WO2021025525A1 - 자동차용 언더 바디 - Google Patents

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WO2021025525A1
WO2021025525A1 PCT/KR2020/010485 KR2020010485W WO2021025525A1 WO 2021025525 A1 WO2021025525 A1 WO 2021025525A1 KR 2020010485 W KR2020010485 W KR 2020010485W WO 2021025525 A1 WO2021025525 A1 WO 2021025525A1
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cover
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김경모
지호준
문정오
이정훈
박진용
진희준
박진하
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LG Chem Ltd
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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 an under body for a vehicle, and more particularly, to an under body that is directly fastened to a lower portion of a vehicle body frame and capable of storing a battery module therein.
  • Eco-friendly vehicles that can reduce environmental pollution are attracting attention as a means to replace conventional vehicles using only fossil fuels.
  • Eco-friendly vehicles include cases where driving power is obtained from secondary batteries, such as hybrid or electric vehicles.
  • a hybrid or electric vehicle has a structure in which a battery pack or battery module including a plurality of secondary batteries is mounted on a vehicle body.
  • a battery pack or battery module including a plurality of secondary batteries is mounted on a vehicle body.
  • a relatively large-capacity battery pack is required.
  • a sufficient mounting space is required.
  • Korean Patent Publication No. 10-2019-0029954 discloses an under body for an electric vehicle to which a battery pack can be mounted.
  • a center floor panel is assembled between both side sills consisting of a side sill inner panel and a side sill outer panel of a vehicle, and a battery pack is provided under the center floor panel by a mounting member mounted inside the side sill. Secure storage space.
  • Korean Patent Registration No. 10-1565980 discloses a follower panel assembly agent for an electric vehicle.
  • the content of cooling the battery module by air cooling is disclosed, and this cooling method has a limitation in that the temperature of the battery module cannot be effectively lowered when driving a vehicle.
  • a separate space for forming an air flow path is required.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an underbody for a vehicle capable of directly fastening a battery module to a vehicle body frame.
  • a tray member that is fastened to the lower portion of the vehicle body frame and includes a storage unit having a structure in which a lower surface is opened to accommodate the battery module; And a cover member covering an opened lower surface of the receiving portion, wherein the cover member includes a flow path through which the refrigerant fluidly moves.
  • the cover member has a structure in which irregularities are formed on one or both surfaces of the plate-shaped panel, and the irregularities of the cover member are formed in a form in which protrusions or depressions are formed along a flow path on the surface of the plate-shaped panel.
  • the protrusions or depressions are arranged at regular intervals and include a curved region on the same plane.
  • the protrusions or depressions are arranged at regular intervals and include a patterned region oriented in one direction.
  • the cover member includes: a cooling layer having a flow path through which a refrigerant fluid moves; And a cover layer protecting the lower surface of the cooling layer.
  • the cooling layer and the cover layer have a structure in which irregularities are formed, and the irregularities of the cooling layer have a shape in which a protrusion is formed along a flow path on the surface of the plate-shaped panel,
  • the unevenness of the cover layer has a shape in which a depression is formed on the surface of the plate-shaped panel so as to correspond to the projection of the cooling layer, and the cooling layer and the cover layer have a structure in which the projection of the cooling layer is inserted into the depression of the cover layer to be in close contact.
  • the cooling layer is formed of a metal material
  • the cover layer is formed of a plastic material
  • the vibration preventing layer may be formed of a fibrous layer such as a nonwoven fabric or a foam layer of a resin.
  • the cover member has a single-layer plate-shaped panel structure, and a flow path is formed on one surface of the plate-shaped panel or is recessed inside the plate-shaped panel.
  • the cover member includes a region for opening and closing part or all of the open surface of the receiving portion.
  • the receiving unit may include an outer wall member surrounding a side surface of a battery module to be accommodated; And a partition wall member dividing the interior of the receiving part into a plurality of compartments.
  • the receiving unit may include an outer wall member surrounding a side surface of a battery module to be accommodated; And a partition member for dividing the interior of the receiving unit into a plurality of compartments, each of which is a structure in which an individual battery module is accommodated.
  • the outer wall member forms a quadrangular structure surrounded by a slope based on a cross-sectional structure on a plane, but the first and second front-rear outer wall members are arranged to be perpendicular to the front-rear direction of the vehicle. ; And first and second left and right outer wall members arranged to be perpendicular to the left and right directions of the vehicle.
  • at least one of the first and second left and right outer wall members has a structure capable of changing its position in the front-rear direction of the vehicle.
  • the outer wall member includes: first and second front-rear outer wall members arranged to be perpendicular to the front-rear direction of the vehicle, but forming a structure in which three surfaces are enclosed based on the cross-sectional structure on a plane; And a first left and right outer wall member arranged to be perpendicular to the left and right direction of the vehicle.
  • the first left and right outer wall members have a structure capable of changing their position in the front and rear directions of the vehicle.
  • the cover member has a shape of a bent panel, and has a structure covering a lower surface of the receiving unit and an open side surface.
  • the present invention provides a battery pack, wherein the battery pack may be a battery module accommodated in the underbody for a vehicle.
  • the present invention provides a vehicle including the battery pack, and the vehicle may be a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • the underbody for a vehicle according to the present invention can sufficiently secure a space for accommodating a battery module, can omit a process of separately assembling a battery tray after manufacturing the vehicle, and can effectively cool the housed battery module.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a coupling structure of an under body for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are schematic views of a cover member of an underbody for a vehicle according to an embodiment of the present invention observed from below and above, respectively.
  • FIG. 4 is a schematic view of an observation of a cover member of an underbody for a vehicle according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 and 6 are cross-sectional views of a cover member of an underbody for a vehicle according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the main configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a tray member of an under body for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a state in which a battery module is mounted on a tray member of an underbody for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing an underbody for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the longitudinal direction of the vehicle body is defined as'front and rear direction'
  • the width direction of the vehicle body is defined as'left and right direction'
  • the height of the vehicle body is defined as'up-down direction'.
  • the length direction, width direction, and height direction are defined based on the shape of a general vehicle.
  • the present invention relates to an underbody for a vehicle, comprising: a tray member fastened to a lower portion of a vehicle body frame and including a storage unit having a structure in which a lower side is opened to accommodate a battery module; And a cover member covering an opened lower surface of the receiving portion, wherein the cover member includes a flow path through which the refrigerant fluidly moves.
  • the under body is a structure that is directly fastened to the lower portion of the vehicle body frame.
  • "direct fastening” means fastening without using a separate intermediate material or parts for fastening.
  • the under body may be directly fastened to the lower portion of the vehicle body frame through welding or bolting.
  • a battery pack in which a battery module is accommodated in a tray member is assembled from the outside, and the assembled battery pack is coupled to a lower portion of a vehicle body through an additional assembly process.
  • the battery pack and the vehicle are manufactured separately, and the battery pack assembled on one surface of the underbody of the vehicle is mounted in a separate process.
  • the present invention provides an under body including a battery module receiving portion.
  • the under body is an element of a vehicle body constituting an automobile. Specifically, the under body constitutes the bottom surface of the vehicle body and at the same time constitutes one surface of the battery module receiving portion.
  • An underbody for a vehicle according to the present invention includes a tray member and a cover member.
  • the cover member has a structure in which irregularities are formed on one or both surfaces of the plate-shaped panel.
  • the unevenness of the cover member is formed on the surface of the plate-shaped panel, and has a structure in which protrusions or depressions are formed along the flow path.
  • the cover member has an effect of increasing rigidity by forming an uneven structure.
  • the volume required for forming the cover member can be minimized.
  • the protrusions or depressions are arranged at regular intervals, and include a curved area on the same plane.
  • the protruding portion or the concave portion it is possible to increase resistance to an impact applied in unspecified or various directions.
  • the protrusions or depressions are arranged at regular intervals and include a patterned region oriented in one direction.
  • the protrusion includes a pattern oriented in one direction, thereby increasing the rigidity of the vehicle body.
  • the protrusion or depression includes a patterned region oriented in the front and rear or width direction, and in this case, resistance to a force applied perpendicular to the pattern direction of the protrusion or depression may be increased.
  • the unevenness of the cover member according to the present invention includes a pattern in which the uneven structure oriented in one direction is repeated, and the ends of the uneven structure oriented in each one direction may have a shape connected through a curved uneven structure. have.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an under body according to an embodiment of the present invention, and shows a coupling structure of the under body.
  • the underbody for a vehicle is fastened to a lower portion of a vehicle body frame and includes a tray member 300 for accommodating a battery module, a battery module 210 accommodated in a receiving portion of the tray member 300, And a cover member 100 covering the receiving portion of the tray member 300.
  • the tray member 300 is located at the uppermost part of the under body for a vehicle, and the cover member 100 is located at the lowermost end of the vehicle body.
  • one or more electrical equipment 230 is mounted as necessary.
  • the electrical equipment 230 is mounted adjacent to the battery module 210, the battery management system (BMS) for monitoring and controlling the operation of the battery module 210;
  • BMS battery management system
  • a BDU Battery Disconnect Unit mounted adjacent to the battery module 210 and the BMS and controlling electrical connection of the battery module 210;
  • a fuse positioned between the battery module 210 and the BMS and providing an overcurrent blocking function;
  • a bus bar connected to the module terminal of the battery module 210 to electrically connect the battery module 210; And an LV wire electrically connecting the electronic device. And the like.
  • the BMS may further include components such as a current sensor or a relay.
  • the current sensor is a component that senses the charging/discharging current of the battery pack
  • the relay is a switching component that selectively opens and closes the charging/discharging path through which the charging/discharging current of the battery pack flows, and can be controlled while exchanging information with the BMS.
  • a thermal interface material (TIM) 231 may be interposed between the battery module 210 and the cover member 100.
  • the TIM 231 includes a material having excellent thermal conductivity, and a thermal pad or resin may be used.
  • the TIM 231 fills an empty space due to the surface roughness of the contact surface between the battery module 210 and the cover member 100 to reduce thermal contact resistance therebetween. Heat generated from the battery module 210 can be quickly discharged toward the cover member 100 below.
  • the TIM 231 is in direct contact with one surface of the battery module 210 and the cover member 100, and may have a size corresponding to the area of the battery module 210 accommodated in the tray member 300, and the TIM is each
  • the structure may be separated to correspond to each battery module, but is not limited thereto.
  • the battery module 210 may be fastened to the tray member 300 by a predetermined method, and is mechanically fastened using, for example, a mounting bolt 220 and a mounting nut (not shown). It may be collectively referred to as the battery pack 200 including the battery module 210 and the electrical equipment 230, and may further include a mounting bolt 220 for fixing the battery module 210.
  • the underbody for a vehicle may include a battery module 210 and an electrical component 230 mounted on one surface of the battery module 210.
  • the tray member 300 simultaneously serves as a lower tray of a conventional battery module and an undercover of a vehicle.
  • the cover member includes a flow path through which the refrigerant fluid moves.
  • the battery module generates a lot of heat during operation, and cooling is essential for maintaining battery performance and safety. Cooling of the battery module may be performed by forming an air flow path on one surface of the battery module or attaching a cooling plate to heat radiation.
  • cooling efficiency is lower than when cooling is performed using a cooling plate, and in particular, a separate space must be secured to form the flow path.
  • the cooling plate should be located below the battery module. This is because when the cooling plate is located above the battery module, if the cooling plate is damaged, the refrigerant may leak from the cooling plate and cause a short circuit while contacting terminals of the battery.
  • the flow path through which the refrigerant flows is integrated with the cover member, thereby minimizing space waste due to the installation of the cooling plate, and cooling at the lower end of the vehicle body.
  • the cover member is disposed under the battery module, through which the contact force with the battery module is strengthened by the load of the battery module, thereby improving cooling efficiency.
  • the cover member of the present invention includes a cooling layer in which a flow path through which a refrigerant fluid moves is formed; And a cover layer protecting a lower surface of the cooling layer.
  • the cooling layer and the cover layer have a structure in which unevenness is formed, the unevenness of the cooling layer is a form in which a protrusion is formed along a flow path on the surface of the plate-shaped panel, and the unevenness of the cover layer is In the form of a recessed portion formed on the surface of the panel to correspond to the protrusion of the cooling layer.
  • the cooling layer and the cover layer may have a structure in which the protrusion of the cooling layer is inserted into the recessed portion of the cover layer to be in close contact.
  • the cover member has a structure to supplement rigidity by forming irregularities. In the present invention, cooling and space efficiency can be simultaneously improved by integrating the unevenness of the cover member and the arrangement of the flow path.
  • each of the layers may be formed of a different material.
  • the cooling layer is formed of a metal material
  • the cover layer is formed of a plastic material.
  • the metal material forming the cooling layer is not particularly limited as long as it is a metal material having thermal conductivity, but may be, for example, at least one selected from copper, aluminum, iron, and alloys thereof.
  • the cover layer is not particularly limited as long as it is a plastic material having a certain level of stiffness, but for example, a plastic material including at least one of PP, PE, and PET can be used, and fibers dispersed in the layer, etc., if necessary. It may include.
  • the present invention may further include an anti-vibration layer positioned between the cooling layer and the cover layer.
  • the anti-vibration layer serves to block vibration and noise coming up from the lower portion of the vehicle body when driving the vehicle.
  • the anti-vibration layer may be formed of, for example, one or more of a nonwoven fabric layer, a resin fiber layer, a resin layer, and a foam layer.
  • the cover member has a single-layer plate-shaped panel structure, and the flow path may be formed on one surface of the plate-shaped panel or recessed inside the plate-shaped panel.
  • the flow path is formed on one surface of the plate-shaped panel when the flow path is attached to one surface of the plate-shaped panel.
  • the flow path has a shape attached to the surface of the cover member or partially recessed inside the cover member based on the cross section of the flow path, and a protrusion is formed in the cover member along the flow path.
  • the form in which the flow path is recessed inside the plate-shaped panel is a case where the flow path is recessed in the cover member.
  • the flow path is partially or entirely embedded in the cover member based on the cross-section of the flow path, and protrusions are formed on one or both surfaces of the cover member along the flow path.
  • the cover member of the present invention has a single-layer plate-shaped panel structure
  • the cover member may be formed of a metal material.
  • the metal material is not particularly limited as long as it is a metal material having excellent thermal conductivity, but may be, for example, at least one selected from copper, aluminum, iron, and alloys thereof.
  • the cover member may include a region for opening and closing part or all of the open surface of the receiving portion formed on the tray member.
  • the cover member serves to cover the open surface of the receiving unit, and can be opened if necessary. In the process of using the battery module, there are cases in which repair or replacement is required. At this time, by removing only the cover member, it is possible to repair or replace the battery module.
  • the cover member is detachably attached to the tray member, and is, for example, a bolted structure.
  • FIGS. 2 and 3 are schematic views of a cover member of an underbody for a vehicle according to an embodiment of the present invention observed from below and above, respectively.
  • the cover member 100 has a plate-shaped panel structure, a structure in which a flow path is formed, and irregularities 111 are formed on the surface of the cover member 100.
  • a central fixing point 112 for intermediate fastening is formed in a specific area among the irregularities 111 of the cover member 100, and a bolt through hole 113 for fastening is formed at the edge of the cover member 100. .
  • the cover member 100 is a plate-shaped structure having a size covering the open surface of the receiving unit, and bolt through holes 111 for coupling are formed at a predetermined interval on the outer periphery of the cover member 100.
  • the outer periphery of the cover member 100 may have irregularities having a shape corresponding to the irregularities of the ends of the outer wall members.
  • irregularities 111 are formed on the outer surface of the cover member 100.
  • the irregularities 111 are formed on the surface of the cover member 100 and are recessed along a flow path.
  • the irregularities 111 have a shape protruding or recessed from the outer surface in a direction in contact with the battery module. Accordingly, the cover member 100 may more effectively and safely protect the battery module against physical shock or stress applied from the outside in various operating environments.
  • one side of the cover member 100 is vertically bent.
  • the vertically bent cover member 100 may cover an open surface and/or a side surface.
  • One side of the cover member 100 that is vertically bent is again vertically bent to form a mating surface with the tray member 300, and a hole is formed on the mating surface excluding the vehicle body frame and bolt fastening.
  • the central portion of the vertically bent side may have a structure that protrudes toward the outside in order to improve the bonding force and rigidity with the tray member 300, and the width of the protruding portion is the same as the distance apart from each other by the battery module assembly. can do.
  • the cover member 100 has a central fixing point 112 formed at a portion of the tray member in contact with the partition wall member in the central portion, and further coupling with the partition wall member through bolts or the like is possible.
  • FIG. 3 is a schematic view of the cover member observed from above.
  • an inlet port 121 and an outlet port 122 through which refrigerant flows into or out of a flow path are formed at one side of the cover member 100.
  • a refrigerant flow path connected to the inlet port 121 and the outlet port 122 is formed so that the refrigerant introduced through the inlet port 121 cools the battery module by heat exchange.
  • valves capable of adjusting the flow of refrigerant may be installed at the inlet port 121 and the outlet port 122.
  • the inlet port 121 and the outlet port 122 are located at the end of the cover member in one direction, and accordingly, the inlet port 121 and the outlet port 122 can pass through one side of the tray member.
  • a through hole capable of being formed is formed, and the inlet port 121 and the outlet port 122 are connected to an external refrigerant storage space through the through hole.
  • the refrigerant a fluid that easily flows in a flow path and has excellent cooling properties may be used, and water, antifreeze, gas refrigerant, or air may be used, but water capable of maximizing cooling efficiency due to high latent heat is most preferred.
  • the refrigerant flow path has a serpentine hairpin loop structure so that the temperature distribution can be uniform, so that several straight sections and curved sections coexist.
  • FIG. 4 is a schematic view of an observation of a cover member of an underbody for a vehicle according to another embodiment of the present invention.
  • 4 is a schematic view of the cover member observed from below.
  • the cover member 100 has a plate-shaped panel structure, a structure in which a flow path is formed, and irregularities 111 are formed on the surface of the cover member 100.
  • the unevenness 111 formed on the surface of the cover member 100 has a shape in which a linear pattern extending in the left and right direction is repeated, which is formed along a linear pattern among regions in which a flow path is formed.
  • a central fixing point 112 for intermediate fastening is formed in a specific area among the irregularities 111 of the cover member 100, and a bolt through hole 113 for fastening is formed at the edge of the cover member 100. .
  • FIG. 5 and 6 are cross-sectional views of a cover member of an underbody for a vehicle according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • the cover member 100 has a structure in which the cooling layer 103 and the cover layer 104 are formed with irregularities.
  • the cooling layer 103 has a flow path 101 formed therein, and a protrusion is formed on the surface along the flow path 101.
  • the cover layer 104 has a shape in which a recess is formed on the surface of the plate-shaped panel to correspond to the protrusion of the cooling layer 103, and the protrusion of the cooling layer 103 is inserted into the recess of the cover layer 104 and is in close contact.
  • the cooling layer 103 may be formed of an aluminum alloy, and the cover layer 104 may be formed of a plastic material.
  • the cover member 100 has a single-layer plate-shaped panel structure, and a channel 102 is formed in the panel structure.
  • the flow path 102 is located in a form partially recessed inside the plate-shaped panel structure.
  • the plate-shaped panel may be formed of an aluminum alloy or the like.
  • One area for forming the flow paths 101 and 102 of the cover member 100 may be provided per battery module, but it is preferable that the cover member 100 be formed as an integral type covering all of the battery modules in order to simplify the number of parts and the assembly process.
  • the receiving portion is an outer wall member surrounding the side of the battery module to be accommodated; And a partition wall member that divides the interior of the receiving part into a plurality of compartments. Individual battery modules are accommodated in each fractional area divided by the partition member.
  • the outer wall member divides a region in which the battery module is accommodated, and the partition wall member divides the interior of the receiving portion when two or more battery modules are accommodated.
  • the outer wall member and the partition wall member serve to fix the received battery module from the side.
  • the outer wall member has a rectangular structure in which slopes are enclosed based on a planar cross-sectional structure.
  • the outer wall member may include first and second front-rear outer wall members arranged to be perpendicular to the front-rear direction of the vehicle; And first and second left and right outer wall members arranged to be perpendicular to the left and right directions of the vehicle.
  • at least one of the first and second left and right outer wall members may have a structure capable of changing their position in the front-rear direction of the vehicle.
  • the outer wall member forms a structure in which three surfaces are wrapped based on a planar cross-sectional structure.
  • the outer wall member forms a "c" structure in which three surfaces are continuously wrapped and the other surface is open.
  • the outer wall member may include first and second front-rear outer wall members arranged to be perpendicular to the front-rear direction of the vehicle; And a first left and right outer wall member arranged to be perpendicular to the left and right direction of the vehicle.
  • the first left and right outer wall member may have a structure capable of changing its position in the front-rear direction of the vehicle.
  • the cover member when the outer wall member has a structure in which three surfaces are enclosed based on a planar cross-sectional structure, the cover member has a bent panel shape. Through this, the cover member forms a structure covering the lower surface of the receiving unit and the open side surface.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the main configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 210 includes a case in which a plurality of divided battery modules are assembled, and each battery module may include a secondary battery (not shown).
  • the secondary battery may be a pouch-type secondary battery
  • the pouch-type secondary battery may include an electrode assembly, an electrolyte, and a pouch case.
  • the electrode assembly is an assembly of an electrode and a separator, and may be configured in a form in which one or more positive electrode plates and one or more negative electrode plates are disposed with the separator interposed therebetween.
  • each electrode plate of the electrode assembly is provided with an electrode tab, and one or more electrode tabs may be connected to the electrode lead.
  • the electrode lead is interposed between the pouch case and one end is exposed to the outside, and the exposed portion may function as an electrode terminal of the secondary battery.
  • the pouch case may contain an electrolyte solution together with the electrode assembly in the inner space.
  • the pouch exterior material may be configured in a form in which the edge portion is sealed by a method such as heat fusion.
  • the pouch case may be composed of an upper pouch and a lower pouch, and each pouch includes an outer insulating layer, a metal layer, and an inner adhesive layer, so that the inner adhesive layers may be fused to each other.
  • the battery module 210 may include a plurality of secondary batteries.
  • a plurality of secondary batteries as pouch-type secondary batteries, may be stacked vertically or horizontally in a form in which wide surfaces face each other to form a secondary battery stack.
  • such a secondary battery may include a cartridge in the form of a square ring surrounding the rim of the secondary battery, or may be mounted in a state in which the secondary battery is stacked in the module case 211. In this case, it is more preferable to use a module case in terms of securing space for the secondary battery.
  • the module case 211 may be formed of a metal material having high mechanical strength and excellent thermal conductivity, and there is no particular limitation on the shape of the module case 211, but may be formed as a mono frame in the shape of a square column. , After bonding the U-shaped frame to both sides of the secondary battery stack, the U-shaped frames may be connected with a separate plate-shaped frame. A groove for mounting a secondary battery may be formed inside the module case 211. Such a module case can prevent its flow by holding the secondary battery.
  • the battery module is completed by mounting the cover on the open front and rear portions of the module case 211.
  • a duct through which air flows between the inside and outside of the battery module, a sensing assembly that is connected to an electrode lead of the secondary battery and senses a voltage of the secondary battery, and the like may be further provided.
  • the sensing assembly may include a plurality of busbars, connectors, harness wires, printed circuit boards, etc. that are individually connected to the pouch-type secondary battery, respectively.
  • one or more battery modules 210 are mounted on a tray member 300 to be described later.
  • the battery module 210 includes a case where a plurality of battery modules 210 form one pack. That is, a plurality of battery modules 210 may be connected in series and/or in parallel according to the output and capacity required for the battery pack.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the structure of the tray member 300 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a view in which the battery module 210 according to an embodiment of the present invention is coupled on the tray member 300 Is a perspective view showing.
  • the tray member 300 includes outer wall members 320 and 340 surrounding the side surfaces of the storage unit 310, which is a battery module accommodation space; And a partition member 330 extending in the front and rear and left and right directions so as to divide the receiving part 310 into a plurality of partitions.
  • the outer wall member 340 positioned perpendicular to the front-rear direction is formed in the form of a side cover, and can be moved in the front-rear direction as necessary.
  • the outer wall members 320 and 340 form three or four walls from the bottom of the tray member 300 and form an insertion portion 310 into which the battery module 210 is inserted.
  • the tray member 300 has a bottom surface of a certain area, and the battery module is mounted on the bottom surface of the tray member 300.
  • the bottom surface is formed with a plurality of uneven portions or ribs 311 so that the battery module does not move due to external shock or vibration and a stable mounting state is maintained.
  • the outer wall members 320 and 340 protrude to a predetermined height from the bottom surface of the tray member 300 and protrude to a length corresponding to the height of the battery module 210.
  • the outer wall members 320 and 340 extend along the front and rear or left and right sides of the battery module 210 to surround the battery module 210.
  • the outer wall member 320 formed to extend along the left and right sides of the battery module 210 has bolt insertion grooves 321 for fastening to the frame of the vehicle body.
  • An unevenness is formed at an end of the outer wall member 320 to enhance a coupling force with the vehicle body frame. More specifically, a portion in which the bolt insertion groove 321 is formed protrudes, and a portion that is not formed may have a recessed structure.
  • the partition wall member 330 is installed on the tray member 300 to which the battery module 210 is fastened, and the plurality of battery modules 210 can be fastened in units of a predetermined number of battery modules by dividing the insertion part 310. To be.
  • the partition member 330 has a shape extending in the front and rear and left and right directions of the tray member 300.
  • a plurality of battery modules 210 according to the present invention can be applied. 8 and 9, there are a first partition member 331 extending in the front and rear direction and a second partition member 332 extending in the left and right direction, so that the battery modules 210 are composed of two battery modules. Divided into an assembly, each assembly of four battery modules is mounted, but there are no special restrictions on the number of partition members, the number of battery module assemblies, the number of battery modules included in the battery module assembly, and the arrangement of battery modules. .
  • first partition wall members extending in the front-rear direction may be installed
  • second partition wall members extending in the left-right direction may be installed
  • the battery modules may be arranged in parallel in the left-right direction, or It can also be arranged parallel to the front and rear directions.
  • the outer wall member 340 positioned in the front-rear direction is formed on one side of the battery module 210 to fix and protect the battery module 210.
  • the outer wall member 340 positioned in the front-rear direction is a structure that can be detached from the tray member 300, and the outer wall member 140 positioned in the front-rear direction is bent to form a mounting surface 341 for coupling with the cover member.
  • the mounting surface 341 is formed with a bolt through hole to enable bolt coupling.
  • a support part 343 for supporting the outer wall member 340 protrudes in the center of the outer wall member 340 positioned in the front-rear direction.
  • the support part 343 is a support 344 extending in a diagonal direction toward the tray member 300 from the center of the outer wall member 340 positioned in the front and rear direction, and the support 344 is connected to the support 344 and is connected to the tray member ( It consists of a support plate 345 in contact with the 300).
  • the support 344 and the support plate 345 form a flange structure. Since the outer wall member 340 positioned in the front-rear direction is coupled to the tray member 300 and the cover member through the narrow mounting surface 341, the portion bent by an external impact is bent in the front-rear direction and is easily damaged. , It may be stably fixed to the vehicle body frame through the support part 343.
  • a portion in which the tray member 300 and the support part contact may have a structure in which the tray member 300 and the support part contact each other to correspond to the shape of the support part 343.
  • the support plate 345 constituting the support part 343 may have a plate-like structure, and the portion in which the tray member 300 and the support plate 345 contact is a left-right side portion of the support plate 345 It is indented compared to. That is, the support part 343 has a shape that is fixed between the recessed portions of the tray member 300, and through this, it is possible to prevent the horizontal direction flow of the outer wall member 340 positioned in the front-rear direction.
  • a mounting bracket (not shown) for fixing the battery module to the insertion part 310 may be installed on the tray member 300.
  • the undercover for a vehicle according to the present invention exhibits superior performance compared to separately manufacturing and then combining the battery pack by directly fastening the battery module to the body frame.
  • the undercover for a vehicle according to the present invention exhibits superior performance compared to separately manufacturing and then combining the battery pack by directly fastening the battery module to the body frame.
  • the under cover according to the present invention is inserted into the tray member 300 having the outer wall members 320 and 340 surrounding the side of the battery module 210 and the partition member 330 mounted thereon.
  • the cover member 100 in which the cooling flow path is integrated is positioned. Accordingly, the floor area ratio of the battery module can be increased, the efficiency and safety of the battery module mounting process can be improved, and it is easy to repair or replace the battery module by opening and closing the cover member as needed.
  • the present invention provides a battery pack including the underbody, wherein the battery pack includes a battery module in the underbody for a vehicle.
  • the battery pack includes a tray member including a storage unit having an open lower surface under a vehicle body frame; And a cover member covering an opened lower surface of the receiving part; It includes a vehicle underbody including a and a battery module accommodated in the storage unit.
  • the cover member is provided with the flow path through which the refrigerant fluidly moves. That is, in the present invention, since the battery module is directly fastened to the vehicle body frame, the vehicle body frame and the battery module accommodated therein form one battery pack.
  • the present invention provides a vehicle including the battery pack, wherein the vehicle includes a battery module accommodated in an underbody under the vehicle body and a storage unit.
  • the vehicle may be a hybrid vehicle or an electric vehicle.

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Abstract

차체 프레임 하부에 체결되며, 전지 모듈을 수납하되 하방면이 개방된 구조의 수납부를 포함하는 트레이 부재; 및 상기 수납부의 개방된 하방면을 덮는 커버 부재를 포함하고, 상기 커버 부재는, 냉매가 유체 이동하는 유로를 포함하는 자동차용 언더 바디에 관한 것으로, 전지 모듈 수납을 위한 공간을 충분히 확보 가능하며, 자동차 제작 후 전지 트레이를 별도로 조립하는 공정을 생략할 수 있고, 수납된 전지 모듈에 대한 효과적인 냉각이 가능하다.

Description

자동차용 언더 바디
본 출원은 2019.08.07.자 한국 특허 출원 제 10-2019-0096006호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 자동차용 언더 바디에 관한 것으로, 상세하게는 차체 프레임 하부에 직접 체결되며 내부에 전지 모듈의 수납이 가능한 언더 바디에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 증가한다. 특히, 화석 연료를 사용하는 기존의 자동차는 공해 물질을 배출하고, 이는 환경 오염의 주요 원인으로 작용한다.
최근에는 환경 오염을 저감할 수 있는 친환경 자동차가 기존의 화석연료만을 이용하는 자동차를 대체하는 수단으로 주목받고 있다. 친환경 자동차는 하이브리드 혹은 전기 자동차와 같이 이차 전지로부터 통해 구동력을 얻는 경우를 포함한다.
하이브리드 혹은 전기 자동차는, 다수의 이차 전지를 포함하는 전지팩 혹은 전지 모듈이 차체에 장착된 구조이다. 자동차의 운행거리 내지 동력을 증가시키기 위해서는, 상대적으로 대용량의 전지팩이 요구된다. 그러나, 대용량의 전지 모듈을 차체에 장착하기 위해서는, 충분한 탑재 공간이 요구되는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2019-0029954호에는 전지팩이 장착될 수 있는 전기 자동차용 언더 바디가 개시되어 있다. 상기 문헌에서는, 차량의 사이드 실 인너 패널과 사이드 실 아웃터 패널로 구성되는 양측 사이드 실 사이에 센터 플로어 패널이 조립되고, 상기 사이드 실 내부에 장착되는 마운팅 부재에 의해 상기 센터 플로어 패널의 하부에 배터리 팩 수납 공간을 확보한다. 그러나, 상기 문헌에 의하더라도, 자동차 출고후 필요에 따라 이차 전지를 전부 또는 부분 교체하는 과정이 용이하지 않다.
또한, 한국등록특허 제10-1565980호에는 전기 자동차용 플로워 패널 조립제를 개시한다. 그러나, 상기 문헌에서는, 전지 모듈을 공랭 방식으로 냉각하는 내용을 개시하고 있으며, 이러한 냉각 방식은 자동차 운행시 전지 모듈의 온도를 효과적으로 낮추지 못한다는 한계가 있다. 또한, 상기 문헌과 같이 공랭식 냉각 방식을 채용할 경우에는, 공기 유로를 형성하기 위한 별도의 공간이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전지 모듈을 차체 프레임에 직접 체결할 수 있는 자동차용 언더 바디를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 자동차용 언더 바디는,
차체 프레임 하부에 체결되며, 전지 모듈을 수납하되 하방면이 개방된 구조의 수납부를 포함하는 트레이 부재; 및 상기 수납부의 개방된 하방면을 덮는 커버 부재를 포함하고, 상기 커버 부재는, 냉매가 유체 이동하는 유로를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커버 부재는 판형 패널의 일면 또는 양면에 요철이 형성된 구조이며, 커버 부재의 요철은 판형 패널의 표면에 유로를 따라 돌출부 또는 함입부가 형성된 형태이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 돌출부 또는 함입부는 일정 간격을 두고 배열되며, 동일 평면 상에서 굴곡된 영역을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 돌출부 또는 함입부는 일정 간격을 두고 배열되며, 일방향으로 배향된 패턴화된 영역을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커버 부재는, 내부에 냉매가 유체 이동하는 유로가 형성된 냉각층; 및 상기 냉각층의 하방면을 보호하는 커버층;을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커버 부재에서, 상기 냉각층 및 커버층은 요철이 형성된 구조이며, 상기 냉각층의 요철은, 판상형 패널의 표면에 유로를 따라 돌출부가 형성된 형태이고,
상기 커버층의 요철은, 판상형 패널의 표면에 냉각층의 돌출부에 대응하도록 함입부가 형성된 형태이고, 상기 냉각층 및 커버층은, 냉각층의 돌출부가 커버층의 함입부에 삽입되어 밀착되는 구조를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각층은 금속 소재로 형성되고, 상기 커버층은 플라스틱 소재로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각층과 커버층 사이에 게재된 진동 방지층을 더 포함한다. 상기 진동 방지층은 부직포 등의 섬유층 혹은 수지의 발포층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커버 부재는 단일층의 판상형 패널 구조이고, 유로가 판상형 패널의 일면에 형성되거나 판상형의 패널 내부에 함입된 형태이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커버 부재는, 상기 수납부의 개방된 면의 일부 또는 전부를 개폐하는 영역을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수납부는, 수납되는 전지 모듈의 측면을 둘러싸는 외벽 부재; 및 상기 수납부 내부를 다수의 구획으로 분할하는 격벽 부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수납부는, 수납되는 전지 모듈의 측면을 둘러싸는 외벽 부재; 및 상기 수납부 내부를 다수의 구획으로 분할하는 격벽 부재를 포함하며, 각 분획 영역은 개별 전지 모듈이 수납되는 구조이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 외벽 부재는, 평면상의 단면 구조를 기준으로, 사면이 감싸진 사각 구조를 형성하되, 자동차의 전후 방향과 수직하도록 배열되는 제1 및 제2 전후 방향 외벽 부재; 및 자동차의 좌우 방향과 수직하도록 배열되는 제1 및 제2 좌우 방향 외벽 부재를 포함한다. 또한, 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 좌우 방향 외벽 부재 중 어느 하나 이상은, 자동차의 전후 방향으로 위치 변동이 가능한 구조이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 외벽 부재는, 평면상의 단면 구조를 기준으로, 삼면이 감싸진 구조를 형성하되, 자동차의 전후 방향과 수직하도록 배열되는 제1 및 제2 전후 방향 외벽 부재; 및 자동차의 좌우 방향과 수직하도록 배열되는 제1 좌우 방향 외벽 부재를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 좌우 방향 외벽 부재는, 자동차의 전후 방향으로 위치 변동이 가능한 구조이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 커버 부재는 절곡된 패널 형태이며, 수납부의 하방면과 개방된 일측면을 덮는 구조이다.
또한 본 발명은 전지팩을 제공하는바, 상기 전지팩은 상기 자동차용 언더바디에 전지 모듈이 수납된 것일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 전지팩을 포함하는 자동차를 제공하며, 상기 자동차는 하이브리드 자동차 또는 전기자동차일 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 언더 바디는, 전지 모듈 수납을 위한 공간을 충분히 확보 가능하며, 자동차 제작 후 전지 트레이를 별도로 조립하는 공정을 생략할 수 있고, 수납된 전지 모듈에 대한 효과적인 냉각이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 언더 바디의 결합 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2 및 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 언더 바디의 커버 부재를 아래쪽과 위쪽에서 관찰한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자동차용 언더 바디의 커버 부재를 관찰한 모식도이다.
도 5 및 6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 언더 바디의 커버 부재의 단면을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 주요 구성을 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 언더 바디의 트레이 부재를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 언더 바디의 트레이 부재에 전지 모듈이 장착된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 언더 바디를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서에 기재된 실시예 및 도면 등에 도시된 구성은 본 발명의 구체적인 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한 본 발명에서, 차체의 길이 방향을 '전후 방향'으로 정의하며, 차체의 폭 방향을 '좌우 방향'으로 정의하며, 차체의 높이를 '상하 방향'으로 정의한다. 상기 길이 방향, 폭 방향 및 높이 방향은 일반적인 자동차의 형태를 기준으로 정의된다.
이하, 본 발명에 대하여 자세히 설명한다.
본 발명은 자동차용 언더 바디에 관한 것으로, 차체 프레임 하부에 체결되며, 전지 모듈을 수납하되 하방면이 개방된 구조의 수납부를 포함하는 트레이 부재; 및 상기 수납부의 개방된 하방면을 덮는 커버 부재를 포함하고, 상기 커버 부재는, 냉매가 유체 이동하는 유로를 포함한다.
상기 언더 바디는 차체 프레임 하부에 직접 체결되는 구조이다. 본 발명에서 '직접 체결'한다는 것은, 체결을 위한 별도의 중간재 혹은 부품을 사용하지 않고 체결하는 것을 의미한다. 예를 들어, 상기 언더 바디는 차체 프레임 하부에 용접 혹은 볼트 결합을 통해 바로 체결될 수 있다. 종래에는 외부에서 트레이 부재 내에 전지 모듈이 수납된 전지팩을 조립하고, 조립된 전지팩을 추가 조립 공정을 거쳐 차체의 하부에 결합하였다. 구체적으로는, 종래에는 전지팩과 자동차 제작이 별도로 진행되며, 제작이 완료된 자동차의 언더 바디 일면에 조립된 전지팩을 별도 공정으로 장착하게 된다.
이렇게 별도로 제작된 전지팩을 자동차에 장착할 경우에는, 전지팩을 차체에 장착하기 위한 별도의 고정 부재를 사용한다. 이러한 경우에는, 고정 부재를 장착할 공간이 필요하게 되며, 부품의 수 및 조립 공정이 증가하게 된다. 또한, 전지 모듈을 수납하기 위한 별도의 팩 커버 및 트레이가 요구되므로, 공간 효율의 저하 및 중량 증가를 초래한다. 특히, 차체 프레임과 하부 트레이 간의 강성이 중복되어, 강건 설계에 있어 비효율적이라는 문제점이 있다.
본 발명은 전지 모듈 수납부를 포함하는 언더 바디를 제공한다. 상기 언더 바디는 자동차를 구성하는 차체의 일 요소이다. 구체적으로는, 상기 언더 바디는 차체의 바닥면을 구성함과 동시에 전지 모듈 수납부의 일면을 구성하게 된다. 이를 통해, 본 발명은 부품의 수 및 조립 공정을 줄이며, 공간 효율을 높일 수 있고, 강건이 중복되는 것을 방지하게 된다.
본 발명에 따른 자동차용 언더 바디는 트레이 부재 및 커버 부재를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 커버 부재는 판형 패널의 일면 또는 양면에 요철이 형성된 구조이다. 커버 부재의 요철은 판형 패널의 표면에 형성되되, 유로를 따라 돌출부 또는 함입부가 형성된 구조이다. 상기 커버 부재는 요철 구조를 형성함으로써, 강성을 높이는 효과가 있다. 또한, 커버 부재의 요철과 전지 모듈의 냉각을 위한 유로의 형상을 일체화함으로써, 커버 부재 형성에 필요한 용적을 최소화할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 돌출부 또는 함입부는 일정 간격을 두고 배열되며, 동일 평면 상에서 굴곡된 영역을 포함한다. 상기 돌출부 또는 함입부는 굴곡된 영역을 포함함으로써, 불특정 혹은 여러 방향으로 가해지는 충격에 대한 저항성을 높일 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 돌출부 또는 함입부는 일정 간격을 두고 배열되며, 일방향으로 배향된 패턴화된 영역을 포함한다. 상기 돌출부는 일방향으로 배향된 패턴을 포함함으로써, 차체 강성을 높이는 효과가 있다. 예를 들어, 상기 돌출부 또는 함입부는 전후 또는 폭 방향으로 배향된 패턴화된 영역을 포함하며, 이 경우 돌출부 또는 함입부의 패턴 방향과 수직으로 가해지는 힘에 대한 저항력을 높일 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 커버 부재의 요철은 일방향으로 배향된 요철 구조가 반복되는 패턴을 포함하고, 각각의 일방향으로 배향된 요철의 단부는 굴곡된 형태의 요철 구조를 통해 연결되는 형상일 수 있다.
이와 관련하여, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 언더 바디의 분해 사시도이며, 언더 바디의 결합 구조를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차용 언더 바디는 차체 프레임 하부에 체결되며 전지 모듈을 수납하는 트레이 부재(300), 상기 트레이 부재(300)의 수납부에 수납되는 전지 모듈(210), 및 트레이 부재(300)의 수납부를 덮는 커버 부재(100)를 포함한다. 상기 트레이 부재(300)는, 차체를 기준으로, 자동차용 언더 바디의 최상부에 위치하며, 커버 부재(100)가 최하단부에 위치한다.
전지 모듈(210)의 일면에는, 필요에 따라, 하나 이상의 전장품(230)이 장착된다. 상기 전장품(230)은, 상기 전지 모듈(210)에 인접하게 장착되어 있고, 전지 모듈(210)의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery Management System); 상기 전지 모듈(210) 및 BMS에 인접하게 장착되어 있고, 전지 모듈(210)의 전기적 연결을 제어하는 BDU(Battery Disconnect Unit); 상기 전지 모듈(210) 및 BMS 사이에 위치하며, 과전류 차단 기능을 제공하는 퓨즈; 상기 전지 모듈(210)의 모듈 단자에 연결되어 상기 전지 모듈(210)을 전기적으로 연결하는 버스바; 및 상기 전장품을 전기적으로 연결하는 LV 와이어; 등을 포함한다.
상기 BMS에는 전류센서 또는 릴레이 등의 부품을 더 포함할 수 있다. 전류센서는 전지팩의 충방전 전류를 센싱하는 구성요소이고, 릴레이는 전지팩의 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭 부품으로 BMS와 정보를 주고받으면서 제어될 수 있다.
또한, 상기 전지 모듈(210)와 커버 부재(100) 사이에는 TIM(Thermal Interface Material)(231)이 개재될 수 있다. TIM(231)은 열전도성이 우수한 물질을 포함하며, 써멀 패드 또는 레진 등이 사용될 수 있다. TIM(231)은 전지 모듈(210)과 커버 부재(100) 사이 접촉면의 표면 조도로 인한 빈 공간을 메워 주어 이들 사이의 열 접촉 저항을 줄여주는 기능을 한다. 전지 모듈(210)에서 발생된 열이 하부의 커버 부재(100) 방향으로 신속하게 배출될 수 있도록 한다.
TIM(231)는 전지 모듈(210)의 일면 및 커버 부재(100)와 직접 접촉되며, 트레이 부재(300) 내에 수납된 전지 모듈(210)의 면적에 상응하는 크기일 수 있고, TIM은 각각의 전지 모듈마다 상응하도록 분리된 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 전지 모듈(210)은 트레이 부재(300)에 대하여 소정의 방법에 의해 체결될 수 있으며, 예를 들어, 마운팅 볼트(220) 및 마운팅 너트(미도시)를 사용하여 기계적으로 체결된다. 상기 전지 모듈(210)과 전장품(230)을 포함하여 전지 팩(200)으로 통칭할 수 있으며, 전지 모듈(210)을 고정하는 마운팅 볼트(220) 등을 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 언더 바디는, 전지 모듈(210)과 상기 전지 모듈(210)의 일 면에 장착된 전장품(230)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 트레이 부재(300)는, 종래 전지 모듈의 하부 트레이와 자동차의 언더 커버 역할을 동시에 수행하게 된다.
본 발명에서, 상기 커버 부재는 냉매가 유체 이동하는 유로를 포함한다.
전지 모듈은 작동시 많은 열을 발생하며, 전지의 성능 유지 및 안전을 위하여 냉각이 필수적이다. 전지 모듈의 냉각은, 예를 들어, 전지 모듈의 일면에 공기 유로를 형성하거나 냉각판을 부착하여 방열을 실시하는 형태로 수행 가능하다. 그러나, 전지 모듈의 냉각을 공기 유로를 형성하여 수행하는 경우에는, 냉각판을 이용하여 냉각을 수행하는 경우에 비해 냉각 효율이 낮고, 특히 유로 형성을 위해 별도의 공간을 확보해야 하는 문제가 있다. 전지 모듈의 냉각을 전지 모듈의 일면에 냉각판을 부착하여 수행하는 경우에는, 별도의 냉각판을 형성하기 위한 공간을 요구한다. 또한, 냉각판은 전지 모듈보다 하부에 위치하여야 한다. 냉각판이 전지 모듈보다 상부에 위치할 경우, 냉각판이 손상되면 냉각판으로부터 냉매가 누출되어 전지의 단자 등과 접촉하면서 단락을 일으킬 수 있기 때문이다.
이에 본 발명에서는, 냉매가 유체 이동하는 유로를 커버 부재에 일체화함으로써, 냉각판 설치로 인한 공간 낭비를 최소화하고, 차체 기준 최하단부에서 냉각이 이루어질 수 있도록 한다. 또한 유로를 포함하는 커버 부재를 형성함으로써, 상기 커버 부재가 전지 모듈의 하부에 배치하고, 이를 통해 전지 모듈의 하중에 의하여 전지 모듈과 접촉력이 강화되어 냉각 효율 향상이 가능하다.
일 실시예에서, 본 발명의 커버 부재는, 내부에 냉매가 유체 이동하는 유로가 형성된 냉각층; 및 상기 냉각층의 하방면을 보호하는 커버층; 을 포함한다. 이 경우, 상기 커버 부재에서, 상기 냉각층 및 커버층은 요철이 형성된 구조이며, 상기 냉각층의 요철은, 판상형 패널의 표면에 유로를 따라 돌출부가 형성된 형태이고, 상기 커버층의 요철은, 판상형 패널의 표면에 냉각층의 돌출부에 대응하도록 함입부가 형성된 형태이다. 또한, 상기 냉각층 및 커버층은, 냉각층의 돌출부가 커버층의 함입부에 삽입되어 밀착되는 구조일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 커버 부재는 요철을 형성하여 강성을 보완하는 구조이다. 본 발명에서는 상기 커버 부재의 요철과 유로의 배열을 일체화함으로써, 냉각 및 공간 효율을 동시에 높일 수 있다.
상기 커버 부재가 냉각층과 커버층이 합지된 구조인 경우, 상기 각 층들은 이종의 소재로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 냉각층은 금속 소재로 형성되고, 상기 커버층은 플라스틱 소재로 형성된다. 냉각층을 형성하는 금속 소재는, 열전도성을 갖는 금속 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 철 및 이들의 합금 등으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 커버층은, 일정 수준 이상의 강성을 갖는 플라스틱 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, PP, PE 및 PET 중 1종 이상 포함하는 플라스틱 소재가 사용 가능하며, 필요에 따라 층 내에 분산된 파이버 등을 포함할 수 있다.
본 발명은, 상기 냉각층과 커버층 사이에 위치하는 진동 방지층을 더 포함할 수 있다. 상기 진동 방지층은, 자동차 운행시 차체 하부에서 올라오는 진동 및 소음을 차단하는 역할을 수행한다. 상기 진동 방지층은, 예를 들어, 부직포층, 수지 섬유층, 수지층 및 발포층 중 1종 이상으로 형성될 수 있다.
또 다른 일실시예에서, 상기 커버 부재는 단일층의 판상형 패널 구조이고, 상기 유로는 판상형 패널의 일면에 형성되거나 판상형의 패널 내부에 함입된 형태일 수 있다. 유로가 판상형 패널의 일면에 형성된 형태는, 판상형 패널의 일면에 유로가 부착된 경우이다. 이 경우, 유로는, 유로의 단면을 기준으로, 커버 부재의 표면에 부착되거나 커버 부재 내부에 부분 함입된 형태이며, 상기 유로를 따라 커버 부재에 돌출부가 형성된다. 유로가 판상형의 패널 내부에 함입된 형태는, 커버 부재 내에 유로가 함입된 경우이다. 이 경우, 유로는, 유로의 단면을 기준으로, 커버 부재 내부에 부분 또는 전부 함입되며, 상기 유로를 따라 커버 부재의 일면 또는 양면에 돌출부가 형성된다.
본 발명의 커버 부재가 단일층의 판상형 패널 구조인 경우에는, 상기 커버 부재는 금속 소재로 형성될 수 있다. 금속 소재는, 우수한 열전도성을 갖는 금속 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 철 및 이들의 합금 등으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 커버 부재는, 트레이 부재에 형성된 수납부의 개방된 면의 일부 또는 전부를 개폐하는 영역을 포함할 수 있다. 상기 커버 부재는 수납부의 개방된 면을 덮는 역할을 하고, 필요시 개방이 가능한 구조이다. 전지 모듈을 사용 과정에서, 수리 또는 교체가 필요한 경우가 있다. 이 때, 상기 커버 부재만을 분리함으로써, 전지 모듈의 수리 또는 교체가 가능하다. 상기 커버 부재는 트레이 부재에 탈착 가능하도록 부착되며, 예를 들어, 볼트 체결된 구조이다.
도 2 및 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 언더 바디의 커버 부재를 아래쪽과 위쪽에서 관찰한 모식도이다.
도 2는 커버 부재를 아래쪽에서 관찰한 모식도이다. 상기 커버 부재(100)는 판상형 패널 구조이며, 유로가 형성된 구조이고, 커버 부재(100)의 표면에는 요철(111)이 형성된다. 커버 부재(100)의 요철(111) 중 특정 영역에는 중간 체결을 위한 중앙 고정점(112)이 형성되고, 상기 커버 부재(100)의 가장자리에는 체결을 위한 볼트 관통홀(113)이 형성된 구조이다.
구체적으로, 커버 부재(100)는 수납부의 개방면을 덮는 크기의 판상형 구조이며, 커버 부재(100)의 외주변에는 결합을 위한 볼트 관통홀(111)이 일정 간격으로 이격되어 형성되어 있다. 또한 커버 부재(100)의 외주변은 외벽 부재 단부의 요철 형상에 대응하는 형상의 요철이 형성될 수 있다. 커버 부재(100)의 외주변 및 외벽 부재의 단부에 요철이 형성됨으로써, 커버 부재(100)의 외주변과 외벽 부재의 단부가 요철에 의해 정확히 맞물리게 되면서 커버 부재(100)와 외벽 부재 간의 결합력을 강화시키고, 커버 부재(100)가 외부의 진동 또는 충격에 의해 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
또한 커버 부재(100)의 외부 표면에는 요철(111)이 형성되어 있다. 상기 요철(111)은 커버 부재(100)의 표면에 형성되며, 유로를 따라 함입된 형상이다. 요철(111)은 외부 표면에서 전지 모듈과 접촉하는 방향으로 돌출 또는 함입되어 있는 형상이다. 따라서, 상기 커버 부재(100)는, 다양한 작동 환경에서 외부로부터 인가되는 물리적 충격 내지 응력에 대해, 전지 모듈을 보다 효과적으로 안전하게 보호할 수 있다.
또한 상기 커버 부재(100)의 일측면은 수직 절곡되어 있다. 상기 수직 절곡된 커버 부재(100)는 개방된 일면 및/또는 측면을 덮을 수 있도록 한다. 이와 같이 L자 모양의 커버 부재(100)를 사용함으로써, 트레이 부재의 전후 방향에 위치하는 외벽 부재의 수를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 커버 부재(100)는 부품의 수 및 조립 공정을 간소화하고, 외부의 충격에 강한 구조를 형성할 수 있다.
상기 커버 부재(100)의 수직 절곡된 일측면은 트레이 부재(300)과의 결합면을 형성하기 위하여 다시 수직 절곡되어 있으며, 상기 결합면에는 차체 프레임과 볼트 체결을 외한 홀이 형성되어 있다. 상기 수직 절곡된 일측면의 가운데 부분은 트레이 부재(300)과의 결합력 및 강성 향상을 위하여 외부를 향하여 돌출되어 있는 구조일 수 있으며, 돌출된 부분의 폭은 전지 모듈 집합체가 서로 이격된 간격과 동일할 수 있다.
또한 커버 부재(100)는 중앙부분에서 트레이 부재의 격벽 부재와 맞닿는 부분에 중앙 고정점(112)이 형성되어, 볼트 등을 통해 격벽 부재와의 추가적인 결합이 가능하다.
도 3은 커버 부재를 위쪽에서 관찰한 모식도이다. 도 3을 참조하면, 커버 부재(100)의 일측에는 유로에 냉매를 유입 또는 유출하는 인렛 포트(121)와 아웃렛 포트(122)가 형성되어 있다. 상기 인렛 포트(121)를 통해 유입된 냉매가 열교환에 의해 전지 모듈을 냉각할 수 있도록 상기 인렛 포트(121) 및 아웃렛 포트(122)와 연결된 냉매 유로가 형성되어 있다. 또한 상기 인렛 포트(121) 및 아웃렛 포트(122)에는 냉매의 흐름을 조절할 수 있는 밸브가 설치될 수 있다. 또한 도 3을 참조하면 인렛 포트(121) 및 아웃렛 포트(122)는 커버 부재의 일 방향 끝 부분에 위치하며, 이에 따라 트레이 부재의 일측에는 인렛 포트(121) 및 아웃렛 포트(122)가 통과할 수 있는 관통홀이 형성되고, 인렛 포트(121) 및 아웃렛 포트(122)는 상기 관통홀을 통해 외부의 냉매 저장 공간과 연결된다.
본 발명에서 냉매는, 유로에서 용이하게 흐르면서 냉각성이 우수한 유체가 사용될 수 있으며, 물, 부동액, 가스 냉매 또는 공기 등을 사용할 수 있으나 잠열이 높아 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 물이 가장 바람직하다.
냉매 유로는 온도 분포를 균일하게 할 수 있도록 구불구불한 헤어핀 루프 구조를 취함으로써, 여러 개의 직선 구간과 곡선 구간이 병존하는 구조이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자동차용 언더 바디의 커버 부재를 관찰한 모식도이다. 도 4는 커버 부재를 아래쪽에서 관찰한 모식도이다. 상기 커버 부재(100)는 판상형 패널 구조이며, 유로가 형성된 구조이고, 커버 부재(100)의 표면에는 요철(111)이 형성된다. 커버 부재(100)의 표면에 형성된 요철(111)은 좌우 방향으로 연장된 직선형 패턴이 반복되는 형태이며, 이는 유로가 형성된 영역 중에서 직선형 패턴을 따라 형성된 것이다. 커버 부재(100)의 요철(111) 중 특정 영역에는 중간 체결을 위한 중앙 고정점(112)이 형성되고, 상기 커버 부재(100)의 가장자리에는 체결을 위한 볼트 관통홀(113)이 형성된 구조이다.
도 5 및 6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 언더 바디의 커버 부재의 단면을 나타낸 단면도들이다.
하나의 예로서, 도 5에 개시된 커버 부재의 단면을 참조하면, 커버 부재(100)는 냉각층(103) 및 커버층(104)은 요철이 형성된 구조이다. 상기 냉각층(103)은 내부에 유로(101)가 형성되어 있고, 상기 유로(101)를 따라 표면에 돌출부가 형성된다. 상기 커버층(104)은 판상형 패널의 표면에 냉각층(103)의 돌출부에 대응하도록 함입부가 형성된 형태이고, 상기 냉각층(103)의 돌출부가 커버층(104)의 함입부에 삽입되어 밀착되는 구조이다. 상기 냉각층(103)은 알루미늄 합금으로 형성되고, 커버층(104)은 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
또 다른 하나의 예로서, 도 6에 개시된 커버 부재의 단면을 참조하면, 커버 부재(100)는 단일층의 판상형 패널 구조이고, 패널 구조 내에 유로(102)가 형성된 구조이다. 상기 유로(102)는 판상형의 패널 구조 내부에 부분 함입된 형태로 위치한다. 상기 판상형 패널은 알루미늄 합금 등으로 형성될 수 있다.
커버 부재(100)의 유로(101, 102) 형성 영역은, 전지 모듈 당 하나씩 마련될 수도 있으나, 부품 수 및 조립 공정의 간소화를 위하여 전지 모듈 모두를 덮는 일체형으로 제작되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 수납부는 수납되는 전지 모듈의 측면을 둘러싸는 외벽 부재; 및 상기 수납부 내부를 다수의 구획으로 분할하는 격벽 부재를 포함할 수 있다. 상기 격벽 부재에 의해 분할된 각 분획 영역에는 개별 전지 모듈이 수납되는 구조이다. 상기 외벽 부재는 전지 모듈이 수납되는 영역을 구분하고, 격벽 부재는 둘 상의 전지 모듈이 수납되는 경우에 수납부 내부를 분할한다. 또한, 외벽 부재와 격벽 부재는 수납된 전지 모듈을 측면에서 고정하는 역할을 한다.
하나의 예에서, 상기 외벽 부재는, 평면상의 단면 구조를 기준으로, 사면이 감싸진 사각 구조를 형성된다. 이 경우, 상기 외벽 부재는 자동차의 전후 방향과 수직하도록 배열되는 제1 및 제2 전후 방향 외벽 부재; 및 자동차의 좌우 방향과 수직하도록 배열되는 제1 및 제2 좌우 방향 외벽 부재를 포함한다. 나아가, 상기 제1 및 제2 좌우 방향 외벽 부재 중 어느 하나 이상은, 자동차의 전후 방향으로 위치 변동이 가능한 구조일 수 있다. 상기 제1 및 제2 좌우 방향 외벽 부재 중 어느 하나 이상을 자동차의 전후 방향으로 위치 변동이 가능한 구조로 형성함으로써, 전지 모듈의 크기 혹은 삽입되는 수에 따라 수납부의 면적을 유동적으로 조절할 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 외벽 부재는, 평면상의 단면 구조를 기준으로, 삼면이 감싸진 구조를 형성한다. 구체적으로는, 외벽 부재는 삼면이 연속적으로 감싸지고 다른 한면이 개방된 "ㄷ" 구조를 형성한다. 이 경우, 상기 외벽 부재는 자동차의 전후 방향과 수직하도록 배열되는 제1 및 제2 전후 방향 외벽 부재; 및 자동차의 좌우 방향과 수직하도록 배열되는 제1 좌우 방향 외벽 부재를 포함한다. 나아가, 상기 제1 좌우 방향 외벽 부재는, 자동차의 전후 방향으로 위치 변동이 가능한 구조일 수 있다. 상기 제1 좌우 방향 외벽 부재를 자동차의 전후 방향으로 위치 변동이 가능한 구조로 형성함으로써, 전지 모듈의 크기 혹은 삽입되는 수에 따라 수납부의 면적을 유동적으로 조절할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 외벽 부재가, 평면상의 단면 구조를 기준으로, 삼면이 감싸진 구조인 경우, 커버 부재는 절곡된 패널 형태이다. 이를 통해 커버 부재는 수납부의 하방면과 개방된 일측면을 덮는 구조를 이루게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 주요 구성을 나타낸 모식도이다.
도 7을 참조하면, 상기 전지 모듈(210)은 구분된 복수의 전지 모듈들이 집합된 경우를 포함하며, 각 전지 모듈은 이차 전지(미도시)를 구비할 수 있다. 특히, 상기 이차 전지는 파우치형 이차 전지일 수 있으며, 상기 파우치형 이차 전지는 전극 조립체, 전해액 및 파우치 외장재를 구비할 수 있다.
여기서, 전극 조립체는, 전극과 분리막의 조립체로서, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 전극 조립체의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드와 연결될 수 있다. 그리고, 전극 리드는, 파우치 외장재 사이에 개재되어 일단이 외부로 노출되며, 이와 같이 노출된 부분이 이차 전지의 전극 단자로서 기능할 수 있다. 파우치 외장재는, 전극 조립체와 함께 전해액을 내부 공간에 수납할 수 있다. 그리고, 파우치 외장재는 테두리부가 열융착 등의 방식으로 실링되는 형태로 구성될 수 있다. 파우치 외장재는 상부 파우치와 하부 파우치로 구성될 수 있으며, 각 파우치는 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하여, 내부 접착층이 상호 융착될 수 있다.
이러한 이차 전지의 구성에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로, 보다 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 본 발명에 따른 전지 모듈에는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지가 채용될 수 있다.
상기 전지 모듈(210)은, 이차 전지를 다수 개 구비할 수 있다. 특히, 다수의 이차 전지는, 파우치형 이차전지로서, 넓은 면이 서로 대면되는 형태로 수직 방향 또는 수평 방향으로 적층되어 이차전지 적층체를 형성할 수 있다. 이러한 이차전지는 적층을 용이하게 하기 위해 이차전지의 테두리를 감싸는 사각 링 형태의 카트리지를 구비할 수도 있고, 이차전지를 모듈 케이스(211) 내에 적층한 상태로 탑재할 수도 있다. 이 때 이차 전지의 공간 확보 측면에서 모듈 케이스를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 모듈 케이스(211)는 기계적 강도가 높고 열 전도성이 우수한 금속 재질로 형성될 수 있으며, 모듈 케이스(211)의 형태에 특별한 제한은 없으나, 사각 기둥의 관 형태인 모노 프레임으로 형성될 수 있도 있고, U자형 프레임을 이차전지 적층체의 양면에 접합한 후 U자형 프레임 사이를 별도의 판상형 프레임으로 연결할 수도 있다. 모듈 케이스(211)의 내부에는 이차 전지의 탑재를 위한 그루브가 형성될 수 있다. 이러한 모듈 케이스는 이차 전지를 홀딩함으로써 그 유동을 방지할 수 있다.
상기 모듈 케이스(211)의 개방된 전면부와 후면부에 커버를 장착함으로써 전지 모듈이 완성된다. 전지 모듈 내외부 간 공기를 유출입시키는 덕트, 이차 전지의 전극 리드에 접속되어 이차 전지의 전압 등을 센싱하는 센싱 어셈블리 등을 더 구비할 수 있다. 상기 센싱 어셈블리로는 각각 파우치형 이차전지와 개별적으로 연결되는 복수의 버스바, 커넥터, 하네스 와이어, 인쇄회로기판 등을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 전지 모듈(210)은 후술할 트레이 부재(300)에 하나 또는 복수 개가 장착된다. 상기 전지 모듈(210)은 복수 개가 하나의 팩을 형성하는 경우를 포함한다. 즉 전지 팩에 요구되는 출력 및 용량에 따라 다수의 전지 모듈(210)들이 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이 부재(300)의 구조를 나타낸 사시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(210)이 트레이 부재(300) 상에 결합된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 트레이 부재(300)는, 전지 모듈 수용 공간인 수납부(310)의 측면을 둘러싸는 외벽 부재(320, 340); 및 상기 수납부(310)를 다수의 구획으로 분할하도록, 전후 및 좌우 방향으로 연장된 격벽 부재(330);를 포함한다. 또한, 전후 방향과 수직하도록 위치하는 외벽 부재(340)는, 사이드 커버의 형태로 형성되며, 필요에 따라 전후 방향으로 위치 이동이 가능하다. 또한 상기 외벽 부재(320, 340)는 트레이 부재(300) 하면에서 3면 또는 4면의 벽을 형성하며, 전지 모듈(210)이 삽입되는 삽입부(310)를 형성한다.
상기 트레이 부재(300)는 일정한 넓이의 바닥면을 가지며, 전지 모듈은 상기 트레이 부재(300)의 바닥면에 안착된다. 상기 바닥면은 다수의 요철부 또는 리브(311)가 형성되어 전지 모듈이 외부의 충격 또는 진동에 의해 이동하지 않고 안정된 탑재 상태가 유지되도록 한다.
상기 외벽 부재(320, 340)는 트레이 부재(300)의 바닥면으로부터 일정 높이로 돌출되며, 상기 전지 모듈(210)의 높이에 대응하는 길이로 돌출된다. 그 결과 상기 외벽 부재(320, 340)은 전지 모듈(210)의 전후 또는 좌우 사이드를 따라 연장됨으로써 전지 모듈(210)를 둘러싸는 형태를 가진다. 전지 모듈(210)의 좌우 사이드를 따라 연장되도록 형성된 외벽 부재(320)는, 차체의 프레임과의 체결을 위한 볼트 삽입홈(321)이 형성되어 있다.
상기 외벽 부재(320)의 단부에는 요철이 형성되어 차체 프레임과의 결합력을 강화시킬 수 있다. 더욱 상세하게는, 볼트 삽입홈(321)이 형성된 부분은 돌출되고, 그렇지 않은 부분은 만입된 구조일 수 있다.
격벽 부재(330)는 전지 모듈(210)이 체결되는 트레이 부재(300)에 설치되며, 삽입부(310)를 분획하여 상기 다수의 전지 모듈(210)들을 일정 개수의 전지 모듈 단위로 체결할 수 있도록 한다. 격벽 부재(330)는 트레이 부재(300)의 전후 및 좌우 방향으로 연장되어 있는 형태이다.
본 발명에 따른 전지 모듈(210)은 복수 개 적용 가능하다. 도 8 및 9를 참조하면, 전후 방향으로 연장된 제1 격벽 부재(331) 및 좌우 방향으로 연장된 제2 격벽 부재(332)가 있어, 전지 모듈(210)들을 두 개의 전지 모듈로 구성된 전지 모듈 집합체로 나누어, 각각 네 개의 전지 모듈 집합체가 탑재되어 있으나, 상기 격벽 부재의 개수, 전지 모듈 집합체의 개수 및 전지 모듈 집합체에 포함되는 전지 모듈의 개수 및 전지 모듈의 배열 방식에는 특별한 제한은 존재하지 않는다. 예를 들어, 전후 방향으로 연장되는 제1 격벽 부재를 두 개 이상으로 설치할 수 있으며, 좌우 방향으로 연장되는 제2 격벽 부재를 두 개 이상 설치할 수 있고, 전지 모듈을 좌우 방향으로 평행하게 배열하거나, 전후 방향으로 평행하게 배열할 수도 있다.
또한 도 9를 참조하면, 전지 모듈(210)의 측면과 사이에는 소정의 공간이 형성되어 있어, BMS, BDU와 같은 전장품 중의 일부가 상기 공간에 배치됨으로써, 공간 활용의 효율성을 향상시킬 수 있다. 상기 BMS 및 BDU로부터 연장된 와이어 및 커넥터 등은 차체를 기준으로 전지 모듈의 하부에 고정된다. 또한 버스바 또는 커넥터 등의 전장품은 전지 모듈 사이의 공간에서 격벽 부재(330)의 상단에 탑재될 수 있다.
한편, 트레이 부재(300)에 있어서, 전후 방향에 위치하는 외벽 부재(340)는 전지 모듈(210)의 일 측면에 형성되어 전지 모듈(210)을 고정 및 보호하는 역할을 수행한다. 전후 방향에 위치하는 외벽 부재(340)는 트레이 부재(300)로부터 탈착이 가능한 구조이며, 전후 방향에 위치하는 외벽 부재(140)에는 커버 부재와의 결합을 위한 장착면(341)이 형성되도록 절곡되어 있고, 상기 장착면(341)에는 볼트 결합이 가능하도록 볼트 관통홈이 형성되어 있다.
또한, 전후 방향에 위치하는 외벽 부재(340)의 중앙에는 상기 외벽 부재(340)를 지지하기 위한 지지부(343)가 돌출되어 있다. 상기 지지부(343)는 상기 전후 방향에 위치하는 외벽 부재(340)의 중앙에서 트레이 부재(300)를 향하여 대각선 방향으로 연장된 지지대(344) 및, 상기 지지대(344)와 연결되어 있고 트레이 부재(300)와 접촉하고 있는 지지판(345)으로 구성되어 있다.
보다 구체적인 예에서, 상기 지지대(344)와 지지판(345)은 플랜지 구조를 형성하고 있다. 전후 방향에 위치하는 외벽 부재(340)는 트레이 부재(300) 및 커버 부재와 좁은 폭의 장착면(341)을 통해 결합되어 있으므로 외부의 충격에 의해 절곡된 부분이 전후 방향으로 구부러져 파손되기 쉬우므로, 상기 지지부(343)를 통해 차체 프레임에 안정적으로 고정될 수 있다.
보다 상세하게는, 트레이 부재(300)와 지지부가 접촉하는 부분은 지지부(343)의 형상에 대응하여 만입되어 있는 구조일 수 있다. 도 8 및 9를 참조하면, 지지부(343)를 구성하는 지지판(345)은 판상형 구조일 수 있는데, 트레이 부재(300)과 지지판(345)이 접촉하는 부분은 지지판(345)의 좌우 방향 사이드 부분에 비해 만입되어 있다. 즉 지지부(343)가 트레이 부재(300)의 만입된 부분 사이에 고정된 형상이며, 이를 통해 전후 방향에 위치하는 외벽 부재(340)의 좌우 방향 유동을 방지할 수 있다.
또한, 트레이 부재(300)에는 전지 모듈을 삽입부(310)에 고정시키기 위한 마운팅 브라켓(미도시)이 설치될 수 있다.
위와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 언더 커버는 전지 모듈을 차체 프레임에 직접 체결합으로써 전지팩을 별도로 제조 후 결합하는 것보다 우수한 성능을 나타낸다.
위와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 언더 커버는 전지 모듈을 차체 프레임에 직접 체결합으로써 전지팩을 별도로 제조 후 결합하는 것보다 우수한 성능을 나타낸다.
결론적으로, 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 언더 커버는, 전지 모듈(210)의 측면을 감싸는 외벽 부재(320, 340) 및 격벽 부재(330)를 장착시킨 트레이 부재(300) 내에 형성된 삽입부(310)에 전지 모듈(210)을 직접 체결하고, 전지 모듈 상에 전장품(230)을 탑재한 후, 냉각 유로가 일체화된 커버 부재(100)가 위치한다. 이로써 전지 모듈의 용적률을 높이고, 전지 모듈 장착 공정의 효율성 및 안전성을 향상시킬 수 있으며, 필요에 따라 커버 부재를 개폐하여 전지 모듈의 수리 혹은 교체가 용이하다.
또한 본 발명은 상기 언더바디를 포함하는 전지팩을 제공하는바, 상기 전지팩은 상기 자동차용 언더바디에 전지 모듈이 수납된 것이다. 더욱 구체적으로, 상기 전지팩은 차체 프레임 하부에 하방면이 개방된 구조의 수납부를 포함하는 트레이 부재; 와 상기 수납부의 개방된 하방면을 덮는 커버 부재; 를 포함하는 자동차용 언더바디 및 상기 수납부에 수납된 전지 모듈을 포함한다. 상기 커버 부재에는 냉매가 유체 이동하는 상기 유로가 형성된다. 즉 본 발명은 전지 모듈이 차체 프레임에 직접 체결되므로, 차체 프레임과 이에 수납되는 전지 모듈이 하나의 전지팩을 형성한다.
또한 본 발명은 상기 전지팩을 포함하는 자동차를 제공하는바, 상기 자동차는 차체 하부의 언더바디 및 수납부에 수납된 전지 모듈을 포함한다. 상기 자동차는 하이브리드 자동차 또는 전기자동차일 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 전, 후, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
<부호의 설명>
100: 커버 부재,
101, 102: 유로,
103: 냉각층,
104: 커버층,
111: 요철,
112: 중앙 고정점,
113: 볼트 관통홀,
121: 인렛 포트,
122: 아웃렛 포트,
200: 전지 팩,
210: 전지 모듈,
211: 모듈 케이스,
220: 마운팅 볼트,
230: 전장품,
231: TIM,
300: 트레이 부재,
310: 수납부,
311: 리브,
320, 340: 외벽 부재,
321: 볼트 삽입홀,
330: 격벽 부재,
331: 제1 격벽 부재,
332: 제2 격벽 부재,
341: 장착면,
343: 지지부,
344: 지지대,
345: 지지판

Claims (17)

  1. 차체 프레임 하부에 체결되며, 전지 모듈을 수납하되 하방면이 개방된 구조의 수납부를 포함하는 트레이 부재; 및 상기 수납부의 개방된 하방면을 덮는 커버 부재를 포함하고,
    상기 커버 부재는, 냉매가 유체 이동하는 유로를 포함하는 자동차용 언더 바디.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는 판형 패널의 일면 또는 양면에 요철이 형성된 구조이며,
    커버 부재의 요철은 판형 패널의 표면에 유로를 따라 돌출부 또는 함입부가 형성된 형태인 자동차용 언더 바디.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출부 또는 함입부는 일정 간격을 두고 배열되며, 동일 평면 상에서 굴곡된 영역을 포함하는 자동차용 언더 바디.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출부 또는 함입부는 일정 간격을 두고 배열되며, 일방향으로 배향된 패턴화된 영역을 포함하는 자동차용 언더 바디.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는,
    내부에 냉매가 유체 이동하는 유로가 형성된 냉각층; 및
    상기 냉각층의 하방면을 보호하는 커버층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 언더 바디.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 커버 부재에서,
    상기 냉각층 및 커버층은 요철이 형성된 구조이며,
    상기 냉각층의 요철은, 판상형 패널의 표면에 유로를 따라 돌출부가 형성된 형태이고,
    상기 커버층의 요철은, 판상형 패널의 표면에 냉각층의 돌출부에 대응하도록 함입부가 형성된 형태이고,
    상기 냉각층 및 커버층은, 냉각층의 돌출부가 커버층의 함입부에 삽입되어 밀착되는 구조인 자동차용 언더 바디.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각층은 금속 소재로 형성되고, 상기 커버층은 플라스틱 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 언더 바디.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각층과 커버층 사이에 개재된 진동 방지층을 더 포함하는 자동차용 언더 바디.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는 단일층의 판상형 패널 구조이고,
    상기 유로는, 판상형 패널의 일면에 형성되거나 판상형의 패널 내부에 함입된 형태인 자동차용 언더 바디.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는, 상기 수납부의 개방된 면의 일부 또는 전부를 개폐하는 영역을 포함하는 자동차용 언더 바디.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수납부는,
    수납되는 전지 모듈의 측면을 둘러싸는 외벽 부재; 및
    상기 수납부 내부를 다수의 구획으로 분할하는 격벽 부재를 포함하며,
    각 분획 영역은 개별 전지 모듈이 수납되는 구조인 자동차용 언더 바디.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 외벽 부재는, 평면상의 단면 구조를 기준으로, 사면이 감싸진 사각 구조를 형성하되,
    자동차의 전후 방향과 수직하도록 배열되는 제1 및 제2 전후 방향 외벽 부재; 및
    자동차의 좌우 방향과 수직하도록 배열되는 제1 및 제2 좌우 방향 외벽 부재를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 좌우 방향 외벽 부재 중 어느 하나 이상은, 자동차의 전후 방향으로 위치 변동이 가능한 구조인 자동차용 언더 바디.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 외벽 부재는, 평면상의 단면 구조를 기준으로, 삼면이 감싸진 구조를 형성하되,
    자동차의 전후 방향과 수직하도록 배열되는 제1 및 제2 전후 방향 외벽 부재; 및
    자동차의 좌우 방향과 수직하도록 배열되는 제1 좌우 방향 외벽 부재를 포함하며,
    상기 제1 좌우 방향 외벽 부재는, 자동차의 전후 방향으로 위치 변동이 가능한 구조인 자동차용 언더 바디.
  14. 제 13 항에 있어서,
    커버 부재는 절곡된 패널 형태이며, 수납부의 하방면과 개방된 일측면을 덮는 구조인 자동차용 언더바디.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 자동차용 언더바디에 전지 모듈이 수납된 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 15항에 따른 전지팩을 포함하는 자동차.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 자동차는 하이브리드 자동차 또는 전기자동차인 것을 특징으로 하는 자동차.
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