KR20230097805A - 전기자동차용 배터리팩 케이스의 구조 - Google Patents

전기자동차용 배터리팩 케이스의 구조 Download PDF

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KR20230097805A
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최강훈
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Abstract

본 발명은 차량의 측면 충돌에 대한 구조적 강성과 충돌 특성이 향상될 뿐만 아니라 차량 측면 충돌 등에 의한 배터리팩 케이스의 측면 파트에 손상이 발생하는 경우에 손상된 측면 파트만 쉽게 교체 가능하도록 하기 위한 전기자동차용 배터리팩 케이스의 개선된 구조를 제공한다.
이를 위해 본 발명은, 배터리팩이 수납되는 영역을 제공하는 베이스부와, 차체와의 체결을 위해 상기 베이스부의 양 사이드에 제공되는 사이드부를 구비하는 전기자동차용 배터리팩 케이스에 있어서;
상기 사이드부는 상기 베이스부의 좌우 양측에 착탈 가능하게 조립되는 사이드 멤버로 제공되며,
상기 사이드 멤버는 상기 베이스부에 형성되는 레일부의 홈을 따라 슬라이딩하여 맞물리게 되는 플랜지부와, 상기 플랜지부 일측에 배터리팩 케이스의 측면 충돌에 따른 충격을 흡수하도록 충격흡수부를 포함하며,
상기 사이드 멤버의 충격흡수부는 수직방향 및 수평방향의 충격을 흡수하도록 상기 사이드 멤버의 테두리 내측에 구비되는 수직방향 및 수평방향 보강리브와, 상기 수직방향 및 수평방향의 보강리브에 대해 소정의 각도로 경사지게 사이드 멤버의 테두리 내측에 구비되는 경사방향 보강리브를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩 케이스.

Description

전기자동차용 배터리팩 케이스의 구조{Structure of Battery Pack Case for Electric Vehicles}
본 발명은 전기자동차용 배터리팩 케이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 측면 충돌에 대한 구조적 강성과 충돌 특성이 향상되는 전기자동차용 배터리팩 케이스의 구조 개선에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 자동차는 전기를 동력으로 하여 움직이는 자동차로서, 자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차이다.
전기 자동차는 크게 전기배터리 전기차(BEV, Battery Eletric Vehicle), 하이브리드 전기자동차: HEV, Hybrid Eletric Vehicle), 플러그인 전기차: PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 전지 전기 자동차(FCEV, Fuel Cell Eletric Vehicle)로 나누어지는데, 이들 전기 자동차는 모두 전기모터를 이용해서 차량을 구동시키는 구성으로, 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리팩이 필수적으로 장착되어 있다.
상기 고전압 배터리팩은 다수의 단위 전지인 배터리 셀이 일정한 개수로 모여서 된 배터리 모듈이 배터리팩 케이스에 수납되어 전기차에 장착되는 배터리 시스템의 최종 형태를 이룬 것이다.
즉, 전기차의 배터리팩은, 배터리 모듈 및 상기 배터리 모듈의 전압과 전류 및 온도 등을 감지하고 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System; 미도시), 냉각시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 포함하며, 배터리팩을 감싸 보호하면서 외관을 형성하는 배터리팩 케이스에 의해 보호되고 차량에 장착된다.
상기와 같이 구성되는 전기차의 고전압 배터리팩은 트렁크룸의 공간에 설치되기도 하지만, 최근 차량의 성능이 향상됨에 따라 이에 부합되도록 배터리 사이즈가 커지고 또한 수량이 증가하는 추세인 바, 이로 인해 공간이 협소한 트렁크룸에 더 이상 고전압 배터리팩을 설치할 수 없어서 차량 외부에서 언더 플로어패널에 고정 설치하는 방안이 주로 활용되고 있다.
즉, 전기자동차에 사용되는 고전압 배터리팩은 통상 차체 하부에 장착되며, 특히 상용차의 경우 차량 내부공간이 협소함으로 인하여, 외부 장착형 고전압 배터리팩이 필수적으로 요구되고 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리팩의 보호를 위한 외관을 구성하는 요소인 배터리팩 케이스(1)는, 배터리팩이 수납되는 하부케이스(다수의 배터리팩이 수용되는 케이스 본체 부분임), 상기 하부케이스의 상면을 덮도록 조립되는 커버(20)(케이스 본체를 덮는 상부 커버임)를 포함한다.
상기 커버(20)는 하중을 크게 필요로 하지 않으므로 일반적인 플라스틱 복합재 성형공법으로 제조 가능하다. 그리고 상기 하부케이스의 경우 스틸 재질일 때의 성형방법은 프레스(press)로, 알루미늄 재질일 때는 프레스 또는 압출, 다이캐스팅 공법으로 이루어지게 되는데, 이러한 공법은 하부케이스의 형상이 복잡하게 되는 경우에는 각 부품을 나누어 성형하고 이를 다시 용접처리하여 접합하였다.
이러한 배터리팩 케이스(1)는 보통 차체 플로어패널 아래에 장착되므로 실제 주행시 내치핑성(Chipping Resistance), 수밀성 및 내부식성 등이 요구되며, 내치핑성을 위하여 별도 언더 커버를 장착하기도 한다.
한편, 상술한 바와 같은 구성의 기존 전기자동차용 배터리팩 케이스는 구조적으로 다음과 같은 문제점을 안고 있었다.
도 2를 참조하면, 기존의 배터리팩 케이스(1)의 하부케이스는, 배터리팩이 수납되는 영역을 제공하는 베이스부(110)와, 차체 체결을 위해 상기 베이스부(110)의 양 사이드에 제공되는 사이드부(120a)가 일체형으로 형성된다.
따라서, 차량 사고 등에서의 측면 충돌 발생시, 배터리팩 케이스(1)의 사이드부(120a)에 충격이 가장 우선적으로 가해지게 되며, 이로써 사이드부(120a)가 손상되는 경우가 발생한다.
이때, 기존의 배터리팩 케이스(1)를 구성하는 하부케이스는 베이스부(110)와 사이드부(120a)가 일체형으로 형성되는 구조이므로, 사이드부(120a) 손상만으로도 패터리팩 케이스 전체를 교체해야만 한다.
즉, 기존의 배터리팩 케이스(1)는 하부케이스의 베이스부(110) 손상이 없더라도, 사이드부(120a)와 베이스부(110)가 일체이므로 베이스부 양측에 구비되는 사이드부(120a) 손상이 발생하게 되면 배터리팩 케이스 전체를 교체해야만 하는 구조적 단점이 있다.
결국, 기존의 전기자동차용 배터리팩 케이스(1)는 일부 한정된 부분의 손상임에도 불구하고 배터리팩 케이스 전체를 교체해야 하므로, 수리 비용 등 경제적 부담이 증가하게 되는 단점이 수반되며, 또한 제품의 사후 보수(A/S)에 있어 배터리팩 케이스 전체를 취급해야 하므로 편의성이 저하되는 단점이 있어, 이들 단점을 해소하기 위한 구조 개선이 요구되는 실정이다.
특히, 도 2를 참조하면, 기존의 하부케이스(10)의 사이드부(120a)는 측면 충돌시 외부에서 가해지는 충격에너지를 효과적으로 흡수하지 못하는 구조를 지니고 있다.
즉, 기존의 하부케이스(10)의 사이드부(120a)의 단면 상, 내부의 보강리브 구조가 수평방향으로 가해지는 충격력만을 고려하여 배치되어 있으므로, 측면 충돌에 있어서 정확히 수평방향 아닌 방향에서 가해지는 충력력에 취약할 수 밖에 없는 문제점이 있다.
특허문헌1 : 대한민국공개특허 10-2013-0027386호(2013.03.15.) 특허문헌2 : 대한민국등록특허 10-1315741호(2013.10.01.)
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량의 측면 충돌에 대한 구조적 강성 및 충돌 특성이 향상될 수 있도록 한 전기자동차용 배터리팩 케이스 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 배터리팩이 수납되는 영역을 제공하는 베이스부와, 차체와의 체결을 위해 상기 베이스부의 양 사이드에 제공되는 사이드부를 포함하는 하부케이스를 구비하는 전기자동차용 배터리팩 케이스에 있어서; 상기 하부케이스의 사이드부는 상기 베이스부의 좌우 양측에 착탈 가능하게 조립되는 사이드 멤버로 제공되고, 상기 사이드 멤버는 상기 베이스부에 형성되는 레일부의 홈에 맞물리게 되는 플랜지부를 구비하며, 상기 사이드 멤버는 상기 플랜지부 일측에 배터리팩 케이스의 측면 충돌에 따른 충격을 흡수하도록 구비되는 충격흡수부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
한편, 상기 사이드 멤버의 충격흡수부는, 수직 및 수평방향의 충격을 흡수하도록 상기 사이드 멤버의 테두리 내측에 구비되는 수직방향 보강리브 및 수평 방향의 보강리브와, 상기 수직 및 수평 방향의 보강리브에 대해 소정의 각도로 경사지게 사이드 멤버의 테두리 내측에 구비되는 경사방향 보강리브를 구비한다.
상기 충격흡수부의 테두리 내측 구성요소(즉, 수직 및 수평 방향 보강리브, 경사방향 보강리브)는 단면상의 기하학적 형태가 "
Figure pat00001
" 모양으로서, 수평방향 및 수직방향의 각 중심선을 기준으로 좌우 및 상하대칭을 이루도록 구성된다.
또한, 상기 플랜지부의 상기 베이스부와 접하는 면에는 자기윤활성 플라스틱 재질의 코팅층이 더 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 전기자동차용 배터리팩 케이스 구조에 따르면 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명의 배터리팩 케이스 구조에 따른 하부케이스는, 사이드 멤버의 충격흡수부가 단면상 충격 흡수에 효과적인 기하학적 형태를 이룸에 따라, 차량의 측면 충돌에 대한 구조적 강성과 충돌 특성 등이 기존의 배터리팩 케이스에 비해 향상되어, 배터리팩 보호 성능이 강화될 뿐아니라 운전자 및 탑승객의 안전성이 향상되는 효과를 제공하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 배터리팩 케이스가 적용된 전기자동차는 차량의 측면 충돌에 의해 배터리팩 케이스의 측면 파트만 손상된 경우, 손상된 측면 파트인 사이드 멤버만 교체하면 되므로, 보수 관리의 편의성이 향상되며, 수리 비용을 절감할 수 있어 경제적 부담을 완화시킬 수 있게 된다.
도 1은 기존 배터리팩 케이스의 사시도
도 2는 도 1의 'A'부 단면 구조를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 배터리팩 케이스의 사시도
도 4는 도 3의 'B'부 단면 구조를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 배터리팩 케이스의 요부 사시도로서, 사이드 멤버의 교체를 위한 슬라이드 작용을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로서, 도 3의 'B'부 단면 구조의 다른 예를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 배터리팩 케이스의 충돌에너지의 내부 전달 억제 효과를 보여주기 위한 비교도
본 발명의 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면 도 3 내지 도 7을 참조하여 기술하는 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 발명에 따른 전기자동차용 배터리팩 케이스의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 배터리팩 케이스의 사시도이고, 도 4는 도 3의 'B'부 단면 구조를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 배터리팩 케이스의 요부 사시도로서, 사이드 멤버의 교체를 위한 슬라이드 작용을 설명하기 위한 도면이다.
한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로서, 도 3의 'B'부 단면 구조의 다른 예를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 배터리팩 케이스의 충돌에너지의 내부 전달 억제 효과를 보여주기 위한 비교도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리팩 케이스(1)의 하부케이스(10)는, 배터리팩이 수납되는 영역을 제공하는 베이스부(110)와, 차체와의 체결을 위해 상기 베이스부(110)의 양 사이드에 제공되는 사이드부를 구비하되, 상기 사이드부가 상기 베이스부와는 개별 형성되는 별도의 부재로서, 상기 베이스부(110)의 양측에 착탈 가능하게 조립되는 사이드 멤버(120)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 사이드 멤버(120)는, 상기 베이스부(110) 가장자리의 상하부에 형성되는 레일부(111a, 111b)의 홈(112)에 슬라이딩하여 맞물리게 되는 플랜지부(121)와, 상기 플랜지부(121) 일측에 배터리팩 케이스(1)의 측면 충돌에 따른 충격을 흡수하도록 구비되는 충격흡수부(122)를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 사이드 멤버(120)의 충격흡수부(122)는, 단면 상의 기하학적 형태를 기준으로 볼 때, 테두리 내측에 수평 및 수직방향의 충격을 흡수하도록 각각 구비되는 수평방향 보강리브(122-1)와 수직방향 보강리브(122-2)와, 수직방향 및 수평방향의 보강리브(122-1)(122-2)에 대해 일정 각도로 경사지게 상기 테두리 내측에 형성되는 경사방향 보강리브(122-3)를 포함하여 구성된다.
더욱 구체적으로, 상기 충격흡수부(122)의 테두리 내측부분의 구성요소(즉, 수평 및 수직 방향 보강리브, 경사 방향 보강리브)은 단면 상의 기하학적 형태가 "
Figure pat00002
" 모양으로서, 수평방향 및 수직방향의 각 중심선을 기준으로 좌우 및 상하대칭을 이루도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 배터리팩 케이스(1)에 따른 작용 효과는 다음과 같다.
본 발명에 따른 전기자동차용 배터리팩 케이스(1)가 적용된 경우, 주행 중 사고등에 기인한 차량의 측면 충돌에 의해 배터리팩 케이스(1)의 측면 파트만 손상된 경우, 손상된 측면 파트인 사이드 멤버(120)만 교체하면 된다.
즉, 도 5를 참조하면, 배터리팩 케이스(1)의 사이드 멤버(120)를 도면상 화살표 방향으로 베이스부(110)의 레일홈(112)을 따라 슬라이딩시켜 베이스부(110)로부터 손상된 사이드 멤버(120)를 분리시키고, 새로운 사이드 멤버를 베이스부(110)의 레일홈(112)을 따라 슬라이딩시켜 밀어넣어 사이드 멤버의 교체를 완료할 수 있다.
이때, 상기 레일부(111a, 111b)의 외측벽면을 관통하여 플랜지부(121)에 체결부재(예: 볼트)가 체결되도록 하여 사이드 멤버(120)의 레일부 길이 방향을 따른 유동이 미연에 방지되도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 측면 파트만 손상되더라도 배터리팩 케이스 전체를 교체해야만 하던 기존과는 달리, 배터리팩 케이스 전체를 교체하지 않고 손상된 사이드 멤버(120)만 교체하면 되므로, 보수 관리의 편의성이 향상되며, 수리 비용을 절감할 수 있어 경제적 부담을 완화시킬 수 있게 된다.
특히, 기존에는 측면 파트 손상만으로 배터리팩 케이스 전체를 교체함에 따라, 배터리팩 케이스(1)에 수용된 배터리팩과 이에 연결되는 각종 제어 및 보호 시스템을 제거해야 하는 추가 작업이 수반되지만, 본 발명에 따르면 이러한 추가 작업이 불필요하므로 배터리팩 케이스의 보수 관리에 있어서 작업이 단순화되어 노동력 및 작업시간도 절감된다.
한편, 상기 사이드 멤버(120)의 충격흡수부(122)는 단면 상의 기하학적 형태가 충격 흡수에 효과적인 형태를 이룰 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 충격흡수부(122)의 기하학적 형태로 인해 차량의 측면 충돌에 대한 배터리팩 케이스(1)의 구조적 강성 및 충돌 특성이 기존의 배터리팩 케이스에 비해 향상되며, 이로써 차량의 측면 충돌 발생시 배터리팩 보호 뿐만 아니라 운전자의 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 도 6을 참조하면, 상기 플랜지부(121)의 상기 베이스부(110)와 접하는 면과 레일부(111a, 111b)의 홈(112)에 접하는 면에는 자기윤활성(Self-Lubricating) 플라스틱 재질의 코팅층(500)(이하, '자기윤활성 코팅층' 이라함)이 더 구비될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 배터리팩 케이스(1)는 하부케이스의 측면 파트인 사이드 멤버(120)가 베이스로부터 착탈 가능한 구조로서, 상기 사이드 멤버(120)는 상기 베이스부(110)와 접하는 면에 자기윤활성 코팅층(500)이 구비될 수 있다.
이러한 자기윤활성 코팅층(500)은 압축강도, 경도, 마모 및 하중 특성을 증가시키며 우수한 내열성 및 내화학성 및 자기윤활성을 가지는 플라스틱 재료로 만들어지는데, 예컨대, 테프론 또는 이에 카본성분을 첨가시킨 카본테프론로 만들어지는 것이 바람직하지만, 충격을 고려한 물리적·화학적 특성을 만족할 수 있는 것이라면 다양한 합성수지재가 코팅재로 사용될 수 있음은 물론이다.
이러한 자기윤활성 코팅층(500)은 차량 충돌시 완충을 수행함과 더불어, 사이드 멤버(120)의 교체 작업 수행시 상기 베이스부(110)로부터 사이드 멤버(120)가 보다 원할하게 분리되도록 돕게 된다.
상술한 본 발명의 전기자동차용 배터리팩 케이스의 구조에 따르면, 기존에 비해 배터리팩 케이스의 충돌에너지의 내부 전달 억제 효과가 더 크다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 7을 참조하면, "C"부 내의 붉은색 부분이 기존에 비해 더 짙음을 통해 사이드 멤버(120) 충돌 부위에서의 충격 흡수력이 증대됨을 확인할 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 배터리팩 케이스는 충돌에너지의 내부 전달 억제 효과가 향상됨을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명은 위에서 개시된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 명세서 상에 개시된 실시예 들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예들과 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
1: 배터리팩 케이스 10: 하부케이스
110: 베이스부 111: 레일부
112: 홈 120: 사이드 멤버
121: 플랜지 122: 충격흡수부
122-1: 수평방향 보강리브 122-2: 수직방향 보강리브
122-3: 경사방향 보강리브 124: 관통공
20: 커버 500: 자기윤활성 코팅층

Claims (3)

  1. 배터리팩이 수납되는 영역을 제공하는 베이스부와, 차체와의 체결을 위해 상기 베이스부의 양 사이드에 제공되는 사이드부를 구비하는 전기자동차용 배터리팩 케이스에 있어서;
    상기 사이드부는 상기 베이스부의 좌우 양측에 착탈 가능하게 조립되는 사이드 멤버로 제공되며,
    상기 사이드 멤버는 상기 베이스부에 형성되는 레일부의 홈을 따라 슬라이딩하여 맞물리게 되는 플랜지부와, 상기 플랜지부 일측에 배터리팩 케이스의 측면 충돌에 따른 충격을 흡수하도록 충격흡수부를 포함하며,
    상기 사이드 멤버의 충격흡수부는 수직방향 및 수평방향의 충격을 흡수하도록 상기 사이드 멤버의 테두리 내측에 구비되는 수직방향 및 수평방향 보강리브와, 상기 수직방향 및 수평방향의 보강리브에 대해 소정의 각도로 경사지게 사이드 멤버의 테두리 내측에 구비되는 경사방향 보강리브를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충격흡수부의 테두리 내측부분의 상기 수직방향 및 수평 방향 보강리브, 그리고 상기 경사방향 보강리브는 단면 상의 기하학적 형태가 "
    Figure pat00003
    " 모양으로,
    수평 및 수직 방향의 각 중심선을 기준으로 좌우 및 상하대칭을 이루도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩 케이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플랜지부의 상기 베이스부와 접하는 면에는 자기윤활성 코팅층이 구비됨을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩 케이스.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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