KR20140045778A - 승용 전기차의 고전압 배터리팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 승용 전기차의 고전압 배터리팩에 관한 것으로, 언더 플로어패널(51) 하부의 불용공간을 적극적으로 활용해서 보다 많은 양의 배터리 모듈(70)을 설치할 수 있게 되고, 배터리 모듈(70)의 냉각 성능을 한층 더 향상시킬 수 있게 되며, 러기지룸의 충분한 확보가 가능하도록 된 것이다.

Description

승용 전기차의 고전압 배터리팩{HIGH VOLTAGE BATTERY PACK OF ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 승용 전기차의 고전압 배터리팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 언더 플로어패널 하부의 불용공간을 적극적으로 활용해서 설치되는 승용 전기차의 고전압 배터리팩에 관한 기술이다.

하이브리드 전기 자동차, 연료전지 자동차, 전기 자동차 그리고 친환경 자동차들은 모두 전기모터를 이용하여 차량을 구동시키는 구성으로, 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리팩을 필수적으로 구비하고 있다.

상기 고전압 배터리팩은 내부에 밀폐된 공간을 갖춘 배터리 케이스, 상기 배터리 케이스내에 고정 설치되는 다수개의 배터리 모듈을 포함한 구성이다.

상기 고전압 배터리팩을 차량에 탑재하는 방안에는 크게 2가지 타입이 있는 바, 첫 번째 타입은 도 1에 도시된 바와 같이 용량과 사이즈가 큰 배터리 모듈(1)이 배터리 케이스(2)내에 보관된 상태로 시트(3)의 아래쪽에서 언더 플로어패널(4)의 하부에 위치하도록 설치된 구조이다.

그런데, 용량과 사이즈가 큰 배터리 모듈(1)을 시트의 하부에 설치할 때에는 설치공간의 확보를 위해 언더 플로어패널(4)이 상향 조정될 수밖에 없는 바, 이로 인해 후석 레그룸이 축소됨에 따라 후석 승객의 거주성이 불편해지는 단점이 있고, 특히 언더 플로어패널(4)의 상향에 따른 실내공간의 보상을 위해 루프패널(5)을 상향시키게 됨으로써 차량의 전고가 높아지고 이로 인해 공력 성능이 저하되는 단점이 있다.

따라서, 도 1에 도시된 고전압 배터리팩의 첫 번째 탑재방안은 보통 5도어를 구비한 해치백 차량이나 CUV(Crossover Utility Vehicle) 또는 MPV(Multy Purpose Vehicle)에 주로 채택되고 있다.

그리고, 고급감 및 승차감을 중요시하는 세단형 승용차는 도 2에 도시된 두 번째 탑재방안이 주로 채택되고 있는 바, 즉 용량 및 사이즈가 작은 제1고전압 배터리팩(11)은 후석 시트(12)의 하부인 언더 플로어패널(13)에 설치하고, 상기 제1고전압 배터리팩(11)보다 용량 및 사이즈가 큰 제2고전압 배터리팩(14)은 러기지룸(15)에 설치한 구조이다.

상기 두 번째 탑재방안은 용량 및 사이즈가 작은 제1고전압 배터리팩(11)을 후석 시트(12)의 하부인 언더 플로어패널(13)에 설치함에 따라 도 1의 첫 번째 탑재방안의 단점으로 지적된 언더 플로어패널(13)의 상향 조정을 할 필요가 없고, 또한 언더 플로어패널(13)의 상향 조정에 따른 단점을 해소할 수 있게 됨으로써 세단형 승용차에 적용이 유리한 장점이 있다.

하지만, 고전압 배터리팩이 제1,2고전압 배터리팩(11,14)과 같이 2개로 분리 구성되고, 또한 각각의 배터리팩(11,14)이 2개로 분리된 공간(언더 플로어패널의 하부공간과 러기지룸)에 나누어져서 설치됨에 따라 제작비용 및 설치비용이 과다하게 소요되는 단점이 있고, 특히 쿨링시스템을 각각 구성해야 하는 단점이 있으며, 러기지룸의 축소로 인해 상품성이 저하되는 단점이 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 10-2012-0033181호

이에 본 발명은 상기한 바의 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 전석 시트의 하부공간과 후석 시트의 하부공간 및 운전석과 조수석 사이의 터널부 공간을 활용해서 배터리 모듈이 배치되도록 설치된 승용 전기차의 고전압 배터리팩을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 전석 시트 하부 및 터널부 공간을 활용해서 보다 많은 양의 배터리 모듈을 설치할 수 있게 됨으로써 배터리의 용량 증대 및 차량의 성능 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 전석 시트의 하부에 위치한 배터리 모듈의 상단부를 실내로 돌출되게 설치함에 따라 언더 플로어패널의 상향 조정을 방지할 수 있게 되고, 더 나아가 언더 플로어패널의 상향 조정에 따른 단점들을 해소할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 고전압 배터리팩이 1개로 이루어진 구성이면서 1개의 공간인 언더 플로어패너의 하부 공간에 설치됨에 따라 제작비용 및 설치비용을 감축시킬 수 있으며, 특히 1개의 배터리 관리시스템(Battery Management System; BMS) 및 쿨링시스템을 통해 모든 배터리 모듈을 효율적으로 제어할 수가 있고, 러기지룸의 축소를 방지할 수 있게 됨에 따라 차량의 상품성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 승용 전기차의 고전압 배터리팩은, 차량 외부에서 차체를 구성하는 언더 플로어패널에 고정 설치되는 배터리 케이스; 및 상기 배터리 케이스내에 고정 설치되는 것으로 차량의 좌우방향을 따라 배열된 좌우배열모듈과 전후방향을 따라 배열된 전후배열모듈로 이루어진 배터리 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 배터리 모듈은 차량 무게 중심의 안정화와 중량 배분의 최적화 구현 및 안정적인 설치를 위해 차량의 전후방향으로는 휠베이스 구간내에 위치하도록 설치되면서 차량의 좌우방향으로는 좌우측 사이드프레임사이에 위치하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 좌우배열모듈은 전석 시트의 하측에 배치되는 1열 모듈과 후석 시트의 하측에 배치되는 2열 모듈로 구성되고; 상기 전후배열모듈은 운전석과 조수석 사이에 위치한 터널부를 따라 상기 1열 모듈과 2열 모듈을 연결하도록 배치되며; 상기 1열 모듈과 2열 모듈 및 전후배열모듈이 배치된 형상은 土 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 배터리 케이스에서 1열 모듈을 감싸는 부위와 2열 모듈을 감싸는 부위가 배터리 모듈의 냉각성능 향상을 위해 다수개의 공기통로로 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 배터리 모듈의 용량 증대를 위해 상기 1열 모듈의 상단부는 배터리 케이스와 함께 언더 플로어패널을 관통해서 실내측으로 돌출되게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 배터리 케이스가 언더 플로어패널을 관통하는 부위에는 기밀유지를 위해 배터리 케이스와 언더 플로어패널 사이에 실링부재가 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 승용 전기차의 고전압 배터리팩에 의하면, 세단형 승용차의 불용공간을 활용해서 보다 많은 양의 배터리 모듈을 설치할 수 있게 됨으로써 용량 증대에 따른 차량의 성능 향상을 도모할 수 있게 되고, 배터리 모듈을 냉각 성능을 한층 더 향상시킬 수 있게 되며, 충분한 러기지룸의 확보를 통해 차량의 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1과 도 2는 고전압 배터리팩의 종래 차량 탑재방안을 실시예별로 설명하기위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 승용 전기차의 고전압 배터리팩 설치구조를 설명하기 위한 도면으로 승용 전기차의 저면도,
도 4는 도 3에서 1열 모듈이 언더 플로어패널을 관통해서 실내로 돌출된 상태의 도면,
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 승용 전기차의 고전압 배터리팩에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명에 따라 승용 전기차에 장착되는 고전압 배터리팩은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 차량 외부에서 차체를 구성하는 언더 플로어패널(51)에 고정 설치되는 배터리 케이스(60)와, 상기 배터리 케이스(60)내에 고정 설치되는 것으로 차량의 좌우방향을 따라 배열된 좌우배열모듈(71)과 전후방향을 따라 배열된 전후배열모듈(72)로 이루어진 배터리 모듈(70)을 포함하는 구성이다.

여기서, 상기 배터리 모듈(70)은 차량 무게 중심의 안정화와 무게의 저 중심화와 중량 배분의 최적화 구현 및 안정적인 설치를 위해 차량의 전후방향으로는 휠베이스(M1) 구간내에 위치하도록 설치되면서 차량의 좌우방향으로는 좌우측 사이드프레임(52)사이에 위치하도록 설치된다.

상기 좌우배열모듈(71)은 전석 시트의 하측에 배치되는 1열 모듈(71a)과 후석 시트의 하측에 배치되는 2열 모듈(71b)로 구성되고, 상기 전후배열모듈(72)은 운전석과 조수석 사이에 위치한 터널부(53)를 따라 상기 1열 모듈(71a)과 2열 모듈(71b)을 연결하도록 배치된 구조이다.

그리고, 상기 1열 모듈(71a)과 2열 모듈(71b) 및 전후배열모듈(72)이 배치된 형상은 土 형상인 것을 특징으로 하고, 상기 배터리 케이스(60)는 배터리 모듈(70)의 배치 형상에 따라 동일한 土 모양으로 형성된 것이 바람직하다.

본 발명은 승용 전기차에서 불용공간에 해당하는 전석 시트 하부 및 터널부(53)를 따라 배터리의 전후배열모듈(72)을 설치할 수 있는 구조로서 도 1과 같이 단순히 좌우방향 배열만 있는 종래 구조보다 더 많은 배터리를 탑재할 수 있게 되고, 이를 통해 용량 증대를 통한 성능 향상을 도모할 수 있게 된다.

그리고, 상기 배터리 케이스(60)에서 1열 모듈(71a)을 감싸는 부위와 2열 모듈(71b)을 감싸는 부위는 다수개의 공기통로(80)로 연결된 구조인 바, 상기 공기통로(80)는 공랭식 냉각구조에서 배터리 모듈(70)의 냉각성능 향상시키는 역할을 한다.

즉, 공랭식 냉각구조에서 차량이 주행을 하면 외부공기는 도 3의 화살표 A1과 같이 전후배열모듈(72)의 입구를 통해 유입되고, 계속해서 화살표 A2 및 A3의 경로를 통과하면서 배터리 모듈(70)을 냉각시킨 후 배터리 케이스(60)의 외부로 배출된다.

이때, 1열 모듈(71a)을 통과하는 외부공기는 화살표 A4와 같이 1열 모듈(71a)의 좌우측 모서리부위까지 골고루 이동해서 1열 모듈(71a)을 전체적으로 충분히 냉각시켜 준 다음 통과하는 것이 바람직하다.

그런데, 본 발명의 구조와 같이 공기통로(80)가 없다면 외부공기가 화살표 A4의 방향을 따라 이동함에 있어 유동저항이 커지게 되고, 이럴 경우 외부공기가 1열 모듈(71a)의 좌우측 모서리부위까지 충분히 이동하지 못하게 됨에 따라 1열 모듈(71a)의 좌우측 모서리부위는 충분히 냉각되지 못하는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 공기의 이동에 유동저항을 없앰과 동시에 1열 모듈(71a)의 좌우측 모서리부위까지 외부공기가 충분히 이동할 수 있도록 전후배열모듈(72)의 양측부에 1열 모듈(71a)과 2열 모듈(71b)을 연결하는 다수개의 공기통로(80)를 각각 설치한 구성이다.

상기와 공기통로(80)를 설치하면 1열 모듈(71a)을 통과하는 외부공기의 일부가 화살표 A4와 A5를 통과하면서 1열 모듈(71a)을 충분히 냉각시킬 수 있게 되며, 이를 통해 배터리 모듈(70)의 전체적인 냉각성능을 크게 향상시킬 수 있게 되는 바, 이 결과 차량 성능의 향상을 도모할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시예는 배터리 모듈(70)의 용량 증대를 위해 상기 1열 모듈(71a)의 상단부가 배터리 케이스(60)와 함께 언더 플로어패널(51)을 관통해서 실내측으로 돌출되게 설치된 구조가 특징이다.

즉, 전기 차량의 성능 향상을 위해서는 배터리의 용량을 증대시켜야 하며, 이를 위해서는 되도록 많은 양의 배터리 모듈이 차량에 탑재되어야 한다.

그런데 전석 시트는 전후방향 및 상하방향의 움직임을 위해 레일과 기타 링크로 된 구조물을 구비한 구성이며, 상기와 같은 전석 시트 구조물의 운동궤적을 고려하여 볼 때 전석 시트의 하측에 배치되는 1열 모듈(71a)은 많은 양의 배터리를 적재해서 탑재할 수가 없으며, 이로 인해 배터리의 용량 감소로 인해 성능 저하가 발생할 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 전석 시트의 하측에 배치되는 1열 모듈(71a)의 배터리 용량을 최대로 증대시키기 위해, 1열 모듈(71a)의 상단부를 배터리 케이스(60)와 함께 언더 플로어패널(51)을 관통해서 실내측으로 돌출되게 설치한 구조인 것이다.

상기와 같이 1열 모듈(71a)을 설치하면 불용공간에 해당하는 전석 시트의 하부공간을 적극적으로 활용할 수 있게 됨에 따라 도 1에 도시된 종래 구조보다 더 많은 배터리를 탑재할 수 있게 되고, 이를 통해 차량의 성능향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 본 발명과 같이 1열 모듈(71a)의 상단부를 실내측으로 돌출되게 설치하면, 설치공간의 확보를 위해 도 1의 단점으로 지적되었던 언더 플로어패널(51)을 상향 조정하지 않아도 되는 장점이 있으며, 더 나아가 언더 플로어패널(51)의 상향 조정으로 인해 발생한 도 1의 다양한 단점도 모두 해소할 수 있는 장점도 있다.

그리고, 상기와 같이 1열 모듈(71a)의 상단부가 실내측으로 돌출되게 설치될 때에 배터리 케이스(60)가 언더 플로어패널(51)을 관통하는 부위에는 기밀유지를 위해 배터리 케이스(60)와 언더 플로어패널(51) 사이에 실링부재(90)가 설치된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 실링부재(90)는 배터리 케이스(60)가 볼트 및 스크류와 같은 결합부재(54)를 매개로 언더 플로어패널(51)에 고정되게 설치될 때 언더 플로어패널(51)과 배터리 케이스(60) 사이에서 압착되어서 기밀을 유지하는 구조이며, 이를 위해 상기 실링부재(90)는 탄성을 구비한 고무 또는 실리콘 등으로 형성된 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는, 승용 전기차에서 불용공간에 해당하는 터널부(53)를 따라 배터리의 전후배열모듈(72)을 설치할 수 있게 됨으로써 보다 많은 양의 배터리를 탑재할 수 있게 되고, 이를 통해 배터리의 용량 증대 및 차량의 성능 향상을 도모할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 배터리 모듈(70)에서 좌우배열모듈(71)의 1열 모듈(71a)과 2열 모듈(71b)이 다수개의 공기통로(80)에 의해 서로 연결된 구조로, 공랭식 냉각구조에서 1열 모듈(71a)을 전체적으로 충분히 냉각시켜 줄 수 있게 되고, 이를 통해 배터리 모듈(70)의 전체적인 냉각성능을 크게 향상시킬 수 있게 됨으로써 차량 성능의 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 전석 시트의 하측에 배치되는 1열 모듈(71a)의 상단부가 언더 플로어패널(51)을 관통해서 실내측으로 돌출되게 설치된 구조로, 1열 모듈(71a)의 배터리 용량을 최대로 증대시킬 수 있게 됨에 따라 차량 성능 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 1열 모듈(71a)의 상단부를 실내측으로 돌출되게 설치하면, 설치공간의 확보를 위해 언더 플로어패널(51)을 상향 조정하지 않아도 되는 장점이 있으며, 더 나아가 언더 플로어패널(51)의 상향 조정으로 인해 발생하는 다양한 단점(레그룸이 축소됨에 따라 승객의 거주성이 불편해지는 단점, 실내공간의 보상을 위해 루프패널(5)을 상향시키게 됨으로써 차량의 전고가 높아지고 이로 인해 공력 성능이 저하되는 단점)들도 모두 해소할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 배터리 모듈(70)이 1개의 배터리 케이스(60)를 이용해서 1개의 공간인 언더 플로어패널(51)의 하부공간에 설치되는 구조인 바, 이에 딸 본 발명은 도 2의 종래 구조에 비해 제작비용 및 설치비용의 절감을 도모할 수 있게 되고, 특히 배터리 냉각을 위한 쿨링시스템을 1개로 구성할 수 있으며, 러기지룸의 충분한 확보를 통해 차량의 상품성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

51 - 언더 플로어패널 53 - 터널부
60 - 배터리 케이스 70 - 배터리 모듈
71 - 좌우배열모듈 71a - 1열 모듈
71b - 2열 모듈 72 - 전후배열모듈
80 - 공기통로 90 - 실링부재

Claims (6)

1. 차량 외부에서 차체를 구성하는 언더 플로어패널(51)에 고정 설치되는 배터리 케이스(60); 및
   상기 배터리 케이스(60)내에 고정 설치되는 것으로 차량의 좌우방향을 따라 배열된 좌우배열모듈(71)과 전후방향을 따라 배열된 전후배열모듈(72)로 이루어진 배터리 모듈(70);을 포함하는 승용 전기차의 고전압 배터리팩.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 배터리 모듈(70)은 차량 무게 중심의 안정화와 중량 배분의 최적화 구현 및 안정적인 설치를 위해 차량의 전후방향으로는 휠베이스(M1) 구간내에 위치하도록 설치되면서 차량의 좌우방향으로는 좌우측 사이드프레임(52)사이에 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 승용 전기차의 고전압 배터리팩.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 좌우배열모듈(71)은 전석 시트의 하측에 배치되는 1열 모듈(71a)과 후석 시트의 하측에 배치되는 2열 모듈(71b)로 구성되고;
   상기 전후배열모듈(72)은 운전석과 조수석 사이에 위치한 터널부(53)를 따라 상기 1열 모듈(71a)과 2열 모듈(71b)을 연결하도록 배치되며;
   상기 1열 모듈(71a)과 2열 모듈(71b) 및 전후배열모듈(72)이 배치된 형상은 土 형상인 것을 특징으로 하는 승용 전기차의 고전압 배터리팩.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 배터리 케이스(60)에서 1열 모듈(71a)을 감싸는 부위와 2열 모듈(71b)을 감싸는 부위가 배터리 모듈(70)의 냉각성능 향상을 위해 다수개의 공기통로(80)로 연결된 것을 특징으로 하는 승용 전기차의 고전압 배터리팩.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 배터리 모듈(70)의 용량 증대를 위해 상기 1열 모듈(71a)의 상단부는 배터리 케이스(60)와 함께 언더 플로어패널(51)을 관통해서 실내측으로 돌출되게 설치된 것을 특징으로 하는 승용 전기차의 고전압 배터리팩.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 배터리 케이스(60)가 언더 플로어패널(51)을 관통하는 부위에는 기밀유지를 위해 배터리 케이스(60)와 언더 플로어패널(51) 사이에 실링부재(90)가 설치된 것을 특징으로 하는 승용 전기차의 고전압 배터리팩.

Images