 냉매의 순환을 위한 각종 배관 및 연결장치 등이 소요되고, 이러한 부품들이 차지하는 부피와 중량은 가급적 축소될 필요가 있다.
상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 1020160105360 A
본 발명은 가급적 간단한 구성과 적은 부품을 사용하면서도 배터리모듈에서 발생되는 열을 원활하고 안정되게 냉각시킬 수 있도록 함과 아울러 배터리모듈 외부에서 요구되는 구조적 강성을 확보할 수 있도록 하고, 냉각 회로의 단순화로 냉매의 누출 발생을 최소화할 수 있도록 하며, 불필요한 공간 최소화로 에너지밀도를 증대시킬 수 있도록 한 차량의 배터리 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 배터리 시스템은
일면이 배터리모듈에 접촉하여 배터리모듈을 냉각하도록 내부에 냉매가 순환하는 냉각채널이 구비된 채널플레이트와;
유입포트를 통해 외부로부터 전달된 냉매를 상기 채널플레이트로 공급하고 상기 채널플레이트를 경유한 냉매를 유출포트를 통해 외부로 전달할 수 있도록 형성되고, 상기 채널플레이트와 결합되어 상기 배터리모듈을 감싸는 공간을 구성하는 제1엔드플레이트와;
상기 제1엔드플레이트에 대향되게 상기 채널플레이트에 결합되어 상기 배터리모듈을 감싸는 공간을 구성하는 제2엔드플레이트와;
상기 채널플레이트에 대향되게 상기 제1엔드플레이트 및 제2엔드플레이트에 결합되어 상기 배터리모듈을 감싸는 공간을 구성하는 커버플레이트;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 채널플레이트는 육면체 평판형으로 형성되고;
상기 채널플레이트의 일단부에는 상기 제1엔드플레이트와 결합되어 냉매를 수수할 수 있도록 공급구 및 배출구가 형성되며;
상기 채널플레이트의 내부에는 상기 공급구로부터 배출구로 이르는 다수의 냉각채널이 배터리모듈에 접촉하는 면에 대해 고르게 분포되어 형성될 수 있다.
상기 제1엔드플레이트에는 상기 유입포트 및 유출포트가 외부로 돌출되도록 일체로 형성되고;
상기 제1엔드플레이트의 내부에는 상기 유입포트로부터 상기 공급구로 연결되는 유로와 상기 배출구로부터 상기 유출포트로 연결되는 유로가 형성될 수 있다.
상기 채널플레이트, 제1엔드플레이트, 제2엔드플레이트 및 커버플레이트에 의해 감싸인 적어도 하나 이상의 배터리모듈은 모듈어셈블리를 구성하고;
상기 모듈어셈블리를 수용하도록 차체에 구비된 케이스에는 상기 유입포트 및 유출포트가 각각 관통되도록 관통구가 구비되며;
상기 관통구와 제1엔드플레이트 사이에서 상기 유입포트 및 유출포트를 각각 감싸면서 실링을 구현하는 가스켓이 구비되고;
상기 케이스의 외부로부터 상기 제1엔드플레이트로 체결되어 상기 모듈어셈블리를 케이스 쪽으로 당김에 의해 상기 가스켓에 실링에 필요한 압력을 부여하는 타이볼트가 구비될 수 있다.
상기 제2엔드플레이트는 내부에 공간부가 형성된 이중 플레이트 구조로 형성되고;
상기 제1엔드플레이트와 제2엔드플레이트는 상기 채널플레이트와 커버플레이트에 결합되어, 내부의 배터리모듈을 감싸서 지지하는 구조적 강성을 제공하도록 할 수 있다.
상기 커버플레이트는 상기 채널플레이트와 동일하게 냉매가 순환하는 냉각채널을 구비하도록 할 수 있다.
본 발명은 가급적 간단한 구성과 적은 부품을 사용하면서도 배터리모듈에서 발생되는 열을 원활하고 안정되게 냉각시킬 수 있도록 함과 아울러 배터리모듈 외부에서 요구되는 구조적 강성을 확보할 수 있도록 하고, 냉각 회로의 단순화로 냉매의 누출 발생을 최소화할 수 있도록 하며, 불필요한 공간 최소화로 에너지밀도를 증대시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 배터리 시스템의 실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 구조에서 냉매의 유동 경로를 설명한 도면,
도 3은 본 발명의 주요 구성의 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 채널플레이트의 구조를 도시한 평면도,
도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도,
도 6은 도 5와 같은 구성의 모듈어셈블리가 차체의 케이스에 장착된 상태를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명 차량의 배터리 시스템의 실시예는, 일면이 배터리모듈(BM)에 접촉하여 배터리모듈(BM)을 냉각하도록 내부에 냉매가 순환하는 냉각채널(1)이 구비된 채널플레이트(3)와; 유입포트(5)를 통해 외부로부터 전달된 냉매를 상기 채널플레이트(3)로 공급하고 상기 채널플레이트(3)를 경유한 냉매를 유출포트(7)를 통해 외부로 전달할 수 있도록 형성되고, 상기 채널플레이트(3)와 결합되어 상기 배터리모듈(BM)을 감싸는 공간을 구성하는 제1엔드플레이트(9)와; 상기 제1엔드플레이트(9)에 대향되게 상기 채널플레이트(3)에 결합되어 상기 배터리모듈(BM)을 감싸는 공간을 구성하는 제2엔드플레이트(11)와; 상기 채널플레이트(3)에 대향되게 상기 제1엔드플레이트(9) 및 제2엔드플레이트(11)에 결합되어 상기 배터리모듈(BM)을 감싸는 공간을 구성하는 커버플레이트(13)를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 채널플레이트(3), 제1엔드플레이트(9), 제2엔드플레이트(11) 및 커버플레이트(13)가 결합되어 내부에 배터리모듈(BM)을 감싸서 지지하는 구조적 강성을 제공함과 아울러, 상기 배터리모듈(BM)에서 발생되는 열을 외부로부터 제공되는 냉매를 통해 신속하고 안정적으로 냉각시킬 수 있도록 구성된 것이다.
참고로, 본 실시예에서는 2개의 배터리모듈(BM)이 함께 상기 채널플레이트(3), 제1엔드플레이트(9), 제2엔드플레이트(11) 및 커버플레이트(13)에 의해 감싸인 예를 보이고 있다.
물론, 상기 채널플레이트(3), 제1엔드플레이트(9), 제2엔드플레이트(11) 및 커버플레이트(13)에 의해 감싸인 배터리모듈(BM)은 1개 또는 3개 이상으로 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 배터리모듈(BM)의 구성에 따라 상기 채널플레이트(3), 제1엔드플레이트(9), 제2엔드플레이트(11) 및 커버플레이트(13)의 크기가 변화하면 된다.
본 실시예에서 상기 채널플레이트(3)는 육면체 평판형으로 형성되고; 상기 채널플레이트(3)의 일단부에는 상기 제1엔드플레이트(9)와 결합되어 냉매를 수수할 수 있도록 공급구(15) 및 배출구(17)가 형성되며; 상기 채널플레이트(3)의 내부에는 상기 공급구(15)로부터 배출구(17)로 이르는 다수의 냉각채널(1)이 배터리모듈(BM)에 접촉하는 면에 대해 고르게 분포되어 형성되어 있다.
따라서, 상기 채널플레이트(3) 내부에 형성된 다수의 냉각채널(1)로 냉매가 순환되면, 상기 채널플레이트(3)에 접하고 있는 배터리모듈(BM)은 원활하고 안정된 냉각이 상기 배터리모듈(BM)을 이루는 전체 배터리셀에서 고르게 이루어지게 된다.
본 실시예에서, 상기 제1엔드플레이트(9)에는 상기 유입포트(5) 및 유출포트(7)가 외부로 돌출되도록 일체로 형성되고; 상기 제1엔드플레이트(9)의 내부에는 상기 유입포트(5)로부터 상기 공급구(15)로 연결되는 유로(19)와 상기 배출구(17)로부터 상기 유출포트(7)로 연결되는 유로(19)가 형성된 구조이다.
따라서, 상기 제1엔드플레이트(9)를 상기 채널플레이트(3)에 결합할 때에는 상기 채널플레이트(3)의 공급구(15) 및 배출구(17)의 실링이 이루어지도록 고무링 등이 개재된 상태에서 결합될 수 있으며, 결합된 상태가 쉽게 이완되지 않도록 다수의 체결볼트나 용접 등에 의해 견고한 결합구조를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서 상기 제2엔드플레이트(11)는 내부에 공간부(21)가 형성된 이중 플레이트 구조로 형성되고, 상기 제1엔드플레이트(9)와 제2엔드플레이트(11)는 상기 채널플레이트(3)와 커버플레이트(13)에 결합되어, 내부의 배터리모듈(BM)을 감싸서 지지하는 구조적 강성을 제공하도록 한다.
즉, 상기 제2엔드플레이트(11)는 이중 플레이트 구조이고, 상기 제1엔드플레이트(9)는 내부에 냉매의 유로(19)가 형성될 정도의 두께를 가지고 있으며, 상기 채널플레이트(3)는 내부에 다수의 냉각채널(1)이 형성될 정도의 두께를 가지고 있어서, 이들이 견고하게 결합되면, 그 자체로 내부의 배터리모듈(BM)을 감싸서 지지하기 위한 충분한 강성을 제공할 수 있도록 한 것이다.
참고로, 도 3의 화살표는 각 부품들의 결합 위치를 예시한 것으로서, 이 위치에 체결볼트를 체결하거나 용접을 하여 결합시키도록 할 수 있음을 의미한다.
한편, 상기 커버플레이트(13)는 상기한 바와 같은 채널플레이트(3)와 제1엔드플레이트(9) 및 제2엔드플레이트(11)와 함께 상기와 같은 충분한 구조적 강성 확보를 위해 균형을 맞추도록 적절한 두께나 강성을 가지고 결합되도록 할 수 있다.
또한, 상기 커버플레이트(13)는 본 실시예와 같이 압출하여 형성된 단일 플레이트의 구조를 가지도록 할 수도 있지만, 상기 커버플레이트(13)는 상기 채널플레이트(3)와 동일하게 냉매가 순환하는 냉각채널을 구비하여 배터리모듈(BM)의 냉각성능을 더욱 향상시키도록 구성할 수도 있을 것이다.
물론, 이 경우 상기 커버플레이트(13)의 냉각채널도 상기 채널플레이트(3)가 제1엔드플레이트(9)를 통해 냉매를 공급받고 배출할 수 있도록 구성된 것처럼, 상기 제1엔드플레이트(9)를 통해 함께 냉매를 공급받고 배출하도록 연결될 수 있을 것이다.
도 6을 참조하면, 상기 채널플레이트(3), 제1엔드플레이트(9), 제2엔드플레이트(11) 및 커버플레이트(13)에 의해 감싸인 적어도 하나 이상의 배터리모듈(BM)은 모듈어셈블리(MA)를 구성하고, 상기 모듈어셈블리(MA)를 수용하도록 차체에 구비된 케이스(23)에는 상기 유입포트(5) 및 유출포트(7)가 각각 관통되도록 관통구(25)가 구비되며, 상기 관통구(25)와 제1엔드플레이트(9) 사이에서 상기 유입포트(5) 및 유출포트(7)를 각각 감싸면서 실링을 구현하는 가스켓(27)이 구비되고, 상기 케이스(23)의 외부로부터 상기 제1엔드플레이트(9)로 체결되어 상기 모듈어셈블리(MA)를 케이스(23) 쪽으로 당김에 의해 상기 가스켓(27)에 실링에 필요한 압력을 부여하는 타이볼트(29)가 구비된 구성이다.
즉, 상기 타이볼트(29)가 제공하는 인장력에 의해 상기 가스켓(27)의 압축에 의한 실링 상태가 안정되고 견고하게 확보되는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 상기 채널플레이트(3)와 제1엔드플레이트(9), 제2엔드플레이트(11) 및 커버플레이트(13)가 내부의 배터리모듈(BM)을 감싸고 지지하는 구조적 강성을 제공하도록 하는 기능과 함께 배터리모듈(BM)에서 발생되는 열을 안정적이고 원활하게 냉각시킬 수 있도록 하는 기능을 함께 제공하도록 구성됨으로써, 간단한 구성과 적은 부품을 사용하면서도 충분한 구조적 강성과 냉각성능을 확보할 수 있도록 한다.
또한, 상기와 같이 단순한 냉각 회로의 구조에 의해 냉매의 누출 발생 염려를 최소화할 수 있도록 하며, 불필요한 공간을 최소화하고 이에 의해 확보된 공간에 배터리셀을 더 설치할 수 있도록 함으로써, 배터리 시스템의 에너지밀도를 증대시킬 수 있도록 한다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1; 냉각채널
3; 채널플레이트
5; 유입포트
7; 유출포트
9; 제1엔드플레이트
11; 제2엔드플레이트
13; 커버플레이트
15; 공급구
17; 배출구
19; 유로
21; 공간부
23; 케이스
25; 관통구
27; 가스켓
29; 타이볼트
BM; 배터리모듈
MA; 모듈어셈블리

Claims (6)

  1. 일면이 배터리모듈에 접촉하여 배터리모듈을 냉각하도록 내부에 냉매가 순환하는 냉각채널이 구비된 채널플레이트와;
    유입포트를 통해 외부로부터 전달된 냉매를 상기 채널플레이트로 공급하고 상기 채널플레이트를 경유한 냉매를 유출포트를 통해 외부로 전달할 수 있도록 형성되고, 상기 채널플레이트와 결합되어 상기 배터리모듈을 감싸는 공간을 구성하는 제1엔드플레이트와;
    상기 제1엔드플레이트에 대향되게 상기 채널플레이트에 결합되어 상기 배터리모듈을 감싸는 공간을 구성하는 제2엔드플레이트와;
    상기 채널플레이트에 대향되게 상기 제1엔드플레이트 및 제2엔드플레이트에 결합되어 상기 배터리모듈을 감싸는 공간을 구성하는 커버플레이트;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 채널플레이트는 육면체 평판형으로 형성되고;
    상기 채널플레이트의 일단부에는 상기 제1엔드플레이트와 결합되어 냉매를 수수할 수 있도록 공급구 및 배출구가 형성되며;
    상기 채널플레이트의 내부에는 상기 공급구로부터 배출구로 이르는 다수의 냉각채널이 배터리모듈에 접촉하는 면에 대해 고르게 분포되어 형성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1엔드플레이트에는 상기 유입포트 및 유출포트가 외부로 돌출되도록 일체로 형성되고;
    상기 제1엔드플레이트의 내부에는 상기 유입포트로부터 상기 공급구로 연결되는 유로와 상기 배출구로부터 상기 유출포트로 연결되는 유로가 형성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 채널플레이트, 제1엔드플레이트, 제2엔드플레이트 및 커버플레이트에 의해 감싸인 적어도 하나 이상의 배터리모듈은 모듈어셈블리를 구성하고;
    상기 모듈어셈블리를 수용하도록 차체에 구비된 케이스에는 상기 유입포트 및 유출포트가 각각 관통되도록 관통구가 구비되며;
    상기 관통구와 제1엔드플레이트 사이에서 상기 유입포트 및 유출포트를 각각 감싸면서 실링을 구현하는 가스켓이 구비되고;
    상기 케이스의 외부로부터 상기 제1엔드플레이트로 체결되어 상기 모듈어셈블리를 케이스 쪽으로 당김에 의해 상기 가스켓에 실링에 필요한 압력을 부여하는 타이볼트가 구비된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2엔드플레이트는 내부에 공간부가 형성된 이중 플레이트 구조로 형성되고;
    상기 제1엔드플레이트와 제2엔드플레이트는 상기 채널플레이트와 커버플레이트에 결합되어, 내부의 배터리모듈을 감싸서 지지하는 구조적 강성을 제공하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버플레이트는 상기 채널플레이트와 동일하게 냉매가 순환하는 냉각채널을 구비한 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템.
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