KR101816912B1 - 전기차용 배터리 케이스 및 그것의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 압출가공이나 인발가공으로 측벽부재를 획득한 후 측벽부재를 절단하여 두 가로측벽과 두 세로측벽을 획득하는 단계와; 두 가로측벽과 두 세로측벽을 볼트로 결합하여 벽체 프레임을 획득하는 단계와; 상부플레이트와 하부플레이트를 준비하는 단계와; 상부플레이트와 하부플레이트를 벽체 프레임의 상부와 하부에 각각 볼트로 결합하는 단계를 포함하는 전기차용 배터리 케이스 제조방법 및 이 방법으로 제조된 전기차용 배터리 케이스를 제공한다.

Description

전기차용 배터리 케이스 및 그것의 제조방법 {BATTERY CASE FOR ELECTRIC VEHICLE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 전기차에 탑재되는 배터리를 구성하는 배터리 케이스 및 이 배터리 케이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

전기차로는 순수 전기차(battery powered EV), 연료 전지를 전동기로 사용하는 연료 전지 전기차(fuel cell EV), 전동기와 엔진(engine)을 함께 이용하는 하이브리드 전기차(hybrid EV) 등이 개발되고 있다.

전기차 배터리는 플러그인(plug-in) 방식으로 충전된다. 이에, 충전 완료 시까지 지나치게 장시간이 소요되므로, 사용자는 전기차 이용이 불편할 수밖에 없고, 충전시설 운영업체는 경제성이 없는 것이 현 실정이다.

이에 따라, 최근에는 전기차 배터리를 직접 충전하지 않고 방전 배터리를 미리 충전한 완충 배터리로 교환하는 방식이 제안되어 있다.

일반적으로, 전기차 배터리는, 배터리 케이스와; 배터리 케이스에 수납된 배터리 셀로 구성된다. 전기차용 배터리 케이스는 배터리 교환장치의 한 쌍의 그리퍼 핸드를 이용하여 운반 가능하도록 구성되고 내부에 수납된 배터리 셀을 외부로부터 보호하는 역할을 한다.

이전까지의 전기차용 배터리 케이스는, 배터리 교환을 위하여 전기차에 배터리를 탑재하거나 탑재된 배터리를 분리하는 과정 등에서 손상되거나 파손되는 문제가 빈번함에도 불구하고, 배터리 케이스 부품들이 용접으로 접합되어 있기 때문에, 전체적으로 새것으로 교환하여야 하는 문제점이 있다.

또한, 배터리 셀 보호 차원에서 철재를 이용함에 따라 무게가 무거워서 제조가 어렵고 힘든 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1373595호(2015.05.14.)

본 발명의 실시예는, 경량화, 제조성 향상, 유지와 관리 면에서 보다 유리한 전기차용 배터리 케이스 및 이러한 전기차용 배터리 케이스의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

해결하고자 하는 과제는 이에 제한되지 않고, 언급되지 않은 기타 과제는 통상의 기술자라면 이하의 기재로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 압출가공 또는 인발가공으로 단면이 일정한 측벽부재를 획득한 후 상기 측벽부재를 일정의 길이로 절단하여 두 가로측벽과 두 세로측벽을 획득하는 단계와; 볼트를 이용, 상기 두 가로측벽과 상기 두 세로측벽을 서로 결합하여 전기차용 배터리 케이스의 사각구조 벽체를 구성하는 벽체 프레임을 획득하는 단계와; 상기 벽체 프레임의 개방된 상부와 하부를 각각 차단하기 위한 상부플레이트와 하부플레이트를 준비하는 단계와; 볼트를 이용, 상기 상부플레이트와 상기 하부플레이트를 상기 벽체 프레임의 상부와 하부에 각각 결합하여 전기차용 배터리 케이스의 본체를 획득하는 단계와; 볼트를 이용, 상기 본체의 각각의 모서리에 코너 블록을 각각 결합하는 단계를 포함하는, 전기차용 배터리 케이스 제조방법이 제공될 수 있다.

상기 측벽부재는, 서로 마주 보는 내측플레이트 및 외측플레이트와; 상기 내측플레이트와 상기 외측플레이트 사이의 공간에 배치되고 상하로 서로 이격된 복수의 플레이트 연결부재를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 전기차용 배터리 케이스 제조방법은, 상기 두 가로측벽을 획득한 이후, 상기 두 가로측벽의 외측플레이트의 일부를 각각 제거, 상기 복수의 플레이트 연결부재 중 이웃한 두 플레이트 연결부재 사이의 공간을 노출시켜 상기 두 가로측벽에 운반용 홈부를 각각 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 상부플레이트는 둘레의 네 면으로부터 각각 돌출된 소폭의 연장부를 가질 수 있다. 그리고, 상기 전기차용 배터리 케이스 제조방법은, 상기 연장부를 가진 상부플레이트를 상기 벽체 프레임의 상부에 결합 시 상기 연장부를 각각 소성변형으로 하측으로 구부려서 상기 벽체 프레임의 외측에 밀착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전기차용 배터리 케이스 제조방법은, 상기 벽체 프레임 내 하부영역에 복수의 지지바가 가로방향 또는 세로방향으로 서로 나란하도록 배열되고 상기 복수의 지지바의 양쪽 단부가 상기 두 가로측벽 또는 상기 두 세로측벽에 연결되도록 상기 복수의 지지바를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 압출가공 또는 인발가공으로 단면이 일정한 측벽부재를 획득한 후 상기 측벽부재를 일정의 길이로 절단하여 두 가로측벽과 두 세로측벽을 획득하는 단계와; 볼트를 이용, 상기 두 가로측벽과 상기 두 세로측벽을 서로 결합하여 전기차용 배터리 케이스의 사각구조 벽체를 구성하는 벽체 프레임을 획득하는 단계와; 상기 벽체 프레임 내 하부영역에 복수의 지지바가 가로방향 또는 세로방향으로 서로 나란하도록 배열되고 상기 복수의 지지바의 양쪽 단부가 상기 두 가로측벽 또는 상기 두 세로측벽에 연결되도록 상기 복수의 지지바를 설치하는 단계와; 볼트를 이용, 상기 벽체 프레임의 상부에 상부플레이트를 결합하여 상기 벽체 프레임의 개방된 상부를 차단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전기차용 배터리 케이스 제조방법으로 제조되어 두 가로측벽과 두 세로측벽, 상부플레이트와 하부플레이트 및 코너 블록들을 포함하는, 전기차용 배터리 케이스가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전기차용 배터리 케이스의 사각구조 벽체를 구성하는 벽체 프레임과; 상기 벽체 프레임의 상부 및 하부에 각각 결합되어 상기 벽체 프레임의 개방된 상부 및 하부를 각각 차단하는 상부플레이트 및 하부플레이트를 포함하고, 상기 상부플레이트는 둘레의 네 면으로부터 각각 돌출되고 각각 소성변형으로 하측으로 구부러져서 상기 벽체 프레임의 외측에 밀착되는 연장부를 가진, 전기차용 배터리 케이스가 제공될 수 있다.

과제의 해결 수단은 이하에서 설명하는 실시예, 도면 등을 통하여 보다 구체적이고 명확하게 될 것이다. 또한, 이하에서는 언급한 해결 수단 이외의 다양한 해결 수단이 추가로 제시될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 가로측벽 및 세로측벽을 획득하는 데 압출가공이나 인발가공을 이용하기 때문에, 내부의 빈 공간을 가짐에 따라 경량화 면에서 유리한 가로측벽과 세로측벽의 모재(측벽부재)를 용이하게 제공할 수 있다. 즉, 제조성이 우수한 이점이 있다.

또한, 가로측벽과 세로측벽, 상부플레이트, 하부플레이트 등이 볼트로 결합되기 때문에, 부분적 유지 및 보수를 용이하게 행할 수 있는 이점이 있다.

또한, 가로측벽과 세로측벽이 사이의 빈 공간을 두고 대향하는 내측플레이트와 외측플레이트에 의하여 이중구조(보강 및 단열구조)를 가지기 때문에, 경량화와 함께 강도 향상을 구현할 수 있고, 외부의 열(화재에 따른 고온의 열 등)로부터 내부의 배터리 셀을 안전하게 보호할 수 있는 이점이 있다.

또, 상부플레이트가 소성변형으로 절곡된 사방의 연장부들에 의하여 벽체 프레임에 결속되는 조립구조에 의하면, 조립 상태의 상부플레이트가 구부러지거나 뒤틀리거나 출렁거리거나 휘는 등 각종의 외력으로 인하여 변형되는 현상을 강력하게 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 케이스가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 케이스가 도시된 분해사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 가로측벽과 세로측벽 간의 결합구조를 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 가로측벽과 세로측벽의 모재인 측벽부재를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 가로측벽과 세로측벽의 모재인 측벽부재를 나타내는 정면도이다.
도 6은 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 7은 도 1의 B 부분을 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 참조하는 도면에서 구성요소의 크기나 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 데 사용되는 용어는 주로 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 용어에 대해서는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석하는 것이 마땅하겠다.

본 발명의 실시예는, 전기 버스 등 전기차에 탑재되어 전기차의 구동에 요구되는 전기에너지를 제공하는 전기차용 교환식 배터리에 있어서, 배터리를 구성하는 배터리 케이스 및 이 배터리 케이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

도 1 내지 도 7에는 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 케이스가 도시되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 케이스는, 내부에 배터리 셀(도시되지 않음)이 수납되는 직사각형 박스 구조의 케이스 본체와; 케이스 본체의 각 모서리 부분에 각각 결합되어 케이스 본체의 각 모서리 부분을 개별적으로 감싸는 코너 블록(50)을 포함한다.

코너 블록(50)들은 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 케이스들을 적층 상태로 보관 시 케이스 본체가 서로 접촉되거나 하면서 손상되거나 파손되는 것을 방지한다. 또, 코너 블록(50)들은 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 케이스를 전기차의 탑재공간에 탑재 시 연접한 경사면이 전기차의 탑재공간에 대하여 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 케이스의 원활한 진입을 유도한다. 그리고, 코너 블록(50)들은 전기차의 탑재공간에 탑재 시 탑재공간 내의 위치결정용 핀이 삽입되는 위치결정용 홈부를 가져 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 케이스가 전기차의 탑재공간 내에서 유동되는 것을 방지한다.

케이스 본체는, 케이스 본체의 직사각형 틀 구조의 벽체를 구성하는 벽체 프레임(10)과; 벽체 프레임(10)의 개방된 상부 및 하부를 각각 덮어서 차단하는 상부플레이트(20, 상부커버) 및 하부플레이트(30, 바닥판)를 포함한다.

벽체 프레임(10)은, 가로방향으로 배치되고 일정의 간격을 두고 서로 대향하는 두 가로측벽(10A)과; 세로방향으로 배치되고 일정의 간격을 두고 서로 대향하는 두 세로측벽(10B)을 포함한다.

두 가로측벽(10A)과 두 세로측벽(10B)은 압출가공 또는 인발가공으로 단면이 일정한 측벽부재(100)를 획득한 후 획득된 측벽부재(100)를 사전에 설정한 길이(가로측벽(10A)의 길이, 세로측벽(10B)의 길이)로 절단하는 단계를 포함하는 방법으로 획득된다.

두 가로측벽(10A)의 양쪽 단부에는 각각 세로방향으로 관통하는 볼트 구멍이 복수로 마련되고, 두 세로측벽(10B)의 양단에는 각각 볼트 구멍들과 대응하는 암나사구멍들이 세로방향으로 마련된다.

이에 따르면, 두 가로측벽(10A)과 두 세로측벽(10B)은 가로측벽(10A)의 볼트 구멍들과 세로측벽(10B)의 암나사구멍들을 일치시킨 후 각 암나사구멍들에 볼트 구멍들을 통하여 볼트를 결합하면 서로 견고하게 체결된다.

측벽부재(100)는 경량화 구현, 가공성 향상 등을 위하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.

측벽부재(100)는, 내측플레이트(102) 및 내측플레이트(102)와 대향하는 외측플레이트(104)와; 내측플레이트(102)와 외측플레이트(104) 사이의 공간에 배치되고 상하방향으로 서로 이격되도록 위치한 복수의 플레이트 연결부재(106)를 포함한다. 플레이트 연결부재(106)들은 내측플레이트(102)와 외측플레이트(104)를 연결시킴과 아울러 측벽부재(100)를 구조적으로 보강한다.

이와 같은 측벽부재(100)의 구성에 따르면, 무게가 가볍고 강도가 우수한 가로측벽(10A)과 세로측벽(10B)을 제공할 수 있다.

두 가로측벽(10A)의 외측에는 배터리 교환장치에 의하여 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 케이스의 교환 시 이용되는 운반용 홈부(15)가 각각 단수 또는 복수로 형성된다. 양쪽의 운반용 홈부(15)에는 배터리 교환장치에 의하여 본 발명의 실시예에 따른 전기차용 배터리 케이스의 교환 시 배터리 교환장치의 한 쌍의 그리퍼 핸드가 각각 걸린다.

운반용 홈부(15)는 가로측벽(10A)을 구성하는 외측플레이트(104)의 일부분을 제거함으로써 플레이트 연결부재(106)들 중에서 이웃한 두 플레이트 연결부재 사이의 빈 공간을 노출시키는 단계를 포함하는 방법으로 형성된다. 이 때, 운반용 홈부(15)의 상단은 운반용 홈부(15)의 형성과정에서 노출된 빈 공간의 상측에 위치하는 플레이트 연결부재(106)의 하부와 동일높이인 것이 바람직하다.

상부플레이트(20)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등 금속으로 이루어질 수 있다. 상부플레이트(20)는 둘레의 네 면의 중앙부로부터 각각 돌출된 연장부(25)를 가진다. 연장부(25)는 너비가 길이에 비하여 작은 구조로 형성될 수 있다.

상부플레이트(20)는 벽체 프레임(10)의 상부에 볼트에 의하여 견고하게 체결된다. 이를 위하여, 상부플레이트(20)의 가장자리 부분에는 상하방향으로 관통하는 볼트 구멍이 복수로 마련되고, 두 가로측벽(10A)의 상부 및 두 세로측벽(10B)의 상부에는 상부플레이트(20)의 볼트 구멍들과 각각 대응하는 암나사구멍들이 상하방향으로 마련된다.

연장부(25)들은 상부플레이트(20)를 벽체 프레임(10)의 상부에 결합 시 각각 소성변형에 의하여 하측방향으로 구부러져서 벽체 프레임(10)의 외측에 밀착된다.

이와 같이, 상부플레이트(20)가 벽체 프레임(10)에 볼트로 체결됨과 아울러, 벽체 프레임(10)에 연장부(25)들에 의하여 결속되는 조립구조에 의하면, 상부플레이트(20)가 벽체 프레임(10)으로부터 분리되는 현상을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또, 벽체 프레임(10) 및 상부플레이트(20)가 구부러지거나 뒤틀리거나 휘는 등 외력으로 인하여 변형되는 것을 강력하게 방지할 수 있다.

하부플레이트(30)는 벽체 프레임(10)의 하부에 볼트에 의하여 견고하게 체결된다. 이를 위하여, 하부플레이트(30)의 가장자리 부분에는 상하방향으로 관통하는 볼트 구멍이 복수로 마련되고, 두 가로측벽(10A)의 상부 및 두 세로측벽(10B)의 하부에는 하부플레이트(30)의 볼트 구멍들과 각각 대응하는 암나사구멍들이 상하방향으로 마련된다.

벽체 프레임(10) 내부의 하부영역에는 지지바(40)들이 설치된다. 지지바(40)들은 세로방향으로 배치되고 서로 이격되도록 가로방향으로 배열되어 케이스 본체에 수납되는 배터리 셀을 하측에서 지지한다. 지지바(40)들의 양쪽 단부는 두 가로측벽(10A)을 구성하는 내측플레이트(102)의 하단 부분에 각각 연결된다. 가로측벽(10A)에 대한 지지바(40)들의 연결에는 볼트가 이용될 수 있다.

코너 블록(50)들의 결합에는 볼트가 이용될 수 있다. 이를 위하여, 코너 블록(50)들에는 가로방향, 세로방향 및 상하방향으로 관통하는 볼트 구멍들이 마련되고, 가로측벽(10A)과 세로측벽(10B)에서 코너 블록(50)들의 볼트 구멍들과 각각 대응하는 위치에는 너트부재가 배치될 수 있다.

살펴본 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예는, 가로측벽(10A) 및 세로측벽(10B)을 획득하는 데 압출가공이나 인발가공을 이용하기 때문에, 내부의 빈 공간을 가짐에 따라 경량화 면에서 유리한 가로측벽(10A)과 세로측벽(10B)의 모재(측벽부재, 100)를 용이하게 제공할 수 있다.

또한, 가로측벽(10A)과 세로측벽(10B), 상부플레이트(20), 하부플레이트(30) 등이 볼트로 결합되기 때문에, 부분적 유지 및 보수를 용이하게 행할 수 있다.

또한, 가로측벽(10A)과 세로측벽(10B)이 사이의 빈 공간을 두고 대향하는 내측플레이트(102)와 외측플레이트(104)에 의하여 이중구조를 가지기 때문에, 경량화와 함께 강도 향상을 구현할 수 있고, 외부의 열(화재에 따른 고온의 열 등)로부터 내부의 배터리 셀을 안전하게 보호할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

10 : 벽체 프레임
10A : 가로측벽
10B : 세로측벽
15 : 운반용 홈부
20 : 상부플레이트
25 : 연장부
30 : 하부플레이트
40 : 지지바
50 : 코너 블록
100 : 측벽부재
102 : 내측플레이트
104 : 외측플레이트
106 : 플레이트 연결부재

Claims (7)

1. 압출가공 또는 인발가공을 수행하여, 양옆에서 서로 마주 보는 내측플레이트 및 외측플레이트와; 상기 내측플레이트와 상기 외측플레이트 사이의 공간에 배치되고 상하로 서로 이격되며 상기 내측플레이트와 상기 외측플레이트를 연결하는 복수의 플레이트 연결부재로 구성됨과 아울러 단면이 일정한 측벽부재를 획득하는 단계와;
   획득된 상기 측벽부재를 일정의 길이로 절단하여 두 가로측벽과 두 세로측벽을 획득하는 단계와;
   획득된 상기 두 가로측벽의 상기 외측플레이트의 일부를 각각 제거, 상기 복수의 플레이트 연결부재 중 서로 이웃한 두 플레이트 연결부재 사이의 공간을 노출시켜 상기 두 가로측벽에 운반용 홈부를 각각 마련하되, 형성된 상기 운반용 홈부의 상단이 노출된 상기 공간의 상측에 위치한 상기 플레이트 연결부재의 하부와 동일높이를 이루도록 형성하는 단계와;
   볼트를 이용, 상기 두 가로측벽과 상기 두 세로측벽을 서로 결합하여 전기차용 배터리 케이스의 사각구조 벽체를 구성하는 벽체 프레임을 획득하는 단계와;
   상기 벽체 프레임의 개방된 상부와 하부를 각각 차단하기 위한 상부플레이트와 하부플레이트를 준비하는 단계와;
   볼트를 이용, 상기 상부플레이트와 상기 하부플레이트를 상기 벽체 프레임의 상부와 하부에 각각 결합하여 전기차용 배터리 케이스의 본체를 획득하는 단계와;
   볼트를 이용, 상기 본체의 각 모서리에 상기 모서리 각각을 개별적으로 감싸는 코너 블록을 각각 결합하는 단계를 포함하는,
   전기차용 배터리 케이스 제조방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 상부플레이트는 둘레의 네 면으로부터 각각 돌출된 연장부를 가지고,
   상기 전기차용 배터리 케이스 제조방법은, 상기 연장부를 가진 상부플레이트를 상기 벽체 프레임의 상부에 결합 시 상기 연장부를 각각 소성변형으로 하측으로 구부려서 상기 벽체 프레임의 외측에 밀착시키는 단계를 더 포함하는,
   전기차용 배터리 케이스 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 벽체 프레임 내 하부영역에 복수의 지지바가 가로방향 또는 세로방향으로 서로 나란하도록 배열되고 상기 복수의 지지바의 양쪽 단부가 상기 두 가로측벽 또는 상기 두 세로측벽에 연결되도록 상기 복수의 지지바를 설치하는 단계를 더 포함하는,
   전기차용 배터리 케이스 제조방법.
5. 삭제
6. 청구항 1에 기재된 방법으로 제조되어 두 가로측벽과 두 세로측벽, 상부플레이트와 하부플레이트 및 코너 블록들을 포함하는 전기차용 배터리 케이스.
7. 삭제

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