KR20240001809A - 전기 자동차 배터리 모듈 하우징 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 자동차 배터리 모듈 하우징에 관한 것으로, 배터리 모듈을 감싸 보호하는 하우징에 있어서, 상기 하우징은 하부 케이스와 상부 케이스를 포함하여 형성되고, 상기 하부 케이스와 상부 케이스 중 적어도 어느 하나는 엔지니어링 플라스틱 재질로 바디(122)가 형성되는 한편 상기 바디(122)에 냉각수 관(124)이 매설된 상태로 배관되어 냉각모듈()을 이루게 되어, 구조적으로 안정되면서도 냉각 성능이 확보되는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전기 자동차에 장착되는 배터리 모듈을 보호하는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징에 관한 것이다.
이차전지(secondary battery, 이하 '배터리'라고 한다.)는 충전 및 방전 가능한 전지로서 전기 자동차에 장착되어 모터를 구동하는 힘을 제공한다. 이러한 배터리는 도 1, 2에 도시된 바와 같이 다수의 전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리 모듈(140, BATTERY MODULE)을 형성하고 이러한 배터리 모듈(140)을 다시 직렬 또는 병렬로 연결한 다음 소정의 하우징(120)으로 감싸서 배터리 팩(100, BATTERY PACK)을 형성함으로써 대용량으로 구성하게 된다. 이때, 상기 하우징은 트레이로 불리는 하부 케이스(LOWER CASE)와 덮개로 사용되는 상부 케이스(UPPER CASE)를 포함한다.
상기와 같은 배터리는 충전과 방전을 하는 과정에서 전지 셀에서 열이 발생하게 된다. 이 과정에서 전지 셀의 온도에 따라 충전과 방전 전력이 달라지게 되는바, 최적의 성능을 구현할 수 있도록 하기 위해 배터리 팩 내부의 온도가 적정한 온도로 유지될 수 있도록 하여야 하고, 이를 위해 냉각수단이 사용된다.
상기 냉각수단은 공냉식과 수냉식으로 냉각을 하는 것으로 구분되고 있다.
상기 공냉식은 냉각팬을 구비하여 외부에서 공기를 흡입하여 상기 하우징 입구에서 출구로 공기를 배기시키는 구조가 제안된 바 있다. 그러나 이러한 공냉식 냉각은 입구 쪽에서 가열된 공기가 출구쪽으로 흐르기 때문에 입구 쪽과 출구쪽에서 냉각 특성에 차이가 발생할 수 있다. 비교적 높은 온도의 공기가 집중되는 출구쪽에서 냉각 성능이 떨어지게 되는 것이다. 나아가 공냉식의 특성상 냉각속도가 느리고 효율이 낮다는 단점이 있는 방식이다.
상기 수냉식의 경우 수냉판을 구비하여 상기 하우징 내부에 배치하고, 상기 수냉판으로 냉각수를 유입시켜 개별 배터리 모듈 또는 배터리 팩 전체를 냉각시키는 방식이 제안된 바 있다. 이러한 종래의 수냉식 냉각수단은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 하우징(120)을 알루미늄으로 형성하고 적절한 위치에 냉각수 관을 배관하여서 형성한 것을 일 예로 들 수 있다. 그런데 이와 같이 하우징을 알루미늄으로 형성하게 되면 무게가 무거워지게 되고 특히 가격이 높기 때문에 제작 비용의 상승을 유발한다는 단점에 노출되게 된다.
다른 예로 도 2에 도시된 바와 같이 플라스틱으로 하우징(120)을 형성하고 적절한 위치에 냉각수 관을 배관한 것이 제안된 바 있는데, 이러한 구성에서는 플라스틱의 강성이 부족하여 외부 충격에 취약하다는 문제가 있었고, 강성을 보강하기 위해 리브를 형성하는 등의 방법을 쓰고 있지만 그렇게 되면 부피가 커지게 됨과 아울러 열을 방출하는 능력도 떨어지게 되므로 냉각 효율이 낮아진다는 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 경량화 및 충분한 강성을 가짐으로써 구조적인 안정성을 확보한 상태에서 냉각 기능도 수행할 수 있도록 하는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징을 제안하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명에서는 상기 하우징은 하부 케이스와 상부 케이스를 포함하여 형성되고, 상기 하부 케이스와 상부 케이스 중 적어도 어느 하나는 엔지니어링 플라스틱 재질로 바디가 형성되는 한편 상기 바디에 냉각수 관이 매설된 상태로 배관되어 냉각모듈을 이루게 되는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징을 제안하여 상기의 목적을 달성한다.
본 발명에 따르면 엔지니어링 플라스틱으로 냉각수 관이 형성된 하우징을 형성함에 따라 기계적인 강도가 우수하여 구조적인 안정성이 확보되면서 가볍고 냉각 기능을 구현할 수 있는 우수한 품질의 전기 자동차 배터리 모듈 하우징을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 하우징이 금속으로 형성된 종래 전기 자동차 배터리의 예시도,
도 2는 하우징이 플라스틱으로 형성된 종래 전기 자동차 배터리의 예시도,
도 3은 본 발명이 적용된 배터리 모듈 하우징의 예시도,
도 4는 본 발명에 의해 냉각수 관이 매설된 바디의 예시도.
도 2는 하우징이 플라스틱으로 형성된 종래 전기 자동차 배터리의 예시도,
도 3은 본 발명이 적용된 배터리 모듈 하우징의 예시도,
도 4는 본 발명에 의해 냉각수 관이 매설된 바디의 예시도.
본 발명에서는 경량화 및 충분한 강성을 가짐으로써 구조적인 안정성을 확보한 상태에서 냉각 기능도 수행할 수 있도록 하는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징을 제안하기 위해, 상기 하우징은 하부 케이스와 상부 케이스를 포함하여 형성되고, 상기 하부 케이스와 상부 케이스 중 적어도 어느 하나는 엔지니어링 플라스틱 재질로 바디가 형성되는 한편 상기 바디에 냉각수 관이 매설된 상태로 배관되어 냉각모듈을 이루게 되는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징을 제안한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면 도 3과 도 4를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명이 적용된 배터리 모듈 하우징의 예시도, 도 4는 본 발명에 의해 냉각수 관이 매설된 바디의 예시도이다.
본 발명이 적용되는 배터리는 전기 자동차에 설치되어 동력을 전달하는 역할을 한다. 이러한 배터리는 다수의 전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리 모듈을 형성하고, 상기 배터리 모듈을 다시 직렬 또는 병렬로 연결하고 하우징(120)으로 감싸 배터리 팩을 형성함으로써 소망하는 정도의 충전 능력을 확보하도록 하게 된다. 하우징(120)은 배터리 모듈을 외부 자극으로부터 보호하는 역할을 하게 되는 것이다.
하우징(120)은 하부 케이스와 상부 케이스를 포함할 수 있다. 더불어 배터리 모듈의 높이가 높은 경우 측면을 보호하기 위한 벽판을 포함할 수 있는데, 이에 따라 내부가 비어 있는 함체를 이루고, 비어 있는 내부에 배터리 모듈이 수용된다.
여기서, 상기와 같은 하부 케이스와 상부 케이스 및 벽판은 별도로 형성되어 서로 조립됨으로써 하우징(120)을 형성할 수 있다. 하우징(120)이 조립식으로 형성되는 구성이다.
본 발명에서는 상기 하우징(120)에 냉각수단이 형성된다.
상기 냉각수단은 냉각수 관(124)으로 형성되게 되는데, 냉각수 관(124)은 상기 하부 케이스와 상부 케이스 및 벽판 중 적어도 어느 한 지점에 형성될 수 있다. 바람직하게는 상기 상부 케이스에 형성되는 것이고, 하부 케이스와 벽판에 냉각수 관(124)을 형성하는 것은 필요에 따라 선택하게 된다.
냉각수 관(124)은 매설되게 형성된다. 하우징(120)을 구성하는 하부 케이스와 상부 케이스 그리고 벽판을 이루는 바디(122)에 매설되는 것으로, 바디(122)에 냉각수 관(124)이 매설된 상태로 형성되어 냉각모듈을 형성하게 된다. 이와 같이 바디(122)에 매설된 냉각수 관(124)으로는 냉각수가 흐르면서 배터리 모듈에서 발생하는 열에 의해 가열된 하우징의 온도를 낮추고, 그 결과 하우징(120) 내부의 온도를 낮추어 냉각 기능을 수행하게 된다.
한편, 냉각수 관(124)이 매설되는 바디(122)는 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성된다. 엔지니어링 플라스틱은 폴리아미드 기반의 비 할로겐계 난연성 유리섬유 강화 플라스틱으로 형성되는 것으로, 난연 및 절연성이 우수하고, 강도가 우수한 강인한 재료이다. 마찰계수가 작으면서도 내마모성으로 자기윤활성에 뛰어남과 아울러 내유성과 내약품성이 우수하다. 따라서 이러한 엔지니어링 플라스틱을 이용해 하우징(120)을 형성하게 되면 배터리 모듈을 보호하는데 필요한 다양한 능력을 충분히 확보할 수 있는 바, 이를 통해 무게가 무겁고 가격이 비싼 금속 재질 또는 무게가 가볍기는 하지만 강도 확보를 위해 부피를 크게 하여야 하는 일반 플라스틱 재질의 문제점을 해결하면서 냉각기능이 구현된 하우징(120)을 형성할 수 있게 된다.
이상과 같은 냉각모듈은 사출 성형 방법으로 형성된다.
상기 사출 공정은 일반적인 주조 공정과 마찬가지로 용융된 원재료를 금형에 주입하여 냉각을 통하여 제품을 생산하는 방법으로, 본 발명에서는 냉각수 관(124)을 벤딩하여 미리 형성한 다음, 금형장치의 성형공간에 벤딩되어 형성된 냉각수 관(124)을 배치하고, 엔지니어링 플라스틱을 상기 성형공간으로 사출하여 주입함으로써 냉각수 관(124)이 엔지니어링 플라스틱으로 형성되는 바디(122)에 매설되게 된다. 이때 냉각수 관(124)은 스테인리스 재질로 형성하는 것이 바람직하고, 스테인리스 재질로 형성된 냉각수 관(124)은 바디(122)에 매설됨에 따라 바디(122)의 강도를 강화하는데 도움을 주는 역할도 수행하게 된다.
상기와 같이 형성되는 본 발명에 의한 냉각모듈에서 냉각수 관(124)에는 소화액이 채워질 수 있다. 상기 소화액이 냉각수의 역할을 하게 되는데, 동시에 위급 상황이 발생하는 경우 상기 소화액이 분출되어 화염을 진화하게 된다. 즉, 배터리가 과열 등의 이유로 화재가 발생하는 경우 냉각수 관(124) 내부의 압력이 증가하게 되면 냉각수 관(124)에 채워져 있는 소화액이 분출되면서 화염을 진화하게 되는 것이다.
냉각수 관(124)에서 소화액이 분출되도록 하기 위해 냉각수 관(124) 어느 지점에는 밸브가 형성될 수 있다. 상기 밸브는 하우징 내부를 향해 형성되는 것이 바람직하고, 복수 개가 형성될 수 있다. 이때 상기 밸브는 압력 개폐식 밸브가 채택됨으로써 냉각수 관(124) 내부 압력이 임계치를 넘어서게 되면 해당 압력에 의해 자동으로 개방되어 소화액이 분출될 수 있도록 형성할 수 있다. 달리 상기 밸브가 외부 신호에 따라 개폐되게 형성될 수도 있는바, 센서에 의해 발화가 감지되면 상기 밸브가 개방되어 소화액을 분출하게 형성될 수도 있다.
상기와 같은 본 발명에 따라 평상시에는 배터리에서 발생하는 열을 흡수하여 냉각하는 기능을 수행하다가 화재가 발생하는 위험 상황에서 진화 기능이 구현되는 다기능의 하우징(120)이 구성되는바, 이를 배터리에 사용함으로써 전기 자동차의 안전성 확보에 도움을 줄 수 있게 된다.
100 : 배터리 팩, 120 : 하우징,
122 : 바디, 124 : 냉각수 관,
140 : 배터리 모듈.
122 : 바디, 124 : 냉각수 관,
140 : 배터리 모듈.
Claims (5)
- 배터리 모듈을 감싸 보호하는 하우징(120)에 있어서,
상기 하우징(120)은 하부 케이스와 상부 케이스를 포함하여 형성되고,
상기 하부 케이스와 상부 케이스 중 적어도 어느 하나는 엔지니어링 플라스틱 재질로 바디(122)가 형성되는 한편 상기 바디(122)에 냉각수 관(124)이 매설된 상태로 배관되어 냉각모듈을 이루게 되는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징. - 제1 항에 있어서,
상기 냉각모듈은 금형장치의 성형공간에 상기 냉각수 관(124)을 배치한 다음 상기 엔지니어링 플라스틱을 상기 성형공간으로 사출하여서 상기 냉각수 관(124)이 상기 바디(122)에 매설되게 형성되는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징. - 제1 항에 있어서,
상기 냉각수 관(124)은 스테인리스 관을 벤딩하여서 형성하게 되는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징. - 제1 항에 있어서,
상기 냉각수 관(124)에는 소화액이 채워지되,
상기 냉각수 관(124) 어느 지점에는 밸브가 형성되어 상기 밸브가 개방되면 상기 소화액이 상기 하우징(120) 내부로 분출되는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징. - 제4 항에 있어서,
상기 밸브는 압력 개폐식 밸브로 되어 상기 냉각수 관(124)의 온도가 임계치 이상으로 상승하는 경우 상기 밸브가 개방되어 상기 소화액이 분출되는 전기 자동차 배터리 모듈 하우징.
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| KR20220060816A (ko) | 2020-11-05 | 2022-05-12 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전기 차량용 공냉식 배터리 팩 |
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2022
- 2022-06-28 KR KR1020220078562A patent/KR20240001809A/ko unknown
Patent Citations (4)
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| KR20190046526A (ko) | 2017-10-26 | 2019-05-07 | 세종공업 주식회사 | 배터리 냉각용 히트파이프 |
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