KR20190027449A - 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법 및 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물 - Google Patents

전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법 및 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법 및 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접에 의한 금속재 캐스팅 부품의 결합이 용이한 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법 및 전기 자동차용 배터리 하우징을 제조하기 위하여 필요한 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법은, 금속재를 인발, 압출, 프레스, CNC 중 어느 하나의 방법으로 성형하여 인서트 프레임을 성형하는 인서트 프레임 성형단계; 상기 인서트 프레임을 다이캐스팅 금형에 투입하여 상기 인서트 프레임과 일체로 케이스의 개방된 어느 일단을 차단하는 금속재 커버를 성형하는 인서트 다이캐스팅 성형단계; 및 상기 케이스 내부에 배터리 셀을 삽입한 후, 상기 케이스와 인서트 프레임을 용접하여 상기 케이스의 양단에 커버를 각각 결합시키는 용접단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법 및 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물{Manufacturing method for battery housing for electric vehicle and structure for joining battery cover}
본 발명은 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법 및 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접에 의한 금속재 캐스팅 부품의 결합이 용이한 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법 및 전기 자동차용 배터리 하우징을 제조하기 위하여 필요한 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물에 관한 것이다.
통상적으로 배터리 셀은 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부 기기의 종류에 따라 다양하게 그 형태를 변화시켜 사용하고 있다.
그리고 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량을 높일 수 있도록 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결하여 대용량의 배터리 모듈을 구성한다. 배터리 모듈은 내장된 배터리 셀의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다. 그리고 이러한 배터리 모듈을 전기적으로 다수개 연결하여 배터리 팩을 구성할 수 있으며, 배터리 백은 배터리 하우징(또는 케이스)에 삽입되어 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 설치될 수 있다.
이러한 배터리 하우징(또는 케이스)은 일반적으로 알루미늄(Al) 소재를 다이캐스팅 방식으로 여려 부품으로 분리하여 성형한 후 각 부품을 용접하여 결합시킨다. 그러나 다이캐스팅 소재의 특성상 다이캐스팅 제작된 부품의 내부에는 불가피하게 기공이 생성되고, 이러한 기공이 생성되어 있는 다이캐스팅 부품을 용접할 경우 용접에 의한 폭발, 용접불량 등이 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0096883호(2015.08.25.) 대한민국 등록특허공보 제10-1037739호(2011.05.27.)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용접에 의한 금속재 캐스팅 부품의 결합이 용이한 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법 및 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법은, 금속재를 인발, 압출, 압연, 프레스, CNC 중 어느 하나의 방법으로 성형하여 인서트 프레임을 성형하는 인서트 프레임 성형단계; 상기 인서트 프레임을 다이캐스팅 금형에 투입하여 상기 인서트 프레임과 일체로 케이스의 개방된 어느 일단을 차단하는 금속재 커버를 성형하는 인서트 다이캐스팅 성형단계; 및 상기 케이스 내부에 배터리 셀을 삽입한 후, 상기 케이스와 인서트 프레임을 용접하여 상기 케이스의 양단에 커버를 각각 결합시키는 용접단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법은 상기 인서트 프레임 성형단계 이후, 상기 커버가 성형되는 상기 인서트 프레임 표면에 미세요철을 형성하는 미세요철 형성단계를 더 포함하여 이루어지고, 상기 미세요철은 레이저 에칭 또는 화학적 에칭을 통해 형성된다.
그리고 상기 인서트 프레임 성형단계에서는 복수의 인서트 프레임을 성형할 수 있고, 상기 인서트 다이캐스팅 성형단계에서는 다이캐스팅 금형에 복수의 상기 인서트 프레임을 투입하여 상기 커버를 성형하며, 복수의 상기 인서트 프레임은 상기 커버에 의해 일체로 연결된다.
한편, 양단이 개방 형성된 케이스 양단에 각각 커버를 용접하여 결합시키기 위한 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물은, 금속재를 인발, 압출, 압연, 프레스, CNC 중 어느 하나의 방법으로 성형하여 형성되는 인서트 프레임; 및 다이캐스팅 금형에 상기 인서트 프레임을 투입한 후 금속용탕을 주입하여 상기 인서트 프레임과 일체로 성형되는 금속재 커버로 이루어지고, 상기 인서트 프레임과 케이스를 용접하여 상기 케이스의 양단에 상기 커버를 결합시킨다.
본 발명의 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법 및 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물은 인서트 프레임을 먼저 제작한 후 커버와 일체로 성형하고, 이러한 인서트 프레임을 케이스와 용접하여 케이스와 커버를 결합시킴으로써, 금속 캐스팅 소재의 특성상 커버 내부에 발생할 수 있는 기공으로 인해 케이스와 커버의 직접 용접에 의한 용접불량을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 배터리 하우징의 제조방법을 순서대로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 배터리 하우징의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 배터리 하우징의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인서트 프레임의 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 일체로 형성된 인서트 프레임과 커버로 이루어진 커버 접합용 구조물의 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 CNC가공단계를 거친 커버 접합용 구조물의 사시도.
도 7은 도 6의 A-A선을 취하여 본 단면도.
도 8은 도 7과 동일한 부분을 절단하여 나타낸 다른 형태의 결합구조를 갖는 커버 접합용 구조물의 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 인서트 프레임 성형단계, 미세요철 형성단계, 인서트 다이캐스팅 성형단계, 열처리단계, CNC가공단계 및 용접단계로 이루어진다.
먼저, 본 발명의 전기 자동차용 배터리 하우징은 기본적으로 양단이 개방 형성된 케이스(10)와 케이스(10)에 결합되어 케이스(10)의 개방된 양단을 차단하는 커버(30)로 이루어진다.
케이스(10)는 알루미늄(Al) 소재를 압출하여 제작할 수 있다. 그리고 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(10)는 대략 사각기둥형상으로 형성되고, 내부에 배터리 팩을 삽입할 수 있는 공간이 형성된다. 이러한 케이스(10)는 본 발명을 실시하기 전에 먼저 제작되거나 별도의 제조단계를 통해 제작되어 용접단계를 실시할 때 공급될 수 있다.
인서트 프레임 성형단계는 금속재를 인발, 압출, 압연, 프레스, CNC 중 어느 하나의 방법으로 인서트 프레임(20)을 성형한다. 구체적으로 Al, SUS, Ti 등의 금속 판재를 인발 또는 압출 또는 압연 또는 프레스 공법으로 인서트 프레임(20)을 성형한다. 도 4에 도시된 바와 같이 이러한 인서트 프레임(20)은 개방 형성된 케이스(10)의 단부 형상에 따라 사각 링 형상으로 형성된다. 그리고 인서트 프레임(20)에는 가이드홀을 형성할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가이드홀은 인서트 프레임(20)을 다이캐스팅 금형에 투입할 때 다이캐스팅 금형 내에서 인서트 프레임(20)의 위치를 안내하는 기능을 한다.
미세요철 형성단계는 커버(30)가 성형되는 인서트 프레임(20)의 표면에 미세요철(21)을 형성한다. 미세요철(21)은 레이저 에칭 또는 화학적 에칭을 통해 형성할 수 있다. 이러한 미세요철은 일체로 형성되는 인서트 프레임(20)과 커버(30) 사이에 미세맞물림구조(Microscopic Interlock)를 형성하기 위한 것으로, 인서트 프레임(20) 표면에 일정한 패턴의 요철(21)을 형성한다.(도 7 참조)
또한, 본 발명의 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법은 전술한 미세요철 형성단계 대신, 커버(30)가 성형되는 인서트 프레임(20) 표면에 결합홈(22)을 형성할 수 있다. 결합홈(22)은 도 8(a) 또는 도 8(b)에 도시된 바와 같이 언더컷 형태의 홈으로서, 인서트 다이캐스팅 성형단계에서 커버(30)를 성형하기 위한 금속용탕이 유입되어 결합돌기(31)가 형성된다.
인서트 다이캐스팅 성형단계는 인서트 프레임(20)을 다이캐스팅 금형에 투입하여 인서트 프레임(20)과 일체로 케이스(10)의 개방된 어느 일단을 차단하는 금속재 커버(30)를 성형한다. 그리고 커버(30)에는 배터리 하우징을 전기 자동차에 설치하기 위한 장착구조가 함께 형성된다.
한편, 인서트 프레임 성형단계에서 인서트 프레임(20)은 2개 또는 4개로 나누어 성형할 수 있다.(도 4 참조) 이때, 인서트 다이캐스팅 성형단계에서는 다이캐스팅 금형에 복수의 인서트 프레임(20)을 투입하여 커버(30)를 성형할 수 있으며, 복수의 인서트 프레임(20)은 커버(30)에 의해 일체로 연결될 수 있다.
이와 같이 인서트 다이캐스팅 성형단계를 통해 일체로 성형된 인서트 프레임(20)과 커버(30)는 양단이 개방 형성된 케이스(10) 양단에 각각 커버(30)를 용접하여 결합시키기 위한 커버(30) 접합용 구조물이 된다. 이러한 커버(30) 접합용 구조물은 커버(30)와 일체로 성형되어 케이스(10)와 용접됨으로써, 금속 캐스팅 소재의 특성상 커버(30) 내부에 발생할 수 있는 기공으로 인해 케이스(10)와 커버(30)의 직접 용접에 의한 용접불량을 방지할 수 있다.
열처리단계는 일체로 성형된 인서트 프레임(20)과 커버(30)의 강도 보강을 위하여 열처리를 실시한다.
CNC가공단계는 커버(30) 성형 후, 치수, 세부 형상 가공 및 불필요한 부위의 절단 가공을 실시한다. 그리고 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 CNC가공단계에서는 가이드홀이 형성되어 있는 인서트 프레임(20)의 일부를 제거할 수 있다.
용접단계는 케이스(10) 내부에 배터리 셀 또는 배터리 팩을 삽입한 후, 케이스(10)와 인서트 프레임(20)을 용접하여 케이스(10)의 양단에 커버(30)를 각각 결합시킴으로써 케이스(10)를 밀봉하고 배터리 하우징을 완성한다. 이러한 용접단계는 융접, 압접, 납땜 등의 야금적 접합법을 적용하여 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법 및 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10 : 케이스,
20 : 인서트 프레임,
30 : 커버,

Claims (5)

  1. 양단이 개방 형성된 케이스와 상기 케이스에 결합되는 커버로 이루어지는 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법에 있어서,
    금속재를 인발, 압출, 프레스, CNC 중 어느 하나의 방법으로 성형하여 인서트 프레임을 성형하는 인서트 프레임 성형단계;
    상기 인서트 프레임을 다이캐스팅 금형에 투입하여 상기 인서트 프레임과 일체로 상기 케이스의 개방된 어느 일단을 차단하는 금속재 커버를 성형하는 인서트 다이캐스팅 성형단계; 및
    상기 케이스 내부에 배터리 셀을 삽입한 후, 상기 케이스와 인서트 프레임을 용접하여 상기 케이스의 양단에 커버를 각각 결합시키는 용접단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인서트 프레임 성형단계 이후, 상기 커버가 성형되는 상기 인서트 프레임 표면에 미세요철을 형성하는 미세요철 형성단계를 더 포함하고,
    상기 미세요철은 레이저 에칭 또는 화학적 에칭을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 인서트 프레임 성형단계 이후, 상기 커버가 성형되는 상기 인서트 프레임 표면에 결합홈를 성형하고,
    상기 인서트 다이캐스팅 성형단계에서는 상기 커버를 성형하기 위한 금속용탕이 상기 결합홈으로 유입되어 결합돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인서트 프레임 성형단계에서는 복수의 인서트 프레임을 성형하고,
    상기 인서트 다이캐스팅 성형단계에서는 다이캐스팅 금형에 복수의 상기 인서트 프레임을 투입하여 상기 커버를 성형하고, 복수의 상기 인서트 프레임은 상기 커버에 의해 일체로 연결되는 것을 특징으로 전기 자동차용 배터리 하우징 제조방법.
  5. 양단이 개방 형성된 케이스 양단에 각각 커버를 용접하여 결합시키기 위한 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물에 있어서,
    금속재를 인발, 압출, 프레스, CNC 중 어느 하나의 방법으로 성형하여 형성되는 인서트 프레임; 및
    다이캐스팅 금형에 상기 인서트 프레임을 투입한 후 금속용탕을 주입하여 상기 인서트 프레임과 일체로 성형되는 금속재 커버로 이루어지고,
    상기 인서트 프레임과 케이스를 용접하여 상기 케이스의 양단에 상기 커버를 결합시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 커버 접합용 구조물.
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