KR20220093234A - 전기 또는 하이브리드 차량의 배터리 팩용의 보강 프레임, 보강된 배터리 팩 및 그 배터리 팩의 조립 방법 - Google Patents

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가간 탄돈
로버트 저맬런
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아르셀러미탈
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Abstract

본 발명은 전기 또는 하이브리드 차량 (37) 의 배터리 팩 (2) 용의 보강 프레임 (1) 에 관한 것으로, 상기 배터리 팩 (2) 은 차폐 요소상에 놓여 그에 고정된 복수의 배터리 셀들을 포함하고, 상기 보강 프레임은 적어도, 상기 배터리 팩 및 상기 차량의 본체 쌍방에 고정되도록 제공되는 보강 프레임 체결 부분 (3), 및 적어도 상기 배터리 셀들을 둘러싸도록 제공되는 보강 프레임 중공 부분 (4) 을 포함한다.

Description

전기 또는 하이브리드 차량의 배터리 팩용의 보강 프레임, 보강된 배터리 팩 및 그 배터리 팩의 조립 방법
본 발명은 자동차 산업에서의 보호 및 보강 요소에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 또는 하이브리드 차량의 배터리 팩의 보호에 관한 것이다.
전기 차량 또는 하이브리드 차량은 적어도 하나의 무겁고 부피가 큰 배터리 팩을 포함해야 한다. 이 배터리 팩은 다수의 배터리 셀들로 구성되어 있으며, 이는 차량 사고 시에 발생할 수 있는 물리적 침입 및 조립 시에 배터리 팩이 고려된 차량으로 이동하는 동안 기계적 충격에 대해 매우 잘 보호되어야 한다.
미국 특허 출원 13/940,735 로부터, 트레이 또는 터브 (tub) 에 삽입된 복수의 셀들을 포함하는 배터리 팩을 설계하는 것이 알려져 있는데, 이는 플레이트 바닥 및 이 바닥의 주변 가장자리로부터 상향 절곡된 벽을 포함한다. 셀들의 양호한 보호를 위해 벽은 내부 프레임과 외부 프레임으로 보강된다. 그러나, 트레이의 클리어런스 각도는 배터리 셀들을 트레이에 삽입할 때 공간의 최적화에 문제가 되는 로스트 존 (lost zone) 을 형성한다.
또한, 종래 기술의 배터리 팩 구조는 충돌 관리의 관점에서 차량의 전체 성능을 향상시키는데 이용되지 않는다. 이는 차량에 추가 개선을 가져올 목적 없이, 단지 배터리 셀들을 호스팅하고 보호하도록 설계된다.
DE102016115037A1 으로부터, 3차원 부분들로 형성된 후에 서로 용접되는 4 개의 상이한 요소들을 사용하여 내부 및 외부 프레임 구조를 형성하는 것이 알려져 있다.
본 발명의 목적은 배터리 팩의 배터리 셀 배치를 최적화하면서도 배터리 팩의 배터리 셀을 효율적으로 보호할 수 있는 방법을 제공하여 차량 충돌 관리의 전체적인 개선에 기여함으로써 종래 기술의 단점들을 개선하는데 있다.
다음의 도면 및 설명에서 볼 수 있듯이, 본 발명은 제품 디자인의 유연성 및 조립 순서의 유연성의 관점에서 추가적인 이점을 제공한다.
이를 위하여 본 발명의 제 1 주제는, 전기 또는 하이브리드 차량의 배터리 팩용의 보강 프레임으로 구성되며, 배터리 팩은 차폐 요소에 놓여 그에 고정된 다수의 배터리 셀들을 포함하고, 보강 프레임은 적어도 다음의 것을 포함한다:
- 배터리 팩 및 차량의 본체 쌍방에 고정되도록 제공되는 보강 프레임 체결 부분, 및
- 적어도 배터리 셀들을 둘러싸도록 제공되는 보강 프레임 중공 부분.
본 발명에 따른 보강 프레임은 또한 개별적으로 또는 조합으로 아래에 나열된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 보강 프레임은 쌍방이 체결 섹션 및 보강 섹션을 갖는 내부 부분 및 외부 부분을 포함하고, 체결 섹션들은 보강 프레임 체결 부분을 형성하도록 서로 고정되고, 보강 섹션들은 보강 프레임 중공 부분을 경계짓는다.
- 내부 및 외부 부분의 보강 섹션들 쌍방은 L자 형상으로 이루어지고, 보강 프레임 중공 부분의 Y축에 대해서 대칭되게 배치되어 정사각형 또는 직사각형의 보강 프레임 중공 부분을 형성한다.
- 보강 프레임은 보강 프레임 중공 부분으로부터 연장되어 있는 덮개 프레임을 포함하고, 덮개 프레임은 배터리 셀들의 상부 커버에 고정되도록 제공된다.
- 내부 및 외부 부분 쌍방은 고려된 보강 부분으로부터 연장되어 있는 덮개 부분을 가지며, 덮개 부분들은 덮개 프레임을 형성하기 위해 서로 고정되어 있다.
- 내부 및 외부 부분들은 프레스 경화가능한 강으로 제조된다.
- 내부 및 외부 부분들은 레이저 용접된 블랭크들로 제조된다.
- 보강 프레임의 임의의 주어진 단면에 대해, 내부 부분의 시트 두께와 최소 인장 강도의 곱은 외부 부분의 시트 두께와 최소 인장 강도의 곱 이상이다.
- 보강 프레임은 일반적인 사각형 또는 직사각형 형상을 가지며, 코너들은 모따기된 코너들이다.
- 보강 프레임은, 보강 프레임 중공 부분의 내부에 위치하고 보강 프레임 중공 부분에 고정되는 적어도 종방향 보강 부재를 포함한다.
- 종방향 보강 부재는 오메가 형상의 단면을 가진다.
본 발명의 제 2 주제는, 다수의 배터리 셀들과 보강 프레임을 포함하는 전기 또는 하이브리드 차량용의 보강된 배터리 팩으로 구성되며, 이는 개별적으로 또는 조합하여 고려되는 아래에 나열된 선택적인 특징들을 추가적으로 포함한다:
- 배터리 팩으로의 침입을 방지하도록 제공된 차폐 요소로 불리우는 하부 보호 요소,
- 배터리 셀들의 냉각을 위해 제공된 차폐 요소 상에 놓이는 냉각 수단,
- 냉각 수단 위에 놓여 있고, 다수의 하우징 부재를 형성하는 다수의 하우징 크로스부재를 포함하는 메쉬로서, 각각의 배터리 셀이 고려된 하우징 부재 내에 수용되는, 상기 메쉬,
- 전술한 보강 프레임으로서, 차폐 요소에 고정되는 보강 프레임 체결 부분 및 적어도 배터리 셀을 둘러싸는 보강 프레임 중공 부분을 구비하는, 상기 보강 프레임, 및
- 보강 프레임에 고정되는 상부 커버.
본 발명에 따른 보강된 배터리 팩은 또한 개별적으로 또는 조합으로 고려된 아래에 나열된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 덮개 부재는 보강 프레임의 상부 커버 프레임에 고정된다.
- 보강된 배터리 팩은 차폐 요소와 냉각 수단 사이에 위치하는 규칙적으로 이격된 침입-방지 크로스부재들을 포함한다.
- 차폐 요소는 1300 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 강으로 만들어진다.
본 발명의 제 3 주제는 본 발명에 따른 보강된 배터리 팩을 조립하고 이를 전기 또는 하이브리드 차량의 본체에 부착하는 방법으로 구성되고, 본체는 플로어, 적어도 한 쌍의 후방 부재들 및 한 쌍의 전방 부재들을 포함하고, 쌍들은 서로 대향하고 후방 및 전방 충격을 흡수하도록 제공되고, 2 개의 사이드 실들 (side sills) 은 플로어에 고정되어 서로 대향하고 측방 충격을 흡수하도록 제공되고, 상기 방법은 적어도 다음의 단계들을 포함한다:
- 배터리 셀들을 제공하는 단계,
- 내부 부분 및 외부 부분 을 제공하는 단계,
- 배터리 셀들 주위에 내부 부분을 위치시키는 단계,
- 차량의 전방을 향하여 위치한 외부 부분의 코너들이 전방 부재들의 후방 단부에 인접하고 차량의 후방을 향하여 위치한 외부 부분의 코너들이 후방 부재들의 전방 단부에 인접하도록 쌍으로 된 사이드 실들에 외부 부분의 체결 섹션을 부착하는 단계,
- 하이브리드 또는 전기 차량의 본체에 부착된 체결 부분 및 배터리 셀들을 둘러싸는 중공 부분을 갖는 보강 프레임을 형성하기 위해 외부 부분의 체결 섹션에 내부 부분의 체결 섹션을 부착하는 단계.
본 발명의 제 4 주제는 본 발명에 따른 보강된 배터리 팩을 조립하고 이를 전기 또는 하이브리드 차량의 본체에 부착하는 방법으로 구성되고, 본체는 플로어, 적어도 한 쌍의 후방 부재들 및 한 쌍의 전방 부재들을 포함하고, 쌍들은 서로 대향하고 후방 및 전방 충격을 흡수하도록 제공되고, 2 개의 사이드 실들 (side sills) 은 플로어에 고정되어 서로 대향하고 측방 충격을 흡수하도록 제공되고, 상기 방법은 적어도 다음의 단계들을 포함한다:
- 배터리 셀들을 제공하는 단계,
- 내부 부분 및 외부 부분을 제공하는 단계,
- 체결 부분 및 중공 부분을 갖는 보강 프레임을 형성하기 위해 내부 부분 및 외부 부분의 체결 섹션들을 서로 부착하는 단계,
- 배터리 셀들 주위에 보강 프레임을 위치시키는 단계,
- 차량의 전방을 향하여 위치한 보강 프레임의 코너들이 전방 부재들의 후방 단부에 인접하고 차량의 후방을 향하여 위치한 보강 프레임의 코너들이 후방 부재들의 전방 단부에 인접하도록 쌍으로 된 사이드 실들에 체결 부분을 부착하는 단계.
본 발명 다른 특징들 및 이점들은 다음의 설명에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은 다음을 참조하여, 단지 설명의 목적으로만 제공되고 비제한적으로 의도된 다음의 설명을 읽음으로써 보다 양호하게 이해될 것이다:
도 1 은 본 발명에 따른 보강된 배터리 팩을 포함하는 차량의 본체의 사시도이다;
도 2 는 보강 프레임 내부를 포함하는 보강된 배터리 팩의 일부의 사시도이다;
도 3 은 본 발명에 따른 보강 프레임의 평면도이다;
도 4 는 화살표 IV 를 따르는 도 3 의 단면도이다;
도 5 는 도 3 의 보강 프레임 내부의 사시도이다;
도 6 은 도 3 의 보강 프레임 외부의 사시도이다;
도 7 은 본 발명의 보강된 배터리 팩의 특정 실시예의 일부의 분해도이다;
도 8 은 본 발명의 보강된 배터리 팩의 특정 실시예의 조립 과정을 나타낸 것이다;
도 9 는 차량의 본체의 전방 부분의 저부도이다;
도 10 은 도 9 의 차량의 본체의 후방 부분의 저부도이다.
본 출원에서 사용된 "하부", "상부", "위", "아래", "최저", "최고", "상부", "바닥", "좌측", "우측" 이라는 용어는 지면에 수직으로 위치되는 경우에 보강 프레임, 배터리 팩 및 차량의 상이한 부분들의 위치 및 방향에 관한 것임에 유의해야 한다. 또한, 차량의 통상의 주행 방향에 따라 "전방", "전방향", "후방", "뒤", "후방향" 이라는 용어를 정의하게 된다. "실질적으로 수직" 이라는 용어는 90° +/- 15° 의 각도를 정의하고, "실질적으로 평행" 이라는 용어는 0° +/- 15° 의 각도를 정의한다.
본 발명의 제 1 주제는 도 1 내지 도 6 을 참조하여 후술하게 될 보강 프레임 (1) 이다.
이러한 보강 프레임 (1) 은 하이브리드 또는 전기 차량 (37) 의 배터리 팩의 배터리 셀 (29) 을 기계적 충격 및 물리적 침입으로부터 보호하도록 설계된다. 따라서, 보강 프레임 (1) 은 도 1 에 도시되는 바와 같이 배터리 팩 및 차량 (37) 의 본체 (30, 31) 모두에 고정되도록 제공된다. 보강 프레임 (1) 은 배터리 셀 (29) 을 보호하는 한편, 작용 충돌 에너지 관리를 제공한다.
배터리 팩은 전기 및 하이브리드 차량의 공지의 부품이고 다수의 셀 (29) 을 본질적으로 포함하고 있다.
특정 실시형태에서, 배터리 셀 (29) 은 차폐 요소 (15) 상에 놓인다. 이 차폐 요소 (15) 는 예를 들어 0.15 중량% 내지 0.5 중량% 의 탄소를 포함하는 완전한 마르텐사이트계 강으로 제조된다. 이 마르텐사이트계 강은 1800 MPa 보다 큰 인장 강도를 가지며, 이는 특히 차폐 요소 (15) 가 바닥으로부터 오는 물리적 침입에 대해 저항성을 갖도록 한다.
본 발명의 보강 프레임 (1) 은 강으로 이루어지고, 배터리 팩을 차량 (37) 의 본체 (30, 31) 에 고정시키기 위해 제공되는 보강 프레임 체결 부분 (3), 및 보강 프레임 체결 부분 (3) 에 고정되며 적어도 배터리 셀 (29) 을 감싸도록 제공되는 보강 프레임 중공 부분 (4) 을 포함한다.
본 발명에 따르면, 보강 프레임 (1) 은 서로 고정되는 2 개의 링형상 요소 (10, 11) 로 만들어진다. 이러한 두 요소는 또한 보강 프레임 (1) 의 내부 부분 (10) 및 외부 부분 (11) 이라 불린다. 내부 부분 (10) 은 적어도 배터리 셀 (29) 을 감싸도록 마련되고, 외부 부분 (11) 은 차량 (37) 의 본체 (30, 31) 의 일부와 접촉하도록 마련된다.
도 3 에 보고된 바와 같이, 보강 프레임은 2 개의 종방향 섹션 (33, 34), 2 개의 횡방향 섹션 (31, 32) 및 4 개의 코너 (24) 를 갖는, 종방향 축선 X 를 따라 연장되는 실질적으로 직사각형 형상을 갖는다.
보강 프레임 (1) 의 각 부분 (10, 11) 은 강 블랭크를 스탬핑함으로써 제조된다. 특정 실시예에서, 스탬핑 작업은 핫 스탬핑 작업이며, 여기서 블랭크는 가열되고 이어서 스탬핑 툴에서 켄칭된다. 따라서, 충격의 경우에 매우 양호한 저항성을 갖도록 매우 높은 기계적 특성을 보장하면서 부품에 필요한 복잡한 형상을 얻는 것이 가능하다.
특정 실시예에서, 보강 프레임 (1) 의 각 부분 (10, 11) 은 여러 개의 서브-블랭크를 포함하는 테일러 용접된 블랭크를 스탬핑함으로써 제조된다. 서브-블랭크들은 기계적 성능 및 부품의 중량을 최적화하기 위해, 상이한 두께 및/또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 충격 시에 적절한 보호를 제공하기 위해 더 높은 기계적 저항이 필요한 영역에서는, 더 큰 두께 및/또는 더 많은 저항성을 가진 강 등급이 사용된다. 반면, 기계적 저항이 낮을 수 있는 영역에서는, 두께를 작게 하여 부품의 무게를 줄일 수 있다. 이러한 테일러 용접 블랭크 설계의 예는 도 2, 3, 5 및 6 에 묘사되어 있으며, 여기서는 용접 라인 (35) 이 명백하게 만들어진다. 이 실시예에서, 내부 및 외부 부분 (10, 11) 모두는 2 개의 블랭크를 형성하기 위해 맞대기 레이저 용접을 사용하여 함께 결합된 6 개의 서브-블랭크들 또는 피스들로 만들어진다: 각각의 종방향 부재 (33, 34) 에 대해 하나의 피스, 2 개의 코너 (24) 및 횡방향 부재 (32) 에 대해 하나의 피스, 및 나머지 코너 (24) 및 나머지 횡방향 부재 (31) 에 대해 3 개의 피스. 이러한 레이저 용접 블랭크 개념은 매우 유연하며, 배터리 팩에 적용되는 안전, 조절 및 최적화된 중량 요건을 충족시키기 위해 여러 변형을 허용한다. 본 예에서는, 6 개의 서브-블랭크를 갖는 레이저 용접 블랭크가 제시되었다. 그러나, 설계할 특정 배터리 팩의 엔지니어링 및 비용 제약을 고려하여 필요한 만큼 적거나 많은 블랭크를 선택할 수 있다.
특정 실시예에서, 내부 및 외부 부분 (10, 11) 을 제조하는데 사용되는 레이저 용접 블랭크는 보강 프레임 (1) 의, 차량 (37) 의 측면에 대해 평행하게 위치되는 부분 및 보강 프레임 (1) 의 코너에 대응하는 부분에서 더 큰 두께를 가질 것이다. 실제로, 차량 (37) 에 대한 측면 충격의 경우, 예를 들어 차량 (37) 의 측면에 대한 폴 충격의 경우, 차량 (37) 의 측면에 대해 평행하게 위치하는 보강 프레임 (1) 의 부분은 매우 높은 국부 하중에 노출될 것이며, 따라서 보강될 필요가 있다. 또한, 전방 또는 후방 충돌시, 충격에 의한 하중이 후술하는 바와 같이 코너 부분을 통하여 보강 프레임 (1) 의 나머지 부분으로 전달된다. 따라서 코너 부분도 보강될 필요가 있다.
내부 부분 (10) 과 외부 부분 (11) 은 함께 조립된다. 내부 및 외부 부분 (10, 11) 쌍방은 보강 프레임 (1) 의 보강 프레임 체결 부분 (3) 을 형성하기 위해, 도 8 에 도시된 바와 같이 고정 수단 (21) 에 의해 서로 고정되는 체결 섹션들 (5, 6) 을 갖는다. 바람직하게는, 2 개의 체결 섹션들 (5, 6) 은 접촉된다. 또한, 내부 및 외부 부분 (10, 11) 쌍방은 보강 프레임 (1) 의 보강 프레임 중공 부분 (4) 을 형성하는 보강 섹션들 (7, 8) 을 갖는다.
바람직한 예로서, 외부 및 내부 부분 (10, 11) 의 체결 섹션들 (5, 6) 은 함께 볼트 결합된다.
도 4 에 도시된 바와 같이 그리고 본 발명에 따르면, 각 보강 섹션의 형상의 예에 대해 설명한다.
내부 및 외부 부분 (10, 11) 의 보강 섹션들 (7, 8) 은 모두 실질적으로 L자형이며, 보강 프레임 중공 부분 (4) 의 축선 (Y) 을 기준으로 대칭 위치들에 배치된다. 보다 구체적으로, 도 4 를 살펴보면, 내부 부분 (10) 의 보강 섹션 (7) 은 L자 형상인 반면, 외부 부분 (11) 의 보강 섹션 (8) 은 역 L자 형상이다. 보강 섹션들 (7, 8) 이 실질적으로 L-형상을 따라 연장되지만, 예를 들어 차량 (37) 의 환경 요소들에 의해 유도된 패키징 제약을 고려하기 위해, 노치 등과 같은 완벽한 L-형상에 비해 일부 변형을 도입하는 것이 가능하다는 것을 주목해야 한다. 또한, 내부 및 외부 부분 (10,11) 이 보강 프레임 중공 부분 (4) 을 형성한다면, 내부 및 외부 부분 (10,11) 은 대칭 위치들에 완전히 위치되지 않도록 약간 상이한 형상을 가질 수 있다는 것을 유의해야 한다.
보강 프레임 중공 부분 (4) 은 실질적으로 사각형 또는 직사각형 단면을 가진다. 이와 같이, 보강 프레임 중공 부분 (4) 은 4 개의 메인 벽들을 갖는다: 내부 부분 (10) 의 체결 섹션 (5) 이 연장되는 바닥 벽 (40) 및 대향되는 상부 벽(42), 배터리 셀 (29) 과 대향되는 내측 벽 (41) 및 외부 부분 (11) 의 체결 섹션 (6) 이 돌출되는 대향되는 외측 벽 (43). 또한, 보강 프레임 (1) 은 실질적으로 사각형 또는 직사각형 형상을 갖는다.
따라서, 바닥 벽 (40) 은 바닥 벽 (40) 으로부터 평행하게 연장되는 내측 부분 (10) 의 체결 섹션 (5) 과 연속되며, 외측 벽 (43) 은 외부 부분 (11) 의 체결 섹션 (6) 과 실질적으로 직교한다.
차량의 충돌시, 보강 프레임 (1) 은 내부 부분 (10) 의 침입-방지 거동에 의해 배터리 셀 (29) 을 보호하면서 외부 부분 (11) 의 변형을 통해 충돌 에너지의 일부를 흡수하도록 설계된다. 보강 프레임 (1) 이 차량의 중앙에 위치하기 때문에, 전방 충격, 후방 충격 또는 측방 충격시에 충돌 관리에 적극적인 역할을 할 것으로 기대된다. 외부 부분 (11) 은, 내부 부분 (10) 이 충격시에 배터리 셀 (29) 이 침입으로부터 완전히 보호되는 "노-고 (no-go)" 영역을 정의하는 동안에 충돌시에 일부 변형량을 유지할 수 있도록 설계된다.
내부 부분 (10) 을 통한 침입-방지 및 외부 부분 (11) 을 통한 에너지 흡수의 이러한 이중 개념을 적용하는 한 가지 방법은, 임의의 주어진 단면에 대해, 내부 부분 (10) 의 시트 두께와 최소 인장 강도의 곱이 외부 부분 (11) 의 시트 두께와 최소 인장 강도의 곱과 같거나 그보다 더 큰 부분을 제공하는 것이다.
일 예로, 내부 및 외부 프레임 (10,11) 쌍방은 1300 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 프레스-경화 강으로 만들어진다. 이 강의 조성은 예를 들어 중량 백분율로 하기와 같다:
탄소 0.20 내지 0.25%
망간 1.1 내지 1.4%
규소 0.15 내지 0.35%
크롬 0.30% 미만
티타늄 0.02 내지 0.06%
알루미늄 0.02 내지 0.06%
황 0.005% 미만
인 0.025% 미만
붕소 0.002 내지 0.004%
철 및 제강공정에 기인한 불가피적 불순물 잔부
이 실시예에서, 내부 부분의 두께는 예를 들면 1.2 내지 1.6 mm 이다.
다른 실시예에서, 내부 및 외부 부분 (10,11) 쌍방은 1800 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 더 경질인 강으로 만들어진다. 이 강의 조성은 예를 들어 중량 백분율로 하기와 같다:
탄소 0.24 내지 0.38%
망간 0.40 내지 3%
규소 0.10 내지 0.70%
알루미늄 0.015 내지 0.07%
크롬 2% 미만
니켈 0.25 내지 2%
티타늄 0.015 내지 0.1%
니오븀 0.06% 미만
붕소 0.0005 내지 0.004%
질소 0.003 내지 0.01%
황 0.005% 미만
인 0.025% 미만
철 및 제강공정에 기인한 불가피적 불순물 잔부
본 실시예에서는, 내부 및 외부 부분 (10, 11) 의 두께는, 예를 들면, 1 내지 1.4 mm 이며, 이 부분은 이전의 실시예에서 기술된 강도가 낮은 강으로 만들어진 부분과 동일한 기계적 저항을 유지하면서 더 낮은 중량을 가질 수 있다.
이러한 두 가지 예의 강 합금은 강성이 커서, 보강 프레임 (1) 의 내부 부분 (10) 이 배터리 셀 (29) 을 통한 임의의 변형 또는 임의의 물리적 침입에 대해 양호한 보호를 제공한다.
본 발명에 따르면, 외부 부분 (11) 은 내부 부분 (10) 의 재질과 동일하거나 연성이 더 큰 재질로 형성된다. 일 예로서, 외부 부분 (11) 은 약 1000 MPa 의 인장 강도를 갖는 강으로 만들어진다. 이 강의 조성은 예를 들어 중량 백분율로 하기와 같다:
탄소 0.20 내지 0.25%
망간 1.1 내지 1.4%
규소 0.15 내지 0.35%
크롬 0.30% 미만
티타늄 0.02 내지 0.06%
알루미늄 0.02 내지 0.06%
황 0.005% 미만
인 0.025% 미만
붕소 0.002 내지 0.004%
철 및 제강공정에 기인한 불가피적 불순물 잔부
외부 부분 (11) 의 연성이 내부 부분 (10) 의 연성에 비해 크기 때문에, 외부 부분 (11) 은 어떠한 기계적 충격에도 변형이 가능하다. 이 경우에 발생하는 변형은 기계적 에너지 흡수를 불러일으켜, 내부 부분의 벽들 (40, 41) 에 의해 흡수되는 나머지 에너지를 감소시킨다. 이에 따라, 내부 부분 (10) 의 변형이나 열화의 위험성이 크게 감소한다.
바람직하게는, 도 6 에 도시된 바와 같이, 보강 프레임의 코너 (24), 보다 구체적으로는 보강 프레임 (1) 의 외부 부분 (10) 의 코너를 모따기한다. 이는 코너 (24) 에서의 재료의 박형화를 감소시켜, 보강 프레임 (1) 의 더 양호한 저항 및 종방향 부재 (33, 34) 및 횡방향 부재 (31, 32) 를 통한 더 양호한 에너지 전달을 초래한다.
도 4 에 도시되는 특정 실시예에 따르면, 보강 프레임 (1) 은 보강 프레임 중공 부분 (4) 으로부터 돌출된 덮개 부분 (9) 을 포함한다. 이러한 덮개 부분 (9) 에 의해, 배터리 팩의 상부를 밀폐하고 배터리 셀 (29) 을 보호하기 위해 구비된 상부 플레이트 (19) (도 8) 가 보강 프레임 (1) 의 덮개 부분 (9) 에 고정될 수 있다.
덮개 부분 (9) 을 형성하기 위해, 내부 및 외부 부분(10, 11) 쌍방은 고려된 보강 섹션 (7, 8) 으로부터 연장되는 덮개 섹션 (12, 13) 을 갖는다. 2 개의 덮개 섹션 (12, 13) 은 서로 고정되어 덮개 부분 (9) 을 형성한다. 바람직하게는, 2 개의 덮개 섹션 (12, 13) 은 접촉된다.
마지막으로, 보강 프레임 (1) 을 보강하기 위해, 다수의 보강 부재 (14) (도 7), 바람직하게는 각각의 종방향 및 횡방향 부재(31 - 34) 에 대해 하나의 보강 부재 (14) 가 중공 본체 (4) 내부에 삽입될 수 있고, 필요한 경우 또한 코너들에도 삽입될 수 있다. 각 보강 부재 (14) 는 양호한 에너지 흡수와 양호한 고정성을 제공하기 위해 오메가 형상을 갖는 것이 바람직하다. 보강 부재 (14) 는 보강 프레임 중공 부분 (4) 의 내벽 (41) 에 고정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 주제는 배터리 셀들 (29) 을 감싸는 전술한 보강 프레임 (1) 을 포함하는 보강된 배터리 팩 (2) 이다.
보강된 배터리 팩 (2) 의 특정 실시예의 일부가 도 2 에 사시도로 그리고 도 7 에서는 분해도로 도시된다. 또한, 배터리 셀 (29) 은 도 2 에 도시되지만 도 7 에는 도시되지 않는다는 것을 주목해야 한다.
보강된 배터리 팩 (2) 은 단독으로 또는 서로 임의의 가능한 조합으로 취해지는 보강된 배터리 팩 (2) 의 메이크-업에 선택적으로 포함될 수 있는 하기 열거된 다른 요소들과 함께 보강 프레임 (1) 및 배터리 셀들 (29) 을 포함한다. 다음의 목록들은 결코 포괄적이거나 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니라, 오히려 본 발명의 가능한 적용들을 예시하기 위한 예들로서 주어진다는 것에 유의해야 한다:
ㆍ 위에서 설명된 차폐 요소 (15);
ㆍ 차폐 요소 (15) 상에 놓이고 배터리 셀들 (29) 의 냉각을 위해 제공된 냉각 수단 (16). 일 예로서, 냉각 수단 (26) 은 서로 고정된 클래딩 요소들로 명명된 2 개의 열 전도성 요소들 및 2 개의 클래딩 요소들 (160, 161) 사이에 삽입된 냉각 시스템 (표현되지 않음) 을 포함한다.
ㆍ 차폐 요소 (15) 에 고정되고 상기 차폐 요소 (15) 와 냉각 수단 (16) 사이에 위치되는 규칙적으로 이격된 침입-방지 크로스부재 (20);
ㆍ 냉각 수단 (16) 상에 놓이는 복수의 하우징 크로스부재 (23) 를 포함하는 메쉬 (17). 하우징 크로스부재들 (23) 은 규칙적으로 디스패치되는 다수의 하우징 부재 (18) 를 형성한다.
ㆍ 바람직하게는, 횡방향 하우징 크로스부재 (23) 는 침입-방지 크로스부재 (20) 와 정렬되어, 차량 (37) 의 바닥으로부터의 침입의 경우에 침입-방지 크로스부재 (20) 와 횡방향 하우징 크로스부재 (23) 가 함께 협력하여 최적의 저항을 제공한다.
ㆍ 다수의 배터리 셀 (29) (도 2, 도 9 및 도 10). 각각의 배터리 셀 (29) 은 고려된 하우징 부재 (18) 내에 수용되고 냉각 수단 (16) 과 접촉한다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩이 본 발명의 보강 프레임 (1) 으로 보강되어, 보강된 배터리 팩 (2) 이 형성된다. 보강 프레임 (1) 의 보강 프레임 체결 부분 (3) 은 예를 들어 차폐 요소 (15) 에 고정된다. 보강 프레임 중공 부분 (4) 은 배터리 셀들 (29), 메쉬 (17) 및 냉각 수단 (16) 을 감싼다. 도 2 와 도 7 에는 보강 프레임의 내부 부분 (10) 만이 표시되어 있다.
마지막으로, 보강된 배터리 백 (2) 은 선택적으로 보강 프레임 (1) 에 고정되는 상부 커버 (19) (도 8) 로도 명명된 상부 플레이트를 포함한다. 예를 들어, 상부 플레이트 (19) 는 보강 프레임 (1) 의 덮개 프레임 (9) 에 볼트 결합된다. 유리하게는, 상부 플레이트 (19) 를 덮개 프레임 (9) 에 볼트 결합함으로써, 배터리 셀 (29) 또는 다른 요소들의 유지보수가 필요한 경우에 그것을 제거할 수 있다.
특정 실시예에 따르면, 도 8 에 나타낸 보강된 배터리 팩 (2) 의 조립 과정이 이제 설명된다.
제 1 단계에서, 제 1 조립체는 침입-방지 크로스부재 (20) 를 차폐 요소 (15) 에 고정함으로써 제공된다.
제 2 단계에서, 다음의 하위 단계를 따라 제 2 조립체가 제공된다.
- 클래딩 요소 (160, 161) 와 냉각 시스템을 조립하여 냉각 수단 (16) 을 형성하는 단계;
- 냉각 수단 (16) 에 메쉬 (17) 를 고정하는 단계;
- 메쉬 (17) 의 하우징 (18) 내부에 배터리 셀 (29) 을 제공하는 단계;
- 보강 프레임 (1) 을 냉각 수단 (16), 메쉬 (17) 및 배터리 셀 (29) 주위에 위치시키는 단계.
제 3 단계에서, 보강 프레임 (1) 의 보강 프레임 체결 부분 (3) 이 고정 수단 (21) 에 의해 차폐 요소 (15) 에 볼트 결합된다. 바람직하게는, 보강 프레임 (1) 의 내부 부분 (10) 과 외부 부분 (11) 및 차폐 요소 (15) 는 고정 수단 (21) 을 이용하여 동일한 단계에서 볼트 결합된다.
특정 실시예에서, 고정 수단 (21) 은 RB&W 에 의해 상용화된 SPAC® 너트와 같은 셀프 피어스 (Self Pierce) 및 클린치 (Clinch) 너트이다.
제 4 및 최종 단계에서, 상부 플레이트 (19) 가 보강 프레임 (1) 에 고정된다. 유리하게는, 상부 플레이트 (19) 는 보강 프레임 (1) 의 덮개 프레임 (9) 에 볼트 결합된다.
이어서, 보강된 배터리 팩 (2) 은 어떠한 물리적 충격 및 어떠한 물리적 침입에 대해서도 보호되고, 보강된 배터리 팩 (2) 의 임의의 추가 조립 공정 동안 안전하게 이동될 수 있다.
본 발명의 다른 공정에 따르면, 보강된 배터리 팩 (2) 은 차량 (37) 의 본체 (30, 31) 에 조립될 수 있다.
제 1 단계에서, 보강된 배터리 팩 (2) 은 보강 프레임 (1) 의 종방향 축선 (X) 이 차량의 종방향 축선 (X') 과 평행하도록 차량 (37) 의 본체 (30, 31) 내에 위치된다. 일단 위치되면, 보강 프레임 (1) 의 코너들 (24) 은 후방 부재 (25) 의 말단 및 전방 부재 (26) 의 말단과 각각 접촉한다.
제 2 및 최종 단계에서, 보강된 배터리 팩 (2) 의 보강 프레임 (1) 은 차량 (37) 의 본체 (30, 31) 의 사이드 실 (27) 에 고정된다.
이러한 구성에 의해, 차량 (37) 에 대한 임의의 종방향 충격의 에너지는 대응하는 부재 (25, 26) 를 통해 전달될 것이고, 보강 프레임 (1) 의 종방향 및 횡방향 부재 (31 - 34) 를 통해 코너 (24) 를 통해 전달될 것이며, 이는 보강된 배터리 팩 (2) 의 어떠한 변형이나 열화를 회피한다. 유사하게, 차량 (37) 의 본체의 사이드 실 (27) 에 대한 임의의 측면 충격은 보강 프레임 (1) 의 종방향 부재 (33, 34) 를 통해 전달될 것이다.
본 발명의 보강 프레임 (1) 은 전기 또는 하이브리드 차량의 배터리 팩을 보호하는데 큰 관심을 가지고 있다.
전술한 실시예들은 전적으로 비제한적이며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 내부 및 외부 부분 쌍방은 Usibor®1500 또는 Usibor®2000 과 같이, 동일한 고인장강도 강으로 제조할 수 있다. 마지막으로, 보강된 배터리 팩 (2) 은 보강 프레임 (1) 의 내부 부분 (10) 만을 포함할 수 있고, 보강 프레임 (1) 의 외부 부분 (11) 은 차량 (37) 의 본체 (30, 31) 에 고정된다. 이 경우, 차량에 대한 보강된 배터리 팩 (2) 의 조립은 내부 부분 (10) 의 체결 섹션 (5) 을 외부 부분 (11) 의 체결 섹션 (6) 에 볼트 결합함으로써 이루어진다.
본 발명의 제 3 및 제 4 주제는 차량 (37) 에 부착된 보강된 배터리 팩 (2) 의 조립 공정이다.
"body in white" 로서 알려진 차량 (37) 의 본체는, 용접, 리베팅, 클린칭, 본딩, 레이저 브레이징 등과 같은 상이한 기술들 중 하나 또는 그 조합을 사용하여 함께 결합된 차체의 구성요소들을 말한다.
도 1, 도 9 및 도 10 에 따르면, 차량 (37) 의 본체 (30, 31) 는 종방향 축선 (X') 에 대해 연장되고, 플로어 (28), 적어도 한 쌍의 후방 부재 (25) 및 한 쌍의 전방 부재 (26) 를 포함한다. 전방 부재 (26) 는 차량 (37) 의 전방에 있고, 후방 부재 (25) 는 차량의 후방에 위치한다. 따라서, 두 쌍의 부재들 (25, 26) 은 서로 대향하고, 전방으로부터 그리고 후방으로부터 오는 충격을 흡수하도록 제공된다. 또한, 차량 (37) 의 본체 (30, 31) 는, 플로어 (28) 에 고정되고 서로 대향하여 위치되는 2 개의 사이드 실 (27) 을 포함한다. 이러한 사이드 실 (27) 은 측면 충격을 흡수하도록 제공된다.
전술한 보강 프레임 (1) 은 두 가지 주요 조립 가능성에 따라, 여러 가지 상이한 방법으로 전체 차량 구조에 통합될 수 있다:
- 제 1 가능성에 따르면, 외부 부분 (11) 은 본체 (30, 31) 에 부착되고, 내부 부분 (10) 은 배터리 셀 (29) 의 주위에 위치한다. 이어서, 내부 부분 (10) 이 외부 부분 (11) 에 부착되어 배터리 팩 (2) 이 차량에 고정된다.
- 제 2 가능성에 따르면, 보강 프레임 (1) 을 형성하도록 내부 부분과 외부 부분 (10, 11) 이 먼저 서로 체결되고 이어서 배터리 셀 (29) 의 주위에 위치한다. 이와 같이 조립된 배터리 팩 (2) 은 보강 프레임 (1) 을 차량 본체에 부착함으로써 차량 본체에 부착된다. 이러한 제 2 구성에서, 완전 보강 프레임 (1) 은 배터리 팩 (2) 에 속하는 것으로 볼 수 있다.
제 1 가능성으로 돌아가면, 조립 시퀀스는 다음 단계들을 포함한다:
- 배터리 셀들 (29) 을 제공하는 단계,
- 내부 부분 (10) 및 외부 부분 (11) 을 제공하는 단계,
- 상기 배터리 셀들 (29) 주위에 상기 내부 부분 (10) 을 위치시키는 단계. 예를 들어, 배터리 셀들 (29) 은 차폐 요소 (15) 상에 놓이고 내부 부분 (10) 의 체결 부분 (5) 은 차폐 요소 (15) 에 체결된다.
- 차량 (37) 의 전방을 향하여 위치한 상기 외부 부분 (10) 의 코너들이 상기 전방 부재들 (26) 의 후방 단부에 인접하고 차량의 후방을 향하여 위치한 상기 외부 부분 (10) 의 코너들이 상기 후방 부재들 (25) 의 전방 단부에 인접하도록 쌍으로 된 상기 사이드 실들 (27) 에 상기 외부 부분 (11) 의 체결 섹션 (6) 을 부착하는 단계,
- 하이브리드 또는 전기 차량 (37) 의 본체에 부착된 체결 부분 (3) 및 상기 배터리 셀들 (29) 을 둘러싸는 중공 부분 (4) 을 갖는 보강 프레임 (1) 을 형성하기 위해 상기 외부 부분 (11) 의 상기 체결 섹션 (6) 에 상기 내부 부분 (10) 의 체결 섹션 (5) 을 부착하는 단계.
제 2 가능성으로 돌아가면, 조립 시퀀스는 다음 단계들을 포함한다:
- 배터리 셀들 (29) 을 제공하는 단계,
- 내부 부분 (10) 및 외부 부분 (11) 을 제공하는 단계,
- 체결 부분 (3) 및 중공 부분 (4) 을 갖는 보강 프레임 (1) 을 형성하기 위해 내부 부분 및 외부 부분 (10,11) 의 체결 섹션들 (5,6) 을 서로 부착하는 단계,
- 상기 배터리 셀들 (29) 주위에 상기 보강 프레임 (1) 을 위치시키는 단계. 예를 들어, 배터리 셀들 (29) 은 차폐 요소 (15) 상에 놓이고 내부 부분 (10) 의 체결 부분 (5) 은 차폐 요소 (15) 에 체결된다.
- 차량 (37) 의 전방을 향하여 위치한 상기 보강 프레임 (1) 의 코너들이 상기 전방 부재들 (26) 의 후방 단부에 인접하고 차량의 후방을 향하여 위치한 상기 보강 프레임 (1) 의 코너들이 상기 후방 부재들 (25) 의 전방 단부에 인접하도록 쌍으로 된 상기 사이드 실들 (27) 에 상기 체결 부분 (3) 을 부착하는 단계.
차량 내부에서의 보강 프레임 (1) 의 이러한 구성에 의해, 차량 (37) 에 대한 전방 또는 후방 충돌의 에너지는 대응하는 부재 (25, 26) 를 통해 전달될 것이고, 보강 프레임 (1) 의 종방향 및 횡방향 부재 (31 - 34) 를 통해 코너 (24) 를 통해 전달될 것이며, 이는 보강 프레임 (1) 의 내부 부분 (10) 의 어떠한 변형을 회피한다. 또한, 보강 프레임 (1) 은 전방 또는 후방 충돌시에 충격 에너지를 편향시켜 분배하는 역할을 한다. 실제로 차량 구조에 의한 고강도 및 중심 위치를 통해, 보강 프레임 (1) 은, 충격력이 취할 경로를 보여주는 도 9 및 도 10 의 화살표 (36) 로 구체화된 대로, 충격에 의해 전달되는 하중의 경로 상에 놓인다. 하중은 먼저 후방 또는 전방 충돌의 경우에 각각 부재들 (25 또는 26) 을 통해 차량 구조에 전달된다. 이어서 하중은 차량 구조의 나머지 부분, 특히 보강 프레임 (1) 에 의해 픽업된다. 하중은 민감한 배터리 셀 (29) 을 두고 있는 차량 (37) 의 중심 경로로부터 보강 프레임 (1) 을 통해 차량 (37) 의 측면으로 편향될 것이다.

Claims (14)

  1. 차량 (37) 에 장착된 전기 또는 하이브리드 차량 (37) 의 배터리 팩 (2) 용의 보강 프레임 (1) 으로서, 상기 배터리 팩 (2) 은 복수의 배터리 셀들 (29) 을 포함하고, 상기 보강 프레임 (1) 은 적어도
    - 상기 배터리 팩 (2) 및 상기 차량의 본체 쌍방에 고정되도록 제공되는 보강 프레임 체결 부분 (3), 및
    - 적어도 상기 배터리 셀들 (29) 을 둘러싸도록 제공되는 보강 프레임 중공 부분 (4),
    - 쌍방이 체결 섹션 (5, 6) 및 보강 섹션 (7, 8) 을 갖는 내부 부분 (10) 및 외부 부분 (11)
    을 포함하고, 체결 섹션들 (5, 6) 은 상기 보강 프레임 체결 부분 (3) 을 형성하도록 서로 고정되고, 보강 섹션들 (7, 8) 은 상기 보강 프레임 중공 부분 (4) 을 경계짓고,
    상기 내부 부분 (10) 및 상기 외부 부분 (11) 각각은 프레스 경화가능한 강 레이저 용접 블랭크들로 만들어지고, 상기 레이저 용접 블랭크들 각각은 여러 개의 서브-블랭크를 포함하는, 보강 프레임 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 부분 (10) 및 상기 외부 부분 (11) 의 상기 보강 섹션들 (7, 8) 쌍방은 실질적으로 L-형이고, 상기 보강 프레임 중공 부분 (4) 의 축선 (Y) 에 대해 대칭 위치들에 배열되어서 실질적으로 정사각형 또는 직사각형의 보강 프레임 중공 부분 (4) 을 형성하는, 보강 프레임 (1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보강 프레임 중공 부분 (4) 으로부터 연장되는 덮개 부분 (9) 을 포함하고, 상기 덮개 부분 (9) 은 상기 배터리 팩 (2) 의 상부 커버 (19) 에 고정되도록 제공되는, 보강 프레임 (1).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 내부 부분 (10) 및 상기 외부 부분 (11) 쌍방은 고려된 상기 보강 섹션들 (7, 8) 로부터 연장되는 덮개 부분 (12, 13) 을 갖고, 상기 덮개 부분 (12, 13) 은 상기 덮개 부분 (9) 을 형성하기 위해 서로 고정되는, 보강 프레임 (1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강 프레임 (1) 의 임의의 주어진 단면에 대해, 상기 내부 부분 (10) 의 시트 두께와 최소 인장 강도의 곱이 상기 외부 부분 (11) 의 시트 두께와 최소 인장 강도의 곱 이상인, 보강 프레임 (1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실질적으로 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖고 모따기된 코너들을 갖는, 보강 프레임 (1).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강 프레임 중공 부분 (4) 내부에 위치되고 상기 보강 프레임 중공 부분 (4) 에 고정되는 적어도 하나의 종방향 보강 부재 (14) 를 포함하는, 보강 프레임 (1).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 종방향 보강 부재 (14) 는 오메가형 단면을 갖는, 보강 프레임 (1).
  9. 복수의 배터리 셀들 (29) 을 포함하고 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 보강 프레임 (1) 을 더 포함하는 전기 또는 하이브리드 차량 (37) 용의 보강된 배터리 팩 (2).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보강된 배터리 팩 (2) 은 적어도 체결 부분 (3) 에서 전기 또는 하이브리드 차량 (37) 의 본체에 부착되는, 보강된 배터리 팩 (2).
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 (2) 으로의 침입을 방지하도록 제공된 적어도 차폐 요소 (15) 를 더 포함하고, 상기 차폐 요소 (15) 는 상기 보강된 배터리 팩 (2) 의 상기 체결 부분 (3) 에 부착되는, 보강된 배터리 팩 (2).
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강 프레임 (1) 의 덮개 부분 (9) 에 부착함으로써 상기 보강 프레임 (1) 에 고정되는 적어도 상부 커버 (19) 를 더 포함하는, 보강된 배터리 팩 (2).
  13. 전기 또는 하이브리드 차량 (37) 의 본체 (30,31) 에 부착된 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 보강된 배터리 팩 (2) 의 조립 방법으로서,
    상기 본체 (30,31) 는 종방향 축선 (X) 을 따라 연장되고 플로어 (28), 적어도 한 쌍의 후방 부재들 (25) 및 한 쌍의 전방 부재들 (26) 을 포함하고, 쌍들 (25, 26) 은 서로 대향하고 후방 및 전방 충격을 흡수하도록 제공되고, 2 개의 사이드 실들 (side sills: 27) 은 상기 플로어 (28) 에 고정되어 서로 대향하고 측방 충격을 흡수하도록 제공되고, 상기 방법은 적어도 다음의 단계들:
    - 배터리 셀들 (29) 을 제공하는 단계,
    - 내부 부분 (10) 및 외부 부분 (11) 을 제공하는 단계,
    - 상기 배터리 셀들 (29) 주위에 상기 내부 부분 (10) 을 위치시키는 단계,
    - 차량 (37) 의 전방을 향하여 위치한 상기 외부 부분 (10) 의 코너들이 상기 전방 부재들 (26) 의 후방 단부에 인접하고 차량의 후방을 향하여 위치한 상기 외부 부분 (10) 의 코너들이 상기 후방 부재들 (25) 의 전방 단부에 인접하도록 쌍으로 된 상기 사이드 실들 (27) 에 상기 외부 부분 (11) 의 체결 섹션 (6) 을 부착하는 단계,
    - 하이브리드 또는 전기 차량 (37) 의 본체에 부착된 체결 부분 (3) 및 상기 배터리 셀들 (29) 을 둘러싸는 중공 부분 (4) 을 갖는 보강 프레임 (1) 을 형성하기 위해 상기 외부 부분 (11) 의 상기 체결 섹션 (6) 에 상기 내부 부분 (10) 의 체결 섹션 (5) 을 부착하는 단계
    를 포함하는, 보강된 배터리 팩 (2) 의 조립 방법.
  14. 전기 또는 하이브리드 차량 (37) 의 본체 (30,31) 에 부착된 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 보강된 배터리 팩 (2) 의 조립 방법으로서,
    상기 본체 (30,31) 는 종방향 축선 (X) 을 따라 연장되고 플로어 (28), 적어도 한 쌍의 후방 부재들 (25) 및 한 쌍의 전방 부재들 (26) 을 포함하고, 쌍들 (25, 26) 은 서로 대향하고 후방 및 전방 충격을 흡수하도록 제공되고, 2 개의 사이드 실들 (side sills: 27) 은 상기 플로어 (28) 에 고정되어 서로 대향하고 측방 충격을 흡수하도록 제공되고, 상기 방법은 적어도 다음의 단계들:
    - 배터리 셀들 (29) 을 제공하는 단계,
    - 내부 부분 (10) 및 외부 부분 (11) 을 제공하는 단계,
    - 체결 부분 (3) 및 중공 부분 (4) 을 갖는 보강 프레임 (1) 을 형성하기 위해 내부 부분 및 외부 부분 (10,11) 의 체결 섹션들 (5,6) 을 서로 부착하는 단계,
    - 상기 배터리 셀들 (29) 주위에 상기 보강 프레임 (1) 을 위치시키는 단계,
    - 차량 (37) 의 전방을 향하여 위치한 상기 보강 프레임 (1) 의 코너들이 상기 전방 부재들 (26) 의 후방 단부에 인접하고 차량의 후방을 향하여 위치한 상기 보강 프레임 (1) 의 코너들이 상기 후방 부재들 (25) 의 전방 단부에 인접하도록 쌍으로 된 상기 사이드 실들 (27) 에 상기 체결 부분 (3) 을 부착하는 단계
    를 포함하는, 보강된 배터리 팩 (2) 의 조립 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115642354A (zh) * 2021-07-20 2023-01-24 标致雪铁龙汽车股份有限公司 一种高压电池包及包括高压电池包的车辆
CN114802451A (zh) * 2022-04-19 2022-07-29 浙江零跑科技股份有限公司 车架结构
WO2024062034A1 (en) * 2022-09-21 2024-03-28 Autotech Engineering S.L. Components for a vehicle and methods
WO2024074659A1 (en) * 2022-10-06 2024-04-11 Autotech Engineering S.L. Unitary rear rail structure for a vehicle and methods

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007126151A (ja) * 2001-03-13 2007-05-24 Kikuchi Co Ltd 車両用ドア
US7507499B2 (en) * 2004-05-24 2009-03-24 General Motors Corporation Battery pack arrangements
JP5013140B2 (ja) * 2009-12-10 2012-08-29 三菱自動車工業株式会社 バッテリーケース
JP2011143892A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Toyota Motor Corp 車両用開閉蓋構造及び車両用開閉蓋に用いるインナパネルの製造方法
JP2011194982A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Mitsubishi Motors Corp 車両用バッテリーケース
JP5575035B2 (ja) * 2011-03-29 2014-08-20 株式会社神戸製鋼所 自動車のバッテリーフレーム構造
CN202174924U (zh) * 2011-07-29 2012-03-28 比亚迪股份有限公司 一种车辆动力电池的安装结构
CN106457626A (zh) * 2014-04-09 2017-02-22 本田技研工业株式会社 车辆框架结构和方法
JP6227575B2 (ja) * 2015-02-18 2017-11-08 豊田鉄工株式会社 車載用バッテリフレーム
DE102016110330A1 (de) * 2016-06-03 2017-12-07 Thyssenkrupp Ag Gehäuse für eine Fahrzeugbatterie sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses
DE102016115037A1 (de) * 2016-08-12 2018-02-15 Thyssenkrupp Ag Batteriekasten mit seitlicher Verstärkung
DE102016115611B3 (de) * 2016-08-23 2018-02-15 Benteler Automobiltechnik Gmbh Batterieträger mit einem Rahmen aus Hohlprofilen
DE102016120826B4 (de) * 2016-11-02 2018-08-23 Kirchhoff Automotive Deutschland Gmbh Batteriegehäuse
DE102016120828B4 (de) * 2016-11-02 2018-08-23 Kirchhoff Automotive Deutschland Gmbh Batteriegehäuse
DE102017102685B4 (de) * 2017-02-10 2021-11-04 Benteler Automobiltechnik Gmbh Batterieträger mit einer tiefgezogenen Wanne aus Aluminiumsowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE102017105709A1 (de) * 2017-03-16 2018-09-20 Thyssenkrupp Ag Batterieaufnahme mit Verstärkungsstruktur und Verwendung
JP7155536B2 (ja) * 2018-02-26 2022-10-19 マツダ株式会社 電気駆動車両構造

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