KR20230132707A - 배터리 시스템과 언더라이드 가드 플레이트 사이에 가스 채널을 갖는 차량 - Google Patents

배터리 시스템과 언더라이드 가드 플레이트 사이에 가스 채널을 갖는 차량 Download PDF

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가브리엘 딜마크
필리프 켈너
크리스토퍼 폴크머
지몬 프리스
잘파토레 말티조토
자샤 모스토피
프레데릭 로오스트
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독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 특히 전기 구동부(102)를 갖는 차량(100)에 관한 것으로, 이 차량은(100)은 배터리 시스템(104) 및 언더라이드 가드 플레이트(106)를 포함하고, 언더라이드 가드 플레이트(106)는 차량(100) 내에서 적어도 부분적으로 배터리 시스템(104) 아래에 배치되며, 배터리 시스템(104)은, 배터리 시스템(104)의 제1 영역(108)에 제1 벽(107)을 포함하고 배터리 시스템(104)의 제2 영역(108)에 제2 벽(107)을 포함하는 배터리 모듈(105)을 포함하며, 언더라이드 가드 플레이트(106)는, 이 언더라이드 가드 플레이트(106)가 제1 영역(108) 및 제2 영역(108)에서 적어도 부분적으로 배터리 시스템(104)에 직접 혹은 간접적으로 접하도록, 그리고 제1 영역(108)과 제2 영역(108) 사이에서 배터리 시스템(104)과 언더라이드 가드 플레이트(106) 사이에 가스 채널(110)의 제1 섹션(109)을 형성하도록 성형된다.

Description

배터리 시스템과 언더라이드 가드 플레이트 사이에 가스 채널을 갖는 차량{VEHICLE WITH A GAS CHANNEL BETWEEN A BATTERY SYSTEM AND AN UNDERRIDE GUARD PLATE}
본 발명은 배터리 시스템과 언더라이드 가드 플레이트 사이에 가스 채널을 갖는 차량에 관한 것이다.
WO 2021053133 A1호는 언더라이드 가드 플레이트 또는 여타의 바닥 플레이트를 가진 전기 차량을 개시한다. 상기 플레이트는 그 위에 배치된 배터리 모듈을 위한 지지면을 포함한다. 상기 플레이트 내에 가스 배출 채널이 배치된다. 가스 채널의 벽들은 배터리 모듈의 벽들과 서로 대응하도록 배치된다.
본 발명에 따른 차량, 특히 전기 구동부를 가진 차량은 배터리 시스템 및 언더라이드 가드 플레이트를 포함하고, 이 언더라이드 가드 플레이트는 차량 내에서 적어도 부분적으로 배터리 시스템 아래에 배치되며, 배터리 시스템은, 배터리 시스템의 제1 영역에 제1 벽을 포함하고 배터리 시스템의 제2 영역에 제2 벽을 포함하는 배터리 모듈을 포함하며, 언더라이드 가드 플레이트는, 이 언더라이드 가드 플레이트가 상기 제1 영역 및 제2 영역에서 적어도 부분적으로 배터리 시스템과 직접 또는 간접적으로 접하도록, 그리고 상기 제1 영역과 제2 영역 사이에서 배터리 시스템과 언더라이드 가드 플레이트 사이에 가스 채널의 제1 섹션을 형성하도록 성형된다. 상기 벽들은 이들 영역에서 배터리 시스템의 기계적 안정성을 증대시킨다. 언더라이드 가드 플레이트와 배터리 시스템 사이, 그리고 벽들이 배치된 영역들 사이의 공간이 가스 채널을 형성한다. 이를 통해, 언더라이드 가드 플레이트에 아래로부터 하중이 가해질 경우에 힘이 배터리 모듈의 벽으로 도입된다. 이러한 어셈블리의 장점은, 하중 도입 시 배터리 시스템의 기계적 안정성이 증대된 영역에 힘이 가해지는 조건에서, 가스가 배터리 시스템의 외부로 전도되어 냉각될 수 있다는 데 있다. 이는 가스 채널의 형상과 관련하여 높은 자유도를 가능케 하며 추가 설치 공간의 요구 없이 구현될 수 있다.
바람직하게, 언더라이드 가드 플레이트는 언더라이드 가드 플레이트가 상기 제1 영역의 일 섹션 및/또는 제2 영역의 일 섹션에서 가스 채널의 제2 섹션으로 가는 통로를 형성하도록 성형되고, 상기 제2 섹션은 배터리 시스템과 언더라이드 가드 플레이트 사이에서 가스 채널의 제1 섹션 옆으로 제2 배터리 모듈의 2개의 벽 사이에 실질적으로 평행하게 연장된다. 상기 통로는 배터리 시스템에 대한 언더라이드 가드 플레이트의 접촉 영역의 중단을 나타내며, 이 통로를 통해 가스 채널의 상기 섹션들이 서로 연결된다. 　가스가 복수의 배터리 모듈을 지나 흐름으로써 추가 배터리 모듈의 증가된 열용량에 의해 강력하게 냉각된다. 이를 통해 가스의 점화를 더 효과적으로 방지할 수 있다. 동시에 언더라이드 가드 플레이트가 수직 벽들로 보강된 배터리 모듈의 영역에만 접함으로써 배터리 시스템으로의 최적의 힘 도입 및 볼라드(bollard) 하중의 인가시 배터리 시스템의 보호 효과가 달성된다.
바람직하게, 언더라이드 가드 플레이트는 이 언더라이드 가드 플레이트가 배터리 시스템과 언더라이드 가드 플레이트 사이에서, 배터리 시스템 아래에 곡류형으로 연장되는 가스 채널을 형성하도록 성형된다. 추가 배터리 모듈의 열용량이 냉각을 훨씬 더 효과적이게 만든다. 이를 통해, 명백히 더 연장된 가스 채널 내에서의 목표하는 가스 전도에 의한 화염 생성; 및 복수의 배터리 모듈로의 가스 채널의 열적 연결을 통한 냉각 개선;이 달성된다.
배터리 시스템은 바람직하게 복수의 배터리 모듈을 포함하며, 이 경우 언더라이드 가드 플레이트는, 가스 채널이 적어도 2개의 배터리 모듈 아래에 형성되도록 성형된다. 그렇게 함으로써 가스를 냉각하기 위해 복수의 배터리 모듈의 열용량이 이용된다.
배터리 시스템은 바람직하게 가스 채널로 연통되는 적어도 하나의 탈가스 개구를 포함한다.
가스 채널은 바람직하게, 적어도 하나의 위치에 가스를 외부 환경으로 또는 다른 가스 전도 부품으로 방출하기 위한 개구를 포함한다.
배터리 시스템은 복수의 탈가스 개구를 포함하며, 가스 채널은 배터리 시스템의 탈가스 개구 중 하나에 각각 연결된 복수의 가스 유입 개구를 포함한다.
바람직하게, 배터리 시스템은 제1 벽과 제2 벽 사이에 복수의 탈가스 개구를 포함하며, 제1 섹션은 배터리 시스템의 탈가스 개구 중 하나에 각각 연결된 복수의 가스 유입 개구를 포함한다.
언더라이드 가드 플레이트는 바람직하게 복수의 층을 포함하며, 배터리 시스템에 대향하는 상기 층의 최상부는, 적어도 제1 영역 및 제2 영역에서 적어도 부분적으로 직접 또는 간접적으로 배터리 시스템에 인접하도록 형성된 형상을 갖는다.
한 실시예에서, 언더라이드 가드 플레이트는 바람직하게 적어도 3개의 층을 포함하며, 이들 층 중 2개는 적어도 부분적으로 섬유 복합체로 구성되고, 상기 2개의 층 사이에 적어도 부분적으로 압축성 발포체로 구성된 중간층이 배치된다.
한 실시예에서, 언더라이드 가드 플레이트는 바람직하게 적어도 부분적으로 금속 판형 구조물로 구성된다.
언더라이드 가드 플레이트는 바람직하게 적어도 가스 채널의 두 섹션 사이의 통로에서 가스 채널 내 가스의 유동 방향을 변경하기 위해, 그러한 변경 시 가스 내 입자에 원심력이 작용하게 하여 상기 입자가 가스로부터 필터링되도록 하는 방식으로 성형된다. 가스 채널의 두 섹션 간 변경 시 유동 방향의 변경을 통해, 가스 내 모든 입자가 이때 발생하는 원심력에 의해 가스로부터 필터링된다.
언더라이드 가드 플레이트는 바람직하게 제1 영역 및/또는 제2 영역에서 배터리 시스템에 대향하는 측에 압축성 재료, 특히 부직포 또는 발포체를 포함한다. 이를 통해 허용 오차 하에서도 배터리 시스템에 대한 접촉이 보장된다.
또 다른 바람직한 실시예들은 이하의 설명과 도면을 참조한다.
도 1은　차량 일부분의 투시도이다.
도 2는 배터리 모듈의 평면도이다.
도 3은 언더라이드 가드 플레이트의 평면도이다.
도 1에서는 전기 구동부(102)를 구비한 차량(100)이 투시 도시되어 있다.
차량(100)은 적어도 하나의 배터리 모듈(105) 및 하나의 언더라이드 가드 플레이트(106)를 구비한 배터리 시스템(104)을 포함한다.
언더라이드 가드 플레이트(106)는 적어도 부분적으로 차량(100)의 배터리 시스템(104) 아래에 배치된다. "배터리 시스템(104) 아래에"는 본 실시예에서, 언더라이드 가드 플레이트(106)가 z축 방향으로 차량(100) 하부에, 특히 배터리 시스템(104)과 차량(100) 밑면 사이에서 적어도 부분적으로 상기 밑면에 대응하는 x축 방향과 y축 방향으로 연장됨을 의미한다.
본 실시예에는, z축 방향으로 언더라이드 가드 플레이트(106) 상부에 배치되고, x축 방향으로 나란히 놓이면서 y축 방향으로 뻗은 8개의 배터리 모듈(105)이 도시되어 있다.
배터리 모듈(105) 내 셀의 열 이벤트(thermal event)가 발생할 경우, 셀 및 배터리 시스템(104)의 밖으로 배출되어야 하는 대량의 가스가 발생한다.
이 경우, 고온의 가스가 너무 많은 산소와 섞이지 않는 것이 결정적인데, 이는 산소가 가스의 점화를 촉진하기 때문이다. 동시에 가스는 외부 환경으로 전도되기 전에 최대한 강력하게 냉각되어야 하는데, 이는 가스가 대기 중 산소와의 혼합물보다 더 낮은 온도에서는 더 이상 연소하지 않기 때문이다. 가스와 함께, 일반적으로 입자가 가스의 발화를 촉진하는 셀로부터 방출되어야 하고, 그에 따라 가급적 가스로부터 필터링되어야 한다.
가스는 배터리 시스템(104)에서 냉각되기 위해 전도될 수 있다. 그러나 가스는 매우 뜨겁고 전기 전도성을 가지므로, 전기 절연체가 녹아서 단락 및 아크, 즉, 배터리 시스템(104) 내 버스바 사이에서의 고에너지 전기 플래시오버가 발생할 위험이 있고, 이는 배터리 시스템(104) 내에서 전파 중지와 관련하여 제어하기가 매우 어려울 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 차량은 바람직하게 다음과 같이 구성된다.
배터리 모듈들(105) 사이에 z축 및 y축 방향으로 연장되는 각각 하나의 벽(107)이 배치된다.
다시 말해서, 배터리 시스템(104)은 배터리 모듈(105) 당 배터리 시스템(104)의 제1 영역(108)에 제1 벽(107)을 포함하고, 배터리 시스템(104)의 제2 영역(108)에 제2 벽(107)을 포함한다. 각각의 배터리 모듈(105)이 제1 벽(107) 및 제2 벽(107)을 갖도록 마련될 수 있다. 2개의 인접한 배터리 모듈(105)이 하나의 공통 벽(107)을 갖도록 마련될 수 있다. 언더라이드 가드 플레이트(106)는, 이 언더라이드 가드 플레이트(106)가 제1 영역(108) 및 제2 영역(108)에서 적어도 부분적으로 직접 또는 간접적으로 배터리 시스템(104)에 접하도록 성형된다.
제1 영역(108)과 제2 영역(108) 사이에서 언더라이드 가드 플레이트(106)는, 이 언더라이드 가드 플레이트(106)가 배터리 모듈(105)마다 배터리 시스템(104)과 언더라이드 가드 플레이트(106) 사이에 가스 채널(110)의 섹션(109)을 형성하도록 성형된다. 상기 영역(108)에서는 벽들이 배터리 시스템(104)의 증대된 기계적 안정성을 형성한다. 언더라이드 플레이트(106)와 배터리 시스템(104) 사이 그리고 벽들(107)이 배치된 영역들(108) 사이의 공간이 가스 채널(110)을 형성한다.
배터리 시스템(104)은 적어도 하나의 탈가스 개구(112)를 포함하며, 이 탈가스 개구를 통해 가스가 배터리 시스템(104)으로부터 가스 채널(110)로 유입될 수 있다. 도 1의 실시예에 탈가스 개구(112)가 개략적으로 도시되어 있는데, 배터리 모듈(105)마다 복수의 탈가스 개구(112)가 제공되어 있다. 배터리 시스템(104)은 가스 채널(110)내료 연통되는 적어도 하나의 탈가스 개구(112)를 포함한다.
도 2에는 배터리 시스템(104)의 평면도가 도시되어 있다. 배터리 시스템(104)은 언더라이드 가드 플레이트(106)상에 배치되어 있다. 도 2는 복수의 탈가스 개구(112)의 예시적인 어셈블리를 보여준다.
도 3에는 언더라이드 가드 플레이트(106)의 평면도가 도시되어 있다.
언더라이드 가드 플레이트(106)에 아래로부터 하중이 가해질 경우에, 힘이 배터리 모듈(105)의 벽(107)으로 도입된다. 가스는 가스 채널(110) 내에서 배터리 시스템(104) 외부로 전도된다.
언더라이드 가드 플레이트(106)는 본 실시예에서, 상기 언더라이드 가드 플레이트(106)가 제1 영역(108)의 섹션(114) 및/또는 제2 영역(108)의 섹션(114)에 가스 채널(110)의 제2 섹션(109)으로 가는 통로를 형성하도록 성형된다. 각각 하나의 통로가 각각의 벽에 제공될 수 있다. 복수의 통로가 하나의 벽에 제공될 수도 있다. 본 실시예에서 동일한 배터리 모듈(105)의 벽들에 있는 통로는 상기 배터리 모듈(105)의 서로 맞은편에 놓인 단부측들에 배치된다.
제2 섹션(109)은 본 실시예에서 배터리 시스템(104)과 언더라이드 가드 플레이트(106) 사이에서 가스 채널(110)의 제1 섹션(109) 옆으로 제2 배터리 모듈(105)의 2개의 벽(107) 사이에 실질적으로 평행하게 연장된다.
통로는 배터리 시스템(104) 상에서 가스 채널(110)의 상기 섹션들(109)들을 서로 연결하는, 언더라이드 가드 플레이트(106)의 영역(108)의 중단을 나타낸다. 　그로 인해, 가스는 복수의 배터리 모듈(105)을 지나 흐른다.
언더라이드 가드 플레이트(106)는 본 실시예에서, 이 언더라이드 가드 플레이트(106)가 배터리 시스템(104)과 언더라이드 가드 플레이트(106) 사이에 가스 채널(110)을 곡류형으로 형성하도록 성형된다.
가스 채널(110)은 본 실시예에서 8개의 배터리 모듈(105) 아래에 형성된다. 다른 어셈블리의 경우, 가스 채널(110)이 단 하나의 배터리 모듈(105) 아래에 또는 적어도 2개의 배터리 모듈(105) 아래에 형성될 수 있다.
가스 채널(110)은 본 실시예에서 적어도 하나의 위치(116)에 가스를 외부 환경(118)으로 또는 다른 가스 전도 부품으로 방출하기 위한 개구를 포함한다.
배터리 시스템(104)은 복수의 탈가스 개구(112)를 포함할 수 있으며, 상기 가스 채널(110)은 복수의 가스 유입 개구(도면에는 도시되지 않음)를 포함한다. 이들 가스 유입 개구는 예를 들어 배터리 시스템(104)의 탈가스 개구(112) 중 각각 하나와 연결된다.
배터리 시스템(104)은 본 실시예에서 제1 벽(107)과 제2 벽(107) 사이에 복수의 탈가스 개구(112)를 포함한다. 본 실시예에서는 섹션(109)마다 복수의 가스 유입 개구가 배치되며, 이들 가스 유입 개구는 배터리 시스템(104)의 탈가스 개구(112) 중 각각 하나와 연결된다.
언더라이드 가드 플레이트(106)는 복수의 층을 포함할 수 있다.
배터리 시스템(104)에 대향하는 상기 층의 최상부는, 배터리 모듈(105)마다 적어도 제1 영역(108) 및 제2 영역(108)에서 적어도 부분적으로 직접 또는 간접적으로 배터리 시스템(104)에 인접하도록 형성된 형상을 갖는다.
언더라이드 가드 플레이트(106)는 본 실시예에서 적어도 3개의 층을 포함하며, 이들 층 중 2개는 적어도 부분적으로 섬유 복합체로 구성되고, 상기 2개의 층 사이에 적어도 부분적으로 압축성 발포체로 구성된 중간층이 배치된다.
언더라이드 가드 플레이트(106)는 또 다른 실시예에서 적어도 부분적으로 금속 판형 구조물로 구성된다.
언더라이드 가드 플레이트(106)는 적어도 가스 채널(110)의 두 섹션(109) 사이의 통로에서 가스 채널(110) 내 가스의 유동 방향(120)을 변경하기 위해, 그러한 변경 시 가스 내 입자에 원심력이 작용하게 하여 상기 입자가 가스로부터 필터링되도록 하는 방식으로 성형될 수 있다. 가스 채널(110)의 두 섹션(109) 간 변경 시 유동 방향(120)의 변경을 통해, 가스 내 모든 입자는 이때 발생하는 원심력에 의해 가스로부터 필터링된다.
언더라이드 가드 플레이트(106)는 제1 영역(108) 및/또는 제2 영역(108)에서 배터리 시스템(104)에 대향하는 측에 압축성 재료, 특히 부직포 또는 발포체를 포함할 수 있다. 이를 통해, 허용 오차하에서도 배터리 모듈(105)에 대한 접촉이 보장된다.

Claims (13)

  1. 특히 전기 구동부(102)를 구비한 차량(100)이며, 이 차량은 배터리 시스템(104) 및 언더라이드 가드 플레이트(106)를 포함하고, 상기 언더라이드 가드 플레이트(106)는 적어도 부분적으로 차량(100)의 배터리 시스템(104) 아래에 배치되는, 차량(100)에 있어서,
    배터리 시스템(104)은, 배터리 시스템(104)의 제1 영역(108)에 제1 벽(107)을 포함하고 배터리 시스템(104)의 제2 영역(108)에 제2 벽(107)을 포함하는 배터리 모듈(105)을 포함하며, 상기 언더라이드 가드 플레이트(106)는, 이 언더라이드 가드 플레이트(106)가 제1 영역(108) 및 제2 영역(108)에서 적어도 부분적으로 배터리 시스템(104)에 직접 혹은 간접적으로 접하도록, 그리고 제1 영역(108)과 제2 영역(108) 사이에서 배터리 시스템(104)과 언더라이드 가드 플레이트(106) 사이에 가스 채널(110)의 제1 섹션(109)을 형성하도록 성형되는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  2. 제1항에 있어서, 언더라이드 가드 플레이트(106)는, 이 언더라이드 가드 플레이트(106)가 제1 영역(108)의 섹션(114) 및/또는 제2 영역(108)의 섹션(114)에서 가스 채널(110)의 제2 섹션(109)으로 가는 통로를 형성하도록 성형되고, 상기 제2 섹션(109)은 배터리 시스템(104)과 언더라이드 가드 플레이트(106) 사이에서 가스 채널(110)의 제1 섹션(109) 옆에서 제2 배터리 모듈(105)의 2개의 벽(107) 사이에실질적으로 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  3. 제2항에 있어서, 언더라이드 가드 플레이트(106)는, 이 언더라이드 가드 플레이트(106)가 배터리 시스템(104)과 언더라이드 가드 플레이트(106) 사이에서, 배터리 시스템(104) 아래에 곡류형으로 연장되는 가스 채널(110)을 형성하도록 성형되는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  4. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 배터리 시스템(104)이 복수의 배터리 모듈(105)를 포함하고, 언더라이드 가드 플레이트(106)는, 가스 채널(110)이 적어도 2개의 배터리 모듈(105) 아래에 형성되도록 성형되는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  5. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 배터리 시스템(104)이 가스 채널(110)로 연통되는 적어도 하나의 탈가스 개구(112)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  6. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 가스 채널(110)이 적어도 하나의 위치(116)에 가스를 외부 환경(118)으로 또는 다른 가스 전도 부품으로 방출하기 위한 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  7. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 배터리 시스템(104)은 복수의 탈가스 개구(112)를 포함하고, 가스 채널(110)은 배터리 시스템(104)의 탈가스 개구(112) 중 하나에 각각 연결된 복수의 가스 유입 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  8. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 배터리 시스템(104)이 제1 벽(107)과 제2 벽(107) 사이에 복수의 탈가스 개구(112)를 포함하고, 상기 제1 섹션(109)은 배터리 시스템(104)의 탈가스 개구(112) 중 하나에 각각 연결된 복수의 가스 유입 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  9. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 언더라이드 가드 플레이트(106)가 복수의 층을 포함하며, 배터리 시스템(104)에 대향하는 상기 층의 최상부는, 적어도 제1 영역(108) 및 제2 영역(108)에서 적어도 부분적으로 직접 또는 간접적으로 배터리 시스템(104)에 인접하여 형성된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  10. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 언더라이드 가드 플레이트(106)가 적어도 3개의 층을 포함하며, 상기 층들 중 두 개는 적어도 부분적으로 섬유 복합체로 구성되고, 상기 두 개의 층 사이에 적어도 부분적으로 압축성 발포체로 구성된 중간층이 배치되는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 언더라이드 가드 플레이트(106)가 적어도 부분적으로 금속 판형 구조물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  12. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 언더라이드 가드 플레이트(106)가 적어도 가스 채널(110)의 두 섹션(109) 사이의 통로에서 가스 채널(110) 내 가스의 유동 방향(120)을 변경하기 위해, 그러한 변경 시 가스 내 입자에 원심력이 작용하게 하여 상기 입자가 가스로부터 필터링되도록 하는 방식으로 성형되는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
  13. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 언더라이드 가드 플레이트(106)가 제1 영역(108) 및/또는 제2 영역(108)에서 배터리 시스템(104)에 대향하는 측에 압축성 재료, 특히 부직포 또는 발포체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량(100).
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