KR20200032456A - 배터리 케이스 - Google Patents

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KR20200032456A KR1020180111507A KR20180111507A KR20200032456A KR 20200032456 A KR20200032456 A KR 20200032456A KR 1020180111507 A KR1020180111507 A KR 1020180111507A KR 20180111507 A KR20180111507 A KR 20180111507A KR 20200032456 A KR20200032456 A KR 20200032456A
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Abstract

본 발명은 두께 증가나 구성품의 추가 없이, 측면 충돌 하중에 대한 변형 저항 기능을 부여함과 동시에 이를 통해 얻어진 성능 향상분으로 보강재의 높이를 낮춤으로써, 배터리의 전체적인 줄일 수 있도록 된 배터리 케이스에 관한 것으로, 이는 배터리 셀을 수납하기 위해 결합하는 한 쌍의 케이스 본체를 구비한 배터리 케이스로서, 상기 한 쌍의 케이스 본체 중 적어도 하나는, 케이스 본체의 상기 배터리 셀이 수납되는 내측면에 고정된 적어도 하나의 제1 보강재, 및 상기 케이스 본체의 외측면에 고정된 적어도 하나의 제2 보강재를 포함하고, 상기 제1 보강재와 상기 제2 보강재가 상기 케이스 본체를 사이에 두고 서로 마주하여 설치되며, 상기 케이스 본체에서 상기 제1 보강재와 상기 제2 보강재에 의해 포위되는 부분에는 굴곡부가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 케이스 {Battery case}
본 발명은 배터리의 전체 높이를 줄일 수 있는 배터리 케이스에 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. 예를 들어, 하부 케이스 본체에서 측면 충돌에 대비하여 마련된 보강재는 보통 사각형 형태의 폐단면을 이루도록 케이스 본체를 사이에 두고 그 상면 및 하면에서 서로 마주하여 조립될 수 있다. 이때, 각 보강재를 강도가 높고 두꺼운 소재로 형성하고서 폐단면을 구성하는 보강재의 둘레 길이를 키우면, 측면 충돌 하중에 대한 변형 저항을 높일 수 있다.
하지만, 두께 증가에 따른 경량화, 고강도화에 따른 성형성, 배터리 셀의 배치와 관련된 패키지 등에서 문제를 야기할 수 있다.
더구나, 지면으로부터 차량 밑바닥까지의 지상고가 결정되어 있을 때, 구조적인 문제로 보강재의 높이가 증가하게 되면 배터리의 전체 높이도 함께 증가하게 되고, 결국 차량의 무게 중심도 높아지게 되는 단점을 안고 있다.
(특허문헌 1) KR 1393848 B1
이에 본 발명은 두께 증가나 구성품의 추가 없이, 측면 충돌 하중에 대한 변형 저항 기능을 부여함과 동시에 이를 통해 얻어진 성능 향상분으로 보강재의 높이를 낮춤으로써, 배터리의 전체적인 높이를 줄일 수 있도록 된 배터리 케이스를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스는, 배터리 셀을 수납하기 위해 결합하는 한 쌍의 케이스 본체를 구비한 배터리 케이스로서, 상기 한 쌍의 케이스 본체 중 적어도 하나는, 케이스 본체의 상기 배터리 셀이 수납되는 내측면에 고정된 적어도 하나의 제1 보강재, 및 상기 케이스 본체의 외측면에 고정된 적어도 하나의 제2 보강재를 포함하고, 상기 제1 보강재와 상기 제2 보강재가 상기 케이스 본체를 사이에 두고 서로 마주하여 설치되며, 상기 케이스 본체에서 상기 제1 보강재와 상기 제2 보강재에 의해 포위되는 부분에 굴곡부가 형성된 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 충격 흡수용 형상을 케이스 본체 자체에다 형성함으로써 측면 충돌 하중에 대한 높은 변형 저항을 확보함과 동시에, 고성형 초고강도강을 적용함으로써 경량화를 확보할 수 있는 효과를 얻게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 확보된 충돌 흡수 성능을 통해 보강재의 높이를 낮춤으로써, 차량의 무게 중심을 낮출 수 있게 되어, 궁극적으로 차량의 안정성 및 기동성에 순기능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스 중 일측 케이스 본체를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 부분 단면도이다.
도 3은 소재로부터 케이스 본체를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스로 인해 지상고를 낮출 수 있는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 케이스 중 일측 케이스 본체를 도시한 단면도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스 중 일측 케이스 본체를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 부분 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스는, 배터리 셀(미도시)을 수납하기 위해 결합하는 한 쌍의 케이스 본체를 구비한 배터리 케이스로서, 한 쌍의 케이스 본체 중 적어도 하나는, 케이스 본체(10)의 배터리 셀이 수납되는 내측면에 고정된 적어도 하나의 제1 보강재(20), 및 케이스 본체의 외측면에 고정된 적어도 하나의 제2 보강재(30)를 포함하고, 제1 보강재와 제2 보강재가 케이스 본체를 사이에 두고 서로 마주하여 설치되며, 케이스 본체에서 제1 보강재와 제2 보강재에 의해 포위되는 부분에 굴곡부(12)가 형성되어 있다.
배터리 케이스는 차체를 구성하는 언더 플로어 패널(미도시)에 고정되게 설치될 수 있다. 이 배터리 케이스는 대략 직육면체의 형상을 갖고서 그 내부에는 복수의 배터리 셀이 수납될 수 있다.
이러한 배터리 케이스는 한 쌍의 케이스 본체, 예컨대 상부 케이스 본체와 하부 케이스 본체를 포함하며, 이들 상부 및 하부 케이스 본체는 내부에 공간을 형성하도록 결합될 수 있다.
일례로, 상부 케이스 본체와 하부 케이스 본체는 각각의 테두리를 따라 플랜지부가 형성되고, 이들 플랜지부가 서로 중첩되어서 볼트 및 너트 등과 같은 고정구에 의해 조립될 수 있다.
상부 케이스 본체는 중량 감소 및 원가 절감을 도모하면서 충분한 강도를 확보할 수 있는 고강도 플라스틱이나, 알루미늄 등과 같은 경금속으로 형성될 수 있다. 재질이 플라스틱인 경우에는 상부 케이스 본체가 사출 성형이나 압축 성형 등에 의해 형성될 수 있으며, 금속인 경우에는 상부 케이스 본체가 프레스 가공 등에 의해 소정의 형상으로 형성될 수 있다.
하부 케이스 본체는 외부로 직접 노출될 수 있고 외부의 이물질에 의한 파손 및 손상의 우려가 크기 때문에, 배터리 셀을 보다 효과적으로 보호할 수 있도록 하기 위해 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 하부 케이스 본체는 적당한 강도를 가진 강판과 같은 소재를 프레스 가공 등에 의해 소정의 형상으로 형성함으로써 만들어질 수 있다. 이에 대해서는 상세히 후술한다.
이하에서는 편의상 하부 케이스 본체가 케이스 본체를 대표하여 본 발명에 따른 배터리 케이스가 설명된다. 다시 말해, 상부 케이스 본체에도 하부 케이스 본체와 동일한 구성요소가 모두 포함되고 동일한 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.
케이스 본체(10)에는 적어도 하나의 제1 보강재(20)와 적어도 하나의 제2 보강재(30)가 설치될 수 있다.
제1 보강재(20)는 케이스 본체(10)의 내측면, 즉 배터리 셀이 수납되는 측면에 고정되게 설치된다. 이 제1 보강재는 점 용접 또는 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 고정될 수 있으나, 그 고정방법이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 보강재(30)가 케이스 본체(10)를 기준으로 제1 보강재(20)의 반대측면, 즉 케이스 본체의 외측면에 고정되게 설치된다. 마찬가지로, 제2 보강재도 점 용접 또는 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 고정될 수 있으나, 그 고정방법이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라, 제1 보강재(20)와 제2 보강재(30)는 케이스 본체(10)를 사이에 두고 그 내측면 및 외측면에서 서로 마주보도록 케이스 본체를 향하여 위치되면서 평행하게 배치될 수 있다. 이로써, 이들 보강재는 케이스 본체를 사이에 두고 예컨대 대략 사각형 형태의 폐단면 공간을 구성할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스는, 케이스 본체(10)에서 제1 보강재(20)와 제2 보강재(30)에 의해 포위되는 부분에 대략 웨이브(Wave) 형상으로 만곡되거나 톱니 형상으로 절곡된 굴곡부(12)가 형성될 수 있다.
굴곡부(12)에는 충돌 에너지를 충분히 흡수할 수 있도록 단면이 원호 형상으로 형성된 만곡형상부(14)가 적어도 하나 이상으로 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 만곡형상부는 오목형 또는 볼록형으로 형성될 수 있으며, 이로써 굴곡부는 이들 오목형 만곡형상부와 볼록형 만곡형상부가 교대로 배치되어 구성될 수 있는데, 이러한 경우에 측면 충돌 하중에 대한 저향력이 크게 강화될 수 있다.
하지만, 굴곡부(12)의 형상이 반드시 이에 한정되지 않으며, 성형 가능성만 확보될 수 있다면 예를 들어 각진 형상으로 형성된 절곡형상부(미도시)가 적어도 하나 이상 구비되어 대략 톱니 형상의 굴곡부로 되어도 무방하다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스에서는, 두께 증가나 구성품의 추가 없이, 충격 흡수용 형상을 케이스 본체 자체에다 형성함으로써 측면 충돌 하중에 대한 높은 변형 저항을 확보할 수 있게 되는 것이다.
케이스 본체(10)의 길이방향으로 구불구불하게 연장한 굴곡부(12)의 길이는, 종래의 제1 보강재와 제2 보강재에 의해 포위된 영역에서 케이스 본체의 길이방향으로 연장한 직선 길이의 적어도 45% 이상의 길이가 부가된 길이로 될 수 있다.
이러한 굴곡부(12)는 제1 보강재(20)와 간섭되지 않고서 케이스 본체(10)의 내측면 쪽으로 돌출되도록 형성되는 것이 좋다. 이렇게 하면, 충격 흡수를 위한 굴곡부가 케이스 본체 자체에 형성됨으로써 측면 충돌 하중에 대한 높은 변형 저항은 확보될 수 있기 때문에, 케이스 본체의 외측면에 고정되어 돌출한 제2 보강재(30)의 높이를 상당히 낮출 수 있는 장점이 있게 된다.
굴곡부(12)는 케이스 본체(10)의 측면 벽부(16)에서 떨어져 위치하는 것이 좋으며, 이러함에도 불구하고 굴곡부를 위한 소재 유입에 따른 두께의 증가는 미미하게 될 수 있다.
이러한 굴곡부(12)를 가진 케이스 본체(10)는, 국부적인 스트레칭에 의한 변형이 주된 성형모드로 되기 때문에 연신율이 우수한 소재가 요구된다. 반면에, 경량화 및 충돌 특성과 관련해서는 소재가 고강도일수록 유리하다.
이에 따라, 케이스 본체(10)의 재질로는, 45% 이상의 연신율을 갖고서 대략 980MPa 이상의 고강도인 TWIP(Twinning Induced Plasticity)강 또는 고온 가공으로 성형성이 우수한 HPF(Hot Press Forming)강 등과 같은 소재가 적용될 수 있다.
한편으로, 케이스 본체(10)의 크기가 큰 경우에 그 전체를 고강도의 단일 소재로 성형하게 되면, 이 성형을 위한 프레스의 용량도 증대되어야 해서 성형할 수 없는 상황이 될 수 있으며, 소재 및 금형의 비용을 증가시키는 요인이 될 수 있다.
이를 해결하고자 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스에서는, 케이스 본체(10)에다 TWB(Tailor Welded Blank)를 적용하여, 이종 재질 또는 이종 두께를 가진 케이스 본체를 구현할 수 있다.
도 3은 소재로부터 케이스 본체를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 소재로 TWB가 적용된 예를 나타내고 있다.
블랭크(1)는 성형 이전에 이종 재질 또는 이종 두께를 가진 소재들을 예컨대 레이저 용접, 심용접 등의 방법을 이용하여 접합함으로써 만들어진다.
이와 같은 블랭크(1)를 프레스 가공 등에 의해 소정의 형상으로 성형함으로써 케이스 본체(10)를 형성할 수 있다.
이때, 케이스 본체(10)에서는 굴곡부(12)에 이종 재질 또는 이종 두께의 배치가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 굴곡부에 해당되는 재질은 강도 면에서 TWB의 다른 재질에 비해 고강도인 것이 좋고, 굴곡부의 두께는 경량화 면에서 TWB의 다른 부위에 비해 얇은 것이 좋다.
하지만, 굴곡부(12)에서 이종 재질 또는 이종 두께의 배치는 반드시 이에 한정되지 않으며, 그 역으로 배치되어도 된다.
이에 따라, 케이스 본체(10)는 필요한 부위에 강성의 확보가 가능하게 됨과 더불어, 단일 두께의 소재와 대비해서 경량화가 가능하게 된다.
이후에는, 전술한 바와 같이 제1 보강재(20)와 제2 보강재(30)가 케이스 본체(10)를 사이에 두고 그 내측면 및 외측면에서 서로 마주봄과 동시에 이종 재질 또는 이종 두께의 굴곡부(12)를 포위하도록 고정되게 설치된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스로 인해 지상고를 낮출 수 있는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 종래의 배터리 케이스와 비교하면 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스에서는, 전술한 바와 같이 확보된 충돌 흡수 성능으로 인해 제2 보강재(30)의 높이가 대폭 낮추어질 수 있다. 제2 보강재(30)의 높이는 적어도 제1 보강재(20)의 높이보다 낮을 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스에서는, 두께 증가나 구성품의 추가 없이, 충격 흡수용 형상을 케이스 본체(10) 자체에다 형성함으로써 측면 충돌 하중에 대한 변형 저항 기능을 부여함과 동시에 이를 통해 얻어진 성능 향상분으로 제2 보강재(30)의 높이를 낮춤으로써, 배터리의 전체적인 높이를 낮출 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스가 적용된 차량에서는 지면으로부터 차량 밑바닥까지의 지상고(H)가, 종래의 배터리 케이스가 적용된 차량의 지상고(H')보다 낮아질 수 있게 되는 것이다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스가 적용된 차량에서는 차량의 무게 중심을 낮출 수 있게 되어, 궁극적으로 차량의 안정성 및 기동성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 케이스 중 일측 케이스 본체를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 충전부재(40)만 제외하고, 나머지 구성요소들은 전술한 실시예의 구성요소들과 동일하다. 이에, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 케이스를 설명함에 있어, 이전 실시예에 의한 배터리 케이스와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 케이스에서는, 케이스 본체(10)의 굴곡부(12)와 제1 보강재(20) 사이의 공간 또는 굴곡부(12)와 제2 보강재(30) 사이의 공간에, 필요에 따라 차량 운행 중 도로면 및 차체로부터 유발되는 각종 진동이나 내부 배터리 셀로 인한 하중 등에 대한 강성과, 내부의 배터리 셀을 보호하는 성능 및 충돌 에너지의 흡수 성능을 증대시키기 위해, 충전부재(40)가 부분적으로 또는 전체적으로 삽입되어 채워질 수 있다.
이러한 충전부재(40)는 예컨대 폴리스티렌(Polystyrene), 폴리프로필렌 (Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 등과 같은 재질의 발포재 중 어느 하나 또는 그 조합으로 형성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 충격 흡수용 형상을 케이스 본체 자체에다 형성함으로써 측면 충돌 하중에 대한 높은 변형 저항을 확보함과 동시에, 고성형 초고강도강을 적용함으로써 경량화를 확보할 수 있는 효과를 얻게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 확보된 충돌 흡수 성능을 통해 보강재의 높이를 낮춤으로써, 차량의 무게 중심을 낮출 수 있게 되어, 궁극적으로 차량의 안정성 및 기동성에 순기능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.
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: 블랭크 10: 케이스 본체
12: 굴곡부 20: 제1 보강재
30: 제2 보강재 40: 충전부재

Claims (11)

  1. 배터리 셀을 수납하기 위해 결합하는 한 쌍의 케이스 본체를 구비한 배터리 케이스로서,
    상기 한 쌍의 케이스 본체 중 적어도 하나는, 케이스 본체의 상기 배터리 셀이 수납되는 내측면에 고정된 적어도 하나의 제1 보강재, 및 상기 케이스 본체의 외측면에 고정된 적어도 하나의 제2 보강재를 포함하고,
    상기 제1 보강재와 상기 제2 보강재가 상기 케이스 본체를 사이에 두고 서로 마주하여 설치되며, 상기 케이스 본체에서 상기 제1 보강재와 상기 제2 보강재에 의해 포위되는 부분에는 굴곡부가 형성된 배터리 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보강재와 상기 제2 보강재는 상기 케이스 본체를 사이에 두고 폐단면 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 본체의 길이방향으로 연장한 상기 굴곡부의 길이는, 상기 제1 보강재와 상기 제2 보강재에 의해 포위된 영역에서 상기 케이스 본체의 길이방향으로 연장한 직선 길이의 적어도 45% 이상의 길이가 부가된 길이로 된 것을 특징으로 하는 배터리 케이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡부는 상기 제1 보강재와 간섭되지 않고 상기 케이스 본체의 내측면 쪽으로 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 케이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 보강재의 높이는 제1 보강재의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 배터리 케이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡부는 상기 케이스 본체의 측면 벽부에서 떨어져 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 본체는, 45% 이상의 연신율과 980MPa 이상의 강도를 갖는 재질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 재질은 TWIP(Twinning Induced Plasticity)강 또는 HPF(Hot Press Forming)강 중 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 케이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 본체는 이종 재질 또는 이종 두께를 가진 블랭크가 적용되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 케이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 굴곡부에 이종 재질 또는 이종 두께가 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 굴곡부와 상기 제1 보강재 사이의 공간 또는 상기 굴곡부와 상기 제2 보강재 사이의 공간에, 충전부재가 적어도 부분적으로 삽입되어 채워진 것을 특징으로 하는 배터리 케이스.
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