KR20210129534A - 차량용 전원 시스템 - Google Patents

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KR20210129534A
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junction box
connector
power
vehicle
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KR1020200047711A
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권범주
김민욱
유승민
양희태
정지웅
정연재
강석모
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 전원 시스템에 관한 것으로, 배터리 하우징, 배터리 하우징의 내부에 마련되는 배터리셀, 배터리셀과 전기적으로 연결되는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly; PRA), 배터리 하우징의 일측에 마련되는 제1배터리 커넥터, 파워 릴레이 어셈블리와 제1배터리 커넥터를 전기적으로 연결하는 연결부재, 및 파워 릴레이 어셈블리와 전기적으로 연결되며 배터리 하우징의 다른 일측에 마련되는 제2배터리 커넥터를 포함하는 고전압 배터리팩; 차량의 제1전력전자모듈(first power electronics module)과 전기적으로 연결되며, 제1정션박스 커넥터가 구비된 제1정션박스; 제1정션박스 커넥터와 제1배터리 커넥터를 전기적으로 연결하는 제1배터리 연결케이블; 및 제2배터리 커넥터와 차량의 제2전력전자모듈(second power electronics module)을 전기적으로 연결하는 제2배터리 연결케이블;을 포함하는 것에 의하여, 전원 분배를 효율적으로 수행할 수 있으며, 구조를 간소화하고 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

차량용 전원 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 전원 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전원 분배를 효율적으로 수행하면서, 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있는 차량용 전원 시스템에 관한 것이다.
최근 들어 전기 차량이나 하이브리드 차량과 같은 친환경 차량의 판매가 증가하고 있으며, 친환경 차량의 전장부품이 고전력화됨에 따라 고전압 배터리의 에너지원을 사용하는 부품수가 증가하고 있다.
한편, 친환경 차량에는 차량의 여러 회로를 상호 접속시키고, 전압을 조정 및 통제하기 위한 정션박스(juction box)가 구비된다.
그런데, 기존에는 서로 다른 고전압 부품(예를 들어, 전륜 모터 및 후륜 모터)의 전원 분배를 위한 복수개의 정션박스가 고전압 배터리팩(battery pack)에 직렬 방식으로 연결됨에 따라, 정션박스와 고전압 배터리팩을 전기적으로 연결하기 위한 배선 구조가 복잡해지고 제조 원가가 증가하는 문제점이 있으며, 고전압 부품의 전원 분배 효율성이 낮아지는 문제점이 있다.
또한, 기존에는 고객 니즈에 따른 차량의 옵션 사양(예를 들어, 사륜 구동 시스템 옵션 또는 이륜 구동 시스템 옵션)에 따라 정션박스가 개별적으로 마련되어야 함에 따라, 개발 및 제작 비용이 증가할 뿐만 아니라, 유지 및 관리 비용이 증가하는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 고전압 부품으로의 전원 분배를 효율적으로 수행하고, 구조를 간소화할 수 있으며 원가를 절감하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명에 따른 실시예는 전원 분배를 효율적으로 수행하면서, 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있는 차량용 전원 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명에 따른 실시예는 정션박스의 구조를 간소화하고 사이즈를 축소시킬 수 있으며, 정션박스와 고전압 배터리팩을 전기적으로 연결하기 위한 배선 구조를 간소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 정션박스를 경유하여 배터리를 충전하는 방식에 비하여 통전경로를 짧게 형성할 수 있으며, 충전 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 케이블의 배치자유도를 높이고 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있으며, 중량을 저감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 고전압 정션박스에서 담당하는 전원 분배 역할을 고전압 배터리팩이 분담할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 고객의 니즈(예를 들어, 차량 옵션 선택)에 효율적으로 대처할 수 있으며, 개발 비용을 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 완속충전 옵션이 적용된 차량의 경우 정션박스의 개수를 저감시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 전원 시스템은, 배터리 하우징, 배터리 하우징의 내부에 마련되는 배터리셀, 배터리셀과 전기적으로 연결되는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly; PRA), 배터리 하우징의 일측에 마련되는 제1배터리 커넥터, 파워 릴레이 어셈블리와 제1배터리 커넥터를 전기적으로 연결하는 연결부재, 및 파워 릴레이 어셈블리와 전기적으로 연결되며 배터리 하우징의 다른 일측에 마련되는 제2배터리 커넥터를 포함하는 고전압 배터리팩; 차량의 제1전력전자모듈(first power electronics module)과 전기적으로 연결되며, 제1정션박스 커넥터가 구비된 제1정션박스; 제1정션박스 커넥터와 제1배터리 커넥터를 전기적으로 연결하는 제1배터리 연결케이블; 및 제2배터리 커넥터와 차량의 제2전력전자모듈(second power electronics module)을 전기적으로 연결하는 제2배터리 연결케이블;을 포함한다.
이는, 전원 분배를 효율적으로 수행하면서, 구조를 간소화하고 원가를 절감하기 위함이다.
즉, 기존에는 차량의 전륜 모터와 후륜 모터에 각각 고전압 전원을 공급하기 위해, 차량의 전방 부위에는 제1정션박스가 마련되고, 차량의 후방 부위에는 제2정션박스가 마련되되, 고전압 배터리팩과 제2정션박스는 제1연결케이블에 의해 전기적으로 연결되고, 고전압 배터리팩과 제1정션박스는 제1정션박스와 제2정션박스를 연결하는 제2연결케이블을 매개로 전기적으로 연결(제2정션박스를 거쳐 직렬로 연결)됨에 따라, 불가피하게 제2연결케이블의 길이가 일정 이상 확보되어야 하는 문제점이 있다.
특히, 기존에는 고전압 배터리팩과 제1정션박스를 전기적으로 연결하는 제2연결케이블이, 자동차의 구동축이 통과할 수 있도록 자동차의 중앙을 관통하도록 마련된 센터터널(Center Tunnel)을 통과하도록 배치됨에 따라, 제2연결케이블의 길이 및 중량이 증가하고, 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다.
더욱이, 기존에는 제2정션박스를 경유하여 고전압 배터리팩이 충전됨에 따라, 불가피하게 고전압 배터리팩을 충전시키기 위한 통전 경로(충전 경로)가 증가하고 충전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는, 제1정션박스와 제2정션박스를 케이블로 연결하지 않고, 제1정션박스와 제2정션박스가 제1배터리 연결케이블 및 제2배터리 연결케이블을 매개로 고전압 배터리팩에 각각 다이렉트로 연결되도록 하는 것에 의하여, 다시 말해서, 제1정션박스는 제1배터리 연결케이블을 이용하여 고전압 배터리팩에 다이렉트로 연결하고, 제2정션박스는 제2배터리 연결케이블을 이용하여 고전압 배터리팩에 다이렉트로 연결하는 것에 의하여, 제1정션박스와 제2정션박스를 연결하는 케이블을 배제할 수 있으며, 제1배터리 연결케이블 및 제2배터리 연결케이블의 길이 및 중량 증가를 최소화하고, 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 고전압 배터리팩을 충전시키기 위한 충전 경로가 제2정션박스(또는 제1정션박스)를 경유하지 않고, 고전압 배터리팩에 직접 연결되도록 하는 것에 의하여, 고전압 배터리팩을 충전시기기 위한 충전 경로를 단축하고, 충전 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연결부재로서는 배터리 하우징의 내부에서 파워 릴레이 어셈블리와 제1배터리 커넥터를 전기적으로 연결할 수 있는 다양한 부재가 사용될 수 있다. 바람직하게, 연결부재는 케이블, 버스바 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량의 제1전력전자모듈은, 차량의 전륜 모터, 및 전륜 모터에 전기적으로 연결되며 고전압 배터리팩으로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전륜 인버터를 포함할 수 있고, 차량의 제2전력전자모듈은, 차량의 후륜 모터, 및 후륜 모터에 전기적으로 연결되며 고전압 배터리팩으로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 후륜 인버터를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 전원 시스템은, 차량의 제2전력전자모듈과 전기적으로 연결되며 제2정션박스 커넥터가 마련된 제2정션박스를 포함하고, 제2배터리 연결케이블은 제2정션박스 커넥터와 제2배터리 커넥터를 전기적으로 연결한다.
바람직하게, 제2정션박스에 마련되는 제2정션박스 버스바를 포함할 수 있으며, 제2전력전자모듈은 제2정션박스 버스바에 전기적으로 접속된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 전원 시스템은, 제2정션박스에 마련되는 급속충전유닛을 포함할 수 있다.
급속충전유닛은 고전압 배터리팩을 급속 충전 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 급속충전유닛은, 제2정션박스에 마련되는 급속충전 릴레이, 및 제2정션박스에 마련되며 급속충전 릴레이와 전기적으로 연결되는 급속충전 커넥터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 전원 시스템은, 배터리 하우징의 내부에 마련되는 완속충전유닛을 포함할 수 있다.
완속충전유닛은 고전압 배터리팩을 완속 충전 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 완속충전유닛은, 배터리 하우징의 내부에 배치되는 베이스부재, 베이스부재에 마련되며 파워 릴레이 어셈블리와 전기적으로 연결되는 완속 충전 커넥터, 및 베이스부재에 마련되며 완속 충전 커넥터에 인가되는 전원을 선택적으로 차단하는 완속 충전 퓨즈를 포함한다.
바람직하게, 완속충전유닛은 파워 릴레이 어셈블리에 인접하게 배터리 하우징의 가장자리 영역에 배치된다. 이와 같이, 배터리 하우징의 가장자리에 마련된 비어있는 공간을 이용하여 파워 릴레이 어셈블리에 인접하게 완속충전유닛을 장착하는 것에 의하여, 배터리 하우징의 구조를 변경하지 않고도 완속충전유닛을 장착하는 것이 가능하며, 완속충전유닛과 파워 릴레이 어셈블리를 전기적으로 연결하는 배선 구조를 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 전원 시스템은, 배터리팩의 외부에 마련되며 고전압 배터리팩과 전기적으로 연결되는 완속충전유닛을 포함할 수 있다.
일 예로, 완속충전유닛은, 배터리 하우징의 외부에 배치되는 베이스부재, 베이스부재에 마련되며 파워 릴레이 어셈블리와 전기적으로 연결되는 완속 충전 커넥터, 및 베이스부재에 마련되며 완속 충전 커넥터에 인가되는 전원을 선택적으로 차단하는 퓨즈를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전원 분배를 효율적으로 수행하면서, 구조를 간소화하고 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면 정션박스의 구조를 간소화하고 사이즈를 축소시킬 수 있으며, 정션박스와 고전압 배터리팩을 전기적으로 연결하기 위한 배선 구조를 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 정션박스를 경유하여 배터리를 충전하는 방식에 비하여 통전경로를 짧게 형성할 수 있으며, 충전 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 케이블의 배치자유도를 높이고 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있으며, 중량을 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 고전압 정션박스에서 담당하는 전원 분배 역할을 고전압 배터리팩이 분담하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 고객의 니즈(예를 들어, 차량 옵션 선택)에 효율적으로 대처할 수 있으며, 개발 비용을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 완속충전 옵션이 적용된 차량의 경우 후방 정션박스(예를 들어, 후륜 구동 시스템모터와 연결되는 정션박스)의 장착을 배제할 수 있으므로 정션박스의 총 개수를 저감시킬 수 있으며, 공간활용성 및 설계자유도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원 시스템으로서, 고전압 배터리팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원 시스템으로서, 제1정션박스를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원 시스템으로서, 제2정션박스를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원 시스템으로서, 완속충전유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원 시스템으로서, 파워 릴레이 어셈블리 및 완속충전유닛의 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원 시스템으로서, 제1정션박스 및 제2정션박스의 적용예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 전원 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 전원 시스템으로서, 제1정션박스의 적용예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 전원 시스템(10)은, 배터리 하우징(110), 배터리 하우징(110)의 내부에 마련되는 배터리셀(120), 배터리셀(120)과 전기적으로 연결되는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly; PRA)(160), 배터리 하우징(110)의 일측에 마련되는 제1배터리 커넥터(130), 파워 릴레이 어셈블리(160)와 제1배터리 커넥터(130)를 전기적으로 연결하는 연결부재(140), 및 파워 릴레이 어셈블리(160)와 전기적으로 연결되며 배터리 하우징(110)의 다른 일측에 마련되는 제2배터리 커넥터(150)를 포함하는 고전압 배터리팩(100); 차량(20)의 제1전력전자모듈(first power electronics module)과 전기적으로 연결되며, 제1정션박스 커넥터(220)가 구비된 제1정션박스(200); 제1정션박스 커넥터(220)와 제1배터리 커넥터(130)를 전기적으로 연결하는 제1배터리 연결케이블(400); 및 제2배터리 커넥터(150)와 차량(20)의 제2전력전자모듈(second power electronics module)을 전기적으로 연결하는 제2배터리 연결케이블(500);을 포함한다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원 시스템(10)은 전기 차량이나 하이브리드 차량과 같은 친환경 차량, 또는 고전압 부품이 적용된 여타 차량에 적용될 수 있으며, 차량용 전원 시스템(10)이 적용되는 차량(20)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원 시스템(10)은 전기 차량, 연료전지 차량, 하이브리드 차량과 같은 친환경 차량(20)의 전원 공급 및 분배를 위해 사용될 수 있다.
고전압 배터리팩(100)은 전기에너지를 저장 및 공급하기 위해 차량(20)의 내부에 마련된다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 고전압 배터리팩(100)은, 배터리 하우징(110), 배터리 하우징(110)의 내부에 마련되는 배터리셀(120), 배터리셀(120)과 전기적으로 연결되는 파워 릴레이 어셈블리(PRA)(160), 배터리 하우징(110)의 일측에 마련되는 제1배터리 커넥터(130), 파워 릴레이 어셈블리(160)와 제1배터리 커넥터(130)를 전기적으로 연결하는 연결부재(140), 및 파워 릴레이 어셈블리(160)와 전기적으로 연결되며 배터리 하우징(110)의 다른 일측에 마련되는 제2배터리 커넥터(150)를 포함한다.
배터리 하우징(110)은 내부에 수용 공간을 갖는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 배터리 하우징(110)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
배터리 하우징(110)의 내부에는 복수개의 배터리셀(120)(예를 들어, 단위셀)이 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합구조로 연결되도록 마련되며, 배터리셀(120)의 개수, 배치 구조 및 연결 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리(160)는, 배터리셀(120)과 고전압을 사용하는 각종 부품(예를 들어, 모터, 배터리 히터, 에어컨 컴프레서, 쏠라루프 컨버터, 실내공조 PTC 히터 등)을 전기적으로 연결하거나 차단하기 위해 배터리 하우징(110)의 내부에 마련된다.
파워 릴레이 어셈블리(160)는 배터리셀(120)과 각종 부품을 연결 또는 차단 가능한 스위치 역할을 수행할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 파워 릴레이 어셈블리(160)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 6을 참조하면, 파워 릴레이 어셈블리(160)는, 제2정션박스 커넥터(320)(제2정션박스 커넥터의 양극터미널(+))과 배터리셀의 양극단자(+)를 전기적으로 연결 또는 차단하는 제1릴레이(162), 배터리셀(120)의 양극단자(+)와 제1정션박스 커넥터(220)(제1정션박스 커넥터의 양극터미널(+))을 전기적으로 연결 또는 차단하는 제2릴레이(164), 배터리셀(120)의 음극단자(-)와 제2정션박스 커넥터(320)(제2정션박스 커넥터의 음극터미널(-)을 전기적으로 연결 또는 차단하는 제3릴레이(166), 및 가변 저항을 사용(저항값이 조절)하는 프리차지 저항(미도시) 등을 포함할 수 있다.
참고로, 제1릴레이(162) 내지 제3릴레이(166)로서는 유접점 릴레이, 무접점 릴레이, PTC(Positive Temperature Coefficient) 스위칭 소자 등이 사용될 수 있으며, 제1릴레이(162) 내지 제3릴레이(166)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제1배터리 커넥터(130)는 배터리 하우징(110)의 외부로 노출 가능하게 배터리 하우징(110)의 일측에 마련된다. 일 예로, 도 2를 참조하면, 제1배터리 커넥터(130)는 배터리 하우징(110)의 좌측단부에 마련될 수 있다.
제1배터리 커넥터(130)는 제1배터리 연결케이블(400)이 전기적으로 접속 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1배터리 커넥터(130)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
연결부재(140)는 파워 릴레이 어셈블리(160)와 제1배터리 커넥터(130)를 전기적으로 연결하기 위해 마련된다.
연결부재(140)로서는 배터리 하우징(110)의 내부에서 파워 릴레이 어셈블리(160)와 제1배터리 커넥터(130)를 전기적으로 연결할 수 있는 다양한 부재가 사용될 수 있으며, 연결부재(140)의 종류 및 배치 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 바람직하게, 연결부재(140)는 케이블, 버스바 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 예로, 연결부재(140)는 배터리 하우징(110)의 내부를 가로 방향(도 2 기준)을 따라 횡단하도록 배치될 수 있다.
제2배터리 커넥터(150)는, 파워 릴레이 어셈블리(160)(예를 들어, 파워 릴레이 어셈블리의 제1터미널 및 제3터미널)와 전기적으로 연결되며, 배터리 하우징(110)의 외부로 노출 가능하게 배터리 하우징(110)의 다른 일측에 마련된다. 일 예로, 도 2를 참조하면, 제2배터리 커넥터(150)는 배터리 하우징(110)의 우측단부에 마련될 수 있다.
제2배터리 커넥터(150)는 제2배터리 연결케이블(500)이 전기적으로 접속 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2배터리 커넥터(150)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 3을 참조하면, 제1정션박스(200)는 차량(20)의 제1전력전자모듈(first power electronics module)과 전기적으로 연결되며, 제1정션박스 커넥터(220)가 구비된다.
차량(20)의 제1전력전자모듈은, 차량(20)의 전륜 모터(31), 및 전륜 모터(31)에 전기적으로 연결되며 고전압 배터리팩(100)으로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전륜 인버터(31a)를 포함할 수 있다.
제1정션박스(200)는 제1전력전자모듈과 관련된 여러 회로를 상호 접속시키고, 전압을 조정 및 통제 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1정션박스(200)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1정션박스(200)는, 내부에 수용 공간을 갖는 제1정션박스 하우징(210), 제1정션박스 하우징(210)에 마련되며 제1전력전자모듈(예를 들어, 전륜 모터)과 전기적으로 접속되는 제1정션박스(200) 버스바(미도시), 제1정션박스 하우징(210)의 내부에 마련되며 제1전력전자모듈로의 전원 공급을 연결하거나 차단하는 제1정션박스(200) 릴레이(미도시), 제1정션박스 하우징(210)의 내부에 마련되며 제1전력전자모듈로의 전원 공급을 선택적으로 차단(과전류 차단)하는 제1정션박스(200) 퓨즈(미도시) 등을 포함할 수 있으며, 제1정션박스 하우징(210)의 일측에는 제1정션박스 커넥터(220)가 외부로 노출되게 마련된다.
제1배터리 연결케이블(400)은 제1정션박스 커넥터(220)와 제1배터리 커넥터(130)를 전기적으로 연결하도록 마련된다.
보다 구체적으로, 제1배터리 연결케이블(400)의 일단은 제1정션박스 커넥터(220)에 접속되고, 제1배터리 연결케이블(400)의 다른 일단은 제1배터리 커넥터(130)에 접속된다.
제1배터리 연결케이블(400)로서는 제1정션박스 커넥터(220)와 제1배터리 커넥터(130)를 전기적으로 연결 가능한 통상의 고전압 케이블이 사용될 수 있으며, 제1배터리 연결케이블(400)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제2배터리 연결케이블(500)은 차량(20)의 제2전력전자모듈(second power electronics module)과 제2배터리 커넥터(150)를 전기적으로 연결하도록 마련된다.
차량(20)의 제2전력전자모듈은, 차량(20)의 후륜 모터(32), 및 후륜 모터(32)에 전기적으로 연결되며 고전압 배터리팩(100)으로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 후륜 인버터(32a)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 제2배터리 연결케이블(500)의 일단은 제2배터리 커넥터(150)에 접속되고, 제2배터리 연결케이블(500)의 다른 일단은 차량(20)의 제2전력전자모듈에 접속되다.
제2배터리 연결케이블(500)로서는 제2배터리 커넥터(150)와 차량(20)의 제2전력전자모듈을 전기적으로 연결 가능한 통상의 고전압 케이블이 사용될 수 있으며, 제2배터리 연결케이블(500)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 전원 시스템(10)은, 차량(20)의 제2전력전자모듈과 전기적으로 연결되며 제2정션박스 커넥터(320)가 마련된 제2정션박스(300)를 포함할 수 있으며, 제2배터리 연결케이블(500)은 제2정션박스 커넥터(320)와 제2배터리 커넥터(150)를 전기적으로 연결할 수 있다.(도 1 참조)
도 4를 참조하면, 제2정션박스(300)는 차량(20)의 제2전력전자모듈과 전기적으로 연결되며, 제2정션박스 커넥터(320)가 구비된다.
제2정션박스(300)는 제2전력전자모듈과 관련된 여러 회로를 상호 접속시키고, 전압을 조정 및 통제 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2정션박스(300)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2정션박스(300)는, 내부에 수용 공간을 갖는 제2정션박스 하우징(310), 제2정션박스 하우징(310)의 내부에 마련되며 제2전력전자모듈로의 전원 공급을 연결하거나 차단하는 제2정션박스(300) 릴레이(미도시), 제2정션박스 하우징(310)의 내부에 마련되며 제2전력전자모듈로의 전원 공급을 선택적으로 차단(과전류 차단)하는 제2정션박스(300) 퓨즈(미도시) 등을 포함할 수 있으며, 제2정션박스 하우징(310)의 일측에는 제2정션박스 커넥터(320)가 외부로 노출되게 마련된다. 바람직하게, 제2정션박스(300)는, 제2정션박스 하우징(310)에 마련되는 제2정션박스 버스바(330)를 포함할 수 있으며, 제2전력전자모듈(예를 들어, 후륜 모터)은 제2정션박스 버스바(330)에 전기적으로 접속된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 전원 시스템(10)은, 제2정션박스(300)에 마련되는 급속충전유닛(340)을 포함할 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서 급속 충전이라 함은, 직류 100~450V 또는 교류 380V를 가변적으로 공급하여 고전압 배터리팩(100)을 충전하는 방식으로 정의될 수 있다.
급속충전유닛(340)은 고전압 배터리팩(100)을 급속 충전 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 급속충전유닛(340)의 구조 및 회로 구성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 예로, 급속충전유닛(340)은, 제2정션박스(300)에 마련되며 고전압 배터리팩(100)으로의 전원 공급(충전)을 전원 공급을 연결하거나 차단하는 급속충전 릴레이(342), 및 제2정션박스(300)에 마련되며 급속충전 릴레이(342)와 전기적으로 연결되는 급속충전 커넥터(344)를 포함할 수 있으며, 외부 충전기가 연결되는 급속충전포트(미도시)는 급속충전 커넥터(344)와 전기적으로 연결될 수 있다.
참고로, 급속충전 릴레이(342)로서는 유접점 릴레이, 무접점 릴레이, PTC(Positive Temperature Coefficient) 스위칭 소자 등이 사용될 수 있으며, 급속충전 릴레이(342)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 전원 시스템(10)은, 배터리 하우징(110)의 내부에 마련되는 완속충전유닛(600)을 포함할 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서 급속 충전이라 함은, 교류 220V를 공급하여 고전압 배터리팩(100)을 충전하는 방식으로 정의될 수 있다.
바람직하게, 완속충전유닛(600)은, 상용전원인 교류(AC)를 직류(DC)로 변환해 고전압 배터리팩(100)을 충전하는 배터리 충전기(OBC), 고전압(예를 들어, 270V)의 전류를 저전압(예를 들어, 12V)으로 강압하는 저전압 직류변환장치(LDC)의 기능을 통합하여 수행하도록 마련된다.
완속충전유닛(600)은 고전압 배터리팩(100)을 완속 충전 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 완속충전유닛(600)의 구조 및 회로 구성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 예로, 완속충전유닛(600)은, 배터리 하우징(110)의 내부에 배치되는 베이스부재(610), 베이스부재(610)에 장착되며 파워 릴레이 어셈블리(160)와 전기적으로 연결되는 완속 충전 커넥터(620), 및 베이스부재(610)에 장착되며 완속 충전 커넥터(620)에 인가되는 전원을 선택적으로 차단하는 완속 충전 퓨즈(630)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 완속 충전 커넥터(620)의 음극터미널(-)(미도시)은, 제2정션박스 커넥터(320)의 음극터미널(-)(미도시)과 제1정션박스 커넥터(220)의 음극터미널(-)(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있고, 완속 충전 퓨즈(630)는, 완속 충전 커넥터(620)의 양극터미널(+)(미도시)과 제1정션박스 커넥터(220)의 양극터미널(+)(미도시)을 전기적으로 연결할 수 있다.
더욱 바람직하게, 완속충전유닛(600)은 파워 릴레이 어셈블리(160)에 인접하게 배터리 하우징(110)의 가장자리 영역에 배치된다. 이와 같이, 배터리 하우징(110)의 가장자리에 마련된 비어있는 공간을 이용하여 파워 릴레이 어셈블리(160)에 인접하게 완속충전유닛(600)을 장착하는 것에 의하여, 배터리 하우징(110)의 구조를 변경하지 않고도 완속충전유닛(600)을 장착하는 것이 가능하며, 완속충전유닛(600)과 파워 릴레이 어셈블리(160)를 전기적으로 연결하는 배선 구조를 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예는 완속충전유닛(600)이 고전압 배터리팩(100)의 내부에 일체형으로 장착된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 완속충전유닛을 고전압 배터리팩과 별도로 장착하는 것도 가능하다.
일 예로, 도 7을 참조하면, 차량용 전원 시스템(10)은, 고전압 배터리팩(100), 제1정션블록, 제2정션블록, 및 제2정션박스(300)와 개별적으로 고전압 배터리팩(100)의 외부에 마련되며 고전압 배터리팩(100)과 전기적으로 연결되는 완속충전유닛(600')을 포함할 수 있다.
완속충전유닛(600')은 고전압 배터리팩(100)의 외부에 장착되어 고전압 배터리팩(100)을 완속 충전 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 완속충전유닛(600')은, 배터리 하우징(110)의 외부에 배치되는 베이스부재(610), 베이스부재(610)에 마련되며 파워 릴레이 어셈블리(160)와 전기적으로 연결되는 완속 충전 커넥터(620), 및 베이스부재(610)에 마련되며 완속 충전 커넥터(620)에 인가되는 전원을 선택적으로 차단하는 퓨즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 완속 충전 커넥터(620)는 파워 릴레이 어셈블리(160)와 전기적으로 연결되게 배터리 하우징(110)에 마련된 연결커넥터(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 완속충전유닛(600')에는 외부 충전기가 연결되는 인렛(37)이 전기적으로 연결될 수 있다. 바람직하게, 인렛(37)으로서는 급속 충전과 완속 충전이 모두 가능한 콤보 타입 인렛(37)이 사용될 수 있으며, 제2정션박스(300)는 인렛(37)에 전기적으로 연결된다.
한편, 제1정션박스(200)에는 차량(20)의 제1전력전자모듈 외에 다른 고전압 부품이 전기적으로 연결될 수 있다.
일 예로, 도 7을 참조하면, 제1정션박스(200)에는 고전압 배터리팩(100)을 무선 충전하기 위한 무선 충전 모듈(33), 배터리 히터(34), 쏠라루프 컨버터(35), 실내공조 PTC 히터(36)가 전기적으로 연결될 수 있다.
제1정션박스(200)에 전기적으로 연결되는 고전압 부품의 종류 및 개수는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 이에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
아울러, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 차량용 전원 시스템(10)이 사륜 구동 시스템이 가능한 차량 옵션에 적용된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 차량용 전원 시스템을 이륜 구동 시스템(예를 들어, 후륜 구동 시스템)이 가능한 차량 옵션에 적용하는 것도 가능하다.
즉, 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 전원 시스템(10)은, 고전압 배터리팩(100), 제1정션박스(200), 제2정션박스(300), 제1배터리 연결케이블(400), 및 제2배터리 연결케이블(500)을 포함하되, 제2정션박스(300)에는 제2전력전자모듈이 전기적으로 연결되고, 제1정션박스(200)에는 제1전력전자모듈을 제외한 다른 고전압 부품(예를 들어, 무선 충전 모듈, 배터리 히터, 쏠라루프 컨버터, 실내공조 PTC 히터)만이 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 차량용 전원 시스템(10)이 완속 충전 및 급속 충전이 모두 가능한 차량 옵션에 적용된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 차량용 전원 시스템을 완속 충전만이 가능한 차량 옵션에 적용하는 것도 가능하다.
일 예로, 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 전원 시스템(10)은, 고전압 배터리팩(100), 제1정션박스(200), 제1배터리 연결케이블(400), 제2배터리 연결케이블(500), 및 배터리팩의 내부에 마련되는 완속충전유닛(600)을 포함하되, 제2배터리 연결케이블(500)은 제2정션박스(300)를 별도로 거치지 않고 제2전력전자모듈에 직접 연결된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 고전압 배터리팩(100)의 내부에 완속충전유닛(600)을 일체로 마련하는 것에 의하여, 제2정션박스(300)를 별도로 마련하지 않고도 고전압 배터리팩(100)과 제2전력전자모듈을 전기적으로 연결할 수 있으므로, 차량용 전원 시스템(10)의 전체 구조를 보다 간소화하고 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다른 일 예로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 차량용 전원 시스템을 사륜 구동 시스템이면서 완속 충전만이 가능한 차량 옵션에 적용하는 것이 가능하다.
즉, 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 전원 시스템(10)은, 고전압 배터리팩(100), 제1정션박스(200), 제1배터리 연결케이블(400), 제2배터리 연결케이블(500), 및 배터리팩의 외부에 마련되는 완속충전유닛(600')을 포함하되, 제2배터리 연결케이블(500)은 제2정션박스(300)를 별도로 거치지 않고 제2전력전자모듈에 직접 연결될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 제2정션박스(300)와 개별적으로 고전압 배터리팩(100)의 외부에 완속충전유닛(600')을 마련하는 것에 의하여, 제2정션박스(300)를 별도로 마련하지 않고도 고전압 배터리팩(100)과 제2전력전자모듈을 전기적으로 연결할 수 있으므로, 차량용 전원 시스템(10)의 전체 구조를 보다 간소화하고 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또 다른 일 예로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 차량용 전원 시스템을 이륜 구동 시스템(예를 들어, 후륜 구동 시스템)이면서 완속 충전만이 가능한 차량 옵션에 적용하는 것이 가능하다.
즉, 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 전원 시스템(10)은, 고전압 배터리팩(100), 제1정션박스(200), 제1배터리 연결케이블(400), 제2배터리 연결케이블(500), 및 배터리팩의 외부에 마련되는 완속충전유닛(600')을 포함하되, 제2배터리 연결케이블(500)은 제2정션박스(300)를 별도로 거치지 않고 제2전력전자모듈에 직접 연결되고, 제1정션박스(200)에는 제1전력전자모듈을 제외한 다른 고전압 부품(예를 들어, 무선 충전 모듈, 배터리 히터, 쏠라루프 컨버터, 실내공조 PTC 히터)만이 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 제2정션박스(300)와 개별적으로 고전압 배터리팩(100)의 외부에 완속충전유닛(600')을 마련하는 것에 의하여, 제2정션박스(300)를 별도로 마련하지 않고도 고전압 배터리팩(100)과 제2전력전자모듈을 전기적으로 연결할 수 있으므로, 차량용 전원 시스템(10)의 전체 구조를 보다 간소화하고 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 차량용 전원 시스템
20 : 차량
31 : 전륜 모터
31a : 전륜 인버터
32 : 후륜 모터
32a : 후륜 인버터
33 : 무선 충전 모듈
34 : 배터리 히터
35 : 쏠라루프 컨버터
36 : 실내공조 PTC 히터
37 : 인렛
100 : 고전압 배터리팩
110 : 배터리 하우징
120 : 배터리셀
130 : 제1배터리 커넥터
140 : 연결부재
150 : 제2배터리 커넥터
160 : 파워 릴레이 어셈블리
162 : 제1릴레이
164 : 제2릴레이
166 : 제3릴레이
200 : 제1정션박스
210 : 제1정션박스 하우징
220 : 제1정션박스 커넥터
300 : 제2정션박스
310 : 제2정션박스 하우징
320 : 제2정션박스 커넥터
330 : 제2정션박스 버스바
340 : 급속충전유닛
342 : 급속충전 릴레이
344 : 급속충전 커넥터
400 : 제1배터리 연결케이블
500 : 제2배터리 연결케이블
600,600' : 완속충전유닛
610 : 베이스부재
620 : 완속 충전 커넥터
630 : 완속 충전 퓨즈

Claims (12)

  1. 배터리 하우징, 상기 배터리 하우징의 내부에 마련되는 배터리셀, 상기 배터리셀과 전기적으로 연결되는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly; PRA), 상기 배터리 하우징의 일측에 마련되는 제1배터리 커넥터, 상기 파워 릴레이 어셈블리와 상기 제1배터리 커넥터를 전기적으로 연결하는 연결부재, 및 상기 파워 릴레이 어셈블리와 전기적으로 연결되며 배터리 하우징의 다른 일측에 마련되는 제2배터리 커넥터를 포함하는 고전압 배터리팩;
    차량의 제1전력전자모듈(first power electronics module)과 전기적으로 연결되며, 제1정션박스 커넥터가 구비된 제1정션박스;
    상기 제1정션박스 커넥터와 상기 제1배터리 커넥터를 전기적으로 연결하는 제1배터리 연결케이블; 및
    상기 제2배터리 커넥터와 상기 차량의 제2전력전자모듈(second power electronics module)을 전기적으로 연결하는 제2배터리 연결케이블;
    을 포함하는 차량용 전원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 제2전력전자모듈과 전기적으로 연결되며, 제2정션박스 커넥터가 마련된 제2정션박스를 포함하고,
    상기 제2배터리 연결케이블은, 상기 제2정션박스 커넥터와 상기 제2배터리 커넥터를 전기적으로 연결하는 차량용 전원 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2정션박스에 마련되며, 상기 제2정션박스 커넥터와 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하고,
    상기 차량의 제2전력전자모듈은 상기 버스바에 전기적으로 연결되는 차량용 전원 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2정션박스에 마련되는 급속충전유닛을 포함하는 차량용 전원 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 급속충전유닛은,
    상기 제2정션박스에 마련되는 급속충전 릴레이; 및
    상기 제2정션박스에 마련되며, 상기 급속충전 릴레이와 전기적으로 연결되는 급속충전 커넥터;
    를 포함하는 차량용 전원 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2정션박스와 개별적으로 상기 고전압 배터리팩의 외부에 마련되며, 상기 고전압 배터리팩과 전기적으로 연결되는 완속충전유닛을 포함하는 차량용 전원 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 완속충전유닛은,
    상기 배터리 하우징의 외부에 배치되는 베이스부재;
    상기 베이스부재에 마련되며, 상기 파워 릴레이 어셈블리와 전기적으로 연결되는 완속 충전 커넥터; 및
    상기 베이스부재에 마련되며, 상기 완속 충전 커넥터에 인가되는 전원을 선택적으로 차단하는 퓨즈;
    를 포함하는 차량용 전원 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 하우징의 내부에 마련되는 완속충전유닛을 포함하는 차량용 전원 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 완속충전유닛은,
    상기 배터리 하우징의 내부에 배치되는 베이스부재;
    상기 베이스부재에 마련되며, 상기 파워 릴레이 어셈블리와 전기적으로 연결되는 완속 충전 커넥터; 및
    상기 베이스부재에 마련되며, 상기 완속 충전 커넥터에 인가되는 전원을 선택적으로 차단하는 퓨즈;
    를 포함하는 차량용 전원 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 완속충전유닛은 상기 파워 릴레이 어셈블리에 인접하게 상기 배터리 하우징의 가장자리 영역에 배치되는 차량용 전원 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연결부재는 케이블, 버스바 중 적어도 어느 하나를 포함하는 차량용 전원 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1전력전자모듈은,
    상기 차량의 전륜 모터, 및 상기 전륜 모터에 전기적으로 연결되며 상기 고전압 배터리팩으로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전륜 인버터를 포함하고,
    상기 제2전력전자모듈은,
    상기 차량의 후륜 모터, 및 상기 후륜 모터에 전기적으로 연결되며 상기 고전압 배터리팩으로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 후륜 인버터를 포함하는 차량용 전원 시스템.
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