KR20200042401A - 자동차용 전지 팩 - Google Patents

Abstract

자동차용 전지 팩은, 복수의 이차 전지를 포함하는 전지 모듈과, 상기 전지 모듈을 지지하도록 구성된 상면과 측벽에 위치한 개구를 갖는 일체형 냉각 채널 구조를 포함하는 캐리어 플레이트와, 상기 전지 모듈과 열적으로 접촉하는 액체 냉각 회로 및 커플링 멤버를 포함한다. 상기 액체 냉각 회로는 상기 캐리어 플레이트의 측벽에 위치한 상기 개구에서 상기 일체형 냉각 채널 구조와 유체 밀폐 연결되는 냉매 분배기를 포함하며, 상기 일체형 냉각 채널 구조는 상기 액체 냉각 회로의 일부이다. 상기 커플링 멤버와 상기 캐리어 플레이트의 측벽은 각기 상기 커플링 멤버와 상기 캐리어 플레이트를 서로 기계적으로 연결하기 위한 대응 커플링 엘리먼트를 포함하고, 상기 커플링 멤버는 상기 냉매 분배기를 상기 커플링 멤버에 부착시키는 장착 브라켓을 더욱 포함한다.

Description

자동차용 전지 팩{Battery pack for a vehicle}

본 발명은 냉각 회로의 커플링 요소들을 위한 커플링 멤버를 포함한 자동차용 전지 팩에 관한 것이다.

최근 몇 년 동안, 물건과 사람들의 운송 수단은 전력을 운전의 원천으로 사용하여 개발되었다. 이러한 전기 자동차는 충전식 전지에 저장된 에너지를 사용하여 전기 모터에 의해 추진되는 자동차이다. 전기 자동차는 전적으로 전지에 의해 구동되거나, 예를 들어 가솔린 발전기에 의해 구동되는 하이브리드(hybrid) 자동차의 형태일 수 있다. 또한, 차량은 전기 모터와 종래의 연소 엔진의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 전기 자동차 전지(EVB, Electric-Vehicle Battery) 또는 견인 전지(traction battery)는 전지 전기 자동차(BEV, Battery Electric Vehicles)의 추진에 사용되는 전지다. 전기 자동차 전지는 지속 시간 동안 전력을 공급할 수 있도록 설계되었으므로 시동, 조명 및 점화 전지와는 다르다. 충전식 또는 이차 전지는 충전 및 방전이 반복될 수 있다는 점에서 1 차 전지와 다르며, 후자는 화학 물질을 전기 에너지로 비가역적 변환만 제공한다. 저용량의 충전식 전지는 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치의 전원으로 사용되는 반면, 고용량의 충전식 전지는 하이브리드 자동차 등의 전원으로 사용된다.

일반적으로, 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해질 용액의 전기 화학적 반응을 통해 전지의 충 방전을 가능하게 하기 위해 전해질 용액을 상기 케이스에 주입한다. 예를 들어, 원통형 또는 직사각형인 케이스의 형상은 전지의 용도에 따라 다르다. 랩톱 및 가전 제품에서 사용되는 것으로 널리 알려진 리튬 이온(및 유사한 리튬 폴리머) 전지는 개발중인 최신 전기 자동차 그룹에서 가장 두드러진다.

이차 전지는 고 에너지 밀도를 제공하기 위해, 특히 하이브리드 자동차의 모터 구동을 위해 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 단위 전지 셀로 형성된 전지 모듈로서 사용될 수 있다. 즉, 전지 모듈은 필요한 전력량에 따라 고출력 이차 전지를 구현하기 위하여 복수의 단위 전지 셀의 전극 단자를 연결함으로써 형성된다.

전지 팩은 여러 개의 전지 모듈의 세트이다. 이들은 원하는 전압, 용량 또는 전력 밀도를 제공하기 위해 직렬, 병렬 또는 두 가지 혼합 방식으로 구성될 수 있다. 전지 팩의 구성 요소에는 개별 전지 모듈과, 그 사이에 전기 전도성을 제공하는 상호 연결부가 포함된다. 전지가 안전 작동 영역 외부에서 작동하지 않도록 보호하고, 그 상태를 모니터링하고, 보조 데이터를 계산하고, 그 데이터를 보고하고, 그 환경을 제어하고, 이를 인증하거나 또는 균형 맞추는 것 등에 의해 전지 팩을 관리하도록 전지 관리 시스템(BMS, Battery Management System)이 제공된다.

이러한 전지 팩의 기계적 통합은, 개개의 구성 요소(예: 전지 모듈)사이, 및 이들 구성 요소와 차량의 지지 구조체 사이에 적절한 기계적인 연결을 필요로 한다. 이 연결은 전지 시스템의 평균 사용 수명 동안 지속적으로 기능을 유지하여야 하고 안전해야 한다. 더욱이, 설치 공간과 호환성의 요구 사항을 충족하여야 한다. 이러한 사항은 특히 모바일용 애플리케이션에서 더더욱 그러하다.

전지 모듈의 기계적인 통합은 캐리어 프레임워크(carrier framewark)를 제공하고 이 캐리어 프레임워크 위에 전지 모듈을 배치하는 것에 의해 달성될 수 있다. 전지 셀 또는 전지 모듈의 고정은 프레임워크에 갖추어진 함몰부나 볼트 또는 스크류과 같은 기계적인 상호 연결구에 의해 달성될 수 있다. 대안적으로, 전지 모듈은 캐리어 프레임워크의 측면에 측면판을 고정하는 것으로 구속된다. 또한, 커버판은 전지 모듈의 상단 및 하단에 고정될 수 있다.

전지 팩의 캐리어 프레임워크는 차량의 운반 구조물에 장착된다. 전지 팩이 차량의 바닥에 고정되어야 하는 경우, 전지 팩의 캐리어 프레임워크를 통해 관통하는 가령 볼트에 의해 바닥에서 기계적인 연결이 설정될 수 있다. 프레임워크는 일반적으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어져 구조의 총 중량을 낮춘다. 종래 기술에 따른 전지 시스템은 임의의 모듈 구조에도 불구하고, 일반적으로 주위 환경에 대해 전지 시스템을 밀폐시키기 위한 인클로저(enclosure)로서 작용하고 전지 시스템의 구성 요소의 구조적인 보호를 제공하기 위한 전지 하우징을 포함한다. 하우징형 전지 시스템은 일반적으로 애플리케이션 환경(예: 전기 자동차)에 전체로 장착된다.

전지 팩의 열적 제어를 제공하기 위해, 이차 전지로부터 발생된 열을 효율적으로 발열, 방출 및/또는 소산시킴으로써 적어도 하나의 전지 모듈을 안전하게 사용하기 위한 열 관리 시스템이 필요하다. 열 방열/방출/소산이 충분히 수행되지 않으면, 각 전지 셀 사이에 온도 편차가 발생하여 적어도 하나의 전지 모듈은 원하는 양의 전력을 생성할 수 없게 된다. 또한, 내부 온도의 증가는 내부 이상 반응을 가져올 수 있으며 이에 따라 이차 전지의 충전 및 방전 기능이 열화되고 수명이 단축된다. 따라서, 전지 셀에서 발생하는 열을 효율적으로 발열, 방출, 소산시키기 위한 전지 셀 냉각이 요구된다. 예를 들어, 고전압 트랙션 전지 시스템은 수명 및 성능 요건을 충족시키기 위하여 거의 항상 열 조건 시스템을 포함한다.

이에 열 관리 시스템은, 냉각 회로(예: 액체 냉각 회로)를 포함할 수 있다. 통상적으로 액체 냉각 회로는 전지 모듈과 열 접촉하는 냉각 플레이트, 액체 냉매를 전달(또는 이송)하기 위한 파이프 또는 호스, 그리고 차량의 냉각 회로와 냉각 플레이트에 파이프 또는 호스를 연결하기 위한 냉매 인터페이스와 같은 여러 구성 요소들을 포함할 수 있다. 관련 기술의 냉각 시스템 부품의 조립은 일반적으로 종종 수동으로 수행되어야 하는 여러 단계를 포함한다.

관련 기술에 있어, 플라스틱 냉매 인터페이스는 냉각 플레이트의 냉각 포트로 삽입되는 커플링 엘리먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 커플링 엘리먼트는 연결 기밀을 확보하기 위해 밀봉 링을 포함할 수 있다. 플라스틱 냉매 인터페이스는 냉각 플레이트의 대응 고정 구조와 상호 작용하도록 구성된 기계적인 고정 구조를 더욱 포함할 수 있다. 관련 기술에 있어, 이러한 기계적인 연결은 통상 스크류 연결 또는 래칭 엘리먼트에 의해 구현된다. 그런데, 이 연결에는 부품수의 증가로 인해, 조립 프로세스가 상당 복잡하며 자동화가 더욱 어렵다. 더욱이, 스크류 연결의 장착을 위해 플라스틱 냉매 인터페이스에 금속 삽입이 요구된다. 이 뿐만 아니라, 공차는 냉매 인터페이스에서 추가의 기계적 고정 엘리먼트로 인해서 열화될 수 있는 연결의 기밀을 확보하는데 중요하다.

종래 기술의 하나 이상의 단점은 후술할 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 회피되거나 적어도 완화된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따라 종래 기술의 단점은 적어도 일부가 극복되거나 완화되며, 조립을 위한 수고가 낮고 일상적인 작업 동안 기밀뿐만 아니라 견고한 고정이 확보되는 전지 시스템이 제공된다. 가령, 모든 환경 및 작업 조건에 아래에서 견고히 유지되고 조립은 쉽게 이루어질 수 있는 냉각 회로가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따라, 복수의 이차 전지를 포함하는 전지 모듈과, 상기 전지 모듈을 지지하도록 구성된 상면과 측벽에 위치한 개구를 갖는 일체형 냉각 채널 구조를 포함하는 캐리어 플레이트와, 상기 전지 모듈과 열적으로 접촉하는 액체 냉각 회로 및 커플링 멤버를 포함하는 자동차용 전지 팩이 제공된다. 상기 액체 냉각 회로는 상기 캐리어 플레이트의 측벽에 위치한 상기 개구에서 상기 일체형 냉각 채널 구조와 유체 밀폐 연결되는 냉매 분배기를 포함하며, 상기 일체형 냉각 채널 구조는 상기 액체 냉각 회로의 일부이며, 상기 커플링 멤버와 상기 캐리어 플레이트의 측벽은 각기 상기 커플링 멤버와 상기 캐리어 플레이트를 서로 기계적으로 연결하기 위한 대응 커플링 엘리먼트를 포함하고, 상기 커플링 멤버는 상기 냉매 분배기를 상기 커플링 멤버에 부착시키는 장착 브라켓을 더욱 포함한다.

본 발명의 실시예의 측면은, 냉각 플레이트와 냉매 인터페이스 사이의 유체 연결을 조립하는 프로세스에 관한 것이다. 예를 들어, 냉각 플레이트는 일반적으로 금속 물질로 만들어지거나 이를 포함하며, 냉각 인터페이스는 일반적으로 플라스틱으로 만들어지거나 이를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 조립 프로세스는 일상적인 작업 동안 냉각 플레이트와 냉매 인터페이스 사이의 결합 기밀(예: 유체 밀폐)을 확보하고 또한, 냉각 플레이트에 냉매 인터페이스의 기계적 고정을 확보한다.

본 발명의 실시예에 따라 전지 팩은, 냉매 분배기와 캐리어 플레이트의 냉각 채널을 서로 연결하기 위한 별도의 커플링 멤버를 포함한다. 본 발명의 실시예의 일 측면은, 냉매 회로 엘리먼트와 캐리어 플레이트 사이의 기계적 연결과, 냉매 분배기와 캐리어 플레이트에 내장된 냉각 채널 사이의 별도 유체 연결에 대한 것이다. 이에 커플링 멤버는 캐리어 플레이트에 용이하면서 내구성이 있는 기계적 부착을 확보하고, 더불어 냉매 회로 구성요소들 사이, 가령 냉매 분배기와 캐리어 플레이트의 냉각 채널 사이에 안전한 유체 밀폐 연결을 확보하도록 설계된다.

기계적 부착을 위해, 커플링 멤버와 캐리어 플레이트의 측벽은 한 쌍의 대응 커플링 엘리먼트를 포함한다. 당업자는 캐리어 플레이트와 커플링 멤버의 상호 기계적 결합을 위해 마찰(friction) 타입의 커넥터 또는 힘(force) 타입의 커넥터와 같은 커플링 엘리먼트를 고려할 수 있다. 커플링 멤버는 하나 이상의 커플링 엘리먼트를 포함할 수 있으며, 캐리어 플레이트는 커플링 멤버와 서로 연결될 때 내구성 있는 기계적 연결을 확보할 수 있도록 배치된 대응하는 개수의 대응 커플링 엘리먼트를 포함할 것이다. 커플링 멤버의 커플링 엘리먼트는 캐리어 플레이트에 냉매 분배기의 기계적 고정을 보장한다. 이에 따라 가령 스크류와 같은 별도의 고정 수단이 필요하지 않기 때문에 적어도 양자의 조립 프로세스가 간단해진다. 본 발명의 실시예에 의해 제공된 견고하고 내구성 있는 기계적 고정은 진동과 같은 기계적 하중을 안전하게 다룰 수 있다.

커플링 멤버는 냉매 분배기에 부착하기 위한 장착 브라켓을 포함한다. 장착 브라켓은 캐리어 플레이트에 내장된 냉각 채널과 냉매 분배기 사이의 유체 연결이 이루어질 때 냉매 분배기를 제자리에 지지하도록 설계된다. 커플링 멤버에 냉매 분배기를 장착하기 위해 스크류와 같은 추가 고정 수단이 필요하지 않으며, 본 발명의 실시예에 따른 결과적인 부착물은 내구성이 좋고 견고하며, 다양한 방향으로의 기계적 하중을 견뎌낼 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 커플링 멤버는 지지 플레이트를 포함한다. 장착 브라켓은 지지 플레이트의 일 측에 배열될 수 있며, 커플링 엘리먼트는 지지 플레이트의 대향 측에 배열될 수 있다. 예를 들어, 장착 브라켓은 냉매 분배기를 고정(예: 설치)할 때, 용이하게 접근할 수 있도록 지지 플레이트의 상면 상에 위치된다. 커플링 엘리먼트는 동일 지지 플레이트에 위치하기는 하나, 캐리어 플레이트의 측벽에 밀접(예: 접촉 또는 거의 접촉)하여 맞춰지게 지지 플레이트의 대향 측 저면에 위치한다. 지지 플레이트 캐리어 플레이트에 고정 시, 캐리어 플레이트의 측벽을 커버하며, 일체형 냉각 채널 구조의 개구와 배열(예: 이 개구 위에 놓여지는)되는 통로를 포함한다. 유체 연결을 확립하는 냉매 분배기의 부분은 통로를 통해 캐리어 플레이트의 일체형 냉각 채널 구조의 개구 내로 삽입된다. 통로는 일상적인 사용에서 유체 연결의 밀폐를 확보하기 위해 비틀림을 방지하거나 줄일 수 있는 안정된 엘리먼트를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 캐리어 플레이트에 커플링 멤버를 고정시키기 위한 커플링 엘리먼트는, 셀프 잠금 클램프 엘리먼트이므로, 스크류와 같은 별도의 고정 수단이 필요하지 않다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 지지 플레이트 내에서 장착 브라켓과 통로는 지지 플레이트의 동일 섹션에 배열된다. 따라서, 냉매 분배기는 캐리어 플레이트의 일체형 냉각 채널 구조를 가지고 유체 연결을 이루는 지지 플레이트의 동일 부위에 고정된다. 이러한 특징은 유체 연결의 견고성을 더욱 향상시킨다.

본 발명의 다른 실시예에서, 냉배 분배기는 제1 방향으로 연장된 관부 및 관부에 대해 직각으로 연장된 하나 이상의 교차부를 포함할 수 있다. 교차부는 일체형 냉각 채널 구조의 개구와 냉매 분배기 사이의 유체 연결이 이루어지도록 구성된다. 장착 브라켓은 닫힘 시, 냉배 분배기의 관부를 둘러싸 고정시키는 클립 엘리먼트를 포함한다. 이 실시예에 따라, 냉매 분배기는 그 원주 벽에 교차부가 위치한 튜브로서 이루어진다. 장착 브라켓은 튜브의 원주 벽을 둘러싸도록 구성된다.

클립 엘리먼트는 제1 하프 셀 및 제2 하프 셀을 포함할 수 있다. 하프 셀은 지지 플레이트에 견고하게 고정되며, 2 하프 셀은 클립 엘리먼트의 개폐를 위해 제1 하프 셀의 일 측(예: 일 단부)에 이동 가능하게 부착된다. 예를 들어, 하프 셀의 하나는 지지 플레이트에 부착되고, 다른 하나의 하프 셀은 고정된 하프 셀에 이동 가능하게 결합된다. 냉매 분배기가 커플링 멤버에 삽입될 때, 힌지(hinge) 상태(또는 이동 가능한)의 하프 셀이 닫힌다. 이에 따라, 지지 플레이트에 냉매 분배기의 부착이 단순화되도록 조립 프로세스가 자동화될 수 있다. 제1,2 하프 셀이 같이 냉매 분배기의 원주를 완전히 둘러싸나(예: 원주 주위를 전체적으로 연장), 제1,2 하프 셀은 다른 치수를 가질 수 있다. 가령, 제1 하프 셀은 제2 하프 셀에 의해 커버되는 냉매 분배기의 원주 부분보다 작은 냉매 분배기의 원주 부분 위로 연장될 수 있다.

본 발명의 다른 측면이나 특징은 첨부된 도면 및 청구 범위와 함께 이하의 설명으로부터 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 간단한 구성을 통해 캐리어 플레이트의 냉각 회로와 냉매 분배기 사이의 유체 밀폐 연결을 견고하면서 확실하게 이룰 수 있고 이의 조립 프로세스도 단순화하여 자동화를 가능하게 할 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세하게 설명함으로써 통상의 기술자에게 특징이 명백해질 것이다.
도 1은 전지 팩을 포함한 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 전지 모듈의 사시도이다.
도 3A 내지 3F 는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 냉각 채널 구조를 포함한 캐리어 플레이트에 전지 팩 냉각 회로의 유동적 연결을 조립하는 프로세스를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본원 발명의 실시예에 따른 커플링 멤버를 도시한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타내고, 중복되는 설명은 생략된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련 열거된 항목의 임의 및 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예를 기술할 때 "할 수 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시예"를 의미한다.

여기에서, 용어 "상부" 및 "하부"는 z 축에 따라 정의된다. 예를 들어, 상부 커버는 z 축의 상부에 위치하고, 하부 커버는 그 하부에 위치한다. 도면에서, 구성요소의 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다. 예를 들어, 도면에서 각 구성요소의 크기 또는 두께는 설명의 목적으로 임의로 제시될 수 있으며, 따라서 본 발명의 실시예는 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

"제 1" 및 "제 2"라는 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 사용되지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되어서는 안됨을 이해할 것이다. 이 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 제 1 요소는 제 2 요소로 명명될 수 있고, 마찬가지로, 제 2 요소는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 제 1 요소로 명명될 수 있다.

전기 또는 하이브리드 차량의 전지 팩은 큰 공간을 요구하므로 일반적으로 차량의 하부 쪽에 위치한다. 특히, 전지 팩은 차량 운반 구조물의 바닥에 고정될 수 있다. 종래 기술에 따른 전지 팩은 어떤 모듈식 구조에도 불구하고 대개 외부 환경에 대해 전지 팩을 밀폐시키기 위한 인클로저의 역할을 하고 전지 팩의 구성 요소를 구조적으로 보호하는 전지 하우징을 포함한다. 하우징형 전지 팩은 일반적으로 애플리케이션 환경(예: 전기 자동차)에 전체로 장착된다. 대안적으로 전지 팩은, 차량 운반 구조물에 구조적으로 일체화될 수 있으며 구조적 일체화를 위해 차량 몸체에 연결되도록 구성된 부착 수단을 포함할 수 있다. 즉, 차량 몸체 부분은 전지 시스템 캐리어를 포함할 수 있으며 차량 몸체에 장착 또는 부착되는 대신 차량 몸체에 직접 일체화될 수 있다. 본 발명은 앞서 설명한 변형예들 중 어느 하나로 실현될 수 있다.

도 1은 차량(300)의 운반 구조물(예: 프레임)의 바닥에 장착된 전지 팩(200)을 포함한 차량(300)을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈(100)을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 전지 모듈(100)은 일 방향으로 배열된 복수의 전지 셀(10)와 이 복수의 전지 셀(10)의 바닥면 주위에 제공된 열 교환 부재(예: 열 교환기)를 포함한다. 한 쌍의 엔드 플레이트(18)가 전지 셀의 최외측(예: 전지 셀 40 중에서 최외측 전지 셀의 외측)의 넓은 면에 마주하도록 제공되며, 연결 플레이트(19)가 한 쌍의 엔드 플레이트(18)와 상호 연결되도록 구성된다. 이로 인해 복수의 전지 셀(10)이 다같이 고정된다. 전지 모듈(100)의 양 측면 상에 제공된 체결부(18a)는 볼트(40)에 의해 캐리어 플레이트(31)에 체결된다. 따라서, 캐리어 플레이트(31)의 상면은 전지 모듈(100)을 지지하도록(예: 전지 셀(10)을 지지하도록) 구성된다. 캐리어 플레이트(31)는 모듈 하우징(30)의 일부일 수 있다.

도 2에 도시된 실시예에 있어, 각 전지 셀(10)은 각형 (또는 사각형) 셀이며, 전지 모듈(100)을 구성하기 위해 전지 셀(10)의 넓은 면이 모여, 다시 말해 넓은 면이 서로 이웃하도록 배치되어 적층된다. 또한, 각 전지 셀(10)은 전극 조립체 및 전해질을 수용하도록 구성된 전지 케이스를 포함한다. 전지 케이스는 캡 조립체(14)에 의해 밀봉되어 봉지된다. 캡 조립체(14)는 서로 다른 극성을 갖는 정극 전극 단자(11)와 부극 전극 단자(12), 그리고 벤트(13)와 같이 제공된다. 벤트(13)는 전지 셀(10)의 안전 수단으로서 전지 셀(10)에서 발생된 가스가 전지 셀(10)의 외측으로 방출되도록 하는 통로로 작용한다. 이웃하는 전지 셀의 양극 및 음극 전극 단자(11,12)는 버스 바(15)를 통해 서로 전기적으로 연결되며, 버스 바(15)는 너트(16) 등에 의해 고정될 수 있다. 이에 따라 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(10)을 하나의 번들로 서로 전기적으로 연결하는 것에 의해 전력원으로서 사용될 수 있다. 전지 팩(10)은 복수의 전지 모듈(100)을 포함할 수 있다.

일반적으로 전지 셀(10)은 충전/방전되는 반면, 많은 양의 열을 발생한다. 발생된 열은 전지 셀(10) 내에 누적되고 이로 인해 전지 셀(10)의 열화가 가속된다. 이에 따라, 전지 모듈(100)의 캐리어 플레이트(31)는 그 측벽에 위치한 2개의 유입용 개구(311)를 갖는 일체형 냉각 채널 구조를 더욱 포함한다. 일체형 냉각 채널 구조는 전지 셀(10)을 냉각 시키기 위하여 전지 셀(10)의 바닥면 주위에 제공된다. 일체형 냉각 채널 구조는 유입용 개구(311) 및 캐리어 플레이트(31)의 대향 측벽에 위치한 유출용 개구(미도시)와 유동적으로 연결되는 냉매 채널을 포함한 중공 프로파일을 포함한다. 중공 프로파일은 원형 또는 사각형의 단면과 같은 다양한 단면의 형상을 가질 수 있다. 중공 프로파일은 압출 알루미늄 프로파일로 이루어지는 것이 좋다. 이러한 경량의 압출 프로파일은 효율적인 가격으로 용이한 제조를 가능하게 한다.

일체형 냉각 채널 구조는 전지 팩(200)의 액체 냉각 회로의 부분이다. 액체 냉각 회로는 일체형 냉각 채널 구조를 갖는 캐리어 플레이트(31)에 추가하여 액체 냉매의 전달(또는 전송)을 위한 펌프, 파이프 또는 호스 및, 캐리어 플레이트(31)와 자동차의 냉각 회로에 파이프 또는 호스를 연결하기 위한 냉매 분배기 또는 인터페이스와 같은 여러 다른 구성 요소를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예의 양태는 캐리어 플레이트에 유체 연결을 조립하는 프로세스에 관해 다루도록 한다. 도 3A 내지 3F은 단계 (a)와 (b)로 세분될 수 있는 본 발명에 따른 조립 프로세스의 양태를 개략적으로 도시한다.

도 3A 내지 도 3D를 참고하면, 단계 (a)에서, 2개의 측면 플레이트(33)와 함께 전지 모듈의 하우징을 구성하는 캐리어 플레이트(31.1)가 제공된다. 도 3A는 하우징의 길이 방향에 따른 하나의 단부로부터 보고 도시한 사시도이고, 도 3B및 도 3C는 하우징의 측면도이다. 측면 플레이트(33)와 캐리어 플레이트(31.1)은 압출 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 전지 모듈의 전지 셀은 캐리어 플레이트(31.1)의 상면(312)에 놓일 수 있다. 2개의 유입용 개구(311.1)가 접합(junction) 영역(313)을 중심으로 이의 좌,우 측에 놓이도록 캐리어 플레이트(31.1)의 측벽에 제공된다. 일체형 냉각 채널 구조의 유출용 개구가 캐리어 플레이트(31.1)의 대향 측벽에 제공된다.

단계 (a)에서, 커플링 멤버(50)(예: 도 3D 참조)가 캐리어 플레이트(31.1)의 측벽(예: 유입용 개구(311.1)가 제공된 캐리어 플레이트(31.1)의 측벽)에 부착된다. 커플링 멤버(50)는 플라스틱으로 이루어지거나 플라스틱을 포함할 수 있으나, 반드시 이로 한정되는 것은 아니다. 커플링 멤버(50)는 캐리어 플레이트(31.1)의 측벽의 접합 영역(313) 내에 위치한 커플링 엘리먼트(314)에 대응하는(또는 이와 결합될 수 있도록 구성되는) 커플링 엘리먼트(51)를 포함한다. 이들 대응 커플링 엘리먼트(51,314)는 커플링 멤버(50)와 캐리어 플레이트(31) 사이의 기계적 연결을 이룰 수 있도록 구성된다. 이 실시예에서, 커플링 멤버(50)의 커플링 엘리먼트(51)는 잔물결 상의 면 구조를 갖는 튜브형 연장부로서 구성된다. 캐리어 플레이트(31)에 있는 커플링 엘리먼트(314)는 비트부(beat portion)(예: 돌기부)로서, 이는 커플링 멤버(50)가 접합 영역(313)으로 삽입될 때, 커플링 엘리먼트(51)의 잔물결 상의 면 구조에 걸릴 수 있도록 구성된다.

커플링 멤버(50)는 냉매 분배기(60)의 부착을 위한 장착 브라켓(52)을 더욱 포함한다. 이 실시예에서, 커플링 멤버(50)는 지지 플레이트(53)를 포함한다. 장착 브라켓(52)은 지지 플레이트(53)의 일 측에 배열되고, 커플링 엘리먼트(51)는 지지 플레이트(53)의 대향 측에 배열된다. 지지 플레이트(53)는 캐리어 플레이트(31.1)에 고정될 때, 도 3C에 도시된 바와 같이, 캐리어 플레이트(31.1)의 측벽을 커버할 것이다.

지지 플레이트(53)는 일체형 냉각 채널 구조의 상기한 개구(311.1)에 맞추어 배열된(예: 이 개구 위에 놓이도록 배열된) 복수의(예: 2개) 통로(54)를 더욱 포함한다. 이 예시적인 실시예에 따라, 냉매 분배기(60)의 부착을 위한 장착 브라켓(52)과 지지 플레이트(53)의 통로(54)는 지지 플레이트(53)의 동일 섹션에 배열된다. 예를 들어, 장착 브라켓(52)은 잠금 시, 냉매 분배기(60)의 관부(61)를 둘러싸 고정시키는 한 쌍의 클립 엘리먼트(521)를 포함한다. 통로(54)는 클립 엘리먼트(521) 중 인접한 클립 엘리먼트 사이에 위치할 수 있다. 따라서, 커플링 멤버(50)가 캐리어 플레이트(31.1)에 부착될 때, 한 쌍의 클립 엘리먼트(521)는 통로(54)의 좌,우에 근접하여 위치될 것이다.

프로세스의 단계 (b)에서, 냉매 분배기(60)가 커플링 멤버(50) 상에 걸리게 되는데, 이의 양태가 도 3E 및 도 3F에 도시되어 있다. 냉매 분배기(60)는 캐리어 플레이트(31.1)의 측벽의 길이 방향에 평행하게 연장된 관부(61)를 포함한다. 관부(61)는 제조 공차 및 댐핑 진동을 보상하기 위한 돌출부(또는 볼록부 61)를 포함한다. 또한, 관부(61)는 클립 엘리먼트(521)가 관부(61)를 둘러싸는 부위인 평탄부(612)를 포함한다. 더욱이 관부(61)에 대해 수직하게 연장된 교차부(614)가 평탄부(612)에 제공된다. 교차부(614)는 캐리어 플레이트(31.1)의 일체형 냉각 채널 구조의 유입용 입구(311.1)와 냉매 분배기(60) 사이에 유체 연결이 이루어지도록 구성된다. 교차부(614)는 호스 부착부의 윤곽을 가지며 밀봉 링과 같은 밀봉 수단을 포함할 수 있다. 이에 따라, 냉매 분배기(60)의 교차부(614)는 지지 플레이트(53)의 통로(54)를 통해 유입용 입구(311.1) 안으로 삽입되는 바, 이에 냉매 분배기(60)과 캐리어 플레이트(31.1) 사이에 유체 밀폐 연결이 이루어지게 된다. 그리고 나서, 냉매 분배기(60)가 클립 엘리먼트(521)를 통해 커플링 멤버(50)에 고정될 것이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커플링 멤버(50.2)를 도시한 도면이다. 도 4 및 도 5는 각기 커플링 멤버(50.2)의 정면도 및 배면도이고, 도 6은 열림 상태의 장착 브라켓(52.2)를 갖는 커플링 멤버(50.2)를 도시한 도면이다. 커플링 멤버(50.2)는 커플링 엘리먼트(51.2)에 대응하는 대응 커플링 엘리먼트를 갖는 캐리어 플레이트(31.1)에 대하여, 도 3A 내지 도 3F에 도시된 커플링 멤버(50)와 같이 동일 또는 실질적으로 유사한 수단으로 냉매 분배기(60)에 결합되도록 구성된다. 커플링 멤버(50.2)는 지지 플레이트(53.2)를 포함한다. 커플링 엘리먼트(51.2)는 지지 플레이트(53.2)의 후면 측에 위치되는 반면, 장착 브라켓(52.2)은 지지 플레이트(53.2)의 전면 측에 위치된다. 커플링 멤버(50.2)가 캐리어 플레이트에 장착될 때, 캐리어 플레이트(31.1)의 측벽으로 통로(54.2)가 유입용 입구(311.1)와 정렬되도록(예: 통로가 유입용 입구 위에 놓이도록) 위치된다.

이 실시예에 있어, 장착 브라켓(52.2)과 클립 엘리먼트는 각기 제1 하프 셀(522)과 제2 하프 셀(523)을 포함한다(예로 도 6 참조). 제1 하프 셀(522)은 지지 플레이트(53.2)에 견고히 부착(예: 고정)되고, 제2 하프 셀(523)은 클립 엘리먼트의 열림 및 닫힘 상태를 위해 제1 하프 셀(522)의 일 측(예: 말단부)에 이동 가능하게 부착된다. 제1 하프 셀(522)과 제2 하프 셀(523)의 각각의 자유 측(예: 제1,2 하프 셀의 말단부)은 각기, 장착 브라켓(52.2)이 닫힘 상태일 때, 서로 걸리는 잠금 부재(524,525)를 포함한다.

이 실시예에 있어, 캐리어 플레이트(31.1)에 대해 커플링 멤버(50.2)를 고정하기 위한 커플링 엘리먼트(51.2)는 셀프-잠금 클램프 엘리먼트로서 구성된다. 이 실시예에서, 커플링 엘리먼트(51.2)는 커플링 멤버(50.2)가 부착될 때, 캐리어 플레이트(31.1)의 대응 홈에 걸리도록 구성된 금속 스프링(511)을 포함한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 전지 셀 31: 캐리어 플레이트
50: 커플링 멤버 51: 커플링 엘리먼트
52: 장착 브라켓 54: 통로
60: 냉매 분배기 100: 전지 모듈
200: 전지 팩 311: 개구

Claims (7)

1. 복수의 이차 전지를 포함하는 전지 모듈;
   상기 전지 모듈을 지지하도록 구성된 상면과, 측벽에 위치한 개구를 갖는 일체형 냉각 채널 구조를 포함하는 캐리어 플레이트;
   상기 전지 모듈과 열적으로 접촉하는 액체 냉각 회로; 및
   커플링 멤버
   를 포함하고,
   상기 액체 냉각 회로는 상기 캐리어 플레이트의 측벽에 위치한 상기 개구에서 상기 일체형 냉각 채널 구조와 유체 밀폐 연결되는 냉매 분배기를 포함하며,
   상기 일체형 냉각 채널 구조는 상기 액체 냉각 회로의 일부이며,
   상기 커플링 멤버와 상기 캐리어 플레이트의 측벽은 각기 상기 커플링 멤버와 상기 캐리어 플레이트를 서로 기계적으로 연결하기 위한 대응 커플링 엘리먼트를 포함하고, 상기 커플링 멤버는 상기 냉매 분배기를 상기 커플링 멤버에 부착시키는 장착 브라켓을 더욱 포함하는, 자동차용 전지 팩.
2. 제1항에 있어서,
   상기 커플링 멤버는 지지 플레이트를 더욱 포함하고,
   상기 장착 브라켓은 상기 지지 플레이트의 일 측에 배열되고, 상기 커플링 엘리먼트는 상기 지지 플레이트의 대향 측에 배열된, 전지 팩.
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지 플레이트는 상기 캐리어 플레이트에 고정 시, 상기 캐리어 플레이트의 측벽을 커버하고 상기 일체형 냉각 채널 구조의 개구와 배열되는 통로를 갖는, 전지 팩.
4. 제3항에 있어서,
   상기 지지 플레이트 내에서 상기 장착 브라켓과 상기 통로는 상기 지지 플레이트의 동일 섹션에 있는, 전지 팩.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 냉배 분배기는 제1 방향으로 연장된 관부 및 상기 관부에 대해 직각으로 연장된 교차부를 포함하고, 상기 교차부는 상기 일체형 냉각 채널 구조의 개구와 상기 냉매 분배기 사이의 유체 연결이 이루어지도록 구성되며,
   상기 장착 브라켓은 닫힘 시(when closed), 상기 냉배 분배기의 관부를 둘러싸 고정시키는 클립 엘리먼트를 포함하는, 전지 팩.
6. 제5항에 있어서,
   상기 커플링 멤버는 지지 플레이트를 더욱 포함하고,
   상기 클립 엘리먼트는, 제1 하프 셀 및 제2 하프 셀을 포함하며, 상기 제1 하프 셀은 상기 지지 플레이트에 고정되며, 상기 2 하프 셀은 상기 클립 엘리먼트의 개폐를 위해 상기 제1 하프 셀의 일 측에 이동 가능하게 부착된, 전지 팩.
7. 제1항에 있어서,
   상기 커플링 엘리먼트는 셀프 잠금 엘리먼트인, 전지 팩.

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