KR20220101792A - 전기자동차용 배터리 케이스 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차용 배터리 케이스에 관한 것으로서, 외형이 사각관체 또는 원통형으로 구성되고 연결부는 용접에 의해서 제조되며, 상기 배터리 케이스의 외형이 사각관체로 구성된 경우에는 일측 장측편에는 2개의 돌출부가 구비되고 양쪽 단측편의 내측에는 보조판이 용접되어 구성된 것이 특징이며, 전기자동차용 배터리 케이스의 제조방법은, 소정의 두께를 갖는 알루미늄 판재를 준비하여, 소정의 크기로 전개된 배터리 케이스의 외형을 절단하여 배터리 케이스 판재를 제조하는 블랭킹공정과 상기 블랭킹공정으로 제조된 배터리 케이스 판재를 사각으로 포밍하는 공정으로 사각관체로 형성한 후, 맞닿는 부분을 용접하고 또 양쪽 단측편의 내측에는 보조판을 접착하는 것이 본 발명에 특징이며, 본 발명에 의하면, 알루미늄 판재를 포밍가공을 통해서 배터리 케이스를 제조하기 때문에 가공성이 우수하여 생산성을 향상시키는 효과와, 압출에 비하여 두께를 얇게 하여도 변형을 방지할 수 있고 제조 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

Description

전기자동차용 배터리 케이스 및 그의 제조방법{Battery case for electric vehicles and its manufacturing methods}
본 발명은 전기자동차용 배터리 케이스 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차에서 핵심부품이라 할 수 있는 배터리셀을 보호하는 사각관체 또는 원통형의 배터리 케이스의 생산성을 향상시킬 수 있도록 구성된 전기자동차용 배터리 케이스와 그 제조방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 자동차의 엔진을 구동하는 주된 연료인 휘발유, 경유와 같은 화석연료를 사용하면, 엔진에서 연소하는 과정에서 동력을 발생함과 동시에 이산화탄소를 배출하고 이렇게 배출되는 이산화탄소는 지구온난화에 의한 기후변화의 원인이 되어 전세계적으로 이산화탄소 배출을 규제하고 있다.
그래서 자동차를 구동시키는 엔진분야에서도 화석연료를 조금이라도 대체할 수 있는 엔진과 구동모터로 주행하는 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)와, 배터리의 전기로 모터를 구동시켜 자동차를 주행하게 하는 전기자동차(Electric Vehicle, EV)가 활발히 개발되고 있다.
상기한 전기자동차(Electric Vehicle, EV)는 차량을 구동시키기 위한 구동모터와 상기 구동모터를 구동시키는 에너지원으로 전력을 공급하는 축전수단으로서 니켈-수소, 리튬-폴리머 계열의 배터리가 사용되고 있다.
상기한 배터리는 배터리 모듈 복수 개가 직렬 또는 병렬로 조합된 배터리 팩으로 구성되어 배터리 케이스에 수납된 상태에서 전기 자동차에 장착되는데, 이러한 배터리 케이스는 알루미늄으로 제조된다.
상기한 배터리 케이스를 알루미늄으로 제조과정을 살펴본다.
먼저, 알루미늄 빌렛을 소정의 형성으로 구성된 압출다이를 통해서 사각관체형으로 압출한 후, 소정의 길이로 절단하고 절단된 양쪽면을 기계적인 연삭가공 및 디버링가공을 통해서 제조하였는데 배터리 케이스의 두께가 얇고 면적이 넓기 때문에 절삭가공시에 변형 및 떨림, 코너의 직각가공 등 가공이 난이하여 생산성이 떨어지는 관계로 제조원가가 많이 소요되는 단점이 있다.
상기와 같이 배터리 케이스의 두께가 얇은 점에 의해서 발생하는 단점을 해결하기 위하여 두껍게 압출할 수밖에 없기 때문에 배터리의 경량화에 역행하는 동시에 그에 따른 원자재 비용이 많이 소요되는 등의 문제가 있다.
또, 압출다이를 통해서 사각관체형으로 배터리 케이스를 구성하는 장측편과 단측편의 두께를 다르게 압출하는 경우에는 압출 후 냉각되는 과정에서 전체적으로 비틀림에 의한 변형이 발생하기 때문에 배터리 케이스의 품질이 떨어지는 문제가 있어, 사각관체를 이루는 각면체를 스크류로 체결하는 구조 및 방법이 개시되고 있으나 경량화가 불가능하고 조립에 따른 시간이 많이 소요되는 관계로 생산성이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 원통형으로 구성된 배터리 케이스의 경우는 알루미늄 판재를 원통형으로 포밍하여 양단이 맞닿은 부분을 시임판금공법으로 연결하였는데, 이러한 경우에 시임부분이 매끄럽지 못하고, 또 시임부분의 양단에 사이드커버를 연결할 측면이 완전한 원형을 이루지 못하여 사이드커버를 연결하는데 많은 어려움이 있어, 결국 배터리 케이스의 품질을 저하시키는 등 배터리 케이스의 제조방법 및 구조에 있어서 문제가 있다.
한국 등록특허 제10-1816912호(2018년01월03일.등록) 한국 등록특허 제10-2091062호(2020년03월13일.등록)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은, 기계적인 연삭가공 및 디버링가공을 통해서 제조하는 것을 배제하고 또 절삭가공시에 변형 및 떨림, 코너의 직각가공 등 가공이 난이한 문제를 해결하는 데 그 목적이 있다.
특히, 생산성을 향상시킬 수 있는 배터리 케이스를 제공하는 동시에 이러한 배터리 케이스를 간편하게 제조할 수 있는 배터리 케이스 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 전기자동차용 배터리 케이스는 외형이 사각관체 또는 원통형으로 구성되고 연결부는 용접에 의해서 제조된다.
상기 배터리 케이스의 외형이 사각관체로 구성된 경우에는 일측 장측편에는 2개의 돌출부가 구비되고 양쪽 단측편의 내측에는 보조판이 용접되어 구성된 것이 특징이다.
그리고, 배터리 케이스의 외형이 원통형으로 구성된 경우에는 맞닿는 부분이 용접에 의해서 연결되어 구성된 것이 본 발명에 특징이다.
상기한 전기자동차용 배터리 케이스의 제조방법은, 소정의 두께를 갖는 알루미늄 판재를 준비하여, 소정의 크기로 전개된 배터리 케이스의 외형을 절단하여 배터리 케이스 판재를 제조하는 블랭킹공정과 상기 블랭킹공정으로 제조된 배터리 케이스 판재를 사각으로 포밍하는 공정으로 사각관체로 형성한 후, 맞닿는 부분을 용접하고 또 양쪽 단측편의 내측에는 보조판을 접착하는 것이 본 발명에 특징이다.
그리고, 배터리 케이스의 외형이 원통형으로 구성된 경우에는 소정의 두께를 갖는 알루미늄 판재를 준비하여, 소정의 크기로 전개된 배터리 케이스의 외형을 절단하여 배터리 케이스 판재를 제조하는 블랭킹공정과 상기 블랭킹공정으로 제조된 배터리 케이스 판재를 원통형으로 포밍하는 공정과 맞닿는 부분이 용접에 의해서 연결되는 것이 본 발명에 특징이다.
본 발명에 의한 사각,원형의 전기자동차용 배터리 케이스의 제조방법에 의하면, 알루미늄 판재를 포밍가공을 통해서 배터리 케이스를 제조하기 때문에 가공성이 우수하여 생산성을 향상시키는 효과와, 압출에 비하여 두께를 얇게 하여도 변형을 방지할 수 있어 전기자동차용 배터리 케이스의 경량화와 원자재 비용절감 및 품질을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 소정의 두께를 갖는 알루미늄 판재를 사용하여 블랭킹과 포밍하고 보조판을 추가로 접착하는 구조에 의해서 제조되기 때문에 두께를 얇게 하여도 변형을 방지할 수 있어 전기자동차용 배터리 케이스의 품질을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 사각관체 배터리 케이스의 전개도
도 2는 본 발명에 의한 사각관체 배터리 케이스의 단계별 성형상태를 보인 사시도
도 3은 본 발명에 의한 사각관체 배터리 케이스의 사시도
도 4는 본 발명에 의한 원통형 배터리 케이스의 단계별 성형상태를 보인 사시도
도 5는 본 발명에 의한 원통형 배터리 케이스의 사시도
본 발명에 의한 전기자동차용 배터리 케이스 및 그의 제조방법에 대하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
이하, 본 발명을 구현하기 위한 바람직한 구성 실시 예를 설명함에 있어 본 발명의 기술적 사상을 본 문서에 기재된 실시 예에 기재된 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents) 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
본 발명에 의한 배터리 케이스(10)는 외형이 사각관체로 형성되고 양쪽 연결부는 용접라인(10-1)이 형성되어 있고, 장측편(14)에는 보강을 위한 2개의 돌출부(14-1)가 구비되며, 장측편과 연결되는 양쪽 단측편(15)의 내측에는 보조판(15-1)이 각각 접착되어 있는데, 상기 양쪽 단측편(15)의 내측에 접착된 보조판(15-1)은 스폿용접 또는 강력접착제에 의해서 접착되어 구성된다.
상기와 같이 외형이 사각관체로 구성된 배터리 케이스(10)에 의하면, 소정의 두께를 갖는 알루미늄 판재를 사용하여 블랭킹가공과 포밍가공을 하고 보조판을 추가로 접착하는 구조에 의해서 제조되기 때문에 배터리 케이스(10)를 전체적으로 두께를 얇게 제조할 수 있어 경량화에 기여할 수 있다.
또, 단측편과 장측편의 두께가 다른 배터리 케이스(10)를 제조하는 경우에도 배터리 케이스(10)의 변형을 방지할 수 있는 것이다.
상기와 같이 배터리 케이스(10)를 소정의 두께를 갖는 알루미늄 판재를 사용하여 블랭킹가공과 포밍가공을 하게 되면, 압출된 배터리 케이스에 비하여 정확한 규격으로 제조할 수 있다.
특히, 배터리 케이스(10)의 코너가 이루는 각도를 정밀하고 정확하게 가공할 수 있기 때문에 배터리 케이스 내부에 배터리셀을 넣고 배터리 케이스와 사이드커버(11)을 정확하게 밀착시켜 완벽하게 레이져용접을 할 수 있는 것이다.
상기와 같이 구성된 배터리 케이스(10)의 원재료는 알루미늄이며, 이러한 배터리 케이스(10)의 제조방법을 살펴본다.
먼저, 알루미늄 원재료의 선택은, 내식성, 용접성(레이져용접), 성형성, 강도를 감안하여 선택하고, 성형방법은 냉간 프레스 가공 및 포밍가공이며, 알루미늄 판재의 두께는 종래 압출에 의한 배터리 케이스 보다 얇게 하여 소재를 절감하는 동시에 배터리 케이스의 경량화에 기여한다.
제 1공정
배터리 케이스에 알맞은 두께를 갖는 알루미늄 판재(1)를 준비하여, 블랭킹공정으로 소정의 크기로 전개된 배터리 케이스의 외형을 절단하여 전개된 배터리 케이스 판재(1)를 제조한다.
제 1공정-1
배터리 케이스(10)의 단측편(15)에 접착할 보조판(15-1)으로 알맞은 두께를 갖는 알루미늄 판재를 준비하여, 블랭킹공정으로 보조판(15-1)을 절단하여 제조한다.
제 2공정
상기 블랭킹공정으로 가공된 배터리 케이스 판재(1)를 포밍가공에 의해서 배터리 케이스(10)로 성형시 장측편(14)이 될 지점에 2개의 돌출부(14-1)를 프레스 금형에 의해서 성형한다.
제 3공정
제1공정 및 제2공정에 의해서 전개되고 배터리 케이스 판재(1)로 배터리 케이스(10)를 성형시 장측편(14)에 2개의 돌출부(14-1)가 형성된 배터리 케이스 판재(1)를 포밍가공으로 도2에서 보는 바와 같이 사각관체로 절곡하고 양단이 맞닿는 부분을 용접하여 용접라인(10-1)이 형성되게 한다.
제 4공정
상기 3공정에 의해서 제조된 배터리 케이스(10)의 양쪽 단측편(15)의 내면에 제1-1공정에 의해서 제조된 보조판(15-1)을 밀착시켜 스폿용접 또는 강력접착제로 양쪽 단측편(15)의 내면에 보조판(15-1)을 일체로 접착한다.
제 5공정
상기 공정에 의해서 완성된 전기자동차용 배터리 케이스(10)의 내부에 배터리셀을 넣고 배터리 케이스의 양단에 사이드커버(11)를 결합하여 레이져용접하는 것으로 전기자동차용 배터리가 완성된다.
상기한 전기자동차용 배터리 케이스의 제조방법에 의해서 제조된 전기자동차용 배터리 케이스(10)는 외형이 사각관체로 형성되고 연결부는 용접되었기 때문에 배터리 케이스(10)가 사각관체를 유지하는데 무리가 없을 뿐만 아니라, 특히 배터리 케이스(10)의 양쪽 단측편(15)의 내면에 보조판(15-1)이 접착되어 있기 때문에 견고한 상태를 유지할 수 있다.
상기 배터리 케이스(10)는 알루미늄 판재를 블랭킹가공과 프레스가공 및 포밍가공으로 제조하기 때문에 알루미늄 판재로 제조된 경우에는 두께가 얇아도 변형을 방지할 수 있다.
따라서, 종래 압출에 의해서 제조된 배터리 케이스와 비교해서 두께가 얇게 형성된 배터리 케이스를 제공하여 경량화와 원가를 절감할 수 있게 된다.
또한, 소정의 두께를 갖는 알루미늄 판재를 사용하여 블랭킹과 포밍하고 보조판을 추가로 접착하는 구조에 의해서 제조되었기 때문에 단측편과 장측편의 두께가 다른 배터리 케이스(10)를 제조하는 경우에도 두께 차이에 따른 변형을 방지할 수 있어 전기자동차용 배터리 케이스의 품질을 향상시킬 수 있다.
그리고, 외형이 원통형으로 형성된 원통형 배터리 케이스(20)의 경우에도 소정의 두께를 갖는 알루미늄 판재를 준비하여, 소정의 크기로 전개된 배터리 케이스의 외형을 절단하여 배터리 케이스 판재(20-1)를 제조하는 블랭킹공정;과 상기 블랭킹공정으로 제조된 배터리 케이스 판재를 원통형으로 여러단계;로 포밍하는 포밍공정;과 양단이 맞닿는 연결부는 용접에 의해서 연결되어 용접라인(21)이 형성되어 있다.
상기 공정에 의해서 완성된 전기자동차용 원통형 배터리 케이스(20)의 내부에 배터리셀을 넣고 배터리 케이스의 양단에 사이드커버(22)를 결합하여 레이져용접하는 것으로 전기자동차용 배터리가 완성된다.
상기와 같이 배터리 케이스(10)를 소정의 두께를 갖는 알루미늄 판재를 사용하여 블랭킹가공과 포밍가공을 하게 되면, 압출된 배터리 케이스에 비하여 정확한 규격으로 제조할 수 있다.
이렇게 제조된 원통형 배터리 케이스는 양단 측면의 원형이 이루는 면이 정밀하고 정확하게 가공될 수 있기 때문에 배터리 케이스 내부에 배터리셀을 넣고 배터리 케이스와 사이드커버(22)를 정확하게 밀착시켜 완벽하게 레이져용접을 할 수 있게 되는 것이다.
1,20-1: 배터리 케이스 판재
10: 배터리 케이스
10-1,20-1: 용접라인
14: 장측편
14-1: 돌출부
15: 단측편
15-1: 보조판
20: 원통형 배터리 케이스

Claims (3)

  1. 외형이 사각관체로 장측편과 단측편으로 형성된 배터리 케이스는 절곡에 의해서 구성되고 양단이 맞닿는 부분의 연결은 용접에 의해서 구성되며,
    상기 장측편과 연결되는 양쪽 단측편의 내측에는 스폿용접 또는 강력접착제에 의해서 보조판이 각각 접착되어 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  2. 배터리 케이스의 외형이 원통형으로 구성되고, 맞닿는 부분이 용접에 의해서 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  3. 알루미늄 판재 준비 및 블랭킹공정으로 소정의 크기로 전개된 배터리 케이스 판재를 준비하는 제1단계;와, 배터리 케이스의 보조판에 알맞은 두께를 갖는 알루미늄 판재 준비 및 블랭킹공정으로 보조판을 절단하여 준비하는 제1-1단계;
    상기 단계;에 의해서 준비된 배터리 케이스 판재를 포밍가공으로 절곡하여 배터리 케이스의 각 코너가 직각이 되도록 제조하는 단계;
    상기 단계;에 의해서 제조된 배터리 케이스의 양쪽 연결부를 용접하는 용접단계; 및 단측편의 내면에 제1-1단계;에 의해서 제조된 보조판을 밀착시켜 스폿용접 또는 강력접착제로 보조판을 접착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스의 제조방법.
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