KR101916466B1 - 완충구조를 갖는 자동차용 배터리 스택 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 측면 충돌시 내부로 전달되는 충돌에너지를 흡수하여 배터리 모듈을 보호하기 위한 내부 보강구조를 가지는 자동차용 배터리 스택에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 어퍼 케이스의 측면부와 배터리 모듈 사이에 장착되어 고정되는 베이스보강재와 상기 베이스보강재 내부에 삽입되어 고정되는 적어도 하나 혹은 둘 이상의 보강재로 이루어진 보강재 어셈블리를 포함하여 구성됨으로써 측면 충돌시 충돌하중을 저감시킬 수 있도록 된 것으로, 상기 보강재 어셈블리는 베이스보강재의 하측면과 보강재의 상측면에 충돌에너지 흡수를 위한 요철구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 스택을 제공한다.

Description

완충구조를 갖는 자동차용 배터리 스택 {Battery stack for vehicle}

본 발명은 자동차용 배터리 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 측면 충돌시 내부로 전달되는 충돌에너지를 흡수하여 배터리 모듈을 보호하기 위한 내부 보강구조를 가지는 자동차용 배터리 스택에 관한 것이다.

전기자동차에서 사용되는 고전압 배터리는 일반적으로 차량의 플로어 하부에 넓게 분포된 형태로 설치되는데, 측면 충돌사고 발생시 배터리 스택 내부의 모듈에 충격이 가해지게 되면 배터리 모듈 및 기타 부품들의 손상이 발생하여 화재 발생 및 기타 이차적인 피해를 초래할 우려가 있다.

기존에는 차량의 측면 충돌 발생시 배터리 모듈의 파손 및 그에 의한 이차적인 피해를 방지하기 위하여 차체 보강 구조를 적용하였으며, 상기 차체 보강 구조를 통해 측면 충돌시 배터리 스택 내부로 전달되는 충돌에너지를 흡수하여 배터리 모듈 등의 내부 부품에 가해지는 하중을 감소시키고자 하였다.

그러나, 측면 충돌시 배터리 모듈의 손상을 방지하기 위한 종래의 차체 보강 구조는 그 구조가 복잡하고 플랫폼 변경을 발생시키며, 중량 및 제조비용의 높은 증가를 초래하는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 특개2003-045392호(2003.02.14.)

본 발명은 상기와 같은 점을 개선하기 위해 고안한 것으로서, 배터리 케이스와 배터리 모듈 사이에 보강재 어셈블리를 설치하여 차량의 측면 충돌시 배터리 스택 내부에 전달되는 충돌에너지를 흡수함으로써 배터리 스택의 내부 부품(배터리 모듈 및 기타 전자장비)에 가해지는 충격 하중을 감소시킬 수 있도록 한 자동차용 배터리 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 어퍼 케이스의 측면부와 배터리 모듈 사이에 장착되어 고정되는 베이스보강재와 상기 베이스보강재 내부에 삽입되어 고정되는 적어도 하나 혹은 둘 이상의 보강재로 이루어진 보강재 어셈블리를 포함하여 구성됨으로써 측면 충돌시 충돌하중을 저감시킬 수 있도록 된 것으로, 상기 보강재 어셈블리는 베이스보강재의 하측면과 보강재의 상측면에 충돌에너지 흡수를 위한 요철구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 스택을 제공한다.

바람직하게, 상기 베이스보강재는 배터리 모듈의 상면부에 부착되는 제1플랜지를 가지며, 상기 제1플랜지는 높이가 서로 다른 이웃한 배터리 모듈에 부착될 수 있도록 계단형 단차구조를 가진다.

또한 바람직하게, 상기 보강재는 베이스보강재의 내측 상부에 고정되어 베이스보강재와 박스 형상의 폐단면 구조를 형성하게 된다.

아울러, 상기 베이스보강재는 제1플랜지와 이웃하여 형성되고 어퍼 케이스의 상면부에 부착되는 제2플랜지를 더 가지도록 형성된다.

본 발명에 따른 자동차용 배터리 스택은 측면 충돌 사고시 배터리 모듈의 손상을 방지하기 위한 종래의 차체 보강 구조와 동등 수준으로 충돌성능이 향상되는 동시에 종래의 차체 보강 구조 대비 중량 저감 및 원가 절감의 효과를 얻을 수 있으며, 그 구조가 간단하여 다양한 차종에 대한 적용이 용이한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 배터리 스택은 배터리 스택 내에 내부 부품을 보호하기 위한 보강구조를 형성함으로 인해 종래의 차체 보강 구조에 의한 플랫폼 변경이 필요 없게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 배터리 스택의 내부구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보강재 어셈블리를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 배터리 스택의 내부구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보강재 어셈블리의 충돌에너지 흡수시 변형 형태를 개략적으로 나타낸 예시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 배터리 스택의 조립공정을 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 차량의 측면 충돌시 본 발명에 따른 배터리 스택 내 배터리 모듈에 작용하는 하중을 종래와 비교하여 나타낸 그래프.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 측면 충돌시 배터리 안전성을 향상시킬 수 있는 자동차용 배터리 스택에 관한 것으로, 특히 차량의 측면 충돌 발생시 배터리 스택 내 배터리 모듈에 가해지는 충돌 하중을 저감시켜 배터리 모듈을 보호하고 배터리 스택 내 부품의 파손으로 인한 이차적인 피해를 방지할 수 있도록 하는데 특징이 있다.

이에 본 발명에서는 차량의 측면 충돌시 배터리 스택의 내부 부품에 가해지는 충돌에너지를 흡수할 수 있는 보강재 어셈블리를 스택 내부에 설치하여 배터리 모듈의 파손 및 그에 따른 이차적인 피해를 방지하고자 한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 배터리 스택(100)은 크게 배터리 케이스(110)와, 이 배터리 케이스(110) 내에 수납되는 배터리 모듈(120), 및 상기 배터리 케이스(110)와 배터리 모듈(120) 사이에 설치되는 보강재 어셈블리(130)를 포함하여 구성된다.

상기 배터리 케이스(110)는 복수 개의 배터리 모듈(120)을 수납하기 위하여 각각의 배터리 모듈(120)이 안착하기 위한 로워 케이스(111)와 이 로워 케이스(111) 상에 결합되는 어퍼 케이스(도 3 및 5의 112 참조)로 이루어진다.

상기 배터리 모듈(120)은 배터리 케이스(110) 내에 정렬된 형태로 배치되며, 도 1과 같이 로워 케이스(111)(혹은 어퍼 케이스)의 측면을 따라 이열종대로 배치될 수 있다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 보강재 어셈블리(130)는 어퍼 케이스(112)와 배터리 모듈(120) 사이에 부착 고정되는 베이스보강재(140)와 이 베이스보강재(140)의 내측에 부착 고정되는 제1보강재(150) 및 제2보강재(160)로 이루어진다.

상기 베이스보강재(140)는 적어도 하나 혹은 둘 이상의 배터리 모듈(120)과 어퍼 케이스(112) 사이에 동시에 부착되는 것으로, 어퍼 케이스(112)의 측면부(112a) 안쪽면에 부착되는 우측면(141)(혹은 좌측면)과 배터리 모듈(120)의 상면부에 부착되는 제1플랜지(144)가 일체로 형성되어 이웃하고 있는 좌측면(142)(혹은 우측면)을 가지며, 서로 마주하고 있는 우측면(141)과 좌측면(142)을 일체로 연결하는 하측면(143)을 가진다.

상기 제1플랜지(144)는 배터리 모듈(120)의 상면부에 스팟 용접으로 부착되는 것으로, 배터리 케이스(110) 내에 서로 이웃하여 수납되는 배터리 모듈(120)들 간에 높이 차를 수용하기 위하여 계단형 단차구조를 가지도록 형성된다.

이러한 베이스보강재(140)는 우측면(141) 및 좌측면(142)의 너비에 상응하는 소정 깊이를 가지는 공간부(S)를 형성하며, 제1플랜지(144)의 단차구조에 상응하여 형성되는 각 공간부(S)에는 제1보강재(150)와 제2보강재(160)가 각각 수납된다.

여기서, 상기 공간부(S)에 설치된 제1보강재(150)와 제2보강재(160)는 각각 대응하는 배터리 모듈(120)에 전달되는 충돌하중을 베이스보강재(140)와 함께 저감시키는 역할을 한다.

즉, 본 발명에 따른 베이스보강재(140)는 적어도 하나 혹은 둘 이상의 배터리 모듈(120)과 어퍼 케이스(112)의 측면부(112a) 사이에 동시에 부착 가능하게 형성되며, 그 길이방향으로 구비되는 공간부(S)에는 각각의 배터리 모듈(120)에 대응하는 보강재(제1보강재, 제2보강재, ... , 제n보강재)가 삽입되고, 각 공간부(S)에 삽입된 보강재(150,160)들은 베이스보강재(140) 내에서 일렬로 배열된다.

이때 제1보강재(150)와 제2보강재(160)는 각각 베이스보강재(140)의 내측 상부에 삽입된 형태로 부착되어 고정되며, 베이스보강재(140)와 더불어 각각 박스 형상의 폐단면 구조(도 3 참조)를 형성하게 된다.

여기서, 상기 제1보강재(150)와 제2보강재(160)는 각각 베이스보강재(140)의 우측면(141)에 부착 고정되는 우측면(151,161)(혹은 좌측면)과 베이스보강재(140)의 좌측면(142)에 부착 고정되는 좌측면(152,162)(혹은 우측면)을 가지며, 상기 우측면(151,161)과 좌측면(152,162)을 일체로 연결하는 상측면(153,163)을 가진다.

상기의 보강재 어셈블리(130)는 차량의 측면 충돌시 발생되어 배터리 스택(100) 내로 전달되는 충돌 하중의 완충효과를 높이기 위하여 베이스보강재(140)의 하측면(143)과 제1보강재(150) 및 제2보강재(160)의 상측면(153,163)에 각각 요철구조를 가진다.

상기 보강재 어셈블리(130)는 이러한 요철구조를 통해, 측면 충돌시 배터리 모듈 측으로 전달되는 충돌에너지를 흡수하여 변형(도 4 참조)되는 동시에 배터리 스택 내 부품(배터리 모듈 등)을 보호할 수 있게 된다.

이러한 보강재 어셈블리(130)는 스팟 용접으로 접합되는 베이스보강재(140)와 제1보강재(150) 및 제2보강재(160)로 된 조립체로 이루어지므로 차량별 혹은 상황별 튜닝(예컨대, 요철구조의 깊이나 폭 등의 튜닝)이 용이하고 배터리 스택(100) 내 모든 구간에 적용 가능하게 된다.

한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 베이스보강재(140)는 어퍼 케이스(112)의 상면부(112b) 안쪽면에 부착되는 제2플랜지(145)를 더 가지는 형태로 형성될 수 있다.

상기 제2플랜지(145)는 어퍼 케이스(112)의 상면부(112b) 안쪽면에 스팟 용접으로 부착되는 것으로, 베이스보강재(140)의 제1플랜지(144)로부터 연장되어 제1플랜지(144)와 계단구조를 이루며 이웃한 형태로 형성된다.

상기 제2플랜지(145)를 가지는 베이스보강재(145)를 채택한 보강재 어셈블리(130)를 적용한 배터리 스택(100)의 경우, 베이스보강재(140)의 제1플랜지(144)를 배터리 모듈(120)의 상면부에 부착하는 대신 제2플랜지(145)를 어퍼 케이스(112)의 상면부(112b)에 부착시켜 조립하게 되는데, 도 5에 나타낸 바와 같이, 먼저 제1보강재(150)와 제2보강재(160)를 공간부(S) 내에 스팟 용접으로 고정한 베이스보강재(140)를 어퍼 케이스(112)의 측면부(112a)와 상면부(112b) 안쪽면에 부착하여 고정한 다음, 상기 어퍼 케이스(112)를 로워 케이스(111)와 결합시킴으로써 보강재 어셈블리(130)를 배터리 모듈(120)과 어퍼 케이스(112)의 측면부(112a) 사이에 배치시켜 구성할 수 있다.

이때 상기 제1플랜지(144)는 용접 공정 없이 배터리 모듈(120)의 상면부에 단순히 적층 및 안착되어진다.

한편, 차량의 측면 충돌 발생시 본 발명에 따른 자동차용 배터리 스택 내 배터리 모듈에 작용하는 충돌하중을 측정해본 결과, 도 6에 보이듯이 충돌하중 흡수구조를 적용하지 않은 경우(종래 1) 대비 충돌하중이 크게 저감됨을 확인하였고 또한 종래의 차체 보강 구조를 적용한 경우(종래 2) 대비 동등수준의 충돌성능을 나타냄을 확인할 수 있었다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

100 : 배터리 스택 110 : 배터리 케이스
111 : 로워 케이스 112 : 어퍼 케이스
120 : 배터리 모듈 130 : 보강재 어셈블리
140 : 베이스보강재 141 : 베이스보강재의 우측면
142 : 베이스보강재의 좌측면 143 : 베이스보강재의 하측면
144 : 제1플랜지 145 : 제2플랜지
150 : 제1보강재 151 : 제1보강재의 우측면
152 : 제1보강재의 좌측면 153 : 제1보강재의 상측면
160 : 제2보강재 161 : 제2보강재의 우측면
162 : 제2보강재의 좌측면 163 : 제2보강재의 상측면

Claims (4)

1. 어퍼 케이스의 측면부와 배터리 모듈 사이에 장착되어 고정되는 베이스보강재와 상기 베이스보강재 내부에 삽입되어 고정되는 적어도 하나 혹은 둘 이상의 보강재로 이루어진 보강재 어셈블리를 포함하여 구성됨으로써 측면 충돌시 충돌하중을 저감시킬 수 있도록 된 것으로, 상기 보강재 어셈블리는 베이스보강재의 하측면과 보강재의 상측면에 충돌에너지 흡수를 위한 요철구조를 가지며,
   상기 보강재는 베이스보강재의 내측 상부에 고정되어 베이스보강재와 박스 형상의 폐단면 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 스택.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 베이스보강재는 배터리 모듈의 상면부에 부착되는 제1플랜지를 가지며, 상기 제1플랜지는 높이가 서로 다른 이웃한 배터리 모듈에 부착될 수 있도록 계단형 단차구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 스택.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 베이스보강재는 제1플랜지와 이웃하여 형성되고 어퍼 케이스의 상면부에 부착되는 제2플랜지를 더 가지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 스택.
   

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