KR20230032302A - 배터리케이스의 바닥판 및 배터리케이스 - Google Patents

배터리케이스의 바닥판 및 배터리케이스 Download PDF

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박재헌
차명환
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Abstract

본 발명은 제1 두께를 가지는 제1 바닥판; 상기 제1 바닥판의 제1 방향 양단부에 접합되고, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 가지는 제2 바닥판;을 포함하고, 상기 제1 바닥판과 상기 제2 바닥판은 두께방향으로 맞대진 상태에서 테일러 웰디드 블랭크 공정에 의해 접합되는 배터리케이스의 바닥판을 제공한다.

Description

배터리케이스의 바닥판 및 배터리케이스{BOTTOM PLATE AND BATTERY CASE}
본 발명은 배터리셀을 보호하는 배터리케이스의 바닥판 및 배터리케이스에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.
전기차의 배터리팩에 적용되는 바닥판(Bottom Plate)는 배터리팩의 구조를 구성하는 중요부품이다. 바닥판은 배터리팩 내부의 주요부품을 담는 역할로서 배터리팩의 형태에 따라 다양한 형태로 존재한다.
바닥판의 기본적인 역할은 사이드프레임과 결합하여 배터리셀과 부대장치를 담을 수 있는 수용공간을 형성할 수 있다.
따라서, 조립 후 고중량의 배터리팩이 뒤틀어지거나 처지지 않도록 바닥판이 일정수준 이상의 강도/두께를 가져 강성(Stiffness)를 확보해야 한다.
또한, 충돌 안전측면에서는, 운행 중 차체 하부에서 발생하는 충격으로부터 배터리셀 등을 보호해야 한다.
KR 20-0439828 Y1
본 발명은 일 측면으로서, 내충돌성능을 향상시키면서 중량증가를 최소화할 수 있는 배터리케이스의 바닥판 및 배터리케이스를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 제1 두께를 가지는 제1 바닥판; 상기 제1 바닥판의 제1 방향 양단부에 접합되고, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 가지는 제2 바닥판;을 포함하고, 상기 제1 바닥판과 상기 제2 바닥판은 두께방향으로 맞대진 상태에서 테일러 웰디드 블랭크 공정에 의해 접합되는 배터리케이스의 바닥판을 제공한다.
상기 제2 바닥판은 상기 제1 바닥판에 비해 강도가 큰 소재로 구성될 수 있다.
상기 제1 바닥판은 980 ~ 1100MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성되고, 상기 제2 바닥판은 1200 ~ 1800MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성될 수 있다.
상기 제2 바닥판의 제2 두께는 상기 제1 바닥판의 제1 두께의 1.4배 이상 2배 이하일 수 있다.
상기 제1 바닥판은, 상기 제1 바닥판의 제1 두께보다 두꺼운 제4 두께를 가지고, 제1 방향으로 인접한 상기 제1 바닥판을 연결하는 보강바닥판;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 바닥판의 제1 상면과 상기 제2 바닥판의 제2 상면은 서로 대응되는 높이를 가지고, 상기 제1 바닥판의 하측에는 내입된 형상의 장착공간이 형성될 수 있다.
상기 제1 바닥판의 제2 방향 단부에 접합되고, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제3 두께를 가지는 제3 바닥판;을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 바닥판은 상기 제1 바닥판에 비해 강도가 큰 소재로 구성될 수 있다.
상기 제1 바닥판과 상기 제3 바닥판은 제1 방향으로 이격하여 배치되는 한 쌍의 상기 제2 바닥판의 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 바닥판과 제2 바닥판은 제2 방향으로 이격하여 배치되는 한 쌍의 상기 제3 바닥판의 사이에 배치될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 전술한 배터리케이스의 바닥판; 및 상기 배터리케이스의 바닥판의 상측에 접합되고, 상기 배터리케이스의 바닥판의 테두리부분에 배치되어 충돌에 저항하는 사이드프레임;을 포함하고, 상기 제2 바닥판은 상기 사이드프레임 보다 상기 배터리케이스의 바닥판의 내측으로 돌출되도록 연장 형성되는 배터리케이스를 제공한다.
상기 제2 바닥판은, 상측에 상기 사이드프레임이 겹쳐지게 배치되는 중첩구간; 및, 상기 중첩구간에서 내측방향으로 돌출되는 내측보강구간;을 포함할 수 있다.
상기 내측보강구간의 제2-2 설치폭은 중첩구간의 제2-1 설치폭의 1배 이상일 수 있다.
상기 중첩구간의 제2-1 설치폭은 상기 제2 바닥판의 설치폭의 1/4 ~ 1/5 범위를 가질 수 있다.
상기 제2 바닥판은, 상측에 상기 사이드프레임이 겹쳐지게 배치되는 중첩구간; 및, 상기 중첩구간에서 내측방향으로 돌출되는 내측보강구간;을 포함하고, 상기 중첩구간의 제2-1 설치폭은 상기 사이드프레임의 설치폭의 1/2 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 내충돌성능을 향상시키면서 중량증가를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명과 비교되는 비교예의 배터리케이스를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리케이스를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리케이스를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리케이스를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리케이스를 도시한 도면이다.
도 11은 본원발명의 배터리케이스가 적용된 배터리팩의 측면안정성 평가 실험방법을 도시한 도면이다.
도 12는 도 11에 따른 본원발명의 비교예와 본원발명의 배터리케이스가 적용된 배터리팩의 측면안정성 평가 실험결과를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명과 비교되는 비교예의 배터리케이스(1)를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여, 본 발명과 비교되는 비교예의 배터리케이스(1)의 구성요소들을 설명하면 다음과 같다.
배터리케이스의 바닥판(10)은 사이드프레임(20)과 결합하여 배터리셀(30)과 부대장치를 담을 수 있는 수용공간(S)을 형성할 수 있다. 배터리케이스(1)는 거의 400kg에 육박하는 배터리셀(30)과 냉각시스템(40) 기타 부재의 전체 하중을 지지하는 구조를 가진다.
배터리케이스의 바닥판(10)은 강도가 높을수록, 두께가 두꺼울수록 안전성 확보에 유리하다. 그러나, 배터리케이스(1)에서의 바닥판은 가장 넓은 면적을 가지는 대물부품으로 전체 배터리케이스(1)에서 차지하는 중량비중이 매우 높아, 두께를 증가할 때는 배터리케이스(1)의 중량이 급격히 상승하는 결과를 초래한다.
따라서, 배터리팩에 적용되는 배터리케이스(1)의 대부분은 알루미늄 합금소재를 사용하여 두껍지만 가벼운 구조적 특성을 구현하고 있고, 철강재는 사용이 기피되고 있다.
따라서, 본 발명은 배터리케이스의 바닥판(10) 등에 철강재를 적용하여 측면 및 하부 충돌 등의 내충돌성능의 향상과 함께 배터리케이스(1)의 중량 증가를 최소화할 수 있는 방법을 도출하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판(10)을 도시한 단면도이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판(10)에 포함된 구성요소들을 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판(10)은 제1 바닥판(100) 및 제2 바닥판(200)을 포함할 수 있다.
제1 바닥판(100)은 제1 두께(H1)를 가질 수 있다.
제1 바닥판(100)은 제1 방향(D1)으로 제1 설치폭(L1)으로 설치되고, 제2 방향(D2)으로 제1 설치길이(M1)로 설치되며, 제3 방향(D3)으로 제1 두께(H1)로 설치될 수 있다.
일례로, 제1 방향(D1)은 좌우방향(측면방향)이고, 제2 방향(D2)은 전후방향일 수 있다.
제1 바닥판(100)의 제1 방향(D1)의 양측 단부에 각각 제2 바닥판(200)이 접합될 수 있다.
제2 바닥판(200)은 제1 바닥판(100)의 제1 방향(D1) 양단부에 접합되고, 상기 제1 두께(H1)보다 두꺼운 제2 두께(H2)를 가질 수 있다.
제2 바닥판(200)은 제1 방향(D1)으로 제2 설치폭(L2)으로 설치되고, 제2 방향(D2)으로 제2 설치길이(M2)로 설치되며, 제3 방향(D3)으로 제2 두께(H2)로 설치될 수 있다.
일례로, 제1 설치길이(M1)와 제2 설치길이(M2)는 동일하게 구성될 수 있다.
제2 바닥판(200)은 제1 바닥판(100)에 한 쌍이 접합될 수 있고, 제1 바닥판(100)의 제1 방향(D1)의 양측 단부에 각각 제2 바닥판(200)이 접합될 수 있다.
일례로, 제1 방향(D1)은 좌우방향(측면방향)이고, 제2 방향(D2)은 전후방향일 수 있다.
이 경우, 제2 바닥판(200)은 제2 방향(D2)으로 연장되면서 배터리케이스(1)의 측면에 해당하는 제2 방향(D2)을 막도록 설치될 수 있다.
제1 바닥판(100)과 상기 제2 바닥판(200)은 두께방향으로 맞대진 상태에서 테일러 웰디드 블랭크(TWB; Taylor Welded Blank) 공정에 의해 접합될 수 있다.
테일러 웰디드 블랭크(TWB)는 2장의 재단된 블랭크를 용접하여 하나의 블랭크로 만드는 방식이다.
본 발명은 재단된 제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)을 테일러 웰디드 블랭크 공정에 의해 접합할 수 있다. 제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)의 사이에 용접부(W)가 형성될 수 있다.
일례로, 제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)을 강재로 구성된 강판으로 구성되고, 제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)은 테일러 웰디드 블랭크(TWB; Taylor Welded Blank) 공정에 의해 접합될 수 있다.
다른 일례로, 제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)은 강재, 알루미늄합금 등의 이종소재로 구성될 있다.
1개의 제1 바닥판(100)과 2개의 제2 바닥판(200)이 접합되어 사각형 형상의 배터리케이스(1) 바닥판을 형성할 수 있다.
일례로, 제1 방향(D1)으로 2개의 제2 바닥판(200)의 사이에 1개의 제1 바닥판(100)이 배치되고, 1개의 제1 바닥판(100)의 제1 설치폭(L1)은 2개의 제2 바닥판(200)의 제2 설치폭(L2)의 합보다 클 수 있다.
일례로, 제2 바닥판(200)이 200mm의 제2 설치폭(L2)으로 설치되는 경우, 제1 바닥판(100)의 제1 설치폭(L1)은 400mm 이상일 수 있다.
제2 바닥판(200)은 제1 바닥판(100)에 비해 두꺼운 두께를 가지고, 배터리케이스의 바닥판(10)의 측면에 해당하는 제2 방향(D2)을 막도록 설치될 경우, 측면방향에서의 충돌에 대해 안정적으로 저항할 수 있는 효과가 있다.
일례로, 제1 바닥판(100)은 980 ~ 1800MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성되고, 제2 바닥판(200)은 1200 ~ 1800MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성될 수 있다.
제2 바닥판(200)은 상기 제1 바닥판(100)에 비해 강도가 큰 소재로 구성될 수 있다.
일례로, 제1 바닥판(100)은 980MPa의 인장강도를 가지는 DP강으로 구성되고, 제2 바닥판(200)은 1500MPa의 인장강도를 가지는 MART강으로 구성될 수 있다.
다른 일례로, 일례로, 제1 바닥판(100)은 980MPa의 인장강도를 가지는 DP강으로 구성되고, 제2 바닥판(200)은 1800MPa의 인장강도를 가지는 MART강으로 구성될 수 있다.
제1 바닥판(100)은 980 ~ 1100MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성되고, 상기 제2 바닥판(200)은 1200 ~ 1800MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성될 수 있다.
제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)은 모두 980MPa 이상의 인장강도를 가지는 강재로 구성하여 충분한 강도를 확보할 수 있다.
제1 바닥판(100)의 인장강도의 하한을 980MPa로 정한 이유는, 980MPa 이상의 인장강도를 가지는 강재(기가스틸)을 활용하여 배터리케이스의 바닥판(10)의 충분한 강도를 확보하여 내충돌성능을 향상시키면서 중량증가를 최소화하기 위함이다.
제1 바닥판(100)의 인장강도의 상한을 1100MPa로 한정하고, 제2 바닥판(200)의 인장강도의 하한을 1200MPa로 정한 이유는, 제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)의 인장강도의 차이의 경계값을 설정하기 위해 100MPa 정도의 강도의 차이가 필요하기 때문이다.
제2 바닥판(200)의 인장강도의 상한을 1800MPa로 정한 이유는, 인장강도가 1800MPa 초과할 경우, 가공성이 떨어지면서 생산비용 등의 증가가 발생할 수 있고, 경제성이 저하될 수 있기 때문이다.
제2 바닥판(200)의 제2 두께(H2)는 상기 제1 바닥판(100)의 제1 두께(H1)의 1.4배 이상 2배 이하일 수 있다.
제2 바닥판(200)의 제2 두께(H2)를 제1 바닥판(100)의 제1 두께(H1)의 1.4배 이상으로 정한 이유는, 제1 바닥판(100)과의 두께차를 형성하여 내충돌성능을 향상시키기 위함이다.
제2 바닥판(200)의 제2 두께(H2)를 제1 바닥판(100)의 제1 두께(H1)의 2배 이하으로 정한 이유는, 제2 바닥판(200)의 제2 두께(H2)가 2배 이상으로 두꺼워질 경우, 강도가 높아서 안전성확보에는 유리하나 중량이 급격히 증가하여 경제성이 저하되기 때문이다.
일례로, 제2 바닥판(200)의 제2 두께(H2)는 상기 제1 바닥판(100)의 제1 두께(H1)의 1.4배 이상 2배 이하이고, 제1 바닥판(100)은 980 ~ 1100MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성되며, 상기 제2 바닥판(200)은 1200 ~ 1800MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성될 수 있다.
다른 일례로, 제1 바닥판(100)은 0.8 ~ 1.0 mm 범위의 두께를 가지고, 상기 제2 바닥판(200)은 1.4 ~ 1.6 mm 범위의 두께를 가지는 강재로 구성될 수 있다.
다른 일례로, 제1 바닥판(100)은 0.8 ~ 1.0 mm 범위의 두께를 가지고, 980 ~ 1100MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성되고, 상기 제2 바닥판(200)은 1.4 ~ 1.6 mm 범위의 두께를 가지고, 1200 ~ 1800MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성될 수 있다.
도 3은 및 도 4는 제3 바닥판(300)을 더 포함하는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판(10)을 도시한 도면이다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판(10)에 포함된 구성요소들을 구체적으로 설명하기로 한다.
배터리케이스의 바닥판(10)은 제3 바닥판(300)을 더 포함할 수 있다.
제3 바닥판(300)은 제1 바닥판(100)의 제2 방향(D2) 단부에 접합되고, 상기 제1 두께(H1)보다 두꺼운 제3 두께(H3)를 가질 수 있다. 일례로, 제2 방향(D2)은 전후방향일 수 있다.
제3 바닥판(300)은 제2 방향(D2)으로 제3 설치폭(L3)으로 설치되고, 제1 방향(D1)으로 제3 설치길이(M3)로 설치되며, 제3 방향(D3)으로 제3 두께(H3)로 설치될 수 있다.
제3 바닥판(300)은 제1 바닥판(100)의 제2 방향(D2)의 양측 단부에 각각 접합될 수 있다.
제3 바닥판(300)은 제2 바닥판(200)과 두께가 동등하거나 두께가 더 얇고, 제1 바닥판(100)보다는 두께가 두꺼울 수 있다. 즉, 제3 두께(H3)는 제2 두께(H2)와 동등하거나 작고, 제3 두께(H3)는 제1 두께(H1)보다 클 수 있다.
제3 바닥판(300)은 상기 제1 바닥판(100)에 비해 강도가 큰 소재로 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 바닥판(100)과 상기 제3 바닥판(300)은 제1 방향(D1)으로 이격하여 배치되는 한 쌍의 상기 제2 바닥판(200)의 사이에 배치될 수 있다.
일례로, 제1 방향(D1)은 좌우방향(측면방향)이고, 제2 방향(D2)은 전후방향일 수 있다.
이 경우, 제2 바닥판(200)이 제2 방향(D2)인 전후방향을 따라 연장 형성되고, 제1 방향(D1)인 좌우방향에서 바라보았을 때 제2 바닥판(200)이 제1 바닥판(100)과 한 쌍의 제3 바닥판(300)을 막도록 설치될 수 있다.
제2 바닥판(200)이 제1 바닥판(100)에 비해 두꺼운 두께를 가지고, 배터리케이스의 바닥판(10)의 측면을 막도록 설치될 수 있고, 측면을 막는 제2 방향(D2)을 따라 제2 바닥판(200)이 연속적으로 설치됨으로써, 측면방향(좌우방향)에서의 충돌에 대해 안정적으로 저항할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)은 제2 방향(D2)으로 이격하여 배치되는 한 쌍의 상기 제3 바닥판(300)의 사이에 배치될 수 있다.
제3 바닥판(300)이 제1 바닥판(100)에 비해 두꺼운 두께를 가지고, 배터리케이스의 바닥판(10)의 전후면을 막도록 설치될 수 있고, 전후면을 막는 제1 방향(D1)을 따라 제2 바닥판(200)이 연속적으로 설치됨으로써, 전후면방향에서의 충돌에 대해 안정적으로 저항할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판(10)을 도시한 도면이다.
제1 바닥판(100)은 보강바닥판(400)을 더 포함할 수 있다.
보강바닥판(400)은 상기 제1 바닥판(100)의 제1 두께(H1)보다 두꺼운 제4 두께(H4)를 가지고, 제1 방향(D1)으로 인접한 상기 제1 바닥판(100)을 연결할 수 있다.
보강바닥판(400)은 제1 방향(D1)으로 제4 설치폭(L4)으로 설치되고, 제1 방향(D2)으로 제4 설치길이(M4)로 설치되며, 제3 방향(D3)으로 제4 두께(H4)로 설치될 수 있다.
보강바닥판(400)의 제1 방향(D1) 양측 단부에 각각 제1 바닥판(100)이 접합될 수 있다. 보강바닥판(400)과 제1 바닥판(100)은 두께방향으로 맞대진 상태에서 테일러 웰디드 블랭크(TWB; Taylor Welded Blank) 공정에 의해 접합될 수 있다.
일례로, 보강바닥판(400)은 제2 바닥판(200)과 동일한 두께를 가질 수 있다. 즉, 제2 두께(H2)와 제4 두께(H4)는 동일할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리케이스의 바닥판(10)을 도시한 도면이다.
제1 바닥판(100)의 제1 상면과 상기 제2 바닥판(200)의 제2 상면은 서로 대응되는 높이를 가지고, 상기 제1 바닥판(100)의 하측에는 내입된 형상의 장착공간(500)이 형성될 수 있다.
장착공간(500)은 제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)의 두께차에 의해서 형성되고, 제1 바닥판(100)의 면적에 대응되는 면적의 장착공간(500)이 형성될 수 있다.
일례로, 장착공간(500)에는 보호판(P)이 삽입되어 바닥판의 하부를 추가적으로 보호할 수 있다. 이때, 보호판(P)은 장착공간(500)에 삽입된 상태에서 제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)의 하면을 막도록 설치될 수 있다.
이때, 보호판(P)은 장착공간(500)으로 인해, 제1 바닥판(100) 하측의 두께가 제2 바닥판(200)의 하측의 두께보다 얇고, 보호판(P)의 저면은 수평하게 형성될 수 있다.
상기 제1 바닥판(100)의 제1 상면과 상기 제2 바닥판(200)의 제2 상면을 서로 대응되는 높이를 가지고, 상기 제1 바닥판(100)의 제1 하면이 상기 제2 바닥판(200)의 제2 하면 보다 높게 위치할 수 있다.
제1 바닥판(100)의 제1 하면과 상기 제2 바닥판(200)의 제2 하면의 높이차로 인해 제1 바닥판(100)의 하측에 보호판(P)의 장착공간(500)이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 7 내지 도 10를 참조하여 배터리케이스(1)에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리케이스(1)는 바닥판 및 사이드프레임(20)을 포함할 수 있다.
배터리케이스(1)는 바닥판과 사이드프레임(20)에 의해 둘러싸이는 내부공간인 수용공간(S)에 배터리셀(30) 및 냉각시스템(40) 등의 전장부품 등이 수용될 수 있다.
배터리케이스(1)는 수용공간(S)의 상측을 덮는 커버부재 등을 포함할 수 있고, 배터리케이스(1)의 내부에 배터리셀(30) 및 냉각시스템(40) 등의 전장부품 등이 수용되어 배터리팩을 구성할 수 있다.
배터리케이스의 바닥판(10)은 배터리케이스(1)의 하면을 막도록 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 배터리케이스(1)에는 앞서 설명한바 있는 다양한 실시형태를 가지는 바닥판의 다양한 실시형태가 적용될 수 있음은 물론이다.
따라서, 배터리케이스(1)에서 활용되는 바닥판의 제1 바닥판(100), 제2 바닥판(200) 등의 구성은 이미 설명한 바와 같이 바닥판의 구성과 동일한바 이에 대한 자세한 설명은 중복을 피하기 위해 생략한다.
일례로, 제1 방향(D1)은 좌우방향(측면방향)이고, 제2 방향(D2)은 전후방향일 수 있다.
도 8을 참조하면, 사이드프레임(20)은 상기 제2 바닥판(200)의 상측에 접합되어 제2 바닥판(200)과 함께 제1 방향(D1)인 좌우방향의 충돌에 저항할 수 있다.
제2 바닥판(200)은 사이드프레임(20)보다 바닥판의 내측으로 돌출되도록 연장 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 바닥판(200)은 제1 방향(D1)인 좌우방향 따라 바닥판의 내측으로 연장 형성될 수 있다.
사이드프레임(20)은 배터리케이스의 바닥판(10)의 상측에 접합되고, 상기 배터리케이스의 바닥판(10)의 테두리부분에 배치되어 충돌에 저항할 수 있다.
사이드프레임(20)은 바닥판에 설치되고, 바닥판과 함께 전지셀 및 전장부품 등의 수용되는 수용공간(S)을 형성할 수 있다.
사이드프레임(20)은 제2 바닥판(200)의 중첩구간(210)과 함께 충돌에 대해 1차적으로 보호구조를 형성할 수 있다.
제2 바닥판(200)은 중첩구간(210) 및 내측보강구간(230)을 포함할 수 있다.
중첩구간(210)은 상측에 상기 사이드프레임(20)이 겹쳐지게 배치될 수 있다.
중첩구간(210)은 사이드프레임(20)과 용접 등에 의해 접합되는 부분으로, 중첩구간(210)과 사이드프레임(20)이 함께 측면의 충돌에 저항할 수 있다.
내측보강구간(230)은 중첩구간(210)에서 내측방향으로 돌출될 수 있다.
내측보강구간(230)은 사이드프레임(20)이 측면의 충돌에 저항한 후, 제2 바닥판(200)이 추가적으로 충돌에 저항하는 구간이다.
상기 내측보강구간(230)의 제2-2 설치폭(L2-2)은 중첩구간(210)의 제2-1 설치폭(L2-1)의 1배 이상일 수 있다.
내측보강구간(230)의 제2-2 설치폭(L2-2)은 중첩구간(210)의 제2-1 설치폭(L2-1)의 1배 이상으로 정한 이유는, 내측보강구간(230)의 제2-2 설치폭(L2-2)을 충분히 확보하여 배터리프레임의 바닥판의 내충돌성능을 향상에 충분히 기여할 수 있도록 하기 위함이다.
일례로, 제2 바닥판(200)의 설치폭이 200mm 인 경우, 내측보강구간(230)의 제2-2 설치폭(L2-2)은 100mm 이상일 수 있다. 일례로, 내측보강구간(230)의 제2-2 설치폭(L2-2) 100mm, 중첩구간(210)의 제2-1 설치폭(L2-1) 100m 일 수 있다. 다른 일례로, 내측보강구간(230)의 제2-2 설치폭(L2-2) 110mm, 중첩구간(210)의 제2-1 설치폭(L2-1) 900m 일 수 있다.
중첩구간(210)의 제2-1 설치폭(L2-1)은 상기 제2 바닥판(200)의 설치폭의 1/4 ~ 1/5 범위를 가질 수 있다.
중첩구간(210)의 제2-1 설치폭(L2-1)은 상기 제2 바닥판(200)의 설치폭의 1/4 ~ 1/5 범위로 정한 이유는, 내측보강구간(230)의 제2-2 설치폭(L2-2)을 제2 바닥판(200)의 설치폭의 3/4 ~ 4/5 범위가 되도록 충분히 확보하여 배터리프레임의 바닥판의 내충돌성능을 보다 안정적으로 확보하기 위함이다.
일례로, 제2 바닥판(200)의 설치폭이 200mm 인 경우, 제2-1 바닥판의 설치폭은 40 ~ 50mm 일 수 있다.
제2 바닥판(200)은, 상측에 상기 사이드프레임(20)이 겹쳐지게 배치되는 중첩구간(210) 및, 상기 중첩구간(210)에서 내측방향으로 돌출되는 내측보강구간(230)을 포함하고, 상기 중첩구간(210)의 제2-1 설치폭(L2-1)은 상기 사이드프레임(20)의 설치폭(LS)의 1/2 이상일 수 있다.
중첩구간(210)의 제2-1 설치폭(L2-1)은 상기 사이드프레임(20)의 설치폭(LS)의 1/2 이상으로 정한 이유는, 제2 바닥판(200)의 중첩구간(210)과 사이드플레임의 용접의 편의성을 위함이다.
도 9는 및 도 10은 제3 바닥판(300)을 더 포함하는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리케이스(1)를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 사이드프레임(20)은 상기 제3 바닥판(300)의 상측에 접합되어 제3 바닥판(300)과 함께 전후방향의 충돌에 저항할 수 있다.
제3 바닥판(300)은 사이드프레임(20)보다 바닥판의 내측으로 돌출되도록 연장 형성될 수 있다. 구체적으로, 제3 바닥판(300)은 제2 방향(D2)인 전후방향을 따라 바닥판의 내측으로 연장 형성될 수 있다.
또 다른 일례로, 제2 바닥판(200)은 사이드프레임(20)보다 바닥판의 내측으로 돌출되도록 연장 형성될 수 있고, 제3 바닥판(300)은 사이드프레임(20)보다 바닥판의 내측으로 돌출되도록 연장 형성될 수 있다.
구체적으로, 제2 바닥판(200)은 제1 방향(D1)인 좌우방향 따라 바닥판의 내측으로 연장 형성되고, 제3 바닥판(300)은 제2 방향(D2)인 전후방향을 따라 바닥판의 내측으로 연장 형성될 수 있다.
이하에서는, 도 11 및 도 12를 참조하여, 본원발명의 비교예와 본원발명의 배터리케이스(1)가 적용된 배터리팩의 측면안정성 평가 실험결과를 간략히 설명하기로 한다.
도 11은 본원발명의 배터리케이스(1)가 적용된 배터리팩의 측면안정성 평가 실험방법을 도시한 도면이고, 도 12는 도 11에 따른 본원발명의 비교예와 본원발명의 배터리케이스(1)가 적용된 배터리팩의 측면안정성 평가 실험결과를 도시한 도면이다.
도 11에 적용된 배터리케이스의 바닥판(10)은 제1 바닥판(100)은 제1 두께(H1)가 0.8mm이고, 980MPa의 인장강도를 가지는 DP강으로 구성되고, 제2 바닥판(200)은 제2 두께(H2)가1.4mm이고, 1500MPa의 인장강도를 가지는 MART강으로 구성된다.
제1 바닥판(100)의 제1 설치폭(L1)은 450mm이고, 제2 바닥판(200)의 제1 설치폭(L1)은 200mm이며, 제1 바닥판(100)의 제1 설치길이(M1)와, 제2 바닥판(200)의 제2 설치길이(M2)는 1200mm이다.
또한, 제1 바닥판(100)과 제2 바닥판(200)의 사이의 경계는 테일러 웰디드 블랭크(TWB; Taylor Welded Blank) 공정에 의해 접합되었다.
도 11을 참조하면, 본원발명의 비교예와 본원발명의 배터리케이스(1)가 적용된 배터리팩의 측면으로 폴대(K)가 정속(0.5m/s)으로 밀고 들어간다.
도 11의 배터리팩의 측면안정성 평가 실험방법으로 실험을 할 경우, 폴대(K)에는 반력이 작용하고, 이러한 반력이 도 12의 세로축에 해당하는 저항 하중(N)으로 작용한다.
도 12를 참조하면, 세로축은 저항 하중(N)이고, 가로축은 시간(sec)이다.
실험결과, 충돌초기에는 큰 차이가 없다. 이는 충돌초기에는 대부분의 저항을 사이드프레임(20)이 버텨내기 때문이다.
시간이 지나 충돌이 지속되면 사이드프레임(20)의 역할은 끝나고, 배터리프레임의 바닥판이 충돌저항에 기여하기 시작하는데, 본원발명은 본원발명의 비교예에 비해 상당한 저항하중 향상도를 보여준다.
일례로, 0.15(sec)에서 본원발명의 저항하중은 1900000[N] 정도이고, 비교예의 경우는 1700000[N] 정도로 본원발명의 비교예에 비해 상당한 저항하중 향상도를 보여주는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 배터리케이스 10: 배터리케이스의 바닥판
20: 사이드프레임 30: 배터리셀
40: 냉각시스템 100: 제1 바닥판
200: 제2 바닥판 210: 중첩구간
230: 내측보강구간 300: 제3 바닥판
400: 보강바닥판 500: 장착공간
D1: 제1 방향 D2: 제2 방향
D3: 제3 방향 H1: 제1 두께
H2: 제2 두께 H3: 제3 두께
H4: 제4 두께 L1: 제1 설치폭
L2: 제2 설치폭 L2-1: 제2-1 설치폭
L2-2: 제2-2 설치폭 L3: 제3 설치폭
L4: 제4 설치폭 LS: 사이드프레임의 설치폭
M1: 제1 설치길이 M2: 제2 설치길이
M3: 제3 설치길이 M4: 제4 설치길이
K: 폴대 P: 보호판
S: 수용공간 W: 용접부

Claims (15)

  1. 제1 두께를 가지는 제1 바닥판;
    상기 제1 바닥판의 제1 방향 양단부에 접합되고, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 가지는 제2 바닥판;을 포함하고,
    상기 제1 바닥판과 상기 제2 바닥판은 두께방향으로 맞대진 상태에서 테일러 웰디드 블랭크 공정에 의해 접합되는 배터리케이스의 바닥판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 바닥판은 상기 제1 바닥판에 비해 강도가 큰 소재로 구성되는 배터리케이스의 바닥판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바닥판은 980 ~ 1100MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성되고,
    상기 제2 바닥판은 1200 ~ 1800MPa 범위의 인장강도를 가지는 강재로 구성되는 배터리케이스의 바닥판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 바닥판의 제2 두께는 상기 제1 바닥판의 제1 두께의 1.4배 이상 2배 이하인 것을 특징으로 하는 배터리케이스의 바닥판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 바닥판은,
    상기 제1 바닥판의 제1 두께보다 두꺼운 제4 두께를 가지고, 제1 방향으로 인접한 상기 제1 바닥판을 연결하는 보강바닥판;을 더 포함하는 배터리케이스의 바닥판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바닥판의 제1 상면과 상기 제2 바닥판의 제2 상면은 서로 대응되는 높이를 가지고, 상기 제1 바닥판의 하측에는 내입된 형상의 장착공간이 형성되는 배터리케이스의 바닥판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바닥판의 제2 방향 단부에 접합되고, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제3 두께를 가지는 제3 바닥판;을 더 포함하는 배터리케이스의 바닥판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 바닥판은 상기 제1 바닥판에 비해 강도가 큰 소재로 구성되는 배터리케이스의 바닥판.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 바닥판과 상기 제3 바닥판은 제1 방향으로 이격하여 배치되는 한 쌍의 상기 제2 바닥판의 사이에 배치되는 배터리케이스의 바닥판.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 바닥판과 제2 바닥판은 제2 방향으로 이격하여 배치되는 한 쌍의 상기 제3 바닥판의 사이에 배치되는 배터리케이스의 바닥판.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 배터리케이스의 바닥판; 및
    상기 배터리케이스의 바닥판의 상측에 접합되고, 상기 배터리케이스의 바닥판의 테두리부분에 배치되어 충돌에 저항하는 사이드프레임;을 포함하고,
    상기 제2 바닥판은 상기 사이드프레임 보다 상기 배터리케이스의 바닥판의 내측으로 돌출되도록 연장 형성되는 배터리케이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 바닥판은,
    상측에 상기 사이드프레임이 겹쳐지게 배치되는 중첩구간; 및,
    상기 중첩구간에서 내측방향으로 돌출되는 내측보강구간;을 포함하는 배터리케이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 내측보강구간의 제2-2 설치폭은 중첩구간의 제2-1 설치폭의 1배 이상인 것을 특징으로 하는 배터리케이스.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 중첩구간의 제2-1 설치폭은 상기 제2 바닥판의 설치폭의 1/4 ~ 1/5 범위를 가지는 배터리케이스.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제2 바닥판은,
    상측에 상기 사이드프레임이 겹쳐지게 배치되는 중첩구간; 및,
    상기 중첩구간에서 내측방향으로 돌출되는 내측보강구간;을 포함하고,
    상기 중첩구간의 제2-1 설치폭은 상기 사이드프레임의 설치폭의 1/2 이상인 것을 특징으로 하는 배터리케이스.
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