KR20200032455A - 배터리 팩용 보강부재 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조립을 위한 평행도를 확보하며, 금형수 및 용접 공수 또는 조립 공수의 절감을 도모할 수 있는 배터리 팩용 보강부재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 배터리 팩용 보강부재는, 배터리 케이스에 조립되는 배터리 팩용 보강부재로서, 평행하게 연장하는 적어도 한 쌍의 세로 보강재, 및 이들 세로 보강재 사이를 연결하는 복수의 가로 보강재를 포함하고, 상기 세로 보강재와 상기 가로 보강재는 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩용 보강부재 및 이의 제조방법 {Reinforcing member for battery pack, and method for manufacturing the same}
본 발명은 조립을 위한 평행도를 확보하며, 금형수 및 용접 공수 또는 조립 공수의 절감을 도모할 수 있는 배터리 팩용 보강부재에 관한 것이다.
전기 자동차나 하이브리드 자동차 등과 같은 차량에 장착되는 배터리는 차량 충돌시 화재와 폭발로 이어져 운전자와 탑승자에게 심각한 위험을 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위해 차체가 갖는 충돌 보강재와 별개로 배터리 자체에도 보강재를 구비하여 충돌 사고를 대비하고 있다.
배터리의 보강재는 주로 배터리 케이스의 내부 또는 외부에 조립될 수 있다. 특히 내부 보강재의 경우에는 충돌 특성 확보라는 기본적인 요구와 함께, 배터리 셀의 조립을 위한 구조재로서의 부품 간 평행도가 요구된다.
예를 들어, 종래의 배터리 팩용 하부 케이스 내에는, 차체의 길이 방향으로 연장하여 정면 및 측면으로 작용하는 충돌 하중에 대비하도록 된 복수의 세로 보강재와, 차체의 폭 방향으로 연장하여 측면으로 작용하는 충돌 하중에 대비하도록 된 복수의 가로 보강재가 하부 케이스에 고정됨과 동시에 서로 조립될 수 있다.
이들 내부 보강재의 형상이 일정하지 않을 경우, 즉 평행도가 불일치할 경우에는 배터리 셀을 안착시키고 고정할 수 없어 그 조립성이 현저히 떨어지게 된다. 더욱이, 이로 인하여 용접 공수나 조립 공수가 늘어나게 되고, 방열 효율을 향상하기 위한 고가(高價)의 써멀 패드(Thermal Pad)의 사용량도 증가하게 되어 배터리 팩의 제조원가를 상승시키는 주요 요인이 되고 있다.
(특허문헌 1) JP 2017-117640 A
이에 본 발명은 조립을 위한 평행도를 확보하며, 금형수 및 용접 공수 또는 조립 공수의 절감을 도모할 수 있는 배터리 팩용 보강부재 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재는, 배터리 케이스에 조립되는 배터리 팩용 보강부재로서, 평행하게 연장하는 적어도 한 쌍의 세로 보강재, 및 이들 세로 보강재 사이를 연결하는 복수의 가로 보강재를 포함하고, 상기 세로 보강재와 상기 가로 보강재는 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재는, 상기 보강부재는 이종 재질 또는 이종 두께를 가진 블랭크가 적용되어 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 보강부재의 제조방법은, 판재의 적어도 일부를 볼록 또는 오목하게 성형하는 단계; 성형된 상기 판재의 코너 주변에 제1노치부를 형성하는 단계; 및 상기 판재의 양측 가장자리를 구부려 플랜지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 복수의 보강재를 일체화하여 성형함으로써 배터리 셀의 조립을 위한 평행도를 확보할 수 있으며, 동시 성형을 통해 금형수 및 용접 공수 또는 조립 공수의 절감을 달성할 수 있는 효과를 얻게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 보강부재가 일체화된 구조이므로 강성의 향상도 기대되는 효과가 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
이들 도면 중 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재(10)는, 배터리 케이스에 조립되는 배터리 팩용 보강부재로서, 평행하게 연장하는 적어도 한 쌍의 세로 보강재(11), 및 이들 세로 보강재 사이를 연결하는 복수의 가로 보강재(12)를 포함하고, 세로 보강재와 가로 보강재는 일체로 성형될 수 있다.
배터리 팩은 차체를 구성하는 언더 플로어 패널(미도시)에 고정되게 설치될 수 있다. 이러한 배터리 팩은, 대략 직육면체의 형상을 갖고서 그 내부에 복수의 배터리 셀을 수납할 수 있는 배터리 케이스를 포함한다.
배터리 케이스는 상부 케이스와 하부 케이스를 포함하며, 이들 상부 및 하부 케이스는 내부에 공간을 형성하도록 결합될 수 있다.
본 발명의 보강부재(10)는 배터리 케이스(미도시)의 내부에 조립될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재(10)는 세로 보강재(11)와 가로 보강재(12)가 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.
이들 세로 보강재(11)와 가로 보강재(12)는 보강부재(10)의 평면으로부터 볼록하게 돌출하거나 오목하게 함몰될 수 있다.
세로 보강재(11)들과 가로 보강재(12)들 사이에는 천공부(13)가 형성될 수 있다. 또한, 배터리 셀의 조립을 위한 복수의 설치공(미도시)이 추가로 세로 보강재들과 가로 보강재들에 형성될 수 있다.
더불어, 배터리 케이스와의 조립을 위한 플랜지(14)가 최외곽에 위치한 세로 보강재(11)의 일측 선단에, 혹은 최외곽에 위치한 가로 보강재(12)의 일측 선단에 형성될 수 있다.
또, 플랜지(14)에는 복수의 노치부(15, 16)가 형성될 수 있다. 세로 보강재(11)와 가로 보강재(12)가 만나는 코너 주변에 제1노치부(15)가 형성되어, 플랜지의 형성시 인장에 의해 야기되는 크랙을 미연에 방지할 수 있다. 게다가, 배터리 케이스와의 조립을 위한 실제 고정 부위를 제외한 나머지 부위에도 제2노치부(16)가 형성되어, 보강부재 전체의 경량화도 달성할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재(10)는 이러한 플랜지(14)를 이용하여, 배터리 케이스의 내부에 용접, 또는 나사 등과 같은 고정구에 의해 고정되게 설치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재(10)에 마련된 세로 보강재(11)는 예컨대 차체의 길이 방향으로 연장하여 정면 및 측면으로 작용하는 충돌 하중에 대비할 수 있으며, 가로 보강재(12)는 예컨대 차체의 폭 방향으로 연장하여 측면으로 작용하는 충돌 하중에 대비할 수 있다.
종래의 배터리 팩을 위한 보강구조는 수개의 보강재를 별도로 제작하여 조립하였지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재(10)는 단일 부품으로의 설계를 통해 일체로 성형함으로써 평행도 확보를 통한 조립성을 향상시킴과 더불어 대폭적으로 금형수 및 용접 공수 또는 조립 공수를 절감할 수 있는 장점을 얻게 된다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재(10)를 일체로 성형함으로써 생기는 중량의 증가는 불필요한 부위에 형성된 천공부(13) 또는 노치부(15, 16)를 적용함으로써 해결할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 배터리 팩용 보강부재의 제조방법에 대해 간략히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 배터리 팩용 보강부재의 제조방법은, 판재(1)의 적어도 일부를 볼록 또는 오목하게 성형하는 단계; 성형된 판재의 코너 주변에 제1노치부(15)를 형성하는 단계; 및 판재의 양측 가장자리를 구부려 플랜지(14)를 형성하는 단계를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩용 보강부재의 제조방법은, 성형하는 단계 이전에, 보강부재를 제조하기 위한 형상 및 치수로 예컨대 금속 재질의 소재를 전단 가공하여 도 1에 도시된 바와 같이 판재(1)를 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다.
성형하는 단계는 드로잉(Drawing) 또는 포밍(Forming)에 의해 이루어질 수 있다. 이 성형하는 단계는 판재(1)를 제1금형(미도시)의 내부의 소정 위치에 안착시키고 나서, 프레스에 의해 소정의 형상으로 형성되게 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어 판재(1)는 제1금형에 의해 길이 방향을 따라 중앙부분이 일정 간격을 두고서 오목하게 함몰되도록 성형될 수 있다. 이로써, 복수의 세로 보강재(11) 및 복수의 가로 보강재(12)가 판재에 일체로 형성될 수 있다.
이러한 성형에 의해 본 발명의 보강부재는 충돌 특성을 위한 강성의 확보라는 기본적인 요구를 만족시킬 수 있게 된다. 성형을 위해 드로잉 또는 포밍할 때에는 최대한 성형 깊이를 낮추어 성형하는 것이 좋다.
또한, 성형하는 단계와 동시에 또는 그 이후에 판재의 오목하게 함몰된 부분에서 적어도 일부를 천공하여 천공부(13)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 불필요한 부위를 천공함으로써, 보강부재를 일체로 성형하기 때문에 생기는 중량의 증가를 해결할 수 있다.
이어서, 제2금형(미도시)을 이용하여 도 3에 도시된 바와 같이 판재(1)의 코너 주변의 일부를 절단함으로써, 제1노치부(15)를 형성할 수 있다. 제1노치부를 형성하기 위한 절단은 트리밍(Trimming)에 의해 이행될 수 있다.
이러한 제1노치부로 인하여, 플랜지를 형성하는 단계에서 예측되는 인장 변형에 의한 코너의 크랙을 사전에 제거할 수 있게 되는 것이다.
더욱이, 트리밍할 때에는, 배터리 케이스와의 조립을 위한 실제 고정 부위, 예컨대 용접부의 좌면 등을 제외한 나머지 부위에서 판재(1)의 일부를 절단하고 제거하여 제2노치부(16)를 형성할 수 있다. 이로써, 보강부재 전체의 경량화가 달성될 수도 있다.
플랜지를 형성하는 단계에서는 제3금형(미도시)을 이용하여 도 4에 도시된 바와 같이 성형된 판재(1)의 양측 가장자리를 구부려 플랜지(14)를 형성할 수 있다.
추가로, 본 발명에 따른 배터리 팩용 보강부재의 제조방법은 판재(1)에 복수의 구멍을 뚫어 설치공을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기에서는 구멍을 뚫기 위한 피어싱부를 갖춘 제4금형이 사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 복수의 보강재를 일체화하여 동시 성형을 통해 제조할 수 있게 됨으로써, 금형수 및 용접 공수 또는 조립 공수의 절감 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
이들 도면에 도시된 본 발명의 제2실시예는, 보강부재(20)의 소재로서 이종 재질 또는 이종 두께를 가진 블랭크(2)가 사용된 점만 제외하고, 나머지 구성요소들은 전술한 제1실시예의 구성요소들과 동일하다. 이에, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재를 설명함에 있어, 제1실시예에 의한 배터리 팩용 보강부재와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재(20)는, 예컨대 TWB(Tailor Welded Blank)를 적용하여, 이종 재질 또는 이종 두께를 가진 보강부재를 구현할 수 있다.
블랭크(2)는 성형 이전에 이종 재질 또는 이종 두께를 가진 소재들을 예컨대 레이저 용접, 심용접 등의 방법을 이용하여 접합함으로써 만들어진다.
이러한 블랭크(2)는 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재(20)를 제조하기 위한 형상 및 치수로 전단 가공될 수 있다.
이어서, 블랭크(2)는 도 6에 도시된 바와 같이 드로잉 또는 포밍 등과 같은 프레스 가공에 의해 소정의 형상으로 성형될 수 있다.
예를 들어 블랭크(2)는 제1금형(미도시)에 의해 길이 방향을 따라 중앙부분이 일정 간격을 두고서 오목하게 함몰되도록 성형될 수 있다. 또한, 드로잉 또는 포밍과 동시에 또는 그 이후에 판재의 오목하게 함몰된 부분에서 적어도 일부를 천공하여 천공부(13)를 형성할 수 있다. 이로써, 복수의 세로 보강재(11) 및 복수의 가로 보강재(12)가 블랭크에 일체로 형성될 수 있다.
이때, 블랭크(2)에서 함몰되지 않아 상대적으로 돌출한 부분에 이종 재질 또는 이종 두께의 배치가 이루어질 수 있다. 예를 들면, 가로 보강재(12)의 적어도 일부에 해당되는 재질은 강도 면에서 TWB의 다른 재질에 비해 고강도인 것이 좋고, 가로 보강재의 적어도 일부의 두께는 경량화 면에서 TWB의 다른 부위에 비해 얇은 것이 좋다.
하지만, 가로 보강재(12)에서 이종 재질 또는 이종 두께의 배치는 반드시 이에 한정되지 않으며, 그 역으로 배치되어도 된다.
이에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩용 보강부재(20)는 필요한 부위에 강성의 확보가 가능하게 됨과 더불어, 단일 두께의 소재와 대비해서 경량화가 가능하게 된다.
이후에는, 제2금형(미도시)을 이용해서 도 7에 도시된 바와 같이 블랭크(2)의 코너 주변의 일부를 절단하여 제1노치부(15)를 형성하도록 트리밍할 수 있다. 이러한 제1노치부로 인하여, 플랜지를 형성하는 단계에서 예측되는 인장 변형에 의한 코너의 크랙을 사전에 제거할 수 있다.
더욱이, 배터리 케이스와의 조립을 위한 실제 고정 부위, 예컨대 용접부의 좌면 등을 제외한 나머지 부위에서 블랭크(2)의 일부를 절단하고 제거하여 제2노치부(16)를 형성할 수 있다. 이로써, 보강부재 전체의 경량화가 달성될 수도 있다.
또한, 제3금형(미도시)을 이용하여 도 8에 도시된 바와 같이 성형된 블랭크(2)의 양측 가장자리를 구부려 플랜지(14)를 형성하도록 플랜징(Flanging)할 수 있다.
추가로, 블랭크(2)에 복수의 구멍을 뚫어 설치공을 형성하도록 피어싱할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 복수의 보강재를 일체화하여 성형함으로써 배터리 셀의 조립을 위한 평행도를 확보할 수 있으며, 동시 성형을 통해 금형수 및 용접 공수 또는 조립 공수의 절감을 달성할 수 있는 효과를 얻게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 판재 2: 블랭크
10, 20: 보강부재 11: 세로 보강재
12: 가로 보강재 13: 천공부
14: 플랜지 15: 제1노치부
16: 제2노치부

Claims (14)

  1. 배터리 케이스에 조립되는 배터리 팩용 보강부재로서,
    평행하게 연장하는 적어도 한 쌍의 세로 보강재, 및 이들 세로 보강재 사이를 연결하는 복수의 가로 보강재를 포함하고,
    상기 세로 보강재와 상기 가로 보강재는 일체로 성형된 보강부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세로 보강재와 상기 가로 보강재는 상기 보강부재의 평면으로부터 볼록하게 돌출하거나 오목하게 함몰된 것을 특징으로 하는 보강부재.
  3. 제1항에 있어서,
    세로 보강재들과 가로 보강재들 사이에 천공부가 형성된 것을 특징으로 하는 보강부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 케이스와의 조립을 위한 플랜지가 형성된 것을 특징으로 하는 보강부재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플랜지에는 복수의 노치부가 형성된 것을 특징으로 하는 보강부재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강부재는 이종 재질 또는 이종 두께를 가진 블랭크가 적용되어 형성된 것을 특징으로 보강부재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가로 보강재의 적어도 일부에 이종 재질 또는 이종 두께가 배치되는 것을 특징으로 하는 보강부재.
  8. 판재의 적어도 일부를 볼록 또는 오목하게 성형하는 단계;
    성형된 상기 판재의 코너 주변에 제1노치부를 형성하는 단계; 및
    상기 판재의 양측 가장자리를 구부려 플랜지를 형성하는 단계
    를 포함하는 보강부재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 성형하는 단계 이전에, 소재를 전단 가공하여 상기 판재를 준비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보강부재의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 판재의 적어도 일부를 천공하여 천공부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보강부재의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1노치부를 형성하는 단계에서는, 추가로 상기 판재의 일부를 절단하고 제거하여 중량 저감을 위한 제2노치부를 형성하는 것을 특징으로 하는 보강부재의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 판재에 복수의 구멍을 뚫어 설치공을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보강부재의 제조방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판재는 이종 재질 또는 이종 두께를 가진 블랭크인 것을 특징으로 하는 보강부재의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 성형하는 단계에서 복수의 세로 보강재 및 복수의 가로 보강재가 상기 블랭크에 일체로 형성되고,
    상기 가로 보강재의 적어도 일부에 이종 재질 또는 이종 두께가 배치되는 것을 특징으로 하는 보강부재의 제조방법.
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