KR102293499B1 - 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법 - Google Patents

Abstract

배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법은 배터리 모듈 하우징과, 냉각수 유로를 갖는 냉각패널을 상호 용접하여 접합하는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법에 있어서, 상기 냉각패널의 냉각수 유로 상에 복수의 비드 홈을 형성하고, 상기 배터리 모듈 하우징의 하면에 상기 냉각패널의 표면을 접촉시킨 상태로, 상기 냉각패널의 테두리를 따라서 상기 배터리 모듈 하우징의 하면에 레이저 용접하는 제1단계, 상기 냉각수 유로를 제외한 상기 냉각패널 상에 일정패턴을 따라 마찰 교반 용접하는 제2단계, 및 각 상기 비드 홈을 통하여 일정패턴을 따라 마찰 교반 용접하는 제3단계를 포함한다.

Description

배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법{WELDING METHOD OF BATTERY MODULE HOUSING AND COOLING PANEL}

본 발명은 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마찰 교반 용접 시, 용접 종료점에서 수밀성이 저하되는 현상을 방지할 수 있는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법에 관한 것이다.

일반적으로 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding: FSW)이란 비소모성 공구를 고속으로 회전시키면서 접합하고자 하는 2장 이상의 패널에 형성된 접합라인에 접촉시켜 용접 접합하는 것을 말한다.

이때, 상기 마찰 교반 용접은 상기 공구와 패널과의 상호마찰에 의해 열이 발생하여 공구 주변의 패널이 연화되면서 상기 공구의 교반에 의한 패널의 소성유동으로 접합라인 양쪽의 판재들이 강제로 혼합되는 원리로 용접되는 것이다.

이러한 마찰 교반 용접은 기존의 용융용접에 비해, 낮은 열로 용접이 이루어지기 때문에 작은 잔류응력, 적은 변형 등으로 인해 접합부의 기계적 강도가 우수할 뿐 아니라, 별도의 열원, 용접봉, 용가제 등이 불필요하며, 접합 과정에서 유해광선이나 유해물질이 배출되지 않기 때문에 경제적이면서 환경친화적인 접합기술로 평가를 받고 있다.

더불어, 상기 마찰 교반 용접은 자동차, 항공기, 선박 산업 분야 등에서 널리 사용되고 있는 알루미늄이나 마그네슘 합금 등으로 제조된 재료의 용접에 적합한 장점이 있다.

그러나 종래 기술에 따른 마찰 교반 용접은 접합라인의 용접 시작점에서 용접을 시작하여 상기 접합라인을 따라 용접을 진행한 후, 상기 접합라인의 용접 종료점에서 용접을 마무리하면서 공구를 제거하면, 상기 용접 종료점에서 공구가 제거된 부분에 핀홀이 형성되고, 상기 핀홀에 의해 미접합부가 형성되는 문제점이 종종 발생한다.

이때, 종래 기술에 따른 마찰 교반 용접은 미접합부를 메우기 위한 메우기 용접을 추가로 진행하여 전체적인 사이클 타임이 늘어나는 단점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 마찰 교반 용접은 상기 핀홀에 의해 수밀성이 저하되는 단점도 내포한다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 마찰 교반 용접 시 발생하는 수밀성 저하를 방지할 수 있는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법을 제공하고자 한다.

즉, 본 발명의 실시 예는 마찰 교반 용접 시, 용접 종료점을 용접 시작점으로부터 일측으로 편심되도록 형성하여 상기 용접 종료점에서 발생하는 홀을 제거할 수 있으며, 상기 홀로부터 냉각패널의 내부에 흐르는 냉각수가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 배터리 모듈 하우징과, 냉각수 유로를 갖는 냉각패널을 상호 용접하여 접합하는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법에 있어서, 상기 냉각패널의 냉각수 유로 상에 복수의 비드 홈을 형성하고, 상기 배터리 모듈 하우징의 하면에 상기 냉각패널의 표면을 접촉시킨 상태로, 상기 냉각패널의 테두리를 따라서 상기 배터리 모듈 하우징의 하면에 레이저 용접하는 제1단계, 상기 냉각수 유로를 제외한 상기 냉각패널 상에 일정패턴을 따라 마찰 교반 용접하는 제2단계, 및 각 상기 비드 홈을 통하여 일정패턴을 따라 마찰 교반 용접하는 제3단계를 포함하는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 냉각수 유로는 상기 냉각패널 상의 폭 방향의 중앙선을 기준으로 양측에 2개씩, 4개의 냉각수 유로가 대칭되게 형성될 수 있다.

또한, 상기 4개의 냉각수 유로는 상기 냉각패널 상의 폭 방향의 중앙선을 기준으로 양 외측에 형성되는 2개의 외측 냉각수 유로와, 상기 2개의 외측 냉각수 유로의 각 내측에 형성되는 2개의 내측 냉각수 유로가 포밍 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 비드 홈은 상기 냉각수 유로 상에 폭이 일정한 직선형 홈으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 비드 홈은 일측 단부에 용접 종료점을 용접 시작점과 다른 선상에 두기 위한 대피 홈이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 일정패턴은 용접 시작점으로부터 일정구간 직선형으로 용접되는 직선패턴과, 상기 직선패턴의 선단으로부터 용접 종료점까지 원형으로 용접되는 원형패턴으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 용접 종료점은 상기 직선패턴의 중심선으로부터 일측으로 편심된 위치에 형성될 수 있다.

또한, 상기 원형패턴은 상기 직선패턴과 동일한 폭을 가지며, 부분적으로 중첩되면서 상기 용접 종료점이 상기 원형패턴 상에 형성될 수 있다.

또한, 상기 원형패턴은 상기 직선패턴과 동일한 폭을 가지며, 중앙에 미 형성부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 직선패턴의 폭은 4mm이상 ~ 5mm이하의 범위에서 설정될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법은 마찰 교반 용접 시 발생하는 용접 종료점에서의 수밀성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법이 적용된 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 사시도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법이 적용된 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 사시도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.

일반적으로 전기자동차는 고전압의 배터리 팩으로부터 전원을 공급받아 작동하는 구동모터를 동력원으로 하여 주행한다.

또한, 상기 배터리 팩은 충, 방전이 가능한 다수개의 배터리 모듈들이 집합체로 구성된 것이며, 용량에 따라 배터리 모듈의 개수가 가변될 수 있고, 상기 배터리 모듈의 형상도 가변될 수 있다.

수냉식 냉각패널(이하, 냉각패널이라 함)은 이러한 전기자동차의 배터리 팩을 냉각시키기 위하여 상기 배터리 모듈 하우징의 하면에 장착된다.

다시 말해, 상기 냉각패널은 상기 전기자동차의 언더 바디, 즉, 상기 배터리 모듈 하우징의 하면에 장착되어 상기 배터리 팩을 냉각시킨다.

상기 냉각패널은 상기 배터리 팩의 용량과 크기에 따라 전체적인 크기가 가변될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법은 전기자동차의 배터리 모듈 하우징(1)과, 냉각수 유로(11)를 갖는 냉각패널(10)을 상호 용접 접합하기 위해 적용될 수 있다.

다시 말해, 상기 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법은 상기 배터리 모듈 하우징(1)의 하면에 냉각패널(10)을 접합하여 상기 배터리 모듈 하우징(1)을 냉각시키기 위하여 적용될 수 있다.

이때, 상기 냉각수 유로(11)를 통해 냉각수가 이동하면서 상기 배터리 모듈 하우징(1) 내부의 배터리를 냉각시킬 수 있는 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널 접합 방법은 일정 두께의 패널(10a)을 준비하고, 상기 패널(10a) 상에 냉각수 유(11)로를 형성한다.

상기 패널(10a)은 상기 배터리 모듈 하우징(1)의 하면의 넓이와 적어도 동일하거나 작게 형성될 수 있다.

또한, 상기 패널(10a)은 상기 배터리 모듈 하우징(1)의 하면과 동일한 형상, 예를 들어, 사각형 등으로 형성될 수 있고, 외측 모서리의 형상이 라운드지게 형성될 수도 있다.

상기 냉각수 유로(11)는 상기 냉각패널(10) 상의 폭 방향의 중앙선(L)을 기준으로 양측에 2개씩, 4개의 냉각수 유로(11)가 대칭되게 형성될 수 있다.

이때, 상기 4개의 냉각수 유로는 2개의 외측 냉각수 유로(11a)와, 2개의 내측 냉각수 유로(11b)를 포함한다.

상기 2개의 외측 냉각수 유로(11a)는 상기 냉각패널(10) 상의 폭 방향의 중앙선(L)을 기준으로 양 외측에 형성된다.

그리고 상기 2개의 내측 냉각수 유로(11b)는 상기 2개의 외측 냉각수 유로(11a)의 각 내측에 형성된다.

이러한 냉각수 유로(11)는 일측의 냉각수 유입구(13a)로부터 시작하여 4개의 유로로 나뉜 후, 타측의 냉각수 유출구(13b)에서 끝나는 구조로 이루어진다.

다시 말해, 상기 냉각수 유로(11)는 상기 냉각수 유입구(13a)로부터 냉각수가 유입되고, 상기 2개의 외측 냉각수 유로(11a)와, 2개의 내측 냉각수 유로(11b)를 통과한 후, 상기 냉각수 유출구(14b)로 냉각수가 배출되는 구조로 이루어진다.

상기 냉각수 유로(11)는 포밍 성형을 이용하여 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 다음으로, 상기 냉각수 유로(11) 상에 복수의 비드 홈(15)을 형성한다.

상기 비드 홈(15)은 상기 냉각수 유로(11) 상에 폭이 일정한 직선형 홈으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 비드 홈(15)은 일측 단부에 이하에서 설명할, 용접 종료점(19a)을 다른 선상에 두기 위한 대피 홈(17)을 포함할 수 있다.

이러한 대피 홈(17)은 상기 직선형 홈보다 폭이 큰 원형 홈으로 형성될 수 있다.

즉, 다시 말해, 상기 비드 홈(15)의 일측 단부에 대피 홈(17)을 형성하여 직선형 홈으로부터 시작된 용접 시작점(19a)과 대피 홈(17)에서 끝나는 용접 종료점(19b)을 상이한 선상에 위치시키기 위한 것이다.

도 4를 참조하면, 상기와 같은 냉각패널(10)을 상기 배터리 모듈 하우징(1)의 하면에 접촉시킨 상태로, 상기 냉각패널(10)의 테두리를 따라서 상기 배터리 모듈 하우징(1)의 하면에 레이저 용접을 통해 접합한다.

이때, 상기 냉각패널(10)은 상기 냉각수 유로(11)가 차고방향을 기준으로 하측을 향하여 돌출되도록 하여 상기 배터리 모듈 하우징(1)의 하면과 접촉된다.

다음으로, 상기 냉각수 유로(11)를 제외한 상기 냉각패널(10) 상에 일정패턴을 따라 마찰 교반 용접을 진행하여 상기 배터리 모듈 하우징(1)과 냉각패널(10)을 접합한다(도 1참조).

도 5를 참조하면, 상기 일정패턴은 직선패턴(20)과 원형패턴(21)으로 이루어진다.

상기 직선패턴(20)은 용접 시작점(19a)으로부터 일정구간 직선형으로 용접되는 구간이다.

상기 직선패턴(20)의 폭은 4mm이상 ~ 5mm이하의 범위에서 설정될 수 있다.

또한, 상기 원형패턴(21)은 상기 직선패턴(20)의 선단으로부터 용접 종료점(19b)까지 원형으로 용접되는 구간이다.

여기서 상기 용접 종료점(19b)은 상기 직선패턴(20)의 중심선으로부터 일측으로 편심된 위치에 형성된다.

또한, 상기 원형패턴(21)은 상기 직선패턴(20)과 동일한 폭을 가진다.

이러한 원형패턴(21)은 부분적으로 중첩되어 중첩부(23)를 형성하면서 상기 용접 종료점(19b)이 상기 원형패턴(21) 상에 형성될 수 있다(A).

또한, 상기 원형패턴(21)은 중앙에 미 형성부(25)를 가지는 구조로 이루어질 수 있다(B).

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법에 적용되는 일정패턴을 따라 진행되는 마찰 교반 용접을 위한 용접툴을 간단히 설명하면 다음과 같다.

상기 용접툴은 차고방향을 기준으로, 상측을 향하여 용접 작업을 할 수 있도록 로딩된다.

즉, 상기 용접툴은 상기 배터리 모듈 하우징의 하부에서 상기 냉각패널(10)을 배터리 모듈 하우징(1) 측으로 압입할 수 있는 방향으로 로딩된다.

이러한 용접툴은 회전축을 중심으로 회전하는 용접바디와, 상기 용접바디의 단부에 결합되는 용접헤드를 포함한다.

상기 용접툴은 회전축을 중심으로 고속으로 회전하면서 상기 용접헤드가 상기 용접 시작점(19a)에 일정깊이 삽입되며, 상기 용접헤드와 용접 시작점(19a) 사이에서 마찰에 의해 마찰열이 발생한다.

다시 말해, 상기 용접헤드는 상기 냉각패널(10)을 관통하여 상기 배터리 모듈 하우징(1)과 접촉된다.

상기 마찰열에 의해 상기 용접헤드 주변의 냉각패널은 연화되고, 회전하는 용접헤드의 교반에 의해 상기 배터리 모듈 하우징(1)과 냉각패널(10)의 소성유동으로 용접라인 양쪽의 재료들이 혼합되면서 상기 배터리 모듈 하우징(1)과 냉각패널(10) 사이의 접합이 이루어진다.

이어서 상기 용접툴이 고속으로 회전하면서 일정패턴을 따라 이동한다.

마지막으로 상기 용접 종료점(19b)에서 용접툴을 제거하고 접합을 마무리한다.

이때, 상기 용접 종료점(19b)은 도 5에 도시된 바와 같이, 원형패턴(21)의 내부에 위치되어 상기 용접헤드의 제거 시, 홀이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법은 용접 종료점(19b)을 감싸는 원형패턴(21)으로 인해 수밀성을 유지하여 강성을 보강할 수 있다.

더불어, 상기 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법은 용접 종료점(19b)을 용접 시작점(19a)으로부터 일측으로 편심되게 형성하여 핀홀이 형성되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법은 기존의 용접 종료점(19b)을 메우기 위해 적용하는 메우기 용접을 삭제함으로써, 전체적인 사이클 타임을 줄이고, 상기 배터리 모듈 하우징(1)과 냉각패널(10)의 물성저하를 최소화할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 배터리 모듈 하우징
10: 냉각패널
11: 냉각수 유로
13a: 냉각수 유입구
13b: 냉각수 유출구
15: 비드 홈
17: 대피 홈
19a: 용접 시작점
19b: 용접 종료점
20: 직선패턴
21: 원형패턴
23: 중첩부
25: 미 형성부

Claims (10)

1. 배터리 모듈 하우징과, 냉각수 유로를 갖는 냉각패널을 상호 용접하여 접합하는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법에 있어서,
   상기 냉각패널의 냉각수 유로 상에 복수의 비드 홈을 형성하고, 상기 배터리 모듈 하우징의 하면에 상기 냉각패널의 표면을 접촉시킨 상태로, 상기 냉각패널의 테두리를 따라서 상기 배터리 모듈 하우징의 하면에 레이저 용접하는 제1단계;
   상기 냉각수 유로를 제외한 상기 냉각패널 상에 용접 시작점으로부터 일정구간 직선형으로 용접되는 직선패턴과, 상기 직선패턴의 선단으로부터 용접 종료점까지 원형으로 용접되는 원형패턴으로 이루어지는 일정패턴을 따라 마찰 교반 용접하는 제2단계; 및
   각 상기 비드 홈을 통하여 일정패턴을 따라 마찰 교반 용접하는 제3단계;
   를 포함하는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각수 유로는
   상기 냉각패널 상의 폭 방향의 중앙선을 기준으로 양측에 2개씩, 4개의 냉각수 유로가 대칭되게 형성되는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 4개의 냉각수 유로는
   상기 냉각패널 상의 폭 방향의 중앙선을 기준으로 양 외측에 형성되는 2개의 외측 냉각수 유로와, 상기 2개의 외측 냉각수 유로의 각 내측에 형성되는 2개의 내측 냉각수 유로가 포밍 형상으로 형성되는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 비드 홈은
   상기 냉각수 유로 상에 폭이 일정한 직선형 홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 비드 홈은
   일측 단부에 용접 종료점을 용접 시작점과 다른 선상에 두기 위한 대피 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 용접 종료점은
   상기 직선패턴의 중심선으로부터 일측으로 편심된 위치에 형성되는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 원형패턴은
   상기 직선패턴과 동일한 폭을 가지며, 부분적으로 중첩되면서 상기 용접 종료점이 상기 원형패턴 상에 형성되는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 원형패턴은
   상기 직선패턴과 동일한 폭을 가지며, 중앙에 미 형성부가 형성되는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 직선패턴의 폭은
    4mm이상 ~ 5mm이하의 범위에서 설정되는 배터리 모듈 하우징과 냉각패널의 접합 방법.

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