KR20230057047A - 전기자동차용 배터리 모듈 조립체 - Google Patents

전기자동차용 배터리 모듈 조립체 Download PDF

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KR20230057047A
KR20230057047A KR1020210141006A KR20210141006A KR20230057047A KR 20230057047 A KR20230057047 A KR 20230057047A KR 1020210141006 A KR1020210141006 A KR 1020210141006A KR 20210141006 A KR20210141006 A KR 20210141006A KR 20230057047 A KR20230057047 A KR 20230057047A
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손성만
최동형
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주식회사 성우하이텍
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Abstract

전기자동차용 배터리 모듈 조립체가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체는 배터리 모듈이 수용되는 수용공간을 가지는 케이스, 상기 케이스의 하부에 구성되는 냉각패널, 및 상기 케이스의 상부에 구성되어 상기 케이스의 내부를 밀폐시키며, 상면과 하면 각각에 열의 전도를 위한 적어도 하나의 방열핀이 교차로 장착되는 커버를 포함한다.

Description

전기자동차용 배터리 모듈 조립체{BATTERY MODULE STRUCTURE FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차용 배터리 모듈 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(Secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다.
상기 이차전지는 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다.
그리고 대전력을 필요로 하는 기기, 예를 들면, 전기자동차 등의 모터 구동용 전원의 경우에는 전지 셀을 수십 개 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.
보통 전기자동차의 배터리는 얇은 판형 구조로 된 셀들을 하나의 모듈로 만들어 사용하고 있고, 사양에 따라 다수의 모듈을 직렬로 연결하여 패키지를 구성하게 된다.
다수의 모듈이 직렬로 연결된 패키지의 경우에는 충방전 시 셀에서 열이 발생되서 셀의 온도에 따라 배터리의 충방전 전력이 달라지게 된다.
따라서, 배터리의 내부온도가 적정 온도로 운전되도록 하기 위해서는 셀의 온도를 적절한 범위로 유지하여야 한다.
예를 들면, 전기자동차의 주행 시 배터리는 반복적인 충방전 현상 및 고출력에 의해 배터리의 열이 많이 발생하게 된다.
이로 인해, 상기 배터리는 성능 및 안전성이 저하되는 현상이 생기고, 이는 배터리 내부에 발생되는 열보다 외부로 방출하는 열확산 능력이 부족하여 발생하는 것이다.
이와 같은 현상을 극복하기 위해 전기자동차에는 다양한 형태와 방식의 냉각장치가 적용되고 있는 추세이다.
종래 기술의 전기자동차의 배터리에 적용되는 냉각방식은 대부분 배터리 셀 사이 유로공간을 형성하여 열을 방출시키는 시스템이다.
상기와 같은 종래 기술은 배터리의 충방전에 의한 부피 팽창에 의해 팩 단위에서 각 모듈 사이에 형성된 냉각 유로가 줄어들어 냉각 효과가 줄어든다.
한편, 종래 기술에서는 배터리의 하부에 쿨링패널이 적용되어 상기 배터리 팩에서 발생하는 열을 냉각하고 있다.
그러나 종래 기술에는 상기 쿨링패널이 배터리 팩의 하부에 구성되어 상승하는 열을 효과적으로 배출하지 못하는 단점이 있다.
이에 따라, 종래 기술에서는 배터리의 열배출 효율이 떨어져 배터리의 성능 저하를 야기하고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 커버에 방열핀을 적용하여 배터리 모듈에서 발생하는 열을 받아 골고루 상기 방열핀 전체로 분산시킬 수 있는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 배터리 모듈이 수용되는 수용공간을 가지는 케이스, 상기 케이스의 하부에 구성되는 냉각패널, 및 상기 케이스의 상부에 구성되어 상기 케이스의 내부를 밀폐시키며, 상면과 하면 각각에 열의 전도를 위한 적어도 하나의 방열핀이 교차로 장착되는 커버를 포함하는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체를 제공할 수 있다.
또한, 상기 케이스는 하판, 상기 하판의 둘레를 따라 상기 하판의 상면과 일정영역 겹쳐지게 배치되어 연결되고, 상기 수용공간을 형성하는 가이드 프레임, 및 상기 수용공간에 대응하는 상기 가이드 프레임의 내측에 배치되어 상기 배터리 모듈의 크기에 따라 상기 수용공간을 구획하는 복수개의 구획 프레임을 포함할 수 있다.
또한, 상기 가이드 프레임에는 외측면 하부에 외측을 향하여 돌출되는 보강리브가 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 구획 프레임은 상기 수용공간의 일방향의 중앙으로 길게 배치되는 제1구획 프레임, 및 상기 제1구획 프레임을 따라 상기 수용공간의 타방향으로 적어도 하나 배치되어 상기 제1구획 프레임과의 사이에 상기 배터리 모듈을 각각 수용하는 제2구획 프레임을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2구획 프레임은 상기 가이드 프레임과 연결 브라켓을 통해 연결될 수 있다.
또한, 상기 구획 프레임의 설정영역에는 상기 하판에 헤드가 접합되는 적어도 하나의 볼트부재가 상부 일정영역이 노출되도록 관통 설치될 수 있다.
또한, 상기 커버는 상기 가이드 프레임의 상면에 접합된 상태로, 상기 볼트부재의 상부가 관통 설치될 수 있다.
또한, 상기 볼트부재에는 상기 배터리 모듈과 상기 커버와의 사이에, 댐핑부재가 장착될 수 있다.
또한, 상기 냉각패널은 상기 하판의 하부에서, 상기 보강리브의 하면 일정영역과 겹쳐지게 배치되어 장착되는 보강판과, 상기 하판 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 방열핀은 상기 커버에 대응하여 평판형으로 형성되는 접합부, 및 상기 접합부로부터 복수개 돌출되는 돌기부를 포함하여 상기 커버의 상면과 하면에 상기 접합부를 통해 장착될 수 있다.
또한, 상기 방열핀은 알루미늄 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체는 커버에 방열핀을 적용하여 배터리 모듈에서 발생하는 열을 받아 골고루 상기 방열핀 전체로 분산시키는 역할을 한다.
즉, 상기 전기자동차용 배터리 모듈 조립체는 표면적의 증가를 위해 상기 방열핀의 돌출부의 간격을 촘촘하게 해줌으로써, 방열 효율성의 증가시킬 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 열 발산을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체(1)는 고전압 배터리로부터 전원을 공급받아 작동하는 구동모터를 동력원으로 하여 주행이 가능한 전기자동차에 적용될 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체(1)는 차체의 언더 바디에 탑재되며, 충, 방전이 가능한 다수 개의 배터리 셀들이 구비된 배터리 모듈(10)들을 수납하는 배터리 마운팅 구조체로 적용될 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)들은 배터리 셀들이 전기적으로 연결된 배터리 집합 구조체로서, 배터리 용량에 따라 배터리 셀들의 개수가 가변될 수 있고, 집합체의 형상도 다양하게 가변될 수 있다.
상기에서와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체(1)는 차체 언더 바디의 전후 방향을 기준할 때, 그 언더 바디를 구성하는 프론트 플로어, 센터 플로어 및 리어 플로어의 일체형 구조에 차체의 전후 방향으로 장착될 수 있다.
다른 예로서, 상기 전기자동차용 배터리 모듈 조립체(1)는 프론트 플로어와 별개로 일체로 구성되는 센터 플로어 및 리어 플로어의 일체형 구조에 차체의 전후 방향으로 장착될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에서는 차체의 길이방향을 전후 방향으로 정의하며, 차체의 폭방향을 좌우 방향으로 정의하고, 차체의 높이방향을 상하 방향으로 정의한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체(1)는 케이스(20), 냉각패널(40), 및 커버(50)를 포함한다.
상기 케이스(20)는 배터리 모듈(10)이 수용되는 수용공간(21)을 가진다.
이를 위해, 상기 케이스(20)는 하판(23), 가이드 프레임(35), 및 구획 프레임(27)을 포함한다.
상기 가이드 프레임(35)은 상기 하판(23)의 둘레를 따라 상기 하판(23)의 상면과 일정영역 겹쳐지게 배치되어 연결되고, 상기 수용공간(21)을 형성한다.
또한, 상기 가이드 프레임(35)에는 외측면 하부에 외측을 향하여 돌출되는 보강리브(250)가 일체로 형성된다.
그리고 상기 구획 프레임(27)은 상기 수용공간(21)에 대응하는 상기 가이드 프레임(35)의 내측에 배치되어 상기 배터리 모듈(10)의 크기에 따라 상기 수용공간(21)을 구획한다.
이러한 구획 프레임(27)은 제1구획 프레임(27a)과, 제2구획 프레임(27b)으로 나뉠 수 있다.
상기 제1구획 프레임(27a)은 상기 수용공간(21)의 일방향의 중앙으로 길게 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1구획 프레임(27a)은 차폭 방향으로 길게 배치될 수 있다.
상기 제2구획 프레임(27b)은 상기 제1구획 프레임(27a)을 따라 상기 수용공간(21)의 타방향으로 적어도 하나 배치되어 상기 제1구획 프레임(27a)과의 사이에 상기 배터리 모듈(10)을 각각 수용할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2구획 프레임(27b)은 차체길이 방향으로 길게 배치될 수 있다.
더 나아가, 상기 제2구획 프레임(27b)은 상기 제1구획 프레임(27a)을 기준으로 상기 수용공간(21)에서 전방과 후방에 각각 형성될 수 있다.
이러한 제2구획 프레임(27b)은 상기 가이드 프레임(35)과 연결 브라켓(29)을 통해 연결될 수 있다.
즉, 상기 제2구획 프레임(27b)은 일단이 상기 제2구획 프레임(27b)에 연결되고, 타단이 상기 연결 브라켓(29)을 통해 상기 가이드 프레임(35)에 연결될 수 있다.
또한, 상기 구획 프레임(27)의 설정영역에는 상기 하판(23)에 헤드(31)가 접합되는 적어도 하나의 볼트부재(30)가 상부 일정영역이 노출되도록 관통 설치될 수 있다.
더욱 상세하게는 상기 제2구획 프레임(27b)의 설정영역에 상기 볼트부재(30)가 관통 설치될 수 있다.
이때, 상기 볼트부재(30)는 상기 하판(23)에 헤드(31)가 접합되고, 바디(33)가 상기 제2구획 프레임(27b)에 관통 설치되어 상부 일정영역이 노출될 수 있다.
상기 볼트부재(30)에는 상기 배터리 모듈(10)과 상기 커버(50)와의 사이에, 댐핑부재(35)가 장착될 수 있다.
상기 댐핑부재(35)는 상기 배터리 모듈(10)과 커버(50) 사이의 비어있는 공간을 채울 수 있다.
상기와 같은 케이스(20)의 하부에는 냉각패널(40)이 구성된다.
상기 냉각패널(40)은 상기 하판(23)의 하부에서, 상기 보강리브(250)의 하면 일정영역과 겹쳐지게 배치되어 장착되는 보강판(41)과, 상기 하판(23) 사이에 배치된다.
한편, 상기 커버(50)는 상기 케이스(20)의 상부에 구성되어 상기 케이스(20)의 내부를 밀폐시킨다.
상기 커버(50)에는 상면과 하면 각각에 열의 전도를 위한 적어도 하나의 방열핀(60)이 교차로 장착된다.
이러한 방열핀(60)은 접합부(61)와 돌기부(63)로 구성된다.
상기 접합부(61)는 상기 커버(50)에 대응하여 평판형으로 형성된다.
또한, 상기 돌기부(63)는 상기 접합부(61)로부터 복수개 돌출된다.
즉, 상기 방열핀(60)은 상기 돌기부(63)가 상기 접합부(61)로부터 일방향으로 복수개 돌출될 수 있다.
상기 방열핀(60)은 상기 커버(50)의 상면과 하면에 상기 접합부(61)를 통해 장착된다.
이러한 방열핀(60)은 돌기부(63)에 의해 표면적을 넓혀 열을 고루 분산하면서 방출할 수 있다.
상기 방열핀(60)은 알루미늄 소재로 이루어진다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체의 열 발산을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체(1)는 배터리 모듈(10)에 의해 열이 발생된다.
상기 배터리 모듈(10)의 하부에 구성된 냉각패널(40)에 의해 상기 열의 일부는 냉각된다.
그리고 각 가이드 프레임(35)을 통해 상기 열이 방출될 수 있다.
더 나아가, 상승하는 열은 상기 방열핀(60)에 의해 집중되며, 표면적이 높은 방열핀(60)에 의해 방출된다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 조립체(1)는 커버(50)에 방열핀(60)을 적용하여 배터리 모듈(10)에서 발생하는 열을 받아 골고루 상기 방열핀(60) 전체로 분산시키는 역할을 한다.
즉, 상기 전기자동차용 배터리 모듈 조립체(1)는 표면적의 증가를 위해 돌출부의 간격을 촘촘하게 해줌으로써, 방열 효율성의 증가시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 배터리 모듈 조립체
10: 배터리 모듈
20: 케이스
21: 수용공간
23: 하판
25: 가이드 프레임
250: 보강리브
27: 구획 프레임
27a: 제1구획 프레임
27b: 제2구획 프레임
29: 연결 브라켓
30: 볼트부재
31: 헤드
33: 바디
35: 댐핑부재
40: 냉각패널
41: 보강판
50: 커버
60: 방열핀
61: 접합부
63: 돌기부

Claims (11)

  1. 배터리 모듈이 수용되는 수용공간을 가지는 케이스;
    상기 케이스의 하부에 구성되는 냉각패널; 및
    상기 케이스의 상부에 구성되어 상기 케이스의 내부를 밀폐시키며, 상면과 하면 각각에 열의 전도를 위한 적어도 하나의 방열핀이 교차로 장착되는 커버;
    를 포함하는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는
    하판;
    상기 하판의 둘레를 따라 상기 하판의 상면과 일정영역 겹쳐지게 배치되어 연결되고, 상기 수용공간을 형성하는 가이드 프레임; 및
    상기 수용공간에 대응하는 상기 가이드 프레임의 내측에 배치되어 상기 배터리 모듈의 크기에 따라 상기 수용공간을 구획하는 복수개의 구획 프레임;
    을 포함하는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 프레임에는
    외측면 하부에 외측을 향하여 돌출되는 보강리브가 일체로 형성되는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 구획 프레임은
    상기 수용공간의 일방향의 중앙으로 길게 배치되는 제1구획 프레임; 및
    상기 제1구획 프레임을 따라 상기 수용공간의 타방향으로 적어도 하나 배치되어 상기 제1구획 프레임과의 사이에 상기 배터리 모듈을 각각 수용하는 제2구획 프레임;
    을 포함하는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2구획 프레임은
    상기 가이드 프레임과 연결 브라켓을 통해 연결되는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 구획 프레임의 설정영역에는
    상기 하판에 헤드가 접합되는 적어도 하나의 볼트부재가 상부 일정영역이 노출되도록 관통 설치되는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커버는
    상기 가이드 프레임의 상면에 접합된 상태로, 상기 볼트부재의 상부가 관통 설치되는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 볼트부재에는
    상기 배터리 모듈과 상기 커버와의 사이에, 댐핑부재가 장착되는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 냉각패널은
    상기 하판의 하부에서, 상기 보강리브의 하면 일정영역과 겹쳐지게 배치되어 장착되는 보강판과, 상기 하판 사이에 배치되는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방열핀은
    상기 커버에 대응하여 평판형으로 형성되는 접합부; 및
    상기 접합부로부터 복수개 돌출되는 돌기부;
    를 포함하여 상기 커버의 상면과 하면에 상기 접합부를 통해 장착되는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 방열핀은
    알루미늄 소재로 이루어지는 전기자동차용 배터리 모듈 조립체.
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