KR102162625B1

KR102162625B1 - 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102162625B1
Application number: KR1020190159887A
Authority: KR
Inventors: 천진성; 우남경; 윤주일; 김재문; 유호욱; 조해진; 김경덕; 정호순
Original assignee: 주식회사 티포엘; (주)탑아이엔디
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-10-07

Abstract

본 발명은 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법 및 그 배터리케이스에 관한 것으로 탄소복합재 프리프레그(Prepreg)를 이용하여 배터리케이스를 제조함으로써 배터리케이스의 내충격성과 내강성을 보강함과 아울러 전기차량의 경량화를 구현할 수 있도록 하기 위하여, 평판 형태의 수평고정면(12) 상에 단턱부(14)를 갖는 안착홈(13)이 형성되는 하부금형(11); 상기 하부금형(11)의 수평고정면(12) 상부면에 밀착되는 외곽측면부금형(10); 상기 외곽측면부금형(10)은 4각프레임 형태로 형성된 외곽틀(15)과, 상기 외곽틀(15)의 내측부에 형성되는 4개의 내측수직면(16)과, 상기 내측수직면(16) 상에 요입 형성된 전기배선부성형홈(17) 및 팬장착부성형홈(19)이 형성되고, 상기 외곽측면부금형(10)에 형성된 4개의 내측수직면(16)에 각각 이격 구비되는 내곽측면부금형(20); 상기 내곽측면부금형(20)은 4개의 내측수직면(16)에 마주하는 외측수직면(29)을 갖는 제1측면내곽틀(21), 제2측면내곽틀(22), 제3측면내곽틀(23) 및 제4측면내곽틀(24)로 각각 분할 구성되어 인접한 상호간에 밀착되어 4각프레임 형태로 구성되고, 상기 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 각 외측면에는 다수의 리브성형홈(27)이 각각 형성되며, 상기 전기배선부성형홈(17)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 전기배선공(91)이 형성되게 하는 전기배선부잔형(40); 상기 팬장착부성형홈(19)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 팬장착홈(93)이 형성되게 하는 팬장착부잔형(50); 상기 내곽측면부금형(20)을 구성하는 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측에서 외측방향으로 가압하는 핫프레스 구조의 상부가압금형(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치 및 그 제조방법{Carbon composite battery case manufacturing apparatus and method for electric vehicles}

본 발명은 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소복합재 프리프레그(Prepreg)를 이용하여 배터리케이스를 제조함으로써 배터리케이스의 내충격성과 내강성을 보강함과 아울러 전기차량의 경량화를 구현할 수 있도록 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 환경오염으로 인해 지구온난화와 같은 현상들이 생겨나면서 이를 줄이기 위한 기술 개발이 활발하게 일어나고 있다. 특히, 휘발유와 같은 화석연료를 사용하는 이동수단이 배출하는 배기가스가 대기오염의 주된 원인이며, 점차 화석연료도 고갈되기 때문에 친환경 에너지이며 고갈될 위험이 없는 전기에너지를 이용한 이동수단이 점차 보급화되는 추세이다.

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

특히, 전기차의 경우 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리 모듈이 구비되며, 배터리 모듈은 배터리 하우징 내부에 다수개의 배터리 셀 유닛이 수용된다. 그러나 최근에는 전기차에서 요구하는 배터리 용량이 커짐에 따라 배터리 셀 유닛의 적층 개수도 증가되고, 그에 따라 전체 중량이 증가된다.

이렇게, 배터리 셀 유닛의 전체 중량이 증가됨에 따라 배터리 하우징을 이루는 로워 판넬이 배터리 셀 유닛의 무게를 수용하지 못하고 하방으로 휘어지게 변형되는 문제가 발생된다. 이처럼, 배터리 하우징의 휨 발생시 부품 간의 연결상태가 불량해질 수 있고, 최악의 경우 배터리 하우징이 파손될 수 있다.

또한, 배터리 모듈의 경우 강건한 구조를 이루어져야 하는데, 배터리 하우징의 강성 확보를 위해 단순히 두께를 늘릴 경우 제조단가 상승 및 무게 증가에 따른 문제가 발생된다.

특히 종래의 배터리케이스는 도 1에서와 같이 그 전체를 사출로 성형하거나, 또는 외곽프레임은 사출로 성형하고 내부의 리브는 금속재로 성형하여 상호간에 볼팅이나 접합하여 제조하여 왔다. 하지만 이러한 방식으로 제조되는 배터리케이스는 중량체이므로 경량화를 추구하는 전기차량에서 적합하지 못하게 되고, 이에 경량화를 구현할 수 있는 배터리케이스의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

도 1의 (a)에서 도면부호 (110)은 리브형성부이고, (120)은 전기배선부이며, (130)은 팬 장착부이다. 그리고, 도 1의 (b)에서 도면부호 (140)은 배터리케이스 베이스이다.

등록특허 제10-1816912호

이에 본 발명은 상기한 문제점을 일소하기 위해 창안한 것으로서, 탄소복합재 프리프레그(Prepreg)를 이용하여 배터리케이스를 제조함으로써 배터리케이스의 내충격성과 내강성을 보강함과 아울러 전기차량의 경량화를 구현할 수 있도록 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치 및 그 제조방법에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.

위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치를 구성함에 있어서, 평판 형태의 수평고정면(12) 상에 단턱부(14)를 갖는 안착홈(13)이 형성되는 하부금형(11); 상기 하부금형(11)의 수평고정면(12) 상부면에 밀착되는 외곽측면부금형(10); 상기 외곽측면부금형(10)은 4각프레임 형태로 형성된 외곽틀(15)과, 상기 외곽틀(15)의 내측부에 형성되는 4개의 내측수직면(16)과, 상기 내측수직면(16) 상에 요입 형성된 전기배선부성형홈(17) 및 팬장착부성형홈(19)이 형성되고, 상기 외곽측면부금형(10)에 형성된 4개의 내측수직면(16)에 각각 이격 구비되는 내곽측면부금형(20); 상기 내곽측면부금형(20)은 4개의 내측수직면(16)에 마주하는 외측수직면(29)을 갖는 제1측면내곽틀(21), 제2측면내곽틀(22), 제3측면내곽틀(23) 및 제4측면내곽틀(24)로 각각 분할 구성되어 인접한 상호간에 밀착되어 4각프레임 형태로 구성되고, 상기 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 각 외측면에는 다수의 리브성형홈(27)이 각각 형성되며, 상기 전기배선부성형홈(17)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 전기배선공(91)이 형성되게 하는 전기배선부잔형(40); 상기 팬장착부성형홈(19)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 팬장착홈(93)이 형성되게 하는 팬장착부잔형(50); 상기 내곽측면부금형(20)을 구성하는 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측에서 외측방향으로 가압하는 핫프레스 구조의 상부가압금형(30);을 포함하여 이루어지며, 상기 상부가압금형(30)은 내곽측면부금형(20)의 상부를 덮는 덮개판(31)과, 상기 덮개판(31)의 하부에 구비되어 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)을 내측에서 외측방향으로 가압하는 가압틀(35)로 구성되어지되, 상기 가압틀(35)은 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측면에 각각 대응되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 면적이 좁아지는 내향 경사진 형태의 내향축소경사면(36)이 각 방향에 형성되는 쐐기 형태로 형성되어, 상기 상부가압금형(30)이 1차 하강되면서 각 내향축소경사면(26)의 중간측 수평선상에서 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 외측수직면(29) 상단측에 접촉된 후, 상부가압금형(30)이 2차 하강되면서 쐐기 형태의 내향축소경사면(36)에 접촉된 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)이 외측방향으로 밀려 이동되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치를 제공한다.

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그리고, 상기 전기배선부잔형(40)은 내곽측면부금형(20)의 외측면에 밀착걸림지지되면서 전기배선부성형홈(17) 내에 안착되는 외부지지편(41)과, 상기 외부지지편(41)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 제1단턱부(42) 및 제2단턱부(43)로 형성되어, 상기 제1단턱부(42)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 전기배선부성형홈(17)의 테두리를 형성하게 되고, 상기 제2단턱부(43)는 그 면적만큼 관통 형태로 전기배선공(91)을 형성하고, 상기 팬장착부잔형(50)은 팬장착부성형홈(19)에 안착되는 외부지지편(51)과, 상기 외부지지편(51)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 단턱부(52)로 형성되어, 상기 단턱부(52)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 팬장착홈(93)을 형성하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 본 발명은, 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법에 있어서, 평판 형태의 수평고정면(12) 상에 단턱부(14)를 갖는 안착홈(13)이 형성되는 하부금형(11)을 준비하고, 상기 하부금형(11)의 수평고정면(12) 상부면에 밀착되어지되 4각프레임 형태로 형성된 외곽틀(15)과, 상기 외곽틀(15)의 내측부에 형성되는 4개의 내측수직면(16)과, 상기 내측수직면(16) 상에 요입 형성된 전기배선부성형홈(17) 및 팬장착부성형홈(19)이 형성되는 외곽측면부금형(10)을 준비하며, 상기 외곽측면부금형(10)에 형성된 4개의 내측수직면(16)에 각각 이격 구비되어지되 4개의 내측수직면(16)에 마주하는 외측수직면(29)을 갖는 제1측면내곽틀(21), 제2측면내곽틀(22), 제3측면내곽틀(23) 및 제4측면내곽틀(24)로 각각 분할 구성되어 인접한 상호간에 밀착되어 4각프레임 형태로 구성되고, 상기 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 각 외측면에는 다수의 리브성형홈(27)이 각각 형성되는 내곽측면부금형(20)을 준비하고, 상기 전기배선부성형홈(17)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 전기배선공(91)이 형성되게 하는 전기배선부잔형(40)을 준비하며, 상기 팬장착부성형홈(19)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 팬장착홈(93)이 형성되게 하는 팬장착부잔형(50)을 준비하고, 상기 내곽측면부금형(20)을 구성하는 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측에서 외측방향으로 가압하는 핫프레스 구조의 상부가압금형(30)을 준비한 다음, 직물형 탄소복합재시트(70)를 상기 하부금형(11), 외곽측면부금형(10) 및 내곽측면부금형(20)의 사이에 밀착되게 위치시킨 후, 상기 핫프레스 구조의 상부가압금형(30)을 하강 이동시켜 120∼130℃의 온도로 85∼100분 동안 내곽측면부금형(20)을 구성하는 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)을 외곽측면부금형(10) 측으로 가압하면서 그 사이에 위치된 탄소복합재시트(70) 상에 설계된 제1∼제4측면부(71∼74), 전기배선공(91), 팬장착홈(93) 및 리브(95)를 형성하여 배터리케이스 형태로 성형되게 함을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 탄소복합재시트(70)에서 제1∼제4측면부(71∼74)의 두께는 일정하고, 상기 제1∼제4측면부(71∼74)의 두께 보다 두꺼운 전기배선공(91)의 테두리부와, 리브(95) 형성시에는 제1∼제4측면부(71∼74)의 표면 상에서 탄소복합재시트(70)의 부분 조각시트(96)를 덧붙임하여 두께, 폭 및 경사각을 조절하도록 하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄소복합재시트(70)로 성형되는 배터리케이스 제1∼제4측면부(71∼74)의 내측표면에 제1∼제4측면부(71∼74)의 형상에 대응되는 띠 형태의 탄소복합재띠(71a∼74a)를 덧붙임하여 제1∼제4측면부(71∼74)를 보강토록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1∼제4측면부(71∼74)의 내측표면에 덧붙임되는 탄소복합재띠(71a∼74a)는 상호 맞닿는 단부측이 상호간에 오버랩되도록 하여 보강강도를 향상시키도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄소복합재시트(70)에서 제1∼제4측면부(71∼74) 사이에 위치되는 바닥면(75)의 4면 테두리측을 따라 탄소복합재바닥띠(81∼84)를 덧붙임하고, 상기 덧붙임된 탄소복합재바닥띠(81∼84)의 상부면에 배터리의 바닥테두리부가 안착되도록 하여, 상기 탄소복합재바닥띠(81∼84)에 의해 배터리의 안정적인 마찰지지가 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부가압금형(30)은 내곽측면부금형(20)의 상부를 덮는 덮개판(31)과, 상기 덮개판(31)의 하부에 구비되어 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)을 내측에서 외측방향으로 가압하는 가압틀(35)로 구성되어지되, 상기 가압틀(35)은 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측면에 각각 대응되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 면적이 좁아지는 내향 경사진 형태의 내향축소경사면(36)이 각 방향에 형성되는 쐐기 형태로 형성되어, 상기 상부가압금형(30)이 1차 하강되면서 각 내향축소경사면(26)의 중간측 수평선상에서 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 외측수직면(29) 상단측에 접촉된 후, 상부가압금형(30)이 2차 하강되면서 쐐기 형태의 내향축소경사면(36)에 접촉된 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)이 외측방향으로 밀려 이동되도록 함을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전기배선부잔형(40)은 내곽측면부금형(20)의 외측면에 밀착걸림지지되면서 전기배선부성형홈(17) 내에 안착되는 외부지지편(41)과, 상기 외부지지편(41)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 제1단턱부(42) 및 제2단턱부(43)로 형성되어, 상기 제1단턱부(42)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 전기배선부성형홈(17)의 테두리를 형성하게 되고, 상기 제2단턱부(43)는 그 면적만큼 관통 형태로 전기배선공(91)을 형성하고, 상기 팬장착부잔형(50)은 팬장착부성형홈(19)에 안착되는 외부지지편(51)과, 상기 외부지지편(51)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 단턱부(52)로 형성되어, 상기 단턱부(52)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 팬장착홈(93)을 형성함을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 의하면 탄소복합재 프리프레그(Prepreg)를 이용하여 배터리케이스를 제조함으로써 배터리케이스의 내충격성과 내강성을 보강함과 아울러 전기차량의 경량화를 구현할 수 있도록 하는 등의 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 전기차량 배터리케이스의 구성 예시도
도 2는 본 발명에 의한 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치의 전체 사시 예시도
도 3은 본 발명에 의한 하부금형 및 외곽측면부금형의 사시 예시도
도 4는 본 발명에 의한 내곽측면부금형의 사시 예시도
도 5는 본 발명에 의한 상부가압금형의 사시 예시도
도 6은 본 발명에 의한 전기배선부 잔형의 사용 실시 예시도
도 7은 본 발명에 의한 팬장착부 잔형의 사용 실시 예시도
도 8은 본 발명에 의한 탄소복합재시트의 평면 예시도 및 완성된 배터리케이스의 사시 예시도
도 9는 본 발명에 의한 탄소복합재측면보강띠의 실시 예시도
도 10은 본 발명에 의한 탄소복합재바닥보강띠의 실시 예시도
도 11은 본 발명에 의한 리브 성형 실시 예시도
도 12는 본 발명에 의한 탄소복합재 프리프레그의 적층 실시 예시도

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 탄소복합재 프리프레그(Prepreg)를 이용하여 배터리케이스를 제조함으로써 배터리케이스의 내충격성과 내강성을 보강함과 아울러 전기차량의 경량화를 구현할 수 있도록 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서 도 2 내지 도 12를 참조하여 보면 하부금형(11), 외곽측면부금형(10), 내곽측면부금형(20), 전기배선부잔형(40), 팬장착부잔형(50) 및 상부가압금형(30)을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치를 구성하기 위해 먼저 도 3에서와 같이 하부금형(11)을 구비한다. 상기 하부금형(11)은 평판 형태의 수평고정면(12) 상에 단턱부(14)를 갖는 안착홈(13)이 형성되도록 구성하며, 상기 안착홈(13)에는 후술되는 내곽측면부금형(20) 및 탄소복합재시트(70)의 바닥면(75)이 안착된다.

그리고, 상기 하부금형(11)의 수평고정면(12) 상부면에는 외곽측면부금형(10)이 안착 구비된다. 상기 외곽측면부금형(10)은 본 발명에서 제조되는 탄소복합재 배터리케이스의 4개측면 외측에 위치되는 것으로, 도 3에서와 같이 상기 외곽측면부금형(10)은 4각프레임 형태로 형성된 외곽틀(15)과, 상기 외곽틀(15)의 내측부에 형성되는 4개의 내측수직면(16)과, 상기 내측수직면(16) 상에 요입 형성된 전기배선부성형홈(17) 및 팬장착부성형홈(19)이 형성된다.

상기 전기배선부성형홈(17)에는 도 6에서와 같이 전기배선부잔형(40)이 삽입되어 도 8의 (b)에서와 같이 탄소복합재시트(70) 상에서 전기배선공(91)이 형성된다. 이때, 상기 전기배선부잔형(40)은 후술되는 내곽측면부금형(20)의 외측면에 밀착걸림지지되면서 전기배선부성형홈(17) 내에 안착되는 외부지지편(41)과, 상기 외부지지편(41)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 제1단턱부(42) 및 제2단턱부(43)로 형성된다.

상기 제1단턱부(42)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 전기배선부성형홈(17)의 테두리를 형성하게 되고, 상기 제2단턱부(43)는 그 면적만큼 관통 형태로 전기배선공(91)을 형성하게 된다.

상기 팬장착부성형홈(19)에는 도 7에서와 같이 팬장착부잔형(50)이 삽입되어 도 8의 (b)에서와 같이 탄소복합재시트(70) 상에서 팬장착홈(93)이 형성된다. 이때, 상기 팬장착부잔형(50)은 팬장착부성형홈(19)에 안착되는 외부지지편(51)과, 상기 외부지지편(51)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 단턱부(52)로 형성된다.

상기 단턱부(52)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 팬장착홈(93)을 형성하게 된다.

상기 탄소복합재시트(70)는 탄소복합재 프리프레그(Prepreg)를 이용한 것으로, 이때 프리프레그(Prepreg)는 탄소섬유나 유리섬유와 같은 섬유 강화재에 에폭시 수지와 같은 액상 합성수지를 침투시킨 복합재 중간단계 소재로 최종 부품형틀에서 열과 압력을 받아 기계적, 열적 물성이 뛰어난 복합재 부품(composite part)이 만들어지는 것을 말한다.

한편, 도 3에서와 같이 상기 외곽측면부금형(10)에 형성된 4개의 내측수직면(16)에 각각 이격 구비되는 내곽측면부금형(20)이 구비된다.

상기 내곽측면부금형(20)은 4개의 내측수직면(16)에 마주하는 외측수직면(29)을 갖는 제1측면내곽틀(21), 제2측면내곽틀(22), 제3측면내곽틀(23) 및 제4측면내곽틀(24)로 각각 분할 구성되어 인접한 상호간에 밀착되어 4각프레임 형태로 형성된다. 이때, 인접한 각 내곽틀(21∼24) 상호간에는 맞접경사면(26)이 형성되어 밀착되도록 하며, 또한, 상기 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 각 외측면에는 다수의 리브성형홈(27)이 각각 형성된다. 상기 리브성형홈(27)에 의해 후술되는 탄소복합재시트(70) 상에 리브(95)가 형성된다.

그리고, 도 5에서와 같이 상기 내곽측면부금형(20)을 구성하는 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측에서 외측방향으로 가압하는 핫프레스 구조의 상부가압금형(30)이 구비된다.

상기 상부가압금형(30)은 상술된 바처럼 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측에서 외측방향으로 가압하도록 구성된 것으로서 이때, 핫프레스 구조로서 성형조건은 핫프레스의 온도를 120∼130℃로 설정하고, 상기 핫프레스를 가압한 뒤 약 85∼100분 동안 그 가압상태를 유지하여야 한다. 이와 같은 핫프레스 공정을 통해 탄소복합재시트(70)를 이용한 배터리케이스의 제작이 완료되고, 이로 인해 즉 탄소복합재시트(70)와 핫프레스 공정을 통해 인장강도, 굽힘강도, 전단강도 등이 확보된다. 상기 탄소복합재시트(70)는 탄소섬유가 위사, 경사 형태로 제직되는 형태를 기본으로 하고 배터리케이스의 인장강도, 굽힘강도, 전단강도 등을 고려하여 그에 적절한 두께 및 제직형태를 결정하여야 한다.

이를 구현하기 위한 상기 상부가압금형(30)은 도 2 및 도 5에서와 같이 내곽측면부금형(20)의 상부를 덮는 덮개판(31)과, 상기 덮개판(31)의 하부에 구비되어 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)을 내측에서 외측방향으로 가압하는 가압틀(35)로 구성되어지되, 상기 가압틀(35)은 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측면에 각각 대응되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 면적이 좁아지는 내향 경사진 형태의 내향축소경사면(36)이 각 방향에 형성되는 쐐기 형태로 형성되어, 상기 상부가압금형(30)이 1차 하강되면서 각 내향축소경사면(26)의 중간측 수평선상에서 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 외측수직면(29) 상단측에 접촉된 후, 상부가압금형(30)이 2차 하강되면서 쐐기 형태의 내향축소경사면(36)에 접촉된 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)이 외측방향으로 밀려 이동되도록 구성한다.

상기 상부가압금형(30)의 상부에는 도 2에서와 같이 상술된 하부금형(11), 외곽측면부금형(10), 내곽측면부금형(20), 전기배선부잔형(40), 팬장착부잔형(50) 및 상부가압금형(30)을 하부측으로 가압함과 아울러 핫프레스 공정을 위해 일체로 고정시키기 위한 상부틀(60)이 마련된다.

상기한 본 발명의 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치를 통해 본 발명의 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법에 대해 상세하게 설명토록 한다.

본 발명을 구현하기 위해 먼저, 평판 형태의 수평고정면(12) 상에 단턱부(14)를 갖는 안착홈(13)이 형성되는 하부금형(11)을 준비하고, 상기 하부금형(11)의 수평고정면(12) 상부면에 밀착되어지되 4각프레임 형태로 형성된 외곽틀(15)과, 상기 외곽틀(15)의 내측부에 형성되는 4개의 내측수직면(16)과, 상기 내측수직면(16) 상에 요입 형성된 전기배선부성형홈(17) 및 팬장착부성형홈(19)이 형성되는 외곽측면부금형(10)을 준비하며, 상기 외곽측면부금형(10)에 형성된 4개의 내측수직면(16)에 각각 이격 구비되어지되 4개의 내측수직면(16)에 마주하는 외측수직면(29)을 갖는 제1측면내곽틀(21), 제2측면내곽틀(22), 제3측면내곽틀(23) 및 제4측면내곽틀(24)로 각각 분할 구성되어 인접한 상호간에 밀착되어 4각프레임 형태로 구성되고, 상기 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 각 외측면에는 다수의 리브성형홈(27)이 각각 형성되는 내곽측면부금형(20)을 준비하고, 상기 전기배선부성형홈(17)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 전기배선공(91)이 형성되게 하는 전기배선부잔형(40)을 준비하며, 상기 팬장착부성형홈(19)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 팬장착홈(93)이 형성되게 하는 팬장착부잔형(50)을 준비하고, 상기 내곽측면부금형(20)을 구성하는 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측에서 외측방향으로 가압하는 핫프레스 구조의 상부가압금형(30)을 준비한다.

상기와 같이 준비한 다음, 도 8의 (a)에서와 같이 준비된 직물형 탄소복합재시트(70)를 상기 하부금형(11), 외곽측면부금형(10) 및 내곽측면부금형(20)의 사이에 밀착되게 위치시킨 후, 상기 핫프레스 구조의 상부가압금형(30)을 하강 이동시켜 120∼130℃의 온도로 85∼100분 동안 내곽측면부금형(20)을 구성하는 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)을 외곽측면부금형(10) 측으로 가압하면서 도 8의 (b)에서와 같이 상기 금형들 사이에 위치된 탄소복합재시트(70) 상에 설계된 제1∼제4측면부(71∼74), 전기배선공(91), 팬장착홈(93) 및 리브(95)를 형성하여 배터리케이스 형태로 성형되게 한다.

이때, 도 8의 (b)에서와 같이 상기 배터리케이스가 성형되는 탄소복합재시트(70)에서 제1∼제4측면부(71∼74)의 두께는 일정하고, 상기 제1∼제4측면부(71∼74)의 두께 보다 두꺼운 전기배선공(91)의 테두리부와, 리브(95) 형성시에는 도 12에서와 같이 제1∼제4측면부(71∼74)의 표면 상에서 탄소복합재시트(70)의 부분 조각시트(96)를 덧붙임하여 두께, 폭 및 경사각을 조절하도록 하여 이루어지게 한다.

상기 리브(95)의 형성에 대한 상세설명을 도 11을 참조하여 설명하면, 탄소복합재시트(70)의 제1∼제4측면부(71∼74)의 내면에 형성되는 돌출 형태로 된 리브(95)는 단면이 주로 사다리꼴 형태인데, 이때 사다리꼴 형태는 돌출방향으로 단면적이 축소되므로 탄소복합재시트(70)를 이용하여 그 형상에 적합한 조각시트(96)로 커팅한 후 제1∼제4측면부(71∼74)상에 부착한 다음, 상기 부착된 조각보다 축소된 작은 단면적으로 탄소복합재시트(70) 조각을 단계적으로 적층하여 완성되도록 한다.

상기 리브(95)의 사다리꼴 형태는 일실시예일 뿐, 도 11의 (a) 및 (b)에서와 같은 다양한 형태로 형성되며, 그 형태에 따라 동일한 방법으로 탄소복합재시트(70) 조각을 적층토록 한다.

한편, 일체로 형성되는 탄소복합재시트(70)에서 배터리케이스의 제1∼제4측면부(71∼74)는 맞접 부위가 취약하기 때문에 맞접되는 상호 부위가 일부 포개되게 하여 핫프레스 공정을 통해 일체로 성형되도록 함이 바람직하며, 배터리의 유동에 따라 제1∼제4측면부(71∼74)의 강성이 취약하므로 이를 보완하기 위해 도 9에서와 같이 상기 탄소복합재시트(70)로 성형되는 배터리케이스 제1∼제4측면부(71∼74)의 내측표면에 제1∼제4측면부(71∼74)의 형상에 대응되는 띠 형태의 탄소복합재띠(71a∼74a)를 덧붙임하여 제1∼제4측면부(71∼74)를 보강토록 구성한다.

이때, 제1∼제4측면부(71∼74)의 보강강도를 더욱 강하게 하기 위해 상기 제1∼제4측면부(71∼74)의 내측표면에 덧붙임되는 탄소복합재띠(71a∼74a)는 상호 맞닿는 단부측이 상호간에 오버랩되도록 구성할 수 있다.

그리고, 상기 배터리케이스로 성형되는 탄소복합재시트(70)에서 도 10에서와 같이 제1∼제4측면부(71∼74) 사이에 위치되는 바닥면(75)의 4면 테두리측을 따라 탄소복합재바닥띠(81∼84)를 덧붙임하고, 상기 덧붙임된 탄소복합재바닥띠(82)의 상부면에 배터리의 바닥테두리부가 안착되도록 하여, 상기 탄소복합재바닥띠(82)에 의해 배터리의 안정적인 마찰지지가 이루어지게 한다.

이때, 상기 상부가압금형(30)은 내곽측면부금형(20)의 상부를 덮는 덮개판(31)과, 상기 덮개판(31)의 하부에 구비되어 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)을 내측에서 외측방향으로 가압하는 가압틀(35)로 구성되어지되, 상기 가압틀(35)은 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측면에 각각 대응되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 면적이 좁아지는 내향 경사진 형태의 내향축소경사면(36)이 각 방향에 형성되는 쐐기 형태로 형성되어, 상기 상부가압금형(30)이 1차 하강되면서 각 내향축소경사면(26)의 중간측 수평선상에서 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 외측수직면(29) 상단측에 접촉된 후, 상부가압금형(30)이 2차 하강되면서 쐐기 형태의 내향축소경사면(36)에 접촉된 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)이 외측방향으로 밀려 이동되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 전기배선부잔형(40)은 내곽측면부금형(20)의 외측면에 밀착걸림지지되면서 전기배선부성형홈(17) 내에 안착되는 외부지지편(41)과, 상기 외부지지편(41)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 제1단턱부(42) 및 제2단턱부(43)로 형성되어, 상기 제1단턱부(42)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 전기배선부성형홈(17)의 테두리를 형성하게 되고, 상기 제2단턱부(43)는 그 면적만큼 관통 형태로 전기배선공(91)을 형성하고, 상기 팬장착부잔형(50)은 팬장착부성형홈(19)에 안착되는 외부지지편(51)과, 상기 외부지지편(51)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 단턱부(52)로 형성되어, 상기 단턱부(52)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 팬장착홈(93)을 형성함이 바람직하다.

상술된 바와 같은 본 발명의 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치 및 그 제조방법에 의하면, 탄소복합재 프리프레그(Prepreg)를 이용하여 배터리케이스를 제조함으로써 배터리케이스의 내충격성과 내강성을 보강함과 아울러 전기차량의 경량화를 구현할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 외곽측면부금형 11 : 하부금형
12 : 수평고정면 13 : 안착홈
14 : 단턱부 15 : 외곽틀
16 : 내측수직면 17 : 전기배선부성형홈
19 : 팬장착부성형홈 20 : 내곽측면부금형
21∼24 : 제1∼제4 측면내곽틀 27 : 리브성형홈
30 : 상부가압금형

Claims

전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치를 구성함에 있어서,
평판 형태의 수평고정면(12) 상에 단턱부(14)를 갖는 안착홈(13)이 형성되는 하부금형(11);
상기 하부금형(11)의 수평고정면(12) 상부면에 밀착되는 외곽측면부금형(10);
상기 외곽측면부금형(10)은 4각프레임 형태로 형성된 외곽틀(15)과, 상기 외곽틀(15)의 내측부에 형성되는 4개의 내측수직면(16)과, 상기 내측수직면(16) 상에 요입 형성된 전기배선부성형홈(17) 및 팬장착부성형홈(19)이 형성되고,
상기 외곽측면부금형(10)에 형성된 4개의 내측수직면(16)에 각각 이격 구비되는 내곽측면부금형(20);
상기 내곽측면부금형(20)은 4개의 내측수직면(16)에 마주하는 외측수직면(29)을 갖는 제1측면내곽틀(21), 제2측면내곽틀(22), 제3측면내곽틀(23) 및 제4측면내곽틀(24)로 각각 분할 구성되어 인접한 상호간에 밀착되어 4각프레임 형태로 구성되고, 상기 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 각 외측면에는 다수의 리브성형홈(27)이 각각 형성되며,
상기 전기배선부성형홈(17)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 전기배선공(91)이 형성되게 하는 전기배선부잔형(40);
상기 팬장착부성형홈(19)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 팬장착홈(93)이 형성되게 하는 팬장착부잔형(50);
상기 내곽측면부금형(20)을 구성하는 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측에서 외측방향으로 가압하는 핫프레스 구조의 상부가압금형(30);을 포함하여 이루어지며,
상기 상부가압금형(30)은 내곽측면부금형(20)의 상부를 덮는 덮개판(31)과, 상기 덮개판(31)의 하부에 구비되어 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)을 내측에서 외측방향으로 가압하는 가압틀(35)로 구성되어지되, 상기 가압틀(35)은 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측면에 각각 대응되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 면적이 좁아지는 내향 경사진 형태의 내향축소경사면(36)이 각 방향에 형성되는 쐐기 형태로 형성되어, 상기 상부가압금형(30)이 1차 하강되면서 각 내향축소경사면(26)의 중간측 수평선상에서 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 외측수직면(29) 상단측에 접촉된 후, 상부가압금형(30)이 2차 하강되면서 쐐기 형태의 내향축소경사면(36)에 접촉된 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)이 외측방향으로 밀려 이동되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 전기배선부잔형(40)은 내곽측면부금형(20)의 외측면에 밀착걸림지지되면서 전기배선부성형홈(17) 내에 안착되는 외부지지편(41)과, 상기 외부지지편(41)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 제1단턱부(42) 및 제2단턱부(43)로 형성되어, 상기 제1단턱부(42)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 전기배선부성형홈(17)의 테두리를 형성하게 되고, 상기 제2단턱부(43)는 그 면적만큼 관통 형태로 전기배선공(91)을 형성하고,
상기 팬장착부잔형(50)은 팬장착부성형홈(19)에 안착되는 외부지지편(51)과, 상기 외부지지편(51)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 단턱부(52)로 형성되어, 상기 단턱부(52)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 팬장착홈(93)을 형성하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조장치.
전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법에 있어서,
평판 형태의 수평고정면(12) 상에 단턱부(14)를 갖는 안착홈(13)이 형성되는 하부금형(11)을 준비하고, 상기 하부금형(11)의 수평고정면(12) 상부면에 밀착되어지되 4각프레임 형태로 형성된 외곽틀(15)과, 상기 외곽틀(15)의 내측부에 형성되는 4개의 내측수직면(16)과, 상기 내측수직면(16) 상에 요입 형성된 전기배선부성형홈(17) 및 팬장착부성형홈(19)이 형성되는 외곽측면부금형(10)을 준비하며, 상기 외곽측면부금형(10)에 형성된 4개의 내측수직면(16)에 각각 이격 구비되어지되 4개의 내측수직면(16)에 마주하는 외측수직면(29)을 갖는 제1측면내곽틀(21), 제2측면내곽틀(22), 제3측면내곽틀(23) 및 제4측면내곽틀(24)로 각각 분할 구성되어 인접한 상호간에 밀착되어 4각프레임 형태로 구성되고, 상기 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 각 외측면에는 다수의 리브성형홈(27)이 각각 형성되는 내곽측면부금형(20)을 준비하고, 상기 전기배선부성형홈(17)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 전기배선공(91)이 형성되게 하는 전기배선부잔형(40)을 준비하며, 상기 팬장착부성형홈(19)에 삽입되어 탄소복합재시트(70) 상에 팬장착홈(93)이 형성되게 하는 팬장착부잔형(50)을 준비하고, 상기 내곽측면부금형(20)을 구성하는 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측에서 외측방향으로 가압하는 핫프레스 구조의 상부가압금형(30)을 준비한 다음,
직물형 탄소복합재시트(70)를 상기 하부금형(11), 외곽측면부금형(10) 및 내곽측면부금형(20)의 사이에 밀착되게 위치시킨 후, 상기 핫프레스 구조의 상부가압금형(30)을 하강 이동시켜 120∼130℃의 온도로 85∼100분 동안 내곽측면부금형(20)을 구성하는 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)을 외곽측면부금형(10) 측으로 가압하면서 그 사이에 위치된 탄소복합재시트(70) 상에 설계된 제1∼제4측면부(71∼74), 전기배선공(91), 팬장착홈(93) 및 리브(95)를 형성하여 배터리케이스 형태로 성형되게 함을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 탄소복합재시트(70)에서 제1∼제4측면부(71∼74)의 두께는 일정하고, 상기 제1∼제4측면부(71∼74)의 두께 보다 두꺼운 전기배선공(91)의 테두리부와, 리브(95) 형성시에는 제1∼제4측면부(71∼74)의 표면 상에서 탄소복합재시트(70)의 부분 조각시트(96)를 덧붙임하여 두께, 폭 및 경사각을 조절하도록 하여 이루어짐을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 탄소복합재시트(70)로 성형되는 배터리케이스 제1∼제4측면부(71∼74)의 내측표면에 제1∼제4측면부(71∼74)의 형상에 대응되는 띠 형태의 탄소복합재측면보강띠(71a∼74a)를 덧붙임하여 제1∼제4측면부(71∼74)를 보강토록 함을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 제1∼제4측면부(71∼74)의 내측표면에 덧붙임되는 탄소복합재측면보강띠(71a∼74a)는 상호 맞닿는 단부측이 상호간에 오버랩되도록 하여 보강강도를 향상시키도록 함을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 탄소복합재시트(70)에서 제1∼제4측면부(71∼74) 사이에 위치되는 바닥면(75)의 4면 테두리측을 따라 탄소복합재바닥보강띠(81∼84)를 덧붙임하고, 상기 덧붙임된 탄소복합재바닥보강띠(81∼84)의 상부면에 배터리의 바닥테두리부가 안착되도록 하여, 상기 탄소복합재바닥보강띠(81∼84)에 의해 배터리의 안정적인 마찰지지가 이루어짐을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 상부가압금형(30)은 내곽측면부금형(20)의 상부를 덮는 덮개판(31)과, 상기 덮개판(31)의 하부에 구비되어 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)을 내측에서 외측방향으로 가압하는 가압틀(35)로 구성되어지되, 상기 가압틀(35)은 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 내측면에 각각 대응되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 면적이 좁아지는 내향 경사진 형태의 내향축소경사면(36)이 각 방향에 형성되는 쐐기 형태로 형성되어, 상기 상부가압금형(30)이 1차 하강되면서 각 내향축소경사면(26)의 중간측 수평선상에서 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)의 외측수직면(29) 상단측에 접촉된 후, 상부가압금형(30)이 2차 하강되면서 쐐기 형태의 내향축소경사면(36)에 접촉된 제1∼제4 측면내곽틀(21∼24)이 외측방향으로 밀려 이동되도록 함을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 전기배선부잔형(40)은 내곽측면부금형(20)의 외측면에 밀착걸림지지되면서 전기배선부성형홈(17) 내에 안착되는 외부지지편(41)과, 상기 외부지지편(41)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 제1단턱부(42) 및 제2단턱부(43)로 형성되어, 상기 제1단턱부(42)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 전기배선부성형홈(17)의 테두리를 형성하게 되고, 상기 제2단턱부(43)는 그 면적만큼 관통 형태로 전기배선공(91)을 형성하고,
상기 팬장착부잔형(50)은 팬장착부성형홈(19)에 안착되는 외부지지편(51)과, 상기 외부지지편(51)의 단면적 보다 작은 단면적으로 내향 돌출형성되는 단턱부(52)로 형성되어, 상기 단턱부(52)에는 탄소복합재시트(70)의 부분 조각이 적층되어 팬장착홈(93)을 형성함을 특징으로 하는 전기차량 전용 탄소복합재 배터리케이스 제조방법.