KR20240000891A - 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법 및 그 방법으로 제조된 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록, 그리고 상기 알루미늄 냉각블록을 구비하는 전기차의 배터리 팩 케이스 - Google Patents

전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법 및 그 방법으로 제조된 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록, 그리고 상기 알루미늄 냉각블록을 구비하는 전기차의 배터리 팩 케이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법 및 그 방법으로 제조된 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록, 그리고 상기 알루미늄 냉각블록을 구비하는 전기차의 배터리 팩 케이스에 관한 것이다. 본 발명의 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법은 알루미늄 냉각블록의 상부와 하부를 이루는 냉각블록 상판과 냉각블록 하판을 준비하는 상판과 하판 준비단계; 준비된 상기 냉각블록 하판에 형성되는 냉각수 채널 영역에 상기 냉각블록 상판 쪽으로 돌출된 복수 개의 비드부를 가공하는 비드부 가공단계; 상기 비드부가 가공된 냉각블록 하판과 상기 냉각블록 상판을 포개어 접면 배치시키는 상판과 하판 접면 배치단계; 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판 간의 용접 강도 향상을 위하여 상기 비드부들을 매개로 해서 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판을 레이저로 용접하는 용접 강도 향상을 위한 비드부 레이저 용접단계; 냉각수가 누수되지 않게 상기 냉각수 채널의 외측 둘레를 따라 연속적으로 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판에 대한 마찰교반 용접을 진행해서 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판을 한 몸체로 일체화시키는 냉각수 누수 방지를 위한 마찰교반 용접단계; 및 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판에 대한 용접 품질을 검사하는 용접 품질 검사단계를 포함한다.

Description

전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법 및 그 방법으로 제조된 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록, 그리고 상기 알루미늄 냉각블록을 구비하는 전기차의 배터리 팩 케이스{Electric vehicle battery pack case aluminum cooling block manufacturing method and aluminum cooling block manufactured by the same, and electric vehicle battery pack case with the same}
본 발명은, 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법 및 그 방법으로 제조된 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록, 그리고 상기 알루미늄 냉각블록을 구비하는 전기차의 배터리 팩 케이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 알루미늄 냉각블록의 상판과 하판 간의 용접 강도를 종래보다 월등히 높일 수 있어 냉각수 누수에 따른 품질 저하 문제를 해소할 수 있으며, 공정 수행을 위한 전반적인 비용 절감을 끌어낼 수 있음은 물론 생산속도를 높일 수 있어서 제품 단가를 현저하게 낮출 수 있는, 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법 및 그 방법으로 제조된 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록, 그리고 상기 알루미늄 냉각블록을 구비하는 전기차의 배터리 팩 케이스에 관한 것이다.
내연기관 등에 의해 발생하는 환경오염 문제가 부각되면서 이러한 환경오염 문제를 해결하기 위한 방안으로 전기자동차(EV, Electric Vehicle)와 하이브리드 전기자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등이 기존의 내연기관 자동차를 대체하는 친환경 이동 수단으로 주목받고 있다.
이에 따라, 전기자동차의 동력원인 고성능·고용량의 배터리에 대하여도 관심이 증가하고 있으며, 여러 학교, 기업 및 연구소에서 배터리 팩(battery pack)에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다.
전기자동차를 가동하기 위해서는 일반적인 스마트폰의 수천 배에 달하는 엄청난 양의 전력이 요구되기 때문에, 전기자동차에는 배터리 셀(battery cell)이 적어도 수십 개에서 많게는 수천 개까지 장착된다.
수많은 배터리 셀을 안전하게 효율적으로 관리하기 위해서, 여러 개의 배터리 셀을 하나의 프레임에 넣어 배터리 모듈(battery module)을 만들고, 이러한 배터리 모듈을 여러 개를 모아 배터리의 온도나 전압 등을 관리해주는 배터리 관리시스템(BMS, Battery Management System)과 냉각장치 등을 추가하여 최종적으로 배터리 팩이라는 형태로 구성한다.
이러한 배터리 팩의 성능은 배터리 셀이 구동되는 온도에 의하여 주로 결정되는데, 배터리 팩 내 셀들의 평균 온도를 적절히 유지하고 셀간 온도 편차를 줄이는 것이 중요하다. 배터리셀의 적정한 구동 온도는 20℃ 내자 50℃의 범위인 것으로 알려져 있다.
충·방전 시 또는 구동 시 이러한 온도 범위를 넘어서는 경우 배터리 셀의 성능 저하는 물론 화재 및 나아가 폭발이 발생할 가능성도 있다. 그뿐만 아니라 전기 화학 반응, 충·방전 효율, 전하 수용성 등에 악영향을 끼치며 결국에는 배터리 수명을 감소시킨다.
또한, 온도편차로 인해 셀 간 내부저항 불균형이 생기면 사용 가능한 배터리 셀이 많이 남아있음에도 불구하고, 배터리 모듈을 교체해야하는 문제가 발생한다. 따라서, 배터리를 적절한 온도로 유지하며, 셀 간 온도편차를 줄일 수 있는 배터리 냉각시스템이 필요하다.
배터리의 냉각은 냉각 유체를 이용하며, 일반적으로 배터리 모듈 단위로 이루어진다. 냉각 방식은 크게 공랭식과 수랭식으로 나눌 수 있다.
공랭식은 주로 냉각팬을 배터리 트레이에 부착하고, 공기를 외부에서 흡입하여 배터리 트레이의 입구 쪽부터 공기로 냉각을 시킨 후 배터리 트레이의 뒤쪽 출구로 공기를 배기시키는 방식이다. 수랭식은 상대적으로 발열량이 큰 경우에 이용되는 방식으로 수냉판으로 냉각수를 유입시켜 배터리 팩을 냉각시킨다.
한편, 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록은, 배터리 모듈의 하단부에 장착되며, 배터리 모듈에서 발생하는 열을 냉각수가 흐르는 채널(channel)을 통해 식혀주는 역할을 하는 제품이다.
이러한 알루미늄 냉각블록은 상판과 하판으로 이루어지는데, 채널에서 냉각수가 누수되지 않고 흐를 수 있게 상판과 하판 간의 밀폐가 무엇보다도 중요하다. 이에, 종전에는 모재의 용융점 이하의 온도에서 접합부를 가열하여 모재는 녹이지 않고 용가재만 녹여 두 모재 사이에 젖음 현상과 모세관 현상 등을 이용한 브레이징 용접을 사용하여 알루미늄 냉각블록의 상판과 하판을 용접해 왔다.
하지만, 이러한 방식을 사용하는 종래기술의 경우, 공정 수행을 위한 설비 등의 전반적인 비용이 높아짐에도 불구하고 용접 강도는 그리 크지 않으며, 또한 생산속도가 느려 제품의 단가가 높아지는 단점을 유발시킨다는 점에서 새로운 대안이 요구된다.
대한민국특허청 출원번호 제10-2009-0126408호
본 발명의 목적은, 알루미늄 냉각블록의 상판과 하판 간의 용접 강도를 종래보다 월등히 높일 수 있어 냉각수 누수에 따른 품질 저하 문제를 해소할 수 있으며, 공정 수행을 위한 전반적인 비용 절감을 끌어낼 수 있음은 물론 생산속도를 높일 수 있어서 제품 단가를 현저하게 낮출 수 있는, 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법 및 그 방법으로 제조된 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록, 그리고 상기 알루미늄 냉각블록을 구비하는 전기차의 배터리 팩 케이스를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 알루미늄 냉각블록의 상부와 하부를 이루는 냉각블록 상판과 냉각블록 하판을 준비하는 상판과 하판 준비단계; 준비된 상기 냉각블록 하판에 형성되는 냉각수 채널 영역에 상기 냉각블록 상판 쪽으로 돌출된 복수 개의 비드부를 가공하는 비드부 가공단계; 상기 비드부가 가공된 냉각블록 하판과 상기 냉각블록 상판을 포개어 접면 배치시키는 상판과 하판 접면 배치단계; 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판 간의 용접 강도 향상을 위하여 상기 비드부들을 매개로 해서 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판을 레이저로 용접하는 용접 강도 향상을 위한 비드부 레이저 용접단계; 냉각수가 누수되지 않게 상기 냉각수 채널의 외측 둘레를 따라 연속적으로 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판에 대한 마찰교반 용접을 진행해서 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판을 한 몸체로 일체화시키는 냉각수 누수 방지를 위한 마찰교반 용접단계; 및 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판에 대한 용접 품질을 검사하는 용접 품질 검사단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법에 의해 달성된다.
상기 비드부 가공단계는 프레스(press) 가공에 의해 진행되며, 상기 비드부들은 상기 냉각수 채널 영역에서 서로 이격되게 두 줄씩 배치되며, 상기 레이저 용접 시 레이저 빔을 두 개로 출력한 후, 예열과 후열 효과를 이용한 알루미늄 레이저 용접이 가능토록 한다.
상기 목적은, 제1항의 제조방법으로 제조되되 배터리 팩 케이스의 배터리 프레임의 하부에 접하되 상기 배터리 프레임 내의 배터리 모듈을 냉각시키는 것으로서, 상기 배터리 프레임의 하부에 접하는 냉각블록 상판; 및 상기 냉각블록 상판과 접하여 한 몸체를 형성하되 상기 배터리 모듈의 냉각을 위한 냉각수가 유동하는 냉각수 채널이 형성되는 냉각블록 하판을 포함하며, 상기 냉각블록 하판의 냉각수 채널 영역에는 프레스(press) 가공으로 형성되되 상기 냉각블록 상판 쪽으로 돌출된 복수 개의 비드부가 서로 이격되게 배치되며, 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판 간의 용접 강도 향상을 위하여 상기 비드부들을 매개로 해서 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판이 레이저로 용접되며, 상기 레이저 용접 시 레이저 빔을 두 개로 출력한 후, 예열과 후열 효과를 이용한 알루미늄 레이저 용접이 가능토록 하며, 냉각수가 누수되지 않게 상기 냉각수 채널의 외측 둘레를 따라 연속적으로 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판에 대한 마찰교반 용접을 진행되어 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판이 한 몸체로 일체화되는 것을 특징으로 하는 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록에 의해서도 달성된다.
상기 목적은, 전기차용 배터리 모듈이 탑재되는 모듈 탑재부를 구비하는 배터리 프레임; 상기 배터리 프레임의 상부에 결합하는 상부 하우징 커버; 상기 배터리 프레임의 하부에 접하되 상기 배터리 프레임 내의 배터리 모듈을 냉각시키는 알루미늄 냉각블록; 및 상기 알루미늄 냉각블록의 하부에 결합하는 하부 하우징 커버를 포함하며, 상기 알루미늄 냉각블록은, 상기 배터리 프레임의 하부에 접하는 냉각블록 상판; 및 상기 냉각블록 상판과 접하여 한 몸체를 형성하되 상기 배터리 모듈의 냉각을 위한 냉각수가 유동하는 냉각수 채널이 형성되는 냉각블록 하판을 포함하며, 상기 냉각블록 하판의 냉각수 채널 영역에는 프레스(press) 가공으로 형성되되 상기 냉각블록 상판 쪽으로 돌출된 복수 개의 비드부가 서로 이격되게 배치되며, 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판 간의 용접 강도 향상을 위하여 상기 비드부들을 매개로 해서 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판이 레이저로 용접되며, 상기 레이저 용접 시 레이저 빔을 두 개로 출력한 후, 예열과 후열 효과를 이용한 알루미늄 레이저 용접이 가능토록 하며, 냉각수가 누수되지 않게 상기 냉각수 채널의 외측 둘레를 따라 연속적으로 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판에 대한 마찰교반 용접을 진행되어 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판이 한 몸체로 일체화되는 것을 특징으로 하는 전기차의 배터리 팩 케이스에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 알루미늄 냉각블록의 상판과 하판 간의 용접 강도를 종래보다 월등히 높일 수 있어 냉각수 누수에 따른 품질 저하 문제를 해소할 수 있으며, 공정 수행을 위한 전반적인 비용 절감을 끌어낼 수 있음은 물론 생산속도를 높일 수 있어서 제품 단가를 현저하게 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스에 대한 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록의 분해 사시도이다.
도 3은 냉각블록 상판의 확대 사시도이다.
도 4는 냉각블록 하판의 확대 사시도이다.
도 5는 도 4의 요부 확대도이다.
도 6은 냉각블록 상판과 냉각블록 하판이 용접으로 접합된 상태에서 용접 부위를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 요부 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록의 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법의 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하여지도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하려고 구체적으로 설명되지 않는다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문어구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작(작용)은 하나 이상의 다른 구성 요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스에 대한 개략적인 구조도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록의 분해 사시도, 도 3은 냉각블록 상판의 확대 사시도, 도 4는 냉각블록 하판의 확대 사시도, 도 5는 도 4의 요부 확대도, 도 6은 냉각블록 상판과 냉각블록 하판이 용접으로 접합된 상태에서 용접 부위를 설명하기 위한 도면, 도 7은 도 6의 요부 확대도, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법의 순서도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명은 알루미늄 냉각블록(100)의 상판(110)과 하판(120) 간의 용접 강도를 종래보다 월등히 높일 수 있어 냉각수 누수에 따른 품질 저하 문제를 해소할 수 있으며, 공정 수행을 위한 전반적인 비용 절감을 끌어낼 수 있음은 물론 생산속도를 높일 수 있어서 제품 단가를 현저하게 낮출 수 있도록 한다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 본 발명은 도 1과 같은 배터리 팩 케이스(1), 도 2와 같은 알루미늄 냉각블록(100), 그리고, 도 8과 같은 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법에 그 권리범위가 적용될 수 있다.
우선, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 케이스(1)에 대해 알아본다.
본 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스(1)는 배터리 모듈(10)이 탑재되는 모듈 탑재부(21)를 구비하는 배터리 프레임(20)과, 배터리 프레임(20)의 상부에 결합하는 상부 하우징 커버(30)와, 배터리 프레임(20)의 하부에 접하되 배터리 프레임(20) 내의 배터리 모듈(10)을 냉각시키는 알루미늄 냉각블록(100)과, 알루미늄 냉각블록(100)의 하부에 결합하는 하부 하우징 커버(40)를 포함한다.
배터리 프레임(20), 상부 하우징 커버(30), 알루미늄 냉각블록(100) 및 하부 하우징 커버(40)는 조립 구조이며, 실질적으로 배터리 모듈(10)을 보호, 지지, 냉각하는 기능을 담당한다.
한편, 앞서도 언급한 것처럼 알루미늄 냉각블록(100)은 냉각수의 흐름에 기초하여 배터리 모듈(10)에서 발생하는 열을 냉각시키는 주요 부품이며, 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)으로 이루어진다.
냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)이 접하여 한 몸체인 알루미늄 냉각블록(100)을 이루는 한편 배터리 프레임(20)의 하부에 접해서 내부에서 흐르는 냉각수의 작용으로 배터리 모듈(10)이 냉각되게 한다.
따라서, 알루미늄 냉각블록(100)을 이루는 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)은 내부의 냉각수가 누수되지 않게 강한 용접 강도로 용접되어야 한다. 하지만, 종전에는 브레이징 용접을 사용해 왔기 때문에 공정 수행을 위한 설비 등의 전반적인 비용이 높아짐에도 불구하고 용접 강도는 그리 크지 않으며, 또한 생산속도가 느려 제품의 단가가 높아지는 단점을 유발시켜 왔다. 이에, 본 발명의 혁신적인 방법을 제시한다.
냉각블록 상판(110)은 배터리 프레임(20)의 하부에 접하게 배치된다. 그리고, 냉각블록 하판(120)은 냉각블록 상판(100)과 접하여 한 몸체를 형성한다.
이러한 냉각블록 하판(120)에는 배터리 모듈(10)의 냉각을 위한 냉각수가 유동하는 냉각수 채널(122)이 형성된다. 그리고, 냉각수 채널(122) 영역에는 복수 개의 비드부(121)가 서로 이격되게 배치된다. 비드부(121)들은 프레스(press) 가공으로 형성되되 냉각블록 상판(110) 쪽으로 돌출되게 형성된다.
이러한 비드부(121)들은 레이저 용접의 장소를 이룬다. 즉 본 실시예의 경우에는 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120) 간의 용접 강도 향상을 위하여 비드부(121)들을 매개로 해서 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)이 레이저로 용접된다. 이처럼 전체 영역이 아닌 비드부(121)들을 매개로 한 레이저 용접이 진행되기 때문에 빠른 용접이 가능하며, 그럼에도 불구하고 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120) 간의 용접 강도가 향상될 수 있다. 따라서, 쉽게 떨어지거나 분리되지 않는다.
특히, 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)의 소재인 알루미늄은 고유저항이 낮고 응고수축율이 높아 용융용접을 사용하기가 어렵다. 해서, 본 실시예의 경우에는 레이저 빔을 두 개로 출력한 후, 예열과 후열 효과를 이용한 알루미늄 레이저 용접이 가능해지게 하고 있는 것이다.
또한, 본 실시예의 경우, 이러한 레이저 용접에 더해서 마찰교반 용접이 추가로 더 진행된다. 즉 냉각수가 누수되지 않게 냉각수 채널(122)의 외측 둘레를 따라 연속적으로 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)에 대한 마찰교반 용접을 진행해서 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)이 한 몸체로 일체화되게 한다.
마찰교반 용접이란 용융점까지 녹기 전에 반고체 상태에서 교반, 회전력으로 용접하는 방식인데, 이러한 특징으로 인해 공기가 투입될 여지가 없다. 따라서, 냉각수 채널(122)의 외측 둘레를 따라 연속적으로 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)에 대한 마찰교반 용접을 진행하면 냉각수의 누수가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 마찰교반 용접을 진행하면 용접 변형이 적고 블로홀이나 갈라짐이 발생하지 않아 밀폐성능을 요구하는 부위, 즉 본 실시예처럼 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120) 간의 기밀 결합에 매우 유리하다.
한편, 이상 설명한 알루미늄 냉각블록(100)을 제조하는 방법은 상판과 하판 준비단계(S110), 비드부 가공단계(S120), 상판과 하판 접면 배치단계(S130), 용접 강도 향상을 위한 비드부 레이저 용접단계(S140), 냉각수 누수 방지를 위한 마찰교반 용접단계(S150) 및 용접 품질 검사단계(S160)를 포함할 수 있다.
상판과 하판 준비단계(S110)는 알루미늄 냉각블록(100)의 상부와 하부를 이루는 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)을 준비하는 공정이다. 이때의 냉각블록 하판(120)에는 냉각수 채널(122)만 있을 뿐 아직 비드부(121)는 없다.
비드부 가공단계(S120)는 준비된 냉각블록 하판(120)에 형성되는 냉각수 채널(122) 영역에 냉각블록 상판(110) 쪽으로 돌출된 복수 개의 비드부(121)를 가공하는 공정이다. 이러한 비드부 가공단계(S120)는 프레스(press) 가공에 의해 진행될 수 있다. 따라서, 한 번에 빠른 작업이 가능해진다. 비드부(121)들은 냉각수 채널(122) 영역에서 서로 이격되게 가급적 두 줄씩 배치되는 편이 바람직하다.
상판과 하판 접면 배치단계(S130)는 비드부(121)가 가공된 냉각블록 하판(120)과 냉각블록 상판(110)을 포개어 접면 배치시키는 공정이다. 물론, 냉각블록 하판(120)과 냉각블록 상판(110) 간의 얼라인을 맞추면서 접면 배치해야 한다.
용접 강도 향상을 위한 비드부 레이저 용접단계(S140)는 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120) 간의 용접 강도 향상을 위하여 비드부(121)들을 매개로 해서 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)을 레이저로 용접하는 공정이다. 레이저 용접 시 레이저 빔을 두 개로 출력한 후, 예열과 후열 효과를 이용한 알루미늄 레이저 용접이 가능토록 한다.
냉각수 누수 방지를 위한 마찰교반 용접단계(S150)는 냉각수가 누수되지 않게 냉각수 채널(122)의 외측 둘레를 따라 연속적으로 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)에 대한 마찰교반 용접을 진행해서 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)을 한 몸체로 일체화시키는 공정이다. 마찰교반 용접을 진행하면 용접 변형이 적고 블로홀이나 갈라짐이 발생하지 않아 밀폐성능을 요구하는 부위, 즉 본 실시예처럼 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120) 간의 기밀 결합에 매우 유리하다.
용접 품질 검사단계(S160)는 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)에 대한 용접 품질을 검사하는 공정이다. 검사 후, 양품만 제품으로 출시되고 불량품은 회수된다.
이하, 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록(100)을 제조하는 과정을 일련적으로 설명한다.
우선, 알루미늄 냉각블록(100)의 상부와 하부를 이루는 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)을 준비한다. 이때의 냉각블록 하판(120)에는 냉각수 채널(122)만 있을 뿐 아직 비드부(121)는 없다.
다음, 준비된 냉각블록 하판(120)에 형성되는 냉각수 채널(122) 영역에 냉각블록 상판(110) 쪽으로 돌출된 복수 개의 비드부(121)를 가공한다. 이러한 비드부 가공단계(S120)는 프레스(press) 가공에 의해 진행될 수 있다. 따라서, 한 번에 빠른 작업이 가능해진다. 비드부(121)들은 냉각수 채널(122) 영역에서 서로 이격되게 가급적 두 줄씩 배치되는 편이 바람직하다.
다음, 비드부(121)가 가공된 냉각블록 하판(120)과 냉각블록 상판(110)을 포개어 접면 배치시킨다. 물론, 냉각블록 하판(120)과 냉각블록 상판(110) 간의 얼라인을 맞추면서 접면 배치해야 한다.
다음, 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120) 간의 용접 강도 향상을 위하여 비드부(121)들을 매개로 해서 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)을 레이저로 용접한다.
이처럼 전체 영역이 아닌 비드부(121)들을 매개로 한 레이저 용접이 진행되기 때문에 빠른 용접이 가능하며, 그럼에도 불구하고 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120) 간의 용접 강도가 향상될 수 있다. 따라서, 쉽게 떨어지거나 분리되지 않는다.
특히, 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)의 소재인 알루미늄은 고유저항이 낮고 응고수축율이 높아 용융용접을 사용하기가 어렵다. 해서, 본 실시예의 경우에는 레이저 빔을 두 개로 출력한 후, 예열과 후열 효과를 이용한 알루미늄 레이저 용접이 가능해지게 하고 있는 것이다.
다음, 냉각수가 누수되지 않게 냉각수 채널(122)의 외측 둘레를 따라 연속적으로 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)에 대한 마찰교반 용접을 진행해서 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)을 한 몸체로 일체화시킨다 마찰교반 용접을 진행하면 용접 변형이 적고 블로홀이나 갈라짐이 발생하지 않아 밀폐성능을 요구하는 부위, 즉 본 실시예처럼 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120) 간의 기밀 결합에 매우 유리하다.
그런 다음, 냉각블록 상판(110)과 냉각블록 하판(120)에 대한 용접 품질을 검사한다. 검사 후, 양품만 제품으로 출시되고 불량품은 회수된다.
이상 설명한 바와 같은 구조를 기반으로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 알루미늄 냉각블록(100)의 상판(110)과 하판(120) 간의 용접 강도를 종래보다 월등히 높일 수 있어 냉각수 누수에 따른 품질 저하 문제를 해소할 수 있으며, 공정 수행을 위한 전반적인 비용 절감을 끌어낼 수 있음은 물론 생산속도를 높일 수 있어서 제품 단가를 현저하게 낮출 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록의 분해 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법의 순서도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 알루미늄 냉각블록(200) 역시, 냉각수의 흐름에 기초하여 배터리 모듈(10, 도 1 참조)에서 발생하는 열을 냉각시키는 주요 부품이며, 냉각블록 상판(210)과 냉각블록 하판(220)으로 이루어진다. 냉각블록 하판(220)에 레이저 용접을 위한 비드부(121)가 형성되는 것은 동일하다.
한편, 본 실시예의 경우, 냉각블록 상판(210)과 냉각블록 하판(220)에 얼라인부(250)가 추가로 가공, 형성된다. 얼라인부(250)는 얼라인 돌기부(251)와, 얼라인 돌기부(251)가 얼라인되는 얼라인 홈부(252)를 포함한다.
도면에는 냉각블록 상판(210)에 얼라인 돌기부(251)가, 냉각블록 하판(220)에 얼라인 홈부(252)가 형성되고 있지만, 반대의 경우도 가능하다. 물론, 얼라인부(250)는 냉각수의 흐름과 관계 없는 냉각블록 상판(210)과 냉각블록 하판(220)의 사이드 부에 복수 개씩 마련되는 것이 바람직하다.
냉각블록 상판(210)과 냉각블록 하판(220)의 위의 구조로 제조할 수 있게, 본 실시예에서 알루미늄 냉각블록(200)을 제조하는 방법은 상판과 하판 준비단계(S110), 얼라인부 형성단계(S110a), 비드부 가공단계(S120), 상판과 하판 접면 배치단계(S130), 용접 강도 향상을 위한 비드부 레이저 용접단계(S140), 냉각수 누수 방지를 위한 마찰교반 용접단계(S150) 및 용접 품질 검사단계(S160)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 경우, 비드부 가공단계(S120)의 수행 전에 얼라인부 형성단계(S110a)가 더 형성되는 것에 전술한 실시예와 차이가 있다. 이처럼 얼라인부 형성단계(S110a)를 수행해서 예컨대 냉각블록 상판(210)에 얼라인 돌기부(251)가, 냉각블록 하판(220)에 얼라인 홈부(252)가 형성되게 할 경우, 상판과 하판 접면 배치단계(S130)의 얼라인 작업이 수월해지는 이점이 있다.
본 실시예가 적용되더라도 알루미늄 냉각블록(100)의 상판(110)과 하판(120) 간의 용접 강도를 종래보다 월등히 높일 수 있어 냉각수 누수에 따른 품질 저하 문제를 해소할 수 있으며, 공정 수행을 위한 전반적인 비용 절감을 끌어낼 수 있음은 물론 생산속도를 높일 수 있어서 제품 단가를 현저하게 낮출 수 있다.
이처럼 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다고 하여야 할 것이다.
1 : 배터리 팩 케이스 10 : 배터리 프레임
20 : 배터리 프레임 21 : 모듈 탑재부
30 : 상부 하우징 커버 40 : 하부 하우징 커버
100 : 알루미늄 냉각블록 110 : 냉각블록 상판
120 : 냉각블록 하판 121 : 비드부
122 : 냉각수 채널

Claims (4)

  1. 알루미늄 냉각블록의 상부와 하부를 이루는 냉각블록 상판과 냉각블록 하판을 준비하는 상판과 하판 준비단계;
    준비된 상기 냉각블록 하판에 형성되는 냉각수 채널 영역에 상기 냉각블록 상판 쪽으로 돌출된 복수 개의 비드부를 가공하는 비드부 가공단계;
    상기 비드부가 가공된 냉각블록 하판과 상기 냉각블록 상판을 포개어 접면 배치시키는 상판과 하판 접면 배치단계;
    상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판 간의 용접 강도 향상을 위하여 상기 비드부들을 매개로 해서 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판을 레이저로 용접하는 용접 강도 향상을 위한 비드부 레이저 용접단계;
    냉각수가 누수되지 않게 상기 냉각수 채널의 외측 둘레를 따라 연속적으로 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판에 대한 마찰교반 용접을 진행해서 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판을 한 몸체로 일체화시키는 냉각수 누수 방지를 위한 마찰교반 용접단계; 및
    상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판에 대한 용접 품질을 검사하는 용접 품질 검사단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비드부 가공단계는 프레스(press) 가공에 의해 진행되며,
    상기 비드부들은 상기 냉각수 채널 영역에서 서로 이격되게 두 줄씩 배치되며,
    상기 레이저 용접 시 레이저 빔을 두 개로 출력한 후, 예열과 후열 효과를 이용한 알루미늄 레이저 용접이 가능토록 한 것을 특징으로 하는 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록 제조방법.
  3. 제1항의 제조방법으로 제조되되 배터리 팩 케이스의 배터리 프레임의 하부에 접하되 상기 배터리 프레임 내의 배터리 모듈을 냉각시키는 것으로서,
    상기 배터리 프레임의 하부에 접하는 냉각블록 상판; 및
    상기 냉각블록 상판과 접하여 한 몸체를 형성하되 상기 배터리 모듈의 냉각을 위한 냉각수가 유동하는 냉각수 채널이 형성되는 냉각블록 하판을 포함하며,
    상기 냉각블록 하판의 냉각수 채널 영역에는 프레스(press) 가공으로 형성되되 상기 냉각블록 상판 쪽으로 돌출된 복수 개의 비드부가 서로 이격되게 배치되며,
    상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판 간의 용접 강도 향상을 위하여 상기 비드부들을 매개로 해서 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판이 레이저로 용접되며,
    상기 레이저 용접 시 레이저 빔을 두 개로 출력한 후, 예열과 후열 효과를 이용한 알루미늄 레이저 용접이 가능토록 하며,
    냉각수가 누수되지 않게 상기 냉각수 채널의 외측 둘레를 따라 연속적으로 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판에 대한 마찰교반 용접을 진행되어 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판이 한 몸체로 일체화되는 것을 특징으로 하는 전기차의 배터리 팩 케이스용 알루미늄 냉각블록.
  4. 전기차용 배터리 모듈이 탑재되는 모듈 탑재부를 구비하는 배터리 프레임;
    상기 배터리 프레임의 상부에 결합하는 상부 하우징 커버;
    상기 배터리 프레임의 하부에 접하되 상기 배터리 프레임 내의 배터리 모듈을 냉각시키는 알루미늄 냉각블록; 및
    상기 알루미늄 냉각블록의 하부에 결합하는 하부 하우징 커버를 포함하며,
    상기 알루미늄 냉각블록은,
    상기 배터리 프레임의 하부에 접하는 냉각블록 상판; 및
    상기 냉각블록 상판과 접하여 한 몸체를 형성하되 상기 배터리 모듈의 냉각을 위한 냉각수가 유동하는 냉각수 채널이 형성되는 냉각블록 하판을 포함하며,
    상기 냉각블록 하판의 냉각수 채널 영역에는 프레스(press) 가공으로 형성되되 상기 냉각블록 상판 쪽으로 돌출된 복수 개의 비드부가 서로 이격되게 배치되며,
    상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판 간의 용접 강도 향상을 위하여 상기 비드부들을 매개로 해서 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판이 레이저로 용접되며,
    상기 레이저 용접 시 레이저 빔을 두 개로 출력한 후, 예열과 후열 효과를 이용한 알루미늄 레이저 용접이 가능토록 하며,
    냉각수가 누수되지 않게 상기 냉각수 채널의 외측 둘레를 따라 연속적으로 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판에 대한 마찰교반 용접을 진행되어 상기 냉각블록 상판과 상기 냉각블록 하판이 한 몸체로 일체화되는 것을 특징으로 하는 전기차의 배터리 팩 케이스.
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