KR102131535B1 - 배터리 케이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 강재로 만들어져 압출재와 유사한 수준의 단면 형상을 제공하면서 내충돌 특성이 향상됨과 동시에 부품의 일체화 등을 통해 비용을 절감할 수 있는 배터리 케이스에 관한 것으로, 이는 판재와 상기 판재를 둘러싸는 측면 프레임을 구비한 케이스 본체를 포함한 배터리 케이스로서, 상기 측면 프레임은, 내부의 중공부; 양쪽 측벽 사이에서 상기 중공부를 가로지르거나, 적어도 한쪽 측벽에서 상기 중공부 내로 돌출하여 형성된 보강부; 및 상기 보강부가 절곡되거나 만곡되어 형성된 충격흡수부를 포함한다.

Description

배터리 케이스 {Battery case}
본 발명은 강재로 만들어지고 내충돌 특성을 향상시킬 수 있는 배터리 케이스에 관한 것이다.
전기 자동차나 하이브리드 자동차 등과 같은 차량에 장착되는 배터리는 차량 충돌시 화재와 폭발로 이어져 운전자와 탑승자에게 심각한 위험을 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위해 차체가 갖는 충돌 보강재와 별개로 배터리 자체에도 보강재를 구비하여 충돌 사고를 대비하고 있다.
배터리의 보강재는 주로 배터리 케이스의 내부 또는 외부에 조립될 수 있다.
예를 들어, 알루미늄이 적용되는 경우에 배터리 케이스의 측벽 자체를 압출재에 의해 구성할 수 있으며, 강재의 경우에는 배터리 케이스의 내부에 보강재를 접합하는 구조로 되어 있다.
알루미늄의 압출재로 형성된 경우에는 보강재가 다양한 형상으로 용이하게 제조될 수 있으나, 비교적 고가(高價)이며 강재보다 강도가 낮아 두께가 두꺼워지게 됨으로써, 경량화에 제한이 있다.
한편, 강재의 경우는, 경량화를 위해 인장강도가 약 980MPa 이상인 초고강도의 소재가 적용되게 되는데, 이러한 초고강도의 소재는 성형이 어렵고 스프링백이 많이 발생하는 문제를 안고 있다. 스프링백의 개선을 위해, 수 회 또는 수십 회의 보정 시간이 필요하게 되며, 경우에 따라서는 부품 간 평행도가 불일치하여 조립이 용이하지 않게 되는 문제도 있다.
(특허문헌 1) JP 2017-193288 A
이에 본 발명은, 강재로 만들어져 알루미늄의 압출재와 유사한 수준의 단면 형상을 제공하면서 내충돌 특성이 향상됨과 동시에 부품의 일체화 등을 통해 비용을 절감할 수 있는 배터리 케이스를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스는. 판재; 및 상기 판재를 둘러싸는 측면 프레임을 포함하고, 상기 측면 프레임은, 중공부를 형성하는 제1벽, 제2벽, 제3벽, 제4벽; 및 상기 중공부를 가로질러 상기 제2벽과 상기 제3벽을 연결하는 보강부를 포함하며, 상기 보강부는, 절곡 또는 만곡되어 형성된 충격흡수부를 포함하고, 상기 제1벽은 제1절곡점까지 수평방향으로 연장하고, 상기 제2벽은 상기 제1절곡점에서 시계방향으로 절곡되어 제2절곡점까지 연장하고, 상기 보강부는 상기 제2절곡점에서 시계방향으로 절곡되어 제3절곡점까지 연장하고, 상기 제3벽은 상기 제3절곡점에서 반시계방향으로 절곡되어 제4절곡점까지 연장하고, 상기 제4벽은 상기 제4절곡점에서 수평방향으로 연장하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 충격흡수부를 배터리 케이스의 측면 프레임 자체에 형성함으로써 측면의 충돌하중에 대한 높은 변형저항을 확보함과 동시에, 약 980MPa 이상의 초고강도강이 배터리 케이스에 적용 가능하여 배터리 케이스의 추가적인 경량화를 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 배터리 케이스에 강재를 적용할 때 종래의 보강재를 접합하는 방식보다 조립성을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 부품수를 획기적으로 줄임으로써 금형, 공정 등과 관련된 비용을 대폭 절감할 수 있는 효과를 얻게 된다.
도 1은 배터리 케이스의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 측면 프레임의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 측면 프레임의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 측면 프레임의 다른 변형예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 측면 프레임의 또 다른 변형예를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 배터리 케이스의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 측면 프레임의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스는. 판재(2)와 이 판재를 둘러싸는 측면 프레임(3)을 구비한 케이스 본체(1)를 포함하는 배터리 케이스로서, 측면 프레임(3)은, 제1벽 내지 제4벽에 의해 형성된 중공부(10); 양쪽 측벽(제2벽과 제3벽) 사이에서 중공부를 가로지르거나, 적어도 한쪽 측벽에서 중공부 내로 돌출하여 형성된 보강부(20); 및 이 보강부가 절곡되거나 만곡되어 형성된 충격흡수부(30)를 포함하고 있다.
배터리 케이스는 차체를 구성하는 언더 플로어 패널(미도시)에 고정되게 설치될 수 있다. 이 배터리 케이스는 대략 직육면체의 형상을 갖고서 그 내부에는 복수의 배터리 셀(미도시)이 수납될 수 있다.
이러한 배터리 케이스는 한 쌍의 케이스 본체(1), 예컨대 상부 케이스 본체와 하부 케이스 본체를 포함하며, 이들 상부 및 하부 케이스 본체는 내부에 공간을 형성하도록 결합될 수 있다.
일례로, 상부 케이스 본체와 하부 케이스 본체는 각각의 테두리를 따라 플랜지부(4)가 형성되고, 이들 플랜지부가 서로 중첩되어서 볼트 및 너트 등과 같은 고정구에 의해 조립될 수 있다.
상부 케이스 본체는 중량 감소 및 원가 절감을 도모하면서 충분한 강도를 확보할 수 있는 고강도 플라스틱이나, 알루미늄 등과 같은 경금속으로 형성될 수 있다. 재질이 플라스틱인 경우에는 상부 케이스 본체가 사출 성형이나 압축 성형 등에 의해 형성될 수 있으며, 금속인 경우에는 상부 케이스 본체가 프레스 가공 등에 의해 소정의 형상으로 형성될 수 있다.
하부 케이스 본체는 외부로 직접 노출될 수 있고 외부의 이물질에 의한 파손 및 손상의 우려가 크기 때문에, 배터리 셀을 보다 효과적으로 보호할 수 있도록 하기 위해 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 하부 케이스 본체는 적당한 강도를 가진 강재, 예컨대 경량화를 위해 인장강도가 약 980MPa 이상인 초고강도의 강재와 같은 소재를 프레스 가공 등에 의해 소정의 형상으로 형성함으로써 만들어질 수 있다.
이하에서는 편의상 하부 케이스 본체가 케이스 본체(1)를 대표하여 본 발명에 따른 배터리 케이스가 설명된다. 다시 말해, 상부 케이스 본체에도 하부 케이스 본체와 동일한 구성요소가 모두 포함되고 동일한 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.
케이스 본체(1)는 판재(2)와 이 판재를 둘러싸는 측면 프레임(3)을 구비한다. 이러한 케이스 본체가 하부 케이스 본체로 적용되면, 판재는 배터리 셀을 지지하는 바닥재로 작용할 수 있고, 케이스 본체가 상부 케이스 본체로 적용되면, 판재는 배터리를 덮어씌우는 커버재로 작용할 수 있다.
측면 프레임(3)은 케이스 본체(1)에 내장되는 배터리 셀의 크기에 따라 그 높이 치수가 연동하여 변경될 수 있다. 적어도 4개의 측면 프레임이 마련되고, 각 측면 프레임의 양단부는 소정의 각도(예컨대 대략 45도)로 경사지게 절단되어, 대응되는 다른 측면 프레임과 각각 양단부에서 접한 다음에 레이저 용접 또는 CO2 용접 등의 용접으로 접합될 수 있다.
케이스 본체(1)의 측면 프레임(3)은 전체적으로 예컨대 사각형 형상의 폐쇄단면을 가질 수 있고, 이에 따라 중공부(10)가 형성될 수 있다.
또한, 이 중공부 내에는 측면 하중을 지지하는 보강부(20)가 가로질러 배치됨으로써, 중공부를 적어도 2개의 공간으로 구획할 수 있다.
선택적으로, 측면 프레임(3)에는 해당 케이스 본체(1)를 다른 케이스 본체에, 예를 들면 측면 프레임이 있는 하부 케이스 본체를 상부 케이스 본체와 밀착되게 결합하여 수밀성을 확보할 수 있게 하는 플랜지부(4)가 형성될 수 있다. 이러한 플랜지부로 인하여 측면 프레임에는 단차부(5)가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 측면 프레임(3)은 예컨대 인장강도가 약 980MPa 이상인 초고강도의 강재와 같은 금속 소재를, 그 스프링백의 조정이 용이한 롤포밍(Roll Forming)으로 가공하여 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 롤포밍을 이용하여 형성하는 경우에, 판 형상으로 된 소재를 여러 번 절곡하게 됨으로써, 거의 알루미늄의 압출재와 유사한 수준의 단면 형상 및 내충돌 특성을 제공할 수 있게 된다.
소재 중 절곡된 지점과 만나는 소재의 다른 지점은 해당 절곡 지점과 용접 등에 의해 접합되어, 사각형 형상의 폐쇄단면과 더불어 중공부(10)를 형성할 수 있다.
보다 구체적으로 도 2를 참조로 하여 설명하면, 측면 프레임(3)의 일측 상부의 모서리부터 시작하여 측면 프레임의 폭방향으로 수평하게 연장한 소재는, 제1방향(도 2에서 시계방향)으로 대략 직각되게 제1절곡점(11)에서 절곡되고, 높이방향으로 하강한 다음 제1방향으로 소정 각도로 제2절곡점(12)에서 절곡되며, 충격흡수부(30)를 형성하기 위해 임의의 방향 및 임의의 각도로 절곡 또는 만곡된 후 제1방향의 반대방향인 제2방향(도 2에서 반시계방향)으로 제3절곡점(13)에서 절곡되고, 높이방향으로 하강한 다음 제2방향으로 대략 직각되게 제4절곡점(14)에서 절곡되어 수평방향으로 연장한다.
제4절곡점(14)에서 절곡된 후 수평방향으로 연장한 소재는, 제2절곡점(12)과 용접 등에 의해 접합되어, 측면 프레임(3)의 타측 하부의 모서리를 형성할 수 있다. 만일, 용접 등의 접합에 이어서 소재가 계속 연장하게 되면, 이 연장부가 적어도 부분적으로 바닥재 또는 커버재를 구성할 수도 있다.
제3절곡점(13)은 소재의 시작점 또는 시작점에 인접한 부위와 용접 등에 의해 접합되어 측면 프레임의 일측 상부의 모서리를 형성할 수 있다.
플랜지부(4)를 위한 단차부(5)가 형성되어야 하는 경우에, 소재는 측면 프레임(3)의 폭방향으로 수평하게 연장하기 전에, 제2방향으로 절곡되고 나서 제1방향으로 절곡되어 단차부를 형성하면서 측면 프레임의 일측 상부의 모서리와 플랜지부를 형성할 수 있다. 이때, 제3절곡점(13)은 단차부와 용접 등에 의해 접합될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 측면 프레임의 변형예를 도시한 단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 제4절곡점(14)에서 절곡된 후 수평방향으로 연장한 소재는, 제2방향(도 3에서 반시계방향)으로 대략 직각되게 제5절곡점(15)에서 절곡되고, 소재의 종결점이 제2절곡점(12)과 용접 등에 의해 접합될 수 있다.
또한, 제5절곡점(15)은, 케이스 본체(1)의 바닥재 또는 커버재로 작용하는 판재(2)의 단부와 용접 등에 의해 접합되어 측면 프레임(3)의 타측 하부의 모서리를 형성할 수 있다.
한편, 제3절곡점(13)은 소재의 시작점 또는 시작점에 인접합 부위와 용접 등에 의해 접합되어 측면 프레임(3)의 일측 상부의 모서리를 형성할 수 있다. 제3절곡점(13)의 접합 위치에 따라 플랜지부(4)가 존재하거나 플랜지부를 없앨 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 측면 프레임의 다른 변형예를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 측면 프레임(3) 내 보강부(20)의 위치, 높이, 각도나 기울기 등은 조절 가능하다.
또한, 보강부(20)에 형성되는 충격흡수부(30)는 가장 단순하게는 보강부가 한 번 절곡되거나, 한 번 만곡됨으로써 이루어질 수 있다. 이 외에도, 충격흡수부는 다양한 형상으로 구현될 수 있는데, 예를 들면 대략 웨이브(Wave) 형상으로 만곡되거나 대략 톱니 형상으로 절곡되어 굴곡진 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우에 측면 충돌 하중에 대한 저향력이 크게 강화될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스에서는, 두께 증가나 구성품의 추가 없이, 충격 흡수용 형상을 케이스 본체의 측면 프레임 자체에다 형성함으로써 측면 충돌 하중에 대한 높은 변형 저항을 확보할 수 있게 되는 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 측면 프레임의 또 다른 변형예를 도시한 단면도이다.
도 5의 변형예는, 소재를 모든 절곡점에서 직각으로 절곡하여, 측면 프레임(3)의 전체 단면 형상을 대략 I자로 형성한 후, 측방으로 돌출되고 서로 마주보는 절곡점들 사이에 보조 보강재(25)를 용접 등에 의해 접합한 것을 특징으로 한다. 이러한 변형예 또한 충격흡수능을 크게 향상시킬수 있다.
도 4 및 도 5의 변형예들과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스에서 보강부(20)에 추가적인 절곡점 혹은 굴곡진 형상, 보조 보강재 등을 부가함으로써, 측면의 충돌하중에 대한 높은 변형저항을 더욱 극대화할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 충격흡수부를 배터리 케이스의 측면 프레임 자체에 형성함으로써 측면의 충돌하중에 대한 높은 변형저항을 확보함과 동시에, 약 980MPa 이상의 초고강도강이 배터리 케이스에 적용 가능하여 배터리 케이스의 추가적인 경량화를 확보할수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 배터리 케이스에 강재를 적용할 때 종래의 보강재를 접합하는 방식보다 조립성을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 부품수를 획기적으로 줄임으로써 금형, 공정 등과 관련된 비용을 대폭 절감할 수 있는 효과를 얻게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 케이스 본체 2: 판재
3: 측면 프레임 4: 플랜지부
5: 단차부 10: 중공부
20: 보강부 25: 보조 보강재
30: 충격흡수부

Claims (11)

  1. 판재; 및
    상기 판재를 둘러싸는 측면 프레임
    을 포함하고,
    상기 측면 프레임은,
    중공부를 형성하는 제1벽, 제2벽, 제3벽, 제4벽; 및
    상기 중공부를 가로질러 상기 제2벽과 상기 제3벽을 연결하는 보강부
    를 포함하며,
    상기 보강부는, 절곡 또는 만곡되어 형성된 충격흡수부를 포함하고,
    상기 제1벽은 제1절곡점까지 수평방향으로 연장하고,
    상기 제2벽은 상기 제1절곡점에서 시계방향으로 절곡되어 제2절곡점까지 연장하고,
    상기 보강부는 상기 제2절곡점에서 시계방향으로 절곡되어 제3절곡점까지 연장하고,
    상기 제3벽은 상기 제3절곡점에서 반시계방향으로 절곡되어 제4절곡점까지 연장하고,
    상기 제4벽은 상기 제4절곡점에서 수평방향으로 연장하는 배터리 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측면 프레임에는 플랜지부가 형성된 배터리 케이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1벽 내지 상기 제4벽은 사각형 형상의 폐쇄단면을 형성하는 배터리 케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측면 프레임은 금속 소재를 롤포밍으로 가공하여 절곡하고 접합함으로써 형성되는 배터리 케이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측면 프레임은 인장강도가 980MPa 이상인 강재로 형성된 배터리 케이스.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제4벽은 상기 제2절곡점과 접합되어, 상기 측면 프레임의 하부 모서리를 형성하고,
    상기 제3절곡점이 상기 제1벽의 시작점 또는 시작점에 인접합 부위와 접합되어, 상기 측면 프레임의 상부 모서리를 형성하는 배터리 케이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측면 프레임은, 상기 제1벽 전에 상기 반시계방향으로 절곡되고 나서 상기 시계방향으로 절곡되어, 단차부를 포함한 플랜지부가 형성되고,
    상기 제3절곡점이 상기 단차부와 접합되어, 상기 측면 프레임의 상부 모서리를 형성하는 배터리 케이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제4벽은, 제5절곡점에서 상기 반시계방향으로 절곡되어 상기 제2절곡점과 접합되도록 연장하는 배터리 케이스.
  10. 삭제
  11. 삭제
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