KR101464624B1 - 발포금속의 접합방법과 이에 의해 제조된 발포금속체, 이를 이용한 차량용 배터리 케이스의 제조방법 및 차량용 배터리 케이스 - Google Patents

발포금속의 접합방법과 이에 의해 제조된 발포금속체, 이를 이용한 차량용 배터리 케이스의 제조방법 및 차량용 배터리 케이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발포금속의 접합방법에 관한 것으로, 발포금속의 일측면에 형성된 기공부가 납작하게 변형되도록 발포금속에 압력을 가하여 발포금속부를 제작하는 발포금속가압단계와, 발포금속부의 일측면을 대상체에 접합시키는 발포금속접합단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

발포금속의 접합방법과 이에 의해 제조된 발포금속체, 이를 이용한 차량용 배터리 케이스의 제조방법 및 차량용 배터리 케이스{BONDING METHOD FOR METAL FOAM, METAL FOAM UNIT THEREOF, MANUFACTURING METHOD FOR BATTERY CASE THEREOF AND BATTERY CASE FOR VEHICLES}
본 발명은 발포금속의 접합방법과 이에 의해 제조된 발포금속체, 이를 이용한 차량용 배터리 케이스의 제조방법 및 차량용 배터리 케이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 기공부가 형성된 발포금속과 대상체를 안정되게 접합시키기 위한 발포금속의 접합방법과 이에 의해 제조된 발포금속체, 이를 차량용 배터리 케이스에 적용하여 차량용 배터리 케이스를 제조하는 방법과 그 제조방법에 의해 제조된 차량용 배터리 케이스에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차에 사용되는 배터리 케이스 어셈블리는 배터리팩, 배터리 매니지먼트 시스템, 브로워, 상부 커버, 하부케이스, 구조 보강용 멤버를 포함한다.
하부케이스와 구조 보강용 멤버는 배터리팩의 하중을 지지하기 위해 스틸 소재를 프레스 성형하여 제조하고, 배터리팩의 하중이 작용하지 않는 상부 커버는 플라스틱 소재로 제조된다.
배터리팩은 하부케이스에 설치된 마운팅 브라켓에 볼팅되어 탑재되거나, 하부케이스에 형성된 칸막이 사이에 탑재된다.
한편, 발포금속은 그 내부에 수많은 기포를 가진 다공질(Porous) 금속을 의미하며, 기공의 형태에 따라 폐포형(Closed cell type)과 개포형(Open cell type)으로 구분할 수 있다.
폐포형 발포금속은 기포가 서로 연결되지 않고 독립적인 형태를 가지며, 개포형 발포금속은 기포가 서로 연결된 형태를 가지고 기공율이 89~97%에 이르러 기체나 액체가 통과할 수 있고 표면적이 커서 다양한 용도로 활용되고 있다.
이러한 발포금속의 제조방법으로는 주조법과 분말법을 포함한 다양한 방법이 개시되어 있다.
주조법은 금속 수소화물이나 Ar가스 등을 직접 금속 용탕에 주입, 교반하는 지이엠(GEM, Gas Expansion Methods)법, 수용성 또는 가연성의 예비성형물(Preform)을 이용하는 용탕침투법, 그 외 정밀주조법, 금속·가스 공정응고법 등으로 세분화할 수 있다.
분말법은 수산화금속 및 금속산화물의 슬러리(Slurry)를 이용하는 중공구(Hollow sphere)법, 금속 수소화물을 금속분말과 혼합하여 가열하는 소결법 등으로 세분화할 수 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제1999-0052025호(1999.07.05.공개, 발명의 명칭 : 전기자동차 배터리 케이스 장착장치), 대한민국 등록특허공보 제0913434호(2009.08.14. 등록, 발명의 명칭 : 기공이 제어된 발포금속의 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 표면에 기공부가 형성된 발포금속과 대상체를 안정되게 접합시키기 위한 발포금속의 접합방법과 이에 의해 제조된 발포금속체, 이를 차량용 배터리 케이스에 적용하여 차량용 배터리 케이스를 안정된 구조로 제조하는 방법과 그 제조방법에 의해 제조된 차량용 배터리 케이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따른 발포금속의 접합방법은, 발포금속의 일측면에 형성된 기공부가 납작하게 변형되도록 상기 발포금속에 압력을 가하여 발포금속부를 제작하는 발포금속가압단계; 및 상기 발포금속부의 일측면을 대상체에 접합시키는 발포금속접합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 발포금속가압단계는, 상기 발포금속의 일측면은 이동구와 접하고, 상기 발포금속의 타측면은 고정구와 접하도록 위치시키는 셋팅단계; 및 상기 이동구를 상기 고정구측으로 이동시키면서 상기 발포금속의 일측면을 가압하는 가압변형단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 셋팅단계는, 상기 발포금속을 상기 고정구에 안착시키는 고정구안착단계; 및 성형하고자하는 상기 발포금속의 표면 윤곽에 대응되는 형상의 가압면을 가지는 상기 이동구를 상기 발포금속의 일측면에 접하도록 위치시키는 이동구셋팅단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 대상체는, 금속재를 포함하여 이루어지고, 상기 발포금속접합단계에서는, 전도성 접착제로 상기 대상체와 상기 발포금속부의 일측면을 접합시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일측면에 따른 발포금속체는, 상기 발포금속의 접합방법에 의해 제조되어, 상기 발포금속부와 상기 대상체가 접합된 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법은, 발포금속을 제조하는 발포금속제조단계; 상기 발포금속을 3차원 형상으로 절단하는 발포금속절단단계; 절단시킨 상기 발포금속 조각을 일측에서 가압하여, 일측면의 기공부가 납작하게 변형된 형상을 가지는 발포금속부를 제작하는 발포금속변형단계; 및 상기 발포금속부의 일측면을 외부케이스부의 내면부에 접합하여 고정시키는 케이스접합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 발포금속변형단계는, 상기 외부케이스부의 내면부에 대응되는 형상의 가압면을 가지는 이동구로 상기 발포금속을 가압하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 케이스접합단계는, 금속재를 포함하는 상기 외부케이스부와 상기 발포금속부를 전도성 접착제로 접합시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 케이스접합단계는, 상기 발포금속부의 조각들을 상기 외부케이스부의 형상에 대응되는 형상을 이루도록 상호 접합하며 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따른 차량용 배터리 케이스는, 금속재를 포함하여 이루어지고, 내부에 배터리가 탑재되는 공간부가 형성되는 외부케이스부; 발포금속을 포함하여 이루어지고, 상기 외부케이스부의 내면부에 결합되며, 상기 외부케이스부와의 접촉면에 형성된 기공부가 납작하게 변형된 형상을 가지는 발포금속부; 및 상기 외부케이스부와 상기 발포금속부를 접합시키는 접합부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 발포금속부는, 상기 기공부가 납작하게 변형된 형상을 가지고, 상기 외부케이스부와 접하는 케이스접촉부; 및 상기 케이스접촉부에 비해 상기 기공부의 너비가 보다 확장된 형상을 가지고, 상기 배터리와 접하는 배터리접촉부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 발포금속부는, 상기 외부케이스부와의 접촉면에서 반대측으로 갈수록 상기 기공부의 너비가 점차 확장되는 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 발포금속부는, 복수개의 조각이 상호 접합되어 상기 외부케이스부에 대응되는 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 발포금속부는, 상기 발포금속부 조각간의 접촉부에 형성되고, 상기 기공부가 납작하게 변형된 형상을 가지는 발포금속접촉부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 기공부는, 변형 전 2mm이상 내지 15mm이하의 너비를 가지며, 상기 발포금속부는, 상기 발포금속을 2mm이상의 압축 변형량을 가지도록 가압하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 접합부는, 전도성 접착제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 발포금속을 대상체(예를 들어, 차량용 배터리 케이스의 외부케이스부)에 접합시킴에 있어서, 발포금속 중 대상체와의 접촉면을 가압하여 접촉면에 위치되는 기공부를 납작하게 변형시킴으로써 대상체와의 접촉면적을 확장시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 접합부(예를 들어, 전도성 접착제)를 이용해 대상체와 발포금속부를 안정적이고 견고하게 접합시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 차량용 배터리 케이스에 적용 시, 배터리의 사용 과정에서 발생되는 열을, 일반적인 금속에 비해 현저히 확장된 표면적을 가지는 발포금속부 내부를 통과시키면서 효율적으로 방열시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 차량용 배터리 케이스에 적용 시, 배터리의 셀이 파괴되어 폭발, 화염 발생되는 경우에는 외부케이스부 내부의 과열, 과압된 기류를 발포금속부로 내부로 진입, 통과시키면서 효율적으로 완화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 차량용 배터리 케이스에 적용 시, 전도성 접착제를 이용해 외부케이스부와 발포금속부를 접합시킴으로써, 접착제에 의한 성능 저하 없이 전도성, 전자파차폐성 등과 같은 금속재의 성능을 안정적으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량용 배터리 케이스에 적용 시, 차량의 충돌 사고 등이 발생된 경우에는 외부케이스부 외부에서 배터리로 전달되는 충격력을 스펀지와 같은 다공체 구조를 가지는 발포금속부를 이용해 안정적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법을 도시한 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법의 고정구안착단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법의 이동구셋팅단계와 가압변형단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법의 발포금속가압단계를 거쳐 제작된 발포금속부를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법의 발포금속접합단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법에 의해 제조된 발포금속체의 일례를 도시한 개념도이다.
도 7은 발포금속을 압축 시험하는 과정을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 8은 발포금속을 압축된 측면 형상을 압축 변형량에 따라 구분하여 촬상한 사진이다.
도 9는 발포금속의 압축된 평면 형상을 압축 변형량에 따라 구분하여 촬상한 사진이다.
도 10은 압축 과정에서 발포금속에 작용하는 응력 분포를 압축 변형량에 따라 구분하여 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속체의 접착력을 시험하는 방법을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속체의 접착력을 시험한 결과를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법을 도시한 플로우차트이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 발포금속제조단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 발포금속절단단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 발포금속변형단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법을 거쳐 제조된 발포금속부의 일례를 도시한 개념도이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 케이스접합단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 케이스접합단계를 거쳐 하부케이스의 내면부 전체에 발포금속을 접합시킨 상태를 도시한 개념도이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 부분절개 사시도이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발포금속의 접합방법과 이에 의해 제조된 발포금속체, 이를 이용한 차량용 배터리 케이스의 제조방법 및 차량용 배터리 케이스의 일실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 도 1 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법과 이에 의해 제조된 발포금속체에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법을 도시한 플로우차트이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법의 고정구안착단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법의 이동구셋팅단계와 가압변형단계를 설명하고자 도시한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법의 발포금속가압단계를 거쳐 제작된 발포금속부를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법의 발포금속접합단계를 설명하고자 도시한 개념도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법에 의해 제조된 발포금속체의 일례를 도시한 개념도이다.
도 7은 발포금속을 압축 시험하는 과정을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 8은 발포금속을 압축된 측면 형상을 압축 변형량에 따라 구분하여 촬상한 사진이다.
도 9는 발포금속의 압축된 평면 형상을 압축 변형량에 따라 구분하여 촬상한 사진이고, 도 10은 압축 과정에서 발포금속에 작용하는 응력 분포를 압축 변형량에 따라 구분하여 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속체의 접착력을 시험하는 방법을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속체의 접착력을 시험한 결과를 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발포금속의 접합방법은 발포금속가압단계(S100)와 발포금속접합단계(S200)를 순차적으로 거쳐 이루어진다.
발포금속(220a)은 기공부(220b)가 그 전반에 형성된 구조를 가짐에 따라, 발포금속(220a)의 표면은 노출된 기공부(220b)로 인해 오목하게 함몰된 요철 형상을 가지게 된다.
특히, 발포금속(220a)을 절단한 경우에는 절단면에서 기공부(220b)로 인한 요철이 보다 명확하게 형성된다.
상기와 같이 발포금속(220a)의 표면은 기공부(220b)의 너비(발포금속의 표면과 직각되는 방향으로의 너비)에 해당되는 고저차(高低差)로 불균일한 형상을 가진다.
발포금속가압단계(S100)에서는 발포금속(220a)의 일측면에 형성된 기공부(220b)가 납작하게 변형되도록 발포금속(220a)에 압력을 가한다.
이하 설명에서는, 발포금속(220a)의 적어도 일측면에 위치되는 기공부(220b)가 상기와 같이 납작하게 변형된 형상을 가지는 것을 발포금속부(220)라 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 발포금속가압단계(S100)는, 셋팅단계(S110)와 가압변형단계(S120)를 순차적으로 거쳐 이루어지고, 셋팅단계(S110)는 고정구안착단계(S111)와 이동구셋팅단계(S112)를 순차적으로 거쳐 이루어진다.
도 2, 도 3을 참조하면, 셋팅단계(S110)에서는 발포금속(220a)의 일측면은 이동구(40)와 접하고, 발포금속(220a)의 타측면은 고정구(30)와 접하도록 고정구(30), 이동구(40), 발포금속(220a)을 셋팅한다.
셋팅단계(S110) 중 고정구안착단계(S111)에서는 도 2에 도시된 바와 같이 발포금속(220a)을 고정구(30)(예를 들어, 압축 기기의 베이스 등)에 안착시킨다.
다음으로, 이동구셋팅단계(S112)에서는 도 3에 도시된 바와 같이 성형하고자하는 발포금속(220a)의 표면 윤곽(예를 들어, 평면, 곡면 등)에 대응되는 형상의 가압면(41)을 가지는 이동구(40)를 발포금속(220a)의 일측면에 접하도록 위치시킨다.
다음으로, 가압변형단계(S120)에서는 이동구(40)를 고정구(30)측으로 이동시키면서 발포금속(220a)의 일측면을 가압한다.
상기와 같은 과정을 거쳐 기공부(220b)를 납작하게 가공하면(도 2의 두께a > 도 4의 두께b), 기공부(220b)에 의해 형성된 발포금속(220a) 표면의 고저차가 낮아지게 되고, 평탄한 표면을 이루는 부분이 점차 늘어나면서 대상체(210)와의 접촉면적이 확장된다.
또한, 발포금속(220a)의 일측면에 타측으로의 이동 가압력을 작용시키면, 일측에 위치된 기공부(220b)가 납작하게 찌그러지면서 타측으로 점차 그 가압력이 전달됨에 따라, 일측면과 타측면의 압축 변형 정도가 서로 상이하다.
즉, 발포금속(220a)의 일측면에 타측으로의 이동 가압력을 작용시키면, 도 4에 도시된 바와 같이 발포금속(220a)의 일측면이 정지 상태를 유지하고 있는 타측면에 비해 더 낮은 고저차를 가지는 평탄한 표면 형상을 가지게 된다.
발포금속접합단계(S200)에서는 도 5에 도시된 바와 같이 기공부(220b)가 납작하게 변형된 형상을 가지는 발포금속부(220)의 일측면을 대상체(210)에 접합시켜, 도 6에 도시된 바와 같이 발포금속부(220)와 대상체(210)가 접합된 형태의 발포금속체(200)를 완성한다.
대상체(210)가 금속재를 포함하여 이루어지는 경우, 전도성 접착제를 이용해 대상체(210)와 발포금속(220a)을 접합시키면, 접착제에 의한 성능 저하 없이 발포금속부(220)에서 대상체(210)에 걸쳐 연속된 전도성, 전자파차폐성 등을 구현할 수 있다.
도 7은 압축시험장비(UTM, Universal Testing Machine, Maker: INSTRON, Model No: 4206)를 이용해 30mm 너비의 정육각형 형상으로 절단된 발포금속(220a) 시편을 압축 시험하는 과정을 도시한 것이다.
도 8의 (a), 도 9의 (a)는 각각 발포금속(220a) 시편을 가압(압축) 방향과 직각되는 방향과, 가압 방향(도 3의 화살표 방향)과 동일한 방향에서 촬상한 것이다.
도 8의 (b), (c), (d), (e)는 발포금속(220a) 시편의 일측으로부터 가압하면서 각각 5mm, 10mm, 15mm, 20mm만큼 압축 변형된 상태를 가압(압축) 방향과 직각되는 방향(측방향)에서 촬상한 것이다.
도 9의 (b), (c), (d), (e)는 발포금속(220a) 시편의 일측으로부터 가압하면서 각각 5mm, 10mm, 15mm, 20mm만큼 압축 변형된 상태를 가압 방향(도 3의 화살표 방향)과 동일한 방향(상측)에서 촬상한 것이다.
도 10의 (a) 내지 (e)는 응력해석 프로그램(IDEAS)을 이용하여 발포금속(220a) 시편에 작용하는 응력분포를 해석한 결과이다.
도 8, 도 10을 참조하면, 발포금속(220a)의 일측면에 타측으로의 이동 가압력을 작용시키면, 일측에 위치된 기공부(220b)가 납작하게 찌그러지면서 타측으로 점차 그 가압력이 전달되는 것을 확인할 수 있다.
즉, 발포금속(220a)의 일측면에 타측으로의 이동 가압력을 작용시키면, 발포금속(220a)의 일측면이 정지 상태를 유지하고 있는 타측면보다 더 낮은 고저차를 가지는 평탄한 표면 형상을 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 9, 도 10을 참조하면, 발포금속(220a)의 압축 변형량이 증가할수록 발포금속(220a)의 일측면에 위치된 기공부(220b)가 점차 납작해지면서 표면의 고저차가 낮아지고, 평탄한 표면을 이루는 부분이 점차 늘어나는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 원주 형상의 가압체로 발포금속부(220)를 밀어내면서 발포금속부(220)와 스틸 소재로 이루어진 대상체(210)간의 접합력을 시험하는 과정을 도시한 것이다.
70mm 너비의 정사각형 단면을 가지는 발포금속(220a) 시편에 금속 분말을 포함하는 전도성 접착제(MP-5400) 6~7g을 도포하고, 150℃에서 15min동안 경화시켜 발포금속부(220)와 대상체(210)를 접착하였다.
또한, 대상체(210)를 고정시킨 상태에서, 가압체를 발포금속부(220)와 대상체(210)간의 접합면을 따라 10 mm/min의 속도로 이동시키면서 측정하였다.
도 12를 참조하면, 압축되기 이전의 발포금속(220a) 시편은 5.756kN의 접합강도를 가지나, 발포금속(220a) 시편을 5mm, 20mm의 압축 변형량으로 압축한 경우 각각 6.574kN, 8.705kN으로 접합강도가 보다 증가된 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 13 내지 도 21을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 차량용 배터리 케이스에 대해 설명하기로 한다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법을 도시한 플로우차트이고, 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 발포금속제조단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 발포금속절단단계를 설명하고자 도시한 개념도이고, 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 발포금속변형단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법을 거쳐 제조된 발포금속부의 일례를 도시한 개념도이고, 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 케이스접합단계를 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 케이스접합단계를 거쳐 하부케이스의 내면부 전체에 발포금속을 접합시킨 상태를 도시한 개념도이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 부분절개 사시도이고, 도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제조방법은 발포금속제조단계(SP100), 발포금속절단단계(SP200), 발포금속변형단계(S100a), 케이스접합단계(S200a)를 포함한다.
발포금속제조단계(SP100)에서는, 발포금속(220a)을 제조한다.
발포금속(220a)은 본 발명의 배경기술로써 기재된 발포금속 제조방법을 포함한 다양한 공지의 방법으로 제작될 수 있으며 특정한 방법으로 한정되지 않으므로, 발포금속제조단계(SP100)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
발포금속절단단계(SP200)에서는, 도 14에 도시된 바와 같이 차량용 배터리 케이스(200A)보다 대형의 너비나 체적을 가지는 발포금속(220a) 패널 또는 발포금속(220a) 덩어리를 도 15에 도시된 바와 같이 복수개의 조각으로 절단한다.
발포금속절단단계(SP200)에서 절단된 발포금속(220a) 조각 각각은 가로, 세로, 높이를 가지는 3차원의 입체적인 형상을 가진다.
도 16, 도 17을 참조하면, 발포금속변형단계(S100a)에서는, 발포금속절단단계(SP200)에서 절단시킨 발포금속(220a) 조각을 일측에서 가압하여 일측면의 기공부(220b)가 납작하게 변형된 형상을 가지는 발포금속부(220)를 제작한다.
도 16에 도시된 바와 같이 외부케이스부(210A)의 내면부에 대응되는 형상의 가압면(41)을 가지는 이동구(40)로 발포금속(220a)을 가압하면, 도 17에 도시된 바와 같이 발포금속(220a)의 일측면을 보다 평탄하게 변형시킴과 동시에 외부케이스부(210A)의 내면부에 대응되는 형상으로 성형할 수 있다.
케이스접합단계(S200a)에서는, 도 18에 도시된 바와 같이 발포금속부(220)의 일측면을 외부케이스부(210A)의 내면부에 접합하여 고정시킨다.
케이스접합단계(S200a)에서는 외부케이스부(210A)와 발포금속부(220)를 접합시킴과 동시에, 복수개의 발포금속부(220) 조각을 도 18, 도 19에 도시된 바와 같이 외부케이스부(210A)의 형상에 대응되는 형상을 이루도록 상호 접합하며 이루어진다.
금속재를 포함하는 외부케이스부(210A)와 발포금속부(220)간의 접합, 발포금속부(220) 상호간의 접합은 전도성 접착제를 이용해 이루어진다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 일측면에 따른 차량용 배터리 케이스(200A)는 외부케이스부(210A), 발포금속부(220), 접합부(230)를 포함한다.
외부케이스부(210A)는 금속재를 포함하여 이루어지고, 내부에 배터리(10)(예를 들어, 리튬이온(Li-ion) 배터리)가 탑재되는 공간부가 형성된다.
외부케이스부(210A)는 상호 분리가능하게 결합되는 하부케이스(211)와 상부케이스(212)를 포함하며, 하부케이스(211)와 상부케이스(212)를 상호 분리시킨 상태로 내부의 배터리(10)를 용이하게 점검, 교체할 수 있다.
발포금속부(220)는 발포금속(220a)을 본 발명에 따른 발포금속의 접합방법의 발포금속가압단계(S100) 또는 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 발포금속변형단계(S100a)를 거쳐 제조할 수 있다.
발포금속부(220)는 외부케이스부(210A)의 내면부와의 접촉면에 형성된 기공부(220b)가 납작하게 변형된 형상을 가지고, 외부케이스부(210A)의 내면부에 결합된다.
본 발명의 일실시예에 따른 발포금속부(220)는 도 18 내지 도 21에 도시된 바와 같이 패널 형상을 가지는 복수개의 조각을 외부케이스부(210A)에 대응되는 형상을 이루도록 상호 접합시킨 구조를 가진다.
도 18, 도 21을 참조하면, 발포금속부(220)는 케이스접촉부(221), 배터리접촉부(223), 발포금속접촉부(225)를 포함한다.
케이스접촉부(221)는 기공부(220b)가 납작하게 변형된 형상을 가지고, 외부케이스부(210A)와 접한다.
배터리접촉부(223)는 케이스접촉부(221)에 비해 기공부(220b)의 너비가 보다 확장된 형상을 가지고, 배터리(10)와 접한다.
본 발명에 따른 발포금속의 접합방법의 발포금속가압단계(S100), 또는 차량용 배터리 케이스의 제조방법의 발포금속변형단계(S100a)에서 설명한 바와 같이, 발포금속(220a)의 일측면에 타측으로의 이동 가압력을 작용시키면, 일측에 위치된 기공부(220b)가 납작하게 찌그러지면서 타측으로 점차 그 가압력이 전달된다.
여기서, 발포금속(220a) 중 이동 가압력을 받는 부분이 케이스접촉부(221)에 해당되고, 정지된 상태를 유지하는 반대측 부분이 배터리접촉부(223)에 해당된다.
발포금속부(220)는 외부케이스부(210A)와의 접촉면에서 반대측으로 갈수록 기공부(220b)의 너비가 점차 확장되는 형상을 가진다.
이에 따라, 케이스접촉부(221)에 위치되는 기공부(220b)는 발포금속부(220) 중 가장 납작한 형상을 가지게 되고, 배터리접촉부(223)는 가장 덜 납작한 형상을 가지게 된다.
케이스접촉부(221)는, 상기와 같이 납작하게 변형된 기공부(220b)에 의해 압축 전의 발포금속(220a)보다 평탄한 표면 형상을 가지게 되므로, 외부케이스부(210A)와의 접촉면적을 보다 안정적으로 확보할 수 있다.
이에 따라, 접합부(230)에 의한 외부케이스부(210A)와 발포금속부(220)간의 접합이 안정적이고 견고하게 이루어질 수 있다.
또한, 배터리접촉부(223)에 위치되는 기공부(220b)의 너비가 케이스접촉부(221)에 비해 확장된 형상을 가짐에 따라, 배터리(10)측에서 발생된 열에너지나 고온의 기류가 발포금속부(220)의 기공부(220b) 내부로 용이하게 진입할 수 있다.
이에 따라, 배터리(10)의 사용 과정에서 발생되는 열을 기공부(220b) 내부로 진입시켜, 일반적인 금속에 비해 현저히 확장된 표면적을 가지는 발포금속부(220) 내부를 통과시키면서 효율적으로 방열시킬 수 있다.
또한, 배터리(10)의 셀(Cell)이 파괴되어 전해액(가연성 유기용매)으로 인한 폭발, 화염 발생 시, 외부케이스부(210A) 내부의 과열, 과압된 기류가 발포금속부(220)의 기공부(220b) 내부로 안정되게 진입하게 되어 배터리(10)의 폭발력을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
발포금속접촉부(225)는 발포금속부(220) 조각간의 접촉부에 형성되고, 케이스접촉부(221)와 마찬가지로 기공부(220b)가 납작하게 변형된 형상을 가진다.
발포금속접촉부(225)는 케이스접촉부(221)와 마찬가지로 발포금속부(220)간의 접촉면에 압력을 가하여 형성할 수 있다.
발포금속접촉부(225)는 복수개의 발포금속부(220)를 상호 접합시키는 경우에 형성되는 부분으로, 발포금속부(220)를 외부케이스부(210A)의 내면부 전체에 대응되는 형상을 가지도록 일체로 제작한 경우에는 구비되지 않아도 된다.
상기와 같이 발포금속부(220)를 제작하기 위한 발포금속(220a)의 압축 변형량은 발포금속(220a)의 재질, 기공부(220b)의 크기, 발포금속의 형상 등에 따라 다양한 실시예로 적용될 수 있다.
일반적으로 발포금속(220a)의 기공부(220b)는 2mm이상 내지 15mm이하의 너비를 가지므로, 발포금속(220a)의 접합 공정에 일괄적으로 적용함에 있어서는 발포금속(220a)을 2mm이상의 압축 변형량으로 가압하여 발포금속부(220)를 제작하는 것이 바람직하다.
접합부(230)는 금속 분말을 포함하는 전도성 접착제로 이루어지고, 금속재를 포함하는 외부케이스부(210A)와 발포금속부(220)의 케이스접촉부(221)를 접합시킨다.
이에 따라, 접착제에 의한 성능 저하 없이 차량용 배터리 케이스(200A)를 이루는 발포금속부(220)와 대상체(210) 전체에 걸쳐 전도성, 전자파차폐성 등과 같은 금속재의 성능을 안정적으로 구현할 수 있다.
또한, 접합부(230)로 발포금속부(220)와 외부케이스부(210A)를 견고하게 접합, 고정시킬 수 있어, 차량의 충돌 사고 시 외부케이스부(210A) 외부에서 배터리(10)로 전달되는 충격력을 스펀지와 같은 다공체 구조를 가지는 발포금속부(220)를 이용해 안정적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 배터리 30 : 고정구
40 : 이동구 200 : 발포금속체
200A : 차량용 배터리 케이스 210 : 대상체
210A : 외부케이스부 211 : 하부케이스
212 : 상부케이스 220 : 발포금속부
220a : 발포금속 220b : 기공부
221 : 접합부 223 : 배터리접촉부
225 : 발포금속접촉부 230 : 접합부

Claims (16)

  1. 발포금속의 일측면에 형성된 기공부가 변형되도록 상기 발포금속의 일측면에 압력을 가하여 발포금속부를 제작하는 발포금속가압단계; 및
    상기 발포금속부 중 상기 기공부가 변형된 일측면을 대상체에 접합시키는 발포금속접합단계;를 포함하며,
    상기 대상체는, 금속재를 포함하여 이루어지고,
    상기 발포금속접합단계에서는, 상기 발포금속부 중 상기 기공부가 변형된 일측면을 전도성 접착제로 상기 대상체와 접합시키는 것을 특징으로 하는 발포금속의 접합방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발포금속가압단계는,
    상기 발포금속의 일측면은 이동구와 접하고, 상기 발포금속의 타측면은 고정구와 접하도록 위치시키는 셋팅단계; 및
    상기 이동구를 상기 고정구측으로 이동시키면서 상기 이동구로 상기 발포금속의 일측면을 가압하여, 상기 발포금속의 일측면에 형성된 상기 기공부를 상기 발포금속의 일측면과 직각되는 방향으로의 너비가 축소되게 변형시키는 가압변형단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포금속의 접합방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셋팅단계는,
    상기 발포금속의 타측면이 상기 고정구와 접하게 상기 발포금속을 상기 고정구에 안착시키는 고정구안착단계; 및
    성형하고자하는 상기 발포금속의 표면 윤곽에 대응되는 형상의 가압면을 가지는 상기 이동구를 상기 발포금속의 일측면에 접하도록 위치시키는 이동구셋팅단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포금속의 접합방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 따른 발포금속의 접합방법에 의해 제조되어, 상기 발포금속부와 상기 대상체가 접합된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 발포금속체.
  6. 발포금속을 제조하는 발포금속제조단계;
    상기 발포금속을 절단하는 발포금속절단단계;
    절단시킨 상기 발포금속 조각을 일측에서 가압하여, 일측면의 기공부가 압력에 의해 변형되어 변형된 형상을 가지는 발포금속부를 제작하는 발포금속변형단계; 및
    상기 발포금속부 중 상기 기공부가 변형된 일측면을 외부케이스부의 내면부에 접합하여 고정시키는 케이스접합단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발포금속변형단계는, 상기 외부케이스부의 내면부에 대응되는 형상의 가압면을 가지는 이동구로 상기 발포금속을 가압하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 케이스접합단계는, 금속재를 포함하는 상기 외부케이스부와 상기 발포금속부를 전도성 접착제로 접합시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 케이스접합단계는, 상기 발포금속부의 조각들을 상기 외부케이스부의 형상에 대응되는 형상을 이루도록 상호 접합하며 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스의 제조방법.
  10. 금속재를 포함하여 이루어지고, 내부에 배터리가 탑재되는 공간부가 형성되는 외부케이스부;
    발포금속을 포함하여 이루어지고, 상기 외부케이스부의 내면부에 결합되며, 상기 외부케이스부와의 접촉면에 형성된 기공부가 압력에 의해 변형되어 변형된 형상을 가지는 발포금속부; 및
    상기 외부케이스부와 상기 발포금속부를 접합시키는 접합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 발포금속부는,
    상기 기공부가 압력에 의해 변형되어 변형된 형상을 가지고, 상기 외부케이스부와 접하는 케이스접촉부; 및
    상기 케이스접촉부의 반대측에 형성되고, 상기 배터리와 접하는 배터리접촉부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기공부는,
    상기 케이스접촉부에서 반대측으로 갈수록 상기 케이스접촉부와 직각되는 방향으로의 너비가 점차 확장되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 발포금속부는, 복수개의 조각이 상호 접합되어 상기 외부케이스부에 대응되는 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 발포금속부는,
    상기 발포금속부 조각간의 접촉부에 형성되고, 상기 기공부가 압력에 의해 변형되어 변형된 형상을 가지는 발포금속접촉부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 기공부는, 변형 전 상기 발포금속의 표면과 직각되는 방향으로의 너비가 2mm이상 내지 15mm이하이며,
    상기 발포금속부는, 상기 발포금속을 2mm이상의 압축 변형량을 가지도록 가압하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 접합부는, 전도성 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 케이스.
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