WO2021225203A1 - 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징 - Google Patents

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WO2021225203A1
WO2021225203A1 PCT/KR2020/006341 KR2020006341W WO2021225203A1 WO 2021225203 A1 WO2021225203 A1 WO 2021225203A1 KR 2020006341 W KR2020006341 W KR 2020006341W WO 2021225203 A1 WO2021225203 A1 WO 2021225203A1
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WO
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case
cover
junction part
side junction
battery pack
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Application number
PCT/KR2020/006341
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English (en)
French (fr)
Inventor
송대천
남상현
강국진
Original Assignee
에너테크인터내셔널 주식회사
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery for an electric vehicle, and more particularly, a sealed battery pack for an electric vehicle having a configuration capable of suppressing or preventing the inflow of water from the outside to the inside between the case and the cover in the battery pack for the electric vehicle It's about housing.
  • a battery is basically a device made to make chemical energy compatible with electrical energy, and the use of a secondary battery capable of charging and discharging together is a basic premise due to the characteristics of a vehicle.
  • a plurality of battery cell units are closely coupled to each other to form a module in order to secure a stable capacity, and a plurality of modules are combined to form a battery pack having sufficient capacity.
  • a housing is used to stably accommodate and mechanically protect a plurality of battery modules including a plurality of battery cells.
  • Such housings therefore require a fairly high level of rigidity.
  • the battery pack for an electric vehicle is often installed low in the lower part of the electric vehicle for the purpose of keeping the vehicle's center of gravity low due to its heavy weight.
  • a passage through which the wiring passes is required, and in many cases, the heating medium of the cooling means passes through the inside and outside of the housing through the piping to dissipate the heat generated during operation of the internal battery, and the container of the housing. It is necessary to detach the upper cover or the side cover to install the module in the mold case.
  • the part in which the wiring for connecting to the outside or the passage of the medium material is formed in the housing, the battery pack cover and the container-type case there are cases where a sealing material is placed in the part where the body is joined to prevent water ingress.
  • the sealing material is specialized for the relevant area and is limited in size and shape, so it is difficult in terms of manufacturing cost. It is responsible for permanent sealing and sealing, such as bonding to a part, and if it is necessary to open such a part, it is necessary to open these parts while destroying the sealing material. There was trouble.
  • a sealing method by preparing an exclusive gasket by an injection method using a rubber material for a sealing material and implementing a shape such as a groove that can accommodate it in the housing structure.
  • a method of coating with a sealing solution that can be applied to the housing assembly.
  • the sealing structure using a separate gasket mold for sealing the battery pack housing can guarantee sufficient waterproof performance because the method itself is designed as an exclusive structure tailored to the shape of the housing, but the initial mold investment cost and compatibility with other products , manufacturing cost, etc. should be considered.
  • the method of applying a sealing solution to the housing assembly part for sealing requires a gasket-type maintenance condition, and it is necessary to select a material that maintains waterproofness even when left for a long period of time, and has favorable heat resistance and cold resistance to ambient temperature.
  • the present invention has a configuration capable of inhibiting and preventing the occurrence of internal corrosion or damage to the battery due to short circuit, etc. due to water inflow from the battery pack for an electric vehicle into the housing and submersion of electrical devices and parts, etc.
  • An object of the present invention is to provide a sealed battery pack housing for an electric vehicle.
  • the present invention is a sealed battery pack for an electric vehicle having a configuration that does not self-damage and can be reinstalled and reused even when a part installed with a component that prevents water from flowing into the battery pack is opened for maintenance, repair, etc.
  • the purpose is to provide a housing.
  • the sealed battery pack housing for an electric vehicle of the present invention for achieving the above object
  • Lithium-ion battery module for supplying power to the vehicle, wiring for transmitting electricity from the battery module, electric device and control circuit required for battery control, and a case in the form of a container with an open top;
  • the battery pack housing for an electric vehicle comprising a cover configured to cover the open upper part of the case from the outside,
  • the open upper portion of the case is provided with a case side joint in the form of a flange bent outwardly
  • the lower portion of the cover is provided with a cover side joint in the form of a flange bent and extended outwardly to face the case side joint
  • At least one side of the case-side junction and the cover-side junction is provided with a plurality of coupling holes provided in a plurality of places to be fastened by a fastening screw, and at least on the coupling surface where the case-side junction and the cover-side junction face face each other, at least the fastening screw is rotated inside the inlet.
  • a sealing member is installed in the area including the area forming a closed curve encompassing the
  • the portion exposed to air is dried or cured to solidify, and the contact surface with the joint is an adhesive type having adhesive strength or a non-adhesive type having no adhesive strength, and may be a liquid type gasket formed through liquid coating.
  • the sealing member may be a solid sheet-type gasket having a through-hole that can be aligned at the position of the coupling hole.
  • the solid sheet-like sealing member may be formed by mutually fastening a plurality of parts installed for each section with a connecting portion (coupler) using a locking jaw structure.
  • the periphery of the coupling hole of one junction is bent upward or downward to contact the junction on the other side to secure a clearance space between the two junctions, and the gasket, which is a sealing member, is filled in this clearance space to form a case around the coupling hole. It may be installed to prevent movement of a fluid such as inflow water to the inside.
  • a packing washer that closely adheres to the screw is installed between the fastening screw head and the adjacent joint to prevent fluid from flowing into the gap between the coupling hole and the fastening screw in the fastening part made of the coupling hole and the fastening screw.
  • a packing nut that is in close contact with the screw or the end is in close contact with the surface of the joint part may be installed while acting as a nut that surrounds the screw end with a closed curved surface.
  • the present invention it is possible to suppress or prevent the occurrence of internal corrosion or damage to the battery due to short circuit, etc. due to water inflow from the battery pack for an electric vehicle into the case or housing and flooding of electrical devices and parts. .
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a first battery pack housing according to an embodiment of the present invention
  • FIG 2 is an exploded perspective view of the battery cover shown in Figure 1;
  • Fig. 3 is a rear view partially showing the battery cover and gasket connection part shown in Fig. 1;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the sealing assembly of the battery pack housing shown in FIG. 1;
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a second battery pack housing according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the battery case and gasket shown in FIG. 5;
  • Fig. 7 is a rear view partially showing the battery cover and gasket connection part shown in Fig. 5;
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the sealing assembly of the battery pack housing shown in FIG. 5;
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a third battery pack housing according to another embodiment of the present invention.
  • Fig. 10 is a rear view showing a gasket coating state of the battery cover shown in Fig. 9;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the sealing assembly of the battery pack housing shown in FIG.
  • a battery pack for an electric vehicle consists of a plurality of battery modules surrounded by a battery pack housing in various forms when viewed schematically, a battery pack case including a battery module and electric devices, and a battery covering the battery pack case.
  • a hermetic housing which includes a pack cover, a connector mounting part or a module cover in which various connectors that enable power transmission and communication to the vehicle are installed, and in which the contacting parts of the elements constituting the housing such as the case and the cover are sealed
  • the housing It may be configured to include a vent device for releasing the pressure when the internal pressure of the battery is generated therein.
  • Example 1 the sealing material is made of a material excellent in environmental factors such as heat resistance and cold resistance and mechanical hardness, and is foamed to form a solid sheet-type gasket 10 having an appropriate thickness.
  • the sheet-shaped gasket is provided with through-holes 12a spaced apart from each other at a predetermined distance.
  • the sheet gasket 10 is formed such that the cover side joint 30a and the case side joint 20a correspond to the shape of the frame or the joint portion of the housing assembly in which the cover side joint portion 30a and the case side joint portion 20a come into contact with the sheet gasket 10 interposed therebetween, and the gasket member 11 , 12) are formed successively, but the connection portions 11a of the gasket members connected in a male/female form are positioned at appropriate distances.
  • This shape processing can be implemented in an optimized shape so that the residual material of the raw material is not generated by cutting with a wooden die or mold punching processing.
  • the case side joint 20a of the battery case 20 is configured in the form of a flange bent outwardly from the edge, and a fastening member, here, the press-fitting nut 21, is coupled to the coupling hole 20b arranged at a predetermined distance. do.
  • the cover side bonding portion 30a of the cover 30 of the battery pack is configured in the form of a flange of a shape corresponding to the case side bonding portion 20a, and is arranged at a predetermined distance and has a coupling hole that can be aligned with the case side coupling hole.
  • the sheet gasket 10 can be formed of a foaming material having elasticity or elasticity by itself in order to have adhesion to the case side junction part and the cover side junction part. Deformation that is difficult to restore to its original state may result in poor sealing properties, so a space of a predetermined size needs to be secured between the case-side joint and the cover-side joint.
  • peripheral support part 30b is bent so that the periphery of the coupling hole is bent upward or downward to allow space maintenance at the junction of one side of the case 20 and the cover 30 of the battery pack so that the end thereof touches the junction of the other side.
  • Such peripheral support may be formed through press burring, etc. together after the formation of the coupling hole or when the coupling hole is formed.
  • the sheet-like gasket 10 is attached to the cover 30 or case 20 having such a structure, and assembly between the battery case 20 and the cover 30 is performed.
  • the gasket 10 between the cover and the case is deformed to spread around the coupling hole by being compressed by the fastening force that tightens the fastening screw 40 against the press-fitting nut 21, and the coupling support part 30b is the battery case 20. to make contact around the fastening part. Due to the peripheral support portion 30b, the gasket 10 maintains an appropriate thickness or height and maintains adhesion to the surface of the case side joint portion and the cover side joint portion.
  • a junction part bent outwardly on the cover and the case is formed first, and a coupling hole is formed here to prevent external fluid such as influent water from entering directly into the inner space of the housing when passing through the coupling hole, and secondary
  • the gasket seals the area around the coupling hole and the assembly area, thereby preventing inflow of water into the battery pack housing and ensuring watertightness.
  • the corner part and the straight part of the side are separated, and the straight part is divided into several sections to form the gasket members 11 and 12. ) and combining them with each other using a clasp or the like to form the entire gasket, it is possible to form gaskets corresponding to various sizes and specifications at a relatively low mold cost.
  • the sheet type gasket 50 punched out is used, and the assembly part of the battery pack case and the cover has a flange shape on the outer edge as in the first embodiment.
  • a case-side bonding portion 60a and a cover-side bonding portion 70a are provided.
  • a welding bolt or welding stud 61 having a predetermined step height from the bonding surface is welded to the case-side bonding portion at a predetermined distance.
  • a coupling hole is formed and arranged at a predetermined distance from the flange-type cover side joint 70a of the battery pack cover, and the coupling hole is installed at an alignment position that can be coupled to a welding stud when assembling the case and the cover.
  • the sheet-type gasket 50 is first attached to the case-side bonding surface, and the fastening nut 80 is fastened over the coupling hole in a state where the cover coupling hole is penetrated by a welding stud in order to assemble it with the battery pack cover.
  • the sheet gasket 50 is formed such that the cover-side bonding portion 70a and the case-side bonding portion 60a correspond to the shape of the rim or the bonding portion of the housing assembly in which they abut with the sheet-like gasket 50 interposed therebetween, and the gasket member 51 , 52) are formed in succession, but the connecting portion 52a of the gasket member connected to the female/male form or by a locking protrusion is positioned.
  • the gasket between the cover and the case is compressed by the fastening force between the fastening nut and the welding stud and spreads so as to be in close contact with the outside of the welding stud step (head portion), and the upper portion of the step portion of the welding stud 61 as seen in FIG. Make sure that the surface abuts against the cover-side contact part around the cover-side coupling hole. Due to this step, the gasket maintains an appropriate thickness or height.
  • the assembly structure of this embodiment 2 has a substantially similar structure as a whole except for using the welding stud 61 instead of the fastening screw 40 of the first embodiment, and thus the action and effect for sealing are also similar.
  • the gasket members 51 and 52 are formed by dividing the short side, the corner part, and the long side straight part while forming a rectangle like the edge of the assembly part of the housing.
  • Embodiment 3 uses a liquid gasket 90, and the case 110 of the battery pack housing is provided with a flange-shaped case-side junction outside the rim of the assembly part, A coupling hole (110a) is formed at a predetermined distance in this joint portion, and a rivet nut (111) forming a closed curved surface that is not penetrated is assembled in the coupling hole (110a).
  • a coupling hole (100a) is also provided at a predetermined distance from the cover side bonding portion configured in the form of a flange, in contact with the case side bonding portion of the cover 100, and this coupling hole is also formed at a position aligned with the case side bonding hole.
  • the liquid gasket 90 is applied to the coupling hole 100a and the bonding portion of the cover 100 using an application device, but the coating is applied in a path that goes around the inside of the coupling hole 100a and then cured.
  • the hardened liquid gasket 90 is compressed by the fastening force between the fastening screw and the rivet nut, and is sealed while spreading around the application path.
  • the assembly structure of this embodiment 3 primarily uses the rivet nut 111 that does not penetrate into the fastening part, so that water does not flow into the battery pack housing by using the gap space between the fastening screw and the coupling groove, and secondary As a result, the liquid gasket 90 seals around the coupling hole 100a and the assembly area to prevent water from flowing into the battery pack housing to secure watertightness.
  • Liquid-type gaskets can also be used by selecting materials that are excellent in environmental factors such as heat resistance and cold resistance, mechanical hardness, compression ratio, and restoring force.
  • the liquid gasket may be cured within a few minutes after application to the sealing portion, and may be applied by mixing a precursor that forms an appropriate hardness with a curing material.

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Abstract

차량에 전원공급을 하는 배터리 모듈, 배선 및 조절회로를 포함할 수 있도록 상부가 입구로 개방된 용기형 케이스와, 케이스의 개방된 상부를 덮는 커버를 구비하는 전기자동차용 배터리팩 하우징에 있어서, 케이스의 개방된 상부에는 플랜지형 케이스측 접합부가 구비되고, 커버의 하부에는 케이스측 접합부에 대향하는 플랜지형 커버측 접합부가 구비되고, 케이스측 접합부와 커버측 접합부는 결합홀이 형성되어 체결나사로 체결될 수 있고, 케이스측 접합부와 커버측 접합부 사이에는 적어도 체결나사 내측으로 주회하여 입구를 포괄하는 폐곡선을 형성하는 영역에 실링부재가 설치되어 케이스와 커버 사이의 수밀을 이루는 전기자동차용 배터리팩 하우징이 개시된다.

Description

전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징
본 발명은 전기자동차용 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차용 배터리팩에 있어서 케이스와 커버 사이로 외부에서 내부로 물이 유입되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있는 구성을 가지는 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징에 관한 것이다.
자동차 배기가스에 대한 국제 환경규제 강화, 석유의 고갈 가능성, 고유가 지속 등으로 세계 자동차시장은 내연기관 자동차에서 전기자동차로 눈을 돌리고 있다. 특히 순수 전기자동차(EV)는 효과적인 글로벌 온실가스 감축수단이자, 지속가능한 환경을 위한 유력한 대안으로 부상하고 있다. 한편, 연료비 상승에 대한 부담으로 저가 연료 자동차에 대한 소비자들의 선호가 높아짐에 따라 전기 자동차(EV) 및 하이브리드자동차(HEV)등에 대한 판매가 대폭 증가하고 있다. 이에 따라 선진국들은 전기 자동차 보급 정책을 강력하게 추진하고 있다.
따라서 전기자동차를 운영하기 위한 핵심 부품인 배터리의 용량과 효율은 전기자동차의 가장 중요한 관건이 되고, 성능에 따른 주행 가능 거리가 큰 이슈가 되고 있으며, 이로 인해 자동차 제조 회사 및 소비자의 배터리에 대한 관심이 높아지고 있다.
종래 차량 전장용 배터리는 주로 납축전지가 사용되었지만 차량의 동력원으로 사용하기에 납축전지는 무게 및 부피 대비 축적 가능한 전기량, 즉 충전용량이 낮아 전기자동차용 배터리로는 무게 대비 충전용량을 높일 수 있는 리튬 계열의 배터리가 주로 사용되고 있다.
배터리는 기본적으로 화학적 에너지를 전기 에너지와 호환시킬 수 있도록 이루어진 장치이며, 차량의 특성상 충전과 방전이 함께 이루어질 수 있는 이차전지의 사용이 기본적인 전제가 되고 있다.
전기 자동차에 많이 사용되는 리튬 이온 배터리는 안정적인 용량 확보를 위해 다수의 배터리 셀 유닛이 서로 밀접하게 결합되어 모듈 형태를 이루고, 복수의 모듈이 결합되어 충분한 용량을 가지는 배터리팩을 이루게 된다.
그런데, 전기자동차용 배터리팩에서는 다수의 배터리 셀들로 이루어진 복수의 배터리 모듈을 포함하면서 이들을 안정적으로 수용하고 기계적으로 보호하기 위해 하우징이 사용된다. 이런 하우징은 따라서 상당히 높은 수준의 강성이 요구된다.
그리고 전기기기의 특성상 전기자동차용 배터리의 침수가 이루어지면 수많은 단자들 사이의 단락 등에 의해 이상 전류가 흐르면서 배터리팩을 이루는 다수의 전기적 구성요소의 고장이나 기능 저하가 이루어질 수 있고, 경우에 따라 복구하기 어려운 구성요소의 훼손, 열화를 초래할 수 있다.
또한, 하우징 내로 유입되는 물의 양이 적어 단락 등의 전기적 문제를 일으키지 않더라도 내부의 녹과 같은 부식이 발생하여 기능이나 내구성에 나쁜 영향을 줄 수 있다.
특히 전기자동차용 배터리팩은 무거운 무게로 인하여 차량 무게중심을 낮게 유지할 목적으로 전기자동차의 하부에 낮게 설치되는 경우가 많고, 배터리팩에서 하우징 내에 복수의 배터리 모듈이 설치되는 경우, 배터리 모듈의 전기적 단자를 배터리팩 하우징 외부로 연결하기 위하여 배선이 통과할 통로가 필요하고, 내부의 배터리 가동중에 발생하는 열을 배출하기 위해 냉각수단의 열매체가 하우징 안팍을 배관을 통해 드나드는 경우가 많고, 하우징의 용기형 케이스 내에 모듈 등을 설치하기 위해 상부 커버나 측면 커버를 탈착해야할 필요성이 큰데 이런 결합부가 체결된 상태에서도 공기나 물의 유입을 방지할만큼 누수, 기밀을 유지하는 것은 쉽지 않다.
따라서 전기자동차 하부가 부분적으로 침수될 경우, 그 하부에 탑재된 배터리도 비록 배터리팩이 하우징으로 덮여 내부의 모듈이나 회로 장치, 배선 단자 등이 외부에 노출되지 않아도 하우징 내로 물이 유입되어 배터리 침수로 이어질 확률이 크게 된다는 문제가 있다.
그리고, 이런 문제를 해결하기 위해, 배터리 팩에서 하우징을 통한 물의 유입과 그로 인한 배터리 침수를 막기 위해 하우징에서 외부와의 연결을 위한 배선이나 매체 물질의 통로가 형성된 부분, 배터리팩 커버와 용기형 케이스 본체가 결합되는 부분에 실링재를 배치하여 침수를 막는 경우가 있지만, 이런 경우에도 실링재가 해당 부위에 특화되어 규격이나 형태에 한정이 커서 제작 비용 측면에서 어려움이 있고, 침수를 막기 위한 실링재가 그 설치된 부분에 접착되는 등 영구적 밀봉, 밀폐를 담당하면서 만약 이런 부분을 개방할 필요가 있을 때에는 실링재를 파괴하면서 이들 부위를 개방해야 하고, 개방의 목적을 달성하면 다시 실링을 위해 실링재를 배치하는 작업을 해야하는 번거로움이 있었다.
좀 더 상세히 설명하면, 실링재를 위해 고무 재질의 소재를 이용하여 사출공법으로 전용 개스킷을 준비하고 하우징 구조에서도 이를 수용할 수 있는 홈과 같은 형상을 구현하여 밀폐하는 방법을 채택할 수 있다. 하우징 조립부에 도포가 가능한 실링용액 등으로 도포를 하는 방식도 있을 수 있다.
배터리팩 하우징의 실링을 위해 별도의 개스킷 금형을 이용한 실링 구조는 그 방법자체가 해당 하우징 형상에 맞춰진 전용 구조로 설계되기 때문에 충분한 방수성능을 보장할 수는 있으나 초기 금형 투자 비용과 타 제품과의 호환성, 제조비용 등의 문제가 고려되어야 한다.
하우징 조립부에 실링을 위해 실링용액 등을 도포하는 방식은 개스킷 형태의 유지 조건이 요구되며, 장기간 방치 시에도 방수가 유지되는 조건과 주위 온도에 대한 내열성, 내한성이 유리한 소재 선정이 필요하다.
또한, 일반적인 실링용액들은 접착력을 가지고 하우징 부재에 부착되는 형태인데, 방수효과는 우수한 편이나 재조립 및 유지보수 측면에서 조립부를 파손하거나 제거 후 재 도포하는 문제 등이 있다.
본 발명은 전기 자동차용 배터리팩에서 하우징 내로 물이 유입되고 전기적 장치, 부품이 침수되어 단락 등으로 배터리가 훼손되거나 기능 문제를 가져오거나, 내부 부식이 발생하는 것을 억제, 방지할 수 있는 구성을 가지는 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 배터리팩에서 내부로 물이 유입되는 것을 방지하는 구성 요소가 설치된 부분이 유지, 보수 등을 위해 개방되는 경우에도 자체가 파손되지 않고 재설치 및 재사용이 가능한 구성을 가지는 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징은,
차량에 전원공급을 하는 리튬이온 배터리 모듈, 배터리 모듈로부터 전기를 송전하기 위한 배선, 배터리 제어에 필요한 전기 장치 및 조절회로를 내부에 포함할 수 있도록 상부가 입구로 개방된 용기 형태로 이루어지는 케이스와,
이런 케이스의 개방된 상부를 외측에서 덮도록 이루어진 커버를 구비하여 이루어지는 전기자동차용 배터리팩 하우징에 있어서,
케이스의 개방된 상부에는 외측으로 절곡 연장된 플랜지 형태를 이루는 케이스측 접합부가 구비되고, 커버의 하부에는 케이스측 접합부에 대향하도록 외측으로 절곡 연장된 플랜지 형태를 이루는 커버측 접합부가 구비되고,
케이스측 접합부와 커버측 접합부 가운데 적어도 일 측에는 결합홀이 복수개소에 설치되되 체결나사에 의해 체결가능하도록 이루어지고, 케이스측 접합부와 커버측 접합부가 마주보는 결합면에는 적어도 체결나사 내측으로 주회하여 입구를 포괄하는 폐곡선을 형성하는 영역을 포함하는 영역에 실링부재가 설치되어
접합부들 사이의 틈새 및 결합홀과 체결나사 사이로 유입되는 물 혹은 기타유체를 차단하도록 이루어진다.
본 발명에서 실링부재는 공기에 노출된 부분은 건조되거나 경화되어 고체화되고, 접합부와의 접촉면은 접착력을 가지게 되는 접착형이거나 접착력을 가지지 않는 비접착형인 것으로 액상 도포를 통해 이루어지는 액상형 개스킷일 수 있다.
본 발명에서 실링부재는 결합홀 위치에 정렬될 수 있는 관통홀이 형성된 고체 시트형 개스킷일 수 있다. 이때 고체 시트형 실링부재는 구간별로 설치되는 복수 부분을 걸림턱구조를 이용한 연결부(결합부)로 상호 체결하여 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명에서 일측 접합부의 결합홀 주변부는 위로 혹은 아래로 절곡된 상태로 다른 측 접합부와 닿아 두 접합부 사이에 틈새 공간을 확보하도록 이루어지고, 실링부재인 개스킷은 이 틈새 공간에 채워져 결합홀 주변에서 케이스 내측으로의 유입수 등의 유체 이동을 방지하도록 설치될 수 있다.
본 발명에서 결합홀과 체결나사로 이루어지는 체결부에서 결합홀과 체결나사 사이의 틈새로 유체 유입이 이루어지는 것을 방지하기 위해 체결나사 머리와 그에 인접한 접합부 사이에서 나사체결시 나사에 밀착되는 패킹와셔가 설치될 수 있고, 이와 함께 혹은 별도로 나사 끝단을 폐곡면으로 감싸는 너트 역할을 하면서 나사체결시 압력에 의해 나사에 밀착되거나 끝단이 접합부면에 밀착되는 패킹너트가 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면 전기 자동차용 배터리팩에서 케이스 혹은 하우징 내로 물이 유입되고 전기적 장치, 부품이 침수되어 단락 등으로 배터리가 훼손되거나 기능 문제를 가져오거나, 내부 부식이 발생하는 것을 억제, 방지할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리팩에서 내부로 물이 유입되는 것을 방지하는 구성 요소가 설치된 부분이 유지, 보수 등을 위해 개방되는 경우에도 자체가 파손되지 않고 재설치 및 재사용이 가능하여 간단하고 용이한 유지 보수가 가능할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 배터리팩 하우징의 분해 사시도,
도2는 도1에 도시한 배터리 커버의 분해 사시도,
도3은 도1에 도시한 배터리 커버와 개스킷 연결부를 부분적으로 나타내는 배면도,
도4는 도1에 도시한 배터리팩 하우징의 실링 조립부 횡단면도,
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 배터리팩 하우징의 분해 사시도,
도6은 도5에 도시한 배터리 케이스 및 개스킷의 분해 사시도,
도7은 도5에 도시한 배터리 커버와 개스킷 연결부를 부분적으로 나타내는 배면도,
도8은 도5에 도시한 배터리팩 하우징의 실링 조립부 횡단면도,
도9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 제3 배터리팩 하우징의 분해 사시도,
도10은 도9에 도시한 배터리 커버의 개스킷 도포 상태를 나타내는 배면도,
도11은 도9에 도시한 배터리팩 하우징의 실링 조립부 횡단면도이다.
전기자동차용 배터리팩은 개략적으로 볼 때 복수의 배터리 모듈이 여러 형태로 배터리팩 하우징에 둘러싸여진 상태로 이루어지고, 배터리 모듈 및 전기장치 등을 내부에 포함하는 배터리팩 케이스, 배터리팩 케이스를 덮는 배터리팩 커버, 차량에 전력 전달과 통신을 가능하게 하는 각종 커넥터가 설치되는 커넥터 장착부 또는 모듈 커버를 포함하여 구성되며, 케이스와 커버 등 하우징을 이루는 요소의 서로 닿는 부분이 밀폐된 밀폐형 하우징의 경우, 하우징 안에 배터리 내압 발생시 압력 해제를 위한 벤트 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
밀폐형 하우징의 경우 하우징의 구성 요소들 사이에는 수밀성이 확보되어야 하므로 실링을 위한 각종 개스킷 부재를 적용하거나 수밀에 적합한 기성부품이 채택되어 사용될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하면서 3가지의 구체적 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
(실시예 1)
도1 내지 도4를 참조하여 설명하면, 먼저 실시예 1에는 실링소재가 내열성, 내한성 등의 환경적 요인과 기계적인 경도가 우수한 재질로 이루어지며 발포되어 적정 두께 가진 고체 시트형 개스킷(10)으로 이루어진다. 이 시트형 개스킷에는 일정 거리를 가지고 서로 이격 배열된 관통홀(12a)이 설치된다.
여기서 시트형 개스킷(10)은 커버측 접합부(30a)와 케이스측 접합부(20a)가 이 시트형 개스킷(10)을 개재한 채 맞닿는 하우징 조립부의 테두리 형상 혹은 접합부 형상과 대응되도록 형성하고, 개스킷 부재(11, 12)를 이어서 형성하되 적정 거리마다 암/수 형태로 연결되는 개스킷 부재의 연결부(11a)가 위치하도록 한다. 이러한 형상가공은 목형 또는 금형 타발가공으로 재단을 실시하여 원재료의 잔여분이 발생되지 않도록 최적화한 형상으로 구현할 수 있다.
배터리 케이스(20)의 케이스측 접합부(20a)는 테두리에서 외측으로 절곡된 플랜지 형태로 구성하며, 일정 거리를 두고 배열되는 결합홀(20b)에는 체결 가능한 부재, 여기서는 압입너트(21)가 함께 결합된다.
배터리팩의 커버(30)의 커버측 접합부(30a)는 케이스측 접합부(20a)와 대응되는 형상의 플랜지 형태로 구성하며, 일정 거리를 두고 배열되어 케이스측 결합홀에 정렬될 수 있는 결합홀을 가진다.
여기서 시트형 개스킷(10)은 케이스측 접합부 및 커버측 접합부와 밀착력을 가지기 위해 자체 탄성이나 신축성이 있는 발포성 재질로 형성하는 것이 가능하고, 조립부를 나사로 죄어 결합할 때 압력에 의해 지나치게 압축되면서 일부 찢어지거나 원래대로 복원되기 어렵게 변형되는 것은 밀폐성을 떨어뜨리는 결과를 가져올 수 있으므로 케이스측 접합부와 커버측 접합부 사이는 소정 크기의 공간이 확보될 필요가 있다.
따라서 여기서는 배터리팩의 케이스(20) 및 커버(30) 중 일측의 접합부에 공간 유지가 가능하도록 결합홀 주변부를 절곡하여 위로 혹은 아래로 변형시켜 그 끝단이 다른 측의 접합부에 닿도록 주변 지지부(30b)를 형성한다. 이런 주변 지지부는 결합홀 형성 후에 혹은 결합홀 형성시에 함께 프레스 버링 가공 등을 통해 형성할 수 있다.
이러한 구조가 형성된 커버(30) 또는 케이스(20)에 시트형 개스킷(10)을 부착하고 배터리 케이스(20)와 커버(30) 사이의 조립을 실시한다. 커버와 케이스 사이의 개스킷(10)은 체결나사(40)를 압입너트(21)에 대해 죄는 체결력에 의해 압착이 되어 결합홀 주위에 퍼지도록 변형되고, 결합 지지부(30b)가 배터리 케이스(20)에 체결부위 주위로 맞닿도록 한다. 이 주변 지지부(30b)로 인해 개스킷(10)은 적정 두께 혹은 높이를 유지하고 케이스측 접합부 및 커버측 접합부 표면과 밀착력을 유지하게 된다.
이러한 실시예 구성에서는 1차적으로 커버 및 케이스에 외측으로 절곡된 접합부를 형성하고 여기에 결합홀을 형성하여 결합홀을 관통할 때 직접 하우징 내부 공간으로 유입수 등 외부 유체가 들어올 수 없도록 하고, 2차적으로 개스킷이 결합홀 주위와 조립부 영역을 실링할 수 있도록 하여 배터리팩 하우징 내부로 유입수가 유입되지 않도록 하여 수밀성을 확보할 수 있다.
특히, 개스킷을 형성할 때 도2에 도시된 것과 같이 하우징의 조립부의 태두리와 같은 직사각형으로 형성하면서 모서리 부분과 변의 직선 부분을 구분하고, 직선 부분을 몇 개의 구간으로 나누어 캐스킷 부재(11, 12)를 형성하고 이들을 서로 걸림턱 등을 이용하여 결합시켜 전체 개스킷을 형성하도록 함으로써 여러 사이즈 및 규격에 대응하는 개스킷을 비교적 저렴한 몰드 비용으로 형성하는 것이 가능하게 된다.
(실시예 2)
도5 내지 도8을 참조하여 실시예 2를 설명하면, 여기서는 타발가공된 시트형 개스킷(50)을 이용하며, 배터리팩 케이스와 커버의 조립부에는 실시예 1과 같이 외측면 테두리에 플랜지 형태로 구성된 케이스측 접합부(60a)와 커버측 접합부(70a)가 구비된다.
케이스측 접합부에는 일정 거리를 두고 접합면에서 일정 단차 높이를 가진 용접볼트 혹은 용접 스터드(61)가 용접되어 있다. 배터리팩 커버의 플랜지 형태의 커버측 접합부(70a)에는 일정 거리를 두고 결합홀이 형성, 배열되고, 이 결합홀은 케이스와 커버 조립시 용접 스터드에 결합될 수 있는 정렬 위치에 설치된다.
시트형 개스킷(50)을 케이스측 접합면에 먼저 부착하고 배터리팩 커버와 조립을 하기 위해 용접 스터드로 커버 결합홀이 관통된 상태에서 결합홀 위로 체결너트(80)가 체결된다.
여기서도 시트형 개스킷(50)은 커버측 접합부(70a)와 케이스측 접합부(60a)가 이 시트형 개스킷(50)을 개재한 채 맞닿는 하우징 조립부의 테두리 형상 혹은 접합부 형상과 대응되도록 형성하고, 개스킷 부재(51, 52)를 이어서 형성하되 암/수 형태로 혹은 걸림턱으로 연결되는 개스킷 부재의 연결부(52a)가 위치하도록 한다.
커버와 케이스 사이의 개스킷은 체결너트와 용접 스터드 사이의 체결력에 의해 압착이 되어 용접 스터드 단차부(해드부) 외측에 밀착되도록 퍼지고, 도8을 기준으로 볼 때 용접 스터드(61)의 단차부의 상부면이 커버측 결합홀 주위에서 커버측 접함부와 맞닿도록 한다. 이 단차부로 인해 개스킷은 적정 두께 혹은 높이를 유지하게 된다.
이러한 실시예 2의 조립구조는 실시예 1의 체결나사(40) 대신 용접 스터드(61)를 사용하는 것 외에는 전체적으로 볼 때 실질적으로 비슷한 구조를 가지고, 그에 따른 밀폐를 위한 작용, 효과도 비슷한 것으로 볼 수 있다.
그리고, 여기서도 개스킷을 형성할 때 도6에 도시된 것과 같이 하우징의 조립부의 태두리와 같은 직사각형으로 형성하면서 단변 및 모서리 부분과 장변의 직선 부분을 구분하여 캐스킷 부재(51, 52)를 형성하고 이들을 서로 결합시켜 전체 개스킷을 형성하도록 함으로써 여러 사이즈 및 규격에 대응하는 개스킷을 비교적 저렴한 몰드 비용으로 형성하는 것이 가능하게 된다.
(실시예 3)
도9 내지 도11을 참조하여 설명하면, 실시예 3의 구성은 액상형 개스킷(90)을 이용하는 것으로서, 배터리팩 하우징의 케이스(110)는 조립부 테두리 외측으로 플랜지 형태의 케이스측 접합부를 구비하고, 이 접합부에는 일정 거리를 두고 결합홀(110a)이 형성되고, 이 결합홀에는 관통되지 않은 폐곡면을 이루는 리벳너트(111)가 조립되어 있다. 커버(100)의 케이스측 접합부와 맞닿는, 플랜지 형태로 구성된 커버측 접합부에도 일정 거리를 두고 결합홀(100a)이 설치되며, 이 결합홀도 케이스측 결합홀과 서로 정렬되는 위치에 형성한다.
커버(100)의 결합홀(100a) 및 접합부 면에 액상형 개스킷(90)을 도포 장비를 이용하여 도포하되 결합홀(100a) 내측 주위를 주회하는 경로로 도포를 실시 후 경화되도록 한다. 개스킷이 설치된 커버(100)와 케이스(110)를 체결나사(120)를 이용해 조립하면 경화된 액상형 개스킷(90)은 체결나사와 리벳너트 사이의 체결력에 의해 압착이 되어 도포 경로 주변으로 퍼지면서 실링을 유지하게 된다.
이러한 실시예 3의 조립구조는 1차적으로 체결부위에 관통되지 않은 리벳너트(111)를 사용하므로서 배터리팩 하우징 내부로 체결나사와 결합홈의 틈새 공간을 이용하여 물의 유입이 되지 않도록 하고, 2차적으로 액상형 개스킷(90)이 결합홀 (100a)주위와 조립부 영역 실링할 수 있도록 하여 배터리팩 하우징 내부로 물이 유입되지 않도록 하여 수밀성을 확보한다.
액상형 개스킷도 내열성, 내한성 등의 환경적 요인과 기계적인 경도, 압착률 및 복원력이 우수한 재질의 것을 선택하여 사용할 수 있다. 가령, 액상형 개스킷은 실링부위에 도포 후 수분 내에 경화되고, 적정 경도를 형성하는 전구체를 경화재와 섞어 도포를 실시할 수 있다.
이런 액상형 개스킷은 경화, 건조에 의해 접합부와의 접촉면이 공기 중에 노출될 때 접착력이 상쇄되어 비접착면을 이루면서, 이후 모듈 교체나 하우징 내부 수선을 위해 커버와 케이스를 분리할 때 캐스킷을 파괴할 필요가 없으며, 재조립할 때에도 기존 개스킷을 이용할 수 있어서 액상형 캐스킷을 재형성하는 부담을 없앨 수 있다.
이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다.
따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 차량에 전원공급을 하는 리튬이온 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈로부터 전기를 송전하기 위한 배선, 배터리 제어에 필요한 전기 장치 및 조절회로를 내부에 포함할 수 있도록 상부가 개방된 용기 형태로 이루어지는 케이스와, 상기 케이스 본체의 개방된 상부를 외측에서 덮도록 이루어진 커버를 구비하여 이루어지는 전기자동차용 배터리팩 하우징에 있어서,
    상기 케이스의 입구로 개방된 상부에는 외측으로 절곡 연장된 플랜지 형태를 이루는 케이스측 접합부가 구비되고, 상기 커버의 하부에는 상기 케이스측 접합부에 대향하도록 외측으로 절곡 연장된 플랜지 형태를 이루는 커버측 접합부가 구비되고,
    상기 케이스측 접합부와 상기 커버측 접합부의 적어도 일 측에는 결합홀이 나사결합이 가능하도록 복수 개소에 결합홀이 설치되고,
    상기 케이스측 접합부와 상기 커버측 접합부의 마주보는 결합면에는 적어도 상기 체결나사 내측으로 주회하여 상기 입구의 테두리를 포괄하는 폐곡선을 형성하는 영역을 포함하는 영역에 실링부재가 설치되어 상기 케이스측 접합부와 상기 커버측 접합부 사이의 틈새와, 상기 결합홀 및 상기 체결나사 사이의 틈새로 외부에서 유입되는 유체를 차단하도록 이루어지는 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부재는 공기에 노출된 부분은 건조되거나 경화되어 고체화되고, 상기 커버측 접합부나 상기 케이스측 접합부와의 접촉면은 비접착형이며, 액상형 개스킷 도포를 통해 이루어지는 것임을 특징으로 하는 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부재는 상기 결합홀 위치에 관통홀이 형성된 고체 시트형 개스킷인 것을 특징으로 하는 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고체 시트형 개스킷은 구간별로 설치되는 복수 부분을 암수 구조 혹은 걸림턱 구조를 이용하여 상호 체결하여 폐곡선 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 커버측 접합부나 상기 케이스측 접합부 가운데 일 측의 결합홀은 상대 측으로 절곡되어 상대측에 닿도록 이루어짐으로써 상기 커버측 접합부와 상기 케이스측 접합부 사이의 틈새 공간을 확보하도록 이루어지고,
    상기 고체 시트형 개스킷은 상기 틈새 공간을 채워 상기 결합홀 주변에서 상기 하우징의 내측 공간으로의 유체 유입을 막는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 커버측 접합부나 상기 케이스측 접합부 가운데 일 측에는 단차부 혹은 해드부를 가진 체결나사가 고정되고, 타 측에 형성된 결합홀을 관통하여 너트에 체결되고,
    상기 고체 시트형 개스킷은 상기 단차부에 의해 상기 커버측 접합부와 상기 케이스측 접합부 사이에 확보된 틈새 공간에 끼워져 상기 결합홀 주변에서 상기 하우징의 내측 공간으로의 유체 유입을 막는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 체결나사의 끝단에는 관통되지 않은 폐곡면을 이루는 리벳너트(111)가 체결되어 상기 리벳너트의 일단이 상기 케이스측 접합부 혹은 상기 커버측 접합부와 수밀성 밀착을 이루거나, 혹은 상기 체결나사와 상기 리벳너트 사이의 압착으로 수밀성 밀착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 밀폐형 배터리팩 하우징.
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