JP2022540234A - 自動車用アンダーボディ - Google Patents

Abstract

車体フレームの下部に締結され、電池モジュールを収容し、かつ下方面が開放された構造の受容部を含むトレイ部材、および上記受容部の開放された下方面を覆うカバー部材を含み、上記カバー部材は冷媒が流体移動する流路を含む自動車用アンダーボディに関するものであって、電池モジュールを収納するためのスペースを十分に確保可能であり、自動車製作後に電池トレイを別途に組立てる工程を省略することができ、収容された電池モジュールに対する効果的な冷却が可能である。

Description

本出願は、２０１９年０８月０７日付の韓国特許出願第１０－２０１９－００９６００６号に基づく優先権の利益を主張し、その韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。

本発明は、自動車用アンダーボディに関するものであって、詳細には、車体フレームの下部に直接締結され、内部に電池モジュールの収容が可能なアンダーボディに関するものである。

化石燃料の枯渇によるエネルギー源の価格が上昇し、環境汚染に対する関心が増して、環境にやさしい代替エネルギー源に対する要求が増加する。特に、化石燃料を使用する既存の自動車は、公害物質を排出して、それは環境汚染の主な原因として作用する。

最近では、環境汚染を低減し得る環境にやさしい自動車が、既存の化石燃料のみを用いる自動車に代わる手段として注目されている。環境にやさしい自動車は、ハイブリッド或いは電気自動車のように、二次電池を通じて駆動力を得る場合を含む。

ハイブリッド或いは電気自動車は、多数の二次電池を含む電池パックあるいは電池モジュールが車体に装着された構造である。自動車の運行距離ないし動力を増加させるためには、比較的に大容量の電池パックが要求される。しかし、大容量の電池モジュールを車体に装着させるためには、十分な搭載スペースが要求されるという問題がある。

特許文献１には、電池パックが装着され得る電気自動車用アンダーボディが開示されている。上記文献においては、車両のサイドシルインナーパネルとサイドシルアウターパネルで構成される両側サイドシルの間に、センターフロアパネルが組立てられ、上記サイドシルの内部に装着されるマウンティング部材によって上記センターフロアパネルの下部に電池パックの収容スペースを確保する。しかし、上記文献によっても、自動車の出荷後に、必要に応じて二次電池を全部または一部交替する過程が容易ではない。

また、特許文献２では、電気自動車用のフロアパネル組立体を開示する。しかし、上記文献では、電池モジュールを空冷方式で冷却する内容を開示しており、このような冷却方法は、自動車の運行時に電池モジュールの温度を効果的に下げないという限界がある。また、上記文献のように空冷式の冷却方式を採用する場合には、空気流路を形成するための別途のスペースが要求される。

韓国公開特許第１０－２０１９－００２９９５４号 韓国登録特許第１０－１５６５９８０号

本発明は、上記のような問題点を解決するために創案されたものであって、電池モジュールを車体フレームに直接締結することができる自動車用アンダーボディを提供することを目的とする。

本発明に係る自動車用アンダーボディは、
車体フレームの下部に締結され、電池モジュールを収容し、かつ下方面が開放された構造の受容部を含むトレイ部材、及び上記受容部の開放された下方面を覆うカバー部材を含み、上記カバー部材は冷媒が流体移動する流路を含む。

本発明の一実施形態によると、上記カバー部材は板状パネルの一面または両面に凹凸が形成された構造であり、カバー部材の凹凸は、板状パネルの表面に、流路に沿って突出部または陥入部が形成された形態である。

本発明の一実施形態によると、上記突出部または陥入部は、一定の間隔をおいて配列され、同一平面上で屈曲された領域を含む。

本発明の一実施形態によると、上記突出部または陥入部は、一定の間隔をおいて配列され、一方向に配向されたパターン化された領域を含む。

本発明の一実施形態によると、上記カバー部材は、冷媒が流体移動する流路が内部に形成された冷却層、および上記冷却層の下方面を保護するカバー層を含む。

また、本発明の一実施形態によると、上記カバー部材において、上記冷却層およびカバー層は、凹凸が形成された構造であり、上記冷却層の凹凸は、板状パネルの表面に流路に沿って突出部が形成された形態であり、
上記カバー層の凹凸は、板状パネルの表面に、冷却層の突出部に対応するように陥入部が形成された形であり、上記冷却層およびカバー層は、冷却層の突出部がカバー層の陥入部に挿入されて密着される構造を含む。

本発明の一実施形態によると、上記冷却層は金属素材で形成され、上記カバー層はプラスチック素材で形成される。

本発明の一実施形態によると、上記冷却層とカバー層との間に介在された振動防止層をさらに含む。上記振動防止層は、不織布などの繊維層、あるいは樹脂の発泡層に形成されることができる。

本発明の一実施形態によると、上記カバー部材は、単一層の板状パネルの構造であり、流路が板状パネルの一面に形成されるか板状パネルの内部に陥入された形態である。

本発明の一実施形態によると、上記カバー部材は、上記受容部の開放された面の一部または全部を開閉する領域を含む。

本発明の一実施形態によると、上記受容部は、収容される電池モジュールの側面を囲む外壁部材、および上記受容部の内部を多数の区画に分割する隔壁部材を含む。

本発明の一実施形態によると、上記受容部は、収納される電池モジュールの側面を囲む外壁部材、および上記受容部の内部を多数の区画に分割する隔壁部材を含み、各分画領域は、個別の電池モジュールが収納される構造である。

本発明の一実施形態によると、上記外壁部材は、平面上の断面構造を基準として、四面が包まれた四角い構造を形成し、かつ自動車の前後方向と垂直に配列される第１前後方向及び第２前後方向の外壁部材、および自動車の左右方向と垂直に配列される第１左右方向及び第２左右方向の外壁部材を含む。また、本発明の一実施形態において、上記第１左右方向及び第２左右方向の外壁部材のうちのいずれか一つ以上は、自動車の前後方向に位置変動が可能な構造である。

本発明の一実施形態によると、上記外壁部材は、平面上の断面構造を基準として、三面が包まれた構造を形成し、かつ自動車の前後方向と垂直に配列される第１前後方向及び第２前後方向の外壁部材、および自動車の左右方向と垂直に配列される第１左右方向の外壁部材を含む。また、本発明の一実施形態において、上記第１左右方向の外壁部材は、自動車の前後方向に位置変動が可能な構造である。

本発明の一実施形態によると、カバー部材は折り曲げられたパネルの形態であり、受容部の下方面と開放された一側面を覆う構造である。

また、本発明は、電池パックを提供する。そして、上記電池パックは、上記自動車用アンダーボディに電池モジュールが収容されたものであり得る。

また、本発明は、上記電池パックを含む自動車を提供する。そして、上記自動車は、ハイブリッド車または電気自動車であり得る。

本発明に係る自動車用アンダーボディは、電池モジュールを収容するためのスペースを十分に確保可能であり、自動車の製作後に電池トレイを別途に組立てる工程を省略することができ、収容された電池モジュールの効果的な冷却が可能である。

本発明の一実施形態に係る自動車用アンダーボディの結合構造を示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用アンダーボディのカバー部材を下側と上側から観察した模式図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用アンダーボディのカバー部材を下側と上側から観察した模式図である。 本発明の別の一実施形態に係る自動車用アンダーボディのカバー部材を観察した模式図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用アンダーボディのカバー部材の断面を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用アンダーボディのカバー部材の断面を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールの主な構成を示した模式図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用アンダーボディのトレイ部材を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用アンダーボディのトレイ部材に電池モジュールが装着された様子を示した模式図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用アンダーボディを示した図面である。

以下、添付された図面を参照して、本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。その前に、本明細書及び特許請求の範囲で使用された用語や単語は通常的であるか、あるいは辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者が彼自身の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義し得るという原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈されるべきである。

本明細書に記載された実施形態及び図面などに図示された構成は、本発明の具体的な一実施形態に過ぎないのみであり、本発明の技術的思想に何れも代弁するものではない。そのため、本出願時点においてこれらを代替し得る多様な均等物と変形例があり得ることを理解する必要がある。

また、本発明において、車体の長さ方向を「前後方向」と定義し、車体の幅方向を「左右方向」と定義し、車体の高さを「上下方向」と定義する。上記の長さ方向、幅方向および高さ方向は、一般的な自動車の形態を基準として定義される。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明は、自動車用アンダーボディに関するものであって、車体フレームの下部に締結され、電池モジュールを収容し、かつ下方面が開放された構造の受容部を含むトレイ部材、および上記受容部の開放された下方面を覆うカバー部材を含み、上記カバー部材は、冷媒が流体移動する流路を含む。

上記自動車用アンダーボディは、車体フレームの下部に直接締結される構造である。本発明において「直接締結」するというのは、締結のために別途の中間材あるいは部品を使用せずに締結することを意味する。例えば、上記アンダーボディは、車体フレームの下部に溶接あるいはボルト結合を通じて直接締結され得る。従来には、外部でトレイ部材内に電池モジュールが収容された電池パックを組み立て、組み立てられた電池パックを追加の組立工程を経て車体の下部に結合した。具体的に、従来には電池パックと自動車の製作が別途に行われ、製作が完了された自動車のアンダーボディの一面に組み立てられた電池パックを別途の工程で装着することになる。

このように、別途に製作された電池パックを車に装着する場合には、電池パックを車体に装着するための別途の固定部材を使用する。このような場合には、固定部材を装着するスペースが必要になり、部品の数および組立工程が増加することになる。また、電池モジュールを収容するための別途の電池パックカバーおよびトレイが要求されるので、スペース効率の低下および重量の増加を招く。特に、車体フレームと下部トレイとの間の剛性が重複され、堅牢な設計において非効率的であるという問題がある。

本発明は、電池モジュール受容部を含むアンダーボディを提供する。上記アンダーボディは、自動車を構成する車体の一要素である。具体的に、上記アンダーボディは、車体の底面を構成するとともに、電池モジュール受容部の一面を構成することになる。これにより、本発明は、部品の数および組立工程を減らし、スペース効率を向上させることができ、ロバストネスが重複されることを防止することになる。

本発明に係る自動車用アンダーボディは、トレイ部材及びカバー部材を含む。

一つの例において、上記カバー部材は板状パネルの一面または両面に凹凸が形成された構造である。カバー部材の凹凸は、板状パネルの表面に形成され、かつ流路に沿って突出部または陥入部が形成された構造である。上記カバー部材は、凹凸構造を形成することにより、剛性を高めるという効果がある。また、カバー部材の凹凸と電池モジュールの冷却のための流路の形状を一体化することにより、カバー部材の形成に必要な容積を最小限に抑えることができる。

一つの例において、上記突出部または陥入部は、一定の間隔をおいて配列され、同一平面上で屈曲された領域を含む。上記突出部または陥入部は、屈曲された領域を含むことにより、不特定あるいは幾方向に加わる衝撃に対する抵抗性を高めることができる。

また、別の例において、上記突出部または陥入部は、一定の間隔をおいて配列され、一方向に配向されたパターン化された領域を含む。上記突出部は、一方向に配向されたパターンを含むことにより、車体の剛性を高めるという効果がある。例えば、上記突出部または陥入部は、前後または幅方向に配向されたパターン化された領域を含み、この場合、突出部または陥入部のパターン方向と垂直に加わる力に対する抵抗力を高めることができる。

例えば、本発明に係るカバー部材の凹凸は、一方向に配向された凹凸構造が繰り返されるパターンを含み、それぞれの一方向に配向された凹凸の端部は、屈曲された形態の凹凸構造を通じて連結される形状であり得る。

これに関連して、図１は、本発明の一実施形態に係るアンダーボディの分解斜視図であり、アンダーボディの結合構造を示す。

図１を参照すると、本発明に係る自動車用アンダーボディは、車体フレームの下部に締結され、電池モジュールを収容するトレイ部材（３００）、上記トレイ部材（３００）の受容部に収容される電池モジュール（２１０）、トレイ部材（３００）の受容部を覆うカバー部材（１００）を含む。上記トレイ部材（３００）は、車体を基準として、自動車用アンダーボディの最上部に位置し、カバー部材（１００）が最下端部に位置する。

電池モジュール（２１０）の一面には、必要に応じて、複数の電装品（２３０）が装着される。上記電装品（２３０）は、上記電池モジュール（２１０）に隣接して装着されており、電池モジュール（２１０）の作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（電池管理システム（Battery Management System））と、上記電池モジュール（２１０）およびＢＭＳに隣接して装着されており、電池モジュール（２１０）の電気的な連結を制御するＢＤＵ（Battery Disconnect Unit）と、上記電池モジュール（２１０）およびＢＭＳの間に位置し、過電流遮断の機能を提供するヒューズと、上記電池モジュール（２１０）のモジュール端子に接続されて上記電池モジュール（２１０）を電気的に連結するバスバーと、上記電装品を電気的に連結するＬＶワイヤと、などを含む。

上記ＢＭＳには、電流センサまたはリレーなどの部品をさらに含むことができる。電流センサは電池パックの充放電電流をセンシングする構成要素であり、リレーは電池パックの充放電電流が流れる充放電経路を選択的に開閉するスイッチング部品として、ＢＭＳと情報をやりとりしながら制御され得る。

また、上記電池モジュール（２１０）とカバー部材（１００）との間には、ＴＩＭ（熱伝導材料（Thermal Interface Material））（２３１）が介在され得る。ＴＩＭ（２３１）は、熱伝導性に優れた物質を含み、サーマルパッドまたはレジンなどが使用され得る。ＴＩＭ（２３１）は、電池モジュール（２１０）とカバー部材（１００）との間の接触面の表面粗度に起因する空スペースを埋めてくれるので、これらの間の熱接触抵抗を低減してくれる機能をする。電池モジュール（２１０）で発生した熱が下部のカバー部材（１００）方向に迅速に排出されるようにする。

ＴＩＭ（２３１）は、電池モジュール（２１０）の一面およびカバー部材（１００）と直接接触され、トレイ部材（３００）内に収容された電池モジュール（２１０）の面積に相応する大きさであり得る。そして、ＴＩＭ（２３１）は、それぞれの電池モジュールごとに相応するように分離された構造であり得るが、これに限定されるものではない。

また、電池モジュール（２１０）は、トレイ部材（３００）に対して所定の方法によって締結され得る。例えば、マウンティングボルト（２２０）およびマウンティングナット（図示せず）を用いて機械的に締結される。上記電池モジュール（２１０）と電装品（２３０）を含んで電池パック（２００）として通称することができ、電池モジュール（２１０）を固定するマウンティングボルト（２２０）などをさらに含むことができる。

このように、本発明に係る自動車用アンダーボディは、電池モジュール（２１０）と、上記電池モジュール（２１０）の一面に装着された電装品（２３０）を含むことができる。また、上記トレイ部材（３００）は、従来電池モジュールの下部トレイと自動車のアンダーカバーの役割を同時に行うことになる。

本発明において、上記カバー部材は、冷媒が流体移動する流路を含む。

電池モジュールは、作動時に多くの熱を発生し、電池の性能を維持および安全のために、冷却が不可欠である。電池モジュールの冷却は、例えば、電池モジュールの一面に空気流路を形成するか、あるいは冷却板を付着して放熱を行う形態で実行可能である。しかし、空気流路を形成して電池モジュールの冷却を行う場合には、冷却板を用いて冷却を行う場合と比較して、冷却効率が低い。そして、特に、流路を形成するための別途の空間を確保しなければならないという問題がある。 電池モジュールの一面に冷却板を付着して電池モジュールの冷却を行う場合には、別途の冷却板を形成するためのスペースを必要とする。また、冷却板は電池モジュールよりも下部に位置しなければならない。冷却板が電池モジュールよりも上部に位置する場合、冷却板が損傷されると場合、冷却板から冷媒が漏れて電池の端子などと接触しながら短絡を引き起こす可能性があるからである。

それにより、本発明においては、冷媒が流体移動する流路をカバー部材に一体化することにより、冷却板の設置に起因する空間の無駄を最小限に抑え、車体を基準にして最下端部で冷却が行われるようにする。また、流路を含むカバー部材を形成することにより、上記カバー部材が電池モジュールの下部に配置し、これにより、電池モジュールの荷重によって電池モジュールと接触力が強化されて、冷却効率の向上が可能である。

一実施形態において、本発明のカバー部材は、内部に冷媒が流体移動する流路が形成された冷却層、および上記冷却層の下方面を保護するカバー層を含む。この場合、上記カバー部材において、上記冷却層およびカバー層は、凹凸が形成された構造であり、上記冷却層の凹凸は、板状パネルの表面に流路に沿って突出部が形成された形態であり、上記カバー層の凹凸は、板状パネルの表面に冷却層の突出部に対応するように陥入部が形成された形態である。また、上記冷却層およびカバー層は、冷却層の突出部がカバー層の陥入部に挿入されて密着される構造であり得る。前述したように、上記カバー部材は凹凸を形成して剛性を補完する構造である。本発明では、上記カバー部材の凹凸と流路の配列を一体化することにより、冷却効率およびスペース効率を同時に高めることができる。

上記カバー部材が冷却層とカバー層が積層された構造である場合、上記各層は、異種の素材で形成され得る。具体的に、上記冷却層は金属素材で形成され、上記カバー層はプラスチック素材で形成される。冷却層を形成する金属素材は、熱伝導性を有する金属素材であれば、特に制限されるものではないが、例えば、銅、アルミニウム、鉄、およびこれらの合金などから選択される１種以上であり得る。カバー層は、一定の水準以上の剛性を有するプラスチック素材であれば、特に制限されるものではないが、例えば、ＰＰ、ＰＥおよびＰＥＴのうち１種以上を含むプラスチック素材が使用可能であり、必要に応じて、層内に分散されたファイバなどを含むことができる。

本発明は、上記冷却層とカバー層との間に位置する振動防止層をさらに含むことができる。上記振動防止層は、自動車の運行時に車体の下部から上がってくる振動および騒音を遮断する役割を果たす。上記振動防止層は、例えば、不織布層、樹脂繊維層、樹脂層および発泡層のうち１種以上で形成され得る。

別の一実施形態において、上記カバー部材は、単一層の板状パネル構造であり、上記流路は、板状パネルの一面に形成されるか、あるいは板状パネルの内部に陥入された形態であり得る。流路が板状パネルの一面に形成された形態は、板状パネルの一面に流路が付着された場合である。この場合、流路は、流路の断面を基準として、カバー部材の表面に付着されるか、あるいはカバー部材の内部に部分陥入された形態であり、上記流路に沿ってカバー部材に突出部が形成される。流路が板状パネルの内部に陥入された形態は、カバー部材内に流路が陥入された場合である。この場合、流路は、流路の断面を基準として、カバー部材の内部に部分または全部が陥入され、上記流路に沿ってカバー部材の一面または両面に突出部が形成される。

本発明のカバー部材が単一層の板状パネルの構造である場合には、上記カバー部材は、金属素材で形成され得る。金属素材は、優れた熱伝導性を有する金属素材であれば、特に制限されるものではないが、例えば、銅、アルミニウム、鉄およびこれらの合金などから選択される１種以上であり得る。

また、上記カバー部材は、トレイ部材に形成された受容部の開放された面の一部または全部を開閉する領域を含むことができる。上記カバー部材は受容部の開放された面を覆う役割を果たし、必要時に開放が可能な構造である。電池モジュールを使用する過程において、修理または交替が必要な場合がある。このとき、上記カバー部材のみを分離することにより、電池モジュールの修理または交替が可能である。上記カバー部材は、トレイ部材に着脱可能となるように付着され、例えば、ボルト締結された構造である。

図２および図３はそれぞれ、本発明の一実施形態に係る自動車用アンダーボディのカバー部材を下側と上側から観察した模式図である。

図２は、カバー部材を下側から観察した模式図である。上記カバー部材（１００）は、板状パネル構造であり、流路が形成された構造であり、カバー部材（１００）の表面には、凹凸（１１１）が形成される。カバー部材（１００）の凹凸（１１１）のうち、特定の領域には、中間締結のための中央固定点（１１２）が形成され、上記カバー部材（１００）の縁部には、締結のためのボルト貫通ホール（１１３）が形成された構造である。

具体的に、カバー部材（１００）は、受容部の方面を覆う大きさの板状構造であり、カバー部材（１００）の外周辺には結合のためのボルト貫通ホール（１１３）が一定の間隔で離隔して形成されている。また、カバー部材（１００）の外周辺は外壁部材端部の凹凸形状に対応する形状の凹凸が形成され得る。カバー部材（１００）の外周辺および外壁部材の端部に凹凸が形成されることにより、カバー部材（１００）の外周辺と外壁部材の端部が凹凸によって正確に噛み合わせながらカバー部材（１００）と外壁部材との間の結合力を強化させ、カバー部材（１００）が、外部の振動または衝撃によって離脱することを防止し得る。

また、カバー部材（１００）の外部表面には、凹凸（１１１）が形成されている。上記凹凸（１１１）は、カバー部材（１００）の表面に形成され、流路に沿って陥入された形状である。凹凸（１１１）は、外部表面から電池モジュールと接触する方向に突出または陥入されている形状である。したがって、上記カバー部材（１００）は、多様な動作環境で、外部から印加される物理的な衝撃ないし応力について、電池モジュールをより効果的で安全に保護することができる。

また、上記カバー部材（１００）の一側面は、垂直に曲げられている。上記垂直に折り曲げられたカバー部材（１００）は、開放された一面および／または側面を覆うことができるようにする。このようにＬ字模様のカバー部材（１００）を使用することにより、トレイ部材の前後方向に位置する外壁部材の数を減少させることができる。また、上記カバー部材（１００）は、部品の数および組立工程を簡素化し、外部の衝撃に強い構造を形成し得る。

上記カバー部材（１００）の垂直に曲げられた一側面は、トレイ部材（３００）との結合面を形成するために、再び垂直に曲げられており、上記結合面には、車体フレームとボルト締結のためのホールが形成されている。上記垂直に折り曲げられた一側面の中央部分は、トレイ部材（３００）との結合力および剛性向上のために、外部に向かって突出している構造であり得、突出した部分の幅は、電池モジュールの集合体が互いに離隔された間隔と同様であり得る。

また、カバー部材（１００）は、中央部分でトレイ部材の隔壁部材と相接する部分に中央固定点（１１２）が形成されて、ボルトなどを通じて隔壁部材との追加的な結合が可能である。

図３は、カバー部材を上側から観察した模式図である。図３を参照すると、カバー部材（１００）の一側には、流路に冷媒を流入または流出する流入口（１２１）と流出口（１２２）が形成されている。上記流入口（１２１）を通じて流入された冷媒が熱交換によって電池モジュールを冷却することができるように、上記流入口（１２１）および流出口（１２２）と連結された冷媒流路が形成されている。また、上記流入口（１２１）および流出口（１２２）には、冷媒の流れを調節し得るバルブが設置され得る。また、図３を参照すると流入口（１２１）および流出口（１２２）は、カバー部材の一方向の端部分に位置し、これにより、トレイ部材の一側には流入口（１２１）および流出口（１２２）が通過し得る貫通ホールが形成され、流入口（１２１）および流出口（１２２）は、上記貫通ホールを通じて外部の冷媒貯蔵容量と連結される。

本発明において、冷媒は、流路から容易に流れながら、冷却性に優れた流体が使用されることができる。また、水、不凍液、ガス冷媒または空気などを使用し得るが、潜熱が高くて冷却効率を最大化することができる水が最も好ましい。

冷媒流路は、温度分布を均一にし得るように曲がりくねったヘアピンループ構造をとることにより、幾個の直線区間と曲線区間が併存する構造である。

図４は、本発明の別の一実施形態に係る自動車用アンダーボディのカバー部材を観察した模式図である。図４は、カバー部材を下側から観察した模式図である。上記カバー部材（１００）は、板状パネル構造で、流路が形成された構造であり、カバー部材（１００）の表面には、凹凸（１１１）が形成される。カバー部材（１００）の表面に形成された凹凸（１１１）は、左右方向に延長された直線形のパターンが繰り返される形態であり、これは流路が形成された領域の中で直線形パターンに沿って形成されたものである。カバー部材（１００）の凹凸（１１１）のうち、特定の領域には、中間締結のための中央固定点（１１２）が形成され、上記カバー部材（１００）の端には、締結のためのボルト貫通ホール（１１３）が形成された構造である。

図５及び図６は、それぞれ本発明の一実施形態に係る自動車用アンダーボディのカバー部材の断面を示す断面図である。

一つの例として、図５に記載されたカバー部材の断面を参照すると、カバー部材（１００）は、冷却層（１０３）およびカバー層（１０４）は、凹凸が形成された構造である。上記冷却層（１０３）は、内部に流路（１０１）が形成されており、上記流路（１０１）に沿って、表面に突出部が形成される。上記カバー層（１０４）は、板状パネルの表面に冷却層（１０３）の突出部に対応するように陥入部が形成された形態であり、上記冷却層（１０３）の突出部がカバー層（１０４）の陥入部に挿入されて密着される構造である。上記冷却層（１０３）は、アルミニウム合金で形成され、カバー層（１０４）は、プラスチック材質で形成され得る。

別の一つの例として、図６に開示されたカバー部材の断面を参照すると、カバー部材（１００）は、単一層の板状パネル構造であり、パネル構造内に流路（１０２）が形成された構造である。上記流路（１０２）は、板状パネル構造の内部に部分陥入された形態で位置する。上記板状パネルは、アルミニウム合金などで形成され得る。

カバー部材（１００）の流路（１０１、１０２）形成領域は、電池モジュール当たり１つずつ用意されることもあり得るが、部品の数および組立工程の簡素化のために電池モジュールの全てを覆う一体型に製作されることが望ましい。

本発明において、受容部は、収容される電池モジュールの側面を囲む外壁部材、および上記受容部の内部を多数の区画に分割する隔壁部材を含み得る。上記隔壁部材によって分割された各分画領域には、個別の電池モジュールが収容される構造である。上記外壁部材は電池モジュールが収容される領域を区分し、隔壁部材は二つ以上の電池モジュールが収容される場合に受容部の内部を分割する。また、外壁部材と隔壁部材は、収容された電池モジュールを側面から固定する役割をする。

一つの例において、上記外壁部材は、平面上の断面構造を基準として、四面が包まれた四角い構造で形成される。この場合、上記外壁部材は、自動車の前後方向と垂直に配列される第１前後方向及び第２前後方向の外壁部材、および自動車の左右方向と垂直に配列される第１左右方向及び第２左右方向の外壁部材を含む。さらに、上記第１左右方向及び第２左右方向の外壁部材のうちのいずれか一つ以上は、自動車の前後方向に位置変動が可能な構造であり得る。上記第１左右方向及び第２左右方向の外壁部材のうちいずれか一つ以上を自動車の前後方向に位置変動が可能な構造で形成することにより、電池モジュールの大きさ或いは挿入される数に応じて受容部の面積を流動的に調節し得る。

別の一つの例において、上記外壁部材は、平面上の断面構造を基準として、三面が包まれた構造を形成する。具体的には、外壁部材は三方を連続的に包まれて、他の一面が開放された「コ」構造を形成する。この場合、上記外壁部材は、自動車の前後方向と垂直に配列される第１前後方向及び第２前後方向の外壁部材、および自動車の左右方向と垂直に配列される第１左右方向の外壁部材を含む。さらに、上記第１左右方向の外壁部材は、自動車の前後方向に位置変動が可能な構造であり得る。上記第１左右方向の外壁部材を自動車の前後方向に位置変動が可能な構造で形成することにより、電池モジュールの大きさ、あるいは挿入される数に応じて受容部の面積を流動的に調節し得る。

一つの例では、上記外壁部材が、平面上の断面構造を基準として、三面が包まれた構造である場合、カバー部材は折り曲げられたパネルの形態である。これにより、カバー部材は受容部の下方面と開放された一側面を覆う構造を成すことになる。

図７は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの主要な構成を示した模式図である。

図７を参照すると、上記電池モジュール（２１０）は、区分された複数の電池モジュールが集合された場合を含み、各電池モジュールは、二次電池（図示せず）を備えることができる。特に、上記二次電池は、パウチ型二次電池であり得、上記パウチ型二次電池は、電極組立体、電解液およびパウチ外装材を備えることができる。

ここで、電極組立体は、電極と分離膜の組立体であって、一つ以上の正極板および一つ以上の負極板が分離膜を挟んで配置された形態で構成され得る。また、電極組立体の各電極板には、電極タブが備えられ、一つ以上の電極タブが電極リードと連結され得る。そして、電極リードは、パウチ外装材の間に介在されて、一端が外部に露出され、このように露出された部分が二次電池の電極端子として機能し得る。パウチ外装材は、電極組立体と一緒に電解液を内部空間に収容することができる。そして、パウチ外装材は、枠部が熱融着などの方法でシーリングされる形で構成され得る。パウチ外装材は上部パウチと下部パウチに構成され得、各パウチは外部絶縁層、金属層および内部接着層を備えて、内部接着層が相互に融着され得る。

このような二次電池の構成については、本発明が属する技術分野の通常の技術者に自明な事項であるので、より詳細な説明を省略する。そして、本発明に係る電池モジュールには、本発明の出願時点で公知された多様な二次電池が採用され得る。

上記電池モジュール（２１０）は、多数個の二次電池を備えることができる。特に、多数の二次電池は、パウチ型二次電池であって、広い面が互いに対面される形で、垂直方向または水平方向に積層されて二次電池の積層体を形成することができる。このような二次電池は、積層を容易にするために、二次電池の枠を包む四角リング形態のカートリッジを備えることもでき、二次電池をモジュールケース（２１１）内に積層した状態で搭載することもあり得る。このとき、二次電池のスペース確保の側面から、モジュールケースを使用することがより好ましい。

上記モジュールケース（２１１）は、機械的強度が高く、熱伝導性に優れた金属材質で形成され得る。モジュールケース（２１１）の形態には特別な制限はないが、四角柱の管形であるモノフレームに形成されることもあり得、Ｕ字型フレームを二次電池積層体の両面に接合した後、Ｕ字型フレームの間を別途の板状フレームに連結することもあり得る。モジュールケース（２１１）の内部には、二次電池の搭載のための溝が形成され得る。このようなモジュールケースは二次電池をホールディングすることにより、その流動を防止することができる。

上記モジュールケース（２１１）の開放された前面部と後面部にカバーを装着することにより、電池モジュールが完成される。電池モジュールの内外部間の空気を流出入させるダクト、二次電池の電極リードに接続されて二次電池の電圧等をセンシングするセンシングアセンブリなどをさらに備えることができる。上記センシングアセンブリとしては、それぞれパウチ型二次電池と個別的に連結される複数のバスバー、コネクター、ハーネスワイヤ、印刷回路基板などを含むことができる。

本発明において、上記電池モジュール（２１０）は、後述するトレイ部材（３００）に１つまたは複数個が装着される。上記電池モジュール（２１０）は、複数個が一つのパックを形成する場合を含む。すなわち、電池パックに要求される出力および容量に応じて多数の電池モジュール（２１０）が直列および／または並列に連結され得る。

図８は、本発明の一実施形態に係るトレイ部材（３００）の構造を示した斜視図であり、図９は、本発明の一実施形態に係る電池モジュール（２１０）がトレイ部材（３００）上に結合された様子を示した斜視図である。

図８及び図９を参照すると、上記トレイ部材（３００）は、電池モジュールの収容空間ある受容部（３１０）の側面を包む外壁部材（３２０、３４０）、および上記受容部（３１０）を多数の区画に分割するように、前後方向および左右方向に延長された隔壁部材（３３０）を含む。また、前後方向と垂直に位置する外壁部材（３４０）は、サイドカバーの形で形成され、必要に応じて前後方向に位置移動が可能である。また、上記外壁部材（３２０、３４０）は、トレイ部材（３００）の下面とにおいて、３面または４面の壁を形成し、電池モジュール（２１０）が挿入される受容部（３１０）を形成する。

上記トレイ部材（３００）は一定の広さの底面を有し、電池モジュールは上記トレイ部材（３００）の底面に安着される。上記底面は、多数の凹凸部またはリブ（３１１）が形成されて、電池モジュールが外部の衝撃または振動によって移動せず、安定した搭載状態が維持されるようにする。

上記外壁部材（３２０、３４０）は、トレイ部材（３００）の底面から一定の高さで突出され、上記電池モジュール（２１０）の高さに対応する長さで突出される。その結果、上記外壁部材（３２０、３４０）は、電池モジュール（２１０）の前後または左右サイドに沿って延長されることにより、電池モジュール（２１０）を包む形態を有する。電池モジュール（２１０）の左右サイドに沿って延長されるように形成された外壁部材（３２０）は、車体のフレームとの締結のためのボルト挿入溝（３２１）が形成されている。

上記外壁部材（３２０）の端部には、凹凸が形成されて、車体フレームとの結合力を強化させることができる。さらに詳細には、ボルト挿入溝（３２１）が形成された部分は突出され、そうでない部分は湾入された構造であり得る。

隔壁部材（３３０）は、電池モジュール（２１０）が締結されるトレイ部材（３００）に設置され、受容部（３１０）を分画して上記多数の電池モジュール（２１０）を一定の個数の電池モジュール単位で締結し得るようにする。隔壁部材（３３０）は、トレイ部材（３００）の前後および左右方向に延長されている形態である。

本発明に係る電池モジュール（２１０）は、複数個の適用が可能である。図８及び図９を参照すると、前後方向に延長された第１隔壁部材（３３１）および左右方向に延長された第２隔壁部材（３３２）があり、電池モジュール（２１０）を２個の電池モジュールで構成された電池モジュール集合体に分け、それぞれ４個の電池モジュール集合体が搭載されている。しかし、上記隔壁部材の個数、電池モジュール集合体の個数および電池モジュール集合体に含まれる電池モジュールの個数および電池モジュールの配列方式には、特別な制限が存在しない。例えば、前後方向に延長される第１隔壁部材を二つ以上設置することができ、左右方向に延長される第２隔壁部材を二つ以上設置することができ、電池モジュールを左右方向に平行に配列したり、前後方向に平行に配列することもできる。

また、図９を参照すると、電池モジュール（２１０）の側面と間には所定の空間が形成されており、ＢＭＳ、ＢＤＵのような電装品の一部が上記空間に配置されることにより、空間活用の効率性を向上させることができる。上記ＢＭＳおよびＢＤＵから延長されたワイヤおよびコネクターなどは、車体を基準として、電池モジュールの下部に固定される。また、バスバーまたはコネクターなどの電装品は、電池モジュール間の空間で隔壁部材（３３０）の上端に搭載され得る。

一方、トレイ部材（３００）において、前後方向に位置する外壁部材（３４０）は、電池モジュール（２１０）の一側面に形成されて、電池モジュール（２１０）を固定および保護する役割を果す。前後方向に位置する外壁部材（３４０）は、トレイ部材（３００）から着脱が可能な構造であり、前後方向に位置する外壁部材（３４０）には、カバー部材との結合のための装着面（３４１）が形成されるように折り曲げられており、上記装着面（３４１）には、ボルト結合が可能となるように、ボルト貫通ホールが形成されている。

また、前後方向に位置する外壁部材（３４０）の中央には、上記外壁部材（３４０）を支持するための支持部（３４３）が突出されている。上記支持部（３４３）は、上記前後方向に位置する外壁部材（３４０）の中央からトレイ部材（３００）に向かって、対角線方向に延長された支持台（３４４）、および上記支持台（３４４）と連結されてトレイ部材（３００）と接触している支持板（３４５）で構成されている。

より具体的な例において、上記支持台（３４４）と支持板（３４５）は、フランジ構造を形成している。前後方向に位置する外壁部材（３４０）は、トレイ部材（３００）およびカバー部材と狭い幅の装着面（３４１）を通じて結合されているので、外部の衝撃によって折り曲げられた部分が前後方向に曲がって破損しやすい。そのため、上記支持部（３４３）を通じて車体フレームに安定的に固定され得る。

より詳細には、トレイ部材（３００）と支持部が接触する部分は、支持部（３４３）の形状に対応して、湾入されている構造であり得る。図８及び図９を参照すると、支持部（３４３）を構成する支持板（３４５）は、板状構造であり得るが、トレイ部材（３００）と支持板（３４５）が接触する部分は、支持板（３４５）の左右方向のサイド部分に比べて湾入されている。すなわち、支持部（３４３）がトレイ部材（３００）の湾入された部分との間に固定された形状であり、これにより、前後方向に位置する外壁部材（３４０）の左右方向の流動を防止し得る。

また、トレイ部材（３００）には、電池モジュールを受容部（３１０）に固定させるためのマウンティングブラケット（図示せず）が設置され得る。

上記のように、本発明に係る自動車用アンダーボディは、電池モジュールを車体フレームに直接締結することにより、電池パックを別途に製造した後に結合することよりも優れた性能を示す。

結論的に、図１０を参照すると、本発明に係るアンダーボディは、電池モジュール（２１０）の側面を包む外壁部材（３２０、３４０）および隔壁部材（３３０）を装着させたトレイ部材（３００）内に形成された受容部（３１０）に、電池モジュール（２１０）を直接締結し、電池モジュール上に電装品（２３０）を搭載した後、冷却流路が一体化されたカバー部材（１００）が位置する。これにより、電池モジュールの容積率を高め、電池モジュールの装着工程の効率性および安全性を向上させることができ、必要に応じてカバー部材を開閉して電池モジュールの修理または交替が容易である。

また、本発明は、上記アンダーボディを含む電池パックを提供する。そして、上記電池パックは、上記自動車用アンダーボディに電池モジュールが収容されたものである。より具体的に、上記電池パックは、車体フレームの下部に下方面が開放された構造の受容部を含むトレイ部材および上記受容部の開放された下方面を覆うカバー部材を含む自動車用アンダーボディと、上記受容部に収容された電池モジュールと、を含む。上記カバー部材には、冷媒が液体移動する上記流路が形成される。すなわち、本発明は、電池モジュールが車体フレームに直接締結される。そのため、車体フレームとそれに収容される電池モジュールが、１つの電池パックを形成する。

また、本発明は、上記電池パックを含む自動車を提供する。そして、上記自動車は、車体下部のアンダーボディおよび受容部に収容された電池モジュールを含む。上記自動車は、ハイブリッド自動車または電気自動車であり得る。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述した特定の好ましい実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変形実施が可能であることは勿論であり、そのような変更は、特許請求に記載された範囲内にあることになる。

一方、本明細書においては、上、下、前、後、左、右などのように、方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものであって、観測者の眺める位置や対象の置かれている位置などによって異なる表現がなされるのは、本発明の当業者に自明である。

１００：カバー部材
１０１：流路
１０２：流路
１０３：冷却層
１０４：カバー層
１１１：凹凸
１１２：中央固定点
１１３：ボルト貫通ホール
１２１：流入口
１２２：流出口
２００：電池パック
２１０：電池モジュール
２１１：モジュールケース
２２０：マウンティングボルト
２３０：電装品
２３１：ＴＩＭ
３００：トレイ部材
３１０：受容部
３１１：リブ
３２０、３４０：外壁部材
３２１：ボルト挿入溝
３３０：隔壁部材
３３１：第１隔壁部材
３３２：第２隔壁部材
３４１：装着面
３４３：支持部
３４４：支持台
３４５：支持板

Claims (17)

1. 車体フレームの下部に締結され、電池モジュールを収容し、かつ下方面が開放された構造の受容部を含むトレイ部材、および前記受容部の開放された下方面を覆うカバー部材を含み、
   前記カバー部材は冷媒が流体移動する流路を含む、自動車用アンダーボディ。
2. 前記カバー部材は、板状パネルの一面または両面に凹凸が形成された構造であり、
   前記カバー部材の凹凸は、前記板状パネルの表面に流路に沿って突出部または陥入部が形成された形態である、請求項１に記載の自動車用アンダーボディ。
3. 前記突出部または陥入部は、一定の間隔をおいて配列され、同一平面上で屈曲された領域を含む、請求項２に記載の自動車用アンダーボディ。
4. 前記突出部または陥入部は、一定の間隔をおいて配列され、一方向に配向されたパターン化された領域を含む、請求項２に記載の自動車用アンダーボディ。
5. 前記カバー部材は、
   内部に冷媒が流体移動する流路が形成された冷却層と、
   前記冷却層の下方面を保護するカバー層と、
   を含む、請求項１に記載の自動車用アンダーボディ。
6. 前記カバー部材において、
   前記冷却層及び前記カバー層は凹凸が形成された構造であり、
   前記冷却層の凹凸は、板状パネルの表面に流路に沿って突出部が形成された形態であり、
   前記カバー層の凹凸は、板状パネルの表面に前記冷却層の突出部に対応するように陥入部が形成された形態であり、
   前記冷却層及び前記カバー層は、前記冷却層の突出部が前記カバー層の陥入部に挿入されて密着される構造である、請求項５に記載の自動車用アンダーボディ。
7. 前記冷却層は金属素材で形成され、前記カバー層はプラスチック素材で形成された、請求項５に記載の自動車用アンダーボディ。
8. 前記冷却層と前記カバー層との間に介在された振動防止層をさらに含む、請求項５に記載の自動車用アンダーボディ。
9. 前記カバー部材は、単一層の板状パネルの構造であり、
   前記流路は、前記板状パネルの一面に形成されるか、または前記板状パネルの内部に陥入された形態である、請求項１に記載の自動車用アンダーボディ。
10. 前記カバー部材は、前記受容部の開放された面の一部または全部を開閉する領域を含む、請求項１に記載の自動車用アンダーボディ。
11. 前記受容部は、
    収容される電池モジュールの側面を囲む外壁部材と、
    前記受容部の内部を多数の区画に分割する隔壁部材と、
    を含み、
    各分画領域は、個別の電池モジュールが収容される構造である、請求項１に記載の自動車用アンダーボディ。
12. 前記外壁部材は、平面上の断面構造を基準として、四面が包まれた四角い構造を形成し、かつ
    自動車の前後方向と垂直に配列される第１前後方向及び第２前後方向の外壁部材、及び
    自動車の左右方向と垂直に配列される第１左右方向及び第２左右方向の外壁部材を含み、
    前記第１左右方向及び前記第２左右方向の外壁部材のうちのいずれか一つ以上は、自動車の前後方向に位置変動が可能な構造である、請求項１１に記載の自動車用アンダーボディ。
13. 前記外壁部材は、平面上の断面構造を基準として、三面が包まれた構造を形成し、かつ
    自動車の前後方向と垂直に配列される第１前後方向及び第２前後方向の外壁部材、並びに
    自動車の左右方向と垂直に配列される第１左右方向の外壁部材を含み、
    前記第１左右方向の外壁部材は、自動車の前後方向に位置変動が可能な構造である、請求項１１に記載の自動車用アンダーボディ。
14. 前記カバー部材は折り曲げられたパネルの形状であり、前記受容部の下方面と開放された一側面を覆う構造である、請求項１３に記載の自動車用アンダーボディ。
15. 請求項１～１４のいずれか一項に記載の自動車用アンダーボディに電池モジュールが収容された、電池パック。
16. 請求項１５に記載の電池パックを含む、自動車。
17. 前記自動車は、ハイブリッド自動車又は電気自動車である、請求項１６に記載の自動車。

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