KR20210144378A - 배터리 케이스용 보강재 및 그가 적용된 배터리 케이스 - Google Patents

Abstract

배터리 케이스용 보강재 및 그가 적용된 배터리 케이스에 관한 것으로, 상방을 향해 돌출 형성되는 돌출부, 상기 돌출부의 전후단에 각각 제1 및 제2 충격흡수공간을 형성하도록 단면이 사각 형상으로 3중 절곡 형성되는 제1 및 제2 완충부를 포함하여 하나의 패널을 롤 포밍 성형 방식으로 여러 차례 절곡 성형해서 단면이 '山' 형상으로 형성되고, 배터리 케이스에 좌우 방향을 따라 설치되는 구성을 마련하여, 배터리 케이스의 측면 강성을 보강하여 차량 충돌시 발생하는 충돌 에너지를 효과적으로 흡수해서 배터리팩에 충격이 전달되는 것을 차단할 수 있다.

Description

배터리 케이스용 보강재 및 그가 적용된 배터리 케이스{STIFFENER FOR BATTERY CASE AND BATTERY CASE WITH THE SAME}

본 발명은 배터리 케이스용 보강재 및 그가 적용된 배터리 케이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차에 적용되는 배터리 케이스의 측면 강성을 보강하는 배터리 케이스용 보강재 및 그가 적용된 배터리 케이스에 관한 것이다.

자동차는 휘발유, 경유 등의 석유나, LPG, LNG 등의 천연가스와 같은 화석연료를 주로 사용하였다. 그러나, 화석연료는 매장량이 한정된 자원으로 시간이 갈수록 고갈되고 있고, 사용과정에서 대기 환경을 오염시키는 다양한 배기가스가 배출될 뿐만 아니라, 지구 온난화의 주요원인으로 작용하고 있는 이산화탄소를 다량으로 배출하는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해소할 대안으로, 전기를 에너지원으로 이동하는 전기자동차가 제안되었다.

전기자동차는 순수 전기차(battery powered EV), 연료 전지를 전동기로 사용하는 연료 전지 전기차(fuel cell EV), 전동기와 엔진(engine)을 함께 이용하는 하이브리드 전기차(hybrid EV) 등이 개발되고 있다.

전기자동차에 적용되는 배터리팩은 이차전지셀(Cell)의 집합체인 모듈(Module)이 내부에 다수가 장착되는 형태로 구성된다.

이와 같은 배터리팩이 장착된 전기자동차는 차량 충돌시 화재와 폭발로 이어져 운전자와 탑승자에게 심각한 사고를 유발할 수 있다.

따라서 배터리 케이스는 내부의 배터리팩을 보호하기 위해 내충돌 특성이 중요하고, 차량 운행 중 도로면으로부터 유발되는 각종 진동에 대한 강성 보강이 중요하다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 배터리 케이스에는 차체 충돌 보강재와 배터리팩 자체 보강재로 충돌 사고를 대비하고 있다.

예를 들어, 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 전기자동차용 배터리 케이스 및 배터리 보호장치 구성이 개시되어 있다.

대한민국 특허 등록번호 10-1816912호(2018년 1월 9일 공고) 대한민국 특허 등록번호 10-1506422호(2015년 3월 27일 공고)

종래기술에 따른 배터리 케이스의 외면을 담당하는 상부의 커버부재와 하부의 베이스부재는 주로 프레스 성형에 의하여 제작되며, 이러한 배터리 케이스를 보강하기 위하여 다수의 보강재가 배터리 케이스의 내외부에 추가되어 성능을 만족하도록 구성되고 있다.

상기 보강재들은 외부의 충격을 흡수하면서도, 배터리팩이 형상을 유지하여 폭발되지 않도록 보호해야 되는 두 가지 기능을 모두 만족해야 한다.

특히, 전기자동차에서 전후 방향 충돌 발생시에는 차량의 범퍼와 차체 프레임 등에 의해 충격이 완화되는 반면, 측면 방향 충돌 발생시에는 배터리팩에 직접적으로 충격이 전달됨에 따라, 배터리가 손상되면서 폭발 사고를 유발할 수 있다.

따라서, 배터리 케이스의 강성, 특히 측면 강성을 보강해서 배터리팩의 형상을 유지하고, 폭발을 방지하는 배터리 케이스용 보강재 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리 케이스의 측면 강성을 보강하는 배터리 케이스용 보강재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 배터리 케이스에 가해지는 충격을 효과적으로 완충해서 배터리팩의 폭발을 방지할 수 있는 배터리 케이스용 보강재가 적용된 배터리 케이스를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리 케이스용 보강재는 상방을 향해 돌출 형성되는 돌출부, 상기 돌출부의 전후단에 각각 제1 및 제2 충격흡수공간을 형성하도록 단면이 사각 형상으로 3중 절곡 형성되는 제1 및 제2 완충부를 포함하여 하나의 패널을 롤 포밍 성형 방식으로 여러 차례 절곡 성형해서 단면이 '山' 형상으로 형성되고, 배터리 케이스에 좌우 방향을 따라 설치되어 배터리 케이스의 측면 강성을 보강하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리 케이스용 보강재가 적용된 배터리 케이스는 베이스판부재, 상기 베이스판부재의 상면 가장자리를 따라 배치되는 지지부재, 상기 베이스판부재에 좌우 방향을 따라 하나 이상 배치되어 배터리 케이스의 측면 강성을 보강하는 보강재, 각 보강재 상부에 마련되고 서로 이웃하는 상기 보강재 사이에 배치되는 배터리팩을 고정하는 팩고정부재, 상기 팩고정부재의 상단에 배치되어 상기 팩고정부재를 탄성적으로 지지하는 홀더부재 및 상기 지지부재의 상부에 결합되고 상기 보강재에 안착된 배터리팩의 상부를 차폐하는 상부 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 케이스용 보강재 및 그가 적용된 배터리 케이스에 의하면, 보강재의 전후측에 각각 충격흡수공간을 마련해서 단면이 山 형상으로 제조된 보강재를 배터리 케이스에 좌우 방향을 따라 배치해서 배터리 케이스의 측면 강성을 보강함으로써, 차량 충돌시 발생하는 충돌 에너지를 효과적으로 흡수해서 배터리팩에 충격이 전달되는 것을 차단할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 보강재의 양측에 마련된 충격흡수공간 상부에 배터리팩을 안착시킨 상태에서 팩고정부재와 홀더부재를 이용해서 배터리팩을 탄성적으로 고정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이와 함께, 본 발명에 의하면, 배터리 케이스에 폐단면 형태의 지지부재를 적용해서 배터리 케이스의 가장자리를 안정적으로 지지하고, 외부에서 충격이 가해지는 경우 충격을 효과적으로 흡수해서 내부의 배터리팩으로 충격이 전달되는 것을 차단할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 의하면, 보강재 중앙에 마련되는 돌출부의 제1 및 제2 지지바를 각각 전후측 하방을 향해 경사지게 배치함에 따라, 보강재의 양측에서 가해지는 충격에 대한 강성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 패널을 여러 차례 절곡 성형하고, 패널 양단부를 각각 절곡 성형한 각 끝단을 패널 중앙부에 배치되는 돌출부의 전후측면에 접합함에 따라, 보강재 중앙부의 강성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

이와 함께, 본 발명에 의하면, 용접 작업시 가해지는 열에 의한 제1 및 제2 완충부의 변형에 따른 외관 품질 저하를 방지할 수 있고, 용접 부위의 분리 또는 손상을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 제1 및 제2 지지바를 각각 경사지게 성형함에 따라, 수직 방향을 따라 절곡해서 성형하는 경우에 비해, 성형 작업의 난이도를 감소시켜 용이하게 작업이 가능하게 함으로써, 작업성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 제1 및 제2 충격흡수공간의 형상과, 돌출부의 제1 및 제2 지지바와 용접되는 제1 및 제2 완충부의 끝단 형상을 다양한 조건에 따라 변형해서 외부에서 가해지는 충격을 효과적으로 완충할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 제1 및 제2 완충부와 제1 및 제2 지지바의 용접 부위를 최소화하고, 용접 부위의 내구성을 증대함으로써, 차량 충돌시 충격에 의한 용접 부위의 분리 또는 손상을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 보강재의 돌출부와 제1 및 제2 완충부에 엠보부를 형성해서 강성을 보강함으로써, 외부에서 가해지는 충격력을 더욱 효과적으로 완충할 수 있다는 효과가 얻어진다.

결과적으로, 본 발명에 의하면, 외부 충격에 의해 배터리팩이 변형되면서 폭발하거나, 배터리팩으로 외부의 충격이 직접 전달되어 배터리팩이 폭발하는 사고를 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재가 적용된 배터리 케이스 및 그를 포함하는 자동차의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 배터리 케이스의 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 A-A' 선에 대한 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재의 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 보강재의 단면도,
도 6은 도 5에 도시된 보강재의 변형 예를 예시한 단면도,
도 7 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재의 단면도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재의 단면도,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재의 단면도,
도 12는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재를 성형하는 과정을 예시한 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재 및 그가 적용된 배터리 케이스를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서는 '좌측(L)', '우측(R)', '전방(F)', '후방(B)', '상방(U)' 및 '하방(D)'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 자동차의 전후 방향을 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 전기자동차에 적용되는 배터리 케이스의 구성을 개략적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재가 적용된 배터리 케이스 및 그를 포함하는 자동차의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 케이스의 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 A-A' 선에 대한 단면도이다.

전기자동차(1)에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리팩(2)이 장착되는 배터리 케이스(10)와, 배터리팩(2)과 연결되어 구동력을 제공하는 엔진(4)이 설치되고, 배터리 케이스(10)는 차체프레임(3)에 설치될 수 있다.

차체프레임(3)은 자동차의 외형을 형성하고, 차체프레임(3)의 일측에는 구동력을 발생하는 엔진(전기모터)(4)이 설치된다.

엔진(4)은 배터리 케이스(10)에 장착된 배터리팩(2)과 연결되어 전기에너지를 전달받아 구동력을 발생시키고, 전기자동차의 주행시 또는 제동시 전기에너지를 생산해서 배터리팩(2)을 충전할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 케이스(10)는 외부 충격을 효과적으로 흡수하고, 배터리팩(2)의 형상을 지지하여 배터리팩(2)의 파손 및 폭발을 방지하는 기능을 한다.

상세하게 설명하면, 배터리 케이스(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스판부재(11), 베이스판부재(11)의 가장자리를 따라 배치되는 지지부재(12) 및 지지부재(12)의 상부에 결합되어 베이스판부재(11)에 안착된 배터리팩(2)의 상부를 차폐하는 상부 커버(13)를 포함할 수 있다.

베이스판부재(11)는 배터리팩(2) 등의 구성이 안착되는 부분으로, 대략 사각 판 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 베이스판부재(11)에는 강성을 보완하기 위해 상방 또는 하방으로 볼록하게 복수의 엠보부가 마련될 수 있다.

상부 커버(13)는 베터리 케이스(11)의 상부를 차폐하는 부분으로, 상부 커버(13)의 상면에는 상부 커버의 강성을 보완하기 위해 상방 또는 하방으로 볼록하게 복수의 엠보부가 마련될 수 있다.

지지부재(12)는 베이스판부재(11)의 상면에 가장자리를 따라 배치되고, 외부 충격에 대해 압축 변형됨으로써, 외부 충격을 변형 에너지로 변환하여 효과적으로 흡수하는 기능을 한다.

예를 들어, 지지부재(12)는 하나의 패널을 롤 포밍 성형 방식으로 여러 차례 성형해서 상부와 하부에 각각 충격 흡수 공간이 마련되도록, 단면이 대략 '日' 형상으로 제조될 수 있다.

다만, 베이스판부재(11)의 전단에 설치되는 지지부재(12)는 전원 케이블이나 전선을 쉽게 설치할 수 있도록, 단면이 대략 사각 형상으로 형성될 수도 있다.

이러한 지지부재(12)의 외면에는 외부에서 전달되는 충격을 흡수하는 폐단면 형상의 흡수부재(14)가 더 마련될 수 있다.

흡수부재(14)는 단면이 대략 'ㄷ' 형상으로 형성되고, 각 지지부재(12)의 외면에 용접 방식으로 결합되거나, 지지부재(12)와 일체로 성형될 수도 있다.

한편, 지지부재(12)는 고장력 강(high tensile steel)이나 초고장력 강(ultra high strength steel) 재질로 제조된 패널을 이용해서 제조될 수 있다.

그리고 지지부재(12)의 내부에는 지지부재(12)의 강성을 보강하기 위해, 지지파이프(도면 미도시)가 설치될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명은 배터리 케이스에 폐단면 형태의 지지부재를 적용해서 배터리 케이스의 가장자리를 안정적으로 지지하고, 외부에서 충격이 가해지는 경우 충격을 효과적으로 흡수해서 내부의 배터리팩으로 충격이 전달되는 것을 차단할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 외부 충격에 의해 배터리팩이 변형되면서 폭발하거나, 배터리팩으로 외부의 충격이 직접 전달되어 배터리팩이 폭발하는 사고를 방지할 수 있다.

한편, 베이스판부재(11)에는 양측에 배치된 한 쌍의 지지부재(12) 사이에 배치되어 측면 방향 강성을 보강하는 복수의 보강재(20), 서로 이웃하는 보강재(20) 사이에 배치되는 배터리팩(2)을 고정하는 팩고정부재(15) 및 팩고정부재(15)의 상단에 배치되어 팩고정부재(15)를 탄성적으로 지지하는 홀더부재(16)가 마련될 수 있다.

보강재(20)의 구성은 아래에서 도 4 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

배터리팩(2)은 보강재(20) 양측의 충격흡수공간 상부에 안착되고, 각 보강재(20)의 상단에 배치되는 한 쌍의 팩고정부재(15)에 의해 고정될 수 있다.

팩고정부재(15)는 단면이 대략 'U' 형상으로 형성되고, 홀더부재(16)는 대략 사각 판 형상으로 형성될 수 있다.

팩고정부재(15)의 양측 상단에는 배터리팩(2)의 상단을 고정하도록 일측으로 절곡되는 절곡부(17)가 형상되고, 홀더부재(16)와 팩고정부재(15)의 절곡부(17)를 관통해서 고정볼트가 체결될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 보강재의 양측에 마련된 충격흡수공간 상부에 배터리팩을 안착시킨 상태에서 팩고정부재와 홀더부재를 이용해서 배터리팩을 탄성적으로 고정할 수 있다.

한편, 배터리 케이스(10)는 보강재(20)의 충격흡수공간과 배터리팩(2) 사이에 배치되고 내부에 배터리팩(2)에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 냉각수 유로가 형성되는 냉각판부재(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다.

다음, 도 4 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재 구성을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 보강재의 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재(20)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 패널을 롤 포밍 성형 방식으로 여러 차례 절곡 성형해서 전후측에 충격흡수공간이 마련되어 단면이 대략 '山' 형상으로 형성되고, 배터리 케이스(10)에 좌우 방향을 따라 설치 가능하도록 미리 설정된 길이로 성형될 수 있다.

보강재(20)는 고장력 강이나 초고장력 강 재질로 제조된 패널을 이용해서 제조될 수 있다.

상기 고장력 강은 보통 강보다 인장강도가 강한 강으로, 인장강도가 50kg/mm2 이상인 강을 의미한다.

이러한 고장력 강은 0.2% 정도의 탄소를 함유한 탄소강에 규소, 망간, 니켈, 크롬, 구리 등을 첨가하여 성능을 향상시킨 것이다.

상기 초고장력 강은 항장력이 50㎏/㎟로서, 상기 고장력 강보다도 항장력이 높은 강재를 말한다.

이러한 초고장력 강은 규소, 망간 등을 소량 첨가하고, 인장 강도(引張强度) 200㎏/㎟ 이상, 항복 강도(降伏强度) 200㎏/㎟ 이상을 가지도록, 오스포밍(ausforming)이라는 가공 열처리에 의하여 제조됨에 따라, 용접성도 우수하여 조선, 교량 등의 재료로 많이 사용된다.

보강재(20)의 구성을 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명하면, 보강재(20)는 상방을 향해 돌출 형성되는 돌출부(21), 돌출부(21)의 전후단에 각각 제1 및 제2 충격흡수공간(41,42)을 형성하도록 단면이 대략 사각 형상으로 3중 절곡 형성되는 제1 및 제2 완충부(22,23)를 포함한다.

절곡 성형된 패널의 양측단, 즉 제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단은 각각 돌출부(21)의 양측면에 겹쳐지게 배치된 상태에서 용접 방식으로 돌출부(21)와 접합될 수 있다.

돌출부(21)는 단면이 대략 '∩' 형상을 이루도록 상면에 수평하게 배치되는 상면웹(31)과 상면웹(31)의 전후단에서 각각 하방을 향해 연장되는 제1 및 제2 지지바(32,33)를 포함할 수 있다.

제1 및 제2 지지바(32,33)에는 아래에서 설명할 제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단이 각각 제1 및 제2 지지바(32,33)에 겹쳐지도록 배치된 상태에서 용접 방식으로 접합될 수 있다.

제1 및 제2 지지바(32,33)는 각각 돌출부(21)의 상부에서 하부로 갈수록 제1 및 제2 지지바(32,33) 사이의 거리가 멀어지도록 미리 설정된 각도(α)만큼 경사지게 형성될 수 있다.

예를 들어, 제1 지지바(32)는 상면웹(31)의 전단에서 전측 하방을 향해 약 약 1° 내지 10°의 각도를 이루도록 경사지게 형성될 수 있다.

그리고 제2 지지바(33)는 상면웹(31)의 후단에서 후측 하방을 향해 약 1° 내지 10°의 각도를 이루도록 경사지게 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 돌출부의 제1 및 제2 지지바를 각각 전후측 하방을 향해 경사지게 배치함에 따라, 보강재의 양측에서 가해지는 충격에 대한 강성을 향상시킬 수 있다.

그리고 본 발명은 패널을 여러 차례 절곡 성형하고, 패널 양단부를 각각 절곡 성형한 각 끝단을 패널 중앙부에 배치되는 돌출부의 전후측면에 접합함에 따라, 보강재 중앙부의 강성을 향상시킬 수 있다.

이와 함께, 본 발명은 용접 작업시 가해지는 열에 의한 제1 및 제2 완충부의 변형에 따른 외관 품질 저하를 방지할 수 있고, 용접 부위의 분리 또는 손상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 제1 및 제2 지지바를 각각 경사지게 성형함에 따라, 수직 방향을 따라 절곡해서 성형하는 경우에 비해, 성형 작업의 난이도를 감소시켜 용이하게 작업이 가능하게 함으로써, 작업성을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 6은 도 5에 도시된 보강재의 변형 예를 예시한 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 보강재(20)의 제1 및 제2 지지바(32,33)는 수직 방향을 따라 배치되도록 변형될 수도 있다.

다시 도 4 및 도 5에서, 제1 완충부(22)는 제1 지지바(32)의 하단에 연결되고 전측을 향해 절곡 형성되는 제1 수평바(42), 제1 수평바(42)의 전단에서 상방을 향해 절곡 형성되는 제1 수직바(43) 및 제1 수직바(43)의 상단에서 후측을 향해 절곡 형성되는 제2 수평바(44)를 포함할 수 있다.

이에 따라, 제1 완충부(22) 내부에는 대략 직사각 형상의 제1 충격흡수공간(41)이 형성될 수 있다.

마찬가지로, 제2 완충부(23)는 제2 지지바(33)의 하단에 연결되고 후방을 향해 절곡 형성되는 제3 수평바(52), 제3 수평바(52)의 후단에서 상방을 향해 절곡 형성되는 제2 수직바(53) 및 제2 수직바(53)의 상단에서 전방을 향해 절곡 형성되는 제4 수평바(44)를 포함할 수 있다.

이에 따라, 제2 완충부(23) 내부에는 대략 직사각 형상의 제2 충격흡수공간(51)이 형성될 수 있다.

한편, 도 5에서 제1 및 제2 충격흡수공간(41)은 세로 길이에 가로 길이가 긴 대략 직사각 형상으로 도시되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 제1 및 제2 충격흡수공간을 대략 정사각 형상이나, 가로 길이에 비해 세로 길이가 긴 직사각 형상으로 형성하도록 변경될 수 있다.

그리고 본 발명은 제1 및 제2 충격흡수공간의 크기를 서로 다르게 형성하도록 변경될 수 있다.

예를 들어, 도 7 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재의 단면도이다.

제1 완충부(22)의 전후 방향 길이, 즉 가로 길이(L1)는 도 7에 도시된 바와 같이 제2 완충부(23)의 가로 길이(L2)보다 짧게 형성될 수 있다.

또는, 제1 완충부(22)의 가로 길이(L1)는 도 8에 도시된 바와 같이 제2 완충부(23)의 가로 길이(L2)보다 길게 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 보강재에 안착되는 배터리팩의 규격, 즉 크기나 무게 등 다양한 조건에 따라 제1 및 제2 완충부의 전후 방향 길이를 조절해서 제1 및 제2 충격흡수공간을 비대칭 형상으로 마련할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명은 보강재에 마련되는 보강재의 제1 및 제2 충격흡수공간의 형상을 다양한 조건에 따라 변형해서 외부에서 가해지는 충격을 효과적으로 완충할 수 있다.

한편, 도 5에서 제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단은 각각 용접 부위(P)의 강성을 보강하기 위해, 상방을 향해 절곡되고, 미리 설정된 길이만큼 상방으로 연장된 상태에서 제1 및 제2 지지바(32,33)의 측면과 겹쳐져서 접합되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재의 단면도이다.

제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단은 각각 제1 및 제2 지지바(32,33)의 측면과 접촉되게 배치된 상태에서 용접 방식으로 제1 및 제2 지지바와 용접 방식으로 접합될 수 있다.

또는, 제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단은 하방을 향해 절곡되고, 미리 설정된 길이만큼 하방으로 연장된 상태에서 제1 및 제2 지지바(32,33)의 측면과 겹쳐져서 용접 방식으로 접합될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 돌출부의 제1 및 제2 지지바와 용접되는 제1 및 제2 완충부의 끝단 형상을 변형해서 외부에서 가해지는 충격을 효과적으로 완충하도록 변경될 수도 있다.

그리고 제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단과 각각 제1 및 제2 지지바(32,33)는 심 용접(seam welding) 방식이나 레이저 용접(laser welding) 방식으로 접합될 수 있다.

상기 심 용접은 한 쌍의 롤러 전극 사이에 피용접물을 배치하고, 전극에 압력을 준 상태에서 전극을 회전시키면서 연속적으로 점 용접을 반복하는 방식이다.

제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단과 제1 및 제2 지지바(32,33)를 심 용접 방식으로 접합하는 경우, 제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단과 각각 제1 및 제2 지지바(32,33)에는 각각 상하로 배열되어 쌍을 이루는 용접 점들이 미리 설정된 간격으로 형성된다.

상기 레이저 용접은 고 에너지 레이저 광선을 이용해서 피용접물에 고에너지를 전달해서 가열하여 용접하는 방식으로, 약 0.2㎜ 정도까지의 미세한 크기로도 용접이 가능하며, 열을 직접 전달하는 방식이 아니라 대부분 대상 물체가 레이저의 에너지를 흡수하여 열이 나는 원리이기 때문에, 다른 방법에 비해 효율적으로 가열과 냉각이 가능하다.

제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단과 제1 및 제2 지지바(32,33)를 레이저 용접 방식으로 접합하는 경우, 제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단과 각각 제1 및 제2 지지바(32,33) 에는 각각 용접 점들이 연속된 용접 라인이 상하로 나란하게 배치되는 지그재그 형상으로 형성되도록 용접될 수 있다.

물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단과 제1 및 제2 지지바(32,33)를 각각 용접 점들이 연속된 용접 라인이 상하로 나란하게 연속적으로 형성되도록 용접할 수도 있다.

또한, 본 발명은 심 용접이나 레이저 용접 이외에도, CO2 용접이나 스폿 용접 등 다양한 방식으로 용접하도록 변경될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 제1 및 제2 완충부와 제1 및 제2 지지바의 용접 부위를 최소화하고, 용접 부위의 내구성을 증대함으로써, 차량 충돌시 충격에 의한 용접 부위의 분리 또는 손상을 방지할 수 있다.

한편, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재의 단면도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 보강재(20)의 돌출부(21) 상면, 즉 상면웹(31)에는 외부에서 가해지는 충격력을 완충할 수 있도록, 제1 엠보부(34)가 형성될 수 있다.

그리고 제1 및 제2 완충부(22,23)의 상면, 즉 제2 수평바(44)와 제4 수평바(54) 중에서 하나 이상에는 각각 제2 및 제3 엠보부(45,55)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.

제1 내지 제3 엠보부(34,45,55)는 각각 보강재(20)의 길이 방향을 따라 상방으로 볼록하게 돌출 또는 오목하게 요입 형성될 수 있다. 그래서 제1 내지 제3 엠보부(34,45,55)는 상면웹(31), 제2 및 제4 수평바(44,54)의 단면적을 확장시킴에 따라, 차량의 충돌시 상면웹(31), 제2 및 제4 수평바(44,54)의 강성을 보강할 수 있다.

여기서, 제1 내지 제3 엠보부(34,45,55)는 각각 약 2㎜ 내지 15㎜의 곡률반경으로 형성될 수 있다.

물론, 제1 내지 제3 엠보부(34,45,55)의 형상 및 개수는 범퍼빔(10)의 크기에 따라 다양하게 변경될 수 있음에 유의하여야 한다.

이와 같이, 본 발명은 보강재의 돌출부와 제1 및 제2 완충부에 엠보부를 형성해서 강성을 보강함으로써, 외부에서 가해지는 충격력을 더욱 효과적으로 완충할 수 있다.

다음, 도 12를 참조하여 배터리 케이스용 보강재의 제조방법을 상세하게 설명한다.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 케이스용 보강재를 성형하는 과정을 예시한 도면이다.

보강재(20)는 도 12에 도시된 바와 같이, 복수의 롤 포머를 이용해서 평판 형상의 패널을 도 5에 도시된 단면 형상이 되도록 점차적으로 절곡 성형하는 롤 포밍 성형 방식으로 제조된다.

예를 들어, 상기 롤 포머는 30개로 마련될 수 있다.

물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 성형하고자 하는 보강재의 형상 및 규격에 따라 롤 포머의 수량 및 형상을 다양하게 변경할 수 있다.

보강재(20)의 성형이 완료되면, 제1 및 제2 완충부(22,23)의 끝단과 제1 및 제2 지지바(32,33)를 서로 겹쳐지게 배치한 상태에서 용접 방식으로 접합한다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 보강재의 전후측에 각각 충격흡수공간을 마련해서 단면을 山 형상으로 제조함으로써, 차량 충돌시 발생하는 충돌 에너지를 효과적으로 흡수해서 배터리팩에 충격이 전달되는 것을 차단할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 보강재의 전후측에 각각 충격흡수공간을 마련해서 단면이 山 형상으로 제조된 보강재를 배터리 케이스에 좌우 방향을 따라 배치해서 배터리 케이스의 측면 강성을 보강하여 차량 충돌시 발생하는 충돌 에너지를 효과적으로 흡수해서 배터리팩에 충격이 전달되는 것을 차단하는 배터리 케이스용 보강재 및 그가 적용된 배터리 케이스 기술에 적용된다.

1: 전기 자동차 2: 배터리팩
3: 차체프레임 4: 엔진
10: 배터리 케이스
11: 베이스판부재 12: 지지부재
13: 상부커버 14: 흡수부재
15: 팩고정부재 16: 홀더부재
17: 플랜지
20: 보강재
21: 돌출부 22,23 : 제1, 제2 완충부
31: 상면웹 32,33: 제1,제2 지지바
34: 제1 엠보부
41: 제1 충격흡수공간 42,44: 제1,제2 수평바
43: 제1 수직바 45: 제2 엠보부
51: 제2 충격흡수공간 52,44: 제3, 제4 수직바
53: 제2 수평바 55: 제3 엠보부
P: 용접 부위

Claims (9)

1. 상방을 향해 돌출 형성되는 돌출부,
   상기 돌출부의 전후단에 각각 제1 및 제2 충격흡수공간을 형성하도록 단면이 사각 형상으로 3중 절곡 형성되는 제1 및 제2 완충부를 포함하여
   하나의 패널을 롤 포밍 성형 방식으로 여러 차례 절곡 성형해서 단면이 '山' 형상으로 형성되고,
   배터리 케이스에 좌우 방향을 따라 설치되어 배터리 케이스의 측면 강성을 보강하는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스용 보강재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부는 단면이 '∩' 형상을 이루도록 상면에 수평하게 배치되는 상면웹과
   상기 상면웹의 전후단에서 각각 하방을 향해 연장되는 제1 및 제2 지지바를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 지지바에는 상기 제1 및 제2 완충부의 끝단이 각각 상기 제1 및 제2 지지바에 겹쳐지도록 배치된 상태에서 용접 방식으로 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스용 보강재.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 지지바는 각각 상부에서 하부로 갈수록 상기 제1 및 제2 지지바 사이의 거리가 멀어지도록 전측 하방과 후측 하방을 향해 미리 설정된 각도만큼 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스용 보강재.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 완충부는 상기 제1 지지바의 하단에 연결되고 전측을 향해 절곡 형성되는 제1 수평바,
   상기 제1 수평바의 전단에서 상방을 향해 절곡 형성되는 제1 수직바 및
   상기 제1 수직바의 상단에서 후측을 향해 절곡 형성되는 제2 수평바를 포함하고,
   상기 제1 완충부 내부에는 상기 제1 충격흡수공간이 형성되며,
   상기 제2 완충부는 상기 제2 지지바의 하단에 연결되고 후방을 향해 절곡 형성되는 제3 수평바,
   상기 제3 수평바의 후단에서 상방을 향해 절곡 형성되는 제2 수직바 및
   상기 제2 수직바의 상단에서 전방을 향해 절곡 형성되는 제4 수평바를 포함하고,
   상기 제2 완충부 내부에는 상기 제2 충격흡수공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스용 보강재.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 완충부는 각각 상부에 안착되는 배터리팩의 규격에 따라 상기 제1 및 제2 완충부의 전후 방향 길이가 조절되고,
   상기 제1 및 제2 충격흡수공간은 대칭 형상 또는 비대칭 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스용 보강재.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 완충부의 끝단은 각각 상방 또는 하방을 향하도록 절곡되고, 미리 설정된 길이만큼 연장된 상태에서 상기 제1 및 제2 지지바의 측면과 겹쳐져서 용접 방식으로 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스용 보강재.
7. 제2항에 있어서,
   상기 돌출부와 제1 및 제2 완충부의 상면 중에서 하나 이상에는 단면적을 증가시켜 상기 보강재의 측면 강성을 보강하도록, 하나 이상의 엠보부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스용 보강재.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 케이스용 보강재가 적용된 배터리 케이스에 있어서,
   베이스판부재,
   상기 베이스판부재의 상면 가장자리를 따라 배치되는 지지부재,
   상기 베이스판부재에 좌우 방향을 따라 하나 이상 배치되어 배터리 케이스의 측면 강성을 보강하는 보강재,
   각 보강재 상부에 마련되고 서로 이웃하는 상기 보강재 사이에 배치되는 배터리팩을 고정하는 팩고정부재,
   상기 팩고정부재의 상단에 배치되어 상기 팩고정부재를 탄성적으로 지지하는 홀더부재 및
   상기 지지부재의 상부에 결합되고 상기 보강재에 안착된 배터리팩의 상부를 차폐하는 상부 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스용 보강재가 적용된 배터리 케이스.
9. 제8항에 있어서,
   상기 지지부재의 외면에는 외부에서 전달되는 충격을 흡수하는 폐단면 형상의 흡수부재가 마련되고,
   상기 지지부재는 하나의 패널을 롤 포밍 성형 방식으로 절곡 성형해서 '日' 형상의 폐단면을 갖도록 제조되는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스용 보강재가 적용된 배터리 케이스.

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