KR20190035336A - 전자기 펄스 접합 기술을 적용한 배터리 모듈 하우징 및 배터리 모듈 하우징 제조 방법 - Google Patents

전자기 펄스 접합 기술을 적용한 배터리 모듈 하우징 및 배터리 모듈 하우징 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 배터리 모듈 하우징을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징은, 배터리 셀들을 수납할 수 있는 내부 공간이 형성된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징으로서, 상호 대향하게 기립 배치되고, 길이 방향을 따라 상단과 하단으로 특정되는 타켓부와, 상기 타켓부에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서를 구비한 제1 및 제2 사이드 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 상부 및 하부에 각각 수평하게 배치되되, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 스페이서에 의해 지지되어 상기 타켓부와의 사이에 갭을 유지한 상태에서 전자기 펄스 접합에 의해 상기 타켓부에 접합되는 플라이어부를 구비하는 탑 및 로워 플레이트를 포함할 수 있다.

Description

전자기 펄스 접합 기술을 적용한 배터리 모듈 하우징 및 배터리 모듈 하우징 제조 방법{Battery module housing by applying Electromagnetic pulse technology and Method for manufacturing the same}
본 발명은 배터리 모듈 하우징에 관한 것으로서, 전자기 펄스 접합 공정을 수행할 때 별도의 지그 없이 구성품들 간의 조립 포지션닝 및 접합 모재들간 초기 갭(Gap) 설정이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 하우징 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
배터리 모듈은 일 방향으로 적층되고 전극 리드들이 전기적으로 직렬 및/또는 병렬된 다수의 배터리 셀들과, 배터리 셀들을 수납하여 패키징하기 위한 배터리 모듈 하우징을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배터리 모듈 하우징은 기계적 강성이 부족한 배터리 셀들에 기계적 지지력을 제공하고 이들 외부 충격등으로부터 보호하는 케이스 역할을 한다. 배터리 모듈 하우징은 배터리 모듈에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있는데, 근래에는 모노 프레임으로 지칭되는 사각 관 형태로 많이 제작되고 있는 추세이다.
상기 모노 프레임은 압출이나 다이캐스팅 공법으로 일체로 제작하거나, 탑 및 로워 플레이트 그리고 2개의 사이드 플레이트를 상호 간 스냅-핏, 볼팅 또는 용접 방식으로 결합하여 제작할 수 있다.
여기서 스냇-핏 방식과 볼팅 방식을 적용하여 모노 프레임을 제작할 경우, 조립 공정이 간단하기는 하나 내구성 및 별도의 부품 수 증가에 따른 설계 변경의 어려움과 비용이 증가하는 단점이 있다. 따라서 최근에는 다이캐스팅 공법으로 모노 프레임을 일체로 제작하거나 용접 방식으로 4개의 플레이트를 접합하여 제작하고 있다.
한편, 최근에는 용접 기술 중 고상 접합 기술이 각광받고 있다.
고상 접합 기술은 모재의 용융을 방지 또는 최대한 억제함으로써 모재가 가지고 있는 본래의 특성을 보존하고 접합부의 결함발생을 최소화하여 일체화된 부품의 특성을 극대화할 수 있는 기술이다. 복합재료 등 신 금속 소재의 개발과 첨단 산업의 발달로 고상 접합 기술이 크게 각광을 받고 발전하게 되었으며 이로 인해 기존의 용융용접 기술로는 접합이 불가능한 소재, 복잡한 형상의 소재, 고품질 및 고정밀성이 요구되는 소재 등의 접합이 가능하다.
이에 고상 접합 기술 중 하나로 전자기 펄스 접합이 배터리 모듈 하우징 접합에 사용될 수 있는데, 전자기 펄스 기술(Electro Magnetic Pulse Technology)은 코일에 순간적으로 흐르는 고 전류로 인해 한쪽 모재에 유도전류가 생성되고 로렌츠 힘에 의해 한쪽 모재 형상이 변형되면서 다른 쪽 모재와 높은 속력으로 충돌하면서 접합하는 기술이다.
이러한 전자기 펄스 접합을 시행하려면 예컨대 접합 대상 모재 부분인 탑 플레이트의 일단부와 사이드 플레이트의 상단부를 소정 간격 떨어뜨려 놓은 상태에서 탑 플레이트의 일단부에 유도전류를 생성시켜야 하는데 이때 별도의 포지션닝 및 초기 갭 설정용 지그를 사용하여 상기 간격을 일정하게 설정하지만, 이러한 작업이 과정이 쉽지 않다. 한편, 전자기 펄스 접합 시 모재의 양 끝단의 경우 유도전류 밀도가 낮게 형성되기 때문에 로렌츠 힘이 불충분하여 충돌 속력이 낮아 해당 부분이 미접합 상태로 남는 경우가 많다. 상기 미접합 부분은 외부 충격에 매우 취약해 배터리 모듈 하우징의 크랙을 쉽게 유발시키는 요인이 될 수 있다. 따라서 배터리 모듈 하우징에 전자기 펄스 접합을 보다 용이하게 수행할 수 있으며, 미접합 부분을 없앨 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0083834호(2017.07.19) 주식회사 엘지화학
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 접합 대상 모재들 간에 초기 갭(Gap)이 필요한 전자기 펄스 접합 기술을 별도의 지그 없이 배터리 모듈 하우징 접합에 적용할 수 있는 플라이어 및 타켓 구조를 구비한 배터리 모듈 하우징 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀들을 수납할 수 있는 내부 공간이 형성된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징으로서, 상호 대향하게 기립 배치되고, 길이 방향을 따라 상단과 하단으로 특정되는 타켓부와, 상기 타켓부에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서를 구비한 제1 및 제2 사이드 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 상부 및 하부에 각각 수평하게 배치되되, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 스페이서에 의해 지지되어 상기 타켓부와의 사이에 갭을 유지한 상태에서 전자기 펄스 접합에 의해 상기 타켓부에 접합되는 플라이어부를 구비하는 탑 및 로워 플레이트를 포함하는 배터리 모듈 하우징이 제공될 수 있다.
상기 플라이어부는 상기 탑 및 로워 플레이트의 양쪽 단부로 특정되고, 상기 탑 및 로워 플레이트는, 각각 양쪽 단부 2곳에 위치한 상기 플라이어부 사이에서 상기 플라이어부보다 두껍게 형성된 덮개부를 포함하며, 상기 덮개부가 상기 제1 사이드 플레이트의 스페이서와 상기 제2 사이드 플레이트의 스페이서 사이 공간에 끼워 맞춤되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 포지션닝될 수 있다.
상기 스페이서는 상기 내부 공간 측에 가까운 상기 타켓부의 일측 가장자리에 마련될 수 있다.
상기 플라이어부와 상기 덮개부는 단차를 형성하며, 상기 스페이서는 단면이 사각 형태를 취하여 상기 플라이어부와 상기 덮개부의 단차면에 면접할 수 있다.
상기 스페이서는, 상기 내측 공간을 향하는 일측부가 라운드 구조를 취하며 상기 덮개부에 접할 수 있다.
상기 스페이서는, 상기 일측부에 반대편에 위치한 타측부가 챔퍼 구조를 취할 수 있다.
상기 플라이어부는 전자기 펄스 접합 전 상기 타켓부의 길이보다 더 길게 연장되어 상기 타켓부와 접합이 이루어지지 않는 미접합부를 구비하고 전자기 펄스 접합 시 충격으로 상기 미접합부가 끊어져 나가도록 유도하는 노치를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 전자기 펄스 접합 기술을 적용해 배터리 셀들을 수납할 수 있는 내부 공간이 형성된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징을 제조하는 방법에 있어서,
판형 구조물로서, 길이 방향을 따라 상단과 하단으로 특정되는 타켓부와 상기 타켓부에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서를 구비한 제1 및 제2 사이드 플레이트와, 양쪽 단부 2곳으로 특정되는 플라이어부를 구비한 탑 및 로워 플레이트를 마련하는 단계; 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트를 상호 대향하게 기립 배치하고, 상기 탑 또는 로워 플레이트를 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 수평으로 배치하되, 상기 플라이어부가 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 스페이서에 의해 지지되어 상기 타켓부와 대면하면서 상기 타켓부와의 사이에 갭을 유지하도록 하는 전자기 펄스 접합을 위한 포지션닝 단계; 및 상기 플라이어부에 유도전류를 형성하여 전자기력으로 상기 플라이어부를 상기 타켓부에 접합시키는 EMP 접합 단계를 포함하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 탑 및 로워 플레이트는 양쪽 단부로 특정되는 2곳의 상기 플라이어부 사이에서 상기 플라이어부보다 두껍게 형성된 덮개부를 구비하여, 상기 포지션닝 단계에서, 상기 제1 사이드 플레이트의 스페이서와 상기 제2 사이드 플레이트의 스페이서 사이 공간에 끼워 맞춤되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 포지션닝될 수 있다.
상기 스페이서는 상기 내부 공간에 가까운 상기 타켓부의 일측 가장자리에 마련될 수 있다.
상기 플라이어부와 상기 덮개부는 단차를 형성하며, 상기 스페이서는 단면이 사각 형태를 취하여 상기 플라이어부와 상기 덮개부의 단차면에 면접할 수 있다.
상기 스페이서는, 상기 내부 공간 측을 향하는 일측부가 라운드 구조를 취하며 상기 덮개부에 접할 수 있다.
상기 스페이서는, 상기 일측부에 반대편에 위치한 타측부가 챔퍼 구조를 취할 수 있다.
상기 플라이어부는 전자기 펄스 접합 전 상기 타켓부의 길이보다 더 길게 연장되어 상기 타켓부와 접합이 이루어지지 않는 미접합부를 포함할 수 있다.
상기 플라이어부는 상기 EMP 접합 단계에서 접합 시 충격으로 상기 미접합부가 끊어져 나가도록 유도하는 노치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 접합 대상 모재들 간에 초기 갭(Gap)이 필요한 전자기 펄스 접합 기술을 별도의 지그 없이 배터리 모듈 하우징 접합에 적용할 수 있는 플라이어 및 타켓 구조를 구비한 배터리 모듈 하우징 및 그의 제조 방법이 제공될 수 있다.
발명의 다른 측면에 의하면, 스페이서의 충격 흡수로 플라이어 부분과 타켓 부분의 충돌 시 크랙 방지 및 반발력에 따른 간극 벌어짐을 최소화할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 플라이어부 양단의 유도전류 불충분에 따른 플라이어부와 타켓부 사이에 미접합 부분을 남기지 않음으로써 접합 품질을 높일 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 접합 전/후의 배터리 모듈 하우징의 사시도들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 접합 전/후의 배터리 모듈 하우징의 단면도들이다.
도 6 및 도 7은 도 4와 도 5의 주요 부분 확대도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 펄스 접합 전/후의 배터리 모듈 하우징의 주요 부분 확대 단면도들이다.
도 10은 전자기 펄스 접합 시 충격으로 스페이서가 기울어진 상태를 도시한 참고도이다.
도 11은 전자기 펄스 접합 시편을 도시한 참고도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 펄스 접합 전/후의 배터리 모듈 하우징의 사시도들이다.
도 14 및 도 15는 도 12와 도 13의 주요 부분 확대도들이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징 제조방법의 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징의 개략적인 분해 사시도, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 접합 전/후의 배터리 모듈 하우징의 사시도들이다.
이하에서 설명하는 본 발명의 배터리 모듈 하우징(100)은 배터리 셀들(200)을 그 내부 공간에 수납하기 위한 구조물을 의미하나 필요에 따라서는 배터리 셀 이외에 물품을 수납하는 용도로 사용될 수도 있다.
참고로 본 발명의 배터리 모듈 하우징(100)에 수납되는 배터리 셀은 파우치형 이차전지들일 수 있다. 이 경우, 배터리 셀은 수평 방향으로 적층되거나, 상하 방향으로 적층된 형태로 배터리 모듈 하우징(100)에 수납될 수 있다.
배터리 모듈 하우징(100)은, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 다수의 배터리 셀들이 수납될 수 있는 내부 공간의 양쪽 측면을 형성하는 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)와 상기 내부 공간의 상부 및 하부 측면을 형성하는 탑 및 로워 플레이트(30,40)를 포함한다.
상기 배터리 모듈 하우징(100)은 수납된 배터리 셀들에 대한 기계적 지지력을 제공하고 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 따라서 배터리 모듈 하우징(100)을 구성하는 상기 4개의 플레이트들(10,20,30,40)은 강성이 확보될 수 있도록 금속 재질로 마련될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)와 탑 및 로워 플레이트(30,40)는 판형 구조물로서 이들이 서로 만나는 4곳의 모서리 부분들이 전자기 펄스(Electro Magnetic Pulse) 접합 방식에 의해 접합되어 사각 관 형태의 모노 프레임으로 일체화될 수 있다.
여기서 전자기 펄스 접합 기술은, 코일에 순간적으로 흐르는 고 전류로 인해 한쪽 모재에 유도전류가 생성되고 로렌츠 힘에 의해 한쪽 모재 형상이 변형되면서 다른 쪽 모재와 높은 속력으로 충돌하면서 접합하는 기술이다.
이러한 전자기 펄스 접합 기술을 배터리 모듈 하우징(100) 접합에 적용할 경우, 모재의 용융 없이 저온 상태에서 접합이 가능해져 상기 4곳의 접합부의 결함발생을 최소화할 수 있고 일체화된 부품의 특성을 극대화할 수 있다.
자세히 후술하겠지만, 본 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(100)의 경우, 전자기 펄스 접합을 수행할 때, 접합부에 해당하는 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22)의 초기 갭 설정이 가능한 구조로 설계됨으로써 접합 준비 과정이 간단하고 쉽게 접합할 수 있어 접합 공차를 줄일 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈 하우징의 접합 품질이 향상될 수 있다.
이하에서 도 4 내지 도 7을 참조하여, 이러한 배터리 모듈 하우징(100)을 구성하는 상기 4개의 플레이트들에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 본 실시예에서 제1 사이드 플레이트(10)와 제2 사이드 플레이트(20)는 수평 방향으로 상호 대칭되는 동일한 구성이고, 탑 플레이트(30)와 로워 플레이트(40)는 상하 방향으로 상호 대칭되는 동일한 구성이므로, 각각 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 사이드 플레이트(10)와 제2 사이드 플레이트(20)는 동일한 두께와 형상으로 마련될 수 있고 마찬가지로 탑 플레이트(30)와 로워 플레이트(40)는 동일한 두께와 형상으로 마련될 수 있다. 이때 배터리 모듈 하우징(100)의 구조 강건성을 높이기 위해서는 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 두께를 탑 및 로워 플레이트(30,40)의 두께보다 상대적으로 두껍게 마련하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)는 타켓부(11,12,21,22)를 구비하고, 탑 및 로워 플레이트(30,40)는 플라이어부(31,32,41,42)를 구비한다.
상기 타켓부(11,12,21,22)는 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)를 기립 배치했을 때 상단과 하단으로 특정될 수 있고, 상기 플라이어부(31,32,41,42)는 탑 및 로워 플레이트(30,40)를 수평으로 배치했을 때 좌측과 우측에 위치한 양쪽 단부로 특정될 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 다시 말하면, 타켓부(11,12,21,22)는 배터리 모듈 하우징(100)의 길이 방향(X축 방향)에 따른 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 상단 라인과 하단 라인으로 특정될 수 있고, 플라이어부(31,32,41,42)는 상기 타켓부(11,12,21,22)에 상하로 대면하는 탑 및 로워 플레이트(30,40)의 양쪽 단부 라인으로 특정될 수 있다.
상기 타켓부(11,12,21,22)와 플라이어부(31,32,41,42)는 상호 접합이 이루어지는 부분으로, 타켓부(11,12,21,22)의 상부 또는 하부에 플라이어부(31,32,41,42)가 위치한 상태에서 전자기 펄스 접합 기술을 적용하여 플라이어부(31,32,41,42)를 타켓부(11,12,21,22)에 충돌시켜 상호 간 접합시킬 수 있다. 이때 유도전류는 상기 플라이어부(31,32,41,42)에만 형성될 수 있다.
특히, 도 4 내지 도 7에 도시한 것과 같이, 본 발명에 따른 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)는 타켓부(11,12,21,22)에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서(13,14,23,24)를 더 구비한다. 스페이서(13,14,23,24)는 배터리 모듈 하우징(100)의 내부 공간 측에 가까운 타켓부(11,12,21,22)의 일측 가장자리에 마련될 수 있으며, 단면이 사각 형태를 취할 수 있다.
상기 스페이서(13,14,23,24)는 전자기 펄스 접합을 위한 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22) 간의 초기 갭(G)을 설정해주는 역할을 할 수 있다.
이를테면, 스페이서는 제1 사이드 플레이트(10)의 상단 타켓부(11)에서 미리 설정된 간격만큼 수직으로 돌출 형성되어 탑 플레이트(30)를 지지함으로써 탑 플레이트(30)의 플라이어부(31)와 제1 사이드 플레이트(10)의 상단 타켓부(11) 사이에, 도 6과 같이, 갭(G)이 존재하게 한다.
상기 타켓부(11,12,21,22)와 플라이어부(31,32,41,42) 사이에 갭(G)은 전자기 펄스 접합을 위해서 반드시 필요한 최소한의 갭(G)이다. 이러한 갭(G)이 유지된 상태에서 플라이어부(31,32,41,42)에 유도전류를 형성하여야 전자기력으로 플라이어부(31,32,41,42)를 타켓부(11,12,21,22)에 충돌시켜서 도 7과 같이, 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22)를 접합시킬 수 있다.
한편, 탑 및 로워 플레이트(30,40)는 각각 양쪽 단부 2곳에 위치한 플라이어부(31,32,41,42) 사이에서 플라이어부(31,32,41,42)보다 두껍게 형성되는 덮개부(33,43)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 탑 플레이트(30)는 양쪽 단부 2곳의 플라이어부(31,32,41,42)보다 덮개부(33,43)가 상대적으로 두껍고 이들 사이에 단차를 가져 가운데 부분이 하부 방향으로 오목한 형상일 수 있다.
그리고 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 상단 스페이서(13,14,23,24)들은 탑 플레이트(30) 양단의 플라이어부(31,32,41,42)와 덮개부(33,43)의 단차면에 면접할 수 있게 사각 형태로 형성될 수 있다.
따라서 도 4 및 도 6을 다시 참조하면, 탑 플레이트(30)는 덮개부(33)가 제1 사이드 플레이트(10)의 스페이서(13)와 제2 사이드 플레이트의 스페이서(23) 사이 공간에 끼워 맞춤되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 상부에 수평으로 포지션닝될 수 있다. 마찬가지로 방식으로 로워 플레이트(40)는 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 하부에 수평으로 포지션닝될 수 있다.
이와 같이, 탑 플레이트(30)의 덮개부(33)를 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 스페이서(13,23) 사이 공간에 끼워 맞추면 탑 플레이트(30)가 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20))에 대해 위치 고정됨과 동시에 양단의 플라이어부(31,32)와 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 타켓부(11,21)의 초기 갭(G)이 설정된다.
따라서 본 발명의 경우 이와 같은 상태에서 바로 전자기 펄스 접합을 수행할 수 있으므로, 전자기 펄스 접합을 수행할 때, 플레이트들 간의 갭(G) 설정을 위한 별개의 지그(zig)가 필요하지 아니한다.
또한, 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)에 대해 탑 및 로워 플레이트(30,40)의 위치가 정확히 얼라인(align)될 수 있기 때문에 전자기 펄스 접합 시 공차가 감소할 수 있다.
이어서 도 8 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(100)을 설명하기로 한다. 전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 8 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스페이서(13,14,23,24)는, 배터리 모듈 하우징(100)의 내부 공간 측을 향하는 일측부(13a)가 라운드 구조를 취하고, 상기 일측부(13a)의 반대편에 위치한 타측부(13b)가 챔퍼(chamfer) 구조를 취하는 형상으로 마련된다.
전술한 실시예의 스페이서(13)는 사각 형태로 탑 플레이트(30)에 직각으로 면접하게 마련되어 있어 탑 플레이트(30)를 스페이서들 사이 공간에 조립하기 쉽고 조립 후 탑 플레이트(30)가 안정적으로 고정될 수 있는 이점이 있지만, 전자기 펄스 접합 시 충격으로 크랙 발생 및 스페이서(13,14,23,24) 꺾임 현상이 발생할 우려도 있다.
예컨대, 도 10을 참조하면, 전술한 실시예의 사각 형태의 스페이서(13)는 플라이어부(31)의 변형에 따른 강한 하중으로 스페이서(13)가 플라이어부(31)와 타켓부(11)의 접합 방향으로 θ만큼 비스듬하게 꺾일 수 있다. 이때 상기 스페이서(13)와 직각으로 면접한 탑 플레이트(30)의 해당 부분은 충격으로 크랙이 발생할 우려가 있다.
반면에 본 실시예에 따른 스페이서(13,14,23,24)는, 전술한 실시예와 달리, 일측부(13a)가 라운드 구조를 취하며 탑 플레이트(30)의 덮개부(33)에 접하며, 일측부(13a)의 반대편에 위치한 타측부(13b)는 챔퍼 구조로 스페이서(13,14,23,24)의 상단에서 하단으로 갈수록 폭이 점진적으로 증가하는 구조를 갖는다.
상기 라운드 구조의 일측부(13a)는 전자기 펄스 접합 시 충격을 완화시킴으로서 이와 접해 있는 탑 플레이트(30) 부분에 크랙 발생 및 간극 벌어짐을 방지할 수 있다.
그리고 상기 챔퍼 구조의 타측부(13b)는 상단에서 하단으로 갈수록 폭이 점진적으로 증가하기 때문에 플라이어부(31)의 변형 시 하중을 받더라도 플라이어부(31)와 타켓부(11)의 접합 방향으로 꺾이거나 무너지지 않을 수 있다.
따라서 이와 같은 스페이서(13,14,23,24)를 갖는 본 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(100)은 전자기 펄스 접합 시 충격에 따른 스페이서(13,14,23,24) 주변의 크랙 발생, 간극 벌어짐 내지 스페이서(13,14,23,24) 꺾임 현상을 방지할 수 있어 배터리 모듈 하우징(100)의 구조 강건성 및 접합 신뢰성이 보다 높아질 수 있다.
이어서 도 11 내지 도 15을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기로 한다.
먼저, 설명에 앞서 도 11을 참조하여 전자기 펄스 접합 기술에 따른 접합 시편을 살펴보면, 접합 시편의 양쪽 끝단이 미접합 상태(M)로 남아 있음을 볼 수 있다. 이는 코일에 의한 유도전류의 밀도가 모재의 양쪽 끝단에서 가장 낮아 로렌츠의 힘과 그에 따른 충돌 속력이 충분치 않았기 때문이다.
도 12 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예를 살펴보면, 전자기 펄스 용접 전의 탑 및 로워 플레이트(30,40)의 플라이어부(31,32,41,42)는 (도 14의 L로 표시한 것처럼) 제1 사이드 플레이트(10)와 제2 사이드 플레이트(20)의 타켓부(11,12,21,22)의 길이보다 더 길게 연장되어 상기 타켓부(11,12,21,22)와 대면하지 않아 접합이 이루어지지 않는 미접합부(31a,32a,41a,42a)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 미접합부(31a,32a,41a,42a)는 약 1~2mm 정도로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
부연하면 도 12에 도시한 것과 같이, 상기 미접합부는 플라이어부(31,32,41,42)의 양쪽 끝 단부에 해당할 수 있고, 이곳에는 전자기 펄스 접합 시 유도전류가 불충분하게 형성될 수 있다. 이를 감안하여 본 실시예의 경우 상기 미접합부(31a,32a,41a,42a)를 제외한 나머지 플라이어부(31,32,41,42) 구간이 타켓부(11,12,21,22)의 길이와 일치하게 구성될 수 있다.
즉, 상기 미접합부(31a,32a,41a,42a)를 제외한 나머지 플라이어부(31,32,41,42) 구간은 타켓부(11,12,21,22) 전체 구간에 대면하는 구간으로 전자기 펄스 접합 시 유도전류의 밀도가 충분히 확보될 수 있다. 따라서 상기 미접합부 제외한 나머지 플라이어부(31,32,41,42) 구간과 타켓부(11,12,21,22) 전체 구간은 온전한 접합이 이루어질 수 있어 배터리 모듈 하우징(100)의 접합 품질이 향상될 수 있다.
한편, 탑 및 로워 플레이트(30,40)에서 미접합부(31a,32a,41a,42a)은 타 부품과 간섭이 일어날 수 있을 뿐만 아니라 외부 충격 시 크랙과 같은 악영향을 유발할 수 있으므로 제거하는 것이 바람직하다. 이에 본 실시예에 따른 플라이어부(31,32,41,42)는, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 양쪽 끝단부에 노치(31b)를 형성하여 미접합부(31a,32a,41a,42a)가 전자기 펄스 접합 시 충격으로 스스로 끊어져 나갈 수 있도록 유도한다.
상기 노치(31b)는 배터리 모듈 하우징(100)을 전체적으로 볼 때 각 코너 부분에 하나 씩 총 4개 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 노치(31b)는 플라이어부(31,32,41,42)의 미접합 구간과 접합 구간의 경계선에 마련될 수 있으며, 상기 경계선은 타켓부(11,12,21,22)의 엣지 라인과 일치할 수 있다.
이와 같은 본 실시예의 노치 구성에 의하면 제품 내 불필요한 미접합부(31a,32a,41a,42a)를 수월하게 제거할 수 있다.
이어서 도 1 내지 도 7과 도 16을 함께 참조하여 본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징(100)을 제조하는 과정을 간략하게 알아본다.
본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징(100) 제조방법은, 상술한 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)와 탑 및 로워 플레이트(30,40)를 마련하는 단계(S10), 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22)의 초기 갭(G)이 설정되도록 상기 4개의 플레이트들을 배치하는 포지션닝 단계(S20) 및 상기 플라이어부(31,32,41,42)에 유도전류를 형성하여 전자기력으로 플라이어부(31,32,41,42)를 타켓부(11,12,21,22)에 접합시키는 EMP(Electro Magnetic Pulse) 접합 단계(S30)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면 우선, 배터리 모듈 하우징(100)을 구성하는 상술한 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)와 탑 및 로워 플레이트(30,40)를 마련한다. 이때, 탑 및 로워 플레이트(30,40)의 플라이어부(31,32,41,42)는 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 타켓부(11,12,21,22) 길이보다 약 1~2mm 정도 더 길게 마련될 수 있다.
그 다음, 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)를 상호 대향하게 기립 배치하고, 탑 플레이트(30)를 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)에 대해 수평으로 배치하되, 플라이어부(31,32,41,42)가 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 스페이서(13,14,23,24)에 의해 지지되어 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 타켓부(11,12,21,22)와 대면하면서 상기 타켓부(11,12,21,22)와의 사이에 갭(G)을 유지하도록 한다.
이때, 탑 플레이트(30)의 덮개부(33,43)를 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 상단 스페이서(13,14,23,24)들 사이 공간에 끼워 맞추어 넣으면, 탑 플레이트(30)가 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 스페이서(13,14,23,24)들에 걸쳐져 상부에 수평하게 지지될 수 있다. 그리고 탑 플레이트(30)의 양쪽 단부에 해당하는 플라이어부(31,32,41,42)는 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 타켓부(11,12,21,22)와 전자기 펄스 접합을 위한 초기 갭(G)이 그대로 설정된다.
이 상태에서 EMP 접합 장치를 사용하여 탑 플레이트(30)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 양쪽 플라이어부(31,32)에 유도전류를 형성시킨다. 이때, 탑 플레이트(30)의 플라이어부(31,32)는 전자기력(로렌츠의 힘)에 의해 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 타켓부(11,21)와 강하게 충돌하면서 접합될 수 있다.
그 다음, 로워 플레이트(40)의 경우도 탑 플레이트(30)와 동일한 방식으로 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 하단 스페이서(14,24) 사이 공간에 끼워 맞추어 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)에 대해 포지션닝한 후, 로워 플레이트의 플라이어부(41,42)와 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 하단 타켓부(12,22)에 EMP 접합을 수행함으로써 4개의 플레이트들(10,20,30,40)이 각 관 형태로 일체화된 배터리 모듈 하우징(100)이 제조될 수 있다.
이와 같은 구조와 작용을 갖는 본 발명에 따르면, 접합부에 해당하는 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22)의 초기 갭(G) 설정이 배터리 모듈 하우징(100) 자체 구조에 포함되어 있기 때문에 전자기 펄스 접합을 수행할 때, 상기 초기 갭(G) 설정을 위한 별도의 지그가 필요없다. 따라서 배터리 모듈 하우징(100) 접합 공정이 매우 간단해질 수 있으며 공차를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, EMP 접합 시 충격에 따른 크랙 발생 및 반발력에 따른 간극 벌어짐을 최소화할 수 있으며, 이로 인해 배터리 모듈 하우징(100)의 구조 강건겅을 높일 수 있다.
또한, 플라이어부(31,32,41,42) 양단의 유도전류 불충분에 따른 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22) 사이의 미접합 부분이 형성되지 않도록 함으로써 접합 완성도를 보다 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100: 배터리 모듈 하우징
10: 제1 사이드 플레이트
20: 제2 사이드 플레이트
11,12,21,22: 타켓부
13,14,23,24: 스페이서
30: 탑 플레이트
40: 로워 플레이트
31,32,41,42: 플라이어부
33,43: 덮개부
G: 초기 갭

Claims (15)

  1. 배터리 셀들을 수납할 수 있는 내부 공간이 형성된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징으로서,
    상호 대향하게 기립 배치되고, 길이 방향을 따라 상단과 하단으로 특정되는 타켓부와, 상기 타켓부에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서를 구비한 제1 및 제2 사이드 플레이트; 및
    상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 상부 및 하부에 각각 수평하게 배치되되, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 스페이서에 의해 지지되어 상기 타켓부와의 사이에 갭을 유지한 상태에서 전자기 펄스 접합에 의해 상기 타켓부에 접합되는 플라이어부를 구비하는 탑 및 로워 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라이어부는 상기 탑 및 로워 플레이트의 양쪽 단부로 특정되고,
    상기 탑 및 로워 플레이트는,
    각각 양쪽 단부 2곳에 위치한 상기 플라이어부 사이에서 상기 플라이어부보다 두껍게 형성된 덮개부를 포함하며, 상기 덮개부가 상기 제1 사이드 플레이트의 스페이서와 상기 제2 사이드 플레이트의 스페이서 사이 공간에 끼워 맞춤되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 포지션닝되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 내부 공간 측에 가까운 상기 타켓부의 일측 가장자리에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 플라이어부와 상기 덮개부는 단차를 형성하며,
    상기 스페이서는 단면이 사각 형태를 취하여 상기 플라이어부와 상기 덮개부의 단차면에 면접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 내측 공간을 향하는 일측부가 라운드 구조를 취하며 상기 덮개부에 접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 일측부에 반대편에 위치한 타측부가 챔퍼 구조를 취하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플라이어부는 전자기 펄스 접합 전 상기 타켓부의 길이보다 더 길게 연장되어 상기 타켓부와 접합이 이루어지지 않는 미접합부를 구비하고 전자기 펄스 접합 시 충격으로 상기 미접합부가 끊어져 나가도록 유도하는 노치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  8. 전자기 펄스 접합 기술을 적용해 배터리 셀들을 수납할 수 있는 내부 공간이 형성된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징을 제조하는 방법에 있어서,
    판형 구조물로서, 길이 방향을 따라 상단과 하단으로 특정되는 타켓부와 상기 타켓부에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서를 구비한 제1 및 제2 사이드 플레이트와, 양쪽 단부 2곳으로 특정되는 플라이어부를 구비한 탑 및 로워 플레이트를 마련하는 단계;
    상기 제1 및 제2 사이드 플레이트를 상호 대향하게 기립 배치하고, 상기 탑 또는 로워 플레이트를 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 수평으로 배치하되, 상기 플라이어부가 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 스페이서에 의해 지지되어 상기 타켓부와 대면하면서 상기 타켓부와의 사이에 갭을 유지하도록 하는 전자기 펄스 접합을 위한 포지션닝 단계; 및
    상기 플라이어부에 유도전류를 형성하여 전자기력으로 상기 플라이어부를 상기 타켓부에 접합시키는 EMP 접합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탑 및 로워 플레이트는 양쪽 단부로 특정되는 2곳의 상기 플라이어부 사이에서 상기 플라이어부보다 두껍게 형성된 덮개부를 구비하여,
    상기 포지션닝 단계에서, 상기 제1 사이드 플레이트의 스페이서와 상기 제2 사이드 플레이트의 스페이서 사이 공간에 끼워 맞춤되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 포지션닝되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 내부 공간에 가까운 상기 타켓부의 일측 가장자리에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 플라이어부와 상기 덮개부는 단차를 형성하며,
    상기 스페이서는 단면이 사각 형태를 취하여 상기 플라이어부와 상기 덮개부의 단차면에 면접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 내부 공간 측을 향하는 일측부가 라운드 구조를 취하며 상기 덮개부에 접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 일측부에 반대편에 위치한 타측부가 챔퍼 구조를 취하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 플라이어부는 전자기 펄스 접합 전 상기 타켓부의 길이보다 더 길게 연장되어 상기 타켓부와 접합이 이루어지지 않는 미접합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 플라이어부는 상기 EMP 접합 단계에서 접합 시 충격으로 상기 미접합부가 끊어져 나가도록 유도하는 노치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
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