KR20190080495A - 전기자동차용 배터리 케이스 - Google Patents

Abstract

전기자동차용 배터리 케이스가 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 케이스는, 차체의 센터 플로어 상에 설치되어 배터리 모듈이 배치되는 언더커버, 상기 언더커버의 상면 가장자리에 경계를 형성하는 외부 프레임 및 다공의 엠보싱 홀이 형성된 판넬을 소재로 가공되어 상기 외부 프레임의 내측에 격자형태로 설치되는 엠보싱 프레임을 포함한다.

Description

전기자동차용 배터리 케이스{BATTERY CASE FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기자동차용 배터리 케이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차의 배터리의 방열과 충격으로부터 보호하기 위한 전기자동차용 배터리 케이스에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차(Electric Vehicle)에는 배터리의 에너지에 의한 모터의 구동력으로 동작하는 차량을 의미한다.

전기자동차에 있어서 관심이 높은 주행가능거리를 극대화하기 위하여 고에너지 밀도 배터리 모듈(배터리 팩이라고도 함)에 대한 연구가 지속되어 왔으며 최근에는 안전성을 확보하는 방향으로 발전하고 있다. 예컨대, 전기자동차에 장착되는 배터리 케이스의 장착구조와 그 안전성에 대한 관심이 고조되고 있다.

도 1은 종래의 전기자동차의 배터리 케이스를 개략적으로 나타낸다.

첨부된 도 1을 참조하면, 최근 전기자동차는 차체구조에 맞게 센터 플로워 하단부에 배터리를 탑재하도록 배터리 케이스를 장착하고 있다.

배터리 케이스는 외부 프레임(1)의 내측에 보강을 위한 격자형태의 내부 프레임(2)을 설치하여 분리된 장착공간(3)에 각각 배터리 모듈(B/M)을 장착한다. 이러한 배터리 케이스는 내부 프레임(2)을 통한 강성을 확보하여 외부 충격으로부터 배터리와 승객을 보호하고자 하는 목적을 가가지고 설계된다.

그러나, 종래의 배터리 케이스는 격자형태로 내부 프레임(2)으로 사방이 막혀있는 장착공간(3)에 배터리 모듈(B/M)이 장착되며, 여기에 도면에서는 생략되었으나 상면이 덮개로 케이싱됨으로써 실질적인 밀폐구조가 형성되어 방열이 안 되는 단점이 있다. 이는 충전 또는 방전 시 발열이 큰 배터리의 과열로 내구수명이 저하될 수 있으며 차량의 주행 시 이상작동을 유발할 수 있어 운전자의 안전을 보장할 수 없다.

또한, 도 2는 종래의 차량 충돌 시 배터리 케이스의 문제점을 설명하기 위한 개념도이다.

첨부된 도 2를 참조하면, 종래의 전기자동차의 측면 충돌 시 가해지는 충격으로 배터리 케이스의 프레임들이 심하게 변형된 상태를 보여준다.

일반적으로 배터리 케이스의 프레임은 스틸 프레스 또는 알루미늄 압출로 구성되는데 전기자동차의 충돌에 의해 배터리 케이스의 내부 프레임(2)에 충격이 가해지면 변형 및 파단이 발생되어 배터리 모듈(B/M)을 손상시키는 문제점이 있다.

특히, 차체의 전후방과는 달리 범퍼가 없는 측면 충돌 발생시에는 그 충격으로 인해 배터리 케이스의 프레임들이 여러 방향으로 좌굴(buckling load)을 일으키거나 파단 될 가능성이 높다. 이로 인해 강성 보강을 목적으로 형성된 프레임들이 오히려 배터리 모듈(B/M)을 파손하거나 승객의 안전까지 위협하는 2차 사고로 이어질 수 있는 문제점이 있다.

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 전기자동차의 배터리 케이스에 다공의 엠보싱 홀이 형성된 프레임을 적용하여 외부 충격 흡수를 통한 배터리를 보호와 엠보싱 홀을 통한 방열기능을 제공하는 전기자동차용 배터리 케이스를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전기자동차용 배터리 케이스는 차체의 센터 플로어 상에 설치되어 배터리 모듈이 배치되는 언더커버; 상기 언더커버의 상면 가장자리에 경계를 형성하는 외부 프레임; 및 다공의 엠보싱 홀이 형성된 판넬을 소재로 가공되며, 상기 외부 프레임의 내측에 격자형태로 설치되는 엠보싱 프레임을 포함한다.

상기 엠보싱 프레임은 이중 패널로 구성되며 마주하는 상부 판넬과 하부 판넬의 표면이 오목 및 볼록한 모양으로 엠보싱 가공되어 오목한 중앙에 상기 엠보싱 홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 엠보싱 홀은 펀칭과 동시에 이중 패널의 펀칭부가 서로 맞물려 접합될 수 있다.

또한, 상기 엠보싱 홀은 육각형으로 형성되어 양측의 꼭지점을 잊는 중심이 충격방향과 수직으로 위치되어 상기 충격방향으로의 좌굴 현상을 유도할 수 있다.

또한, 상기 엠보싱 프레임의 상기 엠보싱 홀은 이웃하는 홀과 지그재그 패턴으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 엠보싱 프레임은 일정 단면 형상을 갖도록 길이방향을 따라서 절곡 성형될 수 있다.

또한, 상기 엠보싱 프레임은 다각형 단면 형상의 관 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 엠보싱 프레임은 상기 엠보싱 홀을 관통하는 결합부재의 기계적 접합이나 미그용접을 통해 상기 언더커버에 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 다공의 엠보싱 홀(H)이 형성된 엠보싱 프레임을 통해 배터리 케이스를 보강하여 외부 충격에 대한 의도된 형상변경을 유도하여 충격을 최소화함으로써 배터리 및 운전자를 안전하게 보호할 수 있다.

또한, 배터리의 충전 및 방전 시 발생되는 발열을 다공의 엠보싱 홀을 통해 방열함으로써 배터리의 과열을 예방할 수 있다.

그리고, 충격흡수 효율이 높고 중량이 가벼운 것으로 증명된 엠보싱 프레임을 활용하여 배터리 케이스를 구성함으로써 전기 자동차의 안전성과 연비향상에 따른 제품경쟁력을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 종래의 전기 자동차의 배터리 케이스를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 종래의 배터리 케이스의 충돌 시 문제점을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차 배터리 케이스의 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 엠보싱 프레임의 A-A 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 외부 충격에 의한 엠보싱 프레임의 좌굴형태를 나타낸다.
도 6과 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 일반 프레임과 엠보싱 프레임의 충경흡수를 시험한 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 엠보싱 홀을 통한 방열 상태를 나타낸다.

아래에서는 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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서, 전기자동차의 배터리 케이스를 위주로 설명하겠으나 본 발명의 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈이 적용되는 하이브리드 자동차(HEV), 마일드 하이브리드 자동차(M-HEV) 및 그 밖에 배터리 모듈이 탑재되어 모터로 구동되는 다양한 이동수단에 적용될 수 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 케이스에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 케이스의 구성을 나타낸다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 엠보싱 프레임의 A-A 단면도이다.

첨부된 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 케이스(10)는 배터리 모듈이 배치되는 언더커버(11), 상기 언더커버(11)의 상면 가장자리에 형성된 외부 프레임(12), 다공의 엠보싱 홀(H)이 형성된 판넬을 소재로 가공되며, 상기 외부 프레임(12)의 내측에 격자형태로 설치되는 엠보싱 프레임(13)을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 배터리 케이스(10)에는 배터리 모듈(B/M)이 장착되는 것으로 설명하겠으나, 이에 한정되지 않으며, 배터리, 배터리 셀, 배터리 팩, 배터리, 패키지, 배터리 유닛, 전지, 2차 전지 등 통상적으로 배터리에 포함되는 제품이 장착되는 것으로도 설명될 수 있다.

언더커버(11)는 차체의 센터 플로어 상에 설치되어 배터리 모듈을 하부 충격으로부터 보호한다.

외부 프레임(12)는 스틸프레스 또는 알루미늄 압출로 제작되며 최외곽의 경계를 형성한다. 외부 프레임(12)은 직사각형 기반의 경계를 형성하면서 차체의 디자인 설계에 따라 일부 경계가 변형될 수 있다.

엠보싱 프레임(13)은 'ㄷ'자와 같이 일정 단면 형상을 갖도록 길이방향을 따라서 절곡 성형될 수 있으며, 따라서 별도의 프레스 공정이 필요 없다.

또한, 이에 한정되지 않으며 엠보싱 프레임(13)은 'ㅁ'자와 같이 다각형 의 관형태로 구성될 수 있다(도 5 및 도 7 참조).

또한, 엠보싱 프레임(13)은 상기 엠보싱 홀(H)을 관통하는 결합부재의 기계적 접합이나 미그용접을 통해 언더커버(11)에 간단히 조립될 수 있다.

이러한, 엠보싱 프레임(13)은 복수의 엠보싱 홀(H)이 형성된 엠보싱 판넬 충격 흡수 부재로 가공된다.

여기서, 외부의 물리적인 충격으로부터 배터리 모듈을 보호하는 방법에는 크게 두 가지 방법이 있으며, 첫 번째 충분한 강성의 프레임을 최대한 활용하여 변형되지 않도록 하는 방법과 두 번째 외부의 물리적인 충격을 최대한 흡수하는 충격흡수 부재를 활용하는 방법이 있다.

상기 첫 번째 방법은, 앞서 도 2를 통해 설명된 종래의 강성 보강을 위한 내부 프레임(2)은 강성의 프레임을 적용한 것으로 프레임의 한계점에서는 급격한 좌굴 및 변형이 발생되면 오히려 배터리를 파손하는 역효과를 초래한다. 그렇다고 강재의 수를 최대한 늘리는 것은 차체의 중량이 증가되어 연비에 민감한 전기자동차에는 적합하다 할 수 없다.

반면, 본 발명의 실시 예에 따른 엠보싱 프레임(13)은 상기 두 번째에 해당하는 것으로 표면에 다공의 엠보싱 홀(H)을 형성하여 외부의 물리적인 충격을 최대한 흡수하는 충격 흡수 부재로서의 역할을 한다. 즉, 엠보싱 프레임(13)은 자신을 희생하여 형상이 변형되면서 최대한 충격을 흡수하는 목적으로 형성된다.

엠보싱 프레임(13)은 이중 패널로 구성되며, 마주하는 상부 판넬(131)과 하부 판넬(132)의 표면이 오목 및 볼록한 모양으로 엠보싱 가공되어 오목한 중앙에 엠보싱 홀(H)이 형성된다.

즉, 엠보싱 홀(H)이 형성된 주변부는 오목하게 오목홈(133)이 형성되고 다른 부분은 이중 판넬(131, 132)간의 이격이 유지되어 볼록하게 형성된다.

한편, 엠보싱 홀(H)은 펀칭과 동시에 이중 패널의 펀칭된 부분이 서로 맞물려 접합(예; 클린칭)될 수 있다.

엠보싱 프레임(13)의 엠보싱 홀(H)은 원형으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 엠보싱 홀(H)은 육각형으로 형성되어 양측의 꼭지점을 잊는 중심이 충격방향과 수직으로 위치하도록 설치된다. 즉, 차체를 기준으로 배터리 케이스(10)의 종방향으로 설치되는 엠보싱 프레임(13)의 엠보싱 홀(H)은 전후의 충격방향 및 횡방향으로으로 설치되는 엠보싱 프레임(13)의 엠보싱 홀(H)은 좌우의 충격방향과 수직을 이룬다.

예턴대, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 외부 충격에 의한 엠보싱 프레임의 좌굴형태를 나타낸다.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 엠보싱 프레임(13)은 엠보싱 홀(H)에 의해 자연스럽게 접히면서 촘촘하게 좌굴 형태가 형성된 것을 보여준다.

특히, 엠보싱 홀(H)은 충격방향과 수직한 위치의 양측 꼭지점이 충격에 의해 자바라와 같이 접히면서 상기 충격방향으로의 좌굴 현상을 유도하며, 그 좌굴은 엠보싱 홀(H)의 배열 순서에 따라 단계적으로 발생되면서 충격을 흡수한다.

이때, 엠보싱 프레임(13)의 엠보싱 홀(H)들은 이웃하는 앞열과 뒷열이 지그재그로 배치되어, 좌굴 현상을 유도하면서도 충격흡수를 위한 강성을 확보할 수 있다.

한편, 도 6과 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 일반 프레임과 엠보싱 프레임의 충경흡수를 시험한 결과를 나타낸다.

첨부된 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 엠보싱 프레임(13)과 동일한 재질 및 두께의 세가지 프레임과 자유낙하 시험을 통한 해석 결과를 보여준다.

이러한 시험을 통한 엠보싱 프레임(13)은 3종류의 일반 프레임 대비 상대적으로 흡수 에너지가 높고 중량이 가장 가볍고 효율이 가장 높은 효과가 증명되었으며, 특히 최대 변형시의 좌굴 형태가 좌우로 틀어지지 않고 수직방향으로 촘촘히 나타나 배터리 모듈의 손상 없이 안성을 확보할 수 있는 부재로 확인됐다.

한편, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 엠보싱 홀을 통한 방열 상태를 나타낸다.

첨부된 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 엠보싱 프레임(13)의 엠보싱 홀(H)을 통해 공기가 순환되는 상태를 보여준다.

따라서, 엠보싱 프레임(13)은 외부 프레임(12)의 내측에 격자형태로 설치되더라도 다공의 엠보싱 홀(H)을 통해 공기를 순환시킴으로써 배터리 모듈의 충전 또는 방전(주행) 시 발생되는 열이 방열된다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 다공의 엠보싱 홀(H)이 형성된 엠보싱 프레임을 통해 배터리 케이스를 보강하여 외부 충격에 대한 의도된 형상변경을 유도하여 충격을 최소화함으로써 배터리 및 운전자를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

또한, 배터리의 충전 및 방전 시 발생되는 발열을 다공의 엠보싱 홀을 통해 방열함으로써 배터리의 과열을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 충격흡수 효율이 높고 중량이 가벼운 것으로 증명된 엠보싱 프레임을 활용하여 배터리 케이스를 구성함으로써 전기 자동차의 안전성과 연비향상에 따른 제품경쟁력을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 배터리 케이스
11: 언더커버
12: 외부 프레임
13: 엠보싱 프레임
131: 상부 판넬
132: 하부 판넬
133: 오목홈

Claims (8)

1. 차체의 센터 플로어 상에 설치되어 배터리 모듈이 배치되는 언더커버;
   상기 언더커버의 상면 가장자리에 경계를 형성하는 외부 프레임; 및
   다공의 엠보싱 홀이 형성된 판넬을 소재로 가공되며, 상기 외부 프레임의 내측에 격자형태로 설치되는 엠보싱 프레임;
   을 포함하는 전기자동차용 배터리 케이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 엠보싱 프레임은
   이중 패널로 구성되며 마주하는 상부 판넬과 하부 판넬의 표면이 오목 및 볼록한 모양으로 엠보싱 가공되어 오목한 중앙에 상기 엠보싱 홀이 형성되는 전기자동차용 배터리 케이스.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 엠보싱 홀은
   펀칭과 동시에 이중 패널의 펀칭부가 서로 맞물려 접합되는 전기자동차용 배터리 케이스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 엠보싱 홀은
   육각형으로 형성되어 양측의 꼭지점을 잊는 중심이 충격방향과 수직으로 위치되어 상기 충격방향으로의 좌굴 현상을 유도하는 전기자동차용 배터리 케이스.
5. 제1항에 있어서,
   상기 엠보싱 프레임의 엠보싱 홀은 이웃하는 홀과 지그재그 패턴으로 배치되는 전기자동차용 배터리 케이스.
6. 제1항에 있어서,
   상기 엠보싱 프레임은
   일정 단면 형상을 갖도록 길이방향을 따라서 절곡 성형되는 전기자동차용 배터리 케이스.
7. 제1항에 있어서,
   상기 엠보싱 프레임은
   다각형 단면 형상의 관 형태로 형성되는 전기자동차용 배터리 케이스.
8. 제1항에 있어서,
   상기 엠보싱 프레임은
   상기 엠보싱 홀을 관통하는 결합부재의 기계적 접합이나 미그용접을 통해 상기 언더커버에 설치되는 전기자동차용 배터리 케이스.
   

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