KR20240098381A - 배터리 케이스의 사이드 프레임 - Google Patents

배터리 케이스의 사이드 프레임 Download PDF

Info

Publication number
KR20240098381A
KR20240098381A KR1020220180080A KR20220180080A KR20240098381A KR 20240098381 A KR20240098381 A KR 20240098381A KR 1020220180080 A KR1020220180080 A KR 1020220180080A KR 20220180080 A KR20220180080 A KR 20220180080A KR 20240098381 A KR20240098381 A KR 20240098381A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wall
mounting
reinforcing
frame portion
battery case
Prior art date
Application number
KR1020220180080A
Other languages
English (en)
Inventor
정창균
박재헌
정창규
위상권
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020220180080A priority Critical patent/KR20240098381A/ko
Publication of KR20240098381A publication Critical patent/KR20240098381A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/251—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for stationary devices, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • H01M50/264—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks for cells or batteries, e.g. straps, tie rods or peripheral frames

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명은 경량화가 가능하면서도 외부 충격으로부터 배터리의 보호가 가능한 이종 재질로 된 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공하는 것으로, 일실시예에서 벽 프레임부; 상기 벽 프레임부의 일측에 연결되는 마운팅 프레임부 및 상기 벽 프레임부 및 마운 팅프레임부에 둘러싸인 보강부재;를 포함하며, 상기 벽 프레임부는 상하방향으로 연장하는 제1 벽부재를 포함하며, 상기 제1 벽부재는 제 1 높이로 상하방향으로 연장하는 제1 벽면, 상기 제1 벽면보다 아래이며 상기 제1 벽면에 대하여 상기 일측으로 이격된 위치에서 상기 제1 벽면에 평행한 제2 벽면, 및 상기 제2 벽면보다 아래이며 상기 제2 벽면에 대하여 상기 일측의 반대쪽으로 이격된 위치에서 상기 제2 벽면에 평행한 제3 벽면을 포함하며, 상기 제2 벽면은 상기 보강부재와 연결되며, 상기 보강부재는 상기 벽 프레임부 및 마운팅 프레임부와 상이한 재질로 형성되는 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공한다.

Description

배터리 케이스의 사이드 프레임 {Side frame for battery case}
본 발명은, 외부 충격으로부터 배터리 셀을 보호하는 이종(異種) 재질로 된 배터리 케이스의 사이드 프레임에 관한 것이다.
전기 차량에 사용되는 배터리 시스템은 내부의 배터리 셀을 보호하기 위해 다양한 내력부재를 사용한다.
대표적인 예가 배터리 케이스의 사이드 프레임으로서, 사이드 프레임은 배터리 케이스에서 배터리 셀이 탑재되는 공간을 구획하는 측벽을 구성하면서 배터리 셀을 둘러싸게 되어 외부 충격으로부터 배터리 셀을 보호한다.
또한, 사이드 프레임은, 배터리 케이스를 차체에 고정하는 데에 필요한 마운팅 프레임(Mounting Frame)이 측면에 장착될 수 있게 한다.
통상, 사이드 프레임 및 배터리 케이스는 대부분 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 이용하여 제조된다. 이는 알루미늄이 갖는 재질 자체의 경량성과, 예컨대 압출 공정을 이용하여 복잡한 단면의 사이드 프레임을 용이하게 만들 수 있는 성형 자유도 등의 장점이 있기 때문이다.
하지만, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 전술한 장점에도 불구하고, 강재 대비 훨씬 고가(高價)이고 압출 공정은 생산 수율이 매우 낮아 비용이 상승한다.
(특허문헌 1) KR 2019-0131415 A
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 경량화가 가능하면서도 외부 충격으로부터 배터리의 보호가 가능한 이종 재질로 된 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공한다.
본 발명은 일실시예에서 벽 프레임부; 상기 벽 프레임부의 일측에 연결되는 마운팅 프레임부 및 상기 벽 프레임부 및 마운 팅프레임부에 둘러싸인 보강부재;를 포함하며, 상기 벽 프레임부는 상하방향으로 연장하는 제1 벽부재를 포함하며, 상기 제1 벽부재는 제 1 높이로 상하방향으로 연장하는 제1 벽면, 상기 제1 벽면보다 아래이며 상기 제1 벽면에 대하여 상기 일측으로 이격된 위치에서 상기 제1 벽면에 평행한 제2 벽면, 및 상기 제2 벽면보다 아래이며 상기 제2 벽면에 대하여 상기 일측의 반대쪽으로 이격된 위치에서 상기 제2 벽면에 평행한 제3 벽면을 포함하며, 상기 제2 벽면은 상기 보강부재와 연결되며, 상기 보강부재는 상기 벽 프레임부 및 마운팅 프레임부와 상이한 재질로 형성되는 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공한다.
일실시예에서, 상기 제1 벽부재는 상기 제1 벽면과 제2 벽면을 연결하는 제1 경사벽면 및 상기 제2 벽면과 상기 제3 벽면을 연결하는 제2 경사벽면을 더 포함할 수 있으며,
본 발명은 위와 같은 구성을 통하여 이종(異種) 재질로 된 배터리 케이스의 사이드 프레임에서 경량화를 달성하면서도 외부 충격으로부터 배터리의 보호할 수 있다.
본 발명은 일실시예에서, 측면 충격이 전달과정에서 서로 상쇄되게 프레임을 구성하여 프레임 내부의 배터리를 보호할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임이 적용된 배터리 케이스를 도시한 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 사시도이다.
도 3 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임의 A-A 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임의 측면 충돌 시 해석 사진이다.
도 5 는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임의 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임의 부분 단면 사시도이다.
도 7 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드 프레임의 단면도이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임이 적용된 배터리 케이스를 도시한 사시도이다.
배터리 케이스는, 제1 케이스(1)와 제2 케이스(2)를 포함할 수 있다.
제1 케이스(1)는 베이스판(20)과, 베이스판(20)을 둘러싼 사이드 프레임(10)을 포함할 수 있다. 제1 케이스(1)의 베이스판(20)은 배터리 셀을 지지하는 바닥재로 작용할 수 있고, 사이드 프레임(10)은 제1 케이스(1)의 측벽을 구성할 수 있다.
베이스판(20)과 사이드 프레임(10)은 서로 용접 등에 의해 결합되어 일체로 될 수 있다. 이에 따라 제1 케이스(1)는 베이스판의 주위로 폐쇄 단면을 형성하는 사이드 프레임(10) 내에 공간부를 가질 수 있다.
예를 들면, 적어도 하나의 사이드 프레임(10)이 베이스판(20)을 둘러싸도록 마련된다. 사이드 프레임(10)의 양단부는 선택적으로 또는 필요에 따라, 대응되는 다른 사이드 프레임의 해당 단부에 접한 다음에 용접 등에 의해 결합될 수 있다.
제2 케이스(2)는 단순한 평판으로 되거나 중공부를 가진 본체(3)와, 본체의 단부에 형성된 플랜지(4)를 포함할 수 있다. 본체가 중공부를 가진 경우에, 제2 케이스는 적당한 강도를 가진 재질을, 프레스를 이용하여 소정의 형상으로 성형함으로써 제조될 수 있다.
제2 케이스(2)의 본체(3)가 제1 케이스(1)의 공간부를 덮어씌우도록 하여 제1 및 제2 케이스가 서로 결합함으로써, 그 내부에 배터리 셀을 수용하기 위한 수용 공간을 형성할 수 있다.
제1 및 제2 케이스(1, 2)의 결합은, 예를 들어 본체(3)의 단부에 형성된 플랜지(4)와 사이드 프레임(10)이 서로 중첩된 후 볼트(미도시)를 체결함으로써 볼팅에 의해 이루어질 수 있다.
한편, 배터리 케이스의 성능을 평가함에 있어 측면 충돌에 대한 평가는 중요하다. 측면 충돌에 대한 평가는, 강체(Rigid Body)로 된 원기둥으로 배터리 케이스 중 대략 사각형 단면을 가진 사이드 프레임의 측면을 충격하여 일정 수준의 충돌 하중을 견디게 함으로써 이루어진다. 일정 수준의 충돌 하중에 도달할 때까지 사이드 프레임(10)과 배터리 셀 간 접촉이 없으면, 배터리 케이스는 충돌 성능을 만족하는 것으로 평가한다.
측면 충돌에 대한 평가에서, 사이드 프레임의 변형 모드는 크게 충돌 초기의 좌굴 모드(Buckling Mode)와 충돌 후기의 굽힘 모드(Bending Mode)로 구분될 수 있다.
충돌 초기는 수 밀리초(msec)의 최초 충돌 시점으로서, 이때 사이드 프레임(10)은 강체와의 접촉 부위에서 집중 변형이 발생하게 된다. 충돌 초기에는 사이드 프레임의 단면 구조 중 폭방향(Y방향)의 가로부재가 집중적인 힘을 받게 되고, 이로써 가로부재에 좌굴이 발생하면, 좌굴 지점이 소성 힌지(Plastic Hinge)가 되어 가로부재는 구조부재로서의 기능을 상실하게 된다.
이러한 좌굴 및 소성 힌지의 현상을 최소화하기 위해, 사이드 프레임을 구성하는 소재의 두께가 두꺼워야 하는데, 예를 들어 알루미늄재는 강재에 비해 가볍기 때문에 두께를 높게 설계할 수 있으나, 강재는 경량화를 위해 두께를 얇게 할 수밖에 없어, 강재로 된 사이드 프레임은 충돌 초기의 좌굴 모드에 매우 취약하게 된다.
이 때문에, 강재로 된 사이드 프레임은 알루미늄재 또는 알루미늄 합금재로 된 사이드 프레임에 비해 무겁고 성능이 떨어진다.
전술한 충돌 초기의 좌굴 모드가 끝나면, 사이드 프레임의 단면 구조는 급격히 붕괴되고 집중 변형이 사이드 프레임 전체의 굽힘 변형으로 변화한다. 즉, 사이드 프레임의 변형은 3점 굽힘과 같은 형태의 굽힘 모드로 전환되며, 이때에는 사이드 프레임의 단면 구조 중 가로부재보다는 상하 방향의 세로부재의 역할이 훨씬 커지게 된다.
굽힘 모드에서는 세로부재가 최대 압축 혹은 인장을 받게 되고, 이에 따라 세로부재의 강도가 중요한 인자가 된다. 예를 들어 고강도 강재로 된 사이드 프레임은 굽힘 저항성이 증대될 수 있으며, 굽힘 모드에서 생기는 압축 응력 또는 인장 응력을 견디는 데에 유리하다.
이와 같은 사이드 프레임의 변형 특성으로 인해 충돌 초기에는 가로부재의 두께가 중요하고 충돌 후기에는 세로부재의 강도가 중요한 인자로 된다. 하지만, 단일 재질 중에서 위의 2가지 조건을 전부 충족하는 것은 없다.
또한, 종래의 배터리 케이스에는 배터리 케이스를 차체에 고정시키기 위해 사이드 프레임의 일측에 결합하는 마운팅 프레임이 마련되어 있다.
여기서, 충돌 초기에 가장 먼저 강체와 접촉하는 부재는 마운팅 프레임으로서, 사이드 프레임이 충분히 튼튼하게 설계되면 충돌 초기의 좌굴 모드는 사이드 프레임이 아닌 마운팅 프레임에서 일어나게 된다.
반대로, 마운팅 프레임이 사이드 프레임에 비해 더욱 강하면, 오히려 좌굴 모드가 사이드 프레임에서 발생하게 된다.
이에 따라, 마운팅 프레임도 충돌 초기의 좌굴 모드와 같은 역학적 고려가 필요하지만, 통상 마운팅 프레임과 사이드 프레임을 별도로 제작하여 결합수단 혹은 접합을 통하여 결합함으로써, 이들 마운팅 프레임과 사이드 프레임 사이의 역학적 발란스가 맞지 않아 배터리 케이스는 구조적 약점을 가질 수밖에 없다.
따라서, 본 발명에 따른 배터리 케이스의 사이드 프레임에서는, 가로부재와 세로부재에 서로 상이한 재질을 적용함과 더불어, 마운팅 프레임을 사이드 프레임에 통합시켜 사이드 프레임에 요구되는 역학적 특성을 만족시키고 구조의 효율성을 극대화하고자 한다.
본 발명의 명세서에서 상하 방향은 세로 방향이라고 부를 수 있으며, 차량의 폭방향은 가로 방향이라고 부를 수 있으며, 서로 혼용하여 사용할 수도 있다.
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 사시도이고, 도 3 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임의 A-A'선 단면도이며, 도 4 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임의 측면 충돌 시 해석 모습으로 (a)는 사시도이며, (b)는 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임(10)은 벽 프레임부(30), 마운팅 프레임부(40) 및 보강부재(50)를 포함할 수 있으며, 선택적으로 차체와의 결합을 위한 부쉬 파이프(80)를 포함할 수 있다.
벽 프레임부(30)는 예컨대 소정의 폭과 길이를 가진 단일 판재를 절곡시켜 형성될 수 있다. 벽 프레임부(30)는 상하 방향으로 연장하는 제1 벽부재(31)와 상기 제1 벽부재(31)의 상단부에서 절곡 연장되며 가로 방향으로 연장되는 제2 벽부재(32)를 포함한다.
상기 제1 벽부재(31)는 상하방향으로 연장하는 제1 벽면(31a), 상기 제1 벽면(31a)보다 아래에 위치하며 상기 제1 벽면(31a)에 대하여 상기 마운팅 프레임부(40)가 위치하는 방향으로 이격된 위치에서 상기 제1 벽면(31a)에 평행한 제2 벽면(31b), 상기 제2 벽면(31b)보다 아래이며 상기 제2 벽면(31b)에 대하여 상기 마운팅 프레임부(40)가 위치하는 방향 반대쪽으로 이격된 위치에서 상기 제2 벽면(31b)에 평행한 제3 벽면(31c)과 상기 제1 벽면(31a)과 제2 벽면(31b)을 연결하는 제1 경사벽면(31d), 상기 제2 벽면(31b)과 상기 제3 벽면(31c)을 연결하는 제2 경사벽면(31e)을 포함한다. 상기 제1 벽부재(31)에서 상기 제1 벽면(31a)의 제1 높이(l1)는 상기 제3 벽면(31c)의 제2 높이(l2)보다 길게 형성되며, 제1 벽면(31a)에 제2 벽부재(32)가 연결된다. 따라서, 제1 벽(31a)면 쪽이 하중을 더 잘 견딜 수 있다.
상기 마운팅 프레임부(40)는 가로방향으로 연장하는 제1 마운팅 가로부재(41)와 상기 제1 마운팅 가로부재(41)로부터 이격되며 가로방향으로 연장하는 제2 마운팅 가로부재(42), 상기 제1 마운팅 가로부재(41)와 상기 제2 마운팅 가로부재(42)의 단부를 연결하는 제1 마운팅 세로부재(43), 상기 벽 프레임부(30)의 제1 벽면(31a)에 연결되는 제1 마운팅 연결부재(44), 상기 벽 프레임부(30)의 제3 벽면(31c)에 연결되는 제2 마운팅 연결부재(45), 상기 제1 마운팅 연결부재(44)와 상기 제1 마운팅 가로부재(41)를 연결하는 제3 마운팅 연결부재(46) 및 상기 제2 마운팅 연결부재(45)와 상기 제2 마운팅 가로부재(42)를 연결하는 제4 마운팅 연결부재(47)를 포함한다.
상기 마운팅 프레임부(40)의 제1 및 제2 마운팅 연결부재(44, 45)가 상기 벽 프레임부(30)와 연결되며, 상기 마운팅 프레임부(40)와 상기 벽 프레임부(30)와 함께 내부 공간을 형성하며, 상기 공간 내에 상기 보강부재(50)가 배치된다.
상기 제3 마운팅 연결부재(46)와 상기 제4 마운팅 연결부재(47)는 상기 보강부재(50)와 상기 벽 프레임부(30)에 대하여 이격된 위치에서 세로 방향 및 가로 방향에 대하여 경사지게 배치되며, 따라서, 상기 제3 마운팅 연결부재(46)와 벽 프레임부(30) 및 보강부재(50)에 의해서 제 1 공간(A1)이 형성되며, 상기 제4 마운팅 연결부재(47)와 벽 프레임부(30) 및 보강부재(50)에 의해서 제 2 공간(A2)이 형성된다. 상기 제 1 및 제 2 공간(A1, A2)은 변형을 통하여 충격을 흡수하는 공간이 될 수 있다.
상기 보강부재(50)는 벽 프레임부(30)와 마운팅 프레임부(40)에 의해 둘러싸인다. 즉, 보강부재(50)는 벽 프레임부(30)와 마운팅 프레임부(40)에 의해서 형성된 공간 내에 배치된다.
상기 보강부재(50)는 상기 제1 마운팅 가로부재(41)와 연결되며 가로 방향으로 제1 길이(D1)를 가지는 제1 보강면(51), 상기 제2 마운팅 가로부재(42)와 연결되며 상기 가로 방향으로 상기 제 1 길이(D1)보다 긴 제2 길이(D2)를 가지는 제2 보강면(52), 상기 벽 프레임부(30)와 연결되며 세로 방향으로 제3 길이(D3)를 가지는 제3 보강면(53) 및 상기 제1 마운팅 세로부재(43)와 연결되며 세로 방향으로 제3 길이(D3)보다 작은 제4 길이(D4)를 가지는 제4 보강면(54)과 상기 제1 보강면(51)과 상기 제4 보강면(54)을 연결하며 상기 가로 방향 및 세로 방향에 대하여 경사진 제1 경사보강면(55)을 포함한다.
제3 보강면(53)의 상단부로부터 외측으로 가면서 상기 제1 보강면(51)과 상기 제1 경사보강면(55)이 배치되며, 상기 제2 보강면(52)의 상기 제2 길이(D2)는 상기 제2 벽면(31b)과 상기 제1 마운팅 세로부재(43)에 연결되도록 상기 제2 벽면(31b)과 상기 제1 마운팅 세로부재(43) 사이의 거리에 대응된다. 따라서, 상기 제1 경사보강면(55)은 외측으로 가면서 아래방향으로 경사지게 구성된다.
제1 길이(D1)는 제2 길이(D2)의 절반보다도 작을 수 있으며, 상기 제5 보강면(55)은 45°미만의 완만한 경사각으로 연장될 수 있으며, 일실시예에서, 이러한 제1 경사보강면(55)은 상측으로 회전 변형 유도하며, 제4 보강면(54)의 길이를 작게 하여 경량화에 도움을 준다.
한편, 사이드 프레임(10)은 상기 마운팅 프레임부(40)와 상기 보강부재(50)를 관통하여 배치되며, 차체와 체결을 위한 부쉬 파이프(80)를 더 포함한다. 다만, 차체와의 체결을 위한 부쉬 파이프(80)는 사이드 프레임의 필수적 구성은 아니며, 차체와 결합되는 다른 방식, 예를 들면 파이프를 통하지 않으면서 기계적 결합 수단으로 결합되는 방식이 적용될 수도 있다.
부쉬 파이프(80)는 볼트(B)과 관통하는 내경(d1)과 외경(d2)을 가지며, 상기 마운팅 프레임부(40)와 상기 보강부재(50)를 관통하게 배치된다. 즉, 부쉬 파이프(80)는 제1 마운팅 가로부재(41), 제2 마운팅 가로부재(42), 상기 제5 보강면(55)과 상기 제2 보강면(52)을 관통한다. 따라서, 상기 제1 마운팅 가로부재(41), 제2 마운팅 가로부재(42), 상기 제5 보강면(55)과 상기 제2 보강면(52)에는 상기 외경(d2)에 대응되는 크기의 관통공(41a, 42a, 52a, 55a)이 형성된다.
본 발명의 제1 실시예에서 마운팅 프레임부(40)는 상기 보강부재(50)와 벽 프레임부(30)와 제1 공간(A1)과 제2 공간(A2)을 형성하며, 해당 공간은 측면 충돌시에 변형함으로써 하중을 흡수하여 벽 프레임부(30) 안쪽의 배터리가 파손되는 것을 막을 수 있다.
제1 실시예에서 벽 프레임부(30)는 상기 보강부재(50)와 연결되는 제2 벽부(31b)가 제1 벽부(31a) 나 제3 벽부(31c)보다 외측으로 돌출되어 위치되며, 이는 외부에서 충격이 왔을 때, 보강부재(50)를 통하여 하중이 전달되더라도 변형될 수 있는 공간을 확보하여, 벽 프레임부(30) 내측의 배터리를 보호할 수 있다.
이실시예에서 벽 프레임부(30)와 마운팅 프레임부(40)는 동종의 소재일 수 있으며, 상기 보강부재(50)는 상기 벽 프레임부(30)나 마운팅 프레임부(40)와는 다른 소재일 수 있다. 보강부재(50)는 좌굴에 대한 저항을 제공하기 위하여 상기 벽 프레임부(30)나 마운팅 프레임부(40)보다는 비중이 낮은 재질일 수 있다.
예를 들어, 벽 프레임부(30)와 마운팅 프레임부(40)는 강재일 수 있으며, 보강부재(50)는 알루미늄 혹은 폴리머일 수 있다. 이 경우, 벽 프레임부(30)와 마운팅 프레임부(40)은 강재를 통하여 강성을 제공하고, 보강부재(50)는 비중이 낮은 소재로 경량으로 좌굴에 대한 저항을 제공할 수 있다. 다만, 보강부재(50)는 알루미늄이나 폴리머로 제한되는 것은 아니다.
제1 실시예에서, 벽 프레임부(30)와 마운팅 프레임부(40)는 강판, 즉 판재를 성형하여 형성되며, 보강부재(50)는 알루미늄을 압출하여 형성된다. 따라서, 벽 프레임부(30)와 마운팅 프레임부(40)는 각 구성들이 비슷한 두께를 가지며 서로 연결되며, 보강부재(50)는 제1 내지 제4 보강면(51~54) 및 제1 경사보강면(55)을 통하여 폐단면을 형성하면서도 두께를 원하는 수준으로 변경시킬 수 있다. 예를 들어 가로방향에 대한 좌굴 저항을 향상시키기 위하여 제1, 제2 보강면 및 제1 경사보강면(51, 52, 55)의 두께를 제3, 4 보강면(53, 54)보다 두껍게 하는 것도 가능하다.
제1 실시예에서, 벽 프레임부(30)의 제1 벽면(31a)에 상기 제1 마운팅 연결부재(44)가 연결되고, 제2 벽면(31b)에 보강부재(50)가 연결되고, 제3 벽면(31c)에 상기 제1 마운팅 연결부재(45)가 연결되며, 상기 제2 벽면(31b)이 외측으로 돌출된 위치에 위치하기 때문에, 측면 충격이 전달되는 경우에 충격은 마운팅 프레임부(40)를 타고 상기 제1 및 제2 벽면(31a, 31b)으로 전달되면서 회전 모멘트(M1, M2)를 형성하며, 이러한 회전 모멘트(M1, M2)는 상기 제2 벽면(31b)을 외측으로 밀어내는 힘으로 작용하여 보강부재(50)를 타고 전달되는 측면 충격으로 상기 제2 벽면(31b)이 내측으로 밀리는 것을 일부 막을 수 있다.
또한, 도 4 에 도시되어 있듯이, 측면 충격은 상기 보강부재(50)를 통하여 제1 벽부(31a) 방향으로 변형을 유도하며, 상대적으로 충격 흡수에 유리한 상방으로 회전 변형을 유도하여 벽 프레임부(30) 내부의 배터리를 보호할 수 있다.
제1 실시예에서, 벽 프레임부(30)와 마운팅 프레임부(40)는 용접으로 연결될 수 있으나, 본 발명은 연결 방식은 용접으로 제한되는 것은 아니며, 접착제나 기계적 결합수단, 예를 들면 볼팅, 리벳으로 연결되는 것도 가능하다. 마찬가지로, 제1 실시예에서, 벽 프레임부(30)와 보강부재(50) 혹은 보강부재(50)와 마운팅 프레임부(40)의 연결은 접착제로 연결될 수 있으나, 본 발명은 이종 소재간 접합할 수 있는 방식이라면 어떤 방식으로 연결되는 것을 포함한다. 예를 들어, FDS(Flow, Drill, Screw), SPR(Self Pierce Rivet), 클린칭, 볼팅과 같은 기계적 체결 뿐만 아니라, 용접, 접착제 통한 연결까지도 포함한다.
도 5 에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임의 단면도가 도시되어 있으며, 도 6 에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임의 부분 단면 사시도가 도시되어 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임(10) 역시 벽 프레임부(30), 마운팅 프레임부(40), 보강부재(50) 및 부쉬 파이프(80)를 포함할 수 있다.
벽 프레임부(30)과 마운팅 프레임부(40)의 형상은 제1 실시예와 동일하므로 중복을 피하기 위하여, 제2 실시예에서는 설명을 생략하도록 한다.
상기 보강부재(50)는 벽 프레임부(30)와 마운팅 프레임부(40)에 의해 둘러싸인다. 즉, 보강부재(50)는 벽 프레임부(30)와 마운팅 프레임부(40)에 의해서 형성된 공간 내에 배치된다.
상기 보강부재(50)는 상기 제1 마운팅 가로부재(41)와 연결되며 가로 방향으로 제1 길이(D1)를 가지는 제1 보강면(51), 상기 제2 마운팅 가로부재(42)와 연결되며 상기 가로 방향으로 상기 제 1 길이(D1)보다 긴 제2 길이(D2)를 가지는 제2 보강면(52), 상기 벽 프레임부(30)와 연결되며 세로 방향으로 제3 길이(D3)를 가지는 제3 보강면(53) 및 상기 제1 마운팅 세로부재(43)와 연결되며 세로 방향으로 제3 길이(D3)보다 작은 제4 길이(D4)를 가지는 제4 보강면(54)과 일단은 상기 제4 보강면(54)에 연결되며 상기 제1 보강면(51)과 평행한 제5 보강면(56)과, 상기 제1 보강면(51)과 상기 제5 보강면(56) 사이에서 상기 가로 방향에 대하여 경사지게 배치되는 제2 경사보강면(57)을 포함한다.
제3 보강면(53)의 상단부로부터 외측으로 가면서 상기 제1 보강면(51)과 상기 제2 경사보강면(57) 및 제5 보강면(56)이 배치되며, 상기 제2 보강면(52)의 상기 제2 길이(D2)는 상기 제2 벽면(31b)과 상기 제1 마운팅 세로부재(43)에 연결되도록 상기 제2 벽면(31b)과 상기 제1 마운팅 세로부재(43) 사이의 거리에 대응된다. 따라서, 상기 제2 경사보강면(57)은 외측으로 가면서 아래방향으로 경사지게 구성된다.
제1 길이(D1)는 제2 길이(D2)의 절반보다도 작을 수 있으며, 상기 제5 보강면(56)의 제5 길이(D5)에 대응되는 길이를 가질 수 있다. 상기 제5 보강면(56)의 제5 길이(D5)는 제5 보강면(56)에 부쉬 파이프(80)가 안착될 수 있도록 상기 부쉬 파이프(80)의 외경(d2)보다 큰 길이를 가진다.
제2 실시예에서도 보강부재(50)는 외측으로 갈수록 하향 경사진, 즉 내측으로 갈수록 상향 경사진 제2 경사보강면(57)을 포함하며, 사이드 충격이 있는 경우에 상방 쪽으로 회전 변형을 유도하여 벽 프레임부(30)의 내측에 배치되는 배터리를 보호한다.
부쉬 파이프(80)는 볼트(B)과 관통하는 내경(d1)과 외경(d2)을 가지며, 상기 제1 마운팅 가로부재(41)를 관통하여 상기 제5 보강면(56)의 외면에 안착한다. 따라서, 상기 제1 마운팅 가로부재(41)에는 상기 외경(d2)에 대응되는 크기의 관통공(41a)이 형성되며, 상기 제5 보강면(56)에는 내경(d1)에 대응되는 크기의 관통공(56a)이 형성된다.
또한, 제5 보강면(56)의 하부에 위치하는 제2 보강면(52) 및 제2 마운팅 가로부재(42)에는 볼트(B)가 들어와서 체결될 수 있도록 상기 볼트(B)의 헤드 최대 폭보다 큰 직경(d3)을 가지는 관통공(42a, 52a)이 형성된다. 상기 직경(d3)는 상기 볼트(B)의 삽입 뿐만 안니라 볼트(B)의 체결을 위한 기구까지 들어올 수 있도록 충분한 크기로 형성된다. 이 실시예에서는 원형인 경우를 가정하여 직경(d3)으로 설명하였으나, 볼트(B)의 헤드 면적보다 큰 관통공(42a, 52a)이라면 그 형상을 원형으로 제한될 필요는 없으며, 예를 들면 사각형과 같은 각형일 수도 있다.
이때, 볼트(B) 헤드가 상기 제2 마운팅 가로부재(42)보다 돌출되지 않도록, 바람직하게는 헤드가 보강부재(50) 내측에 위치하도록, 상기 제5 보강면(56)과 상기 제2 보강면(52) 사이의 거리, 즉 상기 제4 보강면(54)의 세로 방향 길이인 제4 길이(D4)가 정해질 수 있다. 정확하게는 상기 제4 길이(D4)는 볼트(B)의 헤드 두께에서 상기 제1 마운팅 가로부재(42)의 두께를 뺀 것보다 크게 구성된다.
볼트(B) 헤드가 제1 마운팅 가로부재(42)보다 돌출되지 않음으로써, 하부 구조물에 의한 볼트(B)의 충격을 피할 수 있어서, 안정성이 확보될 수 있으며, 소음이나 진동을 예방할 수 있다. 또한, 부쉬 파이프(80)가 아닌 다른 기계적 수단으로 차체와 사이드 프레임(10)이 결합되는 경우에도 다른 기계적 수단의 돌출 부분이 제4 길이(D4) 내에 배치될 수 있다.
도 7 에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드 프레임의 단면도가 도시되어 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드 프레임(10) 역시 벽 프레임부(30), 마운팅 프레임부(40), 보강부재(50) 및 부쉬 파이프(80)를 포함할 수 있다.
벽 프레임부(30)과 마운팅 프레임부(40) 및 부쉬 파이프(80)의 형상은 제1 실시예와 동일하므로 중복을 피하기 위하여, 제3 실시예에서는 설명을 생략하도록 한다.
제3 실시예에서, 보강부재(50)는 상기 제1 마운팅 가로부재(41)와 연결되며 가로 방향으로 연장하는 제1 보강면(51), 상기 제2 마운팅 가로부재(42)와 연결되며 상기 가로 방향으로 제1 보강면(51)과 동일한 길이로 연장하는 제2 보강면(52), 상기 벽 프레임부(30)의 제2 벽면(31b)와 연결되며 세로 방향으로 연장하는 제3 보강면(53) 및 상기 제1 마운팅 세로부재(43)와 연결되며 세로 방향으로 제3 보강면(53)과 동일한 길이로 연장하는 제4 보강면(54)을 포함한다. 즉, 제3 실시예에서, 상기 보강부재(50)는 제3 보강면(53)은 벽 프레임부(30)과 연결되며, 나머지는 상기 마운팅 프레임부(40)에 연결되는 대략 4각형 형상의 폐단면을 가진다.
제3 실시예에서, 측방 충격이 있을 때, 하중은 위와 아래로 고르게 분산되나, 상기 벽 프레임부(30)의 제1 벽면(31a)에 상기 제1 마운팅 연결부재(44)가 연결되고, 제2 벽면(31b)에 보강부재(50)가 연결되고, 제3 벽면(31c)에 상기 제1 마운팅 연결부재(45)가 연결되며, 상기 제2 벽면(31b)이 외측으로 돌출된 위치에 위치하기 때문에, 충격은 마운팅 프레임부(40)를 타고 상기 제1 및 제2 벽면(31a, 31b)으로 전달되면서 회전 모멘트(M1, M2)를 형성하며, 이러한 회전 모멘트(M1, M2)는 상기 제2 벽면(31b)을 외측으로 밀어내는 힘으로 작용하여 보강부재(50)를 타고 전달되는 측면 충격으로 상기 제2 벽면(31b)이 내측으로 밀리는 것을 막는 효과는 유지될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
1: 배터리 케이스 10: 사이드 프레임
30: 벽 프레임부 31: 제1 벽부재
31a~c: 제1 내지 제3 벽면 31d~e: 제1 및 제2 경사벽면
32: 제2 벽부재 40: 마운팅 프레임부
41~42: 제1 및 제2 마운팅 가로부재 43: 제1 마운팅 세로부재
44~47: 제1 내지 제4 마운팅 연결부재
50: 보강부재 51~54: 제1 내지 제4 보강면
55: 제1 경사보강면 56: 제5 보강면
57: 제2 경사보강면
41a, 42a, 52a, 55a, 56a: 관통공
80: 부쉬 파이프

Claims (13)

  1. 벽 프레임부;
    상기 벽 프레임부의 일측에 연결되는 마운팅 프레임부 및
    상기 벽 프레임부 및 마운팅 프레임부에 둘러싸인 보강부재;를 포함하며,
    상기 벽 프레임부는 상하방향으로 연장하는 제1 벽부재를 포함하며,
    상기 제1 벽부재는 제 1 높이로 상하방향으로 연장하는 제1 벽면, 상기 제1 벽면보다 아래이며 상기 제1 벽면에 대하여 상기 일측으로 이격된 위치에서 상기 제1 벽면에 평행한 제2 벽면, 및 상기 제2 벽면보다 아래이며 상기 제2 벽면에 대하여 상기 일측의 반대쪽으로 이격된 위치에서 상기 제2 벽면에 평행한 제3 벽면을 포함하며,
    상기 제2 벽면은 상기 보강부재와 연결되며,
    상기 보강부재는 상기 벽 프레임부 및 마운팅 프레임부와 상이한 재질로 형성되는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 벽부재는 상기 제1 벽면과 제2 벽면을 연결하는 제1 경사벽면 및 상기 제2 벽면과 상기 제3 벽면을 연결하는 제2 경사벽면을 더 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마운팅 프레임부는 상기 벽 프레임부의 제1 벽면에 연결되는 제1 마운팅 연결부재, 상기 벽 프레임부의 제3 벽면에 연결되는 제2 마운팅 연결부재, 상기 제1 보강부재와 연결되는 제1 마운팅 가로부재, 상기 제1 마운팅 가로부재로부터 이격되며 상기 제2 마운팅 연결부재와 연결되는 제2 마운팅 가로부재, 상기 제1 마운팅 가로부재와 상기 제2 마운팅 가로부재의 단부를 연결하는 제1 마운팅 세로부재, 상기 제1 마운팅 연결부재와 상기 제1 마운팅 가로부재를 연결하는 제3 마운팅 연결부재 및 상기 제2 마운팅 연결부재와 상기 제2 마운팅 가로부재를 연결하는 제4 마운팅 연결부재를 포함하며,
    상기 제3 마운팅 연결부재와 상기 제4 마운팅 연결부재는 상기 보강부재와 상기 벽 프레임부로부터 이격되는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제3 마운팅 연결부재와 상기 제4 마운팅 연결부재는 세로 방향 및 가로 방향에 대하여 경사진 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3 마운팅 연결부재와 상기 제1 벽면이 이루는 제 1 각은 상기 제 4 마운팅 연결부재와 상기 제3 벽면이 이루는 제 2 각과 동일한 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 보강부재는 가로 방향으로 제1 길이를 가지며 상기 제1 마운팅 가로부재와 연결되는 제1 보강면, 상기 제2 마운팅 가로부재와 연결되며 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지는 제2 보강면, 상기 벽 프레임의 제2 벽면과 연결되며 제 3 길이를 가지는 제3 보강면 및 상기 제1 마운팅 세로부재와 연결되며 상하방향에서 상기 제 3 길이 보다 작은 제4 길이를 가지는 제4 보강면을 포함하며, 상기 보강부재의 길이방향에 수직한 단면상에서 폐단면을 형성하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보강부재는 상기 제1 보강면과 상기 제 4 보강면 사이에서 상기 가로 방향에서 경사지게 배치되는 제1 경사보강면을 더 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 벽 프레임부는 상기 제1 벽부재의 상단에서 가로 방향으로 연장하는 제2 벽부재를 더 포함하며,
    상기 제3 벽면의 제 2 높이는 상기 제 1 높이보다 작은 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 보강부재는 일단은 상기 제4 보강면에 연결되며 상기 제1 보강면과 평행한 제5 보강면과, 상기 제1 보강면과 상기 제5 보강면 사이에서 상기 가로 방향에 대하여 경사지게 배치되는 제2 경사보강면을 더 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강부재 및 상기 마운팅 프레임부를 관통하는 체결 부재를 더 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 체결 부재는 부시파이프와 볼트, 롱불트 및 리벳 중 하나 이상인 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벽 프레임부와 상기 마운팅 프레임부는 동종의 소재이며,
    상기 보강부재는 상기 마운팅 프레임부나 상기 벽 프레임부보다 비중이 낮은 재질로 만들어진 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 벽 프레임부와 상기 마운팅 프레임부는 판재가 절곡되어 형성되며,
    상기 보강부재는 압출에 의해서 형성되는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
KR1020220180080A 2022-12-21 2022-12-21 배터리 케이스의 사이드 프레임 KR20240098381A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220180080A KR20240098381A (ko) 2022-12-21 2022-12-21 배터리 케이스의 사이드 프레임

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220180080A KR20240098381A (ko) 2022-12-21 2022-12-21 배터리 케이스의 사이드 프레임

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240098381A true KR20240098381A (ko) 2024-06-28

Family

ID=91669073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220180080A KR20240098381A (ko) 2022-12-21 2022-12-21 배터리 케이스의 사이드 프레임

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240098381A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101097018B1 (ko) 측면 충돌 성능을 강화시킨 자동차용 도어
US6409257B1 (en) Vehicle side sill structure
JP4621883B2 (ja) 車両の衝撃吸収部材
US7896428B2 (en) Vehicle body structure
US20050077752A1 (en) Impact beam for a vehicle body
CN110431045B (zh) 车辆的冲击吸收构件
KR101166641B1 (ko) 범퍼 빔
US6918621B2 (en) Bumper system for a motor vehicle
US6328377B1 (en) Intermediate joint of side member for automotive vehicle
US7896408B2 (en) Bumper structure
CZ293234B6 (cs) Tlumič nárazové energie pro motorová vozidla
JP4830017B2 (ja) 乗用車用バンパー構造体
JP6863219B2 (ja) 車両側部構造
WO2020153473A1 (ja) 構造部材及び車体構造
KR20240098381A (ko) 배터리 케이스의 사이드 프레임
JP4009404B2 (ja) ステイ付バンパー補強材
KR101374737B1 (ko) 차량용 도어 충격 흡수부재
KR20240098380A (ko) 배터리 케이스의 사이드 프레임
JP6636209B2 (ja) 補強エレメントを有する自動車用構造構成部材
KR20240098382A (ko) 배터리 케이스의 사이드 프레임
KR20240098379A (ko) 배터리 케이스의 사이드 프레임
JP2009214821A (ja) 自動車のフレーム構造
KR20230067365A (ko) 차량 센터프레임모듈
US20240258624A1 (en) Side frame for battery case
KR20240098875A (ko) 배터리 케이스의 사이드 프레임