KR101929403B1

KR101929403B1 - 리튬이온 배터리팩용 가스켓

Info

Publication number: KR101929403B1
Application number: KR1020160148035A
Authority: KR
Inventors: 김태준; 김해겸; 김택길
Original assignee: 울브린코리아(주)
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-12-14
Also published as: KR20180051120A

Abstract

본 발명은 제1 및 제2하우징 각각의 결합부를 복수 개의 볼트 결합으로 체결하는 리튬이온 배터리팩의 상기 결합부 사이에 설치되어 실링하는 가스켓에 있어서, 상기 가스켓은 상기 복수 개의 볼트들 중 적어도 일부 사이에서 분할되어 설치되는 복수 개의 분할가스켓으로 이루어지고, 상기 분할가스켓 각각의 양 단부의 나사결합부에는 상기 볼트가 설치되는 체결홀이 형성되고, 서로 인접한 상기 나사결합부는 상기 볼트에 의해 결합되도록 상기 체결홀이 서로 겹쳐지도록 배치되며, 상기 볼트가 체결된 상태에서 상기 볼트의 머리부분에 의한 가압으로 인해 서로 겹쳐진 상기 체결홀 부근의 상기 나사결합부 각각이 가압되도록, 상기 나사결합부의 겹쳐진 부분은 상기 볼트의 머리부분의 외경보다 안쪽으로 배치되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리팩용 가스켓을 제공한다.

Description

리튬이온 배터리팩용 가스켓{GASKET FOR LITHIUM ION BATTERY PACK}

본 발명은 리튬 이온 배터리팩을 실링하는 가스켓에 관한 것이다.

전기 자동차 기술의 발전에 따라 자동차용 연료를 대체한 배터리의 적용이 본격화되고 있다. 대량의 배터리를 보관하고 냉각시키는 배터리 팩에 기밀을 위해서 오링(O-ring)이 적용되고 있으나 조립성이 용이하지 않고 조립을 위한 고가의 가공비가 소요된다.

자동차 시트 바닥이나 트렁크에 위치하는 배터리 팩의 크기가 대형이므로, 배터리팩 조립면에 오링을 가공하여 끼워넣는 방식은 작업성이 저하되며 조립을 위한 가공비가 상승되는 문제가 있었다.

한편, 강성이 취약한 배터리팩에 조립성이 용이하고 기밀이 가능한 R.C.M(Rubber Coated Metal) 재료 중에 고무가 발포된 폼(foam) 소재를 적용하는 경우, 조립성은 좋아지나 스틸 양면에 고무가 코팅된 판재를 성형하는 방식이므로, 프레스를 이용한 전단 가공으로 스크랩 손실(Scrap Loss)이 과다하게 발생되는 문제가 있었다.

도 1에는 결합부 사이에 가스켓이 설치되는 리튬이온 배터리팩의 분해도가 보여진다. 제1 및 제2하우징(5, 8) 각각의 결합부(9a, 9b) 사이에는 일체형가스켓(3)이 설치된다. 일체형가스켓(3)은 체결홀(3a)이 결합홀(9a-1, 9b-1)과 나란하게 배치되도록 결합부(9a, 9b) 사이에 설치되어 볼트에 의해 체결된다.

일체형가스켓(3)은 가운데가 비어있는 형상으로 이루어져서, 결합부(9a, 9b) 사이에만 얇게 배치되므로, 일체형가스켓(3)을 제조하는 전단 가공 작업 이후에, 일체형가스켓(3) 내부의 재료를 다시 사용하여 스크랩 손실을 최소화하며, 생산성을 높일 필요가 있다.

본 발명의 일 목적은 고무가 코팅된 금속 재료를 밀봉 부재로 사용하면서도 스크랩 손실을 최소화하는 리튬이온 배터리팩용 가스켓을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 리튬이온 배터리팩용 가스켓은, 제1 및 제2하우징 각각의 결합부를 복수 개의 볼트 결합으로 체결하는 리튬이온 배터리팩의 상기 결합부 사이에 설치되어 실링하는 가스켓에 있어서, 상기 가스켓은 상하면에 형성되어 상기 결합부에 맞닿아 밀착되는 폼 러버와 폼 러버 사이에 배치되는 스틸을 포함하고, 상기 복수 개의 볼트들 중 적어도 일부 사이에서 분할되어 설치되며, 각각의 양 단부에 상기 볼트가 설치되는 체결홀이 형성되고, 상기 볼트에 의해 결합되도록 상기 체결홀이 서로 동심으로 설치되어 겹쳐지도록 배치되는 나사결합부를 포함하는 복수의 분할 가스켓으로서, 상기 볼트가 체결된 상태에서 상기 볼트의 머리부분에 의한 가압으로 인해 상기 체결홀 부근의 상기 나사결합부 각각이 서로 겹쳐진 상태로 가압되도록, 서로 겹쳐진 상기 나사결합부의 자유단부가 상기 볼트의 머리부분의 외경보다 안쪽으로 배치되며, 상기 나사결합부의 자유단부에 인접한 다른 하나의 나사결합부의 평면 및 상기 나사결합부의 자유단부에 인접하고 상기 평면에 대응하는 상기 결합부 사이에는 에어 갭이 형성되되, 상기 볼트가 상기 결합부에 체결되어 서로 마주하는 상기 나사결합부의 자유단부에 인접한 다른 하나의 상기 나사결합부의 평면 및 상기 나사결합부의 자유단부에 인접한 상기 결합부가 밀착될 경우, 상기 에어 갭이 실링된다.

본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 나사결합부는 상기 나사결합부의 자유단부를 향해 경사지도록 이루어진다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 나사결합부의 자유단부는 기결정된 직경의 원호 부분을 포함하여 이루어지고, 상기 나사결합부 자유단부의 원호 부분의 직경은 상기 볼트 머리의 직경보다 작도록 이루어진다.

삭제

본 발명의 가스켓은 볼트에 의해 결합되는 분할가스켓으로 이루어져서 제조시에 스크랩 손실(Scrap Loss)이 줄어들어 생산성이 향상된다.

또한, 본 발명의 가스켓은 서로 겹쳐진 분할가스켓의 나사결합부의 단이 볼트의 머리부분 보다 안쪽에 배치됨으로써 서로 겹쳐진 나사결합부는 결합부 사이에서 서로 밀착됨으로써 제1 및 제2하우징의 내부를 실링하게된다.

도 1은 종래의 가스켓이 설치되는 리튬이온 배터리팩의 분해사시도.
도 2는 본 발명의 가스켓이 설치되는 리튬이온 배터리팩의 분해사시도.
도 3a는 4개로 이루어진 분할가스켓을 도시하는 개념도.
도 3b는 결합부의 모든 볼트 사이에서 가스켓이 분할된 가스켓을 도시하는 개념도.
도 4a는 도 3a A-A' 단면의 가스켓이 가압되기 전에 볼트가 거치되어 있는 일 상태를 도시하는 단면도.
도 4b는 도 3a의 A-A' 단면의 볼트가 체결되어 가스켓이 가압된 상태를 도시하는 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 2를 참조하면, 리튬 이온 배터리팩은 제1 및 제2하우징(5, 8)이 결합된다. 리튬 이온 배터리팩은 제1 및 제2하우징(5, 8)이 결합이 결합됨으로써 내부에 배터리를 수용할 수 있는 배터리 설치 공간을 구비한다.

제1 및 제2하우징(5, 8)은 각각 가장자리에 서로 접촉하는 결합부(9)를 구비한다. 결합부(9)는 제1 및 제2결합부(9a, 9b)를 포함하는데, 제1결합부(9a)는 제1하우징(5)의 가장자리에 구비되고, 제2결합부(9b)는 제2하우징(8)의 가장자리에 구비된다. 제1 및 제2결합부(9a, 9b) 사이에는 가스켓(100)이 설치되고, 결합부(9)는 복수의 볼트(4)에 의해 체결되어 제1 및 제2하우징(5, 8)을 결합한다.

본 발명의 가스켓(100)은 제1 및 제2결합부(9a, 9b) 사이에 설치되어 제1 및 제2결합부(9a, 9b) 사이를 실링한다.

본 발명의 가스켓(100)은 RCM(Rubber Coated Material)의 재질로 이루어질 수 있다. 일 예로, RCM 재질의 가스켓(100)은 상하면을 형성하는 폼 러버(10a-4)와 폼 러버(10a-4) 사이에 배치되는 스틸(10b-5)로 이루어질 수 있다.

가스켓(100)은 복수 개의 분할가스켓(10a, 10b, 10c, 10d)으로 이루어지는데, 분할가스켓(10a) 각각의 양 단부에는 체결홀(10a-1)이 형성되고, 서로 인접한 분할가스켓(10a, 10b)의 체결홀(10a-1, 10b-1)이 서로 겹쳐지도록 배치되며, 결합부(9)를 체결하는 볼트(4)는 서로 인접한 분할가스켓(10a, 10b)의 겹쳐진 체결홀 (10a-1, 10b-1)에 설치된다.

도 3a를 참조하면, 가스켓(100)은 4개로 분할되는 일 예가 도시된다.

프레스 전단가공에 의해 종래의 일체형 가스켓이 가공되면, 가공된 일체형 가스켓 안쪽의 RCM 재료는 일체형 가스켓을 가공하는데 다시 사용되지 못하고 폐기되어야 했다.

가스켓(100)이 4개로 분할된 분할가스켓(10a, 10b, 10c, 10d)으로 형성됨에 따라, 제조과정에서, RCM 재료에서 분할가스켓(10a, 10b, 10c, 10d)을 부분적으로 제조할 수 있어서, 폐기되는 RCM 재료의 양을 최소화할 수 있고, 이로 인해 생산 단가가 감소하여 생산성이 향상된다.

분할가스켓의 양 단부에는 나사가 결합되는 체결홀(10a-1)이 형성되는 나사결합부(10a-2)가 구비될 수 있다. 제1 및 제2결합부(9a, 9b) 사이에서 서로 인접한 분할가스켓(10a, 10b)은 나사결합부(10a-2, 10b-2)의 적어도 일부가 겹쳐지도록 배치된다. 특히, 제1 및 제2결합부(9a, 9b) 각각의 결합홀(9a-1, 9b-1)과 서로 겹쳐진 분할가스켓(10a, 10b)의 체결홀(10a-1, 10b-1)은 나란하게 배치되고 볼트(4)에 의해 결합된다. 서로 겹쳐진 분할가스켓(10a, 10b)의 나사결합부(10a-2, 10b-2)의 서로 겹쳐진 부분은 각각 볼트(4)의 머리부분(4a)의 외경보다 안쪽으로 배치된다. 즉, 상기 볼트(4)가 체결된 상태에서 상기 볼트(4)의 머리부분(4a)에 의한 가압으로 인해 상기 체결홀(10a-1, 10b-1) 부근의 상기 나사결합부(10a-2, 10b-2) 각각이 서로 겹쳐진 상태로 가압되도록, 서로 겹쳐진 상기 나사결합부(10a-2, 10b-2)의 자유단부(10a-3, 10b-3)가 상기 볼트(4)의 머리부분(4a)의 외경보다 안쪽으로 배치되는 것이다.
또한, 나사결합부(10a-2, 10b-2)는 자유단부(10a-3, 10b-3)를 향해 경사지도록 이루어질 수 있다. 이런 구조는, 나사결합부(10a-2, 10b-2)의 자유단부(10a-3, 10b-3)가 볼트(4)의 머리부분(4a)의 외경보다 안에 배치되고 실링에 유리한 구조가 된다.

한편, 분할가스켓(10a)의 나사결합부(10a-2)의 자유단부(10a-3)는 기결정된 직경의 원호를 포함하여 이루어질 수 있는데, 이 경우, 나사결합부(10a-2)의 자유단부(10a-3)의 직경은 볼트(4)의 머리부분(4a)의 직경보다 작도록 이루어진다.

도 3a를 참조하면, 4개의 분할가스켓(10a, 10b, 10c, 10d)으로 이루어진 가스켓(100)이 도시된다. 서로 겹쳐진 분할가스켓(10a)의 나사결합부(10a-2)가 확대된 부분에는, 나사결합부(10a-2)는 자유단부(10a-3)를 향해 경사지고, 나사결합부(10a-2)의 체결홀(10a-1)은 겹쳐진 나사결합부(10b-2)의 체결홀(10b-1)과 동심으로 배치되어 있는 일 예가 도시된다. 도 3a에 도시되는 바와 같이, 나사결합부(10a-2) 자유단부(10a-3)의 원호 직경은 나사의 머리부분(4a) 보다 작도록 이루어진다. 도 3a에는 서로 인접한 분할가스켓(10a)의 상하부에 설치되는 제1 및 제2결합부(9a, 9b)는 도시되어 있지는 않다. 이에 대해서는 도 4a에서 서술하기로 한다.

도 3b에는 결합부(9)에 설치되는 모든 볼트(4) 사이에서 분할된 분할가스켓(20a, 20b, 20c)으로 이루어진 가스켓(200)의 일 예가 도시된다. 도 3b를 참조하면, 16개의 분할가스켓(20a)으로 이루어진 가스켓(200)이 도시된다. 서로 겹쳐진 분할가스켓(20a, 20b)의 나사결합부(20a-2, 20b-2)가 확대된 부분에는, 나사결합부(20a-2)는 단부를 향해 경사지고, 나사결합부(20a-2)의 체결홀(20a-1)과 겹쳐진 나사결합부(20b-2)의 체결홀(20b-1)은 서로 동심으로 배치되어 있는 일 예가 도시된다. 도 3b에 도시되는 바와 같이, 나사결합부(20a-2, 20b-2)의 자유단부(20a-3, 20b-3)에서 형성되는 원호의 직경은 나사의 머리부분(4a) 보다 작도록 이루어진다.

도 4a에는 결합부(9)에 서로 겹쳐진 분할가스켓이 설치되는 일 예, 도 4b에는 볼트 결합에 의해 체결에 의해 가압되어 실링되는 예가 도시되어 있다.

도 4a를 참조하면, 분할가스켓(10a, 10b)이 서로 인접하도록 배치되고, 결합부(9a, 9b) 사이에 설치되어, 볼트(4)가 결합부(9a, 9b) 및 인접 분할가스켓(10a, 10b)의 체결홀(10a-1, 10b-1)에 거치되어 있는데, 분할가스켓(10a, 10b) 각각의 자유단부(10a-3, 10b-3)는 볼트(4)의 머리부분(4a) 안쪽에 배치된다. 즉, 도시된 결합부(9a, 9b) 사이에 겹쳐진 상측의 분할가스켓(10a)의 우측 자유단부(10a-3)는 볼트(4)의 머리부분(4a)의 우측 자유단부보다 좌측에 배치된다. 또한, 단면 상에서 도시된 하측의 분할가스켓(10b)의 좌측 자유단부(10b-3)는 볼트(4)의 머리부분(4a)의 좌측 자유단부보다 우측에 배치된다.

또한, 상측의 분할가스켓(10a)은 하측의 결합부(9b)에 이격되어 있고, 하측의 분할가스켓(10b)은 상측의 결합부(9a)에 이격되어 있는 상태이다.

이러한 상태에서 볼트(4)가 상측 및 하측의 결합부(9a, 9b)를 가압하면, 도 4b에서와 같이, 상측의 분할가스켓(10a) 및 하측의 분할가스켓(10b)은 볼트(4)의 머리부분(4a)에 의한 하방향 압축력에 의해 상측의 분할가스켓(10a)은 하측의 결합부(9b)에 밀착되고, 하측의 분할가스켓(10b)은 상측의 결합부(9a)에 밀착된다. 이와 동시에, 상측 분할가스켓(10a)의 자유단부(10a-3), 상측의 결합부(9a) 및 하측 분할가스켓(10b)에 의해 에어갭(15)이 실링되고, 반대편은 하측 분할가스켓(10b)의 자유단부(10b-3), 하측의 결합부(9b) 및 상측 분할가스켓(10a)에 의해 에어갭(15)이 실링된다.

이와 같이, 복수 개의 분할가스켓(10a, 10b)으로 이루어진 가스켓(100)은, 분할가스켓(10a, 10b)의 자유단부(10a-3, 10b-3)가 볼트(4)의 머리부분(4a)에 의해 가압되어서 서로 인접한 분할가스켓(10a, 10b)이 서로 밀착되고 분할가스켓의 자유단부(10a-3, 10b-3)의 에어갭(15)이 실링됨에 따라 상측 및 하측 결합부(9a, 9b)는 실링된다.

또한, 분할가스켓(10a, 10b)은 상면 및 하면을 형성하는 폼 러버(10a-4, 10b-4), 및 폼 러버(10a-4, 10b-4)의 상면과 하면 사이에 배치되는 스틸(10a-5, 10b-5)을 포함할 수 있다. 이 경우, 볼트 머리(4a) 아래 부분에서 서로 인접한 분할가스켓(10a, 10b)의 나사결합부(10a-2, 10b-2)는 서로 맞닿아 있게 되는데, 서로 맞닿아 있는 폼 러버(10a-4, 10b-4)는 맞닿아 있지 않는 폼 러버(10a-4, 10b-4) 보다 두꺼운 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이로 인해, 볼트 머리(4a)에 의해 서로 인접한 단부의 나사결합부(10a-2, 10b-2)가 압축된 상태에서 에어 갭(15)을 보다 효과적으로 실링하게 된다.

한편, 표 1에는, 다양한 형태의 분할 가스켓이 사용되어 실링 테스트를 한 결과를 도시하고 있다. 가스켓의 실링 테스트를 위하여 리튬이온 배터리팩 결합부의 굴곡 형상 및 볼트 패턴은 기존과 동일하게 유지하였으며, 표 1에 보이는 형태의 분할가스켓이 채용된 리튬 이온 배터리팩을 1m의 깊이의 수조에서 가라앉히고 30분간 유지하여 진행되었다. 배터리팩 커버는 1t의 두께이고, 볼트는 M6 사양으로 실험이 수행되었다.

No	가스켓 분할 사양	평과 결과
1		Leak
2		Leak
3		Leak
4		Sealing

실험 1에서, 가스켓 분할 사양은 볼트 사이에의 중간 부분에서 가스켓이 원형의 형상을 포함하여 분할된 사양으로 수행되었고, 수몰평가결과 분할된 부분에서 누수가 발생하였다. 실험 2에서, 가스켓 분할 사양은 볼트 사이에의 중간 부분에서 가스켓이 다각형의 형상을 포함하여 분할된 사양으로 수행되었고, 수몰평가결과 분할된 부분에서 누수가 발생하였다.

실험 3에서, 가스켓 분할 사양은 볼트의 아래쪽에서 가스켓의 자유단부가 볼트 머리 바깥쪽에서 겹쳐지도록 형성되게 분할된 사양으로 수행되었고, 수몰평가결과 겹쳐진 가스켓 부분에서 누수가 발생하였다.

실험 4에서, 가스켓 분할 사양은 볼트의 아래쪽에서 가스켓의 자유단부가 볼트 머리 안쪽에서 배치되도록 형성되게 분할된 사양으로 수행되었고, 수몰평가결과 겹쳐진 가스켓 부분에서 누수가 발생하지 않고, 실링이 이루어져서 IPX7등급을 만족하였다.

이러한 표 1의 실험 결과로부터 본 발명에 따른 가스켓은 분할 가스켓 타입이면서도 종래의 일체형 가스켓과 동일한 실링 효과를 발휘할 수 있다는 것을 알 수 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 리튬이온 배터리팩용 가스켓의 실시예에 대하여 설명하였다. 리튬이온 배터리팩용 가스켓은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

5 : 제1하우징
9 : 결합부
9a : 제1결합부
9a-1 결합홀
9b : 제2결합부
9b-1 : 결합홀
8 : 제2하우징
15 : 에어갭
3: 일체형가스켓
4 : 볼트
4a : 볼트머리

Claims

제1 및 제2하우징 각각의 결합부를 복수 개의 볼트 결합으로 체결하는 리튬이온 배터리팩의 상기 결합부 사이에 설치되어 실링하는 가스켓에 있어서,
상기 가스켓은 상하면에 형성되어 상기 결합부에 맞닿아 밀착되는 폼 러버와 폼 러버 사이에 배치되는 스틸을 포함하고, 상기 복수 개의 볼트들 중 적어도 일부 사이에서 분할되어 설치되며,
각각의 양 단부에 상기 볼트가 설치되는 체결홀이 형성되고, 상기 볼트에 의해 결합되도록 상기 체결홀이 서로 동심으로 설치되어 겹쳐지도록 배치되는 나사결합부를 포함하는 복수의 분할 가스켓으로서,
상기 볼트가 체결된 상태에서 상기 볼트의 머리부분에 의한 가압으로 인해 상기 체결홀 부근의 상기 나사결합부 각각이 서로 겹쳐진 상태로 가압되도록, 서로 겹쳐진 상기 나사결합부의 자유단부가 상기 볼트의 머리부분의 외경보다 안쪽으로 배치되며,
상기 나사결합부의 자유단부에 인접한 다른 하나의 나사결합부의 평면 및 상기 나사결합부의 자유단부에 인접하고 상기 평면에 대응하는 상기 결합부 사이에는 에어 갭이 형성되되, 상기 볼트가 상기 결합부에 체결되어 서로 마주하는 상기 나사결합부의 자유단부에 인접한 다른 하나의 상기 나사결합부의 평면 및 상기 나사결합부의 자유단부에 인접한 상기 결합부가 밀착될 경우, 상기 에어 갭이 실링되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리팩용 가스켓.
제1항에 있어서,
상기 나사결합부는 상기 나사결합부의 자유단부를 향해 경사지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리팩용 가스켓.
삭제
제1항에 있어서,
상기 나사결합부의 자유단부는 기결정된 직경의 원호 부분을 포함하여 이루어지고, 상기 나사결합부 자유단부의 원호 부분의 직경은 상기 볼트 머리의 직경보다 작도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리팩용 가스켓.
삭제